JP2017123320A - 気圧補正を行う荷電粒子顕微鏡 - Google Patents

Abstract

【課題】改善された撮像結果を得るための荷電粒子顕微鏡の使用方法を提供する。
【解決手段】荷電粒子顕微鏡を用いる方法は、試料ホルダＨ上に試料を供する段階、試料へ照射するようにビーム源から照射体を介するように荷電粒子ビームＣを案内する段階、照射に応じて試料から放出される放射線束を検出するために検出器を用いる段階、を有する。特に、顕微鏡に気圧センサＢを供する段階、気圧センサＢからの圧力測定信号を自動制御装置へ供する段階、制御装置に制御処理への入力として信号を用いさせることで、信号に基づいてビームＣ及び試料ホルダＨの相対的な位置の誤差を補償する段階、を有する。
【選択図】図４Ｂ

Description

本発明は、試料ホルダ上に試料を供する段階、前記試料へ照射するようにビーム源から照射体を介するように荷電粒子ビームを案内する段階、前記照射に応じて前記試料から放出される放射線束を検出するために検出器を用いる段階を有する荷電粒子顕微鏡を用いる方法に関する。

本発明は上記に対応して、試料を保持する試料ホルダ、荷電粒子ビームを生成するビーム源、前記試料へ照射するように前記ビームを案内する照射体、前記照射に応じて前記試料から放出される放射線束を検出する検出器を有する荷電粒子顕微鏡に関する。

荷電粒子顕微鏡−具体的には電子顕微鏡−は、微小な対象物を撮像する周知で重要性を増している方法である。歴史的には、電子顕微鏡の基本的性質は、多数の周知の装置−たとえば透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）、及び走査透過電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）−及び様々な派生型装置−たとえば支援活動（たとえばイオンビームミリング又はイオンビーム誘起堆積（ＩＢＩＤ））を可能にするように「加工用」集束イオンビーム（ＦＩＢ）をさらに用いることのできる所謂「デュアルビーム」装置（たとえばＦＩＢ−ＳＥＭ）−へ発展してきた。
より詳細には以下の通りである。
− ＳＥＭでは、試料への走査電子ビームの照射が、２次電子、後方散乱電子、Ｘ線、及びフォトルミネッセンス（赤外、可視、及び/又は紫外の光子）として、試料からの「補助」放射線の放出を引き起こす。続いてこの放出放射線束の１つ以上の成分が、画像蓄積目的及び／又は（たとえばＥＤＸ（エネルギー分散Ｘ線分光）の場合には）分光解析で検出及び利用される。
− ＴＥＭでは、試料への照射に用いられる電子ビームは、試料（この目的のため、一般的にはＳＥＭ用試料の場合よりも薄くなる）へ侵入するのに十分高いエネルギーとなるように選ばれる。よって試料から放出される透過電子束は、画像の生成に用いられて良い。係るＴＥＭが走査モード（よってＳＴＥＭとなる）で動作する場合、問題となる画像は、照射電子ビームの走査運動中に蓄積される。

ここで述べた話題の一部に関するさらなる情報はたとえば、以下のＷｉｋｉｐｅｄｉａのリンクから収集することができる。
http://en.wikipedia.org/wiki/Electron_microscope
http://en.wikipedia.org/wiki/Scanning_electron_microscope
http://en.wikipedia.org/wiki/Transmission_electron_microscopy
http://en.wikipedia.org/wiki/Scanning_transmission_electron_microscopy
照射ビームとして電子ビームを用いる代わりとして、荷電粒子顕微鏡観察もまた、他の種類の荷電粒子を用いて実行されて良い。この点では、「荷電粒子」という語句は、たとえば電子、正イオン（たとえばＧａイオン又はＨｅイオン）、負イオン、陽子、及び陽電子を含むものとして広義に解釈されなければならない。イオン系顕微鏡に関しては、さらなる情報は、たとえば以下のリンクと非特許文献1から収集することができる。
http://en.wikipedia.org/wiki/Scanning_Helium_Ion_Microscope
撮像に加えて、荷電粒子顕微鏡はまた、他の機能−たとえば分光の実行、ディフラクトグラムの検査、（局在化した）表面改質（たとえばミリング、エッチング、堆積）等の実行−をも有して良いことに留意して欲しい。

すべての場合において、荷電粒子顕微鏡（ＣＰＭ）は少なくとも以下の構成要素を有する。
− 放射線源（たとえばショットキー電子源若しくはイオン銃）
− 照射体。線源からの「生の」放射線ビームを操作し、かつ、その放射線に対してある作用−集束、収差の緩和、（アパーチャによる）トリミング、フィルタリング等−を実行するように機能する。照射体は一般的に、１つ以上の（荷電粒子）レンズを有し、かつ、他の種類の（粒子）光学部品をも有して良い。望ましい場合には、照射体には、調査中の試料にわたる走査運動を出力ビームに実行させることのできる偏向器システムが供されて良い。
− 上に調査中の試料が保持及び位置設定（たとえば傾斜、回転）され得る試料ホルダ。望ましい場合には、このホルダは、試料に対するビームの走査運動を実現するように動かされて良い。一般的には、係る試料ホルダは、たとえば機械ステージのような位置設定システムに接続される。
− （被照射試料から放出される放射線を検出する）検出器。前記検出器は、単体であって良いし又は事実上複合体/分配されても良く、かつ、検出される放射線に依存して多くの異なる形態をとって良い。例には、光電子増倍管（固体光電子増倍管SSPMを含む）、フォトダイオード、ＣＭＯＳ検出器、ＣＣＤ検出器、光電池等が含まれる。これらはたとえば、シンチレータ膜と併用されて良い。

透過型顕微鏡（たとえば（Ｓ）ＴＥＭ）の場合では、ＣＰＭは以下の構成要素をも有する。
− 基本的には、試料（面）を透過する荷電粒子を取り込み、かつ、解析装置へ案内する（集束させる）結像系。結像系とはたとえば、検出／撮像装置、分光装置（たとえばＥＥＬＳモジュール）等である。上述の照射体については、結像系は他の機能−収差の緩和、トリミング、フィルタリング等−をも実行して良い。照射体は一般的に、１つ以上の荷電粒子レンズ及び／又は他の種類の粒子光学部品をも有して良い。

以降では、本発明は例として、電子顕微鏡の具体的文脈において説明されて良い。しかし係る単純化は単に簡明を期すためだけであり、限定と解されてはならない。

既知のＣＰＭが許容可能な結像結果を生成するとしても、改善の余地は常に存在する。この文脈において、本願発明者等は、従来のＣＰＭ設計における欠点を特定し、かつ、ＣＰＭの性能を改善するようにこれらを実効的に解決すべく精力的に取り組んできた。そのような努力の結果が本願の主題である。

本発明の目的は、上述の改善された荷電粒子顕微鏡の使用方法を供することである。特に本発明の目的は、当該方法が、従来方法と比較して改善された撮像結果を得ることである。

上記及び他の目的は、前段落で述べた方法によって実現される。当該方法は、
− 当該顕微鏡に気圧センサを供する段階、
− 前記気圧センサからの圧力測定信号を自動制御装置へ供する段階、
− 前記制御装置に制御処理への入力として前記信号を用いさせることで、前記信号に基づいて前記ビーム及び前記試料ホルダの相対的な位置の誤差を補償する段階、
を有することを特徴とする。

上記及び他の目的は、前段落で述べた方法に対応する顕微鏡によって実現される。当該顕微鏡は以下を特徴とする。
− 当該顕微鏡は、自動制御装置、及び、前記制御装置へ圧力測定信号を供することが可能な気圧センサからの入力インターフェース、を有する。
− 前記制御装置は、制御処理への入力として前記信号を用いることで、前記信号に基づいて前記ビーム及び前記試料ホルダの相対的な位置の誤差を補償するように起動し得る。

