JP2005228608A - 電子顕微鏡装置および電子顕微鏡観察方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 薄片化した試料について断面観察領域の２次電子発生効率を高めて高解像度の断面ＳＥＭ観察を容易にする。
【解決手段】 走査電子顕微鏡観察または走査透過電子顕微鏡観察を行うための試料を装着する試料ホルダーと、試料に電子線を照射した際に２次電子の発生効率を向上させるコントラスト材Ｈ１０５と、コントラスト材Ｈ１０５を駆動するためのコントラスト材駆動部Ｈ１０７とを備え、コントラスト材Ｈ１０５は、試料における電子線が照射される表面側とは反対の裏面側の所定領域に、コントラスト材駆動部Ｈ１０７を制御することによって配置される。このように、薄片試料の観察面１０８と反対側の薄片試料近傍にコントラスト材Ｈ１０５を駆動して設置して電子線を照射することで、所望の観察面１０８の２次電子発生効率を向上させ、高解像度のＳＥＭ観察を行うことが出来る。
【選択図】 図７

Description

この発明は、薄片化した観察領域について、観察面の２次電子発生効率を向上させて走査電子顕微鏡観察を行うための電子顕微鏡装置および電子顕微鏡観察方法に関するものである。

図２５に従来の観察試料の電子顕微鏡観察方法を示す（例えば、非特許文献１参照）。

例えば、Ｓｉ基板１０３上に半導体デバイスパターン１０４を形成したＳｉ半導体デバイス試料の断面および内部構造を観察するため観察領域１０２を露出させるように集束イオンビームで例えば約１μｍまで薄片化し、電子顕微鏡用試料１０１を作製する。

次に、この観察領域１０２を含む電子顕微鏡用試料１０１について、高加速（例えば、２００ｋＶ）走査電子顕微鏡像（以下、走査電子顕微鏡をＳＥＭと省略）観察機能と走査透過電子顕微鏡像（以下、走査透過電子顕微鏡をＳＴＥＭと省略）観察機能とを備えて構成されるＳＴＥＭ装置において、観察領域に電子線１０５を走査して上記試料１０１のＳＥＭによる断面観察およびＳＴＥＭによる内部の構造を観察する。
日本電子顕微鏡学会 第５４回学術講演会 発表要旨集 １４４(１９９８）

上記従来の電子顕微鏡観察では、試料内部の構造が微細化、緻密化して詳細なＳＥＭによる断面およびＳＴＥＭによる内部の構造観察を行う場合に、観察領域において更に薄膜化する必要がある。ところが、例えば約０.１μｍまで薄片化した場合に、観察面の膜厚が薄いために電子線が透過し、観察面から発生する２次電子量が少なくなり、さらに、上記Ｓｉ半導体デバイスのように導電性を示さない材料も含んで構成される試料の場合には、電子線を照射することにより観察試料表面に電子が帯電するチャージング現象が生じるために、断面観察の際に十分な２次電子を検出することが出来ず、高解像度での断面観察を行うことが困難であった。

また、試料の構造が微細化、緻密化している場合に、薄膜化した観察領域の２つの観察面において、互いに異なる断面構造をもつことがある。この場合には、ＳＴＥＭ像は試料膜厚の厚みで積算された像であるため、試料の構造の詳細を得るためには、ＳＥＭによる断面観察を行う必要があるが、上記試料の詳細な断面観察を行う場合には、集束イオンビーム加工装置（以下、ＦＩＢと省略）に試料を挿入し、観察領域において観察方向と反対側にＦＩＢによるＷなどの金属膜を堆積させるなどの追加加工により２次電子発生効率を向上させる必要があったが、上記観察領域は高解像度のＳＴＥＭ像観察を行うのに十分な薄さに薄片化されているため、ＦＩＢによる追加加工により観察領域を破損する危険性を伴うものであった。

したがって、この発明の目的は、上記課題に鑑みてなされたものであり、ＳＴＥＭ観察が可能な膜厚に薄片化された試料について、観察面の２次電子発生効率を高める機能を備えて高分解能の走査電子顕微鏡観察することが出来る電子顕微鏡装置および電子顕微鏡観察方法を提供することである。

上記課題を解決するためにこの発明の請求項１記載の電子顕微鏡装置は、走査電子顕微鏡観察または走査透過電子顕微鏡観察を行うための試料を装着する試料ホルダーと、前記試料に電子線を照射した際に２次電子の発生効率を向上させるコントラスト材と、前記コントラスト材を駆動するためのコントラスト材駆動部とを備え、前記コントラスト材は、前記試料における電子線が照射される表面側とは反対の裏面側の所定領域に、前記コントラスト材駆動部を制御することによって配置される。

請求項２記載の電子顕微鏡装置は、請求項１記載の電子顕微鏡装置において、前記コントラスト材は、２次電子の発生効率が高くかつ導電性を示す金属からなる。

請求項３記載の電子顕微鏡装置は、請求項１記載の電子顕微鏡装置において、前記試料ホルダーは、集束イオンビーム加工装置と走査透過電子顕微鏡装置に共用可能であり、前記試料ホルダーの先端部に設けた試料ステージに前記試料を装着する装着材と前記コントラスト材を配置し、前記試料ホルダーの基端部に、前記試料ホルダーの先端部の向きを変えるための切り替えダイヤルと前記コントラスト材駆動部とを配置している。

請求項４記載の電子顕微鏡装置は、請求項３記載の電子顕微鏡装置において、前記試料ホルダーは、前記試料ステージにコントラスト材を１つだけ備えている。

請求項５記載の電子顕微鏡装置は、請求項３記載の電子顕微鏡装置において、前記試料ホルダーの試料ステージに、前記試料が位置する開口部と前記コントラスト材の動作範囲を制限する空間とが設けられ、前記コントラスト材の軸端部の一方に、金属ベルトまたは金属ワイヤの一端を巻きつけて固定するプーリが設けられ、前記金属ベルトまたは金属ワイヤの他端は前記試料ステージの駆動用軸に固定され、前記駆動用軸と前記ブーリの間には、前記金属ベルトまたは金属ワイヤを押さえる押さえローラが設けられている。また、前記コントラスト材の軸の他方の端部には、コイルばねまたは渦巻きばねが設けられ、コイルばねまたは渦巻きばねは、その一端がコントラスト材の軸端部に巻きつけ固定され、反対側は試料ステージのばね取り付け部に固定されており、コントラスト材が試料観察面の下に位置するのと反対側に、常に引力がかかるようになっている。

請求項６記載の電子顕微鏡装置は、請求項５記載の電子顕微鏡装置において、前記試料ホルダーは、前記コントラスト材駆動部を駆動することによって、前記駆動用軸とともに前記金属ベルトまたは金属ワイヤを、コイルばねまたは渦巻きばねの引力と逆方向に回転力をかけて引き、前記コントラスト材が試料観察面の下に位置するように、前記試料ステージ開口部と前記試料ステージ内部の空間との範囲で前記コントラスト材を駆動する機構を備えている。

請求項７記載の電子顕微鏡装置は、請求項３記載の電子顕微鏡装置において、前記試料として、メッシュに張り合わせた透過電子顕微鏡用試料を用い、前記試料ホルダーは、前記試料のメッシュ側を前記試料ステージに載せて前記メッシュを前記装着材と試料ステージとで挟んで装着するように構成され、前記試料が前記電子線と対向するように前記試料ホルダーを電子顕微鏡に挿入することによって、前記試料における前記電子線が照射される表面側とは反対の裏面側において前記コントラスト材が配置されるように駆動する。

請求項８記載の電子顕微鏡装置は、請求項３記載の電子顕微鏡装置において、前記試料ホルダーは、前記試料ステージに試料を任意の位置に装着するための装着材と二つ以上のコントラスト材を配置して構成される。

請求項９記載の電子顕微鏡装置は、請求項８記載の電子顕微鏡装置において、前記試料ホルダーの試料ステージに備えた装着材は、十分な強度をもった金属材から形成され、平坦な試料ステージ上に間隔をあけて互いに対向して試料ステージ開口部の中央側へ一段突き出た当接面が形成された二つの第１装着材と、一端が前記試料ステージに固定された金属ばねを有しかつ十分な強度をもった平坦な金属材からなる第２装着材とが互いに向かい合って配置され、前記金属ばねにより前記第２装着材が試料挿入方向に伸縮運動する。

請求項１０記載の電子顕微鏡装置は、請求項９記載の電子顕微鏡装置において、前記第１装着材と試料ステージに、前記二つのコントラスト材それぞれが互いに衝突せずに駆動させるための二つの空洞とそれらの間に金属板を備えている。

請求項１１記載の電子顕微鏡装置は、請求項８記載の電子顕微鏡装置において、前記試料ホルダーの二つのコントラスト材は、常時コントラスト材の駆動方向と逆方向に力を加えるために、前記試料ステージ内部の固定された部位に取り付けられた金属ばねと、減速ギヤとマイクロメータとを有する前記コントラスト材駆動部に取り付けられた金属ワイヤとをそれぞれ備え、前記コントラスト材駆動部のマイクロメータを回転させ、減速ギヤと金属ワイヤを介して前記コントラスト材を駆動させる。

請求項１２記載の電子顕微鏡装置は、請求項８記載の電子顕微鏡装置において、前記試料ホルダーに用いる電子顕微鏡用試料は、観察領域を含む部分が凸型に突出した凸部となり、前記凸部の外周部は一様に所定の高さになっている。

請求項１３記載の電子顕微鏡装置は、請求項１２記載の電子顕微鏡装置において、前記第２装着材が前記試料の底面に当接し、互いに対向した二つの第１装着材に形成された当接面が前記試料の凸部外周部の試料面に当接して、これらの当接面が位置決めストッパーとしての役割を果たしながら、前記試料の凸部外周部の試料面と、前記試料の底面とを挟んで前記試料を常時任意の位置に装着可能とした。

