WO2013157474A1 - 荷電粒子線装置 - Google Patents

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sample
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晋佐 河西
智久 大瀧
雅彦 安島
祐博 伊東
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    • H01J2237/2605—Details operating at elevated pressures, e.g. atmosphere

Definitions

  • the present invention relates to a charged particle beam apparatus capable of magnifying and observing a micro area of a sample in a state where most of the sample to be observed is exposed to atmospheric pressure.
  • a typical charged particle beam apparatus such as a scanning electron microscope (SEM) or a transmission electron microscope (TEM) is used.
  • SEM scanning electron microscope
  • TEM transmission electron microscope
  • a sample to be observed is placed in a sample chamber that is evacuated as a whole, and the minute region is observed in a high vacuum environment.
  • Patent Documents 1 and 2 disclose examples of SEMs that enable observation of a minute portion of a sample in a state where most of the sample is exposed to atmospheric pressure.
  • the sample chamber is not particularly provided, and instead, a cylindrical shroud that covers the lens barrel portion of the SEM is provided.
  • One bottom surface (upper surface) of the cylindrical shroud is sealed, the other bottom surface (lower surface) is opened, and the lens barrel is housed on the sealed upper surface side of the cylindrical shroud.
  • the sample to be observed is arranged so as to block the open lower surface of the shroud, the inside of the shroud becomes a closed space, so that a certain degree of vacuum can be maintained by evacuating the inside of the shroud. It becomes possible.
  • the SEM disclosed in Patent Document 2 is slightly different in structure from the SEM disclosed in Patent Document 1 such that the shape of the shroud (vacuum vessel) is hemispherical, but under atmospheric pressure.
  • the basic idea for observing a sample exposed to is almost the same. Therefore, even in the SEM disclosed in Patent Document 2, it is possible to observe a minute region of the sample portion facing the inside of the shroud in a state where most of the sample is exposed to atmospheric pressure.
  • a space in which a charged particle source or an optical lens is arranged requires a high degree of vacuum, and at least a high voltage is applied to the filament or optical lens of the charged particle source.
  • the degree of vacuum cannot be set to atmospheric pressure or the like.
  • the present invention is to improve the usability of a charged particle beam apparatus capable of observing a sample exposed to atmospheric pressure.
  • a charged particle beam apparatus includes a charged particle optical lens barrel in which a charged particle source and an electron lens are accommodated, a support housing having the charged particle optical lens barrel mounted on an upper surface and an opening on a side surface. And an insertion portion that has an opening on a side surface and is inserted into the support housing so that the opening is located on the same side as the opening of the support housing, and closes the opening of the support housing.
  • the housing is disposed in the vicinity of the center of the magnetic field of the objective lens so as to isolate the space in which the charged particle source is housed, and a small portion is provided at the center.
  • a first aperture member having a hole, and a portion of the upper surface of the insertion housing that is irradiated with the primary charged particle beam in a state where the insertion housing is inserted into the support housing.
  • a second aperture member having a small hole in the first aperture member, and a primary charged particle beam emitted from the charged particle source passes through the small hole of the first aperture member and the small hole of the second aperture member, and the second aperture member And a detector for detecting secondary charged particles emitted from the sample when irradiated on the sample arranged in contact with or close to the lower surface of the member.
  • the usability of a charged particle beam apparatus capable of observing a sample exposed to atmospheric pressure can be improved.
  • the charged particle beam apparatus which concerns on 1st embodiment of this invention WHEREIN: The figure which showed the procedure until it irradiates a primary charged particle beam to a sample and acquires an observation image.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing an example of the configuration of the charged particle beam apparatus according to the first embodiment of the present invention.
  • a charged particle beam apparatus 1 emits a primary charged particle beam and functions as a charged particle irradiation unit that emits and irradiates a charged particle optical column 10 and a support housing that supports the charged particle optical column 10.
  • casing 30 used by inserting in the inside of the support housing
  • the control system apparatus 50 which controls these are comprised.
  • the primary charged particle beam is an electron beam
  • it is called an electron microscope
  • the support housing 20 is a tetrahedral or cylindrical housing having large openings on the upper surface and side surfaces thereof.
  • the charged particle optical lens barrel 10 is mounted in the opening on the upper surface of the support housing 20 so as to close and seal the opening.
  • the insertion housing 30 is inserted into the support housing 20 so as to close and seal the opening of the side surface of the support housing 20.
  • the insertion housing 30 is a tetrahedral or cylindrical housing having an opening on the same surface as the opening of the support housing 20, and the insertion housing 30 is inserted into the support housing 20.
  • this closed space is referred to as a first space 200.
  • the space surrounded by the insertion housing 30 is an atmospheric pressure space having an opening on the same side as the support housing 20.
  • this space is referred to as a second space 300.
  • the charged particle optical column 10 includes a charged particle source 11 that emits a primary charged particle beam, and a plurality of primary charged particle beams emitted from the charged particle source 11 that are accelerated, deflected, scanned, and focused along the optical axis 12.
  • An electronic lens 13 is included.
  • a cylindrical tube member 14 that reaches from the upper part to the lowermost electron lens 13 (objective lens) is fitted into the central part of the electron lens 13 that serves as a path for the primary charged particle beam.
  • the 1st aperture member 15 provided with the small hole which lets a primary charged particle beam pass in the center part at the lower end of the circular tube member 14 is arrange
  • the space in which the primary charged particle beam is emitted from the charged particle source 11 and accelerated is hereinafter referred to as a charged particle generation space 100 including the space in the circular tube member 14.
  • the charged particle generation space 100 communicates with a vacuum pump 43 through a vacuum pipe 41 having a vacuum valve 42 and is evacuated by the vacuum pump 43.
  • the charged particle optical column 10 is installed so that a part thereof protrudes from the upper part of the support housing 20 into the inside thereof, that is, the first space 200, and the support housing 20 is interposed via the vacuum sealing member 201. It is closely fixed to. At this time, the charged particle optical column 10 is attached so that the charged particle source 11 is the upper part and the primary charged particle beam is irradiated to the inside of the support housing 20 (first space 200) from the upper part to the lower part. Shall be.
  • a detector 16 for detecting secondary charged particles is provided outside the lower end portion of the charged particle optical column 10 (on the first space 200 side).
  • the position at which the detector 16 is disposed is not limited to the outside of the lower end portion of the charged particle optical column 10 shown in FIG. 1, and may be disposed in the charged particle optical column 10. . Moreover, depending on the case, you may arrange
  • FIG. 1 the 1st space 200, ie, the 2nd space 300 side which is the inside of the insertion housing
  • the space formed between the support housing 20 and the insertion housing 30, that is, the first space 200 communicates with the vacuum pump 46 via the vacuum pipe 44 provided with the vacuum valve 45, and the vacuum The pump 46 is evacuated.
  • the support housing 20 is provided with a leak valve 47 for opening the inside thereof to the atmosphere, and the first space 200 is opened to the atmosphere during maintenance or the like.
  • the insertion housing 30 includes a tetrahedron or cylindrical insertion portion 34 having an opening on its side surface, and a matching portion 32 and a holding portion 33 provided on the peripheral edge of the opening.
  • the entire insertion portion 34 is inserted into the inside of the support housing 20 and plays a role of accommodating the sample 60 and the sample stage 61 that are observation targets.
  • the mating portion 32 and the holding portion 33 constitute a mating surface with respect to the outer wall surface at the periphery of the opening of the support housing 20, and are closely fixed to the outer wall surface via the vacuum sealing members 202 and 203. .
  • an opening is provided in the vicinity of the position where the optical axis 12 of the primary charged particle beam intersects on the upper surface side of the insertion portion 34 of the insertion housing 30.
  • a second aperture member 31 having a small hole is disposed. At this time, the second aperture member 31 is attached at a position where the center of the small hole intersects the optical axis 12.
  • a gap is drawn between the sample 60 and the second aperture member 31, but when observing the surface of the sample 60 by irradiating the primary charged particle beam, 60 is brought into close contact with or close to the second aperture member 31.
  • the surface of the sample 60 comes into contact with the vacuumed first space 200.
  • the sample stage 61 on which the sample 60 is placed on the upper surface can adjust or control at least the height position of the upper surface. That is, the interval between the sample 60 and the second aperture member 31 can be adjusted as appropriate based on an instruction from the personal computer 53 or the like input by the user.
  • the lower side than the second aperture member 31 is an atmospheric pressure space, in the space formed between the support housing 20 and the insertion housing 30.
  • a certain first space 200 is not completely sealed because of a small hole provided in the second aperture member 31. That is, at least in a state where the sample 60 is not in close contact with the second aperture member 31, the first space 200 is evacuated by the vacuum pump 46, while the air is sucked from the small holes of the second aperture member 31. It is in a dynamic exhaust state.
  • the size of the small hole of the second aperture member 31 needs to be sufficiently small.
  • a general small to medium vacuum pump having a pumping speed of about several tens to several hundred liters / minute is used as the vacuum pump 46, the diameter of the small hole of the second aperture member 31 is 0.1. It has been experimentally confirmed that a vacuum degree of 1 Pascal or less can be sufficiently obtained in the working exhaust state if it is ⁇ 1 mm or less.
  • the primary charged particle beam emitted from the charged particle source 11 passes through the small holes of the first aperture member 15 and the second aperture member 31 and reaches the surface of the sample 60. Further, the secondary charged particles emitted from the sample 60 by being irradiated with the primary charged particle beam pass through the small hole of the second aperture member 31 to reach the detector 16 and are detected by the detector 16. . And most of the space in which these are performed can be regarded as a vacuum.
  • the primary charged particle beam emitted from the charged particle source 11 is mostly evacuated except for the vicinity of the surface of the sample 60 (charged particle generation space 100 and It passes through the first space 200). Further, most of the secondary charged particles emitted from the sample 60 reach the detector 16 through the first space 200 evacuated. Therefore, in this embodiment, since the influence of scattering of the primary charged particle beam by air molecules can be suppressed, a clearer observation image can be obtained even though most of the sample 60 is exposed to atmospheric pressure. can get.
  • the vacuum pump 43 evacuates the charged particle generation space 100
  • the vacuum pump 46 evacuates the first space 200.
  • the arrangement of the vacuum pump 43 is as follows. It is not limited. For example, there may be three or more vacuum pumps, and the vacuum pumps 43 and 46 may be shared by one vacuum pump. Further, the leak valve 47 may not be provided, and may be two or more.
  • control system device 50 includes a lower control unit 51, a higher control unit 52, a personal computer 53, and the like.
  • the lower control unit 51 includes a control circuit that generates control signals for individually controlling the vacuum pumps 43 and 46, the charged particle source 11, the electron lens 13, and the like, an amplification circuit that amplifies the detection signal detected by the detector 16, The detection signal amplified by the amplifier circuit is converted into a digital image signal and is configured to include a signal processing circuit that transmits the digital image signal to the upper control unit 52.
  • the upper control unit 52 is configured by, for example, a general computer for control, and the charged particle source 11, the electronic lens 13, the vacuum pump 43, and the like according to various observation conditions set by the user via the personal computer 53. Control information for overall control of 46 and the like is transmitted to the lower control unit 51. In addition, the upper control unit 52 acquires the digital image signal transmitted from the lower control unit 51, stores it as observation image data in its own storage device, and transmits it to the personal computer 53.
  • the personal computer 53 includes a keyboard and a mouse as input devices, and a display device such as an LCD (Liquid Crystal Display) as an output device.
  • a display device such as an LCD (Liquid Crystal Display) as an output device.
  • the personal computer 53 displays an operation screen (GUI: Graphical User Interface) on the display device, and prompts the user to input various observation conditions as necessary.
