CN104584180A - 带电粒子线装置用部件、带电粒子线装置以及隔膜部件 - Google Patents

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Abstract

本发明提供带电粒子线装置用部件、带电粒子线装置以及隔膜部件。带电粒子线装置(1c)所使用的带电粒子线装置用部件(56)具有安装于框体(3c)的框体(55)以及设置于框体(55)的隔膜元件(18a)。在隔膜元件(18a)形成有隔膜(19)，在被框体(3c)与框体(55)划分的真空室(4a)的内部的压力相比外部的压力相被减压了的状态下，该隔膜(19)对真空室(4a)的内部与外部气密地进行隔离并且供带电粒子线透射。另外，在隔膜元件(18a)以位于比隔膜(19)更靠试样工作台(22)侧的方式形成有防止试样(12)与隔膜(19)接触的缓冲膜(33)。

Description

带电粒子线装置用部件、带电粒子线装置以及隔膜部件
技术领域
本发明涉及带电粒子线装置，特别地涉及能够在非真空状态下对试样进行观察的带电粒子线装置。
背景技术
为了对物体的微小区域的部分以放大的方式进行观察，而使用扫描式电子显微镜(Scanning Electron Microscope：SEM)、透射式电子显微镜(TransmissionElectron Microscope：TEM)等带电粒子线装置。在这些带电粒子线装置中，在设置为气密的真空室内配置试样(被观察试样)，在将真空室的内部的压力减压为真空的状态下，换句话说在真空状态下，通过配置于真空室内的电子光学系统边照射电子束边对试样进行观察。
另一方面，存在欲对生物化学领域的含有水分的试样或者液体试样等、在真空状态下受损的试样或者变质的试样边照射电子束边进行观察的要求。因此，近年来，开发有能够在大气压下等非真空状态下边照射电子束边对试样进行观察的SEM。
在上述的SEM中，通过能够供电子束透射的隔膜或者微小的贯通孔对供电子光学系统配置的真空室与供试样配置的空间进行隔离，从而将供试样配置的空间维持为大气压下等非真空状态，并且将真空室的内部形成真空状态。
例如，在日本特开2009-158222号公报(专利文献1)记载有如下技术，即对于SEM而言，在真空室的带电粒子光学镜筒的上方的部分设置形成有试样保持膜(隔膜)的试样保持体，从而将真空腔室内部形成真空状态。在专利文献1所记载的SEM中，经由试样保持膜对在大气压下保持于试样保持膜的试样照射电子束，对从试样产生的反射电子以及二次电子进行检测，从而对其进行观察。
另一方面，在日本特表2010-509709号公报(专利文献2)记载有如下技术，即对于在非真空环境下对物体进行观察的SEM而言，在真空环境与在真空环境的下方供物体配置的非真空环境之间设置有供电子束通过的孔径(Aperture)(隔膜元件)。在专利文献2所记载的SEM中，在扫描透射式电子显微镜(Scanning Transmission Electron Microscope：STEM)模式下，控制为使用配置于孔径的周围的高度决定动作距离的隔离物，来获得最大分辨率。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2009-158222号公报
专利文献2：日本特表2010-509709号公报
发明内容
发明要解决的课题
根据本发明人的研究，明确接下来的事情。
在具有与上述专利文献1所记载的SEM相同的构造的SEM中，需要将试样重新载置于隔膜几次直至欲观察的部分载置于隔膜。另外，在隔膜破损的情况下，存在试样进入配置于下方的带电粒子光学镜筒的情况。
另一方面，在具有与上述专利文献2所记载的SEM相同的构造的SEM中，由于不是将试样保持为载置于隔膜的构造，因此不需要使试样重新载置于隔膜。但是，为了以高倍率对焦，需要使保持于试样工作台的试样与隔膜元件接近，从而隔膜与试样容易接触，隔膜容易破损。或者，在将隔膜元件安装于带电粒子线装置时，或者在更换隔膜元件时，隔膜与其他的部件容易接触，隔膜容易破损。
另外，存在焦距因存在于隔膜元件与试样之间的气体的组成或者压力的变化而变动的情况。因此，每次对观察图像进行拍摄，均需要对隔膜元件与试样的距离进行调整，从而隔膜与试样进一步容易接触，隔膜进一步容易破损。
然而，在上述专利文献2所记载的SEM中，配置于孔径的周围的隔离物将隔膜与试样的距离保持为恒定，从而无法防止隔膜与试样接触。
如上，在隔膜与试样容易接触的情况下，隔膜容易破损，从而无法以高分辨率稳定地对观察图像进行拍摄，因此带电粒子线装置的性能降低。
因此，本发明提供一种在能够在非真空状态下对试样进行观察的带电粒子线装置中，防止隔膜与试样或者其他的部件接触，从而能够以高分辨率稳定地对观察图像进行拍摄的带电粒子线装置。
解决课题的方案
基于代表性的实施方式的带电粒子线装置用部件使用于带电粒子线装置，并具有安装于第一框体的第二框体以及设置于第二框体的隔膜元件。在隔膜元件形成有隔膜，在将第二框体安装于第一框体时，在被第一框体与第二框体划分的真空室的内部的压力相比外部的压力被减压了的状态下，该隔膜对真空室的内部与外部气密地进行隔离，并且使带电粒子线透射。在隔膜元件以位于比隔膜更靠试样工作台侧的方式形成有防止试样与隔膜接触的缓冲膜。
另外，基于代表性的实施方式的带电粒子线装置具有安装于真空室的壁部的隔膜元件。在隔膜元件形成有隔膜，在真空室的内部的压力相比外部的压力被减压了的状态下，该隔膜对真空室的内部与外部气密地进行隔离，并且使带电粒子线透射。在隔膜元件以位于比隔膜更靠试样工作台侧的方式形成有防止试样与隔膜接触的缓冲膜。
并且，基于代表性的实施方式的隔膜元件安装于带电粒子线装置的真空室的壁部。在该隔膜元件形成有隔膜，在将隔膜元件安装于真空室的壁部时，在真空室的内部的压力相比外部的压力被减压了的状态下，该隔膜对真空室的内部与外部气密地进行隔离，并且使带电粒子线透射。在隔膜元件以位于比隔膜更靠试样工作台侧的方式形成有防止试样与隔膜接触的缓冲膜。
发明效果
根据代表性的实施方式，在能够在非真空状态下观察试样的带电粒子线装置中，防止隔膜与试样或者其他的部件接触，从而能够以高分辨率稳定地对观察图像进行拍摄。
附图说明
图1是实施方式1的带电粒子线装置的整体结构图。
图2是表示实施方式1的带电粒子线装置中的隔膜元件以及试样工作台的周边的构造的图。
图3是实施方式1的隔膜元件的主要部分剖视图。
图4是从试样侧观察实施方式1的隔膜元件的俯视图。
图5是从试样侧观察实施方式1的第一变形例的隔膜元件的俯视图。
图6是从试样侧观察实施方式1的第二变形例的隔膜元件的俯视图。
图7是从试样侧观察实施方式1的第三变形例的隔膜元件的俯视图。
图8是实施方式1的隔膜元件的制造工序中的主要部分剖视图。
图9是实施方式1的隔膜元件的制造工序中的主要部分剖视图。
图10是实施方式1的隔膜元件的制造工序中的主要部分剖视图。
图11是实施方式1的隔膜元件的制造工序中的主要部分剖视图。
图12是实施方式1的隔膜元件的制造工序中的主要部分剖视图。
图13是实施方式1的隔膜元件的制造工序中的主要部分剖视图。
图14是实施方式1的隔膜元件的制造工序中的主要部分剖视图。
图15是表示实施方式1的第四变形例的隔膜元件的主要部分剖视图。
图16是表示实施方式1的第五变形例的隔膜元件的主要部分剖视图。
图17是表示实施方式1的第六变形例的隔膜元件的主要部分剖视图。
图18是表示实施方式1的第七变形例的隔膜元件的主要部分剖视图。
图19是表示基于实施方式1的带电粒子线装置的观察工序的一部分的流程图。
图20是表示实施方式2的带电粒子线装置中的隔膜元件以及试样工作台的周边的构造的图。
图21是从试样侧观察实施方式2的配件的俯视图。
图22是沿着图21的B-B线的主要部分剖视图。
图23是实施方式3的带电粒子线装置的整体结构图。
图24是实施方式4的扫描式电子显微镜的整体结构图。
图25是表示基于实施方式4的扫描式电子显微镜的观察工序的一部分的流程图。
图26是实施方式4的观察工序的扫描式电子显微镜的整体结构图。
图27是实施方式5的扫描式电子显微镜的整体结构图。
具体实施方式
在以下的实施方式中，为了方便，在存在需要时，分割成多个部分或者实施方式进行说明，但除了特别地明确的情况之外，这些部分或者实施方式不是相互无关，而是一方处于另一方的一部分或者全部的变形例、详细、补足说明等的关系。
另外，在以下的实施方式中，在言及要素的个数等(包括个数、数值、量、范围等)的情况下，除了特别地明确的情况以及原理上限定于清楚特定的个数的情况等之外，不限定于其特定的个数，可以为特定的个数以上，也可以是以下。
并且，在以下的实施方式中，其构成要素(也包括要素步骤等)，除了特别地明确的情况以及考虑为原理上为清楚必须的情况等之外，不言而喻未必为必须的。相同地，在以下的实施方式中，在言及构成要素等的形状、位置关系等时，除了特别地明确的情况以及考虑为原理上不清楚的情况等之外，实际上包括与其形状等近似或者类似的情况等。该情况在上述数值以及范围内也相同。
以下，基于附图对本发明的实施方式详细地进行说明。此外，在用于对实施方式进行说明的全部附图中，对具有相同的功能的部件标注相同的附图标记，并省略其反复的说明。另外，在以下的实施方式中，除了特别地需要时以外，作为原则不重复相同或者相同的部分的说明。
并且，在实施方式中使用的附图中，即便为剖视图，也存在为了容易观察附图，而省略阴影线的情况。另外，即便为俯视图，也存在为了容易观察附图，而附加阴影线的情况。
此外，在以下进行说明的各实施方式中，列举将带电粒子线装置应用于由作为一次带电粒子线而使用了电子束的扫描式电子显微镜(SEM)构成的带电粒子线显微镜的情况为例进行说明。但是，各实施方式能够应用于作为一次带电粒子线将离子束向试样照射，从而对二次地产生的二次电子、反射电子进行检测的SIM(Scanning Ion Microscope)或者使用了离子束的离子显微镜等其他的各种带电粒子线装置。另外，以下进行说明的各实施方式能够在不脱离本发明的主旨的范围内适当地组合。
(实施方式1)
＜带电粒子线装置的结构＞
参照附图对作为本发明的一实施方式的带电粒子线装置进行说明。如上所述，以下，对将带电粒子线装置应用于SEM的例子进行说明。
图1是实施方式1的带电粒子线装置的整体结构图。
如图1所示，在带电粒子线装置1设置有带电粒子光学镜筒2以及框体3。真空室4被带电粒子光学镜筒2以及框体3划分。
带电粒子光学镜筒2例如以带电粒子光学镜筒2的下部向框体3的内部突出的方式设置于框体3的上侧。带电粒子光学镜筒2经由密封部件(O型圈)5安装于框体3，从而被带电粒子光学镜筒2以及框体3划分的真空室4设置为气密。
