帶電粒子束裝置制造方法
【專利摘要】帶電粒子束裝置，具有：試樣臺（146），其對試樣進行支持；帶電粒子束光學系統(tǒng)，其使得來自帶電粒子源的帶電粒子束會聚在試樣上；帶電粒子束柱（101），其容納該帶電粒子束光學系統(tǒng)；第一差動排氣用節(jié)流閥（108），其設(shè)置在所述帶電粒子束柱（101）中；前試樣室（103），其被配置成經(jīng)由該第一差動排氣用節(jié)流閥（108）連接至所述帶電粒子束柱（101）；第二差動排氣用節(jié)流閥（109），其設(shè)置在所述前試樣室（103）中；第一真空泵（141），其對所述帶電粒子束柱（101）進行真空排氣；以及第二真空泵（142），其對所述前試樣室（103）進行真空排氣。
【專利說明】帶電粒子束裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及使用帶電粒子束進行試樣的加工或觀察的帶電粒子束裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，存在想要通過透射型電子顯微鏡(TEM)或掃描透射型電子顯微鏡(STEM)來觀察生物體試樣這樣的含水材料、濕潤物質(zhì)的需求。在TEM或STEM觀察中，需要制造厚度為數(shù)十nm至數(shù)百nm左右的薄膜試樣。作為制造TEM或STEM觀察用的薄膜試樣的方法，已知有使用帶電粒子束的加工方法。例如已知使用聚焦離子束(FIB)從半導體晶片制造TEM或STEM觀察用的薄膜試樣的方法。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)文獻
[0004]專利文獻
[0005]專利文獻1:日本特開2006-260878號公報
[0006]專利文獻2:日本特開2006-32011號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]發(fā)明要解決的課題
[0008]本申請的發(fā)明人針對使用聚焦離子束(FIB)從生物體試樣這樣的含水材料、濕潤物質(zhì)制造TEM或STEM觀察用的薄膜試樣的技術(shù)進行了深刻研究，結(jié)果，得到以下見解。
[0009]在聚焦離子束(FIB)裝置中，在進行了真空排氣的試樣室中保持作為加工和觀察對象的試樣。將含有水分或氣體的試樣保持于進行了真空排氣的試樣室中時，存在由于干燥使試樣變性，或者由于氣體的放出使試樣破裂的問題。
[0010]為了抑制試樣的干燥，存在使試樣凍結(jié)的方法。但是，在這種情況下必須搭載冷卻機構(gòu)。此外，可能會由于凍結(jié)使得水分膨脹，觀察對象發(fā)生變形或破壞。
[0011]因此，考慮了一種在低真空下支持試樣的方法。在專利文獻1、2中公開了一種對使用差動排氣機構(gòu)保持于低真空區(qū)域下的試樣進行觀察的掃描型電子顯微鏡(SEM)的例子。
[0012]在聚焦離子束(FIB)裝置中，需要在試樣的附近搭載氣體沉積單元、微采樣單元等設(shè)備。因此，在聚焦離子束(FIB)裝置中，相比于掃描型電子顯微鏡(SEM)，需要簡化試樣的周圍的結(jié)構(gòu)。
[0013]本發(fā)明的目的在于提供一種將試樣的周圍保持低真空，并且試樣周圍的結(jié)構(gòu)簡單的帶電粒子束裝置。
[0014]用于解決課題的手段
[0015]根據(jù)本發(fā)明的帶電粒子束裝置，具有:支持試樣的試樣臺；使來自帶電粒子源的帶電粒子束會聚在試樣上的帶電粒子束光學系統(tǒng)；容納該帶電粒子束光學系統(tǒng)的帶電粒子束柱；設(shè)置在所述帶電粒子束柱中的第一差動排氣用節(jié)流閥；被配置成經(jīng)由該第一差動排氣用節(jié)流閥連接至所述帶電粒子束柱的前試樣室；設(shè)置在所述前試樣室中的第二差動排氣用節(jié)流閥；對所述帶電粒子束柱進行真空排氣的第一真空泵；對所述前試樣室進行真空排
氣的第二真空泵。
[0016]來自所述帶電粒子源的帶電粒子束，經(jīng)由所述帶電粒子束光學系統(tǒng)、所述第一差動排氣用節(jié)流閥和所述第二差動排氣用節(jié)流閥，被照射至所述試樣，對所述第一真空泵和所述第二真空泵進行控制，使得當設(shè)所述帶電粒子束柱的氣壓為P1，設(shè)所述前試樣室的氣壓為P2，設(shè)所述試樣周圍的空間的氣壓為P3時，P1〈P2〈P3，所述第一和第二差動排氣用節(jié)流閥的內(nèi)徑為2mm以下。
[0017]發(fā)明效果
[0018]根據(jù)本發(fā)明，能夠提供一種將試樣的周圍保持低真空，并且試樣周圍的結(jié)構(gòu)簡單的帶電粒子束裝置。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1是表示本發(fā)明的帶電粒子束裝置的第一例的結(jié)構(gòu)的圖。
[0020]圖2是表示本發(fā)明的帶電粒子束裝置的第二例的結(jié)構(gòu)的圖。
[0021]圖3是表示本發(fā)明的帶電粒子束裝置的第三例的結(jié)構(gòu)的圖。
[0022]圖4是表示本發(fā)明的帶電粒子束裝置的第四例的結(jié)構(gòu)的圖。
[0023]圖5是表示本發(fā)明的帶電粒子束裝置的第五例的結(jié)構(gòu)的圖。
[0024]圖6是表示本發(fā)明的帶電粒子束裝置的第六例的結(jié)構(gòu)的圖。
