CN103477415A - 带电粒子束装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种带电粒子束装置乃至带电粒子显微镜，其不很大地改变现有的高真空带电粒子显微镜的结构，就能够在大气气氛或气体气氛下观察观察试样。在采用划分真空气氛和大气气氛（或气体气氛）的薄膜（10）的结构的带电粒子束装置中，能够保持上述薄膜（10），并且将能够将内部维持为大气气氛或气体气氛的配件（121）插入到高真空型带电粒子显微镜的真空室（7）中来使用。该配件（121）被真空密封地固定在上述真空试样室的真空隔壁上。通过用氦气、氢气或水蒸汽这样的质量比大气气体轻的轻元素气体置换配件内部，来进一步提高画质。

Description

带电粒子束装置
技术领域
本发明涉及一种能够在大气压或规定的气体气氛中观察观察试样的显微镜技术，特别涉及台式带电粒子显微镜。
背景技术
为了观察物体的微小区域，可以使用扫描型电子显微镜（SEM）、透射型电子显微镜（TEM）等。一般，在这些装置中，对用于配置试样的第二机壳进行真空排气，将试样气氛置为真空状态来拍摄试样。另一方面，用电子显微镜观察生物化学试样、液体试样等由于真空而受破坏或状态变化的试样的需求大，近年来开发出能够在大气压下对观察对象试样进行观察的SEM装置、试样保持装置等。
这些装置原理上是在电子光学系统和试样之间设置能够透过电子束的薄膜或微小贯通孔来划分真空状态和大气状态，在都在试样和电子光学系统之间设置薄膜这一点上是共通的。
例如，在专利文献1中，公开了以下的大气压SEM，其向下配置电子光学镜筒的电子源侧，向上配置物镜侧，在电子光学镜筒末端的电子束的出射孔上设置有电子束能够经由O型环透过的薄膜。在该文献所记载的发明中，直接将观察对象试样放置在薄膜上，从试样的下面照射初级电子束，检测反射电子或次级电子来进行SEM观察。试样被保持在由设置在薄膜的周围的环状构件和薄膜构成的空间内，并且在该空间内充满水等液体。根据专利文献1所公开的发明，实现了特别适合于生物体试样观察的大气压SEM。
另外，在专利文献2中，公开了以下的环境元件的发明，即将观察试样存储于在上面侧设置了使电子束通过的开口的浅底盘状的圆筒容器内，将该圆筒容器设置在SEM的真空试样室内，并且从真空试样室的外部向该圆筒容器连接软管，由此能够模拟地将容器内部维持为大气气氛。在此，“模拟”表示如果对真空试样室进行真空排气，则气体从开口流出，因此不能严格地在大气压的环境下进行观察。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：特开2009-158222号公报（美国专利公开公报2009/0166536号）
专利文献2：特开2009-245944号公报（美国专利公开公报2009/0242763号）
发明内容
发明要解决的问题
具备气体气氛下的观察功能的现有的带电粒子显微镜或带电粒子束装置都是为了专门在气体气氛下进行观察而制造的装置，不存在能够使用通常的高真空带电粒子显微镜简便地进行大气压/气体气氛下的观察的装置。
例如，专利文献1所记载的大气压SEM是构造上非常特殊的装置，不能执行通常的高真空气氛下的SEM观察。另外，观察对象物被保持在充满了液体的薄膜内部，当进行一次大气压观察时试样被浸湿，因此非常难以在大气气氛/高真空气氛的双方下观察相同状态的试样。另外，还存在液体始终与薄膜接触，薄膜破损的可能性非常高的问题。
专利文献2所记载的环境元件能够进行大气压/气体气氛下的观察，但存在以下的问题，即只能够观察能够插入到元件中的大小的试样，无法进行大型试样的大气压/气体气氛下的观察。另外在环境元件的情况下，还存在以下的问题，即为了观察不同的试样，必须从SEM的真空试样室取出环境元件，替换试样后再次送入真空试样室内，试样更换繁琐。
本发明是鉴于该问题而提出的，其目的在于，提供一种带电粒子束装置乃至带电粒子显微镜，其不很大地改变现有的高真空带电粒子显微镜的结构，就能够在大气气氛或气体气氛下观察观察试样。
解决问题的手段
