JP6016938B2 - 荷電粒子線装置およびそれを用いた観察方法 - Google Patents

Description

本発明は、荷電粒子線装置、及びそれを用いた観察方法に関するものである。

走査電子顕微鏡に代表される荷電粒子線装置では、細く集束された荷電粒子線を試料上で走査して試料から所望の情報（例えば、試料像）を得る。ＳＴＥＭ像は、試料との相互作用を受けて透過した電子を検出して得られる像である。

試料を透過した透過電子は、散乱角（検出角）の違いにより明視野ＳＴＥＭ信号と暗視野ＳＴＥＭ信号とに分けられる。明視野ＳＴＥＭ信号は、試料の厚さ、密度、結晶構造の情報を持っているのに対して、暗視野ＳＴＥＭ信号は、原子番号（Ｚ）による散乱角（検出角）の違いがコントラストに反映される。重い元素では散乱角（検出角）が大きく、軽い元素では散乱角が小さくなるため、コントラストに違いが生じる（Ｚコントラスト像）。

特許文献１では、暗視野ＳＴＥＭ信号電子を試料ホルダに配した反射板（暗視野ＳＴＥＭ信号変換電極）により二次電子に変換してＬｏｗｅｒ検出器で検出する技術を開示している。また、特許文献２では、インレンズＳＥＭに用いられている技術として、暗視野ＳＴＥＭ検出器を試料の直下に設置し、透過散乱電子の取込角度を制御する方式を開示している。

特開２００４−２５３３６９号公報 特開２００６−１９０５６７号公報

特許文献１の構成は、専用のＳＴＥＭ検出器を用意せずに簡便に暗視野ＳＴＥＭ観察ができるため幅広く利用されているが、その構成上の理由から以下の課題が考えられる。試料から発生した反射電子や明視野ＳＴＥＭ信号電子が試料室内の部材やホルダに衝突し、そこから二次電子（ノイズとなる成分）が発生し、Ｌｏｗｅｒ検出器で検出される。このように特許文献１では、ノイズの混入の課題がある。

また、特許文献２のＳＥＭは、インレンズＳＥＭであり、そもそも試料ホルダの直下に大型のステージ機構が存在しないタイプのＳＥＭである。したがって、セミインレンズＳＥＭやアウトレンズＳＥＭのような、試料ホルダがステージ機構上に配置された荷電粒子線装置において特許文献２の技術を適用することはできない。

本発明は、このような本願発明者による新規な課題認識の下になされたものであり、暗視野ＳＴＥＭ信号電子を検出する際にノイズの混入を低減させることを目的とする。

上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、ステージ機構と、前記ステージ機構上に配置された試料ホルダとを備える荷電粒子線装置において、前記試料ホルダが、前記試料ホルダに搭載された試料を透過した暗視野ＳＴＥＭ信号粒子を検出する暗視野ＳＴＥＭ検出器を備える。

本発明によれば、試料ホルダに設けられた暗視野ＳＴＥＭ検出器により暗視野ＳＴＥＭ信号粒子を直接検出するため、ノイズの混入が少なく、得られる暗視野ＳＴＥＭ画像のＳ／Ｎが高い。

本発明に関連する更なる特徴は、本明細書の記述、添付図面から明らかになるものである。また、上記した以外の、課題、構成および効果は、以下の実施例の説明により明らかにされる。

本発明を適用する荷電粒子線装置の概略構成図である。 第１実施例に係る荷電粒子線装置の試料ステージ機構及び試料ホルダの概略構成図である。 異なる材質に対する透過電子の信号強度と散乱角の関係を模式的に示した図である。 第１実施例に係る荷電粒子線装置を用いた試料観察の工程を示したチャートである。 第３実施例に係る荷電粒子線装置の試料ホルダの概略構成図である。 第４実施例に係る荷電粒子線装置の試料ホルダの概略構成図である。 第５実施例に係る荷電粒子線装置の試料ホルダの概略構成図である。 第６実施例に係る荷電粒子線装置の試料ホルダの概略構成図である。 第８実施例に係る荷電粒子線装置の試料ホルダの上面図である。 第８実施例に係る荷電粒子線装置の試料ホルダの断面図である。 第８実施例に係る荷電粒子線装置を用いた試料観察の工程を示したチャートである。 第９実施例に係る荷電粒子線装置の試料ホルダの概略構成図である。

以下、添付図面を参照して本発明の実施例について説明する。なお、添付図面は本発明の原理に則った具体的な実施例を示しているが、これらは本発明の理解のためのものであり、決して本発明を限定的に解釈するために用いられるものではない。

＜第１実施例＞
以下、本発明に係る荷電粒子線装置について、図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明を適用する荷電粒子線装置の概略構成図である。

図１に示すように、以下で説明する技術は、セミインレンズＳＥＭあるいはアウトレンズＳＥＭのような、試料ホルダがステージ機構上に配置された荷電粒子線装置１０を対象とする。荷電粒子線装置１０は、陰極１と、第１の陽極２及び第２の陽極４と、第１の集束レンズ５と、対物レンズ絞り６と、２段の偏向コイル７及び８と、二次信号粒子検出器９と、試料ステージ機構１６と、透過信号検出器１７と、絞り１９と、対物レンズ２０と、直交電磁界発生装置２２とを備える。試料ステージ機構１６上には、試料ホルダ２１が配置され、試料ホルダ２１には、試料（例えば、薄膜試料）１４が搭載される。

荷電粒子線装置１０において、陰極１と第１の陽極２に印加される電圧（図示せず）により陰極１から放出された一次荷電粒子線３は、第２の陽極４に印加される電圧Ｖａｃｃ（図示せず）に加速されて後段のレンズ系に進行する。一次荷電粒子線３は、第１の集束レンズ５でいったん収束され、対物レンズ絞り６でビームの照射角を制限される。その後、一次荷電粒子線３は、二段の偏向コイル７及び８で試料１４上を二次元的に走査される。試料１４の表面における一次荷電粒子線３の照射点から発生した二次信号粒子１１は、対物レンズ２０の発生する磁界に巻き上げられて、対物レンズ２０の上方（電子源側）に進行する。この二次信号粒子１１は、直交電磁界発生装置２２で一次荷電粒子線３と軌道分離されて、二次信号粒子検出器９において検出される。

本実施例では、試料ホルダ２１は、暗視野ＳＴＥＭ半導体素子（暗視野ＳＴＥＭ検出器）１５を備える。なお、試料ステージ機構１６及び暗視野ＳＴＥＭ半導体素子１５の詳細については後述する。試料ホルダ２１に搭載された試料１４を透過した透過信号粒子のうち、試料１４内で散乱した暗視野ＳＴＥＭ信号粒子（図２の１８ｂ）は、試料１４の下方に設けた暗視野ＳＴＥＭ半導体素子１５において暗視野透過信号として検出される。このように、暗視野ＳＴＥＭ信号粒子を、試料ホルダ２１に設けた暗視野ＳＴＥＭ半導体素子１５によって直接検出することにより、ノイズの混入を低減させることができる。

一方、透過信号粒子のうち、ステージの通過孔１６ａを通過した明視野ＳＴＥＭ信号粒子のみが、透過信号検出器１７によって検出される。また、試料ステージ機構１６と透過信号検出器１７との間に絞り１９を設け、透過信号検出器１７で検出される透過信号粒子の散乱角（検出角）を制限している。

