掃描電子顯微鏡及圖像生成方法
【專利摘要】在能在大氣壓下進行觀察的帶電粒子線裝置中，使用使帶電粒子線透過的隔膜，對配置試樣的大氣壓空間和帶電粒子光學(xué)系統(tǒng)側(cè)的真空空間進行隔離。該隔膜非常薄，因此破損的情況多。因此，產(chǎn)生隔膜的更換頻率增加，由更換作業(yè)帶來的便利性下降、運轉(zhuǎn)費用增加之類的問題。為了解決該課題，參照圖1，掃描電子顯微鏡的特征在于，具備：電子光學(xué)鏡筒(2)，其將一次電子線照射至試樣(6)上；箱體(7)，其與電子光學(xué)鏡筒內(nèi)部直接連結(jié)，至少在一次電子線的照射中，使內(nèi)部與上述電子光學(xué)鏡筒內(nèi)部相比為低真空的狀態(tài)；以及隔膜(10)，其對載置試樣(6)的大氣壓環(huán)境的空間和低真空狀態(tài)的箱體的內(nèi)部進行隔離，并且供上述一次電子線透過。
【專利說明】
掃描電子顯微鏡及圖像生成方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及能在大氣或大氣壓的預(yù)定的氣體環(huán)境下觀察的帶電粒子線裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]為了觀察物體的微小的區(qū)域，使用掃描型電子顯微鏡(SEM)、透過型電子顯微鏡(TEM)等。一般地，在這些裝置中對用于配置試樣的箱體進行真空排氣，使試樣環(huán)境為真空狀態(tài)而對試樣進行攝像。電子線由于大氣等氣體分子散亂，因此，電子線的通過路徑優(yōu)選為真空。但是，生物化學(xué)試樣、液體試樣等由于真空而受到損傷，或狀態(tài)變化。另一方面，想要利用電子顯微鏡觀察這種試樣的需求大，近年來，開發(fā)了能在大氣壓下對觀察對象試樣進行觀察的SEM裝置。
[0003]在專利文獻I中記載了能在大氣壓下觀察的SEM裝置。該裝置原理上在電子光學(xué)系統(tǒng)與試樣之間設(shè)置電子線能透過的隔膜而對真空狀態(tài)與大氣狀態(tài)進行分隔，在使試樣與隔膜接近而非接觸的狀態(tài)下觀察這一點與環(huán)境盒等觀察方法不同。在本方式中，通過利用隔膜將電子線將要到達隔膜之前的路徑維持為高真空狀態(tài)，能防止電子線的散亂，并且通過將產(chǎn)生電子線的散亂的區(qū)域限定為試樣距隔膜之間非常短的距離而能觀察。
[0004]另外，在非專利文獻I中記載了在低真空環(huán)境中照射電子線并加工金剛石的方法。另外，也提及了除去金剛石基板上的雜質(zhì)的方法。
[0005]現(xiàn)有技術(shù)文獻
[0006]專利文獻
[0007]專利文獻I:日本特開2012-221766號公報
[0008]非專利文獻:Jun-1chiNIITSUMA et.al.，“Nanoprocessing of Diamond Usinga Variable Pressure Scanning Electron Microscope，，，Japanese Journal of AppliedPhysics，2006，voI.45，N0.2，p.L71-L73

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]發(fā)明所要解決的課題
[0010]在大氣壓下能觀察的帶電粒子線裝置中，使用使帶電粒子線透過的隔膜，對配置試樣的大氣壓空間與帶電粒子光學(xué)系統(tǒng)側(cè)的真空空間進行隔離。根據(jù)使帶電粒子線透過的主要要求，隔膜的厚度設(shè)定得非常薄，普遍由于試樣的接觸等而破損。
[0011]另外，根據(jù)本發(fā)明人的實驗，在即使試樣不與隔膜接觸，進行利用帶電粒子線的觀察的情況下，在向隔膜照射帶電粒子線時或持續(xù)照射時，確認(rèn)存在隔膜破損的現(xiàn)象。根據(jù)該現(xiàn)象，在由于試樣的接觸等引起的破損時以外，也需要以某頻率更換隔膜。由此，產(chǎn)生隔膜的更換頻率增加，產(chǎn)生隔膜的更換頻率增加，由更換作業(yè)產(chǎn)生的便利性的下降、運轉(zhuǎn)費用增加之類的問題。
[0012]本發(fā)明人關(guān)于由帶電粒子線照射產(chǎn)生的隔膜的破損，發(fā)現(xiàn)由于帶電粒子線照射而在隔膜上產(chǎn)生的污染物成為原因。即，當(dāng)污染物附著在隔膜上時，發(fā)現(xiàn)由于在污染物附著部邊界的應(yīng)力集中或隔膜與污染物部分的熱膨脹系數(shù)的差引起的熱應(yīng)力等，隔膜被破壞的可會生1? O
[0013]本發(fā)明的目的在于提供通過減少在隔膜上產(chǎn)生的污染物，減少隔膜的破損頻率，抑制運轉(zhuǎn)費用且便利性更好的帶電粒子線裝置。
[0014]用于解決課題的方法
[0015]為了解決上述課題，本發(fā)明的掃描電子顯微鏡具備將一次電子線照射在試樣上的電子光學(xué)鏡筒、與電子光學(xué)鏡筒內(nèi)部直接連結(jié)且至少在一次電子線的照射中內(nèi)部與上述電子光學(xué)鏡筒內(nèi)部相比為低真空的狀態(tài)的箱體;對載置試樣的大氣壓環(huán)境的空間與低真空狀態(tài)的箱體內(nèi)部進行隔離并且使上述一次帶電粒子線透過的隔膜。
[0016]根據(jù)本發(fā)明人的實驗，當(dāng)使與隔膜的真空側(cè)的面接觸的箱體的內(nèi)部空間為低真空即氣體殘留的狀態(tài)，則能分解附著在隔膜上的污染物。該現(xiàn)象由以下原因造成:向箱體內(nèi)部的氣體分子照射一次電子線，由此分解等離子化的氣體分子附著在隔膜上的污染物。
[0017]發(fā)明效果
[0018]根據(jù)本發(fā)明，在大氣壓下能觀察的掃描電子顯微鏡中，能分解或除去附著在隔膜上的污染物，減少隔膜的破損概率。由此，能提供減少隔膜更換的頻率且抑制了運轉(zhuǎn)費用的便利性好的掃描電子顯微鏡。
[0019]上述以外的課題、結(jié)構(gòu)及效果根據(jù)以下的實施方式的說明變得明確。
【附圖說明】
[0020]圖1是實施例一的帶電粒子顯微鏡的整體結(jié)構(gòu)圖。
[0021]圖2是圖1的變形例的整體結(jié)構(gòu)圖。
[0022]圖3是圖1的變形例的整體結(jié)構(gòu)圖。
[0023]圖4是組合光學(xué)顯微鏡的情況的結(jié)構(gòu)圖。
[0024]圖5是試樣臺的詳細圖。
[0025]圖6是實施例三的帶電粒子顯微鏡的整體結(jié)構(gòu)圖。
[0026]圖7是實施例四的帶電粒子顯微鏡的整體結(jié)構(gòu)圖。
[0027]圖8是實施例五的帶電粒子顯微鏡的整體結(jié)構(gòu)圖。
[0028]圖9是實施例六的帶電粒子顯微鏡的整體結(jié)構(gòu)圖。
[0029]圖10是實施例七的帶電粒子顯微鏡的整體結(jié)構(gòu)圖。
[0030]圖11是實施例七的帶電粒子顯微鏡的變形例的整體結(jié)構(gòu)圖。
【具體實施方式】
[0031]下面，使用附圖對各實施方式進行說明。
[0032]在以下中，作為帶電粒子線裝置的一例，對帶電粒子線顯微鏡進行說明。但是，這只是本發(fā)明的例子，本發(fā)明未限定于以下說明的實施方式。本發(fā)明也能應(yīng)用于掃描電子顯微鏡、掃描離子顯微鏡、掃描透過電子顯微鏡、這些與試樣加工裝置的復(fù)合裝置、或應(yīng)用于它們的解析、檢查裝置。
[0033]另外，在本說明書中“大氣壓”是大氣環(huán)境或預(yù)定的氣體環(huán)境，表示大氣壓或稍微的負(fù)壓狀態(tài)的壓力環(huán)境。具體地說，是大約從15Pa(大氣壓)至13Pa左右。另外，有時也將該壓力范圍稱為“非真空”。
[0034]實施例一
[0035]在本實施例中，對基本的實施方式進行說明。圖1表示本實施例的帶電粒子顯微鏡的整體結(jié)構(gòu)圖。另外，以下的實施例以掃描電子顯微鏡進行說明，但如上所述，本發(fā)明未限定于此。
