JP2014053073A - 荷電粒子線装置用部材、荷電粒子線装置および隔膜部材 - Google Patents

Abstract

【課題】試料を非真空状態で観察可能であり、高分解能で安定して観察画像を撮像することができる荷電粒子線装置を提供する。
【解決手段】荷電粒子線装置１ｃに用いられる荷電粒子線装置用部材５６は、筐体３ｃに取り付けられる筐体５５と、筐体５５に設けられた隔膜素子１８ａとを有する。隔膜素子１８ａには、筐体３ｃと筐体５５とにより区画された真空室４ａの内部の圧力が外部の圧力よりも減圧された状態で、真空室４ａの内部と外部とを気密に隔離するとともに、荷電粒子線を透過させる隔膜１９が形成されている。また、隔膜素子１８ａには、試料１２と隔膜１９とが接触することを防止する緩衝膜３３が、隔膜１９よりも試料ステージ２２側に位置するように形成されている。
【選択図】図２４

Description

本発明は荷電粒子線装置に関し、試料を非真空状態で観察可能な荷電粒子線装置に関する。

物体の微小領域における部分を拡大して観察するために、走査型電子顕微鏡（Scanning Electron Microscope：ＳＥＭ）や透過型電子顕微鏡（Transmission Electron Microscope：ＴＥＭ）などの荷電粒子線装置が用いられている。これらの荷電粒子線装置では、気密に設けられた真空室内に試料（被観察試料）を配置し、真空室の内部の圧力が真空に減圧された状態で、つまり真空状態で、真空室内に配置された電子光学系により電子線を照射しながら試料を観察する。

一方、生物化学の分野における水分が含まれた試料または液体試料など、真空状態で損傷を受ける試料または変質する試料について、電子線を照射しながら観察したいという要請がある。そこで、近年、大気圧下などの非真空状態で電子線を照射しながら試料を観察することができるＳＥＭが開発されている。

このようなＳＥＭでは、電子光学系が配置された真空室と、試料が配置された空間とを、電子線が透過可能な隔膜または微小な貫通孔により隔離することで、試料が配置された空間を大気圧下などの非真空状態に維持しつつ、真空室の内部を真空状態にする。

例えば、特開２００９−１５８２２２号公報（特許文献１）には、ＳＥＭにおいて、真空室であって荷電粒子光学鏡筒の上方の部分に、試料保持膜（隔膜）が形成された試料保持体を設け、真空チャンバー内部を真空状態にする技術が記載されている。特許文献１に記載されたＳＥＭでは、大気圧下で試料保持膜に保持された試料に、試料保持膜を介して電子線を照射し、試料から発生する反射電子および二次電子を検出することで、観察を行う。

一方、特表２０１０−５０９７０９号公報（特許文献２）には、非真空環境で物体を観察するＳＥＭにおいて、真空環境と、真空環境の下方で物体が配置される非真空環境との間に、電子線を通過させるアパーチャ（隔膜素子）が設けられる技術が記載されている。特許文献２に記載されたＳＥＭでは、走査透過型電子顕微鏡（Scanning Transmission Electron Microscope：ＳＴＥＭ）モードで、アパーチャの周りに配置される、高さが動作距離を決定するスペーサを使用して、最大分解能を得るように制御する。

特開２００９−１５８２２２号公報 特表２０１０−５０９７０９号公報

本発明者の検討によれば、次のことが分かった。

上記特許文献１に記載されたＳＥＭと同様な構造を有するＳＥＭでは、観察したい部分が隔膜に載るまで、試料を何回も隔膜に載せ直す必要がある。また、隔膜が破損した場合に、下方に配置された荷電粒子光学鏡筒に試料が入り込む場合がある。

一方、上記特許文献２に記載されたＳＥＭと同様な構造を有するＳＥＭでは、試料が隔膜に載せられて保持される構造ではないため、試料を隔膜に載せ直す必要はない。しかし、高倍率で焦点を合わせるため、試料ステージに保持されている試料と隔膜素子とを近づける必要があり、隔膜と試料とが接触しやすく、隔膜が破損しやすい。あるいは、隔膜素子を荷電粒子線装置に取り付ける際、または、交換する際に、隔膜と他の部材とが接触しやすく、隔膜が破損しやすい。

また、隔膜素子と試料との間に存在するガスの組成または圧力の変化により、焦点距離が変動する場合がある。そのため、観察画像を撮像する都度、隔膜素子と試料との距離を調整する必要があり、さらに隔膜と試料とが接触しやすくなり、さらに隔膜が破損しやすくなる。

ところが、上記特許文献２に記載されたＳＥＭにおいて、アパーチャの周りに配置されるスペーサは、隔膜と試料との距離を一定に保つものであり、隔膜と試料とが接触することを防止するものではない。

このように、隔膜と試料とが接触しやすい場合、隔膜が破損しやすくなり、高分解能で安定して観察画像を撮像することができないため、荷電粒子線装置の性能が低下する。

そこで、本発明は、試料を非真空状態で観察可能な荷電粒子線装置において、隔膜と試料または他の部材とが接触することを防止し、高分解能で安定して観察画像を撮像することができる荷電粒子線装置を提供する。

代表的な実施の形態による荷電粒子線装置用部材は、荷電粒子線装置に用いられるものであり、第１筐体に取り付けられる第２筐体と、第２筐体に設けられた隔膜素子とを有する。隔膜素子には、第２筐体が第１筐体に取り付けられたときに、第１筐体と第２筐体とにより区画された真空室の内部の圧力が外部の圧力よりも減圧された状態で、真空室の内部と外部とを気密に隔離するとともに、荷電粒子線を透過させる隔膜が形成されている。隔膜素子には、試料と隔膜とが接触することを防止する緩衝膜が、隔膜よりも試料ステージ側に位置するように形成されている。

また、代表的な実施の形態による荷電粒子線装置は、真空室の壁部に取り付けられた隔膜素子を有する。隔膜素子には、真空室の内部の圧力が外部の圧力よりも減圧された状態で、真空室の内部と外部とを気密に隔離するとともに、荷電粒子線を透過させる隔膜が形成されている。隔膜素子には、試料と隔膜とが接触することを防止する緩衝膜が、隔膜よりも試料ステージ側に位置するように形成されている。

さらに、代表的な実施の形態による隔膜素子は、荷電粒子線装置の真空室の壁部に取り付けられるものである。この隔膜素子には、隔膜素子が真空室の壁部に取り付けられたときに、真空室の内部の圧力が外部の圧力よりも減圧された状態で、真空室の内部と外部とを気密に隔離するとともに、荷電粒子線を透過させる隔膜が形成されている。隔膜素子には、試料と隔膜とが接触することを防止する緩衝膜が、隔膜よりも試料ステージ側に位置するように形成されている。

代表的な実施の形態によれば、試料を非真空状態で観察可能な荷電粒子線装置において、隔膜と試料または他の部材とが接触することを防止し、高分解能で安定して観察画像を撮像することができる。

実施の形態１の荷電粒子線装置の全体構成図である。 実施の形態１の荷電粒子線装置のうち、隔膜素子および試料ステージの周辺の構造を示す図である。 実施の形態１の隔膜素子の要部断面図である。 実施の形態１の隔膜素子を試料側から見た平面図である。 実施の形態１の第１変形例の隔膜素子を試料側から見た平面図である。 実施の形態１の第２変形例の隔膜素子を試料側から見た平面図である。 実施の形態１の第３変形例の隔膜素子を試料側から見た平面図である。 実施の形態１の隔膜素子の製造工程中の要部断面図である。 実施の形態１の隔膜素子の製造工程中の要部断面図である。 実施の形態１の隔膜素子の製造工程中の要部断面図である。 実施の形態１の隔膜素子の製造工程中の要部断面図である。 実施の形態１の隔膜素子の製造工程中の要部断面図である。 実施の形態１の隔膜素子の製造工程中の要部断面図である。 実施の形態１の隔膜素子の製造工程中の要部断面図である。 実施の形態１の第４変形例の隔膜素子を示す要部断面図である。 実施の形態１の第５変形例の隔膜素子を示す要部断面図である。 実施の形態１の第６変形例の隔膜素子を示す要部断面図である。 実施の形態１の第７変形例の隔膜素子を示す要部断面図である。 実施の形態１の荷電粒子線装置による観察工程の一部を示すフロー図である。 実施の形態２の荷電粒子線装置のうち、隔膜素子および試料ステージの周辺の構造を示す図である。 実施の形態２のアタッチメントを試料側から見た平面図である。 図２１のＢ−Ｂ線に沿った要部断面図である。 実施の形態３の荷電粒子線装置の全体構成図である。 実施の形態４の走査型電子顕微鏡の全体構成図である。 実施の形態４の走査型電子顕微鏡による観察工程の一部を示すフロー図である。 実施の形態４の観察工程における走査型電子顕微鏡の全体構成図である。 実施の形態５の走査型電子顕微鏡の全体構成図である。

以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。

また、以下の実施の形態において、要素の数等（個数、数値、量、範囲等を含む）に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でもよい。

さらに、以下の実施の形態において、その構成要素（要素ステップ等も含む）は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことはいうまでもない。同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、以下の実施の形態では、特に必要なとき以外は同一または同様な部分の説明を原則として繰り返さない。

さらに、実施の形態で用いる図面においては、断面図であっても図面を見やすくするためにハッチングを省略する場合もある。また、平面図であっても図面を見やすくするためにハッチングを付す場合もある。

なお、以下に説明する各実施の形態では、荷電粒子線装置を、一次荷電粒子線として電子線を用いた走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）からなる荷電粒子線顕微鏡に適用した場合を例に挙げて説明を行う。しかし、各実施の形態は、一次荷電粒子線としてイオンビームを試料に照射し、二次的に発生した二次電子や反射電子を検出するＳＩＭ（Scanning Ion Microscope）またはイオンビームを使用したイオン顕微鏡など、他の各種の荷電粒子線装置に適用可能である。また、以下に説明する各実施の形態は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜組み合わせることが可能である。

（実施の形態１）
＜荷電粒子線装置の構成＞
本発明の一実施の形態である荷電粒子線装置を、図面を参照して説明する。前述したように、以下では、荷電粒子線装置をＳＥＭに適用した例について説明する。

図１は、実施の形態１の荷電粒子線装置の全体構成図である。

図１に示すように、荷電粒子線装置１には、荷電粒子光学鏡筒２および筐体３が設けられている。荷電粒子光学鏡筒２および筐体３により、真空室４が区画されている。

荷電粒子光学鏡筒２は、例えば筐体３の上側に、荷電粒子光学鏡筒２の下部が筐体３の内部に突出するように、設けられている。荷電粒子光学鏡筒２は、シール部材（Ｏリング）５を介して筐体３に取り付けられており、荷電粒子光学鏡筒２および筐体３により区画された真空室４は、気密に設けられている。

荷電粒子光学鏡筒２および筐体３により区画された真空室４の外部には、真空ポンプ（排気部）６が設けられている。真空ポンプ６は、荷電粒子光学鏡筒２および筐体３に、真空配管７により接続されている。すなわち、真空ポンプ６は、真空室４に接続されている。

荷電粒子線装置１の使用時には、真空室４は、真空ポンプ６により排気され、真空室４の内部の圧力が真空に減圧される。すなわち、真空室４は、真空ポンプ６により排気され、真空室４の内部の圧力が、真空室４の外部の圧力よりも減圧された状態に、維持される。

なお、真空ポンプ（排気部）６は１つのみ示されているが、２つ以上あってもよい。

筐体３には、リークバルブ８が設けられている。リークバルブ８は、荷電粒子光学鏡筒２および筐体３により区画された真空室４を大気開放するためのものである。リークバルブ８により、メンテナンス時などに、筐体３の内部を大気開放することができる。リークバルブ８は、なくてもよいし、２つ以上あってもよい。また、筐体３におけるリークバルブ８の配置箇所は、図１に示された場所に限られない。すなわち、リークバルブ８は、筐体３の別の位置に配置されていてもよい。

荷電粒子光学鏡筒２の内部には、荷電粒子源９および荷電粒子光学系１０が設けられている。荷電粒子源９は、荷電粒子線を発生させる。荷電粒子線装置１がＳＥＭであるときは、荷電粒子源９は電子線を発生させる電子源であり、例えばフィラメントを含む電子銃からなる。荷電粒子光学系１０は、光学レンズ１１などの要素により構成されている。荷電粒子光学系１０は、荷電粒子源９により発生した荷電粒子線を集束して試料１２に照射し、一次荷電粒子線として試料１２上を走査する。すなわち、荷電粒子光学系１０は、荷電粒子源９により発生した荷電粒子線を、試料１２に走査して照射する。

荷電粒子光学鏡筒２のうち筐体３の内部に突出した部分には、検出器１３が設けられている。検出器１３は、試料１２に一次荷電粒子線を照射することで、試料１２から放出される（発生する）二次荷電粒子（二次電子または反射電子）を検出する。検出器１３は、例えば数ｋｅＶ〜数十ｋｅＶのエネルギーで飛来してくる荷電粒子を増幅して検知することができる。検出器１３は、薄くて平らであることが好ましいので、検出器１３として、例えば、シリコン等の半導体材料で作られた半導体検出器や、ガラス面あるいは内部にて荷電粒子による信号を光に変換することが可能なシンチレータ等を用いることができる。

さらに、本実施の形態１の荷電粒子線装置１には、制御系１４として、制御部１５およびパーソナルコンピュータ１６が設けられている。制御部１５は、真空ポンプ（排気部）６および荷電粒子光学系１０などの制御を行う。パーソナルコンピュータ１６は、荷電粒子線装置１を操作するための操作画面（Graphical User Interface：ＧＵＩ）が表示されるモニタと、キーボードやマウスなど使用者からの操作画面へのコマンドを入力するための入力部とを備えている。パーソナルコンピュータ１６は、制御部１５と通信線により接続される。なお、制御部１５はアナログ回路やディジタル回路を内蔵しており、真空ポンプ６、荷電粒子源９、光学レンズ１１および検出器１３の出力信号を、ディジタル画像信号に変換して、パーソナルコンピュータ１６へ送信する。

