CN107004555B - 带电粒子束装置 - Google Patents

Abstract

通过带电粒子显微镜装置简便地实施由光学显微镜所观察到的试样的三维内部构造观察，并且通过透射带电粒子图像准确地测量试样内部构造的三维位置关系、密度分布。具有试样台旋转部，其可以将试样台(500)表面与一次带电粒子束的光轴所形成的角的角度倾斜为不垂直的角度(θ)的状态来使该试样台(500)旋转，试样台(500)被构成为包括检测在试样的内部散射或透射后的带电粒子的检测元件，通过在使试样台旋转部旋转到多个不同的角度(φ)的状态下向试样照射一次带电粒子束，来取得与各角度(φ)相对应的所述试样的透射带电粒子图像。

Description

带电粒子束装置

技术领域

本发明涉及可以通过带电粒子束的照射来观察试样的内部的带电粒子束装置以及试样观察方法。

背景技术

为了观察物体的微小区域的内部构造，使用扫描型透射电子显微镜(STEM)、透射型电子显微镜(TEM)等。作为用于使用这样的电子显微镜来观察试样内部的一般的观察方法，已知在具备大量空孔的网状的试样台上配置被切薄到电子束可透射的程度的试样，并对试样表面使用配置在与电子源侧相反侧的检测器来取得透射电子束。进一步，近年来，使试样倾斜来取得各种方位的透射电子显微镜像的方法作为进行物体的内部构造的三维观察的方法，在材料、医学、生物领域受到关注。在专利文献1中，提出了通过倾斜试样来获知三维的位置配置的方法。

另外，不仅通过电子显微镜，通过光学显微镜也可以观察物体的内部构造。通过使用光学显微镜，可以取得使用电子显微镜无法取得的颜色信息。作为像这样的光学显微镜观察用的试样调制法，广泛使用在载玻片等平坦的台上放置可透射光那样薄的试样，或薄薄地涂抹液体状态的试样来进行观察的方法等。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:日本特开平4-337236号公报(美国专利第5278408号说明书)

发明内容

发明要解决的课题

由于光学显微镜的焦点深度较浅，因此光学显微镜图像是仅具有试样的某特定的深度或厚度的信息的图像。因此，即使倾斜载玻片等也无法进行试样的三维内部构造观察。另一方面，电子显微镜比光学显微镜的焦点深度大，因此在一个图像中深度方向的信息会重叠。因此，为了使用电子显微镜来观察试样内部的三维构造，需要准确地确定在试样内部的三维方向的哪个位置存在多大以及多少密度的构造物。

进一步，当使用电子显微镜来实施通过光学显微镜进行过观察的试样的三维内部构造观察时，需要向专利文献1那样的可以进行三维构造观察的电子显微镜装置中导入使用光学显微镜进行过观察的试样。但是，不能将放置在载玻片上的试样放入像公知文献那样的TEM、STEM装置中，因此，在使用光学显微镜进行过观察的场所，难以使用电子显微镜实施三维内部构造观察。例如，使用树脂来固定使用光学显微镜观察过的载玻片等的平坦台上的试样，从平坦台剥离后通过切片机等切成薄片，并配置在具有大量空孔的网格上，由此可以实现，但是，该作业成为非常复杂的试样的置换作业。

本发明是鉴于这样的问题而作出的，其目的在于提供一种通过透射带电粒子束图像可以准确地确定试样内部构造的三维位置关系、密度分布的带电粒子束装置、试样观察方法。

用于解决课题的手段

为了解决上述问题，本发明中的带电粒子束装置的特征在于，具有：带电粒子光学镜筒，其向试样台所保持的试样照射一次带电粒子束；试样台旋转部，其能够在将所述试样台表面与所述一次带电粒子束的光轴所成的角倾斜到不垂直的角度的状态下旋转该试样台；以及控制部，其控制所述试样台旋转部的旋转角度，所述试样台被构成为包括检测在所述试样的内部散射或透射后的带电粒子的检测元件，通过在使所述试样台旋转部旋转到多个不同的角度的状态下向所述试样照射所述一次带电粒子束，取得与各角度对应的所述试样的透射带电粒子图像。

另外，本发明中的另一带电粒子束装置的特征在于，具有：带电粒子光学镜筒，其向试样台上所保持的试样照射一次带电粒子束；试样台架，其以可装卸的方式配置所述试样台；以及角度控制部，其通过第1轴以及不同于所述第1轴的第2轴来控制所述一次带电粒子束与所述试样的相对角度，所述试样台被构成为包括检测在所述试样的内部散射或透射后的带电粒子的检测器，通过所述第1轴以及所述第2轴上的多个不同的所述相对角度下的一次带电粒子束的照射，取得与各相对角度对应的所述试样的透射带电粒子图像。

另外，本发明中的另一带电粒子束装置的特征在于，具有：带电粒子光学镜筒，其向试样台上所保持的试样照射一次带电粒子束；试样台架，其以可装卸的方式配置所述试样台；试样台倾斜部，其通过不同于所述试样台架的倾斜轴的倾斜轴，使所述试样台表面与所述一次带电粒子束的光轴所成的角倾斜到不垂直的角度；以及控制部，其控制所述试样台倾斜部的倾斜角度，所述试样台被构成为包括检测在所述试样的内部散射或透射后的带电粒子的检测部，通过与所述试样台架不同的倾斜轴使所述试样台倾斜到多个不同的所述相对角度，并向所述试样照射所述一次带电粒子束，由此取得与各相对角度对应的所述试样的透射带电粒子图像。

发明效果

根据本发明，通过透射带电粒子束图像可以准确地确定试样内部构造的三维位置关系、密度分布。

特别是，通过使用可以检测透射带电粒子束的试样台，使用带电粒子显微镜装置可以简便地实施由光学显微镜所观察到的试样的三维内部构造观察。

通过以下的实施方式的说明，上述以外的问题、结构以及效果会变得更清楚。

附图说明

图1是光学显微镜观察和带电粒子束显微镜观察的概要说明图。

图2是具备检测元件的试样台的细节图。

图3是具备检测元件的试样台的细节图。

图4是具备检测元件的试样台的细节图。

图5是通过检测元件检测透射带电粒子的方法的说明图。

图6-1是通过检测元件检测透射带电粒子的方法的说明图。

图6-2是通过检测元件检测透射带电粒子的方法的说明图。

图6-3是通过检测元件检测透射带电粒子的方法的说明图。

图7-1是实施例1中的装置的说明。

图7-2是实施例1中的装置的说明。

图7-3是实施例1中的装置的说明。

图8是操作画面的说明图。

图9是实施例1中的观察方法的说明图。

图10是操作画面的说明图。

图11是通过检测元件检测透射带电粒子的方法的说明图。

图12是光学显微镜观察和带电粒子束显微镜观察的概要说明图。

图13是光学显微镜观察和带电粒子束显微镜观察的概要说明图。

图14是光学显微镜观察和带电粒子束显微镜观察的概要说明图。

图15是具备检测元件的试样台的细节图。

图16是通过检测元件检测透射带电粒子的方法的说明图。

图17是对试样与带电粒子束的相对角度进行了立体投影的图。

图18是示出了试样与倾斜、旋转的坐标关系的图。

图19是对试样与带电粒子束的相对角度进行了立体投影的图。

图20是表示出台架上的倾斜和在电动机中的倾斜的图。

图21是表示出台架上的倾斜和在旋转台中的旋转的图。

图22是实施例2中的检测元件的说明图。

图23是实施例2中的装置的说明图。

图24是实施例3中的装置的说明图。

图25是实施例3中的装置的说明图。

具体实施方式

本申请引用PCT/JP2014/056392的内容来作为构成本说明书的一部分的内容。

并且，认为上述申请在本申请的申请时并非公知。以下，使用附图针对各实施方式进行说明。

以下，针对本发明中的试样台的细节以及应用该试样台的带电粒子束装置进行说明。但是，这只是本发明的一个例子，本发明不限定于以下所说明的实施方式。本发明也可以应用在通过照射带电粒子束来观察试样的装置，例如扫描电子显微镜、扫描离子显微镜、扫描透射电子显微镜、透射电子显微镜，它们与试样加工装置的复合装置或应用了它们的分析/检查装置。此外，通过本发明中的试样台和放置有该试样台的带电粒子束装置，构成可进行透射带电粒子束图像的观察的观察系统。

另外，在本说明书中，“试样台”是指可以在放置了试样的状态下从带电粒子束装置与试样一同取下的单元。具体而言，如以下说明所述，该“试样台”单元既可以具有检测元件和底座，也可以仅由检测元件构成。

实施例1

＜概要＞

首先，对在本实施例中使用的试样台的概要进行说明。以下要说明的三维内部构造观察方法也可以在现有的一般的电子显微镜用试样台中使用，但是通过使用接下来要说明的试样台，会进一步提高便利性。

在本实施例中，说明通过将在试样内部透射或散射后的带电粒子束转换为光，并检测该光来生成透射带电粒子束图像的带电粒子显微镜、观察系统。更具体而言，放置有试样的试样台的至少一部分，由通过带电粒子束的照射而进行发光的发光部件形成，通过在该发光部件上的试样中透射或散射后的带电粒子束照射该发光部件而产生光，并由带电粒子显微镜所具备的检测器检测该光，从而生成透射带电粒子束图像。也就是说，在本实施例中不是直接检测透射试样后的带电粒子束，而是转换为光进行检测。如以下详细所述，在将带电粒子束转换为光的发光部件中不需要从外部连接的电源线、信号线等配线。因此，可以使用同一试样台在带电粒子束显微镜和其他装置中进行观察，在装置间的试样的移动时省略拆除电气布线这一非常费事的作业。另外，由于可以简单地在装置上装卸发光部件本身或具有发光部件的试样台，因此无论是何种试样都可以简单地将试样安装在试样台。特别是，需要在显微镜观察用的试样台上培养试样本身的观察培养细胞等的情况下是非常有效的。

进一步，如图1所示，如果使用本实施例的试样台，则可以用同一试样台进行基于带电粒子束显微镜的观察和基于光学显微镜等的其他装置的观察。图1表示具备能够将本实施例中的带电粒子束转换为光或进行放大来发光的检测元件500(也称为发光部件)的试样台、带电粒子束显微镜601以及光学显微镜602。在试样台的检测元件500上可以直接或经由后述的预定的部件来搭载试样6。如后所述，为了将来自检测元件500的光转换为电信号以及放大，在带电粒子束显微镜601内具备光检测器503。根据该结构，将在带电粒子束显微镜内所产生出的带电粒子束照射试样6之后，在试样的内部透射或散射后的“带电粒子透射信号”，通过组成试样台的一部分的检测元件转换为光来进行检测，从而能够取得透射带电粒子显微镜图像。另外，本试样台是带电粒子束显微镜和光学显微镜共同使用的通用试样台，因此如图中箭头所示在各显微镜间移动同一试样台来观察，由此不用为不同的显微镜观察而制作多个试样或移动试样，将试样配置于一个试样台就可以进行带电粒子束观察和光学观察。

在本实施例中，组成该试样台的一部分的检测元件可以由透明的部件制作而成。以下，在本说明书中，“透明”的意思是可以使特定的波长区域的可见光或者紫外光或者红外光穿过，或可以使全部的波长区域的可见光或者紫外光或者红外光穿过。紫外光是波长约为10～400nm的波长区域，可见光是波长约为380nm～750nm的波长区域，红外光是波长约为700nm～1mm(＝1000μm)的波长区域。例如，如果即使混合有少量的颜色也是透明可见的话，则意味着特定的波长区域的可见光可以穿过，如果是无色透明的话，则意味着全部的波长区域的可见光可以穿过。在这里，“可以穿过”是指至少穿过由该波长区域的光可以进行光学显微镜观察的光量的光(例如理想的是透射率为50％以上)。另外，在这里，特定的波长区域是指至少包含了用于光学显微镜的观察的波长区域的波长区域。因此，可以将来自本实施例的试样台的一侧的光透射试样而获得的“光透射信号”，用于能够从试样台的另一侧进行检测的一般的光学显微镜(透射型光学显微镜)。作为光学显微镜，只要是生物显微镜、实体显微镜、倒立型显微镜、金属显微镜、荧光显微镜、激光显微镜等使用了光的显微镜即可。另外，在这里为了进行说明而设为“显微镜”，但是该试样台不论图像的放大率如何，一般可以应用在通过对试样照射光来取得信息的装置中。

