JP6535811B2 - 荷電粒子線装置 - Google Patents

Description

本発明は、荷電粒子線装置に関する。

走査電子顕微鏡（以下、ＳＥＭ）や透過電子顕微鏡（以下、ＴＥＭ）、走査透過電子顕微鏡（以下、ＳＴＥＭ）などに代表される荷電粒子線装置では、静電レンズや電磁レンズなどにより集束された荷電粒子線を試料上で走査して、試料から所望の情報（例えば試料像）を得る。

ここで、特許文献１には、各種センサのＯＮ／ＯＦＦタイミング、Ｏｐｅｎ／Ｃｌｏｓｅタイミング、及び真空の状態をタイミングチャート化することで、時間計測や、リファレンスデータとの比較を可能とし、装置保守点検や装置修理時の判断を行う真空装置の監視装置が開示されている。

特開２００３−１０８２２３号公報

特許文献１によれば、ユーザにとって、タイミングチャートを一瞥しただけでは、現状の装置の情報を読み取ることが困難、という課題がある。

そこで、本発明の目的は、荷電粒子線装置の各種情報をユーザが容易に把握できる荷電粒子線装置を提供することにある。

本発明の一実施形態にかかる荷電粒子線装置は、試料に対して照射するための荷電粒子線を発生する荷電粒子源と、荷電粒子線が通過するカラムと、カラムの光軸に沿って配置された複数の発光素子を有する表示部と、を備える。

本発明によれば、荷電粒子線装置の各種情報をユーザが容易に把握できる荷電粒子線装置を提供することができる。

ＳＥＭの概略図 表示部を備えたＳＥＭの概略図 電子線照射時における発光パターンの一例 電子線照射時における発光パターンの別の例 電子線の電流量に応じた発光パターンの一例 試料等の温度に応じた発光パターンの一例 エラーに応じた発光パターンの一例 調整箇所に応じた発光パターンの一例 真空度に応じた発光パターンの一例 ガス導入部を備えたＳＥＭの概略図 導入するガス種に応じた発光パターンの一例 横方向にＬＥＤを備えたＳＥＭの概略図 視野の移動に応じた発光パターンの一例 視野の移動に応じた発光パターンの別の例 回転に応じた発光パターンの一例 電子線の傾斜に応じた発光パターンの一例 ステージの上下移動に応じた発光パターンの一例 隔膜を備えたＳＥＭの概略図 ＳＥＭの状態に応じた発光パターンの一例 カバーに透光部を備えたＳＥＭの概略図 カバーに透光部を備えたＳＥＭの別の概略図 カバーに表示部を備えたＳＥＭの概略図

以下、荷電粒子線装置の一例として、ＳＥＭを用いて実施例を説明する。

図１は、ＳＥＭの内部構造の概略図である。該ＳＥＭは、加速電圧により加速された電子を試料に照射することで生じる反射電子や二次電子、Ｘ線などの種々の信号を検出する事で、試料表面の凹凸や試料の組成状態を観察する装置である。

ＳＥＭ１００は、内部の電子源から電子線を発生させる電子銃１０１、電子線の収束度・照射位置などを調整するカラム１０２、試料１０８を収容し真空を保つ試料室１０３、加速電子が試料に衝突する事で生じる二次電子等を検出する検出器１０４、真空排気系１０５、試料１０８を載置して該試料１０８の位置を調整するステージ１０６、及び、これらＳＥＭを構成する各構成要素に接続される制御部１０７を備える。

カラム１０２は、例えば、第一のコンデンサレンズ１０９、第二のコンデンサレンズ１１０、Ｘ偏向コイル１１１、Ｙ偏向コイル１１２、対物レンズ１１３等を含むが、上記構成に限られるものではない。

真空排気系１０５は、カラム１０２や試料室１０３等の真空排気を行う粗引きポンプ１０５１、メインポンプ１０５２と、ＳＥＭ１００内部の真空度を測定する真空計１０５３等を備える。

粗引きポンプ１０５１は、ＳＥＭ１００の真空排気を粗く行うポンプであり、ロータリーポンプやスクロールポンプ、ダイヤフラムポンプなどの種々のポンプを採用できる。メインポンプ１０５２は、粗く真空排気されたＳＥＭ１００を所望の真空度に導くポンプであり、ターボ分子ポンプ等が用いられる。尚、ポンプの数は２個に限らず、更にイオンポンプやゲッターポンプ等を備えてもよい。また、真空計１０５３は、カラム１０２内部と、試料室１０３−メインポンプ１０５２間の２箇所に配置されているが、必要に応じて、装置の任意の箇所に任意の個数の真空計を備えてもよい。

制御部１０７は、ＳＥＭ１００の状態に応じて後述の発光素子を制御する。

電子銃１０１の電子源としては、フィラメントを用いた熱電子放出型のものや、先端を尖らせたチップを用いた電界放出型のものなどが用いられる。これらの電子源は、制御部１０７から電子線生成の指示が出た直後から使用できるわけではない。数十ｋＶ以上の加速電圧が印加される場合もあるため、電子源から生成される電子線が安定するためには、ある程度の時間が必要となる。逆に、電子線の照射を停止する場合も、ある程度の時間が必要となる。

そのため、ユーザがモニタ上のグラフィックユーザインターフェース（以下、ＧＵＩ）から「電子線の照射開始」を指示しても、制御部１０７が「電子線が安定した」と判断する（もしくは所定の時間が経過する）までＳＥＭ１００の操作が不能である。ユーザは、その間待機する必要がある。ユーザがＧＵＩから「電子線の照射停止」を指示した場合も同様である。

ここで、ユーザが試料を観察している最中はＳＥＭの真空を解除できないため、観察中のＳＥＭの状態や条件などをユーザが直接把握できない。試料室にガラス窓（ビューポート）を設け、目視によってＳＥＭの状態を把握する手法も存在するが、試料室内の限られた範囲しか目視できない。また、外部からビューポートを介して装置内部に入射した光が、何らかのノイズ源となる可能性もある。更に、ＳＥＭの状態のうち、真空度や電流値等は、ユーザの視覚によって目視できるものではない。これらの値を把握する必要がある場合は、ステージに接続されたセンサを介して、その値をモニタ上のＧＵＩに表示するなどの手法が用いられていた。