請求項１４記載の電子顕微鏡装置は、請求項1または２記載の電子顕微鏡装置において、ポールピース装着型の走査透過電子顕微鏡を備えた電子顕微鏡装置であって、二つ以上のコントラスト材と、前記コントラスト材を駆動するための二つ以上のコントラスト材駆動部とを備える。

請求項１５記載の電子顕微鏡装置は、請求項１４記載の電子顕微鏡装置において、前記電子顕微鏡に用いる試料ホルダーは、集束イオンビーム加工装置と走査透過電子顕微鏡装置に共用可能であり、試料ホルダーの先端部のみ向きを変えるための切り替えダイヤルを基端部に有し、前記二つのコントラスト材およびその駆動部は前記試料ホルダーの挿入方向と垂直方向に対向して配置される。

請求項１６記載の電子顕微鏡装置は、請求項１４記載の電子顕微鏡装置において、前記電子顕微鏡のポールピースは、前記試料ホルダー先端部が電子顕微鏡観察において移動でき、かつ前記試料ホルダーの下方で前記二つのコントラスト材がそれぞれ駆動することが可能な空間を持つ。

請求項１７記載の電子顕微鏡装置は、請求項１４記載の電子顕微鏡装置において、前記二つのコントラスト材は、前記電子顕微鏡試料の薄片化していない周辺部の試料膜厚の影響を受けないために前記試料の薄片領域よりも小さい幅で、かつ薄片化されてない試料周辺部を損傷しない大きさの金属板で構成され、観察面の反対側の面から所定の距離をもつ高さに前記コントラスト材が設置される。

請求項１８記載の電子顕微鏡装置は、請求項１４記載の電子顕微鏡装置において、前記電子顕微鏡のポールピース内部に備えた前記試料ホルダー先端部が移動できる空間内で、前記二つのコントラスト材は前記試料ホルダーに装着した試料観察面の観察方向と反対側の任意の高さに配置され、前記任意の高さで電子線の入射方向に対して垂直方向にのみ駆動する機能を備えている。

請求項１９記載の電子顕微鏡装置は、請求項１８記載の電子顕微鏡装置において、前記二つのコントラスト材が駆動する任意の高さは、前記電子顕微鏡において前記試料観察面に対して最も電子顕微鏡像が鮮明に観察出来る高さから所定の距離だけ下方である。

請求項２０記載の電子顕微鏡観察方法は、請求項３記載の電子顕微鏡装置を用いて、前記試料の薄片化された観察面を観察する際、前記試料を試料ステージ上に保持し、前記試料の薄片化された部分の観察面に対向して電子線を照射するように走査透過電子顕微鏡に前記試料ホルダーを挿入した後、前記試料の観察方向と反対側に、前記試料ホルダーのコントラスト材駆動部を駆動させて、前記コントラスト材を前記試料の観察面と反対側の薄片化していない周辺領域に接触する程度の位置に設置し、観察面に電子線を照射することにより断面走査電子顕微鏡観察を行う。

請求項２１記載の電子顕微鏡観察方法は、請求項８記載の電子顕微鏡装置を用いて、前記試料の薄片化された部分の両方の観察面を観察する際、前記試料の任意の観察面に対向して電子線を照射するように走査透過電子顕微鏡に前記試料ホルダーを挿入した後、前記試料の観察方向と反対側に、前記試料ホルダーのコントラスト材駆動部を駆動させて前記コントラスト材を前記試料の観察面と反対側の薄片化していない周辺領域に接触する程度の位置に設置し、観察面に電子線を照射することにより、異なる断面構造をもつ二つの観察面にそれぞれについての断面走査電子顕微鏡観察を行う。

請求項２２記載の電子顕微鏡観察方法は、請求項１５記載の電子顕微鏡装置を用いて、前記試料の薄片化された部分の両方の観察面を観察する際、前記試料の任意の観察面に対向して電子線を照射するように前記電子顕微鏡に前記試料ホルダーを挿入した後、前記試料の観察面の高さが電子顕微鏡のフォーカス値が０の時に試料観察面に対して最も電子顕微鏡像が鮮明に観察出来る高さに合わせて、その高さを維持して観察視野範囲内から前記試料を移動させる工程と、試料観察面に対向する前記コントラスト材を駆動して観察面の反対側の面から所定の高さを維持して観察視野範囲内に移動させる工程と、前記コントラスト材が試料観察面の下に位置するように前記試料観察面の高さに維持して前記試料を移動させる工程とを含み、試料観察面の観察方向と反対側にコントラスト材を設置した状態で観察面に電子線を照射することにより、異なる断面構造をもつ二つの観察面のそれぞれについての断面走査電子顕微鏡観察を行う。

この発明の請求項１記載の電子顕微鏡装置によれば、試料ホルダーと、コントラスト材と、コントラスト材駆動部とを備え、コントラスト材は、試料における電子線が照射される表面側とは反対の裏面側の所定領域に、コントラスト材駆動部を制御することによって配置されるので、試料の観察方向と反対側に金属膜を堆積させるなどの再加工を施す工程を省略し、さらに、観察領域を破壊することなく、その観察方向と反対側の試料の薄片化部分に近い位置にコントラスト材を設置した状態で、任意の観察面について電子線を照射し、２次電子発生効率を向上させ、高分解能のＳＥＭ観察を行うことが出来る。

また、試料の解析目的に対応させてコントラスト材を用いて２次電子発生効率を向上させた高解像度のＳＥＭ像、コントラスト材を用いないＳＴＥＭ観察を容易に選択し切り替えて観察することが出来るため、薄片化試料の断面および内部の構造についての詳細を得ることが出来る。

請求項２では、コントラスト材は、２次電子の発生効率が高くかつ導電性を示す金属からなるので、試料の任意の観察面について、高解像度のＳＥＭ像を得る。

請求項３では、試料ホルダーは、集束イオンビーム加工装置と走査透過電子顕微鏡装置に共用可能であり、試料ホルダーの先端部に設けた試料ステージに試料を装着する装着材とコントラスト材を配置し、試料ホルダーの基端部に、試料ホルダーの先端部の向きを変えるための切り替えダイヤルとコントラスト材駆動部とを配置しているので、試料ホルダーは集束イオンビーム加工装置と走査透過電子顕微鏡装置の試料ホルダーと共用できる。また、試料ホルダーの基端部に設けた切り替えダイヤルにより試料ホルダーの先端部のみを回転させることができ、またコントラスト材駆動部によりコントラスト材の駆動を行うことでＳＥＭ観察を行うことができる。

請求項４では、試料ホルダーは、試料ステージにコントラスト材を１つだけ備えているので、試料の薄片化された部分の一方の観察面をＳＥＭ観察することができる。

請求項５では、試料ホルダーの試料ステージに、試料が位置する開口部とコントラスト材の動作範囲を制限する空間とが設けられ、コントラスト材の軸端部の一方に、金属ベルトまたは金属ワイヤの一端を巻きつけて固定するプーリが設けられ、金属ベルトまたは金属ワイヤの他端は試料ステージの駆動用軸に固定され、駆動用軸とプーリの間には、金属ベルトまたは金属ワイヤを押さえる押さえローラが設けられ、また、前記コントラスト材の軸の他方の端部には、コイルばねまたは渦巻きばねが設けられ、コイルばねまた渦巻きばねは、その一端がコントラスト材の軸端部に巻きつけ固定され、反対側は試料ステージのばね取り付け部に固定されており、コントラスト材が試料観察面の下に位置するのと反対側に、常に引力がかかるようになっている。金属ベルトまたは金属ワイヤを試料ホルダーの先端部と基端部とをつなぐ方向、つまり、コイルばねまたは渦巻きばねの引力と逆方向に、回転力をかけることによりコントラスト材を駆動させることができる。

請求項６では、試料ホルダーは、コントラスト材駆動部を駆動することによって、駆動用軸とともに金属ベルトまたは金属ワイヤが前後に動き、試料ステージ開口部と試料ステージ内部の空間との範囲でコントラスト材を駆動する機構を備えているので、コントラスト材駆動部によりコントラスト材を駆動させることができる。

請求項７では、試料として、メッシュに張り合わせた透過電子顕微鏡用試料を用い、試料ホルダーは、試料のメッシュ側を試料ステージに載せてメッシュを装着材と試料ステージとで挟んで装着するように構成され、試料が電子線と対向するように試料ホルダーを電子顕微鏡に挿入することによって、試料における電子線が照射される表面側とは反対の裏面側においてコントラスト材が配置されるように駆動するので、メッシュにより試料を試料ステージに装着することができ、ＳＥＭ観察を行うことかできる。

請求項８では、試料ホルダーは、試料ステージに試料を任意の位置に装着するための装着材と二つ以上のコントラスト材を配置して構成されるので、特に二つの観察面で断面構造が互いに異なる試料の場合に、所望の観察領域について２方向から詳細にＳＥＭ観察を行うことが出来る。

請求項９では、試料ホルダーの試料ステージに備えた装着材は、十分な強度をもった金属材から形成され、平坦な試料ステージ上に間隔をあけて互いに対向して試料ステージ開口部の中央側へ一段突き出た当接面が形成された二つの第１装着材と、一端が試料ステージに固定された金属ばねを有しかつ十分な強度をもった平坦な金属材からなる第２装着材とが互いに向かい合って配置され、金属ばねにより第２装着材が試料挿入方向に伸縮運動するので、第２装着材を押して試料を載せると、金属ばねの弾力を利用して、試料を二つの第１装着材に押し付けた状態で支持することができる。

請求項１０では、第１装着材と試料ステージに、二つのコントラスト材それぞれが互いに衝突せずに駆動させるための二つの空洞とそれらの間に金属板を備えているので、金属板と空洞に沿ってコントラスト材を平行移動させることができる。

請求項１１では、試料ホルダーの二つのコントラスト材は、常時コントラスト材の駆動方向と逆方向に力を加えるために、試料ステージ内部の固定された部位に取り付けられた金属ばねと、減速ギヤとマイクロメータとを有するコントラスト材駆動部に取り付けられた金属ワイヤとをそれぞれ備え、コントラスト材駆動部のマイクロメータを回転させ、減速ギヤと金属ワイヤを介してコントラスト材を駆動させるので、コントラスト材駆動部により、二つのコントラスト材を平行移動させることができる。

