帶電粒子束裝置、隔膜的位置調整方法以及隔膜位置調整工具的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及能夠在大氣壓或從大氣壓稍稍加壓亦或是負壓狀態(tài)的規(guī)定的氣體環(huán)境中對試樣進行觀察的帶電粒子束裝置。
【背景技術】
[0002]為了觀察物體的微小的區(qū)域，使用掃描式電子顯微鏡(SEM)、透射式電子顯微鏡(TEM)等。一般情況下，對在這些裝置中用于配置試樣的機箱進行真空排氣，使試樣環(huán)境成為真空狀態(tài)從而拍攝試樣。然而，生物化學試樣、液體試樣等因為真空而受到破壞，或是改變狀態(tài)。另一方面，對于以電子顯微鏡觀察這樣的試樣的需求較大，近年，正在開發(fā)能夠在大氣壓下對觀察對象試樣進行觀察的SEM裝置、試樣保持裝置等。
[0003]這些裝置的原理在于，在電子光學系統(tǒng)與試樣之間設置電子束能夠透射的隔膜或微小的貫通孔從而將真空狀態(tài)與大氣狀態(tài)分隔，任一種情況均在試樣與電子光學系統(tǒng)之間設置隔膜方面共通。
[0004]例如，在專利文獻I中公開有如下的SEM，使電子光學鏡筒的電子源側朝下或使物鏡側朝上配置，并在電子光學鏡筒末端的電子束的出射孔上隔著O形圈設置有能夠透射電子束的隔膜。在該文獻所記載的發(fā)明中，將觀察對象試樣直接載置于隔膜上，并從試樣的下面照射一次電子束，檢測反射電子或二次電子從而進行SEM觀察。試樣被保持于由設置于隔膜周圍的環(huán)狀部件和隔膜構成的空間內，再有在該空間內注滿水等液體。
[0005]現(xiàn)有技術文獻
[0006]專利文獻
[0007]專利文獻1:日本特開2009 — 158222號公報(美國專利申請公開第2009/0166536號說明書)

【發(fā)明內容】

[0008]發(fā)明所要解決的課題
[0009]以往的帶電粒子束裝置均是專門為了在大氣壓下或與大氣壓大致同等壓力的氣體環(huán)境下進行觀察而制造的裝置，不存在能夠使用通常的高真空式帶電粒子顯微鏡簡便地進行大氣壓或與大氣壓大致同等壓力的氣體環(huán)境下的觀察的裝置。
[0010]例如，專利文獻I所記載的SEM是構造上非常特殊的裝置，不能實行通常高真空環(huán)境下的SEM觀察。
[0011]再有，將載置有試樣的大氣壓空間與電子光學鏡筒內部的真空空間隔離的隔膜為了使電子束透射而非常薄，因此破損的可能性較高。在更換隔膜時需要調整隔膜位置，但在現(xiàn)有技術的方法中，無法容易地進行該隔膜位置的調整。
[0012]本發(fā)明鑒于上述問題而完成，其目的在于提供一種帶電粒子束裝置，沒有較大地改變以往的高真空式帶電粒子顯微鏡的結構，便能夠在大氣環(huán)境或氣體環(huán)境下觀察試樣，另外能夠簡便地進行隔膜位置的調整作業(yè)。
[0013]用于解決課題的方法
[0014]為了解決上述課題，例如采用專利申請范圍所記載的結構。
[0015]本申請為解決上述課題而包含多個單元，舉其中一個例子，一種帶電粒子束裝置，其具備將一次帶電粒子束照射在試樣上的帶電粒子光學鏡筒和真空泵，上述帶電粒子束裝置的特征在于，具備:機箱，其成為上述帶電粒子束裝置的一部分且內部被上述真空泵真空排氣；隔膜，其能夠拆裝，并以將載置有上述試樣的空間的壓力保持為比上述機箱內部的壓力大的方式將載置有上述試樣的空間隔離，且能夠使上述一次帶電粒子束透射或通過；以及可動部件，其能夠以保持載置有上述試樣的空間的壓力和上述機箱內部的壓力的狀態(tài)移動上述隔膜。
[0016]發(fā)明的效果
[0017]根據(jù)本發(fā)明，能夠提供帶電粒子束裝置，沒有較大地改變以往的高真空式帶電粒子顯微鏡的結構，便能夠在大氣環(huán)境或氣體環(huán)境下觀察試樣，另外能夠簡便地進行隔膜位置的調整作業(yè)。
[0018]上述以外的課題、結構以及效果通過以下的實施方式的說明將變得明確。