また、高コントラストな暗視野像を得るには、試料１４に応じた検出角の制御が重要となる。しかしながら、例えば、大型試料の観察が可能な走査型電子顕微鏡では、透過型電子顕微鏡のように試料よりも下方に収束レンズを配置することができない。そのため、暗視野信号の検出角の制御（最適化）が行えないという課題があった。したがって、以下では、暗視野信号の検出角の制御を可能にする構成について説明する。図２は、第１実施例に係る試料ステージ機構及び試料ホルダの概略構成図であり、試料ステージ機構及び試料ホルダの断面図である。

試料ステージ機構１６（図１参照）は、第１ステージ２１１と、第２ステージ２１２とを備える。また、試料ホルダ２１は、試料ホルダ本体２０１と、暗視野ＳＴＥＭ半導体素子（暗視野ＳＴＥＭ検出器）２０４と、半導体素子上下移動機構２０５とを備える。

試料ホルダ本体２０１は、試料１４を搭載した後に荷電粒子線装置１０の試料室内の第１ステージ２１１に固定するためのベースとなるものである。試料ホルダ本体２０１は、上下方向に延びる支柱部材２０１ａと、支柱部材２０１ａの上端から暗視野ＳＴＥＭ半導体素子２０４の上方の位置まで延びる上側部材２０１ｂと、支柱部材２０１ａの下端から第１ステージ２１１に沿って延びて、且つ第１ステージ２１１上に配置される下側部材２０１ｃとを備える。試料ホルダ本体２０１の上側部材２０１ｂは、試料搭載位置２０２を有し、試料搭載位置２０２には、試料１４を乗せたメッシュなどを搭載あるいは固定するための機構が設けられる。この機構の例としては、押さえ板をネジ止めする機構などが挙げられる。試料ホルダ２１は、第１ステージ２１１に脱着可能である。

試料１４が薄膜の場合、一次荷電粒子線２０３を試料１４に照射すると、試料ホルダ２１に搭載された試料１４を透過した暗視野ＳＴＥＭ信号粒子が、暗視野ＳＴＥＭ半導体素子２０４によって検出される。暗視野ＳＴＥＭ半導体素子２０４は、ＰＮ接合型の半導体素子を使用したアニュラー形半導体検出器であり、従来の反射電子検出器や特許文献２に使用されているＳＴＥＭ検出器として用いられている複数チャンネルの半導体素子を意味する。

本実施例では、暗視野ＳＴＥＭ半導体素子２０４は、半導体素子上下移動機構２０５に取付けられている。半導体素子上下移動機構２０５は、支柱２０５ａと、固定具２０６（例えば、ネジなど）とを備える。暗視野ＳＴＥＭ半導体素子２０４は、固定具２０６によって支柱２０５ａに固定される。半導体素子上下移動機構２０５の支柱２０５ａは、例えば、上下方向に延びる孔（スリットなど）を有する。これにより、半導体素子上下移動機構２０５では、暗視野ＳＴＥＭ半導体素子２０４を上下方向に移動させることが可能となる。具体的には、上下方向に延びる孔に沿って暗視野ＳＴＥＭ半導体素子２０４を移動させて、暗視野ＳＴＥＭ半導体素子２０４の高さを所定（任意）の位置に合わせる（上下に移動する）ことができ、固定具２０６（ネジ構造など）で検出面の高さを固定及び決定することができる。

例えば、半導体素子上下移動機構２０５の支柱２０５ａには、高さの目安となる目盛が記載されており、目盛の値をもとに検出角を制御することができる。また、例えば、暗視野ＳＴＥＭ半導体素子２０４の高さと検出角との関係を示すグラフを用意し、参照しながら高さを設定してもよいし、半導体素子上下移動機構２０５に直接検出角の値がラベリングされていてもよい。

試料ホルダ２１を第１ステージ２１１上に装着した際に、信号端子２０７は、第２ステージ２１２に接続する。暗視野ＳＴＥＭ半導体素子２０４は、配線（図示せず）によって信号端子２０７に接続されている。暗視野ＳＴＥＭ半導体素子２０４で得られた信号は、信号端子２０７及び第２ステージ２１２を経由し荷電粒子線装置１０のアンプ（図示せず）に送られ、アンプで明るさ調整された後に画像となる。

信号端子２０７と試料ホルダ本体２０１とは、絶縁材２０８によって電気的に絶縁されている。すなわち、第１ステージ２１１と第２ステージ２１２とは電気的に絶縁されている。試料ホルダ本体２０１は、下側部材２０１ｃを介して第１ステージ２１１に接続されており、第１ステージ２１１は、アースに接続されている。また、上述した構成とは逆に、暗視野ＳＴＥＭ半導体素子２０４を配線によって試料ホルダ本体２０１に接続することも可能であり、この場合は、試料ホルダ本体２０１が第１ステージ２１１を経由して信号をアンプに送り、信号端子２０７は、第２ステージ２１２を介してアースに接続される。

なお、暗視野ＳＴＥＭ半導体素子２０４には、試料１４内をほぼ散乱せずに透過した信号粒子（図２の１８ａ、１８ｃの明視野ＳＴＥＭ信号粒子）が通過できる開口２０４ａが設けられている。また、試料ホルダ本体２０１及び第１ステージ２１１にも、それぞれ、試料１４内を透過した信号粒子が通過できる開口２０１ｄ、２１１ａが設けられている。

暗視野ＳＴＥＭ半導体素子２０４の開口２０４ａ、試料ホルダ本体２０１の開口２０１ｄ、及び、第１ステージ２１１の開口２１１ａを通過した明視野ＳＴＥＭ信号粒子１８ａは、第１ステージ２１１の下方に設けられた明視野ＳＴＥＭ半導体素子２１０によって検出される。この明視野ＳＴＥＭ半導体素子２１０は、図１の透過信号検出器１７に対応するものである。第１ステージ２１１と明視野ＳＴＥＭ半導体素子２１０との間には明視野絞り２０９が配置されており、透過信号粒子（明視野ＳＴＥＭ信号粒子）のうち、明視野絞り２０９を通過した、最適なコントラストが得られる明視野ＳＴＥＭ信号粒子１８ａのみが明視野ＳＴＥＭ半導体素子２１０によって検出される。なお、図２の１８ｃは、明視野絞り２０９を通過しなかった明視野ＳＴＥＭ信号粒子を示している。なお、明視野絞り２０９は、孔径の異なる複数の開口を有し、これらの開口を真空外から切り替えることが可能である。

以上のように、本実施例によれば、試料１４の表面から発生した二次信号粒子と、試料１４内で散乱して透過した暗視野ＳＴＥＭ信号粒子と、試料１４内を散乱しないで透過した明視野ＳＴＥＭ信号粒子とをそれぞれ分離して検出できるとともに、暗視野ＳＴＥＭ信号粒子及び明視野ＳＴＥＭ信号粒子に対しては、その検出角を制御できるため、試料１４や目的に応じた最適なコントラストの試料像を観察することができる。

また、本実施例の構成では、試料１４を対物レンズの強磁界中に配置するため、同様に試料を対物レンズ磁界中に配置するインレンズ式の対物レンズを採用した荷電粒子線装置と同等の高い分解能が得られ、かつインレンズ式の対物レンズでは実現が困難な大型試料用のステージを採用することができる。