整理するため、本発明を説明するのに用いられる用語のある態様に関しては以下のことに留意して欲しい。
（ａ）気圧センサはたとえば以下のように設定されて良い。
− 前記気圧センサは、前記試料ホルダに隣接して−たとえば前記試料ホルダの外部に突出した部分（たとえば位置設定機構）（付近）にて−設けられて良い。
− 前記気圧センサは、当該顕微鏡の外側表面／フレーム上に設けられて良く、前記試料ホルダからある程度（たとえば前記試料ホルダの５０〜１００ｃｍの範囲内で）離れて良い。
− 前記気圧センサは、当該顕微鏡からある程度離れているが、依然として当該顕微鏡と大気をやり取りして良い。たとえば前記気圧センサは、当該顕微鏡を含む閉じ込められた空間（たとえば部屋又は機室）内に設けられ、かつ、当該顕微鏡に隣接するように（たとえば当該顕微鏡の５〜１０メートル範囲内）設置されて良い。
− 前記気圧センサは、複数の顕微鏡によって共有／に接続されて良い。たとえば前記気圧センサは、複数の顕微鏡を含む部屋内の相対的に中心をとる位置に設置され、かつ、信号キャリア−たとえば電気ケーブル、光ファイバ等−を介してこれらの１つ以上に接続されて良い。
（ｂ） 前記自動制御装置は単一的又は複合的性質を有して良く、かつ、たとえば協働する複数の制御装置からなる群を有して良い。前記複数の制御装置の各々には、特定の処理が割り当てられて良い。前記自動制御装置はたとえば、特別に設計されたアナログ又はデジタル電子回路であって良い。あるいは前記自動制御装置はコンピュータプロセッサ（の一部）を有して良い。前記コンピュータプロセッサは、ソフトウエア又はファームウエアで書かれたコマンドを実行し得る。前記自動制御装置は、当該ＣＰＭ内での自動処理を一般的に調整するのに用いられるマスター制御装置の一部であって良い。あるいは前記自動制御装置は専用の装置であって良い。
（ｃ） 当該ＣＰＭには、前記入力インターフェースを介して前記圧力センサによって供される測定機能が供される。前記インターフェースはたとえば、
− 前記圧力センサに接続される信号キャリア、
− 外部圧力センサが信号キャリアを介して接続可能なジャック／ソケット、
− 前記圧力センサが接続される外部コンピュータからデータを伝えるバス（データケーブル）等
を含んで良い。

本発明に想到する実験において、本願発明者等は、各々が原子の規則的格子を有する結晶試料−たとえばシリコン＜１１０＞及びグラフェン−について高解像度ＳＴＥＭ撮像調査を実行した。前記試料は本質的に、基本的に完全な構造ユニットの繰り返しアレイを有するので、前記試料のＣＰＭ画像も同様に完全になることが予想できる。しかし実際には、本願発明者等は、前記画像中において多くの不完全性−典型的には明白な格子ミスマッチ、転位、及び線状欠陥（たとえば図２Ａと図２Ｂの矢印で示された領域を参照のこと）−を観測した。前記試料は基本的に完全であるため、前記不完全性の起源は当該ＣＰＭ自身に求められる。最初は、撮像不完全性は、当該ＣＰＭの機械フレームの寄生振動によって生じたと疑われた。前記寄生振動は、たとえば交通機関が通過した結果として、地面を介して当該ＣＰＭへ伝わった。しかし徹底的なチェックの後、この可能性のある発生源は、観測された以上の候補原因として排除された。同じようにして、考えられ得る揺らぎに起因する拡張／収縮もまた可能性のある原意として排除された。結局、精力的な調査の後、格子画像中での飛びの発生と、当該ＣＰＭから数十メートルに位置し、かつ、様々な内部壁によって当該ＣＰＭから隔離されているスライド式外部ドアの開閉との間に時間的相関が認められた。特に、この効果をさらに調査するための専用の実験が行われたとき、問題となっている前記ドアの開閉は、前記試料ホルダの外部アクチュエータ／サスペンションユニットの位置で１０〜１５パスカル（Ｐａ）のオーダーの圧力揺らぎを生じさせ、かつ、前記揺らぎは、約２００ピコメートル（ｐｍ）のホルダの移動を生じさせるのに十分であったことが観測された。この効果はたとえば図３Ａで表されている。図３Ａは以下を示している。
− 専用気圧センサを用いることによって、前記試料ホルダの前記外部アクチュエータ／サスペンションユニットの位置で測定された（公称圧力に対する）大気圧変化を表す下側曲線。グラフは１１５秒の時間間隔を示している。１１５秒の時間間隔のほとんどの間に異常なジッタが測定されている。特に興味深いのは、最後の１５秒である。上述のスライド式ドアを故意に開閉することで、単位Ｐａで表される（図の右縦軸参照のこと）明確な圧力の上下振動が生じた。
− 同じ１１５秒の時間間隔でのＳｉ＜１１０＞試料の画像内での（前記ビームに対して法線方向である所与の参照方向に対して平行で、かつ、所与の参照位置に対する）相対変位を示す上側の黒色曲線。前記相対変位は単位ｐｍで表される（図の左縦軸参照のこと）。前記変位は、ビーム／試料（ホルダ）の位置のずれに起因する撮像された規則的なＳｉ＜１１０＞格子構造内でのずれを表し、かつ、前記ずれの指標とみなされ得る。前記下側曲線との明確な相関に留意して欲しい。前記相関は、前記下側曲線を反転／縮尺変更し、かつ、前記黒色曲線に重ねることによってさらに明確になり、その結果としてグレーの点線が得られる。

一旦この相関が確立されると、本願発明者等はその効果に取り組みだした。この目的のため、本願発明者等は、ビーム／試料（ホルダ）の相対的な位置の誤差を補償するために前記圧力センサからの圧力信号を用いる制御手順を開発した。より詳細には以下の通りである。
（ｉ） 第１の取り組みでは、本願発明者等は、使用された前記圧力センサからの信号が、試料ホルダと荷電粒子ビームとの相対位置のその場補正の基礎として用いられた制御ループを開発した。より詳細には、たとえばこれまでの校正手順（及び／又は荷電粒子ビームに対する試料ホルダ位置への圧力変化の影響モデル）に基づいて、以下のことを行って良い。
− 前記気圧センサを用いた圧力揺らぎの追跡
− これらの圧力測定を利用したこれらの圧力測定に係る前記（相対的な）試料ホルダ位置の変化の計算
− 前記の揺らぐ圧力の効果を緩和するように前記計算に基づく前記位置の能動的調節
（ｉｉ） 第２の取り組みでは、本願発明者等は以下の態様による事後補正を開発した。
− 当該顕微鏡には、前記ビームと前記試料の相対走査運動を生じさせるために走査手段が供される。
− 前記制御装置は、前記試料上での走査座標位置の関数として検出器出力の表を構築するように起動する。
− 補償は、点毎に前記走査座標位置の遡及的補正を有する。
上述したように、走査型顕微鏡の場合での撮像は基本的に、上述の表を蓄積し、かつ、前記表への入力事項を、座標位置に対する検出器出力の２次元プロットへ変換することによって起こる。前記表自体は基本的に、順序を表す増大する値ｎを有する連続するサンプリング／画素点の列で発生する複数のデータ対｛Ｄ_ｎ，（ｘ_ｎ，ｙ_ｎ）｝からなる組に対応する。ここでＤ_ｎは座標位置（ｘ_ｎ，ｙ_ｎ）での検出器出力を表す。この実施例では、使用された前記気圧センサからの出力信号は−たとえばこれまでの校正手順（及び／又は前記荷電粒子ビームに対する試料ホルダ位置への圧力変化の影響のモデル）と共に−、各座標位置（ｘ_ｎ，ｙ_ｎ）に係る位置の誤差（Δｘ_ｎ，Δｙ_ｎ）を計算するのに用いられる。よって以下のような形式の補正マッピング／変換が実行されて良い。
（ｘ_ｎ，ｙ_ｎ）→（ｘ_ｎ＋Δｘ_ｎ，ｙ_ｎ＋Δｙ_ｎ）＝（ｘ’_ｎ，ｙ’_ｎ）
また修正されたデータ組｛Ｄ_ｎ，（ｘ’_ｎ，ｙ’_ｎ）｝の基底での補正画像がまとめられてよい。この文脈では、「点毎」という条件は必ずしも、各座標点すべてを個別的に補正することを要することを意味しない。その代わりに、（より選択的な）補正が、複数の座標位置からなる群／部分群について一度に実行されて良い。特に、前記条件は、「線毎の」補正を含むものとして解されなければならない。この理由は、本発明によって処理される圧力変化の周波数は一般的に、撮像において一般的に用いられている（ラスタ）走査運動の走査周波数と比較して相対的に低いので、「線毎」の補正で十分となり得るからである。
本発明による補償の典型的な結果が図３Ｂに表されている。図３Ｂでは以下が示されている。
− グレーの曲線は基本的に、図３Ａの上側の黒色曲線に対応する補正されていないビーム／試料（ホルダ）位置の誤差を表す。
− 前記黒色曲線は、図３Ａの前記下側曲線を本発明によって規定された制御手順−この場合、上述の（ＩＩ）型の遡及型手法を指称する−への入力として用いることによって補償されたホルダ位置を示している。この補正された黒色曲線は、補正されていないグレーの曲線よりも小さくかつ低頻度の変動を含むことがすぐに明らかになる。

