CN104246965B - 带电粒子束装置 - Google Patents

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Abstract

带电粒子束装置(1)具备带电粒子光学镜筒(10)、搭载带电粒子光学镜筒(10)的支承壳体(20)、以及插入到支承壳体(20)的内部的内插壳体(30)，第一光圈构件(15)配设在物镜的磁场的中心附近，第二光圈构件(31)配设为从外侧封堵设置于内插壳体(30)的上表面的开口部。并且，利用检测器(16)检测在一次带电粒子束(12)向配置于第二光圈构件(31)的下表面侧的试料(60)照射时放出的二次带电粒子。

Description

带电粒子束装置
技术领域
本发明涉及一种带电粒子束装置，该带电粒子束装置能够在成为观察对象的试料的大部分暴露于大气压下的状态下，放大该试料的微小区域而进行观察。
背景技术
在放大试料的微小区域部分而进行观察的情况下，使用代表性的带电粒子束装置即扫描式电子显微镜(SEM：ScanningElectronMicroscope)、透射式电子显微镜(TEM：TransmissionElectronMicroscope)。将作为观察对象的试料整体装入进行真空排气后的试料室内，这些SEM、TEM在高真空的环境下进行该微小区域的观察。
另一方面，对于SEM、TEM而言，想要在将试料置于大气压下的状态下观察其微小区域这样的需求多。例如，专利文献1、2公开了如下所述的例子，即，SEM能够在将试料的大部分暴露于大气压下的状态下观察该试料的微小部分。
并且，在专利文献1所公开的SEM中，不特别设置试料室，代替该情况而设置有覆盖SEM的镜筒部的圆筒状的护罩。该圆筒状的护罩的一方的底面(上表面)被封闭，另一方的底面(下表面)开放，镜筒部收纳在该圆筒状的护罩的被封闭的上表面侧。对此，若以封堵该护罩的开放的下表面的方式配置观察对象的试料，则护罩的内部成为封闭空间，故而能够通过对该内部进行真空抽吸来保持恒定的真空度。因此，此时，能够通过从镜筒部向试料照射电子束来观察试料表面的微小区域。即，在专利文献1所公开的SEM中，能够在将试料的大部分暴露于大气压下的状态下，观察面向护罩内部的试料部分的微小区域。
另外，在专利文献2所公开的SEM中，护罩(真空容器)的形状是半球状等，与专利文献1所公开的SEM相比，在护罩的构造方面略微不同，用于观察暴露于大气压下的状态的试料的原理性的思考方式基本相同。因此，专利文献2所公开的SEM也能够在将试料的大部分暴露于大气压下的状态下观察面向护罩内部的试料部分的微小区域。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2007-188821号公报
专利文献2：日本特开2004-031207号公报
发明要解决的课题
然而，在SEM等普通的带电粒子束装置中，配置有带电粒子源、光学透镜等的空间需要高真空度，至少在向带电粒子源的丝极、光学透镜施加高电压的状态下，无法使其真空度达到大气压等。
在专利文献1、专利文献2所公开的SEM中，为了确保对电子束照射所需的真空进行保持的封闭空间，不仅使用护罩，还使用作为观察对象的试料自身。因此，若想要改变试料的观察位置，护罩内的真空度会变差至达到大气压。因此，在专利文献1、专利文献2所公开的SEM的情况下，每当改变试料的观察位置时，必须使高电压电源或真空泵停止，并且还产生下一次的真空抽吸的等待时间，对于用户而言，使用便利性未必理想。
发明内容
鉴于以上的现有技术的问题点，本发明提高了能够观察暴露于大气压下的试料的带电粒子束装置的使用便利性。
解决方案
本发明的带电粒子束装置的特征在于，所述带电粒子束装置具备：带电粒子光学镜筒，其收纳带电粒子源以及电子透镜；支承壳体，其在上表面搭载所述带电粒子光学镜筒，并且在侧面具有开口部；内插壳体，其在侧面具有开口部，且以该开口部位于与所述支承壳体的开口部相同的侧面的方式插入到所述支承壳体的内部，并封堵所述支承壳体的开口部；第一光圈构件，其在所述带电粒子光学镜筒内的所述电子透镜中的、物镜的磁场的中心附近配设为隔离出收纳有所述带电粒子源的空间，在所述第一光圈构件的中心部具有小孔；第二光圈构件，其配设为在所述内插壳体插入到所述支承壳体的内部的状态下，从外侧封堵在所述内插壳体的上表面的被所述一次带电粒子束照射的区域部分设置的开口部，在所述第二光圈构件的中心部具有小孔；以及检测器，其在从所述带电粒子源射出的一次带电粒子束通过所述第一光圈构件的小孔以及所述第二光圈构件的小孔而向以与所述第二光圈构件的下表面接触或者接近的方式配置的试料照射时，检测从所述试料放出的二次带电粒子。
发明效果
根据本发明，可提高能够观察暴露于大气压下的试料的带电粒子束装置的使用便利性。
附图说明
图1是示意性地示出本发明的第一实施方式的带电粒子束装置的结构的图。
图2是示出在本发明的第一实施方式的带电粒子束装置中、向试料照射一次带电粒子束而获取观察图像之前的顺序的图。
图3是示意性地示出本发明的第一实施方式的变形例的带电粒子束装置的主要部分结构的例子的图。
图4是示出将隔膜构件安装于圆管构件的端部的结构的例子的图。
图5是示意性地示出本发明的第二实施方式的带电粒子束装置的结构的例子的图。
图6是示意性地示出本发明的第二实施方式的变形例的带电粒子束装置的主要部分结构的例子的图。