請求項１２では、試料ホルダーに用いる電子顕微鏡用試料は、観察領域を含む部分が凸型に突出した凸部となり、凸部の外周部は一様に所定の高さになっているので、凸部の外周部が二つの第１装着材に当接して位置決めされる。また、凸部の観察面の一方または他方の側にコントラスト材を配置することができ、２方向から詳細にＳＥＭ観察が可能となる。

請求項１３では、第２装着材が試料の底面に当接し、互いに対向した二つの第１装着材に形成された当接面が試料の凸部外周部の試料面に当接して、これらの当接面が位置決めストッパーとしての役割を果たしながら、試料の凸部外周部の試料面と、試料の底面とを挟んで試料を常時任意の位置に装着可能としたので、試料を常に任意の寸法で作製し、常に試料ホルダーの任意の位置でかつ試料ホルダー対して平行に試料を装着できる。

請求項１４では、ポールピース装着型の走査透過電子顕微鏡を備えた電子顕微鏡装置であって、二つ以上のコントラスト材と、コントラスト材を駆動するための二つ以上のコントラスト材駆動部とを備えるので、焦点距離が短くかつ高分解能を可能とするための、対物レンズによる磁界を金属製のポールピースにかけて構成される磁界型電子レンズを備えたポールピース装着型の電子顕微鏡を備えた構成において、二つの観察面で断面構造が互いに異なる試料の場合に、所望の観察領域について２方向から詳細にＳＥＭ観察を行うことが出来る。

請求項１５では、電子顕微鏡に用いる試料ホルダーは、集束イオンビーム加工装置と走査透過電子顕微鏡装置に共用可能であり、試料ホルダーの先端部のみ向きを変えるための切り替えダイヤルを基端部に有し、二つのコントラスト材およびその駆動部は試料ホルダーの挿入方向と垂直方向に対向して配置されるので、試料ホルダーは集束イオンビーム加工装置と走査透過電子顕微鏡装置の試料ホルダーと共用できる。また、試料ホルダーの基端部に設けた切り替えダイヤルにより試料ホルダーの先端部のみを回転させることができ、またコントラスト材駆動部によりコントラスト材の駆動を行うことで両観察面についてＳＥＭ観察を行うことができる。

請求項１６では、電子顕微鏡のポールピースは、試料ホルダー先端部が電子顕微鏡観察において移動でき、かつ試料ホルダーの下方で二つのコントラスト材がそれぞれ駆動することが可能な空間を持つので、試料ホルダーの先端部とコントラスト材の駆動に支障がない。

請求項１７では、二つのコントラスト材は、電子顕微鏡試料の薄片化していない周辺部の試料膜厚の影響を受けないために試料の薄片領域よりも小さい幅で、かつ薄片化されてない試料周辺部を損傷しない大きさの金属板で構成され、観察面の反対側の面から所定の距離をもつ高さにコントラスト材が設置されるので、コントラスト材が試料の薄片化していない部分に接触せずかつ試料の薄片化していない周辺領域の試料厚みの影響を受けることなく観察面の反対側に位置するように移動させることができる。

請求項１８では、電子顕微鏡のポールピース内部に備えた試料ホルダー先端部が移動できる空間内で、二つのコントラスト材は試料ホルダーに装着した試料観察面の観察方向と反対側の任意の高さに配置され、任意の高さで電子線の入射方向に対して垂直方向にのみ駆動する機能を備えているので、コントラスト材が観察面に近接した状態でＳＥＭ観察を行えば、観察面は観察方向と反対側でのコントラスト材の設置により、２次電子発生効率が向上し、観察面について高解像度のＳＥＭ観察を行うことができる。

請求項１９では、二つのコントラスト材が駆動する任意の高さは、電子顕微鏡において試料観察面に対して最も電子顕微鏡像が鮮明に観察出来る高さから所定の距離だけ下方であるので、高解像度のＳＥＭ観察を行うことができる。

この発明の請求項２０記載の電子顕微鏡観察方法によれば、請求項３記載の電子顕微鏡装置を用いて、試料の薄片化された観察面を観察する際、試料を試料ステージ上に保持し、試料の薄片化された部分の観察面に対向して電子線を照射するように走査透過電子顕微鏡に試料ホルダーを挿入した後、試料の観察方向と反対側に、試料ホルダーのコントラスト材駆動部を駆動させて、コントラスト材を試料の観察面と反対側の薄片化していない周辺領域に接触する程度の位置に設置し、観察面に電子線を照射することにより断面走査電子顕微鏡観察を行うので、試料の観察方向と反対側に金属膜を堆積させるなどの再加工を施す工程を省略し、さらに、観察領域を破壊することなく、その観察方向と反対側の試料の薄片化部分に近い位置にコントラスト材を設置した状態で、任意の観察面について電子線を照射し、２次電子発生効率を向上させ、高分解能のＳＥＭ観察を行うことが出来る。

この発明の請求項２１記載の電子顕微鏡観察方法によれば、請求項８記載の電子顕微鏡装置を用いて、試料の薄片化された部分の両方の観察面を観察する際、試料の任意の観察面に対向して電子線を照射するように走査透過電子顕微鏡に試料ホルダーを挿入した後、試料の観察方向と反対側に、試料ホルダーのコントラスト材駆動部を駆動させてコントラスト材を試料の観察面と反対側の薄片化していない周辺領域に接触する程度の位置に設置し、観察面に電子線を照射することにより、異なる断面構造をもつ二つの観察面のそれぞれについての断面走査電子顕微鏡観察を行うので、試料の観察方向と反対側に金属膜を堆積させるなどの再加工を施す工程を省略し、さらに、観察領域を破壊することなく、その観察方向と反対側の試料の薄片化部分に近い位置にコントラスト材を設置した状態で、任意の観察面について電子線を照射し、２次電子発生効率を向上させ、高分解能のＳＥＭ観察を行うことが出来る。そのため、特に二つの観察面で断面構造が互いに異なる試料の場合に所望の観察領域についての構造の詳細を得ることが出来る。

この発明の請求項２２記載の電子顕微鏡観察方法によれば、請求項１５記載の電子顕微鏡装置を用いて、試料の薄片化された部分の両方の観察面を観察する際、試料の任意の観察面に対向して電子線を照射するように電子顕微鏡に試料ホルダーを挿入した後、試料の観察面の高さが電子顕微鏡のフォーカス値が０の時に試料観察面に対して最も電子顕微鏡像が鮮明に観察出来る高さに合わせて、その高さを維持して観察視野範囲内から試料を移動させる工程と、試料観察面に対向するコントラスト材を駆動して観察面の反対側の面から所定の高さを維持して観察視野範囲内に移動させる工程と、コントラスト材が試料観察面の下に位置するように試料観察面の高さに維持して試料を移動させる工程とを含み、試料観察面の観察方向と反対側にコントラスト材を設置した状態で観察面に電子線を照射することにより、異なる断面構造をもつ二つの観察面のそれぞれについての断面走査電子顕微鏡観察を行うので、ポールピース装着型の電子顕微鏡を備えた構成において、請求項２１と同様に二つの観察面で断面構造が互いに異なる試料の場合に、所望の観察領域について２方向から詳細にＳＥＭ観察を行うことが出来る。

この発明の第１の実施形態を図１〜図８に基づいて説明する。

本発明の実施形態１では、試料の観察領域について、任意の１方向で詳細な断面ＳＥＭ観察を行うことが出来る試料ホルダーおよびそれを用いた電子顕微鏡観察方法を取り上げて説明する。

図１は、本発明の実施形態に関わる試料ホルダーＨ１の概略構成図である。この試料ホルダーＨ１は、集束イオンビーム加工装置（以下、ＦＩＢと省略）と、走査電子顕微鏡（以下、ＳＥＭと省略）および走査透過電子顕微鏡（以下、ＳＴＥＭと省略）観察が可能なＳＴＥＭ装置との共用試料ホルダーであり、図１に示すように試料ホルダーＨ１は、先端部Ｈ１０１と端部（基端部）Ｈ１０２とで構成され、試料ホルダーＨ１の先端部Ｈ１０１は試料ステージＨ１０３と試料装着材Ｈ１０４で構成され、試料ステージＨ１０３はコントラスト材Ｈ１０５とコントラスト材Ｈ１０５の動作範囲についての空洞Ｈ１０３ａとその端部に当接面Ｈ１０３ｂと、コントラスト材Ｈ１０５の軸Ｈ１１４とその軸Ｈ１１４が回転するためのＨ１０３ｃとを備え（図３）、試料ホルダーＨ１の端部Ｈ１０２は、切り替えダイヤルＨ１０６とコントラスト材駆動部Ｈ１０７とを備える。

次に、試料ホルダーＨ１の端部Ｈ１０２の切り替えダイヤルＨ１０６は、それぞれ図２（１−ａ，ｂ）、（２−ａ，ｂ）、（３−ａ，ｂ）に示すように、ＦＩＢ、ＳＴＥＭ１、ＳＴＥＭ２の向きに切り替えダイヤルＨ１０６を切り替えると、試料ホルダーＨ１の先端部Ｈ１０１のみを図に示すように９０度ずつ回転させることが出来る。このとき、端部Ｈ１０２のコントラスト材駆動部Ｈ１０７は、切り替えダイヤルＨ１０６の向きを切り替えても回転しないが、以下、図７（１−ａ，２−ａ）に示すように、ＦＩＢおよびＳＴＥＭ１の向きに回転させることにより、コントラスト材Ｈ１０５を駆動するものとする。また、図２は、それぞれの切り替えダイヤルＨ１０６の向きにおいて、ＦＩＢ内、ＳＴＥＭ内での試料ホルダーＨ１の先端部Ｈ１０１の向きとＦＩＢ内のＧａ＋イオンビームＢ１、ＳＴＥＭ内の電子線Ｂ２の向きとの関係を示している。