  • GUI Graphical User Interface
  • the control system device 50 is not limited to the above configuration, and the upper control unit 52 and the lower control unit 51 may be integrated as one control device.
  • the personal computer 53 may be composed of one control computer. Further, the lower-level control unit 51 and the higher-level control unit 52 including the personal computer 53 may be configured by a dedicated digital circuit, an analog circuit, a mixed circuit thereof, or the like as long as they fulfill their defined functions.
  • the control lines for connecting the vacuum pumps 43, 46 and the like are those that are considered necessary for the description of the configuration, and do not necessarily indicate all the control lines and communication lines.
  • FIG. 2 is a diagram showing a procedure until the observation image is acquired by irradiating the sample 60 with the primary charged particle beam in the charged particle beam apparatus 1 according to the first embodiment.
  • the upper control unit 52 drives the vacuum pumps 43 and 46 via the lower control unit 51 to evacuate the charged particle generation space 100 and the first space 200 (step S11).
  • the upper control unit 52 supplies voltage or current for realizing observation conditions (magnification, etc.) set in advance via the personal computer 53 to the charged particle source 11 and the electronic lens 13 via the lower control unit 51.
  • irradiation with the primary charged particle beam is started (step S12).
  • the observation image of the sample 60 is in a state that can be displayed on the display device of the personal computer 53.
  • the upper control unit 52 causes the observation target region of the sample 60 to be directly below the center of the small hole of the second aperture member 31 via the lower control unit 51.
  • the sample stage 61 is controlled to move so as to be positioned at (step S13).
  • the upper control unit 52 controls the sample stage 61 via the lower control unit 51 and lifts the sample 60 upward to a position close to or in contact with the second aperture member 31 (step S14).
  • the upper control unit 52 controls the lower control unit 51 to generate an observation image of the surface of the sample 60 based on the detection signal obtained from the detector 16 and display it on the display device of the personal computer 53 (step S15).
  • the upper control unit 52 When exchanging the sample 60 or moving the observation target region, the upper control unit 52 performs control to once increase the distance between the sample 60 and the second aperture member 31 via the lower control unit 51. Thereafter, when the sample 60 is exchanged or the observation target region is moved, the control is performed to bring the sample 60 close to or in contact with the second aperture member 31 again.
  • steps S13 to S15 can be repeatedly executed as they are. Even if the observation target region of the sample 60 is changed, or the sample 60 is replaced with another sample, the vacuum pumps 43 and 46 are stopped, or the high voltage supplied to the charged particle source 11 is stopped. It means no need.
  • the observation target region of the sample 60 can be changed or the sample 60 can be replaced without stopping the vacuum pumps 43 and 46 and without stopping the high voltage supplied to the charged particle source 11. Become. Therefore, from the user's point of view, not only the vacuum pumps 43 and 46 and the high-voltage power supply need not be turned on / off when changing the observation target region or replacing the sample 60 but also waiting for a vacuuming time and a high voltage stabilization time. Since it becomes unnecessary, the usability of the charged particle beam apparatus 1 is greatly improved.
  • the diameter of the small hole provided in the second aperture member 31 is 1 mm.
  • the pressure applied to the sample 60 from the first space 200 side is ignored, assuming that the pressure in the first space 200 is sufficiently smaller than the atmospheric pressure.
  • the force F air that the sample 60 receives by the atmospheric pressure P air through the small hole of the area A is calculated as follows.
  • N Newton (unit of force)
  • ⁇ is the circumference.
  • an F air ⁇ F G This means that if the mass (weight) of the sample 60 is 10 g, the sample 60 is separated from the second aperture member 31 by its own weight.
  • the sample 60 when the sample 60 is sufficiently lighter than 10 g, the sample 60 does not fall off due to its own weight, so it is necessary to pull the sample 60 away from the second aperture member 31 by the force from the sample stage 61 side.
  • the sample 60 may be separated from the second aperture member 31 by fixing the sample 60 to the sample stage 61 with a double-sided tape or the like and moving the sample stage 61 downward.
  • a fixing member for fixing the peripheral portion of the sample 60 to the sample stage 61 may be provided on the upper surface of the sample stage 61. Good.
  • the second aperture member 31 is preferably exchangeable because contaminants adhere to it when irradiated with the primary charged particle beam, and more preferably has a structure that can be easily detached from the insertion housing 30. Therefore, for example, a screw hole or a fitting member for fixing the second aperture member 31 may be provided in the insertion housing 30 and fixed by a method such as screwing or fitting.
  • the second aperture member 31 is preferably made of a conductive material and grounded in order to prevent charge-up due to irradiation with the primary charged particle beam.
  • a thin circular tube member 14 reaching from the upper part to the lowermost electron lens 13 is fitted in the central part of the electron lens 13 serving as a path for the primary charged particle beam. Yes.
  • a first aperture member 15 having a small hole whose diameter is smaller than about 1 mm is attached to the lower end of the circular tube member 14.
  • the circular tube member 14 and the first aperture member 15 serve to maintain the charged particle generation space 100 in which the charged particle source 11 is housed in a high degree of vacuum. That is, the circular tube member 14 isolates the charged particle generation space 100 from the space where the electron lens 13 such as a magnetic field coil is disposed, and the first aperture member 15 includes the charged particle generation space 100 and the support housing 20. It isolates from the 1st space 200 which is the space formed between the insertion housing
  • the first aperture member 15 has a small hole at the center, the charged particle generation space 100 is differentially evacuated by the vacuum pump 43. A degree of vacuum higher than that of the space 200 can be maintained. That is, even when the first space 200 sucks air from the small holes of the second aperture member 31 and the vacuum degree deteriorates, the first aperture member 15 reduces the vacuum degree of the charged particle generation space 100. Can be prevented.
  • the circular pipe member 14 shall be comprised with a nonmagnetic material. This is because the magnetic field coil of the electron lens 13 is outside the circular tube member 14 and the magnetic field is formed inside the circular tube member 14.
  • the outer diameter of the circular tube member 14 is smaller than the inner diameter of the electron lens 13, and the circular tube member 14 is located above the electron lens 13, that is, on the charged particle source 11 side while the first aperture member 15 is attached. It has a structure that can be inserted and removed. Accordingly, since the circular tube member 14 is structured to be easily taken out, the first aperture member 15 can be easily replaced.
  • a primary charged particle beam is emitted from the charged particle source 11 in the charged particle optical column 10, and the primary charged particle beam passes therethrough.
  • the space (charged particle generation space 100) is a space (first space) formed between the support housing 20 and the insertion housing 30 by the first aperture member 15 having a small hole at the center thereof. 200). Further, a space (first space 200) formed between the support housing 20 and the insertion housing 30 is inserted into the insertion housing by a second aperture member 31 having a small hole at the center thereof. It is isolated from the space within 30 (atmospheric pressure space: second space 300).
  • the small holes provided in the first aperture member 15 and the second aperture member 31 are both small, they are sandwiched between the charged particle generation space 100 and the support housing 20 and the insertion housing 30.
  • the space (first space 200) formed in this manner can be evacuated by evacuating it with the vacuum pumps 43 and 46, respectively.
  • the primary charged particle beam emitted from the charged particle source 11 passes through almost the vacuum space, and is irradiated to the sample 60 disposed in contact with or close to the lower surface of the second aperture member 31. Accordingly, the secondary charged particles emitted from the sample 60 can be detected by the detector 16. Therefore, a clear observation image of the sample 60 can be obtained.
  • the sample 60 is arranged on the second space 300 side that is an atmospheric pressure space, so the observation target region of the sample 60 is changed or the sample 60 is replaced. Can be easily done. Further, even when the observation target region of the sample 60 is changed or the sample 60 is replaced, the high voltage power source supplied to the charged particle optical column 10 is cut off, or the vacuum pumps 43 and 46 are stopped. do not have to.
  • FIG. 3 is a diagram schematically illustrating an example of a main configuration of the charged particle beam apparatus 1 according to a modification of the first embodiment of the present invention.
  • a diaphragm member 15 a is used instead of the first aperture member 15 as a member that isolates the vacuum pressure of the charged particle generation space 100 from the vacuum pressure of the first space 200.
  • the other configuration is the same as that of the first embodiment.
  • the diaphragm member 15 a is fixed to the lower end of the circular tube member 14 by the conductive adhesive 152.
  • the diaphragm member 15a includes a diaphragm holding member 151 having a substantially circular small hole at the center thereof, and a diaphragm part 150 made of a thin film such as silicon or silicon oxide that closes the small hole.
  • the diaphragm 150 is a passage through which the primary charged particle beam emitted from the charged particle source 11 passes. Therefore, it is desirable that the thickness of the thin film constituting the diaphragm 150 is thin. This is because if the film thickness is too thick, the primary charged particle beam is scattered and the resolution of the observation image acquired by the control system device 50 is lowered. By the way, based on the results of experiments by the inventors, if the thickness of the thin film is about 100 nm or less, even if there is a reduction in the resolution of the observed image, the resolution is determined to be generally acceptable for the user. .
  • the material of the thin film constituting the diaphragm 150 is not limited to silicon or silicon oxide, but silicon nitride (silicon nitride), silicon carbide (silicon carbide), carbon nanotube, epoxy resin, carbon fiber reinforced plastic. It may be.
  • the diaphragm member 15a as described above is arranged at the center of the magnetic field 1311 of the objective lens 131 (see FIG. 3). In that case, the diaphragm member 15 a has the following effects in the charged particle beam device 1.
  • the diaphragm member 15 a functions as a member that isolates the charged particle generation space 100 from the first space 200, as in the case of the first aperture member 15.
  • the diaphragm member 15a is configured such that the diaphragm portion 150 (thin film) is provided in the small hole portion of the first aperture member 15, the charged particle generation space is provided because of the diaphragm portion 150. 100 can be more reliably isolated from the first space 200. Therefore, even if air flows from the small holes of the second aperture member 31, the charged particle generation space 100 can be maintained at a high degree of vacuum.
  • the diaphragm member 15a serves as a diaphragm for cutting the primary charged particle beam away from the optical axis 12.
  • the primary charged particle beam 122 away from the optical axis 12 is bent largely by the strong magnetic field generated by the objective lens 131. Therefore, the primary charged particle beam 122 away from the optical axis 12 and the primary charged particle beam 121 passing through the vicinity of the optical axis 12 are out of focus. Therefore, the respective primary charged particle beams 121 and 122 cannot be focused on the surface of the sample 60 at the same time. This is called spherical aberration.
  • the diaphragm member 15 a having the diaphragm portion 150 having a size smaller than the diameter of the circular tube member 14 is disposed at the center of the magnetic field 1311 of the objective lens 131 at the lower end portion of the circular tube member 14.
  • the primary charged particle beam 122 away from the optical axis 12 is blocked by the diaphragm holding member 151, and only the primary charged particle beam 121 that has passed near the optical axis 12 passes through the diaphragm member 15a. Can be reduced.
  • the first aperture member 15 in the first embodiment can achieve the same effect as this effect.
  • the adhesion between the sample 60 and the second aperture member 31 will be supplemented.
  • the sample 60 is brought into contact with or close to the second aperture member 31.
  • the sample 60 is in close contact with the second aperture member 31, and air does not leak from the contact surface.
  • the surface of the sample 60 is uneven, air leakage occurs at the contact surface between the sample 60 and the second aperture member 31, and the small hole portion of the second aperture member 31, that is, the upper portion of the observation target region of the sample 60. May not be evacuated sufficiently. Therefore, in the present embodiment, as shown in FIG. 3, a soft member 310 such as rubber or packing may be provided at a portion where the second aperture member 31 contacts the sample 60 to prevent air leakage. .