图7是示意性地示出本发明的第三实施方式的带电粒子束装置的结构的例子的图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。
＜第一实施方式＞
图1是示意性地示出本发明的第一实施方式的带电粒子束装置的结构的例子的图。如图1所示，带电粒子束装置1构成为包括作为射出并照射一次带电粒子束的带电粒子照射部而发挥功能的带电粒子光学镜筒10、支承带电粒子光学镜筒10的支承壳体20、以插入到支承壳体20的内部的方式使用的内插壳体30、以及控制上述构件的控制系统装置50。
需要说明的是，通常在一次带电粒子束是电子束的情况下，称作电子显微镜，在一次带电粒子束是离子束的情况下，称作离子束显微镜。
支承壳体20是在其上表面以及侧面分别具有大开口部的四面体或者圆筒形状的壳体。并且，在该支承壳体20的上表面的开口部，以封堵并封闭该开口部的方式搭载带电粒子光学镜筒10。另外，在支承壳体20的侧面的开口部，内插壳体30以封堵并封闭该开口部的方式插入到支承壳体20的内部。
在此，内插壳体30是在与支承壳体20的开口部相同的面具有开口部的四面体或者圆筒形状的壳体，在内插壳体30插入到支承壳体20的内部并紧贴固定于支承壳体20时，在支承壳体20与内插壳体30之间形成的空间成为封闭空间。以下，将该封闭空间称作第一空间200。另外，被内插壳体30包围的空间是在与支承壳体20相同的侧面具有开口部的大气压空间。以下，将该空间称作第二空间300。
带电粒子光学镜筒10构成为包括射出一次带电粒子束的带电粒子源11、以及使从带电粒子源11射出的一次带电粒子束沿着光轴12加速、偏转、扫描、会聚的多个电子透镜13等。并且，在成为一次带电粒子束的通路的电子透镜13的中心部处，嵌入有从其上部到达最下部的电子透镜13(物镜)的圆管状的圆管构件14。并且，在该圆管构件14的下端配设有第一光圈构件15，该第一光圈构件15在其中心部具备使一次带电粒子束通过的小孔。
在本实施方式中，以下，将从带电粒子源11射出一次带电粒子束并使其加速的空间以及圆管构件14内的空间称作带电粒子生成空间100。带电粒子生成空间100经由具备真空阀42的真空配管41而与真空泵43连通，利用真空泵43进行真空排气。
另外，带电粒子光学镜筒10的一部分设置为从支承壳体20的上部向其内部、即第一空间200内突出，并经由真空密封构件201而紧贴固定于支承壳体20。此时，带电粒子光学镜筒10以将带电粒子源11作为上部、一次带电粒子束从上朝下向支承壳体20的内部(第一空间200)照射的方式安装。
并且，在带电粒子光学镜筒10的下端部的外侧(第一空间200侧)配设有检测器16，该检测器16检测一次带电粒子束向试料60照射时从试料60放出的二次电子、反射电子等二次带电粒子。
需要说明的是，配设检测器16的位置不限定于图1所示的带电粒子光学镜筒10的下端部的外侧，也可以配设在带电粒子光学镜筒10内。另外，根据情况的不同，也可以配设在第一空间200的外侧、即作为内插壳体30的内部的第二空间300侧。
在此，形成在支承壳体20与内插壳体30之间的空间、即第一空间200经由具备真空阀45的真空配管44而与真空泵46连通，利用真空泵46进行真空排气。另外，在支承壳体20设置有用于使其内部大气开放的泄漏阀47，第一空间200在维护时等向大气开放。
内插壳体30包括在侧面具有开口部的四面体或者圆筒形状的内插部34、以及设置在该开口部的周缘部的配合部32以及保持部33。内插部34整体插入到支承壳体20的内部，起到收纳作为观察对象的试料60以及试料台61的作用。在此，配合部32以及保持部33相对于支承壳体20的开口部周缘的外壁面构成配合面，经由真空密封构件202、203而紧贴固定于该支承壳体20的外壁面。
另外，在内插壳体30的内插部34的上表面侧，且是在与一次带电粒子束的光轴12相交的位置附近设置有开口部，在该开口部配设有第二光圈构件31，该第二光圈构件31在其中心部具有小孔。此时，第二光圈构件31安装在其小孔的中心与光轴12相交的位置。
在此，在图1中，虽描绘成在试料60与第二光圈构件31之间存在缝隙，但在向试料60照射一次带电粒子束并观察其表面时，使试料60与第二光圈构件31紧贴或者接近。在使试料60与第二光圈构件31紧贴的情况下，试料60的表面与真空抽吸后的第一空间200相接。
对此，在本实施方式中，在上表面载置试料60的试料台61设为至少能够调整或者控制其上表面的高度位置。即，试料60与第二光圈构件31之间的间隔可根据用户所输入的来自个人计算机53等的指示而适当地调整。
于是，在如此构成的带电粒子束装置1中，由于比第二光圈构件31靠下侧的部分是大气压空间，因此，形成在支承壳体20与内插壳体30之间的空间即第一空间200因设置于第二光圈构件31的小孔而没有被完全封闭。即，至少在试料60没有紧贴于第二光圈构件31的状态下，第一空间200形成利用真空泵46进行真空排气而另一方面从第二光圈构件31的小孔吸入大气这样的差动排气状态。
因此，在本实施方式中，由于必须通过差动排气将第一空间200形成为真空状态，因此，第二光圈构件31的小孔的尺寸需要足够小。需要说明的是，在使用排气速度为几十～几百升/分左右的普通小型～中型的真空泵作为真空泵46的情况下，若第二光圈构件31的小孔的直径为0.1～1mm以下，则可通过实验确认到能在工作排气状态下充分获得1帕斯卡以下的真空度。
根据以上结构，从带电粒子源11射出的一次带电粒子束通过第一光圈构件15以及第二光圈构件31的小孔到达试料60的表面。另外，通过照射一次带电粒子束，从试料60放出的二次带电粒子通过第二光圈构件31的小孔到达检测器16，被检测器16检测。并且，进行以上内容的绝大部分空间可视为真空。