次に、図３，４に示すように、試料ステージＨ１０３に備えたコントラスト材Ｈ１０５は、２次電子発生効率が高く導電性を示す金属であるＷから構成され、その先端には試料に当たらない程度の大きさ（例えば、１．５ｍｍ程度）で、かつ突起の高さが切り欠きメッシュの厚さ（例えば、５０μｍ）相当の平坦な面をもつ突起部Ｈ１０５ａを有している。またコントラスト材Ｈ１０５の軸Ｈ１１４には、その軸Ｈ１１４端部の一方に金属ベルトＨ１０８とそれを巻きつけ固定するプーリＨ１０９とを設けている。金属性ベルトＨ１０８はその一端が試料ステージＨ１０３のプーリＨ１０９に巻きつけ固定され、反対側は試料ステージＨ１０３の駆動用軸Ｈ１１０に固定されている。また、軸Ｈ１１４の他方の端部にはコイルばねＨ１１３を設けている。コイルばねＨ１１３は、その一端が軸Ｈ１１４の端部に巻きつけ固定され、反対側は試料ステージＨ１０３に取り付けられた、ばね取り付け部Ｈ１１５に固定されており、コントラスト材Ｈ１０５が当接面Ｈ１０３ｂに当接するように常に引力がかかるようになっている。

さらに、上記コントラスト材駆動用軸Ｈ１１０と試料ステージＨ１０３のプーリＨ１０９の間に押さえローラＨ１１１を入れ、これで金属ベルトＨ１０８の途中を押さえている。なお、コントラスト材１０５の駆動は、試料ホルダーＨ１の端部Ｈ１０２のコントラスト材駆動部Ｈ１０７を回転させることにより、金属ベルトＨ１０８を試料ホルダーＨ１の先端部Ｈ１０１と端部Ｈ１０２とをつなぐ方向、つまりコイルばねＨ１１３の引力と逆方向に回転力をかけることで行っている。金属ベルトＨ１０８の長さにより、コントラスト材１０５の動作範囲は試料ステージＨ１０３の空洞Ｈ１０３ａと試料ステージ開口部Ｈ１１２の間で制限されて構成される。従って、試料ホルダーＨ１をＳＴＥＭ装置に挿入した状態で、試料ステージＨ１０３に備えたコントラスト材駆動部Ｈ１０６を介してコントラスト材Ｈ１０５の位置を変えることが出来る。

次に、本発明の実施形態１に関わる試料を図５に示す。本実施形態に用いる試料は、Ｓｉ半導体デバイスであり、図２５と同様にＳｉ基板１０３上に半導体デバイスパターン１０４を形成し、図５（１）に示すように、Ｌ字型の形状にダイシング加工したＬ字型試料１０６を、３ｍｍΦの半円型の切り欠きメッシュ１０７に対してＬ字型試料１０６の凸部を接着して作製されている。なお、Ｌ字型試料１０６は、観察する部分である凸部と切り欠きメッシュ１０７が必ず重ならないようにして切り欠きメッシュ１０７に接着し、電子顕微鏡用試料を作製する。

次に、図６に示すように、上記Ｌ字型試料１０６は、試料ステージＨ１０３側に切り欠きメッシュ１０７を、試料ホルダーＨ１の試料装着材Ｈ１０４側に試料観察面１０８を配置する向きにして、試料ホルダーＨ１の試料ステージＨ１０３と試料装着材Ｈ１０４とでＬ字型試料１０６の切り欠きメッシュ１０７の一部を挟んで装着される。Ｌ字型試料１０６の観察面１０８を、図５（２）に示すように、ＦＩＢ加工により、透過電子顕微鏡でも観察可能な任意の膜厚（例えば、０．１μｍ）に薄片化する。

次に、本発明の実施形態１に関わる電子顕微鏡観察方法の一例について、図７、図８を参照しながら詳細に説明する。ここで、Ｌ字型試料１０６は、図７（１−ａ，ｂ，ｃ）に示すように、上記試料の観察面１０８に対して電子線Ｂ２を照射することとし、試料ホルダーＨ１の端部Ｈ１０２の切り替えダイヤルＨ１０６をＳＴＥＭ１の向きに合わせて、ＳＴＥＭに挿入されている。この状態では、コントラスト材Ｈ１０５がコイルばねＨ１１３の引力により当接面Ｈ１０３ｂに当接しているので、ＳＥＭ観察も、ＳＴＥＭ観察もすることが出来る。

次に、試料ホルダーＨ１の端部Ｈ１０２に備えたコントラスト材駆動部Ｈ１０７をＳＴＥＭ１に回転させることにより、図７（２−ａ，ｂ，ｃ）に示すように、観察面１０８の観察方向である電子線Ｂ２の向きと反対側に設置するように試料ステージの空洞Ｈ１０３ａを通ってコントラスト材Ｈ１０５を駆動させる。コントラスト材Ｈ１０５を駆動させて、コントラスト材突起部Ｈ１０５ａの面が試料周辺部の面１０６ａに接しながら切り欠きメッシュ１０７の上面に到達するとコントラスト材Ｈ１０５の駆動は停止する。この図７（２−ａ，ｂ，ｃ）に示す状態でＳＥＭ観察を行えば、薄片化している試料の観察面１０８は、観察方向と反対側にコントラスト材突起部Ｈ１０５ａの設置により、２次電子発生効率が向上し、観察面１０８のＳＥＭ像を高解像度で得ることが出来る。

図８に示すように、コントラスト材の突起部Ｈ１０５ａが試料の観察面１０８の周辺にある凸部側壁１０９に接していれば、観察面１０８の電子線照射によるチャージング効果も低減することが出来るため、２次電子発生効率向上の効果と合わせて高解像度のＳＥＭ観察を行うことが出来る。

本実施形態１によれば、ＦＩＢとの共用可能な走査透過電子顕微鏡用ホルダーの走査電子顕微鏡観察用２次電子発生率向上用のコントラスト材としてＷを代表とする金属から構成されるコントラスト材とを組み合わせているので、試料のＳＴＥＭ装置への入れ替えなしに、かつ観察面と反対側に金属膜を堆積させるなどの追加加工なしに、既存のＳＴＥＭ装置を用いて、２次電子発生効率を高めて高解像度のＳＥＭ観察を行うことが出来る。
また、コントラスト材Ｈ１０５に突起部Ｈ１０５ａを備えているのは、観察面１０８とコントラスト材Ｈ１０５との距離を小さくして２次電子発生効率を向上させるためであり、２次電子発生効率を高めた際の効果を保つためにコントラスト材突起部Ｈ１０５ａと試料観察面１０８との距離を縮めるため、切り欠きメッシュ１０７と接着剤による距離分を縮めてコントラスト材Ｈ１０５を設置することが出来るようにするためである。コントラスト材の突起部Ｈ１０５ａは、Ｌ字型試料１０６の観察面１０８の周辺部にしか当たらないため、観察面１０８にコントラスト材Ｈ１０５を衝突させて破損することもない。

なお、コントラスト材Ｈ１０５で、その突起部を備えず全く平坦であり、なおかつ試料ステージＨ１０３の開口部Ｈ１１２に対して同程度の大きさのものを用い、試料ステージＨ１０３に装着した試料のメッシュ側で駆動すれば、Ａｒイオンスパッタにより薄片化され３ｍｍΦの単孔メッシュに接着し作製されるイオンミリング試料や、ＦＩＢ加工により薄片化部分のみ任意の大きさに切り出され片面にＣからなる粘着材を貼り付けた多孔メッシュに接着し作製されるリフトアウト（ピックアップともいう）試料についても、上記と同様にコントラスト材を駆動して２次電子発生効率を高めることにより、観察領域について高解像度のＳＥＭ観察行うことが出来る。

この発明の第２の実施形態を図９〜図１８に基づいて説明する。

本発明の実施形態２では、図２と同様に試料ホルダーの切り替えダイヤルをＳＴＥＭ１およびＳＴＥＭ２にそれぞれ合わせ、試料の観察領域について２つの観察面がそれぞれ異なる断面構造をもつ場合に、２方向から詳細にＳＥＭ観察を行うことが出来る試料ホルダーおよびそれを用いた電子顕微鏡観察方法を取り上げて説明する。

本発明の実施形態２の場合では、２方向の観察面について、コントラスト材による２次電子発生効率向上効果を得るために、試料観察面とその反対側に設置されるコントラスト材との距離を出来るだけ小さくすることが必要であり、コントラスト材の駆動はさらなる位置精度を必要とする。

図９は、本発明の実施形態に関わる試料ホルダーの概略構成図である。この試料ホルダーＨ２は、ＦＩＢ装置とＳＴＥＭ装置との共用ホルダーであり、試料ホルダーＨ２は、先端部Ｈ２０１と端部Ｈ２０２とで構成され、試料ホルダーＨ２の先端部Ｈ２０１は試料ステージＨ２０３に、装着材Ｈ２１０と、コントラスト材Ｈ２２１Ａ，Ｈ２２１Ｂとを備え、試料ホルダーＨ２の端部Ｈ２０２は、コントラスト材駆動部Ｈ２３０と切り替えダイヤルＨ２０４とを備える。

次に、試料ホルダーＨ２の端部Ｈ２０２の切り替えダイヤルＨ２０４は、それぞれ図１０（１−ａ，ｂ）、（２−ａ，ｂ）、（３−ａ，ｂ）に示すようにＦＩＢ、ＳＴＥＭ１、ＳＴＥＭ２の向きにダイヤルを切り替えると、試料ホルダーの先端部Ｈ２０１を９０度ずつ回転させることが出来、切り替えダイヤルＨ２０４のそれぞれの向きにおいて、ＦＩＢ内、ＳＴＥＭ内での試料ホルダーの先端部Ｈ２０１の向きとＦＩＢ内のイオンビームＢ１、ＳＴＥＭ内の電子線Ｂ２の向きとの関係を示している。