前段落の項目（ｉ）で述べた制御ループ手法の特別な実施例では、以下が適用される。
− 前記試料ホルダには、該試料ホルダの位置を調節するのに用いられ得るアクチュエータ機構が供される。
− 前記制御装置は、前記信号に応じて前記アクチュエータ機構へ供される位置設定点を調節するように起動する。
前記アクチュエータ機構は一般的に、多数の自由度−直線自由度（たとえば試料上での解析のための特定の領域を選ぶ）と角度自由度（照射ビームに対する特定の試料傾斜を実現する）の両方を含む−で前記試料ホルダを位置設定／移動することが可能である。前記アクチュエータ機構はたとえば、複数のモータ（たとえば圧電コイルモータ又はボイスコイルモータ）、ニューマティックアクチュエータ、静水圧アクチュエータ等を含んで良い。モータは、相対的に速い応答時間及び優れた位置設定精度のため、本発明の文脈においては特に有利である。

前段落で説明した代替実施例又は補助的実施例では、以下が適用される。
− 前記照射体には、前記ビームの偏向を調節するのに用いられ得る偏向子機構が供される。
− 前記制御装置は、前記信号に応じて前記偏向子機構へ供給される変更設定点を調節するように起動する。
ここで述べた偏向子機構はたとえば以下のうちの１つ以上を有して良い。
− 電流を流すコイルを用いて荷電粒子ビームを偏向させる磁気ビーム偏向ユニット
− 容量板を用いて荷電粒子ビームを偏向させる静電ビーム偏向ユニット
一般的には、前者は、遅くて振幅の大きな偏向により役立つ傾向にある一方で、後者は、速くて小さな振幅の偏向により役立つ傾向にある。走査型顕微鏡−たとえばＳＥＭ又はＳＴＥＭの場合では、前記偏向子機構は一般的に、前記試料全体にわたる前記ビームの走査運動を実行するためにいずれにせよ存在する。よってそのような場合、前記偏向子機構はさらに、本実施例のその場での位置補正を実行するのに簡便に用いられて良い。

本発明の異なるが関連する実施例では、以下が適用される。
− 当該顕微鏡には、前記試料を透過して前記検出器へ向かうように荷電粒子束を案内するために結像系が供される。
− 前記結像系には、前記束の経路を調節するのに用いられ得る操作モジュールが供される。
− 前記制御装置は、前記信号に応じて前記操作モジュールに供給される操作設定点を調節するように起動する。
この実施例は特に、上述の照射体に加えて結像系を有する透過型顕微鏡−たとえば（Ｓ）ＴＥＭ−に関する。前記照射体と共に、この結像系の粒子光学鏡筒もまた、前記結像系を通過する荷電粒子束を操作（偏向、案内）するのに用いられ得る偏向装置−ここでは操作モジュールと呼ばれる−を有して良い。繰り返しになるが、前記操作モジュールは、上述しら磁気及び／又は静電偏向ユニットを利用して良い。

本発明の特別な実施例では、天気現象に係る相対的に低周波数の圧力変化の効果を緩和する（ハイパス）フィルタが用いられる。標準的な大気圧は、１０１３２５Ｐａと定義される。しかし実際の大気圧は、９３ｋＰａ（深刻な低気圧）〜１０４ｋＰａ（強い高気圧）のオーダーの値の間で容易に変化し得る。上述の中程度の周波数（たとえば約０．１〜１００Ｈｚのオーダー）での圧力の揺らぎと比較して、そのような天気に関連する圧力変化は相対的に低い周波数で（たとえば約１０^−５〜１０^−４Ｈｚ（数時間から数日の時間スケールでの変化に相当する））、かつ、そのような圧力変化を補正することは必要ではない／望ましくない。なぜなら（相対的に短い）ミクロな撮像期間への画像内の効果は無視できるからである。従って、（ハイパス）フィルタは、たとえば以下のようにして（たとえば約０．０１Ｈｚ未満の周波数用のカットオフを選ぶことによって）それらを緩和するのに用いられて良い。
− そのような低周波数の揺らぎが測定／記録されないように前記気圧センサ（の測定回路）内でフィルタを用いる
− （前記圧力センサからの）前記入力信号の低周波趨勢分が位置設定の補正にとって無視される／用いられない前記制御手順においてフィルタを用いる
本発明の異なるがそれでも関連する実施例では、音響的現象−人が聴取可能な周波数範囲（約２０〜２０ｋＨｚ）の音（たとえば装置、人の活動／発話等によって生じる当該ＣＰＭ周辺の（相対的に）一定の周囲の音）−に係る相対的に高い周波数の圧力変化の効果を緩和する（ローパス）フィルタが用いられる。ある周波数を超えると、当該ＣＰＭへのそのような音の効果は一般的には、（本発明が基本的に関連する）上述した中程度の周波数の揺らぎの効果とは異なる。これは、当該ＣＰＭ内の各異なる素子／サブシステムの（一般的には異なる）共鳴する機械的／力学的挙動に起因する。そのような挙動を緩和するため、たとえば（約）１００Ｈｚより高い大気圧変化周波数を緩和する（ローパスフィルタ）が用いられて良い。

上述したフィルタ内でのカットオフ点（−３ｄＢ）のガイダンス値として、以下の典型的な範囲が利用されて良い。
− ０．０００１〜０．１Ｈｚで、好適には０．００１〜０．１Ｈｚで、より好適には０．０．０１〜０．１Ｈｚの範囲内である低周波カットオフ点
− ８〜１００Ｈｚで、好適には８〜５０Ｈｚで、より好適には１０〜３０Ｈｚの範囲内である高周波カットオフ点
先の２つの段落で説明した効果を同時に実現するため、適切なバンドパスフィルタが利用されて良い。様々なフィルタリング法についてのさらなる情報は以降の実施例４で与えられる。