在被带电粒子光学镜筒2以及框体3划分的真空室4的外部设置有真空泵(排气部)6。真空泵6通过真空配管7连接于带电粒子光学镜筒2以及框体3。即，真空泵6连接于真空室4。
在使用带电粒子线装置1时，真空室4被真空泵6排气，从而能够将真空室4的内部的压力减压为真空。即，真空室4被真空泵6排气，从而能够将真空室4的内部的压力维持为与真空室4的外部的压力相比被减压的状态。
此外，真空泵(排气部)6仅示出了一个，但也可以为两个以上。
在框体3设置有泄漏阀8。泄漏阀8用于对被带电粒子光学镜筒2以及框体3划分的真空室4进行大气开放。通过泄漏阀8，能够在维护时等对框体3的内部进行大气开放。泄漏阀8也可以不存在，也可以为两个以上。另外，框体3的泄漏阀8的配置位置不限定于图1所示的场所。即，泄漏阀8也可以配置于框体3的其他的位置。
在带电粒子光学镜筒2的内部设置有带电粒子源9以及带电粒子光学系统10。带电粒子源9产生带电粒子线。在带电粒子线装置1为SEM时，带电粒子源9为产生电子束的电子源，例如由包括灯丝的电子枪构成。带电粒子光学系统10由光学透镜11等要素构成。带电粒子光学系统10对由带电粒子源9产生的带电粒子线进行集束并将其向试样12照射，从而作为一次带电粒子线在试样12上进行扫描。即，带电粒子光学系统10将由带电粒子源9产生的带电粒子线以扫描的方式照射至试样12。
在带电粒子光学镜筒2中的向框体3的内部突出的部分设置有检测器13。检测器13向试样12照射一次带电粒子线，从而对从试样12释放的(产生的)二次带电粒子(二次电子或者反射电子)进行检测。检测器13能够以对以例如数keV～数十keV的能量飞来的带电粒子进行放大的方式对其进行检测。检测器13优选较薄且平坦，因此作为检测器13，例如能够使用由硅等半导体材料制作的半导体检测器、能够在玻璃面或者内部将基于带电粒子的信号转换成光的闪烁器等。
并且，在本实施方式1的带电粒子线装置1设置有控制部15以及个人计算机16作为控制系统14。控制部15对真空泵(排气部)6以及带电粒子光学系统10等进行控制。个人计算机16具备显示用于对带电粒子线装置1进行操作的操作画面(Graphical User Interface：GUI)的监视器、以及键盘、鼠标等用于供使用者输入操作画面的指令的输入部。个人计算机16通过通信线与控制部15连接。此外，控制部15内置有模拟电路、数字电路，从而将真空泵6、带电粒子源9、光学透镜11以及检测器13的输出信号转换成数字图像信号，并向个人计算机16发送。
如图1所示，检测器13也可以经由例如前置放大器等放大器17连接于控制部15，此时，来自检测器13的输出信号经由例如放大器17发送至控制部15。或者，若不需要放大器17，则来自检测器13的输出信号也可以不经由放大器17发送至控制部15。
此外，图1所示的控制系统14的结构只不过为一个例子。因此，控制部15、设置于真空配管7的中途的阀(省略图示)、真空泵6或者各通信线等的变形例只要不脱离本实施方式1的主旨，则属于本实施方式1的带电粒子线装置的范围。
＜真空室的外部＞
图2是表示实施方式1的带电粒子线装置中的隔膜元件以及试样工作台的周边的构造的图。
在框体3设置有隔膜元件(隔膜部件)18a。在图1以及图2所示的例子中，在框体3的下面部(真空室4的壁部)3a的位于带电粒子光学镜筒2的下方的部分设置有隔膜元件18a。对隔膜元件18a的详细的构造进行后述，但隔膜元件18a包括使一次带电粒子线透射或者通过的隔膜(薄膜、膜部)19，从而对真空室4的内部的空间与真空室4的外部的空间气密地进行隔离。
在框体3的下面部3a的位于带电粒子光学镜筒2的下方的部分形成有用于使一次带电粒子线透射或者通过的开口部3b，以关闭开口部3b的方式安装有隔膜元件18a。在隔膜元件18a的中央部形成有用于使一次带电粒子线透射或者通过的隔膜(膜部)19。隔膜元件18a的隔膜19的周围的部分被粘合部件21粘合于框体3的下面部3a的开口部3b的周围的部分，从而安装于框体3的下面部3a。
粘合部件21优选对隔膜元件18a与框体3的下面部3a之间气密地进行密封。粘合部件21在使用带电粒子线装置1时，在真空室4的内部的压力与真空室4的外部的压力相比被减压的状态下，对隔膜元件18a与框体3的下面部3a之间气密地进行密封。另外，粘合部件21在维护带电粒子线装置1时，即便在使真空室4的内部返回大气压的状态下，也以隔膜元件18a不从框体3的下面部3a剥落的方式粘合。作为具有上述的密封力以及粘合力的粘合部件21，能够使用包括例如硅橡胶、银膏、真空润滑脂、环氧树脂或者硅酮树脂等材料的部件。
在被带电粒子光学镜筒2以及框体3划分的真空室4的外部亦即位于隔膜元件18a的下方的部分设置有试样工作台(保持部)22。试样工作台22用于在真空室4的外部对试样12进行保持。试样工作台22组装于台座23上。
另外，在真空室4的外部设置有Z轴驱动部24以及X、Y轴驱动部25。Z轴驱动部24驱动试样工作台22沿例如垂直方向亦即Z轴方向移动，从而改变试样工作台22的高度位置，从而对保持于试样工作台22的试样12与隔膜元件18a的沿Z轴方向的距离进行调整。X、Y轴驱动部25驱动试样工作台22沿例如在水平面内相互交叉的两个方向亦即X轴方向以及Y轴方向移动，从而使保持于试样工作台22的试样12沿X轴方向以及Y轴方向移动。
在使用带电粒子线装置1时，在将试样12载置于试样工作台22上的状态下对其进行保持，使用Z轴驱动部24，以能够清楚地观察试样12的方式对试样12的高度位置进行调整。另外，对X、Y轴驱动部25进行调整，从而边对试样12的图像进行观察边使其向所希望的场所移动。
此外，在本实施方式1中，Z轴驱动部24驱动试样工作台22移动，从而对保持于试样工作台22的试样12与隔膜元件18a的沿着Z轴方向的距离进行调整。但是，Z轴驱动部24不驱动试样工作台22，而例如驱动隔膜元件18a与框体3一同移动，从而也能够对保持于试样工作台22的试样12与隔膜元件18a的沿着Z轴方向的距离进行调整。
在本实施方式1的带电粒子线装置1中，通过真空泵(排气部)6对被带电粒子光学镜筒2、框体3划分，并设置为气密的真空室4进行排气，从而真空室4的内部的压力维持为与供试样12配置的空间的压力相比被减压的状态。而且，当在真空室4的内部与供试样12配置的空间之间存在压力差的状态下，使通过真空室4的内部，并透射了设置于框体3的隔膜元件18a的一次带电粒子线以扫描的方式照射至在真空室4的外部被保持的试样12。
＜隔膜元件＞
图3是实施方式1的隔膜元件的主要部分剖视图。图4是从试样侧观察实施方式1的隔膜元件的俯视图。此外，图3是沿着图4的A-A线的主要部分剖视图。另外，在图3中，图示为隔膜元件18a以与安装于框体3的下面部(真空室4的壁部)3a(参照图2)时上下反转的状态。
隔膜元件(隔膜部件)18a作为对其整体进行支承的基体包括保持基板(基体)30。保持基板30具有主面30a以及作为与主面30a相反的一侧的面的主面30b。主面30a在将隔膜元件18a安装于框体3的下面部3a(参照图2)时，面对真空室4的外部。
在保持基板30的主面30a以及主面30b即保持基板30的两面形成有薄膜31。在形成于保持基板30的主面30b的薄膜31形成有以贯通薄膜31的方式到达保持基板30的开口部31a，从而在开口部31a除去保持基板30形成有从主面30b到达主面30a的贯通孔32。形成于保持基板30的主面30a的薄膜31中的以覆盖主面30a的贯通孔32的开口32a的方式残留的部分成为上述的隔膜(薄膜、膜部)19。即，隔膜19形成为在主面30a上覆盖主面30a的贯通孔32的开口32a。
另外，优选，开口部31a在俯视时形成于相当于保持基板30的主面30b中的中央部的位置，贯通孔32在俯视时形成于保持基板30的中央部。即，隔膜19在俯视时形成于保持基板30的主面30a的中央部。将贯通孔32形成于保持基板30的中央部，从而能够提高隔膜元件18a的强度。
作为保持基板(基体)30，优选能够使用例如由单晶硅(Si)构成的半导体基板(Si基板)亦即主面30a以及主面30b的方位，即基板方位为(100)或者(110)的部件。由此，如后所述，进行使用了由碱性水溶液构成的蚀刻液的各向异性蚀刻，从而能够在保持基板30容易地形成贯通孔32。另外，所形成的贯通孔32的侧面成为(111)面，因此能够形状精度良好地形成贯通孔32。并且，作为保持基板30，能够使用两面被最终加工成镜面的基板。由此，能够对保持基板30的两面容易地实施加工。
此外，薄膜31也可以如图3以及图4所示形成于保持基板30的主面30a的整个面，但只要形成为至少覆盖贯通孔32的开口32a即可。另外，在以下的说明中，仅将薄膜31中的形成为覆盖主面30a的贯通孔32的开口32a的部分说明为隔膜(膜部)19。
若隔膜19的厚度较薄，则厚度尺寸的精度良好地形成隔膜19变得困难。另一方面，若隔膜19的厚度较厚，则通过了真空室4的内部的一次带电粒子线以及从试样12释放的二次带电粒子难以透射或者通过隔膜19，从而到达(照射至)试样12的一次带电粒子线的量以及到达检测器13(检测出)的二次带电粒子的量减少。因此，隔膜19的厚度，即薄膜31的厚度优选能够形成例如5～50nm。
另外，当在大气压下等非真空状态下对试样12进行观察的情况下，一次带电粒子线以及二次带电粒子在隔膜19与试样12之间被散射或者吸收，从而照射至试样12的一次带电粒子线的量以及被检测器13检测的二次带电粒子的量进一步减少。因此，隔膜19的厚度(薄膜31的厚度)优选进一步较薄，例如优选为20nm以下。即，隔膜19的厚度(薄膜31的厚度)进一步优选例如为5～20nm。
另外，在隔膜19挠曲的情况下，一次带电粒子线以及二次带电粒子被散射，从而照射至试样12的一次带电粒子线的量以及被检测器13检测的二次带电粒子的量进一步减少。因此，作为隔膜19即薄膜31，优选具有来自保持基板30的拉伸应力的膜。作为具有上述的拉伸应力的膜，优选由具有比由例如Si构成的保持基板30的热膨胀系数大的热膨胀系数的材料构成。作为上述的材料，优选为例如氮化硅(SiN)或氮化铝(AlN)等的金属的氮化物或者聚酰亚胺。
如图4所示，隔膜(膜部)19，即贯通孔32的开口32a的平面形状优选呈正方形或者正八边形。由此，能够使施加于隔膜19的应力在主面30a内均匀地分散。但是，若隔膜19的面积较大，则隔膜19因真空室4的内部与外部之间的压力差而容易破坏。即，若隔膜19的面积较大，则隔膜19的耐压力性降低。因此，在需要使某边的长度变长时，将贯通孔32的开口32a的平面形状设为长方形，使附近的边的长度变短，从而能够防止或者抑制隔膜19因真空室4的内部与外部之间的压力差而破坏。
