JPWO2017179145A1

JPWO2017179145A1 - 荷電粒子線装置および試料ホルダ

Info

Publication number: JPWO2017179145A1
Application number: JP2018511813A
Authority: JP
Inventors: 昭朗池内; 羽根田　茂; 茂羽根田; 吉延星野
Original assignee: Hitachi High Technologies Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2016-04-13
Filing date: 2016-04-13
Publication date: 2019-02-14
Anticipated expiration: 2036-04-13
Also published as: US10431417B2; DE112016006579T5; US20190122853A1; CN109075003A; DE112016006579B4; JP6549313B2; CN109075003B; WO2017179145A1

Abstract

観察視野を容易に探索可能な試料ホルダを提供するために、位置合わせ用パターンを有する試料支持部材１１５を搭載することにより位置合わせされるザグリ部が形成された第１上面と第１上面を水平に回転させるための回転軸とを備えた試料搭載部１３７と、試料搭載部が上下動可能な開口部と開口部の周辺の第２上面とを備えた試料台部１４１と、導電性を有し試料台部の第２上面の方向へ押し下げることにより試料搭載部に搭載された試料支持部材の上面と試料台部の第２上面とが同じ高さとなる試料カバー部１４０と、を有する試料ホルダとする。

Description

本発明は、荷電粒子線装置および試料ホルダに関する。

走査電子顕微鏡（以下、ＳＥＭという）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細く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。このような装置で試料を観察する際には、現在の視野は試料のどの位置にあたるのかを判断し、観察したい箇所まで視野を動かすこと（以下、観察視野探しという）が必要になっている。

特許文献１には、光学顕微鏡（以下、ＯＭという）での観察に使用したスライドガラスをそのまま観察試料として使用可能な、ＳＥＭ用試料ホルダおよび当該試料ホルダを搭載したＳＥＭが開示されている。

特開２０１４−４４９６７号公報

荷電粒子線装置は、光よりも波長の短い荷電粒子線を用いているため、ＯＭよりも分解能が高く、数ナノメートルから数百ナノメートルオーダーの大きさの試料（もしくは試料の構造）を観察できるという利点がある。一方、荷電粒子線装置の電子光学系の条件によっては、ユーザにとっては、視野探しが困難なものとなっている。この問題に対し、特許文献１には、荷電粒子線装置での試料の観察に先立ち、ＯＭにより試料の全景を観察し、得られた光学像と比較しながら荷電粒子線によって試料を観察することで、観察視野探しを行なう手法が開示されている。

しかしながら、特許文献１では、ＯＭで撮像した画像（以下、観察位置指定像という）を用いて荷電粒子線装置の観察視野探しを行う場合、観察対象試料上における観察位置指定像の座標系と試料ステージの座標系とを一致させる較正作業が煩雑になる、という課題がある。

本発明の目的は、観察視野を容易に探索可能な荷電粒子線装置および試料ホルダを提供することにある。

上記目的を達成するための一実施形態として、荷電粒子源と、試料を載置する試料ホルダと、前記荷電粒子源から放出された荷電粒子を荷電粒子線として前記試料に照射する荷電粒子線光学系と、前記試料から放出された信号を検出する検出器と、各構成要素を制御する制御部とを備えた荷電粒子線装置において、
前記試料ホルダは、
中心マーカ、倍率及び回転角度を解析するためのパターン及び番地マーカを含む位置合わせ用パターンを有する試料支持部材を搭載することにより位置合わせされるザグリ部が形成された第１上面と、前記第１上面を水平に回転させるための回転軸とを備えた試料搭載部と、
前記試料搭載部が上下動可能な開口部と、前記開口部の周辺の第２上面とを備えた試料台部と、
導電性を有し、且つ前記試料支持部材の前記位置合わせ用パターンが露出される窓を有し、前記試料台部の前記第２上面の方向へ押し下げることにより、前記試料搭載部に搭載された前記試料支持部材の上面と前記第２上面とが同じ高さとなるような試料カバー部と、を有することを特徴とする荷電粒子線装置とする。

本発明によれば、観察視野を容易に探索可能な荷電粒子線装置および試料ホルダを提供することができる。

ＳＥＭのシステム構成例を示す断面図（一部ブロック図）。観察対象試料のＯＭ撮像動作例を示すフローチャート。観察対象試料のＳＥＭ撮像動作例を示すフローチャート。試料支持部材の概略構成例を示す鳥瞰図。試料支持部材（試料無）の概略構成例を示す上面図。試料支持部材（試料有）の概略構成例を示す上面図。試料ホルダの概略構成例を示す鳥瞰図。図４ＡのＡ−Ａ’断面図。試料ホルダの他の概略構成例を示す鳥瞰図。電子顕微鏡像の初期視野と位置合わせ用パターンの位置関係を示す上面図。電子顕微鏡像のパターンデータと電子顕微鏡像初期視野の位置関係を説明するための上面図。位置・倍率演算部の動作例を示すフローチャート。

実施例において、荷電粒子線装置としてＳＥＭを例に説明するが、本発明の荷電粒子線装置はＳＥＭに限られることはない。本発明に係る荷電粒子線装置は、撮像装置によって取得された試料の撮像画像上で、荷電粒子線装置によって観察像を取得する当該試料上の観察範囲を視野範囲として設定する一方、荷電粒子線装置によって当該視野範囲に該当する試料上の観察範囲に荷電粒子線を照射して試料の観察像を取得する際、当該視野範囲の設定に用いられた観察位置指定像における試料支持部材に施されたパターンの形状と寸法情報を、荷電粒子線の照射位置の較正に使用するものであればよく、例えば、走査イオン顕微鏡や走査透過電子顕微鏡や透過電子顕微鏡、これらと試料加工装置との複合装置、またはこれらを応用した解析・検査装置等も含まれる。