本発明の文脈においては、前記ビームと試料ホルダの相対的な位置の誤差は（とりわけ前記試料ホルダの構造と動作に依存して）１次元又は多次元であって良く、かつ、前記誤差に適用される（複数の）補正もまた（とりわけたとえば（大抵）必要／有利と考えられること及び利用可能な空間／資源に依存して）１次元又は多次元であって良いことに留意して欲しい。たとえば、前記ビームが公称上Ｚ方向に沿って伝播し、かつ、（非傾斜）試料が公称上ＸＹ平面内に属する直交座標系を定義すると、遭遇する／補正される誤差は、Ｘ、Ｙ、Ｚのうちの１つ以上において成分を有して良い。具体例を与えると、図４Ａ／図４Ｂに示されたホルダは、（主として）Ｘ方向での位置の揺らぎを示すことがわかり、かつ、これらが、Ｘにおいて固有の適合性（非スティフネス）を有する図示されたホルダの構造／動作に明確に関連し得る。適用された補正が多次元である状況では、異なる（補正）増幅器利得が各異なる方向に関連づけられ得ることに留意して欲しい。

本発明において用いられる気圧センサは特別に作られて良く、あるいは、専用気体圧力センサ−たとえば富士セラミックスで販売されているＦＫＳ−１１１センサ−が用いられても良い。

本発明が実施され得る走査型荷電粒子顕微鏡の実施例の断面図を表している。 ２Ａ−２Ｂは、規則的な結晶格子構造を有する試料の様々な電子顕微鏡画像を示し、かつ、本発明の基礎となる問題を表す役割を果たしている。 ３Ａは本発明の基礎となる問題をグラフで表し、かつ、３Ｂは本発明がその問題を解決する有効性を表している。２つのグラフは、ビーム／試料の位置の誤差と気圧における中程度の周波数の揺らぎとの間での相関を明らかにしている。 ＣＰＭ−たとえば図１と図６に示されたようなもの−の一部（の考えられ得る実施例）−より具体的には試料ホルダ及びそれに係るアクチュエータ／台−の拡大された詳細な像を表している。 本発明の実施例の文脈における図４Ａの対象を示している。 従来技術の顕微鏡に係る制御ループの例を示している。 本発明の実施例による図５Ａの対象の修正型の例を示している。 本発明の実施例による図５Ａの対象の修正型の例を示している。 本発明を実施するのに用いられ得る制御装置のとり得る構造を表している。 本発明が実施され得る透過型荷電粒子顕微鏡の実施例の断面図を表している。 信号から特定の周波数帯を選択するのに用いられ得る電子バンドパスフィルタの例を表している。 低周波数の圧力変化の効果を取り除く圧力除去ダクトを内蔵する圧力センサの実施例を表している。

ここで本発明について、典型的な実施例と添付の概略図に基づいてより詳細に説明する。

図中、関連する場合には、対応する部分は対応する参照符号を用いて示される。

図１は、本発明によるＣＰＭの実施例の概略図である。より具体的には図１は走査型顕微鏡Ｍの実施例−この場合ＳＥＭ−を示している（とはいえ本発明においては、走査型顕微鏡Ｍはたとえばイオン系顕微鏡であっても有効となりえる）。顕微鏡Ｍは粒子光学鏡筒／照射体１を有する。粒子光学鏡筒／照射体１は粒子光学軸Ｃ’に沿って伝播する荷電粒子ビームＣ（この場合では電子ビーム）を生成する。粒子光学鏡筒１は、真空チャンバＶ上に設けられる。真空チャンバＶは、試料Ｓを保持／位置設定する試料ホルダＨと関連する台/アクチュエータＡを含む。真空チャンバＶは、真空ポンプ（図示されていない）を用いることによって排気される。電源１７の助けによって、試料ホルダＨ又は少なくとも試料Ｓは、望ましい場合には、接地電位に対してある電位にバイアス印加（浮遊）され得る。

粒子光学鏡筒１は、電子源９（たとえばショットキーエミッタ）、電子ビームＣを試料Ｓへ集束させるレンズ１１と１３、及び、（ビームＣのビーム操作／走査を実行する）偏向ユニットＤを有する。当該装置Ｍはさらに制御装置／コンピュータ処理装置Ｅを有する。制御装置／コンピュータ処理装置Ｅは、とりわけ偏向ユニットＤ、レンズ１１、１３、及び検出器１９、２１を制御し、かつ、検出器１９、２１から収集される情報を表示装置２７上に表示する。

検出器１９，２１は、入力ビームＣの照射に応じて試料Ｓから放出される様々な種類の出力放射線を検査するのに用いられ得る様々な検出器の種類から選ばれる。ここで図示された装置では、以下の検出器が選択された。
− 検出器１９は、試料Ｓから放出される出力電子束（の少なくとも一部）を検出するのに用いられる固体検出器である。
− 検出器２１は、（ビームＣの通過を可能にする）中央開口２３の周りに設けられる複数（たとえば４つ）の独立した検出部を含む区分化された電子検出器である。係る検出はたとえば、試料Ｓから放出される出力（２次又は後方散乱）電子束の角度依存性を調査するのに用いられて良い。
図示されているように、検出器１９と２１のいずれも電子を検査するのに用いられる。しかしこれは純粋に設計／実装上の選択であり、必要な場合には、電子に加えて又は電子の代わりに試料Ｓから放出される他の種類の放射線（たとえばＸ線、カソードルミネッセンス）束を検出するように選ばれて良い。

試料ＳにわたってビームＣを走査させることによって、出力放射線−たとえばＸ線、赤外／可視／紫外光、２次電子、及び後方散乱（ＢＳ）電子の束を含む−が、試料Ｓから放出される。係る出力放射線は（走査運動に起因して）位置に敏感なので、検出器１９、２１から得られる情報もまた位置依存性を有する。この事実によって、検出器１９の出力は、（たとえば）試料Ｓ（の一部）の後方散乱電子画像の生成に用いることが可能となる。前記２次電子画像は基本的に、試料Ｓ上の走査経路位置の関数とする検出器１９の出力のマップである。

検出器１９、２１からの信号は、制御ライン（バス）Ｅ’に沿って伝達され、制御装置Ｅによって処理され、かつ、表示装置２７上に表示される。当該処理は、たとえば結合、積分、減算、偽着色、輪郭改善、及び当業者に既知の他の処理のような操作を含んで良い。それに加えて、自動化された認識処理（たとえば粒子解析で用いられるような）は、当該処理に含まれて良い。

係る設定の精緻型及び代替型の多くは当業者に知られていることに留意して欲しい。係る設定の精緻型及び代替型は以下を含むが、これらに限定されない。
− デュアルビーム−たとえば撮像用の電子ビームＣと試料Ｓの加工（場合によっては撮像）様のイオンビーム−の使用
− 試料Ｓでの−たとえば（所謂環境制御型ＳＥＭで用いられているような）数ｍｂａｒの圧力を維持するか、又は、気体−エッチング気体又は前駆体気体−を収容することによる−制御された環境の使用
等。図１に図示された走査型顕微鏡はＳＥＭだが、図１に図示された走査型顕微鏡は、本発明においては、たとえばＳＴＥＭも有効なものとしてあり得る（以降の実施例３参照）。