[0025]圖7是表示本發(fā)明的帶電粒子束裝置的第七例的結(jié)構(gòu)的圖。
【具體實施方式】
[0026]參照附圖來說明本發(fā)明的實施方式。但是，本實施方式不過是用于實現(xiàn)本發(fā)明的一例，并不限定本發(fā)明的技術(shù)范圍。此外，在各圖中，針對相同的結(jié)構(gòu)賦予了相同的參考標號。
[0027]參照圖1來說明本發(fā)明的帶電粒子束裝置的第I例。本例的帶電粒子束裝置具有帶電粒子束柱101、在其下方配置的前試樣室103、在其下方配置的試樣室104，且它們由密閉容器構(gòu)成。在帶電粒子束柱101的下端設(shè)置了第一差動排氣用節(jié)流閥108。在前試樣室103的下端設(shè)置了第二差動排氣用節(jié)流閥109。帶電粒子束柱101與前試樣室103通過第一差動排氣用節(jié)流閥108相連接。前試樣室103和試樣室104通過第二差動排氣用節(jié)流閥109相連接。差動排氣用節(jié)流閥108、109可以由內(nèi)徑為2mm以下的環(huán)狀部件構(gòu)成。帶電粒子束柱101、前試樣室103以及試樣室104彼此通過差動排氣用節(jié)流閥108、109相連接，但是除此以外還具有密閉容器結(jié)構(gòu)。
[0028]在帶電粒子束柱101中容納有帶電粒子束光學系統(tǒng)。本例的帶電粒子束光學系統(tǒng)包含產(chǎn)生帶電粒子束130的帶電粒子源131、用于使帶電粒子束130彎曲的偏轉(zhuǎn)器組132、以及被配置成橫切帶電粒子束130的光軸的屏蔽板135。偏轉(zhuǎn)器組132由偏轉(zhuǎn)器組控制器159控制。后述說明屏蔽板135的功能。
[0029]在前試樣室103上設(shè)置有檢測器148，其對通過將帶電粒子束照射至試樣110而產(chǎn)生的信號進行檢測。檢測器148由檢測器控制器158控制。
[0030]在試樣室104上設(shè)置有試樣臺146和在其下方配置的光學顯微鏡145,該試樣臺146支持試樣110并使試樣110進行平面移動、旋轉(zhuǎn)移動和傾斜。試樣臺146由試樣臺控制器156控制。光學顯微鏡145由光學顯微鏡控制器155控制。后述說明光學顯微鏡145的功能。
[0031]在本例中，第一和第二差動排氣用節(jié)流閥108、109、試樣臺146以及光學顯微鏡145沿著帶電粒子源131的光軸進行配置。
[0032]帶電粒子束柱101上設(shè)置有第一真空泵141。在前試樣室103上設(shè)置有第二真空泵142。在試樣室104上設(shè)置有第三真空泵143、氦氣導入單元144以及閥門147。在試樣室104上還設(shè)置有氣體沉積單元149和微采樣單元150。
[0033]第一、第二和第三真空泵141、142和143分別由第一、第二和第三真空泵控制器151、152、153控制。氦氣導入單元144和閥門147分別由氦氣導入單元控制器154和閥門控制器157控制。氣體沉積單元149和微采樣單元150分別由氣體沉積單元控制器161和微采樣單元控制器162控制。后述說明氦氣導入單元144的功能。
[0034]這些控制器151、152、153、154、155、156、157、158、159、161、162 連接至綜合計算機170。綜合計算機170對裝置整體的動作進行控制。綜合計算機170可以由一個或多個計算機來綜合控制。在綜合計算機170上連接有操作者輸入照射條件、電極的電壓條件、位置條件等的各種指示等的控制器(鍵盤、鼠標等)172 ;對為了使操作者操作帶電粒子束裝置而顯示⑶I畫面的顯示器171。
[0035]在本例的帶電粒子束裝置中，檢測器148被配置在前試樣室103上。但是，檢測器148也可以配置在試樣室104或者帶電粒子束柱101上，也可以是不具有檢測器148的結(jié)構(gòu)。一般使用二次電子檢測器作為檢測器148，但是，只要能夠檢測通過將帶電粒子束照射至試樣而發(fā)生的信號，則何種檢測器均可。例如，可以使用檢測通過從試樣放出的電子而離子化的離子的檢測器、X射線檢測器、STEM檢測器等。檢測器148檢測出的信號經(jīng)由檢測器控制器158被發(fā)送至綜合計算機170。來自光學顯微鏡145的圖像信號經(jīng)由光學顯微鏡控制器155被發(fā)送至綜合計算機170。被發(fā)送至綜合計算機170的信號顯示于顯示器171，但是也可以顯示于其他顯示器。
[0036]此外，容納于帶電粒子束柱101中的帶電粒子束光學系統(tǒng)，雖然未圖示，但是設(shè)置有用于會聚帶電粒子束130的會聚透鏡、物鏡、用于掃描以及移動帶電粒子束130的偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)。此外，還設(shè)置有對它們進行控制的柱控制器。此外，在以下的圖的例子中也省略了會聚透鏡、物鏡、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)的圖示。
[0037]氣體沉積單元149用于保護膜制造或標記，通過帶電粒子束(例如聚焦離子束(FIB))的照射形成堆積膜。氣體沉積單元149儲存沉積氣體，并能夠根據(jù)需要從噴嘴尖端供給該沉積氣體。
