JP6316453B2 - 荷電粒子線装置及び荷電粒子線装置による観察方法 - Google Patents

Description

本発明は、荷電粒子線装置及び荷電粒子線装置による観察方法に関する。

試料に荷電粒子線を照射し、試料から放出される２次電子及び／又は反射電子を検出して試料の表面形状を観察する走査電子顕微鏡（ＳＥＭ：Scanning Electron Microscope）に代表される荷電粒子線装置は、近年、その汎用性が広がってきている。例えば、荷電粒子線装置の対象は、生物生体試料から半導体素子の高倍率観察、金属や液晶などの材料分析に至るまで、多様化している。その中で、試料ステージの移動、回転精度、及び動作レスポンスは、高倍率観察に対応できるように高精度化が進んでいる。

荷電粒子線装置の試料ステージは、荷電粒子線と直交して平面移動する２軸（Ｘ軸、Ｙ軸）を有する。これに加えて、試料ステージは、試料を荷電粒子線と平行する方向（垂直方向）に移動する軸（Ｚ軸）、試料を荷電粒子線と直交する軸を中心に傾斜する軸（Ｔ軸）、及び、試料を荷電粒子線と平行する軸を中心に回転する軸（Ｒ軸）を有するものがある。一般には、荷電粒子線と直交して平面移動する２軸の稼動範囲が、観察できる範囲を決める（特許文献１）。

一方、試料ステージとは別の第２のステージを備える荷電粒子線装置がある（特許文献２）。特許文献２の第２のステージは検出器を備えており、最適な条件での検出のために第２のステージを試料ステージの周りで移動可能である。

特開２００５−１９７１３６号公報 特開２０１２−４８８１９号公報

本願発明者が、試料ステージの移動後に検出器を再調整することについて鋭意検討した結果、次の知見を得るに至った。

現在、これまではＳＥＭ汎用機では不可能であった、大口径の試料や重量物の試料を、前処理や破断をせずに観察する要求が増えている。この大口径化や重量物の要求を達成するために、従来は真空試料室を大型化し、またステージのサイズもこれに比例して拡大するのが一般的であった。例えば試料室の大きさは、全面観察を可能にするために、試料サイズの２倍以上とし、試料サイズが２００ｍｍであれば、真空試料室の内部寸法は４２０ｍｍ以上にするのが一般的である。

また、分析の分野では、ＥＤＸ（Energy Dispersive X-ray Spectrometry）法に代表される、材料組成や構造解析にＳＥＭが活用されている。この場合、試料上の分析を行う位置は、明確に位置を特定でき、また位置や分析結果は再現性が必要である。さらに、試料の微細化が進みことで、分析精度もさらなる向上が求められている。

荷電粒子線を試料に照射し、検出器で二次電子やＸ線等の信号を検出する荷電粒子線装置において、各検出器は、検出信号量が最大になる最適な位置に取り付ける必要がある。観察する試料は、金属材料から有機材料、生体試料に至るまで多様に存在し、これらの観察や分析に最適な光学条件（加速電圧、ビーム電流など）は、各々違う。

例えば、一般に、生体試料は金属材料に比べて観察倍率が低く、観察する領域も広いことから、最適なワークディスタンス（対物レンズの下面と試料との間の距離。以下、ＷＤと略す）が違う。すなわち、生体試料のＷＤは長くなる。一方、有機材料など荷電粒子線によりチャージアップしやすい試料の場合、荷電粒子線の加速電圧や電流を加減して、短いＷＤで観察を行う場合もある。このように、試料毎に最適な光学条件とＷＤは違ってくる。

例えば、試料観察に最適なＷＤ位置に試料ステージを垂直方向（Ｚ軸方向）へ移動させると、検出器を試料室に固定した従来の構成（特許文献１）の場合、試料と検出器の相対的位置関係が変化してしまう。この試料と検出器の相対的位置関係の変化によって、検出器から見て、試料から二次的に発生する電子の軌道が変化する。これにより、検出器における検出信号量が変化してしまうため、最適な検出条件を維持できない。また、検出器における検出信号量は、試料と検出器との間の角度にも依存するため、試料ステージを例えばＴ軸で回転させた場合でも、試料と検出器の相対的位置関係の変化により最適な検出条件を維持できない。

また、第２のステージに検出器を固定した従来の構成（特許文献２）においても、第２のステージは、試料ステージとは独立して移動するだけである。したがって、試料ステージを垂直方向へ移動したり、又は、試料をＴ軸で回転させた場合には、試料と検出器の相対的位置関係の変化により最適な検出条件を維持できない。したがって、以上の従来技術では、試料ステージを移動して試料の位置を変化させた場合に、検出の条件の再調整が必要となる。

本発明の目的は、荷電粒子線装置において、観察時に試料の位置を変化させた場合でも、最適な検出条件を維持することに関する。

上記課題を解決する為に、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。本願は上記課題を解決する手段を複数含んでおり、例えば、試料に荷電粒子線を照射する荷電粒子線光学系と、Ｚ軸ステージと、当該Ｚ軸ステージに配置され、第１の検出器が配置されたＴ軸ステージと、当該Ｔ軸ステージに配置されたＸＹＲ軸ステージとを有し、前記試料が配置される試料ステージと、を備える荷電粒子線装置が提供される。当該荷電粒子線装置は、前記Ｚ軸ステージ又は前記Ｔ軸ステージを移動させても、前記第１の検出器と前記試料との相対的な位置関係が維持されるように構成されている。

また、他の例によれば、試料に荷電粒子線を照射する荷電粒子線光学系と、Ｔ軸ステージと、当該Ｔ軸ステージに配置され、第１の検出器が配置されたＺ軸ステージと、当該Ｚ軸ステージに配置されたＸＹＲ軸ステージとを有し、前記試料が配置される試料ステージと、を備える荷電粒子線装置が提供される。当該荷電粒子線装置は、前記Ｚ軸ステージ又は前記Ｔ軸ステージを移動させても、前記第１の検出器と前記試料との相対的な位置関係が維持されるように構成されている。

また、荷電粒子線装置を用いた観察方法が提供される。当該観察方法は、Ｚ軸ステージと、当該Ｚ軸ステージに配置され、第１の検出器が配置されたＴ軸ステージと、当該Ｔ軸ステージに配置されたＸＹＲ軸ステージとを有する試料ステージに試料を配置することと、前記試料ステージの前記試料に荷電粒子線を照射し、二次電子、反射電子、Ｘ線、又は光を前記第１の検出器によって検出することと、前記Ｚ軸ステージ又は前記Ｔ軸ステージを移動させることと、前記試料ステージの前記試料に荷電粒子線を照射し、二次電子、反射電子、Ｘ線、又は光を前記第１の検出器によって検出することと、を含む。

また、荷電粒子線装置を用いた別の観察方法が提供される。当該観察方法は、Ｔ軸ステージと、当該Ｔ軸ステージに配置され、第１の検出器が配置されたＺ軸ステージと、当該Ｚ軸ステージに配置されたＸＹＲ軸ステージとを有する試料ステージに試料を配置することと、前記試料ステージの前記試料に荷電粒子線を照射し、二次電子、反射電子、Ｘ線、又は光を前記第１の検出器によって検出することと、前記Ｚ軸ステージ又は前記Ｔ軸ステージを移動させることと、前記試料ステージの前記試料に荷電粒子線を照射し、二次電子、反射電子、Ｘ線、又は光を前記第１の検出器によって検出することと、を含む。