なお、暗視野ＳＴＥＭ信号粒子の検出においては、試料の種類（観察対象）に応じて、検出散乱角の最適化が極めて重要であることが知られている。この理由を図３を用いて説明する。図３は、異なる材質（原子番号、試料の厚さなど）に対する透過電子の信号強度と散乱角の関係を模式的に示した図である。図３において、グラフＡとグラフＢは、それぞれ軽い元素（あるいは薄い試料）と重い元素（あるいは厚い試料）の場合を表している。試料の厚さがほぼ均一であれば、グラフＡとグラフＢとはそれぞれ原子番号の違いに依存するものとなる。

図３において、θ１以上の散乱角の暗視野ＳＴＥＭ信号を検出した場合には、グラフＡの信号総和（ハッチングした領域）がＢよりも大きくなり、暗視野像としてはＢよりもＡの領域が明るいコントラストとなる。一方、検出散乱角の下限をθ２とすると、より重い元素Ｂの信号総和がＡの信号総和よりも大きくなるため、暗視野像としてはＢのほうがＡの領域よりも明るいコントラストとなる。このように、試料の材質できまる検出散乱角と透過信号強度の関係に対して、適切な検出散乱角を選択することにより、目的に適したコントラストの暗視野像を得ることが可能になる。

図４は、荷電粒子線装置１０を用いた試料観察の工程を示したチャートである。まず、ステップ３０１において、試料１４を乗せたメッシュなどを試料ホルダ本体２０１の上側部材２０１ｂの試料搭載位置２０２に搭載する。

次に、ステップ３０２において、暗視野ＳＴＥＭ半導体素子２０４の高さを、半導体素子上下移動機構２０５によって調整して、暗視野ＳＴＥＭ半導体素子２０４の位置（高さ）を固定する。なお、ステップ３０１と３０２の手順は逆でもよい。

次に、ステップ３０３において、荷電粒子線装置１０の第１ステージ２１１に試料ホルダ２１を配置（搭載）し、試料交換を行う。次に、ステップ３０４において、荷電粒子線装置１０によって一次荷電粒子線２０３を試料１４に照射し、ＳＴＥＭ観察を行う。そして、ステップ３０５において、得られた画像から像質を判断し、検出角を変更する必要がなければ、ステップ３０６に進み、このまま画像を取得する。

一方、ステップ３０５において検出角を変更する必要があると判断された場合には、ステップ３０７において、試料ホルダ２１を取り出し、試料交換を行う。その後、ステップ３０２に戻って、暗視野ＳＴＥＭ半導体素子２０４の高さを変更する。その後、ステップ３０３において、試料ホルダ２１を第１ステージ２１１に配置し、ステップ３０４において、ＳＴＥＭ観察を行う。

以下、本実施例の効果を説明する。例えば、従来の特許文献１及び特許文献２では、その構成上、以下の課題があった。

（１）特許文献１のＬｏｗｅｒ二次電変換方式暗視野ＳＴＥＭホルダの場合、暗視野ＳＴＥＭ信号変換電極（反射板）による暗視野ＳＴＥＭ信号電子の二次電子変換時の信号ロスや暗視野ＳＴＥＭ信号変換電極から発生した二次電子が検出器に取り込まれるまでの信号ロスが、結果として暗視野ＳＴＥＭ画像のＳ／Ｎを低下させる。

（２）特許文献１のＬｏｗｅｒ二次電変換方式暗視野ＳＴＥＭホルダの場合、透過電子（特に明視野ＳＴＥＭ信号）は暗視野ＳＴＥＭ信号変換電極だけでなく、ホルダ、検出器、試料室内の部材に衝突し、そこから二次電子が発生する。これらがＬｏｗｅｒ検出器で検出されると、ノイズ成分が増加し、結果として暗視野ＳＴＥＭ画像のコントラストを低下させる要因となる。

（３）特許文献１のＬｏｗｅｒ二次電変換方式暗視野ＳＴＥＭホルダの場合、検出角の制御は、ホルダ本体への暗視野ＳＴＥＭ信号変換電極の付け替えで行う。既存製品では４種類の変換電極があるが、検出角を細かく制御して像質の変化を詳細に観察するには、変換電極の内径や外径を変更しない限り不可能である。

（４）特許文献２のインレンズＳＥＭは、そもそも試料ホルダの直下に大型のステージ機構が存在しないタイプのＳＥＭである。したがって、セミインレンズＳＥＭやアウトレンズＳＥＭのような、試料ホルダがステージ機構上に配置された荷電粒子線装置において特許文献２の技術を適用することはできない。

これに対して、本実施例によれば、試料ホルダ２１に設けた暗視野ＳＴＥＭ半導体素子２０４により暗視野ＳＴＥＭ信号粒子を直接検出するため、反射板による信号ロスや検出器に取り込まれるまでの信号ロスがない。また、試料ホルダ２１に設けた暗視野ＳＴＥＭ半導体素子２０４により暗視野ＳＴＥＭ信号粒子を直接検出するため、ノイズの混入が少なく、得られる暗視野ＳＴＥＭ画像のＳ／Ｎが高い。このように、Ｓ／Ｎが改善されると、検出角の幅が小さくても画像を形成しやすくなる。また、検出角の幅を限定することで、情報の異なる特徴的な画像を形成し易くなる。

さらに、半導体素子による暗視野ＳＴＥＭ信号粒子の直接検出により、ＢＦ−ＳＴＥＭ信号電子由来のノイズ成分（暗視野ＳＴＥＭ像への混入）を軽減でき、暗視野ＳＴＥＭ像の高コントラスト観察を実現できる。また、アウトレンズＳＥＭやセミインレンズＳＥＭのような、試料ホルダがステージ機構上に配置された荷電粒子線装置において、本実施例の半導体素子上下移動機構２０５を使用することができる。暗視野ＳＴＥＭ半導体素子２０４を半導体素子上下移動機構２０５で上下することによって検出角の異なる暗視野ＳＴＥＭ像を取得することができる。したがって、アウトレンズＳＥＭやセミインレンズＳＥＭにおいても、インレンズＳＥＭの明視野／暗視野ＳＴＥＭ検出器（特許文献２）のように検出角を制御することができる。また、本実施例の試料ホルダ２１を用いれば、暗視野ＳＴＥＭ用の高価な専用の検出器を用意する必要はない。

＜第２実施例＞
以下に、第２実施例に係る荷電粒子線装置について説明する。上述したように、暗視野ＳＴＥＭ半導体素子２０４で得られた信号は、信号端子２０７及び第２ステージ２１２を経由し荷電粒子線装置１０のアンプ（図示せず）に送られ、アンプで明るさ調整された後に画像となる。

ここで、暗視野ＳＴＥＭ信号を増幅するためのアンプは、専用のアンプを用意してもよいが、本実施例では、ＥＢＩＣ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｂｅａｍ Ｉｎｄｕｃｅｄ Ｃｕｒｒｅｎｔ）システムのアンプを使用する。ＥＢＩＣ用アンプを使用し、且つ上述した暗視野ＳＴＥＭ半導体素子２０４を備える試料ホルダ２１の構成を用いることにより、暗視野透過像の観察が可能となる。