在本发明中，针对带电粒子显微镜具备的真空室，从上述真空室的开口部插入能够把内部的压力维持为比上述真空室的压力高的状态并且存储上述试样的配件，固定在真空室中来使用，由此解决上述问题。真空室的开口部例如被设置在上述真空室的侧面或底面。另外，上述配件具有保持使初级带电粒子束在配件内部透过或通过的薄膜的功能，由此确保真空室和配件内部的压力差。也可以将上述真空室称为第一机壳，将上述配件称为相对于上述真空室的第二机壳。
发明效果
通过上述薄膜将上述真空室维持为高真空，另一方面将上述配件的内部维持为大气压/气体气氛。另外，能够在配件内部和外部之间送入/送出观察试样。即，根据本发明，能够实现比现有技术更简便地实现大气压/气体气氛下的观察的带电粒子显微镜。
另外，本发明的配件是从试样室的侧面插入的方式，因此容易大型化，因此即使是无法封入到环境元件中的大型的试样也能够观察。
附图说明
图1是实施例1的带电粒子显微镜的整体结构图。
图2是实施例2的带电粒子显微镜的整体结构图。
图3是表示抽出板构件后的状态的实施例2的带电粒子显微镜的图。
图4是作为高真空SEM使用的状态的实施例2的带电粒子显微镜的图。
图5是实施例2的带电粒子显微镜的动作说明图。
图6是实施例2的带电粒子显微镜的结构例子。
图7是实施例2的带电粒子显微镜的结构例子。
图8是实施例2的带电粒子显微镜的结构例子。
图9是实施例3的带电粒子显微镜的整体结构图。
图10是实施例4的带电粒子显微镜的整体结构图。
图11是实施例5的带电粒子显微镜的整体结构图。
具体实施方式
以下，使用附图说明各实施方式。
实施例1
在本实施例中，说明最基本的实施方式。在图1中，表示本实施例的带电粒子显微镜的整体结构图。图1所示的带电粒子显微镜主要由带电粒子光学镜筒2、相对于装置设置面支持带电粒子光学镜筒的第一机壳（真空室）7、插入到第一机壳7中使用的第二机壳（配件）121、控制它们的控制系统构成。在使用带电粒子显微镜时，带电粒子光学镜筒2和第一机壳的内部通过真空泵4被真空排气。还通过控制系统控制真空泵4的启动/停止动作。图中，真空泵4只表示出一个，但也可以是2个以上。
带电粒子光学镜筒2由产生带电粒子束的带电粒子源0、使产生的带电粒子束聚集导向镜筒下部，作为初级带电粒子束对试样6进行扫描的光学镜头1等要素构成。带电粒子光学镜筒2被设置为向第一机壳7内部突出，经由真空密封构件123固定在第一机壳7上。在带电粒子光学镜筒2的端部，配置检测通过上述初级带电粒子束的照射而得到的次级带电粒子（次级电子或反射电子）的检测器3。在图1所示的结构中，检测器3被设置在第一机壳7的内部，但也可以配置在带电粒子光学镜筒2内或第二机壳121的内部。
作为控制系统，本实施例的带电粒子显微镜具备装置使用者所使用的个人计算机35、与个人计算机35连接进行通信的上位控制部36、依照从上位控制部36发送的指令进行真空排气系统、带电粒子光学系统等的控制的下位控制部37。个人计算机35具备显示装置的操作画面（GUI）的监视器、键盘、鼠标等针对操作画面的输入单元。上位控制部36、下位控制部37、个人计算机35分别通过通信线43、44连接。
下位控制部37是收发用于控制真空泵4、气体控制用阀101、带电粒子源0、光学镜头1等的控制信号的部位，并且将检测器3的输出信号变换为数字图像信号发送到上位控制部36。在图中，将来自检测器3的输出信号连接到下位控制部37，但也可以在其间设置运算放大器等放大器。
在上位控制部36和下位控制部37中，也可以混合存在模拟电路、数字电路等。另外，也可以将上位控制部36和下位控制部37统一为一个。此外，图1所示的控制系统的结构只不过是一个例子，控制单元、阀、真空泵、或通信用的布线等的变形例子只要满足在本实施例中实现的功能，就属于本实施例的SEM乃至带电粒子束装置的范畴。
第一机壳7连接有一端与真空泵4连接的真空配管16，能够将内部维持为真空状态。同时，具备用于对机壳内部进行大气释放的泄漏阀14，在维护等时，能够对第一机壳7的内部进行大气释放。泄漏阀14既可以没有，也可以有2个以上。另外，第一机壳7中的配置位置不限于图1所示的地方，也可以配置在第一机壳7上的其他位置。并且，第一机壳7在侧面具备开口部，通过该开口部插入上述第二机壳121。