[0038]微采樣單元150通過與FIB的試樣的加工、切斷的并用，挑選試樣的特定部位。微采樣單元150包含能夠在試樣室內(nèi)移動的探針以及驅(qū)動探針的探針驅(qū)動部。探針用于取出在試樣上形成的微小的試樣片，或者使其接觸試樣表面來向試樣供給電位。
[0039]在本例中設(shè)置了一個帶電粒子束柱101，但是也可以具備相同或互不相同的2個以上的帶電粒子束柱。例如，可以具備一個或多個鎵離子束柱、氦離子束柱、電子束柱等。
[0040]〈差動排氣機構(gòu)的功能〉
[0041]接著，說明本例的帶電粒子束裝置中的差動排氣機構(gòu)。分別在帶電粒子束柱101、前試樣室103以及試樣室104上設(shè)置第一、第二和第三真空泵141、142和143。第一真空泵141例如由離子泵、高真空用油擴散泵或渦輪分子泵構(gòu)成，帶電粒子束柱101內(nèi)保持在10_9~10_4Pa左右的高真空。第二真空泵142和第三真空泵143例如由渦輪分子泵、低真空用油擴散泵或回轉(zhuǎn)泵構(gòu)成，前試樣室103內(nèi)保持在100~10_4Pa左右的中真空，試樣室104保持在I~300Pa左右的低真空。此外，試樣室104內(nèi)的真空度也通過閥門147的開閉進行調(diào)整。
[0042]第一、第二和第三真空泵141、142和143分別由第一、第二和第三真空泵控制器151、152和153來獨立地控制。試樣室104上設(shè)置有閥門147。閥門147由閥門控制器157來獨立地控制?？梢栽趲щ娏Ｗ邮?01、前試樣室103和試樣室104上分別設(shè)置測定真空度的設(shè)備，并將由此測定出的真空度發(fā)送至綜合計算機170。綜合計算機170根據(jù)帶電粒子束柱101、前試樣室103以及試樣室104的當前的真空度與預先設(shè)定的真空度的差異，將命令信號發(fā)送至各控制器151、152、153和157。因此，帶電粒子束柱101、前試樣室103和試樣室104的內(nèi)部始終保持在所期望的真空度。
[0043]在本例中，當設(shè)帶電粒子束柱101的氣壓為Pl，設(shè)前試樣室103的氣壓為P2，設(shè)試樣室104的氣壓為P3時，構(gòu)成為P^PyP315該關(guān)系在以下的圖的例子中也成立。
[0044]帶電粒子束柱101與前試樣室103經(jīng)由第一差動排氣用節(jié)流閥108相連接。但是，第一差動排氣用節(jié)流閥108的內(nèi)徑足夠小，因此能夠?qū)щ娏Ｗ邮?01的真空度保持在高于前試樣室103的真空度的真空度。前試樣室103和試樣室104經(jīng)由第二差動排氣用節(jié)流閥109相連接。但是，第二差動排氣用節(jié)流閥109的內(nèi)徑足夠小，因此能夠?qū)⑶霸嚇邮?03的真空度保持在高于試樣室104的真空度的真空度。差動排氣用節(jié)流閥108、109的內(nèi)徑為2mm以下。
[0045]在本例中，能夠?qū)щ娏Ｗ邮?01內(nèi)保持高真空，并將試樣室104保持在低真空或大氣壓下。因此，能夠?qū)⒂稍嚇优_146支持的試樣110的周圍的氣氛設(shè)為低真空或大氣壓。
[0046]因此，能夠進行包含水分的試樣，例如生物體細胞等那樣的生物體試樣、軟釬料等那樣的濕潤物質(zhì)的FIB加工。此外，試樣110的周圍存在來自空氣等的大量氣體分子。因此，即使由于帶電粒子束的照射導致從試樣110內(nèi)放出氣體，其影響也較小。因此，在包含氣體的試樣例如氣體吸附材料中使用的多孔材料、包含氣泡的發(fā)泡材料等的FIB加工也變
得容易。
[0047]此外，在低真空或大氣壓下支持試樣的情況下，具有能夠抑制試樣的帶電的優(yōu)點。因此，由于帶電導致難以進行FIB加工的陶瓷材料、橡膠材料等絕緣材料的加工也變得容易。此外，在試樣的周圍存在的氣體分子變多時，由于熱傳導從試樣放出的熱放出量也變多。因此，樹脂材料、高分子材料等那樣產(chǎn)生熱變性的試樣的FIB加工也變得容易。
[0048]在本例的帶電粒子束裝置中，針對以往難以進行FIB加工的多種材料，能夠容易地進行FIB加工。能夠?qū)⒒贔IB加工的TEM或者STEM觀察用的薄膜試樣的制造應用于更多種類的材料。因此，本發(fā)明還具有擴大了 TEM或者STEM觀察的結(jié)構(gòu)解析的范圍，同時使解析效率大幅提聞的效果。
[0049]根據(jù)本發(fā)明，獲得不僅僅FIB加工，而且基于離子束、電子束照射的堆積膜形成、掃描離子圖像(SIM)觀察、SEM圖像觀察也可以應用于多種材料的試樣的效果。[0050]此外，相比于高真空下，在低真空下或大氣壓下存在帶電粒子束容易散射，且易于引起能量損失的問題。因此，期望帶電粒子束在低真空下或大氣壓下通過的距離盡可能短。因此，第二差動排氣用節(jié)流閥109和試樣110之間的距離優(yōu)選為2mm以內(nèi)。由此，能夠抑制帶電粒子束的散射和能量損失。此外，在低真空下或大氣壓下也能夠進行基于FIB的微細加工、高速加工、基于FIB和電子束的堆積膜形成、高分辨率觀察。
[0051]〈氦氣導入單元的功能〉
[0052]接著，說明本例的帶電粒子束裝置中的氦氣導入單元144。在本例中，在低真空下或者大氣壓下的帶電粒子束130的路徑中，局部地導入帶電粒子束的散射能低的氣體，例如氦氣。如圖所示，使用氦氣導入單元144，在第二差動排氣用節(jié)流閥109和試樣110之間的帶電粒子束130的路徑中導入氦氣。由此，在帶電粒子束130的路徑中存在的氣體通過氦氣被置換。帶電粒子束130的路徑被散射能低的氦氣占用，因此帶電粒子束的散射和能量損失得以抑制。