電子顕微鏡（特にＳＥＭ）に用いられる一般的な検出器（ＥＴ検出器）は、試料から発生した信号電子を蛍光体に衝突させ、電子を光に変換した後、ライトガイドを通して光電子増倍管に導き光電変換面で再び電子に変換する。これらの電子はダイノード電極に衝突することで増幅を繰り返し（アンプの役割）、最終的に信号電流として取り出される。

一方で、ＥＢＩＣ用アンプは、試料で発生した微弱な起電力（信号電流）を吸収電流として検出及び増幅するためのものである。試料に電子ビームを照射すると、入射した電子の一部は試料内部に吸収されるが、半導体試料の場合、観察面にＰＮ接合が存在すると、拡散部分で電流が発生し起電力が生じる。ＥＢＩＣ像は、このようにして発生した起電力を利用して像形成したものである。通常得られる信号電流（起電力）は非常に小さいため、高感度及び低ノイズのアンプを用いて増幅する必要がある。

本実施例の荷電粒子線装置は、暗視野ＳＴＥＭ半導体素子２０４を搭載した試料ホルダ２１と、ＥＢＩＣシステム用の第２の試料ホルダ（試料を搭載する試料ホルダ）とを備える。上述のＥＢＩＣ用アンプは、試料ホルダ２１及びＥＢＩＣシステム用の第２の試料ホルダに接続可能に構成される。すなわち、試料ステージ機構１６上に試料ホルダ２１を搭載した際には、ＥＢＩＣ用アンプと暗視野ＳＴＥＭ半導体素子２０４とを接続する。一方、試料ステージ機構１６上にＥＢＩＣシステム用の第２の試料ホルダを搭載した際には、ＥＢＩＣ用アンプとＥＢＩＣシステム用の第２の試料ホルダとを接続する。これにより、ＥＢＩＣ用アンプの接続先に応じて制御を変えて画像表示する。

例えば、暗視野ＳＴＥＭ半導体素子２０４を搭載した試料ホルダ２１とＥＢＩＣ用アンプとが接続された場合には、荷電粒子線装置１０において暗視野ＳＴＥＭ像を表示する。一方、ＥＢＩＣシステム用の試料ホルダとＥＢＩＣ用アンプとが接続された場合には、荷電粒子線装置１０においてＥＢＩＣ像を表示する。このように、暗視野信号粒子の検出とＥＢＩＣにおける検出とにおいて、共通のアンプを使用することができる。本実施例では、専用の検出器を必要とせず、ホルダの入れ替えのみで、ＥＢＩＣと暗視野ＳＴＥＭ観察の使い分けを行うことができる。

＜第３実施例＞
以下に、第３実施例に係る荷電粒子線装置について説明する。図５は、本実施例に係る荷電粒子線装置の試料ホルダの概略構成図である。なお、第３実施例において上述した実施例と同じ構成要素については同じ符号を付し、説明を省略する。以下では、上述した実施例と構成が異なる部分のみを説明する。

この実施例では、試料ホルダ５００は、試料ホルダ本体５０１と、暗視野ＳＴＥＭ半導体素子２０４及び半導体素子上下移動機構２０５を覆うカバー構造５０４とを備える。カバー構造５０４は、暗視野ＳＴＥＭ半導体素子２０４を覆えばよく、円筒型でも箱型でもよい。カバー構造５０４の上面５０４ａは、試料搭載位置５０２を有し、試料搭載位置５０２には、試料１４を乗せたメッシュなどを搭載あるいは固定するための機構が設けられる。カバー構造５０４は、試料ホルダ本体５０１から取り外し可能の分離構造となっている。したがって、試料１４の脱着が、カバー構造５０４を取り外した状態で、カバー構造５０４側のみで可能な構造となっている。これにより、試料１４を誤って落下させてしまった場合でも、暗視野ＳＴＥＭ半導体素子２０４上に落下することがなく、暗視野ＳＴＥＭ半導体素子２０４の破損のリスクを軽減することができる。

本実施例では、カバー構造５０４が、半導体素子上下移動機構２０５を覆う構成となっているが、少なくとも暗視野ＳＴＥＭ半導体素子２０４を覆えばよく、半導体素子上下移動機構２０５がカバー構造５０４の外側に位置するような構成でもよい。

また、第１実施例と同様に、暗視野ＳＴＥＭ半導体素子２０４は、固定具２０６を介して半導体素子上下移動機構２０５に接続されており、暗視野ＳＴＥＭ半導体素子２０４の高さは調整可能に構成されている。このように、カバー構造５０４を試料ホルダ本体５０１に取り付けた状態でも、あるいは、取り外した状態でも、暗視野ＳＴＥＭ半導体素子２０４の上下移動は可能とする。

なお、試料ホルダ５００を試料室内で真空排気（減圧）した際、試料搭載部分（試料を乗せたメッシュ）に圧力が集中せず、カバー構造５０４の中を十分に真空排気できるように、例えば、カバー構造５０４には、スリットなどで開口部を設けてもよい。

また、別の例として、半導体素子上下移動機構２０５及びカバー構造５０４は一体型で形成されてもよい。この場合、カバー構造５０４の側面に、上下方向に延びる孔（スリット）を設けて、暗視野ＳＴＥＭ半導体素子２０４を所定の高さで固定具２０６によって固定する。

本実施例では、暗視野ＳＴＥＭ半導体素子２０４をカバー構造５０４で覆うことによって、試料１４の下部の暗視野ＳＴＥＭ半導体素子２０４や試料ホルダ本体５０１などから発生した特性Ｘ線（システムピーク）が、ＥＤＸ検出器で検出されることはない。なお、カバー構造５０４の内部で電子が散乱し、ノイズやシステムピークといった問題が発生する場合には、カバー構造５０４の内側表面５０４ｂにカーボンなどを塗布して、電子の散乱を抑えることができる。また、カバー構造５０４自体をカーボン製にすることで、同じ効果が期待できる。さらに、カバー構造５０４の上面５０４ａなどで発生するシステムピークも同様に、カバー構造５０４の上面５０４ａ及び側面５０４ｃ（すなわち、外側表面）にカーボンを塗布することや、カーボン製のカバー構造５０４で回避することができる。

以下、本実施例の効果を説明する。例えば、従来の特許文献１では、その構成上、以下の課題があった。特許文献１のＬｏｗｅｒ二次電変換方式暗視野ＳＴＥＭホルダの場合、ＥＤＸ分析した際に、暗視野ＳＴＥＭ信号電子が変換電極に衝突した際に発生する特性Ｘ線によるシステムピークが問題となる。システムピークとは、試料上の電子ビーム照射点に含まれる元素以外の特性Ｘ線が、装置起因で検出されることを意味する。

本実施例によれば、暗視野ＳＴＥＭ半導体素子２０４をカバー構造５０４で覆うことによって、試料１４の下部の暗視野ＳＴＥＭ半導体素子２０４や試料ホルダ本体５０１などから発生した特性Ｘ線（システムピーク）が、ＥＤＸ検出器で検出されることはなく、システムピークの課題を解決することができる。また、カバー構造５０４にカーボンを塗布する、あるいはカーボン製のカバー構造５０４とすることにより、カバー構造５０４の内側表面及び外側表面で発生するシステムピークも回避することができる。