以下、本発明の実施例に係る荷電粒子線装置について、図面に基づき説明する。なお、同一符号は同一構成要素を示す。

＜荷電粒子線装置のシステム構成例と撮像フロー＞
先ず、荷電粒子線装置のシステム構成例と、観察対象試料の撮像フローを図１と図２Ａ、図２Ｂに基づき説明する。

図１は、荷電粒子線装置（ここでは、ＳＥＭ）の一例を示す概略構成図である。

ＳＥＭ１０１は、鏡筒１０２と、試料室１０３とが一体化されてなる顕微鏡装置本体１０４と、ＳＥＭ各部をそれぞれ制御する制御装置（制御部）１０５とを有し、制御装置１０５は表示部１５０と操作部１５１が接続されている。

鏡筒１０２には、電子ビーム１０６を放出する電子銃１０７と、この電子ビーム１０６を照射制御する電子光学系１０８とが設けられている。

電子光学系１０８は、電子銃１０７から放出された電子ビーム１０６を集束するコンデンサレンズ１０９と、電子ビーム１０６を走査する偏向器１１０と、試料１１２の表面上に焦点が合うように電子ビーム１０６を集束させる対物レンズ１１１とを含む。図１の例では、電子ビーム１０６が試料１１２に照射されることにより発生する信号１１３（例えば、二次電子や反射電子等）を検出する検出器１１４も設けられた構成になっている。

試料室１０３は、開閉可能な図示せぬ導入／導出口を介して、試料支持部材１１５が載置された試料ホルダ１１６が収容される構成になっており、試料１１２は試料支持部材１１５に載置される。試料支持部材１１５には、位置合わせ用パターン１１７が形成されている。試料支持部材１１５の詳細については、図３Ａ〜図３Ｃの試料支持部材１１５が丸型カバーガラスの形態をとる場合の概略構成例を用いて後述し、試料ホルダ１１６の詳細についても図４Ａ〜図４Ｃを用いて後述する。

試料ホルダ１１６は試料支持部材１１５を容易に載置し、回転し、固定できる機構を備えており、位置合わせ用パターン１１７がＳＥＭ１０１の撮像時の初期視野内に収まるように試料支持部材１１５を固定する機構を備えている。試料室１０３には、この試料ホルダ１１６が保持される試料ステージ１１８が設けられている。試料室が真空排気されていることは言うまでもない。

試料ステージ１１８は、試料ホルダ１１６が着脱自在に取り付けられる被取付部１１９と、この被取付部１１９を、試料室１０３内で、例えば水平面内及び面直方向へ移動させたり、回転や傾斜させたりして、試料室１０３内における試料１１２及び試料支持部材１１５の位置や向きを試料ホルダ１１６ごと変位させる試料移動機構１２０を備えている。試料移動機構１２０と電子光学系１０８とを制御装置１０５で制御し、試料１１２の任意の位置に電子ビーム１０６を照射し、発生した信号１１３を検出器１１４で検出することにより、試料の任意の位置と倍率における電子顕微鏡観察を可能にする。

ここで、前記倍率とは、視野（Field Of View：ＦＯＶ）の幅、もしくはデジタル画像にした場合の１画素当りが示す長さ（ピクセルサイズ）などでもよい。

ＯＭ１２１は、本実施例では正立型のＯＭの一例を示しているが、倒立型のＯＭであってもよく、試料支持部材１１５を載置するステージ１２２と、観察対象物の画像データを得る撮像素子１２３とが設けられている。ＯＭが大気圧下で使用されることは言うまでもない。

ステージ１２２は、試料１１２が載置された試料支持部材１１５を図示しない試料支持部材ホルダに固定し、例えば水平面内及び面直方向へ移動させたり、回転や傾斜させたりして、ステージ１２２の上における試料１１２の位置や向きを試料支持部材１１５ごと変位させる機構を備えている。ステージ１２２の移動機構は、電動式及び手動式の何れであってもよい。

撮像素子１２３は、例えばＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサであって、観察対象物の静止画像及び動画像の何れかの画像データを取得する機能を有している。本実施例では、撮像素子１２３は制御装置１０５に接続され、撮像した画像データをＯＭ用画像処理部（第１画像処理部）１２４に送出する例を示しているが、必ずしも撮像素子１２３が制御装置１０５に接続される必要はなく、撮像された観察対象物の画像データをデジタル画像データの様式に基づいて保存し、この保存された画像データをＯＭ用画像処理部１２４に送出してもよい。

制御装置１０５は、検出器１１４により得られた信号を観察画像データ（以下、ＳＥＭ像データと称する）に変換するＳＥＭ用画像処理部（第２画像処理部）１２５と、ＯＭ用画像処理部１２４と、位置合わせ用パターンの形状データが格納されたパターンデータ格納部１２６とを有する。

各データは位置・倍率演算部１２７に読込まれ、パターンデータを用いることによって各観察視野の倍率を倍率演算部１２８で、位置情報を位置演算部１２９で演算し、パターン座標との相対的な位置情報を演算する（位置・倍率演算部１２７で実行される演算の詳細は後述する）。このとき得られる倍率及び位置情報を用いて試料ステージ１１８の較正をおこなうことで、パターン座標を基準として試料ホルダ１１６を移動させ、パターン座標で指定した位置をＳＥＭ１０１で撮像することが可能となる。

一方、ＯＭ１２１で得られた観察画像データ（以下、ＯＭ像データと称する）の視野及び倍率も同様に、パターン座標と関連付けられる。これら倍率とパターン座標の情報を、電子光学系制御部１３０と試料ステージ制御部１３１に設定することで、ＯＭ像と同じ視野をＳＥＭ１０１で撮像することが可能となる。上述した、同じ視野を得るための位置情報演算と各制御部への指令は、視野合わせ部１３２が実行する。

視野合わせ部１３２は、位置・倍率演算部１２７で算出された、ＯＭ像の視野位置の情報を基に、ＯＭ像と同視野になるステージ位置と観察倍率の設定パラメータを、試料ステージ制御部１３１と電子光学系制御部１３０に送信する。