従来の装置では、「電子線の照射開始」または「電子線の照射停止」の指示から、ＳＥＭの操作が可能になるまでの残り時間の目安は、次のようにしてユーザに把握させていた。まず、制御部１０７が各種センサの値から、または「電子線の照射開始」「電子線の照射停止」の指示からの経過時間から、操作可能となるまでの残り時間を算出する。次に、制御部１０７が、別途備えられたモニタにその残り時間を表示する指示を出し、モニタはその値を表示する。以上のステップによることで、ユーザは残り時間の目安を把握することが可能であった。

しかし、この手法では、モニタの電源を立ち上げる必要があり、モニタを見ないと真空度が分からない（例えば、モニタの側面からＳＥＭを操作しているユーザは、真空度が分からない）という課題があった。更に、モニタに残り時間を表示する際は、何らかのＧＵＩ上に真空度を表示することとなる。ＧＵＩの表示言語と、ユーザの使用言語が乖離している場合、ユーザは残り時間を把握しづらいなどの課題があった。

また、ＳＥＭを使い慣れないユーザにとっては、待機時間について、一体何のために待機しているか不明であり、待機中に装置内部で何が起こっているのかを把握することも困難であった。

そこで本ＳＥＭでは、カラム１０２に、電子線の光軸（カラム１０２の光軸）に沿った方向に複数の発光素子を有する表示部を設ける。図２に、表示部を備えたＳＥＭを示す。

該ＳＥＭは、カラム１０２に、該カラム１０２の光軸に沿って配置されたフルカラーＬＥＤ２０１、２０２、２０３、２０４を有する表示部２００を備える。制御部１０７は、これらのＬＥＤ２０１、２０２、２０３、２０４を制御して、様々な発光パターンを表示部２００に表示する。

図２では、ＬＥＤを４個備える例を示すが、ＬＥＤの個数は４個に限られるものではない。また、ＬＥＤはフルカラーに限らず、単色や数色にのみ発光するものや、ＬＥＤの正面にカラーフィルターを備えるものでもよい。また、ＬＥＤは等間隔に配置する例を示しているが、不等間隔であってもよい。発光素子はＬＥＤに限らず、電球や蛍光管等、他の発光素子も採用できる。また、ＬＥＤはカラムの光軸に沿った配置であればよく、カラム１０２の他、電子銃１０１や試料室１０３に配置してもよい。更に、ＬＥＤはカラム１０２の正面に備える例を示したが、他の部位（カラム１０２の側面など）に備えてもよい。ＬＥＤは１列ではなく、複数列備えてもよい。

制御部１０７は、ユーザの「電子線の照射開始」指示を受け、電子銃１０１に印加する加速電圧や、カラム１０２の各構成要素の制御を開始する。

図３に、「電子線の照射開始」時の各ＬＥＤの発光パターンを示す。尚、図中の白い円はそのＬＥＤが発光している状態を示し、黒い円はそのＬＥＤが消灯している状態を示す。

「電子線の照射開始」の指示を受けた制御部１０７は、各ＬＥＤをパターン３０１（Ｐ３０１）に従い制御する。その後、一定時間（例えば１００ミリ秒）経過後に、制御部１０７は、各ＬＥＤをＰ３０２に従い制御する。以下、Ｐ３０２からＰ３０３、Ｐ３０３からＰ３０４と同様の制御を繰り返し、Ｐ３０４からは再びＰ３０１に戻る。ＳＥＭがユーザの指示を受け付けるようになるまで、制御部１０７は各ＬＥＤを制御する。

上記の制御中に、カラム１０２をユーザが目視すると、発光箇所が上部から下部へ流れるように見て取れる。各ＬＥＤは電子線の光軸に沿って配置されているため、この発光箇所の流れは、カラム１０２内での電子線の流れとほぼ同一の方向となる。即ち、各ＬＥＤの発光が図３のパターンに従い制御されることで、各ＬＥＤにより電子線の流れに対応して表示することができる。

以上の構成によれば、「電子線の照射開始」の指示を出したユーザに対し、電子線が流れ始めたことを、モニタの表示によらず視覚により把握させることができる。また、各ＬＥＤが電子線の流れに対応して、電子線の流れを可視化することで、ＳＥＭを使い慣れないユーザにとっても、「電子線の照射開始」の指示後の待機時間において、ＳＥＭ内部での現象を把握することが容易となる。

尚、ＬＥＤの発光パターンは、図３のものに限られないのは言うまでもない。例えばＰ３０１とＰ３０２の間に、ＬＥＤ２０１と２０２が同時に光るパターンを追加してもよい。Ｐ３０４からＰ３０１に戻る際に、ある程度の時間、どのＬＥＤも消灯している時間を設けてもよい。

また、図４のようなパターンを用いても良い。例えば「電子線の照射開始」の指示からｎ秒間はＰ４０１、次のｍ秒間はＰ４０２・・・として、ＳＥＭがユーザの指示を受け付けるようになればＰ４０５のように各ＬＥＤを光らせるものである。以上のように、各ＬＥＤを一種のプログレスバーのように用いることもできる。

実施例２では、加速電圧等に応じて各ＬＥＤを制御するＳＥＭについて説明する。

ＳＥＭは、一般に、加速電圧が高ければ分解能が向上するが、試料の破壊や帯電を引き起こしやすくなる。加速電圧が低ければその逆となる。また、加速電圧の高低によって、照射された電子線が試料のどの深さまで到達するかも異なる。よって、ＳＥＭは、観察する試料や観察方法によって、電子線の加速電圧を変えて用いられることが多い。しかし、加速電圧は人間の目視によって把握できるものではなく、その設定値はモニタのＧＵＩ上に表示されていたため、前述のモニタに関する課題や、ＳＥＭを使い慣れないユーザに対する課題が生じていた。

そこで、実施例２では、制御部１０７は、電子線の照射中に、図３に示したパターンに従い各ＬＥＤを発光させる。ここで、各パターンの遷移時間は、加速電圧に応じて変動する。数値の一例として、加速電圧が１ｋＶの場合は、各パターンの遷移時間は１００ミリ秒とし、加速電圧が１０ｋＶの場合は、各パターンの遷移時間は１０ミリ秒とする。