図１に示すように、検出器１３は、例えばプリアンプなどの増幅器１７を経由して制御部１５に接続されていてもよく、このとき、検出器１３からの出力信号は、例えば増幅器１７を経由して制御部１５に送られる。あるいは、増幅器１７が不要であれば、検出器１３からの出力信号は、増幅器１７を経由して制御部１５に送られなくてもよい。

なお、図１に示す制御系１４の構成は一例に過ぎない。したがって、制御部１５や真空配管７の途中に設けられるバルブ（図示は省略）、真空ポンプ６または各通信線などについての変形例は、本実施の形態１の要旨を逸脱しない限り、本実施の形態１の荷電粒子線装置の範囲に属する。

＜真空室の外部＞
図２は、実施の形態１の荷電粒子線装置のうち、隔膜素子および試料ステージの周辺の構造を示す図である。

筐体３には、隔膜素子（隔膜部材）１８ａが設けられている。図１および図２に示す例では、筐体３の下面部（真空室４の壁部）３ａであって、荷電粒子光学鏡筒２の下方に位置する部分に、隔膜素子１８ａが設けられている。隔膜素子１８ａの詳細な構造については後述するが、隔膜素子１８ａは、一次荷電粒子線を透過または通過させる隔膜（メンブレン、膜部）１９を含み、真空室４の内部の空間と、真空室４の外部の空間とを、気密に隔離する。

筐体３の下面部３ａであって、荷電粒子光学鏡筒２の下方に位置する部分には、一次荷電粒子線を透過または通過させるための開口部３ｂが形成されており、開口部３ｂを塞ぐように、隔膜素子１８ａが取り付けられている。隔膜素子１８ａの中央部には、一次荷電粒子線を透過または通過させるための隔膜（膜部）１９が形成されている。隔膜素子１８ａは、隔膜１９の周囲の部分が、接着部材２１により、筐体３の下面部３ａであって、開口部３ｂの周囲の部分に接着されることで、筐体３の下面部３ａに取り付けられている。

接着部材２１は、好適には、隔膜素子１８ａと筐体３の下面部３ａとの間を気密にシールする。接着部材２１は、荷電粒子線装置１の使用時に、真空室４の内部の圧力が真空室４の外部の圧力よりも減圧された状態で、隔膜素子１８ａと筐体３の下面部３ａとの間を気密にシールするものである。また、接着部材２１は、荷電粒子線装置１のメンテナンス時に、真空室４の内部を大気圧に戻した状態でも、隔膜素子１８ａが筐体３の下面部３ａから剥がれ落ちないように接着するものである。このようなシール力および接着力を有する接着部材２１として、例えばシリコンゴム、銀ペースト、真空グリース、エポキシ樹脂またはシリコーン樹脂などの材料を含むものを用いることができる。

荷電粒子光学鏡筒２および筐体３により区画された真空室４の外部であって、隔膜素子１８ａの下方に位置する部分には、試料ステージ（保持部）２２が設けられている。試料ステージ２２は、真空室４の外部で試料１２を保持するためのものである。試料ステージ２２は、台座２３上に組み立てられている。

また、真空室４の外部には、Ｚ軸駆動部２４およびＸ、Ｙ軸駆動部２５が設けられている。Ｚ軸駆動部２４は、試料ステージ２２を例えば鉛直方向であるＺ軸方向に移動駆動し、試料ステージ２２の高さ位置を変えることで、試料ステージ２２に保持されている試料１２と隔膜素子１８ａとのＺ軸方向に沿った距離を調整する。Ｘ、Ｙ軸駆動部２５は、試料ステージ２２を例えば水平面内で互いに交差する２方向であるＸ軸方向およびＹ軸方向に移動駆動することで、試料ステージ２２に保持されている試料１２を、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に移動させる。

荷電粒子線装置１の使用時には、試料１２を試料ステージ２２上に載せた状態で保持し、Ｚ軸駆動部２４を用いて、試料１２が鮮明に観察されるように、試料１２の高さ位置を調整する。また、Ｘ、Ｙ軸駆動部２５を調整することにより、試料１２の画像を観察しながら所望の場所に移動させる。

なお、本実施の形態１では、Ｚ軸駆動部２４が、試料ステージ２２を移動駆動することで、試料ステージ２２に保持されている試料１２と隔膜素子１８ａとのＺ軸方向に沿った距離を調整する。しかし、Ｚ軸駆動部２４が、試料ステージ２２ではなく、例えば筐体３とともに隔膜素子１８ａを移動駆動することで、試料ステージ２２に保持されている試料１２と隔膜素子１８ａとのＺ軸方向に沿った距離を調整することもできる。

本実施の形態１の荷電粒子線装置１では、荷電粒子光学鏡筒２、筐体３により区画され、気密に設けられた真空室４を真空ポンプ（排気部）６により排気することで、真空室４の内部の圧力が、試料１２が配置された空間の圧力よりも減圧された状態に、維持する。そして、真空室４の内部と試料１２が配置された空間との間に圧力差が存在する状態で、真空室４の内部を通り、筐体３に設けられた隔膜素子１８ａを透過した一次荷電粒子線を、真空室４の外部で保持されている試料１２に走査して照射する。

＜隔膜素子＞
図３は、実施の形態１の隔膜素子の要部断面図である。図４は、実施の形態１の隔膜素子を試料側から見た平面図である。なお、図３は、図４のＡ−Ａ線に沿った要部断面図である。また、図３では、隔膜素子１８ａは、筐体３の下面部（真空室４の壁部）３ａ（図２参照）に取り付けられているときと上下反転した状態で、図示されている。

隔膜素子（隔膜部材）１８ａは、隔膜素子１８ａの全体を支持する基体として、保持基板（基体）３０を含む。保持基板３０は、主面３０ａ、および、主面３０ａと反対側の面である主面３０ｂを有する。主面３０ａは、隔膜素子１８ａが筐体３の下面部３ａ（図２参照）に取り付けられたときに、真空室４の外部に面する。

保持基板３０の主面３０ａおよび主面３０ｂには、すなわち保持基板３０の両面には、薄膜３１が形成されている。保持基板３０の主面３０ｂに形成された薄膜３１には、薄膜３１を貫通して保持基板３０に達する開口部３１ａが形成されており、開口部３１ａにおいて、保持基板３０が除去されて主面３０ｂから主面３０ａに到達する貫通孔３２が形成されている。保持基板３０の主面３０ａに形成された薄膜３１のうち、主面３０ａにおける貫通孔３２の開口３２ａを覆うように残されている部分は、前述した隔膜（メンブレン、膜部）１９となる。すなわち、隔膜１９は、主面３０ａ上に、主面３０ａにおける貫通孔３２の開口３２ａを覆うように形成されている。

また、好適には、開口部３１ａは、平面視において、保持基板３０の主面３０ｂのうち中央部に相当する位置に形成されており、貫通孔３２は、平面視において、保持基板３０の中央部に形成されている。すなわち、隔膜１９は、平面視において、保持基板３０の主面３０ａの中央部に形成されている。貫通孔３２が保持基板３０の中央部に形成されることで、隔膜素子１８ａの強度を向上させることができる。

保持基板（基体）３０として、好適には、例えば単結晶シリコン（Ｓｉ）からなる半導体基板（Ｓｉ基板）であって、主面３０ａおよび主面３０ｂの方位、すなわち基板方位が（１００）または（１１０）であるものを用いることができる。これにより、後述するように、アルカリ性水溶液からなるエッチング液を用いた異方性エッチングを行うことで、保持基板３０に貫通孔３２を容易に形成することができる。また、形成される貫通孔３２の側面が（１１１）面になるため、貫通孔３２を形状精度よく形成することができる。さらに、保持基板３０として、両面が鏡面に仕上げられた基板を用いることができる。これにより、保持基板３０の両面に、容易に加工を施すことができる。

なお、薄膜３１は、保持基板３０の主面３０ａにおいて、図３および図４に示すように、全面に形成されていてもよいが、少なくとも貫通孔３２の開口３２ａを覆うように形成されていればよい。また、以下の説明では、薄膜３１のうち、主面３０ａにおける貫通孔３２の開口３２ａを覆うように形成されている部分のみを隔膜（膜部）１９として説明する。

隔膜１９の厚さが薄くなると、隔膜１９を、厚さ寸法の精度よく形成することが困難になる。一方、隔膜１９の厚さが厚くなると、真空室４の内部を通った一次荷電粒子線および試料１２から放出された二次荷電粒子が隔膜１９を透過または通過しにくくなり、試料１２に到達する（照射される）一次荷電粒子線の量および検出器１３に到達する（検出される）二次荷電粒子の量が減少する。したがって、隔膜１９の厚さ、すなわち薄膜３１の厚さは、好適には、例えば５〜５０ｎｍとすることができる。

また、試料１２を大気圧下などの非真空状態で観察する場合、隔膜１９と試料１２との間で一次荷電粒子線および二次荷電粒子が散乱または吸収され、試料１２に照射される一次荷電粒子線の量および検出器１３により検出される二次荷電粒子の量がさらに減少する。そのため、隔膜１９の厚さ（薄膜３１の厚さ）は、さらに薄いことが好ましく、例えば２０ｎｍ以下であることが好ましい。すなわち、隔膜１９の厚さ（薄膜３１の厚さ）は、さらに好適には、例えば５〜２０ｎｍである。

また、隔膜１９が撓んだ場合には、一次荷電粒子線および二次荷電粒子が散乱され、試料１２に照射される一次荷電粒子線の量、および、検出器１３により検出される二次荷電粒子の量がさらに減少する。そのため、隔膜１９すなわち薄膜３１として、保持基板３０からの引っ張り応力を有する膜が好ましい。このような引っ張り応力を有する膜として、例えばＳｉからなる保持基板３０の熱膨張係数よりも大きな熱膨張係数を有する材料からなるものであることが好ましい。このような材料として、例えば窒化シリコン（ＳｉＮ）もしくは窒化アルミニウム（ＡｌＮ）などの金属の窒化物、または、ポリイミドであることが好ましい。

図４に示すように、隔膜（膜部）１９、すなわち貫通孔３２の開口３２ａの平面形状は、好適には、正方形または正八角形である。これにより、隔膜１９に加えられる応力を主面３０ａ内で均一に分散することができる。ただし、隔膜１９の面積が大きくなると、隔膜１９は、真空室４の内部と外部との間の圧力差により破壊しやすくなる。すなわち、隔膜１９の面積が大きくなると、隔膜１９の耐圧力性が低下する。したがって、ある辺の長さを長くする必要があるときは、貫通孔３２の開口３２ａの平面形状を長方形とし、隣の辺の長さを短くすることで、真空室４の内部と外部との間の圧力差により隔膜１９が破壊することを防止または抑制することができる。

保持基板（基体）３０として基板方位が（１００）であるＳｉ基板を用い、異方性エッチングを行うときは、保持基板３０の主面３０ａ（または主面３０ｂ）に対して貫通孔３２の側面がなす角が、５４〜５５°となる。そのため、隔膜１９、すなわち貫通孔３２の開口３２ａの幅寸法ｄ１については、主面３０ｂにおいて薄膜３１に形成された開口部３１ａ、すなわち貫通孔３２の幅寸法ｄ２よりも小さくなる。つまり、貫通孔３２の幅寸法ｄ２は、隔膜１９の幅寸法ｄ１よりも大きくなる。

一方、保持基板（基体）３０として基板方位が（１１０）であるＳｉ基板を用い、異方性エッチングを行うときは、保持基板３０の主面３０ａ（または主面３０ｂ）に対して貫通孔３２の側面がなす角が９０°となる。そのため、貫通孔３２の幅寸法ｄ２が、隔膜１９の幅寸法ｄ１と等しくなるので、隔膜素子１８ａを小型化することができる。

保持基板（基体）３０の主面３０ａには、隔膜（膜部）１９が形成された領域３０ｃ以外の領域に、緩衝膜（膜部）３３からなるパターン３３ａが形成されている。緩衝膜３３は、保持基板３０の主面３０ａにおいて、隔膜１９（薄膜３１）よりも上方に、すなわち、Ｚ軸方向（一次荷電粒子線が照射される方向）に沿って、隔膜１９よりも試料１２側に（試料ステージ２２側に）位置するように、形成されている。緩衝膜３３は、試料ステージ（保持部）２２に保持されている試料１２と隔膜１９とが接触することを防止する。図３に示す例では、緩衝膜３３は、主面３０ａ上であって、薄膜３１上に形成されている。

例えば表面に凹凸を有し、最大高さが大きい試料１２を保持した状態で、高倍率で焦点を合わせるために試料ステージ２２をＺ軸方向に移動させる場合、隔膜素子１８ａと試料１２とが接触しやすい。しかし、本実施の形態１では、保持基板３０の主面３０ａにおいて、Ｚ軸方向（一次荷電粒子線が照射される方向）に沿って、隔膜１９よりも試料１２側に（試料ステージ２２側に）位置するように、緩衝膜３３が形成されている。そのため、隔膜素子１８ａと試料１２とが接触するときは、緩衝膜３３と試料１２とが接触することで、隔膜１９と試料１２とが接触することを防止することができる。

緩衝膜（膜部）３３の膜厚は、試料１２の厚さにもよるが、試料１２の厚さが例えば２０μｍよりも薄いときは、膜厚の上限値を例えば２０μｍとし、膜厚の下限値を試料１２の厚さとすることができる。例えば塗布法など比較的膜厚が大きな膜を形成するのに適した方法により緩衝膜３３を形成する場合であっても、膜厚が２０μｍを超えると、保持基板３０の主面３０ａの面内において、膜厚や膜質にむらが発生し、緩衝膜３３の表面に凹凸が発生するおそれがある。

緩衝膜（膜部）３３として、好適には、有機膜、無機膜または金属膜からなるものを用いることができる。これにより、観察される試料の厚さ、荷電粒子の種類、製造工程の制約等に応じて、最適な材料を選択することができる。また、緩衝膜３３の材料として、有機膜を用いる場合には、例えばポリイミドを用いることができる。ポリイミドは、容易に形成することができ、耐熱性、安定性に優れる。したがって、緩衝膜３３の材料としてポリイミドを用いることにより、耐熱性、安定性に優れた緩衝膜３３を容易に製造することができる。

