JP6419965B2 - 試料高さ調整方法及び観察システム - Google Patents

Description

本発明は、試料を大気圧下、所望のガス圧下またはガス種下で観察可能な荷電粒子線装置および当該荷電粒子線装置を用いた試料画像取得方法に関する。

物体の微小な領域を観察するために、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）や透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）などが用いられる。一般的に、これらの装置では試料を配置するための筐体を真空排気し、試料雰囲気を真空状態にして試料を撮像する。しかしながら、生物化学試料や液体試料などは真空によってダメージを受け、または状態が変わってしまう。一方で、このような試料を電子顕微鏡で観察したいというニーズは大きいため、観察対象試料を大気圧下や所望のガス圧下またはガス種下で観察可能なＳＥＭ装置が強く望まれている。

そこで、近年、電子光学系と試料の間に電子線が透過可能な隔膜や微***を設けて電子線が飛来する真空状態と試料雰囲気下を仕切ることによって、大気圧下や所望のガス圧下またはガス種下に試料が配置可能なＳＥＭ装置が知られている。特許文献１では、隔膜直下に配備された試料ステージを使って隔膜と試料とが非接触な状態で大気圧下の試料をＳＥＭ観察することおよび観察のために試料の位置を調整することが開示されている。

特開２０１２−２２１７６６号公報（米国特許出願公開第２０１４／００２１３４７号明細書）

観察対象試料雰囲気を大気圧下、所望のガス圧下またはガス種下にする場合、導入された隔膜や大気ガスや導入ガスによって電子ビームが散乱を受けて顕微鏡画像が明瞭ではなくなるという問題があった。例えば、隔膜と試料とが非接触な状態で大気圧下に置かれた試料に荷電粒子線を照射する装置では、隔膜と試料との距離が長いと大気中のガス分子によって荷電粒子線が散乱を受けた不明瞭な顕微鏡像になってしまう。したがって、隔膜と試料とを近接させて大気のガス分子によって散乱される量を減らすことが重要となる。

しかし、試料と隔膜とを近接させすぎると、試料と隔膜とが接触することによって隔膜を破損してしまう恐れがある。試料と隔膜との距離がわかれば隔膜の破損を防止することができる。そのため、特許文献１にはカメラなどを用いて試料と隔膜との距離を監視する方法について記載されている。しかしながら、隔膜と試料との距離が数百μｍ以下まで短くするとカメラで観察するのは難しくなる。

また、上記のように顕微鏡画像の分解能は大気中のガス分子による散乱の程度に大きく影響される。試料を交換するたびに試料ステージを移動させる必要があるため、隔膜と試料との距離は毎回変わってしまう。そのため、分解能を一定にするためには、隔膜と試料との距離を一定にすることが必要となるが、上述のように特許文献１の方法では数百μｍ以下のオーダーで隔膜と試料との距離を一定に決めることはできなかった。

要約すると、従来は、隔膜と試料との距離をできるだけ近づけたいという要求がある一方で、近づけてよい限界が分からないという課題があった。特に、隔膜と試料との距離を数百μｍ以下に安全に近づける方法は確立されていなかった。このため従来は、試料を安全に隔膜に近づけること、および観察ごとに隔膜と試料とを一定の距離にすることが困難であった。

本発明は、かかる問題に鑑みてなされたもので、試料を大気雰囲気またはガス雰囲気で観察するために設置された隔膜と観察試料との距離を正確に把握することが可能な荷電粒子線装置、及びこれを用いた試料画像取得方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の試料高さ調整方法及び観察システムにおいては、以下４ステップを行う。

第１のステップ：第１の試料設置部を荷電粒子光学鏡筒の光軸方向に動かすことで、高さ調整部材が隔膜または隔膜の土台に接触するときの前記第１の試料設置部の高さを記憶する。

第２のステップ：光学式装置の少なくとも一部を動かして光学式装置と高さ調整部材との距離を変えることで、光学式装置に固有に決められた光学式装置から所定距離の位置を示す固有点が高さ調整部材の表面に位置するように調整する。

第３のステップ：Ｚ軸駆動機構付き試料台を光学式装置に配置し、第２のステップで調整された光学式装置の固有点の位置を変えずに、光学式装置の固有点の位置に試料の表面が位置するようにＺ軸駆動機構付き試料台の高さを調整する。

第４のステップ：第１のステップで記憶した第１の試料設置部の高さを用いて、前記荷電粒子線装置の前記第１の試料設置部の高さまたは前記Ｚ軸駆動機構付き試料台の高さを調整することで、前記試料と前記隔膜との間の距離を調整する。

つまり、本発明の試料高さ調整方法及び観察システムにおいては、高さ調整部材を用いて、当該高さ調整部材に対する荷電粒子線装置における隔膜の位置を、光学式装置の固有点とすることで光学式装置において高さ調整部材と隔膜との位置関係を再現し、光学式装置の固有点の位置に試料の表面が位置するようにＺ軸駆動機構付き試料台の高さを調整する。

本発明によれば、隔膜と試料との距離を安全に近づけることができ、試料が隔膜に接触させることによって破損する確率を低減することができる。これによって、隔膜交換の頻度を低減しランニングコストを抑えることができる。

また、隔膜と試料との距離を把握することができるので、簡便に隔膜と試料との距離を調整することができ、隔膜と試料との距離をできる限り小さくするまたは試料交換の度に一定になるように調整することが可能である。これによって、利便性良く、明瞭な画像を取得することができる。

上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

実施例１の荷電粒子顕微鏡の全体構成図。 実施例１における、高さ調整冶具を用いて光学顕微鏡を調整するときの操作の説明図。 実施例１における、光学顕微鏡を用いてＺ軸駆動機構付試料台の高さを調整するときの操作の説明図。 実施例１における荷電粒子顕微鏡において高さ調整冶具を搭載してＺ軸駆動機構の目盛を記憶する説明図。 実施例１における、荷電粒子顕微鏡においてＺ軸駆動機構付試料台を配置する操作の説明図。 実施例１における試料ステージを用いる場合の操作手順の説明図。 実施例１においてＺ軸駆動機構付き試料台を用いる場合の操作手順の説明図。 実施例１における隔膜と試料間の距離を説明する図。 実施例２における、高さ調整冶具を用いて光学顕微鏡を調整するときの操作の説明図。 実施例２における、荷電粒子顕微鏡に高さ調整冶具を搭載して視調整する操作の説明図。 実施例２における、(a)光学顕微鏡、(b)荷電粒子顕微鏡にＺ軸駆動機構付試料台を配置する操作の説明図。 実施例３おける、高さ調整冶具の形状の説明図。 実施例４における、荷電粒子顕微鏡において高さ調整冶具を搭載してＺ軸駆動機構の目盛を記憶する操作の説明図。 実施例４における、高さ調整冶具を用いて光学顕微鏡を調整するときの操作の説明図。

実施例４における、(a)光学顕微鏡、(b)荷電粒子顕微鏡にＺ軸駆動機構付試料台を配置する操作の説明図。 実施例４における高さ調整冶具の形状の説明図。 実施例４におけるリング状部品を高さ調整冶具とする説明図。 実施例５における、Ｐ点を観察するときの操作の説明図。 実施例５における、Ｑ点を観察するときの操作の説明図。 実施例６における高さ調整冶具の形状の説明図。 実施例６における操作手順の説明図 実施例７における高さ調整治具を用いてレーザ装置を調整する時の操作の説明図。 実施例７におけるレーザ装置を用いてＺ軸駆動機構付き試料台の高さを調整する時の操作の説明図。 実施例７における、レーザ装置を固定し試料ステージを動かす構成の説明図。 実施例８の荷電粒子顕微鏡の全体構成図。 実施例９における試料格納容器の構成図。 実施例９における試料格納容器を荷電粒子顕微鏡の内部に配置するときの構成図。 実施例９における光学顕微鏡を用いて試料格納容器のステージを調整する操作の説明図。 実施例９における光学顕微鏡を用いて試料格納容器のステージ位置を記録する説明図。 実施例９における光学顕微鏡を用いて試料格納容器のステージを調整する操作の説明図。 実施例９における操作手順の説明図。

以下、図面を用いて各実施形態について説明する。

以下では、荷電粒子線装置の一例として、荷電粒子線顕微鏡について説明する。ただし、これは本発明の単なる一例であって、本発明は以下説明する実施の形態に限定されるものではない。本発明は、走査電子顕微鏡、走査イオン顕微鏡、走査透過電子顕微鏡、これらと試料加工装置との複合装置、またはこれらを応用した解析・検査装置にも適用可能である。

また、本明細書において「大気圧」とは大気雰囲気または所定のガス雰囲気であって、大気圧またはこれと同程度の圧力環境のことを意味する。具体的には約１０⁵Ｐａ（大気圧）から〜約１０³Ｐａ程度である。

本実施例では、基本的な実施形態について説明する。図１には、本実施例の荷電粒子顕微鏡の全体構成図を示す。なお、以下の実施例は走査電子顕微鏡を意図して説明するが、上記の通り本発明はこれに限られない。

図１に示される荷電粒子顕微鏡は、主として、荷電粒子光学鏡筒２、荷電粒子光学鏡筒２と接続されこれを支持する筐体（真空室）７、大気雰囲気下に配置される試料ステージ５、およびこれらを制御する制御系によって構成される。荷電粒子顕微鏡の使用時には荷電粒子光学鏡筒２と筐体７の内部は真空ポンプ４により真空排気される。真空ポンプ４の起動・停止動作も制御系により制御される。図中、真空ポンプ４は一つのみ示されているが、二つ以上あってもよい。荷電粒子光学鏡筒２及び筺体７は図示しない柱等がベース２７０によって支えられているとする。

荷電粒子光学鏡筒２は、荷電粒子線を発生する荷電粒子源８、発生した荷電粒子線を集束して鏡筒下部へ導き、一次荷電粒子線として試料６を走査する光学レンズ１などの要素により構成される。荷電粒子源の寿命等の問題から、一般に荷電粒子源周辺の雰囲気は１０^-1Ｐａ以下の気圧（以下、高真空とする）となっている。荷電粒子光学鏡筒２は筐体７内部に突き出すように設置されており、真空封止部材１２３を介して筐体７に固定されている。荷電粒子光学鏡筒２の端部には、上記一次荷電粒子線の照射により得られる二次的荷電粒子（二次電子または反射電子）を検出する検出器３が配置される。検出器３で得られた信号に基づいて試料の画像を取得する。検出器３は荷電粒子光学鏡筒２の外部にあっても内部にあってもよい。荷電粒子光学鏡筒には、これ以外に他のレンズや電極、検出器を含んでもよいし、一部が上記と異なっていてもよく、荷電粒子光学鏡筒に含まれる荷電粒子光学系の構成はこれに限られない。

本実施例の荷電粒子顕微鏡は、制御系として、装置使用者が使用するコンピュータ３５、コンピュータ３５と接続され通信を行う上位制御部３６、上位制御部３６から送信される命令に従って真空排気系や荷電粒子光学系などの制御を行う下位制御部３７を備える。コンピュータ３５は、装置の操作画面（ＧＵＩ）が表示されるモニタと、キーボードやマウスなどの操作画面への入力手段を備える。上位制御部３６、下位制御部３７およびコンピュータ３５は、各々通信線４３、４４により接続される。

下位制御部３７は真空ポンプ４、荷電粒子源８や光学レンズ１などを制御するための制御信号を送受信する部位であり、さらには検出器３の出力信号をディジタル画像信号に変換して上位制御部３６へ送信する。図では検出器３からの出力信号をプリアンプなどの増幅器１５４を経由して下位制御部３７に接続している。もし、増幅器が不要であればなくてもよい。

上位制御部３６と下位制御部３７ではアナログ回路やディジタル回路などが混在していてもよく、また上位制御部３６と下位制御部３７が一つに統一されていてもよい。荷電粒子顕微鏡には、このほかにも各部分の動作を制御する制御部が含まれていてもよい。上位制御部３６や下位制御部３７は、専用の回路基板によってハードウェアとして構成されていてもよいし、コンピュータ３５で実行されるソフトウェアによって構成されてもよい。ハードウェアにより構成する場合には、処理を実行する複数の演算器を配線基板上、または半導体チップまたはパッケージ内に集積することにより実現できる。ソフトウェアにより構成する場合には、コンピュータに高速な汎用ＣＰＵを搭載して、所望の演算処理を実行するプログラムを実行することで実現できる。なお、図１に示す制御系の構成は一例に過ぎず、制御ユニットやバルブ、真空ポンプまたは通信用の配線などの変形例は、本実施例で意図する機能を満たす限り、本実施例のＳＥＭないし荷電粒子線装置の範疇に属する。

筐体７には、一端が真空ポンプ４に接続された真空配管１６が接続され、内部を真空状態に維持できる。同時に、筐体内部を大気開放するためのリークバルブ１４を備え、メンテナンス時などに、筐体７の内部を大気開放することができる。リークバルブ１４は、なくてもよいし、二つ以上あってもよい。また、筐体７におけるリークバルブ１４の配置箇所は、図１に示された場所に限られず、筐体７上の別の位置に配置されていてもよい。これらの構成によって、筺体７の内部の真空度は自由に調整することができる。

筐体下面には上記荷電粒子光学鏡筒２の直下になる位置に隔膜１０を備える。この隔膜１０は、荷電粒子光学鏡筒２の下端から放出される一次荷電粒子線を透過または通過させることが可能であり、一次荷電粒子線は、隔膜１０を通って最終的にＺ軸駆動機構付き試料台４１０に搭載された試料６に到達する。隔膜１０によって試料載置空間から隔離されて構成される閉空間（すなわち、荷電粒子光学鏡筒２および筐体７の内部）は真空排気可能である。本実施例では、隔膜１０によって真空排気される空間の気密状態が維持されるので、荷電粒子光学鏡筒２を真空状態に維持できかつ試料６周囲の雰囲気を大気圧に維持して観察することができる。また、荷電粒子線が照射されている状態でも試料が設置された空間が大気雰囲気であるまたは大気雰囲気の空間と連通しているため、観察中、試料６を自由に交換できる。