  • FIG. 4 is a view showing an example of a configuration in which the diaphragm member 15 a is attached to the end of the circular tube member 14.
  • the diaphragm member 15 a is fixed to the end of the circular tube member 14 with a conductive adhesive 152.
  • the diaphragm member 15 a is fixed to the end portion of the circular tube member 14 by the metal fixing member 140 in which the thread 142 is formed.
  • the gap between the charged particle generation space 100 and the first space 200 is closed by a sealing member 141 such as an O-ring.
  • the charged particle generation space 100 and the first space 200 are isolated by the first aperture member 15 (or the diaphragm member 15a).
  • the first space 200 and the second space 300 are separated by the second aperture member 31.
  • the first aperture member 15 and the second aperture member 31 each have a small hole. Since the small hole is small or closed with a thin film, the respective spaces are formed by the vacuum pumps 43 and 45. By evacuating (differential), the charged particle generation space 100 and the first space 200 can be kept in vacuum.
  • the sample 60 is arranged in the second space 300, that is, the atmospheric pressure space side, the user stops the vacuum pumps 43 and 46 or stops the high voltage supplied to the charged particle source 11. It is possible to freely change the observation target region of the sample 60 or replace the sample 60 with another one without any other.
  • the sample 60 by arranging the sample 60 on the atmospheric pressure space (second space 300) side, it is easy to obtain an observation image of a minute region on the surface of the large sample 60. Therefore, according to the first embodiment, the charged particle beam device 1 that is convenient for the user is provided.
  • the charged particle beam apparatus 1 when viewed from the manufacturer side of the charged particle beam apparatus 1, the charged particle beam apparatus 1 according to the first embodiment is obtained by modifying a part of a conventional charged particle beam apparatus having a sample chamber. There is a great advantage in that it can be manufactured. That is, as the support housing 20, the conventional sample chamber housing can be used as it is. Further, an opening for loading and unloading the sample 60 is provided in the housing of the conventional sample chamber. In the present embodiment, the opening can be used as an opening into which the insertion housing 30 is inserted and attached.
  • the charged particle beam apparatus 1 according to the present embodiment can be manufactured by remodeling to the extent that the insertion housing 30 is added without greatly changing the configuration of the conventional charged particle beam apparatus. Therefore, the manufacturing cost can be reduced.
  • FIG. 5 is a diagram schematically showing an example of the configuration of the charged particle beam apparatus according to the second embodiment of the present invention.
  • the same components as those in the first embodiment will be denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.
  • the charged particle beam apparatus 1 a according to the second embodiment is different from the charged particle beam apparatus 1 according to the first embodiment in that the opening of the insertion housing 30 is closed with a lid member 70. It is greatly different in that it is deviated. That is, since the lid member 70 is tightly fixed to the insertion housing 30 via the vacuum sealing members 701 and 702, the space in the insertion housing 30, that is, the second space 300 is a sealed space. It becomes. It is assumed that the lid member 70 is detachably fixed to the insertion housing 30 at this time.
  • the lid member 70 is provided with a pressure adjusting valve 48 for controlling the pressure inside the insertion housing 30 (second space 300). Therefore, the air pressure or vacuum pressure of the second space 300 can be determined by adjusting the opening and closing of the pressure adjustment valve 48.
  • the second space 300 is also evacuated through the small hole of the second aperture member 31. Therefore, when the pressure inside the insertion housing 30 (second space 300) is maintained at atmospheric pressure, the pressure adjustment valve 48 is left fully open. Further, when the pressure is maintained at a negative pressure relative to the atmospheric pressure, the pressure adjustment valve 48 may be closed a little. Further, a vacuum pump may be provided outside the pressure adjustment valve 48 to evacuate the second space 300.
  • the pressure adjusting valve 48 it is possible to fill the inside of the insertion housing 30 (second space 300) with a gas such as nitrogen or a rare gas. Accordingly, for example, even the sample 60 that is easily oxidized can be slowly observed over time.
  • the lid member 70 since the lid member 70 is provided, a mechanism for moving the observation target region of the sample 60 from the outside of the lid member 70 is required.
  • a mechanism for moving the observation target region will be described with reference to FIG.
  • a support plate 64 extending horizontally toward the back of the insertion housing 30 is attached to the inside of the insertion housing 30 of the lid member 70.
  • a sample stage 61 is attached to the upper surface of the support plate 64, and the support plate 64 functions as a bottom plate that supports the sample stage 61.
  • the sample stage 61 is provided with an XY drive mechanism for moving the sample 60 in a horizontal plane and a Z-axis drive mechanism for moving in the height direction.
  • operation knobs 62 and 63 are disposed outside the lid member 70, and the operation knobs 62 and 63 are coupled to the XY drive mechanism and the Z-axis drive mechanism via the control rods 621 and 631, respectively. ing. Therefore, the user can drive the XY drive mechanism and the Z-axis drive mechanism by appropriately operating the operation knobs 62 and 63 to move the sample 60 freely in the X, Y, and Z axial directions.
  • FIG. 5 only one operation knob 62 for controlling the XY drive mechanism is depicted, but actually two are provided for movement control in the X-axis direction and the Y-axis direction. .
  • the user when adjusting the position of the sample 60, the user first determines the observation visual field position on the XY plane, and then adjusts the position in the height direction. Therefore, in the present embodiment, the user manually moves the sample 60 in the X and Y directions to determine the observation target region, and then, based on the height of the lower surface of the second aperture member 31 and the height of the sample 60 that are obtained in advance. The sample 60 is moved upward.
  • the operation knobs 62 and 63 and the control rods 621 and 631 may not be provided.
  • a bottom plate 72 is provided on the bottom surface of the support housing 20 on the floor surface on which the charged particle beam device 1a is installed.
  • the bottom plate 72 is provided with a storage hole for storing the horizontal support rod 73 so as to be freely inserted and removed from the opening side of the support housing 20.
  • the end of the support bar 73 on the opening side of the support housing 20 is fixed to the lid support member 71 and is also fixed to the lower end of the lid member 70.
  • the lower end portion of the lid member 70 is fixed to both the lid support member 71 and the support bar 73. Therefore, the lid member 70 is held so as to stand upright with respect to the floor surface in a state where the support bar 73 fixed to the lid support member 71 is accommodated in the accommodation hole provided in the bottom plate 72. Accordingly, the user can freely pull out the lid member 70 and the support plate 64 supporting the sample stage 61 from the inside of the insertion housing 30 to the outside. That is, the accommodation holes of the support bar 73 provided in the support bar 73 and the bottom plate 72 function as an auxiliary member for preventing the fall when the lid member 70 and the sample stage 61 are pulled out from the inside of the insertion housing 30. To do.
  • the support bar 73 may be a plate-like member or a comb-like member made up of a plurality of bars instead of the bar.
  • the bottom plate 72 is assumed to be provided with a storage hole corresponding to the plate-like member or the comb-like member.
  • the user when exchanging the sample 60, the user first operates the operation knob 63 that controls the height of the sample stage 61, and then moves the sample 60 to the second position.
  • the aperture member 31 is separated. Thereafter, it is confirmed that the inside of the insertion housing 30 (second space 300) is not in a reduced pressure state or a pressurized state with respect to the atmospheric pressure, and the lid member 70 and the sample stage 61 are placed inside the insertion housing 30. Pull out from. At this time, since the sample stage 61 comes out of the insertion housing 30, the user can easily replace the sample 60.
  • the user pushes the lid member 70 and the sample stage 61 into the insertion housing 30, and closes and fixes the lid member 70 to the insertion housing 30. Thereafter, if the user operates the operation knob 63 to align the visual field position of the sample 60, an observation image of the sample 60 can be obtained immediately.
  • the user may introduce nitrogen gas or the like into the insertion housing 30 (second space 300) via the pressure adjustment valve 48 before aligning the visual field position of the sample 60.
  • the inside of the insertion housing 30 may be evacuated.
  • the above-described operations by the user are performed in a state in which the operation such as emission of the charged particle beam in the charged particle optical column 10 is continued, and in a state in which the charged particle generation space 100 and the first space 200 are continuously evacuated. Can do. Therefore, the user can quickly replace the sample 60 and quickly obtain an observation image of the replaced sample 60.
  • the sample stage 61, its operation knobs 62 and 63, and the pressure adjusting valve 48 are all attached to the lid member 70 in an integrated manner. Therefore, the user can perform operations on the operation knobs 62 and 63, the sample 60 replacement operation, the pressure adjustment valve 48 adjustment, the gas supply pipe attachment / detachment operation, and the like on the same surface of the support housing 20. Therefore, operability for the user is improved, and usability is improved.
  • FIG. 6 is a diagram schematically illustrating an example of a main configuration of a charged particle beam apparatus 1a according to a modification of the second embodiment of the present invention.
  • the modification of this embodiment adds the position adjustment mechanism which adjusts the position of the 2nd aperture member 31 to the structure of 2nd embodiment, Other structures are the same as 2nd embodiment. is there.
  • the second aperture member 31 Since the second aperture member 31 is in contact with the sample 60, it may be contaminated or damaged. Therefore, it is necessary to assume that the second aperture member 31 is often attached and detached for cleaning and replacement. When the second aperture member 31 is newly mounted, it is necessary to align the optical axis 12 of the primary charged particle beam irradiated from the charged particle optical column 10 with the center of the small hole 31a of the second aperture member 31. It becomes. Therefore, in the modification of this embodiment, a position adjustment mechanism for adjusting the position of the second aperture member 31 is newly added.
  • the second aperture member 31 is thin and small, it is difficult to provide a movement mechanism for position adjustment on the second aperture member 31 itself. Therefore, in the present modification, the second aperture member 31 is not disposed directly in the opening of the insertion housing 30, but the aperture holding member 311 is interposed between the insertion housing 30 and the second aperture member 31. Intervene.
  • the second aperture member 31 is detachably disposed on the aperture holding member 311.
  • the second aperture member 31 may be fixed to the aperture holding member 311 with an adhesive 312 or the like and vacuum sealed, or may be fixed with a screw or an O-ring (not shown) and vacuum sealed.
  • the second aperture member 31 and the aperture holding member 311 are preferably made of a conductive material and grounded to prevent charge-up due to irradiation with the primary charged particle beam.
  • the aperture holding member 311 in which the second aperture member 31 is disposed so as to close the opening provided in the upper portion of the insertion housing 30 is connected to the inner surface side (second space 300) of the insertion housing 30. Side).
  • the aperture holding member 311 is arranged so as to be movable about ⁇ 1 cm, for example, in each of the XY directions along the inner surface of the insertion housing 30.
  • an operation knob 313 for moving the aperture holding member 311 is disposed outside the lid member 70 that closes the second space 300 in the insertion housing 30. That is, when the user rotates the operation knob 313, the control rod 314 extends or retracts. Accordingly, the aperture holding member 311 is moved by extending or retracting the control rod 314.
  • a motor may be used to drive the movement of the aperture holding member 311. In that case, it is not necessary to dispose the operation knob 313 on the lid member 70. Further, by controlling the drive motor with the control system device 50, the movement control of the aperture holding member 311, that is, the position adjustment of the second aperture member 31 can be performed with the control system device 50.
  • the user can move the aperture holding member 311 holding the second aperture member 31 in the X-axis and Y-axis directions, so that the center of the small hole 31a of the second aperture member 31 is primary.
  • the position can be adjusted so as to coincide with the optical axis 12 of the charged particle beam.
  • the second aperture member 31 is assumed to be small and the second aperture member 31 is held by the aperture holding member 311. However, the size of the second aperture member 31 is increased.
