CN104520967A - 带电粒子线装置 - Google Patents

Abstract

在现有的带电粒子线装置中，由于以在隔膜和试样接近的状态检测信号为前提，所以，不是适合在大气压或者与大气压几乎相等的压力的气体环境下观察如非常有凹凸的试样等的装置结构。因此，本发明提供一种带电粒子线装置，具备以将载置试样的空间与带电粒子光学镜筒隔离的方式配置，使一次带电粒子线透过或通过的能装卸的隔膜的带电粒子线装置，其特征在于，检测由一次带电粒子线的照射而从试样放出的二次粒子的检测器配置于载置上述试样的空间内。

Description

带电粒子线装置

技术领域

本发明涉及可在大气压或者规定压力下的气体环境中观察试样的带电粒子线装置。

背景技术

为了观察物体微小的区域，使用扫描型电子显微镜(SEM)和透过型电子显微镜(TEM)等。一般来说，在这些装置中将用于配置试样的机箱真空排气，使试样环境为真空状态，拍摄试样。可是，生物化学试样和液体试样等由于真空受到损伤、或者状态变化。另一方面，想用电子显微镜观察这样的试样的需求大，近年，开发在大气压下可观察观察对象试样的SEM装置和试样保持装置等。

这些装置在原理上在电子光学系统和试样之间设置可透过电子线的隔膜或者微小的贯穿孔，将真空状态和大气状态间隔开，无论哪一个在试样与电子光学系统上设置隔膜这点上是共通的。

例如，在专利文献1中公开了使电子光学镜筒的电子源侧向下、另外将物镜侧向上配置，在电子光学镜筒末端的电子线的出射孔上通过O型环设置能通过电子线的隔膜的SEM。在记录于该文献中的发明中，将观察对象试样直接载置于隔膜上，从试样的下面照射一次电子线，检测反射电子或二次电子进行SEM观察。试样保持于由设置于隔膜附近的环状部件和隔膜构成的空间内，而且在该空间内充满水等的液体。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2009-158222号公报(美国专利申请公开第2009/0166536号说明书)

发明内容

发明所要解决的问题

现有的带电粒子线装置是用于无论大气压下或者与大气压几乎相等的压力的气体环境下的专用观察所制造的装置，不存在在大气压或者与大气压几乎相等的压力气体环境下使用通常的高真空型带电粒子显微镜能够简便地进行观察的装置。

例如，专利文献1中所述的SEM是构造性非常特殊的装置，在通常的高真空气体下的SEM观察是不可能实行的。

而且，在现有技术的方法中，由于以在隔膜与试样接近的状态下检测信号为前提，所以不是适于观察如有非常凹凸的试样等的装置结构。

本发明是鉴于该问题而实现的，其目的在于提供能不使现有的高真空型带电粒子显微镜的结构较大地变更而可在大气环境或者气体环境下观察试样，且能观察有凹凸的试样的带电粒子线装置。

用于解决课题的方法

为了解决上述课题，如采用要求保护的范围内所述的结构。

本申请包含多个解决上述课题的方法，如举出其中一例，其特征为，具备：将一次带电粒子线照射至试样上的带电粒子光学镜筒；将上述带电粒子光学镜筒的内部抽成真空的真空泵；以将载置上述试样的空间与上述带电粒子光学镜筒隔离的方式配置，使上述一次带电粒子透过或通过线的能装卸的隔膜；检测通过上述一次带电粒子线的照射从上述试样放出的二次粒子的检测器，上述检测器配置于载置上述试样的空间内。

发明效果

根据本发明，提供一种带电粒子线装置，能不使现有的高真空型带电粒子显微镜的结构较大地变更而在大气环境下或气体环境下观察试样，且能观察有凹凸的试样。

上述以外的课题、结构以及效果，由以下的实施方式的说明能够清楚。

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是隔膜、试样、检测器附近的详细图。

图3是检测器的详细图。

图4是说明带电粒子线轨道与检测器位置的图。

图5是实施例2的带电粒子显微镜的构成例。

图6是实施例2的带电粒子显微镜的构成例。

图7是实施例2的带电粒子显微镜的构成图。

图8是实施例3的带电粒子显微镜的构成图。

图9是实施例4的带电粒子显微镜的整体构成图。

具体实施方式

以下，使用附图关于各实施方式进行说明。

以下，作为带电粒子线装置的一例，关于带电粒子线显微镜进行说明。可是，这只是本发明的其中一例，本发明并不限定于以下说明的实施方式。本发明也可适用于扫描电子显微镜、扫描离子显微镜、扫描穿透电子显微镜、这些显微镜和试样加工装置的复合装置、或者应用这些显微镜的解析·检查装置。

另外，在本详细说明书中，所谓的“大气压”是大气气氛或者规定的气体气氛，意味着大气压或者若干负压力再者加压状态的压力环境。具体的是大致10⁵Pa(大气压)～大致10³Pa左右。