とりわけチャンバＶに対して試料Ｓを搬入／出するのを容易にするため、試料ホルダＨ及びそれに係る台／アクチュエータＡは、チャンバＶの壁を介して（部分的に）取り外し可能なように突出するように実施されて良い。この設定は、図４Ａにおいて（正しい縮尺ではないが）より詳細な概略図で示されている。図中、項目Ａ‘は有限スティフネス部材（たとえば封止リング／カラー）を示し、かつ、項目Ａ’’は支持部材（ベアリング）を表す。複合構造Ｈ＋Ａの一部がこのようにして筐体Ｖの外部へ突出するので、この複合構造Ｈ＋Ａの一部は、Ｖ外部での大気圧の揺らぎによる影響を受け得る。Ｖ外部での大気圧の揺らぎは、ビームＣに対するホルダＨの位置のわずかなずれを生じさせがちである。ここで図示されているように、そのようなずれは主として、図示されたＸ軸（白い水平矢印によって表されている）に対して平行である。ただしそのようなずれは、他の方向にも成分を有して良い。本発明における関心周波数範囲では、そのような位置のずれは、画像内部での不連続性−たとえば図２Ａ及び図２Ｂに図示されているような−を生じさせがちである。

この問題を解決するため、本発明の実施例は、たとえば図４Ｂに示された設定を用いる。これは本質的に、図４Ａに図示された設定に対応する。ただし気圧センサＢと自動（電子）制御装置Ｅ（ここでは単純な比較器として表されている。比較器はたとえばより複雑な（マスター）制御装置の一部であっても良いし、あるいは、スタンドアローン型の制御装置であっても良い）が加わっている。センサＢからの圧力測定信号Ｐは、制御装置Ｅの入力へ向かうように通過する。制御装置Ｅは（この場合）、圧力測定信号Ｐと参考圧力値Ｐ_０とを比較することで、Ｐ_０に対する圧力変化ΔＰ（つまりＰ＝Ｐ_０＋ΔＰ）の定量化を可能にする。（たとえば）（変換因子（スケーリング因子、感度）Ｓを決定する）これまでの校正手順に基づき、この圧力変化ΔＰは、関係式ΔＸ＝Ｓ・ΔＰを用いることによってホルダＨの対応する位置のずれ（誤差）ΔＸへ変換され得る。たとえば本願発明者によって用いられる具体的設定では、Ｓは、約１５ｐｍ／Ｐａの値を有することがわかった。位置の補償／補正−ΔＸを適用することで、意図しないずれΔＸを打ち消すことで、ビームＣとホルダＨの相対位置をその公称値へ復活させる。ここで図示されているように、この補正は、ビーム偏向器Ｄ及び／又はアクチュエータＡへの駆動信号（電圧又は電流）を適切に調節することによって実現される。

図２Ａと図２Ｂは、規則的な結晶格子構造を有する試料の様々な電子顕微鏡画像を示し、かつ、本発明の基礎となる問題を表す役割を果たしている。より詳細には、各々の画像は、ＦＩＢミリングによって約２０ｎｍの厚さにまで薄くされ、かつ、ＳＴＥＭを用いて観測されたＳｉ＜１１０＞試料に関する。図２ＡはＦＥＩ Ｔａｌｏｓ（登録商標）ＳＴＥＭを用いて約５Ｍ×（５００万倍）の倍率で撮像された。他方図２Ｂは、ＦＥＩ Ｔｉｔａｎ３（登録商標）ＳＴＥＭを用いて約７Ｍ×の倍率で撮像された。撮像中、隣接する通路内のスライド式ドア−各ＳＴＥＭ及び様々な介入壁から数十メートル隔離されている−は何度も開閉された。上述したように、この作用は、各ＳＴＥＭの位置で測定可能な気圧の変化を生じさせた。各ＳＴＥＭの位置で測定可能な気圧の変化の結果、試料が設けられたホルダはわずかではあるがはっきりと変位した。その結果撮像された格子内に視認可能な不連続性／飛びが生じた。これらの飛びの一部は黒色の矢印を用いることによって図２Ａと図２Ｂ内に示されている。

図３Ａと図３Ｂは、図２Ａと図２Ｂの基礎となる現象をグラフで表している。詳細には以下の通りである。
− 図３Ａは、ビーム／試料の位置の誤差と気圧における中程度の周波数の揺らぎとの間の相関を示している。
− 図３Ｂは、本発明の制御手順がこの相関のある効果を緩和するのに用いられ得る有効性を表している。
図３Ａと図３Ｂの具体的詳細は既に上で述べたので、さらなる説明はここではしない。

図５Ａは従来技術のＣＰＭに係る制御ループの例を示している。図５Ｂ−５Ｃは、本発明の実施例による図５Ａの対象の修正型の例を示している。図５Ｄは、本発明を実施するのに用いられ得る制御装置のとり得る構造を表している。

図５Ａは、以下の項目／態様を有するＣＰＭ（たとえば図１〜６に図示されたようなもの）の制御の概略を示している。
− Ａ：ホルダＨ用のアクチュエータ（台）
− Ｄ：使用された荷電粒子ビームの偏向器（システム）
− Ａ_Ｄ：Ａ用の駆動装置。この駆動装置の入力は位置設定点Ｘ_ＡＳである。
− Ｄ_Ｄ：Ｄ用の駆動装置。この駆動装置の入力は位置設定点Ｘ_ＤＳである。
− Ｐ：Ａの大気圧の揺らぎへの影響
− Ｘ_ＡＧ：Ａから得られた位置
− Ｘ_ＤＧ：Ｄから得られた位置
− ｄＸ：位置の誤差
この概略図では、Ｐの効果を補償する手段がないことがわかる。

図５Ｂでは、図５Ａの概略図は、Ｐの揺らぎを補償するように修正された。図５Ｂにおいて図示された様々な項目／態様は図５Ａのものに相当する。ただし以下は除く。
− Ｐはここでは気圧センサＢへ供給され、気圧センサＢは出力を制御装置Ｅへ通過させる。
− Ｐ_ＳはＰの参考値である。たとえばＰ_Ｓは“ＤＣ”又は「バックグラウンド」（気象学上の）圧力値である。Ｐ_Ｓは、Ｂによって記録される“ＡＣ”又は「フォアグラウンド」圧力の揺らぎが重ね合わせられる。参考値Ｐ_ｓ（又は上のＰ_０）がここで示した方法でＰから減じられない他の制御手法も可能であることに留意して欲しい。そのような方法では、センサＢは、たとえば独自の（複数の）（内部）フィルタを利用して良い。
− Ｅからの出力は、Ｄ用の駆動装置Ｄ_０へ向かって通過する。
従ってこれは、本発明による補償が偏向器（システム）Ｄを介して適用される実施例である。

図５Ｃは図５Ｂと同一である。ただしＥからの出力がＡ用の駆動装置Ａ_Ｄへ向かって通過するので、本発明による補償がアクチュエータ（台）Ａを介して適用される実施例が得られる点は除く。前記補償がＤとＡの両方を介して適用されるハイブリッド実施例も考えられ得る。

図５Ｄは、本発明での使用に適した制御装置Ｅ用の考えられ得る回路の概略図を表している。左側のオペアンプは上述のローパスフィルタとハイパスフィルタとを結合することで、本発明における関心対象である中程度の周波数圧力揺らぎのみを許容するバンドパスフィルタリングが得られる。右側のオペアンプは上述のスケーリング因子／感度を導入する。Ｖ_Ｂは大気圧センサＢからの電圧入力である。Ｘ_Ｃは位置補正信号である。

図６は、本発明による他のＣＰＭの実施例の概略図である。より具体的には図３は、透過型顕微鏡Ｍの実施例を示す。透過型顕微鏡ＭはＴＥＭ／ＳＴＥＭ（つまり走査機能を備えるＴＥＭ）である（とはいえ本発明においては、透過型顕微鏡Ｍは、たとえば有効なものとしてイオン系顕微鏡であっても良い）。図中、真空筐体Ｖ内部では、電子源４（たとえばショットキーエミッタ）が、電子光学照射体６を通り抜ける電子ビームＣを生成する。電子光学照射体６は、（たとえば（局所的に）薄く／平坦化されて良い）試料Ｓの選ばれた領域に電子ビームを案内／集束する役割を果たす。この照射体６は、電子光学軸Ｃ’を有し、かつ、一般的には様々な静電/磁気レンズ、（複数の）（走査）偏向子Ｄ、補正器（たとえばスティグメータ）等を有する。典型的には照射体６は収束系をも有して良い（６の全体が「収束系」と呼ばれることもある）。