隔膜１０は土台９上に成膜または蒸着により固定されている。隔膜１０はカーボン材、有機材、金属材、シリコンナイトライド、シリコンカーバイド、酸化シリコンなどである。土台９は例えばシリコンや金属部材のような部材である。隔膜１０部は複数配置された多窓であってもよい。一次荷電粒子線を透過または通過させることが可能な隔膜の厚みは数ｎｍ〜数μｍ程度である。隔膜は大気圧と真空を分離するための差圧下で破損しないことが必要である。そのため、隔膜１０の面積は数十μｍから大きくとも数ｍｍ程度の大きさである。

隔膜１０を支持する土台９は隔膜保持部材１５５上に具備されている。図示しないが、土台９と隔膜保持部材１５５は真空シールが可能なＯリングやパッキンや接着剤や両面テープなどによって接着されているものとする。隔膜保持部材１５５は、筐体７の下面側に真空封止部材１２４を介して着脱可能に固定される。隔膜１０は、荷電粒子線が透過する要請上、厚さ数ｎｍ〜数μｍ程度以下と非常に薄いため、経時劣化または観察準備の際に破損する可能性がある。また、隔膜１０及びそれを支持する土台９は小さいので、直接ハンドリングすることが非常に困難である。そのため、本実施例のように、隔膜１０および土台９を隔膜保持部材１５５と一体化し、土台９を直接ではなく隔膜保持部材１５５を介してハンドリングできるようにすることで、隔膜１０及び土台９の取扱い（特に交換）が非常に容易となる。つまり、隔膜１０が破損した場合には、隔膜保持部材１５５ごと交換すればよい。仮に隔膜１０を直接交換しなければならない場合でも、隔膜保持部材１５５を装置外部に取り出し、隔膜１０と一体化された土台９ごと装置外部で交換することができる。

また、図示しないが、試料６の直下または近傍に試料が観察可能な光学顕微鏡を配置してもよい。この場合は、隔膜１０が試料上側にあり、光学顕微鏡は試料下側から観察することになる。そのため、この場合は、Ｚ軸駆動機構付き試料台４１０は光学顕微鏡の光に対して透明である必要がある。透明な部材としては、透明ガラス、透明プラスチック、透明の結晶体などである。より一般的な試料台としてスライドグラス（又はプレパラート）やディッシュ（又はシャーレ）などの透明試料台などがある。

また、温度ヒータや試料中に電界を発生可能な電圧印加部などを備えてもよい。この場合、試料が加熱または冷却していく様子や、試料に電界が印加されている様子を観察することが可能となる。

また、隔膜は２つ以上配置してもよい。例えば、荷電粒子光学鏡筒２の内部に隔膜があってもよい。あるいは、真空と大気とを分離する第一の隔膜の下側に、第二の隔膜を備え第二の隔膜と試料ステージとの間に試料が内包されていてもよい。

また、試料全体が内包された状態で真空装置内部に導入することが可能な環境セルを試料としてもよい。例えば、環境セル内部に試料高さ調整機構が具備され、真空と大気を分離するための隔膜に試料を接近させる場合にも後述する本発明が適応可能である。詳しくは実施例９にて後述する。本発明では隔膜の数や種類は問わず、本実施例で意図する機能を満たす限り、本実施例のＳＥＭないし荷電粒子線装置の範疇に属する。

以下本明細書において、試料ステージとは荷電粒子顕微鏡や光学顕微鏡の装置本体に固定された試料台の配置部を意味する。荷電粒子顕微鏡の試料ステージ５は少なくともＺ軸方向に試料ステージを駆動するＺ軸駆動機構を有する。Ｚ軸方向とは荷電粒子線光軸２００にそった（平行な）方向を指す。このＺ軸駆動機構は試料と隔膜との距離を任意に調整するために使用する機構で、例えば手動の微調整ネジやモータであってもよい。Ｚ軸駆動機構は、例えばネジのメモリやモータのステップ数などによって、Ｚ軸方向の駆動量を目盛りで数値化できるものとする。

また、荷電粒子顕微鏡の試料ステージ５は本実施例における高さ調整冶具４０３とＺ軸駆動機構付き試料台４１０を配置するための試料設置部４１９を備える。以下本明細書において、試料台とは試料ステージに着脱可能な部材であって試料が直接的または間接的に載置される部材を意味する。試料台が着脱可能であることにより光学顕微鏡など他の装置との間で試料台に試料を載せたまま移動することができる。以下の実施例で示すように、試料台を試料ステージ５から着脱する際に、毎回同じ位置（すなわち荷電粒子線光軸２００上）に所望の観察位置を簡単に合わせられることが望ましい。そこで、試料設置部４１９は、高さ調整冶具４０３およびＺ軸駆動機構付き試料台４１０をはめあわせるための位置決め構造４２０を有する。この位置決め構造４２０は、高さ調整冶具４０３およびＺ軸駆動機構付き試料台４１０をはめあわせたときに、試料設置部４１９の中心軸と、高さ調整冶具４０３およびＺ軸駆動機構付き試料台４１０の中心軸を、一定の位置関係で保持することができる。以下では試料設置部４１９に具備される位置決め構造４２０を穴とし、高さ調整冶具４０３およびＺ軸駆動機構付き試料台４１０に突起を備える構造を用いて説明する。試料設置部４１９に具備される位置決め構造４２０の穴の大きさや形（または直径）と高さ調整冶具４０３およびＺ軸駆動機構付き試料台４１０に突起の大きさや直径（または直径）がほぼ同等か前者が若干大きいこととして説明する。こうすることで、位置決め構造４２０の穴の軸と、高さ調整冶具４０３およびＺ軸駆動機構付き試料台４１０に突起の軸の位置関係が常に同じようにできる。ただし、前記穴と突起の関係は逆でもよいし、溝や突起などその他の構造を用いてもよい。

また、荷電粒子顕微鏡の試料ステージ５は、試料ステージをＸＹ平面内で移動するＸＹ平面移動機構を有していてもよい。ＸＹ平面とは前述のＺ軸に垂直な平面を指す。このＸＹ平面移動機構は、試料ステージ５上の任意の部位を観察するために使用する機構である。これにより、試料上で任意の観察対象部位を探して視野中心に移動することができる。

大気圧下において観察可能な荷電粒子顕微鏡においては、荷電粒子線の散乱を極力抑え、なおかつ隔膜を試料との接触により破損させないために、隔膜と試料の観察対象部位の距離を数百から数十μｍ程度に調整する必要がある。この操作は非常に繊細であり、大気圧下で観察を行う荷電粒子顕微鏡の利便性を大きく損なうものである。

以上の課題に対し、本実施例では、荷電粒子顕微鏡で観察する際の試料の高さおよび試料のＺ軸座標調整に光学式の顕微鏡（以下、光学顕微鏡）等を活用することで、大気圧雰囲気下で観察可能な荷電粒子顕微鏡の利便性を向上させる例を説明する。以下、装置構成及び使用方法について説明する。

以下の実施例で説明するように、荷電粒子顕微鏡で観察する際の試料の高さおよび試料のＺ軸座標を、光学顕微鏡と後述する高さ調整冶具およびＺ軸駆動機構付き試料台を用いて予め決定する。試料を実際に荷電粒子顕微鏡で観察する際には、試料を予め決定した試料の高さ、Ｚ軸座標に設置するだけでよく、繊細な試料高さ調整およびＺ軸座標調整の作業が不要となる。これにより、従来は繊細な作業を要していた試料の高さ調整および試料のＺ軸座標調整を簡便に行うことができ、装置の利便性を大幅に向上することが可能となる。

図２と図３を用いて、光学顕微鏡４０２、高さ調整冶具４０３、Ｚ軸駆動機構付き試料台４１０によって、荷電粒子顕微鏡内の隔膜と試料との距離及び位置関係を間接的に把握する方法を説明する。ここで光学顕微鏡とは光学式のレンズを具備した顕微鏡を意味するが、高倍率のカメラなどを用いた大気圧雰囲気下において荷電粒子顕微鏡より低倍率で観察可能な装置なども含む。あるいは、レーザの照射のその反射信号を取得することによって、距離を把握することが可能な光学レーザ式距離測定装置であってもよい。試料に物理的に接触することなしに試料の位置を把握することが可能な光学式装置であればどのような装置でもよいため、単に「光学式観察装置」または「光学式装置」と呼ぶこともできる。本実施例における光学式装置は、当該光学式装置に固有に決められた固有点を有する。この固有点は光学式装置から所定の距離の位置を示すものであり、光学式装置が光学顕微鏡である場合には焦点にあたり、光学式装置が光学レーザ式距離測定装置である場合には当該光学レーザ式距離測定装置の測定基準点にあたる。

以下では、光学式装置の一例として、光学顕微鏡を用いる構成について以下説明する。

図２は、高さ調整冶具を光学顕微鏡に設置し、高さ調整冶具を用いて光学顕微鏡を調整するときの操作の説明図である。

光学顕微鏡４０２は、対物レンズ４１２、鏡筒４１３、それらを前述のＺ軸方向に動かすための光学顕微鏡位置駆動機構４０６と、光学顕微鏡４０２を装置設置面に対して支持し、光学顕微鏡位置駆動機構４０６を具備する土台４０７を有する。なお、光学顕微鏡４０２の光軸方向はＺ軸方向と一致する。すなわち光学顕微鏡４０２の光軸は荷電粒子顕微鏡の光軸（Ｚ軸）に平行になるように配置される。光学顕微鏡位置駆動機構４０６は試料の観察対象部位に焦点を合わせるために使用する機構であり、光学顕微鏡の少なくとも一部を光軸方向に機械的に動かすことが可能な移動機構である。光学顕微鏡４０２の焦点位置４０８を図中の点線の交点で示す。なお、ここでは対物レンズ４１２または鏡筒４１３自体がＺ軸方向に駆動し試料との距離を調整する構成を用いて説明するが、対物レンズ４１２および鏡筒４１３が固定され、土台４０７上に図示しない試料ステージがありこれがＺ軸方向に駆動し試料（または試料設置部４００）との距離を調整する構成であってもよい。

光学顕微鏡４０２には試料設置部４００を備える。この試料設置部４００は、荷電粒子顕微鏡の試料ステージ５に具備されるのと同様に、高さ調整冶具４０３およびＺ軸駆動機構付き試料台４１０をはめあわせるための位置決め構造を有する。

また、高さ調整冶具４０３は、前述した試料設置部４００の位置決め構造４０１にはめあわせることができる構造を有する。つまり光学顕微鏡４０２が有する位置決め構造４０１は、荷電粒子顕微鏡の試料ステージの位置決め構造４２０と同じ形状となっている。これにより共通の高さ調整冶具４０３を用いることができる。また、高さ調整冶具を試料設置部４００に設置した状態において、高さ調整冶具は隔膜に対向する面は隔膜の窓枠より大きい上面（平面または後述するくぼみを有する面）を有し、試料設置部４００の上面と高さ調整冶具の上面の距離はｔ０で一定である。これ以降、試料設置部４００に高さ調整治具４０３を設置した状態における試料設置部４００の上面と高さ調整治具４０３上面の距離を「高さ調整治具４０３の高さ」と呼ぶ。高さ調整治具４０３を試料設置部４１９あるいは後述する試料設置部５０６に設置した場合の、各試料設置部から高さ調整治具４０３上面までの距離も同様に「高さ調整治具４０３の高さ」と呼ぶ。また、高さ調整冶具４０３の上面は十分平坦な面であるとする。

図３は、Ｚ軸駆動機構付き試料台４１０を光学顕微鏡に設置し、光学顕微鏡を用いてＺ軸駆動機構付試料台の高さを調整するときの説明図である。Ｚ軸駆動機構付き試料台４１０は、試料６を搭載する試料搭載部４０９を有する。試料搭載部４０９はＺ軸駆動機構付き試料台４１０に対して着脱可能であってもよい。また、Ｚ軸駆動機構付き試料台４１０自体が光学顕微鏡及び荷電粒子顕微鏡の試料ステージとは独立にＺ軸（光軸）方向に駆動するＺ軸駆動機構４１１を有する。これにより、試料設置部４００の上面からＺ軸駆動機構付き試料台４１０上の試料６の観察対象部位までの距離、すなわち試料６の高さを任意に調整することができる。以下で「試料の高さ」とは試料設置部４００の上面（光学顕微鏡の対物レンズに対向する面）からＺ軸駆動機構付き試料台上４１０の試料の表面までの距離を指す。また、Ｚ軸駆動機構付き試料台４１０は前述した試料設置部４００の位置決め構造にはめあわせることができる構造を有する。前述の通り光学顕微鏡４０２が有する位置決め構造４０１は、荷電粒子顕微鏡の試料ステージの位置決め構造４２０と同じ形状となっているので、荷電粒子線装置と光学顕微鏡で共通のＺ軸駆動機構付き試料台４１０を用いることができる。

図２（ａ）に、光学顕微鏡４０２の試料設置部４００に高さ調整冶具４０３を設置した状態を示す。この状態から光学顕微鏡位置駆動機構４０６を動かして、光学顕微鏡４０２の焦点位置４０８を高さ調整冶具４０３の表面に合わせる。この状態を図２（ｂ）に示す。

図３（ａ）に、光学顕微鏡４０２に、試料６を搭載したＺ軸駆動機構付き試料台４１０を配置した状態を示す。この状態からＺ軸駆動機構付き試料台４１０のＺ軸駆動機構４１１を動かして、光学顕微鏡４０２の焦点を試料の表面に合わせることができる。このとき、Ｚ軸駆動機構４１１は独立して動くので、光学顕微鏡位置駆動機構４０６を固定したまま、試料表面に光学顕微鏡の焦点を合わせることができる。図３（ｂ）に、光学顕微鏡４０２の焦点４０８をＺ軸駆動機構付き試料台４１０上の試料６の表面に合わせた状態を示す。