实施例1

在本实施方式中，关于基本的实施方式进行说明。在图1中表示本实施例的带电粒子显微镜的整体构成图。图1中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撑带电粒子光学镜筒的第一机箱7(以下也称作真空室)、插入第一机箱7中使用的第二机箱121(以下也称作附件)以及控制这些装置的控制系统构成。在带电粒子显微镜使用时，带电粒子光学镜筒2和第一机箱的内部由真空泵4进行真空排气。真空泵4的起动及停止动作也由控制系统控制。图中，真空泵4只表示一个，也可以为两个以上。

带电粒子光学镜筒2由产生带电粒子线的带电粒子源8、将产生的带电粒子线聚焦并向镜筒下部引导并作为一次带电粒子线扫描试样6的光学透镜1等的要素构成。带电粒子光学镜筒2以向第一机箱7内部突出的方式设置，通过真空密封部件123固定于第一机箱7上。在带电粒子光学镜筒2的端部上配置检测由上述一次带电粒子线的照射而得到的二次粒子(二次电子或者反射电子、离子等的二次带电粒子、或者光子、X射线等)的检测器3。另外，如后述，作为可检测二次粒子的检测器，在第二机箱121及载置试样的空间上具备检测器151。

本实施例的带电粒子显微镜作为控制系统，具备用户使用的电脑35、与电脑35连接进行通信的上位控制部36、按照从上位控制部36发送的命令进行真空排气系统和带电粒子光学系统等的控制的下位控制部37。电脑35具备显示装置的操作画面(GUI)的监视器、键盘和鼠标等的对操作画面的输入机构。上位控制部36、下位控制部37及电脑35各自由通信线缆43、44连接。

下位控制部37是收发用于控制真空泵4、带电粒子源8和光学透镜1等的控制信号的部位，并且将检测器3的输出信号转换为数字图像信号并输送至上位控制部36。在图中，经由前置放大器等的信号增幅器153、154将来自检测器3、检测器151的输出信号连接至下位控制部37。也可以不需要信号增幅器。

在上位控制部36和下位控制部37中，模拟电路和数字电路等可以混在一起，另外上位控制部36和下位控制部37可以统一为一个。并且，图1中所示的控制系统的结构只是一例，控制单元和阀门、真空泵或者通信用的配线等的变形例，只要满足本实施例中所意图的机能，就属于本实施例的带电粒子线显微镜的范畴。

在第一机箱7上连接一端连接于真空泵4的真空配管16，能够将内部维持为真空状态。同时，具备用于使机箱内部大气开放的泄漏阀14，维护时等能够使第一机箱7的内部大气开放。泄漏阀14可以没有，也可以为两个以上。另外，第一机箱7上的泄漏阀14的配置位置不限于图1所示的位置，也可以配置于第一机箱7的其他位置上。而且，第一机箱7在侧面具备开口部，通过该开口部插入上述第二机箱121。

第二机箱121由长方体形状的主体部131和重合部132构成。如后述，主体部131的长方体形状的侧面中至少一侧面为开放面9。主体部131的长方体形状的侧面中的、设置隔膜保持部件155的面以外的面可以由第二机箱121的壁构成，也可以在第二机箱121自身无壁，在组装在第一机箱7的状态下由第一机箱7的侧壁构成。第二机箱121的位置被固定在第一机箱7的侧面或内壁面或带电粒子光学镜筒上。主体部131通过上述开口部插入第一机箱7内部，具有在装入第一机箱7的状态下收纳作为观察对象的试样6的机能。重合部132构成与第一机箱7的设有开口部的侧面侧的外壁面的重合面，通过真空密封部件126固定于上述侧面侧的外壁面。由此，第二机箱121整体嵌合于第一机箱7内。上述开口部利用在带电粒子显微镜的真空试样室中原本具备的试样搬入·搬出用的开口并制造是最简便的。即，如果适合于原本打开的孔的大小地制造第二机箱121，在孔的周围安装真空密封部件126，则装置的改造在必要的最小限度内就可以。另外，第二机箱121也可从第一机箱7取出。

在第二机箱121的上面侧上，在第二机箱121整体嵌合于第一机箱7上的情况下，在上述带电粒子光学镜筒2的正下方的位置上具备隔膜10。而且，在第二机箱121上部具备检测器151。隔膜10可透过或通过从带电粒子光学镜筒2的下端放出的一次带电粒子线，一次带电粒子线通过隔膜10最终到达试样6。

在现有技术中，试样保持于填满液体的隔膜内部，由于只要进行大气压观察试样就会渗入空气，因此在大气气氛以及高真空气氛两者下观察相同状态的试样是非常困难的。另外，由于液体经常接触隔膜，所以，也存在隔膜破损可能性非常高的问题。另一方面，根据本实施例的方式，由于试样6在与隔膜10非接触的状态下配置，所以不会改变试样的状态，无论是在高真空下还是大气压下都能观察。另外，由于试样没有载置于隔膜上，因此能够降低由试样导致隔膜破损的可能性。