＜第４実施例＞
以下に、第４実施例に係る荷電粒子線装置について説明する。図６は、本実施例に係る荷電粒子線装置の試料ホルダの概略構成図である。なお、第４実施例において上述した実施例と同じ構成要素については同じ符号を付し、説明を省略する。以下では、上述した実施例と構成が異なる部分のみを説明する。

図１に示した例では、暗視野ＳＴＥＭ観察と明視野ＳＴＥＭ観察を同時に行うために、試料ステージ機構１６の下に透過信号検出器（明視野ＳＴＥＭ検出器）１７と絞り１９とが配置されている。また、明視野ＳＴＥＭ信号が検出器に到達するためには、試料ホルダ本体２０１の底部および第１ステージ２１１に開口（通過孔）２０１ｄ、２１１ａが必要となる（第１実施例参照）。しかしながら、荷電粒子線装置の種類よっては試料ステージ機構に明視野ＳＴＥＭ信号用の通過孔が存在しない構成もあり、暗視野ＳＴＥＭ観察と明視野ＳＴＥＭ観察の同時観察を行うためには、ステージ機構の設計変更や大幅な改造が必要となる。以下では、このような設計変更や改造をすることなく、暗視野ＳＴＥＭ観察と明視野ＳＴＥＭ観察の同時観察を行う構成について説明する。

本実施例の試料ホルダ６００は、試料ホルダ本体５０１と、暗視野ＳＴＥＭ半導体素子２０４及び半導体素子上下移動機構２０５を覆うカバー構造５０４とを備える。カバー構造５０４の構成は、第３実施例と同様である。カバー構造５０４は、暗視野ＳＴＥＭ半導体素子２０４の下方の位置に明視野絞り６０１を備える。また、試料ホルダ本体５０１には、明視野ＳＴＥＭ半導体素子（明視野ＳＴＥＭ検出器）６０２が配置されている。明視野絞り６０１は、暗視野ＳＴＥＭ半導体素子２０４と明視野ＳＴＥＭ半導体素子６０２との間に配置されている。明視野絞り６０１は、透過電子の中でも特に散乱角の小さい電子を検出するために数ｍｍの孔が設けられ、それより外側の電子をカットする機能を果たしている。

明視野ＳＴＥＭ半導体素子６０２は、明視野絞り６０１を通過した明視野ＳＴＥＭ信号粒子を検出する。このように、試料ホルダ６００に明視野絞り６０１及び明視野ＳＴＥＭ半導体素子６０２を追加することによって、試料の厚さ、密度、結晶構造の情報を反映した明視野ＳＴＥＭ像取得が可能となる。また、暗視野ＳＴＥＭ半導体素子２０４と併用することで、明視野ＳＴＥＭと暗視野ＳＴＥＭとの同時観察が可能となる。本実施例によれば、試料ホルダ、試料ステージ機構に開口部（明視野ＳＴＥＭ信号用の通過孔）がなくても明視野ＳＴＥＭ信号を検出できる。

なお、上述した例では、カバー構造５０４に明視野絞り６０１を取付けているが、この構成に限定されない。カバー構造５０４とは別個に、明視野絞り６０１を支持するための機構を設けてもよい。また、カバー構造５０４は、必ずしも必要ではなく、図２の例のような試料ホルダ本体２０１に明視野絞り６０１及び明視野ＳＴＥＭ半導体素子６０２を取付けてもよい。

＜第５実施例＞
以下に、第５実施例に係る荷電粒子線装置について説明する。図７は、本実施例に係る荷電粒子線装置の試料ホルダの概略構成図である。なお、第５実施例において上述した実施例と同じ構成要素については同じ符号を付し、説明を省略する。以下では、上述した実施例と構成が異なる部分のみを説明する。

試料ホルダ本体５０１には、明視野ＳＴＥＭ半導体素子７０１が配置されている。図６の例では、明視野絞り６０１は孔の外側の電子をカットする役割をしているが、本実施例では、明視野ＳＴＥＭ半導体素子７０１の大きさ自体を制限する。例えば、明視野ＳＴＥＭ半導体素子７０１を絞りの径と同程度（数ｍｍ径）に制限することにより、絞り機構は不要となり、図６の構成と同様の効果（観察結果）が得られる。

明視野ＳＴＥＭ半導体素子７０１の大きさを制限する構成としては、（１）明視野ＳＴＥＭ半導体素子７０１の大きさ自体を小さくしてもよいし、（２）明視野ＳＴＥＭ半導体素子７０１の上面を絞り構造としてマスク処理をして、マスク処理によって通過する明視野ＳＴＥＭ信号粒子を制限してもよい。すなわち、（１）の場合、明視野ＳＴＥＭ半導体素子７０１は、暗視野ＳＴＥＭ半導体素子２０４を通過した明視野ＳＴＥＭ信号粒子を所定の検出角度で検出できる径（絞りと同程度の径）で形成されている。また、（２）の場合、明視野ＳＴＥＭ半導体素子７０１の表面は、暗視野ＳＴＥＭ半導体素子２０４を通過した明視野ＳＴＥＭ信号粒子を所定の検出角度で検出できる径（絞りと同程度の径）を残すようにマスク処理されている。この構成では、マスク処理により明視野ＳＴＥＭ半導体素子７０１と絞り機能を一体的に構成することが可能となる。

本実施例によれば、試料ホルダ、試料ステージ機構に開口部（明視野ＳＴＥＭ信号用の通過孔）がなくても、明視野ＳＴＥＭと暗視野ＳＴＥＭとの同時観察が可能となる。しかも、明視野ＳＴＥＭ半導体素子７０１の大きさを制限することにより、明視野ＳＴＥＭ半導体素子７０１と別個に絞り機構を設けることなく、明視野ＳＴＥＭの特定の角度の信号を検出することが可能となる。また、カバー構造５０４は、必ずしも必要ではなく、図２の例のような試料ホルダ本体２０１に明視野ＳＴＥＭ半導体素子７０１を設けてもよい。

＜第６実施例＞
以下に、第６実施例に係る荷電粒子線装置について説明する。図８は、本実施例に係る荷電粒子線装置の試料ホルダの概略構成図である。なお、第６実施例において上述した実施例と同じ構成要素については同じ符号を付し、説明を省略する。以下では、上述した実施例と構成が異なる部分のみを説明する。

上述した実施例では、暗視野ＳＴＥＭ半導体素子２０４と明視野ＳＴＥＭ半導体素子６０２、７０１とが別個に設けられているが、複数の明視野ＳＴＥＭ半導体素子が、暗視野ＳＴＥＭ半導体素子の一部に配置されていてもよい（明視野及び暗視野一体型半導体素子）。

例えば、暗視野ＳＴＥＭ半導体素子２０４は、所定の長さを有する支持部８０１を介して半導体素子上下移動機構２０５に接続されている。なお、支持部８０１は、半導体素子上下移動機構２０５ではなく、カバー構造に取付けられてもよい。

暗視野ＳＴＥＭ半導体素子２０４の支持部８０１には、径の異なる複数の明視野ＳＴＥＭ半導体素子８０２が配置されている。また、半導体素子上下移動機構２０５の支柱２０５ａは、支持部８０１を横方向に出し入れ可能な移動機構を有する。このように、支持部８０１を横方向に移動させることによって、複数の明視野ＳＴＥＭ半導体素子８０２が明視野ＳＴＥＭ信号粒子を検出する位置に位置合せされる。この構成により、暗視野ＳＴＥＭ半導体素子２０４と高さが同じ位置で、明視野ＳＴＥＭ半導体素子８０２による明視野ＳＴＥＭ観察が可能となる。