緩衝膜（膜部）３３からなるパターン３３ａは、平面視において、保持基板（基体）３０の主面３０ａのうち、隔膜（膜部）１９が形成された領域３０ｃを挟んだ２つの領域に、形成されている。図４に示すように、例えば隔膜１９の平面形状が正方形である場合、緩衝膜３３からなるパターン３３ａは、好適には、隔膜１９の外周の４辺のうち、少なくとも対向する２辺の外側の領域に形成されている。つまり、緩衝膜３３からなるパターン３３ａは、好適には、平面視において、保持基板３０の主面３０ａのうち、隔膜１９が形成された領域３０ｃを挟んで位置する少なくとも２つの領域３０ｄ、３０ｅに形成されている。

これにより、緩衝膜３３と試料１２とが接触した場合でも、保持基板３０の主面３０ａに加えられる力を、平面視において、隔膜１９が形成された領域３０ｃを挟んで位置する２つの領域３０ｄ、３０ｅに均等に分散させることができる。その結果、隔膜素子１８ａおよび試料１２の一方が他方に対して傾斜することがなく、隔膜１９と試料１２とが接触することをさらに確実に防止することができる。

また、領域３０ｄと領域３０ｅとの間の領域、すなわち、緩衝膜３３が除去された領域は、後述する実施の形態２において、隔膜素子１８ａと試料１２との間に空気よりも軽いガスを供給する際に、供給されたガスが流れる流路ＦＰとして機能する。この流路ＦＰは、保持基板３０の主面３０ａ上で、平面視において、隔膜１９が形成された領域３０ｃを通り、一方の側から反対側まで横切るように、形成されていることが好ましい。これにより、隔膜素子１８ａと試料１２との間に空気よりも軽いガスを供給する際に、供給されたガスを、隔膜１９と試料１２との間に確実に流すことができるので、荷電粒子線装置により得られる画像のＳ／Ｎ比を改善することができる。

なお、緩衝膜３３からなるパターンが、隔膜１９が形成された領域３０ｃを挟んで位置する少なくとも２つの領域に形成されている場合とは、緩衝膜３３が、隔膜１９が形成された領域３０ｃを挟んで位置する２つの領域を含む領域に形成されている場合も含まれる。したがって、緩衝膜３３からなるパターンが、隔膜１９が形成された領域３０ｃを挟んで位置する２つの領域を含む領域に、一体として形成されている場合も含まれる。例えば図５を用いて後述するように、緩衝膜３３からなるパターンが、平面視において、隔膜１９が形成された領域３０ｃの三方を囲むように、一体として形成されている場合も含まれる。あるいは、図６を用いて後述するように、緩衝膜３３からなるパターンが、平面視において、隔膜１９が形成された領域３０ｃの四方を囲むように、一体として形成されている場合も含まれる。

緩衝膜（膜部）３３からなるパターン３３ａは、平面視において、少なくとも主面３０ａにおける貫通孔３２の開口３２ａの外周よりも周縁側に離れた領域に形成されている。すなわち、緩衝膜３３からなるパターン３３ａは、少なくとも隔膜（膜部）１９が形成された領域３０ｃよりも周縁側に離れた領域に形成されている。これにより、緩衝膜３３からなるパターン３３ａが、平面視において、開口３２ａすなわち隔膜１９と重ならないようにすることができ、開口３２ａを覆うように形成された隔膜１９の全ての部分で荷電粒子線を透過または通過させることができる。

また、緩衝膜（膜部）３３からなるパターン３３ａは、平面視において、保持基板（基体）３０の周縁よりも所定の幅寸法ｄ３だけ隔膜（膜部）１９側に（中央部側に）離れた領域に形成されている。これにより、隔膜素子１８ａの製造工程において、隔膜素子１８ａをダイシングして個片化する際に、緩衝膜３３を、ダイシングされる領域（スクライブ領域）を位置合わせするための位置合わせマークとして、用いることができる。

したがって、緩衝膜（膜部）３３からなるパターン３３ａは、平面視において、隔膜（膜部）１９が形成された領域３０ｃよりも周縁側に離れ、かつ、保持基板（基体）３０の周縁よりも所定の幅寸法ｄ３だけ中央部側に離れた領域３０ｄ、３０ｅに形成されている。

幅寸法ｄ３の好適な範囲は、隔膜素子１８ａをダイシングする方法に依存する。ダイヤモンドの回転刃（ブレード）を備えたダイシング装置によりダイシングを行う場合、カット水の影響を考慮する必要があるため、幅寸法ｄ３の好適な範囲は、例えば５０〜５００μｍである。また、レーザによりダイシングを行う場合、隔膜１９が受ける損傷が少なく、隔膜素子１８ａの周縁すなわちダイシング面の平滑性を維持した状態で加工できるため、幅寸法ｄ３については、ダイシング装置によりダイシングを行う場合に比べて小さくなる。レーザによりダイシングを行う場合、幅寸法ｄ３の好適な範囲は、例えば１μｍ以上である。

さらに好適には、図３に示すように、緩衝膜（膜部）３３からなるパターン３３ａは、主面３０ｂにおける薄膜３１の開口部３１ａすなわち貫通孔３２の外周よりも所定の幅寸法ｄ４だけ周縁側に離れた領域に形成されている。これにより、緩衝膜３３が、平面視において、開口部３１ａすなわち貫通孔３２と重なる領域に形成されないようにすることができる。つまり、緩衝膜３３が、保持基板３０のうち、貫通孔３２が形成されて厚さが薄くなった強度の小さい部分に形成されないようにすることができる。幅寸法ｄ４については、例えば０〜５００μｍ程度とすることができる。

なお、緩衝膜３３からなるパターン３３ａが、開口部３１ａの外周よりも周縁側に離れた領域に形成されるのは、緩衝膜３３が有する応力が隔膜１９に影響を及ぼすおそれがある場合である。したがって、緩衝膜３３が有する応力が極めて小さい場合には、緩衝膜３３からなるパターン３３ａは、平面視において、隔膜１９が形成された領域３０ｃよりも周縁側に離れた領域であって、開口部３１ａ内の部分にも形成することができる。この場合、緩衝膜３３は、隔膜１９が形成された領域３０ｃよりも例えば１μｍ以上周縁側に離れた領域に形成することができる。

＜隔膜素子の第１変形例〜第３変形例＞
図５〜図７は、それぞれ、実施の形態１の第１変形例〜第３変形例の隔膜素子を試料側から見た平面図である。図５〜図７は、それぞれ、平面視における緩衝膜３３からなるパターンのパターン形状が異なる隔膜素子１８ｂ〜１８ｄを示す。

図５に示すように、実施の形態１の第１変形例の隔膜素子（隔膜部材）１８ｂでは、隔膜（膜部）１９の平面形状が正方形であり、緩衝膜（膜部）３３からなるパターン３３ｂが、平面視において、隔膜１９の外周の４辺のうち３辺の外側の領域に形成されている。また、緩衝膜３３からなるパターン３３ｂが、平面視において、隔膜１９が形成された領域３０ｃの三方を囲むように、一体として形成されている。

図５に示す隔膜素子１８ｂにおいて、隔膜１９の外周の４辺のうち、その外側に緩衝膜３３が形成された辺の数は、３つであり、図４に示す隔膜素子１８ａにおいて、その外側に緩衝膜３３が形成された辺の数（２つ）よりも多い。そのため、隔膜素子１８ｂは、表面に凹凸を有する試料１２を移動する際に、隔膜１９と試料１２とが接触することを、隔膜素子１８ａよりも確実に防止することができる。

図６に示すように、実施の形態１の第２変形例の隔膜素子（隔膜部材）１８ｃでは、隔膜（膜部）１９の平面形状が正方形であり、緩衝膜（膜部）３３からなるパターン３３ｃが、平面視において、隔膜１９の外周の４辺全ての外側の領域に形成されている。また、緩衝膜３３からなるパターン３３ｃが、平面視において、隔膜１９が形成された領域３０ｃの四方を囲むように、一体として形成されている。

図６に示す隔膜素子１８ｃにおいて、隔膜１９の外周の４辺のうち、その外側に緩衝膜３３が形成された辺の数は、４つであり、図５に示す隔膜素子１８ｂにおいて、その外側に緩衝膜３３が形成された辺の数（３つ）よりも多い。そのため、隔膜素子１８ｃは、表面に凹凸を有する試料１２を移動する際に、隔膜１９と試料１２とが接触することを、隔膜素子１８ｂよりもさらに確実に防止することができる。

図７に示すように、実施の形態１の第３変形例の隔膜素子（隔膜部材）１８ｄでは、隔膜１９の平面形状が正方形であり、緩衝膜（膜部）３３からなるパターン３３ｄが、隔膜１９の各頂点よりも対角線方向に沿って外側に、４箇所に分離して形成されている。また、隔膜１９の外周の４辺のうちいずれの辺の外側の領域にも、緩衝膜３３が形成されていない。すなわち、隔膜１９が形成された領域３０ｃで交差する十字形状の領域において、緩衝膜３３が除去されている。

このような、緩衝膜３３が除去された十字形状の領域は、後述する実施の形態２において、隔膜素子１８ｄと試料１２との間に空気よりも軽いガスを供給する際に、供給されたガスが流れる流路ＦＰとして機能する。この流路ＦＰは、主面３０ａ上で、平面視において、隔膜１９が形成された領域３０ｃを通り、一方の側から反対側まで横切るように形成された、互いに交差する２つの流路からなることが好ましい。これにより、隔膜素子１８ｄと試料１２との間に空気よりも軽いガスを供給する際に、供給されたガスを、隔膜１９と試料１２との間に確実に流すことができるので、荷電粒子線装置により得られる画像のＳ／Ｎ比を改善することができる。

＜隔膜素子の製造工程＞
次に、本実施の形態１の隔膜素子（隔膜部材）の製造工程の一例を説明する。

図８〜図１４は、実施の形態１の隔膜素子の製造工程中の要部断面図である。なお、図８〜図１４は、上記図３に対応する断面を示す。

まず、図８に示すように、主面３０ａ、および、主面３０ａと反対側の主面３０ｂを有する保持基板（基体）３０を用意する。前述したように、保持基板３０として、例えば基板方位（１００）または（１１０）のＳｉ基板を用いることができる。これにより、後述するように、アルカリ性水溶液からなるエッチング液を用いた異方性エッチングを行うことで、保持基板３０に貫通孔３２（図３参照）を容易に形成することができる。また、保持基板３０として、両面が鏡面に仕上げられた基板を用いることができる。これにより、保持基板３０の両面に、容易に加工を施すことができる。

なお、図８では、保持基板３０のうち１つの隔膜素子が形成される領域のみを図示するが、実際には、保持基板３０は、主面３０ａまたは主面３０ｂに平行な方向に沿って、複数の隔膜素子が形成される領域を含むものである（図９〜図１４においても同様）。

次に、図９に示すように、保持基板（基体）３０の両面、すなわち主面３０ａおよび主面３０ｂに、薄膜３１を形成する。例えば７００℃の温度で、化学的気相成長（Chemical vapor deposition：ＣＶＤ）法により、薄膜３１として、ＳｉＮ膜を形成することができる。

なお、前述したように、薄膜３１の厚さは、好適には、例えば５〜５０ｎｍであり、さらに好適には、例えば５〜２０ｎｍである。また、前述したように、薄膜３１として、引っ張り応力を有する膜が好ましく、例えばＳｉＮ、ＡｌＮなどの金属の窒化物、または、ポリイミドからなることが好ましい。

また、後述する工程により形成される隔膜（メンブレン、膜部）１９の耐圧力性を向上するため、薄膜３１を形成した後、薄膜３１を形成した時の温度以上の温度で熱処理を行うことが好ましい。このような熱処理により、隔膜１９が焼結されて密度が増加し、剛性が向上するため、隔膜１９の耐圧力性が向上する。例えば薄膜３１がＳｉＮからなる場合は、熱処理の温度は、好適には、８００℃以上である。

次に、図１０に示すように、両面に薄膜３１が形成された保持基板（基体）３０の両面、すなわち主面３０ａおよび主面３０ｂに、絶縁膜３４を形成する。絶縁膜３４を形成することで、後述する工程により隔膜１９を形成するまでの間、薄膜３１を保護することができ、薄膜３１に傷が付くことを防止または抑制することができる。例えばＣＶＤ法により、絶縁膜３４として、酸化シリコン（ＳｉＯ_２）膜を形成することができる。

このとき、絶縁膜３４を、保持基板３０の両面のうち、隔膜１９が形成される主面３０ａのみに形成することもできる。しかしながら、好適には、図１０に示すように、保持基板３０の主面３０ａおよび主面３０ｂの両面に、絶縁膜３４を形成する。主面３０ａのみならず主面３０ｂにも絶縁膜３４を形成することで、主面３０ｂにおいて保持基板３０をエッチングにより除去する際のマスクとなる薄膜３１に傷が付くことを、防止または抑制することができる。

次に、図１１に示すように、保持基板（基体）３０の主面３０ｂにおいて、絶縁膜３４および薄膜３１に開口部３１ａを形成する。保持基板３０の主面３０ｂであって貫通孔３２（図３参照）を形成する領域において、例えばフォトリソグラフィー技術およびエッチングにより絶縁膜３４と薄膜３１を除去する。これにより、絶縁膜３４および薄膜３１を貫通して保持基板３０に到達する開口部３１ａを形成する。開口部３１ａでは、保持基板３０が露出する。

次に、図１２に示すように、保持基板（基体）３０の主面３０ａにおいて、絶縁膜３４を除去する。これにより、保持基板３０の主面３０ａでは、薄膜３１が表面に露出する。

次に、図１３に示すように、保持基板（基体）３０の主面３０ａにおいて、緩衝膜（膜部）３３を形成する。前述したように、緩衝膜３３として、有機膜、無機膜または金属膜からなるものを形成することができ、有機膜の材料としては、例えばポリイミドを用いることができる。また、緩衝膜３３の膜厚は、試料１２の厚さにもよるが、試料１２の厚さが例えば２０μｍよりも薄いときは、膜厚の上限値を例えば２０μｍとし、膜厚の下限値を試料の厚さとすることができる。