次に、図１１（１）、（２）、（３−ａ，ｂ）に示すように、試料ステージＨ２０３に備えた上記装着材Ｈ２１０はそれぞれ金属板からなる装着材Ｈ２１１，Ｈ２１２，Ｈ２１３から構成され、装着材Ｈ２１１と試料ステージＨ２０３にはコントラスト材Ｈ２２１ａ，Ｈ２２１ｂがそれぞれ平行移動できるような空洞Ｈ２１１ａ，Ｈ２１１ｂと、コントラスト材Ｈ２２１ａ，Ｈ２２１ｂが互いに衝突しあわず、かつ以下図１４に示す試料凸部にコントラスト材Ｈ２２１ａ，Ｈ２２１ｂが衝突しないような試料凸部程度の厚さの金属板Ｈ２０６とを備えており、装着材Ｈ２１３は試料ステージＨ２０３内を平行移動するように備えた金属ばねＨ２１４を供して構成される。

次に、図１２，図１３に示すように、試料ステージＨ２０３に備えたコントラスト材Ｈ２２１ａ，Ｈ２２１ｂは、２次電子発生効率が高くかつ導電性を示す金属であるＷからなる金属板で構成される。また、コントラスト材Ｈ２２１ａ，Ｈ２２１ｂには、それぞれ金属ワイヤＨ２２２ａ，Ｈ２２２ｂが取り付けられ、それぞれの金属ワイヤＨ２２２について、その一方が金属ばねＨ２２３ａ，Ｈ２２３ｂを設けてコントラスト材の駆動方向と逆方向の力を常時加えるために一方をホルダー内部に内蔵、固定された金属板Ｈ２０７に取り付けられ、もう一方が、試料ホルダー端部Ｈ２０２に備えたコントラスト材駆動部Ｈ２３０の減速ギヤＨ２２４に取り付けられている。コントラスト材駆動部Ｈ２３０は、試料ホルダー端部Ｈ２０２に減速ギヤＨ２２４ａ，Ｈ２２４ｂを設けて備えられたマイクロメータＨ２３１ａ，Ｈ２３１ｂを含んでコントラスト材Ｈ２２１を駆動する機能を備えて構成される。なお、金属ワイヤＨ２２２に設けた金属ばねＨ２２３は、上記コントラスト材Ｈ２２１ａ，Ｈ２２１ｂを駆動する際に、コントラスト材Ｈ２２１ａ，Ｈ２２１ｂの移動速度およびその動作範囲を制限する（例えば、動作範囲２ｍｍ以内）役割を果たす。なお、コントラスト材Ｈ２２１ａ，Ｈ２２１ｂの駆動は、それぞれ、試料ホルダーＨ２のコントラスト材駆動部Ｈ２３０に備えたマイクロメータＨ２３１ａ，Ｈ２３１ｂを回転させることにより、金属ワイヤＨ２２２を試料ホルダーＨ２の先端部Ｈ２０１と端部Ｈ２０２とをつなぐ方向に前後させることで、上記試料装着材Ｈ２１１に備えた金属板Ｈ２０６と空洞Ｈ２１１ａ，Ｈ２１１ｂに沿ってコントラスト材Ｈ２２１ａ，Ｈ２２１Ｂｂを平行移動させる。

図１４に示すように、試料ホルダー端部Ｈ２０２に備えたコントラスト材駆動部Ｈ２３０のマイクロメータＨ２３１ａを回転すると、上記減速ギヤＨ２２４ａを介してコントラスト材Ｈ２２１ａが、コントラスト材駆動部Ｈ２３０のマイクロメータＨ２３１ｂを回転すると、上記減速ギヤＨ２２４ｂを介してコントラスト材Ｈ２２１ｂが駆動する。コントラスト材Ｈ２２１ａ，Ｈ２２１ｂはいずれも上記動作範囲内で駆動するので、試料ホルダーＨ２をＳＴＥＭ装置に挿入した状態で、試料ホルダー端部Ｈ２０２に備えたコントラスト材駆動部Ｈ２３０を介してコントラスト材Ｈ２２１ａ，Ｈ２２１ｂを駆動させることが出来る。

以上のように、上記試料ホルダーＨ２は、ＳＴＥＭ１とＳＴＥＭ２の両観察方向で断面ＳＥＭ観察出来るものであり、以下、試料の形状と試料を試料ホルダーＨ２に装着する方法とを合わせて説明する。

図１５は、本発明の実施形態２に関わる試料の一例を示す図であり、凸型試料１１０は図２５に示すようなＳｉ半導体デバイス試料であり、一部が凸型となるように試料面１１１ａ，１１１ｂをもつ形状かつ任意の寸法にダイシング加工して作製される。

次に、上記凸型試料１１０の試料ホルダーＨ２への装着方法について、図１６（１−ａ，ｂ）、（２−ａ，ｂ）、（３−ａ，ｂ）を参照しながら説明する。図１６（１−ａ，ｂ）に示すように、ピンセットＰで試料ステージＨ２０３の装着材（第２装着材）Ｈ２１３を押して、試料ステージＨ２０３上に図１６（２−ａ，ｂ）に示すように試料１１０を載せる。次に、図１６（３−ａ，ｂ）に示すように、装着材Ｈ２１３に備えた金属ばねＨ２１４の弾力を利用して、装着材Ｈ２１３で試料１１０の底面１１１ｃを押し、試料面１１１ａ，１１１ｂと試料底面１１１ｃの３点をそれぞれ装着材Ｈ２１２，Ｈ２１１，Ｈ２１３で支持して試料ホルダーＨ２に装着される。

図１６に示すように、上記試料ホルダーＨ２の装着材Ｈ２１３は、凸型試料１１０を、常に試料ステージＨ２０３に沿って移動させ、かつ試料面１１１ａ、１１１ｂはそれぞれ常に装着材（第１装着材）Ｈ２１２，Ｈ２１１に接するように移動しているため、凸型試料１１０を常に任意の寸法で作製し、常に試料ホルダーＨ２の任意の位置でかつ試料ホルダーＨ２に対して平行に凸型試料１１０を装着できるようにするものである。

上記のように試料ホルダーＨ２に装着された凸型試料１１０を、図１５（２−ａ，ｂ）に示すように、ＦＩＢ加工により断面観察領域を実施形態１と同様に約０．１μｍの厚さまでに薄膜化する。ここで、上記凸型試料１１０は、観察面１２１に対して観察を行うものとして、試料ステージＨ２０３と観察面１２２が対向する向きに試料ホルダーＨ２に装着されているものとする。

図１７に示すように、観察面１２１が電子線Ｂ２照射方向に対向して試料ホルダーＨ２に装着されている状態で、切り替えダイヤルＨ２０４の向きをＳＴＥＭ１に合わせてＳＴＥＭに挿入される。図１０（２−ａ，ｂ）に示すように、ＳＴＥＭ装置に上記試料ホルダーＨ２を挿入した状態で、試料ホルダー端部のコントラスト材駆動部Ｈ２３０に備えたマイクロメータＨ２３１ｂを回転し、凸型試料１１０の観察面１２１と反対側に備えたコントラスト材Ｈ２２１ｂを、装着材Ｈ２１１の空洞Ｈ２２１ｂに沿って試料ステージ開口部Ｈ２０５に向かって平行移動する。コントラスト材Ｈ２２１ｂを試料面１２２側の周辺部に接した状態で、コントラスト材Ｈ２２１ｂが図１７（２−ａ，ｂ）に示すような位置に到達するとコントラスト材Ｈ２２１Ｂの駆動は停止する。コントラスト材Ｈ２２１ｂが、凸型試料１１０の観察面１２１の反対側にある試料面１２２に近い距離でかつ試料周辺部に接触しているので、この状態でＳＥＭ観察を行えば、コントラスト材２２１ｂにより、観察面１２１における２次電子発生効率を向上し、かつチャージング現象を低減させて、観察面１２１について高解像度のＳＥＭ像を得ることが出来る。

次に、上記のように試料１１０を試料ホルダーＨ２に装着した状態で、観察面１２２の詳細な断面ＳＥＭ観察を行う場合を説明する。図１０（３−ａ，ｂ）に示すように、観察面１２２に対向して電子線Ｂ２が照射されるように切り替えダイヤルＨ２０４の向きをＳＴＥＭ２に合わせてＳＴＥＭに挿入される。

ＳＴＥＭ装置に上記試料ホルダーＨ２を挿入した図１０（３−ａ，ｂ）の状態で、試料ホルダー端部Ｈ２０２のコントラスト材駆動部Ｈ２３０に備えたマイクロメータＨ２３１ａを回転し、凸型試料１１０の観察面１２２と反対側に備えたコントラスト材Ｈ２２１ａを、装着材Ｈ２１１の空洞Ｈ２１１ａに沿って試料ステージ開口部Ｈ２０５に向かって平行移動する。コントラスト材Ｈ２２１ａを試料面１２１側の周辺部に接した状態で、コントラスト材Ｈ２２１ａが図１８に示すような位置に到達するとコントラスト材Ｈ２２１ａの駆動は停止する。コントラスト材Ｈ２２１ａが凸型試料１１０の観察面１２２の反対側にある試料面１２１に近い距離でかつ試料周辺部に接触して設置されているので、この状態でＳＥＭ観察を行えば、コントラスト材２２１ｂにより、観察面１２２における２次電子発生効率を向上し、かつチャージング現象を低減させて、観察面１２２について高解像度のＳＥＭ像を得ることが出来る。なお、コントラスト材駆動部２３０を駆動しない状態では、内部構造観察としてＳＴＥＭ観察も行うことが出来る。

以上のように、本実施形態２によれば、本発明の試料ホルダーはＦＩＢとＳＴＥＭとの共用可能な試料ホルダーの先端部を１８０°回転させて２方向での詳細なＳＥＭ観察が可能となるように、２次電子発生率向上用のコントラスト材としてＷを代表とする２次電子発生効率の高い金属から構成されるコントラスト材を試料の両断面付近に設置できるような機能を備えて構成されているので、観察面と反対側に金属膜を堆積させるなどの追加加工工程を省略し、さらに試料をメッシュに接着する工程を省略して、既存のＳＴＥＭ装置を用いて、薄片化された観察領域について、任意の観察面の観察方向と反対側にコントラスト材を設置することにより、２次電子発生効率を向上させて任意の観察面についての高解像度のＳＥＭ観察を行うことが出来る。半導体デバイスのように、微細構造をもつ試料で観察面の両断面構造が互いに異なる場合には、ＳＴＥＭ像では試料内部を全て透過してしまうため上記試料の両観察面についての詳細な断面観察が必要となる場合に有効な電子顕微鏡観察方法である。コントラスト材は、試料の観察領域の周辺部となる試料側壁にしか接触しないため、観察領域を破損することもない。