通过到达试样6的带电粒子线，从试样内部或者表面放出反射带电粒子或透过带电粒子等的二次粒子。由检测器3或者检测器151检测该二次粒子。检测器3位于比带电粒子照射的隔膜更上侧的空间上，检测器151位于与隔膜下侧面几乎相同的平面上。

检测器3以及检测器151是能够检测以数keV至数十keV的能量飞来的带电粒子线的检测元件。另外，该检测元件还可以具有信号增幅方法。本检测元件由于装置构成的要求，优选薄且平的元件。例如，是可由硅等的半导体材料制作而成的半导体检测器、在玻璃面或者内部将带电粒子信号转换为光的闪烁器等。

在带电粒子线为电子线的情况下，隔膜10的厚度是电子线能透过的程度的厚度，典型的需要数nm至20μm程度以下。代替隔膜，可以使用具备一次带电粒子线通过孔的小孔径部件，该情况下的孔径由于现实的真空泵可差动排气的要求，优选面积1mm²程度以下的孔径。带电粒子线为离子的情况下，由于不使隔膜破坏而贯通困难，所以使用面积为1mm²程度以下的小孔。图中的单点划线表示一次带电粒子线的光轴，带电粒子光学镜筒2及隔膜10配置为与一次带电粒子线光轴同轴。试样6与隔膜10的距离通过配置适当高度的试样台17来调整。

如图1所示，第二机箱121的侧面是以至少试样可出入的大小的面与大气空间连通的开放面9，收纳于第二机箱121的内部(图中虚线右侧；以后成为第二空间)的试样6观察中放置于大气压状态中。并且，图1是与光轴平行方向的装置剖视图，因此开放面9只图示一面，如果通过图1中的纸面里面方向及跟前方向的第一机箱侧面进行真空密封，则第二机箱121的开放面9不限于一面。在第二机箱121组装在第一机箱7上的状态下开放面至少为一面以上即可。另一方面，在第一机箱7上连接真空泵4，可将由第一机箱7的内壁面和第二机箱的外壁面以及隔膜10构成的封闭空间(以下，称作第一空间)真空排气。以比第一空间的压力更大地保持第二空间的压力的方式配置隔膜，在本实施例中，能够压力性地隔离第二空间。即，通过隔膜10将第一空间11维持为高真空，另一方面，第二空间12维持为大气压或者与大气压几乎同等的压力的气体氛围，所以，在本实施例中，能够在装置动作中、将带电粒子光学镜筒2及检测器3维持为真空状态，且能够将试样6维持为如大气压。

在能够局部性地维持为大气气氛的环境容器那样的现有技术中，可进行大气压/气体气氛下的观察，但只能观察可插入容器的尺寸的试样，存在不能进行在大型试样的大气压/气体氛围下的观察这样的问题。另外，在环境容器的情况下，为了观察不同的试样，必须从SEM真空试样室取出环境容器，更换试样并再次搬入真空试样室内，也存在试样交换烦杂这样的问题。另一方面，根据本实施例的方式，第二机箱121的一侧面开放，由于在为宽阔的大气压空间的第二空间12中载置试样6，即使是半导体晶圆等的大型试样也能够在大气压下观察。尤其本实施例的第二机箱为从试样室的侧面插入的方式，容易大型化，因此，即使是不能封入环境容器内那样的大型试样也可以观察。而且，由于在第二机箱121存在开放面，因此观察中能够在第二空间12的内部和外部之间移动试样，能够容易地进行试样交换。

图2中表示检测器3、隔膜10、试样6以及检测器151附近的详细图。在图中，隔膜10及检测器151配置于隔膜保持部件155上，与试样相对配置。因此，检测器151配置于与载置试样的空间相同压力的环境下。另一方面，检测器3相对于隔膜10设置于试样6的相反侧的空间上，设置检测器3的空间为真空状态。图中的检测器具备检测器3和检测器151共计两个，这些检测器可以配置双方，也可以取下地只配置一个。另外，这些以外的检测器也可以配置。隔膜10成膜或蒸镀于基台159上。具备隔膜10的基台159配置于隔膜保持部件155上。未图示，具备隔膜10的基台159和隔膜保持部件155通过可真空密封的粘结剂或双面胶等粘接或密合。

具备隔膜10的基台159可从隔膜保持部件155上装卸。另外，在配置具备隔膜10的基台159的状态下，隔膜保持部件155可装卸。隔膜10由于接触试样6等而导致破损的发生，所以，可将每个隔膜保持部件155向装置外部取出而更换隔膜10。未图示，隔膜保持部件155可以使用螺钉等与第二机箱121连接。

以环绕隔膜10的方式配置检测器151。检测器151检测的信号经由信号线156输出至信号增幅器153。图中信号增幅器153配置于第二机箱121内部。这由于一般来自检测器151的信号量微弱，信号增幅器接近检测器可以用于防止外部干扰。如果外部干扰不会成为问题，则信号增幅器153可以配置于第二机箱121外部。