即，在本实施方式的带电粒子束装置1中，从带电粒子源11射出的一次带电粒子束通过除了试料60的表面附近之外的、绝大部分进行了真空排气的空间(带电粒子生成空间100以及第一空间200)。另外，从试料60放出的二次带电粒子也通过绝大部分进行了真空排气的第一空间200而到达检测器16。因此，在本实施方式中，由于能够抑制空气分子所带来的一次带电粒子束的散射等影响，因此，无论试料60的绝大部分是否暴露于大气压，均能获得更清晰的观察图像。
需要说明的是，在以上说明中，真空泵43对带电粒子生成空间100进行真空排气，真空泵46对第一空间200进行真空排气，但真空泵43的配置结构不限定于此。例如，真空泵也可以是三个以上，真空泵43、46也可以兼用作一个真空泵。另外，泄漏阀47既可以省略，也可以是两个以上。
此外，如图1所示，控制系统装置50构成为包括下位控制部51、上位控制部52以及个人计算机53等。
下位控制部51构成为包括：生成单独控制真空泵43和46、带电粒子源11、电子透镜13等的控制信号的控制电路；放大由检测器16检测到的检测信号的放大电路；以及将由该放大电路放大后的检测信号转换为数字图像信号并向上位控制部52发送的信号处理电路等。
上位控制部52例如由控制用的普通计算机等构成，根据用户通过个人计算机53设定的各种观察条件，向下位控制部51发送用于统一控制带电粒子源11、电子透镜13、真空泵43和46等的控制信息。另外，上位控制部52获取从下位控制部51发送的数字图像信号，观察图像数据保存于上位控制部52自身所具有的存储装置并向个人计算机53发送。
个人计算机53具备键盘或鼠标等作为输入装置，另外还具备LCD(LiquidCrystalDisplay)等显示装置作为输出装置。在用户使用该带电粒子束装置1时，个人计算机53将其操作画面(GUI：GraphicalUserInterface)显示于显示装置，并根据需要提示用户输入各种观察条件。另外，在从上位控制部52接收观察图像的发送时，将所接收到的观察图像显示于显示装置。
需要说明的是，控制系统装置50不限定为以上结构，上位控制部52与下位控制部51也可以一体化为一个控制装置，另外，上位控制部52与个人计算机53也可以由一个控制计算机构成。此外，包括个人计算机53在内，若下位控制部51、上位控制部52实现了所设定的功能，则也可以由专用的数字电路、模拟电路或者数字电路与模拟电路的混合电路等构成。
另外，在图1中，对于将下位控制部51、上位控制部52以及个人计算机53相互连接的通信线、将下位控制部51与带电粒子源11、电子透镜13、检测器16、真空阀42和45、真空泵43和46等连接起来的控制线，示出了认为对于说明结构而言必要的部分，不一定示出所有的控制线、通信线。
图2是示出在第一实施方式的带电粒子束装置1中，向试料60照射一次带电粒子束并获取观察图像之前的顺序的图。
上位控制部52通过下位控制部51驱动真空泵43、46，从而对带电粒子生成空间100以及第一空间200进行真空排气(步骤S11)。接下来，上位控制部52通过下位控制部51将用于实现借助个人计算机53预先设定的观察条件(倍率等)的电压或者电流供给至带电粒子源11、电子透镜13，开始进行一次带电粒子束的照射(步骤S12)。并且，自此之后，试料60的观察图像成为能够显示于个人计算机53的显示装置的状态。
接着，由于试料60载置在试料台61上，因此，上位控制部52通过下位控制部51控制试料台61移动，以使得试料60的观察对象区域位于第二光圈构件31的小孔的中心的正下方(步骤S13)。此外，上位控制部52通过下位控制部51控制试料台61，将试料60向上方抬升至靠近第二光圈构件31或者与第二光圈构件31接触的位置(步骤S14)。其结果是，试料60表面面向第二光圈构件31的小孔的附近的空间也基本成为被真空抽吸后的状态。此时，上位控制部52控制下位控制部51，根据从检测器16获得的检测信号生成试料60的表面的观察图像，并将其显示于个人计算机53的显示装置(步骤S15)。
需要说明的是，在更换试料60时、或者在使观察对象区域移动时，上位控制部52通过下位控制部51进行暂时使试料60与第二光圈构件31隔开距离的控制，之后更换试料60，或者，当观察对象区域移动时，进行使试料60再次靠近第二光圈构件31或者再次与第二光圈构件31接触的控制。
即，在本实施方式中，若在步骤S12中开始照射一次带电粒子束，则能够在该状态下直接反复执行步骤S13～S15。这表示，即便改变试料60的观察对象区域或将试料60更换为其他试料，也不需要使真空泵43、46停止或使供给至带电粒子源11的高电压停止。
因而，在本实施方式中，能够不使真空泵43、46停止并且不使供给至带电粒子源11的高电压停止地进行试料60的观察对象区域的改变、试料60的更换。因此，对于用户来说，在进行观察对象区域的改变、试料60的更换时，不仅不需要真空泵43和46、高压电源的接通断开操作，还不需要真空抽吸的时间、等待高电压变稳定的时间，因此，大幅改善带电粒子束装置1的使用便利性。
然而，在使试料60与第二光圈构件31接触(紧贴)的情况下，第二光圈构件31的上侧的空间(第一空间200)处于真空下，试料60的下侧的空间(第二空间300)处于大气压下。因此，认为对于使试料60离开第二光圈构件31需要较大的力。对此，以下，关于使试料60离开第二光圈构件31的力，示出简单的试算例。