なお、試料は、コントラスト材との位置精度を保つ目的でメッシュに貼り付けずに用いり、試料そのものを直接ピンセットなどで取り扱う。そのため、ピンセットでの試料の取り扱いを容易にするために凸型試料を用いているが、試料形状は実施形態１のようにＬ字型試料でもよい。ただし、その場合は装着材Ｈ２１１に備えた空洞Ｈ２１１ａ，Ｈ２１１ｂや試料ホルダーＨ２内の金属板Ｈ２０６の位置は、Ｌ字型試料の凸部の寸法に合わせて構成する必要がある。

また、ＦＩＢにより観察領域を含む薄片化部分を切り出した試料を、半円型で３ｍｍΦの切り欠きメッシュ厚さ（例えば、厚さ５０μｍ）に対して中心に、かつ切り欠きメッシュの切り欠き部分に対して平行に金属蒸着膜などで接着させて作製した、μサンプリング試料についても上記と同様の効果を得ることが出来る。その場合、試料ホルダーＨ２の試料ステージの装着材Ｈ２１１，Ｈ２１２，Ｈ２１３について、切り欠きメッシュが常時任意の位置に装着できるように構成され、上記試料の切り欠きメッシュの切り欠き部分と半円部分の３点を試料装着材Ｈ２１０で支持して試料ホルダーＨ２に装着する。この状態で、試料ステージに備えたコントラスト材Ｈ２２１ａ，Ｈ２２１ｂを、それぞれ試料の切り欠きメッシュの切り欠き部に沿って、試料ステージから試料ステージ開口部に向かって平行移動させ、コントラスト材が観察面と反対側に設置された状態でＳＥＭ観察を行えば、上記と同様の効果として２次電子発生効率が向上し、観察領域について高解像度のＳＥＭ観察を行うことが出来る。

さらに、本発明の実施形態１，２において、コントラスト材駆動部に、電気信号による制御部を設ければ、コントラスト材が試料周辺部に接触するとコントラスト材に通電して電気信号を検出し、電気信号を検出するとコントラスト材の駆動が停止する機能を設けることが出来るため、さらにコントラスト材と試料との位置精度が向上することが出来るため、コントラスト材による２次電子発生効率を向上させ、かつ観察領域に電子線を照射して一部帯電した電子をコントラスト材にアースすることにより試料表面のチャージング現象を低減することが出来るため、さらに高解像度のＳＥＭ像を得ることが出来る。

この発明の第３の実施形態を図１９〜図２４に基づいて説明する。

本発明の実施形態３では、試料の観察領域について２つの観察面がそれぞれ異なる断面構造をもつ場合に、図２と同様に試料ホルダーの切り替えダイヤルをＳＴＥＭ１およびＳＴＥＭ２にそれぞれ合わせて試料ホルダー先端部のみを１８０°回転させることが出来る既存の試料ホルダーを用いて、両観察面について詳細にＳＥＭ観察を行うことが出来る電子顕微鏡装置およびそれを用いた電子顕微鏡観察方法を取り上げて説明する。

本発明の実施形態３の場合では、２方向の観察面について、コントラスト材による２次電子発生効率向上効果を得るために、試料観察面とその反対側に設置されるコントラスト材との距離を出来るだけ小さくすることが必要であり、本発明の実施形態１，２で試料の薄片化していない周辺部の膜厚の分だけ離れていた観察面とコントラスト材との距離をさらに小さくしてコントラスト材を観察面の反対側に近づける位置精度を備える必要がある。

図１９は、本発明の実施形態に関わる電子顕微鏡装置の概略構成図である。この電子顕微鏡装置３００は、焦点距離が短くかつ高分解能を可能とするための、対物レンズ３０８による磁界を金属製のポールピース３０５にかけて構成される磁界型電子レンズを備えたポールピース装着型の電子顕微鏡であり、試料ホルダーＨ３を挿入する方向と垂直方向に対向して備えた二つのコントラスト材３０６とコントラスト材駆動部３０７（ここで、図１９では試料ホルダーＨ３と平行方向に表示されているが、実際には垂直方向に備えられている）と、試料ホルダーＨ３のｘ，ｙ方向移動と一方向での傾斜を円滑に行うことの出来るゴニオメータ３０４と、ポールピース３０５内で試料の観察面から発生した２次電子を検出する２次電子検出器３０３とを備えて構成された電子顕微鏡である。ここで、表示は省略しているが、ｘ，ｙ方向はここでは試料ホルダーＨ３の挿入方向をｘ方向、コントラスト材３０６が対向する向きと平行な向きをｙ方向とするが、逆になっても良い。また、電子顕微鏡３００の電子線Ｂ２の入射方向と対向する向きをｚ方向とする。試料ホルダーＨ３は、既存のＦＩＢ装置とＳＴＥＭ装置との共用ホルダーであり、かつ図１、図２と同様の構成でかつコントラスト材とコントラスト材駆動部とを備えていない試料ホルダーである。
次に、図２０（１−ａ，ｂ）、（２−ａ，ｂ）は、上記試料ホルダーＨ３に例えば実施形態１と同様にＬ字型試料１０６を切り欠きメッシュ１０７に貼り付けて作製された試料を図６と同様に試料ホルダーＨ３に装着した際の、試料ホルダーＨ３の切り替えダイヤルＨ１０６の向きとポールピース内での試料と、駆動していない状態でのコントラスト材３０６との位置関係を示したものである。切り替えダイヤルＨ１０６の向きがＳＴＥＭ１の向きの場合は、試料ホルダーＨ３の開口部Ｈ１１２がコントラスト材３０６ａと対向し、切り替えダイヤルＨ１０６の向きがＳＴＥＭ２の向きの場合は、試料ホルダーＨ３の開口部Ｈ１１２がコントラスト材３０６ｂと対向する。

次に、コントラスト材３０６ａ，３０６ｂは、それぞれ２次電子発生効率が高くかつ導電性を示す金属であるＷからなる金属板で構成されており、ある程度高い倍率での観察領域を覆うことが可能な幅でかつＦＩＢ加工による局所的に薄片化された領域に収まる程度の任意の大きさ（例えば１０μｍ）であり、それぞれのコントラスト材駆動部３０７により試料ホルダーＨ３の挿入方向と垂直方向のみ駆動することが出来る。なお、コントラスト材３０６を駆動しない状態では、ポールピース内に試料ホルダーＨ３の先端部を挿入した際にコントラスト材３０６の先端が当たらない位置にあり、コントラスト材３０６を駆動するとコントラスト材３０６の先端部が観察視野中心位置３１１にあるものとし、コントラスト材３０６の駆動範囲は、上記の範囲で制限される。また、二つのコントラスト材駆動部３０７の駆動は、一方が駆動する場合にはもう一方は駆動できないように制限する機能を備えて構成される。

次に、図２３（１）、（２）に示すように、ポールピース３０５は試料ホルダーＨ３の先端部の挿入と、ゴニオメータ３０４による試料ホルダーＨ３の傾斜と、コントラスト材３０６ａ，３０６ｂの挿入とが可能な空間をもって構成されている。図２３（２）のｚ方向の高さＺ０は電子顕微鏡のフォーカス値が０の時に試料観察面に対して最もＳＥＭ像が鮮明に観察出来る高さであり、高さＺ１は高さＺ０の下でかつ試料観察面を含む薄片化部分に当たらない程度の位置（例えば、高さＺ０から２μｍ下）に位置する高さであり、コントラスト材３０６ａ，３０６ｂは上面が常に高さＺ１の位置で駆動する。

次に、本発明の実施形態３に関わる電子顕微鏡観察方法の一例について、図２０〜２４を参照しながら詳細に説明する。
本発明に用いる試料は、Ｓｉ半導体デバイスであり、図２５と同様にＳｉ基板１０３上に半導体デバイスパターン１０４を形成し、図５（１）に示すように、Ｌ字型の形状にダイシング加工したＬ字型試料１０６を、３ｍｍΦの半円型の切り欠きメッシュ１０７に対してＬ字型試料１０６の凸部を接着して作製されている。なお、Ｌ字型試料１０６は、観察する部分である凸部と切り欠きメッシュ１０７が必ず重ならないようにして切り欠きメッシュ１０７に接着し、電子顕微鏡用試料を作製する。

次に、図６に示すように、上記Ｌ字型試料１０６は、試料ステージＨ１０３側に切り欠きメッシュ１０７を、試料ホルダーＨ３の試料装着材Ｈ１０４側に試料観察面１０８を配置する向きにして、試料ホルダーＨ３の試料ステージＨ１０３と試料装着材Ｈ１０４とでＬ字型試料１０６の切り欠きメッシュ１０７の一部を挟んで装着される。Ｌ字型試料１０６の観察面１０８を、図５（２）に示すように、ＦＩＢ加工により、透過電子顕微鏡でも観察可能な任意の膜厚（例えば、０．１μｍ）に薄片化する。観察面１０８、観察面１２３は、コントラスト材３０６の幅より十分大きな幅をもって薄片化されているものとする。

次に、Ｌ字型試料１０６は、上記試料の観察面１０８に対して電子線Ｂ２を照射することとし、図２０（１−ａ）に示すように、試料ホルダーＨ３の端部Ｈ１０２の切り替えダイヤルＨ１０６をＳＴＥＭ１の向きに合わせて、ＳＴＥＭに挿入されている。

次に、図２０（１−ｂ）のコントラスト材３０６が駆動されていない状態で観察視野中心３１１に観察面１０８を移動させて、図２３に示すように、上記試料の観察面１０８のｚ方向について高さＺ０の位置にあわせる。