图3(a)表示隔膜10及检测器151周围构造。隔膜10配置于基台159上。隔膜10是石墨材料、有机材料、四氮化三硅、碳化硅、氧化硅等。基台159是如硅那样的部件，通过湿蚀刻等的加工如图那样钻出锥形孔165，在图中下面配置隔膜10。另外，可以是搭载隔膜的金属网。隔膜的厚度是数nm～数十μm左右。

在图3(b)及图3(c)中表示在隔膜保持部件155上配置可检测带电粒子线的检测器151和具备隔膜10的基台159的情况。图是从试样6侧观察时的立体图。以围绕隔膜周围的方式配置检测器151。未图示，具备检测器151的隔膜保持部件155和具备隔膜10的基台159通过可真空密封的粘结剂或双面胶等粘接。剖视图如图2所表示的，为了带电粒子线通过在隔膜保持部件155上设有孔，在该孔附近配置隔膜10。图中的检测器151用圆形描绘，也可用四方形等的其他形状。

在此，隔膜10的面和检测器151的检测面优选以在相同的平面上几乎一致的方式配置。例如，图2的虚线176表示检测器面和隔膜面。如此，使试样接近隔膜时能使试样尽量接近检测器151以及隔膜10双方。

检测器151是如用硅等制作而成的半导体检测元件。半导体检测元件当入射带电粒子线等时对信号增幅，产生电流。该电流经由信号线162向连接器160输出。

如图3(c)，检测器151不只是一面，可以配置四面等多个面。一旦检测面过宽，由于现有电容(电容)成分，通过检测器检测的信号区域变窄。欲使信号区域变宽的情况下，优选如图四分割等多个分割使电容成分变小。

在图3(d)中图示隔膜保持基台和检测器一体化的例子。在基台159和检测器151用硅等制作而成的半导体检测器的情况下，可在半导体工序中一并地制造具备隔膜10和检测元件151的保持台177。检测器151检测的信号经由信号线162向由金属制作的垫片164输送。从垫片164到信号增幅器153可以经由引线接合或连接器等连接。如图3(e)所示，检测器151可以配置4面等多个面。

图3(f)表示图3(d)和图3(e)的剖视图。图中下侧是试样侧。为了提高由检测器3取得信号时的信号检测效率，锥形部165位于真空侧(图中上侧)。检测器151配置于保持台177的表面上或者其内部。在保持台内部具有检测部时，将隔膜面和检测器面配置于几乎相同的平面上变得简便。

检测器151可以是将带电粒子线转换为光的闪烁器。闪烁器的情况下，将带电粒子线暂且转换为光。该情况下，信号线162不是电力信号线而为光波路径，连接器160为光传递用连接器。另外，检测器151不只是检测离子、电子等的带电粒子线的检测器，也可是检测由试样发出的光子、X射线等的检测器。可以是多频道板或电离箱那样的检测器，只要满足本实施例所意图的机能，就属于本实施例的带电粒子线显微镜的范畴。

其次，使用图4，关于检测器3和检测器151的使用方法进行说明。

图4(a)中表示隔膜10和试样6接近的情况。隔膜10和试样6接近的情况下，由照射于试样的带电粒子线而产生的二次粒子能够到达检测器3。从隔膜到试样6之间是大气压的状态，在想要尽量防止带电粒子线散射的情况即想要使带电粒子束的点系统小而提高分辨率的情况下，如此使试样6接近于隔膜6是有用的。

另一方面，如图4(b)，想要观察凹凸大的试样的情况，只要使用检测器151即可。这样的情况，由试样产生的二次粒子可由检测器151检测。即，照射带电粒子线的试样部位和隔膜的距离长的情况，难以由检测器151检测从隔膜10返回的二次粒子178。因此，可利用接近隔膜10的检测器151观察凹凸试样。

可以根据隔膜和试样的距离确定使用哪个检测器，或者使用两个检测器，并控制各检测器的接通/断开，可以经常用两个检测器检测二次粒子。

并且，认为如果使隔膜10的面积变大则检测器151是不需要的。可是，由于隔膜是只能透过带电粒子线程度的非常薄的隔膜，因此使面积变大是非常困难的。因此，欲观察具有凹凸的试样的情况下，优选在隔膜10周围配置检测器151。

以上，通过本实施例，能够实现即使是有凹凸的试样也可观察、在大气压下也可观察的带电粒子显微镜。

实施例2

在本实施例中，关于带电粒子显微镜的其他适用例进行说明。并且，作为带电粒子显微镜，具体地举出扫描电子显微镜、离子显微镜等。在以下，关于与实施例1相同的部分省略说明。