第二机壳121由长方体形状的主体部131和配合部132构成。主体部131具备存储作为观察对象的试样6的功能，通过上述的开口部插入到第一机壳7内部。配合部132构成与第一机壳7的设置有开口部的侧面一侧的外壁面的配合面，经由真空密封构件126固定在上述侧面一侧的外壁面上。由此，将整个第二机壳121与第一机壳7嵌合。利用带电粒子显微镜的真空试样室原本具备的试样的送入/送出用的开口来制造上述开口部是最简便的。即，如果与原本开孔的大小相符地制造第二机壳121，将真空密封构件126安装在孔的周围，则装置的改造为所需的最小限度。
在主体部131的上表面侧，在整个第二机壳121与第一机壳7嵌合的情况下，在上述带电粒子光学镜筒2的正下方的位置具备薄膜10。该薄膜10能够使从带电粒子光学镜筒2的下端释放的初级带电粒子束透过乃至通过，初级带电粒子束通过薄膜10最终到达试样6。
在带电粒子束是电子束的情况下，薄膜10的厚度需要是电子束能够透过的程度的厚度，典型的是20μm左右以下。也可以代替薄膜，而使用具备初级带电粒子束的通过孔的开孔构件，此时的孔径根据在现实的真空泵中能够进行差动排气的要求，理想面积为1mm2左右以下。在带电粒子束是粒子的情况下，难以不损坏薄膜地使其贯通，因此使用面积1mm2左右以下的开孔。图中的点划线表示初级带电粒子束的光轴，带电粒子光学镜筒2、第一机壳7和薄膜10与初级带电粒子束光轴同轴地配置。设置适当的高度的试样台17来调整试样6和薄膜10之间的距离。
如图1所示，第二机壳121的侧面是开放面，存储在第二机壳121的内部（图的虚线的右侧；以后称为第二空间）中的试样6在观察过程中被放置在大气压状态下。另一方面，第一机壳7与真空泵4连接，能够对由第一机壳7的内壁面和第二机壳121的外壁面以及薄膜10构成的封闭空间（以下称为第一空间）进行真空排气。由此，在本实施例中，在装置的动作过程中，能够将带电粒子光学镜筒2、检测器3维持为真空状态，并且能够将试样6维持为大气压。另外，第二机壳121具有开放面，因此在观察中能够自由的更换试样6。
以上，通过本实施例，实现即使是大小比较大的试样也能够在大气压下观察的带电粒子显微镜。
实施例2
在本实施例中，说明对台式电子扫描显微镜的应用例子。此外，虽然是对电子扫描显微镜的应用例子，但本实施例当然能够应用于粒子显微镜等一般的带电粒子显微镜。
在图2中，表示本实施例的电子扫描显微镜的整体结构图。与实施例1相同，本实施例的电子扫描显微镜也由电子光学镜筒2、相对于装置设置面支持该电子光学镜筒的第一机壳（真空室）7、插入到第一机壳7中使用的第二机壳（配件）121、控制系统等构成。这些各要素的动作/功能或对各要素附加的附加要素大致与实施例1同样，因此省略详细的说明。
在本实施例的电子扫描显微镜的情况下，薄膜10与实施例1不同，经由薄膜保持构件47可装卸地固定在第二机壳的主体部131的上表面。薄膜10以真空密封的方式被固定在薄膜保持构件47上，但也可以使用O型环等真空密封构件，还可以用粘结剂等有机材料或胶带等固定。
薄膜保持构件47经由真空密封构件可装卸地固定在第二机壳121的顶板的下表面侧。薄膜10为了电子束透过的要求，厚度为20μm左右以下非常薄，因此有可能随时间而恶化、或在观察准备时破损。另一方面，由于薄膜10薄，所以非常难以直接进行处理。如本实施例那样，不直接而是经由薄膜保持构件47对薄膜10进行处理，由此非常容易进行薄膜10的处理（特别是更换）。即，在薄膜10破损的情况下，更换每个薄膜保持构件47即可，在万一必须直接更换薄膜10的情况下，也能够将薄膜保持构件47取出到装置外部，在装置外部进行薄膜10的更换。此外，与实施例1相同，可以代替薄膜，而使用具有面积1mm2以下左右的孔的开孔构件。
并且，本实施例的薄膜保持构件47在与试样6的相对面一侧具备防止薄膜和试样接触的限制构件105。作为限制构件105，可以使用能够限制试样和薄膜之间的距离的任意材料，但为了简便，也可以粘帖粘结剂、胶带来用作限制构件105。但是，如果考虑到通过了薄膜10的初级电子束的平均自由行程，则理想的是用正确地知道厚度的薄膜材料来制作限制构件105。另外，在图2中，将限制构件105安装在薄膜保持构件47上，但也可以安装在薄膜10自身、工作台5上，或也可以放置在试样6上。并且，还可以能够装卸限制构件105。