在此，将设置于第二光圈构件31的小孔的直径设为1mm。另外，第一空间200的压力设为与大气压相比足够小，忽略从第一空间200侧施加于试料60的压力。
在该情况下，试料60通过面积为A的小孔基于大气压Pair而承受的力Fair以如下方式计算。
Fair＝Pair[N/m2]×A[m2]
＝105×(0.5×10-3)2×π
＝0.078[N]
在此，符号N是牛顿(力的单位)，π是圆周率。
另一方面，若将试料60的质量M例如设为10g，将地面的重力加速度设为αG，此时，试料60所承受的重力FG以如下方式计算。
FG＝M[kg]×αG[m/s2]
＝0.01×9.8
＝0.098[N]
根据以上的计算例，Fair＜FG。这表示若试料60的质量(重量)达到10g，则试料60因自重而脱离第二光圈构件31并掉落。
相反，在试料60比10g轻很多的情况下，试料60不会因自重而脱离并掉落，因此需要利用来自试料台61侧的力使试料60离开第二光圈构件31。在这样的情况下，也可以利用双面胶带等将试料60固定于试料台61，使试料台61向下方移动等，由此使试料60离开第二光圈构件31。另外，在试料60是具有刚性的平坦的片、板这样的物体的情况下，也可以将使试料60的周缘部固定于试料台61的固定构件设置在试料台61的上表面。
需要说明的是，由于该第二光圈构件31因一次带电粒子束的照射而附着污染物质，因此希望可以更换，此外，希望成为能够相对于内插壳体30容易装卸的构造。因此，例如，在内插壳体30预先设置用于固定第二光圈构件31的螺孔、配合构件等，通过螺纹固定、配合等方法进行固定即可。
另外，为了防止一次带电粒子束的照射所带来的充电，优选第二光圈构件31由导电性的材质构成并接地。
此外，如图1所示，在成为一次带电粒子束的通路的电子透镜13的中心部，嵌入有从电子透镜13的上部到达最下部的细圆管状的圆管构件14。并且，在圆管构件14的下端安装有第一光圈构件15，该第一光圈构件15在其中心部具备直径约比1mm小的小孔。
该圆管构件14以及第一光圈构件15起到将收纳有带电粒子源11的带电粒子生成空间100保持为高真空度的作用。即，圆管构件14将带电粒子生成空间100与配置有磁场线圈等的电子透镜13的空间隔离开，另外，第一光圈构件15将带电粒子生成空间100与形成在支承壳体20和内插壳体30之间的空间即第一空间200隔离开。
因此，虽然在第一光圈构件15的中心部设置有小孔，但带电粒子生成空间100利用真空泵43进行差动排气，因此，带电粒子生成空间100能够保持比第一空间200高的真空度。即，第一空间200从第二光圈构件31的小孔吸入大气，即便存在其真空度恶化的情况，也能够防止因第一光圈构件15而导致带电粒子生成空间100的真空度恶化。
需要说明的是，圆管构件14由非磁性体构成。这是因为，电子透镜13的磁场线圈位于圆管构件14的外侧，在圆管构件14的内部形成电磁线圈的磁场。
另外，由于圆管构件14的外径比电子透镜13的内径小，且圆管构件14为能够以安装有第一光圈构件15的状态直接从电子透镜13的上部、即带电粒子源11侧插拔的构造。因此，使圆管构件14为容易向外部取出的构造，因此第一光圈构件15的更换也能够容易进行。
在如此构成的第一实施方式的带电粒子束装置1中，在带电粒子光学镜筒10内，从带电粒子源11射出一次带电粒子束，该一次带电粒子束所通过的空间(带电粒子生成空间100)利用在中心部具有小孔的第一光圈构件15而与以夹在支承壳体20和内插壳体30之间的方式形成的空间(第一空间200)隔离开。另外，以夹在支承壳体20和内插壳体30之间的方式形成的空间(第一空间200)利用在中心部具有小孔的第二光圈构件31而与内插壳体30内的空间(大气压空间：第二空间300)隔离开。在此，设置于所述第一光圈构件15以及第二光圈构件31的小孔均较小，因此，能够通过利用真空泵43、46分别对带电粒子生成空间100以及以夹在支承壳体20和内插壳体30之间的方式形成的空间(第一空间200)进行真空抽吸而使它们达到真空。
因此，从带电粒子源11射出的一次带电粒子束的绝大部分通过真空的空间，照射到配置为与第二光圈构件31的下表面接触或者接近的试料60，能够利用检测器16检测与该照射相应地从试料60放出的二次带电粒子。因而，能够获得试料60的清晰的观察图像。
另外，在本实施方式的带电粒子束装置1中，由于试料60配置在大气压空间即第二空间300侧，因此，能够容易地改变试料60的观察对象区域或改变试料60。另外，即便在改变试料60的观察对象区域或改变试料60时，也不需要切断向带电粒子光学镜筒10供给高压电的高压电源或使真空泵43、46停止。
(第一实施方式的变形例)
图3是示意性地示出本发明的第一实施方式的变形例的带电粒子束装置1的主要部分结构的例子的图。如图3所示，第一实施方式的变形例与第一实施方式的不同之处在于，作为将带电粒子生成空间100的真空压与第一空间200的真空压隔离开的构件，代替第一光圈构件15而使用隔膜构件15a，其他结构与第一实施方式相同。
即，如图3所示，在圆管构件14的下端，利用导电性的粘合剂152固定有隔膜构件15a。该隔膜构件15a包括在其中央部具有大致圆形的小孔的隔膜保持构件151、以及封堵该小孔的由硅或氧化硅等的薄膜构成的隔膜部150。