上記の制御によれば、加速電圧が高くなるほど、各ＬＥＤの発光箇所の流れは速くなる。即ち、加速電圧の高低を、発光箇所の流れの速さに対応して可視化することで、ユーザに対して現在の加速電圧を直感的に表示することができる。

また、ＳＥＭにおいては、電子銃１０１から照射された電子が試料１０８に入射するまでの間に、該電子の加速電圧を変動させる、リターディング、及び、ブースティングという機能がある。例えばリターディング機能を用いており、電子線が試料に照射される直前で減速されている場合、制御部１０７は次のように各ＬＥＤの発光を制御する。制御部１０７は、Ｐ３０１からＰ３０２、Ｐ３０２からＰ３０３、Ｐ３０３からＰ３０４への遷移時間は５０ミリ秒とし、Ｐ３０４からＰ３０１に戻る際の遷移時間は２００ミリ秒とする制御を行う。この制御によって、カラム１０２の一番下部、即ち一番試料に近いＬＥＤ２０４の発光時間が長くなり、電子線が試料直前で減速されていることを可視化することができる。ブースティング機能の場合は、加速電圧が高い部分に相当するＬＥＤの発光時間を短くし、加速電圧が低い部分に相当するＬＥＤの発光時間を長くする。これにより、これらの機能がＯＮとなっているのか、カラム１０２内部のどこで加速電圧が変動しているかを一目で判断できる。

また、ＳＥＭにおいては、加速電圧の印加を切り替えることや、電子線をカラム１０２内部で機械的または電磁的にブランキングすることによって、電子線を試料にパルス的に照射する機能（パルスＳＥＭ）がある。ここで、各ＬＥＤをパルス周期に応じて明滅させることで、パルス機能のＯＮ／ＯＦＦ、パルス周期等を直感的に可視化できる。カラム１０２内部で電子線をブランキングしている場合は、ブランキング位置より上流に相当するＬＥＤは明滅させず、通常のパターンにて発光させ、ブランキング箇所より下流に相当するＬＥＤは明滅させるよう制御すれば、ブランキング位置をも可視化できる。

電子線の光軸に沿って各ＬＥＤを配置し、上記の制御を行なうことで、現在の加速電圧等をモニタの表示によらず直感的に可視化することができる。

実施例３では、電子線の電流量に応じて各ＬＥＤを制御するＳＥＭについて説明する。

ＳＥＭは、一般に、試料に対する電子線の照射量（プローブ電流量）が多ければＳ／Ｎ比が向上するが、試料の破壊や帯電を引き起こしやすくなる。試料に対する電子線の照射量が少なければ、その逆となる。また、収差の関係から、試料に対する電子線の照射量が少なければ、分解能は向上する傾向にある。更に、電子源から放出する電子線の総量（エミッション電流量）の大小は、電子源の寿命に影響する。しかし、電流量は人間の目視によって把握できるものではなく、その設定値はモニタのＧＵＩ上に表示されていたため、前述のモニタに関する課題や、ＳＥＭを使い慣れないユーザに対する課題が生じていた。

そこで、実施例３では、制御部１０７は、電子線の電流量に応じて、各ＬＥＤの光量を変化させる。図５に、電流量に応じたＬＥＤの光量の模式図を示す。図中の白い円はＬＥＤが高い光量で発光している状態を示し、黒い円はＬＥＤが消灯しているまたは低い光量で発光している状態を示し、ハッチングされた円はＬＥＤが中程度の光量で発光している場合を示す。

本実施例では、制御部１０７は、エミッション電流Ｉｅの値に基づき、ＬＥＤ２０１の光量を変化させる。数値の一例として、Ｉｅの最大値を１として規格化した場合、Ｉｅがほぼ０の場合は、ＬＥＤを消灯または低い光量で発光させ、Ｉｅが０．５の場合は中程度の光量で発光させ、Ｉｅが１の場合は高い光量で発光させる。また、制御するＬＥＤはＬＥＤ２０１に限られない。エミッション電流量ではなく、プローブ電流量に基づく制御でもよい。

上記の制御によれば、エミッション電流が高くなるほど、ＬＥＤの光量は高くなる。即ち、電子線の光軸に沿って各ＬＥＤを配置し、電流量の大小を光量の大小に対応して可視化することで、ユーザに対して現在の電流量をモニタの表示によらず直感的に表示することができる。

また、エミッション電流量は電子源から放出する総量であり、プローブ電流量は試料に対する電子線の照射量であることに鑑み、エミッション電流量については最上流のＬＥＤ（ＬＥＤ２０１）の光量で、プローブ電流量は最下流のＬＥＤ（ＬＥＤ２０４）の光量で可視化することも可能である。

尚、エミッション電流量やプローブ電流量は、図示しない電流計により計測される。

実施例４では、試料等の温度に応じて各ＬＥＤを制御するＳＥＭについて説明する。

ＳＥＭは、その試料室の内部を真空にして試料の観察を行なう。そのため、試料が水分を含む場合は、試料に含まれる水分が蒸発してしまい、試料そのものの形状の観察が困難な場合がある。そのような試料において、水分の蒸発を防ぐため、試料室内部で試料を凍結させたまま観察を行なう手法が知られている。また、水分の有無にかかわらず、試料の温度特性を測定したい場合は、試料室内部で試料の温度を可変させる必要がある。しかし、試料の温度は人間の目視によって把握できるものではなく、その設定値はモニタのＧＵＩ上に表示されていたため、前述のモニタに関する課題や、ＳＥＭを使い慣れないユーザに対する課題が生じていた。

そこで、実施例４では、制御部１０７は、試料１０８またはステージ１０６の温度に応じて、各ＬＥＤの発光色を変化させる。

図６に、試料の温度に応じたＬＥＤの発光量の模式図を示す。本実施例では、制御部１０７は、図示しない温度センサの値に基づき、ＬＥＤの発光色を変化させる。ここで、測定対象は試料またはステージの温度であるため、制御するＬＥＤは最下流のＬＥＤ２０４が望ましい。

制御部１０７は、数値の一例として、試料の温度が−１０℃の場合はＬＥＤ２０４を青色に、試料の温度が２０℃の場合はＬＥＤ２０４を白色に、試料の温度が５０℃の場合はＬＥＤ２０４を赤色に発光させる制御を行なう。