另外，在本实施例的电子扫描显微镜的情况下，用盖构件122覆盖第二机壳121的开放面，能够实现各种功能。以下，对其进行说明。
在本实施例的电子扫描显微镜中，具备向第二机壳内供给置换气体的功能。从电子光学镜筒2的下端释放的电子束通过被维持为高真空的第一空间，通过图2所示的薄膜10（或开孔构件），并且侵入到维持为大气压或（比第一空间低的）低真空度的第二空间。但是，在真空度低的空间中，电子束由于气体分子而散射，因此平均自由行程短。即，如果薄膜10和试样6之间的距离大，则电子束或由于电子束照射产生的次级电子或反射电子无法到达试样。另一方面，电子束的散射概率与气体分子的质量数成比例。因此，如果用质量数比大气轻的气体分子来置换第二空间，则电子束的散射概率降低，电子束能够到达试样。作为置换气体的种类，如果是氮气、水蒸汽等比大气轻的气体则显现出图像S/N的改善效果，但如果是质量更轻的氦气、氢气则图像S/N的改善效果大。
根据以上理由，在本实施例的电子扫描显微镜中，在盖构件22设置有气体供给管100的安装部（气体导入部）。气体供给管100通过连结部102与储气罐103连结，由此将置换气体导入到第二空间21内。在气体供给管100的途中，配置有气体控制用阀101，能够控制在管内流过的置换气体的流量。因此，信号线从气体控制用阀101延伸到下位控制部37，装置用户能够通过在个人计算机35的监视器上显示的操作画面控制置换气体的流量。
置换气体是轻元素气体，因此容易驻留在第二空间12的上部，下侧难以置换。因此，在盖构件122中在比气体供给管100的安装位置更下侧（在图2中是压力调整阀104的安装位置）设置开口。由此，被从气体导入部导入的轻元素气体挤压而从下侧的开口排出大气气体，因此能够有效地对第二机壳121内进行置换。也可以将该开口兼用作后述的粗排气端口。
也可以在第二机壳121或盖构件122上设置真空排气端口，在一度对第二机壳121内进行真空排气后导入置换气体。此时的真空排气只要将残留在第二机壳121内部的大气气体成分减少到一定量以下即可，因此不需要进行高真空排气，粗排气是足够的。但是，在观察生物体试样等包含水分的试样等的情况下，一度放置在真空状态下的试样的水分蒸发而状态发生变化。因此，理想的是如上述那样从大气气氛直接导入置换气体。上述开口在导入置换气体后通过盖构件关闭，由此能够有效地将置换气体封闭在第二空间12内。
如果将三通阀安装在上述开口的位置，则能够将该开口兼用作粗排气端口和大气泄漏用排气口。即，如果将三通阀的一个安装在盖构件122上，将一个与粗排气用真空泵连接，在剩余的一个上安装泄漏阀，则能够实现上述兼用排气口。
也可以针对上述开口的变化设置压力调整阀104。该压力调整阀104具有当第二机壳121的内部压力为1气压以上时，阀自动地打开的功能。通过具备具有这样的功能的压力调整阀，在导入轻元素气体时，如果内部压力成为1气压以上，则自动地打开将氮气、氧气等大气气体成分排出到装置外部，能够使装置内部充满轻元素气体。此外，未图示的储气罐103有时设置在电子扫描显微镜中，也有时由装置用户事后安装。
接着，说明试样6的位置调整方法。本实施例的电子扫描显微镜具备工作台5来作为观察视野的移动单元。在工作台5上，具备向面内方向的XY驱动机构和向高度方向的Z轴驱动机构。在盖构件122上安装有成为支持工作台5的底板的支持板107，工作台5被固定在支持板107上。对于盖构件122的朝向第二机壳121的相向面，向第二机壳121的内部延伸的方式安装支持板107。从Z轴驱动机构和XY驱动机构分别伸出支轴，分别与操作钮108和操作钮109连接。装置用户通过操作这些操作钮108和操作钮109，来调整试样6在第二机壳121内的位置。
在调整试样位置时，通常在决定面内方向的位置后调整高度方向的位置，但为了防止薄膜10的破损，必须将试样6的高度方向的位置调整为不过于接近薄膜10。因此，本实施例的电子扫描显微镜具备照相机106等观察单元。由此，能够在远离状态下观察薄膜10和试样6之间的距离、将试样6在高度方向上移动的情况等。也可以代替照相机106，而使用拍摄分辨率高的光学显微镜。另外虽然未图示，但也可以使用红外线等电磁波的反射来测定试样和薄膜之间的距离。观察单元的安装位置并不特别限定于图2的配置，只要是能够清楚地测量试样和薄膜之间的距离的位置则可以是任意位置。