【附圖說明】
[0019]圖1是實施例1的帶電粒子顯微鏡的整體結構圖。
[0020]圖2是操作可動部件時的整體結構圖。
[0021]圖3是緊固部件使用銷和孔的結構例。
[0022]圖4是表示帶電粒子顯微鏡圖像的一個例子的圖。
[0023]圖5是緊固部件使用橡膠板的結構例。
[0024]圖6是緊固部件使用具有凹凸的部件的結構例。
[0025]圖7是緊固部件使用不同特性的部件彼此的組合的結構例。
[0026]圖8是緊固部件使用搭扣的結構例。
[0027]圖9是緊固部件使用搭扣的鉤的結構例。
[0028]圖10是緊固部件使用彈簧柱塞和孔的結構例。
[0029]圖11是緊固部件使用橡膠板和磁鐵的結構例。
[0030]圖12是圖3的A — A剖面立體圖。
[0031]圖13是表示緊固部件的緊固方向的圖。
[0032]圖14是緊固部件的配置結構例。
[0033]圖15是實施例2的帶電粒子顯微鏡的整體結構圖。
[0034]圖16是表示拉出板部件的狀態(tài)的實施例2的帶電粒子顯微鏡的圖。
[0035]圖17是表示用作高真空SEM的狀態(tài)的實施例2的帶電粒子顯微鏡的圖。
[0036]圖18是實施例2的帶電粒子顯微鏡的動作說明圖。
[0037]圖19是操作實施例2的可動部件時的整體結構圖。
[0038]圖20是薄膜位置調整的操作說明圖。
[0039]圖21是實施例3的帶電粒子顯微鏡的整體結構圖。
[0040]圖22是實施例4的帶電粒子顯微鏡的整體結構圖。
[0041]圖23是實施例5的帶電粒子顯微鏡的整體結構圖。
【具體實施方式】
[0042]以下，使用附圖對各實施方式進行說明。
[0043]以下，作為帶電粒子束裝置的一個例子，對帶電粒子束顯微鏡進行說明。但是這只是本發(fā)明的一個例子，本發(fā)明并不限定于以下說明的實施方式。本發(fā)明也能夠適用于掃描電子顯微鏡、掃描離子顯微鏡、掃描透射電子顯微鏡、這些顯微鏡與試樣加工裝置的復合裝置或是應用了這些顯微鏡的解析、檢查裝置。
[0044]另外，本說明書中所謂的“大氣壓”是大氣環(huán)境或規(guī)定的氣體環(huán)境，是指大氣壓或稍微有點負壓亦或是加壓狀態(tài)的壓力環(huán)境。具體來說從大約15Pa(大氣壓)到大約13Pa左右。
[0045]實施例1
[0046]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構圖。圖1所示的帶電粒子顯微鏡主要包括:帶電粒子光學鏡筒2 ;將帶電粒子光學鏡筒支撐于裝置設置面的第一機箱7 (以下有時也稱為真空室)；插入第一機箱7而使用的第二機箱121 (以下有時也稱為附件)；以及對它們進行控制的控制系統(tǒng)。在使用帶電粒子顯微鏡時，帶電粒子光學鏡筒2與第一機箱的內部由真空泵4進行真空排氣。真空泵4的啟動以及停止動作也由控制系統(tǒng)控制。圖中，真空泵4僅表示了一個，但也可以為兩個以上。
[0047]帶電粒子光學鏡筒2由產生帶電粒子束的帶電粒子源8、將產生的帶電粒子束聚焦并向鏡筒下部引導且作為一次帶電粒子束而對試樣6進行掃描的光學透鏡I等要素構成。帶電粒子光學鏡筒2以向第一機箱7內部突出的方式設置，并隔著真空密封部件123而固定于第一機箱7。在帶電粒子光學鏡筒2的端部配置有檢測因上述一次帶電粒子束的照射而得到的二次粒子(二次電子或反射電子、離子等的二次帶電粒子、或光子、X射線等)的檢測器3。在圖1所示的結構例中，檢測器3設置于第一機箱7的內部，但也可以配置于帶電粒子光學鏡筒2內或第二機箱121的內部。
[0048]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、以及根據(jù)從上位控制部36發(fā)送的命令進行真空排氣系統(tǒng)或帶電粒子光學系統(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)的顯示器和鍵盤、鼠標等針對操作畫面的輸入單元。上位控制部36、下位控制部37以及計算機35分別由通信線43、44連接。