以上が、図１に示されるＳＥＭシステム例の構成要素の概説である。

ここで、特許文献１によれば、観察位置指定像を用いて荷電粒子線装置の観察視野探しを行う場合、観察対象試料上における観察位置指定像の座標系と試料ステージの座標系とを一致させる較正作業のために、試料を載置する試料支持部材であるスライドガラスの全景を光学的撮像装置で撮像し、参照画像とする必要がある。また、参照画像は予め決められた視野と倍率とで撮像する必要があり、参照画像撮像用に予め視野と倍率とが固定された光学的撮像装置が必要である。このため、試料を観察する際の最低倍率が定まってしまい、試料の全景を観察することができない恐れがあり、視野探しが困難となる。更に、観察位置指定像を用いて較正作業を行う場合、観察位置指定像の特徴点を荷電粒子線装置の観察像の中から見つけ出し、各々の基準となる特徴点を複数個所関連付けする煩雑な作業が必要である。

そこで、本実施例では、上述したＳＥＭシステム例を用いて、以下の撮像動作をおこなう。
図２Ａ及び図２Ｂはそれぞれ、図１に示したＳＥＭシステムを用いた本実施例における、ＯＭでの撮像動作フローチャート及びそれにより得られたＯＭ像の視野と同一視野の観察をＳＥＭで実施する際の撮像動作を示すフローチャートである。

スタート（ステップＳ２００）し、最初に試料支持部材１１５に試料１１２を載置し（ステップＳ２０１）、試料支持部材１１５をＯＭのステージ１２２に設置する（ステップＳ２０２）。この状態で撮像をおこなうことで、試料１１２と位置合わせ用パターン１１７のＯＭ像が得られる。この際、低倍率での撮像では、図３Ｂに示されるグリッドパターン１３３及び中心マーカ１３４が収まる視野にて撮像をおこない、高倍率での撮像では、グリッドパターン１３３及び、中心マーカ１３４もしくは番地マーカ１３５が収まる視野にて撮像をおこなう（ステップＳ２０３）。これにより、低倍または高倍のどちらで取得したＯＭ像においても、ＯＭ像視野と位置合わせ用パターン１１７との位置関係が位置・倍率演算部１２７において演算可能となる。グリッドパターンにおけるグリッドの間隔は、初期視野において直線２本以上が含まれる値に設定される。本実施例においては試料の全景を撮像する必要はない。撮像を終えた後は、試料支持部材１１５をステージ１２２から取り外し（ステップＳ２０４）、ＳＥＭ撮像フローへと移行する（ステップＳ２０５）。

ＳＥＭでの撮像フローを開始（ステップＳ２０６）し、ＯＭ１２１のステージ１２２より取り外した試料支持部材１１５をＳＥＭ用の試料ホルダ１１６に設置する（ステップＳ２０７）。この際、まず図３Ｂに示される表裏・方向識別マーカ１３６にて試料支持部材１１５の表裏を確認し、図４Ａに示される試料搭載部１３７に試料支持部材１１５を載置し、試料支持部材１１５の水平方向と試料ホルダ１１６の水平方向とを揃えるために、試料ホルダ１１６の水平方向を示す溝加工１３８をガイドとし、回転つまみ部１３９を用いて試料支持部材１１５の水平方向を調整し、最後に試料カバー部１４０を用いて試料支持部材１１５を試料ホルダ１１６に固定する。このステップにより試料支持部材の試料ホルダへの位置合わせ、即ち、中心マーカと試料搭載部の回転軸との位置合わせがなされる。

続いて、試料ホルダ１１６を試料ステージに取り付ける（ステップＳ２０８）。これにより、試料支持部材１１５に形成された位置合わせ用パターン１１７がＳＥＭ像撮像時の初期視野に収まる範囲に配置される。この状態で初期視野像の撮像をおこなうと（ステップＳ２０９）、位置合わせ用パターン１１７の観察像が得られる。

続いて、得られた初期視野像の観察画像データを位置・倍率演算部１２７に読込み、パターンデータを用いてパターン座標との相対的な位置情報を演算し（ステップＳ２１０）、試料ステージ１１８のステージ位置及び倍率の較正をおこなう（ステップＳ２１１）。

較正終了後に、先のＯＭ撮像フローにて撮像した少なくとも１枚以上のＯＭ像を読込み、表示部１５０に表示する（ステップＳ２１２）。なお、読込まれたＯＭ像も同様に位置・倍率演算部１２７にて処理され、パターン座標との相対的な位置情報を保持している。

最後に、ユーザは表示されたＯＭ像から、同視野の観察を希望するＯＭ像を、操作部１５１を用いて選択する（ステップＳ２１３）。すると、視野合わせ部１３２により、電子光学系１０８と試料ステージ１１８が制御され（ステップＳ２１４）、選択したＯＭ像と同視野の撮像が開始される（ステップＳ２１５）。

以上のように、本実施例のＳＥＭは、ＯＭ観察と共通して利用できる試料支持部材１１５を用い、電子顕微鏡観察の初期視野に位置合わせ用パターン１１７を配置することで、ユーザによる手動での視野探し、及び位置・倍率較正作業を必要とせずに、ＯＭ像の視野と同一視野の観察を可能とする。
＜試料支持部材＞
図３Ａ及び図３Ｂは、試料支持部材１１５の構造を示す図であり、図３Ａは概略鳥瞰図、図３Ｂは上面図である。