[0053]在本例中，能夠進一步提高基于FIB的微細加工、高速加工、基于FIB和電子束的堆積膜形成、以及帶電粒子束觀察的性能。此外，能夠與第二差動排氣用節(jié)流閥109和試樣110之間的距離無關(guān)地實施氦氣的導入。
[0054]<屏蔽板的功能>
[0055]接著，說明本例的帶電粒子束裝置中的偏轉(zhuǎn)器組132和屏蔽板135。在從帶電粒子源至試樣上的照射位置的帶電粒子束的路徑為一直線的情況下，從試樣附近散射的氣體分子有可能到達帶電粒子源。若氣體分子到達帶電粒子源，則污染了帶電粒子源。由此，帶電粒子源的壽命縮短。
[0056]因此，在本例中，在帶電粒子源131的光軸上設(shè)置了屏蔽板135。屏蔽板135被配置為與帶電粒子源131的光軸交叉。此外，來自帶電粒子源131的帶電粒子束130的路徑由于偏轉(zhuǎn)器組132而發(fā)生彎曲，以便繞過屏蔽板135。因此，從帶電粒子源131到試樣110上的照射位置之間的帶電粒子束130的路徑彎曲，而不是一直線。因此，從試樣附近散射的氣體分子無法到達帶電粒子源131。帶電粒子源不會由于來自試樣附近的氣體分子而被污染。因此，帶電粒子源被長壽命化。
[0057]此外，屏蔽板135上還可以設(shè)置未圖示的、使屏蔽板驅(qū)動的機構(gòu)以及控制屏蔽板的驅(qū)動的控制器。如圖示，在以橫切帶電粒子源131的光軸的方式配置屏蔽板135的情況下，能夠防止從試樣附近散射的氣體分子造成帶電粒子源131的污染。在不需要的情況下，將屏蔽板135拉出至外部即可。在這種情況下，從帶電粒子源131至試樣110上的照射位置之間的帶電粒子束130的路徑成為一直線。
[0058]在圖示的例中，偏轉(zhuǎn)器組132包含4組偏轉(zhuǎn)器。但是，如果使來自帶電粒子源131的帶電粒子束130發(fā)生彎曲以便繞過屏蔽板135，則偏轉(zhuǎn)器的數(shù)目和配置不受限制。例如，也可以使用3組偏轉(zhuǎn)器實現(xiàn)同樣的系統(tǒng)。
[0059]〈光學顯微鏡的功能〉
[0060]接著，說明本例的帶電粒子束裝置中的光學顯微鏡145。在通過帶電粒子束130來加工試樣110的情況下，操作者一邊觀察試樣110的加工位置和帶電粒子束130的照射位置，一邊進行FIB加工作業(yè)。因此，在FIB加工中需要取得試樣110的加工位置的圖像。通常，使用通過檢測器148得到的2次電子圖像。[0061]然而，在通過檢測器148得到的2次電子圖像中，在照射寬大的帶電粒子束時，難以確定進行加工、堆積膜形成的位置。特別地，在FIB加工中不存在能量高的后方散射電子的放出，因此在低真空下或大氣壓下難以取得帶電粒子圖像。
[0062]因此，在本例中，通過光學顯微鏡145能夠確定加工位置和帶電粒子束的照射位置。例如，通過利用光學顯微鏡145確認通過帶電粒子束照射而形成的加工痕跡，能夠確認帶電粒子束的照射位置。此外，也可以預先進行機械或電氣的調(diào)整，以使帶電粒子束的照射位置與光學顯微鏡145的觀察位置相符合。由此，能夠根據(jù)光學顯微鏡145的圖像來判斷帶電粒子束的加工位置。此外，也可以預先記錄帶電粒子束的照射位置和光學顯微鏡145的觀察位置的關(guān)系。由此，能夠根據(jù)光學顯微鏡145的圖像來判斷帶電粒子束的加工位置。
[0063]在本例中，光學顯微鏡145沿著帶電粒子源131的光軸進行配置。但是，只要能夠觀察試樣上的帶電粒子源131的照射位置，則光學顯微鏡145的位置和光軸的位置是任意的。例如，可以將光學顯微鏡145的光軸相對于帶電粒子源131的光軸傾斜配置。
[0064]<試樣相對于帶電粒子束柱的位置>
[0065]在圖1表示的本例的帶電粒子束裝置中，在帶電粒子束柱101的下端安裝第一差動排氣用節(jié)流閥108，在帶電粒子束柱101的下側(cè)配置前試樣室103，在前試樣室103的下端安裝第二差動排氣用節(jié)流閥109，并在其下側(cè)配置試樣110。但是，也可以與該順序相反。即，也可以在帶電粒子束柱101的上端安裝第一差動排氣用節(jié)流閥108，在帶電粒子束柱101的上側(cè)配置前試樣室103，在前試樣室103的上端安裝第二差動排氣用節(jié)流閥109，并在其上側(cè)配置試樣110。
[0066]在這種情況下，也可以將試樣110配置在第二差動排氣用節(jié)流閥109上。由此，能夠省略試樣臺146。此外，也可以將氦氣導入單元144、氣體沉積單元149以及微采樣單元150配置在前試樣室103上。
[0067]參照圖2，說明本發(fā)明的帶電粒子束裝置的第二例。在本例的帶電粒子束裝置中，與圖1的第一例相比較，未設(shè)置試樣室104。因此，不需要設(shè)置在試樣室104上的第三真空泵143和第三真空泵控制器153、閥門147和閥門控制器157。在本例中，由于未設(shè)置試樣室104，因此由試樣臺146支持的試樣110位于大氣中。
[0068]在本例中，當設(shè)帶電粒子束柱101的氣壓為Pl，設(shè)前試樣室103的氣壓為P2，設(shè)配置了試樣110的空間的氣壓為P3時，P1<P2<P3<,
[0069]在本例中，將試樣110安裝于試樣臺146上之后，能夠立即進行加工或觀察。即，省去了對試樣室104進行真空排氣的時間。因此，進一步提高了加工或觀察吞吐量和簡便性。