また、荷電粒子線装置を用いた別の観察方法が提供される。当該観察方法は、Ｚ軸ステージと、当該Ｚ軸ステージに配置され、第１の検出器が配置されたＴ軸ステージと、当該Ｔ軸ステージに配置されたＸＹＲ軸ステージとを有する試料ステージに試料を配置することと、前記試料ステージの前記試料に荷電粒子線を照射し、二次電子、反射電子、Ｘ線、又は光を前記第１の検出器によって検出することと、前記ＸＹＲ軸ステージを移動させることと、前記試料ステージの前記試料に荷電粒子線を照射し、二次電子、反射電子、Ｘ線、又は光を前記第１の検出器によって検出することと、を含む。

また、荷電粒子線装置を用いた別の観察方法が提供される。当該観察方法は、Ｔ軸ステージと、当該Ｔ軸ステージに配置され、第１の検出器が配置されたＺ軸ステージと、当該Ｚ軸ステージに配置されたＸＹＲ軸ステージとを有する試料ステージに試料を配置することと、前記試料ステージの前記試料に荷電粒子線を照射し、二次電子、反射電子、Ｘ線、又は光を前記第１の検出器によって検出することと、前記ＸＹＲ軸ステージを移動させることと、前記試料ステージの前記試料に荷電粒子線を照射し、二次電子、反射電子、Ｘ線、又は光を前記第１の検出器によって検出することと、を含む。

本発明によれば、試料に対する荷電粒子線の照射位置ならびにＷＤおよび傾斜角を変化させても、検出器の検出条件を維持しつつ、試料を観察することができる。

本発明に関連する更なる特徴は、本明細書の記述、添付図面から明らかになるものである。また、上記した以外の、課題、構成および効果は、以下の実施例の説明により明らかにされる。

第１実施例に係る荷電粒子線観察装置（走査型電子顕微鏡）の構成の例であり、Ｙ軸方向から見た断面図である。 第１実施例に係る走査型電子顕微鏡の構成の例であり、Ｘ軸方向から見た図である。 第１実施例に係る試料ステージの構成の例であり、Ｚ軸方向の上方から見た図である。 第１実施例に係る試料ステージのＴステージを上方から見た断面図である。 第１実施例に係る試料ステージのＸモータユニットを側面から見た断面図である。 第２実施例に係る荷電粒子線観察装置の構成の例であり、Ｙ軸方向から見た断面図である。 オプションポートに暗視野ＳＴＥＭ検出器を搭載した例である。 第３実施例に係る荷電粒子線観察装置の構成の例であり、Ｙ軸方向から見た断面図である。 第４実施例に係る荷電粒子線観察装置の構成の例であり、Ｙ軸方向から見た断面図である。 第５実施例に係る荷電粒子線観察装置の構成の例であり、Ｙ軸方向から見た断面図である。 第５実施例に係る荷電粒子線観察装置の検出器の切り替え、及び、組合せを説明するための図である。

以下、添付図面を参照して本発明の実施例について説明する。なお、添付図面は本発明の原理に則った具体的な実施例を示しているが、これらは本発明の理解のためのものであり、決して本発明を限定的に解釈するために用いられるものではない。以下の実施例と既知の技術との組み合わせや置換による変形例も本発明の範囲に含まれる。

荷電粒子線装置は、荷電粒子線（例えば、電子）を試料表面で走査して、二次的に発生する電子を用いることにより、試料の観察、分析などを行うものである。荷電粒子線装置の代表的な例として、電子顕微鏡がある。なお、以下の実施例では、荷電粒子線装置として、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）の例で説明するが、走査透過電子顕微鏡、走査型イオン顕微鏡などであってもよい。すなわち、以下の全ての実施例は荷電粒子線装置全般に適用可能である。

[第１実施例]
図１及び図２は、第１実施例に係る走査型電子顕微鏡の構成の例を模式的に示した図である。図３は、第１実施例に係る試料ステージの構成の例を模式的に示した図である。

走査型電子顕微鏡は、大きくは、電子線光学系１２９含むカラムと、試料ステージ１００を含む真空試料室１３５と、試料１３３から二次的に発生する電子などを検出する検出系と、真空排気系１３７と、上述の各種構成要素を制御する制御系（図示せず）と、観察条件を指定し、観察結果を表示する操作系（図示せず）と、によって構成される。

電子線光学系１２９は、電子銃（図示せず）、偏向器（図示せず）、及び、対物レンズ１３６などを備える。なお、走査電子顕微鏡の電子線光学系は、これ以外に他のレンズや電極、検出器を含んでもよいし、一部が上記と異なっていてもよく、電子線光学系の構成はこれに限られない。

電子線光学系１２９は、指定された観察条件の一次荷電粒子線（電子線）１４１を発生させ、対物レンズ１３６で集束させ、集束させた荷電粒子線１４１を、真空試料室１３５内の試料ステージ上の試料１３３に照射する。検出系は、少なくとも一つの検出器を備え、検出器が、試料１３３から放出される特定Ｘ線や二次電子を検出する。検出器における検出信号は、図示しない画像演算機により画像信号へ変換される。操作系のインタフェースには、画像信号に基づく観察画像が表示される。

試料ステージ１００は、４軸以上の移動軸を有する（本例では、５軸の移動軸）。試料ステージ１００は、荷電粒子線１４１と直交する平面であって試料面と同一平面方向に移動するＸ軸（図１の左より右方向）と、Ｘ軸と同一平面方向に移動するＹ軸（図１の紙面裏面から正面方向）と、荷電粒子線１４１と平行する方向（垂直方向）に移動するＺ軸と、試料１３３を荷電粒子線１４１と直交する軸を中心に傾斜させるＴ軸と、Ｙ軸上で試料１３３を荷電粒子線１４１と平行する軸（Ｚ軸）を中心に回転させるＲ軸とを備える。

試料ステージ１００は、Ｚステージ１０９と、Ｚステージ１０９に配置され、検出器が配置されるＴステージ１１０と、Ｔステージ１１０に配置されたＸＹＲ軸ステージ（Ｘステージ１０６、Ｙステージ１０７、及びＲステージ１０８）とを有する。以下で説明するＴステージ１１０上のＸＹＲ軸ステージは、一例であり、Ｘ、Ｙ、Ｒステージの搭載順序は適宜変更可能である。

より詳細には、試料ステージ１００は、試料１３３のＺ軸方向の移動を可能にするＺステージ１０９と、Ｔ軸を中心とした試料１３３の傾斜を可能にするＴステージ１１０と、試料１３３のＸ軸方向の移動を可能にするＸステージ１０６と、試料１３３のＹ軸方向の移動を可能にするＹステージ１０７と、Ｒ軸を中心とした試料１３３の回転を可能にするＲステージ１０８とを備える。

Ｚステージ１０９は、試料１３３のＺ軸方向の移動を可能にし、ワークディスタンス（ＷＤ）１４６を調整するステージである。Ｚステージ１０９は、Ｚモータユニット１０４を動力とする。Ｚステージ１０９は、Ｚ歯車１２４を介してＺガイドレール１２２でガイドされて、Ｚ軸方向に移動する。Ｚステージ１０９の移動により、Ｔ、Ｘ、Ｙ、及びＲ軸のステージ（１１０、１０６、１０７、１０８）が昇降する。ステージ固定板１１８は、真空試料室１３５と真空を保持する境界面に相当し、Ｚステージ１０９とステージ固定板１１８の間には、真空シール部が内部に具備される。