接着，说明试样6的更换机构。本实施例的电子扫描显微镜在第一机壳7的底面和盖构件122的下端部分别具备板构件用支持构件19、底板20。盖构件122经由真空密封构件25可拆卸地固定在第二机壳121上。另一方面，板构件用支持构件19也可拆卸地固定在底板20上，如图3所示，能够将盖构件122和板构件用支持构件19整个地从第二机壳121卸下。
在地板20上，具备在拆卸时被用作导杆的支柱18。在通常的状态下，支柱18被存储在设置在底板20上的存储部中，构成为在拆卸时向盖构件122的抽出方向延伸。同时，支柱18固定在板构件用支持构件19上，在从第二机壳121卸下盖构件122时，盖构件122与电子扫描显微镜主体不完全分离。由此，能够防止工作台5或试样6的下落。
在将试样送入第二机壳121内的情况下，首先旋转工作台5的Z轴操作钮，使试样6远离薄膜10。接着，开放压力调整阀104，对第二机壳内部进行大气开放。然后，在确认了第二机壳内部没有成为减压状态或极端增压状态后，将盖构件122向与装置主体相反一侧拉出。由此，成为能够更换试样6的状态。在更换试样后，将盖构件122按入第二机壳121内，在通过未图示的连结构件将盖构件122固定在配合部132后，导入置换气体。可以持续进行电子光学镜筒2的动作地执行以上的操作，因此，本实施例的电子扫描显微镜可以在更换试样后，迅速地开始观察。
本实施例的电子扫描显微镜也能够作为通常的高真空SEM使用。在图4中，表示在作为高真空SEM使用的状态下的本实施例的电子扫描显微镜的整体结构图。在图4中，控制系统与图2相同，因此省略图示。图4表示以下状态的电子扫描显微镜，即在将盖构件122固定在第二机壳121的状态下，将气体供给管100和压力调整阀104从盖构件122卸下后，用盖构件130塞住气体供给管100和压力调整阀104的安装位置。如果通过该前后的操作，将薄膜保持构件47从第二机壳121卸下，则能够将第一空间11和第二空间12连接起来，能够通过真空泵4对第二空间内部进行真空排气。由此，在安装了第二机壳121的状态下，能够进行高真空SEM观察。
此外，作为图4的结构的变形例子，也可以整个地卸下安装有薄膜保持构件47的状态的第二机壳121，将盖构件122直接固定在第一机壳7的配合面上。通过本结构也能够将第一空间11和第二空间12连接起来，能够通过真空泵4对第二机壳内部进行真空排气。此外，该结构与一般的SEM装置的结构相同。
如以上说明的那样，在本实施例中，将工作台5及其操作钮108、109、气体供给管100、压力调整阀104全部集中安装在盖构件122上。因此，装置用户能够对第一机壳的同一面进行上述操作钮108、109的操作、试样的更换操作、或气体供给管100、压力调整阀104的装卸操作。由此，与将上述构成物零散地安装在试样室的其他面上的结构的电子扫描显微镜相比，极大地提高了操作性。
在图5中，表示用于表示本实施例的电子扫描显微镜的操作的流程的流程图。
在第一步骤70中，进行第一空间的真空排气。也可以预先进行真空排气。在第二步骤71中，将试样6放置到工作台5上的试样台上，承载在工作台5上。在第三步骤72中，将盖构件122导入到第二机壳内部，与装置主体（第二机壳）连结。在第四步骤73中，在将气体控制用阀101打开一定时间后关闭，由此向第二空间导入氦气等置换气体。在第五步骤74中，调整电子光学镜筒的动作条件，使其释放电子束。在第六步骤75中，开始取得图像。在第七步骤76中，卸下盖构件122。将封闭在第二空间中的置换气体释放到装置外部，但也可以在开放压力调整阀排出置换气体后卸下盖构件122。在第八步骤77中，取出试样。在希望观察其他试样的情况下，返回到第二步骤71。
此外，第二空间不仅可以设为导入置换气体直到成为大气压状态，也可以设为稍微导入的低真空状态或真空状态等，但在该情况下，在第四步骤73中进行置换气体的流量调整或真空排气即可。此外，图5所示的流程是操作的一个例子，也可以适当地改变顺序。