在图5中表示本实施例的带电粒子显微镜的整体构成图。与实施例1同样，本实施例的带电粒子显微镜也由带电粒子光学镜筒2、相对于装置设置面支撑带电粒子光学镜筒的第一机箱(真空室)7、插入第一机箱7并使用的第二机箱(附件)121、控制系统等构成。这些各要素的动作·机能或者追加于各要素的追加要素与实施例1几乎相同，详细说明省略。

隔膜保持部件155通过真空密封部件可装卸地固定于第二机箱121的顶板的下面侧。隔膜10由于按照电子线通过的要求、厚度为数nm～数十μm程度以下非常薄，所以存在经时劣化或者观察准备时破损的可能性。另外，薄膜10由于薄所以直接处理非常困难。如同本实施例，通过隔膜保持部件155而不直接处理隔膜10，隔膜10的操作(尤其更换)变得非常容易。即，在隔膜10破损的情况下，可以对各隔膜保持部件155进行更换，万一即使必须直接更换隔膜10，将隔膜保持部件155取出至装置外部，能够在装置外部进行隔膜10的更换。并且，代替隔膜，能够使用具有面积1mm²以下程度的孔的小孔径部件方面，与实施例1相同。另外，如在图1和图2中所说明的，在隔膜10的周边部配置检测器151。

来自检测器151的检测信号经由信号增幅器153后，经由安装在盖部件122上的密封连接器175输送至下位控制部37。按照后述，由于第二机箱内部的第二空间12为真空，因此密封连接器175优选可维持真空区域的被真空密封的密封连接器。图中信号增幅器153配置于第二空间12内部，但可以在作为大气空间的外部，也可在作为真空空间的第一空间内。

本实施例的带电粒子显微镜的情况下，能够用盖部件122盖第二机箱121的开放面，能够实现多种机能。以下，关于其机能进行说明。

在本实施例的带电粒子显微镜中，具备向第二机箱内供给空气以外的置换气体的机能。由带电粒子光学镜筒2的下端发出的带电粒子线，通过维持为高真空的第一空间11，通过图5中所表示的隔膜10，还侵入维持为大气压或者(相比于第一空间)稍小的负压状态的第二空间12。可是，由于在真空度低的空间内带电粒子线通过气体分子而散射，平均自由行程变短。即，隔膜10和试样6的距离大时，由带电粒子线或上述带电粒子线照射而产生的二次电子、反射电子或者透过电子等的二次粒子不会到达试样以及检测器3和检测器151。另一方面，带电粒子线的散射概率与气体分子的质量数成比例。因此，如果用比大气质量数轻的气体分体置换第二空间12，则带电粒子线的散射概率降低，带电粒子线能够到达试样。另外，即使不是第二空间整体，只要至少对第二空间中的电子束的通过路径的大气进行气体置换即可。作为置换气体的种类，如果是氮元素和水蒸气等的比大气轻的气体，可见图像S/N的改善效果，质量更轻的氦气和氢气，图像S/N的改善效果大。

由于以上的理由，在本实施例的带电粒子显微镜中，在盖部件122上设置气体供给管100的安装部(气体导入部)。气体供给管100通过连结部102与气体储气瓶103连结，由此置换气体导入至第二空间12内。在气体供给管100的途中，配置气体控制用阀101，能够控制流经管内的置换气体的流量。因此，信号线从气体控制用阀101向下位控制部37伸长，用户能够在电脑35的监控器上所显示的操作画面上，控制置换气体的流量。

由于置换气体是轻元素气体，因此容易积存在第二空间12的上部，下侧难以置换。因此，可以在盖部件122上位于比气体供给管100的安装位置更下侧设置连通第二空间内外的开口。例如，图5中在压力调整阀104的安装位置上设置开口。由此，被从气体导入部导入的轻元素气体推挤，大气气体从下侧开口排出，能够有效地用气体置换第二机箱121内。并且，也可以将该开口兼用后述的粗排气孔。

在第二机箱121或者盖部件122上设置真空排气孔，一旦将第二机箱121内真空排气可以为稍低的负压状态。这种情况下的真空排气由于只要将残留在第二机箱121内部的大气气体成分降低为一定量以下即可，所以不需要进行高真空排气，用粗排气就足够。粗排气后可以从气体供给管100导入气体。作为真空度是10⁵Pa～10³Pa等。如果不进行气体的导入，即使将气体储气瓶103与真空泵置换也能形成稍低的负压状态。

在现有的所谓的低真空扫描电子显微镜中，由于电子线柱与试样室连通，因此当降低试样室的真空度而为接近于大气压的压力时，电子线柱中的压力也会连动变化，难以将试样室控制为大致10⁵Pa(大气压)～大致10³Pa的压力。根据本实施例，由于通过薄膜将第二空间和第一空间隔离，所以，被第二机箱121及盖部件122包围的第二空间中的压力及气体种类能够自由控制。因此，能够将试样室控制为之前难以控制的大致10⁵Pa(大气压)～大致10³Pa的压力。而且，不只在大气压(大致10⁵Pa)下观察，在其附近的压力连续性变化下也可观察试样的状态。