[0070]如上所述，與在高真空下相比，在大氣壓下存在帶電粒子束容易散射，且易于引起能量損失的問題。因此，期望帶電粒子束在大氣壓下通過的距離盡可能短。因此，第二差動排氣用節(jié)流閥109和試樣110之間的距離優(yōu)選為2mm以內(nèi)。由此，能夠抑制帶電粒子束的散射和能量損失。此外，在大氣壓下，也能夠進行基于FIB的微細加工、高速加工、基于FIB和電子束的堆積膜形成以及高分辨率觀察。
[0071]在本例中，帶電粒子束柱101、前試樣室103以及試樣110的配置順序也可以與圖1的例子相反。即，也可以在帶電粒子束柱101的上端安裝第一差動排氣用節(jié)流閥108，在帶電粒子束柱101的上側(cè)配置前試樣室103，在前試樣室103的上端安裝第二差動排氣用節(jié)流閥109，并在其上側(cè)配置試樣110。在這種情況下，也可以將試樣110配置在第二差動排氣用節(jié)流閥109之上。由此，能夠省略試樣臺146。在本例中，由于未設(shè)置試樣室，因此能夠更方便地進行試樣更換。
[0072]在本例以及以下例中，也在試樣臺146的附近設(shè)置有氣體沉積單元、微采樣單元等，但是省略了圖示。
[0073]參照圖3，說明本發(fā)明的帶電粒子束裝置的第三例。在本例的帶電粒子束裝置中，與圖2的第二例相比較，設(shè)置有彎曲了的帶電粒子束柱102。帶電粒子束柱102包含下側(cè)的直筒部102b和上側(cè)的彎曲部102a。帶電粒子源131配置在彎曲部102a中。在本例的帶電粒子束光學系統(tǒng)中設(shè)置有使帶電粒子束130彎曲的偏轉(zhuǎn)器133，來代替偏轉(zhuǎn)器組132。偏轉(zhuǎn)器133由偏轉(zhuǎn)器控制器160進行控制。在本例的帶電粒子束光學系統(tǒng)中未設(shè)置屏蔽板135。
[0074]來自帶電粒子源131的帶電粒子束130通過偏轉(zhuǎn)器133發(fā)生彎曲。因此，從帶電粒子源131至試樣110上的照射位置之間的帶電粒子束130的路徑發(fā)生彎曲，而不是一直線。因此，從試樣附近散射的氣體分子無法到達帶電粒子源131。因此，帶電粒子源不會由于來自試樣附近的氣體分子而被污染。因此，帶電粒子源被長壽命化。
[0075]在圖示的例中省略了檢測器148和檢測器控制器158。但是，在本例中也可以設(shè)置檢測器148和檢測器控制器158。檢測器148可以設(shè)置在前試樣室103上，也可以設(shè)置在帶電粒子束柱101上。
[0076]參照圖4，說明本發(fā)明的帶電粒子束裝置的第四例。在本例的帶電粒子束裝置中，與圖2的第二例相比較，在前試樣室103的下端設(shè)置有差動排氣用管418，而不是設(shè)置第二差動排氣用節(jié)流閥109。此外，在圖示的例中，在帶電粒子束柱101的下端的孔416中未設(shè)置第一差動排氣用節(jié)流閥108。
[0077]帶電粒子束柱101與前試樣室103經(jīng)由孔416相連接。在前試樣室103和設(shè)置了試樣110的空間之間經(jīng)由差動排氣用管418相連接。
[0078]在本例中，當設(shè)帶電粒子束柱101的氣壓為Pl，設(shè)前試樣室103的氣壓為P2，設(shè)配置了試樣110的空間的氣壓為P3時，P1<P2<P3<,
[0079]差動排氣用管418可以是圓筒狀，帶錐尖的棒狀或圓錐形狀。此外，也可以是組合了直徑不同的管的形狀。此外，只要在內(nèi)部的一部分中具備管，則外部形狀不受限制。差動排氣用管418的內(nèi)徑可以為3mm以下。
[0080]設(shè)定差動排氣用管418的長度和內(nèi)徑，以使在差動排氣用管418中流動的空氣的每單位時間的流量小于在第二差動排氣用節(jié)流閥109中流動的空氣的每單位時間的流量。因此，能夠容易地提高帶電粒子束柱101的內(nèi)部、前試樣室103的內(nèi)部、以及配置了試樣110的空間之間的壓力差。因此，能夠進一步減少帶電粒子束的散射、能量損失。
[0081]在本例中，由于使用了差動排氣用管418，因此能夠在試樣110的附近配置氦氣導入單元、氣體沉積單元、微采樣單元等的設(shè)備或構(gòu)造物。此外，在本例中，由于差動排氣用管418由細長的管狀部件構(gòu)成，因此，即使在各種設(shè)備或構(gòu)造物占用了試樣110周圍的空間時，也能夠使差動排氣用管418的出口靠近試樣110的表面。因此，能夠充分縮短帶電粒子束在大氣壓下通過的距離。由此，能夠避免帶電粒子束的散射、以及能量損失。
[0082]在本例中，與圖2的第二例同樣地省略了試樣室104。但是，也可以如圖1的第一例這樣設(shè)置試樣室104。在本例中也省略了檢測器148。但是也可以設(shè)置檢測器148。檢測器148可以設(shè)置于前試樣室103，但是也可以設(shè)置于試樣室104或帶電粒子束柱101。
[0083]參照圖5，說明本發(fā)明的帶電粒子束裝置的第五例。在本例的帶電粒子束裝置中，與圖4的第四例相比較，不同點在于省略了前試樣室103且差動排氣用管518設(shè)置在帶電粒子束柱101上。在本例中，在帶電粒子束柱101和設(shè)置了試樣110的空間之間經(jīng)由差動排氣用管518相連接。在本例中不需要設(shè)置于前試樣室103上的第二真空泵142和第二真空泵控制器152。能夠使裝置結(jié)構(gòu)更加簡單化。