試料支持部材１１５は、例えば石英や金属などの材料で形成された平板状のプレートであり、本実施例におけるプレートの形状は円形であるが、三角形、四角形、多角形などの形状であってもよく、一般的にＯＭ観察に使用されるような、厚みが０．０４ｍｍから０．６ｍｍ程のカバーガラスであっても、厚みが０．８ｍｍから１．５ｍｍ程度のスライドガラスであってもよく、平板状プレートの形状を特に限定するものではない。平板状プレートに試料１１２を載置し、試料１１２を荷電粒子線装置で観察するには、試料１１２および試料支持部材１１５が導電性を持つ必要があるが、試料１１２や試料支持部材１１５が非導電性である場合はオスミウムや酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、金、白金、カーボン、ポリチオフェン、イオン液体などの導電性材料を試料１１２や試料支持部材１１５にコーティングして導電性を持たせればよい。使用する導電性材料はコーティングが荷電粒子装置観察に影響がない様に適宣選択すればよく、導電性コーティングの材料を特に限定するものではない。

プレートには図３Ｂに示すように、グリッドパターン１３３と番地マーカ１３５と中心マーカ１３４とで構成される位置合わせ用パターン１１７が設けられている。また、ユーザが試料交換時に試料支持部材の表裏と方向とを容易に識別できるように表裏・方向識別マーカ１３６も併せて設けられている。なお、各パターンとマーカはＯＭと荷電粒子線装置で観察可能であればよく、その形成方法は印刷や刻設または打抜きであってもよい。

グリッドパターン１３３は、位置演算をおこなう際に、観察像の倍率と試料支持部材１１５の回転角度を演算するために用いられる。本実施例においては、各グリッド線が一定間隔で整列し、かつ互いに直交するグリッドパターンを示しているが、グリッドパターン１３３はグリッド間隔と回転角度といった特徴量を解析できるものであればよく、例えば点や記号を等間隔に整列させるパターンであってもよく、前記グリッドパターンを特に限定するものではない。

番地マーカ１３５は、位置演算を行う際に、試料支持部材の位置情報を演算するために用いられる。本実施例ではグリッド線の交点に円形の枠を配置し、アルファベットの識別記号を付しているが、枠は三角形や四角形などであってもよく、識別記号は数字、文字、記号など、各番地の識別ができる記号であれば特にその形状を限定するものではない。

中心マーカ１３４は、位置演算をおこなう際に、観察画像の初期観察視野中心と中心マーカ１３４との位置ずれ量を演算するために用いられる。中心マーカ１３４は、試料支持部材１１５が試料ホルダ１１６に載置された際に、図４Ａに示される試料搭載部１３７の回転軸と中心マーカ３４の位置が一致するように構成されているため、高倍率の撮像においても初期視野のほぼ中心に中心マーカ１３４を観察することができ、位置演算処理を視野移動なしに開始することが可能となる。本実施例においては、中心マーカ１３４の形状を星形としているが、円形、半円形、三角形、四角形などの形状でもよく、グリッドパターン１３３内において中心点が認識可能な形状であればよい。なお、前記形状が回転対称を示す形状の場合は、方向を識別可能にする記号を中心マーカ１３４の内側または周囲に付加することがより好ましい。

一般的に、ユーザは観察視野とグリッドパターン１３３が水平となるように試料支持部材１１５を試料ホルダ１１６に載置するため、観察視野に対する試料支持部材１１５の回転角度は大きくとも−１０度から＋１０度の範囲に収まるが、もし回転角度が９０度を超える場合には、回転対称を示す形状の中心マーカ１３４とグリッドパターン１３３だけでは試料支持部材１１５の方向を誤認識する場合がある。したがって、前記方向を識別可能にする記号を付加したものを図４Ａの試料ホルダ１１６に用いることで、確実に試料支持部材１１５の回転角度を演算することが可能となる。

表裏・方向識別マーカ１３６は、試料支持部材１１５の表裏と方向を、ユーザが容易に視認できるようにするために設けられる。本実施例においては、マーカの形状をアルファベットのＦとしたが、Ｂ、Ｇ、Ｒ、Ｐなどでも、それに類する記号や図形であってもよく、表裏と方向の識別が容易な形状であれば特にその形状を限定するものではない。

図３Ｃは、試料支持部材１１５と試料支持部材１１５に載置された試料１１２の位置関係を示す図である。試料１１２は試料支持部材１１５の上に設けられた位置合わせ用パターン１１７の領域内に載置される。本実施例では、試料１１２が位置合わせ用パターン１１７におけるグリッドパターン１３３や中心マーカ１３４の上に載置された場合にも、試料１１２の下にあるグリッドパターン１３３や中心マーカ１３４を観察することができる。

一般的に、ＯＭ観察で生物試料を観察する場合には、照明に用いる光源の強度を調節することにより試料１１２の下のパターンを容易に観察することができる。一方、電子顕微鏡測定では電子ビーム１０６の電子が持つエネルギーを、加速電圧を変更することにより調節することができ、試料１１２の厚みに対して十分に高いエネルギーを持つ電子は試料１１２を透過することができる。したがって、試料１１２を電子ビーム１０６が透過しうるような加速電圧を設定することで、電子ビーム１０６が試料１１２を透過し、試料１１２の下に位置するパターンから発生する信号１１３を検出することが可能である。さらに、加速電圧を変更し、試料１１２を透過しない程度に電子のエネルギーを低くすることで、試料１１２表面の観察が可能となる。したがって、試料１１２は中心マーカ１３４を必ずしも避けて載置する必要はなく、任意の位置に載置することができる。
＜試料ホルダ＞
図４Ａ及び図４Ｂは、試料ホルダ１１６の一構成例であり、図４Ａは概略鳥瞰図、図４Ｂは図４ＡのＡ−Ａ’断面図である。

試料ホルダ１１６は、試料支持部材１１５を載置する試料搭載部１３７と、試料搭載部１３７の土台となる試料台部１４１と、試料支持部材１１５を固定する試料カバー部１４０とを有する。