図４（ａ）に、図１の荷電粒子顕微鏡に高さ調整冶具４０３を配置した状態を示す。この状態から試料ステージ５のＺ軸駆動機構４１４を動かして、高さ調整冶具４０３を隔膜１０に接近させることができる。
図４（ｂ）に、高さ調整冶具４０３を隔膜１０の土台９に接触させた状態を示す。この状態のとき、高さ調整冶具４０３が隔膜１０の土台９に接触する位置がＺ軸駆動機構の目盛りからわかる（図４（ｂ）ではｚ０）。

なお、隔膜１０は荷電粒子線を通過させるために非常に薄く、また、図中隔膜１０より上側は真空であり、下側が大気圧であるため、隔膜１０は図示したように上側に凹んでいる状態となる。また、前述のとおり、高さ調整冶具４０３の上面は十分に平坦である。そのため、高さ調整冶具４０３を隔膜１０の土台９に近接または接触させたとしても隔膜１０を破損する可能性は少ない。

図５（ａ）に、図１の荷電粒子顕微鏡に、試料６を搭載したＺ軸駆動機構付き試料台４１０を配置した状態を示す。この状態から試料ステージ５のＺ軸駆動機構４１４を動かして、Ｚ軸駆動機構付き試料台４１０および試料６を隔膜１０に接近させることができる。図５（ｂ）に、Ｚ軸駆動機構付き試料台４１０および試料６を隔膜１０に接近させた状態を示す。

以上の本発明における装置および技術を用いて試料６を隔膜１０に安全に接近させるための試料の高さ調整の操作手順のうちの１パターンを、図６（ａ）を用いて説明する。

まず、第一の手順としてフェーズＡを実施する。フェーズＡでは高さ調整冶具を使って荷電粒子顕微鏡における隔膜のＺ軸方向の位置を確認する作業を行う。より具体的には、荷電粒子顕微鏡の試料ステージにより試料設置部４１９を荷電粒子光学鏡筒２の光軸方向に動かすことで高さ調整冶具が隔膜１０の土台９に接触するときの試料ステージの位置を記憶する。

最初に図４（ａ）のように荷電粒子顕微鏡の試料設置部４１９に高さ調整冶具４０３を設置する（ステップ６０１）。そして、図４（ｂ）のように高さ調整冶具４０３が隔膜１０の土台９に接触するまで、試料ステージ５のＺ駆動機構４１４を動かす（ステップ６０２，６０３）ことで試料設置部４１９を隔膜に近づける。高さ調整冶具４０３と土台９が接触すると土台９が上下左右のどこかに若干動くことが荷電粒子顕微鏡で取得する画像上でわかるため、荷電粒子顕微鏡で隔膜１０の土台９を観察して接触したかどうかの判定を行うことができる。なお、電気的な導通を確認することで接触したかどうかの判定を実施してもよい。接触したら、高さ調整冶具の接近を停止する（ステップ６０４）。高さ調整冶具４０３と隔膜１０の土台９が接触した状態での試料ステージのＺ軸方向の位置を記憶する。より具体的には、この状態でのＺ軸駆動機構４１４の目盛りの値を記憶する（ステップ６０５）。記憶はマニュアルによって行ってもよいし、荷電粒子顕微鏡に接続されたコンピュータのハードディスクやメモリなどの記憶媒体に記憶してもよい。また、ステップ６０２〜６０５の一連の手順をプログラミングするなどして自動で実施してもよい。この状態でのＺ軸駆動機構４１４の目盛りの値をｚ０とする。その後、高さ調整冶具４０３を荷電粒子顕微鏡の試料設置部４１９から取り外す（ステップ６０６）。

次に、第二の手順としてフェーズＢを実施する。フェーズＢでは、フェーズＡで用いた高さ調整冶具４０３により光学顕微鏡の高さを調整する作業を行う。より具体的には光学顕微鏡をＺ軸方向に駆動することで光学顕微鏡と高さ調整冶具との距離を変え、光学顕微鏡の焦点が高さ調整冶具４０３の表面に合うように調整する。

フェーズＢでは、高さ調整冶具４０３を用いて光学顕微鏡の高さ調整を行う。まず図２（ａ）のように高さ調整冶具４０３を光学顕微鏡４０２の試料設置部４００に設置する（ステップ６０７）。光学顕微鏡での観察を開始し、光学顕微鏡位置駆動機構４０６を動かし、高さ調整冶具４０３の表面に焦点を合わせる（ステップ６０８）。図２（ｂ）に高さ調整冶具４０３の表面に焦点があった状態を示している。その後、光学顕微鏡位置駆動機構４０６は図２（ｂ）の状態から動かさずに高さ調整冶具４０３を光学顕微鏡４０２の試料設置部４００から取り外す（ステップ６０９）。

次に、第三の手順としてフェーズＣを実施する。フェーズＣでは、フェーズＢで調整された状態の光学顕微鏡で、試料を載せたＺ軸駆動機構付き試料台の高さ調整を行う。より具体的には、Ｚ軸駆動機構付き試料台４１０を光学顕微鏡の試料設置部４００に設置し、フェーズＢで調整された光学顕微鏡の焦点位置を変えずに、当該焦点位置に試料表面が位置するように、Ｚ軸駆動機構付き試料台４１０のＺ軸駆動機構４１１により調整する。

フェーズＣでは、まず、図３（ａ）のように試料６を搭載したＺ駆動機構付き試料台４１０を光学顕微鏡４０２の試料設置部４００に設置する（ステップ６１０）。次に光学顕微鏡４０２で観察しながら、試料６に光学顕微鏡４０２の焦点４０８が合うようにＺ軸駆動機構付き試料台４１０のＺ軸駆動機構４１１を動かす（ステップ６１１）。ここで、光学顕微鏡位置駆動機構４０６は動かさずフェーズＢで調整した状態を維持することが重要である。焦点４０８に試料位置が合ったかは光学顕微鏡４０２の画像により確認できる（ステップ６１２）。図３（ｂ）は試料６に光学顕微鏡４０２の焦点４０８が合った状態である。焦点４０８に試料が位置したらＺ軸駆動機構４１１の動作を停止する（ステップ６１３）。このときの試料高さは、高さ調整冶具４０３を試料設置部４００に設置したときの試料設置部４００の上面と高さ調整冶具４０３の上面の距離ｔ０と一致する。その後、試料６を搭載したＺ軸駆動機構付き試料台４１０を光学顕微鏡４０２の試料設置部４００から取り外す（ステップ６１４）。このときＺ軸駆動機構４１１をステップ６１３の状態から動かさず取り外す。

第四の手順ではフェーズＤを実施する。フェーズＤでは荷電粒子顕微鏡内での試料６のＺ軸座標調整を行う。より具体的には、フェーズＡで記憶した荷電粒子顕微鏡における試料設置部の高さを用いて荷電粒子顕微鏡の試料ステージの位置を調整することで、試料と隔膜との距離を調整する。

まず、試料６を搭載したＺ駆動機構付き試料台４１０を荷電粒子顕微鏡の試料設置部４１９に設置する（ステップ６１５）。この状態を図５（ａ）に示す。ここで、フェーズＣで調整したＺ軸駆動機構４１１を動かさないことが重要である。その後、試料ステージ５のＺ軸駆動機構４１４の目盛りを、ｚ０よりもＺ軸方向の高さが低い（つまり隔膜１０から離れた）位置であるｚ０−ｚ１に合わせて観察を開始すると、試料を観察することができる（図５（ｂ））。なお、ｚ１は例えば百〜数十μｍなどであり、試料と隔膜との間のガスによる散乱の程度に応じて決めればよい。

以上のように、荷電粒子顕微鏡装置の外部に配置された光学顕微鏡にて高さ調整冶具４０３を介して、間接的に試料高さｔ０を把握できたことになる。言い換えれば、本実施例では、フェーズＢおよびフェーズＣで光学顕微鏡の焦点位置を利用して高さ調整冶具４０３とＺ軸駆動機構付試料台４１０の試料高さをｔ０に一致させている。これにより、高さ調整冶具４０３で測定した試料ステージ５のＺ軸駆動機構４１４での隔膜１０の位置を、試料が載置されたＺ軸駆動機構付試料台４１０を試料ステージ５に設置したときにも転用することを可能としている。また別の表現をすれば、本実施例では、高さ調整冶具４０３とＺ軸駆動機構付試料台４１０の試料高さを一致させることで、フェーズＡで荷電粒子顕微鏡に設置される高さ調整冶具４０３を疑似的にＺ軸駆動機構付試料台４１０とみなしている。これにより実際には隔膜に接触させることが許されない試料台の代わりに高さ調整冶具を利用して隔膜の土台に接触させ、隔膜の位置を把握することができる。

また、上記では「フェーズＡ→フェーズＢ→フェーズＣ→フェーズＤ」の順で操作を実施する構成について説明したが、他に以下の３パターンの順で実施してもよい。以下（１）〜（３）におけるアルファベットはフェーズ名を示す。
（１） Ｂ→Ａ→Ｃ→Ｄ
（２） Ｂ→Ｃ→Ａ→Ｄ
（３） Ｂ→（ＡとＣを並行して実施）→Ｄ
言い換えると、フェーズＢの後にフェーズＣを実施し、なおかつフェーズＡ〜Ｃを全て実施した後にフェーズＤを実施すればよい。

フェーズＤでは荷電粒子顕微鏡の試料ステージの位置を調整して試料と隔膜との距離を調整したが、Ｚ軸駆動機構付き試料台の高さを調整することで試料と隔膜との間の距離を調整してもよい。この場合の試料の高さ調整の操作手順のうちの１パターンを、図６（ｂ）を用いて説明する。

図６（ａ）と同様に、第一の手順にフェーズＡを、第二の手順にフェーズＢを実施する。

次に、第三の手順としてフェーズＥを実施する。フェーズＥでは、フェーズＣと同様にしてＺ軸駆動機構付き試料台の高さ調整を行った後に、Ｚ軸駆動機構付き試料台の高さをｔ０からｚ１だけ下げる。すなわち、光学顕微鏡の焦点位置から試料表面がｚ１だけ低くなるようにＺ軸駆動機構付き試料台の高さを調節する。

フェーズＥでは、まずフェーズＣのステップ６１０〜６１３と全く同様のステップ６２０〜６２４を実施する。ステップ６２４を実施したとき、試料高さはｔ０である。次に、試料高さがｔ０からｚ１だけ下がるようにＺ軸駆動機構付き試料台のＺ軸駆動機構を動かす（ステップ６２５）。このとき試料高さはｔ０−ｚ１となる。その後、試料６を搭載したＺ軸駆動機構付き試料台４１０を光学顕微鏡４０２の試料設置部４００から取り外す（ステップ６２６）。ステップ６２６はステップ６１４と同様である。

次に、第四の手順としてフェーズＦを実施する。フェーズＦでは、フェーズＤと同様にして荷電粒子顕微鏡内での試料６のＺ軸座標調整を行う。

まず、試料６を搭載したＺ軸駆動機構付き試料台４１０を荷電粒子顕微鏡の試料設置部４１９に設置する（ステップ６２７）。ここで、フェーズＥで調整したＺ軸駆動機構４１１を動かさないことが重要である。その後、試料ステージ５のＺ軸駆動機構４１４の目盛りをｚ０に合わせて（ステップ６２８）観察を開始すると、試料を観察することができる（ステップ６２９）。この状態を図７に示す。

以上のように、Ｚ軸駆動機構付き試料台の高さを調整して試料高さをｔ０−ｚ１とすることでも隔膜の位置を把握することができる。

上記では「フェーズＡ→フェーズＢ→フェーズＥ→フェーズＦ」の順で操作を実施する構成について説明したが、他に以下の３パターンの順で実施してもよい。以下（１）〜（３）におけるアルファベットはフェーズ名を示す。
（１） Ｂ→Ａ→Ｅ→Ｆ
（２） Ｂ→Ｅ→Ａ→Ｆ
（３） Ｂ→（ＡとＥを並行して実施）→Ｆ
言い換えると、フェーズＢの後にフェーズＥを実施し、なおかつフェーズＡ、Ｂ，Ｅを全て実施した後にフェーズＦを実施すればよい。

以上のとおり本実施例によれば、光学顕微鏡４０２と高さ調整冶具４０３を活用し、荷電粒子顕微鏡で観察する際の試料６の高さおよび試料６のＺ軸座標をあらかじめ決定することにより、繊細な試料６の高さ調整およびＺ軸座標の作業無しで、試料６を大気圧雰囲気下で荷電粒子顕微鏡にて観察することができる。これにより隔膜破損のリスクが低減され、また隔膜と試料との距離の把握および制御が容易になり、大気圧雰囲気下で観察可能な荷電粒子顕微鏡の利便性が向上する。

また、本実施例によれば、試料観察中に隔膜に試料が接触する位置を予め知ることができる。すなわち観察中に試料ステージを動かす場合に、試料ステージ位置がｚ０より高く（隔膜１０に近く）なると、隔膜に試料が接触してしまうことになる。したがって、高さ調整冶具４０３によりｚ０の位置を測定した段階で、試料ステージがｚ０より高く（隔膜１０に近く）ならないように、試料ステージの移動範囲に制限をかけてもよい。

次に、高さ調整冶具４０３表面が目標物４１６を備える場合について説明する。前述の例では、光学顕微鏡４０２で観察したときの視野のＸＹ方向の位置と、荷電粒子顕微鏡で観察したときの視野のＸＹ方向の位置が一致しないという課題がある。そこで、光学顕微鏡４０２に移動機構を設け光学顕微鏡４０２の視野中心と荷電粒子顕微鏡の視野中心を一致させて、試料上の特定の部位を観察する方法を説明する。この例では、光学顕微鏡４０２および荷電粒子顕微鏡で観察する際の目標物４１６を有する高さ調整冶具４０３と、ＸＹ平面移動機構４１５を有する光学顕微鏡４０２と、ＸＹ平面移動機構４１７を有する荷電粒子顕微鏡を用いる。図８と図９と図１０に必要な構成とそれらを組み合わせた状態を示す。以下では、前述の実施例と同様の部分については説明を省略する。