次に、図１４に示すように、フォトリソグラフィー技術およびエッチングにより、緩衝膜（膜部）３３の一部を除去し、緩衝膜３３からなるパターン３３ａを形成する。

緩衝膜３３からなるパターン３３ａを、平面視において、保持基板（基体）３０の周縁よりも所定の幅寸法ｄ３だけ隔膜１９側に（中央部側に）離れた領域に形成する。これにより、後の工程で、隔膜素子１８ａをダイシングして個片化する際に、緩衝膜３３を、スクライブ領域を位置合わせするための位置合わせマークとして、用いることができる。

さらに、緩衝膜３３からなるパターン３３ａを、開口部３１ａの外周よりも所定の幅寸法ｄ４だけ周縁側に離れた領域に形成する。これにより、緩衝膜３３が、平面視において、開口部３１ａすなわち貫通孔３２と重なる領域に形成されないようにすることができる。つまり、緩衝膜３３が、保持基板３０のうち、貫通孔３２が形成されて厚さが薄くなった強度の小さい部分に形成されないようにすることができる。幅寸法ｄ４については、例えば０〜５００μｍ程度とすることができる。

なお、パターン３３ａを形成した後、樹脂膜（図示は省略）を塗布し、保持基板３０の全面を覆うこともできる。

次に、保持基板（基体）３０に貫通孔３２（図３参照）を形成する。保持基板３０の主面３０ｂにおいて、開口部３１ａが形成された薄膜３１をマスクとして、アルカリ性水溶液からなるエッチング液を用いた異方性エッチングを行い、開口部３１ａに露出した保持基板３０を除去する（エッチングする）。これにより、保持基板３０に主面３０ｂから主面３０ａに到達する貫通孔３２（図３参照）を形成する。

保持基板３０として例えばＳｉ基板を用いる場合、例えば水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液または水酸化テトラメチルアンモニウム（Tetra-methyl-ammonium-hydroxide：ＴＭＡＨ）水溶液などのアルカリ性水溶液からなるエッチング液を用いる。

このようにして保持基板３０に主面３０ｂから主面３０ａに到達する貫通孔３２（図３参照）を形成することで、主面３０ａにおいて貫通孔３２の開口３２ａ（図３参照）を覆うように残された薄膜３１からなる隔膜１９が形成される。その後、保持基板３０をスクライブ領域でダイシングして個片化することで、図３に示したような隔膜素子１８ａが形成される。なお、後述するアタッチメントへの隔膜素子１８ａの装着において、保持基板３０が厚い場合は、ダイシング前に主面３０ｂ面をバックグラインド法などにより薄くして高さ調整してもよい。その場合、主面３０ｂ面は保持基板３０が露出した構造となる。

また、樹脂膜（図示は省略）により保持基板３０の全面が覆われているときは、隔膜１９および緩衝膜３３上にある樹脂膜（図示は省略）を除去する。

なお、貫通孔３２（図３参照）を形成する前に、図１４に示すように主面３０ｂに絶縁膜３４が形成されていたときは、貫通孔３２を形成する前または貫通孔３２を形成した後に、例えばフッ酸（ＨＦ）などのエッチング液により、絶縁膜３４を除去する。

保持基板（基体）３０として基板方位が（１００）または（１１０）であるＳｉ基板を用い、異方性エッチングを行う場合、形成される貫通孔３２の側面が（１１１）面になるため、貫通孔３２を形状精度よく形成することができる。

前述したように、保持基板３０として基板方位が（１００）であるＳｉ基板を用いるときは、保持基板３０の主面３０ａ（または主面３０ｂ）に対して貫通孔３２の側面がなす角が５４〜５５°となる。そのため、隔膜（膜部）１９すなわち貫通孔３２の開口３２ａの幅寸法ｄ１（図３参照）については、主面３０ｂにおいて薄膜３１に形成された開口部３１ａ、すなわち貫通孔３２の幅寸法ｄ２よりも小さくなる。つまり、貫通孔３２の幅寸法ｄ２は、隔膜１９の幅寸法ｄ１よりも大きくなる。

一方、保持基板３０として基板方位が（１１０）であるＳｉ基板を用いるときは、保持基板３０の主面３０ａ（または主面３０ｂ）に対して貫通孔３２の側面がなす角が９０°となる。そのため、貫通孔３２の幅寸法ｄ２が、隔膜（膜部）１９の幅寸法ｄ１と等しくなるので、隔膜素子１８ａを小型化することができる。

なお、緩衝膜（膜部）３３からなるパターン３３ａが、開口部３１ａの外周よりも周縁側に離れた領域に形成されるのは、緩衝膜３３が有する応力が隔膜１９に影響を及ぼすおそれがある場合である。したがって、緩衝膜３３が有する応力が極めて小さい場合には、前述したように、緩衝膜３３からなるパターン３３ａは、平面視において、隔膜１９が形成された領域３０ｃ（図４参照）よりも周縁側に離れた領域であって、開口部３１ａ内の部分にも形成することができる。この場合、緩衝膜３３は、隔膜１９が形成された領域３０ｃよりも例えば１μｍ以上周縁側に離れた領域に形成することができる。

＜隔膜素子の第４変形例＞
図１５は、実施の形態１の第４変形例の隔膜素子を示す要部断面図である。

図３に示したように、実施の形態１の隔膜素子１８ａでは、保持基板３０の主面３０ａにおいて、緩衝膜３３は、薄膜３１上に直接形成されている。一方、図１５に示すように、実施の形態１の第４変形例の隔膜素子（隔膜部材）１８ｅでは、保持基板（基体）３０の主面３０ａにおいて、緩衝膜（膜部）３３は、薄膜３１上に、絶縁膜３４を介して形成されている。すなわち、緩衝膜３３からなるパターン３３ａは、薄膜３１上に、絶縁膜３４からなるパターン３４ａを介して形成されている。絶縁膜３４からなるパターン３４ａは、平面視において、緩衝膜３３からなるパターン３３ａと同一のパターンである。

例えばポリイミドなどの有機膜、無機膜または金属膜からなる緩衝膜３３が、例えばＳｉＮからなる薄膜３１上に直接形成された場合、緩衝膜３３と薄膜３１との間の接着性（密着力）が弱い場合がある。一方、例えばポリイミドなどの有機膜、無機膜または金属膜からなる緩衝膜３３が、例えばＳｉＮからなる薄膜３１上に、例えばＳｉＯ_２などからなる絶縁膜３４を介して形成された場合、緩衝膜３３と薄膜３１との間の接着性（密着力）を向上させることができる。

実施の形態１の隔膜素子１８ａの製造工程では、図１１に示したように開口部３１ａを形成した後、図１２に示したように、保持基板３０の主面３０ａで絶縁膜３４を除去する。

一方、実施の形態１の第４変形例の隔膜素子１８ｅの製造工程では、図１１に示したように開口部３１ａを形成した後、保持基板３０の主面３０ａで絶縁膜３４を除去せずに、保持基板３０の主面３０ａに緩衝膜３３を形成する。そして、フォトリソグラフィー技術およびエッチングにより、緩衝膜３３の一部を除去し、緩衝膜３３からなるパターン３３ａを形成した後、パターン３３ａが形成されていない領域で、絶縁膜３４を除去し、絶縁膜３４からなるパターン３４ａを形成する。

その後は、実施の形態１の隔膜素子１８ａの製造工程と同様に、例えば樹脂膜（図示は省略）を形成し、異方性エッチングにより、開口部３１ａに露出した保持基板３０を除去し（エッチングし）、貫通孔３２を形成する。これにより、図１５に示した隔膜素子１８ｅが形成される。

＜隔膜素子の第５変形例＞
図１６は、実施の形態１の第５変形例の隔膜素子を示す要部断面図である。

図１５に示したように、実施の形態１の第４変形例の隔膜素子１８ｅでは、絶縁膜３４からなるパターン３４ａは、平面視において、緩衝膜３３からなるパターン３３ａと同一のパターンである。

一方、実施の形態１の第５変形例の隔膜素子（隔膜部材）１８ｆでは、図１６に示すように、絶縁膜３４からなるパターン３４ｂは、緩衝膜３３からなるパターン３３ａが形成された領域より幅寸法ｄ５だけ隔膜１９側の（中央部側の）領域まで形成されている。なお、上記したパターン３４ｂが形成されている領域は、隔膜（膜部）１９が形成された領域３０ｃ（図４参照）よりも周縁側に離れ、かつ、保持基板（基体）３０の周縁よりも中央部側に離れた領域に含まれている。

このような構造により、実施の形態１の第４変形例の隔膜素子１８ｅよりも、絶縁膜３４が形成される領域が、隔膜１９側に（中央部側に）拡張される。そして、緩衝膜３３に加え、拡張された領域に形成された絶縁膜３４も、隔膜１９と試料１２とが接触することを防止する。したがって、隔膜素子１８ｆは、隔膜素子１８ｅに比べ、隔膜１９と試料１２とが接触することを防止する機能をさらに強化することができる。

＜隔膜素子の第６変形例＞
図１７は、実施の形態１の第６変形例の隔膜素子を示す要部断面図である。

図１７に示すように、実施の形態１の第６変形例の隔膜素子（隔膜部材）１８ｇは、実施の形態１の隔膜素子（隔膜部材）１８ａにおいて、緩衝膜（膜部）３３からなるパターン３３ａ上に、導電膜からなるシール膜（膜部）３５が形成されたものである。すなわち、導電膜からなるシール膜３５は、緩衝膜３３からなるパターン３３ａの表面に形成されている。このような構造により、試料１２から放出された二次荷電粒子が緩衝膜３３または隔膜１９に蓄積されることを防止することができ、検出器１３により二次荷電粒子が検出される感度が低下することを防止することができる。つまり、緩衝膜３３または隔膜１９に二次荷電粒子が蓄積されることによる感度低下を防止することができる。

また、シール膜３５は、保持基板（基体）３０の側面３０ｆにも形成されていてもよい。すなわち、シール膜３５は、緩衝膜３３からなるパターン３３ａの表面、および保持基板３０の側面３０ｆに、一体として形成されている。これにより、後述する実施の形態２で説明するように、緩衝膜３３または隔膜１９に二次荷電粒子が蓄積されることによる感度低下をさらに防止することができる。また、側面３０ｆにシール膜３５が形成されていない場合は、筐体３とシール膜３５が導通するように銀ペーストまたは導電シールなどを用いて、緩衝膜３３や隔膜１９に二次荷電粒子が蓄積することを防止する。

シール膜３５として、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、クロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、またはモリブデン（Ｍｏ）などの金属からなる導電膜を用いることができる。あるいは、シール膜３５として、窒化タングステン（ＷＮ）、もしくは窒化チタン（ＴｉＮ）などの金属窒化物、または珪化タングステン（ＷＳｉ）、もしくは珪化ニッケル（ＮｉＳｉ）などの金属化合物からなる導電膜を用いることができる。

実施の形態１の第６変形例の隔膜素子１８ｇの製造工程では、実施の形態１の隔膜素子１８ａを製造した後、隔膜１９をマスクするように遮蔽板を配置した状態で、例えばスパッタ法または蒸着法により、導電膜からなるシール膜３５を形成する。

＜隔膜素子の第７変形例＞
図１８は、実施の形態１の第７変形例の隔膜素子を示す要部断面図である。

図１８に示すように、実施の形態１の第７変形例の隔膜素子（隔膜部材）１８ｈは、実施の形態１の第４変形例の隔膜素子（隔膜部材）１８ｅにおいて、緩衝膜（膜部）３３からなるパターン３３ａ上に、導電膜からなるシール膜（膜部）３５が形成されたものである。すなわち、導電膜からなるシール膜３５は、緩衝膜３３からなるパターン３３ａの表面に形成されている。このような構造により、実施の形態１の第４変形例の隔膜素子１８ｅと同様に、緩衝膜３３と薄膜３１との間の接着性（密着力）を向上させることができる。また、このような構造により、実施の形態１の第６変形例の隔膜素子１８ｇと同様に、二次荷電粒子が検出される感度が低下することを防止することができる。

また、実施の形態１の第６変形例と同様に、シール膜３５は、保持基板（基体）３０の側面３０ｆにも形成されていてもよい。

シール膜３５として、実施の形態１の第６変形例と同様に、Ａｌ、Ｃｕ、Ｗ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｎｉ、またはＭｏなどの金属からなる導電膜を用いることができる。あるいは、シール膜３５として、実施の形態１の第６変形例と同様に、ＷＮ、もしくはＴｉＮなどの金属窒化物、またはＷＳｉ、もしくはＮｉＳｉなどの金属化合物からなる導電膜を用いることができる。

実施の形態１の第７変形例の隔膜素子１８ｈの製造工程では、実施の形態１の第４変形例の隔膜素子１８ｅを製造した後、隔膜１９をマスクするように遮蔽板を配置した状態で、例えばスパッタ法または蒸着法により、導電膜からなるシール膜３５を形成する。

なお、実施の形態１の第４変形例の隔膜素子（隔膜部材）１８ｅに代え、実施の形態１の第５変形例の隔膜素子（隔膜部材）１８ｆにおいて、緩衝膜３３からなるパターン３３ａ上に、導電膜からなるシール膜３５を形成することもできる。

＜荷電粒子線装置による観察工程＞
次に、本実施の形態１の荷電粒子線装置による観察工程について説明する。図１９は、実施の形態１の荷電粒子線装置による観察工程の一部を示すフロー図である。

初めに、真空室４を排気する（ステップＳ１１）。このステップＳ１１では、例えば制御部１５により制御された真空ポンプ（排気部）６により、真空配管７を介して、荷電粒子光学鏡筒２および筐体３により区画された真空室４を排気し、真空室４の内部の圧力を真空に減圧する。したがって、真空室４は、真空室４の内部の圧力が真空室４の外部の圧力よりも減圧された状態、すなわち、真空室４の内部と外部との間に圧力差が生じている状態に、維持される。