この例では、径の異なる複数の明視野ＳＴＥＭ半導体素子８０２が、支持部８０１の移動方向（ストローク方向）に沿って並んで配置されている。支持部８０１を移動することにより、径の異なる複数の明視野ＳＴＥＭ半導体素子８０２を使い分けることができ、検出角の異なる明視野信号を取得することができる。すなわち、径の異なる複数の明視野ＳＴＥＭ半導体素子８０２を使い分けることによって、上述した明視野絞りと同じ効果が期待できる。従来技術では、明視野ホルダ、暗視野ホルダ、暗視野検出器、明視野検出器、明視野絞り（絞り径変更を含む）が個別に設けられていたが、本実施例によれば、１つの試料ホルダで全ての機能を果たすことができる。

＜第７実施例＞
以下に、第７実施例に係る荷電粒子線装置について説明する。上述の実施例の暗視野ＳＴＥＭ半導体素子２０４は、試料ホルダ２１から取り外し可能な構成となっている。したがって、以下では、複数の暗視野ＳＴＥＭ半導体素子２０４を用意して、暗視野ＳＴＥＭ半導体素子２０４を交換する構成について説明する。

第１実施例の半導体素子上下移動機構２０５を用いて、暗視野ＳＴＥＭ半導体素子２０４を最上部に移動すれば、約１０００ｍｒａｄの検出角が見込めることが計算結果からわかっている。暗視野ＳＴＥＭ半導体素子２０４を、それ以上の大きな外径の素子に変更してもよい。この場合、１０００ｍｒａｄ以上の検出角を検出することができる。また、暗視野ＳＴＥＭ半導体素子２０４の外径に応じて内径を算出し、検出角の幅を限定するようにしてもよい。これにより、情報の異なる特徴的な画像を形成し易くなる。

また、暗視野ＳＴＥＭ半導体素子２０４の外径のみを大きくする方法も考えられる。外径のみを大きくすることで、検出角の幅が非常に大きくなり、Ｓ／Ｎ豊かな情報量の多い暗視野ＳＴＥＭ像を取得できることになる。大きな検出素子の搭載が可能であると、従来観察困難であった重元素主体の複合材料試料においても画像形成の可能性が高まる。

一方で、暗視野ＳＴＥＭ半導体素子２０４を、半導体素子のＰ層もしくはＮ層の厚みが異なる半導体素子に変更してもよい。この場合、半導体素子の検出感度を変更することができる（Ｐ層でもＮ層でもよいが、荷電信号粒子の検出面が薄いほど感度は向上する、すなわち、低加速電圧でも感度を有する）。例えば、低加速をターゲットとした場合には、半導体素子のＰ層もしくはＮ層の厚みが薄い検出素子を装着することで、低加速電圧暗視野ＳＴＥＭ信号が検出可能となる。

以上のように、暗視野ＳＴＥＭ半導体素子２０４は、径の異なる複数の第１の半導体素子と、Ｐ層又はＮ層の厚みが異なる複数の第２の半導体素子とを含むように複数の種類で構成されてもよい。暗視野ＳＴＥＭ半導体素子２０４は、第１の半導体素子あるいは第２の半導体素子の中から試料ホルダに取付けられて、異なる信号情報を得るように構成される。

上述のような複数種類の暗視野ＳＴＥＭ半導体素子２０４を用いることにより、ソフトマテリアルに代表されるような軽元素主体の複合材料試料においても、高コントラストＳＴＥＭ観察が可能である。従来は、生物組織や細胞などのバイオ試料など、ＴＥＭやＳＴＥＭでコントラストが得られにくい試料においては、観察に先立って染色法を用いるが、低加速電圧において高コントラストＳＴＥＭ観察が実現できれば、高価な染色液や高度な技術を必要とする染色の必要性は低くなる。

＜第８実施例＞
以下に、第８実施例に係る荷電粒子線装置について説明する。図９は、本実施例に係る荷電粒子線装置の試料ホルダの概略構成図である。なお、第８実施例において上述した実施例と同じ構成要素については同じ符号を付し、説明を省略する。以下では、上述した実施例と構成が異なる部分のみを説明する。

以下では、試料ホルダ９００において、試料ホルダ９００を大気中に出すことなく、真空中（試料室内）で暗視野ＳＴＥＭ半導体素子２０４を上下駆動する構成を説明する。図９は、本実施例に係る荷電粒子線装置の試料ホルダの上面図であり、図１０は、本実施例に係る荷電粒子線装置の試料ホルダの断面図である。

本実施例では、試料ホルダ９００のカバー構造５０４が、筒状のファラデーカップ構造（検出機構）９０１と、アクチュエーター及びギア機構（駆動機構）９０２とを備える。ファラデーカップ構造９０１では、荷電粒子の数に応じた電流が流れ、これにより、荷電粒子線の信号粒子を検出できる。アクチュエーター及びギア機構９０２は、ファラデーカップ構造９０１に接続されており、ファラデーカップ構造９０１に照射された荷電粒子線９０３の電圧（加速電圧）を検知して駆動する。また、半導体素子上下移動機構２０５は、アクチュエーター及びギア機構９０２に接続されている。ここで、ファラデーカップ構造に荷電粒子線９０３を照射すると、暗視野ＳＴＥＭ半導体素子２０４が半導体素子上下移動機構２０５により上下に移動する。

アクチュエーター及びギア機構９０２は、圧電素子（図示せず）を備え、アクチュエーター及びギア機構９０２は、ファラデーカップ構造９０１に照射された荷電粒子線９０３の電圧（加速電圧）を検知して、駆動源のアクチュエーターの圧電素子を動作させる。駆動には、アクチュエーターの圧電素子の伸縮を利用してもよいし、アクチュエーターをスイッチとしてギアなどを動かす機構でもよい。これにより、真空中で試料ホルダ９００の半導体素子上下移動機構２０５を動かすことができる。

荷電粒子線照射条件は、暗視野ＳＴＥＭ半導体素子２０４の上下移動に応じて変化させる。例えば、上昇させる場合には加速電圧１５ｋＶ以上、下降させる場合には１５ｋＶ未満とすることにより、半導体素子上下移動機構２０５の上下の駆動を制御することができる。

また、ファラデーカップ構造９０１の周囲には、例えば、筒状の絶縁材９０５が配置されており、ファラデーカップ構造９０１はカバー構造５０４と電気的に絶縁されている。これにより、試料ホルダ９００やカバー構造５０４に荷電粒子線９０３が照射されてもアクチュエーターが動作することはない。

ファラデーカップ構造９０１の荷電粒子線照射位置と試料搭載位置５０２は、ステージ座標を荷電粒子線装置１０の記憶装置（図示せず）に記憶させておくことができる。例えば、荷電粒子線装置の操作画面を操作することにより、荷電粒子線９０３の照射位置をファラデーカップ構造９０１の位置と試料搭載位置５０２との間で往来させ、観察における最適条件（特に、暗視野ＳＴＥＭ半導体素子の高さ）を見つけ出すことができる。