换句话说，隔膜部150成为从带电粒子源11射出的一次带电粒子束所通过的通路。因此，优选构成隔膜部150的薄膜的膜厚较薄。其原因在于，若该膜厚过厚，则一次带电粒子束散射，利用控制系统装置50获取的观察图像的分辨率降低。并且，根据发明者们所进行的实验的结果，若薄膜的膜厚约为100nm以下，即便存在观察图像的分辨率的降低，也判断为用户大体能够容许该分辨率。
需要说明的是，构成隔膜部150的薄膜的材料不限定为硅或氧化硅，也可以是氮化硅(siliconnitride)、碳化硅(siliconcarbide)、碳纳米管、环氧树脂、碳纤维强化塑料等。
在该变形例中，将以上这样的隔膜构件15a配置在物镜131的磁场1311的中心(参照图3)。在该情况下，隔膜构件15a在带电粒子束装置1中发挥如下效果。
首先，第一，与第一光圈构件15的情况相同，隔膜构件15a作为将带电粒子生成空间100与第一空间200隔离开的构件而发挥功能。并且，由于隔膜构件15a构成为恰好在第一光圈构件15的小孔部分设置有隔膜部150(薄膜)，因此，因存在该隔膜部150而能够将带电粒子生成空间100更可靠地与第一空间200隔离开。因此，即使从第二光圈构件31的小孔流入大气，也能够将带电粒子生成空间100保持为高真空度。
另外，第二，隔膜构件15a起到切断远离光轴12的一次带电粒子束的光阑的作用。如图3所示，通常远离光轴12的一次带电粒子束122的轨道因物镜131所带来的强磁场而大幅弯曲。因此，远离光轴12的一次带电粒子束122与通过光轴12附近的一次带电粒子束121的聚焦位置偏离。因此，无法通过将各个一次带电粒子束121、122的焦点对准到试料60表面上。这被称作球面像差。
对此，在本实施方式中，在圆管构件14的下端部，将具备与圆管构件14的直径相比尺寸较小的隔膜部150的隔膜构件15a配置在物镜131的磁场1311的中心。通过这样做，远离光轴12的一次带电粒子束122被隔膜保持构件151遮断，仅通过光轴12附近后的一次带电粒子束121通过隔膜构件15a，因此能够减少球面像差。
需要说明的是，无需言及，第一实施方式中的第一光圈构件15也能够获得与该效果相同的效果。
接下来，通过图3补充说明试料60与第二光圈构件31之间的紧贴性。如在第一实施方式中所述，试料60与第二光圈构件31接触或者接近。在该情况下，在试料60与第二光圈构件31接触时，试料60与第二光圈构件31紧贴，空气不会从其接触面泄漏。然而，在试料60的表面存在凹凸时，在试料60与第二光圈构件31的接触面产生空气泄漏，存在第二光圈构件31的小孔部分、换句话说试料60的观察对象区域的上部没有充分进行真空排气的可能性。因此，在本实施方式中，也可以如图3所示，在第二光圈构件31与试料60相接的部分设置橡胶或填充物等软质构件310，从而防止其空气泄漏。
此外，参照图4，补充说明隔膜构件15a向圆管构件14的安装。图4是示出将隔膜构件15a安装于圆管构件14的端部的结构的例子的图。
隔膜构件15a在图3的例子中利用导电性的粘合剂152固定于圆管构件14的端部。对此，在图4的例子中，隔膜构件15a利用形成有螺纹牙142的金属固定构件140而固定于圆管构件14的端部。此时，带电粒子生成空间100与第一空间200之间的间隙利用O型环等密封构件141封堵。
需要说明的是，与该图4相关的补充说明也同样应用于在先说明的第一光圈构件15。
以上，包括该变形例在内，在第一实施方式的带电粒子束装置1中，利用第一光圈构件15(或者隔膜构件15a)将带电粒子生成空间100与第一空间200之间隔离开，利用第二光圈构件31将第一空间200与第二空间300之间隔离开。虽然第一光圈构件15以及第二光圈构件31分别具有小孔，但该小孔较小或者被薄膜封堵，因此，通过利用真空泵43、45对各个小孔的空间进行(差动)排气，能够将带电粒子生成空间100以及第一空间200保持为真空。
此时，由于试料60配置在第二空间300、即大气压空间侧，因此，用户无需使真空泵43、46停止或使向带电粒子源11供给的高电压停止就能够自如地改变试料60的观察对象区域，或将试料60更换为其他试料。另外，通过将试料60配置在大气压空间(第二空间300)侧，即便是较大的试料60，也容易获得其表面的微小区域的观察图像。
因而，根据第一实施方式，提供了对于用户而言使用便利性优秀的带电粒子束装置1。
另外，在从制造者侧观察带电粒子束装置1的情况下，第一实施方式的带电粒子束装置1在能够通过对具有试料室的现有型的带电粒子束装置的一部分进行改造来制造的方面具有明显的优点。即，支承壳体20能够直接利用现有的试料室的壳体。另外，在现有型的试料室的壳体设置有用于供试料60搬入搬出的开口部。在本实施方式中，能够将该开口部用作插入并安装内插壳体30的开口部。
因此，本实施方式的带电粒子束装置1无需大幅改变现有型的带电粒子束装置的结构，通过追加内插壳体30的程度的改造就能够制造。由此，能够实现其制造成本的降低。
＜第二实施方式＞
图5是示意性地示出本发明的第二实施方式的带电粒子束装置的结构的例子的图。以下，在第二实施方式的说明中，主要说明与第一实施方式不同的结构，对与第一实施方式相同的结构要素使用相同的附图标记，并省略其说明。
如图5所示，第二实施方式的带电粒子束装置1a与第一实施方式的带电粒子束装置1的明显不同之处在于，内插壳体30的开口部被盖构件70封堵。即，由于盖构件70通过真空密封构件701、702而紧贴固定于内插壳体30，因此，内插壳体30内的空间、换句话说第二空间300成为被封闭的空间。需要说明的是，盖构件70此时以相对于内插壳体30可拆卸的方式固定。