可是，观察生物试样等含有水分的试样等的情况下，暂时置于真空状态下的试样，水分蒸发状态会发生变化。因此，如上述，优选从大气气氛直接导入置换气体的方法。上述开口在置换气体导入后，通过用盖部件关闭，能够有效地将置换气体封闭在第二空间12内。

如果在上述开口的位置上安装三方阀，则能够将该开口兼用为粗排气孔以及大气泄漏用排气口。即，将三方阀的一方安装在盖部件122上，将一方连接于粗排气用真空泵上，在剩余的一个上安装泄漏阀，从而能够实现上述的兼用排气口。

代替上述开口可以设置压力调整阀104。该压力调整阀104具有当第二机箱121的内部压力为一个大气压以上时自动地打开阀的机能。通过具备具有这样机能的压力调整阀，在轻元素气体导入时，当内部压力变为一个大气压以上时会自动地打开将氮和氧等大气气体成分排出至装置外部，可使轻元素气体充满装置内部。并且，图示的气体储气瓶103，既有设置于带电粒子显微镜上的情况，也有装置用户事后安装的情况。

其次，关于试样6的位置调整方法进行说明。本实施例的带电粒子显微镜具备作为观察视野移动机构的试样工作台5。在试样工作台5上具备向平面内方向移动的XY驱动机构及向高度方向移动的Z轴驱动机构。在盖部件122上安装作为支撑试样工作台5的底板的支撑板107，试样工作台5固定于支撑板107上。支撑板107以向盖部件122朝向第二机箱121的相对面，向第二机箱121的内部延伸的方式安装。由Z轴驱动机构及XY驱动机构各自伸出支轴，各自连接操作旋钮108及操作旋钮109。装置用户通过操作这些操作旋钮108及109，调整试样6在第二机箱121内的位置。

其次，关于用于试样6更换的机构进行说明。本实施例的带电粒子显微镜在第一机箱7的底面及盖部件122的下面分别具备盖部件用支撑部件19、底板20。盖部件122通过真空密封部件125可取下地固定于第二机箱121上。另一方面，盖部件用支撑部件19也相对于底板20可取下地固定，如图6所示，可将盖部件122及盖部件用支撑部件19整个从第二机箱121中取下。并且，在本图中电气配线等省略。

在底板20上具备在取下时作为导轨使用的支柱18。在通常观察时的状态下，支柱18收纳于设置于底板20上的收纳部内，以取下时在盖部件122的拉出方向上延伸的方式而构成。同时，支柱18固定于盖部件用支撑部件19上，将盖部件122从第二机箱121取下时，盖部件122和带电粒子显微镜主体不会完全分离。由此，能够防止试样工作台5或者试样6的落下。

在图6中表示在盖部件122的拉出方向上取下时信号线158从信号增幅器153取下的情况。例如，只要使用信号增幅器153和信号线158之间的连接器179等装卸而进行电气连接和断开即可。如果信号线158的长度足够长，则不需要卸下。作为信号线158可以使用可伸缩的配线。并且，取下部分既可以在来自检测器151的输出连接器160和信号线156之间，也可以在密封连接器175侧。未图示，不是将用于输出来自信号增幅器153的输出信号的密封连接器175安装于盖部件122上，而是连接于第一机箱7或者第二机箱121的情况下，每次试样更换均不需要本电力连接部的装卸。

关于信号增幅器及来自信号增幅器的输出信号线的配置地点、配线方法及装卸方法，只要满足本实施例中的意图的机能，就属于本实施例的带电粒子显微镜的范畴。

在将试样搬入第二机箱121内的情况下，首先，转动试样工作台5的Z轴操作旋钮，使试样6远离隔膜10。其次，打开压力调整阀104，将第二机箱内向大气开放。其后，确认第二机箱内部不为减压状态或者极端的增压状态后，将盖部件122向与装置主体相反侧拉出。在信号增幅器153和密封连接器175用配线连接的情况下如有必要就取下。由此，为可更换试样6的状态。试样更换后，如有必要将信号增幅器153和密封连接器175之间电力连接，将盖部件122压入第二机箱121内，利用未图示的连结部件将盖部件122固定于重合部132后，按照需要导入置换气体。以上的操作，在对带电粒子光学镜筒2内部的光学透镜2施加高电压的状态和从带电粒子源8放出带电粒子线的状态时都能够实行。因此，能够在带电粒子光学镜筒2的动作继续的状态以及第一空间为真空状态下执行，因此，本实施例的带电粒子显微镜在试样更换后能够迅速地开始观察。