[0036]圖1所示的帶電粒子顯微鏡主要包括帶電粒子光學(xué)鏡筒2、與帶電粒子光學(xué)鏡筒2連接并支撐帶電粒子光學(xué)鏡筒2的箱體(真空室)7、配置在大氣環(huán)境下的試樣工作臺5及控制它們的控制系統(tǒng)。在帶電粒子顯微鏡的使用時，帶電粒子光學(xué)鏡筒2與箱體7的內(nèi)部被真空栗4真空排氣。真空栗4的起動、停止動作也由控制系統(tǒng)控制。圖中僅圖示一個真空栗4，但也可以是兩個以上。帶電粒子光學(xué)鏡筒2及箱體7由基座270支撐未圖示的柱等。
[0037]帶電粒子光學(xué)鏡筒2由產(chǎn)生帶電粒子線的帶電粒子源8、對產(chǎn)生的帶電粒子線進行集中并向鏡筒下部引導(dǎo)，作為一次帶電粒子線對試樣6進行掃描的光學(xué)透鏡I等要素構(gòu)成。從帶電粒子源的壽命等問題來看，一邊帶電粒子源周圍的環(huán)境為10—1Pa以下的氣壓(以下稱為高真空)。帶電粒子光學(xué)鏡筒2以向箱體7內(nèi)部突出的方式設(shè)置，通過真空封閉部件123固定于箱體7。在帶電粒子光學(xué)鏡筒2的端部配置檢測由上述一次帶電粒子線的照射得到的二次帶電粒子(二次電子或反射電子)的檢測器3。基于由檢測器3得到的信號獲得試樣的圖像。檢測器3可以位于帶電粒子光學(xué)鏡筒2的外部也可以位于內(nèi)部。在帶電粒子光學(xué)鏡筒上除此之外也可以包括其他透鏡、電極、檢測器，一部分可以與上述不同，帶電粒子光學(xué)鏡筒所含的帶電粒子光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)未限定于此。
[0038]本實施例的帶電粒子顯微鏡作為控制系統(tǒng)具備裝置使用者使用的計算機35、與計算機35連接并進行通信的上位控制部36、根據(jù)從上位控制部36發(fā)送的命令進行真空排氣系統(tǒng)、帶電粒子光學(xué)系統(tǒng)等的控制的下位控制部37。計算機35具備顯示裝置的操作畫面(GUI)的監(jiān)視器及鍵盤、鼠標(biāo)等向操作畫面的輸入機構(gòu)。上位控制部36、下位控制部37及計算機35分別由通信線43、44連接。
[0039]下位控制部37是收發(fā)用于控制真空栗4、帶電粒子源8、光學(xué)透鏡I等的控制信號的部位，還將檢測器3的輸出信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像信號向上位控制部36發(fā)送。在圖中將來自檢測器3的輸出信號經(jīng)過前置放大器等增幅器154與下位控制部37連接。也可以不需要增幅器。
[0040]在上位控制部36與下位控制部37，模擬電路、數(shù)字電路等可以混合，且上位控制部36與下位控制部37可以統(tǒng)一為一個。在帶電粒子顯微鏡中除此之外也可以包括控制各部分的動作的控制部。上位控制部36、下位控制部37可以利用專用的電路基板構(gòu)成為硬件，也可以利用由計算機35執(zhí)行的軟件構(gòu)成。在由硬件構(gòu)成的情況下，能夠通過將執(zhí)行處理的多個運算器集中在配線基板上或半導(dǎo)體芯片或箱內(nèi)實現(xiàn)。在由軟件構(gòu)成的情況下，能通過在計算機上搭載高速的通用CPU，執(zhí)行對期望的運算處理進行執(zhí)行的程序?qū)崿F(xiàn)。另外，圖1所示的控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)只不過為一例，控制單元、閥、真空栗或通信用的配線等變形例只要能滿足在本實施例中期望的功能，則屬于本實施例的SEM或帶電粒子線裝置的范疇。
[0041]在箱體7上連接將一端連接于真空栗4的真空配管16，能將內(nèi)部維持為真空狀態(tài)。同時，具備用于使箱體內(nèi)部大氣敞開的泄漏閥14，在維修時等，能夠?qū)ο潴w7的內(nèi)部進行大氣釋放。泄漏閥14可以沒有，也可以為兩個以上。另外，箱體7中的泄漏閥14的配置部位未限于圖1所示的場所，可以配置于箱體7上的其他位置。根據(jù)這些結(jié)構(gòu)，能自如地調(diào)整箱體7內(nèi)部的真空度。但是，如上所述，帶電粒子源8的周圍的環(huán)境需要保持為高真空。因此，具備用于保持帶電粒子光學(xué)鏡筒2的內(nèi)部與箱體7的內(nèi)部的氣壓差的孔62?？?2具備于帶電粒子光學(xué)鏡筒2內(nèi)部直至正下方。另外，可以在真空配管16中具備調(diào)整排氣流量的流量調(diào)整機構(gòu)。流量調(diào)整機構(gòu)例如是孔或針閥等。作為一例，在圖示中表示在帶電粒子光學(xué)鏡筒2正下方具備孔62、在真空配管16中具備針閥63的結(jié)構(gòu)。本結(jié)構(gòu)未限定于上述組合，例如在帶電粒子光學(xué)鏡筒2正下方具備孔62，并且在帶電粒子光學(xué)鏡筒2部分與箱體7部分分別具備真空栗。在圖2中，表示帶電粒子光學(xué)鏡筒2由真空栗4進行真空排氣，利用另一臺的第二真空栗4a對箱體7內(nèi)部進行真空排氣的例子。如圖2所示，第二真空栗4a通過不僅連接于箱體7，還連接于真空栗4的排氣部，可以構(gòu)成為二級排氣的結(jié)構(gòu)。在該情況下，能有效地對帶電粒子光學(xué)鏡筒2內(nèi)部進行排氣。另外作為其他例子，可以以分割流方式等一臺栗將帶電粒子光學(xué)鏡筒2部分與箱體7部分設(shè)定為各個真空度。如上所述，通過對帶電粒子光學(xué)鏡筒2的內(nèi)部與箱體7的內(nèi)部分別進行真空排氣或排氣流量限制，能比箱體7內(nèi)部提高帶電粒子光學(xué)鏡筒2的真空度，能使分解能等裝置性能良好，能使箱體7內(nèi)部的隔膜10周邊為低真空。
[0042]在箱體下面，在位于上述帶電粒子光學(xué)鏡筒2的正下方的位置具備隔膜10。該隔膜10能使從帶電粒子光學(xué)鏡筒2的下端釋放的一次帶電粒子線透過或通過，一次帶電粒子線通過隔膜10最終到達搭載于試樣臺52的試樣6。通過隔膜10從試樣載置空間隔離而構(gòu)成的封閉空間(即帶電粒子光學(xué)鏡筒2及箱體7的內(nèi)部)能進行真空排氣。在本實施例中，由于利用隔膜10維持被真空排氣的空間的氣密狀態(tài)，因此，能將帶電粒子光學(xué)鏡筒2維持為真空狀態(tài)且將試樣6周圍的環(huán)境維持為大氣壓而觀察。另外，即使照射帶電粒子線的狀態(tài)，設(shè)置試樣的空間也是大氣環(huán)境或與大氣環(huán)境的空間連通，因此，能在觀察中自如地更換試樣6。
[0043]隔膜10在底座9上成膜或蒸鍍。隔膜10是碳材料、有機材料、金屬材料、四氮化三硅、碳化硅、氧化硅等。底座9例如是硅或金屬部件那樣的部件。隔膜10部可以是配置多個的多窗。能使一次帶電粒子線透過或通過的隔膜的厚度為數(shù)nm數(shù)?μπι左右。隔膜10需要在用于使大氣壓與真空分離的壓力差下不會破損。因此，隔膜10的面積比數(shù)十μπι稍大，為數(shù)_左右的大小。
[0044]支撐隔膜10的底座9具備于隔膜保持部件155上。未圖示，但底座9與隔膜保持部件155由能真空密封的O環(huán)、襯墊粘接劑或雙面膠等粘接。隔膜保持部件155在箱體7的下面?zhèn)韧ㄟ^真空封閉部件124能裝卸地固定。隔膜10為了帶電粒子線透過的要求，厚度非常薄，為數(shù)nm?數(shù)μπι左右以下，因此，存在歷時劣化或在觀察準(zhǔn)備時破損的可能性。另外，由于隔膜10及支撐隔膜10的底座9小，因此，直接處理非常難。因此，如本實施例，通過使隔膜10及底座9與隔膜保持部件155—體化，使底座9不直接而能通過隔膜保持部件155處理，隔膜10及底座9的處理(尤其更換)非常容易。即，在隔膜10破損了的情況下，只要對每個隔膜保持部件155進行更換即可。即使必須直接更換隔膜10的情況下，也能將隔膜保持部件155取出到裝置外部，在裝置外部對每個與隔膜10—體化的底座9進行更換。
[0045]另外，未圖示，但可以在試樣6的正下方或附近配置能觀察試樣的光學(xué)顯微鏡。在該情況下，隔膜10位于試樣上側(cè)，光學(xué)顯微鏡從試樣下側(cè)觀察。因此，在該情況下，試樣臺52需要相對于光學(xué)顯微鏡的光透明。作為透明的部件，是透明玻璃、透明塑料、透明的結(jié)晶體等。作為更普通的試樣臺，具有承物玻璃片(或顯微鏡用標(biāo)本)、盤子(或淺底盤)等透明試樣A坐口寸O