本実施例の高さ調整冶具４０３は、表面に光学顕微鏡４０２および荷電粒子顕微鏡で観察する際の目標物４１６を有する。この目標物は、高さ調整冶具４０３を光学顕微鏡４０２で観察した際の視野中心と高さ調整冶具を荷電粒子顕微鏡で観察した際の視野中心を一致させるために用いる。この目標物４１６は溝や穴、特定材料の埋め込み構造など、高さ調整冶具４０３の表面から突起していない形状を有し、光学顕微鏡４０２と荷電粒子顕微鏡の両方で観察できる大きさおよび材料である。ただし目標物４１６は、観察時の視野中心のＸＹ平面上の座標を一意に決定できれば２つ以上あってもよく（大きさの違う同心円など）、その形状にはこだわらない。また、目標物４１６は目標構造または目標マークと呼ばれることもある。なお、ここでは高さ調整冶具４０３の中心軸上に目標物を設置した構造を用いて説明するが、表面上であれば目標物４１６の設置場所は中心軸と一致していなくてもよい。

本実施例では、光学顕微鏡４０２及び荷電粒子顕微鏡にはそれぞれＸＹ平面移動機構を有する。このＸＹ平面移動機構は、試料または高さ調整冶具をＸＹ平面内方向に移動させる機構であり、例えば微調整ネジやモータで構成されてもよい。ＸＹ平面移動機構は、試料ステージ上の任意の部位を観察するために使用される。

図８は光学顕微鏡に高さ調整冶具を設置した状態を示しており、図６のステップ６０７〜６０９に対応する。図８（ａ）は、光学顕微鏡４０２に、前述の高さ調整冶具４０３を設置（ステップ６０７）した直後の状態である。本実施例の光学顕微鏡４０２はＸＹ平面移動機構４１５を有する。光学顕微鏡４０２のＸＹ平面移動機構４１５は、例えば、土台４０７の上かつ試料設置部４００の下に設けられており、試料設置部４００に設置された試料または高さ調整冶具４０３をＸＹ平面方向に移動可能な機構である。これにより、試料上で任意の観察対象部位を探して光学顕微鏡４０２の視野中心に移動することができる。なお、ここでは光学顕微鏡４０２の土台４０７がＸＹ平面移動機構４１５を備える構成を用いて説明するが、土台４０７が固定され、鏡筒４１３と対物レンズ４１２を移動させるＸＹ平面移動機構を備える構成であってもよい。

この状態から光学顕微鏡４０２で観察しながら光学顕微鏡４０２のＸＹ平面移動機構４１５を動かして、光学顕微鏡４０２の視野中心に高さ調整冶具４０３表面の目標物４１６を移動することができる。図８（ｂ）に、光学顕微鏡４０２の視野内（好ましくは視野中心）に高さ調整冶具４０３の表面の目標物４１６がある状態を示す。本実施例において、図６のステップ６０８に対応するステップでは、光学顕微鏡位置駆動機構４０６を動かし高さ調整治具４０３に焦点を合わせることに加えて、ＸＹ平面移動機構４１５により高さ調整冶具４０３の目標物４１６を光学顕微鏡４０２の視野内に入れるように調整する。

図９は荷電粒子顕微鏡に高さ調整冶具を設置した状態を示しており、図６のステップ６０１〜６０６に対応する。図９（ａ）に、前述の荷電粒子顕微鏡に、前述の高さ調整冶具を設置（ステップ６０１）した直後の状態を示す。この状態から、荷電粒子顕微鏡で観察しながら荷電粒子顕微鏡の試料ステージ５のＸＹ平面移動機構４１７を動かして、荷電粒子顕微鏡の視野内（好ましくは視野中心）に高さ調整冶具４０３表面の目標物４１６を移動することができる。図９（ｂ）に、荷電粒子顕微鏡の視野内（好ましくは視野中心）に高さ調整冶具４０３の表面の目標物４１６がある状態を示す。本実施例においては、図６のステップ６０１とステップ６０６との間のいずれかのステップに加えまたはいずれかのステップに並行して、ＸＹ平面移動機構４１７により高さ調整冶具４０３の目標物４１６を荷電粒子顕微鏡の視野内に入れるように調整する。

以上により、高さ調整冶具４０３を介して、光学顕微鏡４０２で観察した時の視野中心と、荷電粒子顕微鏡で観察した時の視野中心を一致させることができる。

図１０（ａ）は光学顕微鏡にＺ軸駆動機構付き試料台４１０を設置した状態を示しており、図６のステップ６１０〜６１４に対応する。図１０（ａ）は、光学顕微鏡４０２に試料６を搭載したＺ軸駆動機構付き試料台４１０を設置し（ステップ６１０）、ステップ６１１〜６１３により試料に焦点が合った状態である。

図１０（ｂ）は荷電粒子顕微鏡にＺ軸駆動機構付き試料台４１０を設置した状態を示しており、図６のステップ６１５〜６１７に対応する。図１０（ｂ）は、ステップ６１６により、ステップ６０５で記録したｚ０から隔膜と試料との間の所望の距離ｚ１だけ目盛りをずらし、試料ステージのＺ軸駆動機構の目盛りをｚ０−ｚ１にした状態である。本実施例においては、高さ調整冶具４０３により既に光学顕微鏡の視野と荷電粒子顕微鏡の視野を一致させているため、荷電粒子顕微鏡に試料を設置した（ステップ６１５）時点で図１０（ａ）において視野中心にある試料６の部位と図１０（ｂ）において視野中心にある試料６の部位は一致する。これにより、荷電粒子顕微鏡上での視野探しが不要となるため、光学顕微鏡４０２で観察した試料６の部位を荷電粒子顕微鏡上でも容易に観察することが可能となる。

次に図１１を用いて高さ調整冶具の形状について説明する。以下では、実施例１，２と同様の部分については説明を省略する。

図１１は荷電粒子顕微鏡に高さ調整冶具を設置した状態の側方断面図である。図１１（ａ）に目標物４１６周辺が尖っていない高さ調整冶具４０３を荷電粒子顕微鏡に設置した状態を示す。また、図１１（ｂ）に、先端の面積が小さく目標物４１６周辺が尖っている高さ調整冶具４０３を荷電粒子顕微鏡に設置した状態を示す。図１１（ｂ）のように高さ調整冶具４０３は、目標物４１６が位置する面（すなわち高さ調整冶具の上表面であって、隔膜に最近接の平面）が試料設置部４１９の上面より小さい形状でもよい。隔膜１０の窓枠の長さをａ、土台９の長さをｂ、高さ調整冶具４０３の上面の長さをｃとすると、高さ調整冶具４０３は以下の式を満たす形状であることが望ましい。

ｂ＞ｃ＞ａ ・・・数式１
なお、隔膜１０の窓、隔膜の土台９、高さ調整冶具４０３の上面の形状が円形である場合、ａ、ｂ、ｃはそれぞれ円の直径を示すが、これらの形状は円形に限られず、例えば多角形であってもよい。多角形の場合には、ａ、ｂ、ｃはそれぞれ、当該多角形の大きさを表す値（例えば外接円の直径）である。

ｂ＞ｃとすることで、荷電粒子顕微鏡で観察した際に、観察できる高さ調整冶具４０３の上面の表面積を小さくできるために、簡便に目標物４１６を視野中心に移動させることが可能となる。つまり、荷電粒子顕微鏡では、隔膜１０の面積以上の視野を観察することができないために、図１１（ａ）では高さ調整冶具４０３を観察視野に収めた後にも、目標物４１６を視野中心に移動するためには高さ調整冶具４０３表面上の移動を繰り返して目標物を探さなければならない。一方で、高さ調整冶具４０３の先端の面積が小さい場合は、目標物４１６を視野中心に移動するための観察視野の移動は少ない回数で済む。さらに、ｃ＞ａとすることで、隔膜１０の窓長ａよりも高さ調整冶具４０３の上面の長さｃのほうが大きくなるために、高さ調整冶具４０３の先端が隔膜１０に接触せずに土台９に接触させることが可能である。

次に、図１２から図１５を用いて高さ調整冶具４０３の別の変形例について説明する。以下では、実施例１〜３と同様の部分については説明を省略する。

高さ調整冶具４０３は、以下に説明するように、上部先端にくぼみ４１８を有してもよい。あるいは、高さ調整冶具４０３の上部外周に凸部４２１を有してもよい。以下では、高さ調整部材の上表面であって隔膜に対向する面の高さが外周部とその内部とで異なる場合を代表して、くぼみ４１８の例を説明する。くぼみの深さｈ０はくぼみの底面内で一定であり、試料設置部に設置したときに、試料設置部の上面からくぼみ４１８の底部までの距離はｔ１で一定である。例えばｈ０は数μｍから数十μｍである。

前述の高さ調整冶具４０３表面の目標物４１６が設けられる場合には、くぼみ４１８の底部に設けられる。また、ここでは高さ調整冶具４０３が試料設置部４１９の位置決め構造４２０にはめあわせられる構造を有している構成を用いて説明するが、高さ調整冶具４０３を位置決め構造４２０にはめあわせられる構造を有する試料台に乗せて使用してもよい。

図１２は、くぼみ４１８を有する高さ調整冶具４０３を荷電粒子顕微鏡に設置した状態である。図１２（ａ）に、くぼみ４１８を有する高さ調整冶具４０３を荷電粒子顕微鏡に設置した（ステップ６０１に対応）直後の状態を示す。この状態から試料ステージ５のＺ軸駆動機構４１４を動かして（ステップ６０２に対応）、高さ調整冶具４０３と隔膜１０の土台９を接触させる（ステップ６０３、６０４に対応）。図１２（ｂ）に、高さ調整冶具４０３と隔膜１０の土台９が接触した状態を示す。この状態で、Ｚ軸駆動機構４１４の駆動量を（駆動量をｚ０とする）記録または記憶しておく（ステップ６０５に対応）。その後、高さ調整冶具４０３を荷電粒子顕微鏡から取り外す（ステップ６０６に対応）。

なお、本実施例のくぼみ４１８は、図１２で示すようにくぼみの大きさｄは、隔膜１０の窓枠の大きさａよりも大きく、また隔膜の土台９の大きさｂよりは小さい。本実施例ではこのようなくぼみ４１８があるため、隔膜１０（土台９の窓部）と高さ調整冶具４０３は接触しない。くぼみ４１８が無い高さ調整冶具４０３を荷電粒子顕微鏡の試料ステージ５上の試料設置部４１９に設置し、隔膜１０の土台９に接触させた場合（図４（ｂ））、高さ調整冶具４０３が隔膜１０と接触して隔膜１０が破損する可能性がある。一方、くぼみ４１８を有する高さ調整冶具４０３を荷電粒子顕微鏡の試料ステージ５の試料設置部４１９に設置して隔膜１０の土台９に接触させた場合（図１２（ｂ））、高さ調整冶具４０３は隔膜１０には接触せずに隔膜１０の土台９の周縁部にのみ接触する。このため、隔膜１０と高さ調整冶具４０３との接触により隔膜１０が破損される可能性を低減することができる。これにより、隔膜破損による隔膜の交換作業の頻度を低減し、装置の利便性を向上することが可能となる。

図１３は光学顕微鏡４０２に前述のくぼみ４１８を有する高さ調整冶具４０３を設置した状態である。図１３（ａ）は、光学顕微鏡４０２に本実施例の高さ調整冶具４０３を設置（ステップ６０７に対応）した直後の状態である。この状態から光学顕微鏡位置駆動機構４０６を動かしてくぼみ４１８の底部に焦点を合わせる（ステップ６０８に対応）。図１３（ｂ）は焦点が合った状態である。この状態から光学顕微鏡４０２の光学顕微鏡位置駆動機構４０６は動かさずに高さ調整冶具４０３を取り外す（ステップ６０９に対応）。

その後、光学顕微鏡４０２の試料設置部４００に試料６を搭載したＺ軸駆動機構付き試料台４１０を設置し（ステップ６１０に対応）、Ｚ軸駆動機構４１１を動かして（ステップ６１１に対応）試料６に焦点を合わせる（ステップ６１２、６１３に対応）。図１４（ａ）は焦点が合った状態である。このとき試料高さはｔ１となる。

次に、光学顕微鏡からＺ軸駆動機構付き試料台４１０を取り外し（ステップ６１４に対応）、荷電粒子顕微鏡に設置する（ステップ６１５に対応）。そして、図１４（ｂ）に示すように、試料ステージ５のＺ軸駆動機構４１４の目盛りをｚ０にして（ステップ６１６に対応）、試料を観察する（ステップ６１７に対応）。

ここで、本実施例の深さが既知のくぼみ４１８は以下で説明するような操作性向上の効果を持つ。前述のくぼみ４１８が無い高さ調整冶具４０３を使用して前述の試料の高さ調整して荷電粒子顕微鏡で試料を観察する場合には、荷電粒子顕微鏡の隔膜位置のＺ軸座標確認（ステップ６０５で高さｚをｚ０と確認する工程）を実施した後に、試料ステージ５のＺ軸駆動機構４１４の目盛りをｚ０−ｚ１にする必要がある（図５（ｂ））。ここでｚ１とは隔膜１０と試料６との距離に相当する。しかし、Ｚ軸駆動機構４１４の目盛りを図４（ｂ）で得られる値ｚ０とは異なる値（ｚ０−ｚ１）にする操作は、試料高さ調整の操作を煩雑にする要因である。一方、深さ（ｈ０）が既知なくぼみ４１８を有する高さ調整冶具４０３を使用して試料６の高さ調整およびＺ軸座標調整を実施した場合、くぼみ４１８の深さｈ０が図５（ｂ）のｚ１に相当することができる。そのため、本実施例のようにくぼみ４１８を有する高さ調整冶具を使用して荷電粒子顕微鏡で試料を観察する場合には、荷電粒子顕微鏡の隔膜位置のＺ軸座標確認（ステップ６０５で高さｚがｚ０であると確認する工程）を実施した後に、試料ステージ５のＺ軸駆動機構４１４の目盛りをｚ０にすれば、隔膜と試料との間の距離は常にくぼみ４１８の深さｈ０になり、操作性が向上する。