試料交換作業の効率化のために、観察に使用する試料支持部材１１５の厚みに揃えたザグリ部を試料搭載部１３７の上面に設けて、試料支持部材１１５と試料搭載部１３７が略平坦となるように構成しているが、ザグリ部の深さと試料支持部材１１５の厚さとが、同じになっていなくてもよく、試料カバー部１４０取付け時に、試料カバー部１４０が試料支持部材１１５を上面方向から押さえ込み、試料搭載部１３７が試料支持部材１１５の厚み分降下することにより、常に試料支持部材１１５の上面の高さが試料台部１４１の上面の高さと一致すればよく、特に限定するものではない。なお、ザグリ部に試料支持部材を設置することにより、試料搭載部の回転軸と試料支持部材に設けた中心マーカとの位置合わせが行われる。また、ここで言う「一致」は完全一致が望ましいが、初期視野における焦点深度の範囲以内での位置ずれは誤差範囲として許容される。

試料搭載部１３７、試料台部１４１、試料カバー部１４０、などの試料ホルダ１１６を構成する材料には、本実施例においてはＳＵＳ３１６を用いたが、他にＳＵＳ３０４、Ａｌ、Ｃ（グラファイト）、Ｃｕ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｗ、黄銅、青銅、及びこれら物質を含んだ化合物や合金等で電気導通性があり、非磁性体であるならば前記材料に対して特に限定するものではない。

試料搭載部１３７は、回転つまみ部１３９を有しており、回転つまみ部１３９を操作することで、試料搭載部１３７に載置した試料支持部材１１５を、試料台部１４１の上面との水平を保ったまま任意の角度に回転、保持するよう構成されている。

試料搭載部１３７の回転軸は、試料支持部材１１５の中心と一致するよう構成される。さらに、試料搭載部１３７の回転軸は、試料ステージ１１８の被取付部１１９に試料ホルダ１１６を設置した場合に、ＳＥＭ１０１の電子光学系１０８の光軸と一致するよう試料台部１４１に組付けされる。これにより、試料支持部材１１５の水平方向を試料ホルダ１１６の水平方向と揃えるために、ユーザが３６０度どの角度に試料搭載部１３７を回転した場合にも、試料支持部材１１５の中心は常に電子光学系１０８の光軸と一致し、後述する較正方法が適用可能となる。なお、ここで言う「一致」は完全一致が望ましいが、初期視野において観察される範囲以内での位置ずれは誤差範囲として許容される。

本実施例においては、回転操作を容易にするため、回転つまみ部１３９の外周にローレット加工を施してあるが、外周部にナーリング加工を施したり、プラスやマイナス、ヘックス型のドライバ等を用いるための溝を形成したりするなど、回転操作を容易に行うための形状を特に限定するものではない。

試料カバー部１４０は、試料搭載部１３７に載置された試料支持部材１１５を、試料台部１４１の上面から底面の方向へ抑えつけることにより固定する。固定時には、試料カバー部１４０の裏面と試料台部１４１の上面とを密着させ、試料台部１４１に備えられたカバー固定ネジ１４２により試料カバー部１４０を固定する。本実施例では、図４Ｂの断面図に示すように試料搭載部１３７の回転軸の周りにバネ１４３を配置している。試料台部１４１と試料搭載部１３７それぞれのバネ１４３座巻部接触面は、バネ１４３によって常に押圧がかけられており、試料カバー部１４０を試料台部１４１に固定することで試料支持部材１１５上面の高さが試料台部１４１上面の高さと一致させ、かつバネ１４３の押圧によって試料支持部材１１５を振動等では動かない程度にしっかりと固定することを可能としている。

また、試料カバー部１４０には試料１１２と試料支持部材１１５が観察できるように窓１４４があけられており、試料支持部材１１５上面との良好な電気導通性を確保し、かつ物理的な接触を容易にするため、本実施例では窓１４４の周囲にエンボス加工が施してある。しかし、エンボス加工に限定せず、打ち抜き穴のバリを用いたり、バネ形状を形成したり、ツメ状の形状を形成してもよく、接触を容易に行うための形状を特に限定するものではない。さらに、本実施例では試料支持部材１１５の回転方向の確認を容易にするため、ＳＥＭ１０１で観察を行う際の初期撮像視野における水平方向を示すオリエンテーションフラット１４５を設けているが、この形状がノッチ形状等でもよく、形状の方向が垂直方向であってもよく、１５度、３０度、４５度、６０度、７５度などの方向でもよく、回転方向の確認を容易にするための形状を特に限定するものではない。

なお、試料支持部材１１５上面と試料台部１４１との良好な電気的コンタクトを確保するために、試料カバー部１４０とカバー固定ネジ１４２とを構成する材料には、本実施例においてはＳＵＳ３１６を用いたが、他にＳＵＳ３０４、Ａｌ、Ｃｕ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｗ、黄銅、青銅、及びこれら物質を含んだ化合物や合金等で電気導通性があり、カバー固定ネジ１４２にＭｏＳ_２、ＷＳ_２などの潤滑剤、及びこれら物質を含んだ混合物を塗布することでネジのかじりを避けられるならば、前記材料に対して特に限定するものではない。

試料台部１４１は、試料ホルダ１１６を試料ステージ１１８の被取付部１１９に取付けるための図示せぬ嵌合部と、カバー固定ネジ１４２とを備える。

試料台部１４１の上面には、本実施例において、試料支持部材１１５に形成された位置合わせ用パターン１１７の水平方向と、ＳＥＭ１０１で観察を行う際の初期撮像視野における水平方向を揃えるための、Ｖ字の溝加工１３８を水平方向と垂直方向に施してあるが、溝加工１３８が水平のみ、垂直のみであったり、１５度、３０度、４５度、６０度、７５度などの方向であったり、試料搭載部１３７の回転軸に対して一方向だけであってもよく、また、断面形状がＵ字、Ｗ字、コの字、またはこれに類する凹部を有する形状であってもよく、回転方向の確認を容易にするための形状を特に限定するものではない。