本实施例的带电粒子显微镜也可作为通常的高真空SEM所使用。在图7中表示在作为高真空SEM使用的状态下的本实施例的带电粒子显微镜的整体构成图。在图7中，由于控制系统与图5相同所以图示省略。图7表示在将盖部件122固定于第二机箱121上的状态下、将气体供给管100和压力调整阀104从盖部件122上取出后、用盖部件130堵塞气体供给管100和压力调整阀104的安装位置的状态下的带电粒子显微镜。在这前后的操作中，如果将隔膜10及隔膜保持部件155从第二机箱121上取下，则能够将第一空间11和第二空间12连接，可用真空泵4将第二机箱内部真空排气。由此，在安装第二机箱121的状态下，可进行高真空SEM观察。

如以上说明的那样，在本实施例中，试样工作台5及其操作旋钮108、109、气体供给管100、压力调整阀104全部汇集于盖部件122上并安装。因此，装置用户相对于第一机箱的相同的面就能够进行上述操作旋钮108、109的操作、试样更换作业、或者气体供给管100、压力调整阀104的装卸作业。因此，与上述构成物分散地安装于试样室的其他面的结构的带电粒子显微镜相比，大大提高了切换大气压下观察用的状态和高真空下观察用的状态时的操作性。

另外，除了二次电子检测器和反射电子检测器，可以设置X射线检测器或光检测器，进行EDS分析或荧光线的检测。X射线检测器或光检测器可以配置于第一空间11或第二空间12的任意一个上。

另外，可以对试样工作台5或检测器151施加电压。对试样6和检测器150施加电压时，来自试样6的放出电子和透过电子就会带有高能量，可增加信号量，改善图像S/N。

以上，根据本实施例，除了实施例1的效果，能实现可作为高真空SEM使用、且能简便地进行在大气压或者稍微负压状态下的气体环境下的观察。另外，由于能导入置换气体进行观察，因此本实施例的带电粒子显微镜可取得比实施例1中的带电粒子显微镜更好的S/N图像。

并且，在本实施例中关于意图台式电子显微镜的构成例进行说明，也可将本实施例适用于大型带电粒子显微镜。台式电子显微镜的情况下，装置整体或带电粒子光学镜筒通过机箱支撑于装置设置面上，大型带电粒子显微镜的情况下，可以将装置整体载置于架台上，因此，如果将第一机箱7载置于架台上，则能够将本实施例中所说明的结构转原样用于那样的大型带电粒子显微镜上。实施例3

在本实施例中，关于从图5的装置结构上卸下盖部件122的构成例进行说明。在以下，关于与实施例1、2相同的部分省略说明。

在图8中表示本实施例的带电粒子显微镜的整体构成。关于控制系统，由于与实施例2相同所以省略图示，只表示装置的重要部分。

在图8所示的结构中，试样工作台5直接固定于第二机箱121的底面上。气体供给管100也可以固定于第二机箱121上，也可以不固定。根据本结构，由于允许试样突出在装置外部，所以，可以观察比具备盖部件122的实施例2的结构尺寸大的试样。

实施例4

在本实施例中，在图5中的装置结构中，关于第二机箱121在第一机箱的上侧被真空密封的变形例进行说明。在以下，关于与实施例1、2、3相同的部分省略说明。

在图9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相同，在图9中只表示装置的重要部分。在本结构中，使用锅型的附件(第二机箱121)，具备在第一机箱7上从上方装入附件、还从其上方装入带电粒子光学镜筒2的结构。在附件安装于第一机箱的状态下，为向长方体状的第一机箱7的内部突出的形状。在该状态中，通过第一机箱7的内壁面和第二机箱的外壁面及隔膜10构成的密闭空间(第二空间12)为大气压状态的空间，第二机箱121的内部(第一空间11)为被真空排气的空间。

第二机箱121相对于带电粒子光绪镜筒2用真空密封部件123真空密封，而且，第二机箱121相对于第一机箱7用真空密封部件129真空密封。这种结构的情况下，与图5相比较使第二空间12的容积大，相比于实施例2的结构可进行大的试样配置。

并且，本发明不限于上述实施例，包含各种变形例。例如，上述实施例为了容易理解地说明本发明而详细地说明，未必限定于具备所说明的全部结构。另外，可将某些实施例的结构的一部分置换为其他实施例的结构，另外，也可在某些实施例的结构上追加其他实施例的结构。另外，关于各实施例的结构的一部分，可进行其他结构的追加·删除·置换。另外，上述的各机构、机能、处理部、处理方法等，可以通过用如集成电路设计等用硬件实现其一部分或者全部。另外，上述各结构、机能等，通过处理器理解实现各自机能的程序并实行，通过软件来实现。