作为保持基板(基体)30，使用基板方位为(100)的Si基板，在进行各向异性蚀刻时，贯通孔32的侧面相对于保持基板30的主面30a(或者主面30b)所成的角成为54～55°。因此，隔膜19，即贯通孔32的开口32a的宽度尺寸d1比主面30b的形成于薄膜31的开口部31a，即贯通孔32的宽度尺寸d2小。换句话说，贯通孔32的宽度尺寸d2比隔膜19的宽度尺寸d1大。
另一方面，作为保持基板(基体)30，使用基板方位为(110)的Si基板，在进行各向异性蚀刻时，贯通孔32的侧面相对于保持基板30的主面30a(或者主面30b)所成的角成为90°。因此，贯通孔32的宽度尺寸d2与隔膜19的宽度尺寸d1相等，因此能够使隔膜元件18a小型化。
在保持基板(基体)30的主面30a的形成隔膜(膜部)19的区域30c以外的区域形成有由缓冲膜(膜部)33构成的图案33a。缓冲膜33以在比隔膜19(薄膜31)更靠上方，即沿着Z轴方向(照射有一次带电粒子线的方向)，并位于比隔膜19更靠试样12侧(试样工作台22侧)的方式形成于保持基板30的主面30a。缓冲膜33防止保持于试样工作台(保持部)22的试样12与隔膜19接触。在图3所示的例子中，缓冲膜33形成于主面30a上亦即薄膜31上。
当在对例如在表面具有凹凸且最大高度较大的试样12进行保持的状态下，为了以高倍率对焦而使试样工作台22沿Z轴方向移动的情况下，隔膜元件18a与试样12容易接触。但是，在本实施方式1中，在保持基板30的主面30a以沿着Z轴方向(照射有一次带电粒子线的方向)并位于比隔膜19更靠试样12侧(试样工作台22侧)的方式形成有缓冲膜33。因此，在隔膜元件18a与试样12接触时，缓冲膜33与试样12接触，从而能够防止隔膜19与试样12接触。
缓冲膜(膜部)33的膜厚也取决于试样12的厚度，在试样12的厚度例如比20μm更薄时，能够将膜厚的上限值例如设为20μm，将膜厚的下限值设为试样12的厚度。即便在通过例如涂覆法等适于形成膜厚比较大的膜的方法形成缓冲膜33的情况下，若膜厚超过20μm，则也在保持基板30的主面30a的面内，在膜厚、膜质产生偏差，从而存在在缓冲膜33的表面产生凹凸的担忧。
作为缓冲膜(膜部)33，优选能够使用由有机膜、无机膜或者金属膜构成的膜。由此，能够以与所观察的试样的厚度、带电粒子的种类、制造工序的制约等对应地选择最佳的材料。另外，作为缓冲膜33的材料，在使用有机膜的情况下，例如能够使用聚酰亚胺。聚酰亚胺能够容易地形成，从而耐热性、稳定性优越。因此，作为缓冲膜33的材料使用聚酰亚胺，从而能够容易地制造耐热性、稳定性优越的缓冲膜33。
由缓冲膜(膜部)33构成的图案33a在俯视时形成于保持基板(基体)30的主面30a中的隔着形成有隔膜(膜部)19的区域30c的两个区域。如图4所示，在例如隔膜19的平面形状为正方形的情况下，由缓冲膜33构成的图案33a优选形成于隔膜19的外周的四个边中的至少对置的两个边的外侧的区域。换句话说，由缓冲膜33构成的图案33a优选在俯视时形成于保持基板30的主面30a中的隔着形成隔膜19的区域30c而存在的至少两个区域30d、30e。
由此，即便在缓冲膜33与试样12接触的情况下，也能够使施加于保持基板30的主面30a的力向在俯视时隔着形成隔膜19的区域30c而存在的两个区域30d、30e均匀地分散。其结果，隔膜元件18a以及试样12的一方不相对于另一方倾斜，从而能够进一步可靠地防止隔膜19与试样12接触。
另外，区域30d与区域30e之间的区域，即除去了缓冲膜33的区域在后述的实施方式2中，作为在向隔膜元件18a与试样12之间供给比空气轻的气体时，使被供给的气体流经的流路FP发挥功能。该流路FP优选形成为在保持基板30的主面30a上在俯视时通过形成隔膜19的区域30c，并从一侧横穿至相反的一侧。由此，在向隔膜元件18a与试样12之间供给比空气轻的气体时，能够使所供给的气体在隔膜19与试样12之间可靠地流经，因此能够对通过带电粒子线装置获得的图像的S/N比进行改善。
此外，所谓将由缓冲膜33构成的图案形成于隔着形成隔膜19的区域30c而存在的至少两个区域的情况也包括将缓冲膜33形成于包括隔着形成隔膜19的区域30c而存在的两个区域的区域的情况。因此，也包括将由缓冲膜33构成的图案一体地形成于包括隔着形成隔膜19的区域30c而存在的两个区域的区域的情况。例如如使用图5进行后述的那样，也包括将由缓冲膜33构成的图案在俯视时一体地形成为包围形成隔膜19的区域30c的三方的情况。或者，如使用图6进行后述的那样，也包括将由缓冲膜33构成的图案在俯视时一体地形成为包围形成隔膜19的区域30c的四方的情况。
由缓冲膜(膜部)33构成的图案33a在俯视时形成于至少比主面30a的贯通孔32的开口32a的外周更向周缘侧分离的区域。即，由缓冲膜33构成的图案33a形成于比至少形成隔膜(膜部)19的区域30c更向周缘侧分离的区域。由此，由缓冲膜33构成的图案33a能够在俯视时不与开口32a即隔膜19重叠，从而能够使带电粒子线在形成为覆盖开口32a的隔膜19的全部的部分透射或者通过。
另外，由缓冲膜(膜部)33构成的图案33a在俯视时形成于比保持基板(基体)30的周缘更向隔膜(膜部)19侧(中央部一侧)分离规定的宽度尺寸d3的区域。由此，在隔膜元件18a的制造工序中，在对隔膜元件18a进行切割而进行分片化时，能够将缓冲膜33使用为用于对被切割的区域(划线区域)进行对位的对位标记。
因此，由缓冲膜(膜部)33构成的图案33a在俯视时形成于比形成隔膜(膜部)19的区域30c更向周缘侧分离，并且比保持基板(基体)30的周缘更向中央部一侧分离规定的宽度尺寸d3的区域30d、30e。
宽度尺寸d3的优选的范围取决于对隔膜元件18a进行切割的方法。在通过具备了钻石的旋转刀(刀片)的切割装置进行切割的情况下，需要考虑切割水的影响，因此宽度尺寸d3的优选的范围例如为50～500μm。另外，在通过激光进行切割的情况下，隔膜19承受的损伤较少，从而能够在维持隔膜元件18a的周缘即切割面的平滑性的状态下对其进行加工，因此宽度尺寸d3与通过切割装置进行切割的情况相比变小。在通过激光进行切割的情况下，宽度尺寸d3的优选的范围例如为1μm以上。
进一步优选，如图3所示，由缓冲膜(膜部)33构成的图案33a形成于比主面30b的薄膜31的开口部31a即贯通孔32的外周更向周缘侧分离规定的宽度尺寸d4的区域。由此，缓冲膜33能够在俯视时不形成于与开口部31a即贯通孔32重叠的区域。换句话说，缓冲膜33能够不形成于保持基板30中的用于形成贯通孔32且厚度变薄的强度较小的部分。宽度尺寸d4能够形成例如0～500μm左右。
此外，将由缓冲膜33构成的图案33a形成于比开口部31a的外周更向周缘侧分离的区域为存在缓冲膜33具有的应力对隔膜19带来影响的担忧的情况。因此，在缓冲膜33具有的应力极小的情况下，由缓冲膜33构成的图案33a也能够在俯视时形成于比形成隔膜19的区域30c更向周缘侧分离的区域亦即开口部31a内的部分。在该情况下，缓冲膜33能够形成于比形成隔膜19的区域30c更向周缘侧分离例如1μm以上的区域。
＜隔膜元件的第一变形例～第三变形例＞
图5～图7分别是从试样侧观察实施方式1的第一变形例～第三变形例的隔膜元件的俯视图。图5～图7分别表示俯视时的由缓冲膜33构成的图案的图案形状不同的隔膜元件18b～18d。
如图5所示，在实施方式1的第一变形例的隔膜元件(隔膜部件)18b中，隔膜(膜部)19的平面形状呈正方形，由缓冲膜(膜部)33构成的图案33b在俯视时形成于隔膜19的外周的四个边中的三个边的外侧的区域。另外，由缓冲膜33构成的图案33b在俯视时以包围形成隔膜19的区域30c的三方的方式形成为一体。
在图5所示的隔膜元件18b中，在隔膜19的外周的四个边中的外侧形成有缓冲膜33的边的个数为三个，在图4所示的隔膜元件18a中，比在其外侧形成有缓冲膜33的边的个数(两个)多。因此，隔膜元件18b在使在表面具有凹凸的试样12移动时，与隔膜元件18a相比能够可靠地防止隔膜19与试样12接触。
如图6所示，在实施方式1的第二变形例的隔膜元件(隔膜部件)18c中，隔膜(膜部)19的平面形状呈正方形，由缓冲膜(膜部)33构成的图案33c在俯视时形成于隔膜19的外周的四个边全部的外侧的区域。另外，由缓冲膜33构成的图案33c在俯视时以包围形成隔膜19的区域30c的四方的方式形成为一体。
在图6所示的隔膜元件18c中，在隔膜19的外周的四个边中的外侧形成有缓冲膜33的边的个数为四个，在图5所示的隔膜元件18b中，比在其外侧形成有缓冲膜33的边的个数(三个)多。因此，隔膜元件18c在使在表面具有凹凸的试样12移动时，与隔膜元件18b相比能够进一步可靠地防止隔膜19与试样12接触。
如图7所示，在实施方式1的第三变形例的隔膜元件(隔膜部件)18d中，隔膜19的平面形状呈正方形，由缓冲膜(膜部)33构成的图案33d形成为与隔膜19的各顶点相比沿着对角线方向在外侧分离成四处。另外，在隔膜19的外周的四个边中的任一个边的外侧的区域也未形成有缓冲膜33。即，在形成隔膜19的区域30c交叉的十字形状的区域中，除去了缓冲膜33。
上述的除去了缓冲膜33的十字形状的区域在后述的实施方式2中，作为在向隔膜元件18d与试样12之间供给比空气轻的气体时，供被供给的气体流经的流路FP发挥功能。该流路FP优选由形成为在主面30a上在俯视时通过形成隔膜19的区域30c从一侧横穿至相反的一侧的相互交叉的两个流路构成。由此，在向隔膜元件18d与试样12之间供给比空气轻的气体时，能够使被供给的气体在隔膜19与试样12之间可靠地流经，因此能够对通过带电粒子线装置获得的图像的S/N比进行改善。
＜隔膜元件的制造工序＞
接下来，对本实施方式1的隔膜元件(隔膜部件)的制造工序的一个例子进行说明。
图8～图14是实施方式1的隔膜元件的制造工序中的主要部分剖视图。此外，图8～图14表示与上述图3对应的剖面。
首先，如图8所示，准备具有主面30a以及与主面30a相反的一侧的主面30b的保持基板(基体)30。如上所述，作为保持基板30，例如能够使用基板方位为(100)或者(110)的Si基板。由此，如后所述，进行使用了由碱性水溶液构成的蚀刻液的各向异性蚀刻，从而能够在保持基板30容易地形成贯通孔32(参照图3)。另外，作为保持基板30，能够使用两面被最终加工成镜面的基板。由此，能够对保持基板30的两面容易地实施加工。
此外，在图8中，仅图示保持基板30中的形成一个隔膜元件的区域，但实际上，保持基板30包括沿着与主面30a或者主面30b平行的方向，形成多个隔膜元件的区域(在图9～图14中也相同)。
接下来，如图9所示，在保持基板(基体)30的两面，即主面30a以及主面30b形成薄膜31。例如能够以700℃的温度，通过化学气相沉积(ChemicalVapor Deposition：CVD)法，形成SiN膜，作为薄膜31。