在图6中，表示显示在个人计算机35的监视器上的操作画面的一个例子。在图6所示的操作画面中，例如有操作用窗口50、图像显示部51、开始释放电子束来开始显示图像的图像观察开始按键52、停止释放电子束而停止显示图像的图像观察停止按键53、调整偏向镜头或物镜等光学镜头执行自动聚集的调焦按键54、调整图像的亮度的亮度调整按键55、控制对比度的对比度调整按键56、开始带电粒子光学镜筒2、第一机壳7的内部的真空排气的真空排气按键57、用于对第一机壳7的内部进行大气泄漏的大气泄漏按键58。如果在画面上点击真空排气按键57，则开始真空排气，如果再次点击则停止真空排气。大气泄漏按键58的操作也相同。也可以对设置在装置主体的机械按键、钮进行操作，通过手动操作来执行通过上述按键操作而执行的处理。
在操作用窗口50中，显示打开气体控制用阀101从气体喷嘴释放气体的气体释放开始按键112、关闭气体控制用阀101停止释放气体的气体释放停止按键113、将通过电子扫描显微镜拍摄的图像显示在图像显示部51上的SEM图像显示按键114、显示照相机106的取得图像的照相机按键115。如果点击同时显示按键116，则还能够在图像显示部51上显示SEM图像和照相机图像双方，在调整试样6的高度时特别有效。
在本实施例的情况下，按下气体释放开始按键112开放气体控制用阀101，如果此后忘记按下气体释放停止按键113，则储气罐103有可能变得没气。因此，如图7所示，也可以在子窗口118中显示用于设定从开始释放气体到停止释放的气体释放的持续时间的气体释放时间设定画面117。另外，也可以不是由装置使用者设定从气体释放到停止释放气体的时间，而是使用预先在装置中设置的时间。
另外，有时希望只在观察SEM图像时进行气体释放。在该情况下，显示图7所示的其他窗口118，预先在复选框119中设置选择标记。如果在设置了选择标记的状态下点击图像观察开始按键52，则自动地打开气体控制用阀101，开始导入置换气体。然后，如果经过了在气体释放时间设定画面117中设定的时间，则自动关闭气体控制用阀101。在导入置换气体的过程中点击了图像观察停止按键53的情况下，也自动地关闭气体控制用阀101。如果在导入置换气体的过程中点击了SEM图像显示按键114、照相机按键115或同时显示按键116，则可以与选择的图像的种类对应地，切换在图像显示部51上显示的图像。根据由上位控制部传达的个人计算机35的设定信息，由下位控制部37执行以上说明的气体控制用阀101的开闭控制。
在图8中，表示在盖构件122或第二机壳121中设置了粗排气端口或三通阀时的操作画面的一个例子。在该情况下的操作画面中，分别显示第一空间和第二空间的真空排气的开始/停止按键。如果点击第二空间用的真空排气按键59，则打开设置在粗排气端口的真空阀，开始第二空间的真空排气。如果再次点击，则关闭粗排气端口的真空阀停止真空排气。同样，如果点击第二空间用的大气泄漏按键60，则打开安装在三通阀中的泄漏阀，对第二空间进行大气释放。如果再次点击，则关闭泄漏阀停止第二空间的大气释放。
除了以上说明的结构，还可以设置检测第二机壳121和盖构件122的接触状态的接触监视器，监视第二空间是关闭还是打开。
另外，除了次级电子检测器、反射电子检测器以外，还可以设置X射线检测器或光检测器，能够进行EDS分析、荧光线的检测。作为X射线检测器或光检测器的配置，可以是第一空间11和第二空间12中的任意一个。
另外，如果向试样6照射电子束，则吸收电流流过试样。因此，也可以设置电流计，能够测量流过试样6或试样台的电流。由此，能够取得吸收电流图像（或利用了吸收电子的图像）。另外，也可以在试样台的下侧配置透过电子检测器，能够取得扫描透过（STEM）图像。还可以使试样台自身为检测器。
另外，也可以向工作台5施加高电压。如果向试样6施加高电压，则能够使来自试样6的释放电子具有高能量，能够增加信号量，改善图像S/N。
另外，也能够将本实施例的结构应用于小型的电子束描绘装置。在该情况下，并不一定需要检测器3。
以上，根据本实施例，除了实施例1的效果以外，还实现能够作为高真空SEM使用的大气压SEM。另外，能够导入置换气体来执行观察，因此本实施例的电子扫描显微镜与实施例1的带电粒子显微镜相比能够取得S/N良好的图像。