进一步，如果使用该试样台，则在对配置在通用试样台上的试样进行了光学显微镜观察之后，可以使用带电粒子显微镜装置进行三维内部构造观察，因此从同一试样台上的同一试样可以得到各种各样的信息。以下，对于试样台、试样搭载方法、图像取得原理、装置结构等细节进行说明。

＜试样台的说明＞

进行本实施例中的试样台的细节的说明和原理说明。本实施例的试样台由将带电粒子束转换为光的检测元件500构成。如图2所示，试样6直接搭载在检测元件500上。图中只搭载了一个试样6，但是也可以配置多个。或如后所述，可以隔着膜等部件间接地进行搭载。在试样台500的下方，可以配置无色透明或混有少量颜色的底座501(未图示)。作为底座501，是透明玻璃、透明塑料、透明的结晶体等。想使用荧光显微镜等进行观察时，不吸收荧光更好，因此塑料更好。底座501不是必须的。

检测元件500是检测例如以数keV到数十keV的能量飞来的带电粒子束，并且如果被照射带电粒子束，则发出可见光、紫外光、红外光等的光的元件。当用于本实施例的试样台时，该检测元件将在放置在试样台上的试样的内部透射或散射后的带电粒子转换为光。发光波长只要是可见光、紫外光、红外光中特定或任意的某个波长区域即可。作为检测元件，可以使用例如闪烁物、荧光发光材料等。作为闪烁物的例子，有SiN(氮化硅)、YAG(钇铝石榴石)元件、YAP(钇铝钙钛矿)元件、BGO元件(铋锗氧化物)、GSO(钆氧化硅)元件、LSO(镥氧化硅)元件、YSO(氧化钇硅)元件、LYSO(氧化镥钇硅)元件、NaI(TI)(铊活化的碘化钠)元件等无机闪烁物材料。或者可以是含有聚对苯二甲酸乙酯等可以发光的材料的塑料闪烁物或有机闪烁物、涂抹了含有蒽等的液体闪烁物的材料等。检测元件500只要是可以将带电粒子束转换为光的元件，是何种材料都可以。另外，本发明中的发光包含利用荧光、其他发光现象。

另外，也可以是涂覆了通过照射带电粒子束而产生荧光的荧光剂的薄膜、微粒子。例如，作为涂层材料，有绿色荧光蛋白质(Green Fluorescent Protein，GFP)等的荧光蛋白质等。荧光色不限定于绿色，可以是蓝色、红色等任何颜色。特别是，可以是即使照射带电粒子束也不会瞬间劣化的GFP。例如，是高灵敏度绿色荧光蛋白质(enhanced GFP，EGFP)等。当想要观察的试样为细胞等生物试样时，还有作为蛋白质的GFP与细胞试样等的粘附性较好的效果。另外，针对涂抹了GFP的基板，可以在搭载试样后照射带电粒子束来提高GFP的荧光强度再进行观察，也可以在搭载试样前照射带电粒子束，提高GFP的发光强度再搭载试样。在这种情况下，涂层材料由未图示的透明的底座501来支持、涂抹或喷洒。在本实施例中，也包含以上部件，将通过在受光面接收带电粒子来产生光的部件统称为发光部件。带电粒子束的固体内平均自由路程依赖于带电粒子束的加速电压，为数十nm～数十μm。因此，检测元件500的上表面的发光区域也成为距离检测元件表面相同程度厚度的区域。因此，检测元件500的厚度大于该厚度即可。另一方面，如上所述，当考虑用同一试样台进行光学显微镜观察时，需要使用光学显微镜进行观察时的光透射信号尽量可以透射，因此在混合了少量的颜色的检测元件时尽量越薄越好。

此外，当光学显微镜602是荧光显微镜时，需要向试样注入荧光材料。在这种情况下，理想的是向试样注入的荧光材料的荧光波长带与作为本实施例中的上述发光部件的荧光材料的发光波长带偏离。例如，当使用绿色的荧光蛋白质涂覆了检测元件500时，则理想的是使用红色、蓝色等的荧光蛋白质来染色试样。如果使用同一颜色来实施发光部件的涂覆和试样的染色，则在荧光显微镜下识别发光强度的区别而非颜色即可。另外，当试样中包含荧光材料时，无论其为何种颜色，都由带电粒子束装置内的光检测器503来检测来自试样台500的光和来自试样的光。在这种情况下，如果光检测器503预先使用发光波长的放大率不同的检测器，则作为结果可以取得基于带电粒子的透射信息。具体而言，如果使用针对来自发光部件的光的放大率比针对来自试样的光的放大率高的光检测器503，则可以选择性地放大基于带电粒子的透射信号。

作为经常用于光学显微镜的试样台，有载玻片(或显微镜用标本)、平皿(或培养皿)等的透明试样台。也就是说，若将具备可以对本实施例中的带电粒子束进行光转换的检测元件的试样台500放置在面向这些光学显微镜的一般的载玻片(例如约25mm×约75mm×约1.2mm)的形状上，则能够以到目前为止用户所使用的经验、感觉来进行试样台操作、试样搭载和试样观察。或者，也可以将载玻片、培养皿等的试样台本身作为由上述那样的发光部件形成并进行发光的试样台。由此，可以进行以下的使用方法：使用光学显微镜对设为观察对象的试样进行初次筛选，并直接使用带电粒子显微镜详细观察选出的试样。另外，使用一般的高性能的透射型带电粒子束显微镜装置进行的试样调制十分费力，因此通过本实施例中的试样台所进行的观察，还可以进行高性能的透射型带电粒子束显微镜观察前的筛选。另外，如后所述，在这些显微镜间移动试样时，如果在计算机上、纸面上将位置信息等作为地图来共享，则可以使用各显微镜观察同一部位。

如上所述，带电粒子束的固体内平均自由路程依赖于带电粒子束的加速电压，为数十nm～数十μm，因此可以在检测元件500与试样之间配置比该平均自由路程充分薄的膜502。即在覆盖检测元件500的薄膜502上放置试样。该试样台如图3(a)所示。其厚度使用图中A来进行记载。该薄膜502需要是带电粒子束的至少一部分可以透射的厚度以及材质。还会实施使用光学显微镜进行的观察，因此该薄膜502还需要对于光是透明的。如果配置像这样的薄膜502，则可以防止检测元件500的表面的污渍、伤痕等。作为该薄膜502，可以对试样台涂抹用于提高试样与试样台的粘附性的物质，以使试样与试样台不分离。例如，当试样是细胞等的生物试样时，细胞表面是基于脂质双层的磷酸脂质的带负电状态，因此通过在载玻片等的试样台上涂抹带正电状态的分子(赖氨酸、氨基硅烷等)，可以防止细胞试样从试样台剥离。因此，在检测元件500上也可以同样地附着带正电状态的分子。或者可以涂抹具有亲水性的材料，以便于搭载包含大量液体的状态的试样。或者可以涂抹胶原蛋白那样的与生物试样亲和性高的材料，以便于搭载或培养活细胞、细菌。此外，这里的涂抹广泛包含喷洒、浸渍、涂覆等在试样台表面附着涂层材料的方法。另外，如图3(b)所示，可以只在预定的位置配置所述分子、膜。在这里，预定的位置是指检测元件500中的一部分区域。例如，当试样是细胞等的生物试样时，通过只在预定的位置配置带正电状态的分子，可以只在该预定的位置配置所述试样。例如，本方法有助于想要通过缩小要观察的区域，来缩短观察时间的情况等。另外，至少放置试样的面可以具备导电部件(抗静电部件)，以便在照射带电粒子束时不产生静电。导电部件是指例如碳材料、金属材料、ITO(氧化铟锡)或导电有机物等。此外，前述的膜的层数也可以是多层。

另外，当试样是含水试样等时，如图4(a)所示，可以以包围或覆盖观察试样的方式来配置薄膜702。薄膜702是例如界面活性材料、有机物等。通过将薄膜702配置在试样周边部，可以防止来自试样的水分蒸发、防止试样的形状变化。另外，如图4(b)所示，可以在试样内部或周边导入置换物质703。置换物质703是例如离子液体等的有机物等。离子液体具有可以对电子照射面赋予导电性的性质。通过在观察试样的内部、周边部配置离子液体，当在真空中照射带电粒子束时，可以防止试样带电。进一步，通过将离子液体与试样中的水分进行置换，可以保持维持了试样形态的状态。因此，通过检测由包含了离子液体的试样中透射或散射后的带电粒子束所进行的发光，可以取得更加湿润的试样的透射图像。在试样中搭载离子液体的方法既可以是将试样浸入离子液体中，也可以是通过喷雾等向试样喷洒离子液体等。

以下，针对使用了本实施例的试样台的光检测方法以及可以取得透射带电粒子束的原理进行说明。图5示出了在检测元件500上配置了试样6的状态。在试样台下方示出了光检测器503。光检测器503可以将来自检测元件500的光信号转换为电信号或放大。转换或放大后的电信号经由通信线路被输入至控制部、计算机，并由这些控制系统进行成像。可以在监视器等显示所取得的图像(透射带电粒子束图像)。

在这里，考虑在试样内存在密度高的部位508和密度低的部位509。当在试样内对密度高的部位508照射一次带电粒子束510时，大多数带电粒子束向后方散射，带电粒子束没有到达检测元件500。另一方面，当在试样内对密度低的部位509照射一次带电粒子束511时，带电粒子束可以透射至检测元件500。其结果，使用检测元件500可以检测试样内部的密度差(即转换为光信号)。通过带电粒子束的加速能量可知该透射状态。因此，通过改变带电粒子束的加速能量，可以选择进行成像的试样内部构造物的密度。即可以改变想观察的内部信息和其区域。另外，通过使带电粒子束的射束电流量变化，可以变更射束直径。其结果，可以变更观察过的内部构造的大小与所述射束直径的相对尺寸。也就是说，通过变更射束电流，可以使想进行观察的内部信息可见或不可见。

光检测器503与试样台之间(图中h部分)可以有空间，但是为了尽量高效地检测光，该光传输部h尽量短较好。或者可以在光传输部h中配置光学透镜、反射镜等来进行聚光。光传输部h既可以是在空气中也可以是在真空中。可以使发光的波长区域穿过的固体材料是指例如石英、玻璃、光纤、塑料等，对于光是透明或半透明的材料。如果设为该结构，则光检测器503可以从台架分离来进行配置，因此连接到光检测器503的配线、电路可以配置在远离试样台、保持试样台的试样台架的位置。总之，光传输部h优选是尽量使发光的波长区域穿过的区域。此外，在图5中，光检测器503被配置在试样台500的下侧，但是也可以配置在横向、上侧等，只要可以取得来自检测元件500的光，在哪个位置都可以。

以下描述在试样台中搭载试样的方法。由于必须透射带电粒子束(与光学显微镜观察一起使用的情况下，还有光)，因此需要试样很薄。例如，是数nm～数十μm左右的厚度。作为可以直接搭载在检测元件500上的试样，例如有包含细胞的液体或粘膜、血液或尿等液态生物检体、切片后的细胞、液体中的粒子、菌、霉菌或病毒那样的微粒子、包含微粒子或有机物等的软质材料等。试样的搭载方法除了前述的培养，还可以考虑以下的方法。例如，有将试样分散到液体中，并将该液体附着于检测元件的方法。另外，也可以将试样切片至带电粒子束可透射的厚度，并将切片后的试样配置在检测元件上。更具体而言，例如可以将试样附着在棉棒的前端并将其涂抹在检测器上，也可以使用滴管滴下。另外，在微粒子的情况下，可以洒在检测器上。可以使用喷雾等进行涂抹，也可以使用使液体在试样台中高速旋转来进行涂抹的旋转涂覆法，还可以使用通过将试样台浸入液体再取出来进行涂抹的浸渍涂覆法。无论使用何种方法，只要可以使试样厚度为数十nm～数十μm左右的厚度，任何方法都可以。