Ｔステージ１１０は、Ｚステージ１０９上に配置される。Ｔステージ１１０は、Ｔモータユニット１０５を動力とし、Ｔ歯車１１９を介してＴ軸１４５の周りに回転する（図２の符号Ｔを参照）。Ｔステージ１１０の回転により、Ｘ、Ｙ、及びＲ軸のステージ（１０６、１０７、１０８）がＴ軸１４５の周りに回転する。また、Ｔステージ１１０は、Ｚステージ１０９内に有するＴベアリング１２５（２カ所）で支持される。本実施例では、Ｔステージ１１０は、片持ち構造となる。

図４は、Ｔステージ１１０の上面から見た断面図である。Ｔステージには、ＸＹＲ軸ステージ（Ｘステージ１０６、Ｙステージ１０７、及びＲステージ１０８）が配置されている。Ｘステージ１０６は、Ｔステージ１１０上に配置される。Ｘステージ１０６は、Ｘモータユニット１０１を動力とし、Ｘモータユニット１０１とＸボールネジ１１１ａが連結されている。Ｘステージ１０６では、Ｘボールネジ１１１ａを介してＸガイドレール１２０でガイドされることにより、Ｙ、及びＲ軸のステージ（１０７、１０８）がＸ軸方向に移動する（図３参照）。

Ｙステージ１０７は、Ｘステージ１０６上に配置される。Ｙステージ１０７は、Ｙモータユニット１０２を動力とし、Ｙモータユニット１０２とＹボールスプライン１１２が連結されている。Ｙステージ１０７では、Ｙモータユニット１０２の動力が、Ｙボールスプライン１１２と同軸上にあるネジ歯車１１６ａから、これと直交するネジ歯車１１６ｂに伝達される。この動力が、Ｙボールネジ１１４ａとＹボールネジナット１１４ｂに伝達される。Ｙステージ１０７では、Ｙボールネジ１１４ａとＹボールネジナット１１４ｂを介してＹガイドレール１２１でガイドされることにより、Ｒステージ１０８がＹ軸方向に移動する。

Ｒステージ１０８は、Ｙステージ１０７上に配置される。Ｒステージ１０８は、Ｒモータユニット１０３を動力とし、Ｒモータユニット１０３とＲボールスプライン１１３ａとが連結されている。Ｒモータユニット１０３の動力が、Ｒボールスプライン１１３ａと同軸上にあるネジ歯車１１６ａから、これと直交するネジ歯車１１６ｂに伝達される。この動力が、Ｒボールスプライン１１３ｂを介してＲウォーム１１５ａ及びＲウォームホイール１１５ｂに伝達される。そして、Ｒウォーム１１５ａ及びＲウォームホイール１１５ｂを介して、Ｒステージ１０８上の試料台１３２がＲベアリング１２３の中心を軸として回転する。試料（サンプル）１３３は、この試料台１３２上に搭載される。

図４に示すように、本実施例では、Ｘステージ１０６、Ｙステージ１０７、及びＲステージ１０８の動力を伝達する機構部品と、Ｘ、Ｙ、Ｒステージ１０６、１０７、１０８の動力源となるモータユニット１０１、１０２、１０３とが、実質的に同一平面上（ＸＹ平面上）に配置されている。Ｘ、Ｙ、Ｒステージ１０６、１０７、１０８の動力となるモータユニット１０１、１０２、１０３は、Ｔ軸１４５の下方に配置されている。これらの機構部品の配置によりＴ軸１４５の周辺に物理的な空間を確保することができる。

なお、この構成に限定されず、例えば、少なくとも、Ｘステージ１０６及びＹステージ１０７の動力を伝達する機構部品が、Ｘ、Ｙステージ１０６、１０７の動力となるモータユニット１０１、１０２と同一平面上に配置されていればよい。

図５は、Ｘ軸のモータユニットの接続部を側面から見た断面図である。Ｘモータユニット１０１と、真空側から延びるＸボールネジ１１１ａの先端部とは、バックラッシュの無いカップリング１２７で連結させる。Ｘボールネジ１１１ａの両先端部の２か所は、回転固定端であるＸＹＲベアリング１３０が設置されることによって支持される。Ｘボールネジ１１１ａの先端部には、ＸＹＲ真空シール部１２８が配置されており、真空試料室１３５内の真空が保持される。この構造は、Ｙ軸（Ｙモータユニット１０２とＹボールスプライン１１２の連結部分）及びＲ軸（Ｒモータユニット１０３とＲボールスプライン１１３ａの連結部分）においても同じである。

Ｔステージ１１０は、ドラム形状を有する。Ｔステージ１１０におけるＴ軸１４５の回転部は、薄肉大口径のＴベアリング１２５で固定されている。すなわち、Ｚステージ１０９とＴステージ１１０との間にＴベアリング１２５が配置されることにより、Ｔステージ１１０の回転が可能となる。また、Ｔステージ１１０の回転部の位置には、Ｔ真空シール部１２６が配置されている。

本実施例では、Ｔステージ１１０における、真空試料室１３５に面する壁部１１０ａには、検出器又はセンサ等を着脱可能にするオプションポート１３１が設けられている。このオプションポート１３１を介して、真空試料室１３５内に検出器又はセンサ等を挿入することが可能となる。オプションポート１３１は、Ｔステージ１１０の回転軸であるユーセントリック位置に設けられることが好ましい。例えばＴステージ１１０を回転させたときに、ユーセントリック位置の近傍に検出器があれば、検出器が垂直方向やＹ軸方向にずれることがないため、効率的に検出することができる。

オプションポート１３１は、試料１３３を含むＴステージ１１０上に設けられているため、試料１３３と相対する距離を正確に移動できるメリットがある。一例として、オプションポート１３１に検出器を搭載した場合、試料１３３と検出器の間隔は１ｍｍ未満に狭めることも可能であり、これにより、短いＷＤでの観察が可能である。

本例において、オプションポート１３１には、エネルギー分散型蛍光Ｘ線分析装置（ＥＤＸ検出器）に代表される分析機器１４２が載置されている。ＥＤＸ検出器は、電子線照射により試料から発生する特性Ｘ線を検出するものであり、元素分析や組成分析のために用いられる。ＥＤＸ検出器をＴステージ１１０上のオプションポート１３１に搭載することにより、元素分析や組成分析を効率的に行うことができる。

分析機器１４２は、その先端部に検出素子１４７を備える。分析機器１４２の検出素子１４７の位置は、荷電粒子線１４１の中心に合致するように調整される。このために、分析機器１４２は、検出素子１４７をＸＹ方向に微調整する機構と、検出素子１４７と試料の相対距離を微調整する機構とを備える。これにより、分析機器１４２の検出信号は、最適な位置で検出が可能となる。

オプションポート１３１に載置した分析機器１４２は、Ｚステージ１０９及びＴステージ１１０上にある。したがって、Ｚステージ１０９によって試料１３３をＺ軸方向（垂直方向）へ移動したり、又は、試料１３３をＴステージ１１０でＴ軸周りで傾斜させた場合でも、試料１３３と検出器（分析機器１４２の検出素子１４７）の相対的位置関係が変わらず、最適な検出条件を維持することができる。