  • the second aperture member 31 itself may be movable.
  • FIG. 7 is a diagram schematically showing an example of the configuration of the charged particle beam apparatus according to the third embodiment of the present invention.
  • a configuration that is different from the first embodiment will be mainly described, and the same components as those in the first embodiment will be denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.
  • the charged particle beam device 1 b according to the third embodiment is different from the charged particle beam device 1 according to the first embodiment in the support housing 20 and the like in the first embodiment. This is largely different in that the insertion housing 30 is not provided.
  • a base body 80 that is placed on the floor instead of the support housing 20, a column 81 that is vertically attached to the base body 80, and a beam member 82 that is cantilevered substantially horizontally on the column 81. Is provided. At this time, one end of the beam member 82 is attached to the upper portion of the support column 81, and the charged particle optical column 10 is attached to the other end.
  • a mirror auxiliary housing 90 for constituting a space corresponding to the first space 200 referred to in the first embodiment is interposed via a vacuum sealing member 901. It is attached.
  • An opening is provided in the vicinity of the center of the portion irradiated with the primary charged particle beam from the charged particle optical column 10 at the lower part of the auxiliary body 90, and further, the opening is closed. In this manner, the second aperture member 31 is attached.
  • a small hole having a diameter smaller than 1 mm is provided at the center of the second aperture member 31.
  • the 2nd aperture member 31 shall be attached in the position where the optical axis 12 of the primary charged particle beam irradiated from the charged particle optical lens tube 10 cross
  • the inside of the mirror auxiliary housing 90 plays the same role as the first space 200 in the first embodiment, it is evacuated by the vacuum pump 46. Further, the mirror auxiliary housing 90 is provided with a leak valve 47 for opening the inside to the atmosphere during maintenance or the like.
  • the internal configuration of the charged particle optical column 10 is the same as that of the first embodiment, including the configuration of the detector 16 disposed outside the lower portion thereof. Accordingly, the first aperture member 15 or the diaphragm member 15a is disposed at the lower end of the circular tube member 14 provided at the center of the electron lens 13, as in the first embodiment.
  • the charged particle generation space 100 isolated from the space inside the charged particle optical barrel 10 by the circular tube member 14 and the first aperture member 15 or the diaphragm member 15 a is evacuated by the vacuum pump 43.
  • a sample stage 61 is provided on the base body 80 below the position where the second aperture member 31 is disposed, and the sample 60 is further placed on the sample stage 61.
  • a large feature is that an observation image of a large sample 60 can be acquired.
  • the column 81 is preferably provided with a lens barrel position changing mechanism 84 that moves the height position supporting the beam member 82 up and down. Further, when the position is determined by the user manually moving the sample 60, the sample stage 61 may be omitted. Further, when the user has the charged particle optical column 10 including the mirror auxiliary housing 90 to which the second aperture member 31 is attached, the base body 80, the support column 81, and the beam member 82 are not necessary. It is good.
  • the exchange of the sample 60 and the change of the observation target region are performed by operations such as emission of the primary charged particle beam in the charged particle optical column 10. Can be performed in a state in which the evacuation of the charged particle generation space 100 and the interior space of the mirror auxiliary housing 90 is continued. Therefore, the user can quickly and easily change the sample 60 or change the observation target region, and a charged particle beam apparatus that is easy for the user to use can be obtained.
  • the present invention is not limited to the embodiment described above, and includes various modifications.
  • the above-described embodiment has been described in detail for easy understanding of the present invention, and is not necessarily limited to the one having all the configurations described.
  • the configuration of one embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of another embodiment can be added to the configuration of one embodiment.

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Abstract

荷電粒子線装置（１）は、荷電粒子光学鏡筒（１０）と荷電粒子光学鏡筒（１０）を搭載する支持筐体（２０）と支持筐体（２０）の内部に挿入される内挿筐体（３０）を備え、第一アパーチャ部材（１５）が対物レンズの磁場の中心近傍に配設され、第二アパーチャ部材（３１）が内挿筐体（３０）の上面に設けられた開口部を外側から塞ぐように配設される。そして、一次荷電粒子線（１２）が第二アパーチャ部材（３１）の下面側に配置された試料（６０）に照射されたとき、放出される二次荷電粒子を検出器（１６）により検出する。

Description

荷電粒子線装置
　本発明は、観察対象となる試料の大部分が大気圧下に曝露された状態で、その試料の微小領域を拡大して観察することが可能な荷電粒子線装置に関する。
　試料の微小領域部分を拡大して観察する場合には、代表的な荷電粒子線装置である走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ：Scanning Electron Microscope）や透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ：Transmission Electron Microscope）が用いられる。これらのＳＥＭやＴＥＭでは、観察対象の試料は、その全体が真空排気された試料室内に入れられ、高真空の環境下でその微小領域の観察が行われる。
　一方、ＳＥＭやＴＥＭに対しては、試料を大気圧下においたままで、その微小領域を観察したいというニーズは大きい。例えば、特許文献１，２には、試料の大部分を大気圧下に曝した状態で、その試料の微小部分の観察を可能にしたＳＥＭの例が開示されている。