此外，如上所述，薄膜31的厚度优选例如为5～50nm，进一步优选例如为5～20nm。另外，如上所述，作为薄膜31，优选具有拉伸应力的膜，优选由例如SiN、AlN等金属的氮化物或者聚酰亚胺构成。
另外，为了提高通过后述的工序所形成的隔膜(薄膜、膜部)19的耐压力性，优选在形成薄膜31后，以形成薄膜31时的温度以上的温度进行热处理。通过上述的热处理，隔膜19被烧结，而使密度增加，从而刚性提高，因此隔膜19的耐压力性提高。例如在薄膜31由SiN构成的情况下，热处理的温度优选为800℃以上。
接下来，如图10所示，在两面形成有薄膜31的保持基板(基体)30的两面，即主面30a以及主面30b形成绝缘膜34。形成绝缘膜34，从而能够在直至通过后述的工序形成隔膜19的期间保护薄膜31，从而能够防止或者抑制薄膜31损伤。例如通过CVD法，能够形成氧化硅(SiO2)膜，作为绝缘膜34。
此时，也能够将绝缘膜34仅形成于保持基板30的两面中的形成隔膜19的主面30a。然而，优选如图10所示，在保持基板30的主面30a以及主面30b的两面形成绝缘膜34。不仅在主面30a，也在主面30b形成绝缘膜34，从而能够防止或者抑制在主面30b通过蚀刻除去保持基板30时的成为掩模的薄膜31损伤。
接下来，如图11所示，在保持基板(基体)30的主面30b的绝缘膜34以及薄膜31形成开口部31a。在保持基板30的主面30b亦即形成贯通孔32(参照图3)的区域例如通过光刻技术以及蚀刻除去绝缘膜34与薄膜31。由此，以贯通绝缘膜34以及薄膜31的方式形成到达保持基板30的开口部31a。在开口部31a中，保持基板30露出。
接下来，如图12所示，在保持基板(基体)30的主面30a除去绝缘膜34。由此，在保持基板30的主面30a中，薄膜31向表面露出。
接下来，如图13所示，在保持基板(基体)30的主面30a形成缓冲膜(膜部)33。如上所述，作为缓冲膜33，能够形成由有机膜、无机膜或者金属膜构成的膜，作为有机膜的材料，例如能够使用聚酰亚胺。另外，缓冲膜33的膜厚也取决于试样12的厚度，在试样12的厚度比例如20μm薄时，能够将膜厚的上限值设为例如20μm，将膜厚的下限值设为试样的厚度。
接下来，如图14所示，通过光刻技术以及蚀刻，除去缓冲膜(膜部)33的一部分，从而形成由缓冲膜33构成的图案33a。
将由缓冲膜33构成的图案33a在俯视时形成于比保持基板(基体)30的周缘更向隔膜19侧(中央部侧)分离规定的宽度尺寸d3的区域。由此，在之后的工序中，在对隔膜元件18a进行切割而进行分片化时，能够将缓冲膜33使用为用于对划线区域进行对位的对位标记。
并且，将由缓冲膜33构成的图案33a形成于比开口部31a的外周更向周缘侧分离规定的宽度尺寸d4的区域。由此，缓冲膜33能够在俯视时不形成于与开口部31a即贯通孔32重叠的区域。换句话说，缓冲膜33能够不形成于保持基板30中的供贯通孔32形成且厚度变薄的强度较小的部分。宽度尺寸d4能够形成例如0～500μm左右。
此外，在形成图案33a后，也能够涂覆树脂膜(省略图示)，来覆盖保持基板30的整个面。
接下来，在保持基板(基体)30形成贯通孔32(参照图3)。在保持基板30的主面30b中，将形成有开口部31a的薄膜31设为掩模，进行使用了由碱性水溶液构成的蚀刻液的各向异性蚀刻，从而除去向开口部31a露出的保持基板30(蚀刻)。由此，在保持基板30形成从主面30b到达主面30a的贯通孔32(参照图3)。
在使用例如Si基板作为保持基板30的情况下，例如使用由氢氧化钾(KOH)水溶液或者四甲基氢氧化铵(Tetra-methyl-ammonium-hydroxide：TMAH)水溶液等碱性水溶液构成的蚀刻液。
这样，在保持基板30形成从主面30b到达主面30a的贯通孔32(参照图3)，从而在主面30a形成有由以覆盖贯通孔32的开口32a(参照图3)的方式残留的薄膜31构成的隔膜19。然后，对保持基板30在划线区域进行切割而进行分片化，从而能够形成图3所示的隔膜元件18a。此外，在隔膜元件18a向后述的配件的安装时，在保持基板30较厚的情况下，也可以在切割前通过背面研磨法等使主面30b面变薄而进行高度调整。在该情况下，主面30b面成为供保持基板30露出的构造。
另外，在通过树脂膜(省略图示)覆盖保持基板30的整个面时，除去位于隔膜19以及缓冲膜33上的树脂膜(省略图示)。
此外，在形成贯通孔32(参照图3)前，如图14所示，当在主面30b形成有绝缘膜34时，在形成贯通孔32前或者形成贯通孔32后，例如通过氟酸(HF)等蚀刻液，除去绝缘膜34。
在使用基板方位为(100)或者(110)的Si基板作为保持基板(基体)30，并对其进行各向异性蚀刻的情况下，所形成的贯通孔32的侧面成为(111)面，因此能够形状精度良好地形成贯通孔32。
如上所述，在使用基板方位为(100)的Si基板作为保持基板30时，贯通孔32的侧面相对于保持基板30的主面30a(或者主面30b)所成的角成为54～55°。因此，隔膜(膜部)19即贯通孔32的开口32a的宽度尺寸d1(参照图3)比主面30b的形成于薄膜31的开口部31a，即贯通孔32的宽度尺寸d2小。换句话说，贯通孔32的宽度尺寸d2比隔膜19的宽度尺寸d1大。
另一方面，在使用基板方位为(110)的Si基板作为保持基板30时，贯通孔32的侧面相对于保持基板30的主面30a(或者主面30b)所成的角成为90°。因此，贯通孔32的宽度尺寸d2与隔膜(膜部)19的宽度尺寸d1相等，因此能够使隔膜元件18a小型化。
此外，将由缓冲膜(膜部)33构成的图案33a形成于比开口部31a的外周更向周缘侧分离的区域为存在缓冲膜33具有的应力对隔膜19带来影响的担忧的情况。因此，在缓冲膜33具有的应力极小的情况下，如上所述，由缓冲膜33构成的图案33a也能够在俯视时形成于比形成隔膜19的区域30c(参照图4)更向周缘侧分离的区域，亦即开口部31a内的部分。在该情况下，缓冲膜33能够形成于比形成隔膜19的区域30c更向周缘侧分离例如1μm以上的区域。
＜隔膜元件的第四变形例＞
图15是表示实施方式1的第四变形例的隔膜元件的主要部分剖视图。
如图3所示，在实施方式1的隔膜元件18a中，在保持基板30的主面30a中，缓冲膜33直接形成于薄膜31上。另一方面，如图15所示，在实施方式1的第四变形例的隔膜元件(隔膜部件)18e中，在保持基板(基体)30的主面30a中，缓冲膜(膜部)33经由绝缘膜34形成于薄膜31上。即，由缓冲膜33构成的图案33a经由由绝缘膜34构成的图案34a形成于薄膜31上。由绝缘膜34构成的图案34a为在俯视时与由缓冲膜33构成的图案33a相同的图案。
例如在将聚酰亚胺等由有机膜、无机膜或者金属膜构成的缓冲膜33例如直接形成于由SiN构成的薄膜31上的情况下，存在缓冲膜33与薄膜31之间的粘合性(密接力)较弱的情况。另一方面，例如在将聚酰亚胺等由有机膜、无机膜或者金属膜构成的缓冲膜33例如经由由SiO2等构成的绝缘膜34形成于例如由SiN构成的薄膜31上的情况下，能够提高缓冲膜33与薄膜31之间的粘合性(密接力)。
在实施方式1的隔膜元件18a的制造工序中，在如图11所示形成开口部31a后，如图12所示，在保持基板30的主面30a除去绝缘膜34。
另一方面，在实施方式1的第四变形例的隔膜元件18e的制造工序中，在如图11所示形成开口部31a后，在保持基板30的主面30a不除去绝缘膜34，而在保持基板30的主面30a形成缓冲膜33。而且，通过光刻技术以及蚀刻，除去缓冲膜33的一部分，从而在形成由缓冲膜33构成的图案33a后，在未形成图案33a的区域，除去绝缘膜34，从而形成由绝缘膜34构成的图案34a。
然后，与实施方式1的隔膜元件18a的制造工序相同地，例如形成树脂膜(省略图示)，通过各向异性蚀刻，除去(蚀刻)向开口部31a露出的保持基板30，从而形成贯通孔32。由此，能够形成图15所示的隔膜元件18e。
＜隔膜元件的第五变形例＞
图16是表示实施方式1的第五变形例的隔膜元件的主要部分剖视图。
如图15所示，在实施方式1的第四变形例的隔膜元件18e中，由绝缘膜34构成的图案34a为在俯视时与由缓冲膜33构成的图案33a相同的图案。
另一方面，在实施方式1的第五变形例的隔膜元件(隔膜部件)18f中，如图16所示，由绝缘膜34构成的图案34b从供由缓冲膜33构成的图案33a形成的区域形成至隔膜19侧的(中央部侧的)宽度尺寸d5的区域。此外，供上述的图案34b形成的区域包含于比形成隔膜(膜部)19的区域30c(参照图4)更向周缘侧分离，并且比保持基板(基体)30的周缘更向中央部一侧分离的区域。
通过上述的构造，与实施方式1的第四变形例的隔膜元件18e相比，形成绝缘膜34的区域向隔膜19侧(中央部侧)扩展。而且，除了缓冲膜33之外，形成于被扩展的区域的绝缘膜34也防止隔膜19与试样12接触。因此，隔膜元件18f与隔膜元件18e相比，能够进一步强化防止隔膜19与试样12接触的功能。
＜隔膜元件的第六变形例＞
图17是表示实施方式1的第六变形例的隔膜元件的主要部分剖视图。
如图17所示，实施方式1的第六变形例的隔膜元件(隔膜部件)18g在实施方式1的隔膜元件(隔膜部件)18a中，在由缓冲膜(膜部)33构成的图案33a上形成有由导电膜构成的密封膜(膜部)35。即，由导电膜构成的密封膜35形成于由缓冲膜33构成的图案33a的表面。通过上述的构造，能够防止从试样12释放的二次带电粒子积蓄于缓冲膜33或者隔膜19，从而能够防止通过检测器13检测二次带电粒子的灵敏度降低。换句话说，能够防止在缓冲膜33或者隔膜19积蓄有二次带电粒子而导致的灵敏度降低。
另外，密封膜35也可以形成于保持基板(基体)30的侧面30f。即，密封膜35一体地形成于由缓冲膜33构成的图案33a的表面以及保持基板30的侧面30f。由此，如在后述的实施方式2中进行说明的那样，能够进一步防止在缓冲膜33或者隔膜19积蓄有二次带电粒子而导致的灵敏度降低。另外，当在侧面30f不形成有密封膜35的情况下，以框体3与密封膜35导通的方式使用银膏或者导电密封材等，防止在缓冲膜33、隔膜19积蓄二次带电粒子。
作为密封膜35，能够使用由铝(Al)、铜(Cu)、钨(W)、钛(Ti)、钽(Ta)、铬(Cr)、镍(Ni)、或者钼(Mo)等金属构成的导电膜。或者，作为密封膜35，能够使用由氮化钨(WN)、或氮化钛(TiN)等的金属氮化物、或者硅化钨(WSi)、或硅化镍(NiSi)等的金属化合物构成的导电膜。
在实施方式1的第六变形例的隔膜元件18g的制造工序中，在制造实施方式1的隔膜元件18a后，在以对隔膜19进行掩模的方式配置遮挡板的状态下，例如通过溅射法或者蒸镀法形成由导电膜构成的密封膜35。
＜隔膜元件的第七变形例＞
图18是表示实施方式1的第七变形例的隔膜元件的主要部分剖视图。