＜三维内部构造观察的原理说明＞

接下来，使用图6来说明用于使用带电粒子束来实施试样的三维内部构造观察的原理。图中表示试样6和照射带电粒子束900时的相互关系。在试样6中，在密度比较小的物质904中具有密度比较大的内部物质901和内部物质902以及内部物质903。设内部物质903比内部物质901、902的尺寸小且密度小。作为试样例如如果考虑细胞试样等，则物质904是细胞内部，内部物质901、902、903等对应于细胞核等的细胞器等。

设带电粒子光学镜筒的轴即光轴905为图中纵向。向试样6照射带电粒子束900，并在纸面上左右方向进行扫描，其结果，考虑将通过检测元件500转换为光信号的信号作为显微镜图像显示在监视器上。在图6-1(a)中，内部物质901、902密度大，因此入射的带电粒子束900的大多数都被散射到后方，内部物质903密度小，因此大多数的带电粒子束会穿过。其结果，扫描带电粒子束而在试样下侧检测出的图像变成如投影图像(或检测图像、透射带电粒子图像)906所示。例如，投影图像906中的内部物质901与内部物质902的距离不是实际的距离，而是从上方所投影的距离C。在内部物质903中，由于带电粒子束的大多数进行透射而无法检测，因此不显现在投影图像906中。

接下来，图6-1(b)是将带电粒子束900的入射能量E设为比图6-1(a)的情况更小的情况下的说明图以及该情况下所获得的投影图像。使用图中箭头的粗细来明确地图示出入射能量E的大小。如果入射能量E小，则即使是内部物质903，带电粒子束也无法穿过，散射到后方的量增加，因此在投影图像(或检测图像)907中，除了内部物质901，902的构造，还检测出内部构造903a。这是由低能量的带电粒子束更容易受到由物质所引起的散射的现象所致。

根据使用图6-1(a)和图6-1(b)所获得的投影图像，不清楚内部物质901、内部物质902与内部物质903的三维位置关系。因此，改变带电粒子束的入射方向与试样之间的相对角度来取得多个投影图像。具体而言，倾斜试样本身或者将带电粒子束的入射本身相对于光轴905进行倾斜。根据该多个投影图像可以掌握内部构造的三维位置配置。作为例子，列举有使照射柱倾斜的方法、通过电场或者磁场使照射束进行波束倾斜的方法或者使试样台倾斜的方法，通过这些2个以上的方法的组合也可以实现。在图6-1(c)中图示出通过将试样台500进行θ倾斜，使带电粒子束斜着照射试样6的情形。如果比较投影图像907与投影图像(或检测图像)908，则内部物质901、内部物质902与内部物质903之间的距离发生变化(图中C’部、D’部)。物质904的大小也发生变化(图中B’部)。也就是说，通过比较观察投影图像907与投影图像908来查看变化量，可以进行试样6整体以及内部的三维内部构造观察。

另外，以下记载了代替或除了在带电粒子束照射试样时的相对照射角度θ，通过改动试样的旋转方向φ来实现试样内部的三维内部构造观察的方法。首先，从图6-2(a)所图示出的那样的状态，附加试样相对于带电粒子束的入射方向的相对角度θ。此时，可以使用保持试样的试样台架来倾斜试样，也可以预先倾斜地配置试样，还可以使带电粒子束的照射方向倾斜。在图6-2(b)的例子中，相对角度θ也可以固定为0°以外的角度。

此时，可以不使用试样台架，而使用稍后所述的图20那样的设置在试样台500中的倾斜机构(部)来变更试样与带电粒子束的照射方向。在这种情况下，可以使用与试样台架的倾斜轴不同的倾斜轴使试样倾斜，因此可以不受试样台架的倾斜可动范围的限制地使试样倾斜。顺便说一下，原本在试样台架中没有倾斜功能的装置的情况下，“不同的倾斜轴”可以指试样室内的任何位置。

此外，在一般的带电粒子束装置中，有的试样台架的最大倾斜范围是5度～30度左右，另外，也有在倾斜角度较大时，只能够进行一侧的倾斜的试样台架。根据要使用的装置，有的具有可以进行大角度倾斜的试样台架，但是不具有的话，使用其他的倾斜机构来进行倾斜是有效的。

另外，如果使用具有比试样台架的倾斜轴更接近光轴的倾斜轴的倾斜机构来使试样倾斜，则减少倾斜所需的试样的空间移动，并具有能够缓解试样室的空间限制的效果。

接下来，使试样相对于垂直于试样台500的面的轴R进行旋转。在这里为了便于进行说明，设轴R垂直于试样台500的面，实际上如果是垂直的话则可以简化之后的图像处理运算。

另外如图7所述，轴R是试样台架本身或配置在试样台架上的旋转机构的旋转轴。在这种情况下，如果试样台500的面相对于地面是倾斜的，则轴R不垂直于试样台500的面，但是在这种情况下也可以通过与本实施例同样的方法来构筑试样内部的三维构造。因此，以下设轴R表示试样台架本身或被配置在试样台架上，并使试样旋转的旋转机构的旋转轴。

当将初始状态设为图6-2(b)，并在图6-2下部的投影图中设图中横向为X轴、图中纵向为Y轴时，使包含该X轴和Y轴的面相对于轴R进行旋转。如果设旋转角度为φ，则可以改变旋转角度φ来取得多个投影图像，并可以根据这些取得结果掌握内部构造的三维位置配置。例如，如果从图6-2(b)将试样台500的旋转角度φ旋转90°，则图6-2(b)变为图6-2(c)。如果从图6-2(c)将试样台500的旋转角度φ进一步旋转90°，则图6-2(c)变为图6-2(d)。由图可知，如果比较投影图像916与投影图像(或检测图像)918，则内部物质901、内部物质902与内部物质903之间的距离发生变化(图中E’部、F’部)。进而，投影图像中的物质904的大小、形状也发生变化(图中G’部)。也就是说，通过比较观察所取得的投影图像来查看各变化量，可以进行试样6整体以及内部的三维内部构造观察。

顺便说一下，当变更试样角度θ时，试样、试样台以及试样台架的整体都会倾斜，因此需要在带电粒子光学镜筒的下方使包含试样的部件的位置大幅度地可动。也就是说，根据装置结构，由于试样室的空间限制、台架等的倾斜机构的可动范围等，可能使试样的倾斜角度θ被限制在较小的范围。像这样无法充分倾斜时，在进行断层扫描等时可能无法取得所需的信息量。

相反地，旋转试样旋转角度φ的结构只是试样、试样台以及试样台架的一部分进行旋转，因此在带电粒子光学镜筒的下方，不需要使包含试样的部件的位置大幅度地移动。也就是说，在试样台500的面内进行旋转动作，因此不会根据旋转角度而大幅度增加所需空间，可以容易地使角度φ进行大角度(例如360度)的旋转。因此，理想的是如下结构：当想让试样尽量接近带电粒子光学镜筒时、试样室空间狭小时等，预先固定照射角度θ，之后旋转试样旋转角度φ。

另外，虽然未进行图示，但是通过使带电粒子束的射束电流量I发生变化，可以变更射束直径。其结果，可以变更观察过的内部构造的大小与所述射束直径的相对尺寸。也就是说，通过变更射束电流，可以使想进行观察的内部信息可见或不可见。也就是说，为了分离想查看的信息和不想查看的信息，可以将带电粒子束的射束电流量I作为向量参数。

总结以上的说明，为了实施三维的内部构造观察，带电粒子束照射试样时的相对的照射角度θ(或试样旋转角度φ)和带电粒子束能量E以及带电粒子束的射束电流量I很重要。这就是带电粒子束的向量本身。使用图6-3说明该情形。当考虑在图6-3(a)中用线连结多个试样内部构造物而构成的试样内部构造体914时，如果如图6-3(b)所示改变照射角度θ，或如图6-3(c)所示在使试样倾斜的状态下使试样旋转角度φ发生变化，则所述试样内部构造体914对于一次带电粒子束的入射方向905的朝向会发生变化。另外，如果使带电粒子束能量E和带电粒子束的射束电流量I发生变化，则向一次带电粒子束的入射方向905的试样内部构造体914的深度方向的侵入深度会发生变化。即，在认为试样内部构造体914的位置为固定的情况下，通过使照射角度θ、试样旋转角度φ、带电粒子束能量E以及带电粒子束的射束电流量I发生变化，则作为结果可以使带电粒子束的向量(朝向和强度)发生变化。因此，在本说明书中，将一次带电粒子束入射方向与试样之间的相对的照射角度θ或试样旋转角度φ与一次带电粒子束的入射能量E和带电粒子束的射束电流量I设为组，将其中任1个以上或者符合标准的内容称为向量参数。

即，也可以说向量参数是指决定一次带电粒子束与试样之间的相互关系的参数。也就是说，作为决定向量的向量参数，通过控制照射角度θ(或试样旋转角度φ)、带电粒子束能量E和带电粒子束的射束电流量I，根据通过在不同的向量参数的条件下的一次带电粒子束的照射所取得的多个图像，可以观察试样台500上的试样的内部构造。这里所说的多个图像是对应于各向量参数的透射带电粒子图像。改变向量参数的照射角度θ(或试样旋转角度φ)、带电粒子束能量E和带电粒子束的射束电流量I来进行多个图像的取得，通过将这些图像排列观察或连续地显示，可以识别是怎样的三维内部构造。另外，通过测量内部构造的距离、面积等的大小来比较几个图像，还可以量化三维内部构造。这些运算可以在计算机内部进行并只显示测量结果，但是具有向操作者显示中途的图像从而可以确认结果的妥当性的优点。以下，“向量参数的变更”是指改变或控制一次带电粒子束入射方向与试样之间的相对的照射角度θ(或试样旋转角度φ)、一次带电粒子束的入射能量E和带电粒子束的射束电流量I的至少一个。

另外，有时想要实时地迅速取得内部信息。例如，如稍后所述，试样自动地移动来通过计算机断层摄像(CT)进行断层扫描时等。在这种情况下，在带电粒子束装置内部配置的时间有限，因此在这种情况下，可以将照射角度θ(或试样旋转角度φ)、带电粒子束能量E和带电粒子束的射束电流量I设为组合来实时地改变。其结果，可以更加迅速地观察想要查看的内部信息。

＜装置说明＞

在此，在图7-1中对于可以搭载本实施例的试样台来实施三维内部构造观察的装置进行说明。带电粒子显微镜主要是由带电粒子光学镜筒2、相对于装置设置面支持带电粒子光学镜筒的外壳7(以下，有时也称为真空室)以及控制这些的控制系统构成。在带电粒子显微镜的使用时，通过真空泵4对带电粒子光学镜筒2和外壳7的内部进行真空排气。真空泵4的启动以及停止动作也由控制系统来控制。图中，只示出了一个真空泵4，但是也可以有二个以上。

带电粒子光学镜筒2由产生一次带电粒子束的带电粒子源8和汇聚所产生的带电粒子束来导向镜筒下部，并在试样6上扫描一次带电粒子束的光学透镜1等要素组成。以伸到外壳7内部的方式设置带电粒子光学镜筒2，并经由真空密封部件123固定在外壳7中。在带电粒子光学镜筒2的端部，配置了对通过上述一次带电粒子束的照射所获得的次级的带电粒子(二次电子或反射电子等)进行检测的检测器3。检测器3只要在外壳7内部，即使不在图示的位置也可以。

通过到达了试样6的带电粒子束，从试样内部或表面放出反射带电粒子等的次级的带电粒子、透射带电粒子。使用检测器3来检测该次级的带电粒子。检测器3是可以检测以及放大以数keV～数十keV的能量飞来的带电粒子束的检测元件。例如，由硅等半导体材料制作出的半导体检测器、可以在玻璃面或其内部将带电粒子信号转换为光的闪烁体等。

外壳7连接有将一端连接到真空泵4的真空配管16，并可以维持内部为真空状态。同时，具有用于对外壳内部进行空气释放的泄漏阀14，在将试样台导入装置内部时可以对外壳7的内部进行空气释放。既可以没有泄漏阀14，也可以具备二个以上。另外，外壳7中的泄漏阀14的配置部位并不限定于图7-1所示出的部位，也可以配置在外壳7上的其他的位置。