また、本実施例の高さ調整冶具４０３は、図１５のように、先端が尖っている形状であってもよい。すなわち、実施例３で説明したように、高さ調整冶具４０３の上面（くぼみの周辺の外周部）の大きさが試料設置部４１９の上面の大きさより小さくなるようにしてもよい。

また、複数の部品を高さ調整冶具に組み合わせてくぼみ４１８や凸部４２１を形成してもよい。例えば図１６のように、中心に穴が開いて厚みがｈ０のリング状部品を高さ調整冶具４０３の上に配置することでくぼみや突部を形成してもよい。

図１６は高さ調整治具４０３をＺ軸駆動機構付き試料台４１０上に設置しているが、この構成については後述の実施例６で説明する。図１４の構成における高さ調整冶具４０３の深さｈ０（数μｍ〜数十μｍ）のくぼみ４１８は非常に浅いため、精度よく加工するのは困難であるという課題がある。また、くぼみ４１８の周りの凸部が磨耗するたびに新しい高さ調整冶具４０３が必要となるためコスト面での課題もある。一方で図１６の構成においては、高さ調整冶具４０３はくぼみ４１８を有さないため比較的容易に加工を行うことができる。また、リング状部品４２８が磨耗した場合もリング状部品４２８を取り替えるだけでくぼみ４１８の深さｈ０の精度を再現できるため、前述の課題を解決することができる。高さ調整治具４０３の直径または大きさがリング状部品４２８の直径または大きさと異なっていてもよい。また、リング状部品４２８はリング状でなくとも、くぼみ４１８を有すればどのような形状でも構わない。

次に、荷電粒子線顕微鏡で観察する際に、光学顕微鏡４０２の視野中心と荷電粒子顕微鏡の視野中心を合わせるために光学顕微鏡等を活用する別の例を説明する。以下では、実施例１〜４と同様の部分については説明を省略する。

上の例では、光学顕微鏡４０２で試料６の特定の部位を観察した後に、試料搭載部４０９をＸＹ平面内で移動して試料の別の部位を観察する場合、再度目標物４１６を有する高さ調整冶具４０３を用いて光学顕微鏡４０２の視野中心と荷電粒子顕微鏡の視野中心を合わせる操作が必要である。このため作業が煩雑になるという課題がある。そこで、Ｚ軸駆動機構付き試料台４１０上にＸＹ平面内方向に試料を移動することが可能な移動機構を設ける。この移動機構により試料６の観察対象部位を移動する例を以下に説明する。

本実施例では、ＸＹ平面移動機構４２２を有するＺ軸駆動機構付き試料台４２３を用いる。図１７と図１８に、必要な構成とそれらを組み合わせた状態を示す。

図１７に、本実施例のＺ軸駆動機構付き試料台４２３を用いて、試料６上の特定の観察対象部位を観察する状態を示す。図１７（ａ）は光学顕微鏡にＺ軸駆動機構付き試料台４２３を設置した状態、図１７（ｂ）は荷電粒子顕微鏡にＺ軸駆動機構付試料台４２３を設置した状態を示している。本実施例において、高さ調整冶具を使ってＺ軸方向の高さ合わせを行う処理は前述の実施例と同様である。本実施例のＺ軸駆動機構付き試料台４２３は、ＸＹ平面移動機構４２２を有する。このＸＹ平面移動機構４２２は例えばつまみ４２４を備えたネジ機構であって、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向（すなわち光軸方向であるＺ軸に垂直な平面内）に自在に移動することが可能である。つまみ４２４を操作しＸＹ平面移動機構４２２を動かすことで、光学顕微鏡４０２観察下において試料６上の任意の部位を観察し、観察対象部位を探して視野中心に移動することができる。この状態の後に別の部位を観察する場合は、Ｚ軸駆動機構付き試料台４２３上のＸＹ平面移動機構４２２のつまみ４２４を動かして観察対象部位を移動する。

図１８に、ＸＹ平面移動機構４２２により観察対象部位を移動した状態を示す。図１７では試料６表面上のＰ点を観察しており、図１８では試料６表面上のＱ点を観察している。Ｐ点を観察した後に、Ｑ点を観察したい場合は、一旦試料６が搭載されたＺ軸駆動機構付き試料台４２３を光学顕微鏡４０２下に戻し、光学顕微鏡４０２下に観察しながらＸＹ平面移動機構４２２を動かしてＱ点位置を光学顕微鏡の視野中心に持っていく。この状態が図１８（ａ）である。その後、ＸＹ平面移動機構４２２で調整した位置をそのまま保持して、荷電粒子顕微鏡にＺ軸駆動機構付き試料台４２３を設置する。この状態が図１８（ｂ）である。こうすると、光学顕微鏡４０２の視野中心と荷電粒子顕微鏡の視野中心は一致させたままであるので、Ｚ軸駆動機構付き試料台４２３を荷電粒子顕微鏡に設置するだけで、隔膜１０下にＱ点が位置する。つまり、光学顕微鏡４０２で視野探しをして視野中心に持ってきた位置を、直接荷電粒子顕微鏡の隔膜下（光軸上）に持ってくることができる。

以上より、光学顕微鏡４０２下での試料６の観察対象部位の決定と調整を容易に行うことが可能となり、大気圧雰囲気下で観察可能な荷電粒子線顕微鏡における観察対象部位の移動時の操作性を大幅に向上することができ、さらなる利便性の向上を図ることができる。本実施例は、光学顕微鏡と荷電粒子顕微鏡が別体となっており、その間で試料台を着脱して移動することが必要な観察システムにおいて、特に有効である。

また、荷電粒子線顕微鏡観察のための位置決めに光学顕微鏡４０２を用いる構成について説明したが、上記構成を用いることにより、色情報を含む光学顕微鏡像と、より高分解能あるいは組成情報を含む荷電粒子線画像を容易に比較することができるという効果も実現される。例えば、本発明における光学顕微鏡４０２で取得される画像はＣＣＤカメラなどを用いてデジタル情報として変換し、デジタル信号用ケーブルを経由して顕微鏡画像が表示されるコンピュータ３５のモニタに表示させてもよい。光学顕微鏡像と荷電粒子線画像が同一画面上に表示されることで容易に両画像の比較することが可能となる。

実施例１〜５では高さ調整冶具４０３を光学顕微鏡４０２の試料設置部４００および荷電粒子顕微鏡の試料設置部４１９に設置して用いる構成について説明したが、本実施例で説明するように高さ調整冶具４０３をＺ軸駆動機構付き試料台４１０上に設置して試料の高さ調整を行ってもよい。別の表現をすれば、本実施例では高さ調整冶具４０３とＺ軸駆動機構付き試料台４１０を一体化する例を説明する。以下では、めねじを有する高さ調整冶具４０３、めねじを有する試料台４２５、ねじ４２７を有するＺ軸駆動機構付き試料台４１０を用いる例を説明するが、高さ調整冶具４０３とＺ軸駆動機構付き試料台４１０が着脱可能に一体化できる構造であればこれに限られない。図１９に必要な構成とそれらを組み合わせた状態を示す。

本実施例のＺ軸駆動機構付き試料台４１０は試料搭載部４０９の上部に連結機構（例えばねじ４２７）を有する。ねじ４２７はＺ軸駆動機構付き試料台４１０の試料搭載部４０９と一体であってもよいし、試料搭載部４０９とは別の部品であって、試料搭載部４０９とねじなどの機構を用いて接続してもよい。ねじ４２７は例えばおねじであって、おねじは高さ調整冶具４０３および試料台４２５が有するめねじにはめ合わせることが可能で、ねじ４２７と高さ調整冶具４０３または試料台４２５の着脱が可能である。

本実施例の高さ調整冶具４０３は例えばめねじであって、おねじであるねじ４２７とはめ合わせてＺ軸駆動機構付き試料台４１０上に設置することができる。なお、前述のように、高さ調整冶具４０３は、前述のくぼみ４１８と目標物４１６のどちらか一方あるいは両方を有してもよい。また、実施例３に説明したように、目標物４１６が設置された部分の上面面積の周辺が尖っている形状であってもよい（図１９（ａ））。最初に高さ調整冶具４０３をＺ軸駆動機構付き試料台４１０を搭載し、そのあとに、高さ調整冶具４０３をはずして試料台４２５を搭載する。Ｚ軸駆動機構４１１を動かして、試料６に焦点を合わせた状態を図１９（ｂ）に示している。

本実施例の試料台４２５は例えばめねじを有し、おねじであるねじ４２７とはめ合わせてＺ軸駆動機構付き試料台４１０上に設置することができる。ここで、試料台４２５のはめ合わせ部分（例えばめねじ）は高さ調整冶具４０３のはめ合わせ部分（例えばめねじ）と同じ形状となっている。試料台４２５はＺ軸駆動機構付き試料台４１０上に設置し、試料６を搭載して使用する。

本実施例における高さ調整冶具４０３を試料設置部４００にはめあわせる構成の場合、位置合わせの絶対値ｔ２をユーザ自身が決定できることが特徴である。これまで説明してきた高さ調整冶具４０３の高さは変えることができないが、高さ調整冶具４０３を試料設置部４００にはめあわせる構成の場合は高さｔ２を変えることができる。ｔ２を変更できるメリットとしては、隔膜と目標物４１６の距離を把握するための値（ｚ０）を認識しやすい値（例えば、2.00mmなど小数点2位までが0の値）にしたい場合などに役に立つ。実施例１における高さ調整冶具４０３の場合、図４（ｂ）の隔膜１０の土台９に接触させることによって、高さ調整冶具４０３の表面が摩耗していったときｚ０の値が変動することになる。一方で、本実施例における高さ調整冶具４０３がＺ軸駆動機構付き試料台４１０が一体化されていると、高さ調整冶具４０３の高さ変動しても、前記変動分をＺ軸駆動機構付き試料台４１０にて調整することが可能となる。

また、高さ調整冶具４０３を試料設置部４００にはめあわせる構成の場合、高さ調整冶具４０３の試料設置部４００へのはめあわせと、Ｚ軸駆動機構付き試料台４１０の試料設置部４００へのはめあわせに傾きや位置ずれなどの違いがあると、試料高さを試料設置部４００の上面と高さ調整冶具の上面の距離ｔ２に精度よく合わせることが難しいという課題がある。一方本実施例の構成においては、高さ調整冶具４０３の使用時と試料台４２５の使用時でＺ軸駆動機構付き試料台４１０は同一のものを試料設置部４００にはめあわせるため、前述の課題を解決できる。例えば、位置決め構造４２０を長期使用して摩耗していった場合で緩みが発生することも考えられ、その場合は、緩みが発生せずに閉め込むことが可能なネジ構造をもつネジ４２７を用いる本実施例の方が適している。

次に、図２０に本実施例を実施するための手順を示す。ここでは高さ調整冶具４０３がくぼみ４１８および目標物４１６を有し、先端が尖った形状である構成（図１９（ａ））を例に説明するが、上述の各実施例で説明したように操作手順は高さ調整冶具の構造に応じて適宜変更されうる。図６と異なる点としては、ステップ９０１では、高さ調整冶具４０３とＺ軸駆動機構付き試料台４１０とを一体化している点と、光学顕微鏡４０２に設置及び焦点を合わせるステップ（ステップ９０９に対応）の後に、この状態から高さ調整冶具４０３をねじ４２７から取り外す点（ステップ９１０に対応）が大きく異なる。

第一のフェーズでは、高さ調整冶具を使って荷電粒子顕微鏡における隔膜のＺ軸方向の位置を確認する作業を行う。

まずＺ軸駆動機構付き試料台４１０のねじ４２７に高さ調整冶具４０３をはめ合わせる（ステップ９０１）。荷電粒子顕微鏡の試料設置部４００に、高さ調整冶具４０３をねじ４２７にはめあわせたＺ軸駆動機構付き試料台４１０を設置する（ステップ９０２）。もし、図１６の構成であれば、さらにリング状部品４２８を高さ調整冶具４０３の上に搭載する。そして高さ調整冶具４０３と隔膜１０の土台９とが接触するまで試料ステージ５のＺ駆動機構４１４を動かす（ステップ９０３，９０４）。接触したかどうかの判定は、図６のステップ６０３で説明したのと同様に行うことができる。接触したら、高さ調整冶具の接近を停止し（ステップ９０５）、高さ調整冶具４０３と隔膜１０の土台９が接触した状態での試料ステージのＺ軸方向の位置を記憶する（ステップ９０６）。高さ調整冶具４０３と隔膜１０の土台９が接触した時のＺ軸駆動機構４１４の目盛りの値がｚ０である。ステップ９０５，９０６はそれぞれ図６のステップ６０４，６０５と同様である。また、実施例１で説明したステップ６０２〜６０５の自動での実施方法と同様にステップ９０３〜９０６も自動で実施してもよい。その後、Ｚ軸駆動機構付き試料台４１０を荷電粒子顕微鏡の試料設置部４１９から取り外す（ステップ９０７）。