次に、試料１２を試料ステージ（保持部）２２により保持する（ステップＳ１２）。このステップＳ１２では、試料１２を試料ステージ２２に載せて保持する。また、試料ステージ（保持部）２２または試料ステージ２２に保持された試料１２が隔膜素子（隔膜部材）１８ａに接触しないように、例えば制御部１５により制御されたＺ軸駆動部２４により、試料ステージ２２のＺ軸方向の高さ位置を十分に下げておく。

次に、荷電粒子線を発生させる（ステップＳ１３）。このステップＳ１３では、例えばフィラメントを含む電子銃からなる荷電粒子源９により、荷電粒子線を発生させる。

次に、試料１２の観察を開始する（ステップＳ１４）。このステップＳ１４では、荷電粒子光学系１０の光学レンズ１１の条件等を調整し、パーソナルコンピュータ１６に試料１２の画像を映し、観察を開始する。なお、最初は、次の焦点合わせがスムーズに行えるように、倍率を低倍率にしておく。

次に、Ｚ軸調整による焦点合わせを行う（ステップＳ１５）。このステップＳ１５では、試料１２の画像を観察しながらＺ軸駆動部２４を用いて試料１２の高さ位置を徐々に上昇させ、試料１２が鮮明に観察されるように、焦点を合わせる。

次に、Ｘ、Ｙ軸調整により所望の観察場所の設定を行う（ステップＳ１６）。このステップＳ１６では、試料１２の画像を観察しながらＸ、Ｙ軸駆動部２５を用いて、所望の観察場所に試料１２を移動させる。

次に、倍率調整および焦点微調整を行う（ステップＳ１７）。このステップＳ１７では、倍率の調整、および、Ｚ軸駆動部２４の微調整を行う。

次に、画像取得を開始する（ステップＳ１８）。このステップＳ１８では、画像取得のスイッチを押し、パーソナルコンピュータ１６により画像を取得し、取得した画像を保存する。そして、この作業を複数回繰り返すことで、試料１２について、所望の観察を行い、画像の取得を行う。

次に、試料１２を取り出す（ステップＳ１９）。このステップＳ１９では、観察が終了した後、Ｚ軸駆動部２４を用いて試料１２の高さ位置を下降させ、試料１２を隔膜素子１８ａから遠ざけた後、試料ステージ（保持部）２２から試料１２を取り出す。また、次の試料を観察する場合は、次の試料に対してステップＳ１２〜ステップＳ１９の作業を繰り返す。

なお、図１９に示した観察工程のフローは、荷電粒子線装置の操作の一例を示したものであり、各工程の順序は、図１９に示した順序に限定されない。したがって、ステップＳ１１〜ステップＳ１９の各工程の順序を、適宜変更することができる。

＜隔膜の破損について＞
例えば上記特許文献１に記載されたＳＥＭと同様な構造を有するＳＥＭでは、試料は隔膜に載せられる。この場合、隔膜が薄いため、隔膜の面積を大きくすることが難しく、試料を観察できる範囲は隔膜が形成された領域のみとなる。したがって、観察したい部分が隔膜に載るまで、試料を何回も隔膜に載せ直す必要がある。また、隔膜が薄いため、試料を交換する時、または、試料を隔膜に載せ直す時に、隔膜が破損するおそれがある。隔膜が破損した場合に、下方に配置された荷電粒子光学鏡筒に試料または大気が入り込み、荷電粒子源が故障するおそれがある。

一方、上記特許文献２に記載されたＳＥＭと同様な構造を有するＳＥＭでは、試料が隔膜に載せられて保持される構造ではないため、試料を保持することによる隔膜の破損のおそれは少ない。また、隔膜素子に対して試料を移動させることができるため、試料を何回も隔膜に載せ直す必要はない。

しかし、高分解能で試料を観察する際に、高倍率で焦点を合わせるため、試料ステージを移動させ、試料ステージに保持されている試料を隔膜素子に近づける必要がある。試料を隔膜素子に近づける際には、例えば使用者が画像を観察しながら試料ステージを移動させることにより、隔膜と試料とが接触しないように注意しながら作業を行う。しかし、隔膜から数十μｍの距離まで試料を近づけることもあるため、使用者が注意しながら作業を行ったとしても、隔膜と試料とが接触しやすく、隔膜が破損しやすい。

また、隔膜素子を荷電粒子線装置に取り付ける際、または、交換する際に、隔膜素子が他の部材の上に落下するか、または、他の部材に近づくことで、隔膜と他の部材とが接触しやすく、隔膜が破損しやすい。

特に、試料が配置された空間が大気圧下などの非真空状態に維持され、試料が配置された空間の圧力が真空室の圧力よりも大きい場合には、隔膜素子と試料との間に存在するガスの組成または圧力の変化により、焦点距離が変動する。つまり、真空室の外部の圧力が、真空室の内部の圧力よりも大きく、真空室の内部と外部との間で圧力差がある場合には、焦点距離が変動しやすい。そのため、観察画像を撮像する都度、隔膜素子と試料との距離を調整する必要があり、さらに隔膜と試料とが接触しやすくなり、さらに隔膜が破損しやすくなる。

前述したように、上記特許文献２には、非真空環境で物体を観察するＳＥＭにおいて、ＳＴＥＭモードでは、アパーチャの周りに配置される、高さが動作距離を決定するスペーサを使用して、最大分解能を得るように制御する技術が記載されている。

しかし、特許文献２に記載された技術は、試料を透過する電子線を検出するＳＴＥＭモードを用いた測定方法に関するものであり、試料とスペーサとを接触させ、スペーサの高さによって動作距離を決定し、最大分解能を達成するものである。また、特許文献２に記載されたＳＥＭにおいて、アパーチャの周りに配置されるスペーサは、隔膜と試料との距離を一定に保つものであり、隔膜と試料とが接触することを防止するものではない。

したがって、観察画像を撮像する都度、隔膜と試料との距離を調整する必要がある場合には、特許文献２に記載された、隔膜と試料との距離を一定の高さのスペーサにより決定する方法によっては、隔膜と試料とが接触することを防止することはできない。

このように、隔膜と試料とが接触しやすい場合、隔膜が破損しやすくなり、高分解能で安定して観察画像を撮像することができないため、荷電粒子線装置の性能が低下する。

＜本実施の形態の主要な特徴と効果＞
一方、本実施の形態１の荷電粒子線装置１では、隔膜素子１８ａには、真空室４の内部の圧力が真空室４の外部の圧力よりも減圧された状態で、真空室４の内部と外部とを気密に隔離するとともに、荷電粒子線を透過させる隔膜１９が形成されている。また、隔膜素子１８ａには、試料ステージ（保持部）２２に保持されている試料１２と隔膜１９とが接触することを防止する緩衝膜（膜部）３３が、Ｚ軸方向に沿って、隔膜１９よりも試料１２側に（試料ステージ２２側に）位置するように、形成されている。

このように、隔膜素子１８ａに緩衝膜３３が形成されていることにより、試料１２が隔膜素子１８ａに近づいたときは、緩衝膜３３と試料１２が接触する。そのため、隔膜１９と試料１２とが接触することを防止することができ、隔膜１９が破損することを防止することができる。したがって、高分解能で安定して観察画像を撮像することができるため、荷電粒子線装置の性能が向上する。

また、隔膜素子１８ａを荷電粒子線装置に取り付ける際、または、交換する際に、隔膜素子１８ａが他の部材の上に落下したとき、または、他の部材に近づいたときも、緩衝膜３３と他の部材とが接触する。そのため、隔膜１９と他の部材とが接触することを防止することができ、隔膜１９が破損することを防止することができる。

特に、試料１２が配置された空間が大気圧下などの非真空状態に維持され、試料１２が配置された空間の圧力が真空室４の圧力よりも大きい場合には、隔膜素子１８ａと試料１２との間に存在するガスの組成または圧力の変化により、焦点距離が変動する。つまり、真空室４の外部の圧力が、真空室４の内部の圧力よりも大きく、真空室４の内部と外部との間で圧力差がある場合には、焦点距離が変動しやすい。そのため、観察画像を撮像する都度、隔膜素子１８ａと試料１２との距離を調整する必要がある。

このような場合には、特許文献２に記載された、隔膜と試料との距離を一定の高さのスペーサにより決定する方法によっては、隔膜と試料とが接触することを防止することはできない。しかし、本実施の形態１の隔膜素子１８ａを用いることで、隔膜１９と試料１２とが接触することを防止する効果が大きくなる。

（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２の荷電粒子線装置について説明する。本実施の形態２の荷電粒子線装置は、隔膜素子（隔膜部材）が、保持基板（基体）を装着するアタッチメントを含み、保持基板が装着されたアタッチメントが筐体の下面部に取り付けられるものである。したがって、本実施の形態２の荷電粒子線装置のうち、アタッチメント以外の各部分については、実施の形態１の荷電粒子線装置における各部分と同一であり、その説明を省略する。また、本実施の形態２の荷電粒子線装置のうちアタッチメント以外の部分による効果についても、実施の形態１の荷電粒子線装置による効果と同一であり、その説明を省略する。

なお、以下では、隔膜素子として、図１８に示した実施の形態１の第７変形例の隔膜素子（隔膜部材）１８ｈを用いる例について説明する。しかし、隔膜素子１８ｈに代え、実施の形態１の隔膜素子１８ａ、および、実施の形態の第１変形例〜第６変形例の隔膜素子１８ｂ〜１８ｇを用いることもできる。

図２０は、実施の形態２の荷電粒子線装置のうち、隔膜素子および試料ステージの周辺の構造を示す図である。図２１は、実施の形態２のアタッチメントを試料側から見た平面図である。図２２は、図２１のＢ−Ｂ線に沿った要部断面図である。

図２０〜図２２に示すように、本実施の形態２の荷電粒子線装置１ａにおいて、隔膜素子１８ｈの保持基板３０は、アタッチメント（隔膜保持部材、装着体）４０に容易に着脱可能に装着される。また、筐体３の下面部（真空室４の壁部）３ａには、アタッチメント（装着体）４０を支持する支持部４１が形成されている。支持部４１と、アタッチメント４０とは、互いに対応した凹凸形状を含む断面形状を有している。そして、アタッチメント４０を、図２０において紙面手前側から紙面奥側に向かってスライドさせることで、アタッチメント４０を、落下させることなく容易に支持部４１に取り付けることができる。つまり、保持基板３０が装着されたアタッチメント４０が支持部４１（筐体３の下面部３ａ）に取り付けられることで、隔膜素子１８ｈが筐体３の下面部３ａに取り付けられる。

筐体３の下面部３ａであって、図２０における支持部４１の紙面奥側には、アタッチメント４０を所定の位置に止めるためのストッパ（図示は省略）が設けられている。ストッパ（図示は省略）は、アタッチメント４０が所定の位置に止められたときに、筐体３の下面部３ａに形成された開口部３ｂと、アタッチメント４０に保持基板３０が装着された隔膜素子１８ｈの隔膜（膜部）１９とが、平面視において、重なるように、設けられている。

アタッチメント（装着体）４０は、好適には、金属を含む材料からなる。アタッチメント４０の材料として、金属を含む材料を用いることで、アタッチメント４０と筐体３とを電気的に低抵抗で接続することができ、アタッチメント４０の電位と筐体３の電位とを等電位とすることができる。さらに、筐体３が接地されており、筐体３の電位が０電位（アース）であるときは、アタッチメント４０の電位を０電位（アース）とすることができる。

筐体３とアタッチメント４０との間には、シール部材４２が設けられている。シール部材４２は、筐体３とアタッチメント４０の間を気密にシールする。シール部材４２として、例えばＯリングを用いることができる。あるいは、シール部材４２を設けることに代え、筐体３とアタッチメント４０との間に真空グリースを塗った状態で筐体３とアタッチメント４０とを接触させることで、筐体３とアタッチメント４０の間を気密にシールすることもできる。

図２１および図２２に示すように、アタッチメント（装着体）４０は、主面４０ａ、および、主面４０ａと反対側の主面４０ｂを有する。主面４０ａ側において、アタッチメント４０の中央部には、凹部４３が設けられており、隔膜素子（隔膜部材）１８ｈの保持基板３０は、凹部４３に容易に着脱可能に装着される。図２１における凹部４３の上側、左側には、それぞれ、図２１における上下方向、左右方向にスライド移動可能な押さえ冶具４４、４５が設けられており、押さえ冶具４４、４５には、押さえ冶具４４、４５を固定するためのネジ４６、４７が設けられている。

また、凹部４３の底面と、凹部４３に装着されている保持基板３０との間には、シール部材４８が設けられている。シール部材４８は、アタッチメント４０と保持基板３０との間を気密にシールする。シール部材４８として、好適には、アタッチメント４０と保持基板３０との間を気密にシールすることができ、アタッチメント４０と保持基板３０とに損傷を与えないように、柔らかい材料を用いることができ、例えばＯリングを用いることができる。あるいは、シール部材４８を設けることに代え、アタッチメント４０と保持基板３０との間に真空グリースを塗った状態で接触させることで、アタッチメント４０と保持基板３０との間を気密にシールすることもできる。

隔膜素子１８ｈの保持基板３０をアタッチメント４０に装着するときは、保持基板３０を凹部４３に装着し、押さえ冶具４４、４５をスライドさせることで、保持基板３０を、凹部４３に対して、それぞれ図２１における下側、右側に押し当てる。そして、保持基板３０を凹部４３に対して押し当てた状態で、ネジ４６、４７により保持基板３０を固定する。この押さえ冶具４４、４５を設けたアタッチメント４０を用いることにより、隔膜素子１８ｈを交換した場合でも、隔膜１９の位置を、常にアタッチメント４０の中心の位置に合わせることができる。そのため、アタッチメント４０と支持部４１とを組み合わせて用いることで、荷電粒子線が常に隔膜１９の中心を通るようになり、試料１２を観察するまでの調整時間を短縮することができる。

図２１において、アタッチメント４０の中央部よりも左右両側の部分には、ガイド４９が設けられている。ガイド４９は、保持基板３０が装着されたアタッチメント４０を、落下させることなく支持部４１に取り付けるためのものである。ガイド４９は、図２０を用いて前述したように、支持部４１と、アタッチメント４０とが、互いに対応した凹凸形状を含む断面形状を有するように形成されている。