　ちなみに、特許文献１に開示されたＳＥＭでは、試料室は、とくには設けられておらず、代りに、ＳＥＭの鏡筒部を覆う円筒状のシュラウドが設けられている。この円筒状のシュラウドの一方の底面（上面）は、密閉され、他方の底面（下面）は、開放されており、鏡筒部は、この円筒状のシュラウドの密閉された上面側に収納されている。そこで、このシュラウドの開放された下面を塞ぐように観察対象の試料を配置すれば、シュラウドの内部は閉空間となるので、その内部を真空引きすることにより、一定の真空度を保持することが可能になる。従って、このとき、鏡筒部から試料に電子線を照射することにより、試料表面の微小領域の観察が可能となる。すなわち、特許文献１に開示されたＳＥＭでは、試料の大部分を大気圧下に曝した状態で、シュラウド内部に面する試料部分の微小領域の観察が可能となる。
　また、特許文献２に開示されたＳＥＭは、シュラウド（真空容器）の形状が半球状であるなど、特許文献１に開示されたＳＥＭとは、その構造に多少の相違があるが、大気圧下に曝した状態の試料を観察するための原理的な考え方は、ほとんど同じである。従って、特許文献２に開示されたＳＥＭでも、試料の大部分を大気圧下に曝した状態で、シュラウド内部に面する試料部分の微小領域の観察が可能となる。
特開２００７－１８８８２１号公報 特開２００４－０３１２０７号公報
　ところで、ＳＥＭなどの一般的な荷電粒子線装置では、荷電粒子源や光学レンズなどが配置されている空間は、高い真空度を必要とし、少なくとも、荷電粒子源のフィラメントや光学レンズに高電圧が印加された状態では、その真空度を大気圧などにすることはできない。
　特許文献１や特許文献２に開示されたＳＥＭでは、電子線照射に必要な真空を保持する閉空間を確保するために、シュラウドだけでなく、観察対象の試料そのものが用いられている。従って、試料の観察位置を変えようとすれば、シュラウド内の真空度は、大気圧まで劣化することになる。そのため、特許文献１や特許文献２に開示されたＳＥＭの場合、試料の観察位置を変えるたびに、高電圧電源や真空ポンプを停止させなければならず、また、再度の真空引きの待ち時間も生じ、ユーザにとっては、必ずしも使い勝手がよいものではなかった。
　以上の従来技術の問題点に鑑み、本発明は、大気圧下に曝された試料の観察が可能な荷電粒子線装置の使い勝手を向上させることにある。
　本発明に係る荷電粒子線装置は、荷電粒子源および電子レンズが収容される荷電粒子光学鏡筒と、上面に前記荷電粒子光学鏡筒を搭載するとともに、側面に開口部を有する支持筐体と、側面に開口部を有し、当該開口部が前記支持筐体の開口部と同じ側面に位置するように前記支持筐体の内部に挿入されて、前記支持筐体の開口部を塞ぐ内挿筐体と、前記荷電粒子光学鏡筒内における前記電子レンズのうち、対物レンズの磁場の中心近傍に、前記荷電粒子源が収納された空間を隔離するように配設され、その中心部に小孔を有する第一アパーチャ部材と、前記内挿筐体が前記支持筐体の内部に挿入された状態で、前記内挿筐体の上面の前記一次荷電粒子線が照射される領域部分に設けられた開口部を外側から塞ぐように配設され、その中心部に小孔を有する第二アパーチャ部材と、前記荷電粒子源から出射される一次荷電粒子線が前記第一アパーチャ部材の小孔および前記第二アパーチャ部材の小孔を通過して、前記第二アパーチャ部材の下面に接触または近接して配置される試料に照射されるとき、前記試料から放出される二次荷電粒子を検出する検出器と、を備えることを特徴とする。
　本発明によれば、大気圧下に曝された試料の観察が可能な荷電粒子線装置の使い勝手を向上させることができる。
本発明の第一の実施形態に係る荷電粒子線装置の構成の例を模式的に示した図。 本発明の第一の実施形態に係る荷電粒子線装置において、試料に一次荷電粒子線を照射して観察画像を取得するまでの手順を示した図。 本発明の第一の実施形態の変形例に係る荷電粒子線装置の要部構成の例を模式的に示した図。 隔膜部材を円管部材の端部に取り付けた構成の例を示した図。 本発明の第二の実施形態に係る荷電粒子線装置の構成の例を模式的に示した図。 本発明の第二の実施形態の変形例に係る荷電粒子線装置の要部構成の例を模式的に示した図。 本発明の第三の実施形態に係る荷電粒子線装置の構成の例を模式的に示した図。
　以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
＜第一の実施形態＞
　図１は、本発明の第一の実施形態に係る荷電粒子線装置の構成の例を模式的に示した図である。図１に示すように、荷電粒子線装置１は、一次荷電粒子線を出射し、照射する荷電粒子照射部として機能する荷電粒子光学鏡筒１０、荷電粒子光学鏡筒１０を支持する支持筐体２０、支持筐体２０の内部に挿入して使用される内挿筐体３０、および、これらを制御する制御系装置５０を含んで構成される。
　なお、一般には、一次荷電粒子線が電子線である場合、電子顕微鏡と呼ばれ、一次荷電粒子線がイオンビームである場合、イオンビーム顕微鏡と呼ばれる。
　支持筐体２０は、その上面および側面にそれぞれ大きな開口部を有する四面体または円筒形状の筐体である。そして、その支持筐体２０の上面の開口部には、荷電粒子光学鏡筒１０がその開口部を塞ぎ、密閉するように搭載される。また、支持筐体２０の側面の開口部には、内挿筐体３０がその開口部を塞ぎ、密閉するように支持筐体２０の内部に挿入される。
　ここで、内挿筐体３０は、支持筐体２０の開口部と同じ面に開口部を有する四面体または円筒形状の筐体であり、内挿筐体３０が支持筐体２０の内部に挿入され、支持筐体２０に密着固定されたときには、支持筐体２０と内挿筐体３０との間に形成された空間は、閉空間となる。以下、この閉空間を、第一空間２００と呼ぶ。また、内挿筐体３０に囲まれた空間は、支持筐体２０と同じ側面に開口部を有する大気圧空間である。以下、この空間を第二空間３００と呼ぶ。
　荷電粒子光学鏡筒１０は、一次荷電粒子線を出射する荷電粒子源１１、荷電粒子源１１から出射された一次荷電粒子線を光軸１２に沿って加速し、偏向、走査、集束させる複数の電子レンズ１３などを含んで構成される。そして、一次荷電粒子線の通路となる電子レンズ１３の中心部には、その上部から最下部の電子レンズ１３（対物レンズ）に達する円管状の円管部材１４が嵌め込まれている。そして、その円管部材１４の下端には、その中心部に一次荷電粒子線を通過させる小孔を備えた第一アパーチャ部材１５が配設されている。
　本実施形態では、荷電粒子源１１から一次荷電粒子線が出射され、加速される空間を、円管部材１４内の空間も含めて、以下、荷電粒子生成空間１００と呼ぶ。荷電粒子生成空間１００は、真空バルブ４２を備えた真空配管４１を介して真空ポンプ４３に連通し、真空ポンプ４３によって真空排気される。
　また、荷電粒子光学鏡筒１０は、その一部が支持筐体２０の上部からその内部、すなわち、第一空間２００内に突き出すように設置され、真空封止部材２０１を介して支持筐体２０に密着固定される。このとき、荷電粒子光学鏡筒１０は、荷電粒子源１１を上部とし、一次荷電粒子線が上部から下方に向けて、支持筐体２０の内部（第一空間２００）に照射されるように取り付けられるものとする。
　そして、荷電粒子光学鏡筒１０の下端部の外側（第一空間２００側）には、一次荷電粒子線が試料６０に照射されたときに試料６０から放出される二次電子、反射電子などの二次荷電粒子を検出する検出器１６が配設されている。
　なお、検出器１６を配設する位置は、図１に示した荷電粒子光学鏡筒１０の下端部の外側に限定されるものではなく、荷電粒子光学鏡筒１０内に配設してもよい。また、場合によっては、第一空間２００の外側、すなわち、内挿筐体３０の内部である第二空間３００側に配設してもよい。
　ここで、支持筐体２０と内挿筐体３０との間に形成された空間、すなわち、第一空間２００は、真空バルブ４５を備えた真空配管４４を介して真空ポンプ４６に連通し、真空ポンプ４６によって真空排気される。また、支持筐体２０には、その内部を大気開放するためのリークバルブ４７が設けられており、第一空間２００は、メンテナンス時などに大気開放される。
　内挿筐体３０は、その側面に開口部を有する四面体または円筒形状の内挿部３４、および、その開口部の周縁部に設けられた合わせ部３２および保持部３３により構成される。内挿部３４は、その全体が支持筐体２０の内部に挿入されて、観察対象である試料６０および試料ステージ６１を収容するという役割を担う。ここで、合わせ部３２および保持部３３は、支持筐体２０の開口部周縁の外壁面に対して合わせ面を構成し、真空封止部材２０２，２０３を介してその外壁面に密着固定される。
　また、内挿筐体３０の内挿部３４の上面側には、一次荷電粒子線の光軸１２が交わる位置の近傍に開口部が設けられており、その開口部には、その中心部に小孔を有する第二アパーチャ部材３１が配設されている。このとき、第二アパーチャ部材３１は、その小孔の中心が光軸１２と交わる位置に取り付けられる。
　ここで、図１では、試料６０と第二アパーチャ部材３１との間には隙間があるように描かれているが、試料６０に一次荷電粒子線を照射してその表面を観察するときには、試料６０を第二アパーチャ部材３１に密着または近接させる。試料６０を第二アパーチャ部材３１に密着させた場合は、試料６０の表面は、真空引きされた第一空間２００に接することになる。
　そこで、本実施形態では、その上面に試料６０を載置する試料ステージ６１は、少なくとも、その上面の高さ位置を調整または制御可能なものとする。すなわち、試料６０と第二アパーチャ部材３１との間隔は、ユーザが入力するパソコン５３などからの指示に基づき適宜調整され得るものとする。
　さて、以上のように構成された荷電粒子線装置１では、第二アパーチャ部材３１より下側が大気圧空間であるので、支持筐体２０と内挿筐体３０との間に形成された空間である第一空間２００は、第二アパーチャ部材３１に設けられた小孔のため、完全には密閉されていないことになる。すなわち、少なくとも試料６０が第二アパーチャ部材３１に密着されていない状態では、第一空間２００は、真空ポンプ４６で真空排気される一方で、第二アパーチャ部材３１の小孔から大気を吸い込むという差動排気状態となっている。
　従って、本実施形態では、第一空間２００を差動排気により真空状態にしなければならないので、第二アパーチャ部材３１の小孔のサイズは十分小さいことが必要である。なお、真空ポンプ４６として、排気速度が数１０～数１００リットル／分程度の一般的な小型～中型の真空ポンプを用いた場合には、第二アパーチャ部材３１の小孔の直径が０．１～１ｍｍ以下であれば、作動排気状態で十分に１パスカル以下の真空度が得られることが実験的に確かめられている。
　以上の構成により、荷電粒子源１１から出射された一次荷電粒子線は、第一アパーチャ部材１５および第二アパーチャ部材３１の小孔を通過して、試料６０の表面に到達する。また、一次荷電粒子線が照射されたことにより試料６０から放出される二次荷電粒子は、第二アパーチャ部材３１の小孔を通過して検出器１６へ到達し、検出器１６により検出される。そして、これらが行われるほとんどの空間は、真空とみなすことができる。
　すなわち、本実施形態に係る荷電粒子線装置１では、荷電粒子源１１から出射された一次荷電粒子線は、試料６０の表面近傍を除き、ほとんどが真空排気された空間（荷電粒子生成空間１００および第一空間２００）を通過する。また、試料６０から放出された二次荷電粒子も、ほとんどが真空排気された第一空間２００を通過して検出器１６へ到達する。従って、本実施形態では、空気分子による一次荷電粒子線の散乱などの影響を抑制することができるので、試料６０のほとんどが大気圧に曝されているにも関わらず、より鮮明な観察画像が得られる。
　なお、以上の説明では、真空ポンプ４３は、荷電粒子生成空間１００を真空排気し、真空ポンプ４６は、第一空間２００を真空排気するとしているが、真空ポンプ４３の配置の構成は、これに限定されない。例えば、真空ポンプは、３つ以上あってもよいし、真空ポンプ４３，４６が１つの真空ポンプで兼用されていてもよい。また、リークバルブ４７はなくてもよいし、２つ以上あってもよい。
　さらに、図１に示すように、制御系装置５０は、下位制御部５１、上位制御部５２、パソコン５３などを含んで構成される。
　下位制御部５１は、真空ポンプ４３，４６、荷電粒子源１１、電子レンズ１３などを個別に制御する制御信号を生成する制御回路、検出器１６で検出された検出信号を増幅する増幅回路や、その増幅回路によって増幅された検出信号をディジタル画像信号に変換し、上位制御部５２へ送信する信号処理回路などを含んで構成される。