試料Ｓは、位置設定装置（台）Ａによって多重自由度で位置設定可能な試料ホルダＨ上に保持されている。たとえば試料ホルダＨは、（とりわけ）ＸＹ平面で移動可能な指部を有して良い（図示された直交座標系を参照のこと。Ｚ軸に平行な運動とＸ／Ｙに関する傾斜も可能である）。係る移動は、軸Ｃ’に沿って（Ｚ方向に）進行する電子ビームによる試料Ｓの様々な領域の照射／撮像／検査（及び／又はビーム走査の代わりに走査運動を実行すること）を可能にする。任意の冷却装置１４は、試料ホルダＨと緊密に熱的接触をし、かつ、たとえば循環極低温冷媒を用いて所望の低温を実現及び維持することによって試料ホルダＨを極低温に維持することが可能である。

軸Ｃ’に沿って進行する集束電子ビームＣは、様々な種類の「誘導」放射線−（たとえば）２次電子、後方散乱電子、Ｘ線、及び光放射線（カソードルミネッセンス）を含む−が試料Ｓから放出されるように試料Ｓと相互作用する。望ましい場合には、これらの放射線の種類のうちの１種類以上が解析装置２２によって検出されて良い。解析装置２２はたとえば、結合されたシンチレータ／光電子増倍管又はＥＤＸ（エネルギー分散型Ｘ線分光）モジュールであって良い。そのような場合、画像は、ＳＥＭと基本的には同一の原理を用いて構築されて良い。しかし、代わりに又はそれに加えて、試料Ｐを通り抜け（通過し）、試料から放出（放射）され、かつ、（実質的には多少偏向／散乱するが）軸Ｃ’に沿って伝播し続ける電子が調査されて良い。係る透過電子は結像系（組み合わせられた対物／投影レンズ）２４へ入射する。結像系２４は一般的に、様々な静電/磁気レンズ、偏向子、補正器（たとえばスティグメータ）等を有する。通常の（非走査）ＴＥＭモードでは、この結像系２４は、透過電子を蛍光スクリーン２６へ集束させて良い。蛍光スクリーン２６は、望ましい場合には、（矢印２６’によって概略的に示されているように）軸Ｃ’から外れるように引き出され／引き込められてよい。試料Ｓ（の一部）の画像（又はディフラクトグラム）は結像系２４によってスクリーン２６上に生成される。これは、筐体Ｖの壁の適切な部分に設けられたビューポート２８を介して見ることができる。スクリーン２６用の引き込み機構はたとえば、基本的には機械及び／又は電気によるものであって良い（ここでは図示されていない）。

スクリーン２６上で画像を閲覧する代わりとして、結像系２４から放出される電子束の焦点深度は一般的に非常に大きい（たとえば１ｍのオーダー）ということが利用されて良い。従って、たとえば以下に述べるような様々な他の種類の解析装置が、スクリーン２６の下流で用いられて良い。
− ＴＥＭカメラ３０。カメラ３０では、電子束は、制御装置Ｅによって処理され、かつ、たとえばフラットパネルディスプレイのような表示装置（図示されていない）上に表示可能な静的画像（ディフラクトグラム）を生成し得る。必要ないときには、カメラ３０は、（矢印３０’によって概略的に示されているように）軸Ｃ’から外れるように引き出され／引き込められてよい。
− ＳＴＥＭ記録装置３２。記録装置３２からの出力は、試料Ｓ上のビームＣの走査位置（Ｘ，Ｙ）の関数として記録され、かつ、Ｘ，Ｙの関数としての記録装置３２からの出力の「マップ」である画像が構築されて良い。記録装置３２は、カメラ３０内に固有に存在する複数の画素からなるマトリックスとは対照的に、たとえば２０ｍｍの直径を有する単一画素を有して良い。しかも記録装置３２は一般的に、カメラ３０の取得速度（たとえば１０^２点／秒）よりもはるかに高い取得速度（たとえば１０^６点／秒）を有する。繰り返しになるが、必要ないときには、記録装置３２は、（矢印３２’によって概略的に示されているように）軸Ｃ’から外れるように引き出され／引き込められてよい（係る引き出しはドーナツ形状の環状暗視野記録装置３２の場合には必要だが、たとえば係る装置では、その装置が使用されないときには中央孔がビームの通過を可能にする）。
− カメラ３０又は記録装置３２を用いた撮像の代わりに、分光装置３４−たとえばＥＥＬＳ（ＥＥＬＳ＝電子エネルギー損失分光）モジュール−を起動させても良い。
３０、３２、及び３４の順序／位置は厳密ではなく、多くの可能な変化型が考えられることに留意して欲しい。たとえば分光装置３４は、結像系２４に組み込まれても良い。

制御装置（コンピュータプロセッサ）Ｅは、制御ライン（バス）Ｅ’を介して様々な図示された部品に接続されることに留意して欲しい。この制御装置Ｅは、様々な機能−たとえば作用の同期、設定点の提供、信号処理、計算の実行、及び表示装置（図示されていない）上でのメッセージ／情報の表示−を供して良い。言うまでもないことだが、（概略的に図示された）制御装置Ｅは、（部分的に）筐体Ｖの内部又は外部に存在し、かつ、希望に応じて単一構造又は複合構造を有して良い。当業者は、筐体Ｖの内部が厳密な真空状態に維持される必要がないことを理解する。たとえば所謂「環境制御型ＴＥＭ／ＳＴＥＭ」では、所与の気体のバックグラウンド環境圧力が、故意に筐体２の内部に導入／維持される。当業者はまた、原則的には、筐体Ｖの容積を制限することが有利であることを理解する。それにより、可能な場合には、筐体Ｖは基本的に軸Ｃ’を中に抱えた状態をとる。その結果筐体Ｖは、使用された電子ビームが通過するような小さな管の形態となるが、荷電粒子ビーム源４、試料ホルダＨ，スクリーン２６，カメラ３０、記録装置３２、分光装置３４等のような構造物を収容する程度には広がっている。

本発明の文脈においては、大気圧センサＢは、アクチュエータＡ（の外側部分）に近接して供された。アクチュエータＡは、上述した図１のの状況と類似して、とりわけ試料Ｓの搬入出を容易にするため、筐体Ｖの壁を介して（部分的に）トリはず可能なように突出する。この大気圧センサは、制御装置Ｅ（の構成要素）と接続し、かつ、上述の「発明を実施するための形態」、図３Ｂ、図４Ｂ、図５Ｂ、及び図５Ｃで説明したものと同じ方法で本発明を実施するのに用いられて良い。

周辺圧力の変化は、たとえば以下のように様々なカテゴリーに再分割することができる。
− （たとえば（長期の）天気に起因する）大気圧の遅い（低周波数）変化
− （たとえば突風、ドアの開閉等に起因する）典型的には秒の時間スケールでの圧力の過渡的な（中程度の周波数の）外乱
− たとえば音に起因する音響的な（高周波数の）圧力の外乱
これらの様々な原因に対応する典型的な周波数範囲は以降で詳述する。

本発明の文脈においては、単一のＣＰＭ画像を取り込むのに必要な典型的な時間は重要である。これは一般的に約０．１〜１００秒のオーダーである。全ＣＰＭ撮像期間は１枚の画像だけの取り込みを有して良いが、その代わりに複数の画像の取り込みを有しても良い。たとえばトモグラフィ実験は、完了するのに数日かかるので、何十又は何百もの画像の取り込みを必要とする。連続する画像同士（「画像間」）でのドリフトはたとえば、リアルタイムドリフト補正アルゴリズム又は経験的交差相関ソフトウエアを用いて補正されて良い。対照的に本発明では、１枚の画像を取得する間（「画像内」）での圧力変化に起因する画質の劣化がより懸念される。