図２２に示すように、保持基板（基体）３０が凹部４３に装着されたとき、好適には、保持基板３０の主面３０ａが、アタッチメント４０の主面４０ａと同一面を形成するか、または、主面３０ａが主面４０ａ上に突出する。これにより、試料ステージ（保持部）２２に保持されている試料１２とアタッチメント４０の主面４０ａとが接触することを防止することができる。

隔膜素子として、図１８に示した隔膜素子１８ｈまたは図１７に示した隔膜素子１８ｇを用いる場合、押さえ冶具４４、４５は、好適には、導電性の材料からなる。押さえ冶具４４、４５の材料として、導電性の材料を用いることで、シール膜（膜部）３５、押さえ冶具４４、４５およびアタッチメント４０を電気的に低抵抗で接続することができる。これにより、試料１２から放出された二次荷電粒子のうち隔膜１９を透過または通過しなかったものを、シール膜３５、押さえ冶具４４、４５およびアタッチメント４０を介して隔膜素子の外部に逃がすことができる。そのため、緩衝膜３３または隔膜１９に二次荷電粒子が蓄積されることによる感度低下を防止することができる。

また、図１８に示した隔膜素子１８ｈまたは図１７に示した隔膜素子１８ｇにおいて、シール膜３５が保持基板（基体）３０の側面３０ｆにも形成されている場合、シール膜３５と押さえ冶具４４、４５とを電気的にさらに低抵抗で接続することができる。そのため、緩衝膜３３または隔膜１９に二次荷電粒子が蓄積されることによる感度低下をさらに防止することができる。

（実施の形態３）
次に、本発明の実施の形態３の荷電粒子線装置について説明する。本実施の形態３の荷電粒子線装置は、実施の形態１の荷電粒子線装置に、ガスを供給する供給部を追加したものである。したがって、本実施の形態３の荷電粒子線装置のうち、供給部以外の各部分については、実施の形態１の荷電粒子線装置における各部分と同一であり、その説明を省略する。また、本実施の形態３の荷電粒子線装置のうち供給部以外の部分による効果についても、実施の形態１の荷電粒子線装置による効果と同一であり、その説明を省略する。

図２３は、実施の形態３の荷電粒子線装置の全体構成図である。

図２３に示すように、本実施の形態３の荷電粒子線装置１ｂでは、隔膜素子（隔膜部材）１８ａと試料１２との間にガスを供給する供給部５０が設けられている。供給部５０は、ガスボンベ５１、ガス供給管５２およびガス制御用バルブ５３を有する。ガスボンベ５１は、真空室４の外部に設けられている。ガス供給管５２の一端は、ガスボンベ５１に接続されており、ガス供給管５２の他端は、隔膜素子１８ａの付近で開口している。ガス供給管５２の途中には、ガス制御用バルブ５３が設けられており、ガス制御用バルブ５３の開閉動作および開度は、制御部１５により制御される。

このような構成において、制御部１５によりガス制御用バルブ５３の開閉動作および開度を制御することで、隔膜素子１８ａと試料１２との間に、ガス供給管５２を介してガスを供給することができる。

なお、ガスボンベ５１については、荷電粒子線装置１ｂの一部として用意されたものを用いてもよいが、荷電粒子線装置１ｂとは別に用意されたものを用いてもよい。

隔膜素子１８ａと試料１２との間に空気が存在する場合、隔膜（膜部）１９を透過または通過した一次荷電粒子線および試料１２から放出された二次荷電粒子が、空気に含まれる気体分子により散乱される。そのため、試料１２に到達する一次荷電粒子線の量が減少し、検出器１３に到達する二次荷電粒子の量が減少する。一方、隔膜（膜部）１９と試料１２との間に、例えば空気の平均分子量よりも小さい分子量を有する気体分子からなるガス、すなわち空気よりも軽いガスを供給することで、一次荷電粒子線および二次荷電粒子が散乱される確率を小さくすることができる。これにより、試料１２に到達する一次荷電粒子線の量を増加させることができ、検出器１３に到達する二次荷電粒子の量を増加させることができる。

したがって、供給部５０により供給するガスとして、例えば窒素（Ｎ_２）ガスまたは水蒸気ガスなどの、空気よりも軽いガスを用いることができ、これにより、画像のＳ／Ｎ比を改善することができる。また、供給部５０により供給するガスとして、好適には、例えばヘリウム（Ｈｅ）ガスまたは水素（Ｈ_２）ガスなどの、Ｎ_２ガスまたは水蒸気ガスの分子量よりも小さい分子量を有するガスを用いることができる。このようなガスを用いることで、画像のＳ／Ｎ比をさらに改善することができる。

なお、本実施の形態３の荷電粒子線装置１ｂによる観察工程は、図１９のステップＳ１５〜ステップＳ１８の工程を、隔膜素子１８ａと試料１２との間にガスを供給しながら行う点を除き、実施の形態１の荷電粒子線装置１による観察工程と同様に行うことができる。

（実施の形態４）
次に、本発明の実施の形態４の荷電粒子線装置について説明する。実施の形態１の荷電粒子線装置は、荷電粒子光学鏡筒および筐体を備えており、真空室が荷電粒子光学鏡筒および筐体により区画されていた。それに対して、本実施の形態４の荷電粒子線装置は、荷電粒子光学鏡筒および第１筐体に加え、第２筐体を備えており、第１筐体に第２筐体を装着することで、荷電粒子光学鏡筒、第１筐体および第２筐体により真空室が区画される。

なお、以下では、本実施の形態４の荷電粒子線装置を卓上型の走査型電子顕微鏡に適用した例について説明する。しかし、本実施の形態４の荷電粒子線装置が、イオン顕微鏡など、他の各種の荷電粒子線装置に適用できることはいうまでもない。

＜走査型電子顕微鏡の構成＞
図２４は、実施の形態４の走査型電子顕微鏡の全体構成図である。

図２４に示すように、本実施の形態４の走査型電子顕微鏡（荷電粒子線装置）１ｃには、荷電粒子光学鏡筒２、筐体３ｃおよび筐体部材（荷電粒子線装置用部材）５６が設けられている。筐体部材５６は、筐体５５、隔膜素子（隔膜部材）１８ａ、試料ステージ（保持部）２２、Ｚ軸駆動部２４および蓋部材５７を含む。筐体３ｃに筐体部材５６の筐体５５を装着することで、荷電粒子光学鏡筒２、筐体３ｃおよび筐体５５により真空室４ａが区画される。

実施の形態１における荷電粒子光学鏡筒２と同様に、本実施の形態４における荷電粒子光学鏡筒２も、例えば筐体３ｃの上側に、荷電粒子光学鏡筒２の下部が筐体３ｃの内部に突出するように、設けられている。荷電粒子光学鏡筒２は、シール部材（Ｏリング）５を介して筐体３ｃに取り付けられており、筐体５５は、シール部材（Ｏリング）５ａを介して筐体３ｃに取り付けられている。したがって、荷電粒子光学鏡筒２、筐体３ｃおよび筐体５５により区画された真空室４ａは、気密に設けられている。

図２４に示す例では、筐体３ｃの例えば側面部３ｄに開口部３ｅが設けられている。筐体５５は、例えば開口部３ｅを塞ぐように設けられた側面部５５ａと、側面部５５ａと一体に設けられており、筐体３ｃの開口部３ｅから、筐体３ｃの中央部に向かって引っ込むように設けられた凹部５５ｂとを有する。凹部５５ｂは、筐体５５が筐体３ｃに取り付けられときに、凹部５５ｂにより区画された試料室５８が、荷電粒子光学鏡筒２の下方に位置するように、設けられている。

筐体５５には、蓋部材５７が設けられている。蓋部材５７は、筐体５５に着脱可能に取り付けられるものであり、筐体５５に蓋部材５７を取り付けることで、筐体５５および蓋部材５７により、試料室５８が区画される。また、試料室５８の内部の空間は、真空室４ａの外部の空間である。蓋部材５７は、筐体５５にシール部材（Ｏリング）５９を介して取り付けられている。したがって、筐体５５および蓋部材５７により区画された試料室５８は、気密に設けられている。

図２４に示す例では、蓋部材５７は、筐体５５の側面部５５ａにシール部材５９を介して取り付けられており、試料室５８は、蓋部材５７および凹部５５ｂにより区画される。また、蓋部材５７は、後述する図２６を用いて説明するように、図２４に示す位置から左側にスライドする（移動する）ことで、筐体５５から取り外された状態となる。

荷電粒子光学鏡筒２、筐体３ｃおよび筐体５５により区画された真空室４ａの外部には、真空ポンプ（排気部）６が設けられている。真空ポンプ６は、荷電粒子光学鏡筒２および筐体３ｃに、真空配管７により接続されている。すなわち、真空ポンプ６は、真空室４ａに接続されている。

走査型電子顕微鏡（荷電粒子線装置）１ｃの使用時には、真空室４ａは、真空ポンプ６により排気され、真空室４ａの内部の圧力が真空に減圧される。すなわち、真空室４ａは、真空ポンプ６により排気され、真空室４ａの内部の圧力が、真空室４ａの外部の圧力よりも減圧された状態に、維持される。

なお、本実施の形態４でも、実施の形態１と同様に、真空ポンプ６は１つのみ示されているが、２つ以上あってもよい。

本実施の形態４でも、実施の形態１と同様に、筐体３ｃには、リークバルブ８が設けられている。リークバルブ８は、荷電粒子光学鏡筒２、筐体３ｃおよび筐体５５により区画された真空室４ａを大気開放するためのものである。

荷電粒子光学鏡筒２、制御系１４の構成は、それぞれ実施の形態１の荷電粒子線装置１における荷電粒子光学鏡筒２、制御系１４と同様にすることができる。また、実施の形態１と同様に、荷電粒子光学鏡筒２のうち筐体３ｃの内部に突出した部分には、検出器１３が設けられている。

＜試料室の内部＞
筐体５５であって、真空室４ａと試料室５８とを区画する部分には、実施の形態１と同様に、隔膜素子（隔膜部材）１８ａが設けられている。図２４に示す例では、筐体５５の凹部（真空室４ａの壁部）５５ｂであって、荷電粒子光学鏡筒２の下方に位置する部分に、隔膜素子１８ａが設けられている。隔膜素子１８ａは、一次荷電粒子線を透過または通過させる隔膜１９を含み、真空室４ａの内部と試料室５８の内部とを気密に隔離する。

本実施の形態４では、隔膜素子として、実施の形態１と同様に、隔膜素子１８ａを用いる場合を、代表例として説明する。しかし、隔膜素子として、隔膜素子１８ａに代え、実施の形態１の第１変形例〜第７変形例で説明した隔膜素子１８ｂ〜１８ｈを用いることができる。

図２４に示す例では、隔膜素子１８ａの保持基板は、実施の形態２と同様に、アタッチメント（隔膜保持部材、装着体）４０に容易に着脱可能に装着される。また、筐体５５の凹部５５ｂには、実施の形態２と同様に、アタッチメント４０を支持する支持部４１が形成されている。

なお、隔膜素子１８ａを筐体５５に取り付ける方法は、アタッチメント４０を用いる方法に限られない。例えば、実施の形態１で説明したように、隔膜素子１８ａは、隔膜１９の周囲の部分が、接着部材２１（図２参照）により筐体５５の凹部５５ｂに形成された開口部の周囲の部分に接着されることで、筐体５５に取り付けられていてもよい。

真空室４ａの外部であって試料室５８の内部には、試料ステージ（保持部）２２が設けられている。実施の形態１と同様に、試料ステージ２２は、試料１２を保持するためのものである。本実施の形態４では、試料ステージ２２は、支持体６０上に組み立てられており、支持体６０は、蓋部材５７に取り付けられている。したがって、試料ステージ２２は、蓋部材５７に取り付けられている。

また、試料室５８の内部には、Ｚ軸駆動部２４およびＸ、Ｙ軸駆動部２５が設けられている。Ｚ軸駆動部２４は、実施の形態１と同様に、試料ステージ２２を例えば鉛直方向であるＺ軸方向に移動駆動し、試料ステージ２２の高さ位置を変えることで、試料ステージ２２に保持されている試料１２と隔膜素子１８ａとのＺ軸方向に沿った距離を調整する。Ｘ、Ｙ軸駆動部２５は、実施の形態１と同様に、試料ステージ２２を例えば水平面内で互いに交差する２方向であるＸ軸方向およびＹ軸方向に移動駆動することで、試料ステージ２２に保持されている試料１２を、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に移動させる。

蓋部材５７は、前述したように、筐体５５に着脱可能に取り付けられるものである。具体的には、蓋部材５７は、例えば底板６１、および、底板６１に固定支持されている筐体５５に対して、スライド可能に（引き出し可能に）設けられている。このような構成により、後述する図２６を用いて説明するように、蓋部材５７を図２４中左側方向にスライドさせることで試料ステージ２２を試料室５８の外部に引き出すことができ、試料ステージ２２により保持する試料１２を交換することができる。

また、蓋部材５７は、前述したように、筐体５５とシール部材（Ｏリング）５９を介して取り付けられることで、筐体５５に対して固定されるため、試料１２を観察している間、支持板６０が動かないように設計されている。

図２４に示すように、本実施の形態４の走査型電子顕微鏡（荷電粒子線装置）１ｃでは、隔膜素子（隔膜部材）１８ａと試料１２との間にガスを供給する供給部５０ａが設けられている。供給部５０ａは、ガスボンベ５１、ガス供給管５２、ガス制御用バルブ５３、圧力計６３および圧力調整弁６４を有する。ガスボンベ５１は、真空室４ａの外部に設けられている。ガス供給管５２の一端は、ガスボンベ５１に接続されており、ガス供給管５２の他端は、試料室５８の内部であって隔膜素子１８ａの付近で開口している。ガス供給管５２の途中には、ガス制御用バルブ５３が設けられている。ガス制御用バルブ５３および圧力調整弁６４の開閉動作および開度は、圧力計６３の測定値に基づいて、制御部１５により制御される。