例えば、Ｚステージ１０９又はＴステージ１１０によって試料１３３の位置を調整した後には、検出器と試料１３３との相対距離は変わらない。すなわち、試料観察時にＷＤ１４６を変えても、検出器と試料１３３との相対的位置関係が維持されることになる。これにより、オペレーターはＷＤ１４６を気にすることなく、分析機器１４２を最適な条件に維持したままで観察および分析を行うことができる。

加えて、本実施例は、ＷＤ１４６を変えないままで、Ｘ、Ｙ、及び／又Ｒステージ１０６、１０７、１０８によって試料１３３をＸ軸、Ｙ軸、及び／又はＲ軸方向へ移動する場合についても効果がある。ＷＤ１４６を変えないままで、試料１３３への荷電粒子線１４１の照射位置（すなわち、観察位置）を変更した場合、分析機器１４２を最適な条件に維持したままで、観察位置のみを変更して観察を続けることができる。オペレーターはＸ、Ｙ、Ｒステージ１０６、１０７、１０８によって観察位置を変更した場合でも、分析機器１４２を最適な条件に維持したままで観察および分析を行うことができる。

図１では、オプションポート１３１に分析機器１４２を載置した例を示したが、これに限定されない。オプションポート１３１を介して挿入される分析機器や検出器の種類は、観察対象や観察方法などによって適宜変更が可能である。分析機器や検出器の種類は、二次電子線、Ｘ線、反射電子線、後方散乱電子線、透過電子線などの検出対象により選択してよい。例えば、オプションポート１３１に載置する機器としては、二次電子検出器、反射電子検出器、カメラ、光検出器（センサ）、蛍光顕微鏡などでもよい。

また、真空試料室１３５には、第２の検出器として、試料１３３からの二次電子１４８を検出する二次電子検出器（LOW）１５４が設けられている。詳細は後述するが、試料観察方法に応じて、分析機器１４２での検出信号及び二次信号電子検出器１５４での検出信号のいずれかを選択するようにしてもよい。例えば、操作系からの入力を介して、２つの検出器からの検出信号のいずれかを選択してもよい。オプションポート１３１に搭載される検出器と、真空試料室１３５に搭載される検出器は、同じ種類の検出器が搭載されてもよいし、異なる検出器が搭載されてもよい。

以下に本実施例での観察手順の第１の例について説明する。まず、オプションポート１３１に分析機器１４２を載置する。次に、試料ステージ１００に試料１３３を配置する。その後、検出条件やその他の光学条件などを調整する。次に、試料ステージ１００の試料１３３に荷電粒子線（電子線）１４１を照射し、分析機器１４２によって観察を行う。本例では、この後の手順に特徴がある。

次に、Ｚステージ１０９を垂直方向へ移動するか、又は、Ｔステージ１１０をＴ軸で回転させる。このとき、本実施例では、Ｚ軸方向又はＴ軸方向で試料の位置を変化した場合に、試料と検出器（検出素子１４７）の相対的位置関係が維持され、検出器における検出信号量が最適な条件を維持することができる。したがって、次のステップとして検出条件の再調整のステップを行うことなく、試料ステージ１００の試料１３３に荷電粒子線を照射し、分析機器１４２による観察を行うことができる。

また、この観察の後に、Ｘ、Ｙ、又はＲ軸方向へ試料を移動して、試料における観察位置を変更してもよい。この場合でも、検出条件の再調整のステップを行うことなく、そのまま観察のステップを行うことができる。Ｘ、Ｙ、又はＲステージ１０６、１０７、１０８によって観察位置を変更した場合でも、分析機器１４２を最適な条件に維持したままで観察および分析を行うことができる。

また、観察のステップでは、分析機器１４２での検出信号及び二次信号電子検出器１５４での検出信号のいずれかを選択したり、又は、分析機器１４２での検出信号及び二次信号電子検出器１５４での検出信号を組みあわせてもよい。

以下に本実施例での観察手順の第２の例について説明する。まず、オプションポート１３１に分析機器１４２を載置する。次に、試料ステージ１００に試料１３３を配置する。その後、検出条件やその他の光学条件などを調整する。次に、試料ステージ１００の試料１３３に荷電粒子線（電子線）１４１を照射し、分析機器１４２によって観察を行う。本例では、この後の手順に特徴がある。

次に、Ｘ、Ｙ、又はＲステージ１０６、１０７、１０８によって、試料を移動させる。ここで、Ｘ、Ｙ、又はＲ軸方向で試料の位置を変化した場合に、検出器（検出素子１４７）における検出信号量が最適な条件を維持することができるため、次のステップとして検出条件の再調整のステップを行うことなく、試料ステージ１００の試料１３３に荷電粒子線（電子線）１４１を照射し、分析機器１４２による観察を行うことができる。特に、本例では、試料と検出器の相対的位置関係を維持したまま、試料の観察位置の変更だけが可能となる。

また、この観察の後に、Ｚステージ１０９を垂直方向へ移動するか、又は、Ｔステージ１１０をＴ軸で回転させてもよい。ここで、Ｚ軸方向及び／又はＴ軸方向で試料の位置を変化した場合でも、検出器における検出信号量が最適な条件を維持することができる。したがって、検出条件の再調整のステップを行うことなく、次に、そのまま観察のステップを行うことができる。

また、観察のステップでは、分析機器１４２での検出信号及び二次信号電子検出器１５４での検出信号のいずれかを選択したり、又は、分析機器１４２での検出信号及び二次信号電子検出器１５４での検出信号を組みあわせてもよい。

本実施例によれば、観察時にＺ軸方向及び／又はＴ軸方向で試料の位置を変化しても、検出器における検出器信号量が最適な条件を維持し、良好な画像を取得できる。

従来の検出器を試料室に固定した構成の場合、試料観察に最適なＷＤ位置に試料ステージをＺ軸方向に移動したり、Ｔ軸周りで回転させると、試料と検出器の相対距離が変化してしまい、そのままでは検出信号量が変化してしまう。また、従来の試料ステージとは別の第２のステージに検出器を固定した構成においても、第２のステージは、試料ステージとは独立して移動するだけであり、試料ステージの移動によって検出器での検出信号量は変化する。加えて、第２のステージを設ける構成では、例えばＷＤが１０ｍｍであると考えたとき、試料大きさを極小として無視しても、半径１０ｍｍ内に第２のステージを設置することは困難である。すなわち、従来の技術では、観察時にＺ軸方向及び／又はＴ軸方向で試料の位置を変化した場合に、検出器における検出信号量が最適な条件を維持することはできなかった。

これに対して、本実施例では、Ｚステージ１０９上にＴステージ１１０を配置し、検出器を搭載するオプションポート１３１を、Ｔステージ１１０上に配置する。したがって、Ｚステージ１０９を垂直方向へ移動したり、又は、Ｔステージ１１０をＴ軸で回転させた場合でも、オプションポート１３１に搭載した検出器と試料１３３との相対的位置関係が変わらず、最適な検出条件を維持することができる。また、オプションポート１３１から検出器を挿入する構成であるため、例えば、短いＷＤの場合でも、そのＷＤの間に検出器を配置でき、観察が可能となる。また、試料の位置を変化した場合でも、その都度光学条件を調整したり、検出器位置を調整する必要が生じないため、オペレーションを複雑化することなく、観察が可能である。