如图18所示，实施方式1的第七变形例的隔膜元件(隔膜部件)18h在实施方式1的第四变形例的隔膜元件(隔膜部件)18e中，在由缓冲膜(膜部)33构成的图案33a上形成有由导电膜构成的密封膜(膜部)35。即，由导电膜构成的密封膜35形成于由缓冲膜33构成的图案33a的表面。通过上述的构造，能够与实施方式1的第四变形例的隔膜元件18e相同地提高缓冲膜33与薄膜31之间的粘合性(密接力)。另外，通过上述的构造，能够与实施方式1的第六变形例的隔膜元件18g相同地防止检测二次带电粒子的灵敏度降低。
另外，与实施方式1的第六变形例相同地，密封膜35也可以形成于保持基板(基体)30的侧面30f。
作为密封膜35，能够与实施方式1的第六变形例相同地使用由Al、Cu、W、Ti、Ta、Cr、Ni、或者Mo等金属构成的导电膜。或者，作为密封膜35，能够与实施方式1的第六变形例相同地使用由WN或TiN等的金属氮化物、或者WSi、或NiSi等的金属化合物构成的导电膜。
在实施方式1的第七变形例的隔膜元件18h的制造工序中，在制造实施方式1的第四变形例的隔膜元件18e后，在以对隔膜19进行掩模的方式配置遮挡板的状态下，例如通过溅射法或者蒸镀法形成由导电膜构成的密封膜35。
此外，代替实施方式1的第四变形例的隔膜元件(隔膜部件)18e，在实施方式1的第五变形例的隔膜元件(隔膜部件)18f中，也能够在由缓冲膜33构成的图案33a上形成由导电膜构成的密封膜35。
＜基于带电粒子线装置的观察工序＞
接下来，对基于本实施方式1的带电粒子线装置的观察工序进行说明。图19是表示基于实施方式1的带电粒子线装置的观察工序的一部分的流程图。
首先，对真空室4进行排气(步骤S11)。在该步骤S11中，例如通过被控制部15控制的真空泵(排气部)6，经由真空配管7，对被带电粒子光学镜筒2以及框体3划分的真空室4进行排气，从而将真空室4的内部的压力减压为真空。因此，真空室4维持为真空室4的内部的压力与真空室4的外部的压力相比被减压的状态，即在真空室4的内部与外部之间产生压力差的状态。
接下来，通过试样工作台(保持部)22保持试样12(步骤S12)。在该步骤S12中，将试样12保持为载置于试样工作台22。另外，预先以保持于试样工作台(保持部)22或者试样工作台22的试样12不与隔膜元件(隔膜部件)18a接触的方式例如通过被控制部15控制的Z轴驱动部24使试样工作台22的Z轴方向的高度位置充分地下降。
接下来，产生带电粒子线(步骤S13)。在该步骤S13中，例如通过由包括灯丝的电子枪构成的带电粒子源9产生带电粒子线。
接下来，开始试样12的观察(步骤S14)。在该步骤S14中，对带电粒子光学系统10的光学透镜11的条件等进行调整，从而在个人计算机16映现试样12的图像，进而开始观察。此外，最初，预先以能够顺畅地进行接下来的对焦的方式将倍率形成低倍率。
接下来，进行基于Z轴调整的对焦(步骤S15)。在该步骤S15中，边对试样12的图像进行观察边使用Z轴驱动部24使试样12的高度位置逐渐上升，从而以能够清晰地观察试样12的方式对焦。
接下来，通过X、Y轴调整进行所希望的观察场所的设定(步骤S16)。在该步骤S16中，边对试样12的图像进行观察边使用X、Y轴驱动部25使试样12向所希望的观察场所移动。
接下来，进行倍率调整以及焦点微调(步骤S17)。在该步骤S17中，进行倍率的调整、以及Z轴驱动部24的微调。
接下来，开始取得图像(步骤S18)。在该步骤S18中，按压图像取得的开关，通过个人计算机16取得图像，并对已取得的图像进行保存。而且，使该作业反复几次，从而针对试样12进行所希望的观察，进而进行图像的取得。
接下来，取出试样12(步骤S19)。在该步骤S19中，在观察结束后，使用Z轴驱动部24使试样12的高度位置下降，在使试样12远离隔膜元件18a后，从试样工作台(保持部)22取出试样12。另外，在对接下来的试样进行观察的情况下，相对于接下来的试样反复步骤S12～步骤S19的作业。
此外，图19所示的观察工序的流程表示带电粒子线装置的操作的一个例子，各工序的顺序不限定于图19所示的顺序。因此，能够适当地变更步骤S11～步骤S19的各工序的顺序。
＜隔膜的破损＞
在具有例如与上述专利文献1所记载的SEM相同的构造的SEM中，试样被载置于隔膜。在该情况下，隔膜较薄，因此难以使隔膜的面积变大，从而能够对试样进行观察的范围仅称为形成隔膜的区域。因此，直至将欲观察的部分载置于隔膜，需要将试样重新载置于隔膜几次。另外，隔膜较薄，因此在更换试样时，或者在将试样重新载置于隔膜时，存在隔膜破损的担忧。在隔膜破损的情况下，试样或者大气进入配置于下方的带电粒子光学镜筒，从而存在带电粒子源故障的担忧。
另一方面，在具有与上述专利文献2所记载的SEM相同的构造的SEM中，不是将试样保持为载置于隔膜的构造，因此对试样进行保持而带来的隔膜的破损的担忧较少。另外，能够使试样相对于隔膜元件移动，因此不需要使试样重新载置于隔膜几次。
但是，在以高分辨率对试样进行观察时，以高倍率对焦，因此需要使试样工作台移动，而使保持于试样工作台的试样接近隔膜元件。在使试样接近隔膜元件时，例如使用者边对图像进行观察边使试样工作台移动，从而以隔膜与试样不接触的方式边注意边进行作业。但是，也存在使试样从隔膜接近至数十μm的距离，因此即使使用者边注意边进行作业，隔膜与试样也容易接触，隔膜容易破损。
另外，在将隔膜元件安装于带电粒子线装置时，或者在更换隔膜元件时，隔膜元件向其他的部件的上方落下，或者接近其他的部件，从而隔膜与其他的部件容易接触，隔膜容易破损。
特别地，在将供试样配置的空间维持为大气压下等非真空状态，供试样配置的空间的压力比真空室的压力大的情况下，焦距因存在于隔膜元件与试样之间的气体的组成或者压力的变化而变动。换句话说，真空室的外部的压力比真空室的内部的压力大，当在真空室的内部与外部之间存在压力差的情况下，焦距容易变动。因此，每次对观察图像进行拍摄，均需要对隔膜元件与试样的距离进行调整，从而隔膜与试样进一步容易接触，进而隔膜进一步容易破损。
如上所述，在上述专利文献2记载有如下技术，即在非真空环境对物体进行观察的SEM中，在STEM模式下，控制为使用配置于孔径的周围的高度决定动作距离的隔离物，来获得最大分辨率。
但是，专利文献2所记载的技术涉及使用了对供试样透射的电子束进行检测的STEM模式的测量方法，使试样与隔离物接触，通过隔离物的高度决定动作距离，从而实现最大分辨率。另外，在专利文献2所记载的SEM中，配置于孔径的周围的隔离物将隔膜与试样的距离保持为恒定，从而无法防止隔膜与试样接触。
因此，在每次对观察图像进行拍摄，均需要对隔膜与试样的距离进行调整的情况下，通过专利文献2所记载的由恒定的高度的隔离物决定隔膜与试样的距离的方法，无法防止隔膜与试样接触。
如上，在隔膜与试样容易接触的情况下，隔膜容易破损，从而无法以高分辨率稳定地对观察图像进行拍摄，因此带电粒子线装置的性能降低。
＜本实施方式的主要的特征与效果＞
另一方面，在本实施方式1的带电粒子线装置1中，在隔膜元件18a形成有在真空室4的内部的压力相比真空室4的外部的压力被减压了的状态下，对真空室4的内部与外部气密地进行隔离，并且供带电粒子线透射的隔膜19。另外，在隔膜元件18a以沿着Z轴方向并位于比隔膜19更靠试样12侧(试样工作台22侧)的方式形成有防止保持于试样工作台(保持部)22的试样12与隔膜19接触的缓冲膜(膜部)33。
如上，在隔膜元件18a形成有缓冲膜33，从而在试样12接近隔膜元件18a时，缓冲膜33与试样12接触。因此，能够防止隔膜19与试样12接触，从而能够防止隔膜19破损。因此，能够以高分辨率稳定地对观察图像进行拍摄，因此带电粒子线装置的性能提高。
另外，在将隔膜元件18a安装于带电粒子线装置时，或者更换隔膜元件18a时，在隔膜元件18a向其他的部件的上方落下时，或者接近其他的部件时，缓冲膜33也与其他的部件接触。因此，能够防止隔膜19与其他的部件接触，从而能够防止隔膜19破损。
特别地，在将供试样12配置的空间维持为大气压下等非真空状态，供试样12配置的空间的压力比真空室4的压力大的情况下，焦距因存在于隔膜元件18a与试样12之间的气体的组成或者压力的变化而变动。换句话说，在真空室4的外部的压力比真空室4的内部的压力大，在真空室4的内部与外部之间存在压力差的情况下，焦距容易变动。因此，每次对观察图像进行拍摄，均需要对隔膜元件18a与试样12的距离进行调整。
在上述的情况下，通过专利文献2所记载的由恒定的高度的隔离物决定隔膜与试样的距离的方法，无法防止隔膜与试样接触。但是，使用本实施方式1的隔膜元件18a，从而防止隔膜19与试样12接触的效果增大。
(实施方式2)
接下来，对本发明的实施方式2的带电粒子线装置进行说明。对于本实施方式2的带电粒子线装置而言，隔膜元件(隔膜部件)包括供保持基板(基体)安装的配件，并将供保持基板安装的配件安装于框体的下面部。因此，本实施方式2的带电粒子线装置中的配件以外的各部分与实施方式1的带电粒子线装置的各部分相同，省略其说明。另外，基于本实施方式2的带电粒子线装置中的配件以外的部分的效果也与基于实施方式1的带电粒子线装置的效果相同，省略其说明。
此外，以下，对使用图18所示的实施方式1的第七变形例的隔膜元件(隔膜部件)18h作为隔膜元件的例子进行说明。但是，代替隔膜元件18h，也能够使用实施方式1的隔膜元件18a以及实施方式的第一变形例～第六变形例的隔膜元件18b～18g。
图20是表示实施方式2的带电粒子线装置中的隔膜元件以及试样工作台的周边的构造的图。图21是从试样侧观察实施方式2的配件的俯视图。图22是沿着图21的B-B线的主要部分剖视图。
如图20～图22所示，在本实施方式2的带电粒子线装置1a中，隔膜元件18h的保持基板30以能够容易地装卸的方式安装于配件(隔膜保持部件、安装体)40。另外，在框体3的下面部(真空室4的壁部)3a形成有对配件(安装体)40进行支承的支承部41。支承部41与配件40具有包括相互对应的凹凸形状的剖面形状。而且，使配件40在图20中从纸面近前侧朝向纸面进深侧滑动，从而能够不使配件40落下地容易地安装于支承部41。换句话说，将供保持基板30安装的配件40安装于支承部41(框体3的下面部3a)，从而能够将隔膜元件18h安装于框体3的下面部3a。
在框体3的下面部3a，在图20的支承部41的纸面进深侧设置有用于将配件40卡止于规定的位置的限位器(省略图示)。限位器(省略图示)在将配件40卡止于规定的位置时，以在俯视时重叠的方式设置有形成于框体3的下面部3a的开口部3b与在配件40安装有保持基板30的隔膜元件18h的隔膜(膜部)19。