另外，如图5所示，盖构件70具备用于对内插壳体30内部(第二空间300)的压力进行控制的压力调整阀48。因此，通过对压力调整阀48进行开闭调节，能够规定第二空间300的空气压或者真空压。
例如，在利用真空泵46对第一空间200进行真空排气时，第二空间300也通过第二光圈构件31的小孔进行真空排气。对此，在将内插壳体30内部(第二空间300)的压力保持为大气压的情况下，预先将压力调整阀48保持为全开放状态。另外，在将内插壳体30内部的压力相对于大气压保持为负压的情况下，略微关闭压力调整阀48即可。另外，也可以在压力调整阀48的外侧设置真空泵，对第二空间300进行真空抽吸。
此外，若使用压力调整阀48，则还能够向内插壳体30内部(第二空间300)填充氮气、稀有气体等气体。由此，即便是例如容易氧化的试料60，也能够在一定时间内缓慢地进行观察。
另外，在第二实施方式的带电粒子束装置1a中，由于设置有盖构件70，因此需要使试料60的观察对象区域从盖构件70的外侧移动的机构。以下，参照图5对使观察对象区域移动的机构进行说明。
如图5所示，在盖构件70的内插壳体30内侧设置有朝向内插壳体30的里侧水平延伸的支承板64。在支承板64的上表面安装有试料台61，支承板64作为支承试料台61的底板而发挥功能。
在此，在试料台61上设置有使试料60在水平面内移动的XY驱动机构、以及向高度方向移动的Z轴驱动机构。另外，在盖构件70的外侧配设有操作把手62、63，操作把手62、63分别通过控制棒621、631而与XY驱动机构以及Z轴驱动机构连结。因此，用户能够通过对操作把手62、63进行适当操作来驱动XY驱动机构以及Z轴驱动机构，能够使试料60在X、Y、Z各轴线方向上自如地移动。需要说明的是，在图5中，虽仅描绘了一个XY驱动机构控制用的操作把手62，但实际上，为了进行X轴方向以及Y轴方向上的移动控制而配设两个。
通常，在用户调整试料60的位置的情况下，首先，在XY平面中确定观测视野位置，接下来，调整高度方向的位置。因此，在本实施方式中，用户以手动使试料60沿着XY方向移动并规定观察对象区域，之后，根据预先求出的第二光圈构件31的下表面的高度与试料60高度使试料60向上方移动。
需要说明的是，在根据从上位控制部52发送的控制信号控制试料台61的移动驱动机构的情况下，也可以不设置操作把手62和63、控制棒621和631。
此外，在第二实施方式中，在支承壳体20的下表面，且是在设置带电粒子束装置1a的地面上设置有底板72。并且，在该底板72上设置有收纳孔，该收纳孔收纳横向的支承棒材73，并使其自如地从支承壳体20的开口部侧出入。另外，支承棒材73的支承壳体20的开口部侧的端部固定于盖支承构件71，并且固定于盖构件70的下端部。
即，盖构件70的下端部固定于盖支承构件71以及支承棒材73这两者。因而，盖构件70在固定于盖支承构件71的支承棒材73收纳于设置在底板72的收纳孔的状态下保持为相对于地面直立。因此，用户能够将盖构件70与支承有试料台61的支承板64一并从内插壳体30的内部向外侧自如地拉出。换句话说，支承棒材73以及设置于底板72的支承棒材73的收纳孔作为将盖构件70以及试料台61从内插壳体30的内部向外侧拉出时的防反转的辅助构件而发挥功能。
需要说明的是，支承棒材73也可以不是棒材，而是板状构件或由多个棒材构成的梳状构件。当然，在该情况下，在底板72上设置有与板状构件或梳状构件对应的收纳孔。
在如此构成的带电粒子束装置1a中，在更换试料60的情况下，用户首先操作控制试料台61的高度的操作把手63，使试料60与第二光圈构件31分离。之后，确认内插壳体30内(第二空间300)相对于大气压没有成为减压状态或者增压状态，将盖构件70以及试料台61从内插壳体30的内部拉出。此时，由于试料台61成为向内插壳体30的外侧伸出的状态，因此用户能够容易地更换试料60。
接下来，用户在更换试料60后将盖构件70以及试料台61向内插壳体30的内部压入，将盖构件70紧贴并固定于内插壳体30。之后，用户对操作把手63进行操作，若进行试料60的视野对位，则能够立刻获得试料60的观察图像。需要说明的是，用户在进行试料60的视野对位之前，既可以通过压力调整阀48将氮气等导入到内插壳体30内(第二空间300)，另外，也可以对内插壳体30内进行真空抽吸。
以上的基于用户的操作能够在持续进行带电粒子光学镜筒10的带电粒子束的射出等动作的状态、以及持续进行带电粒子生成空间100或第一空间200的真空抽吸的状态下进行。因此，用户能够迅速进行试料60的更换，能够迅速获得更换后的试料60的观察图像。
另外，在本实施方式中，试料台61及其操作把手62、63、以及压力调整阀48全部集中安装于盖构件70。因此，用户能够在支承壳体20的相同的面上进行操作把手62、63的操作、试料60的更换作业、压力调整阀48的调整、气体供给配管的装卸作业等。由此，对于用户的操作性提高，使用便利性提高。
(第二实施方式的变形例)
图6是示意性地示出本发明的第二实施方式的变形例的带电粒子束装置1a的主要部分结构的例子的图。该实施方式的变形例在第二实施方式的结构中追加了对第二光圈构件31的位置进行调整的位置调整机构，其他结构与第二实施方式相同。
由于第二光圈构件31是与试料60相接的部分，因此认为会发生污染或破损。因此，需要假定第二光圈构件31为了进行清洗或更换而经常装卸。并且，在重新装配第二光圈构件31时，需要进行使从带电粒子光学镜筒10照射的一次带电粒子束的光轴12与第二光圈构件31的小孔31a的中心对准的作业。对此，在该实施方式的变形例中，新追加对第二光圈构件31的位置进行调整的位置调整机构。