[0046]另外，可以具備溫度加熱器、在試樣中能產(chǎn)生電場的電壓施加部等。在該情況下，能觀察試樣加熱或冷卻的樣式、在試樣上施加電場的樣式。
[0047]另外，隔膜可以配置兩個以上。例如，可以在帶電粒子光學(xué)鏡筒2的內(nèi)部具有隔膜。或者，在對真空與大氣進行分離的第一隔膜的下側(cè)具備第二隔膜而在第二隔膜與試樣工作臺之間內(nèi)置試樣。
[0048]另外，可以使在內(nèi)置了試樣整體的狀態(tài)下能導(dǎo)入真空裝置內(nèi)部的環(huán)境盒為試樣。例如，在環(huán)境盒內(nèi)部具備試樣高度調(diào)整機構(gòu)，當(dāng)使試樣接近用于對真空與大氣進行分離的隔膜時，后述的本發(fā)明也能適應(yīng)。在本發(fā)明中，不論隔膜的數(shù)量、種類如何，只要能滿足在本實施例中期望的功能，則屬于本實施例的SEM或帶電粒子線裝置的范疇。
[0049]在利用隔膜將試樣與大氣環(huán)境隔離地進行觀察時，當(dāng)使箱體7的內(nèi)部為高真空狀態(tài)并向隔膜10照射帶電粒子線時，箱體7內(nèi)部的隔膜10附近的碳化氫類的殘留氣體分子重合或架橋并固著在隔膜10上。將這樣附著于隔膜10的異物統(tǒng)稱為污染物。由于在隔膜10上產(chǎn)生的污染物，一次帶電粒子線或二次帶電粒子線的一部分或全部被遮蔽或散亂，妨礙利用帶電粒子線的觀察。
[0050]另外，當(dāng)污染物附著在隔膜10上時，由于在污染物附著部邊界的應(yīng)力集中或由隔膜與污染物部分的熱膨脹系數(shù)的差引起的熱應(yīng)力等，隔膜被破壞。由于在隔膜10上產(chǎn)生污染物，或由于產(chǎn)生污染物，隔膜10破損，因此，需要在每個在大氣環(huán)境下進行觀察的某恒定期間更換隔膜10。由此，產(chǎn)生隔膜10更換作業(yè)的復(fù)雜化、或由以隔膜10更換作業(yè)為起因的裝置工作時間的下降引起的裝置便利性的下降之類的問題。除此之外，也產(chǎn)生伴隨隔膜10更換的裝置運轉(zhuǎn)費用的增加的問題。
[0051]本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)能利用隔膜接觸的空間的真空度減少上述污染物。因此，在本實施例的帶電粒子線裝置中，使箱體7內(nèi)部為低真空。即，將帶電粒子光學(xué)鏡筒2的內(nèi)部維持為高真空，并且使箱體7的內(nèi)部為低真空，使載置試樣的空間為大氣壓。另外，在本說明書中，“低真空”是大氣環(huán)境或預(yù)定的氣體環(huán)境，表示大約0.1Pa以上且大約100Pa以下的氣壓區(qū)域。當(dāng)箱體7內(nèi)部比大約0.1Pa小時，利用帶電粒子線照射，殘留氣體分子不會等離子化，因此污染物幾乎不會分解，與污染物的分解相比，如上所述，污染物附著的速度大，因此不是實用的。另外，當(dāng)箱體7內(nèi)部比大約I OOOPa大時，一次帶電粒子線在箱體7內(nèi)部散亂，因此，難以到達試樣，分辨率極端下降。因此，在本實施例中，作為能有效地分解污染物的氣壓區(qū)域，使箱體7內(nèi)部作為上述范圍。
[0052]在現(xiàn)有的在大氣壓環(huán)境下觀察試樣的裝置中，利用隔膜隔離大氣壓環(huán)境的空間和帶電粒子光學(xué)鏡筒內(nèi)部的真空空間。帶電粒子線由于隔膜及大氣壓環(huán)境的氣體分子而散亂，因此，與在高真空下觀察試樣的情況相比，畫質(zhì)差。為了稍微使畫質(zhì)良好，期望在一次帶電粒子線到達隔膜的路徑中盡量不受到散亂。因此，以往未假想使一次帶電粒子線到達隔膜的路徑的真空度差。另外，一般地，期待通過了物鏡的一次帶電粒子線之后也不受到任何影響地到達試樣。即使在這層意味上，在以往的裝置中也未假想在通過了物鏡之后的路徑中敢于使一次帶電粒子線散亂。相對于此，在本實施例中，通過使作為物鏡與隔膜之間的空間的箱體7的內(nèi)部為上述范圍的真空度的低真空狀態(tài)地照射一次帶電粒子線，能分解附著于隔膜的與箱體7內(nèi)部接觸的面的污染物。
[0053]另外，一般地，帶電粒子光學(xué)鏡筒2的內(nèi)部為高真空，因此，需要維持箱體7的內(nèi)部與帶電粒子光學(xué)鏡筒內(nèi)部的壓力差。因此，根據(jù)其他表現(xiàn)，“低真空”也能夠為氣壓比帶電粒子光學(xué)鏡筒的內(nèi)部高的狀態(tài)。另外，當(dāng)在帶電粒子光學(xué)鏡筒內(nèi)具有多個不同的氣壓的房間時，與這些房間中真空度最低的房間(一般為一次帶電粒子線出射的一側(cè))相比，箱體7內(nèi)部為低真空。另外，如果為其他表現(xiàn)，則箱體7也能夠為設(shè)于高真空的帶電粒子光學(xué)鏡筒與大氣壓的試樣室之間的低真空室。由帶電粒子源產(chǎn)生的一次帶電粒子線通過高真空的帶電粒子光學(xué)鏡筒的內(nèi)部，且在通過低真空狀態(tài)的箱體7的內(nèi)部后透過隔膜，最終照射在處于大氣壓環(huán)境下的試樣。另外，該低真空室為了使與隔膜的一面接觸的面的壓力為低真空而設(shè)置，與其內(nèi)部空間的大小無關(guān)。
[0054]箱體7具備向箱體7內(nèi)部導(dǎo)入大氣或任意的氣體的導(dǎo)入口60。在導(dǎo)入口 60連接針閥61并能調(diào)整導(dǎo)入大氣或任意的氣體的流量。或者，代替針閥61，也可以具備流入阻力大的過濾器、孔。利用這些流量調(diào)整機構(gòu)適當(dāng)?shù)叵拗茪怏w導(dǎo)入的流量。能利用從導(dǎo)入口 60導(dǎo)入的氣體使箱體7內(nèi)部的氣壓上升。
[0055]當(dāng)利用從導(dǎo)入口60導(dǎo)入的氣體，使箱體7內(nèi)部為低真空、即殘留了氣體的狀態(tài)時，向該氣體分子照射一次電子線或二次電子線，通過成為電子、氣體分子，氣體分子電離而等離子化。此時，認(rèn)為利用由電離的氣體分子帶來的噴鍍分解碳化氫類的污染物。即，能通過電子線照射分解污染物。另外，該分解的速度依賴于周圍的氣體分子的量、即真空度。在某真空領(lǐng)域，如上所述，與殘留氣體分子重合或架橋并在隔膜上作為污染物附著的速度相比，分解污染物的速度快，因此能抑制污染物的產(chǎn)生。
[0056]通過使隔膜10周圍為低真空減少污染物的情況如上所述，但通過使隔膜10周圍為低真空，與大氣壓的壓力差變小，還發(fā)現(xiàn)減少施加在隔膜上的壓力的效果。由此，由大氣壓在隔膜10上產(chǎn)生的應(yīng)力變小，能進一步減少隔膜破損的頻率。但是，例如在為了減少壓力差而使真空環(huán)境的氣壓從0.0lPa上升至0.1Pa的情況下，由大氣壓(為10kpa)施加在隔膜上的壓力僅減少0.9X10—5%，由壓力差減小帶來的隔膜破損防止的效果小。即，與由使隔膜10周圍為低真空的自身產(chǎn)生的壓力差減小效果相比，在隔膜10上的污染物減少效果對隔膜10破損防止是有效的。因此，如上所述通過在低真空環(huán)境下向隔膜照射帶電粒子線分解污染物是重要的。
[0057]另外，如圖3所示，可以在導(dǎo)入口60具備能進行開閉操作的閥64。由此，能夠?qū)⑾潴w7內(nèi)部的環(huán)境切換為高真空與低真空的任意的真空度。在箱體7內(nèi)部的環(huán)境為低真空的情況下，與高真空的情況相比，一次帶電粒子線容易散亂，因此，畫質(zhì)劣化。因此，能適當(dāng)切換箱體7內(nèi)部的真空度。
[0058]例如，在決定試樣的觀察對象位置的所謂的視野探尋等不需要高畫質(zhì)觀察的觀察時，使箱體7內(nèi)部為低真空而抑制污染物附著在隔膜10上，并且在對圖像進行攝像時，使箱體7內(nèi)部為高真空而抑制由殘留氣體分子帶來的一次或二次電子線的散亂，獲得S/N好的高畫質(zhì)的圖像。由此，能防止由污染物帶來的隔膜10的破損，獲得高畫質(zhì)的圖像。另外，可以具備視野探尋模式與攝像模式，在計算機35的可視數(shù)據(jù)終端上顯示能進行用戶選擇這些模式的指示的接口。根據(jù)用戶的指示，控制部36、37控制針閥61等流量調(diào)整機構(gòu)而調(diào)整箱體7內(nèi)部的真空度。當(dāng)然，也可以不通過計算機35、控制部，通過用戶自身直接調(diào)整流量調(diào)整機構(gòu)，調(diào)整箱體7內(nèi)部的真空度。