外壳7在侧面具备开口部，在该开口部通过盖部件122以及真空密封部件124来保持装置内部的真空密闭。如上所述，本实施例的带电粒子显微镜具备试样台架5，其用于在将搭载在试样台上的试样放入外壳7内部中之后，变更试样与带电粒子光学镜筒之间的位置关系。试样台架5上可装卸地配置前述的发光部件或具有发光部件的试样台。安装有作为盖部件122支持的底板的支持板107，并且台架5被固定在支持板107上。台架5具备向面内方向或高度方向的XYZ驱动机构和能够使试样相对于带电粒子光学镜筒的光轴200倾斜的倾斜驱动机构。如果变更这里则可以改变试样角度θ。另外，试样台架5具备可以以所述光轴方向为轴进行旋转的旋转驱动机构，由此可以变更试样旋转角度φ。另外，可以在试样台架5上配置与试样台架5分体构成的可旋转或倾斜的驱动机构。以朝向盖部件122的对面来向外壳7内部延伸的方式安装支持板107。从台架5的几个驱动机构中分别伸出支轴，并分别连接到盖部件122所具有的驱动部51以及驱动部52。图中驱动部示出了二个，按照驱动机构的数量进行配置。驱动部51以及驱动部52是电动机等。驱动部51以及驱动部52也可以由用户进行手动旋转。装置用户手动地操作驱动部51、52或在用户接口34中输入对上位控制部的命令，由此可以调整试样的位置。另外，虽然未进行图示，但是如果在外壳7内具备光学显微镜，则可以由2个以上的显微镜同时进行观察或者可以省去试样室间的移动、定位的工夫。

可以在试样台架5上搭载搭载着试样的检测元件500。如上所述，检测元件500将带电粒子束转换为光。在试样台架5上或台架附近具备用于检测该光并转换为电信号以及进行信号放大的光检测器503。如上所述，理想的是可以高效地检测光信号的配置。例如具备了检测元件500的试样台可以与该光检测器接近，接触或不接触都可以。或者可以在它们之间配置光传输部h。在图7-1中，在试样台架上具备光检测器，但是光检测器503也可以被固定在外壳7的某处来检测来自试样台500的发光。另外，光检测器503还可以被设置在外壳7外部，引导光来在外壳7外部进行光检测。当光检测器503存在于外壳7外部时，玻璃、光纤等用于传输光的光传输路径位于试样台500附近，并且在该光传输路径中传输通过检测元件500所转换出的光信号，由此可以由光检测器检测信号。光检测器503是例如半导体检测元件、光电倍增器等。总之，本实施例的光检测器用于检测通过前述的试样台的检测元件发出的光。

在图7-1中示出了在台架5的上部具备有光检测器503的情形。从台架5所具备的光检测器503经由配线509连接前置放大器基板505。前置放大器基板505经由配线507等连接到下位控制部37。在图中，前置放大器基板505是在外壳7内部，但是也可以是在外壳7外部(例如图中的前置放大器54部)。如稍后所述，在倾斜试样台500时，由于需要使试样台500不会从试样台架5掉落，因此在试样台架5上具备可以决定配置试样台500的位置的固定部件506。除此之外，在试样台500与光检测元件503之间也可以有未图示的固定部件。由此可以固定试样台500防止位置偏移。

在本实施例的带电粒子束装置中存在检测器3和检测元件500双方，使用检测器3可以取得由试样产生或反射回来的次级的带电粒子，同时可以使用检测元件500取得在试样中透射或散射后的透射带电粒子。因此，使用下位控制部37等，可以切换次级的带电粒子束图像和透射带电粒子图像的、对监视器35进行的显示。另外，还可以同时显示所述二个种类的图像。

作为本实施例的带电粒子显微镜的控制系统，具备：上位控制部36，其连接装置使用者所使用的键盘、鼠标等的用户接口34或显示显微镜图像的监视器35来进行通信；下位控制部37，其按照从上位控制部36所发送的命令来进行真空排气系统、带电粒子光学系统等的控制；以及台架控制部38，其进行与驱动部51、驱动部52的信号收发。分别通过各个通信线路连接。台架控制部38和下位控制部37可以配置在一个单元内，也可以配置在上位控制部36内部。

下位控制部37具有收发用于控制真空泵4、带电粒子源8、光学透镜1等的控制信号的单元。更具体而言，为了实施上述3维内部构造观察，下位控制部37具有控制向量参数的单元。即，下位控制部37可以变更控制来自带电粒子束源8的带电粒子束直到到达试样为止的能量E、照射角度θ(或试样旋转角度φ)。图中，在下位控制部37与带电粒子光学镜筒2之间图示了照射能量控制部59。照射能量控制部59具备可以决定带电粒子束向试样的照射能量E的高压电源等。具有照射能量控制部59的功能的高压电源等也可以在下位控制部37内部。

另外，带电粒子束的向试样的照射能量E的变更，通过变更来自带电粒子束源的加速电压来实现，也可以通过在带电粒子束照射试样前变更可以使带电粒子束加速或减速的向光学透镜的电压来实现。或者还可以具备可以向试样台架施加电压的电源。

可以通过控制可以将带电粒子束相对于光轴200倾斜地照射的光学透镜来实施照射角度θ的变更。或者可以具有使带电粒子光学镜筒2本身倾斜的机构。另外，在下位控制部37中包括将来自检测器3、光检测器503的模拟信号转换为数字图像信号并发送至上位控制部36的A/D转换器。数字图像信号数据被发送至上位控制部36。在下位控制部37中模拟电路、数字电路等可以共存，或者上位控制部36和下位控制部37可以被统一成一个。

台架控制部38从上位控制部36传达台架位置调整的信息，并将据此所决定的驱动信息发送至驱动机构51、52。另外，作为前述的向量参数的试样角度θ、试样旋转角度φ也从本系统进行控制。

另外，在下位控制部37中还具备用于控制可以改变带电粒子束的射束电流量I的光学透镜的电流控制部。或者也可以使用作为照射能量控制部59的高压电源来控制从电子源8放出的射束电流量I。

接下来，对上位控制部36内部进行说明。在上位控制部内部包括数据收发部40、数据存储器部41、外部接口42以及运算部43。数据收发部40接收检测图像等的数据，并且为了变更照射能量E、照射角度θ、试样旋转角度φ而将数据发送至下位控制部37、台架控制38。数据存储器部41对从下位控制部37发来的数字检测信号进行数据保管。外部接口42进行与装置使用者所使用的键盘、鼠标等用户接口34或显示显微镜图像的监视器35之间的信号收发。运算部43对取得数据、来自用户的操作信息进行运算处理。所检测出的图像信息可以从存储器部41读出并显示到监视器35上，也可以通过将数据存储在存储器中来进行存储。另外，还可以实时地显示到监视器35。上位控制部可以是例如个人计算机、工作站等计算机，也可以是搭载了CPU、存储器等的控制基板。在这些上位控制部36中，经由数据收发部40将图像数据存储到存储器部41之后，使用运算部43实施图像数据的运算处理，并由该计算结果经由数据收发部40可以控制作为向量参数的照射能量E、照射角度θ和试样旋转角度φ。

此外，图7-1所示的控制系统的结构只是一个例子。控制单元或阀门、真空泵或通信用的配线等的变形例，只要满足本实施例中预想的功能，就属于本实施例的带电粒子束显微镜的范畴。即各控制块可以嵌入同一个装置中，也可以分别配置在其他的装置中。另外，可以使用由该方法所获得的测量结果(图像信息)，将信息读入其他的计算机，进行测量结果的分析、显示。

在带电粒子束显微镜中，除此之外还包括控制各部分的动作的控制部、根据从检测器输出的信号来生成图像的图像生成部(省略图示)。控制部、图像生成部可以由专用的电路基板构成为硬件，也可以由连接到带电粒子束显微镜的计算机所执行的软件构成。当由硬件构成时，可以通过将执行处理的多个运算器集成到配线基板上、半导体芯片或封装内来实现。当由软件构成时，可以通过在计算机中搭载高速的通用CPU并运行执行所期望的运算处理的程序来实现。还可以通过记录了该程序的记录介质升级已有的装置。另外，这些装置、电路、计算机之间除了通过图示的通信线路以外还通过有线或无线网络相连接，并进行适当的数据收发。

图7-2是表示试样6、检测元件500以及光检测器503附近的各部件的配置关系的图。图7-2(a)是这些部件的俯视图，但是为了便于理解而省略了试样台架5。图7-2(b)是图7-2(a)的侧面图。使用图7-2，记载了当向量参数为试样旋转角度φ时的带电粒子光学镜筒1、试样台架5的驱动机构、光检测器503、试样6等的配置的细节。

在图7-2中，设光检测器503被设置在试样6的表面的带电粒子光学镜筒1侧的某处。在本实施例中，如图6-2所说明的那样组合使用旋转机构时，理想的是在试样台架5上具有用于倾斜试样的机构(图中T部：倾斜台架)和使试样旋转的机构(图中R部：旋转台架)。或者，如稍后所述，在台架5上可以与台架5独立地具备可动的倾斜机构或旋转机构。此外，试样台架5可以具有纵向或横向地移动试样的机构(图中XY部：XY台架)、可以改变试样与带电粒子光学镜筒1之间的距离的高度调整机构。

在这里，通过试样台架5的用于倾斜试样6的机构(图中T部)来驱动角度θ的方向需要是朝向光检测器503的方向。例如，如图7-2所示，当光检测器503被配置在带电粒子光学镜筒1的图中左侧并且倾斜轴为纸面垂直方向时，需要调整角度θ以使试样6朝向图中左侧。理想的是，如果将垂直于光检测器503的检测面的轴设为轴a，使试样旋转的旋转机构的旋转轴设为轴b，则轴a与轴b相等(如图7-2(a)所示从上方进行观察时轴a与轴b一致)。但是，当检测器的方向无法倾斜时，也可以像光检测器503’、光检测器503”那样在角度η的范围内。该角度η的范围最大为180度。另外，在本实施例中为了观察3维的内部构造，理想的是如图所示，在用于倾斜试样的机构(图中T部)上，有使试样旋转的机构(图中R部)。这是由于当通过旋转轴b使试样6旋转时，光轴200与试样台500的面之间的位置关系总是恒定的。如果，当在使试样旋转的机构(图中R部)上存在用于倾斜试样的机构(图中T部)时，存在如果通过旋转轴b旋转试样，则用于倾斜试样的机构(图中T部)也会旋转的问题。因此，理想的是，使向量参数中的试样旋转角度φ发生变化来取得图像时，试样台架5被构成为在用于倾斜试样的机构(图中T部)上，配置使试样旋转的机构(图中R部)。

接下来，使用图7-3，记载与使向量参数中的照射角度θ发生变化来取得图像时的带电粒子光学镜筒1、试样台架5的驱动机构、光检测器503、试样6等的结构的细节。图7-3是表示试样6、检测元件500以及光检测器503附近的各部件的配置关系的图。图7-3(a)是这些部件的俯视图，但是为了便于理解而省略了试样台架5。图7-3(b)(c)是图7-3(a)的侧面图，示出了从图7-3(a)中的下侧所观察到的配置。图7-3(b)是在图7-3(a)中使倾斜轴c倾斜以使试样6朝向图中左侧的例子，图7-3(c)是在图7-3(a)中使倾斜轴c倾斜以使试样6朝向图中右侧的例子。

在图7-3中，设光检测器503被设置在试样6的表面的带电粒子光学镜筒1侧的某处。在该例中，试样台架5具有用于倾斜试样的机构(图中T部)，并且需要是可以使倾斜角度θ可变的构造。此外，在试样台架5上可以具有纵向或横向地移动试样的机构(图中XY部)、可以改变试样与带电粒子光学镜筒1之间的距离的高度调整机构。即使驱动试样台架的用于倾斜试样的机构(图中T部)来改变角度θ，为了稳定地取得从试样台500放出的光，理想的是，相对于角度θ的变化，向光检测器503方向投影了试样台表面的发光区域时的面积没有大的变化。理想的是，如果将垂直于光检测器503的检测面的轴设为轴a，使试样倾斜角度θ的倾斜机构的倾斜轴设为轴c，则轴a与轴c相等(如图7-3(a)所示从上方进行观察时轴a与轴c一致)。当轴a与轴c相等时，由于从光检测器503不依赖于角度θ地总是只能看到试样台500的侧面，因此全部发光中可以检测的光量的比率不依赖于角度θ。