また、荷電粒子線装置で試料を観察する場合は、試料表面が平面であることが前提であるが、近年は凹凸試料や厚さ方向に傾斜のある試料を直接観察するニーズがある。本実施例は、Ｚステージ１０９を垂直方向へ移動したり、又は、Ｔステージ１１０をＴ軸で回転させた場合でも、最適な検出条件を維持できるため、上記ニーズに対して特に利点がある。

また、Ｘ、Ｙ、及びＲ軸のステージ用のモータと、Ｘ、Ｙ、及びＲ軸のステージの動力を伝達する機構部品がモータとが実質的に直線上にレイアウトされている。この構成によれば、Ｔ軸１４５の軸方向には物理的な空間を確保することができ、この物理的空間を利用して分析機器や検出器を載置できる。さらに、ＸＹ方向の空間を大きく確保できるため、検出器における検出器信号量が最適な条件を維持しながら、試料１３３の広範囲を観察することが可能となる。

また、動力伝達部品数を大幅に低減することができ、動作レスポンスの向上とバックラッシュレスで移動できることが可能となる。

また、試料から発生した二次電子やＸ線等を検出する検出器等を搭載できるオプションポート１３１を備え、試料の観察や分析方法に応じて、オプションポート１３１を介して検出器やセンサを入れ替えることができる。

また、試料の観察や分析方法に応じて、オプションポート１３１に搭載する検出器での検出信号か、又は真空試料室１３５に搭載される検出器での検出信号かを選択することができる。

なお、上述した実施例では、Ｔステージ１１０がＺステージ１０９上に配置される構成であったが、逆の構成でもよい。すなわち、Ｔステージ１１０上にＺステージ１０９が配置されてもよい。この変形例において、試料ステージは、Ｔステージと、当該Ｔステージに配置され、検出器が配置されたＺ軸ステージと、当該Ｚ軸ステージに配置されたＸＹＲ軸ステージとを有する。具体的には、真空試料室１３５に、例えばドラム形状のＴステージ１１０を設置し、Ｔステージ１１０上にＺ軸方向に移動可能なＺステージ１０９を配置する。そして、Ｚステージ１０９上にＸＹＲ軸ステージ（例えば、Ｘステージ１０６、Ｙステージ１０７、及びＲステージ１０８）が配置される。この場合、オプションポート１３１は、Ｚステージ１０９に設けられてもよい。また、オプションポート１３１は、Ｚステージ１０９上において、Ｔステージ１１０の回転軸であるユーセントリック位置に設けられることが好ましい。

この変形例の場合の観察方法の第１の例について説明する。まず、Ｔステージと、当該Ｔステージに配置され、検出器が配置されたＺ軸ステージと、当該Ｚ軸ステージに配置されたＸＹＲ軸ステージとを有する試料ステージに試料を配置する。次に、試料ステージの試料に荷電粒子線を照射し、二次電子、反射電子、Ｘ線、又は光を検出器によって検出する。次に、Ｚ軸ステージ又はＴ軸ステージを移動させる。次に、試料ステージの試料に荷電粒子線を照射し、二次電子、反射電子、Ｘ線、又は光を検出器によって検出する。したがって、この例によれば、Ｚ軸方向又はＴ軸方向で試料の位置を変化しても、試料と検出器の相対的位置関係が維持され、検出器における検出条件を維持することができる。

この変形例の場合の観察方法の第２の例について説明する。まず、上記の試料ステージに試料を配置する。次に、試料ステージの試料に荷電粒子線を照射し、二次電子、反射電子、Ｘ線、又は光を検出器によって検出する。次に、ＸＹＲ軸ステージを移動させる。次に、試料ステージの試料に荷電粒子線を照射し、二次電子、反射電子、Ｘ線、又は光を検出器によって検出する。したがって、この例によれば、Ｘ、Ｙ、又はＲ軸方向で試料の位置を変化しても、検出器における検出条件を維持することができる。

以上から、Ｚステージ１０９を垂直方向へ移動したり、又は、Ｔステージ１１０をＴ軸で回転させたときに、ステージ上の検出器と試料との相対的位置関係が変わらないという観点においては、Ｔステージ１１０又はＺステージ１０９上に検出器を配置し、検出器が配置されたステージ上にＸステージ１０６、Ｙステージ１０７、及びＲステージ１０８が配置されればよい。

また、上述した実施例では、１つのＴステージを備える５軸ステージについて説明したが、上述した実施例は、２つのＴステージを備える６軸ステージにも適用可能である。この場合でも、試料ステージは、ＴステージがＺステージに配置される構成でもよいし、ＺステージがＴステージに配置される構成でもよい。

[第２実施例]
図６は、第２実施例に係る荷電粒子線観察装置の構成の例を模式的に示した図である。また、図７は、オプションポートに暗視野ＳＴＥＭ検出器を搭載した例を示す。なお、以降の実施例を説明するための図面において、第１実施例と同一機能を有するものについては、同一符号を付して、その繰り返しの説明は省略する。

オプションポート１３１には、二次信号粒子検出器２０１を含む暗視野ＳＴＥＭユニット２００が載置されている。暗視野ＳＴＥＭユニット２００の先端部２００ａは、暗視野ＳＴＥＭ信号検出器（暗視野ＳＴＥＭ半導体素子）２０４と、暗視野ＳＴＥＭ信号変換電極２０５とを備える。一方、暗視野ＳＴＥＭユニット２００の支持部２００ｂは、二次信号粒子検出器２０１を備える。

暗視野ＳＴＥＭ検出器２０４には、薄膜試料２０２内をほぼ散乱せずに透過した信号粒子が通過できる開口２０４ａが設けられている。

暗視野ＳＴＥＭ信号変換電極２０５は、暗視野ＳＴＥＭユニット２００の先端部２００ａから下方に延びるように設けられており、暗視野ＳＴＥＭ検出器２０４の下方に配置される。さらに、暗視野ＳＴＥＭ信号変換電極２０５は、二次信号粒子検出器２０１側へ二次電子を反射するための傾斜面２０５ａと、傾斜面２０５ａの傾斜角度を調整することが可能な傾斜移動軸とを備える。

また、暗視野ＳＴＥＭユニット２００は、暗視野ＳＴＥＭユニット内の動力機構と、当該動力機構によりＸ、Ｙ、Ｚ軸方向への移動及び傾斜移動が可能な移動機構とを備える。この構成により、暗視野ＳＴＥＭユニット２００の先端部２００ａにある暗視野ＳＴＥＭ検出器２０４及び暗視野ＳＴＥＭ信号変換電極２０５は、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸方向への移動及び傾斜移動が可能であり、微妙な調整が可能となる。

本実施例では、暗視野ＳＴＥＭ用試料台２０７がＲステージ１０８上に配置される。暗視野ＳＴＥＭ用試料台２０７は、Ｒステージ１０８上に配置される下側部材２２０と、下側部材２２０から上方へ延びる支柱部材２２１と、支柱部材２２１の上端から水平に延びる上側部材２２２とを備える。上記の構成により、暗視野ＳＴＥＭ用試料台２０７は門形の空洞構造になっている。