本実施例では、ファラデーカップ構造９０１に荷電粒子線９０３に照射することにより半導体素子上下移動機構２０５を駆動させ、検出角を制御することができる。試料や目的に応じた最適なコントラストの試料像を観察することができるとともに、試料ホルダ９００を大気中に出す必要がないため操作性が向上する。

図１１は、本実施例に係る荷電粒子線装置を用いた試料観察の工程を示したチャートである。まず、ステップ１１０１において、試料１４を乗せたメッシュなどを試料搭載位置５０２に搭載する。

次に、ステップ１１０２において、暗視野ＳＴＥＭ半導体素子２０４の高さを、半導体素子上下移動機構２０５によって調整して、暗視野ＳＴＥＭ半導体素子２０４の位置（高さ）を調整する。なお、ステップ１１０１と１１０２の手順は逆でもよい。

次に、ステップ１１０３において、荷電粒子線装置１０の第１ステージ２１１に試料ホルダ９００を配置（搭載）し、試料交換を行う。次に、ステップ１１０４において、荷電粒子線装置１０によってＳＴＥＭ観察を行う。そして、ステップ１１０５において、得られた画像から像質を判断し、検出角を変更する必要がなければ、ステップ１１０６に進み、このまま画像を取得する。

一方、ステップ１１０５において検出角を変更する必要があると判断された場合には、ステップ１１０７において、荷電粒子線９０３の照射位置をファラデーカップ構造９０１の位置に移動し、荷電粒子線９０３を照射して、半導体素子上下移動機構２０５を駆動させる。これにより、暗視野ＳＴＥＭ半導体素子２０４を上昇または下降させる。その後、ステップ１１０４に戻って、荷電粒子線９０３の照射位置を試料搭載位置５０２に移動させて、荷電粒子線装置１０によって再度ＳＴＥＭ観察を行う。本実施例では、試料ホルダ９００を大気中に出すことなく、真空内（試料室内）９０４で暗視野ＳＴＥＭ半導体素子２０４を上下駆動することが可能となる。

＜第９実施例＞
以下に、第９実施例に係る荷電粒子線装置について説明する。図１２は、本実施例に係る荷電粒子線装置の試料ホルダの概略構成図である。なお、第９実施例において上述した実施例と同じ構成要素については同じ符号を付し、説明を省略する。以下では、上述した実施例と構成が異なる部分のみを説明する。

従来では、対物レンズと試料との間に専用の反射信号検出器を挿入して、あるいは対物レンズに組み込まれた反射信号検出器を用いて試料から発生した反射信号を検出する。本実施例では、試料ホルダと一体型となった反射信号素子により、反射信号を検出する構成について説明する。本実施例における検出の仕組みは第１実施例と同様であるが、本実施例で検出する信号は反射粒子である。試料１４は、薄膜でもよいし、バルク試料でもよい。

本実施例の試料ホルダ１２００は、暗視野ＳＴＥＭ半導体素子１２０４と、半導体検出素子上下移動機構１２０５とを備える。暗視野ＳＴＥＭ半導体素子１２０４は、上述した暗視野ＳＴＥＭ半導体素子２０４と同様の構成である。半導体検出素子上下移動機構１２０５は、支柱１２０５ａを備える。本実施例の支柱１２０５ａは、第１実施例と異なり、その長さが試料ホルダ本体２０１の上側部材２０１ｂよりも高い位置まで延びるように設定されている。また、支柱１２０５ａは、試料ホルダ本体２０１から取り外し可能な構成となっている。

この例では、暗視野ＳＴＥＭ半導体素子１２０４を半導体検出素子上下移動機構１２０５を用いて最下部にまで移動し、半導体検出素子上下移動機構１２０５の支柱１２０５ａを試料ホルダ本体２０１から取り外す。支柱１２０５ａの上下を反転させて、支柱１２０５ａを再度試料ホルダ本体２０１に取付ける。こうすることによって、図１２に示すように、暗視野ＳＴＥＭ半導体素子１２０４が、試料ホルダ本体２０１の試料搭載位置２０２の上側に位置する。これにより、暗視野ＳＴＥＭ半導体素子１２０４を反射信号半導体素子として利用することができる。

対物レンズ１２０１で集束した一次荷電粒子線１２０２は、暗視野ＳＴＥＭ半導体素子１２０４の開口部を通過して、試料搭載位置２０２に搭載された試料に照射される。そこから発生した反射粒子１２０３は、反射信号素子としての、暗視野ＳＴＥＭ半導体素子１２０４によって検出される。暗視野ＳＴＥＭ半導体素子１２０４によって検出された信号から画像形成されるまでのプロセス及び経路は、第１実施例と同様である。

本実施例によれば、半導体検出素子上下移動機構１２０５に取付けられた暗視野ＳＴＥＭ半導体素子１２０４を反射信号素子として利用することが可能となる。特に、１つの暗視野ＳＴＥＭ半導体素子１２０４によって、暗視野ＳＴＥＭ観察及び反射信号の検出の両方を行うことが可能となる。

なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上述した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることがあり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

上述の実施例では、暗視野ＳＴＥＭ信号、明視野ＳＴＥＭ信号、反射信号を検出する素子として半導体素子を用いた。各荷電粒子を検出する素子は半導体素子に限らず、走査電子顕微鏡の二次電子検出器に用いられているシンチレーター・フォトマルタイプの検出システムや透過電子顕微鏡に用いられている蛍光板やＣＣＤカメラのシステムでもよい。信号が検出されてから画像形成されるまでのプロセス、経路は、従来の走査電子顕微鏡、透過電子顕微鏡と同様である。

１０ ：荷電粒子線装置
１４ ：試料
１５ ：暗視野ＳＴＥＭ半導体素子
１６ ：試料ステージ機構
１７ ：透過信号検出器
２１ ：試料ホルダ
２０１ ：試料ホルダ本体
２０２ ：試料搭載位置
２０４ ：暗視野ＳＴＥＭ半導体素子
２０５ ：半導体素子上下移動機構
２１０ ：明視野ＳＴＥＭ半導体素子
５００ ：試料ホルダ
５０１ ：試料ホルダ本体
５０２ ：試料搭載位置
５０４ ：カバー構造
６００ ：試料ホルダ
６０１ ：明視野絞り
６０２ ：明視野ＳＴＥＭ半導体素子
７０１ ：明視野ＳＴＥＭ半導体素子
８０１ ：支持部
８０２ ：明視野ＳＴＥＭ半導体素子
９００ ：試料ホルダ
９０１ ：ファラデーカップ構造
９０２ ：アクチュエーター及びギア機構
１２００ ：試料ホルダ
１２０１ ：対物レンズ
１２０２ ：一次荷電粒子線
１２０３ ：反射粒子
１２０４ ：暗視野ＳＴＥＭ半導体素子
１２０５ ：半導体検出素子上下移動機構
１２０５ａ：支柱

Claims (17)