図４Ｃに試料搭載部を３つ備えた試料ホルダの概略鳥瞰図を示す。試料搭載部１３７は試料ホルダ１１６に対して少なくとも１つ以上あればいくつあってもよく、試料搭載部の個数を特に限定するものではなく、試料ホルダ１１６は、試料搭載部１３７、溝加工１３８（図示せず）、回転つまみ部１３９、試料カバー部１４０、試料台部１４１、カバー固定ネジ１４２（図示せず）、バネ１４３（図示せず）、窓１４４（図示せず）、オリエンテーションフラット１４５（図示せず）を備える。

複数の試料搭載部を有した試料ホルダ１１６を用いた電子顕微鏡観察作業時には、試料ステージ１１８のＸ−Ｙ平面内（電子ビーム１０６と直角をなすｘ方向と、前記電子ビーム１０６と直角をなし、かつ前記ｘ方向と直角をなすｙ方向により形成される面内）の移動により、ユーザが操作部１５１を介して選択した試料搭載部１３７の中心がＳＥＭ像の初期視野に入るように、試料移動装置制御部がステージの移動を制御する。各試料搭載部１３７の中心位置は制御装置１０５に記録されており、ユーザが任意に選択した試料搭載部１３７の中心位置が初期視野中心となるようにステージは制御される。この移動制御により、試料搭載部１３７を複数有する試料ホルダ１１６を用いる場合にも、試料支持部材１１５上の位置合わせ用パターン１１７は常に初期視野で確認することができ、位置・倍率演算が可能となる。
＜位置・倍率演算部＞
図５Ａは、ＳＥＭ像の初期視野（ＳＥＭ視野１４６）及びＳＥＭ像視野中心１４７と、位置合わせ用パターン１１７（１３３、１３４、１３５）との位置関係を示す図であり、図５Ｂは、位置合わせ用パターン１１７の形状データ及び座標データから構成されるパターンデータ１４８と、ＳＥＭ視野１４６との位置関係を説明するための図である。

位置・倍率演算部１２７は、ＳＥＭ像とＯＭ像との画像データを読込み、パターンデータ格納部１２６に格納されている位置合わせ用パターン１１７の形状データ及び座標データから構成されるパターンデータ１４８を用いることにより、それぞれの観察像における観察倍率と、パターン座標と視野位置との相対位置情報を演算する。観察倍率の算出にはグリッドパターン１３３が用いられ、位置情報の算出には、ＳＥＭ像の場合には中心マーカ１３４を、ＯＭ像の場合には中心マーカ１３４もしくは番地マーカ１３５を用いる。

以下、本実施例における位置・倍率演算部１２７の一動作例として、ＳＥＭ像を読込んだ場合の動作例を、図５Ａ、図５Ｂ及び図６を参照しながら説明する。

図６は、位置・倍率演算部の動作を示すフローチャートである。
スタート（ステップＳ３０１）すると最初に、パターンデータ格納部１２６より、位置合わせ用パターン１１７の形状データを読込む（ステップＳ３０２）。この形状データには、グリッドパターン１３３のグリッド間隔、中心マーカ１３４の形状データ、番地マーカ１３５の形状データ、グリッドパターン１３３や各マーカの位置座標データが含まれる。

次に、ステップＳ２０９で撮像された、ＳＥＭの初期視野の観察像であるＳＥＭ像データの読込みをおこなう（ステップＳ３０３）。ＳＥＭ像には、図５Ａに示されるように、中心マーカ１３４とグリッドパターン１３３とがＳＥＭ視野１４６内に必ず観察される。

続いて、前記ＳＥＭ像データを解析し、グリッドパターンの間隔と回転角度とを算出する（ステップＳ３０４）。具体的には、例えばHough変換、パターンマッチング等の周知の画像処理及び画像認識技術を用いてＳＥＭ像データからグリッドパターン１３３の直線を認識し、直線の傾きを計算することで回転角度を算出する。また、例えば、平行する少なくとも２本の直線間の距離を測定するなどして、グリッド間隔を算出する。

続いて、ステップＳ３０４にて得られたグリッド間隔と、既知である実際のグリッドパターン１３３の間隔を比較することにより、ＳＥＭ像データの観察倍率を演算する（ステップＳ３０５）。

観察倍率の算出した後は、中心マーカ１３４とＳＥＭ像視野中心１４７との位置ずれ量を算出する（ステップＳ３０６）。具体的には、例えばパターンマッチング等の周知の画像認識技術を用いて中心マーカ１３４を認識し、位置ずれ量を算出する。

ここまでのステップＳ３０４、Ｓ３０５、Ｓ３０６により、ＳＥＭ像視野の回転角度、観察倍率、位置ずれ量がすでに得られているため、次のステップでは位置合わせ用パターン１１７とＳＥＭ像視野との相対位置を算出する（ステップＳ３０７）。

図５Ａ、図５Ｂに示されるように、ＳＥＭ視野の座標系を視野座標系(Ｘ，Ｙ座標系)、パターンデータ１４８の座標系をパターン座標系（Ｘ’，Ｙ’座標系）とし、ＳＥＭ視野位置をＥ（Ｘ，Ｙ）とする。すると、ＳＥＭ像視野の回転角度をθ、観察倍率をＭ、位置ずれ量をＳとすれば、パターン座標系におけるＳＥＭ視野の位置座標Ｅ（Ｘ’，Ｙ’）は変換関数Ｔ（θ，Ｍ，Ｓ）を用いて,
Ｅ（Ｘ’，Ｙ’）＝Ｅ（Ｘ，Ｙ）Ｔ（θ，Ｍ，Ｓ）
と表現することができ、位置合わせ用パターン１１７とＳＥＭ像視野との相対位置の算出が可能となる。

最後に、試料ステージ１１８の位置較正と、電子光学系１０８の倍率較正をおこない（ステップＳ３０８）、相対位置データを視野合わせ部に送信する（ステップＳ３０９）。

以上がＳＥＭ像を読込んだ場合の一動作例である。なお、ＯＭ像を読込んだ場合には、ステップＳ３０６における画像認識対象を、中心マーカ１３４もしくは番地マーカ１３５の少なくとも一つとして画像認識処理をおこない、ステップＳ３０８は省略する。