[0059]另外，作為其他例子，具有監(jiān)視隔膜10的污染物的機構(gòu)，由此，可以決定分解污染物的時機。可以利用圖像識別等監(jiān)視污染物的產(chǎn)生，直到污染物堆積在隔膜10上的時間由加速電壓、真空度等諸條件決定，對每個帶電粒子線裝置大致為恒定的時間。因此，能根據(jù)在大氣壓下的觀察時間的累積間接地預(yù)測污染物的產(chǎn)生，可以將此作為污染物分解的時機。具體地說，預(yù)先存儲直到污染物蓄積在隔膜10上而妨礙觀察的時間或直到隔膜10破損的時間，利用設(shè)于計算機35等的計時器，以恒定周期，控制部36、37控制針閥61等流量調(diào)整機構(gòu)而將箱體7內(nèi)部的真空度調(diào)整為低真空。由此，操作員能不擔(dān)心污染物的產(chǎn)生地方便地進行在大氣壓下的SEM觀察。
[0060]另外，具備觀察模式與洗滌模式，將用戶能進行選擇這些模式的指示的接口顯示在計算機35的可視數(shù)據(jù)終端。根據(jù)用戶的指示，控制部36、37控制針閥61等流量調(diào)整機構(gòu)而調(diào)整箱體7內(nèi)部的真空度。當(dāng)然，也可以通過不借助于計算機35、控制部地用戶自身直接調(diào)整流量調(diào)整機構(gòu)，調(diào)整箱體7內(nèi)部的真空度。
[0061 ]據(jù)此，使箱體7內(nèi)部為高真空地進行觀察，在隔膜10的污染物變多時使箱體7內(nèi)部為低真空而進行電子線照射，能分解隔膜10上的污染物。另外，通過任意地切換箱體7內(nèi)部的真空度，能抑制污染物，獲得最適的SEM圖像，并且污染物分解的、根據(jù)狀況進行適當(dāng)?shù)牟僮鳌?br>[0062]以上，使用作為污染物減少的一機構(gòu)使真空度為低真空的結(jié)構(gòu)進行說明，但也能利用其他污染物減少方法用除去污染物。但是，存在以下的問題點，與在上述低真空下的利用帶電粒子線照射的污染物減少相比，不能說是實用的。
[0063]例如，通過在隔膜10周圍具備用于加熱隔膜的加熱器，能減少附著在隔膜上的污染物。在該情況下，隔膜10非常薄，表面積相對于體積大，因此，即使加熱隔膜周圍，也在隔膜部散熱，難以充分地加熱隔膜中心部?；蛘?，當(dāng)在隔膜上形成作為熱源的部件時，由作為消耗品的隔膜的價格上升引起的運轉(zhuǎn)費用的上升成為課題。另外，能在箱體7內(nèi)設(shè)置能利用液體氮素等從外部冷卻的冷卻部件，并通過作為冷阱將氮化氫類氣體吸附在冷卻后的冷卻部件上，減少附著在隔膜上的污染物。在該情況下，需要在隔膜附近、即隔膜10與帶電粒子光學(xué)鏡筒2之間配置冷卻部件，需要使隔膜10與帶電粒子光學(xué)鏡筒2的距離充分離開。由此，隔膜10與帶電粒子光學(xué)鏡筒2的距離離開，試樣6與帶電粒子光學(xué)鏡筒2的距離長大化，產(chǎn)生圖像的分辨率下降等問題。另外，在冷卻使用液體氮素的情況下，運轉(zhuǎn)費用的上升成為問題。另外，也考慮在箱體7上設(shè)置等離子產(chǎn)生裝置，利用等離子進行污染物的減少、分解。在該情況下，無法避免由設(shè)置等離子產(chǎn)生裝置帶來的裝置結(jié)構(gòu)的復(fù)雜化。
[0064]根據(jù)這些，作為防止污染物附著在隔膜10上的方法，使箱體7內(nèi)為低真空簡便且合適，有效性最尚。
[0065]實施例二
[0066]順便地，在大氣壓下能觀察的帶電粒子線顯微鏡中，通過隔膜10的開口面積限制觀察視野。即，隔膜10從使電子線透過的主要條件來看，非常薄，但其為了利用充分薄的隔膜封閉真空，需要隔膜10的面積非常小。例如以隔膜10的面積是250μπι四方，隔膜10的面積耐得住大氣壓的方式設(shè)定得充分小。由此，在開口面積的范圍內(nèi)進行觀察。因此，為了觀察試樣6上特定的場所，反復(fù)進行視野的移動來探尋觀察對象的部位。該操作非常復(fù)雜，會較大地?fù)p壞能在大氣壓下觀察的帶電粒子線顯微鏡的方便性。
[0067]相對于以上的課題，在本實施例中，說明通過在利用帶電粒子線顯微鏡觀察時的視野探尋方面使用光學(xué)顯微鏡等，提高能在大氣壓環(huán)境下觀察的帶電粒子線顯微鏡的方便性。以下，對裝置結(jié)構(gòu)及使用方法進行說明。關(guān)于與實施例一相同的部分，由于簡單，因此省略說明。
[0068]圖4表示在利用帶電粒子線顯微鏡進行觀察時的視野探尋方面使用光學(xué)顯微鏡的結(jié)構(gòu)。在本結(jié)構(gòu)中，使用光學(xué)顯微鏡或高倍率的攝像機等、能在大氣壓環(huán)境下以更低倍率進行觀察的裝置。作為一例，以下對使用光學(xué)顯微鏡160的結(jié)構(gòu)進行說明。
[0069]光學(xué)顯微鏡160具有能相對于光學(xué)顯微鏡光軸160a以恒定的位置關(guān)系保持試樣臺52的試樣設(shè)置臺161(圖4(a))。同樣地，在帶電粒子顯微鏡53的試樣工作臺5上也具備試樣設(shè)置臺163(圖4(b))。試樣設(shè)置臺163在使試樣工作臺5為預(yù)定的坐標(biāo)位置時，能相對于帶電粒子線光軸54以恒定的位置關(guān)系保持試樣臺52。在將試樣臺52設(shè)置在試樣設(shè)置臺161時的光學(xué)顯微鏡光軸160a與試樣臺52的位置關(guān)系和在將試樣臺52設(shè)置在試樣設(shè)置臺162上時的電子線光軸54與試樣臺52的位置關(guān)系一致。
[0070]為上述恒定的位置關(guān)系，但在此作為一例，使用具備光學(xué)顯微鏡光軸160a與試樣臺52的中心軸52a—致的試樣設(shè)置臺161的結(jié)構(gòu)進行說明。
[0071]試樣設(shè)置臺161具有銷、孔等與試樣臺52成對的形狀的定位結(jié)構(gòu)162，通過嵌合試樣臺52，能使試樣臺52的中心軸52a與光學(xué)顯微鏡光軸160a—致地保持。即使在帶電粒子線顯微鏡53的試樣工作臺5中，定位結(jié)構(gòu)164也具有與定位結(jié)構(gòu)162相同的形狀的結(jié)構(gòu)。由此，試樣臺52在使試樣工作臺5為預(yù)定的位置時以中心軸52a與電子線的光軸54—致的方式進行保持。在圖中作為一例，為使定位結(jié)構(gòu)162、164為孔，在試樣臺52具備銷52b的結(jié)構(gòu)，但也可以使用槽、突起等其他結(jié)構(gòu)。
[0072]通過以上，利用光學(xué)顯微鏡160觀察試樣臺52時的觀察視野與利用帶電粒子線顯微鏡53觀察試樣臺52時的觀察視野一致。即，在本結(jié)構(gòu)中，通過共用的試樣臺52與光學(xué)顯微鏡160中的定位結(jié)構(gòu)162、帶電粒子線顯微鏡53中的定位結(jié)構(gòu)164對應(yīng)，光學(xué)顯微鏡160與帶電粒子線顯微鏡53的視野觀察能夠相同。以下，根據(jù)觀察順序說明本結(jié)構(gòu)的效果。
[0073]首先，在光學(xué)顯微鏡160的試樣設(shè)置臺161設(shè)置試樣臺52，一邊利用光學(xué)顯微鏡160進行觀察一邊以試樣6的觀察對象部位6a為視野中心的方式使用手或鑷子等調(diào)整，在試樣臺52上配置或固定試樣6(圖4(c))。接著，將試樣臺52從光學(xué)顯微鏡160的試樣設(shè)置臺161卸下，將試樣臺52設(shè)置在帶電粒子線顯微鏡53的試樣設(shè)置臺163。并且，在使試樣工作臺5移動至預(yù)定的位置后，當(dāng)開始觀察時，能觀察試樣6的觀察對象部位6a的周圍(圖4(d))。