配件(安装体)40优选由包括金属的材料构成。作为配件40的材料，使用包括金属的材料，从而能够对配件40与框体3以低电阻进行连接，从而能够将配件40的电位与框体3的电位设为等电位。并且，将框体3接地，从而在框体3的电位为0电位(接地)时，能够将配件40的电位设为0电位(接地)。
在框体3与配件40之间设置有密封部件42。密封部件42对框体3与配件40之间气密地进行密封。作为密封部件42，例如能够使用O型圈。或者，代替设置密封部件42，以在框体3与配件40之间涂覆真空润滑脂的状态使框体3与配件40接触，从而也能够对框体3与配件40之间气密地进行密封。
如图21以及图22所示，配件(安装体)40具有与主面40a以及和主面40a相反的一侧的主面40b。在主面40a侧，在配件40的中央部设置有凹部43，隔膜元件(隔膜部件)18h的保持基板30以能够容易地装卸的方式安装于凹部43。在图21的凹部43的上侧、左侧分别设置有能够沿图21的上下方向、左右方向滑动移动的按压夹具44、45，在按压夹具44、45设置有用于对按压夹具44、45进行固定的螺钉46、47。
另外，在凹部43的底面与安装于凹部43的保持基板30之间设置有密封部件48。密封部件48对配件40与保持基板30之间气密地进行密封。作为密封部件48，优选能够对配件40与保持基板30之间气密地进行密封，能够以不对配件40与保持基板30给予损伤的方式使用柔软的材料，从而例如能够使用O型圈。或者，代替设置密封部件48，能够在配件40与保持基板30之间以涂覆真空润滑脂的状态使配件40与保持基板30接触，从而能够对配件40与保持基板30之间气密地进行密封。
在将隔膜元件18h的保持基板30安装于配件40时，将保持基板30安装于凹部43，使按压夹具44、45滑动，从而能够将保持基板30分别向图21的下侧、右侧按压于凹部43。而且，在将保持基板30按压于凹部43的状态下，通过螺钉46、47对保持基板30进行固定。使用设置该按压夹具44、45的配件40，从而即便在更换了隔膜元件18h的情况下，也能够使隔膜19的位置始终与配件40的中心的位置一致。因此，对配件40与支承部41进行组合来使用，从而带电粒子线始终通过隔膜19的中心，从而能够缩短直至对试样12进行观察的调整时间。
在图21中，在比配件40的中央部更靠左右两侧的部分设置有引导件49。引导件49用于将供保持基板30安装的配件40不落下地安装于支承部41。使用图20，如上所述，引导件49以具有包括相互对应的凹凸形状的剖面形状的方式形成有支承部41与配件40。
如图22所示，在将保持基板(基体)30安装于凹部43时，优选保持基板30的主面30a形成与配件40的主面40a相同的面，或者主面30a突出到主面40a上。由此，能够防止保持于试样工作台(保持部)22的试样12与配件40的主面40a接触。
作为隔膜元件，在使用图18所示的隔膜元件18h或者图17所示的隔膜元件18g的情况下，按压夹具44、45优选由导电性的材料构成。作为按压夹具44、45的材料，使用导电性的材料，从而能够对密封膜(膜部)35、按压夹具44、45以及配件40低电阻地进行连接。由此，能够使从试样12释放的二次带电粒子中的未透射或者通过隔膜19的二次带电粒子经由密封膜35、按压夹具44、45以及配件40向隔膜元件的外部散逸。因此，能够防止在缓冲膜33或者隔膜19积蓄二次带电粒子而带来的灵敏度降低。
另外，在图18所示的隔膜元件18h或者图17所示的隔膜元件18g中，在也将密封膜35形成于保持基板(基体)30的侧面30f的情况下，能够对密封膜35与按压夹具44、45进一步低电阻地进行连接。因此，能够进一步防止在缓冲膜33或者隔膜19积蓄有二次带电粒子而带来的灵敏度降低。
(实施方式3)
接下来，对本发明的实施方式3的带电粒子线装置进行说明。对于本实施方式3的带电粒子线装置而言，追加向实施方式1的带电粒子线装置供给气体的供给部。因此，本实施方式3的带电粒子线装置中的供给部以外的各部分与实施方式1的带电粒子线装置的各部分相同，省略其说明。另外，基于本实施方式3的带电粒子线装置中的供给部以外的部分的效果也与基于实施方式1的带电粒子线装置的效果相同，省略其说明。
图23是实施方式3的带电粒子线装置的整体结构图。
如图23所示，在本实施方式3的带电粒子线装置1b中，设置有向隔膜元件(隔膜部件)18a与试样12之间供给气体的供给部50。供给部50具有气体储气瓶51、气体供给管52以及气体控制用阀53。气体储气瓶51设置于真空室4的外部。气体供给管52的一端连接于气体储气瓶51，气体供给管52的另一端在隔膜元件18a的附近开口。在气体供给管52的中途设置有气体控制用阀53，气体控制用阀53的开闭动作以及开度被控制部15控制。
在上述的结构中，通过控制部15对气体控制用阀53的开闭动作以及开度进行控制，从而能够经由气体供给管52向隔膜元件18a与试样12之间供给气体。
此外，气体储气瓶51也可以使用作为带电粒子线装置1b的一部分而被准备的部件，但也可以使用与带电粒子线装置1b不同的所准备的部件。
当在隔膜元件18a与试样12之间存在空气的情况下，透射或者通过了隔膜(膜部)19的一次带电粒子线以及从试样12释放的二次带电粒子被空气所含有的气体分子散射。因此，到达试样12的一次带电粒子线的量减少，从而到达检测器13的二次带电粒子的量减少。另一方面，向隔膜(膜部)19与试样12之间供给由例如具有比空气的平均分子量小的分子量的气体分子构成的气体，即比空气轻的气体，从而能够减小一次带电粒子线以及二次带电粒子被散射的概率。由此，能够使到达试样12的一次带电粒子线的量增加，从而能够使到达检测器13的二次带电粒子的量增加。
因此，作为通过供给部50供给的气体，例如能够使用氮气(N2)气体或者水蒸气气体等比空气轻的气体，由此，能够对图像的S/N比进行改善。另外，作为通过供给部50供给的气体，优选能够使用具有例如氦(He)气或者氢(H2)气等比N2气体或者水蒸气气体的分子量小的分子量的气体。使用上述的气体，从而能够对图像的S/N比进一步进行改善。
此外，基于本实施方式3的带电粒子线装置1b的观察工序除了边向隔膜元件18a与试样12之间供给气体边进行这点之外，能够与基于实施方式1的带电粒子线装置1的观察工序相同地进行图19的步骤S15～步骤S18的工序。
(实施方式4)
接下来，对本发明的实施方式4的带电粒子线装置进行说明。实施方式1的带电粒子线装置具备带电粒子光学镜筒以及框体，真空室被带电粒子光学镜筒以及框体划分。与此相对，本实施方式4的带电粒子线装置除了带电粒子光学镜筒以及第一框体之外，还具备第二框体，在第一框体安装第二框体，从而真空室被带电粒子光学镜筒、第一框体以及第二框体划分。
此外，以下，对将本实施方式4的带电粒子线装置应用于台式的扫描式电子显微镜的例子进行说明。但是，本实施方式4的带电粒子线装置不言而喻能够应用于离子显微镜等其他的各种带电粒子线装置。
＜扫描式电子显微镜的结构＞
图24是实施方式4的扫描式电子显微镜的整体结构图。
如图24所示，在本实施方式4的扫描式电子显微镜(带电粒子线装置)1c设置有带电粒子光学镜筒2、框体3c以及框体部件(带电粒子线装置用部件)56。框体部件56包括框体55、隔膜元件(隔膜部件)18a、试样工作台(保持部)22、Z轴驱动部24以及盖部件57。在框体3c安装框体部件56的框体55，从而真空室4a被带电粒子光学镜筒2、框体3c以及框体55划分。
与实施方式1的带电粒子光学镜筒2相同地，本实施方式4的带电粒子光学镜筒2也以带电粒子光学镜筒2的下部向框体3c的内部突出的方式设置于例如框体3c的上侧。带电粒子光学镜筒2经由密封部件(O型圈)5安装于框体3c，框体55经由密封部件(O型圈)5a安装于框体3c。因此，被带电粒子光学镜筒2、框体3c以及框体55划分的真空室4a设置为气密。
在图24所示的例子中，在框体3c的例如侧面部3d设置有开口部3e。框体55具有例如设置为关闭开口部3e的侧面部55a以及与侧面部55a设置为一体并设置为从框体3c的开口部3e朝向框体3c的中央部拉入的凹部55b。在将框体55安装于框体3c时，凹部55b设置为位于被凹部55b划分的试样室58位于带电粒子光学镜筒2的下方。
在框体55设置有盖部件57。盖部件57以能够装卸的方式安装于框体55，在框体55安装盖部件57，从而试样室58被框体55以及盖部件57划分。另外，试样室58的内部的空间为真空室4a的外部的空间。盖部件57经由密封部件(O型圈)59安装于框体55。因此，被框体55以及盖部件57划分的试样室58设置为气密。
在图24所示的例子中，盖部件57经由密封部件59安装于框体55的侧面部55a，试样室58被盖部件57以及凹部55b划分。另外，如使用后述的图26进行说明的那样，盖部件57从图24所示的位置向左侧滑动(移动)，从而成为从框体55被取下的状态。
在被带电粒子光学镜筒2、框体3c以及框体55划分的真空室4a的外部设置有真空泵(排气部)6。真空泵6通过真空配管7连接于带电粒子光学镜筒2以及框体3c。即，真空泵6连接于真空室4a。
在使用扫描式电子显微镜(带电粒子线装置)1c时，真空室4a被真空泵6排气，从而真空室4a的内部的压力被减压为真空。即，真空室4a被真空泵6排气，从而真空室4a的内部的压力被维持为与真空室4a的外部的压力相比被减压的状态。
此外，即便在本实施方式4中，也与实施方式1相同地，真空泵6仅示出了一个，但也可以为两个以上。
即便在本实施方式4中，也与实施方式1相同地，在框体3c设置有泄漏阀8。泄漏阀8用于对被带电粒子光学镜筒2、框体3c以及框体55划分的真空室4a进行大气开放。
带电粒子光学镜筒2、控制系统14的结构能够形成分别与实施方式1的带电粒子线装置1的带电粒子光学镜筒2、控制系统14相同。另外，与实施方式1相同地，在带电粒子光学镜筒2中的向框体3c的内部突出的部分设置有检测器13。
＜试样室的内部＞
与实施方式1相同地，在框体55亦即对真空室4a与试样室58进行划分的部分设置有隔膜元件(隔膜部件)18a。在图24所示的例子中，在框体55的凹部(真空室4a的壁部)55b，在位于带电粒子光学镜筒2的下方的部分设置有隔膜元件18a。隔膜元件18a包括供一次带电粒子线透射或者通过的隔膜19，对真空室4a的内部与试样室58的内部气密地进行隔离。
在本实施方式4中，作为隔膜元件，与实施方式1相同地，将使用隔膜元件18a的情况说明为代表例。但是，作为隔膜元件，代替隔膜元件18a，能够使用在实施方式1的第一变形例～第七变形例中进行了说明的隔膜元件18b～18h。
在图24所示的例子中，与实施方式2相同地，隔膜元件18a的保持基板以能够容易地装卸的方式安装于配件(隔膜保持部件、安装体)40。另外，与实施方式2相同地，在框体55的凹部55b形成有对配件40进行支承的支承部41。