在该情况下，由于第二光圈构件31薄且小，因此，难以在第二光圈构件31自身设置位置调整用的移动机构。对此，在本变形例中，不将第二光圈构件31直接配设于内插壳体30的开口部，而是放在内插壳体30与第二光圈构件31之间夹装开口保持构件311。
即，如图6所示，首先，将第二光圈构件31以可装卸的方式配设于开口保持构件311。在此，可以利用粘合剂312等将第二光圈构件31固定于开口保持构件311并进行真空密封，或者也可以利用未图示的螺钉或O型环等进行固定并进行真空密封。另外，优选第二光圈构件31以及开口保持构件311由导电性材料构成并接地，以便防止一次带电粒子束的照射所导致的充电。
并且，以封堵设置在内插壳体30的上部的开口部的方式，将配设有该第二光圈构件31的开口保持构件311配设于内插壳体30的内表面侧(第二空间300侧)。需要说明的是，此时，开口保持构件311配设为，能够沿着内插壳体30的内表面分别向XY方向移动例如约±1cm。
此外，在封堵内插壳体30内的第二空间300的盖构件70的外侧，配设有用于使开口保持构件311移动的操作把手313。即，当用户使操作把手313旋转时，控制棒314伸长或者后退。因此，通过控制棒314的伸长或者后退使开口保持构件311移动。在此，操作把手313设有X轴移动用以及Y轴移动用这两个操作把手。
需要说明的是，也可以为了驱动开口保持构件311的移动而使用电动机。在该情况下，不需要将操作把手313配设于盖构件70。另外，通过利用控制系统装置50控制驱动用的电动机，能够进行开口保持构件311的移动控制，即，能够利用控制系统装置50进行第二光圈构件31的位置调整。
根据以上那样的结构，由于用户能够使保持有第二光圈构件31的开口保持构件311沿着X轴以及Y轴方向移动，因此，能够以使第二光圈构件31的小孔31a的中心与一次带电粒子束的光轴12一致的方式进行其位置调整。
需要说明的是，在以上的实施方式的变形例中，第二光圈构件31设为较小，采用将第二光圈构件31保持于开口保持构件311的方式，但也可以增大第二光圈构件31的尺寸，使第二光圈构件31本身能够移动。
＜第三实施方式＞
图7是示意性地示出本发明的第三实施方式的带电粒子束装置的结构的例子的图。以下，在第三实施方式的说明中，主要说明与第一实施方式不同的结构，与第一实施方式相同的结构要素使用相同的附图标记，并省略其说明。
如图7所示，第三实施方式的带电粒子束装置1b与第一实施方式的带电粒子束装置1的明显不同之处在于，没有设置第一实施方式中的支承壳体20以及内插壳体30。
即，在第三实施方式中，设置有代替支承壳体20配置在地面上的基础体80、安装在基础体80的垂直上方的支柱81、以及大致水平地悬臂设置于支柱81的梁构件82。此时，梁构件82的一端安装在支柱81的上部，在另一端安装有带电粒子光学镜筒10。
另外，在带电粒子光学镜筒10的下部外侧，通过真空密封构件901安装有用于构成相当于第一实施方式中的第一空间200的空间的镜体辅助壳体90。并且，在该镜体辅助壳体90的下部且是在来自带电粒子光学镜筒10的一次带电粒子束所照射的部分的中心附近设置有开口部，此外，以封堵该开口部的方式安装有第二光圈构件31。
在此，在第二光圈构件31的中心部设置有直径小于1mm的程度的小孔。并且，第二光圈构件31安装在从带电粒子光学镜筒10照射的一次带电粒子束的光轴12与该小孔的中心部相交的位置。
因此，镜体辅助壳体90的内部起到与第一实施方式中的第一空间200相同的作用，因此利用真空泵46进行真空抽吸。另外，在镜体辅助壳体90上设置有用于在维护时等将内部大气开放的泄漏阀47。
带电粒子光学镜筒10的内部的结构，包括配设在其下部的外侧的检测器16的结构，均与第一实施方式的情况相同。因此，在设置于电子透镜13的中心部的圆管构件14的下端，与第一实施方式相同地，配设有第一光圈构件15或者隔膜构件15a。并且，利用圆管构件14以及第一光圈构件15或者隔膜构件15a而与带电粒子光学镜筒10的内部的空间隔离开的带电粒子生成空间100借助真空泵43进行真空抽吸。
另外，在配设有第二光圈构件31的位置的下方的基础体80上设置有试料台61，此外，在试料台61之上载置试料60。在该第三实施方式中，不存在相当于内插壳体30的部分，因此，可以认为能够获得较大的试料60的观察图像是明显特征。
为了运用其优势，优选支柱81具备使支承梁构件82的高度位置上下移动的镜筒位置改变机构84。另外，在用户以手动使试料60移动来规定位置的情况下，也可以省略试料台61。另外，在用户以手把持包括安装有第二光圈构件31的镜体辅助壳体90在内的带电粒子光学镜筒10的情况下，不需要基础体80、支柱81以及梁构件82。
以上，根据第三实施方式，与第一实施方式的情况相同地，能够在持续进行带电粒子光学镜筒10的一次带电粒子束的射出等动作的状态、以及持续进行带电粒子生成空间100、镜体辅助壳体90的内部空间的真空抽吸的状态下，进行试料60的更换、观察对象区域的改变。因此，用户能够迅速且简单地进行试料60的更换或观察对象区域的改变，能获得对用户而言使用便利性优异的带电粒子束装置。
需要说明的是，本发明不限定于以上说明的实施方式，还包含各种变形例。例如，为了浅显地说明本发明而详细说明了所述实施方式，不限定于必须具备说明过的所有结构。另外，也可以在某实施方式的结构中替换其他实施方式的结构，另外，在某实施方式的结构中添加其他实施方式的结构。