上記の制御によれば、試料の温度が高くなるほど、ＬＥＤは寒色から暖色へと変化する。即ち、電子線の光軸に沿って各ＬＥＤを配置し、試料の温度の高低を、ＬＥＤの発光色に対応して可視化することで、ユーザに対して現在の試料の温度をモニタの表示によらず直感的に表示することができる。

また、試料の温度に限らず、例えばカラム１０２の各構成要素の温度や、電子銃１０１の温度を可視化することもできる。特に電子源が電界放出型である場合、ＳＥＭ全体を高熱とする「ベーキング」作業が行われる場合があり、カラム１０２の各構成要素の温度を表示可能であることは有効である。この場合、各構成要素と各ＬＥＤの位置を対応させて光らせることが望ましい。

尚、「各構成要素と各ＬＥＤの位置を対応」と記載したが、各ＬＥＤが各構成要素の位置に配置されることが必要なわけではない。例えば、ＬＥＤ２０１は電子銃１０１ではなくカラム１０２に備えられているが、ＬＥＤ２０１を電子銃１０１に対応させてもよい。

実施例５では、エラーに応じて各ＬＥＤを制御するＳＥＭについて説明する。

ＳＥＭは、電子源が寿命を迎えると、もはや電子線を生成することは不可能であり、電子源を交換する必要がある。特に電子源がタングステンフィラメントである場合、タングステンフィラメントは長時間の使用により断線するため、電子源の寿命の問題が顕著となる。タングステンフィラメントの断線は、加速電圧や電流量と異なり、目視確認できる。しかし、ＳＥＭの電子源の状態は、ＳＥＭの真空を解除しなければ確認できないため、電子源の寿命が尽きたことは、ＧＵＩ上にエラーメッセージやエラーコードとして表示される。よって、目視確認できても、前述のモニタに関する課題や、ＳＥＭを使い慣れないユーザに対する課題が生じていた。

そこで、実施例５では、制御部１０７は、電子源の寿命が尽きたことを検出した場合に、ＬＥＤの発光量、発光色及び／又は明滅を制御する。この場合の制御対象は、電子銃１０１の位置に相当する最上流のＬＥＤ（ＬＥＤ２０１）とすることが望ましい。

図７に、電子源の寿命が尽きたことを検出した場合のＬＥＤの制御の模式図を示す。通常時（電子源の寿命が残っている場合）は、ＬＥＤ２０１は白色に発光している。電子源の寿命が尽きたことを制御部１０７が検出した場合、制御部１０７は、ＬＥＤ２０１の明滅を開始する。この場合、ＬＥＤ２０１の光量を最大化してもよいし、ＬＥＤ２０１の発光色を警告色（黄色や赤色など）にしてもよい。

上記の制御によれば、電子源の寿命が尽きた際に、電子銃１０１の位置に相当するＬＥＤ２０１が警告を発する。電子線の光軸に沿って各ＬＥＤを配置し、上記の制御を行なうことで、ユーザに対して、電子源の寿命が尽きたことをモニタの表示によらず直感的に表示することができる。

また、電子源に限らず、他の箇所のエラーに応じて各ＬＥＤが警告を発するようにしてもよい。この場合、例えば第一のコンデンサレンズ１０９にエラーが生じている場合はＬＥＤ２０２を、第二のコンデンサレンズ１１０にエラーが生じている場合はＬＥＤ２０３を制御対象とすることで、エラーが生じている箇所を可視化することができる。真空排気系、例えばメインポンプ１０５２にエラーが生じている場合は、他のエラーが生じた場合と色を変えてＬＥＤを光らせるなどで、カラム１０２内部に配置されない部品のエラーをも表示できる。更に、エラーの種類に応じて、各ＬＥＤによる警告方法を変化させることもできる。

実施例６では、調整箇所に応じて各ＬＥＤを制御する荷電粒子線装置について説明する。

ＳＥＭがその性能を最大限に発揮するために、カラム１０２内部の電子線の軌道は、理想的な軌道に調整されている。しかし、外部の振動や温度変化、各電子光学要素の材質の径年劣化、汚れの付着等により、電子線の軌道が、理想の軌道から外れることがある。このような場合に、カラム１０２内部の各要素を電磁気的に調整することで、電子線の軌道を理想に戻す作業が行われる。

また、電子線の軌道のずれがなくとも、プローブ電流量を調整するために、第一のコンデンサレンズ１０９及び第二のコンデンサレンズ１１０などを調整することがある。

ここで、各要素の調整の際には、ユーザがＧＵＩから調整量を指示していたため、前述のモニタに関する課題が生じていた。また、ＳＥＭを使い慣れないユーザにとっては、現在調整している対象が何であるのかを把握することが困難であった。

そこで、実施例６では、制御部１０７は、ＳＥＭの調整対象に応じて、各ＬＥＤの発光を制御する。図８に、調整中のＬＥＤの発光パターンを示す。

制御部１０７は、ユーザが電子銃１０１の調整を開始したとき（Ｇｕｎ）には、電子銃１０１の位置に相当するＬＥＤ２０１を発光させる。同様に、制御部１０７は、第一のコンデンサレンズ１０９が調整されているとき（Ｃ１）はＬＥＤ２０２を、第二のコンデンサレンズ１１０が調整されているとき（Ｃ２）はＬＥＤ２０３を、対物レンズ１１３が調整されているとき（Ｏｂｊ．）はＬＥＤ２０４を発光させる。

上記の制御によれば、ユーザが現在調整中である対象に応じ、各ＬＥＤが発光する。電子線の光軸に沿って各ＬＥＤを配置し、調整対象の位置を各ＬＥＤの発光に対応して可視化することで、ユーザに対して調整対象をモニタの表示によらず直感的に表示することができる。

また、例えば各レンズの励磁を調整している場合（各レンズのコイルに流す電流量を調整している場合）などは、調整量を各ＬＥＤの発光量で表すこともできる。

実施例７では、真空度に応じて各ＬＥＤを制御するＳＥＭについて説明する。

電子線は、気体分子が多い領域を通過すると、気体分子による散乱が生じる。そのため、装置内部の真空度が低い（圧力が高い）場合は電子線の径を所望の値まで集束できず、分解能が低下し、最悪の場合は試料表面の画像を得ることが不可能となる。また、電子銃１０１内部の真空度が低い場合は、電子源にも影響を及ぼす。具体的には、電子源が電界放出型の場合は、電子源にガス分子が付着しやすくなることによって、電子線の照射量、安定度、電子源の寿命等に影響し、場合によっては電子銃内での放電を引き起こす。タングステンフィラメントを用いた熱電子放出型の電子源は、電界放出型の電子源よりも低い真空度で用いることができるが、真空度があまりに低いとフィラメントが断線するまでの時間が短くなる。