[0084]參照圖6，說明本發(fā)明的帶電粒子束裝置的第六例。在本例的帶電粒子束裝置中，與圖2的第二例相比較，不同點在于設(shè)置有開口電極616、617、618，來代替第一和第二差動排氣用節(jié)流閥108、109。
[0085]開口電極616、617、618提供物鏡的功能和差動排氣用節(jié)流閥功能。因此，在本例中，在配置于帶電粒子束柱101中的帶電粒子束光學系統(tǒng)中，未設(shè)置物鏡。
[0086]在帶電粒子束柱101的下端設(shè)置有第一開口電極616。在前試樣室103的下端設(shè)置有第三開口電極618。在兩個開口電極616、618之間設(shè)置有第二開口電極617。帶電粒子束柱101與前試樣室103經(jīng)由第一開口電極616相連接。在前試樣室103與設(shè)置了試樣110的空間之間經(jīng)由第三開口電極618相連接。開口電極616、617、618通過內(nèi)徑為2mm以下的環(huán)狀部件構(gòu)成。
[0087]第一開口電極616和第三開口電極618具有透鏡功能和差動排氣用節(jié)流閥功能。第二開口電極617具有透鏡功能。開口電極616、617、618的電壓由開口電極控制器660控制。通過控制開口電極616、617、618的電壓，透鏡作用得以調(diào)節(jié)。插入開口電極616、617、618的空間106為透鏡室。在本例中，由前試樣室103構(gòu)成透鏡室，因此，相比于分別設(shè)置兩者的情況，能夠使裝置結(jié)構(gòu)簡單化。
[0088]在本例中，將透鏡功能和差動排氣用節(jié)流閥功能賦予距試樣110最近的第三開口電極618。因此，能夠使透鏡和試樣110之間的距離縮短。由此，能夠提高透鏡性能。即，能夠?qū)崿F(xiàn)帶電粒子束圖像的分辨率的提高以及加工精度的提高。此外，在本例中，能夠減少差動排氣用節(jié)流閥與試樣110之間的距離。因此，能夠縮短帶電粒子束在大氣壓下通過的距離。即，能夠避免帶電粒子束的散射和能量損失。
[0089]在本例中通過三個開口電極產(chǎn)生了透鏡功能，但是，只要能產(chǎn)生透鏡功能，則開口電極的數(shù)目不受限制。例如，開口電極可以是I個，也可以是2個或4個。
[0090]在本例中將差動排氣用節(jié)流閥的功能賦予了兩側(cè)的開口電極616、618，但是也可以將差動排氣用節(jié)流閥的功能僅賦予三個開口電極616、617、618中的某一個。但是，優(yōu)選的是將差動排氣用節(jié)流閥的功能賦予距試樣110最近的開口電極618。由此，能夠充分縮短帶電粒子束在大氣壓下通過的距離。即，能夠避免帶電粒子束的散射和能量損失。
[0091]參照圖7，說明本發(fā)明的帶電粒子束裝置的第七例。在本例的帶電粒子束裝置中，與圖6的第六例相比較，不同點在于使用磁透鏡(磁場透鏡)720來代替前試樣室和開口電極。磁透鏡720是構(gòu)成帶電粒子束光學系統(tǒng)的物鏡。磁透鏡720由磁透鏡控制器760控制。
[0092]本例的磁透鏡720提供前試樣室和差動排氣用節(jié)流閥的功能。首先，說明作為前試樣室的功能。磁透鏡720具有磁路。通過磁路在內(nèi)部形成了透鏡室107。該透鏡室107與前試樣室103同樣地具有密閉容器結(jié)構(gòu)，并通過第二真空泵142進行真空排氣。
[0093]接著，說明差動排氣用節(jié)流閥的功能。磁透鏡720的磁路在中心具有小孔716、718。該孔716、718作為差動排氣用節(jié)流閥或差動排氣用管發(fā)揮功能。
[0094]在本例中，在帶電粒子束柱101的下端設(shè)置磁透鏡720，因此能夠使磁透鏡720與試樣110之間的距離縮短。由此，能夠提高透鏡性能。即，能夠?qū)崿F(xiàn)帶電粒子束圖像的分辨率的提高以及加工精度的提高。此外，在本例中能夠減小磁路的孔716、718與試樣110之間的距離。因此，能夠縮短帶電粒子束在大氣壓下通過的距離。即，能夠避免帶電粒子束的散射和能量損失。
[0095]根據(jù)本發(fā)明，能夠提供一種能夠?qū)υ诖髿鈮合禄虻驼婵障轮С值牟牧线M行加工的帶電粒子束裝置。例如能夠提供一種能夠進行使用FIB的生物體試樣、濕潤物質(zhì)的微細加工的裝置。由此，能夠在使TEM或STEM觀察用薄膜試樣的制作效率大幅度提高的同時，使TEM或STEM的解析精度大幅度提高。
[0096]此外，能夠?qū)⑻结樦睆叫〉膸щ娏Ｗ邮丈渲猎诖髿鈮合禄虻驼婵障轮С值脑嚇印Ｓ纱?，能夠使帶電粒子束裝置的加工性能和觀察性能提高。
[0097]盡管以上說明了本發(fā)明的例子，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應當容易理解，本發(fā)明并不限于上述的例子，在權(quán)利要求書中記載的發(fā)明的保護范圍內(nèi)可進行各種變更。
[0098]符號說明
[0099]101、102:帶電粒子束柱
[0100]102a:彎曲部
[0101]102b:直筒部
[0102]103:前試樣室
[0103]104:試樣室
[0104]106、107:透鏡室
[0105]108:第一差動排氣用節(jié)流閥
[0106]109:第二差動排氣用節(jié)流閥
[0107]110:試樣
[0108]130:帶電粒子束
[0109]131:帶電粒子源
[0110]132:偏轉(zhuǎn)器組
[0111]133:偏轉(zhuǎn)器