このような構成において、制御部１５によりガス制御用バルブ５３の開閉動作および開度を制御することで、隔膜素子１８ａと試料１２との間に、ガス供給管５２を介してガスを供給することができる。また、制御部１５により圧力調整弁６４の開閉動作および開度を制御することで、試料室５８の内部を、ガス供給管５２を介して供給されたガスで容易に置換することができる。

なお、ガスボンベ５１については、走査型電子顕微鏡１ｃの一部として用意されたものを用いてもよいが、走査型電子顕微鏡１ｃとは別に用意されたものを用いてもよい。

実施の形態３で前述したように、隔膜（膜部）１９と試料１２との間に、空気よりも軽いガスを供給することで、隔膜１９を透過または通過した一次荷電粒子線および試料１２から放出された二次荷電粒子が散乱される確率を小さくすることができる。これにより、試料１２に到達する一次荷電粒子線の量を増加させることができ、検出器１３に到達する二次荷電粒子の量を増加させることができる。

したがって、供給部５０ａにより供給するガスとして、例えば窒素（Ｎ_２）ガスまたは水蒸気ガスなどの、空気よりも軽いガスを用いることができ、これにより、画像のＳ／Ｎ比を改善することができる。また、供給部５０ａにより供給するガスとして、好適には、例えばＨｅガスまたはＨ_２ガスなどの、Ｎ_２ガスまたは水蒸気ガスの分子量よりも小さい分子量を有するガスを用いることができ、これにより、画像のＳ／Ｎ比をさらに改善することができる。

このように、供給部５０ａにより供給するガスとして、空気よりも軽いガスを用いる場合には、供給されたガスは、試料室５８の内部のうち上部に溜まりやすい。したがって、好適には、圧力調整弁６４は、蓋部材５７の下部に設けられる。また、供給部５０ａによるガスの供給を開始する際に、ガス供給管５２からのガスを供給するとともに、圧力調整弁６４を開けて試料室５８の内部から空気を排出する。これにより、試料室５８の内部を、供給部５０ａにより供給されたガスで容易に置換することができる。

あるいは、圧力調整弁６４に代えて、三方弁を設け、三方弁の一方を真空ポンプ（排気部）６と接続してもよい。このとき、試料室５８には、三方弁を介して真空ポンプ６が接続される。また、供給部５０ａによるガスの供給を開始する前に、ガス制御用バルブ５３を閉じた状態で、三方弁を切り替えて真空ポンプ６により試料室５８を排気し、その後、ガス制御用バルブ５３を開く。これにより、試料室５８の内部を、供給部５０ａにより供給されたガスでさらに容易に置換することができる。

なお、試料室５８に真空ポンプ６を接続する場合には、試料室５８の内部の圧力が、真空室４ａの内部の圧力よりは高いが、大気圧よりも減圧された状態で、試料１２の観察をすることができる。すなわち、試料室５８の内部の圧力が、真空室４ａの内部の圧力との間に圧力差があるものの、大気圧よりも減圧された状態で、試料１２の観察をすることができる。

本実施の形態４では、筐体部材５６全体が走査型電子顕微鏡（荷電粒子線装置）１ｃに取り付け可能に設けられており、筐体５５が筐体３ｃに取り付け可能に設けられている。また、筐体５５を筐体３ｃに取り付けることで、荷電粒子光学鏡筒２、筐体３ｃおよび筐体５５により区画される真空室４ａが気密に設けられる。真空ポンプ６により真空室４ａの内部の圧力が試料室５８の内部の圧力よりも減圧された状態で、真空室４ａの内部を通り、筐体５５に設けられた隔膜素子１８ａを透過した一次荷電粒子線を、試料室５８の内部で保持されている試料１２に走査して照射する。

また、本実施の形態４では、真空状態で試料を観察するための真空ＳＥＭに、筐体部材５６をオプションとして装着することで、既設の真空ＳＥＭを、大気圧下などの非真空状態で試料を観察するための非真空ＳＥＭに、容易に改良することができる。したがって、非真空ＳＥＭを導入する際に必要なコストを低減することができる。

＜走査型電子顕微鏡による観察工程＞
次に、本実施の形態４の走査型電子顕微鏡１ｃによる観察工程について説明する。図２５は、実施の形態４の走査型電子顕微鏡による観察工程の一部を示すフロー図である。図２６は、実施の形態４の観察工程における走査型電子顕微鏡の全体構成図である。

初めに、真空室４ａを排気する（ステップＳ２１）。このステップＳ２１では、例えば制御部１５により制御された真空ポンプ（排気部）６により、真空配管７を介して、荷電粒子光学鏡筒２、筐体３ｃおよび筐体５５により区画された真空室４ａを排気し、真空室４ａの内部の圧力を真空に減圧する。したがって、真空室４ａは、真空室４ａの内部の圧力が真空室４ａの外部であって試料室５８の内部の圧力よりも減圧された状態、すなわち、真空室４ａの内部と真空室４ａの外部（試料室５８の内部）との間に圧力差が生じている状態に、維持される。

次に、試料１２を試料ステージ（保持部）２２により保持する（ステップＳ２２）。このステップＳ２２では、試料１２を試料ステージ２２に載せて保持する。図２６に示すように、蓋部材５７をスライドさせ、支持板６０上にある試料ステージ２２を試料室５８から引き出した状態で、試料１２を試料ステージ２２に載せて保持する。また、実施の形態１におけるステップＳ１２の工程と同様に、試料ステージ２２に保持された試料１２が隔膜素子（隔膜部材）１８ａに接触しないように、試料ステージ２２のＺ軸方向の高さ位置を十分に下げておく。

なお、試料室５８の内部の圧力と大気圧との間に圧力差があった場合には、蓋部材５７をスライドさせる（引き出す）際には、圧力調整弁６４を開けることで、試料室５８の内部の圧力を大気圧にすることができる。

次に、荷電粒子線を発生させる（ステップＳ２３）。このステップＳ２３では、例えばフィラメントを含む電子銃からなる荷電粒子源９により、荷電粒子線を発生させる。

次に、試料１２の観察を開始する（ステップＳ２４）。このステップＳ２４では、荷電粒子光学系１０の光学レンズ１１の条件等を調整し、パーソナルコンピュータ１６に試料１２の画像を映し、観察を開始する。なお、最初は、次の焦点合わせがスムーズに行えるように、倍率を低倍率にしておく。

次に、ガス制御用バルブ５３を開く（ステップＳ２５）。このステップＳ２５では、ガスボンベ５１として例えばＨｅガスが充填されたガスボンベを用意し、ガス制御用バルブ５３を開け、ガス供給管５２を通して、試料室５８の内部の空間であって、試料１２と隔膜素子１８ａとの間の部分に、例えばＨｅガスを導入する。

図４に示した隔膜素子１８ａまたは図７に示した隔膜素子１８ｄを用いる場合、平面視において、緩衝膜３３が除去された領域である流路ＦＰが、隔膜素子１８ａまたは１８ｄの中央部を通るように形成されている。このような構造により、隔膜素子１８ａまたは１８ｄと試料１２との間に空気よりも軽いガスを供給する際に、供給されたガスを、隔膜１９と試料１２との間に確実に流すことができ、走査型電子顕微鏡により得られる画像のＳ／Ｎ比を改善することができる。また、供給されたガスを、隔膜１９と試料１２との間に確実に流すことができるので、ガスの供給量を減らすことができ、効率よく観察することができる。

また、図５に示した隔膜素子１８ｂまたは図６に示した隔膜素子１８ｃを用いる場合でも、ガス供給管５２の試料１２側の開口端の形状を工夫し、供給されたガスが、緩衝膜３３からなるパターン３３ｂまたは３３ｃで囲まれた領域に溜まりやすくすることができる。これにより、走査型電子顕微鏡により得られる画像のＳ／Ｎ比を改善することができる。また、ガスの供給量を減らすことができるため、効率よく観察することができる。

隔膜素子に緩衝膜３３が全く形成されていない場合、供給されるガスは、隔膜素子の周囲に拡散してしまう。そのため、供給されたガスを隔膜（膜部）１９と試料１２との間に高濃度で存在させるためには、ガスを流し続けるか、または、試料１２を交換する度に毎回試料室５８の内部全体をガスで置換する必要があり、ガスの供給量が増加するおそれがある。したがって、隔膜素子１８ａと試料１２との間にガスを供給する場合には、緩衝膜３３は、隔膜１９と試料１２との接触を防止する機能を有するとともに、隔膜素子１８ａと試料１２との間に供給するガスの供給量を減らす機能をも有する。

次に、所定時間待機する（ステップＳ２６）。試料室５８の内部をガスで置換する場合、例えば圧力調整弁６４を開いた状態で一定時間待機した後、閉めることにより、試料室５８の内部はガス供給管５２から供給されたガスで置換され、試料室５８の内部の圧力が大気圧よりも少し高い状態（陽圧状態）になる。これにより、隔膜素子１８ａを透過または通過した一次荷電粒子線および二次荷電粒子が散乱又は減衰されることが、より確実に防止または抑制されるため、画像のＳ／Ｎ比が改善される。

なお、図４〜図７に示した緩衝膜３３からなる種々のパターン３３ａ〜３３ｄの形状などに起因して、試料室５８の内部をガスで置換しない場合でもガスで置換した場合と同等の効果が得られる場合には、ステップＳ２６の工程を省略することができる。

次に、Ｚ軸調整による焦点合わせを行う（ステップＳ２７）。このステップＳ２７では、試料１２の画像を観察しながらＺ軸駆動部２４を用いて試料１２の高さ位置を徐々に上昇させ、試料１２が鮮明に観察されるように、焦点を合わせる。

次に、Ｘ、Ｙ軸調整により所望の観察場所の設定を行う（ステップＳ２８）。このステップＳ２８では、試料１２の画像を観察しながらＸ、Ｙ軸駆動部２５を用いて、所望の観察場所に試料１２を移動させる。

次に、倍率調整および焦点微調整を行う（ステップＳ２９）。このステップＳ２９では、倍率の調整、および、Ｚ軸駆動部２４の微調整を行う。

次に、画像取得を開始する（ステップＳ３０）。このステップＳ３０では、画像取得のスイッチを押し、パーソナルコンピュータ１６により画像を取得し、取得した画像を保存する。そして、この作業を複数回繰り返すことで、試料１２について、所望の試料観察を行い、画像を取得する。

次に、観察が終了したら、ガス制御用バルブ５３を閉める（ステップＳ３１）。このステップＳ３１では、ガス制御用バルブ５３を閉め、圧力調整弁６４を開き、試料室５８の内部に満たされているガスを放出する。

なお、試料室５８の内部に満たされているガスの量は微量であり、試料室５８の内部の圧力は、圧力調整弁６４を開いた後すぐに大気圧になるため、このステップＳ３１では、所定時間待機する必要はない。

次に、試料１２を取り出す（ステップＳ３２）。このステップＳ３２では、観察が終了した後、Ｚ軸駆動部２４を用いて試料１２の高さ位置を下降させ、試料１２を隔膜素子（隔膜部材）１８ａから遠ざける。次いで、図２６を用いて説明したように、蓋部材５７をスライドさせ、支持板６０上にある試料ステージ（保持部）２２を試料室５８から引き出した後、試料ステージ２２から試料１２を取り出す。また、次の試料を観察する場合は、次の試料に対してステップＳ２２〜ステップＳ３２の作業を繰り返す。

なお、図２５に示した観察工程のフローは、走査型電子顕微鏡の操作の一例を示したものであり、各工程の順序は、図２５に示した順序に限定されない。したがって、ステップＳ２１〜ステップＳ３２の各工程の順序を、適宜変更することができる。

＜本実施の形態の主要な特徴と効果＞
本実施の形態４の走査型電子顕微鏡（荷電粒子線装置）１ｃにも、実施の形態１の荷電粒子線装置１と同様に、隔膜素子（隔膜部材）１８ａが設けられている。また、隔膜素子１８ａには、隔膜（膜部）１９と試料１２とが接触することを防止する緩衝膜（膜部）３３が、Ｚ軸方向に沿って、隔膜１９よりも試料１２側に（試料ステージ２２側に）位置するように形成されている。

このような構成により、実施の形態１の荷電粒子線装置１と同様に、隔膜１９と試料１２とが接触することを防止することができ、隔膜１９が破損することを防止することができる。したがって、高分解能で安定して観察画像を撮像することができるため、走査型電子顕微鏡の性能が向上する。

また、実施の形態１の荷電粒子線装置１と同様に、隔膜１９と他の部材とが接触することを防止することができ、隔膜１９が破損することを防止することができる。

特に、真空室４ａの内部と真空室４ａの外部（試料室５８の内部）との間で圧力差がある場合には、実施の形態１の荷電粒子線装置１と同様に、隔膜１９と試料１２とが接触することを防止する効果が大きくなる。

さらに、本実施の形態４では、筐体５５、隔膜素子１８ａ、試料ステージ２２、Ｚ軸駆動部２４および蓋部材５７からなる筐体部材５６を用いる。そして、筐体部材５６の筐体５５を通常のＳＥＭの筐体３ｃに取り付けることで、真空室４ａの内部と試料室５８の内部との間で圧力差を有するＳＥＭを構成する。したがって、真空状態で試料を観察するための真空ＳＥＭに、筐体部材５６をオプションとして装着することで、既設の真空ＳＥＭを、大気圧下などの非真空状態で試料を観察することができる非真空ＳＥＭに、容易に改良することができる。また、非真空ＳＥＭを導入する際に必要なコストを低減することができる。

（実施の形態５）
次に、本発明の実施の形態５の荷電粒子線装置について説明する。実施の形態４の荷電粒子線装置では、蓋部材が設けられていた。それに対して、実施の形態５の荷電粒子線装置では、蓋部材が設けられておらず、試料室は、気密に設けられていない。

なお、以下では、本実施の形態５の荷電粒子線装置を卓上型の走査型電子顕微鏡に適用した例について説明する。しかし、本実施の形態５の荷電粒子線装置が、イオン顕微鏡など、他の各種の荷電粒子線装置に適用できることはいうまでもない。