另一方面，如果在光检测器503”’的位置存在检测器，则可能产生在倾斜试样并成为图7-3(c)的位置时检测不到光的问题。也就是说，如果试样倾斜轴c与光检测器503的轴a所形成的角的大小不在预定的范围内，则根据倾斜角度θ的大小，来自试样台500的发光中可以检测的光量也会不同，因此所取得的图像变为依赖于倾斜角度θ的大小的明亮度，可能无法取得准确的三维信息。

因此，理想的是如图7-3(a)所示，配置光检测器503，以便从上面进行观察时试样倾斜轴c与光检测器503的轴a所形成的角度在±30°以内。也就是说，理想的是如图7-3(a)所示，可以配置光检测器503的边界位置处的光检测器的轴a’以及轴a”所形成的角η以试样倾斜轴c为中心最大为60°。通过以轴c与轴a所形成的角的角度在该范围内的方式配置光检测器，可以不依赖于倾斜角度地取得稳定的明亮度的图像，并可以根据这些图像取得准确的三维信息。此外，虽然没有进行图示，但作为不依赖于倾斜角度地取得稳定的明亮度的图像的方法还有如下结构：在试样附近配置如光传输部h中的说明所述那样的部件(光纤等)，将来自试样台500的发光引导至检测器。在这种情况下，装置结构增加且所需的检测强度(光量)发生变化，但是可以不依赖于倾斜角度地取得稳定的明亮度的图像。

＜操作画面＞

图8表示操作画面的一个例子。作为为了观察三维的内部构造而进行设定的向量参数设定部，在监视器上显示照射能量E变更部45、照射角度变更部46、试样角度变更部47、试样旋转角度变更部60等。根据输入照射能量E变更部45中的数值来设定带电粒子束的照射能量。照射角度变更部46是用于变更带电粒子束与光轴之间的角度的输入窗口，并根据所输入的数值来设定相对于带电粒子束的光轴的照射角度。试样角度变更部47是输入倾斜试样6的角度的输入窗口，并通过根据所输入的数值倾斜试样台架来倾斜试样。试样旋转角度变更部60是用于变更试样的旋转角度φ的输入窗口，并根据所输入的数值来旋转试样。

如上所述，向量参数照射能量E对应可以观察的构造物的密度，照射角度、试样角度或试样旋转角度对应所观察的方向，因此操作画面上的输入窗口也可以分别是“密度”或“观察方向”等的显示項目。照射角度变更部46和试样角度变更部47仅有某一个即可。如果只变更照射角度θ，则可以没有试样旋转角度变更部60。还可以由变更带电粒子束的焦点的焦点调整部48、图像的明亮度调整部49、图像对比度调整部50、照射开始按钮51、照射停止按钮52等组成。

还具备可以实时地显示显微镜图像的画面55、可以显示保存在存储器部41中的图像的画面56等。此外，可以在其他窗口等中显示能够显示保存在存储器部41中的图像的画面56，还可以是画面56有2个以上且在每个画面显示由不同的向量参数所取得的图像。另外，还显示用于保存图像的图像保存按钮57、可以读出图像的图像读出按钮58。

取得作为向量参数的照射能量E、照射角度θ、试样旋转角度φ的设定为不同的状态下所显示出的多个图像，并排显示对应于该多个向量参数的透射带电粒子图像，由此装置使用者可以识别试样的三维内部构造。另外，代替并排显示或在并排显示以外，还可以按照任意的时间来切换地显示这些图像。此时通过按照向量参数的大小顺序来显示图像，更易于用户掌握三维构造。此外，图8所示的显示结构只是一个例子，显示位置、显示形式等的变形例只要满足本实施例设想的功能，就属于本实施例的带电粒子束显微镜的范畴。

另外，通过将用于一系列的测量步骤的值作为表格数据存储到存储部(未图示)，操作者可以省略对用于一系列的测量步骤的全部向量参数中的一部分进行输入的工夫。另外，表格数据也可以存储作为与要测量的试样的特性(试样的种类、膜厚度)、想要测量的深度、精度等相关联的数据。在这种情况下，操作者输入上述试样的特性，或者装置测量试样并自动地进行判断，由此具有可以省略输入各参数的工夫的优点。

＜手动观察过程＞

接下来，使用图9来对用户观察三维内部构造的过程进行记载。

首先，用户准备用于搭载试样的检测元件500(进行发光的试样台)。接下来，根据需要在检测元件500中配置预定的部件。在这里，预定的部件如上所述，是指用于提高试样与试样台的粘附性的物质、导电性物质、用于反射光的物质、某种预定的气体材料等。如果不需要配置预定的部件则不执行本步骤。接下来，用户在检测元件500上搭载试样。接下来，移至搭载到带电粒子显微镜或光学显微镜中进行观察的步骤。步骤A是使用光学显微镜进行观察的步骤、步骤B是使用带电粒子显微镜进行观察的步骤。

在由光学显微镜所进行的观察步骤A中，用户首先在光学显微镜装置内配置搭载了试样的检测元件500。如上所述，当配置在光学显微镜装置中时，如果需要是载玻片的形状，也可以将检测元件500放置在载玻片上。接下来，用户使用光学显微镜进行观察。观察结束后，移至由带电粒子显微镜装置所进行的观察步骤B。此外，如稍后所述，如果光学显微镜可以取得数字数据，则可以将数据转移至上位控制部36，并在监视器35上显示光学显微镜图像。

在使用带电粒子显微镜进行观察的步骤B中，用户首先如上所述，在带电粒子显微镜装置内配置搭载了试样的检测元件500。接下来，在步骤61中，在监视器35上的操作画面44上设定作为期望的向量参数的照射能量E、照射角度θ(试样旋转角度φ)或射束电流量I。在接下来的步骤62中，通过带电粒子显微镜向试样照射带电粒子束来检测来自试样台500的发光。在接下来的步骤63中，将在步骤62取得的图像显示到监视器35上的画面55中。在接下来的步骤64中，根据在前述的操作画面进行的用户的输入来调整光学透镜的激发强度，由此在期望的位置进行聚焦。在接下来的步骤65中，根据在前述的操作画面进行的用户的输入，使前置放大器基板505中的检测信号的放大率发生变化等，在期望的位置调整图像的明亮度、对比度。在取得了期望的图像后，在接下来的步骤66中，通过进行图像保存，将图像数据存储至存储器部41。在接下来的步骤67中，用户决定是否变更向量参数。如果需要变更向量参数则返回至步骤61。如果不需要进行变更，则结束由带电粒子显微镜装置所进行的观察，并将试样取出至带电粒子显微镜装置外。根据需要返回A的由光学显微镜所进行的观察步骤。可以交换步骤A和B。或者如果是带电粒子显微镜装置和光学显微镜装置一体化的装置，则可以交替地重复过程A和B，也可以同时地进行观察。通过实施该步骤，可以使用带电粒子束显微镜观察使用光学显微镜观察过的试样中的三维内部构造。

＜自动观察过程＞

接下来，对用于自动地实施图9的步骤B中的用于三维内部构造观察的一系列动作以及用于实施图像保存的过程的结构进行说明。具体而言，如果对从步骤61到步骤67进行自动化，则可以实施。

作为例子，使用图10所示的操作画面70，针对变更试样角度θ来实施三维内部构造观察的方法进行以下说明。在操作画面70中具备初始试样角度θ设定部71、最终试样角度θ设定部72以及决定它们之间的刻度宽度的变更角度Δθ设定部73。从初始试样角度θ设定部71所设定的角度开始，按照变更角度Δθ设定部73所设定的角度Δθ来变更角度，直到变为最终试样角度θ设定部72所设定的角度。操作画面70具备垂直设定条74和水平设定条75以及显示显微镜图像的画面76。垂直设定条74和水平设定条75用于在变更了角度θ时，指定总是将进行观察的位置决定为图像的中心的物体。垂直设定条74与水平设定条75进行交差的点是自动图像取得基准点77。用户调整垂直设定条74与水平设定条75的位置，以使作为垂直设定条74与水平设定条75交差的点的自动图像取得基准点77与想进行观察的位置一致。

此外，自动图像取得基准点77的设定方法不限定于上述方法，只要是用户可以选择试样的特定的位置的手段即可。另外，自动图像取得基准点77可以不是画面的中心。在图中示出了以自动图像取得基准点77与内部物质901一致的方式进行了设定的情形。如果设定为图的状态，则即使变更了试样的倾斜θ也可以总是将内部物质901设为图像中心。进一步，如果变更倾斜角度θ，则焦点、图像明亮度也会发生变动，但是以由自动图像取得基准点77所确定的部位为基准来自动调整位置、焦点、明亮度。上述所示的变更照射角度θ的过程以及控制部也适用于试样旋转角度φ。

例如，如果试样6倾斜，则画面的中心的内部物质901的位置移动到图中的从左右方向偏移的位置。因此，可以在变更作为向量参数的倾斜角度θ或试样旋转角度φ的前后，经由台架控制部38向驱动机构51传送信号，并自动地校正位置，以使设定为基准点的部位不从画面的中心偏移。此外，自动图像取得基准点不必固定在图像中心。重要的是，校正台架的位置，以使设为透射带电粒子图像中的自动图像取得基准点的试样位置不变。这些自动调整由图7-1所示的上位控制部36内部的数据收发部40、数据存储器部41、运算部43来进行实施。特别是，自动位置掌握是由运算部43进行以下图像计算来实施的：该图像计算确定自动图像取得基准点77的构造物通过倾斜角度θ或试样旋转角度φ的变更而移动到了哪里。之后，通过运算部43自动地进行焦点调整，以使在自动图像取得基准点77的位置聚焦，以及自动地进行明亮度调整，以使自动图像取得基准点77的位置的明亮度与试样倾斜前的明亮度一致。由此，在设为自动图像取得基准点的试样位置，在倾斜角度变更前后，可以总是处于聚焦状态并且保持明亮度恒定。

此外，仅图示出一个自动图像取得基准点77，但是可以存在多个，也可以通过在面中进行指示来提高自动调整精度。完成这些设定后，通过按下自动取得开始按钮78，可以自动地实施图9所示的步骤61～步骤67。

在此期间所取得的图像被保存在数据存储器部41中。通过将保存在数据存储器部41中的连续倾斜的图像按照顺序在监视器上读出或排列，装置使用者可以识别试样内部的三维内部构造。以上，仅针对试样倾斜进行了描述，但是变更照射能量E、与带电粒子束的光轴之间的照射角度θ时也是同样的。在该情况下，在上述的说明中，将“试样角度θ”置换为“照射能量E”、“与带电粒子束的光轴之间的照射角度θ”或“射束电流量I”来进行阅读即可。或者可以变更试样旋转角度φ而非试样倾斜角度θ来自动地取得图像。进一步，也可以同时变更照射能量E和试样倾斜θ的向量参数来自动地取得图像。

如上所述，可以通过计算机断层摄像(CT)来对手动或自动地取得的图像进行断层扫描。如果是CT图像，则可以自由地在监视器上使图像旋转，并显示三维内部构造，因此可以更加利于操作者观察试样的内部状态。操作者还可以只取出期望的截面来进行显示。通过构成CT图像，不用制作试样的切片等就可以取得截面图像或切片图像。另外，在想要迅速地对细胞等的试样进行CT化时，可以自动地移动试样。在这种情况下，如果将照射角度θ或试样旋转角度φ、带电粒子束能量E、带电粒子束的射束电流量I设为组合来实时地进行改变，则可以在短时间获得大量的信息。

另外，虽然未进行图示，但是也可以进行将上述保存或显示的2张图像只倾斜几度来进行立体观察的立体观察。在立体观察时，可以将改变角度来拍摄的2张图像进行并排地立体观察，也可以使用将改变了蓝色、红色等2种颜色的图像重合的图像，还可以在可以进行3维观察的监视器等的显示部进行3维显示。另外，虽然认为通过上述计算机断层摄像(CT)进行了断层扫描的例子对于用户来说便利性高，但是也可以使用其他方法来作为3维构造的图像的形成方法。

＜免疫染色＞

另外，可以对试样实施附加了金胶体等的标识的免疫染色。通过附加标识，除了试样内部的形态构造，还可以观察想检测的蛋白质等集中在试样内部的哪个位置等。在图11中，考虑对试样附加标识来进行观察的情况。这种情况下的试样例如是培养细胞或从生物体中取出的细胞。如果将附加了金标识909所接合的抗体的材料注入细胞内，则对细胞内部的蛋白质等产生特异性反应来进行结合(抗原抗体反应)。带电粒子束900通过金标识909受到较大散射，因此投影图像(或检测图像)910如图所示，可知金标识909集中存在的位置。其结果，可以掌握想检测的蛋白质等的位置。