第二のフェーズでは、高さ調整冶具４０３を用いて光学顕微鏡の高さ調整を行う。まず、高さ調整冶具４０３が連結されたＺ軸駆動機構付き試料台４１０を光学顕微鏡４０２の試料設置部４００に設置する（ステップ９０８）。観察を開始し、光学顕微鏡位置駆動機構４０６を動かし、高さ調整冶具４０３に焦点を合わせる（ステップ９０９）。焦点が合った状態が図１９（ａ）である。このときの高さ調整冶具４０３のくぼみ４１８（光学顕微鏡の焦点が合っている点）から試料設置部４００の上面までの距離をｔ２とする。その後、光学顕微鏡位置駆動機構４０６は前述の状態から動かさずに、高さ調整冶具４０３をねじ４２７から取り外すことで高さ調整冶具４０３とＺ軸駆動機構付き試料台４１０を分離する（ステップ９１０）。

次に、第三のフェーズとして、第二のフェーズで調整された状態の光学顕微鏡で、試料を載せたＺ軸駆動機構付き試料台の高さ調整を行う。より具体的には、第二のフェーズで調整された光学顕微鏡の焦点位置に試料表面が位置するように、Ｚ軸駆動機構付試料台４１０のＺ軸駆動機構４１１により調整する。

第三のフェーズでは、まず試料６を搭載した試料台４２５をＺ軸駆動機構付き試料台４１０のねじ４２７にはめ合わせることで両者を連結する（ステップ
９１１）。このとき光学顕微鏡からＺ軸駆動機構付き試料台４１０を取り外さずに試料台４２５を取り付ける。または一旦光学顕微鏡からＺ軸駆動機構付き試料台４１０を取り外して試料台４２５を取り付け、その後試料台４２５が連結されたＺ軸駆動機構付き試料台４１０を光学顕微鏡４０２の試料設置部４００に設置してもよい。次に、光学顕微鏡４０２で観察しながら、試料６に光学顕微鏡４０２の焦点が合うようにＺ駆動機構付き試料台４１０のＺ軸駆動機構４１１を動かす（ステップ９１２）。ステップ９１２では、光学顕微鏡位置駆動機構４０６は動かさず第二のフェーズで調整した状態を維持することが重要である。焦点が合ったかの判定（ステップ９１３）は図６のステップ６１２で説明したのと同様に行うことができる。図１９（ｂ）は試料６に光学顕微鏡４０２の焦点が合った状態である。焦点に試料が位置したらＺ軸駆動機構４１１の動作を停止する（ステップ９１４）。このときの試料高さは、ステップ９０８におけるｔ２と一致する。その後、試料を載せた試料台４２５が連結されたＺ軸駆動機構付き試料台４１０を光学顕微鏡４０２の試料設置部４００から取り外す（ステップ９１５）。このときＺ軸駆動機構４１１をステップ９１３の状態から動かさず取り外す。

第四のフェーズでは、荷電粒子顕微鏡内での試料６のＺ軸座標調整を行う。まず、ステップ９１４で取り外した状態のまま、Ｚ駆動機構付き試料台４１０を荷電粒子顕微鏡の試料設置部４１９に設置する（ステップ９１６）。その後、試料ステージ５のＺ軸駆動機構４１１の目盛りをｚ０に合わせて（ステップ９１７）、観察を開始する（ステップ９１８）。なお、くぼみ４１８のない高さ調整冶具を用いる場合には図６のステップ６１６のようにｚ０から隔膜と試料との距離分だけＺ軸上の位置をずらせばよい。ステップ９１６からステップ９１８は図６のステップ６１５からステップ６１７とほぼ同様である。

実施例１〜６では光学式観察装置として光学顕微鏡を用いる構成について説明したが、本実施例では光学式観察装置として光学式レーザ装置を用いる例を説明する。以下では、実施例１〜６と同様の部分については説明を省略する。

図２１〜２３を用いて、光学式レーザ装置５００、高さ調整治具４０３、Ｚ軸駆動機構付き試料台４１０によって、試料高さを高さ調整治具４０３の高さｔ０に合わせる方法を説明する。光学顕微鏡を用いる例では、Ｚ軸駆動機構付き試料台４１０のＺ軸駆動機構４１１を動かして試料の表面を光学顕微鏡の焦点に合わせる際に焦点に合ったか否かの判断は操作者が目視で判断する。そのため試料の高さＺに定量性がないという課題があった。一方、本実施例における光学式レーザ装置は、レーザによって高さが絶対値として認識できるといった特徴がある。

本実施例における光学式レーザ装置５００は、レーザを発光する発光部５０２とレーザが試料に照射されたことによって発生する試料からの反射光を取得する素子を備える受光部５０３を具備する。発光部５０２と受光部５０３はレーザ装置５０１内に一体化されていてもよい。レーザ装置５０１などをＺ軸方向に動かすための光学式レーザ装置位置駆動機構５０４、光学式レーザ装置５００を装置接地面に対して支持し、光学式レーザ装置位置駆動機構５０４を具備する土台５０５、光学式レーザ装置５０１の基準面からレーザ照射点までの距離を表示するためのメータ５０７を有する。

光学式レーザ装置５０１には試料設置部５０６を備える。この試料設置部５０６は、荷電粒子顕微鏡の試料ステージ５に具備されるのと同様に、高さ調整治具４０３およびＺ軸駆動機構付き試料台４１０をはめあわせるための位置決め構造５０８を有する。

以下では、あらかじめレーザが照射して後で反射する基準点５０２を設定し、その基準点５０２からの変位を測定する装置を用いて説明するが、光学式レーザ装置自身の基準点からレーザが照射される点までの絶対距離を測定する装置であってもよい。図２１を用いて、調整治具４０３を光学式レーザ装置５０１に設置し、高さ調整治具４０３を用いて光学式レーザ装置５００を調整するときの操作の説明図である。図２１（ａ）では光学式レーザ装置５０１の試料設置部５０６に高さ調整治具４０３を設置した状態を示す。この状態から光学式レーザ装置位置駆動機構５０４を動かして、高さ調整治具４０３の表面を光学式レーザ装置５０１の検出距離範囲内に収める。この時の光学式レーザ装置のメータの値をｚ２とする。この状態を図２１（ｂ）に示す。このｚ２の値はユーザが記憶してもよいし、ｚ２の位置を０に合わせる機能をメータ５０７に有していてもよい。

図２２（ａ）に、光学式レーザ装置５０１に、試料６を搭載したＺ軸駆動機構付き試料台４１０を配置した状態を示す。図２２（ｂ）に、試料表面にレーザを照射し、Ｚ軸駆動機構付き試料台４１０のＺ軸駆動機構４１１を動かしてメータ５０７の値をｚ２に合わせた状態を示す。Ｚ軸駆動機構付き試料台４１０のＺ軸駆動機構４１１を動かして、メータ５０７の値をｚ２に合わせたとき、試料高さは高さ調整治具４０３の高さｔ０と一致する。このとき、Ｚ軸駆動機構４１１は独立して動くので、光学式レーザ装置位置駆動機構５０４を固定したまま、メータ５０７をｚ２に合わせることができる。前述のとおりメータ５０７に有する機能を用いてｚ２を０に合わせてもよい。ｚ２の値を０に調整した場合、メータ５０７には基準点５０２からの距離がメータ５０７に表示されるため、Ｚ軸駆動機構４１１を動かす量が分かりやすい。以上のとおり本実施例によれば、定量的に試料高さを決定することができる。

以上では発光部５０２および受光部５０３がＺ軸方向に駆動し試料との距離を調整する構成を用いて説明したが、図２３に示すように、レーザ装置５０２が固定され、土台５０５上に試料ステージ５０９がありこれがＺ軸方向に駆動し試料（または試料設置部５０６）との距離を調整する構成であってもよい。本構成の場合はレーザ装置５０１自体が動かなくてよいので、距離ｚ２を計測する際を考えると、より安定に計測可能な装置構成である。

図１では試料６を配置する空間が完全に大気状態での装置について説明した。本実施例では図２４を用いて大気圧下だけでなく大気圧よりも若干減圧下の状態（約１０⁵Ｐａ〜約１０³Ｐａ）や所望のガス雰囲気下で観察可能な荷電粒子線装置に上述の実施例を適応した構成を説明する。本実施例の荷電粒子線装置は、主として、荷電粒子光学鏡筒２、荷電粒子光学鏡筒を装置設置面に対して支持する第１の筐体（以下、真空室と称することもある）７、第１の筐体７に挿入して使用される第２の筐体（以下、アタッチメントと称することもある）１２１、第２の筐体内に配置される試料ステージ５、およびこれらを制御する制御系によって構成される。制御系などの基本的な構成は図１と同等なので詳細な説明は省略する。

第２の筐体１２１の直方体形状の側面のうち少なくとも一側面は開放面となっている。第２の筐体１２１の直方体形状（本体部）の側面のうち隔膜保持部材１５５が設置される面以外の面は、第２の筺体１２１の壁によって構成されている。または第２の筺体１２１自体には壁がなく第１の筺体７に組み込まれた状態で第１の筺体７の側壁によって構成されても良い。第２の筐体１２１は、第１の筺体７の側壁に設けられた開口部を通って第１の筐体７内部に挿入され、第１の筺体７に組み込まれた状態で観察対象である試料６を格納する機能を持つ。第１の筐体７と第２の筺体１２１間は真空封止部材１２６を介して上記側面側の外壁面に固定される。第２の筺体１２１は第１の筺体７の側面または内壁面または荷電粒子光学鏡筒のいずれに固定されても良い。これによって、第２の筐体１２１全体が第１の筐体７に嵌合される。第１の筺体７の開口部は、荷電粒子顕微鏡の真空試料室にもともと備わっている試料の搬入・搬出用の開口を利用して製造することが最も簡便である。つまり、もともと開いている穴の大きさに合わせて第２の筐体１２１を製造し、穴の周囲に真空封止部材１２６を取り付ければ、装置の改造が必要最小限ですむ。また、第２の筐体１２１は第１の筐体７から取り外しも可能である。

第２の筐体１２１の側面は大気空間と少なくとも試料の出し入れが可能な大きさの面で連通した開放面であり、第２の筐体１２１の内部に格納される試料６は、観察中、大気圧状態または若干の負圧状態または所望のガス種状態に置かれる。なお、図２４は光軸と平行方向の装置断面図であるため開放面は一面のみが図示されているが、図２４の紙面奥方向および手前方向の第１の筺体の側面により真空封止されていれば、第２の筺体１２１の開放面は一面に限られない。第２の筺体１２１が第１の筺体７に組み込まれた状態で少なくとも開放面が一面以上あればよい。第２の筺体の開放面により、試料は第２の筺体（アタッチメント）内部と外部の間で搬入および搬出が可能である。

第２の筺体１２１の上面側には荷電粒子線が透過または通過可能な隔膜１０が設けられている。この隔膜１０は第２の筺体１２１から着脱可能である。第１の筐体７には真空ポンプ４が接続されており、第１の筐体７の内壁面と第２の筐体の外壁面および隔膜１０によって構成される閉空間（以下、第１の空間１１とする）を真空排気可能である。これにより、本実施例では、隔膜１０により第１の空間１１が高真空に維持される一方、試料が保持されている空間（図では隔膜、第２の筺体１２１、蓋部材１２２によって囲まれる空間。以下、第２の空間１２とする）は大気圧または大気圧とほぼ同等の圧力のガス雰囲気に維持されるので、装置の動作中、荷電粒子光学鏡筒２側を真空状態に維持でき、かつ試料６および前述の試料台を大気圧または所定の圧力の雰囲気に維持することができる。隔膜１０は隔膜保持部材１５５によって保持され、隔膜１０の交換は隔膜保持部材１５５を交換することで可能となる。

なお、第１の空間１１は、真空度を調整することが可能である。すなわち、第１の空間内部にガス分子を導入し、低真空環境とすることも可能である。ガス分子は例えばニードルバルブ２８によって流量制限され、大気導入口２７を通して導入可能である。

本実施例の荷電粒子顕微鏡の場合、第２の筐体１２１の少なくとも一側面をなす開放面を蓋部材１２２で蓋うことができるようになっている。蓋部材１２２には試料ステージなどが具備されている。

本実施例の荷電粒子顕微鏡においては、第２の筐体１２１内に置換ガスを供給する機能または第一の空間とは異なった気圧状態を形成可能な機能を備えている。荷電粒子光学鏡筒２の下端から放出された荷電粒子線は、高真空に維持された第１の空間１１を通って、図２４に示す隔膜１０を通過し、更に、大気圧または若干の負圧状態に維持された第２の空間１２に侵入する。すなわち第２の空間は第１の空間より真空度が悪い（低真空度の）状態である。大気空間では荷電粒子線は気体分子によって散乱されるため、平均自由行程は短くなる。つまり、隔膜１０と試料６の距離が大きいと一次荷電粒子線または一次荷電粒子線の照射により発生する二次荷電粒子、反射荷電粒子もしくは透過荷電粒子が試料及び検出器３まで届かなくなる。一方、荷電粒子線の散乱確率は、気体分子の質量数や密度に比例する。従って、大気よりも質量数の軽いガス分子で第２の空間を置換するか、少しだけ真空引きすることを行えば、荷電粒子線の散乱確率が低下し、荷電粒子線が試料に到達できるようになる。また、第２の空間の全体ではなくても、少なくとも第２の空間中の荷電粒子線の通過経路、すなわち隔膜と試料との間の空間の大気をガス置換できればよい。置換ガスの種類としては、窒素や水蒸気など、大気よりも軽いガスであれば画像Ｓ／Ｎの改善効果が見られるが、質量のより軽いヘリウムガスや水素ガスの方が、画像Ｓ／Ｎの改善効果が大きい。

以上の理由から、本実施例の荷電粒子顕微鏡では、蓋部材１２２にガス供給管１００の取り付け部（ガス導入部）を設けている。ガス供給管１００は連結部１０２によりガスボンベ１０３と連結されており、これにより第２の空間１２内に置換ガスが導入される。ガス供給管１００の途中には、ガス制御用バルブ１０１が配置されており、管内を流れる置換ガスの流量を制御できる。このため、ガス制御用バルブ１０１から下位制御部３７に信号線が伸びており、装置ユーザは、コンピュータ３５のモニタ上に表示される操作画面で、置換ガスの流量を制御できる。また、ガス制御用バルブ１０１は手動にて操作して開閉してもよい。