[0112]135:屏蔽板
[0113]141:第一真空泵
[0114]142:第二真空泵
[0115]143:第三真空泵
[0116]144:氦氣導入單元
[0117]145:光學顯微鏡
[0118]146:試樣臺
[0119]147:閥門
[0120]148:檢測器
[0121]149:氣體沉積單元
[0122]150:微采樣單元[0123]151:第一真空泵控制器
[0124]152:第二真空泵控制器
[0125]153:第三真空泵控制器
[0126]154:氦氣導入單元控制器
[0127]155:光學顯微鏡控制器
[0128]156:試樣臺控制器
[0129]157:閥門控制器
[0130]158:檢測器控制器
[0131]159:偏轉(zhuǎn)器組控制器
[0132]160:偏轉(zhuǎn)器控制器
[0133]161:氣體沉積單元控制器
[0134]162:微采樣單元控制器
[0135]170:綜合計算機
[0136]171:顯示器
[0137]172:控制器(鍵盤、鼠標等)
[0138]416:孔
[0139]418、518:差動排氣用管
[0140]616:第一差動排氣用節(jié)流閥兼開口電極
[0141]617:開口電極
[0142]618:第二差動排氣用節(jié)流閥兼開口電極
[0143]660:開口電極控制器
[0144]716:孔(第一差動排氣用節(jié)流閥兼磁路)
[0145]718:孔(第二差動排氣用節(jié)流閥兼磁路)
[0146]720:磁透鏡
[0147]760:磁透鏡控制器
【權(quán)利要求】
1.一種帶電粒子束裝置，其特征在于， 具有: 試樣臺，其對試樣進行支持； 帶電粒子束光學系統(tǒng)，其使得來自帶電粒子源的帶電粒子束會聚在試樣上； 帶電粒子束柱，其容納該帶電粒子束光學系統(tǒng)； 第一差動排氣用節(jié)流閥，其設(shè)置在所述帶電粒子束柱中； 前試樣室，其被配置成經(jīng)由該第一差動排氣用節(jié)流閥連接至所述帶電粒子束柱； 第二差動排氣用節(jié)流閥，其設(shè)置在所述前試樣室中； 第一真空泵，其對所述帶電粒子束柱進行真空排氣；以及 第二真空泵，其對所述前試樣室進行真空排氣， 來自所述帶電粒子源的帶電粒子束，經(jīng)由所述帶電粒子束光學系統(tǒng)、所述第一差動排氣用節(jié)流閥和所述第二差動排氣用節(jié)流閥被照射至所述試樣， 控制所述第一真空泵和所述第二真空泵，使得當設(shè)所述帶電粒子束柱的氣壓為P1，設(shè)所述前試樣室的氣壓為P2，設(shè)所述試樣的周圍的空間的氣壓為P3時，P1〈P2〈P3，且所述第一和第二差動排氣用節(jié)流閥的內(nèi)徑為2_以下。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶電粒子束裝置，其特征在于， 所述帶電粒子束光學系統(tǒng)設(shè) 置有: 屏蔽板，其與所述帶電粒子源的光軸交叉地配置；以及 偏轉(zhuǎn)器組，其用于使來自所述帶電粒子源的帶電粒子束的路徑彎曲以便繞過所述屏蔽板。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶電粒子束裝置，其特征在于， 設(shè)置有氦氣導入單元，其用于將氦氣導入至所述第二差動排氣用節(jié)流閥與所述試樣之間的帶電粒子束的路徑中。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶電粒子束裝置，其特征在于， 設(shè)置有光學顯微鏡，其用于觀察所述試樣上的帶電粒子源的照射位置。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶電粒子束裝置，其特征在于， 設(shè)置有: 試樣室，其容納所述試樣臺； 第三真空泵，其對該試樣室進行真空排氣；以及 閥門，其為將所述試樣室與大氣連接而能夠進行開閉。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶電粒子束裝置，其特征在于， 所述帶電粒子束柱包含直筒部和相對于該直筒部發(fā)生了彎曲的彎曲部，所述帶電粒子源被設(shè)置在所述彎曲部中，所述帶電粒子束光學系統(tǒng)具有使來自所述帶電粒子源的帶電粒子束彎曲的偏轉(zhuǎn)器。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶電粒子束裝置，其特征在于， 在所述試樣的周圍配置有氣體沉積單元以及微采樣單元。
8.一種帶電粒子束裝置，其特征在于， 具有: 試樣臺，其對試樣進行支持；帶電粒子束光學系統(tǒng)，其使得來自帶電粒子源的帶電粒子束會聚在試樣上； 帶電粒子束柱，其容納該帶電粒子束光學系統(tǒng)； 前試樣室，其連接至該帶電粒子束柱； 差動排氣用管，其將該前試樣室與所述試樣的周圍的空間相連接； 第一真空泵，其對所述帶電粒子束柱進行真空排氣；以及 第二真空泵，其對所述前試樣室進行真空排氣， 來自所述帶電粒子源的帶電粒子束，經(jīng)由所述帶電粒子束光學系統(tǒng)和所述差動排氣用管被照射至所述試樣， 控制所述第一和第二真空泵，使得當設(shè)所述帶電粒子束柱的氣壓為P1，設(shè)所述前試樣室的氣壓為P2，設(shè)所述試樣的周圍的空間的氣壓為P3時，P1〈P2〈P3，且所述差動排氣用管的內(nèi)徑為3mm以下。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的帶電粒子束裝置，其特征在于， 在所述帶電粒子束柱上形成孔，所述帶電粒子束柱與所述前試樣室經(jīng)由該孔相連接。