一方、ＳＥＭにおいては、電子銃１０１及びカラム１０２の真空度は高く保ちつつ、試料室１０３の真空度を低くして試料の観察（いわゆる低真空観察）が行なわれる場合がある。低真空観察によって、含水試料や、帯電しやすい試料を観察しやすくなるなどのメリットがある。

以上のことから、ＳＥＭにおいては、ＳＥＭ内部の真空度を確認し、把握することが重要となる。しかし、真空度は人間の目視によって把握できるものではなく、その設定値はモニタのＧＵＩ上に表示されていたため、前述のモニタに関する課題や、ＳＥＭを使い慣れないユーザに対する課題が生じていた。

そこで、実施例６では、制御部１０７は、ＳＥＭの真空度に応じて、各ＬＥＤの発光を制御する。ＳＥＭの真空度は、制御部１０７が、真空計１０５３の測定値を読み取ることで検出する。図９に、真空度に応じた各ＬＥＤの発光パターンを示す。

ＳＥＭが真空排気を開始する前（Ｂｅｆｏｒｅ Ｅｖａｃ．）、即ち装置内部が大気圧である場合、制御部１０７は、各ＬＥＤを橙色に発光させる。真空排気が開始される（Ｅｖａｃ．）と、制御部１０７は、各ＬＥＤを明滅（点滅）させる。真空排気がある程度進み、真空計１０５３によりＳＥＭ内部の真空度を測定可能になれば、制御部１０７は各ＬＥＤを明滅させず発光させる。

数値の一例として、真空度が１００００Ｐａの場合、制御部１０７は、各ＬＥＤを緑色に発光させる。真空度が４０００Ｐａ、０．３Ｐａと向上していく（気圧が低くなっていく）につれ、制御部１０７は、各ＬＥＤを薄青色から深青色へと変化させる。

また、ＳＥＭが低真空観察を行なう場合（Ｌ．Ｖ．Ｏｂｓｅｒｖｅ）は、電子銃１０１及びカラム１０２の真空度は高く、試料室１０３のみ真空度が低い。そこで制御部１０７は、各ＬＥＤのうちＬＥＤ２０４以外のＬＥＤは深青色に発光させ、試料室の位置に相当するＬＥＤであるＬＥＤ２０４を中程度の青（Ｍｉｄｄｌｅ Ｂｌｕｅ）に発光させる。ここでＬＥＤ２０４の発光色は、中程度の青に限定されるものではなく、試料室１０３の真空度に応じて変化させるものとすれば、試料室１０３の真空度のみが変化していること（低真空観察モードであること）を、ユーザに直感的に表示することができる。

上記の制御によれば、ＳＥＭ内部の真空度が向上するにつれ、各ＬＥＤの発光色は、警告色に近い橙色から、安全色である深青色へと変化する。電子線の光軸に沿って各ＬＥＤを配置し、上記の制御を行なうことで、ユーザに対して、ＳＥＭ内部の真空度をモニタの表示によらず直感的に表示することができる。

尚、真空計とＬＥＤの個数によっては、例えば電子銃１０１の真空度、カラム１０２の真空度、試料室１０３の真空度を個別に表示することができる。ＳＥＭの機械的構成が異なる場合（例えば試料交換室を備える場合など）は、その構成に応じて真空度を表示することもできる。

実施例８では、導入するガス種に応じて各ＬＥＤを制御するＳＥＭについて説明する。

ＳＥＭ等の荷電粒子線装置では、種々の目的に応じて、装置内部にガスを導入する場合がある。一例として、試料室１０３の真空を解除する際に窒素やアルゴンを導入する場合や、試料室１０３の真空漏れの確認のためヘリウムを導入する場合、低真空観察のために大気を導入する場合、特にＴＥＭにおいて、その場観察（ｉｎ−ｓｉｔｕ観察）を行なうため水素や酸素を導入する場合、イオンミリング装置との複合型装置において、イオンビーム生成のためアルゴンを導入する場合、特にＦＩＢ単体もしくはＦＩＢとＳＥＭとの複合型装置において、薄膜を生成するためタングステンガスを導入する場合などが例として挙げられる。

しかし、導入するガス種は人間の目視によって把握できるものではなく、導入ガスの種類はモニタのＧＵＩ上に表示されていたため、前述のモニタに関する課題や、ＳＥＭを使い慣れないユーザに対する課題が生じていた。

そこで、実施例８では、制御部１０７は、ＳＥＭへの導入ガス種に応じて、各ＬＥＤの発光を制御する。図１０に、本実施例にかかる荷電粒子線装置の概略図を、図１１に各ＬＥＤの発光パターンを示す。

本実施例にかかるＳＥＭは、試料室１０３にガス導入部１１４を備える。ガス導入部１１４は、例えば窒素やヘリウム、アルゴンボンベ（に接続されたノズル）であってもよいし、大気を導入するためのリークバルブでもよい。ガス供給源を備えた電子ビームまたはイオンビームカラムなどであってもよい。

制御部１０７は、ガス導入部１１４の作動が開始したら、導入するガス種によって各ＬＥＤを発光させる。ガス導入部１１４は試料室１０３に備えられているため、導入されたガスはまず試料室１０３に充満し、その後カラム１０２内部へと侵入する。そこで、制御部１０７は、導入ガスが窒素の場合（Ｎ_２）は、ＬＥＤ２０４を紫色に発光させる。制御部１０７は、ガス導入部１１４の作動開始から十分に時間が経過すれば（Ｎ_２−Ｆｉｌｌｅｄ）、ＬＥＤ全てを紫色に発光させる。