以上のように位置・倍率演算部１２７が動作し相対位置情報を算出することで、本実施例におけるＳＥＭシステムは、初期視野で一度撮像するだけで、ＯＭ像との視野合わせを実現することができる。

以上、本実施例によれば、荷電粒子源と、試料を載置する試料ホルダと、前記荷電粒子源から放出された荷電粒子を荷電粒子線として前記試料に照射する荷電粒子線光学系と、前記試料から放出された信号を検出する検出器と、各構成要素を制御する制御部とを備え、前記試料ホルダは、中心マーカ、倍率及び回転角度を解析するためのパターン及び番地マーカを含む位置合わせ用パターンを有する試料支持部材を搭載することにより位置合わせされるザグリ部が形成された第１上面と、前記第１上面を水平に回転させるための回転軸とを備えた試料搭載部と、前記試料搭載部が上下動可能な開口部と、前記開口部の周辺の第２上面とを備えた試料台部と、導電性を有し、且つ前記試料支持部材の前記位置合わせ用パターンが露出される窓を有し、前記試料台部の前記第２上面の方向へ押し下げることにより、前記試料搭載部に搭載された前記試料支持部材の上面と前記第２上面とが同じ高さとなるような試料カバー部と、を有する荷電粒子線装置を提供することができる。

また、荷電粒子源と、試料を載置する試料ホルダと、前記荷電粒子源から放出された荷電粒子を荷電粒子線として前記試料に照射する荷電粒子線光学系と、前記試料から放出された信号を検出する検出器と、各構成要素を制御する制御部とを備え、前記試料ホルダは、中心マーカ、倍率及び回転角度を解析するためのパターン及び番地マーカを含む位置合わせ用パターンを有する試料支持部材を搭載することにより位置合わせされるザグリ部が形成された第１上面と、前記第１上面を水平に回転させるための回転軸とを備えた試料搭載部と、前記試料搭載部が上下動可能な開口部と、前記開口部の周辺の第２上面とを備えた試料台部と、導電性を有し、且つ前記試料支持部材の前記位置合わせ用パターンが露出される窓を有し、前記試料台部の前記第２上面の方向へ押し下げることにより、前記試料搭載部に搭載された前記試料支持部材の上面と前記第２上面とが同じ高さとなるような試料カバー部と、を有し、前記制御部は、光学顕微鏡を用いて得られた前記試料支持部材の前記倍率及び回転角度を解析するためのパターンと、前記中心マーカ或いは前記番地マーカとを含む第１撮像データを処理する第１画像処理部と、前記検出器を用いて得られた前記試料支持部材の前記倍率及び回転角度を解析するためのパターンと、前記中心マーカとを含む第２撮像データを処理する第２画像処理部と、前記位置合わせ用パターンの形状データ及び座標データを含むパターンデータが格納されたパターンデータ格納部と、前記第１画像処理部で処理された第１画像データ、前記第２画像処理部で処理された第２画像データ、及び前記パターン格納部に格納された前記パターンデータを用いて観察倍率と、パターン座標と視野位置との相対位置情報を演算する位置・倍率演算部と、を有する荷電粒子線装置を提供することができる。

また、中心マーカ、倍率及び回転角度を解析するためのパターン及び番地マーカを含む位置合わせ用パターンを有する試料支持部材を搭載することにより位置合わせされるザグリ部が形成された第１上面と、前記第１上面を水平に回転させるための回転軸とを備えた試料搭載部と、前記試料搭載部が上下動可能な開口部と、前記開口部の周辺の第２上面とを備えた試料台部と、導電性を有し、且つ前記試料支持部材の前記位置合わせ用パターンが露出される窓を有し、前記試料台部の前記第２上面の方向へ押し下げることにより、前記試料搭載部に搭載された前記試料支持部材の上面と前記第２上面とが同じ高さとなるような試料カバー部と、を有する試料ホルダを提供することができる。

このように、本実施例によれば、観察視野を容易に探索可能な荷電粒子線装置および試料ホルダを提供することができる。特に、ＯＭで撮像した観察位置指定像を用いて、視野探しを行う荷電粒子線装置およびそれに用いる試料ホルダにおいて、較正用の参照画像の撮像もしくは特徴点の関連付け作業が排除され、ユーザ操作の工数が削減され、或いはＯＭで撮像した画像の視野と同一視野の観察が容易に行える。また、試料の撮像画像が撮像装置により撮像された際の拡大倍率の特定や、撮像画像における試料支持部材の位置の認識を、迅速かつ容易に、或いはより高精度に行うことができ、ユーザが視野探しに費やす時間を削減することができる。

なお、本発明は上記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、上記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、ある構成の一部について、他の構成の追加・置換をすることが可能である。

１０１…ＳＥＭ、１０２…鏡筒、１０３…試料室、１０４…顕微鏡装置本体、１０５…制御装置（制御部）、１０６…電子ビーム、１０７…電子銃、１０８…電子光学系、１０９…コンデンサレンズ、１１０…偏向器、１１１…対物レンズ、１１２…試料、１１３…信号、１１４…検出器、１１５…試料支持部材、１１６…試料ホルダ、１１７…位置合わせ用パターン、１１８…試料ステージ、１１９…被取付部、１２０…試料移動機構、１２１…ＯＭ、１２２…ステージ、１２３…撮像素子、１２４…ＯＭ用画像処理部（第１画像処理部）、１２５…ＳＥＭ用画像処理部（第２画像処理部）、１２６…パターンデータ格納部、１２７…位置・倍率演算部、１２８…倍率演算部、１２９…位置演算部、１３０…電子光学系制御部、１３１…試料ステージ制御部、１３２…視野合わせ部、１３３…グリッドパターン、１３４…中心マーカ、１３５…番地マーカ、１３６…表裏・方向識別マーカ、１３７…試料搭載部、１３８…溝加工、１３９…回転つまみ部、１４０…試料カバー部、１４１…試料台部、１４２…カバー固定ネジ、１４３…バネ、１４４…窓、１４５…オリエンテーションフラット、１４６…ＳＥＭ視野、１４７…ＳＥＭ像視野中心、１４８…パターンデータ、１５０…表示部、１５１…操作部。