此外，将隔膜元件18a安装于框体55的方法不限定于使用配件40的方法。例如，如在实施方式1中进行说明的那样，隔膜元件18a也可以通过隔膜19的周围的部分被粘合部件21(参照图2)粘合于形成于框体55的凹部55b的开口部的周围的部分，而安装于框体55。
在真空室4a的外部亦即试样室58的内部设置有试样工作台(保持部)22。与实施方式1相同地，试样工作台22用于对试样12进行保持。在本实施方式4中，试样工作台22组装于支承体60上，支承体60安装于盖部件57。因此，试样工作台22安装于盖部件57。
另外，在试样室58的内部设置有Z轴驱动部24以及X、Y轴驱动部25。与实施方式1相同地，Z轴驱动部24驱动试样工作台22向例如垂直方向亦即Z轴方向移动，来改变试样工作台22的高度位置，从而对保持于试样工作台22的试样12与隔膜元件18a的沿着Z轴方向的距离进行调整。与实施方式1相同地，X、Y轴驱动部25驱动试样工作台22例如在水平面内沿相互交叉的两个方向亦即X轴方向以及Y轴方向移动，从而使保持于试样工作台22的试样12沿X轴方向以及Y轴方向移动。
如上所述，盖部件57以能够装卸的方式安装于框体55。具体而言，盖部件57以能够滑动(能够拉出)的方式设置于例如底板61以及固定支承于底板61的框体55。通过上述的结构，如使用后述的图26进行说明的那样，使盖部件57向图24中左侧方向滑动，从而能够将试样工作台22向试样室58的外部拉出，进而能够更换通过试样工作台22保持的试样12。
另外，如上所述，盖部件57经由框体55与密封部件(O型圈)59被安装，从而固定于框体55，因此设计为支承板60在观察试样12的期间不移动。
如图24所示，在本实施方式4的扫描式电子显微镜(带电粒子线装置)1c中，设置有向隔膜元件(隔膜部件)18a与试样12之间供给气体的供给部50a。供给部50a具有气体储气瓶51、气体供给管52、气体控制用阀53、压力计63以及压力调整阀64。气体储气瓶51设置于真空室4a的外部。气体供给管52的一端连接于气体储气瓶51，气体供给管52的另一端在试样室58的内部亦即隔膜元件18a的附近开口。在气体供给管52的中途设置有气体控制用阀53。气体控制用阀53以及压力调整阀64的开闭动作以及开度基于压力计63的测量值被控制部15控制。
在上述的结构中，通过控制部15对气体控制用阀53的开闭动作以及开度进行控制，从而能够经由气体供给管52向隔膜元件18a与试样12之间供给气体。另外，通过控制部15对压力调整阀64的开闭动作以及开度进行控制，从而能够通过经由气体供给管52被供给的气体容易地置换试样室58的内部。
此外，气体储气瓶51也可以使用作为扫描式电子显微镜1c的一部分而被准备的部件，但也可以使用与扫描式电子显微镜1c不同的所准备的部件。
在实施方式3中，如上所述，向隔膜(膜部)19与试样12之间供给比空气轻的气体，从而能够减小透射或者通过了隔膜19的一次带电粒子线以及从试样12释放的二次带电粒子被散射的概率。由此，能够使到达试样12的一次带电粒子线的量增加，从而能够使到达检测器13的二次带电粒子的量增加。
因此，作为通过供给部50a供给的气体，例如能够使用氮气(N2)气体或者水蒸气气体等比空气轻的气体，由此，能够对图像的S/N比进行改善。另外，通过作为供给部50a供给的气体，优选例如能够使用He气体或者H2气体等具有比N2气体或者水蒸气气体的分子量小的分子量的气体，由此能够对图像的S/N比进一步进行改善。
如上，作为通过供给部50a供给的气体，在使用比空气轻的气体的情况下，被供给的气体容易收存于试样室58的内部中的上部。因此，优选压力调整阀64设置于盖部件57的下部。另外，在开始基于供给部50a的气体的供给时，供给来自气体供给管52的气体，并且打开压力调整阀64从试样室58的内部排出空气。由此，能够通过被供给部50a供给的气体容易地置换试样室58的内部。
或者，代替压力调整阀64，也可以设置三通阀，使三通阀的一方与真空泵(排气部)6连接。此时，在试样室58经由三通阀连接有真空泵6。另外，在开始基于供给部50a的气体的供给前，在关闭气体控制用阀53的状态下，切换三通阀通过真空泵6对试样室58进行排气，然后，打开气体控制用阀53。由此，能够通过被供给部50a供给的气体进一步容易地置换试样室58的内部。
此外，当在试样室58连接真空泵6的情况下，试样室58的内部的压力比真空室4a的内部的压力高，但在与大气压相比被减压的状态下，能够对试样12进行观察。即，试样室58的内部的压力在与真空室4a的内部的压力之间存在压力差，但在与大气压相比被减压的状态下，能够对试样12进行观察。
在本实施方式4中，框体部件56整体设置为能够安装于扫描式电子显微镜(带电粒子线装置)1c，框体55设置为能够安装于框体3c。另外，将框体55安装于框体3c，从而被带电粒子光学镜筒2、框体3c以及框体55划分的真空室4a设置为气密。真空室4a的内部的压力在与试样室58的内部的压力相比被真空泵6减压的状态下，将通过真空室4a的内部，并透射了设置于框体55的隔膜元件18a的一次带电粒子线以扫描的方式照射至在试样室58的内部被保持的试样12。
另外，在本实施方式4中，在用于在真空状态下对试样进行观察的真空SEM中，将框体部件56安装为选项，从而能够将原有的真空SEM容易地改进成用于在大气压下等非真空状态下对试样进行观察的非真空SEM。因此，能够减少在导入非真空SEM时所需的成本。
＜基于扫描式电子显微镜的观察工序＞
接下来，对基于本实施方式4的扫描式电子显微镜1c的观察工序进行说明。图25是表示基于实施方式4的扫描式电子显微镜的观察工序的一部分的流程图。图26是实施方式4的观察工序的扫描式电子显微镜的整体结构图。
首先，对真空室4a进行排气(步骤S21)。在该步骤S21中，例如通过被控制部15控制的真空泵(排气部)6经由真空配管7对被带电粒子光学镜筒2、框体3c以及框体55划分的真空室4a进行排气，从而将真空室4a的内部的压力减压为真空。因此，真空室4a维持为真空室4a的内部的压力与真空室4a的外部亦即试样室58的内部的压力相比被减压的状态，即，在真空室4a的内部与真空室4a的外部(试样室58的内部)之间产生压力差的状态。
接下来，通过试样工作台(保持部)22保持试样12(步骤S22)。在该步骤S22中，将试样12保持为载置于试样工作台22。如图26所示，使盖部件57滑动，从而在将位于支承板60上的试样工作台22从试样室58拉出的状态下，将试样12保持为载置于试样工作台22。另外，与实施方式1的步骤S12的工序相同地，预先以保持于试样工作台22的试样12不与隔膜元件(隔膜部件)18a接触的方式使试样工作台22的Z轴方向的高度位置充分地下降。
此外，当在试样室58的内部的压力与大气压之间存在压力差的情况下，在使盖部件57滑动(拉出)时，打开压力调整阀64，从而能够将试样室58的内部的压力设为大气压。
接下来，产生带电粒子线(步骤S23)。在该步骤S23中，例如通过由包括灯丝的电子枪构成的带电粒子源9产生带电粒子线。
接下来，开始试样12的观察(步骤S24)。在该步骤S24中，对带电粒子光学系统10的光学透镜11的条件等进行调整，在个人计算机16映现试样12的图像，从而开始观察。此外，最初，预先以能够顺畅地进行接下来的对焦的方式将倍率形成低倍率。
接下来，打开气体控制用阀53(步骤S25)。在该步骤S25中，作为气体储气瓶51准备例如填充有He气体的气体储气瓶，打开气体控制用阀53，通过气体供给管52，向试样室58的内部的空间的试样12与隔膜元件18a之间的部分导入例如He气体。
在使用图4所示的隔膜元件18a或者图7所示的隔膜元件18d的情况下，在俯视时，作为除去了缓冲膜33的区域的流路FP形成为通过隔膜元件18a或者18d的中央部。通过上述的构造，在向隔膜元件18a或者18d与试样12之间供给比空气轻的气体时，能够使被供给的气体在隔膜19与试样12之间可靠地流动，从而能够对通过扫描式电子显微镜获得的图像的S/N比进行改善。另外，能够使被供给的气体在隔膜19与试样12之间可靠地流经，因此能够减少气体的供给量，从而能够高效地观察。
另外，即便在使用图5所示的隔膜元件18b或者图6所示的隔膜元件18c的情况下，也设法气体供给管52的试样12侧的开口端的形状，从而被供给的气体能够容易收存于被由缓冲膜33构成的图案33b或者33c围起的区域。由此，能够对通过扫描式电子显微镜获得的图像的S/N比进行改善。另外，能够减少气体的供给量，因此能够高效地进行观察。
当在隔膜元件未完全形成有缓冲膜33的情况下，导致被供给的气体在隔膜元件的周围扩散。因此，为了使被供给的气体高浓度地存在于隔膜(膜部)19与试样12之间，而需要使气体继续流经，或者在每次更换试样12时每次均通过气体置换试样室58的内部整体，从而存在气体的供给量增加的担忧。因此，在向隔膜元件18a与试样12之间供给气体的情况下，缓冲膜33具有防止隔膜19与试样12的接触的功能，并且也具有减少向隔膜元件18a与试样12之间供给的气体的供给量的功能。
接下来，待机规定时间(步骤S26)。在通过气体置换试样室58的内部的情况下，例如在打开了压力调整阀64的状态下待机恒定时间后，关闭，从而试样室58的内部被从气体供给管52供给的气体置换，从而试样室58的内部的压力成为比大气压稍高的状态(正压状态)。由此，能够更加可靠地防止或者抑制透射或者通过了隔膜元件18a的一次带电粒子线以及二次带电粒子被散射或者衰减，因此能够对图像的S/N比进行改善。
此外，在由图4～图7所示的缓冲膜33构成的各种图案33a～33d的形状等引起的未通过气体置换试样室58的内部的情况下，在也能够获得与通过气体置换的情况下相等的效果的情况下，也能够省略步骤S26的工序。
接下来，进行基于Z轴调整的对焦(步骤S27)。在该步骤S27中，边对试样12的图像进行观察边使用Z轴驱动部24使试样12的高度位置逐渐上升，从而以能够清楚地观察试样12的方式对焦。
接下来，通过X、Y轴调整进行所希望的观察场所的设定(步骤S28)。在该步骤S28中，边对试样12的图像进行观察边使用X、Y轴驱动部25使试样12向所希望的观察场所移动。
接下来，进行倍率调整以及焦点微调(步骤S29)。在该步骤S29中，进行倍率的调整以及Z轴驱动部24的微调。
接下来，开始图像取得(步骤S30)。在该步骤S30中，按压图像取得的开关，通过个人计算机16取得图像，并对已取得的图像进行保存。而且，反复该作业几次，从而进行试样12、所希望的试样观察，并取得图像。
接下来，若观察结束，则关闭气体控制用阀53(步骤S31)。在该步骤S31中，关闭气体控制用阀53，打开压力调整阀64，释放充满于试样室58的内部的气体。
此外，充满于试样室58的内部的气体的量为微量，试样室58的内部的压力在打开压力调整阀64后马上成为大气压，因此在该步骤S31中，不需要待机规定时间。