上記制御によれば、導入ガスの装置内部での挙動を各ＬＥＤの発光により表現することができる。更に、ガスの導入量や、装置内部のガス圧（図示しない質量分析計などで測定する）に基づき、各ＬＥＤの発光色を独立に制御してもよい。各ＬＥＤは、発光量や発光色の変化（たとえばガス圧が低い場合は、紫色ではなく薄紫色に発光するなど）によって、導入ガスの装置内部での挙動を表現してもよい。

制御部１０７は、ガス導入部１１４により導入されるガスがアルゴンの場合は、ＬＥＤ２０４を黄色に発光させる。その後、十分に時間が経過した際の挙動や、発光量や発光色の変化等は、窒素導入時と同様である。その他のガスを導入する場合は、その他の色を用いることができる。尚、上記の発光色や発光箇所は一例である。

上記の制御によれば、装置内部に導入されたガス種と、その挙動に基づき、各ＬＥＤの発光が制御される。電子線の光軸に沿って各ＬＥＤを配置し、上記の制御を行なうことで、ユーザに対して、装置内部の導入ガスの挙動をモニタの表示によらず直感的に表示することができる。

尚、ガス導入部が例えばイオンビームカラムであり、装置全体としてはカラムを２本以上備える場合、両方のカラムにＬＥＤを備えるものとしてもよい。

実施例９では、視野の移動に応じて各ＬＥＤを制御するＳＥＭについて説明する。

電子顕微鏡で試料を観察する際、試料の様々な位置を観察するため、その視野を移動することが行なわれる。ここで視野の移動は、ステージ１０６のモータによる駆動や、Ｘ偏向コイル１１１、Ｙ偏向コイル１１２その他カラム１０２の電子光学要素により電子線を制御することで電子線の照射位置を変えるイメージシフトなどで行なわれる。

イメージシフトによる視野移動の場合、視野の移動は目視で確認できないため、視野の移動している方向や移動量は、像を確認しなければ分からないという課題があった。

ステージによる視野移動の場合も、ステージは試料室１０３内部に存在するため目視による確認が不可能である。

そこで、実施例９では、制御部１０７は、ＳＥＭの視野の移動に応じて、各ＬＥＤの発光を制御する。図１２に、本実施例にかかる荷電粒子線装置の概略図を、図１３にイメージシフトによる視野移動時の各ＬＥＤの発光パターンを、図１４にステージ移動による視野移動時の各ＬＥＤの発光パターンを示す。

図１２は、図１に加え、カラム１０２に更にＬＥＤ２０５、ＬＥＤ２０６を備えるＳＥＭを示す図である。ＬＥＤ２０５、ＬＥＤ２０６は、ＬＥＤ２０３の下方かつＬＥＤ２０４の上方に、ＬＥＤ２０３とＬＥＤ２０４の左右に配置されている。尚、ＬＥＤ２０５及びＬＥＤ２０６の配置は、図１２に示した配置に限らず、カラムに対し垂直方向（即ち、ＬＥＤ２０１〜２０４の配置方向に交差するような配置）であれば、その配置は問わない。

制御部１０７は、イメージシフトによる視野移動の際に、各ＬＥＤを緑色に発光させる。制御部１０７は、視野を図１２の紙面に対して手前方向に移動させる場合は、ＬＥＤ２０３を緑色に発光させる。制御部１０７は、視野を紙面に対して奥方向に移動させる場合はＬＥＤ２０４を、右方向の場合はＬＥＤ２０５を、左方向の場合はＬＥＤ２０６を緑色に発光させる。発光しているＬＥＤと、視野移動方向が対応することにより、視野移動方向を可視化することができる。

また、制御部１０７は、ステージによる視野移動の際に、各ＬＥＤを白色に点滅させる。発光パターンの一例として、制御部１０７は、視野を紙面に対して手前方向に移動させる場合は、ＬＥＤ２０３を白色に点滅させる。制御部１０７は、視野を紙面に対して奥方向に移動させる場合はＬＥＤ２０４を、右方向に移動させる場合はＬＥＤ２０５を、左方向に移動させる場合はＬＥＤ２０６を白色に点滅させる。

上記制御によれば、視野位置の移動方向を各ＬＥＤの発光により表現することができる。電子線の光軸に沿って各ＬＥＤを配置し、視野移動を表現する各ＬＥＤを配置し、上記の制御を行なうことで、ユーザに対して、視野の移動をモニタの表示によらず直感的に表示することができる。

更に、移動量や移動スピードに応じて、ＬＥＤの点滅速度、発光強度を変化させてもよい。また、例えば視野を右手前に移動させる際には、ＬＥＤ２０４と２０５を同時に発光させてもよい。

尚、ステージの移動方向やイメージシフトによるビームの移動方向と、視野の移動方向とで、移動方向が真逆になる場合がある。その場合、どちらの移動方向を基準としてもよい。

更に、図１５に、ステージ回転時の各ＬＥＤの発光パターンを示す。尚、図中の白い円はそのＬＥＤが白色に発光している状態を示し、黒い円はそのＬＥＤが消灯している状態を示す。ステージ回転の指示を受けた制御部１０７は、各ＬＥＤをパターン９０１（Ｐ９０１）に従い制御する。その後、一定時間（例えば２００ミリ秒）経過後に、制御部１０７は、各ＬＥＤをパターン９０２（Ｐ９０２）に従い制御する。以下Ｐ９０２からＰ９０３、Ｐ９０３からＰ９０４と同様の制御を繰り返し、Ｐ９０４からは再びＰ９０１に戻る。

また、制御部１０７は、ステージを逆方向に回転させる場合は、上記の発光パターンを逆転させて、各ＬＥＤを発光させる（Ｐ９０４からＰ９０３、Ｐ９０３からＰ９０２、Ｐ９０２からＰ９０１、Ｐ９０１からＰ９０４）。

この制御により、ステージの回転方向をモニタの表示によらず直感的に表示することができる。更に、回転速度に応じてパターンが切り替わる時間を変化させることで、ステージの回転速度を直感的に表示することができる。

上記制御は、電子光学的な制御により、視野を回転させる場合にも適用できる。

実施例１０では、電子線の傾斜に応じて各ＬＥＤを制御するＳＥＭについて説明する。

電子顕微鏡で試料を観察する際、ラフネスや３Ｄ形状の情報を得るために、電子線を傾けて試料に対し照射することがある。これはビームチルト観察と呼ばれる機能で、Ｘ偏向コイル１１１、Ｙ偏向コイル１１２によって電子線を曲げることで実現される。