此外，在本实施例中，说明了应用于台式电子显微镜的结构例子，但也能够将本实施例应用于大型的电子扫描显微镜。在台式电子显微镜的情况下，通过机壳将整个装置或带电粒子光学镜筒支持在装置设置面上，但在大型的电子扫描显微镜的情况下，将整个装置载置在台架上即可，因此如果将第一机壳7载置在台架上，则能够将在本实施例中说明的结构直接转用到大型的电子扫描显微镜中。
实施例3
在本实施例中，说明将盖构件122从图2的装置结构中卸下的结构例子。在图9中，表示本实施例的带电粒子显微镜的整体结构。对于控制系统，与实施例2相同因此省略图示，只表示出装置的主要部分。
在图9所示的结构中，将工作台5直接固定在第二机壳121的底面。气体供给管100既可以固定在第二机壳121也可以没有。根据本结构，允许试样伸出到装置外部，因此与具备盖构件122的实施例2的结构相比，能够观察尺寸大的试样。
实施例4
在本实施例中，说明在图2的装置结构中，改变第二机壳121和盖构件122的位置关系的变形例子。在图10中表示本实施例的带电粒子显微镜的整体结构。与实施例3同样，在图10中只表示装置的主要部分。在本结构中，需要用于对第一空间11和第二空间12进行真空密封的真空密封构件128。在该结构的情况下，由于使第二机壳的配合部132处于装置的内侧，所以能够将整个装置的大小减小得比实施例1～3的结构小。
实施例5
在本实施例中，说明在图2的装置结构中，在第一机壳的上侧对第二机壳121进行真空密封的变形例子。在图11中表示本实施例的带电粒子显微镜的整体结构。与实施例4同样，在图11中只表示装置的主要部分。在本结构中，具有以下的结构，使用锅形的配件（第二机壳121），从上将配件嵌入到第一机壳7中，并且从其上嵌入电子光学镜筒2。第二机壳121相对于电子光学镜筒2使用真空密封构件123进行真空密封，并且，第二机壳121相对于第一机壳7使用真空密封构件129进行真空密封。在该结构的情况下，与图2相比，能够增大第二空间11的容积，能够配置比实施例2的结构大的试样。
符号说明
0：电子源（带电粒子源）；1：光学镜头；2：电子光学（带电粒子光学）镜筒；3：检测器；4：真空泵；5：工作台；6：试样；7：第一机壳；10：薄膜；11：第一空间；12：第二空间；14：泄漏阀；16：真空配管；18：支柱；19：板构件用支持构件；20：底板；35：个人计算机；36：上位控制部；37：下位控制部；43、44：通信线；47：薄膜保持构件；50：操作用窗口；51：图像显示部；52：图像观察开始按键；53：图像观察停止按键；54：调焦按键；55：亮度调整按键；56：对比度调整按键；57、59：真空排气按键；58、60：大气泄漏按键；100：气体供给管；101：气体控制用阀；102：连结部；103：储气罐；104：压力控制阀；105：限制构件；106：照相机；107：支持板；108、109：操作钮；112：气体释放开始按键；113：气体释放停止按键；114：SEM图像显示按键；115：照相机按键；116：同时显示按键；117：气体释放时间设定画面；118：子窗口；119：气体释放执行复选框；120：OK按键；121：第二机壳；122、130：盖构件；123、124、125、126、128、129：真空密封构件；131：主体部；132：配合部。

Claims (23)

1.一种带电粒子束装置，具备：带电粒子光学镜筒，其在试样上扫描初级带电粒子束；检测器，其检测通过上述扫描得到的反射电子或次级电子；真空泵，其特征在于，具备：
第一机壳，其相对于装置设置面支持上述带电粒子束装置整体，内部通过上述真空泵被真空排气；
第二机壳，其位置被固定在该第一机壳的侧面或内壁面或上述带电粒子光学镜筒上，将上述试样存储在内部；
薄膜，其设置在该第二机壳的上表面侧，使上述初级带电粒子束透过或通过，
能够将上述第二机壳内部的压力维持为比上述第一机壳内部的压力高的状态。
2.根据权利要求1所述的带电粒子束装置，其特征在于，具备：
气体导入部，其导入用于置换上述第二机壳内部的气氛的置换气体。
3.根据权利要求2所述的带电粒子束装置，其特征在于，
具备：压力调整阀，其用于调整上述第二机壳内部的压力，
在上述第二机壳内部的压力变得比规定值高的情况下，上述压力调整阀打开，由此使上述第二机壳内部减压。