置換ガスは軽元素ガスであるため、第２の空間１２の上部に溜まりやすく、下側は置換しにくい。そこで、蓋部材１２２でガス供給管１００の取り付け位置よりも下側に第２の空間の内外を連通する開口を設ける。例えば図２４では圧力調整弁１０４の取り付け位置に開口を設ける。これにより、ガス導入部から導入された軽元素ガスに押されて大気ガスが下側の開口から排出されるため、第２の筐体１２１内を効率的にガスで置換できる。なお、この開口を後述する粗排気ポートと兼用しても良い。

また、ヘリウムガスのような軽元素ガスであっても、電子線散乱が大きい場合がある。また、試料表面に水分が多量に存在する場合は若干水分を蒸発させる必要がある。その場合は、ガスボンベ１０３を真空ポンプにすればよい。そして、少しだけ真空引きすることによって、第２の筐体内部を極低真空状態（すなわち大気圧に近い圧力の雰囲気）にすることが可能となり、また試料表面上の水分だけを蒸発させることが可能となる。例えば、第２の筐体１２１または蓋部材１２２に真空排気ポートを設け、第２の筐体１２１内を一度真空排気する。その後置換ガスを導入してもよい。この場合の真空排気は、第２の筐体１２１内部に残留する大気ガス成分を一定量以下に減らせればよいので高真空排気を行う必要はなく、粗排気で十分である。これは例えば、約１０⁵Ｐａから約１０³Ｐａの範囲などである。

ただし、生体試料など水分を含む試料などを観察する場合、一度真空状態に置かれた試料は、水分が蒸発して状態が変化する。従って、完全に蒸発する前に観察するか、上述のように、大気雰囲気から直接置換ガスを導入する方が好ましい。第２の筺体１２１の開放面は、置換ガスの導入後、蓋部材で閉じることにより、置換ガスを効果的に第２の空間内に閉じ込めることができる。

このように本実施例では、試料が載置された空間を大気圧（約１０⁵Ｐａ）から約１０³Ｐａまでの任意の真空度に制御することができる。従来のいわゆる低真空走査電子顕微鏡では、電子線カラムと試料室が連通しているので、試料室の真空度を下げて大気圧に近い圧力とすると電子線カラムの中の圧力も連動して変化してしまい、大気圧（約１０⁵Ｐａ）〜１０³Ｐａの圧力に試料室を制御することは困難であった。本実施例によれば、第２の空間１２と第１の空間１１を薄膜により隔離しているので、第２の筐体１２１および蓋部材１２２に囲まれた第２の空間の中の雰囲気の圧力およびガス種は自由に制御することができる。したがって、これまで制御することが難しかった大気圧（約１０⁵Ｐａ）〜約１０³Ｐａの圧力に試料室を制御することができる。さらに、大気圧（約１０⁵Ｐａ）での観察だけでなく、その近傍の圧力に連続的に変化させて試料の状態を観察することが可能となる。

上記開口の位置に三方弁を取り付ければ、この開口を粗排気ポートおよび大気リーク用排気口と兼用することができる。すなわち、三方弁の一方を蓋部材１２２に取り付け、一方を粗排気用真空ポンプに接続し、残り一つにリークバルブを取り付ければ、上記の兼用排気口が実現できる。

上述の開口の代わりに圧力調整弁１０４を設けても良い。圧力調整弁１０４は、第２の筐体１２１の内部圧力が１気圧以上になると自動的にバルブが開く機能を有する。このような機能を有する圧力調整弁を備えることで、軽元素ガスの導入時、内部圧力が１気圧以上になると自動的に開いて窒素や酸素などの大気ガス成分を装置外部に排出し、軽元素ガスを装置内部に充満させることが可能となる。なお、図示したガスボンベまたは真空ポンプ１０３は、荷電粒子顕微鏡に備え付けられる場合もあれば、装置ユーザが事後的に取り付ける場合もある。

蓋部材１２２には試料ステージ５が具備される。本試料ステージ５の上には本発明における高さ調整冶具４０３とＺ軸駆動機構付き試料台４１０を配置するための試料設置部４１９を備える。試料設置部４１９は、高さ調整冶具およびＺ軸駆動機構付き試料台４１０をはめあわせるための位置決め構造４２０を有する。この位置決め構造４２０は、高さ調整冶具４０３およびＺ軸駆動機構付き試料台４１０をはめあわせたときに試料設置部４００の中心軸と高さ調整冶具４０３およびＺ軸駆動機構付き試料台４１０の中心軸を一定の位置関係で保持することができる。試料ステージ５は蓋部材１２２に固定されているため、蓋部材１２２を第２の筺体１２１の合わせ部１３２に密着させた時は隔膜１０と試料ステージの位置関係は常に一定である。そのため、図１の装置構成と比較し、図２４の装置構成では試料交換のために、試料ステージ５を紙面上横方向に移動させたとしても、第２の筺体１２１の合わせ部１３２に蓋部材１２２を密着させると常に位置決め構造４２０と荷電粒子線光軸２００と隔膜１０との位置関係は同じ位置に持ってくることが可能である。

本発明における試料と隔膜との距離把握方法は大気空間に内包し隔膜を備える試料格納容器においても用いることができる。図２５、図２６に、本実施例の試料格納容器の全体構成図を示す。図２５に示される試料格納容器は、主として、格納容器７００、蓋７０１、試料台７０２、試料台７０２の位置を変更するための駆動機構をもつ試料ステージ７０３、試料ステージ７０３を試料格納容器外部から動かすための複数の操作部７０４、操作部７０４と試料ステージ７０３との間の機械要素７２８、荷電粒子線を通過または透過させる隔膜１０、隔膜１０を保持する隔膜保持部材７０６によって構成される。試料６は試料台７０２の上に載置され、この試料台とともに閉空間である格納容器７００内部に格納される。本試料格納容器の外部と内部のガス種および気圧状態が分離した状態に保持するために、蓋７０１と格納容器７００との間にＯリングやパッキンなどの真空封じ部材７０７を有する。試料ステージ７０３の下面と格納容器７００の底面は図示しないねじ等で固定されるものとする。

蓋７０１は格納容器７００から着脱することが可能である。後述するように、荷電粒子線装置内部に配置される状態での格納容器７００内部は大気圧または所望のガス圧空間であり、格納容器７００外部は真空状態である。そのため、蓋７０１は格納容器７００内部から押される方向に力が働く。そのため、蓋７０１に接続された突起７０９と、格納容器７００に接続された突起７１０との組合せで、格納容器７００内部から押される方向に力が働いても、蓋７０１がはずれないような構造にしてもよい。この場合、蓋７０１は図中、紙面垂直方向にすべらせることによって、格納容器７００との着脱が可能となる。また別の例としては、蓋７０１と格納容器７００間が図示しないねじなどで固定されていてもよい。また別の例としては、格納容器７００と蓋７０１それ自体におねじ及びめねじが切られており組合せて回転させることによって結合させてもよい。蓋７０１の固定手段は上記の例に限られず、蓋７０１と格納容器７００が試料格納容器の内外の圧力差に耐えられる程度の力で固定されていればよい。

本実施例では、試料ステージ７０３は試料６の位置を隔膜に近づく方向または遠ざかる方向に駆動させることが可能なＺ軸と、図中横方向や紙面垂直方向に駆動することが可能なＸＹ軸の駆動機構を備える構成としている。そのため、操作部７０４（インターフェース）も複数配置される。試料６を試料台上で回転させる回転駆動機構があってもよい。これらの駆動機構は試料格納容器の内部に設置されており、試料ステージ７０３は機械要素７２８経由で試料格納容器の外部に設けられた操作部７０４によって操作される。機械要素７２８は例えば回転する軸や棒などである。操作部７０４は回転させるか、押したり引いたりするなどによって操作することが可能である。試料格納容器の外部と内部の気体種類および気圧状態が変化しないように、Ｏリングやパッキンなどの真空封じ部材７０７が格納容器７００と機械要素７２８間に備えられている。この構成によって、試料格納容器の内外の圧力差が維持され、試料格納容器の内部の雰囲気状態（圧力、ガス種類）を保ったまま試料６を隔膜１０と独立して駆動できる。すなわち、上述した位置調整機構によれば、隔膜１０に対する試料６の位置を試料格納容器の外部から調整することができる。尚、後述するように、試料格納容器は荷電粒子線装置内部のステージや台などの平面部に配置して光学顕微鏡などにて試料を観察しながら操作部７０４を操作する。そのため、操作部７０４の多くは図の通り試料格納容器側面側に配置されていることが望ましい。試料６と隔膜１０とが非接触であり、隔膜１０に平行方向に試料を隔膜１０と独立して動かすことが可能であるため、非常に広い範囲（少なくとも隔膜の面積より大きい範囲）の試料の観察が可能となる。

試料格納容器下側（底面側）には、後述する荷電粒子線装置内部の試料ステージ上に配置するための合わせ部７１１をもつ。合わせ部７１１は凸型で図示しているが、凹型でもよいし、別の形状でもよい。合わせ部７１１が試料ステージの対応する部分と結合することにより試料格納容器を試料ステージ上に固定する。

試料６は試料格納容器内に配置される。試料ステージ７０３上に設けられた試料台７０２の上に試料６が搭載される。試料６を試料格納容器から取り外す場合は試料６だけをはずしてもよいし、試料台７０２ごと取り外してもよい。

蓋７０１には隔膜１０を備えた隔膜保持部材７０６が具備されている。蓋７０１と隔膜保持部材７０６との間は接着剤、両面テープ、真空グリス、Ｏリングまたはパッキンなどがあることによって気密が保たれている。蓋７０１の図中上部から荷電粒子線が飛来して隔膜１０及び試料６に荷電粒子線が照射されるので、蓋７０１には開口部７１２を備える。後述するように、試料から放出された二次的荷電粒子を検出するための検出器が蓋７０１の上部に配置されている。そのため、二次的荷電粒子を効率よく検出するために、開口部７１２は蓋７０１の下面よりも上面の方が開口面積広くする形状であること望ましい。図では開口部７１２をテーパ形状としている構成を図示している。

試料格納容器には、ガス導入口７１４とガス導出口７１５を備える。これらは試料格納容器の外部空間の雰囲気状態と内部空間７１８とのガス雰囲気状態を分離又は連通できるようなバルブ機構を備える。蓋７０１によって格納容器７００が閉じられている状態でガス導入口７１４より所望のガスを導入する。但し、試料格納容器内部の圧力が上がりすぎると、隔膜１０が破裂する恐れがある。そのためガス導出口７１５を空けた状態で、ガス導入口７１４よりガス導入すると、隔膜１０に圧力をかけることなく内部空間７１８が所望の圧力のガス雰囲気で満たされることになる。ガス導出口７１５は内部空間７１８が試料格納容器の外部空間よりも圧力が高くなったら自動で開く安全弁などのようなものでもよい。また、ガス導出口７１５には真空ポンプを取り付けることも可能であり、その場合は試料格納容器を所望のガス種の低圧状態にすることが可能となる。また、上記記載したガス導入口及びガス導出口からは気体だけでなく液体を導入出してもよい。

試料格納容器には、試料６の近傍などに電気信号を送受信するために電流導入端子７１６を備える。電流導入端子７１６と格納容器７００との間には図示しない接着剤、Ｏリングまたはパッキンなどが設けられ格納容器内部の気密状態が保持される。電流導入端子７１６から図示しない配線などを経由して試料６近傍に電気信号を送受信する。電界印加、温度ヒータ、温度測定などのために本電流導入端子７１６が使用できる。また、検出素子を試料格納容器内部に配置し、検出素子からの信号線を電流導入端子７１６に接続すれば試料格納容器内部で発生した信号を取得することが可能となる。このように電流導入端子７１６は電気信号導出端子としても用いることができる。具体的には、試料６の下の試料台７０２を、荷電粒子線を光や電気信号に変更するシンチレータや半導体検出器などの検出素子にすれば、試料６から透過してきた透過荷電粒子線を取得できるので、試料内部情報の取得が可能となる。試料格納容器内部は大気状態またはガス状態であるので、試料内部情報を検出する際は試料と検出素子の距離を透過荷電粒子線の大部分が散乱する距離より短くすることが望ましい。つまり、透過する荷電粒子線の平均自由工程を短くする必要がある。隔膜と試料との距離および試料と検出器との許容される距離は、荷電粒子線の加速電圧などの照射条件によっても変化するが、現実的には、例えば、１ｍｍ以下であることが必要となる。したがって、試料６を検出素子上に直接配置することが望ましい。あるいは、厚みが１ｍｍ以下の薄いメッシュなどの上に試料を配置してもよい。

＜荷電粒子線装置の説明＞
次に、図２６に、試料格納容器を荷電粒子顕微鏡装置の内部に配置した状態を示す。本実施例の荷電粒子顕微鏡は、基本的な構成は図１と同等なので詳細な説明は省略する。

筺体７の側面は蓋部材５０によって装置外部と筺体７内部との気圧状態を分離することが可能である。蓋部材５０と筺体７との間は真空封じ部１０７が具備され、蓋部材５０は筐体７に真空封止部材１０７を介して取り外し可能に固定される。本実施例の荷電粒子顕微鏡は、前述の試料格納容器が筺体７内部にいれられた後に試料と荷電粒子光学鏡筒との位置関係を変更するために試料格納容器の移動手段としてステージ５を備えている。蓋部材５０を支持する底板となる支持板７０８が取り付けられており、ステージ５が支持板７０８に固定されている。筐体７の底面および蓋部材５０の下面に、蓋部材用支持部材１８、底板２０をそれぞれ備える。蓋部材用支持部材１８は底板２０に対して取り外し可能に固定されており、蓋部材５０および蓋部材用支持部材１８を丸ごと筐体７から取り外すことが可能である。