另外，如图11(a)～图11(b)所示，通过变更向量参数(在图中，变更试样角度θ)来实施三维内部构造观察、CT观察等，可以掌握想检测的蛋白质等聚集在细胞内部的哪里等。进一步，金标识909是从数nm到数μm等各种各样的大小，根据集中的量或密度，带电粒子束900的散射量也是不同的。也就是说，例如通过调整照射能量E，可以在投影图像910中检测浅色的金标识部911(或者未图示的深色的金标识部)等。该投影图像910表示特异性聚集的蛋白质的位置、密度等，因此用户通过查看该图像可以掌握细胞内部的蛋白质的位置、密度。可以只由装置使用者观察前述的金标识部的大小、颜色的深浅等，也可以在上位控制部36中实施大小测量、颜色深浅判断。

另外，虽然没有进行图示，但是可以取得通过照射带电粒子束所产生的X射线等的放射线。由此，可以进行试样内部的元素、化学状态的分析。

＜显微镜信息更换的说明＞

如上所述，可以在试样台上搭载想进行观察的试样，并实施同一试样台上的试样的光学显微镜观察和带电粒子显微镜观察。此时，理想的是可以使用光学显微镜以及带电粒子显微镜对同一部位进行准确地观察。因此，关于可以使用光学显微镜和带电粒子显微镜对同一部位进行观察的装置系统，使用图12来进行说明。在光学显微镜602中具备CCD摄像头603。用户首先使用光学显微镜取得试样的图像。CCD摄像头603与上位控制部36通过配线604相连接。由此，如图中虚线箭头所示，可以将光学显微镜的数字图像信息发送至上位控制部36。另外，使用带电粒子显微镜所取得的图像信息也同样地被发送至上位控制部36，因此可以在同一监视器35上实施同一部位的显微镜像的比较。用户一边在监视器上查看通过光学显微镜所取得的图像，一边在带电粒子显微镜中寻找取得图像的试样位置。由此，根据光学显微镜中的观察结果，可以将期望的试样位置配置在一次带电粒子束的照射位置。另外，可以通过图像匹配、类似度计算等的运算处理来寻找与光学显微镜图像类似的形状的试样位置，自动地设定为带电粒子束的照射位置。此外，虽然未进行图示，但是可以有其他的计算机介于光学显微镜与上位控制部之间，也可以经由因特网等的通信线路来发送图像信息。

另外，如图13所示，在带电粒子显微镜装置601中，可以配置简易的光学显微镜202。“简易的”是指例如具有尺寸小、价格低等的优点，还可以执行所需的光学性的显微镜观察。光学显微镜202例如具有光学透镜等简单的成像系统和CCD摄像头等摄像元件。来自光学显微镜202的图像信息同样地经由配线连接到上位控制部36。另外，带电粒子显微镜的光轴200与光学显微镜202的光轴201之间的距离总是恒定的，因此使用光学显微镜进行观察后，进行位置移动的距离也总是恒定的。因此，如果设为将该距离预先存储在存储器等中，并在输入了台架移动指示时，将该距离值作为台架移动量来控制驱动部51，52的结构，则用户可以通过非常简单的操作来进行带电粒子显微镜的光轴200与光学显微镜202的光轴201之间的移动指示。因此，使用简易的光学显微镜202和带电粒子显微镜601观察同一试样部位可以使用户的操作变得非常容易，另一方面能够高效地控制装置的大小、成本。

另外作为其他的效果，光学显微镜602和光学显微镜202都是使用了光的显微镜，因此可以获得几乎相同的外观的图像，所以可以很容易地使用带电粒子显微镜601来观察与使用光学显微镜602观察过的试样相同的部位。具体而言，使用如下过程来进行观察。用户首先在使用设置在带电粒子显微镜装置外的光学显微镜602观察试样的期望的位置之后，将搭载了试样的试样台导入带电粒子显微镜装置内部。接下来，使用光学显微镜202确定使用光学显微镜602观察过的位置。用户可以手动进行该作业，也可以通过基于光学显微镜602所取得的图像进行匹配、类似度计算等的运算处理来自动地进行。接下来，使用前述的方法将试样从光学显微镜202移动至带电粒子显微镜601，并将使用光学显微镜202所确定的试样位置配置为一次带电粒子束的照射位置。接下来，通过带电粒子显微镜来取得透射带电粒子图像。如此，通过将光学显微镜202用于对准带电粒子束显微镜装置外部的光学显微镜与带电粒子显微镜的观察位置，使用带电粒子显微镜来观察使用带电粒子显微镜装置外部的光学显微镜观察过的试样位置则变得非常简单。

此外，如图14所示，进行设置以便可以在试样台500的正下方配置光学显微镜202的位置，并可以设带电粒子显微镜的光轴200与光学显微镜202的光轴201为同轴。带电粒子显微镜的光轴200与光学显微镜202的光轴201是同轴，可以观察同一部位，另外，光学显微镜602与光学显微镜202都是使用了光的显微镜，因此对同一试样部位进行观察变得非常简单。作为其结果，可以比图13的结构更容易地使用带电粒子显微镜601观察与使用光学显微镜602观察过的试样相同的部位。此外，在使用光学显微镜202进行观察时，可以取下光检测器503，也可以使光检测器503具有移动机构以便可以变更位置。另外，还可以经由光学显微镜202取得来自检测元件500的光来形成透射带电粒子显微镜图像。

另外，图14的情况与在图13中所说明的内容相同，可以将光学显微镜202用于对准带电粒子束显微镜装置外部的光学显微镜与带电粒子显微镜的观察位置。在这种情况下，具有不需要将试样从光学显微镜202移动到带电粒子显微镜601的步骤的优点。

有时在带电粒子束显微镜内很难立刻找到使用光学显微镜观察过的位置。因此，接下来关于在光学显微镜与带电粒子显微镜间进行位置信息通用化的手段进行以下说明。作为在显微镜间对位置信息进行通用化的手段，考虑使用试样台上的记号来简单地找到想进行观察的位置的方法。图15表示从上面观察的搭载了试样6的检测元件500的图。作为试样台的检测元件500具备可以掌握试样相对于检测元件500的位置关系的标记913。标记913形成于试样台的预定的位置，例如像尺子那样已知刻度宽度的记号。由于在水平方向和垂直方向都有标记，因此可以掌握观察了哪个位置。另外，当在检测元件500上很难进行标记时，只要在具备标记的底座501上配置检测元件500，就可以掌握试样被配置在试样台上的哪个位置。另外，也可以在试样台上的某处纪录多个成为记号的点，并将其设为基准点来掌握观察位置。例如，可以将试样本身设为基准点。可以由装置使用者来进行根据标记来存储试样的位置的作业，也可以通过在上位控制部36等上进行实施来制作试样台上的地图数据，并根据存储在存储器中的地图数据来寻找位置。

如上所述，可以通过本实施例中的带电粒子束装置、试样观察方法、试样台以及观察系统，使用带电粒子显微镜来实施使用光学显微镜观察过的试样的三维内部构造。

实施例2

＜三维观察的原理说明＞

除了在图6-2中所说明的内容，针对通过使试样904在X轴和Y轴进行倾斜来进行增加了测量点的三维观察的结构进行说明。还针对通过X轴和Y轴的至少一个与Z轴的旋转来进行增加了测量点的三维观察的结构进行说明。由此，可以进行高精度的三维观察。

另外，作为独立的其他的效果，通过使从多个角度观察试样中的任意部位成为可能，能够测量从一个方向的观察很难测量的部位。

另外，作为独立的其他的效果，可以通过相对较少的倾斜角度进行增加了测量点的三维观察，而不必因为增加测量点而将相对角度设为较大倾斜来观察试样。由此，可以不需要试样的大倾斜，并可以避免用于进行大倾斜的倾斜装置的大规模化、试样室中的空间的配置的限制。

使用图16，说明用于使用带电粒子束来实施试样的三维观察的原理。即在图16(a)中，表示与照射带电粒子束905时的试样904之间的相互关系。考虑将带电粒子束905照射试样904并在试样上进行扫描的结果，而通过检测元件500转换为光信号的信号作为显微镜图像显示在监视器上。

如图16(a)所示，设在试样904的内部存在内部物质921、922、923。如果考虑试样904是细胞等，则内部物质921、922、923对应于细胞核等细胞器、空隙等。因此使试样在检测元件500上的Y轴周围旋转。通过使试样旋转来改变带电粒子束的入射方向与试样之间的相对角度，并取得改变了相对角度的多个图像。根据该多个图像，可以掌握试样的外形以及内部构造的三维的位置配置。

图16(a)表示使试样在Y轴的周围旋转前的向试样904照射带电粒子束905的情形。在该图16(a)中，对从与作为旋转轴的Y轴的同一方向来观察试样的情形进行图示。设带电粒子束905的光轴是箭头所示的方向。另外，X轴表示对于作为旋转轴的Y轴垂直相交的检测元件500上的线。

在图16(a)下部925表示在该状态下获得的显微镜图像。在该图中，从光轴看来，内部物质921与内部物质922有一部分重合，在不进行倾斜的状态下很难对内部物质922的一部分进行观察。

作为其理由，列举有当内部物质921与内部物质922的密度类似时，通过各自的内部物质进行散射的带电粒子的数量是类似的。另外，在各自的内部物质透射后到达检测元件500的带电粒子的数量也是类似的。其结果，在所取得的显微镜图像中，内部物质921与内部物质922几乎没有明暗差，因此无法识别它们的上下关系。而且，也无法识别内部物质921、922与内部物质923之间的上下关系。

接下来，为了识别试样904的外形、内部物质921、922、923的形态、上下关系，考虑将带电粒子束905斜着照射试样904。图16(c)表示在X轴的周围进行旋转来将试样台500倾斜角度Φ的情形。此时所获得的显微镜图像是图16(c)的下图(927)。

如果与图16(a)的显微镜图像的下图(925)进行比较，则由于进行了倾斜，而不被内部物质921遮挡地观察内部物质922。另外，内部物质921、922以及923之间的相对距离会发生变化。而且，试样904在显微镜图像上显示的大小也会发生变化。也就是说，通过将倾斜前的图像与倾斜后的图像进行比较，并查看在图像上的试样的变化量，可以观察试样以及内部物质的三维构造。进一步，通过连续地进行在X轴或Y轴中的旋转来取得图像，可以更加详细地掌握试样的三维构造。通过在监视器上按顺序显示像这样获得的多个图像或者将彼此并排，可以更加准确地识别试样的三维构造。

例如，考虑设未使试样旋转的状态为0°，将X轴从-60°到+60°以每10°为单位进行旋转，并在各旋转角度取得图像。在这里指定的角度信息并不特别限定于这些角度。另外，可以根据试样的特性、想进行观察的信息来存储到系统中。

由图17(a)的点的集合240图示出对于像这样进行了观察时的、试样与带电粒子束之间的相对角度进行了立体投影的图。在这里使用经纬网进行说明，但是也可以使用其他的立体投影的图来进行说明。在该图中，使用连续的点的集合240示出了在圆周250上设定为试样表面时的照射试样的带电粒子束的相对角度。为了更加详细地掌握三维构造，理想的是尽量以小角度为单位取得图像。

另外，理想的是尽量倾斜到高角度来取得图像，但是随着倾斜角度变大，带电粒子束穿过试样内的距离变长，因此通过试样、内部物质等而被散射的带电粒子的数量会增加。其结果，到达检测元件的带电粒子的数量变少，因此在将高角度地倾斜来观察试样时，有时会无法获得清晰的图像。因此，如图16的试样904所示，当观察对象是在水平面上展开那样的试样时，通常以50°～70°左右作为倾斜角度的上限进行观察较好。此外，本角度仅表示一个例子，根据要观察的试样优选的角度会不同也包含在本发明的思想范围中。