实现各机能的程序、目录、文件等的信息能够放置于存储卡、硬盘、SSD(Solid State Drive)等存储装置或者IC卡、SD卡、光盘等的存储介质中。

另外，控制线和信息线表示考虑说明上需要的装置，产品上未必会表示全部的控制线和信息线。实际上可以理解为几乎所有的结构都相互连接。

符号说明

1—光学透镜，2—带电粒子光学镜筒，3—检测器，4—真空泵，5—试样工作台，6—试样，7—第一机箱，8—带电粒子源，9—开放面，10—隔膜，11—第一空间，12—第二空间，14—泄漏阀，16—真空配管，18—支柱，19—板部件用支撑部件，20—底板，35—电脑，36—上位控制部，37—下位控制部，43、44—通信线，100—气体供给管，101—气体控制用阀，102—连结部，103—气体储气瓶，104—压力调整阀，105—限制部件，106—相机，107—支撑板，108、109—操作旋钮，121—第二机箱，122、130—盖部件，123、124、125、126、128、129—真空密封部件，131—主体部，132—重合部，151—检测器，153、154—信号增幅器，155—保持部件，156、157、158—信号线，159—隔膜保持基台，160、161—连接器，162、163—信号线，164—金属垫片，165—锥形部，166—检测器保持基台，173—真空密封件，174—真空密封部，175—密封连接器，176—检测器面及隔膜面，177—保持台，178—二次粒子的轨道，179—连接器。

Claims (18)

1.一种带电粒子线装置，其特征在于，

具备：

将一次带电粒子线照射至试样上的带电粒子光学镜筒，

将上述带电粒子光学镜筒的内部抽成真空的真空泵，

以将载置上述试样的空间与上述带电粒子光学镜筒隔离的方式配置，使上述一次带电粒子线透过或通过的能装卸的隔膜，

检测通过上述一次带电粒子线的照射，从上述试样放出的二次粒子的检测器，

上述检测器配置于载置上述试样的空间内。

2.根据权利要求1所述的带电粒子线装置，其特征在于，

载置上述试样的空间的压力为比上述带电粒子光学镜筒的内部压力高的状态。

3.根据权利要求2所述的带电粒子线装置，其特征在于，

能将载置上述试样的空间的环境控制为10³Pa以上且大气压以下的压力。

4.根据权利要求1所述的带电粒子线装置，其特征在于，

与上述检测器不同的检测器相对于上述隔膜设置于上述试样的相反侧。

5.根据权利要求4所述的带电粒子线装置，其特征在于，

配置于载置上述试样的空间的检测器与上述试样的距离为第一距离时，利用设置于相对于上述隔膜为上述试样的反对侧的检测器检测上述二次粒子，

配置于载置上述试样的空间的检测器和上述试样的距离为比上述第一距离大的第二距离时，利用配置于载置上述试样的空间的检测器检测上述二次粒子。

6.根据权利要求1所述的带电粒子线装置，其特征在于，

上述检测器配置于大气压环境的空间，

与上述检测器不同的检测器设置于真空空间。

7.根据权利要求1所述的带电粒子线装置，其特征在于，

与被上述带电粒子线照射的试样面对置地配置上述检测器和上述隔膜。

8.根据权利要求1所述的带电粒子线装置，其特征在于，

上述隔膜和上述检测器的检测面配置于相同的平面上。

9.根据权利要求1所述的带电粒子线装置，其特征在于，

上述检测器和上述隔膜配置于相同的部件上。

10.根据权利要求9所述的带电粒子线装置，其特征在于，

上述检测器与保持上述隔膜的部件用半导体材料形成。

11.根据权利要求1所述的带电粒子线装置，其特征在于，

上述检测器由多个检测元件构成。

12.根据权利要求1所述的带电粒子线装置，其特征在于，

使来自上述检测器的信号增幅的信号增幅器配置于载置上述试样的空间。

13.根据权利要求1所述的带电粒子线装置，其特征在于，

具备至少能将上述检测器与上述试样之间的空间的环境气体置换为空气以外的气体的气体道入口。

14.根据权利要求1所述的带电粒子线装置，其特征在于，

具备：

相对于装置设置面支撑上述带电粒子线装置整体，内部通过上述真空泵真空排气的第一机箱；

将位置固定于上述第一机箱的侧面、或内壁面或上述带电粒子光学镜筒上且将上述试样收纳于内部的第二机箱，

上述隔膜设置于上述第二机箱的上面侧，

维持为上述第二机箱内部的压力与上述第一机箱内部的压力相等、或使上述第二机箱内部的压力比上述第一机箱内部的压力高的状态。

15.根据权利要求14所述的带电粒子线装置，其特征在于，

上述第二机箱的形状是至少一个侧面开放的长方体形状，

具备盖住上述开放的侧面的盖部件，

具备上述检测器的工作台固定于上述盖部件上。

16.根据权利要求15所述的带电粒子线装置，其特征在于，

具备至少能将上述检测器与上述试样之间的空间的环境气体置换为空气以外的气体的气体导入口，

在上述盖部件上固定上述气体导入口。

17.根据权利要求16所述的带电粒子线装置，其特征在于，

在比上述气体导入口靠下侧具备将上述第二空间的内外连通的开口。

18.根据权利要求15所述的带电粒子线装置，其特征在于，

使来自上述检测器的信号增幅的信号增幅器配置于上述第二机箱内部，

将来自上述信号增幅器的信号输出至上述第二机箱外部的信号传递部配置于上述盖部件。