また、上側部材２２２には、薄膜試料２０２が搭載される。さらに、上側部材２２２には、薄膜試料２０２の信号粒子が透過するための穴２２２ａが設けられている。観察時には暗視野ＳＴＥＭユニット２００の先端部（暗視野ＳＴＥＭ検出器２０４及び暗視野ＳＴＥＭ信号変換電極２０５）が、暗視野ＳＴＥＭ用試料台２０７の下側部材２２０と上側部材２２２との間に挿入される。

暗視野ＳＴＥＭの観察方法について説明する。一次荷電粒子線１４１を薄膜試料２０２に照射する。薄膜試料２０２を透過した二次信号粒子２３０は、暗視野ＳＴＥＭ検出器２０４によって検出される。また、暗視野ＳＴＥＭ検出器２０４の開口２０４ａを通過した二次信号粒子２３１は、暗視野ＳＴＥＭ信号変換電極２０５に当たり、暗視野ＳＴＥＭ信号変換電極から発生する二次信号粒子２０３が二次信号粒子検出器２０１によって検出される。前記信号は、薄膜試料２０２の材質や組成により信号特性が異なり、材料の分析を行うことができる。

本実施例では、暗視野ＳＴＥＭユニット２００が、暗視野ＳＴＥＭ検出器２０４と暗視野ＳＴＥＭ信号変換電極２０５とを備えるので、一度、暗視野ＳＴＥＭ信号変換電極２０５のＺ方向位置と傾斜角度を最適な条件に調整すると、二次信号粒子検出器２０１は常に最適な条件で、観察が可能となる。

また、暗視野ＳＴＥＭユニット２００はＸ、Ｙ、Ｚ軸方向に移動が可能なため、薄膜試料２０２とのＺ方向（隙間）の調整が可能であり、これにより暗視野ＳＴＥＭ検出器２０４で検出する暗視野ＳＴＥＭ信号粒子の散乱角を調整しながら、細かな元素分析を行うことができる。

また、暗視野ＳＴＥＭユニット２００と薄膜試料２０２を含む暗視野ＳＴＥＭ用試料台２０７は、Ｔステージ１１０上にあり、観察時にＷＤ１４６を変化させても、二次信号粒子２３０、２３１の信号量に影響を受けにくい特徴がある。すなわち、試料観察時にＷＤ１４６を変えたり、及び／又は、Ｔ軸方向に試料を移動させても、各種検出器と試料との相対的な位置関係は変化しないことになる。これにより、オペレーターは、暗視野ＳＴＥＭ分析を最適な条件で行うことができる。

また、一旦、暗視野ＳＴＥＭ検出器２０４と暗視野ＳＴＥＭ信号変換電極２０５の位置を決めてしまえば、Ｘ、Ｙ、Ｒステージ１０６、１０７、１０８によって薄膜試料２０２における荷電粒子線１４１の透過位置を変更しても、薄膜試料２０２と、暗視野ＳＴＥＭ検出器２０４及び暗視野ＳＴＥＭ信号変換電極２０５との位置関係を維持したままで観察できる。したがって、最適な検出条件に維持したままで、薄膜試料２０２での観察位置のみを変更することができる。

なお、暗視野ＳＴＥＭユニット２００は、図示しない制御系により遠隔操作が可能である。薄膜試料２０２を含む暗視野ＳＴＥＭ用試料台２０７をステージに設置し、真空試料室１３５を真空引き後、制御系によって、暗視野ＳＴＥＭユニット２００の先端部（暗視野ＳＴＥＭ検出器２０４及び暗視野ＳＴＥＭ信号変換電極２０５）のＸ、Ｙ、Ｚ軸方向及び／又は傾斜移動が可能であることは言うまでもない。

[第３実施例]
図８は、第３実施例に係る荷電粒子線観察装置の構成の例を模式的に示した図である。本実施例において、Ｔステージ１３９は、両端支持構造を有する。真空試料室１３５のＺステージ１０９が設置された壁部とは反対側の壁部には、Ｚモータユニット１０４と同じ動作を行う同期モータ１４４が設けられている。

また、真空試料室１３５のＺステージ１０９が設置された壁部とは反対側の壁部には、Ｔ軸回転部１４０が設けられており、Ｔ軸回転部１４０は、同期モータ１４４によってＺ軸方向に昇降することができる。本例において、Ｔステージ１３９は、揺りかご形状である。Ｔステージ１３９のＸ軸方向の一端（図８上の左端部）は、Ｚステージ１０９によって支持されており、Ｔステージ１３９のＸ軸方向の他端（図８上の右端部）は、Ｔ軸回転部１４０によって支持される。

両端支持構造を有するＴステージ１３９では、Ｔ軸回りの剛性が強く、耐振性も向上する。さらに、Ｚモータユニット１０４と同期モータ１４４は、動力伝達機構を同じものを使用するか、電気的な制御により、Ｚステージ１０９の昇降姿勢を一定に制御する電気回路を載置することが好ましい。この方法は、重量物や大型の試料を観察する場合有効である。

なお、両端支持構造を有するＴステージ１３９は、本明細書で開示される全ての実施例に適用可能である。

[第４実施例]
図９は、第４実施例に係る荷電粒子線観察装置の構成の例を模式的に示した図である。オプションポート１３１には、試料高さ方向を投影した画像が取得可能な赤外線投影カメラ１５０ａが載置されている。Ｔステージ１１０は、カメラ１５０ａと対向する位置において赤外線光源１５０ｂを備える。この赤外線光源１５０ｂは、赤外光路１５２を試料１３３の高さ方向に偏向することができる。

本例では、図示しない画像演算機が、カメラ１５０ａによる観察画像を３次元的に表示する機能を備える。これにより、操作系のインタフェースには、カメラ１５０ａからの画像信号に基づく観察画像が表示される。

本実施例では、Ｚステージ１０９を垂直方向へ移動したり、又は、Ｔステージ１１０をＴ軸で回転させた場合でも、オプションポート１３１に搭載したカメラ１５０ａによって観察する位置が変わることがない。したがって、Ｚステージ１０９を垂直方向へ移動したり、又は、Ｔステージ１１０をＴ軸で回転させた場合でも、カメラ１５０ａの調整を行うことなく、観察を続けて行うことが可能となる。なお、オプションポート１３１にカメラ１５０ａを搭載する場合は、オプションポート１３１がユーセントリック位置に設けられていることがより好ましい。これにより、Ｔステージ１１０を回転したときにカメラ１５０ａによる観察位置がずれることがない。

[第５実施例]
図１０は、第５実施例に係る荷電粒子線観察装置の構成の例を模式的に示した図である。図１０に示すように、荷電粒子線観察装置は、オプションポート１３１に搭載する検出器以外に、複数の検出器を備えてもよい。

オプションポート１３１には、反射電子検出器（BSE）１５７が載置されている。また、第１実施例と同様に、真空試料室１３５には、二次電子検出器（LOW）１５４が設けられている。さらに、電子線光学系１２９のカラムには、二次電子検出器（UPPER）１５５及び二次電子検出器（TOP）１５６が設けられている。二次電子検出器（UPPER）１５５及び二次電子検出器（TOP）１５６は対物レンズ１３６の上方に配置される検出器である。なお、例えば、二次電子検出器（TOP）１５６は、試料から高角度で散乱した二次電子を検出するものであり、二次電子検出器（UPPER）１５５は、試料から低角度で散乱した二次電子などを検出するものである。