4.根据权利要求3所述的带电粒子束装置，其特征在于，
上述第二机壳的形状是一个侧面开放的长方体形状，
具备：盖构件，其用于固定上述气体导入部或上述压力调整阀，并覆盖该长方体的开放面。
5.根据权利要求2所述的带电粒子束装置，其特征在于，
上述置换气体是包含氦气的轻元素气体。
6.根据权利要求4所述的带电粒子束装置，其特征在于，
将上述气体导入部在上述板构件上的安装位置配置在上述压力调整阀在上述板构件上的安装位置的下方。
7.根据权利要求6所述的带电粒子束装置，其特征在于，
设置开口部来取代上述压力调整阀。
8.根据权利要求4所述的带电粒子束装置，其特征在于，
上述第二机壳或上述板构件具备与用于调整上述第二机壳的内部压力的真空泵连接的粗排气端口。
9.根据权利要求4所述的带电粒子束装置，其特征在于，
上述板构件可装卸地固定在上述第二机壳的侧面。
10.根据权利要求1所述的带电粒子束装置，其特征在于，
上述薄膜经由保持该薄膜的薄膜保持构件可装卸地固定在上述第二机壳上，
通过从上述第二机壳上取下上述薄膜保持构件，能够对上述第一机壳和第二机壳内部进行真空排气。
11.根据权利要求10所述的带电粒子束装置，其特征在于，
保持上述薄膜的薄膜保持构件被固定在上述第二机壳内部的顶面上。
12.根据权利要求1所述的带电粒子束装置，其特征在于，
具备：工作台，其被固定在上述第二机壳的底面上，将上述试样在面内方向或高度方向上移动。
13.根据权利要求4所述的带电粒子束装置，其特征在于，
具备：工作台，其被固定在上述板构件上，能够将上述试样在面内方向或高度方向上移动。
14.根据权利要求10所述的带电粒子束装置，其特征在于，
上述薄膜保持部具备限制构件，该限制构件限制试样和薄膜之间的距离以使上述试样不过于接近上述薄膜。
15.根据权利要求1所述的带电粒子束装置，其特征在于，
具备观察装置，其能够观察上述薄膜和上述试样的间隔。
16.根据权利要求1所述的带电粒子束装置，其特征在于，
将用于检测通过上述带电粒子束对上述试样的扫描而释放的离子、电子、光子、X射线中的任意一个以上的检测器、或检测通过上述带电粒子束的照射而得到的透过电子的检测器配置在上述第一机壳内或第二机壳内。
17.根据权利要求1所述的带电粒子束装置，其特征在于，
具备：试样台，其配置在上述第二机壳内，能够检测由于上述带电粒子束对上述试样的扫描而流入到上述试样的电子或电流。
18.根据权利要求1所述的带电粒子束装置，其特征在于，
具备：监视器，其显示用于设定上述第一机壳或第二机壳内部的压力、气氛的至少一方的控制条件的操作画面。
19.根据权利要求1所述的带电粒子束装置，其特征在于，
上述薄膜的厚度在20μm以下。
20.根据权利要求1所述的带电粒子束装置，其特征在于，
上述薄膜具备贯通孔，其用于通过上述初级带电粒子束，面积为1mm2以下。
21.一种带电粒子束装置，具备：带电粒子光学镜筒，其在试样上扫描初级带电粒子束；检测器，其检测通过上述扫描得到的反射电子或次级电子；真空泵，其特征在于，具备：
机壳部，其相对于装置设置面支持上述带电粒子光学镜筒，内部通过上述真空泵被真空排气；
配件，其将内部的压力维持为比上述机壳部的压力高的状态，并且能够存储上述试样，其中
上述配件保持使上述初级带电粒子束透过或通过配件内部的薄膜，
并且，上述配件被真空密封地固定在上述机壳部的侧壁面或内壁面或上述带电粒子光学镜筒上。
22.一种观察方法，经由薄膜向被维持为大气压状态的试样照射从内部被真空排气的带电粒子光学镜筒释放的带电粒子束，检测得到的次级带电粒子，取得上述试样上的带电粒子束的照射位置的图像，上述观察方法的特征在于，
使上述带电粒子束通过由相对于装置设置面支持上述带电粒子光学镜筒的机壳形成的第一空间内部，
在从该第一空间的侧面插入上述第一空间的内部压力维持为比上述带电粒子光学镜筒内的压力高的状态的配件内存储上述试样，
经由上述薄膜向上述配件内的试样照射上述带电粒子束。
23.根据权利要求21所述的观察方法，其特征在于，
用氦气置换上述配件内部。
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