底板２０には、試料格納容器の取り外しの際に蓋部材５０の引き出しのガイドとして使用される支柱を備える。通常の観察時の状態では、支柱は底板２０に設けられた格納部に格納されており、取り外しの際に蓋部材５０が引き出される方向に延伸するように構成される。さらに、支柱は蓋部材用支持部材１８に固定されており、蓋部材５０を筐体７から取り外した際に、蓋部材５０と荷電粒子顕微鏡本体とが完全には分離しないようになっている。これにより、ステージ５または試料６の落下を防止することができる。

支持板７０８は、蓋部材５０の対向面に向けて筺体７内部に向かって延伸するよう取り付けられている。ステージ５に備えられるＺ軸駆動機構およびＸＹ駆動機構からはそれぞれ支軸が伸びており、各々蓋部材５０が有する操作つまみ５１および操作つまみ５２と繋がっている。装置ユーザは、これらの操作つまみを操作することにより、荷電粒子光学鏡筒に対する試料格納容器の位置を調整することが可能である。ここで上述のように試料格納容器内部にも位置調整機構が備えられており、この位置調整機構とステージは独立に可動となっている。試料格納容器内部の位置調整機構は試料と隔膜との位置合わせに利用され、ステージは荷電粒子線光学鏡筒と試料格納容器との位置合わせに利用される。

＜試料観察方法＞
以上で説明した試料格納容器内部に試料を配置した後、荷電粒子線装置内部に配置することによって、大気圧下またはガス雰囲気下にある試料に荷電粒子線を照射するまでの方法について詳細を記載する。

本実施例における光学顕微鏡４０２にはＸＹ平面移動機構４１５を備えるものとし、その他の構成や機能に関しては前実施例と同等である。

はじめに、格納容器７００内に高さ調整冶具４０３を配置し、隔膜１０を備えた蓋７０１を取り付ける。次のステップで、光学顕微鏡４０２下に前記格納容器７００を設置する。次のステップで、光学顕微鏡４０２に具備される光学顕微鏡位置駆動機構４０６を用いて焦点位置４０８を隔膜１０に合わせる。この時点の様子を図２７（ａ）に示す。ただしこのステップは実施してもしなくてもよい。次のステップでは、格納容器７００内に備えるステージ７０３を使って、高さ調整治具４０３を隔膜１０の隔膜保持部材７０６に接触させる。高さ調整冶具４０３と隔膜保持部材７０６が接触すると土台９が上下左右のどこかに若干動くことが荷電粒子顕微鏡で取得する画像上でわかるため、荷電粒子顕微鏡で隔膜１０の隔膜保持部材７０６を観察して接触したかどうかの判定を行うことができる。なお、電気的な導通を確認することで接触したかどうかの判定を実施してもよい。この時点の様子を図２７（ｂ）に示す。次のステップで、光学顕微鏡４０２に具備される光学顕微鏡位置駆動機構４０６を用いて焦点位置４０８を高さ調整治具４０３に合わせる。これにより、後述する過程において隔膜に試料が接触する可能性を低減させることができる。

次のステップでは、隔膜１０を備える蓋７０１が取り外された状態の格納容器７００の中に試料６を搭載する。この時点の様子を図２８（ａ）に示す。次のステップでは、光学顕微鏡４０２の焦点４０８が試料に合うように格納容器７００内に備えるステージ７０３を使って試料を動かす。この時光学顕微鏡の焦点が試料にあった時のステージ７０３のｚ値(図中ｚ２)を記録する。このｚ２の時の試料位置は仮想的な隔膜１０位置である。この時点の様子を図２８（ｂ）に示す。

次のステップでは、ステージ７０３を使ってｚを下げたあとで、隔膜が具備された蓋７０１をする。この時点の様子を図２９（ａ）に示す。次のステップで、ｚをｚ２にすると、試料６がちょうど隔膜１０の位置になる。この時点の様子を図２９（ｂ）に示す。このように、光学顕微鏡と高さ調整冶具を利用することで試料と隔膜との距離を把握することが可能となる。次のステップで、試料６と隔膜１０が近接した状態で試料格納容器を荷電粒子顕微鏡装置内にいれる。この時点の様子を図２６に示す。次のステップで観察を実施する。

図３０に以上に説明した光学顕微鏡を用いて隔膜と試料との間の距離を把握するステップを示す。

本実施得例における試料格納容器は、一般的な荷電粒子顕微鏡装置にいれることができるため、図１や図２４のような大気圧下で観察可能な荷電粒子顕微鏡装置を用いなくても大気圧下の試料の観察ができるといった特徴がある。

なお、本発明は上記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、上記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可能であり、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。また、上記の各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。

各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリや、ハードディスク、ＳＳＤ（Solid State Drive）等の記録装置、または、ＩＣカード、ＳＤカード、光ディスク等の記録媒体に置くことができる。

また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。

１：光学レンズ、２：荷電粒子光学鏡筒、３：検出器、４：真空ポンプ、５：試料ステージ、６：試料、７：筐体、８：荷電粒子源、９：土台、１０：隔膜、１１：第１の空間、１２：第２の空間、１４：リークバルブ、１５：開放面、１６：真空配管、１７：ステージ支持台、１８：蓋部材用支持部材、２０：底板、３５：コンピュータ、３６：上位制御部、３７：下位制御部、４３，４４：通信線、５０：蓋部材、５１：操作つまみ、５２：操作つまみ、１００：ガス供給管、１０１：ガス制御用バルブ、１０２：連結部、１０３：ガスボンベまたは真空ポンプ、１０４：圧力調整弁、１０８，１０９：操作つまみ、１２１：第２筐体、１２２：蓋部材、１２３,１２４,１２５,１２６：真空封止部材、１３１：本体部、１３２：合わせ部、１５４：信号増幅器、１５５：隔膜保持部材、２００：光軸、２７０：ベース、４００：試料設置部、４０１：位置決め構造、４０２：光学顕微鏡、４０３：高さ調整冶具、４０５：鏡筒、４０６：光学顕微鏡位置駆動機構、４０７：土台、４０８:焦点位置、４０９：試料搭載部、４１０：Ｚ軸駆動機構付き試料台、４１１：Ｚ軸駆動機構、４１２：対物レンズ、４１３：鏡筒、４１４：Ｚ軸駆動機構、４１５：ＸＹ平面移動機構、４１６：目標物、４１７：ＸＹ平面移動機構、４１８：くぼみ、４１９：試料設置部、４２０：位置決め構造、４２１：凸部、４２２：ＸＹ平面移動機構、４２３：Ｚ軸駆動機構付き試料台、４２４：つまみ、４２５：試料台、４２７：ねじ、４２８：リング状部品、
５００：光学式レーザ装置、５０１：レーザ装置、５０２：発光部、５０３：受光部、５０４：光学式レーザ装置位置駆動機構。５０５：土台、５０６：試料設置部、５０７：メータ、５０８：位置決め構造、５０９：試料ステージ
７００：格納容器、７０１：蓋、７０２：試料台、７０３：試料ステージ、７０４：操作部、７０５：隔膜、７０６：隔膜保持部材、７０７：真空封じ部材、７０８：支持板、７０９：突起部、７１０：突起部、７１１：合わせ部、７１２：開口部、７１３：テーパ穴、７１４：ガス導入口、７１５：ガス導出口、７１６：電流導入端子、７１８：内部空間、７２８：機械要素

Claims (23)

1. 荷電粒子線を発生する荷電粒子光学鏡筒と、第１の試料設置部と、前記第１の試料設置部が配置される空間を前記荷電粒子光学鏡筒の内部から隔離する隔膜と、前記隔膜が固定された土台と、を有する荷電粒子線装置における試料高さ調整方法において、
   前記第１の試料設置部を前記荷電粒子光学鏡筒の光軸方向に動かすことで高さ調整部材が前記隔膜または前記土台に接触するときの前記第１の試料設置部の高さを記憶する第１のステップと、
   光学式装置の少なくとも一部を動かして前記光学式装置と前記高さ調整部材との距離を変えることで、前記光学式装置に固有に決められた当該光学式装置から所定距離の位置を示す固有点が前記高さ調整部材の表面に位置するように調整する第２のステップと、
   Ｚ軸駆動機構付き試料台を前記光学式装置に配置し、前記第２のステップで調整された前記光学式装置の固有点の位置を変えずに、前記光学式装置の固有点の位置に試料の表面が位置するように前記Ｚ軸駆動機構付き試料台の高さを調整する第３のステップと、
   前記第１のステップで記憶した前記第１の試料設置部の高さを用いて、前記荷電粒子線装置の前記第１の試料設置部の高さまたは前記Ｚ軸駆動機構付き試料台の高さを調整することで、前記試料と前記隔膜との間の距離を調整する第４のステップと、を含む試料高さ調整方法。
2. 請求項１に記載の試料高さ調整方法において、
   前記第３のステップで調整された前記Ｚ軸駆動機構付き試料台の高さを変えずに、前記第４のステップを行う試料高さ調整方法。
3. 請求項１に記載の試料高さ調整方法において、
   前記光学式装置は光学顕微鏡であって、
   前記光学式装置の固有点は前記光学顕微鏡の焦点である試料高さ調整方法。
4. 請求項１に記載の試料高さ調整方法において、
   前記光学式装置はレーザによる距離測定装置であって、
   前記光学式装置の固有点は前記距離測定装置の距離基準点である試料高さ調整方法。
5. 請求項１に記載の試料高さ調整方法において、
   前記光学式装置の少なくとも一部を、当該光学式装置の光軸方向に機械的に動かすことが可能な移動機構を有し、
   前記第２のステップでは、前記移動機構を動かすことによって前記光学式装置の固有点が前記高さ調整部材の表面に位置するように調整する試料高さ調整方法。
6. 請求項１に記載の試料高さ調整方法において、
   前記高さ調整部材は、前記光学式装置および前記荷電粒子線装置で観察可能な目標物を有し、
   前記目標物を前記光学式装置および前記荷電粒子線装置の視野内に入れるステップを有する試料高さ調整方法。
7. 請求項６に記載の試料高さ調整方法において、
   前記目標物は前記高さ調整部材の表面から突起していない形状である試料高さ調整方法。
8. 請求項１に記載の試料高さ調整方法において、
   前記高さ調整部材の表面であって前記隔膜に最近接の平面の形状は、前記隔膜の窓枠より大きく、前記土台より小さい試料高さ調整方法。
9. 請求項１に記載の試料高さ調整方法において、
   前記高さ調整部材の表面であって前記隔膜に対向する面は、くぼみを有する試料高さ調整方法。
10. 請求項９に記載の試料高さ調整方法において、
    前記くぼみの形状は、前記隔膜の窓枠より大きく、前記土台より小さい試料高さ調整方法。
11. 請求項１に記載の試料高さ調整方法において、
    前記Ｚ軸駆動機構付き試料台は、前記荷電粒子光学鏡筒の光軸とは垂直な平面方向に移動可能なＸＹ平面移動機構を有する試料高さ調整方法。
12. 請求項１に記載の試料高さ調整方法において、
    前記Ｚ軸駆動機構付き試料台は、前記高さ調整部材と着脱可能である試料高さ調整方法。
13. 荷電粒子線を発生する荷電粒子光学鏡筒と、第１の試料設置部と、試料が配置される空間を前記荷電粒子光学鏡筒の内部から隔離する隔膜と、前記隔膜が固定された土台と、を有する荷電粒子線装置と、
    第２の試料設置部を有する光学式装置であって、当該光学式装置の少なくとも一部が可動であることで当該光学式装置に固有に決められた当該光学式装置から所定距離の位置を示す固有点と前記第２の試料設置部との距離を調整可能である光学式装置と、
    前記隔膜に対向する面は前記隔膜の窓枠より大きい上面であって、前記第１の試料設置部と前記第２の試料設置部に共通して設置することが可能な形状である高さ調整部材と、
    前記荷電粒子光学鏡筒の光軸方向に可動な機構を有し、前記第１の試料設置部と前記第２の試料設置部に共通して設置することが可能な形状であるＺ軸駆動機構付き試料台と、を有する観察システム。
14. 請求項１３に記載の観察システムにおいて、
    前記光学式装置は光学顕微鏡であって、
    前記光学式装置の固有点は前記光学顕微鏡の焦点である観察システム。
15. 請求項１３に記載の観察システムにおいて、
    前記光学式装置はレーザによる距離測定装置であって、
    前記光学式装置の固有点は前記距離測定装置の距離基準点である観察システム。
16. 請求項１３に記載の観察システムにおいて、
    前記光学式装置は、当該光学式装置の少なくとも一部を、当該光学式装置の光軸方向に機械的に動かすことが可能な移動機構を有する観察システム。
17. 請求項１３に記載の観察システムにおいて、
    前記高さ調整部材は、前記光学式装置および前記荷電粒子線装置で観察可能な目標物を有し、
    前記目標物は前記光学式装置および前記荷電粒子線装置の視野内に入る大きさである観察システム。
18. 請求項１７に記載の観察システムにおいて、
    前記目標物は前記高さ調整部材の表面から突起していない形状である観察システム。
19. 請求項１３に記載の観察システムにおいて、
    前記高さ調整部材の表面であって前記隔膜に最近接の平面の形状は、前記隔膜の窓枠より大きく、前記土台より小さい観察システム。
20. 請求項１３に記載の観察システムにおいて、
    前記高さ調整部材の表面であって前記隔膜に対向する面は、くぼみを有する観察システム。
21. 請求項２０に記載の観察システムにおいて、
    前記くぼみの形状は、前記隔膜の窓枠より大きく、前記土台より小さい観察システム。
22. 請求項１３に記載の観察システムにおいて、
    前記Ｚ軸駆動機構付き試料台は、前記荷電粒子光学鏡筒の光軸とは垂直な平面方向に移動可能なＸＹ平面移動機構を有する観察システム。
23. 請求項１３に記載の観察システムにおいて、
    前記Ｚ軸駆動機構付き試料台は、前記高さ調整部材と着脱可能である観察システム。

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