1. ステージ機構と、前記ステージ機構上に配置された試料ホルダとを備える、アウトレンズＳＥＭまたはセミインレンズＳＥＭである荷電粒子線装置において、
   前記試料ホルダが、前記試料ホルダに搭載された試料を透過した暗視野ＳＴＥＭ信号粒子を直接検出する暗視野ＳＴＥＭ半導体素子と、前記暗視野ＳＴＥＭ半導体素子を上下方向に移動させる移動機構と、前記暗視野ＳＴＥＭ半導体素子を覆うカバー構造と、を備えることを特徴とする荷電粒子線装置。
2. 請求項１に記載の荷電粒子線装置において、
   前記カバー構造が、試料を載せたメッシュを搭載または固定する構造を有することを特徴とする荷電粒子線装置。
3. 請求項１又は２に記載の荷電粒子線装置において、
   前記カバー構造が、前記試料ホルダの本体から取り外し可能な構造となっていることを特徴とする荷電粒子線装置。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の荷電粒子線装置において、
   前記移動機構の支柱に目盛が記載されていることを特徴とする荷電粒子線装置。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の荷電粒子線装置において、
   前記カバー構造が、前記暗視野ＳＴＥＭ半導体素子を上下方向に移動させる前記移動機構を備えることを特徴とする荷電粒子線装置。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の荷電粒子線装置において、
   前記カバー構造の内側表面若しくは外側表面にカーボンが塗布されているか、又は
   前記カバー構造がカーボンにより形成されていることを特徴とする荷電粒子線装置。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の荷電粒子線装置において、
   前記暗視野ＳＴＥＭ半導体素子および前記ステージ機構は、明視野ＳＴＥＭ信号粒子が通過できる開口を有し、
   前記荷電粒子線装置は、前記ステージ機構の下方に配置された明視野ＳＴＥＭ検出器を備え、
   前記明視野ＳＴＥＭ検出器は、前記暗視野ＳＴＥＭ半導体素子および前記ステージ機構を通過した明視野ＳＴＥＭ信号粒子を検出できることを特徴とする荷電粒子線装置。
8. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の荷電粒子線装置において、
   前記暗視野ＳＴＥＭ半導体素子は、明視野ＳＴＥＭ信号粒子が通過できる開口を有し、
   前記試料ホルダは、前記暗視野ＳＴＥＭ半導体素子の下方に配置された明視野ＳＴＥＭ検出器を備え、
   前記明視野ＳＴＥＭ検出器は、前記暗視野ＳＴＥＭ半導体素子を通過した明視野ＳＴＥＭ信号粒子を検出できることを特徴とする荷電粒子線装置。
9. 請求項１〜８のいずれか一項に記載の荷電粒子線装置において、
   前記荷電粒子線装置はセミインレンズＳＥＭであって、
   試料が、対物レンズ磁界中に配置されることを特徴とする荷電粒子線装置。
10. 請求項１〜９のいずれか一項に記載の荷電粒子線装置において、
    前記試料ホルダが、
    荷電粒子線の信号粒子を検出する検出機構と、
    前記検出機構に接続され、前記移動機構を駆動する駆動機構と、
    を備え、
    前記荷電粒子線を前記検出機構の位置に照射することにより、前記暗視野ＳＴＥＭ半導体素子を上下方向に移動させることを特徴とする荷電粒子線装置。
11. 請求項１〜９のいずれか一項に記載の荷電粒子線装置において、
    前記移動機構が、前記試料ホルダの試料搭載位置よりも高い位置まで延びる柱状部材を備え、
    前記暗視野ＳＴＥＭ半導体素子が、前記柱状部材における前記試料ホルダの試料搭載位置よりも高い位置に固定されることにより、前記暗視野ＳＴＥＭ半導体素子が、前記試料から反射する反射粒子を検出できるように構成されていることを特徴とする荷電粒子線装置。
12. 請求項１〜９のいずれか一項に記載の荷電粒子線装置において、
    試料を搭載する第２の試料ホルダであって、前記ステージ機構上に配置された前記試料ホルダと取り換え可能な第２の試料ホルダと、
    前記第２の試料ホルダの試料で発生した信号電流を吸収電流として検出及び増幅するアンプと、を備え、
    前記ステージ機構上に前記試料ホルダが配置された場合、前記アンプが、前記試料ホルダの前記暗視野ＳＴＥＭ半導体素子に接続され、
    前記ステージ機構上に前記第２の試料ホルダが配置された場合、前記アンプが、前記第２の試料ホルダに接続されることを特徴とする荷電粒子線装置。
13. ステージ機構と、前記ステージ機構上に配置された試料ホルダとを備える、アウトレンズＳＥＭまたはセミインレンズＳＥＭである荷電粒子線装置による観察方法であって、
    前記試料ホルダのカバー構造に、試料を載せたメッシュを搭載または固定するステップと、
    前記試料ホルダの移動機構により暗視野ＳＴＥＭ半導体素子を上下方向に移動させるステップと、
    前記カバー構造が前記暗視野ＳＴＥＭ半導体素子を覆う前記試料ホルダを前記ステージ機構上に配置するステップと、
    前記試料ホルダ上の前記試料に荷電粒子線を照射するステップと、
    前記試料ホルダ上の前記試料を透過した暗視野ＳＴＥＭ信号粒子を前記暗視野ＳＴＥＭ半導体素子により直接検出するステップと、
    を含む観察方法。
14. ステージ機構と、前記ステージ機構上に配置された試料ホルダとを備える、アウトレンズＳＥＭまたはセミインレンズＳＥＭである荷電粒子線装置による観察方法であって、
    暗視野ＳＴＥＭ信号粒子を直接検出する暗視野ＳＴＥＭ半導体素子と、前記暗視野ＳＴＥＭ半導体素子を移動する移動機構と、荷電粒子線の信号粒子を検出する検出機構と、前記検出機構に接続され、前記移動機構を駆動する駆動機構とを備える試料ホルダに試料を搭載するステップと、
    前記試料ホルダを前記ステージ機構上に配置するステップと、
    荷電粒子線を前記検出機構の位置に照射して前記駆動機構を駆動させることにより、前記暗視野ＳＴＥＭ半導体素子を上下方向に移動させるステップと、
    前記試料ホルダ上の前記試料に荷電粒子線を照射するステップと、
    前記試料ホルダ上の前記試料を透過した暗視野ＳＴＥＭ信号粒子を前記暗視野ＳＴＥＭ半導体素子により直接検出するステップと、を含む観察方法。
15. ステージ機構と、前記ステージ機構上に配置された試料ホルダとを備える、アウトレンズＳＥＭまたはセミインレンズＳＥＭである荷電粒子線装置による観察方法であって、
    前記試料ホルダの移動機構により暗視野ＳＴＥＭ半導体素子を上下方向に移動させることで、前記試料ホルダの前記暗視野ＳＴＥＭ半導体素子を、前記試料ホルダの試料搭載位置よりも高い位置に固定するステップと、
    試料から反射する反射粒子を前記暗視野ＳＴＥＭ半導体素子によって検出するステップと、を含む観察方法。
16. 請求項１２〜１４のいずれか一項に記載の観察方法において、
    前記暗視野ＳＴＥＭ半導体素子および前記ステージ機構の開口を透過した明視野ＳＴＥＭ信号粒子を、前記ステージ機構の下方に配置された明視野ＳＴＥＭ検出器により検出するステップを含む観察方法。
17. 請求項１２〜１４のいずれか一項に記載の観察方法において、
    前記暗視野ＳＴＥＭ半導体素子の開口を透過した明視野ＳＴＥＭ信号粒子を、前記試料ホルダが前記暗視野ＳＴＥＭ半導体素子の下方に備える明視野ＳＴＥＭ検出器により検出するステップを含む観察方法。

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