Claims

荷電粒子源と、試料を載置する試料ホルダと、前記荷電粒子源から放出された荷電粒子を荷電粒子線として前記試料に照射する荷電粒子線光学系と、前記試料から放出された信号を検出する検出器と、各構成要素を制御する制御部とを備えた荷電粒子線装置において、
前記試料ホルダは、
中心マーカ、倍率及び回転角度を解析するためのパターン及び番地マーカを含む位置合わせ用パターンを有する試料支持部材を搭載することにより位置合わせされるザグリ部が形成された第１上面と、前記第１上面を水平に回転させるための回転軸とを備えた試料搭載部と、
前記試料搭載部が上下動可能な開口部と、前記開口部の周辺の第２上面とを備えた試料台部と、
導電性を有し、且つ前記試料支持部材の前記位置合わせ用パターンが露出される窓を有し、前記試料台部の前記第２上面の方向へ押し下げることにより、前記試料搭載部に搭載された前記試料支持部材の上面と前記第２上面とが同じ高さとなるような試料カバー部と、を有することを特徴とする荷電粒子線装置。
請求項１に記載の荷電粒子線装置において、
前記倍率及び回転角度を解析するためのパターンは、グリッドパターンであることを特徴とする荷電粒子線装置。
請求項１に記載の荷電粒子線装置において、
前記試料支持部材は、裏表・方向識別マーカを更に有することを特徴とする荷電粒子線装置。
請求項１に記載の荷電粒子線装置において、
前記試料支持部材は絶縁性材料であり、表面に導電性被膜が形成されていることを特徴とする荷電粒子線装置。
請求項１に記載の荷電粒子線装置において、
前記荷電粒子線装置は、前記試料ホルダの位置や向き或いは両者を変位させる試料移動機構を更に備えることを特徴とする荷電粒子線装置。
請求項１に記載の荷電粒子線装置において、
前記試料ホルダは、試料搭載部および試料カバーを複数組備えていることを特徴とする荷電粒子線装置。
荷電粒子源と、試料を載置する試料ホルダと、前記荷電粒子源から放出された荷電粒子を荷電粒子線として前記試料に照射する荷電粒子線光学系と、前記試料から放出された信号を検出する検出器と、各構成要素を制御する制御部とを備えた荷電粒子線装置において、
前記試料ホルダは、
中心マーカ、倍率及び回転角度を解析するためのパターン及び番地マーカを含む位置合わせ用パターンを有する試料支持部材を搭載することにより位置合わせされるザグリ部が形成された第１上面と、前記第１上面を水平に回転させるための回転軸とを備えた試料搭載部と、
前記試料搭載部が上下動可能な開口部と、前記開口部の周辺の第２上面とを備えた試料台部と、
導電性を有し、且つ前記試料支持部材の前記位置合わせ用パターンが露出される窓を有し、前記試料台部の前記第２上面の方向へ押し下げることにより、前記試料搭載部に搭載された前記試料支持部材の上面と前記第２上面とが同じ高さとなるような試料カバー部と、を有し、
前記制御部は、光学顕微鏡を用いて得られた前記試料支持部材の前記倍率及び回転角度を解析するためのパターンと、前記中心マーカ或いは前記番地マーカとを含む第１撮像データを処理する第１画像処理部と、
前記検出器を用いて得られた前記試料支持部材の前記倍率及び回転角度を解析するためのパターンと、前記中心マーカとを含む第２撮像データを処理する第２画像処理部と、
前記位置合わせ用パターンの形状データ及び座標データを含むパターンデータが格納されたパターンデータ格納部と、
前記第１画像処理部で処理された第１画像データ、前記第２画像処理部で処理された第２画像データ、及び前記パターン格納部に格納された前記パターンデータを用いて観察倍率と、パターン座標と視野位置との相対位置情報を演算する位置・倍率演算部と、を有することを特徴とする荷電粒子線装置。
請求項７に記載の荷電粒子線装置において、
前記制御部は、前記光学顕微鏡で得られた視野と同じ視野を得るための位置情報を演算する視野合わせ部を更に有することを特徴とする荷電粒子線装置。
請求項７に記載の荷電粒子線装置において、
前記試料ホルダは、試料搭載部および試料カバーを複数組備え、
前記制御部には各試料搭載部の中心位置が記録されていることを特徴とする荷電粒子線装置。
中心マーカ、倍率及び回転角度を解析するためのパターン及び番地マーカを含む位置合わせ用パターンを有する試料支持部材を搭載することにより位置合わせされるザグリ部が形成された第１上面と、前記第１上面を水平に回転させるための回転軸とを備えた試料搭載部と、
前記試料搭載部が上下動可能な開口部と、前記開口部の周辺の第２上面とを備えた試料台部と、
導電性を有し、且つ前記試料支持部材の前記位置合わせ用パターンが露出される窓を有し、前記試料台部の前記第２上面の方向へ押し下げることにより、前記試料搭載部に搭載された前記試料支持部材の上面と前記第２上面とが同じ高さとなるような試料カバー部と、を有することを特徴とする試料ホルダ。
請求項１０に記載の試料ホルダにおいて、
前記試料搭載部の前記ザグリ部は、前記試料支持部材の前記中心マーカと前記試料搭載部の前記回転軸との位置合わせを行うものであることを特徴とする試料ホルダ。
請求項１０に記載の試料ホルダにおいて、
前記試料ホルダは、試料搭載部および試料カバーを複数組備えていることを特徴とする試料ホルダ。