図１１は、第５実施例に係る荷電粒子線観察装置の検出器の切り替え、及び、組合せを説明するための図である。本例では、試料観察方法に応じて、操作系のインタフェースを用いて、上述した複数の検出器１５４〜１５７での検出信号の中から１つの検出信号を適宜選択し、又は複数の検出器１５４〜１５７での検出信号の中の任意の検出信号を組み合わせることができる。

まず、組成コントラストを高倍率で観察する場合について説明する。この場合、二次電子検出器（UPPER）１５５及び二次電子検出器（TOP）１５６で反射電子を検出する。このとき、二次電子検出器（UPPER）１５５での検出信号又は二次電子検出器（TOP）１５６での検出信号を、操作系のインタフェースを用いて、適宜選択してもよい。なお、組成コントラストを高倍率で観察する場合、二次電子検出器（TOP）１５６で反射電子を検出する方が好ましい。

次に、組成コントラストを低倍率で観察する場合について説明する。この場合、オプションポート１３１に搭載された反射電子検出器（BSE）１５７によって、反射電子を検出することが好ましい。特に、従来では、反射電子検出器は、対物レンズの影になる部分などに設置されていたため効率的に反射電子の検出ができない場合もあったが、本例では、反射電子検出器（BSE）１５７を試料１３３に近い位置で配置できるため、効率的に反射電子を検出することが可能となる。

次に、試料の凹凸情報を観察する場合について説明する。この場合、二次電子検出器（LOW）１５４及び二次電子検出器（UPPER）１５５で二次電子を検出する。このとき、二次電子検出器（LOW）１５４での検出信号又は二次電子検出器（UPPER）１５５での検出信号を、操作系のインタフェースを用いて、適宜選択してもよい。なお、試料の凹凸情報を観察する場合、二次電子検出器（LOW）１５４で二次電子を検出する方が好ましい。

次に、試料の最表面情報を観察する場合について説明する。この場合、二次電子検出器（LOW）１５４及び二次電子検出器（UPPER）１５５で二次電子を検出する。このとき、二次電子検出器（LOW）１５４での検出信号又は二次電子検出器（UPPER）１５５での検出信号を、操作系のインタフェースを用いて、適宜選択してもよい。なお、試料の最表面情報を観察する場合、二次電子検出器（UPPER）１５５で二次電子を検出する方が好ましい。

なお、上述の複数の検出器１５４〜１５７で得られた検出信号の中から任意の検出信号を適宜組み合わせてもよい。例えば、図示しない画像演算機が、二次電子検出器（LOW）１５４での二次電子の検出信号と二次電子検出器（UPPER）１５５での二次電子の検出信号とを組み合わせてもよい。二次電子検出器（LOW）１５４及び二次電子検出器（UPPER）１５５の検出信号を組み合わせると、試料の凹凸情報と最表面情報とが同時に判るような良い画像を撮ることもできる。これらの検出信号の組み合わせは、試料の材質（金属なのか、あるいは有機化合物なのか）によって傾向が変わってくる。したがって、上述の検出信号の組み合わせに限定されない。上記の二次電子検出器（LOW）１５４での検出信号と二次電子検出器（UPPER）１５５での検出信号との組み合わせは、一般的な金属を観察する場合に適している。

本実施例によれば、試料観察方法に応じて、複数の検出器１５４〜１５７での検出信号を適宜選択し、又は、組み合わせることにより、観察に適した画像を得ることができる。また、この観察の際に、Ｚ軸方向又はＴ軸方向で試料の位置を変化した場合に、試料と検出器の相対的位置関係が変化せず、検出器における検出信号量が最適な条件を維持することができる。したがって、上述の検出信号の選択及び組み合わせによる観察がより効率的になる。

なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上述した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることがあり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１００：試料ステージ
１０１：Ｘモータユニット
１０２：Ｙモータユニット
１０３：Ｒモータユニット
１０４：Ｚモータユニット
１０５：Ｔモータユニット
１０６：Ｘステージ（Ｘ軸ステージ）
１０７：Ｙステージ（Ｙ軸ステージ）
１０８：Ｒステージ（Ｒ軸ステージ）
１０９：Ｚステージ（Ｚ軸ステージ）
１１０：Ｔステージ（Ｔ軸ステージ）
１１１ａ：Ｘボールネジ
１１２：Ｙボールスプライン
１１３ａ：ボールスプライン
１１３ｂ：Ｒボールスプライン
１１４ａ：Ｙボールネジ
１１４ｂ：Ｙボールネジナット
１１５ａ：Ｒウォーム
１１５ｂ：Ｒウォームホイール
１１６ａ、ｂ：ネジ歯車
１１８：ステージ固定板
１１９：Ｔ歯車
１２０：Ｘガイドレール
１２１：Ｙガイドレール
１２２：Ｚガイドレール
１２３：Ｒベアリング
１２４：Ｚ歯車
１２５：ベアリング
１２６：Ｔ真空シール部
１２７：カップリング
１２８：ＸＹＲ真空シール部
１２９：電子線光学系（荷電粒子線光学系）
１３０：ＸＹＲベアリング
１３１：オプションポート
１３２：試料台
１３３：試料（サンプル）
１３５：真空試料室
１３６：対物レンズ
１３７：真空排気系（接続孔）
１３９：両端支持構造を有するＴステージ
１４０：Ｔ軸回転部
１４１：荷電粒子線（一次荷電粒子線）
１４２：分析機器（ＥＤＸ）
１４４：同期モータ
１４５：Ｔ軸（ユーセントリック軸）
１４６：ワークディスタンス（ＷＤ）
１４７：検出素子
１４８：二次電子（二次信号粒子）
１５０ａ：赤外線投影カメラ
１５０ｂ：赤外線光源
１５４：二次電子検出器（LOW）
１５５：二次電子検出器（UPPER）
１５６：二次電子検出器（TOP）
１５７：反射電子検出器（BSE）
２００：暗視野ＳＴＥＭユニット
２０１：二次信号粒子検出器
２０２：薄膜試料
２０３：暗視野ＳＴＥＭ信号変換電極から発生する二次信号粒子
２０４：暗視野ＳＴＥＭ検出器
２０５：暗視野ＳＴＥＭ信号変換電極
２０６：暗視野ＳＴＥＭ信号粒子
２０７：暗視野ＳＴＥＭ用試料台

Claims (26)