天気に関連する圧力−マクロなスケールでの大気圧変化を含む−は一般的に、典型的なＣＰＭ利用の場合の期間と比較して遅く変化する。穏やかな天気においてさえも、圧力変化は大きな振幅（たとえば２５ｍｂａｒ＝２５００Ｐａ）となり得るが、変化は一般的に数時間の時間スケールで起こる。典型的な天気関連圧力の勾配は約１．４Ｐａ／分のオーダーであって良い。これは典型的な画像取得の期間に対して低い。

ＣＰＭの動作にとっては、画像の取得に要する時間以下の時間スケールでの圧力の過渡的変化が、より重要である。そのような揺らぎは、圧力の異なる２つの領域間のドアを開くとき−たとえばクリーンルーム（通常は隣接する領域と比較して１０〜１５Ｐａ（以上）の過圧状態である）に対するドア又は外部の屋外環境に対するドアの場合−に起こる。そのような圧力変化は一般的に一時的な期間であり、かつ、ドアが開かれている間持続する。例を紹介すると、本願発明者等は、たとえば外側のドアが３〜１５秒間開いているときには約１秒間の遷移時間に１０〜１５Ｐａが起こるのを測定した。特に圧力波は、（スライド式ドアとは対照的に）ちょうつがいにより接合するドアによって生じ得る。なぜならヒンジで接合するドアのちょうつがいによる動きはピストン又は扇の特性に似ているからである。つまり顕著な量の空気が変位することで、一時的な圧力変化が起こる。そのような圧力波の時間スケール及び強度は多数の因子に依存する。多数の因子とはたとえば、ドアを開ける速さ（力と期間に関係する）、方向、ドアの表面積、ドアのいずれかの側での部屋のサイズと形状、隣接する領域への（換気）接続等である。ちょうつがいにより接合されたドアの開閉によって生じる過渡的圧力外乱に係る典型的な周波数挙動は、約０．０１〜２０Ｈｚの範囲内に属し得ることが示された。ここでピーク間レベルは約３Ｐａである。ドアの運動によって生じる圧力変化は悩ましい。なぜなら誘起された画像変位は注目すべき程度に十分大きいからである。時間スケールは、１枚の画像を取得するのに必要な時間と同じオーダーである。

「音響的」という用語は、たとえば大気のような気体中での力学的な波の研究を意味する。この文脈では、周波数スペクトルは以下のように各異なる領域に分割され得る。
− 可聴範囲（「音」）−人の耳の感度に関する−は２０Ｈｚ〜３０Ｈｚの範囲内に属する。
− この可聴範囲外では、超音波（＞２０ｋＨｚ）と超低周波範囲（＜２０Ｈｚ）が存在する。
この定義を用いると、上述した低周波数の圧力変化と中程度の周波数の圧力変化は超低周波とみなされて良い。ＣＰＭは、最大数ｋＨｚの周波数の音に敏感であり得る。音がＣＰＭの（撮像）性能を妨害する物理的機構は、低周波数の圧力波に係る機構とは異なる。

周波数スペクトルの所与の部分への測定の限定は適切なフィルタを用いることによって実現されて良い。そのようなフィルタリング機構の例についてここで論じる。

[フィルタ例Ａ]
一のフィルタリング方法は、信号経路内で電子フィルタ−たとえばドアの開放行為に関連する周波数範囲を選択するように実施される１次バンドパスフィルタ−を用いることである。そのようなフィルタ設計の概略図が図７に示されている。図７は、受動的１次線形ハイパスフィルタ及びローパスフィルタの組み合わせを示している。
− Ｒ_１とＲ_２は電気抵抗値（便宜上Ｒ_２＞＞Ｒ_１）である。
− Ｃ_１とＣ_２は電気キャパシタンス値である。
− Ｕ_ｉとＵ_ｏはそれぞれ入力電位と出力電位を表す。
このフィルタのハイパス及びローパスカットオフ周波数（−３ｄＢポイント）はそれぞれ、ｆ_ｈｐ＝（１／２π）・（１／（２・Ｒ_１・Ｃ_１））及びｆ_ｌｐ＝（１／２π）・（１／（２・Ｒ_２・Ｃ_２））によって与えられる。成分値を以下のように選択する結果、たとえば０．０２７〜２７Ｈｚの周波数帯を選択する（通過させる）バンドパスフィルタとなる。
Ｒ_１＝６８０Ω
Ｃ_１＝４４００μＦ
Ｒ_２＝６８００Ω
Ｃ_２＝０．８８μＦ
当業者は、必要に応じて異なるバンドパスフィルタを実現するように他の値を選択することができる。

[フィルタ例Ｂ]
他の（及び／又は補助的）フィルタリング方法が図８に表されている。圧力センサはたとえば、ゴム（又は他の可撓性）部材８４が伸張する（剛性の）殻／容器８２を有するように実施されて良い。周辺圧力の変化に応じて、膜８４は変形する。距離センサ８６（たとえば光エンコーダ、容量センサ等）は、膜８４の中心での高さを測定するのに用いられて良い。記録された高さの変化は殻８２の（外部）環境と内部との間での差圧に比例する。小さな開口部（ダクト）８８が、殻８２の内部と環境との間に意図的に生成される場合、空気は、この開口部８８を介して殻８２へ流入／殻８２から流出することが可能となる。開口部８８が十分小さい場合、環境圧力変化への応答は遅くなり、かつ、センサへの効果はハイパスフィルタのようになる。これは以下のようにさらに説明することができる。