进一步，可以通过计算机断层摄像(CT)对所取得的图像进行断层扫描。通过对图像进行断层扫描，可以在监视器上自由地旋转图像来显示试样的三维构造，或只显示试样的某个截面。通过制作如此断层扫描出的图像，不用将试样进行切片就可以取得截面图像或切片图像。另外，也可以使用其他的方法作为表示内部信息的方法。

接下来，针对通过增加旋转轴设为二个轴来进行更加准确的三维观察的方法进行记载。本申请所说明的试样的情况下，如上所述，增大倾斜角度时很难获得清晰的图像，因此大多数情况下获得清晰的图像的倾斜角度的上限为50°～70°。因此，很难获得将倾斜角度设为从该上限的角度开始直到90°的范围时的图像信息。如此，存在很难获得图像的区域、也就是信息缺损区域。在想要掌握准确的三维构造的情况等，需要尽量缩小该信息缺损区域。理想的是例如对连续地倾斜而获得的图像进行断层扫描，并在想要进行试样的体积等的测量时，尽量缩小信息缺损区域。

作为缩小该信息缺损区域的方法，以下针对将旋转轴增加为二个轴来从更多的方向观察试样的方法进行说明。考虑除了X轴的旋转轴，使试样在与X轴正交的检测元件500上的Y轴上进行旋转。由图16(b)图示出试样904和X轴以及Y轴、带电粒子束905等的相互关系。

图16(b)是将Y轴作为旋转轴进行旋转，并倾斜试样台500来斜着照射带电粒子束905的情形。在该状态下所获得的显微镜图像是图16(b)的下图926。在图像上的内部物质921、922以及923之间的距离和试样904的外形与倾斜前的图像、即图16(a)的925相比会发生变化。另外，与将X轴作为旋转轴进行旋转来倾斜试样而获得的图像、即图16(c)的927相比，内部物质921、922以及923之间的距离、位置关系和试样904的外形也会发生变化。如此，通过将旋转轴从一个轴增加到二个轴，可以从更多的方向进行观察，并可以更加准确地掌握试样的内部物质以及外形的三维构造。

图17(a)中点的集合241表示示出了将试样未旋转的状态设为0°，从-60°到+60°以10°为单位旋转Y轴来在各旋转角度取得图像时的、试样与照射试样的带电粒子束的相对的位置关系的立体投影图。除了表示将X轴设为旋转轴时的、试样904与对于试样的相对的带电粒子束的照射角度的点的集合240，表示将Y轴设为旋转轴时的相对角度的点的集合241以与点的集合240正交的位置关系进行分布。除了X轴，通过将正交的Y轴添加为旋转轴，可以缩小信息缺损区域。由此，可以掌握更加正确的三维构造。

以上考虑了使二个旋转轴分别独立地进行旋转，但是也可以使二个轴进行连动地运动。例如，在图17(b)中，考虑首先使线段X轴作为旋转轴旋转+30°，接下来使Y轴作为旋转轴从-60°到+60°以每10°为单位进行旋转，并在各旋转角度取得图像。如此取得的图像中的试样与带电粒子束的相对角度作为点的集合242被图示在图17(b)的立体投影图(经纬网)上。通过像这样地使二个旋转轴进行连动地旋转，可以从更多方向进行观察。

如果还考虑X轴、Y轴分别从-60°到+60°进行倾斜，则可以使照射到试样的带电粒子束的相对角度在图17(c)的立体投影图(经纬网)的斜线部245的内部自由地变化。可以在斜线部245内从各种各样的方向观察试样，可以更加准确地掌握试样的三维构造。

以上考虑了导入二个旋转轴以便倾斜试样台，但是使用图18针对将垂直于试样台的方向作为轴，导入可以在试样台平面上旋转试样的旋转轴，使来自多方向的观察成为可能的方法进行说明。

图18表示可以通过X轴使试样台500进行倾斜的机构和与试样台500的平面正交，使试样可以在试样台平面上并且Z轴为中心进行旋转的旋转机构。此外，考虑X轴相对于Z轴独立地进行动作。也就是说，设即使在Z轴的周围使试样进行旋转时，不倾斜X轴而只旋转试样904或试样台500。反之，设在X轴的周围倾斜了试样时，Z轴也与试样同样地进行倾斜。

不旋转Z轴而只倾斜X轴的情况与上述的旋转轴为一个轴的情况相同。此时，在X轴的周围从-60°到+60°以每10°为单位进行旋转，并在各旋转角度取得了图像时，试样904与带电粒子束905的相对角度成为图18(a)的立体投影图的点的集合240。在这里使用施密特网进行表示。该立体投影图中，表示在圆周250上设定为试样表面时的照射试样的带电粒子束的相对角度。

接下来，考虑在使试样在Z轴的周围旋转90°后，在X轴周围进行旋转。这种情况与图18的在Y轴的周围进行旋转的情况相同。在该状态下，在与上述同样地在X轴的周围从-60°到+60°以每10°为单位进行旋转，并在各旋转角度取得了图像的情况下，试样904与带电粒子束905的相对角度成为点的集合241。

还可以通过变更Z轴的旋转角度，来增加观察方向。例如考虑在Z轴的周围，从带电粒子束照射试样的方向看去顺时针旋转了45°后，同样地在X轴的周围从-60°到+60°以每10°为单位进行旋转，并取得图像。此时的试样与带电粒子束的相对角度成为点的集合243。

另外，以上考虑了在Z轴的周围进行了旋转后，在X轴的周围进行旋转，但是该旋转的顺序也可以相反。例如，考虑在X轴的周围旋转了45°后，绕Z轴以每10°为单位旋转360°，并在各旋转角度取得图像。如果在立体投影图上表示由此得到的图像的试样与带电粒子束的相对角度，则成为圆形的点的集合244。

如果考虑从-60°到+60°旋转X轴，并从0°到90°旋转Z轴，则照射试样的带电粒子束的相对角度可以在图19(b)的立体投影图(施密特网)的斜线部245的内部自由地变化。通过在斜线部46内从各种各样的方向观察试样，可以更加准确地掌握试样的三维构造。另外也可以大幅地减小信息缺损区域。

＜试样台的说明＞

针对使上述的三维观察成为可能的试样台，进行以下说明。图20表示通过具有可以倾斜试样的二个旋转轴，使来自多方向的观察成为可能的试样台。成为在试样台架500上具备电动机810，试样台500被固定在电动机旋转轴811上的结构。试样台架500具备可以绕倾斜轴801进行倾斜的倾斜驱动机构(角度控制部)。电动机810被配置为电动机旋转轴811与试样台架的倾斜轴801正交，并通过支持部件805固定在试样台架500上。电动机旋转轴811具备试样保持部件812，并可以与电动机旋转轴811一起进行旋转。试样保持部件812上安装有可装卸并具有发光部件的试样台500。根据以上的结构，通过试样台架800的倾斜以及电动机810的旋转，可以进行基于二个轴的旋转。

接下来，图21表示具有可以在试样台架上旋转试样的旋转轴和可以倾斜试样的倾斜轴的试样台。试样台架800上具备旋转台820，其上安装有可装卸并具有发光部件的试样台500。试样台架800具备可以绕倾斜轴801进行倾斜的倾斜驱动机构(角度控制部)。旋转台820具备将与试样台架800正交的方向作为旋转轴的旋转驱动机构(角度控制部)。旋转台820上所安装的试样台500可以与旋转台820一起进行旋转。根据以上的结构，通过由试样台架800所进行的倾斜以及旋转台820的旋转，可以进行使用二个轴的旋转。另外，不必为了使二个轴旋转(倾斜)而必须具有2个驱动部，也可以使用从1个驱动部获得的动力来控制二个轴。

另外，虽然没有进行图示，但是通过在电动机810与试样台500之间配置提供旋转运动的部件、将旋转运动变为其他运动的部件，不论电动机810的位置如何都可以实现上述结构的某一个。作为提供旋转运动的部件的例子，有齿轮、链条、皮带等，作为将旋转运动改为其他运动的部件的例子，列举了凸轮机构、连杆机构等。

实施例3

在实施例1或实施例2中针对试样台为发光元件的结构进行了说明。在本实施例中，针对试样台是如果照射带电粒子束则可以产生电子和空穴的半导体检测元件的情况来进行说明。以下针对与实施例1同样的部分省略说明。

使用图22来进行与原理以及结构有关的说明。在如果照射带电粒子束则可以产生电子和空穴的试样台518上具备试样6。试样台501是半导体检测元件等，并在内部存在P层、N层以及耗尽层等。在这种情况下也与实施例1相同，该试样台518检测在试样的内部散射或透射后的带电粒子。试样台兼检测元件具备上层部512和下层部513等的薄层。该薄层是可以通电的材料、例如金属膜等。图中的薄层被记载为整个面，但是也可以是一部分。

考虑在试样内存在密度高的部位508和密度低的部位509的情况。当在试样内对密度高的部位508照射一次带电粒子束510时，由于大多数带电粒子束向后方散射，因此带电粒子束没有到达检测元件518。另一方面，当在试样内对密度低的部位509照射一次带电粒子束511时，带电粒子束可以透射到检测元件518。到达了检测元件518的带电粒子束在检测元件518内部产生电子空穴对514。通过产生了电子空穴对514，空穴或电子被吸引到上层部512以及下层部513。如果在上层部512和下层部513间经由配线516等连接位于本试样台兼检测元件外的电阻515，则通过前述的电子空穴对可以流过电流I，因此，导致在电阻515间产生电压V。通过在放大器517中放大该电压V，可以放大信号。作为这一系列的结果，通过取得来自检测元件518的信号，可以检测试样内部的密度差。

带电粒子束的固体内平均自由路程依赖于带电粒子束的加速电压，为数十nm～数十μm。因此，需要将检测元件518的上表面的上层部512的厚度设为相同程度的厚度。另外，图中试样6接触上层部512，但是当试样为生物试样等时，由于毒性等的关系有时无法在上层部512上搭载试样。因此，可以涂抹骨胶原那样的与生物试样的亲和性高的材料。也可以配置在上层部512与试样6之间。

另外，如实施例1中的说明所述，当试样6为含水试样等时，可以在试样周边配置薄膜702，也可以将试样内部的水分作为离子液体等的置换物质703。

图17表示用于使用本实施例的半导体检测元件来实施三维内部构造观察的装置结构。图23中在试样台架5上配置作为试样台的半导体检测元件518。从台架5所具备的检测元件518经由配线509连接前置放大器基板505。前置放大器基板505经由配线507等连接到下位控制部37。在图中，前置放大器基板505在外壳7内部，但是也可以在外壳7外部(例如图中的前置放大器54部)。在倾斜试样台518时，由于需要使试样台518不会从试样台架5掉落，因此在试样台架5上具备可以决定配置试样台518的位置的固定部件506。除此之外，在试样台518与试样台架5之间可以有未图示的固定部件。由此可以固定试样台518防止位置偏移。在将试样台导入装置内部或取出至装置外部时，连接或取下配线509，相对于试样台架5装卸试样台518。

另外，使用微通道板(MCP：Micro-Channel Plate)、其他粒子检测器也可以实现本实施例。省略具体的装置结构，但是除了光电转换部分、配线是不同的以外，可以使用与本实施例所描述的内容同等的结构来实现。

实施例4

在以下的实施例中，“大气压”是指大气环境或预定的气体环境，意味着大气压或少量负压状态的压力环境。具体而言是约10⁵Pa(大气压)～10³Pa。

＜大气压的带电粒子束装置观察时的说明＞

接下来，使用图24，对使用了在大气压下可以观察的带电粒子束装置的例子进行说明。带电粒子显微镜的基本结构与在实施例1(例如图7的结构)以及实施例2中所说明的内容相同，因此在本实施例中主要只说明大气压观察用装置的特征。

图24表示本实施例的带电粒子显微镜的整体结构。在本结构中，带电粒子光学镜筒2被嵌在外壳271中，使用真空密封部件123进行真空密封。通过柱269支撑外壳271。通过底座270支撑柱269。图中只图示出一根柱269，但是为了支撑外壳，优选的是实际上具有多根。通过该结构，试样6的环境状态与装置外部相同，可以将试样状态暴露在完全的大气下状态中。