　上位制御部５２は、例えば、制御用の一般的なコンピュータなどによって構成され、パソコン５３を介してユーザが設定する様々な観察条件に応じて、荷電粒子源１１、電子レンズ１３、真空ポンプ４３，４６などを統括制御するための制御情報を下位制御部５１へ送信する。また、上位制御部５２は、下位制御部５１から送信されるディジタル画像信号を取得し、観察画像データとして自身が有する記憶装置に保管するとともに、パソコン５３へ送信する。
　パソコン５３は、入力装置としてキーボードやマウスなどを備え、また、出力装置として、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）などの表示装置を備える。パソコン５３は、ユーザが当該荷電粒子線装置１を使用するとき、その操作画面（ＧＵＩ：Graphical User Interface）を表示装置に表示し、必要に応じてユーザに様々な観察条件の入力を促す。また、上位制御部５２から観察画像の送信を受けたときには、受信した観察画像を表示装置に表示する。
　なお、制御系装置５０は、以上の構成に限定されるものではなく、上位制御部５２と下位制御部５１とが１つの制御装置として一体化されていてもよく、また、上位制御部５２とパソコン５３とが１つの制御コンピュータで構成されていてもよい。さらに、パソコン５３も含め、下位制御部５１や上位制御部５２は、その定められた機能を果たすものであれば、専用のディジタル回路やアナログ回路あるいはその混在回路などによって構成されていてもよい。
　また、図１では、下位制御部５１、上位制御部５２およびパソコン５３を相互に接続する通信線や、下位制御部５１と荷電粒子源１１、電子レンズ１３、検出器１６、真空バルブ４２，４５、真空ポンプ４３，４６などとを接続する制御線については、構成の説明をする上で必要と思われるものを示しており、必ずしもすべての制御線や通信線を示したものではない。
　図２は、第一の実施形態に係る荷電粒子線装置１において、試料６０に一次荷電粒子線を照射して観察画像を取得するまでの手順を示した図である。
　上位制御部５２は、下位制御部５１を介して真空ポンプ４３，４６を駆動し、荷電粒子生成空間１００および第一空間２００を真空排気する（ステップＳ１１）。次に、上位制御部５２は、パソコン５３を介してあらかじめ設定された観察条件（倍率など）を実現するための電圧または電流を、下位制御部５１を介して荷電粒子源１１や電子レンズ１３に供給し、一次荷電粒子線の照射を開始する（ステップＳ１２）。そして、このとき以降、試料６０の観察画像は、パソコン５３の表示装置に表示可能な状態となる。
　続いて、試料６０が試料ステージ６１上に載置されるので、上位制御部５２は、下位制御部５１を介して、試料６０の観察対象領域が第二アパーチャ部材３１の小孔の中心の直下に位置するように、試料ステージ６１を移動制御する（ステップＳ１３）。さらに、上位制御部５２は、下位制御部５１を介して試料ステージ６１を制御し、試料６０を第二アパーチャ部材３１に近接または接触する位置まで上方へ持上げる（ステップＳ１４）。その結果、試料６０表面が第二アパーチャ部材３１の小孔に面する近傍の空間もほとんど真空引きされた状態となる。このとき、上位制御部５２は、下位制御部５１を制御して、検出器１６から得られる検出信号に基づき試料６０の表面の観察画像を生成し、パソコン５３の表示装置に表示する（ステップＳ１５）。
　なお、試料６０を交換するとき、または、観察対象領域を移動させるときには、上位制御部５２は、下位制御部５１を介して、一旦試料６０と第二アパーチャ部材３１との距離を離す制御をし、その後、試料６０が交換され、または、観察対象領域が移動されると、試料６０を第二アパーチャ部材３１に再度近接または接触させる制御をする。
　すなわち、本実施形態では、ステップＳ１２で一次荷電粒子線の照射を開始すれば、そのままの状態でステップＳ１３～Ｓ１５を繰り返して実行することができる。これは、試料６０の観察対象領域を変更したり、試料６０を他の試料と取り替えたとしても、真空ポンプ４３，４６を停止したり、荷電粒子源１１に供給する高電圧を停止したりする必要がないことを意味している。
　よって、本実施形態では、真空ポンプ４３，４６を停止せず、また、荷電粒子源１１に供給する高電圧を停止せずに、試料６０の観察対象領域の変更や試料６０の取り替えが可能となる。そのため、ユーザにとってみれば、観察対象領域の変更や試料６０の取り替えに際して真空ポンプ４３，４６や高圧電源のオンオフ操作が不要となるばかりでなく、真空引きの時間や高電圧の安定化時間を待つ必要もなくなるので、荷電粒子線装置１の使い勝手が大きく改善される。
　ところで、試料６０を第二アパーチャ部材３１に接触（密着）させた場合、第二アパーチャ部材３１の上側の空間（第一空間２００）は、真空下にあり、試料６０の下側の空間（第二空間３００）は、大気圧下にある。従って、試料６０を第二アパーチャ部材３１から引き離すには大きな力が必要となるように思われる。そこで、以下に試料６０を第二アパーチャ部材３１から引き離す力に関して簡単な試算例を示す。
　ここでは、第二アパーチャ部材３１に設けられた小孔の直径を１ｍｍとする。また、第一空間２００の圧力は、大気圧に比べて十分に小さいものとして、第一空間２００側から試料６０に加わる圧力を無視する。
　その場合、面積Ａの小孔を介して試料６０が大気圧Ｐairにより受ける力Ｆairは、次の通り計算される。
　　　Ｆair＝Ｐair［Ｎ／ｍ２］×Ａ［ｍ２］
　　　　　＝１０５×（０．５×１０－３）２×π
　　　　　＝０．０７８［Ｎ］
　ここで、記号Ｎは、ニュートン（力の単位）、πは、円周率である。
　一方、試料６０の質量Ｍを、例えば、１０ｇとし、地上の重力の加速度をαＧとすれば、そのとき試料６０が受ける重力ＦＧは、次の通り計算される。
　　　ＦＧ＝Ｍ［ｋｇ］×αＧ［ｍ／ｓ２］
　　　　　＝０．０１×９．８
　　　　　＝０．０９８［Ｎ］
　以上の計算例によれば、Ｆair＜ＦＧである。このことは、試料６０の質量（重さ）が１０ｇもあれば、試料６０は、自重で第二アパーチャ部材３１から離れ落ちることを意味する。
　逆に、試料６０が１０ｇよりも十分に軽い場合には、試料６０は、自重では離れ落ちないので、試料ステージ６１側からの力で試料６０を第二アパーチャ部材３１から引き離す必要がある。そのような場合には、両面テープなどで試料６０を試料ステージ６１に固定し、試料ステージ６１を下方に移動させることなどにより、試料６０を第二アパーチャ部材３１から引き離すようにしてもよい。また、試料６０が剛性のある平坦なシートやプレートのようなものである場合には、試料６０の周縁部を試料ステージ６１に固定する固定部材を、試料ステージ６１の上面に設けておいてもよい。
　なお、この第二アパーチャ部材３１は、一次荷電粒子線の照射により汚染物質が付着するので、交換できることが望ましく、さらには、内挿筐体３０から容易に着脱可能な構造にすることが望ましい。そのために、例えば、内挿筐体３０に第二アパーチャ部材３１を固定するためのネジ穴や嵌め合い部材などを設けておき、ネジ止めや嵌め合いなどの方法により固定するとよい。
　また、第二アパーチャ部材３１は、一次荷電粒子線の照射によるチャージアップを防止するために、導電性の材質により構成され、接地されることが望ましい。
　さらに、図１に示したように、一次荷電粒子線の通路となる電子レンズ１３の中心部には、その上部から最下部の電子レンズ１３に達する細い円管状の円管部材１４が嵌め込まれている。そして、円管部材１４の下端には、その中心部に直径が１ｍｍ程度より小さい小孔を備えた第一アパーチャ部材１５が取り付けられている。
　この円管部材１４および第一アパーチャ部材１５は、荷電粒子源１１が収納されている荷電粒子生成空間１００を高い真空度に保つ役割を果たす。すなわち、円管部材１４は、荷電粒子生成空間１００を磁場コイルなどの電子レンズ１３が配置された空間から隔離し、また、第一アパーチャ部材１５は、荷電粒子生成空間１００を支持筐体２０と内挿筐体３０との間に形成された空間である第一空間２００から隔離する。
　従って、第一アパーチャ部材１５には、その中心部に小孔が設けられているものの、荷電粒子生成空間１００が真空ポンプ４３によって差動排気されているので、荷電粒子生成空間１００は、第一空間２００よりも高い真空度を保持することができる。すなわち、第一空間２００が第二アパーチャ部材３１の小孔から大気を吸い込んで、その真空度が劣化する場合であっても、第一アパーチャ部材１５により荷電粒子生成空間１００の真空度の劣化を防止することができる。
　なお、円管部材１４は、非磁性体で構成されるものとする。これは、電子レンズ１３の磁場コイルが円管部材１４の外側にあって、円管部材１４の内部にその磁場が形成されるためである。
　また、円管部材１４の外径は、電子レンズ１３の内径よりも小さく、円管部材１４は、第一アパーチャ部材１５が取り付けられたまま、電子レンズ１３の上部、すなわち、荷電粒子源１１側から挿抜可能な構造となっている。従って、円管部材１４を外部に取り出し易い構造となっているので、第一アパーチャ部材１５の交換も容易に行うことができる。
　以上のように構成された第一の実施形態に係る荷電粒子線装置１では、荷電粒子光学鏡筒１０内において荷電粒子源１１から一次荷電粒子線が出射され、その一次荷電粒子線が通過する空間（荷電粒子生成空間１００）は、その中心部に小孔を有する第一アパーチャ部材１５によって、支持筐体２０と内挿筐体３０との間に挟まれて形成された空間（第一空間２００）から隔離される。また、支持筐体２０と内挿筐体３０との間に挟まれて形成された空間（第一空間２００）は、その中心部に小孔を有する第二アパーチャ部材３１によって、内挿筐体３０内の空間（大気圧空間：第二空間３００）から隔離される。ここで、これら第一アパーチャ部材１５および第二アパーチャ部材３１に設けられた小孔は、いずれも小さいので、荷電粒子生成空間１００および支持筐体２０と内挿筐体３０との間に挟まれて形成された空間（第一空間２００）をそれぞれ真空ポンプ４３，４６で真空引きすることによって、真空にすることができる。
　従って、荷電粒子源１１から出射された一次荷電粒子線は、ほとんど真空の空間を通過して、第二アパーチャ部材３１の下面に接触または近接して配置された試料６０に照射され、その照射に応じて試料６０から放出される二次荷電粒子を検出器１６によって検出することができる。よって、試料６０の鮮明な観察画像を得ることができる。
　また、本実施形態に係る荷電粒子線装置１では、試料６０は大気圧空間である第二空間３００側に配置されるので、試料６０の観察対象領域を変更したり、試料６０を取り替えたりすることが容易にできるようになる。また、試料６０の観察対象領域を変更したり、試料６０を取り替えたりするときであっても、荷電粒子光学鏡筒１０に供給する高圧電源を切断したり、真空ポンプ４３，４６を停止させたりする必要はない。
（第一の実施形態の変形例）
　図３は、本発明の第一の実施形態の変形例に係る荷電粒子線装置１の要部構成の例を模式的に示した図である。図３に示すように、第一の実施形態の変形例は、荷電粒子生成空間１００の真空圧を第一空間２００の真空圧から隔離する部材として、第一アパーチャ部材１５の代わりに隔膜部材１５ａを用いる点で相違するが、他の構成は、第一の実施形態と同じである。
　すなわち、図３に示すように、円管部材１４の下端には、隔膜部材１５ａが導電性の接着剤１５２によって固定される。この隔膜部材１５ａは、その中央部に略円形の小孔を有する隔膜保持部材１５１と、その小孔を塞ぐシリコンや酸化シリコンなどの薄膜からなる隔膜部１５０と、によって構成される。
　つまり、隔膜部１５０は、荷電粒子源１１から出射された一次荷電粒子線が通過する通路となる。従って、隔膜部１５０を構成する薄膜の膜厚は、薄いほうが望ましい。その膜厚が厚すぎると一次荷電粒子線が散乱され、制御系装置５０によって取得される観察画像の分解能が低下するからである。ちなみに、発明者らによる実験結果に基づけば、薄膜の膜厚が１００ｎｍ程度以下であれば、観察画像の分解能の低下があったとしても、その分解能は、おおむねユーザにとって許容できるものと判断される。
　なお、隔膜部１５０を構成する薄膜の材料は、シリコンや酸化シリコンに限定されるものではなく、シリコンナイトライド（窒化シリコン）、シリコンカーバイド（炭化シリコン）、カーボンナノチューブ、エポシキ樹脂、炭素繊維強化プラスチックなどであってもよい。
　この変形例では、以上のような隔膜部材１５ａを、対物レンズ１３１の磁場１３１１の中心に配置する（図３参照）。その場合、隔膜部材１５ａは、荷電粒子線装置１において、次のような効果を奏する。