圧力Ｐ_ｓの空気で満たされた容積のＶ_ｓの閉じられた容器を仮定する。直径ｄで長さＬの小さな円筒形開口部（すなわちパイプ）が容器内部と環境とを接続する。容器の容積は一定のＶ_ｓ（ｔ）＝Ｖ_０（定積過程）であると仮定する。さらに圧力が変化する過程が等温であると仮定する。これは、層状流で、差圧が小さく、かつ、遅い応答にとっては有効な仮定である。環境圧力Ｐが、１ｂａｒ（１０^５Ｐａ）の大気圧周辺で変化する。環境と容器との間の差圧によって、空気は、開口部を介して容器へ流入／容器から流出する。この流れは、ハーゲン・ポアズイユの式Ｑ＝（πｄ^４／１２８ηＬ）・ΔＰ＝Ｃ_ｒ・ΔＰによって表される。ここで、Ｑは体積流量（単位ｍ^３／ｓ）、ΔＰは容器と環境との間での差圧（Ｐ−Ｐ_ｓ）、ｄとＬはそれぞれ開口部の直径と長さ、ηは空気の動的粘性度で、Ｃ_ｒはパイプの伝導度である。無限小の時間ｄｔでの容器内での気体の容積の変化は、次式によって与えられる圧力変化ｄＰ_ｓとなる。
ｄＰ_ｓ＝（ｄＶ_ｇ／Ｖ_０）Ｐ_０＝（Ｑ・ｄｔ／Ｖ_０）Ｐ_０
Ｑについてハーゲン・ポアズイユの式を挿入すると、次式が得られる。
ｄＰ_ｓ／ｄｔ＝（Ｑ／Ｖ_０）・Ｐ_０
＝（Ｃ_ｒ・ΔＰ／Ｖ_０）・Ｐ_０＝（Ｃ_ｒ／Ｖ_０）・Ｐ_０・（Ｐ−Ｐ_ｓ）
これは以下のように書き直すことができる。
（Ｖ_０／（Ｃ_ｒ・Ｐ_０））・（ｄＰ_ｓ（ｔ）／ｄｔ）＋Ｐ_ｓ（ｔ）＝Ｐ（ｔ）
この式は、次式のＲＣ回路の線形微分方程式と等価であることに留意して欲しい。
ＲＣ・（ｄＶ_ｏｕｔ（ｔ）／ｄｔ）＋Ｖ_ｏｕｔ（ｔ）＝Ｖ_ｉｎ（ｔ）
ここで、Ｒは抵抗、Ｃはキャパシタンス、Ｖ_ｉｎとＶ_ｏｕｔはＲＣフィルタの入力電圧と出力電圧である。
ＲＣフィルタとの類推で、漏れによる圧力容器の応答は次式で表される。
Ｇ_Ｐ＝｜Ｐ_Ｓ／Ｐ｜＝（１＋（ω・Ｖ_０／（Ｃ_ｒ・Ｐ_０））^２）^−１／２
よって漏れはローパスフィルタの機能を有し、かつ、容器内の圧力はゆっくりと環境に適合することが可能であることがわかる。そのような圧力容器に基づく圧力は、環境圧力と内部圧力との間の差に比例する出力信号に基づくことに留意して欲しい。従ってセンサの応答は次式のようなハイパス型となる。
Ｇ_Ｓ＝｜（Ｐ−Ｐ_Ｓ）／Ｐ｜＝（１＋（ω・Ｖ_０／（Ｃ_ｒ・Ｐ_０））^−２）^−１／２
この式は、ｆ_−３ｄＢ＝（１／２π）・（Ｃ_ｒ・Ｐ_０／Ｖ_０）でカットオフ周波数（−３ｄＢ点）を有する。上の検討は、図８の膜８４を、剛性を有する壁に置き換えた。ここでパラメータＡを導入し、剛性を有する壁ではＡ＝０で、かつ、非常に柔軟性のある膜ではＡ＝１であるとすると、過渡オフ周波数ｆ_ｃについて、ｆ_ｃ（Ａ）＝（１−Ａ）ｆ_ｃ（Ａ＝０）が得られる。実際には、本願発明者等は、Ａ≧０．８６が膜の挙動を現実的に表すことを発見した。Ｖ_０＝３．５リットル、Ｌ＝１０ｍｍ、Ｄ＝０．４ｍｍ、及びＡ＝０．８６のようにパラメータを選択する結果、カットオフ周波数は０．００２２Ｈｚとなる。これはたとえば、天気に関連する変化を抑制するのに適しているが、ドアの開閉行為に起因する圧力変化を見逃してしまう。
繰り返しになるが、当業者は、必要に応じて異なるカットオフ周波数を実現するように他の値を選択することができる。

Ｍ 荷電粒子顕微鏡
１ 粒子光学鏡筒
Ｃ 荷電粒子ビーム
Ｃ’ 粒子光学軸
５ 真空チャンバ
Ｈ 試料ホルダ
Ａ 台/アクチュエータ
Ｓ 試料
９ 電子源
１１ レンズ
１３ レンズ
１５ 偏向ユニット
１７ 電源
１９ 検出器
２１ 検出器
２３ 中央開口
Ｅ 制御装置／コンピュータ処理装置
Ｅ’ 制御ライン（バス）
２７ 表示装置
Ｖ 真空筐体
４ 荷電粒子ビーム源
６ 電子光学照射体
Ｓ 試料
Ｈ 試料ホルダ
１２ 設置装置（台）
１４ 冷却装置
２２ 解析装置
２４ 結像系
２６ 蛍光スクリーン
２６’ 矢印
２８ ビューポート
３０ カメラ
３０’ 矢印
３２ 記録装置
３２’ 矢印
３４ 分光装置
Ｂ 大気圧センサ

Claims (11)

1. 荷電粒子顕微鏡を用いる方法であって：
   試料ホルダ上に試料を供する段階；
   前記試料へ照射するようにビーム源から照射体を介するように荷電粒子ビームを案内する段階；
   前記照射に応じて前記試料から放出される放射線束を検出するために検出器を用いる段階、
   を有し、
   当該顕微鏡に気圧センサを供する段階；
   前記気圧センサからの圧力測定信号を自動制御装置へ供する段階；
   前記自動制御装置に制御処理への入力として前記信号を用いさせることで、前記信号に基づいて前記荷電粒子ビーム及び前記試料ホルダの相対的な位置の誤差を補償する段階、
   をさらに有することを特徴とする方法。
2. 前記制御処理が制御ループを有し、
   前記補償が、前記ビームと前記試料ホルダの相対位置のその場調節を有する、
   請求項１に記載の方法。
3. 前記試料ホルダには、該試料ホルダの位置を調節するのに用いられ得るアクチュエータ機構が供され、
   前記自動制御装置は、前記信号に応じて前記アクチュエータ機構へ供される位置設定点を調節するように起動する、
   請求項２に記載の方法。
4. 前記照射体には、前記ビームの偏向を調節するのに用いられ得る偏向子機構が供され、
   前記自動制御装置は、前記信号に応じて前記偏向子機構へ供給される変更設定点を調節するように起動する、
   請求項２又は３に記載の方法。
5. 当該顕微鏡には、前記試料を透過して前記検出器へ向かうように荷電粒子束を案内するために結像系が供され、
   前記結像系には、前記束の経路を調節するのに用いられ得る操作モジュールが供され、
   前記自動制御装置は、前記信号に応じて前記操作モジュールに供給される操作設定点を調節するように起動する、
   請求項２乃至４のうちのいずれか一項に記載の方法。
6. 当該顕微鏡には、前記ビームと前記試料の相対走査運動を生じさせるために走査手段が供され、
   前記自動制御装置は、前記試料上での走査座標位置の関数として検出器出力の表を構築するように起動し、
   前記補償は、点毎に前記走査座標位置の遡及的補正を有する、
   請求項１に記載の方法。
7. 天気現象に係る相対的に低周波数の圧力変化の効果及び音響的現象に係る相対的に高い周波数の圧力変化の効果うちの少なくとも１つを緩和するのにフィルタが用いられる、請求項１乃至６のうちのいずれか一項に記載の方法。
8. 前記フィルタが、０．０００１〜０．１Ｈｚで、好適には０．００１〜０．１Ｈｚで、より好適には０．０．０１〜０．１Ｈｚの範囲内である低周波カットオフ点、及び、８〜１００Ｈｚで、好適には８〜５０Ｈｚで、より好適には１０〜３０Ｈｚの範囲内である高周波カットオフ点からなる群から選ばれる少なくとも１つのカットオフ点を有する、請求項７に記載の方法。
9. 前記フィルタが、当該顕微鏡が格納される筐体の壁内のドアの開閉の結果生じる圧力波に係る周波数を通過させる、請求項７又は８に記載の方法。
10. 前記フィルタが、前記気圧センサからの信号経路内の電子ＲＣ回路、前記気圧センサの壁内の圧力開放ダクト、及び上記の組み合わせ、からなる群から選ばれる、請求項７乃至９のうちのいずれか一項に記載の方法。
11. 試料を保持する試料ホルダ；
    荷電粒子ビームを生成するビーム源；
    前記試料へ照射するように前記ビームを案内する照射体；
    前記照射に応じて前記試料から放出される放射線束を検出する検出器、を有する荷電粒子顕微鏡であって、
    自動制御装置；及び、
    前記自動制御装置へ圧力測定信号を供することが可能な気圧センサからの入力インターフェース、をさらに有し、
    前記自動制御装置は、制御処理への入力として前記信号を用いることで、前記信号に基づいて前記ビーム及び前記試料ホルダの相対的な位置の誤差を補償するように起動し得る、ことを特徴とする荷電粒子顕微鏡。

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