附图标记说明如下：
1、1a、1b：带电粒子束装置
10：带电粒子光学镜筒
11：带电粒子源
12：光轴
13：电子透镜
14：圆管构件
15：第一光圈构件
15a：隔膜构件
16：检测器
20：支承壳体
30：内插壳体
31：第二光圈构件
32：配合部
33：保持部
34：内插部
41：真空配管
42、45：真空阀
43、46：真空泵
44：真空配管
46：真空泵
47：泄漏阀
48：压力调整阀
50：控制系统装置
51：下位控制部
52：上位控制部
53：个人计算机
60：试料
61：试料台
64：支承板
70：盖构件
71：盖支承构件
72：底板
73：支承棒材
80：基础体
81：支柱
82：梁构件
84：镜筒位置改变机构
90：镜体辅助壳体
100：带电粒子生成空间
131：物镜
140：金属固定构件
141：密封构件
142：螺纹牙
150：隔膜部
151：隔膜保持构件
200：第一空间
300：第二空间
310：软质构件
311：开口保持构件

Claims (11)

1.一种带电粒子束装置，其特征在于，
所述带电粒子束装置具备：
带电粒子光学镜筒，其收纳带电粒子源以及电子透镜；
支承壳体，其在上表面搭载所述带电粒子光学镜筒，并且在侧面具有开口部；
内插壳体，其在侧面具有开口部，且以该开口部位于与所述支承壳体的开口部相同的侧面的方式插入到所述支承壳体的内部，并封堵所述支承壳体的开口部；
第一光圈构件，其在所述带电粒子光学镜筒内的所述电子透镜中的、物镜的磁场的中心附近配设为隔离出收纳有所述带电粒子源的空间，在所述第一光圈构件的中心部具有小孔；
第二光圈构件，其配设为在所述内插壳体插入到所述支承壳体的内部的状态下，从外侧封堵在所述内插壳体的上表面的被一次带电粒子束照射的区域部分设置的开口部，在所述第二光圈构件的中心部具有小孔；以及
检测器，其在从所述带电粒子源射出的一次带电粒子束通过所述第一光圈构件的小孔以及所述第二光圈构件的小孔而向以与所述第二光圈构件的下表面接触或者接近的方式配置的试料照射时，检测从所述试料放出的二次带电粒子，
在所述带电粒子光学镜筒内，从所述带电粒子源射出一次带电粒子束，该一次带电粒子束所通过的空间中，除了设置于所述第一光圈构件的小孔的部分之外，其余的空间构成封闭的带电粒子生成空间，
形成在所述支承壳体与所述内插壳体之间的空间中，除了设置于所述第一光圈构件的小孔的部分以及设置于所述第二光圈构件的小孔的部分之外，其余的空间构成封闭的第一空间，
利用真空泵对所述带电粒子生成空间和所述第一空间进行真空抽吸。
2.根据权利要求1所述的带电粒子束装置，其特征在于，
利用真空泵将所述带电粒子生成空间真空抽吸至第一真空压，
利用真空泵将所述第一空间真空抽吸至第二真空压，
第一真空压的真空度比第二真空压的真空度高。
3.根据权利要求1所述的带电粒子束装置，其特征在于，
所述第一光圈构件的小孔被薄膜封堵。
4.根据权利要求1或2所述的带电粒子束装置，其特征在于，
所述第一光圈构件以及所述第二光圈构件均具有导电性且接地。
5.根据权利要求1或2所述的带电粒子束装置，其特征在于，
所述第一光圈构件的小孔的直径以及所述第二光圈构件的小孔的直径均在1mm以下。
6.根据权利要求2所述的带电粒子束装置，其特征在于，
封堵所述小孔的薄膜的材料是硅、氧化硅、氮化硅、碳化硅中的任一种。
7.根据权利要求2所述的带电粒子束装置，其特征在于，
封堵所述小孔的薄膜的膜厚在100nm以下。
8.根据权利要求1所述的带电粒子束装置，其特征在于，
所述内插壳体的开口部被盖构件封堵。
9.根据权利要求8所述的带电粒子束装置，其特征在于，
在所述盖构件上设置有带压力调整阀的配管，该压力调整阀用于调整被所述盖构件封堵的所述内插壳体内的压力。
10.一种带电粒子束装置，其特征在于，
所述带电粒子束装置具备：
带电粒子光学镜筒，其收纳带电粒子源以及电子透镜；
辅助壳体，其设置为在所述带电粒子光学镜筒的一次带电粒子束射出口的周边形成封闭辅助壳体内部空间，该一次带电粒子束射出口供通过所述电子透镜的所述一次带电粒子束射出；
第一光圈构件，其在所述带电粒子光学镜筒内的所述电子透镜中的、物镜的磁场的中心附近配设为隔离出收纳有所述带电粒子源的空间，在所述第一光圈构件的中心部具有小孔；
第二光圈构件，其配设为从外侧封堵在所述辅助壳体的内表面的被所述一次带电粒子束照射的区域部分设置的开口部，在所述第二光圈构件的中心部具有小孔；以及
检测器，其在从所述带电粒子源射出的一次带电粒子束通过所述第一光圈构件的小孔以及所述第二光圈构件的小孔而向以与所述第二光圈构件的下表面接触或者接近的方式配置的试料照射时，检测从所述试料放出的二次带电粒子，
在所述带电粒子光学镜筒内，从所述带电粒子源射出一次带电粒子束，该一次带电粒子束所通过的空间中，除了设置于所述第一光圈构件的小孔的部分之外，其余的空间构成封闭的带电粒子生成空间，
利用真空泵对所述带电粒子生成空间和所述封闭辅助壳体内部空间进行真空抽吸。
11.根据权利要求10所述的带电粒子束装置，其特征在于，
所述带电粒子束装置还具备：
梁构件，其在端部安装有所述带电粒子光学镜筒；
支柱，其对安装有所述带电粒子光学镜筒的梁构件进行悬臂支承；以及
基础体，其以使所述支柱直立的方式支承所述支柱，
所述梁构件安装为能够改变被所述支柱支承的高度位置。
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