　まず、第一に、隔膜部材１５ａは、第一アパーチャ部材１５の場合と同様に、荷電粒子生成空間１００を第一空間２００から隔離する部材として機能する。しかも、隔膜部材１５ａは、ちょうど第一アパーチャ部材１５の小孔部分に隔膜部１５０（薄膜）が設けられたような構成をしているので、その隔膜部１５０があるために、荷電粒子生成空間１００を第一空間２００からより確実に隔離することができる。従って、第二アパーチャ部材３１の小孔から大気が流入したとしても、荷電粒子生成空間１００を高い真空度に保つことができる。
　また、第二に、隔膜部材１５ａは、光軸１２から離れた一次荷電粒子線をカットする絞りとしての役割を果たす。図３に示すように、一般に、光軸１２から離れた一次荷電粒子線１２２は、対物レンズ１３１による強い磁場によって軌道が大きく曲げられる。従って、光軸１２から離れた一次荷電粒子線１２２と、光軸１２近傍を通過した一次荷電粒子線１２１とは、焦点を結ぶ位置がずれてしまう。そのため、それぞれの一次荷電粒子線１２１，１２２の焦点を同時に試料６０表面上に合わせることができない。これは、球面収差と呼ばれている。
　そこで、本実施形態では、円管部材１４の直径よりも小さいサイズの隔膜部１５０を備えた隔膜部材１５ａを、円管部材１４の下端部で、対物レンズ１３１の磁場１３１１の中心に配置する。こうすることにより、光軸１２から離れた一次荷電粒子線１２２は、隔膜保持部材１５１によって遮断され、光軸１２近傍を通過した一次荷電粒子線１２１だけが隔膜部材１５ａを通過するので、球面収差を低減することが可能となる。
　なお、第１の実施形態における第一アパーチャ部材１５でも、この効果と同様の効果が得られることは言うまでもない。
　次に、図３を借りて、試料６０と第二アパーチャ部材３１との間の密着性について補足する。第一の実施形態では、前記したように、試料６０は、第二アパーチャ部材３１に接触または近接させられる。その場合、試料６０が第二アパーチャ部材３１に接触するときには、試料６０は、第二アパーチャ部材３１に密着し、その接触面から空気が漏れることはないものとしている。しかしながら、試料６０の表面に凹凸があるときには、試料６０と第二アパーチャ部材３１との接触面で空気漏れが生じ、第二アパーチャ部材３１の小孔部分、つまり、試料６０の観察対象領域の上部が十分に真空排気されない可能性がある。そこで、本実施形態では、図３に示すように、第二アパーチャ部材３１が試料６０と接する部分に、ゴムやパッキンなどの軟性部材３１０を設けて、その空気漏れを防止するようにしてもよい。
　さらに、図４を参照して、隔膜部材１５ａの円管部材１４への取り付けについて補足する。図４は、隔膜部材１５ａを円管部材１４の端部に取り付けた構成の例を示した図である。
　隔膜部材１５ａは、図３の例では、導電性の接着剤１５２で円管部材１４の端部に固定されている。それに対し、図４の例では、隔膜部材１５ａは、ネジ山１４２が形成された金属固定部材１４０によって円管部材１４の端部に固定される。この場合には、荷電粒子生成空間１００と第一空間２００との間隙は、Ｏリングなどの封止部材１４１によって塞がれる。
　なお、この図４に関連する補足は、先に説明した第一アパーチャ部材１５に対しても同様に適用される。
　以上、この変形例も含め第一の実施形態に係る荷電粒子線装置１では、荷電粒子生成空間１００と第一空間２００との間を第一アパーチャ部材１５（または、隔膜部材１５ａ）で隔離し、第一空間２００と第二空間３００との間を第二アパーチャ部材３１で隔離している。第一アパーチャ部材１５および第二アパーチャ部材３１は、それぞれ小孔を有しているが、その小孔は、小さいかまたは薄膜で塞がれているため、それぞれの空間を真空ポンプ４３，４５で（差動）排気することにより、荷電粒子生成空間１００および第一空間２００を真空に保つことができる。
　このとき、試料６０は、第二空間３００、すなわち、大気圧空間側に配置されているため、ユーザは、真空ポンプ４３，４６を停止したり、荷電粒子源１１に供給する高電圧を停止させたりすることなく、自在に試料６０の観察対象領域を変更したり、試料６０を他のものと取り替えたりすることができる。また、試料６０が大気圧空間（第二空間３００）側に配置されることで、大きな試料６０であっても、その表面の微小領域の観察画像を得ることが容易になる。
　よって、第一の実施形態によれば、ユーザにとって使い勝手のよい荷電粒子線装置１が提供される。
　また、荷電粒子線装置１の製造者側から見た場合には、第一の実施形態に係る荷電粒子線装置１は、試料室を有する従来型の荷電粒子線装置の一部を改造することにより製造できるという点で、大きな利点がある。すなわち、支持筐体２０としては、従来の試料室の筐体をそのまま利用することができる。また、従来型の試料室の筐体には、試料６０を搬入搬出するための開口部が設けられている。本実施形態では、その開口部を、内挿筐体３０を挿入し、取り付ける開口部として利用することができる。
　従って、本実施形態に係る荷電粒子線装置１は、従来型の荷電粒子線装置の構成を大きく変更することなく、内挿筐体３０を追加する程度の改造により製造が可能となる。よって、その製造コストの低減を図ることができる。
＜第二の実施形態＞
　図５は、本発明の第二の実施形態に係る荷電粒子線装置の構成の例を模式的に示した図である。以下、第二の実施形態の説明では、第一の実施形態と相違する構成について主に説明し、第一の実施形態と同じ構成要素については同じ符号を用い、その説明を省略する。
　図５に示すように、第二の実施形態に係る荷電粒子線装置１ａは、第一の実施形態に係る荷電粒子線装置１とは、内挿筐体３０の開口部が蓋部材７０で塞がれている点で、大きく相違する。すなわち、蓋部材７０は、真空封止部材７０１，７０２を介して内挿筐体３０に密着固定されるので、内挿筐体３０内の空間、つまり、第二空間３００は、密閉された空間となる。なお、蓋部材７０は、このとき内挿筐体３０に対し、取り外し可能に固定されるものとする。
　また、図５に示すように、蓋部材７０には、内挿筐体３０内部（第二空間３００）の圧力を制御するための圧力調整弁４８を備える。従って、圧力調整弁４８を開閉調節することにより、第二空間３００の空気圧または真空圧を定めることができる。
　例えば、第一空間２００が真空ポンプ４６により真空排気されているときには、第二空間３００も第二アパーチャ部材３１の小孔を介して真空排気されることになる。そこで、内挿筐体３０内部（第二空間３００）の圧力を大気圧に保つ場合には、圧力調整弁４８を全開放にしたままにしておく。また、その圧力を大気圧に対し負圧に保つ場合には、圧力調整弁４８を少し閉めればよい。また、圧力調整弁４８の外側に真空ポンプを設け、第二空間３００を真空引きしてもよい。
　さらに、圧力調整弁４８を用いれば、内挿筐体３０内部（第二空間３００）に窒素や希ガスなどのガスを充填することも可能である。これにより、例えば、酸化されやすい試料６０であっても、時間をかけてゆっくり観察できるようになる。
　また、第二の実施形態に係る荷電粒子線装置１ａでは、蓋部材７０を設けたが故に、蓋部材７０の外側から試料６０の観察対象領域を移動させる機構が必要となる。以下、図５を参照しつつ、観察対象領域を移動させる機構について説明する。
　図５に示すように、蓋部材７０の内挿筐体３０内側には、内挿筐体３０の奥に向かって水平に延伸した支持板６４が取り付けられている。支持板６４の上面には、試料ステージ６１が取り付けられおり、支持板６４は、試料ステージ６１を支持する底板として機能する。
　ここで、試料ステージ６１には、試料６０を水平面内で移動させるＸＹ駆動機構および高さ方向へ移動させるＺ軸駆動機構が設けられている。また、蓋部材７０の外側には、操作つまみ６２，６３が配設されており、操作つまみ６２，６３は、それぞれ、制御棒６２１，６３１を介してＸＹ駆動機構およびＺ軸駆動機構に連結されている。従って、ユーザは、操作つまみ６２，６３を適宜操作することによって、ＸＹ駆動機構およびＺ軸駆動機構を駆動し、試料６０をＸ，Ｙ，Ｚの各軸方向に自在に移動させることができる。なお、図５では、ＸＹ駆動機構制御用の操作つまみ６２は、１つしか描かれていないが、実際には、Ｘ軸方向およびＹ軸方向への移動制御のために２つ配設される。
　通常、ユーザは、試料６０の位置を調整する場合、まず、ＸＹ平面で観測視野位置を決めてから、次に、高さ方向の位置を調整する。従って、本実施形態では、ユーザは、手動で試料６０をＸＹ方向に移動させて観察対象領域を定め、その後、予め求めておいた第二アパーチャ部材３１の下面の高さと試料６０高さとに基づいて、試料６０を上方に移動させる。
　なお、試料ステージ６１の移動駆動機構を上位制御部５２から送信される制御信号に基づき制御するようにした場合には、操作つまみ６２，６３や制御棒６２１，６３１は設けなくてもよい。
　さらに、第二の実施形態では、支持筐体２０の下面で、荷電粒子線装置１ａを設置する床面上に底板７２が設けられている。そして、その底板７２には、横方向の支持棒材７３を支持筐体２０の開口部側から出し入れ自在に収納する収納穴が設けられている。また、支持棒材７３の支持筐体２０の開口部側の端部は、蓋支持部材７１に固定されるとともに、蓋部材７０の下端部に固定されている。
　すなわち、蓋部材７０の下端部は、蓋支持部材７１および支持棒材７３の両方に固定されている。よって、蓋部材７０は、蓋支持部材７１に固定された支持棒材７３が、底板７２に設けられた収納穴に収納された状態で、床面に対し、直立するように保持される。従って、ユーザは、蓋部材７０と、試料ステージ６１を支持した支持板６４と、を併せて内挿筐体３０の内部から外側に自在に引き出すことができる。つまり、支持棒材７３および底板７２に設けられた支持棒材７３の収納穴は、蓋部材７０および試料ステージ６１を内挿筐体３０の内部から外側に引き出す際の転倒防止の補助部材として機能する。
　なお、支持棒材７３は、棒材でなく板状部材や複数の棒材からなる櫛状部材であってもよい。当然、その場合には、底板７２には、板状部材や櫛状部材に応じた収納穴が設けられているものとする。
　以上のように構成された荷電粒子線装置１ａにおいて、試料６０を交換する場合には、ユーザは、まず、試料ステージ６１の高さを制御する操作つまみ６３を操作して、試料６０を第二アパーチャ部材３１から離間させる。その後、内挿筐体３０内（第二空間３００）が大気圧に対し、減圧状態または与圧状態になっていないことを確認し、蓋部材７０および試料ステージ６１を内挿筐体３０の内部から引き出す。このとき、試料ステージ６１は、内挿筐体３０の外側に出た状態となるので、ユーザは、試料６０を容易に交換することができる。
　次に、ユーザは、試料６０を交換後、蓋部材７０および試料ステージ６１を内挿筐体３０の内部へ押し込み、蓋部材７０を内挿筐体３０に密着させ固定する。その後、ユーザは、操作つまみ６３を操作して、試料６０の視野位置合わせをすれば、試料６０の観察画像がすぐに得られる。なお、ユーザは、試料６０の視野位置合わせの前に、圧力調整弁４８を介して、窒素ガスなどを内挿筐体３０内（第二空間３００）に導入してもよいし、また、内挿筐体３０内を真空引きしてもよい。
　以上のユーザによる操作は、荷電粒子光学鏡筒１０における荷電粒子線の出射などの動作を継続した状態で、また、荷電粒子生成空間１００や第一空間２００の真空引きを継続した状態で行うことができる。従って、ユーザは、試料６０の交換を迅速に行い、交換した試料６０の観察画像を迅速に得ることが可能になる。
　また、本実施形態では、試料ステージ６１およびその操作つまみ６２，６３、さらには、圧力調整弁４８がすべて蓋部材７０に集約して取り付けられている。従って、ユーザは、操作つまみ６２，６３の操作、試料６０の交換作業、圧力調整弁４８の調整、ガス供給配管の脱着作業などを、支持筐体２０の同じ面で行うことができる。よって、ユーザにとっての操作性が向上し、使い勝手が向上する。
（第二の実施形態の変形例）
　図６は、本発明の第二の実施形態の変形例に係る荷電粒子線装置１ａの要部構成の例を模式的に示した図である。この実施形態の変形例は、第二の実施形態の構成に、第二アパーチャ部材３１の位置を調整する位置調整機構を追加したものであり、他の構成は、第二の実施形態と同じである。
　第二アパーチャ部材３１は、試料６０に接する部分であるから、汚染したり破損したりすることが考えられる。従って、第二アパーチャ部材３１は、洗浄や交換のためにしばしば着脱されることを想定しておく必要がある。そして、第二アパーチャ部材３１を新たに装着したときには、荷電粒子光学鏡筒１０から照射される一次荷電粒子線の光軸１２を、第二アパーチャ部材３１の小孔３１ａの中心に合わせる作業が必要となる。そこで、この実施形態の変形例では、第二アパーチャ部材３１の位置を調整する位置調整機構が新たに追加されたものとなっている。