次に、図２１（２）に示すように、高さＺ０の状態で観察面１０８のｘ、ｙ方向のみゴニオメータ３０４でコントラスト材３０６ｂを備えた方向に移動させる。この状態で、コントラスト材駆動部３０７ａによりコントラスト材３０６ａを駆動させ、コントラスト材３０６ａの先端を観察視野中心３１１の位置まで移動させる。このときコントラスト材３０６ａの上面はＺ１の高さである。

次に、コントラスト材３０６ａを上記駆動させたままの状態で、ゴニオメータ３０４で観察面１０８をｘ、ｙ方向のみ移動させて、コントラスト材３０６ａが上記試料の薄片化していない部分に接触せずかつ図２３（２）に示すように観察面１０８の反対側にコントラスト材３０６ａが位置するように移動する。

図２３（２）、図２４に示すように、コントラスト材３０６ａが観察面１０８に近接した状態でＳＥＭ観察を行えば、薄片化している試料の観察面１０８は、観察方向と反対側でのコントラスト材３０６ａの設置により、２次電子発生効率が向上し、観察面１０８について高解像度のＳＥＭ観察を行うことが出来る。

次に、Ｌ字型試料１０６は、上記試料の観察面１２３に対して電子線Ｂ２を照射することとし、図２０（２−ａ）に示すように、試料ホルダーＨ３の端部Ｈ１０２の切り替えダイヤルＨ１０６をＳＴＥＭ２の向きに合わせて、ＳＴＥＭに挿入されている。

次に、図２０（２−ｂ）のコントラスト材３０６が駆動されていない状態で観察視野中心３１１に観察面１２３を移動させて、図２３に示すように、上記試料の観察面１２３のｚ方向について高さＺ０の位置にあわせる。

次に、図２２（２）に示すように、高さＺ０の状態で観察面１２３のｘ、ｙ方向のみゴニオメータ３０４でコントラスト材３０６ａを備えた方向に移動させる。この状態で、コントラスト材駆動部３０７ｂによりコントラスト材３０６ｂを駆動させ、コントラスト材３０６ｂの先端を観察視野中心３１１の位置まで移動させる。このときコントラスト材３０６ｂの上面はＺ１の高さである。

次に、コントラスト材３０６ｂを上記駆動させたままの状態で、ゴニオメータ３０４で観察面１２３をｘ、ｙ方向のみ移動させて、コントラスト材３０６ｂが上記試料の薄片化していない部分に接触せずかつ図２３（２）に示すように観察面１２３の反対側にコントラスト材３０６ｂが位置するように移動する。

図２３（２）、図２４に示すように、コントラスト材３０６ｂが観察面１２３に近接した状態でＳＥＭ観察を行えば、薄片化している試料の観察面１２３は、観察方向と反対側でのコントラスト材３０６ｂの設置により、２次電子発生効率が向上し、観察面１２３について高解像度のＳＥＭ観察を行うことが出来る。

以上のように、本発明の実施形態によれば、コントラスト材とそれを駆動する機能を備えた電子顕微鏡を用いれば、観察面と反対側に金属膜を堆積させるなどの追加加工なしに、既存のＦＩＢとＳＴＥＭとの共用可能な電子顕微鏡用試料ホルダーを用いて、試料ホルダーの先端部を１８０°回転させて、任意の観察面について、観察方向と反対側に、試料の薄片化している部分から薄片化していない周辺部までの距離の影響を受けることなく、観察面の反対側に非常に近い距離にコントラスト材を設置する機能を備えているので、任意の観察面について２次電子発生効率を高めて観察面の高解像度のＳＥＭ観察を行うことが出来る。半導体デバイスのように、微細構造をもつ試料で観察面の両断面構造が互いに異なる場合には、ＳＴＥＭ像では試料内部を全て透過してしまうため上記試料の両観察面についての詳細な断面観察が必要となる場合に有効な電子顕微鏡観察方法である。
また、本発明の実施形態３ではＬ字型試料を用いたが、観察面を含む薄片化部分がコントラスト材３０６に当たらない程度の膜厚であれば凸型試料でも良い。

なお、本発明の実施形態１，２，３においてＳｉ半導体デバイスを試料として用いているが、試料はＳｉ半導体デバイス以外のものでも良い。

本発明にかかる電子顕微鏡装置および走査電子顕微鏡観察方法は、薄片化した試料の観察領域について、試料に追加加工などしてダメージを与えることなく、任意の観察面の２次電子発生効率を向上させて、走査電子顕微鏡観察を高解像度で行うことが出来るため、詳細な構造解析に有用である。

（１）は本発明の実施形態１における試料ホルダーの正面概要図、（２）は断面概要図、（３）は試料ホルダー端部概要図である。 本発明の実施形態１における試料ホルダーと切り替えダイヤルの向きとの相関を示す試料ホルダー断面概要図、端部概要図である。 （１）は本発明の実施形態１における試料ホルダーに備えたコントラスト材の駆動を示す試料ステージ正面図、（２）は断面図、（３）は試料ホルダー端部概要図である。 （１）は本発明の実施形態１における試料ホルダーに備えたコントラスト材の駆動を示す試料ステージ正面図、（２）は断面図、（３）は試料ホルダー端部概要図である。 （１）は本発明の実施形態１における試料の薄片化前の概要図、（２）は試料の薄片化後の概要図である。 （１）は本発明の実施形態１における試料ホルダーへの試料装着時の正面簡略図、（２）は断面簡略図である。 本発明の実施形態１における試料装着時のコントラスト材駆動前と駆動後の、コントラスト材駆動部と試料とコントラスト材との相関を示す試料ホルダー端部概要図、試料ステージの正面簡略図、断面簡略図である。 本発明の実施形態１，２における試料とコントラスト材との相関概要図である。 （１）は本発明の実施形態２における試料ホルダーの正面概要図、（２）は断面概要図、（３）は試料ホルダー端部概要図である。 本発明の実施形態２における試料ホルダーと切り替えダイヤルの向きとの相関を示す試料ホルダー断面概要図、端部概要図である。 （１）は本発明の実施形態２における切り替えダイヤルの概要図、（２）は試料装着材の正面簡略図、（３−ａ）は断面簡略図、（３−ｂ）は試料ステージの開口部から見た断面簡略図である。 （１）は本発明の実施形態２における切り替えダイヤルの概要図、（２）は試料ホルダーに備えたコントラスト材駆動を説明する試料ステージ断面概要図である。 （１）は本発明の実施形態２における切り替えダイヤルの概要図、（２）は試料ホルダーに備えたコントラスト材駆動を説明する試料ステージ正面概要図である。 本発明の実施形態２におけるコントラスト材駆動前、駆動後の試料ステージと切り替えダイヤルの向きとの相関を示す試料ステージ断面簡略図、試料ホルダー端部概要図である。 （１）は本発明の実施形態２における試料の薄片化前の概要図、（２−ａ）は試料の薄片化後の概要図、（２−ｂ）はその正面概要図である。 本発明の実施形態２における試料装着方法を示す正面簡略図、試料ステージ開口部から見た断面簡略図である。概要図。 本発明の実施形態２における試料装着時のコントラスト材駆動前と駆動後の、コントラスト材駆動部と試料とコントラスト材との相関を示す試料ホルダー端部概要図、試料ステージの正面簡略図、断面簡略図である。 本発明の実施形態２における試料装着時のコントラスト材駆動前と駆動後の、コントラスト材駆動部と試料とコントラスト材との相関を示す試料ホルダー端部概要図、試料ステージの正面簡略図、断面簡略図である。 本発明の実施形態３における電子顕微鏡装置の簡略図である。 本発明の実施形態３における切り替えダイヤルの概要図、ポールピース内における試料とコントラスト材との相関概要正面図である。 本発明の実施形態３における切り替えダイヤルの概要図、コントラスト材を用いた電子顕微鏡観察方法を説明する、ポールピース内における試料とコントラスト材との相関概要正面図である。 本発明の実施形態３における切り替えダイヤルの概要図、コントラスト材を用いた電子顕微鏡観察方法を説明する、ポールピース内における試料とコントラスト材との相関概要正面図である。 （１）は本発明の実施形態３におけるポールピース内の試料とコントラスト材とのｚ方向位置を示す断面概要図、（２）はその試料とコントラスト材との拡大相関断面概要図である。 本発明の実施形態３における試料とコントラスト材との相関概要図である。 従来例の電子顕微鏡用試料の概要図である。

符号の説明

１０１ 電子顕微鏡用試料
１０２ 観察領域
１０３ Ｓｉ基板
１０４ 半導体デバイスパターン
１０５ 電子線
１０６ Ｌ字型試料
１０７ 切り欠きメッシュ
１０８ 観察面
１０９ 試料凸部側壁
１１０ 凸型試料
１１１ 試料面
１２１ 観察面
１２２ 観察面
１２３ 観察面
３００ 電子顕微鏡装置
３０１ 電子銃
３０２ コンデンサレンズ
３０３ ２次電子検出器
３０４ ゴニオメータ
３０５ ポールピース
３０６ コントラスト材
３０７ コントラスト材駆動部
３０８ 対物レンズ
３０９ 投影レンズ
３１０ 透過電子検出器
３１１ 観察視野中心
Ｂ２ 電子線
Ｈ１ 試料ホルダー
Ｈ１０１ 先端部
Ｈ１０２ 端部
Ｈ１０３ 試料ステージ
Ｈ１０４ 試料装着材
Ｈ１０５ コントラスト材
Ｈ１０６ 切り替えダイヤル
Ｈ１０７ コントラスト材駆動部
Ｈ１０８ 金属ベルト
Ｈ１０９ プーリ
Ｈ１１０ 駆動用軸
Ｈ１１１ 押さえローラ
Ｈ１１２ 開口部
Ｈ１１３ コイルばね
Ｈ１１４ 軸
Ｈ１１５ ばね取り付け部
Ｈ２ 試料ホルダー
Ｈ２０１ 先端部
Ｈ２０２ 端部
Ｈ２０３ 試料ステージ
Ｈ２０４ 切り替えダイヤル
Ｈ２０５ 開口部
Ｈ２０６ 金属板
Ｈ２０７ 金属板
Ｈ２１０ 試料装着材
Ｈ２１１ 装着材
Ｈ２１１ａ 空洞
Ｈ２１２ 装着材
Ｈ２１３ 装着材
Ｈ２１４ 金属ばね
Ｈ２２１ コントラスト材
Ｈ２２２ 金属ワイヤ
Ｈ２２３ 金属ばね
Ｈ２２４ 減速ギヤ
Ｈ２３０ コントラスト材駆動部
Ｈ２３１ マイクロメータ
Ｈ３ 試料ホルダー
Ｚ０ 高さ
Ｚ１ 高さ