在带电粒子光学镜筒与试样之间设置有带电粒子束可透射或穿过的隔膜10。该隔膜10可装卸于外壳271。真空泵4连接至外壳271，并能够对通过外壳271的内壁面和隔膜10所构成密闭空间(以下设为第1空间)进行真空排气。由此，在本实施例中，通过隔膜10将第1空间11维持在高真空状态，另一方面，放置着试样的空间维持与大气压相同或基本与大气压相同的压力的气体环境，因此在装置动作中可以将带电粒子光学镜筒2侧维持在真空状态，并且可以将试样6以及前述的试样台维持在大气压或预定的压力的环境下。通过隔膜保持部件155保持隔膜10，则通过更换隔膜保持部件155可以进行隔膜10的更换。

通过朝向试样6附近方向的气体喷嘴272进行来自储气瓶103的气体供给。气体喷嘴272例如通过支柱273连接到外壳271。储气瓶103和气体喷嘴272通过连结部102相连接。上述结构是一个例子，通过本结构可以对试样6附近喷射期望的气体。作为气体种类，是作为比大气更轻的气体的氮气、水蒸气、氦气、氢气等，以便可以减少电子束散射。用户可以自由地更换气体。另外，为了在隔膜10与试样6之间抽真空，可以将储气瓶103替换为真空泵。

光学显微镜250配置在外壳271的正下方，即与带电粒子光学镜筒的光轴同轴。由此，可以对配置在试样台架5上的试样台上的试样6照射穿过了隔膜10的带电粒子束来取得带电粒子束显微镜像，并且可以通过光学显微镜250取得光学显微镜像。但是，光学显微镜的配置如前述的实施例所述，并不限于此。

在本带电粒子束装置的试样台架5上可以搭载具备检测元件500的试样台。在试样台架上放置了前述的试样台的状态下，检测元件500相对于试样处于被放置在隔膜的相反侧的状态。试样台架附近的光检测器503等的配置结构等与实施例1、2相同。本结构的情况下，可以取得最大限度地减少了通过抽真空等产生的水分蒸发等的形状变化的透射带电粒子束信号。另外，不需要将试样空间抽真空至高真空状态，因此可以以非常高的吞吐量取得试样的透射带电粒子束显微镜图像。另外，在本实施例的结构中，对试样配置空间没有限制，因此对试样台的大小非常大的情况有用。

实施例5

接下来，使用图25来说明有关从外壳7侧面的小区域导入试样以及试样台的侧进方式的装置结构。以下针对与实施例1～3同样的部分省略说明。

试样台架5以从外壳7的一部分狭小的区域插入的方式被导入至装置内部。用于控制各光学透镜的控制系统、用于检测检测信号的检测系统、用于对外壳7或带电粒子光学镜筒2内部进行排气的真空泵等是不言自明的，因此省略。经由光传输路径801，使用被配置在外壳7内部等的光检测器800检测来自直接或间接地放置试样6的检测元件500的发光。用于检测来自检测元件500的发光的光检测器被配置在外壳7的内部、外部或试样台7、试样台架5或图中光学镜筒2某一处即可。光放大器以及光传输路径的位置、变形例只要满足本实施例所预想的功能，就属于本实施例的带电粒子束显微镜的范畴。在本结构中，例如试样台架5具备可以使作为向量参数的试样角度θ倾斜的机构。本结构的情况下，与前述的实施例相比较，可以缩小试样台架5的尺寸，因此可以使试样台架5上的倾斜机构非常地简易。

此外，本发明不限定于上述实施例，只要不脱离本申请的技术思想，包含各种各样的变形例。例如，上述实施例是为了更易理解地说明本发明而进行了详细地说明的内容，并不限定于必须具备所说明的全部结构。另外，可以将某实施例的结构的一部分置换为其他实施例的结构，或者，也可以在某实施例的结构中添加其他实施例的结构。另外，针对各实施例的结构的一部分，可以进行其他的结构的添加、删除、置换。另外，上述的各结构、功能、处理部、处理单元等，它们的一部分或全部可以通过例如使用集成电路进行设计等由硬件来实现。另外，也可以由处理器解析实现各个功能的程序并进行执行，由此由软件来实现上述的各结构、功能等。实现各功能的程序、表格、文件等信息可以放置在存储器、硬盘、SSD(Solid State Drive)等记录装置或IC卡、SD卡、光盘等记录介质中。

另外，上述的计数处理以及信号运算处理也可以通过实现这些功能的软件的程序代码来实现。在这种情况下，系统或装置的计算机(或CPU、MPU)读出存储在存储介质中的程序代码。在这种情况下，从存储介质中读出的程序代码本身实现前述的实施例的功能，并且该程序代码本身以及存储着它的存储介质构成本发明。

另外，对于控制线、信息线示出了认为在说明上必要的部分，在产品上并不限定于示出全部的控制线、信息线。可以认为实际上几乎全部结构都相互连接。

符号说明

1：光学透镜、2：带电粒子光学镜筒、3：检测器、4：真空泵、5：试样台架、6：试样、7：外壳、8：带电粒子源、10：隔膜、11：第1空间、14：泄漏阀、16：真空配管、18：支柱、19：盖部件用支持部件、20：底板、34：键盘或鼠标等用户接口、35：监视器、36：上位控制部、37：下位控制部、38：台架控制部、39：通信线、40：数据收发部、41：数据存储器部、42：外部接口、43：运算部、44：操作画面、45：照射能量变更部、46：照射角度变更部、47：试样角度变更部、48：焦点调整部、49：明亮度调整部、50：对比度调整部、51：照射开始按钮、52：照射停止按钮、53：前置放大器、54：前置放大器、55：画面、56：画面、57：图像保存按钮、58：图像读出按钮、59：照射能量控制部、60：试样旋转角度控制部、61、62、63、64、65、66、67：步骤、70：操作画面、71：初始试样角度θ设定部、72：最终试样角度θ设定部、73：变更角度Δθ设定部、74：垂直设定条、75：水平设定条、76：画面、77：自动图像取得基准点、78：自动取得开始按钮、102：连结部、103：储气瓶、107：支撑板、119：密封圈、120：密封圈、122：盖部件、123，124，125，126，128，129：真空密封部件、155：隔膜保持部件、200：带电粒子显微镜的光轴、201：光学显微镜的光轴、202：光学显微镜、250：光学显微镜、269：柱、270：底座、271：外壳、272：气体喷嘴、500：试样台或检测元件、501：底座、502：薄膜、503：光检测器、505：前置放大器基板、506：固定部件、507：配线、508：密度高的部分、509：密度低的部分、510：一次带电粒子束、511：一次带电粒子束、512：上层部、513：下层部、514：电子空穴对、515：电阻、516：配线、517：放大器、518：检测元件、601：带电粒子束显微镜、602：光学显微镜、603：CCD摄像头、604：配线、702：薄膜、703：置换物质、800：光检测器、801：光传输路径、810：电动机、811：电动机旋转轴、820：旋转台、900：带电粒子束、901：内部构造、902：内部构造、903：内部构造、903a：投影出的内部构造903、904：物质、905：光轴、906：投影图像(或检测图像)、907：投影图像(或检测图像)、908：投影图像(或检测图像)、909：金标识、910：投影图像(或检测图像)、911：金标识、912：投影图像(或检测图像)、913：标记、914：试样内部构造体、915：投影图像(或检测图像)、916：投影图像(或检测图像)、917：投影图像(或检测图像)、918：投影图像(或检测图像)、921，922，923：内部物质。

Claims (13)

1.一种带电粒子束装置，其特征在于，具有：

带电粒子光学镜筒，其向试样台上所保持的试样照射一次带电粒子束；

试样台旋转部，其能够在将所述试样台表面与所述一次带电粒子束的光轴所成的角倾斜到不垂直的角度的状态下旋转该试样台；

控制部，其控制所述试样台旋转部的旋转角度；

显示部，其通过断层摄像法来显示通过在使所述试样台旋转部旋转到多个不同的角度的状态下向所述试样照射所述一次带电粒子束而取得的、与各角度对应的所述试样的透射带电粒子图像；以及

选择输入部，其通过选择在所述显示部显示出的所述试样的透射带电粒子图像的一部分来显示所述图像的旋转图或截面图，

所述试样台被构成为包括检测在所述试样的内部散射或透射后的带电粒子的检测元件。

2.根据权利要求1所述的带电粒子束装置，其特征在于，

该带电粒子束装置具有试样台架，其以可装卸的方式配置所述试样台，

所述试样台架具有试样台倾斜部，其能够使所述试样台倾斜到多个不同的角度。

3.根据权利要求1所述的带电粒子束装置，其特征在于，

该带电粒子束装置具备光学透镜，其使所述一次带电粒子束相对于该一次带电粒子束的光轴进行倾斜来入射到所述试样。

4.根据权利要求1所述的带电粒子束装置，其特征在于，

该带电粒子束装置具有监视器，其按照所述各角度的大小顺序，按任意的时间切换显示与所述各角度对应的多个透射带电粒子图像。

5.根据权利要求1所述的带电粒子束装置，其特征在于，

所述检测元件是通过在所述试样的内部透射或散射后的带电粒子来发光的发光部件。

6.根据权利要求5所述的带电粒子束装置，其特征在于，所述发光部件能够使全部波长区域的可见光、紫外光或者红外光通过。

7.根据权利要求1所述的带电粒子束装置，其特征在于，

该带电粒子束装置具有使所述一次带电粒子束透射或通过的可装卸的隔膜，并由该隔膜隔离所述带电粒子光学镜筒的内部空间与放置所述试样的空间。

8.一种带电粒子束装置，其特征在于，具有：

带电粒子光学镜筒，其向试样台上所保持的试样照射一次带电粒子束；

试样台架，其以可装卸的方式配置所述试样台；

角度控制部，其通过第一轴以及不同于所述第一轴的第二轴来控制所述一次带电粒子束与所述试样的相对角度，其中，所述第一轴为倾斜轴，所述第二轴为旋转轴；

显示部，其通过断层摄像法来显示通过所述第一轴以及所述第二轴上的多个不同的所述相对角度下的一次带电粒子束的照而取得的、与各相对角度对应的所述试样的透射带电粒子图像；以及

选择输入部，其通过选择在所述显示部显示出的所述试样的透射带电粒子图像的一部分来显示所述图像的旋转图或截面图，

所述试样台被构成为包括检测在所述试样的内部散射或透射后的带电粒子的检测器。

9.根据权利要求8所述的带电粒子束装置，其特征在于，

所述角度控制部具有：

第一轴角度控制部，其通过第一轴来控制所述一次带电粒子束与所述试样的相对角度；以及

第二轴角度控制部，其通过不同于所述第一轴的第二轴来控制所述一次带电粒子束与所述试样的相对角度。

10.根据权利要求9所述的带电粒子束装置，其特征在于，

所述第二轴角度控制部进行以不与所述试样台的水平面平行的所述第二轴为中心的旋转运动，通过所述旋转运动使所述试样台旋转，并控制所述一次带电粒子束与所述试样的相对角度。

11.根据权利要求8所述的带电粒子束装置，其特征在于，

所述试样倾斜部通过所述带电粒子光学镜筒的倾斜、一次带电粒子束的波束倾斜、试样台架的倾斜、所述试样台的倾斜的某1个或者2个以上的组合，来控制所述一次带电粒子束与所述试样的相对角度。

12.一种带电粒子束装置，其特征在于，具有：

带电粒子光学镜筒，其向试样台上所保持的试样照射一次带电粒子束；

试样台架，其以可装卸的方式配置所述试样台；

试样台倾斜部，其在所述试样台架具有倾斜机构的情况下，通过不同于所述试样台架的倾斜轴的倾斜机构的倾斜轴，使所述试样台表面与所述一次带电粒子束的光轴所成的角倾斜到不垂直的角度；

控制部，其控制所述试样台倾斜部的倾斜角度；

显示部，其通过断层摄像法来显示通过与所述试样台架不同的倾斜轴使所述试样台倾斜到多个不同的相对角度，并向所述试样照射所述一次带电粒子束而取得的、与各相对角度对应的所述试样的透射带电粒子图像；以及

选择输入部，其通过选择在所述显示部显示出的所述试样的透射带电粒子图像的一部分来显示所述图像的旋转图或截面图，

所述试样台被构成为包括检测在所述试样的内部散射或透射后的带电粒子的检测部。

13.根据权利要求12所述的带电粒子束装置，其特征在于，

所述检测部是通过在所述试样的内部透射或散射后的带电粒子来发光的发光部件。