[0074]以上，能通過在光學(xué)顯微鏡160觀察下調(diào)整試樣6的觀察對象部位6a的位置，在帶電粒子線顯微鏡53沒有復(fù)雜的視野探尋地在大氣壓環(huán)境下利用帶電粒子線顯微鏡對觀察對象部位6a進行觀察。由此，提高了能在大氣壓環(huán)境下觀察的利用帶電粒子線顯微鏡的視野探尋操作的便利性。
[0075]另外，使用具備光學(xué)顯微鏡光軸160a與試樣臺52的中心軸52a—致的試樣設(shè)置臺161的結(jié)構(gòu)進行說明，但如上所述，只要光學(xué)顯微鏡光軸160a與試樣臺52的中心軸52a利用試樣設(shè)置臺161以恒定的位置關(guān)系保持即可，當(dāng)然能得到相同的效果。
[0076]接著，說明在利用帶電粒子線顯微鏡觀察時的視野探尋上使用光學(xué)顯微鏡等的其他例子。在上述例子中，由于在光學(xué)顯微鏡160觀察下調(diào)整試樣的位置時使用人手或鑷子等，因此，存在微調(diào)等細微的作業(yè)的正確性、便利性差之類的課題。因此，以下說明在試樣臺52設(shè)置移動機構(gòu)，利用移動機構(gòu)進行試樣的位置調(diào)整的例子。
[0077]圖5表示在試樣臺52具備移動機構(gòu)的結(jié)構(gòu)。圖5的試樣臺在試樣臺52上具備能使試樣在與光學(xué)顯微鏡光軸160a方向垂直的平面(以下稱為XY平面)移動的移動機構(gòu)165。移動機構(gòu)165具備把手165a、165b，能在X、Y方向自如地移動。通過操作把手165a、165b使移動機構(gòu)165進行動作，能在光學(xué)顯微鏡160觀察下觀察試樣6上的任意的部位，探尋觀察對象部位6a地移動至視野中心。在使觀察對象部位6a與光學(xué)顯微鏡的視野中心重合后，能通過與上述相同地搭載于帶電粒子線顯微鏡53并使試樣工作臺5為預(yù)定的位置，對觀察對象部位進行觀察。即，即使使比試樣臺52靠上側(cè)的移動機構(gòu)165沿XY方向移動，利用定位結(jié)構(gòu)162，光學(xué)顯微鏡光軸160a與試樣臺的中心軸52a的位置關(guān)系也不會變化。由此，能更簡便地進行在光學(xué)顯微鏡160下的試樣觀察部位的確定與調(diào)整，能大幅地提高能在大氣壓環(huán)境下觀察的帶電粒子線顯微鏡的視野探尋的操作性，能實現(xiàn)進一步的便利性的提高。
[0078]另外，對于在用于帶電粒子線顯微鏡觀察的定位方面使用光學(xué)顯微鏡160的結(jié)構(gòu)進行說明，通過使用上述結(jié)構(gòu)，也能實現(xiàn)能更容易地比較包括顏色信息的光學(xué)顯微鏡像、更高分辨率或包括組織信息的帶電粒子線圖像的效果。
[0079]實施例三
[0080]以下，說明能使用普通的帶電粒子線裝置簡便地在大氣下進行試樣觀察的裝置結(jié)構(gòu)。圖6表示本實施例的帶電粒子顯微鏡的整體結(jié)構(gòu)圖。與實施例一相同，本實施例的帶電粒子顯微鏡也由帶電粒子光學(xué)鏡筒2、相對于裝置設(shè)置面支撐該帶電粒子光學(xué)鏡筒2的箱體(真空室)7、試樣工作臺5等構(gòu)成。這些各要素的動作、功能或各要素所附加的附近要素與實施例一大致相同，因此省略詳細的說明。
[0081]圖6所示的帶電粒子顯微鏡具備插入箱體7(以下稱為第一箱體)而使用的第二箱體(附件)121。第二箱體121由長方體形狀的主體部131和重合部132構(gòu)成。如后所述，主體部131的長方體形狀的側(cè)面中的至少一側(cè)面為開放面15。主體部131的長方體形狀的側(cè)面中的設(shè)置隔膜保持部件155的面以外的面可以由第二箱體121的壁構(gòu)成?？梢栽诘诙潴w121自身沒有壁地組裝在第一箱體7的狀態(tài)下由第一箱體7的側(cè)壁構(gòu)成。第二箱體121在第一箱體7的側(cè)面或內(nèi)壁面或帶電粒子光學(xué)鏡筒固定位置。主體部131具有收納作為觀察對象的試樣6的功能，通過上述開口部插入第一箱體7內(nèi)部。重合部132構(gòu)成與第一箱體7的設(shè)有開口部的側(cè)面?zhèn)鹊耐獗诿娴闹睾厦?，通過真空封閉部件126固定于上述側(cè)面?zhèn)鹊耐獗诿?。由此，第二箱體121整體與第一箱體7嵌合。上述開口部利用帶電粒子顯微鏡的真空試樣室原本具備的試樣的搬入、搬出用的開口制造最簡便。即，與原本打開的孔的大小一致地制造第二箱體121，只要在孔的周圍安裝真空封閉部件126，則裝置的改造可以必要最小限。另外，第二箱體121能從第一箱體7卸下。
[0082]第二箱體121的側(cè)面是與大氣空間在至少試樣能出入的大小的面連通的開放面15，收納于第二箱體121的內(nèi)部(圖的點線更右側(cè)；以后稱為第二空間)的試樣6在觀察中置于大氣壓狀態(tài)。另外，圖6是與光軸平行方向的裝置剖視圖，因此，開放面15只圖示一個面，但只要利用圖6的紙面里方向及跟前方向的第一箱體的側(cè)面真空封閉，則第二箱體121的開放面15未限于一面。只要在第二箱體121組裝在第一箱體7的狀態(tài)下，至少開放面為一面以上即可。另一方面，能在第一箱體7上連接真空栗4，對由第一箱體7的內(nèi)壁面與第二箱體的外壁面及隔膜10構(gòu)成的封閉空間(以下稱為第一空間)進行真空排氣。通過以將第二空間的壓力保持為比第一空間的壓力大的方式配置隔膜，在本實施例中，能在壓力方面隔離第二空間。即，利用隔膜10將第一空間11維持為真空狀態(tài)，另一方面，第二空間12維持為大氣壓或與大氣壓大致相同的壓力的氣體環(huán)境，因此，能在裝置的動作中將帶電粒子光學(xué)鏡筒2、檢測器3維持為真空狀態(tài)，且能將試樣6維持為大氣壓。另外，由于第二箱體121具有開放面，因此，能在觀察中自如地更換試樣6。
[0083]在第二箱體121的上面?zhèn)龋趯⒌诙潴w121整體嵌合于第一箱體7的情況下，在成為上述帶電粒子光學(xué)鏡筒2的正下方的位置具備隔膜10。該隔膜10能使從帶電粒子光學(xué)鏡筒2的下端釋放的一次帶電粒子線透過或通過，一次帶電粒子線通過隔膜10最終到達試樣
6o
[0084]在第二箱體121的內(nèi)部配置試樣工作臺5，能使試樣6自如地移動。
[0085]即使在該裝置中，也與實施例一相同地具有用于使箱體7內(nèi)部(即第一空間11)為低真空的導(dǎo)入口60。與導(dǎo)入口60相關(guān)的結(jié)構(gòu)與實施例一相同，因此省略詳細的說明。
[0086]實施例四
[0087]圖7表示本實施例的帶電粒子顯微鏡的整體結(jié)構(gòu)圖。本實施例是實施例三的變形例。對于與實施例一、三相同的部分省略詳細的說明。
[0088]在本實施例的帶電粒子顯微鏡的情況下，能利用蓋部件122蓋住構(gòu)成第二箱體121的至少一側(cè)面的開放面，能實現(xiàn)多種功能。以下對此進行說明。
[0089]〈關(guān)于試樣工作臺〉
[0090]本實施例的帶電粒子顯微鏡在蓋部件122具備作為通過改變試樣位置移動觀察視野的機構(gòu)的試樣工作臺5。在試樣工作臺5具備向面內(nèi)方向的XY驅(qū)動機構(gòu)及向高度方向的Z軸驅(qū)動機構(gòu)。在蓋部件122安裝作為支撐試樣工作臺5的底板的支撐板107，試樣工作臺5固定于支撐板107。支撐板107以朝向蓋部件122的向第二箱體121的對置面并向第二箱體121的內(nèi)部延伸的方式安裝。支軸分別從Z軸驅(qū)動機構(gòu)及XY驅(qū)動機構(gòu)延伸，分別與蓋部件122具有的操作把手108及操作把手109連接。裝置用戶通過操作這些操作把手108及109，調(diào)整試樣6在第二箱體121內(nèi)的位置。
[0091 ]〈關(guān)于試樣附近環(huán)境〉