Claims (22)

1. 走査電子顕微鏡観察または走査透過電子顕微鏡観察を行うための試料を装着する試料ホルダーと、
   前記試料に電子線を照射した際に２次電子の発生効率を向上させるコントラスト材と、
   前記コントラスト材を駆動するためのコントラスト材駆動部とを備え、
   前記コントラスト材は、前記試料における電子線が照射される表面側とは反対の裏面側の所定領域に、前記コントラスト材駆動部を制御することによって配置されることを特徴とする電子顕微鏡装置。
2. 前記コントラスト材は、２次電子の発生効率が高くかつ導電性を示す金属からなる請求項１記載の電子顕微鏡装置。
3. 前記試料ホルダーは、集束イオンビーム加工装置と走査透過電子顕微鏡装置に共用可能であり、前記試料ホルダーの先端部に設けた試料ステージに前記試料を装着する装着材と前記コントラスト材を配置し、前記試料ホルダーの基端部に、前記試料ホルダーの先端部の向きを変えるための切り替えダイヤルと前記コントラスト材駆動部とを配置している請求項１記載の電子顕微鏡装置。
4. 前記試料ホルダーは、前記試料ステージにコントラスト材を１つだけ備えている請求項３記載の電子顕微鏡装置。
5. 前記試料ホルダーの試料ステージに、前記試料が位置する開口部と前記コントラスト材の動作範囲を制限する空間とが設けられ、前記コントラスト材の軸端部の一方に、金属ベルトまたは金属ワイヤの一端を巻きつけて固定するプーリが設けられ、前記金属ベルトまたは金属ワイヤの他端は前記試料ステージの駆動用軸に固定され、前記駆動用軸と前記プーリの間には、前記金属ベルトまたは金属ワイヤを押さえる押さえローラが設けられ、前記コントラスト材の軸端部の他方にコイルばねまたは渦巻きばねが設けられている請求項３記載の電子顕微鏡装置。
6. 前記試料ホルダーは、前記コントラスト材駆動部を駆動することによって、前記駆動用軸とともに前記金属ベルトまたは金属ワイヤに、コイルばねまたは渦巻きばねの引力と逆方向の回転力をかけ、前記試料ステージ開口部と前記試料ステージ内部の空間との範囲で前記コントラスト材を駆動する機構を備えている請求項５記載の電子顕微鏡装置。
7. 前記試料として、メッシュに張り合わせた透過電子顕微鏡用試料を用い、前記試料ホルダーは、前記試料のメッシュ側を前記試料ステージに載せて前記メッシュを前記装着材と試料ステージとで挟んで装着するように構成され、前記試料が前記電子線と対向するように前記試料ホルダーを電子顕微鏡に挿入することによって、前記試料における前記電子線が照射される表面側とは反対の裏面側において前記コントラスト材が配置されるように駆動する請求項３記載の電子顕微鏡装置。
8. 前記試料ホルダーは、前記試料ステージに試料を任意の位置に装着するための装着材と二つ以上のコントラスト材を配置して構成される請求項３記載の電子顕微鏡装置。
9. 前記試料ホルダーの試料ステージに備えた装着材は、十分な強度をもった金属材から形成され、平坦な試料ステージ上に間隔をあけて互いに対向して試料ステージ開口部の中央側へ一段突き出た当接面が形成された二つの第１装着材と、一端が前記試料ステージに固定された金属ばねを有しかつ十分な強度をもった平坦な金属材からなる第２装着材とが互いに向かい合って配置され、前記金属ばねにより前記第２装着材が試料挿入方向に伸縮運動する請求項８記載の電子顕微鏡装置。
10. 前記第１装着材と試料ステージに、前記二つのコントラスト材それぞれが互いに衝突せずに駆動させるための二つの空洞とそれらの間に金属板を備えている請求項９記載の電子顕微鏡装置。
11. 前記試料ホルダーの二つのコントラスト材は、常時コントラスト材の駆動方向と逆方向に力を加えるために、前記試料ステージ内部の固定された部位に取り付けられた金属ばねと、減速ギヤとマイクロメータとを有する前記コントラスト材駆動部に取り付けられた金属ワイヤとをそれぞれ備え、前記コントラスト材駆動部のマイクロメータを回転させ、減速ギヤと金属ワイヤを介して前記コントラスト材を駆動させる請求項８記載の電子顕微鏡装置。
12. 前記試料ホルダーに用いる電子顕微鏡用試料は、観察領域を含む部分が凸型に突出した凸部となり、前記凸部の外周部は一様に所定の高さになっている請求項８記載の電子顕微鏡装置。
13. 前記第２装着材が前記試料の底面に当接し、互いに対向した二つの第１装着材に形成された当接面が前記試料の凸部外周部の試料面に当接して、これらの当接面が位置決めストッパーとしての役割を果たしながら、前記試料の凸部外周部の試料面と、前記試料の底面とを挟んで前記試料を常時任意の位置に装着可能とした請求項１２記載の電子顕微鏡装置。
14. ポールピース装着型の走査透過電子顕微鏡を備えた電子顕微鏡装置であって、二つ以上のコントラスト材と、前記コントラスト材を駆動するための二つ以上のコントラスト材駆動部とを備える請求項1または２記載の電子顕微鏡装置。
15. 前記電子顕微鏡に用いる試料ホルダーは、集束イオンビーム加工装置と走査透過電子顕微鏡装置に共用可能であり、試料ホルダーの先端部のみ向きを変えるための切り替えダイヤルを基端部に有し、前記二つのコントラスト材およびその駆動部は前記試料ホルダーの挿入方向と垂直方向に対向して配置される請求項１４記載の電子顕微鏡装置。
16. 前記電子顕微鏡のポールピースは、前記試料ホルダー先端部が電子顕微鏡観察において移動でき、かつ前記試料ホルダーの下方で前記二つのコントラスト材がそれぞれ駆動することが可能な空間を持つ請求項１４記載の電子顕微鏡装置。
17. 前記二つのコントラスト材は、前記電子顕微鏡試料の薄片化していない周辺部の試料膜厚の影響を受けないために前記試料の薄片領域よりも小さい幅で、かつ薄片化されてない試料周辺部を損傷しない大きさの金属板で構成され、観察面の反対側の面から所定の距離をもつ高さに前記コントラスト材が設置される請求項１４記載の電子顕微鏡装置。
18. 前記電子顕微鏡のポールピース内部に備えた前記試料ホルダー先端部が移動できる空間内で、前記二つのコントラスト材は前記試料ホルダーに装着した試料観察面の観察方向と反対側の任意の高さに配置され、前記任意の高さで電子線の入射方向に対して垂直方向にのみ駆動する機能を備えている請求項１４記載の電子顕微鏡装置。
19. 前記二つのコントラスト材が駆動する任意の高さは、前記電子顕微鏡において前記試料観察面に対して最も電子顕微鏡像が鮮明に観察出来る高さから所定の距離だけ下方である請求項１８記載の電子顕微鏡装置。
20. 請求項３記載の電子顕微鏡装置を用いて、前記試料の薄片化された観察面を観察する際、前記試料を試料ステージ上に保持し、前記試料の薄片化された部分の観察面に対向して電子線を照射するように走査透過電子顕微鏡に前記試料ホルダーを挿入した後、前記試料の観察方向と反対側に、前記試料ホルダーのコントラスト材駆動部を駆動させて、前記コントラスト材を前記試料の観察面と反対側の薄片化していない周辺領域に接触する程度の位置に設置し、観察面に電子線を照射することにより断面走査電子顕微鏡観察を行うことを特徴とする電子顕微鏡観察方法。
21. 請求項８記載の電子顕微鏡装置を用いて、前記試料の薄片化された部分の両方の観察面を観察する際、前記試料の任意の観察面に対向して電子線を照射するように走査透過電子顕微鏡に前記試料ホルダーを挿入した後、前記試料の観察方向と反対側に、前記試料ホルダーのコントラスト材駆動部を駆動させて前記コントラスト材を前記試料の観察面と反対側の薄片化していない周辺領域に接触する程度の位置に設置し、観察面に電子線を照射することにより、異なる断面構造をもつ二つの観察面のそれぞれについての断面走査電子顕微鏡観察を行うことを特徴とする電子顕微鏡観察方法。
22. 請求項１５記載の電子顕微鏡装置を用いて、前記試料の薄片化された部分の両方の観察面を観察する際、前記試料の任意の観察面に対向して電子線を照射するように前記電子顕微鏡に前記試料ホルダーを挿入した後、前記試料の観察面の高さが電子顕微鏡のフォーカス値が０の時に試料観察面に対して最も電子顕微鏡像が鮮明に観察出来る高さに合わせて、その高さを維持して観察視野範囲内から前記試料を移動させる工程と、試料観察面に対向する前記コントラスト材を駆動して観察面の反対側の面から所定の高さを維持して観察視野範囲内に移動させる工程と、前記コントラスト材が試料観察面の下に位置するように前記試料観察面の高さに維持して前記試料を移動させる工程とを含み、試料観察面の観察方向と反対側にコントラスト材を設置した状態で観察面に電子線を照射することにより、異なる断面構造をもつ二つの観察面のそれぞれについての断面走査電子顕微鏡観察を行うことを特徴とする電子顕微鏡観察方法。

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