1. 試料に荷電粒子線を照射する荷電粒子線光学系と、
   Ｚ軸ステージと、当該Ｚ軸ステージに配置され、かつ検出器を着脱できるオプションポートを備えるＴ軸ステージと、当該Ｔ軸ステージに配置されたＸＹＲ軸ステージとを有し、前記試料が配置される試料ステージと、
   前記オプションポートを介して配置された第１の検出器と、
   を備え、
   前記Ｚ軸ステージ又は前記Ｔ軸ステージを移動させても、前記第１の検出器と前記試料との相対的な位置関係が維持されるように構成されていることを特徴とする荷電粒子線装置。
2. 請求項１に記載の荷電粒子線装置において、
   前記オプションポートが前記Ｔ軸ステージの回転軸であるユーセントリック位置に設けられていることを特徴とする荷電粒子線装置。
3. 請求項１に記載の荷電粒子線装置において、
   前記第１の検出器が、前記荷電粒子線により前記試料から発生するＸ線を検出するＸ線検出器であることを特徴とする荷電粒子線装置。
4. 請求項１に記載の荷電粒子線装置において、
   前記第１の検出器が、前記試料を透過した二次信号粒子を検出する暗視野ＳＴＥＭ信号検出器を備えることを特徴とする荷電粒子線装置。
5. 請求項４に記載の荷電粒子線装置において、
   前記第１の検出器が、
   前記暗視野ＳＴＥＭ信号検出器の下方に位置し、前記試料から透過した前記二次信号粒子を反射させる暗視野ＳＴＥＭ信号変換電極と、
   前記暗視野ＳＴＥＭ信号変換電極からの二次信号粒子を検出する二次信号粒子検出器と、
   をさらに備えることを特徴とする荷電粒子線装置。
6. 請求項１に記載の荷電粒子線装置において、
   前記第１の検出器が光源及びカメラを備えることを特徴とする荷電粒子線装置。
7. 請求項１に記載の荷電粒子線装置において、
   前記第１の検出器が反射電子検出器であることを特徴とする荷電粒子線装置。
8. 請求項１に記載の荷電粒子線装置において、
   前記ＸＹＲ軸ステージの動力源と、前記ＸＹＲ軸ステージの動力を伝達する機構部品とが、実質的に同一平面上に配置されていることを特徴とする荷電粒子線装置。
9. 請求項１に記載の荷電粒子線装置において、
   少なくとも１つの第２の検出器をさらに備え、
   前記第１の検出器での検出信号及び前記第２の検出器での検出信号の中から１つの検出信号を選択するか、又は、前記第１の検出器での検出信号及び前記第２の検出器での検出信号の中から任意の検出信号を組み合わせるように構成されていることを特徴とする荷電粒子線装置。
10. 試料に荷電粒子線を照射する荷電粒子線光学系と、
    Ｔ軸ステージと、当該Ｔ軸ステージに配置され、かつ検出器を着脱できるオプションポートを備えるＺ軸ステージと、当該Ｚ軸ステージに配置されたＸＹＲ軸ステージとを有し、前記試料が配置される試料ステージと、
    前記オプションポートを介して配置された第１の検出器と、
    を備え、
    前記Ｚ軸ステージ又は前記Ｔ軸ステージを移動させても、前記第１の検出器と前記試料との相対的な位置関係が維持されるように構成されていることを特徴とする荷電粒子線装置。
11. 請求項１０に記載の荷電粒子線装置において、
    前記オプションポートが前記Ｔ軸ステージの回転軸であるユーセントリック位置に設けられていることを特徴とする荷電粒子線装置。
12. 請求項１０に記載の荷電粒子線装置において、
    前記第１の検出器が、前記荷電粒子線により前記試料から発生するＸ線を検出するＸ線検出器であることを特徴とする荷電粒子線装置。
13. 請求項１０に記載の荷電粒子線装置において、
    前記第１の検出器が、前記試料を透過した二次信号粒子を検出する暗視野ＳＴＥＭ信号検出器を備えることを特徴とする荷電粒子線装置。
14. 請求項１３に記載の荷電粒子線装置において、
    前記第１の検出器が、
    前記暗視野ＳＴＥＭ信号検出器の下方に位置し、前記試料から透過した前記二次信号粒子を反射させる暗視野ＳＴＥＭ信号変換電極と、
    前記暗視野ＳＴＥＭ信号変換電極からの二次信号粒子を検出する二次信号粒子検出器と、
    をさらに備えることを特徴とする荷電粒子線装置。
15. 請求項１０に記載の荷電粒子線装置において、
    前記第１の検出器が、光源及びカメラを備えることを特徴とする荷電粒子線装置。
16. 請求項１０に記載の荷電粒子線装置において、
    前記第１の検出器が反射電子検出器であることを特徴とする荷電粒子線装置。
17. 請求項１０に記載の荷電粒子線装置において、
    前記ＸＹＲ軸ステージの動力源と、前記ＸＹＲ軸ステージの動力を伝達する機構部品とが、実質的に同一平面上に配置されていることを特徴とする荷電粒子線装置。
18. 請求項１０に記載の荷電粒子線装置において、
    少なくとも１つの第２の検出器をさらに備え、
    前記第１の検出器での検出信号及び前記第２の検出器での検出信号の中から１つの検出信号を選択するか、又は、前記第１の検出器での検出信号及び前記第２の検出器での検出信号の中から任意の検出信号を組み合わせるように構成されていることを特徴とする荷電粒子線装置。
19. 試料に荷電粒子線を照射する荷電粒子線光学系と、
    Ｚ軸ステージと、当該Ｚ軸ステージに配置され、かつ検出器を着脱できるオプションポートを備えるＴ軸ステージと、当該Ｔ軸ステージに配置されたＸＹＲ軸ステージとを有し、前記試料が配置される試料ステージと、
    を備えることを特徴とする荷電粒子線装置。
20. 請求項１９に記載の荷電粒子線装置において、
    前記オプションポートが前記Ｔ軸ステージの回転軸であるユーセントリック位置に設けられていることを特徴とする荷電粒子線装置。
21. 請求項１９に記載の荷電粒子線装置において、
    前記ＸＹＲ軸ステージの動力源と、前記ＸＹＲ軸ステージの動力を伝達する機構部品とが、実質的に同一平面上に配置されていることを特徴とする荷電粒子線装置。
22. 請求項１９に記載の荷電粒子線装置において、
    少なくとも１つの第１の検出器をさらに備え、
    前記オプションポートを介して第２の検出器が配置されたときに、前記第１の検出器での検出信号及び前記第２の検出器での検出信号の中から１つの検出信号を選択するか、又は、前記第１の検出器での検出信号及び前記第２の検出器での検出信号の中から任意の検出信号を組み合わせるように構成されていることを特徴とする荷電粒子線装置。
23. 試料に荷電粒子線を照射する荷電粒子線光学系と、
    Ｔ軸ステージと、当該Ｔ軸ステージに配置され、かつ検出器を着脱できるオプションポートを備えるＺ軸ステージと、当該Ｚ軸ステージに配置されたＸＹＲ軸ステージとを有し、前記試料が配置される試料ステージと、
    を備えることを特徴とする荷電粒子線装置。
24. 請求項２３に記載の荷電粒子線装置において、
    前記オプションポートが前記Ｔ軸ステージの回転軸であるユーセントリック位置に設けられていることを特徴とする荷電粒子線装置。
25. 請求項２３に記載の荷電粒子線装置において、
    前記ＸＹＲ軸ステージの動力源と、前記ＸＹＲ軸ステージの動力を伝達する機構部品とが、実質的に同一平面上に配置されていることを特徴とする荷電粒子線装置。
26. 請求項２３に記載の荷電粒子線装置において、
    少なくとも１つの第１の検出器をさらに備え、
    前記オプションポートを介して第２の検出器が配置されたときに、前記第１の検出器での検出信号及び前記第２の検出器での検出信号の中から１つの検出信号を選択するか、又は、前記第１の検出器での検出信号及び前記第２の検出器での検出信号の中から任意の検出信号を組み合わせるように構成されていることを特徴とする荷電粒子線装置。
    

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