　その場合、第二アパーチャ部材３１は、薄くて小さいので、第二アパーチャ部材３１自体に位置調整のための移動機構を設けるのは難しい。そこで、本変形例では、第二アパーチャ部材３１を直接に内挿筐体３０の開口部に配設するのではなく、内挿筐体３０と第二アパーチャ部材３１との間にアパーチャ保持部材３１１を介在させる。
　すなわち、図６に示すように、まず、第二アパーチャ部材３１をアパーチャ保持部材３１１に着脱可能に配設する。ここで、接着剤３１２などで第二アパーチャ部材３１をアパーチャ保持部材３１１に固定し、真空封止してもよく、あるいは、図示しないネジやＯリングなどで固定し、真空封止してもよい。また、第二アパーチャ部材３１およびアパーチャ保持部材３１１は、一次荷電粒子線の照射によるチャージアップを防止するため導電性材料で構成され、接地されるのが好ましい。
　そして、内挿筐体３０の上部に設けられた開口部を塞ぐように、その第二アパーチャ部材３１が配設されたアパーチャ保持部材３１１を、内挿筐体３０の内面側（第二空間３００側）に配設する。なお、このとき、アパーチャ保持部材３１１は、内挿筐体３０の内面に沿ってＸＹ方向それぞれに、例えば、±１ｃｍ程度移動可能なように配設されるものとする。
　さらに、内挿筐体３０内の第二空間３００を塞いでいる蓋部材７０の外側には、アパーチャ保持部材３１１を移動させるための操作つまみ３１３が配設されている。すなわち、ユーザが操作つまみ３１３を回転させると、制御棒３１４が延伸または後退する。従って、制御棒３１４の延伸または後退により、アパーチャ保持部材３１１が移動させられる。ここで、操作つまみ３１３は、Ｘ軸移動用およびＹ軸移動用の２つあるものとする。
　なお、アパーチャ保持部材３１１の移動を駆動するためにモータを用いてもよい。その場合には、操作つまみ３１３を蓋部材７０に配設する必要はない。また、駆動用のモータを制御系装置５０で制御することにより、アパーチャ保持部材３１１の移動制御、すなわち、第二アパーチャ部材３１の位置調整を制御系装置５０により行うことが可能になる。
　以上のような構成により、ユーザは、第二アパーチャ部材３１を保持したアパーチャ保持部材３１１をＸ軸およびＹ軸方向に移動させることができるので、第二アパーチャ部材３１の小孔３１ａの中心が一次荷電粒子線の光軸１２に一致するように、その位置調整を行うことが可能になる。
　なお、以上の実施形態の変形例では、第二アパーチャ部材３１が小さいものとして、第二アパーチャ部材３１をアパーチャ保持部材３１１に保持させる形態をとったが、第二アパーチャ部材３１のサイズを大きくし、第二アパーチャ部材３１自体を移動可能なものにしてもよい。
＜第三の実施形態＞
　図７は、本発明の第三の実施形態に係る荷電粒子線装置の構成の例を模式的に示した図である。以下、第三の実施形態の説明では、第一の実施形態と相違する構成について主に説明し、第一の実施形態と同じ構成要素については同じ符号を用い、その説明を省略する。
　図７に示すように、第三の実施形態に係る荷電粒子線装置１ｂは、第一の実施形態に係る荷電粒子線装置１とは、第一の実施形態でいうような支持筐体２０および内挿筐体３０が設けられていない点で、大きく相違する。
　すなわち、第三の実施形態では、支持筐体２０の代わりに床置きされる基礎体８０、基礎体８０に垂直上方に取り付けられた支柱８１、支柱８１に略水平に片持ちされた梁材８２が設けられている。このとき、梁材８２の一端は、支柱８１の上部に取り付けられ、他の一端には、荷電粒子光学鏡筒１０が取り付けられている。
　また、荷電粒子光学鏡筒１０の下部外側には、第一の実施形態でいう第一空間２００に相当する空間を構成するための鏡体補助筐体９０が、真空封止部材９０１を介して取り付けられている。そして、その鏡体補助筐体９０の下部で荷電粒子光学鏡筒１０からの一次荷電粒子線が照射される部分の中心近傍には、開口部が設けられており、さらに、その開口部を塞ぐように第二アパーチャ部材３１が取り付けられている。
　ここで、第二アパーチャ部材３１の中心部には、直径１ｍｍより小さい程度の小孔が設けられている。そして、第二アパーチャ部材３１は、荷電粒子光学鏡筒１０から照射される一次荷電粒子線の光軸１２がその小孔の中心部と交わるような位置に取り付けられるものとする。
　従って、鏡体補助筐体９０の内部は、第一の実施形態でいう第一空間２００と同じ役割を果たすことになるため、真空ポンプ４６によって真空引きされる。また、鏡体補助筐体９０には、メンテナンス時などに内部を大気開放するためのリークバルブ４７が設けられている。
　荷電粒子光学鏡筒１０の内部の構成は、その下部の外側に配設された検出器１６の構成も含め、第一実施形態の場合と同じである。従って、電子レンズ１３の中心部に設けられた円管部材１４の下端には、第一実施形態と同様に、第一アパーチャ部材１５または隔膜部材１５ａが配設されている。そして、円管部材１４および第一アパーチャ部材１５または隔膜部材１５ａによって荷電粒子光学鏡筒１０の内部の空間から隔離された荷電粒子生成空間１００は、真空ポンプ４３によって真空引きされる。
　また、第二アパーチャ部材３１が配設された位置の下方の基礎体８０上には、試料ステージ６１が設けられており、さらに、試料ステージ６１の上には、試料６０が載置される。この第３の実施形態では、内挿筐体３０に相当するものがないので、大きな試料６０の観察画像を取得可能なことが大きな特徴といえる。
　その特長を活かすため、支柱８１には、梁材８２を支持する高さ位置を上下に移動させる鏡筒位置変更機構８４を備えるのが好ましい。また、ユーザが手動で試料６０を移動させることにより、位置を定めるものとした場合には、試料ステージ６１はなくてもよい。また、第二アパーチャ部材３１が取り付けられた鏡体補助筐体９０を含む荷電粒子光学鏡筒１０をユーザが手で持つものとした場合には、基礎体８０、支柱８１、梁材８２を不要としてもよい。
　以上、第３の実施形態によれば、第一の実施形態の場合と同様に、試料６０の交換や観察対象領域の変更を、荷電粒子光学鏡筒１０における一次荷電粒子線の出射などの動作を継続した状態で、また、荷電粒子生成空間１００や鏡体補助筐体９０の内部空間の真空引きを継続した状態で行うことができる。従って、ユーザは、試料６０の交換や観察対象領域の変更を迅速に、かつ、手軽に行うことが可能になり、ユーザにとって使い勝手のよい荷電粒子線装置が得られる。
　なお、本発明は、以上に説明した実施形態に限定されるものでなく、さらに様々な変形例が含まれる。例えば、前記の実施形態は、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、必ずしも説明したすべての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。
　１，１ａ，１ｂ　荷電粒子線装置
　１０　　荷電粒子光学鏡筒
　１１　　荷電粒子源
　１２　　光軸
　１３　　電子レンズ
　１４　　円管部材
　１５　　第一アパーチャ部材
　１５ａ　隔膜部材
　１６　　検出器
　２０　　支持筐体
　３０　　内挿筐体
　３１　　第二アパーチャ部材
　３２　　合わせ部
　３３　　保持部
　３４　　内挿部
　４１　　真空配管
　４２，４５　　真空バルブ
　４３，４６　　真空ポンプ
　４４　　真空配管
　４６　　真空ポンプ
　４７　　リークバルブ
　４８　　圧力調整弁
　５０　　制御系装置
　５１　　下位制御部
　５２　　上位制御部
　５３　　パソコン
　６０　　試料
　６１　　試料ステージ
　６４　　支持板
　７０　　蓋部材
　７１　　蓋支持部材
　７２　　底板
　７３　　支持棒材
　８０　　基礎体
　８１　　支柱
　８２　　梁材
　８４　　鏡筒位置変更機構
　９０　　鏡体補助筐体
　１００　荷電粒子生成空間
　１３１　対物レンズ
　１４０　金属固定部材
　１４１　封止部材
　１４２　ネジ山
　１５０　隔膜部
　１５１　隔膜保持部材
　２００　第一空間
　３００　第二空間
　３１０　軟性部材
　３１１　アパーチャ保持部材

Claims (11)

  1. 　荷電粒子源および電子レンズが収容される荷電粒子光学鏡筒と、
    　上面に前記荷電粒子光学鏡筒を搭載するとともに、側面に開口部を有する支持筐体と、
    　側面に開口部を有し、当該開口部が前記支持筐体の開口部と同じ側面に位置するように前記支持筐体の内部に挿入されて、前記支持筐体の開口部を塞ぐ内挿筐体と、
    　前記荷電粒子光学鏡筒内における前記電子レンズのうち、対物レンズの磁場の中心近傍に、前記荷電粒子源が収納された空間を隔離するように配設され、その中心部に小孔を有する第一アパーチャ部材と、
    　前記内挿筐体が前記支持筐体の内部に挿入された状態で、前記内挿筐体の上面の前記一次荷電粒子線が照射される領域部分に設けられた開口部を外側から塞ぐように配設され、その中心部に小孔を有する第二アパーチャ部材と、
    　前記荷電粒子源から出射される一次荷電粒子線が前記第一アパーチャ部材の小孔および前記第二アパーチャ部材の小孔を通過して、前記第二アパーチャ部材の下面に接触または近接して配置される試料に照射されるとき、前記試料から放出される二次荷電粒子を検出する検出器と、
    　を備えることを特徴とする荷電粒子線装置。
  2. 　前記荷電粒子光学鏡筒内において前記荷電粒子源から一次荷電粒子線が出射され、その一次荷電粒子線が通過する空間は、前記第一アパーチャ部材に設けられた小孔の部分を除き、密閉された空間を構成し、真空ポンプにより第一の真空圧に真空引きされ、
    　前記支持筐体と前記内挿筐体との間に形成された空間は、前記第一アパーチャ部材に設けられた小孔の部分および前記第二アパーチャ部材に設けられた小孔の部分を除き、密閉された空間を構成し、真空ポンプにより第二の真空圧に真空引きされ、
    　第一の真空圧は、第二の真空圧よりも真空度が高いこと
    　を特徴とする請求の範囲第１項に記載の荷電粒子線装置。
  3. 　前記第一アパーチャ部材の小孔が薄膜で塞がれていること
    　を特徴とする請求の範囲第１項に記載の荷電粒子線装置。
  4. 　前記第一アパーチャ部材および前記第二アパーチャ部材は、いずれも導電性を有し、接地されていること
    　を特徴とする請求の範囲第１項または第２項に記載の荷電粒子線装置。
  5. 　前記第一アパーチャ部材の小孔の直径および前記第二アパーチャ部材の小孔の直径は、いずれも１ｍｍ以下であること
    　を特徴とする請求の範囲第１項または第２項に記載の荷電粒子線装置。
  6. 　前記小孔を塞ぐ薄膜の材料は、シリコン、酸化シリコン、窒化シリコン、炭化シリコンのいずれかであること
    　を特徴とする請求の範囲第２項に記載の荷電粒子線装置。
  7. 　前記小孔を塞ぐ薄膜の膜厚は、１００ｎｍ以下であること
    　を特徴とする請求の範囲第２項に記載の荷電粒子線装置。
  8. 　前記内挿筐体の開口部が蓋部材で塞がれていること
    　を特徴とする請求の範囲第１項に記載の荷電粒子線装置。
  9. 　前記蓋部材には、前記蓋部材で塞いだ前記内挿筐体内の圧力を調整するための圧力調整弁付きの配管が設けられていること
    　を特徴とする請求の範囲第８項に記載の荷電粒子線装置。
  10. 　荷電粒子源および電子レンズが収容される荷電粒子光学鏡筒と、
    　前記電子レンズを通過する前記一次荷電粒子線が出射される前記荷電粒子光学鏡筒の一次荷電粒子線出射口の周辺に密閉空間を形成するように設けられた補助筐体と、
    　前記荷電粒子光学鏡筒内における前記電子レンズのうち、対物レンズの磁場の中心近傍に、前記荷電粒子源が収納された空間を隔離するように配設され、その中心部に小孔を有する第一アパーチャ部材と、
    　前記補助筐体の内面の前記一次荷電粒子線が照射される領域部分に設けられた開口部を外側から塞ぐように配設され、その中心部に小孔を有する第二アパーチャ部材と、
    　前記荷電粒子源から出射された一次荷電粒子線が前記第一アパーチャ部材の小孔および前記第二アパーチャ部材の小孔を通過して、前記第二アパーチャ部材の下面に接触または近接して配置された試料に照射されたとき、前記試料から放出される二次荷電粒子を検出する検出器と、
    　を備えることを特徴とする荷電粒子線装置。
  11. 　前記荷電粒子光学鏡筒がその端部に取り付けられた梁材と、
    　前記荷電粒子光学鏡筒が取り付けられた梁材を片持ち支持する支柱と、
    　前記支柱を直立させて支持する基礎体と、
    　を、さらに備え、
    　前記梁材は、前記支柱に支持される高さ位置を変更可能に取り付けられていること
    　を特徴とする請求の範囲第１０項に記載の荷電粒子線装置。
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