[0092]在本實施例的帶電粒子顯微鏡中，具備向第二箱體內(nèi)供給置換氣體的功能或形成與第一空間11、作為裝置外部的外部大氣不同的氣壓狀態(tài)的功能。從帶電粒子光學(xué)鏡筒2的下端釋放的帶電粒子線通過維持為高真空的第一空間，通過隔膜10向試樣6照射帶電粒子線。在大氣空間中，帶電粒子線由于氣體分子散亂，因此，平均自由行程變短。即，當(dāng)隔膜10與試樣6的距離大時，由一次帶電粒子線或帶電粒子線照射產(chǎn)生的二次電子、反射電子或透過電子等無法到達試樣及檢測器3。另一方面，帶電粒子線的散亂概率與氣體分子的質(zhì)量數(shù)、密度成比例。因此，如果利用質(zhì)量數(shù)比大氣輕的氣體分子置換第二空間或稍微進行抽真空，則帶電粒子線的散亂概率下降，帶電粒子線能到達試樣。另外，即使不是第二空間的整體，只要至少對第二空間中的帶電粒子線的通過路徑、即隔膜10與試樣6之間的空間的大氣進行氣體置換或抽真空即可。
[0093]根據(jù)以上的理由，在本實施例的帶電粒子顯微鏡中，在蓋部件122設(shè)置氣體供給管100的安裝部(氣體導(dǎo)入部)。氣體供給管100利用連結(jié)部102與氣瓶103連結(jié)，由此，向第二空間12內(nèi)導(dǎo)入置換氣體。在氣體供給管100的中途配置氣體控制用閥101，能夠?qū)υ诠軆?nèi)流動的置換氣體的流量進行控制。因此，信號線從氣體控制用閥101向下位控制部37延伸，裝置用戶能在計算機35的監(jiān)視器上所顯示的操作畫面控制置換氣體的流量。另外，氣體控制用閥101也可以手動地操作而開閉。
[0094]作為置換氣體的種類，如果是氮氣、水蒸氣等比大氣輕的氣體，則能發(fā)現(xiàn)改善了圖像S/N的效果，但質(zhì)量更輕的氦氣、氫氣的圖像S/N的改善效果大。
[0095]由于置換氣體是輕元素氣體，因此，容易貯存在第二空間12的上部，下側(cè)難以置換。因此，在蓋部件122上，在比供給管100的安裝位置靠下側(cè)設(shè)置使第二空間的內(nèi)外連通的開口。例如，在圖8中，在壓力調(diào)整閥104的安裝位置設(shè)置開口。由此，被從氣體導(dǎo)入部導(dǎo)入的輕元素氣體擠壓，大氣氣體從下側(cè)的開口排出，因此，能有效地利用氣體對第二箱體121內(nèi)進行置換。另外，可以將該開口兼用為后述的粗排氣口。
[0096]可以代替上述開口設(shè)置壓力調(diào)整閥104。該壓力調(diào)整閥104具有當(dāng)?shù)诙潴w121的內(nèi)部壓力為I氣壓以上時閥自動打開的功能。通過具備具有這種功能的壓力調(diào)整閥，在輕元素氣體導(dǎo)入時，當(dāng)內(nèi)部壓力為I氣壓以上時，自動打開而將氮氣、氧氣等大氣氣體成分向裝置外部排出，能在裝置內(nèi)部充滿輕元素氣體。另外，圖示的氣瓶或真空栗103既具有具備于帶電粒子顯微鏡的情況，也具有裝置用戶事后安裝的情況。
[0097]另外，即使是氦氣、氫氣那樣的輕元素，也存在電子線散亂大的情況。在該情況下，只要將氣瓶103作為真空栗即可。并且，通過稍微進行抽真空，能使第二箱體內(nèi)部為極低真空狀態(tài)(即接近大氣壓的壓力的環(huán)境)。即，能使隔膜10與試樣6之間的空間為極低真空狀態(tài)。例如，在第二箱體121或蓋部件122上設(shè)置真空排氣口，稍微對第二箱體121內(nèi)進行真空排氣?？梢灾髮?dǎo)入置換氣體。該情況下的真空排氣只要將殘留在第二箱體121內(nèi)部的大氣氣體成分減少為一定量以下即可，因此不需要進行高真空排氣，粗排氣便足夠。
[0098]這樣，在本實施例中，能夠?qū)⑤d置試樣的空間控制為從大氣壓(大約15Pa)至大約13Pa的任意的真空度。在以往的所謂的低真空掃描電子顯微鏡中，由于電子線攝像機與試樣室連通，因此，當(dāng)使試樣室的真空度下降而接近大氣壓時，電子線攝像機中的壓力也連動地變化。難以將試樣控制為大氣壓(大約15Pa)?13Pa的壓力。根據(jù)本實施例，由于利用隔膜對第二空間與第一空間進行隔離，因此，被第二箱體121及蓋部件122包圍的第二空間12中的環(huán)境的壓力及氣體種類能夠自如地控制。因此，能將試樣室控制為之前難以控制的大氣壓(大約15Pa)?13Pa的壓力。另外，不僅在大氣壓(大約15Pa)下的觀察，也能在其附近的壓力連續(xù)地變化地觀察試樣的狀態(tài)。
[0099]另外，未圖示，瓶103部可以是復(fù)合地連接氣瓶與真空栗的復(fù)合氣體控制單元等。
[0100]本實施例的結(jié)構(gòu)與上述的結(jié)構(gòu)相比，具有第二箱體內(nèi)部的第二空間12封閉的特征。因此，能提供在隔膜10與試樣6之間導(dǎo)入氣體，或能進行真空排氣的帶電粒子線裝置。
[0101 ]即使在本實施例中，也與實施例一、三相同地具有使箱體7內(nèi)部為低真空的導(dǎo)入口60。從減少附著在隔膜上的污染物的觀點來看，使箱體7內(nèi)部為真空是重要的，只要箱體7內(nèi)部的壓力不依賴于第二空間12的壓力地恒定即可。
[0102]另外，在本結(jié)構(gòu)中，通過卸下隔膜10，不僅能在大氣壓環(huán)境下觀察，還能作為在真空環(huán)境下觀察的所謂普通的SEM使用。即，在安裝隔膜10的情況下，能將第一空間內(nèi)部作為低真空一邊減少向隔膜10附著的污染物一邊在大氣環(huán)境下觀察，在卸下了隔膜10的情況下，通過使第一空間內(nèi)及配置試樣6的第二空間內(nèi)為高真空，作為普通的帶電粒子顯微鏡，能進行更高分辨率、更高倍率的觀察。
[0103]〈其他〉
[0104]如上所述，在本實施例中，試樣工作臺5及其操作把手108、109、氣體供給管100、壓力調(diào)整閥104全部集中在蓋部件122上地安裝。因此，裝置用戶能相對于第一箱體的相同面進行上述操作把手108、109的操作、試樣的更換作業(yè)或氣體供給管100、壓力調(diào)整閥104的操作。由此，與在試樣室的其他面分別安裝上述結(jié)構(gòu)物的結(jié)構(gòu)的帶電粒子顯微鏡相比，充分提高了操作性。
[0105]除了以上說明的結(jié)構(gòu)，可以設(shè)置檢測第二箱體122與蓋部件122的接觸狀態(tài)的接觸監(jiān)視器，監(jiān)視第二空間關(guān)閉或打開。
[0106]另外，除了二次電子檢測器、反射電子檢測器，可以設(shè)置X線檢測器、光檢測器，能進行EDS分析、熒光線的檢測。作為X線檢測器、光檢測器的配置，可以設(shè)置于第一空間11或第二空間12的任一個。
[0107]以上，根據(jù)本實施例，除了實施例一、二的效果之外，能從大氣壓導(dǎo)入置換氣體。另夕卜，能進行與第一空間不同的在壓力的環(huán)境下的試樣觀察。另外，通過卸下隔膜使第一空間與第二空間連通，除了大氣或預(yù)定的氣體環(huán)境下的觀察，也能實現(xiàn)在與第一空間相同的真空狀態(tài)下的試樣觀察的SEM。
[0108]實施例五
[0109]在本實施例中，對用于在帶電粒子線裝置外部調(diào)整試樣收納容器內(nèi)部的試樣位置的裝置結(jié)構(gòu)及其方法進行記載。與實施例一至四相同，本實施例的帶電粒子顯微鏡也由帶電粒子光學(xué)鏡筒2、相對于裝置設(shè)置面支撐該帶電粒子光學(xué)鏡筒2的箱體(真空室)7、試樣工作臺5等構(gòu)成。這些各要素的動作、功能或各要素所附加的附加要素也與實施例一至三大致相同，因此省略詳細的說明。
[0110]圖8表示將試樣收納容器配置在帶電粒子顯微鏡裝置的內(nèi)部的狀態(tài)。試樣收納容器主要由收納容器200、蓋201、具有用于改變試樣6的位置的驅(qū)動機構(gòu)的試樣工作臺203、用于從試樣收納容器外部使試樣工作臺203移動的多個操作部204、使帶電粒子線通過或透過的隔膜10、保持隔膜10的底座9構(gòu)成。試樣6載置在試樣臺上，與該試樣臺一起收納在作為封閉空間的收納容器200內(nèi)部。為了保持為試樣收納容器的外部與內(nèi)部的氣體種類及氣壓狀態(tài)分離的狀態(tài)，在蓋201與收納容器200之間具有O環(huán)、襯墊等真空封閉部件206。試樣工作臺203的下面與收納容器200的底面由未圖示的螺釘?shù)裙潭ā?br>[0111]試樣6與隔膜10非接觸，能使試樣與隔膜10獨立地在與隔膜10平行的方向上移動，因此，能進行非常寬范圍(至少比隔膜的面積大的范圍)的試樣的觀察。另外，由于試樣與隔膜非接觸，因此，不需要在每次更換試樣時更換隔膜。