図２７は、実施の形態５の走査型電子顕微鏡の全体構成図である。

本実施の形態５の走査型電子顕微鏡（荷電粒子線装置）１ｄのうち、筐体部材５６ａおよび供給部５０以外の部分については、実施の形態４の走査型電子顕微鏡１ｃのうち筐体部材５６および供給部５０ａ以外の各部分と同一であり、その説明を省略する。

図２７に示すように、本実施の形態５の走査型電子顕微鏡１ｄにおいても、荷電粒子光学鏡筒２、筐体３ｃおよび筐体部材５６ａが設けられている。筐体部材５６ａは、筐体５５、隔膜素子（隔膜部材）１８ａ、試料ステージ（保持部）２２およびＺ軸駆動部２４を含む。筐体３ｃに筐体部材５６ａの筐体５５を装着することで、荷電粒子光学鏡筒２、筐体３ｃおよび筐体５５により真空室４ａが区画される。

本実施の形態５でも、筐体３ｃの例えば側面部３ｄに開口部３ｅが設けられている。筐体５５は、例えば開口部３ｅを塞ぐように設けられた側面部５５ａと、側面部５５ａと一体に設けられており、筐体３ｃの開口部３ｅから、筐体３ｃの中央部に向かって引っ込むように設けられた凹部５５ｂとを有する。凹部５５ｂは、筐体５５が筐体３ｃに取り付けられたときに、凹部５５ｂにより囲まれた試料室５８ａが、荷電粒子光学鏡筒２の下方に位置するように、設けられている。

一方、本実施の形態５では、筐体５５には、蓋部材５７（図２４参照）が設けられていない。すなわち、本実施の形態５では、試料室５８ａは、気密に設けられていない。

試料ステージ（保持部）２２は、支持体６０上に組み立てられており、支持体６０は、例えば底板６１、および、底板６１に固定支持されている筐体５５に対して、スライド可能に（引き出し可能に）設けられている。このような構成により、支持体６０を図２７中左側方向にスライドさせることで試料ステージ２２を試料室５８ａの外部に引き出すことができ、試料ステージ２２により保持する試料１２を交換することができる。

図２７に示すように、本実施の形態５の走査型電子顕微鏡（荷電粒子線装置）１ｄでは、実施の形態３の荷電粒子線装置１ｂと同様に、隔膜素子（隔膜部材）１８ａと試料１２との間にガスを供給する供給部５０が設けられている。供給部５０は、ガスボンベ５１、ガス供給管５２およびガス制御用バルブ５３を有する。また、試料室５８ａが気密に設けられていないことに伴って、実施の形態４の走査型電子顕微鏡１ｃと異なり、圧力計６３（図２４参照）および圧力調整弁６４（図２４参照）が、設けられていない。

本実施の形態５でも、実施の形態４と同様に、隔膜素子１８ａと試料１２との間に供給するガスとして、空気よりも軽いガスを用いることができ、これにより、画像のＳ／Ｎ比を改善することができる。

本実施の形態５の走査型電子顕微鏡１ｄによる観察工程は、圧力計６３および圧力調整弁６４（図２４参照）が設けられていないため、ステップＳ２６を行わない点を除き、実施の形態４の走査型電子顕微鏡１ｃによる観察工程と同様に行うことができる。

本実施の形態５の走査型電子顕微鏡１ｄにも、実施の形態１の走査型電子顕微鏡１と同様に、隔膜素子（隔膜部材）１８ａが設けられている。また、隔膜素子１８ａには、隔膜（膜部）１９と試料１２とが接触することを防止する緩衝膜（膜部）３３が、Ｚ軸方向に沿って、隔膜１９よりも試料１２側に（試料ステージ２２側に）位置するように、形成されている。

このような構成により、実施の形態１の荷電粒子線装置１と同様に、隔膜１９と試料１２とが接触することを防止することができ、隔膜１９が破損することを防止することができる。したがって、高分解能で安定して観察画像を撮像することができるため、走査型電子顕微鏡の性能が向上する。

また、実施の形態１の荷電粒子線装置１と同様に、隔膜１９と他の部材とが接触することを防止することができ、隔膜１９が破損することを防止することができる。

特に、真空室４ａの内部と真空室４ａの外部との間で圧力差がある場合には、実施の形態１の荷電粒子線装置１と同様に、隔膜１９と試料１２とが接触することを防止する効果が大きくなる。

なお、隔膜素子として、隔膜素子１８ａに代え、実施の形態１の第１変形例〜第７変形例で説明した隔膜素子１８ｂ〜１８ｈを用いることができる。

さらに、本実施の形態５でも、実施の形態４と同様に、真空状態で試料を観察するための真空ＳＥＭに、筐体部材５６ａをオプションとして装着することができる。これにより、既設の真空ＳＥＭを、大気圧下などの非真空状態で試料を観察することができる非真空ＳＥＭに、容易に改良することができる。また、非真空ＳＥＭを導入する際に必要なコストを低減することができる。

なお、試料ステージ（保持部）２２およびＺ軸駆動部２４として、真空ＳＥＭに設けられていたものを用いることもできる。この場合には、筐体５５および隔膜素子（隔膜部材）１８ａのみを含むものを筐体部材として用いることもできる。

以上、本発明者によってなされた発明をその実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。

本発明は、荷電粒子線装置に適用して有効である。

１、１ａ、１ｂ 荷電粒子線装置
１ｃ、１ｄ 走査型電子顕微鏡（荷電粒子線装置）
２ 荷電粒子光学鏡筒
３、３ｃ 筐体
３ａ 下面部（壁部）
３ｂ 開口部
３ｄ 側面部
３ｅ 開口部
４、４ａ 真空室
５、５ａ シール部材（Ｏリング）
６ 真空ポンプ（排気部）
７ 真空配管
８ リークバルブ
９ 荷電粒子源
１０ 荷電粒子光学系
１１ 光学レンズ
１２ 試料
１３ 検出器
１４ 制御系
１５ 制御部
１６ パーソナルコンピュータ
１７ 増幅器
１８ａ〜１８ｈ 隔膜素子（隔膜部材）
１９ 隔膜（メンブレン、膜部）
２１ 接着部材
２２ 試料ステージ（保持部）
２３ 台座
２４ Ｚ軸駆動部
２５ Ｘ、Ｙ軸駆動部
３０ 保持基板（基体）
３０ａ、３０ｂ 主面
３０ｃ〜３０ｅ 領域
３０ｆ 側面
３１ 薄膜
３１ａ 開口部
３２ 貫通孔
３２ａ 開口
３３ 緩衝膜（膜部）
３３ａ〜３３ｄ パターン
３４ 絶縁膜
３４ａ、３４ｂ パターン
３５ シール膜（膜部）
４０ アタッチメント（隔膜保持部材、装着体）
４０ａ、４０ｂ 主面
４１ 支持部
４２ シール部材
４３ 凹部
４４、４５ 押さえ冶具
４６、４７ ネジ
４８ シール部材
４９ ガイド
５０、５０ａ 供給部
５１ ガスボンベ
５２ ガス供給管
５３ ガス制御用バルブ
５５ 筐体
５５ａ 側面部
５５ｂ 凹部
５６、５６ａ 筐体部材（荷電粒子線装置用部材）
５７ 蓋部材
５８、５８ａ 試料室
５９ シール部材（Ｏリング）
６０ 支持板
６１ 底板
６３ 圧力計
６４ 圧力調整弁
ｄ１〜ｄ５ 幅寸法
ＦＰ 流路

Claims (15)

1. 第１筐体と第２筐体とにより区画され、気密に設けられた第１室の内部を通った荷電粒子線を、前記第１室の外部で保持されている試料に走査して照射する荷電粒子線装置に用いられる荷電粒子線装置用部材であって、
   前記第１筐体に取り付けられる前記第２筐体と、
   前記第２筐体に設けられており、前記第２筐体が前記第１筐体に取り付けられたときに、前記第１室を排気する排気部により前記第１室の内部の圧力が前記第１室の外部の圧力よりも減圧された状態で、前記第１室の内部と前記第１室の外部とを気密に隔離するとともに、前記第１室の内部を通った前記荷電粒子線を透過させる第１膜部を含む隔膜部材と、
   前記第２筐体が前記第１筐体に取り付けられたときに、前記第１室の外部で前記試料を保持する保持部と、
   前記隔膜部材または前記保持部を駆動することで、前記保持部に保持されている前記試料と前記隔膜部材との距離を調整する駆動部と、
   を有し、
   前記隔膜部材は、前記第２筐体が前記第１筐体に取り付けられたときに、前記第１膜部よりも前記保持部側に位置するように形成された第２膜部を含み、
   前記第２膜部は、前記保持部に保持されている前記試料と前記第１膜部とが接触することを防止する、荷電粒子線装置用部材。
2. 気密に設けられた第１室と、
   前記第１室を排気する排気部と、
   前記第１室の外部で試料を保持する保持部と、
   前記第１室の壁部に設けられており、前記排気部により前記第１室の内部の圧力が前記第１室の外部の圧力よりも減圧された状態で、前記第１室の内部と前記第１室の外部とを気密に隔離するとともに、前記第１室の内部を通った荷電粒子線を透過させる第１膜部を含む隔膜部材と、
   前記第１膜部を透過した前記荷電粒子線を、前記保持部に保持されている前記試料に走査して照射する荷電粒子光学系と、
   前記保持部または前記隔膜部材を駆動することで、前記保持部に保持されている前記試料と前記隔膜部材との距離を変える駆動部と、
   を有し、
   前記隔膜部材は、前記第１膜部よりも前記保持部側に位置するように形成された第２膜部を含み、
   前記第２膜部は、前記保持部に保持されている前記試料と前記第１膜部とが接触することを防止する、荷電粒子線装置。
3. 請求項２記載の荷電粒子線装置において、
   前記隔膜部材は、前記第１室の外部に面する第１主面と、前記第１主面と反対側の第２主面とを有する基体を含み、
   前記基体には、前記第１主面から前記第２主面に到達する貫通孔が形成されており、
   前記第１膜部は、前記第１主面上に、前記貫通孔の開口を覆うように形成されており、
   前記第２膜部は、前記第１主面上に形成されている、荷電粒子線装置。
4. 請求項３記載の荷電粒子線装置において、
   前記第２膜部は、平面視において、前記第１主面のうち、前記第１膜部が形成された領域を挟んだ２つの領域に形成されている、荷電粒子線装置。
5. 請求項３記載の荷電粒子線装置において、
   前記第１膜部は、平面視において、前記第１主面の中央部に形成されており、
   前記第２膜部は、平面視において、前記第１主面のうち、前記第１膜部が形成された領域よりも周縁側に離れ、かつ、前記基体の周縁よりも前記中央部側に離れた領域に形成されている、荷電粒子線装置。
6. 請求項２記載の荷電粒子線装置において、
   前記第１膜部は、窒化シリコン、窒化アルミニウムまたはポリイミドからなる、荷電粒子線装置。
7. 請求項３記載の荷電粒子線装置において、
   前記隔膜部材は、前記基体を装着する装着体を含み、
   前記基体が装着された前記装着体が前記壁部に取り付けられたことで、前記隔膜部材が前記壁部に設けられている、荷電粒子線装置。
8. 請求項７記載の荷電粒子線装置において、
   前記隔膜部材は、前記基体と前記装着体との間を気密にシールするシール部材を含み、
   前記装着体は、前記装着体が前記壁部に取り付けられたときに前記第１室の外部に面する第３主面と、前記第３主面と反対側の第４主面とを有し、
   前記基体は、前記装着体の前記第３主面側に装着され、
   前記基体が前記装着体に装着されたときに、前記第１主面が前記第３主面と同一面を形成するか、または、前記第１主面が前記第３主面上に突出する、荷電粒子線装置。
9. 請求項３記載の荷電粒子線装置において、
   前記隔膜部材は、前記第２膜部の表面に形成された第３膜部を含み、
   前記第３膜部は、導電膜からなる、荷電粒子線装置。
10. 請求項９記載の荷電粒子線装置において、
    前記第３膜部は、前記第２膜部の表面、および、前記基体の側面に形成されている、荷電粒子線装置。
11. 請求項２記載の荷電粒子線装置において、
    第１筐体と第２筐体とを有し、
    前記第１室は、前記第１筐体と前記第２筐体とにより区画されており、
    前記隔膜部材は、前記第１室の前記壁部としての前記第２筐体に設けられている、荷電粒子線装置。
12. 請求項１１記載の荷電粒子線装置において、
    蓋部材と、
    前記第２筐体と前記蓋部材とにより、前記第１室の外部に区画された第２室と、
    を有し、
    前記保持部は、前記第２室の内部で前記試料を保持し、
    前記第２膜部は、前記排気部により前記第１室の内部の圧力が前記第２室の内部の圧力よりも減圧された状態で、前記第１室の内部と前記第２室の内部とを気密に隔離するとともに、前記荷電粒子線を透過させる、荷電粒子線装置。
13. 請求項２記載の荷電粒子線装置において、
    前記保持部に保持されている前記試料と前記隔膜部材との間に、空気よりも軽いガスを供給する供給部を有する、荷電粒子線装置。
14. 気密に設けられた第１室の内部を通った荷電粒子線を、前記第１室の外部で保持部により保持されている試料に走査して照射する荷電粒子線装置の前記第１室の壁部に取り付けられる隔膜部材であって、
    前記隔膜部材が前記壁部に取り付けられたときに、前記第１室を排気する排気部により前記第１室の内部の圧力が前記第１室の外部の圧力よりも減圧された状態で、前記第１室の内部と前記第１室の外部とを気密に隔離するとともに、前記第１室の内部を通った前記荷電粒子線を透過させる第１膜部と、
    前記隔膜部材が前記壁部に取り付けられたときに、前記第１膜部よりも前記保持部側に位置するように形成された第２膜部と、
    を含み、
    前記第２膜部は、前記保持部に保持されている前記試料と前記第１膜部とが接触することを防止する、隔膜部材。
15. 請求項１４記載の隔膜部材であって、
    基体と、
    前記基体を装着する装着体と、
    を含み、
    前記第１膜部および前記第２膜部は、前記基体に形成されており、
    前記基体が装着された前記装着体が前記壁部に取り付けられることで、前記隔膜部材が前記壁部に取り付けられる、隔膜部材。

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