[0049]下位控制部37是發(fā)送接收用于控制真空泵4、帶電粒子源8以及光學透鏡I等的控制信號的部位，再將檢測器3的輸出信號轉換為數(shù)字圖像信號并向上位控制部36發(fā)送。圖中來自檢測器3的輸出信號與下位控制部37連接，但也可以在之間放入前置放大器等增幅器。也可以在上位控制部36與下位控制部37中混用模擬電路、數(shù)字電路等，或者也可以將上位控制部36與下位控制部37統(tǒng)一成一個。此外，圖1所示的控制系的結構不過是一個例子，控制單元、閥、真空泵或通信用的配線等的變形例只要滿足本實施例意圖的功能，便屬于本實施例的帶電粒子束顯微鏡的范疇。
[0050]在第一機箱7連接有一端連接于真空泵4的真空配管16，從而能夠將內部維持在真空狀態(tài)。同時，具備用于將機箱內部向大氣開放的泄漏閥14，在維修保養(yǎng)時等，能夠將第一機箱7的內部向大氣開放。泄漏閥14既可以沒有，也可以有兩個以上。另外，第一機箱7的泄漏閥14的配置部位不限于圖1所示的地方，也可以配置于第一機箱7上的其它位置。再有，第一機箱7在側面具備開口部，并通過該開口部供上述第二機箱121插入。
[0051]第二機箱121由長方體形狀的主體部131和配合部132構成。如下所述，主體部131的長方體形狀的側面中至少一個側面成為開放面9。主體部131的長方體形狀的側面中，除設置有隔膜保持部件47的面以外的面既可以由第二機箱121的壁構成，也可以是第二機箱121自身沒有壁而是在裝入第一機箱7的狀態(tài)下由第一機箱7的側壁構成。第二機箱121的位置被固定于第一機箱7的側面或內壁面亦或是帶電粒子光學鏡筒。主體部131通過上述的開口部而插入第一機箱7內部，并在裝入第一機箱7的狀態(tài)下具有容納觀察對象即試樣6的功能。配合部132構成與設置有第一機箱7的開口部的側面?zhèn)鹊耐獗诿嫦嗯浜系拿?，并隔著真空密封部?26固定于上述側面?zhèn)鹊耐獗诿妗Ｓ纱?，第二機箱121整體嵌合于第一機箱7。上述的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、搬出用的開口來制造最簡便。即、若配合原本打開的孔的大小來制造第二機箱121，并在孔周圍安裝真空密封部件126，則裝置的改造僅為所需的最小限度即可。另外，第二機箱121還能夠從第一機箱7取下。
[0052]在主體部131的上面?zhèn)染邆浔∧?0，其在第二機箱121整體嵌合于第一機箱7的情況下位于上述帶電粒子光學鏡筒2的正下方。該薄膜10能夠使從帶電粒子光學鏡筒2的下端放射的一次帶電粒子束透射或通過，一次帶電粒子束通過薄膜10最終到達試樣6。
[0053]利用到達試樣6的帶電粒子束從試樣內部或表面放射出反射帶電粒子、透射帶電粒子等二次粒子。由檢測器3檢測出該二次粒子。檢測器3位于被一次帶電粒子束照射的試樣面?zhèn)?，所以能夠取得試樣表面的信息。檢測器3是能夠檢測到以數(shù)keV到數(shù)十keV的能量飛來的帶電粒子的檢測元件。另外，該檢測元件還可以具有信號的增幅單元。本檢測元件根據(jù)裝置結構的要求，優(yōu)選為薄且平。例如是由硅等半導體材料制作的半導體檢測器、能夠在玻璃面或內部將帶電粒子信號轉換為光的閃爍檢測器等。
[0054]在現(xiàn)有技術中，試樣被保持在充滿液體的隔膜內部，由于進行一次大氣壓觀察后試樣被浸濕，因此將相同狀態(tài)的試樣在大氣環(huán)境以及高真空環(huán)境兩者下進行觀察是非常困難的。另外，由于液體始終與隔膜接觸，因此還存在隔膜破損的可能性非常高的問題。另一方面，根據(jù)本實施例的方案，試樣6以與隔膜10非接觸的狀態(tài)配置，因此能夠不改變試樣的狀態(tài)而既在高真空下又在大氣壓下進行觀察。另外，因為試樣沒有載置在隔膜上所以能夠降低因試樣而導致隔膜破損的可能性。