[0112]在試樣收納容器下側(cè)(底面?zhèn)?具有用于配置于后述的帶電粒子線裝置內(nèi)部的試樣工作臺上的重合部(省略圖示)。重合部可以是凸型，也可以是凹型，也可以是其他形狀。通過重合部209與試樣工作臺的對應(yīng)的部分配合，將試樣收納容器固定在試樣工作臺上。
[0113]帶電粒子線顯微鏡的工作臺5具備向面內(nèi)方向的XY驅(qū)動機構(gòu)及向高度方向的Z軸驅(qū)動機構(gòu)等。支撐板107以朝向蓋部件122的對置面且向箱體7內(nèi)部延伸的方式安裝。支軸分別從Z軸驅(qū)動機構(gòu)及XY驅(qū)動機構(gòu)延伸，分別與蓋部件122具有的操作把手108及操作把手109連接。裝置用戶通過對這些操作把手進行操作，能調(diào)整相對于帶電粒子光學(xué)鏡筒的試樣收納容器的位置。在此，如上所述，在試樣收納容器內(nèi)部也具備位置調(diào)整機構(gòu)，該位置調(diào)整機構(gòu)與工作臺獨立地可動。試樣收納容器內(nèi)部的位置調(diào)整機構(gòu)用于試樣與隔膜的位置重合，工作臺用于帶電粒子線光學(xué)鏡筒與試樣收納容器的位置重合。
[0114]如在實施例一中說明那樣，隔膜按照必須以大氣壓與真空的壓力差維持的要求，隔膜面積非常小。在本實施例中，與實施例一所示的方法相同，能一邊利用光學(xué)顯微鏡確認(rèn)試樣位置一邊使試樣與隔膜獨立地自如移動，因此，能簡便地進行視野探尋的操作。尤其能在保持局部環(huán)境的狀態(tài)下進行該視野探尋的作業(yè)，因此，能非常提高用戶的便利性。
[0115]即使在本裝置中，也與實施例一相同地具有用于使箱體7內(nèi)部為低真空的導(dǎo)入口60。在本實施例的情況下，試樣收納容器的內(nèi)部局部為非真空，作為試樣室的箱體7的內(nèi)部為真空環(huán)境。在本實施例中，與實施例一、三不同，不具備用于使隔膜的帶電粒子源側(cè)的面為低真空環(huán)境的特別的箱體。因此，在將試樣收納容器導(dǎo)入箱體7的內(nèi)部并進行觀察時，將箱體7的內(nèi)部維持為低真空。通過這樣，當(dāng)考慮隔膜10的內(nèi)外的壓力時，能夠為與實施例一相同的狀況，如上述實施例，能減少隔膜的污染物附著。
[0116]在本實施例的情況下，在不使用試樣收納容器的情況下，能作為所謂的通常的SEM進行觀察。在使用試樣收納容器的情況下，利用針閥61使箱體7內(nèi)為低真空環(huán)境而抑制向隔膜10的污染物附著，在不使用試樣收納容器的情況下，作為通常的SEM利用針閥61將箱體7內(nèi)從低真空切換至高真空。另外，本實施例的箱體7內(nèi)部的真空度能從低真空到高真空的范圍內(nèi)自如地控制。在普通的低真空掃描電子顯微鏡中，能將試樣室的真空度控制為從低真空至高真空的任意的壓力，因此，在本實施例的情況下，能不重新設(shè)置箱體地利用現(xiàn)有的掃描電子顯微鏡的試樣室，使隔膜的與真空側(cè)的面接觸的空間為低真空狀態(tài)。在本實施例中，具備使箱體7的內(nèi)部為低真空的試樣收納容器模式與使箱體7的內(nèi)部為高真空的SEM模式，用戶將能進行選擇這些模式的指示的接口顯示在計算機35的可視數(shù)據(jù)終端上。根據(jù)用戶的指示，控制部36、37控制針閥61等流量調(diào)整機構(gòu)而調(diào)整箱體7內(nèi)部的真空度。當(dāng)然，也可以不通過計算機35、控制部，而是通過用戶自身直接調(diào)整流量調(diào)整機構(gòu)，調(diào)整箱體7內(nèi)部的真空度。
[0117]實施例六
[0118]在本實施例中，對作為實施例一的變形例的帶電粒子光學(xué)鏡筒2相對于隔膜10位于下側(cè)的結(jié)構(gòu)進行說明。圖9表示本實施例的帶電粒子顯微鏡的結(jié)構(gòu)圖。真空栗、控制系統(tǒng)等省略圖示。另外，作為真空室的箱體7、帶電粒子光學(xué)鏡筒2相對于裝置設(shè)置面由支柱、支撐件等支撐。各要素的動作、功能或各要素所附加的附加要素與上述實施例大致相同，因此省略詳細的說明。
[0119]如圖9(a)所示，本裝置具備使試樣6接近隔膜10的試樣工作臺5。在本實施例的裝置結(jié)構(gòu)中，觀察圖中試樣6下側(cè)的試樣面。換言之，在本實施例的結(jié)構(gòu)中，裝置上方作為大氣壓空間而開放。在該情況下，能利用試樣工作臺5調(diào)整隔膜與試樣的距離。
[0120]如圖9(b)所示，可以將試樣6直接搭載于隔膜10側(cè)(圖中箭頭)。在該情況下，未必需要試樣工作臺5。為了使隔膜與試樣6接近，使用在隔膜10與試樣6之間限定厚度而被成膜的薄膜、能裝卸的箔材等接觸防止部件56。在該情況下，接觸防止部件56為調(diào)整隔膜與試樣之間的距離的距離調(diào)整機構(gòu)。通過放置接觸防止部件56，用戶能安心地配置試樣6。可以準(zhǔn)備多個厚度已知的接觸防止部件56。最初，將厚度11的接觸防止部件56配置在底座9上。接著，搭載試樣6。之后觀察試樣，如果必要，則置換為厚度比tl小的t2的接觸防止部件。由此，能不使隔膜10與試樣6接觸而破損地實施觀察。
[0121]即使在本裝置中，也與實施例一相同地具有用于使箱體7內(nèi)部為低真空的導(dǎo)入口60及作為流量調(diào)整機構(gòu)的針閥61。與導(dǎo)入口60、針閥61相關(guān)的結(jié)構(gòu)與實施例一相同，因此，省略詳細的說明。
[0122]實施例七
[0123]在上述的實施例中，對在隔膜10與試樣6非接觸的狀態(tài)下進行配置在大氣下的帶電粒子顯微鏡觀察的裝置方法進行說明。在本實施例中，對在隔膜10與試樣接觸的狀態(tài)下進行配置于大氣環(huán)境下的試樣的顯微鏡裝置進行記載。
[0124]圖10表示本實施例的帶電粒子裝置。帶電粒子光學(xué)鏡筒2及箱體7由未圖示的柱、底座支撐。另外，如圖9所示，帶電粒子光學(xué)鏡筒相對于隔膜10位于下側(cè)。在本結(jié)構(gòu)中，除了試樣6與隔膜10接觸的點以外的結(jié)構(gòu)與實施例一相同。如在實施例二、三中說明的圖6、圖7那樣，在普通的帶電粒子顯微鏡裝置上附帶附件的裝置結(jié)構(gòu)中，使試樣與隔膜接觸的情況也包含于本實施例。在本結(jié)構(gòu)的情況下，在隔膜保持部件155上搭載試樣6后，使隔膜保持部件155與箱體7接觸而使第一空間11為低真空，之后能實施帶電粒子顯微鏡觀察。此時，作為箱體7的內(nèi)部的第一空間11為低真空。另外，在圖10中，在帶電粒子光學(xué)鏡筒2的下部設(shè)置箱體7而為低真空室，但在將帶電粒子光學(xué)鏡筒2的內(nèi)部分為多個房間并能在各個部分維持氣壓的情況下，使最靠近試樣的一側(cè)的房間為低真空狀態(tài)，在帶電粒子光學(xué)鏡筒2的一次電子線的出射口直接配置保持了試樣的隔膜10或保持這些的隔膜保持部件155。
[0125]由此，通過隔膜的與試樣接觸的面相反的面與低真空環(huán)境接觸，如在實施例一中所述那樣，能減少附著在隔膜上的污染物。尤其在本實施例的結(jié)構(gòu)中，由于試樣與隔膜直接接觸，因此，為了使觀察位置偏離，普遍對隔膜保持部件155的位置進行微調(diào)，由于此時的振動、沖擊，隔膜容易破損。另外，當(dāng)隔膜破損時，試樣在帶電粒子光學(xué)鏡筒內(nèi)部飛散，帶電粒子線裝置自身有可能故障。因此，如上那樣，減少污染物并不在隔膜上引起應(yīng)力集中尤其重要。
[0126]作為又一例子，圖11記載了使隔膜與試樣接觸地進行觀察的其他的帶電粒子顯微鏡裝置。在本結(jié)構(gòu)中，將能在大氣或預(yù)定的氣體環(huán)境下的狀態(tài)內(nèi)置試樣6的容器250配置在帶電粒子裝置的試樣工作臺5上。在該情況下，試樣6與隔膜10接觸。在帶電粒子顯微鏡裝置外部，在容器250的蓋251所具備的隔膜10上搭載試樣6，利用未圖示的螺釘?shù)裙潭ㄉw251與容器250。接著，在帶電粒子顯微鏡裝置內(nèi)部導(dǎo)入內(nèi)置了試樣的容器250，實施帶電粒子顯微鏡觀察。在從帶電粒子源8放出的帶電粒子線經(jīng)過幾個光學(xué)透鏡I后，通過真空空間11而經(jīng)由隔膜10到達試樣6。