しかし、電子線は人間の目視によって把握できるものではなく、電子線の曲げ方向はモニタ上のＧＵＩに表示されていたため、前述のモニタに関する課題や、ＳＥＭを使い慣れないユーザに対する課題が生じていた。

そこで、実施例１０では、制御部１０７は、電子線の傾斜方向に応じて、各ＬＥＤの発光を制御する。図１６に各ＬＥＤの発光パターンを示す。

制御部１０７は、電子線の傾斜方向に応じて、ＬＥＤ２０１、ＬＥＤ２０２、ＬＥＤ２０３を白色に光らせながら、ＬＥＤ２０５、ＬＥＤ２０６を発光させることで、電子線の傾斜方向を示す。また、制御部１０７は、その傾斜方向の大きさを、ＬＥＤ２０５、ＬＥＤ２０６の発光色により示す。例えば傾斜角度が１０°未満であるならば白色、１０°から２０°の間であるならば青色、２０°から３０°の間であるならば緑色というように各ＬＥＤの発光色を変化させることによって、電子線の傾斜角度の大きさを示す。尚、上記の発光色や発光箇所は一例である。

上記の制御によれば、電子ビームの傾斜方向とその傾斜角度に基づき、各ＬＥＤの発光が制御される。電子線の光軸に沿って各ＬＥＤを配置し、更に電子ビームの傾斜方向を表現する各ＬＥＤを配置し、上記の制御を行うことで、ユーザに対して、電子ビームの曲げ方向をモニタの表示に拠らず直感的に表示することができる。

上記制御は、ステージ１０６を機械的に傾斜させる場合にも適用できる。

実施例１１では、ステージの上下移動に応じて各ＬＥＤを制御するＳＥＭについて説明する。

電子顕微鏡で試料を観察する際、試料までの焦点距離を調整するために、ステージを上下に移動させることがある。ここで、ステージの移動は、ステージ１０６にモータを備えた場合はその駆動や、モータを備えない場合は観察者が直接ステージをダイヤルの回転などによって上下動させることで行われる。

ステージの上下動は、真空チャンバ内で行われるため、その位置を目視で確認できない。そのため前述のモニタに関する課題が発生していた。

そこで、実施例１１では、制御部１０７は、ステージの移動に応じて各ＬＥＤの発光を制御する。図１７に各ＬＥＤの発光パターンを示す。

制御部１０７は、ステージの上下動方向に応じて、ＬＥＤ２０３、ＬＥＤ２０４を黄色に点滅させることでその移動方向を示す。また、その移動速度に応じて点滅速度を変更する。尚、上記の発光色や発光箇所は一例である。

上記の制御によれば、ステージの上下動方向、移動速度に基づき、各ＬＥＤの発光が制御される。電子線の光軸に沿って各ＬＥＤを配置し、上記の制御を行うことで、ユーザに対して、ステージの上下動方向をモニタの表示に拠らず直感的に表示することができる。

上記制御は、電子光学的な制御により、フォーカスを調整する場合にも適用できる。

実施例１２では、大気圧条件下に対して電子線を照射するＳＥＭの状態に応じて、各ＬＥＤを制御する荷電粒子線装置について説明する。

ＳＥＭを始めとする荷電粒子線装置には、真空下での観察に適さない試料を観察することを目的とし、数ナノメートルから数マイクロメートル程度の厚さの極薄の隔膜によりカラムと試料室を隔離し、大気圧条件に置かれた試料に電子線を照射する場合がある。

しかし、隔膜は極薄のため、目視で隔膜の破損を確認することは困難である。また、試料室内が大気圧状態であったとしても観察中に試料室を開放するのは望ましくなく、試料室内部の状態を表示できることが望ましい。従来は、試料室内の状態はＧＵＩなどにより表示されていたため、前述のモニタに関する課題や、ＳＥＭを使い慣れないユーザに対する課題が生じていた。

そこで、実施例１２では、制御部１０７は、この隔膜の状態に応じて各ＬＥＤの発光を制御する。図１８に本実施例にかかるＳＥＭの概略図を、図１９に各ＬＥＤの制御パターンを示す。

ここでは、試料室１０３にカラム１０２と試料室１０３を隔離するための隔膜１１５を備えるＳＥＭを例に挙げる。隔膜１１５は例えば窒化シリコンを材料とされるが、適切な硬度を持ち、電子線を十分に通す材料であるならば材料は問わない。加えて実施例においては、ＬＥＤ２０４の更に下にＬＥＤ２０７を備える。本実施例では長方形のＬＥＤとし、隔膜の形状を模したが、その形状は問わない。

制御部１０７は、隔膜１１５を装置に導入した時にＬＥＤ２０７を点灯させることで、隔膜１１５の有無を示す。また、何らかの理由で隔膜が破損した際には、ＬＥＤ２０７を赤色に点灯させることで隔膜の状態を示す。ＬＥＤ２０７は、各ＬＥＤのうち最下流に存在し、形状を模すことで、隔膜を表現している。尚、上記の発光色や発光箇所は一例である。

上記の制御によれば、装置内部の隔膜の状態に基づき、各ＬＥＤの発光が制御される。上記の制御を行うことで、ユーザに対して、隔膜の有無、並びにその状態を直感的に表示することができる。

実施例１３では、カバーにより覆われた、カラムの光軸に沿ってＬＥＤを備えるＳＥＭについて説明する。

ＳＥＭにおいては、音波、温度変化、風圧、電磁場等の外部環境によるノイズを低減することや、可動部の触手の防止等を目的として、装置の全部又は一部をカバーで覆う場合がある。カバー内部に表示部２００を設けると、ユーザはカバーにより表示部２００を観取することができない。

そこで、実施例１３のＳＥＭは、カバーに透光部を設ける。該ＳＥＭの正面図を図２０（ａ）に、側面図を図２０（ｂ）に、内部図を図２０（ｃ）に示す。

ＳＥＭは、真空排気系１０５や各種回路を内装する本体カバー１１６と、ステージ１０６を内装するステージカバー１１７と、カラム１０１を内装するカラムカバー１１８と、カラムカバー１１８の上部に設けられた透光部１１９とを備える。尚、カバーの構成は一例である。ＳＥＭの全部品がカバーに覆われていなくともよいし、別途のカバーを備えてもよい。表示部２００は、ユーザが、透光部１１９を介して各ＬＥＤの発光を観取できるよう、カラムカバー１１８の内部に備えられる。