10.一種帶電粒子束裝置，其特征在于， 具有: 試樣臺，其對試樣進行支持； 帶電粒子束光學系統(tǒng)，其使得來自帶電粒子源的帶電粒子束會聚在試樣上； 帶電粒子束柱，其容納該帶電粒子束光學系統(tǒng)； 差動排氣用管，其將該帶電粒子束柱與所述試樣的周圍的空間相連接；以及 真空泵，其對所述帶電粒子束柱進行真空排氣， 來自所述帶電粒子源的帶電粒子束，經(jīng)由所述帶電粒子束光學系統(tǒng)和所述差動排氣用管被照射至所述試樣， 控制所述真空泵，使得當設(shè)所述帶電粒子束柱的氣壓為P1，設(shè)所述試樣的周圍的空間的氣壓為P3時，P1〈P3，且所述差動排氣用管與所述試樣之間的距離為2mm以下，所述差動排氣用管的內(nèi)徑為3mm以下。
11.根據(jù)權(quán)利要求8、9或10所述的帶電粒子束裝置，其特征在于， 所述帶電粒子束光學系統(tǒng)設(shè)置有: 屏蔽板，其與所述帶電粒子源的光軸交叉地配置；以及 偏轉(zhuǎn)器組，其用于使來自所述帶電粒子源的帶電粒子束的路徑彎曲以便繞過所述屏蔽板。
12.根據(jù)權(quán)利要求8、9或10所述的帶電粒子束裝置，其特征在于， 設(shè)置有氦氣導入單元，其用于將氦氣導入至所述差動排氣用管與所述試樣之間的帶電粒子束的路徑中。
13.根據(jù)權(quán)利要求8、9或10所述的帶電粒子束裝置，其特征在于， 設(shè)置有光學顯微鏡，其用于觀察所述試樣上的帶電粒子源的照射位置。
14.根據(jù)權(quán)利要求8、9或10所述的帶電粒子束裝置，其特征在于， 在所述試樣的周圍配置有氣體沉積單元以及微采樣單元。
15.一種帶電粒子束裝置，其特征在于， 具有:試樣臺，其對試樣進行支持； 帶電粒子束光學系統(tǒng)，其使得來自帶電粒子源的帶電粒子束會聚在試樣上； 帶電粒子束柱，其容納該帶電粒子束光學系統(tǒng)； 第一開口電極，其設(shè)置在所述帶電粒子束柱中； 前試樣室，其被配置成經(jīng)由該第一開口電極連接至所述帶電粒子束柱； 第二開口電極，其設(shè)置在所述前試樣室中； 開口電極控制器，其對供給至所述第一和第二開口電極的電壓進行控制； 第一真空泵，其對所述帶電粒子束柱進行真空排氣；以及 第二真空泵，其對所述前試樣室進行真空排氣， 來自所述帶電粒子源的帶電粒子束，經(jīng)由所述帶電粒子束光學系統(tǒng)、所述第一開口電極和所述第二 開口電極被照射至所述試樣， 控制所述第一真空泵和所述第二真空泵，使得當設(shè)所述帶電粒子束柱的氣壓為P1，設(shè)所述前試樣室的氣壓為P2，設(shè)所述試樣的周圍的空間的氣壓為P3時，P1〈P2〈P3，且所述第一和第二開口電極的內(nèi)徑為2mm以下。
16.一種帶電粒子束裝置，其特征在于， 具有: 試樣臺，其對試樣進行支持； 帶電粒子束光學系統(tǒng)，其使得來自帶電粒子源的帶電粒子束會聚在試樣上； 帶電粒子束柱，其容納該帶電粒子束光學系統(tǒng)；以及 磁透鏡，其被設(shè)置于所述帶電粒子束柱與所述試樣之間并具備磁路， 由所述磁路構(gòu)成連接至所述帶電粒子束柱的前試樣室，并由所述磁路的中心孔構(gòu)成將所述帶電粒子束柱與所述試樣的周圍的空間相連接的差動排氣用節(jié)流閥， 此外，設(shè)置有: 第一真空泵，其對所述帶電粒子束柱進行真空排氣；以及 第二真空泵，其對由所述磁透鏡的磁路形成的所述前試樣室進行真空排氣， 來自所述帶電粒子源的帶電粒子束，經(jīng)由所述帶電粒子束光學系統(tǒng)以及由所述磁路的中心孔構(gòu)成的所述差動排氣用節(jié)流閥被照射至所述試樣， 控制所述第一真空泵和所述第二真空泵，使得當設(shè)所述帶電粒子束柱的氣壓為P1，設(shè)所述前試樣室的氣壓為P2，設(shè)所述試樣的周圍的空間的氣壓為P3時，P1〈P2〈P3。
17.根據(jù)權(quán)利要求15或16所述的帶電粒子束裝置，其特征在于， 所述帶電粒子束光學系統(tǒng)設(shè)置有: 屏蔽板，其與所述帶電離子源的光軸交叉地配置；以及 偏轉(zhuǎn)器組，其用于使來自所述帶電離子源的帶電粒子束的路徑彎曲以便繞過所述屏蔽板。
18.根據(jù)權(quán)利要求15或16所述的帶電粒子束裝置，其特征在于， 設(shè)置有氦氣導入單元，其用于將氦氣導入至所述磁透鏡與所述試樣之間的帶電粒子束的路徑中。
19.根據(jù)權(quán)利要求15或16所述的帶電粒子束裝置，其特征在于， 設(shè)置有光學顯微鏡，其用于觀察所述試樣上的帶電粒子源的照射位置。
20.根據(jù)權(quán)利要求15或16所述的帶電粒子束裝置，其特征在于，在所述試樣的周圍配置 有氣體沉積單元以及微采樣單元。
【文檔編號】H01J37/18GK103650096SQ201280034616
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2012年6月6日 優(yōu)先權(quán)日:2011年7月14日
【發(fā)明者】野間口恒典, 揚村壽英 申請人:株式會社日立高新技術(shù)