[0127]即使在本裝置中，也與實施例一相同地具有用于使箱體7內(nèi)部為低真空的導(dǎo)入口60，在試樣的觀察時，使箱體7的內(nèi)部為低真空狀態(tài)。與導(dǎo)入口 60相關(guān)的結(jié)構(gòu)與實施例五相同，因此，省略詳細的說明。與實施例五相同，在普通的低真空掃描電子顯微鏡中，能夠?qū)⒃嚇邮业恼婵斩瓤刂茷閺牡驼婵盏礁哒婵盏娜我獾膲毫?，因此，在本實施例的情況下，能不設(shè)置新的箱體，利用現(xiàn)有的掃描電子顯微鏡的試樣室使隔膜的與真空側(cè)的面接觸的空間為低真空狀態(tài)。
[0128]另外，本發(fā)明未限定于上述實施例，包括多種變形例。例如，上述實施例是為了使本發(fā)明容易明白而說明，因此詳細地進行說明。未限定于具備說明的全部的結(jié)構(gòu)。另外，能將某實施例的結(jié)構(gòu)的一部分置換為其他實施例的結(jié)構(gòu)，另外，也能在某實施例的結(jié)構(gòu)上追加其他實施例的結(jié)構(gòu)。另外，對于各實施例的結(jié)構(gòu)的一部分，能進行其他結(jié)構(gòu)的追加、刪除、置換。另外，上述的各結(jié)構(gòu)、功能、處理部、處理機構(gòu)等可以將這些的一部分或全部利用例如集積電路等有硬件實現(xiàn)。另外，也可以解釋實現(xiàn)上述的各結(jié)構(gòu)、功能、信息處理機實現(xiàn)各個功能的程序，通過執(zhí)行，由軟件實現(xiàn)。
[0129]實現(xiàn)各功能的程序、表、文件等信息能夠置于存儲器、硬盤、SSD(S0lid StateDrive)等存儲裝置或IC卡、SD卡、光盤等存儲介質(zhì)。
[0130]另外，控制線、信息線表示認(rèn)為說明上必要的部件，未限于必須表示產(chǎn)品上全部的控制線、信息線。實際上，可以認(rèn)為全部的結(jié)構(gòu)相互連接。
[0131]符號說明
[0132]I一光學(xué)透鏡，2—帶電粒子光學(xué)鏡筒，3—檢測器，4一真空栗，5—試樣工作臺，6—試樣，7—箱體，8—帶電粒子源，9一底座，10—隔膜，11一第一空間，12—第二空間，14一泄漏閥，15一開放面，16一真空配管，35—計算機，36—上位控制部，37—下位控制部，43、44一通信線，52—試樣臺，52a—中心軸，52b—銷，53—帶電粒子線顯微鏡，54—帶電粒子線的光軸，56—接觸防止部件，60—導(dǎo)入口，61—針閥，62—孔，63—針閥，64—閥，100—氣體供給管，101—氣體控制用閥，102—連結(jié)部，103—氣瓶或真空栗，104—壓力調(diào)整閥，107—支撐板，108、109—操作把手，121—第二箱體，122—蓋部件，123、124、126—真空封閉部件，131—主體部，132—重合部，154—信號增幅器，155—隔膜保持部件，160—光學(xué)顯微鏡，160a—光學(xué)顯微鏡光軸，161一試樣設(shè)置臺，162一定位結(jié)構(gòu)，163一試樣設(shè)置臺，164一定位結(jié)構(gòu)，165—移動機構(gòu)，165a、165b—把手，200—收納容器，201—蓋，202—試樣臺，203—試樣工作臺，204—操作部，250—容器，251—蓋，270—基座。
【主權(quán)項】
1.一種掃描電子顯微鏡，其基于通過向載置于大氣壓環(huán)境的空間內(nèi)的試樣照射電子線而從上述試樣產(chǎn)生的信號，獲得上述試樣的圖像，該掃描電子顯微鏡的特征在于， 具備: 電子光學(xué)鏡筒，其包括電子源，將一次電子線照射至上述試樣； 箱體，其與上述電子光學(xué)鏡筒內(nèi)部直接連結(jié)，至少在上述一次電子線的照射中，使內(nèi)部與上述電子光學(xué)鏡筒內(nèi)部相比為低真空的狀態(tài)；以及 隔膜，其對載置上述試樣的上述大氣壓環(huán)境的空間和上述箱體的內(nèi)部進行隔離，并且供上述一次電子線透過。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的掃描電子顯微鏡，其特征在于， 至少在上述一次電子線的照射中，上述箱體內(nèi)部的氣壓為0.1Pa以上且100Pa以下。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的掃描電子顯微鏡，其特征在于， 通過上述一次電子線向上述隔膜的照射，分解上述隔膜上的污染物。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的掃描電子顯微鏡，其特征在于， 在上述電子光學(xué)鏡筒的正下方具有孔，該孔將上述電子光學(xué)鏡筒內(nèi)部的氣壓保持為比上述箱體的內(nèi)部的氣壓低。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的掃描電子顯微鏡，其特征在于， 上述箱體具備向上述箱體的內(nèi)部導(dǎo)入氣體的口以及控制該氣體的流量的流量調(diào)整部件。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的掃描電子顯微鏡，其特征在于， 上述箱體的內(nèi)部的氣壓能改變。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的掃描電子顯微鏡，其特征在于， 具備控制部，該控制部以下述方式進行控制:在決定上述試樣的觀察對象位置的視野探尋模式時，使上述箱體的內(nèi)部的氣壓為0.1Pa以上且100Pa以下，在上述試樣的圖像獲得模式時，使上述箱體的內(nèi)部的氣壓為0.1Pa以下。8.—種圖像生成方法，其基于通過向載置于大氣壓環(huán)境的空間內(nèi)的試樣照射一次電子線而從上述試樣產(chǎn)生的信號，獲得上述試樣的圖像，該圖像生成方法的特征在于， 使從電子源產(chǎn)生的一次電子線從電子光學(xué)鏡筒射出， 使從上述電子光學(xué)鏡筒射出的上述一次電子線通過與上述電子光學(xué)鏡筒的內(nèi)部相比為低真空的狀態(tài)的箱體內(nèi)部， 使通過了上述箱體內(nèi)部的上述一次電子線透過隔膜，該隔膜對載置上述試樣的上述大氣壓環(huán)境的空間和上述箱體的內(nèi)部進行隔離， 將透過了上述隔膜的上述一次電子線照射至上述試樣。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的圖像生成方法，其特征在于， 上述箱體內(nèi)部的氣壓為0.1Pa以上且100Pa以下。10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的圖像生成方法，其特征在于， 通過上述一次電子線向上述隔膜的照射，分解上述隔膜上的污染物。11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的圖像生成方法，其特征在于， 使上述電子光學(xué)鏡筒內(nèi)部的氣壓比上述箱體的內(nèi)部的氣壓低。12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的圖像生成方法，其特征在于， 上述箱體的內(nèi)部的氣壓能改變。13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的圖像生成方法，其特征在于， 進行在使上述箱體的內(nèi)部的氣壓為0.1Pa以上且100Pa以下的狀態(tài)下決定上述試樣的觀察對象位置的視野探尋， 之后在使上述箱體內(nèi)部的氣壓為0.1Pa以下的狀態(tài)下獲得上述試樣的圖像。
【文檔編號】H01J37/18GK105940478SQ201580005384
【公開日】2016年9月14日
【申請日】2015年2月10日
【發(fā)明人】河西晉佐, 大南佑介
【申請人】株式會社日立高新技術(shù)