上記の構成によれば、カバーを備えたＳＥＭであっても、装置の状態等を表示部２００によって直感的に表示することができる。

尚、図２１に示すように、表示部２００をカラム１０２に設けてもよい。この場合は、透光部１１９は、カラムカバー１１８の表示部２００に対向する位置に設けられる。さらに、図２２に示すように、表示部２００をカラムカバー１１８に直接設けてもよい。

ここでは、透光部１１９をカラムカバー１１８に設ける例を説明したが、本体カバー１１６やステージカバー１１７に透光部１１９を設けてもよい。

以上、実施例に従い本発明を説明したが、本発明は上記の実施例に限られるものではない。実施例では、ＳＥＭを例として説明したが、本発明は、ＴＥＭ、ＳＴＥＭ、集束イオンビーム装置（以下、ＦＩＢ）、イオンミリング装置などの荷電粒子線装置一般に対して適用できる。ＦＩＢやイオンミリング装置の場合は、荷電粒子線はイオンビームとなる。各種装置において、光軸に沿って複数の発光素子を配置することにより、電子線の流れや、真空度、加速電圧、電流量、温度その他の物理量を表現することができる。

また、各実施例を複合させ、例えば真空度と加速電圧を同時に表現してもよい。ユーザの指示や、時間経過、現在の状況などにより、ＬＥＤを用いて表現する対象を切替えてもよい。

上記の各実施例において、発光パターン、発光色、発光量等は一例を示したものであり、実施例の記載に限られない。例えば実施例２において「加速電圧が高くなるほど、各ＬＥＤの発光箇所の流れは速くなる」としたが、その逆に、加速電圧が高くなるほど各ＬＥＤの発光箇所の流れを遅くしてもよい。その他の実施例においても同様に、各ＬＥＤの制御は変更可能である。例えば「発光色を変化させる」と説明した実施例において、発光量を変化させてもよいし、「点滅速度を変更する」と説明した実施例において、発光色を変化させてもよく、種々の組み合わせが可能である。

１０１…電子銃、１０２…カラム、１０３…試料室、１０４…検出器、１０５…真空排気系、１０５１…粗引きポンプ、１０５２…メインポンプ、１０５３…真空計、１０６…ステージ、１０７…制御部、１０８…試料、１０９…第一のコンデンサレンズ、１１０…第二のコンデンサレンズ、１１１…Ｘ偏向コイル、１１２…Ｙ偏向コイル、１１３…対物レンズ、１１４…ガス導入部、１１５…隔膜、１１６…本体カバー、１１７…ステージカバー、１１８…カラムカバー、１１９…透光部、２００…表示部、２０１−２０７…ＬＥＤ

Claims (16)

1. 試料に照射される荷電粒子線を発生する荷電粒子源と、
   前記荷電粒子線が通過するカラムと、
   荷電粒子線装置の表面に、前記カラムの光軸に沿って、前記荷電粒子源側から順に、第１の発光素子、第２の発光素子、及び、第３の発光素子が配置される表示部と、を備える荷電粒子線装置。
2. 前記荷電粒子線装置の状態に応じて前記第１乃至第３の発光素子を制御する制御部を更に備える、請求項１記載の荷電粒子線装置。
3. 前記制御部は、前記荷電粒子線の流れに対応した発光パターンに基づいて、前記第１乃至第３の発光素子を発光させる、請求項２記載の荷電粒子線装置。
4. 前記発光パターンは、前記荷電粒子線装置内の物理量に対応するパターンである、請求項３記載の荷電粒子線装置。
5. 前記発光パターンは、前記第１乃至第３の発光素子の発光箇所の流れが、前記荷電粒子線の流れに対応したパターンである、請求項３記載の荷電粒子線装置。
6. 前記制御部は、前記荷電粒子線の加速電圧に対応して、前記第１乃至第３の発光素子の発光箇所の流れの速さを変化させる、請求項３又は４記載の荷電粒子線装置。
7. 前記制御部は、前記荷電粒子線の電流量に対応して、前記第１乃至第３の発光素子の発光量を変化させる、請求項２記載の荷電粒子線装置。
8. 前記制御部は、前記荷電粒子線装置内部の温度に対応して、前記第１乃至第３の発光素子の発光色を変化させる、請求項２記載の荷電粒子線装置。
9. 前記制御部は、前記荷電粒子線装置内部の真空度に対応して、前記第１乃至第３の発光素子の発光色を変化させる、請求項２記載の荷電粒子線装置。
10. 前記第１乃至第３の発光素子は、更に、前記カラムの光軸の垂直方向に配置され、前記制御部は、前記荷電粒子線装置の要素の移動に対応して、前記第１乃至第３の発光素子を制御する、請求項２記載の荷電粒子線装置。
11. 前記荷電粒子線装置の要素の移動は、前記荷電粒子線の視野の移動または前記荷電粒子線の傾斜角の移動である、請求項１０記載の荷電粒子線装置。
12. 前記制御部は、現在の状態表示の対象となっている前記荷電粒子線装置の部位に対応して、前記第１乃至第３の発光素子の発光箇所を制御する、請求項２記載の荷電粒子線装置。
13. 前記制御部は、前記部位が前記荷電粒子源の場合、前記第１の発光素子を発光させる、請求項１２記載の荷電粒子線装置。
14. 荷電粒子線装置の表面に荷電粒子線の光軸に沿って、荷電粒子源側から順に配置された第１の発光素子、第２の発光素子、及び第３の発光素子を、前記荷電粒子線装置の状態に応じて発光させる、荷電粒子線装置。
15. 荷電粒子線装置の表面に荷電粒子線の光軸に沿って、荷電粒子源側から順に配置された第１の発光素子、第２の発光素子、及び第３の発光素子を、前記荷電粒子線装置の状態に応じた発光パターンで発光させる、荷電粒子線装置の制御方法。
16. 前記発光パターンは、前記荷電粒子線の流れに対応したパターンである、請求項１５記載の荷電粒子線装置の制御方法。

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