接下来，取出试样12(步骤S32)。在该步骤S32中，在观察结束后，使用Z轴驱动部24使试样12的高度位置下降，从而使试样12远离隔膜元件(隔膜部件)18a。接下来，如使用图26进行说明的那样，在使盖部件57滑动，从而将位于支承板60上的试样工作台(保持部)22从试样室58拉出后，从试样工作台22取出试样12。另外，在对接下来的试样进行观察的情况下，相对于接下来的试样反复步骤S22～步骤S32的作业。
此外，图25所示的观察工序的流程表示扫描式电子显微镜的操作的一个例子，各工序的顺序不限定于图25所示的顺序。因此，能够适当地变更步骤S21～步骤S32的各工序的顺序。
＜本实施方式的主要的特征与效果＞
在本实施方式4的扫描式电子显微镜(带电粒子线装置)1c也与实施方式1的带电粒子线装置1相同地设置有隔膜元件(隔膜部件)18a。另外，在隔膜元件18a以沿着Z轴方向位于比隔膜19更靠试样12侧(试样工作台22侧)的方式形成有防止隔膜(膜部)19与试样12接触的缓冲膜(膜部)33。
通过上述的结构，与实施方式1的带电粒子线装置1相同地，能够防止隔膜19与试样12接触，从而能够防止隔膜19破损。因此，能够以高分辨率稳定地对观察图像进行拍摄，因此扫描式电子显微镜的性能提高。
另外，与实施方式1的带电粒子线装置1相同地，能够防止隔膜19与其他的部件接触，从而能够防止隔膜19破损。
特别地，当在真空室4a的内部与真空室4a的外部(试样室58的内部)之间存在压力差的情况下，与实施方式1的带电粒子线装置1相同地，防止隔膜19与试样12接触的效果增大。
并且，在本实施方式4中，使用由框体55、隔膜元件18a、试样工作台22、Z轴驱动部24以及盖部件57构成的框体部件56。而且，将框体部件56的框体55安装于通常的SEM的框体3c，从而构成在真空室4a的内部与试样室58的内部之间具有压力差的SEM。因此，在用于在真空状态下对试样进行观察的真空SEM将框体部件56安装为选项，从而能够将原有的真空SEM容易地改进成能够在大气压下等非真空状态下对试样进行观察的非真空SEM。另外，能够减少在导入非真空SEM时所需的成本。
(实施方式5)
接下来，对本发明的实施方式5的带电粒子线装置进行说明。在实施方式4的带电粒子线装置中，设置有盖部件。与此相对，在实施方式5的带电粒子线装置中，不设置有盖部件，试样室未设置为气密。
此外，以下，对将本实施方式5的带电粒子线装置应用于台式的扫描式电子显微镜的例子进行说明。但是，本实施方式5的带电粒子线装置不言而喻能够应用于离子显微镜等其他的各种带电粒子线装置。
图27是实施方式5的扫描式电子显微镜的整体结构图。
本实施方式5的扫描式电子显微镜(带电粒子线装置)1d中的框体部件56a以及供给部50以外的部分与实施方式4的扫描式电子显微镜1c中的框体部件56以及供给部50a以外的各部分相同，省略其说明。
如图27所示，在本实施方式5的扫描式电子显微镜1d中，也设置有带电粒子光学镜筒2、框体3c以及框体部件56a。框体部件56a包括框体55、隔膜元件(隔膜部件)18a、试样工作台(保持部)22以及Z轴驱动部24。在框体3c安装框体部件56a的框体55，从而真空室4a被带电粒子光学镜筒2、框体3c以及框体55划分。
即便在本实施方式5中，也在框体3c的例如侧面部3d设置有开口部3e。框体55具有例如设置为关闭开口部3e的侧面部55a以及与侧面部55a设置为一体并设置为从框体3c的开口部3e朝向框体3c的中央部拉入的凹部55b。在将框体55安装于框体3c时，凹部55b以位于带电粒子光学镜筒2的下方的方式设置有被凹部55b围起的试样室58a。
另一方面，在本实施方式5中，在框体55未设置有盖部件57(参照图24)。即，在本实施方式5中，试样室58a未设置为气密。
试样工作台(保持部)22组装于支承体60上，支承体60以能够滑动(能够拉出)的方式设置于例如底板61以及固定支承于底板61的框体55。通过上述的结构，使支承体60向图27中左侧方向滑动，从而能够将试样工作台22向试样室58a的外部拉出，进而能够更换通过试样工作台22保持的试样12。
如图27所示，在本实施方式5的扫描式电子显微镜(带电粒子线装置)1d中，设置有与实施方式3的带电粒子线装置1b相同地，向隔膜元件(隔膜部件)18a与试样12之间供给气体的供给部50。供给部50具有气体储气瓶51、气体供给管52以及气体控制用阀53。另外，伴随着未将试样室58a设置为气密，与实施方式4的扫描式电子显微镜1c不同，从而未设置有压力计63(参照图24)以及压力调整阀64(参照图24)。
即便在本实施方式5中，也与实施方式4相同地，作为向隔膜元件18a与试样12之间供给的气体，能够使用比空气轻的气体，由此，能够对图像的S/N比进行改善。
基于本实施方式5的扫描式电子显微镜1d的观察工序未设置有压力计63以及压力调整阀64(参照图24)，因此除了未进行步骤S26这点之外，能够与基于实施方式4的扫描式电子显微镜1c的观察工序相同地进行。
在本实施方式5的扫描式电子显微镜1d也与实施方式1的扫描式电子显微镜1相同地设置有隔膜元件(隔膜部件)18a。另外，在隔膜元件18a以沿着Z轴方向并位于比隔膜19更靠试样12侧(试样工作台22侧)的方式形成有防止隔膜(膜部)19与试样12接触的缓冲膜(膜部)33。
通过上述的结构，能够与实施方式1的带电粒子线装置1相同地防止隔膜19与试样12接触，从而能够防止隔膜19破损。因此，能够以高分辨率稳定地对观察图像进行拍摄，因此扫描式电子显微镜的性能提高。
另外，能够与实施方式1的带电粒子线装置1相同地防止隔膜19与其他的部件接触，从而能够防止隔膜19破损。
特别地，当在真空室4a的内部与真空室4a的外部之间存在压力差的情况下，与实施方式1的带电粒子线装置1相同地，防止隔膜19与试样12接触的效果增大。
此外，作为隔膜元件，除了隔膜元件18a之外，能够使用在实施方式1的第一变形例～第七变形例中进行了说明的隔膜元件18b～18h。
并且，即便在本实施方式5中，也与实施方式4相同地，也能够在用于在真空状态下对试样进行观察的真空SEM将框体部件56a安装为选项。由此，能够将原有的真空SEM容易地改进成能够在大气压下等非真空状态下对试样进行观察的非真空SEM。另外，能够减少在导入非真空SEM时所需的成本。
此外，作为试样工作台(保持部)22以及Z轴驱动部24，也能够使用设置于真空SEM的部件。此时，也能够将仅包括框体55以及隔膜元件(隔膜部件)18a的部件使用为框体部件。
以上，基于这些实施方式对由本发明人完成的发明具体地进行了说明，但本发明不限定于上述实施方式，不言而喻能够在不脱离其主旨的范围内进行各种变更。
工业上的利用可能性
本发明应用于带电粒子线装置有效。
符号说明
1、1a、1b—带电粒子线装置，1c、1d—扫描式电子显微镜(带电粒子线装置)，2—带电粒子光学镜筒，3、3c—框体，3a—下面部(壁部)，3b—开口部，3d—侧面部，3e—开口部，4、4a—真空室，5、5a—密封部件(O型圈)，6—真空泵(排气部)，7—真空配管，8—泄漏阀，9—带电粒子源，10—带电粒子光学系统，11—光学透镜，12—试样，13—检测器，14—控制系统，15—控制部，16—个人计算机，17—放大器，18a～18h—隔膜元件(隔膜部件)，19—隔膜(薄膜、膜部)，21—粘合部件，22—试样工作台(保持部)，23—台座，24—Z轴驱动部，25—X、Y轴驱动部，30—保持基板(基体)，30a、30b—主面，30c～30e—区域，30f—侧面，31—薄膜，31a—开口部，32—贯通孔，32a—开口，33—缓冲膜(膜部)，33a～33d—图案，34—绝缘膜，34a、34b—图案，35—密封膜(膜部)，40—配件(隔膜保持部件、安装体)，40a、40b—主面，41—支承部，42—密封部件，43—凹部，44、45—按压夹具，46、47—螺钉，48—密封部件，49—引导件，50、50a—供给部，51—气体储气瓶，52—气体供给管，53—气体控制用阀，55—框体，55a—侧面部，55b—凹部，56、56a—框体部件(带电粒子线装置用部件)，57—盖部件，58、58a—试样室，59—密封部件(O型圈)，60—支承板，61—底板，63—压力计，64—压力调整阀，d1～d5—宽度尺寸，FP—流路。

Claims (15)

1.一种带电粒子线装置用部件，其使用于带电粒子线装置，该带电粒子线装置将通过了被第一框体与第二框体划分并设置为气密的第一室的内部的带电粒子线以扫描的方式照射至在所述第一室的外部被保持的试样，
所述带电粒子线装置用部件的特征在于，具有：
所述第二框体，其安装于所述第一框体；
隔膜部件，其设置于所述第二框体，包括第一膜部，在将所述第二框体安装于所述第一框体时，在通过对所述第一室进行排气的排气部将所述第一室的内部的压力相比所述第一室的外部的压力减压了的状态下，该第一膜部对所述第一室的内部与所述第一室的外部气密地进行隔离，并且使通过了所述第一室的内部的所述带电粒子线透射；
保持部，其在将所述第二框体安装于所述第一框体时，在所述第一室的外部对所述试样进行保持；以及
驱动部，其对所述隔膜部件或者所述保持部进行驱动，从而对保持于所述保持部的所述试样与所述隔膜部件的距离进行调整，
所述隔膜部件包括形成为在将所述第二框体安装于所述第一框体时，位于比所述第一膜部更靠所述保持部一侧的第二膜部，
所述第二膜部防止保持于所述保持部的所述试样与所述第一膜部接触。
2.一种带电粒子线装置，其特征在于，具有：
第一室，其设置为气密；
排气部，其对所述第一室进行排气；
保持部，其在所述第一室的外部对试样进行保持；
隔膜部件，其设置于所述第一室的壁部，包括第一膜部，在通过对所述第一室进行排气的排气部将所述第一室的内部的压力相比所述第一室的外部的压力减压了的状态下，该第一膜部对所述第一室的内部与所述第一室的外部气密地进行隔离，并且使通过了所述第一室的内部的带电粒子线透射；
带电粒子光学系统，其将供所述第一膜部透射的所述带电粒子线以扫描的方式照射至保持于所述保持部的所述试样；以及
驱动部，其对所述保持部或者所述隔膜部件进行驱动，从而改变保持于所述保持部的所述试样与所述隔膜部件的距离，
所述隔膜部件包括形成为位于比所述第一膜部更靠所述保持部一侧的第二膜部，
所述第二膜部防止保持于所述保持部的所述试样与所述第一膜部接触。
3.根据权利要求2所述的带电粒子线装置，其特征在于，
所述隔膜部件包括具有面对所述第一室的外部的第一主面、面对和所述第一主面相反的一侧的第二主面的基体，
在所述基体形成有从所述第一主面到达所述第二主面的贯通孔，
所述第一膜部以覆盖所述贯通孔的开口的方式形成于所述第一主面上，
所述第二膜部形成于所述第一主面上。
4.根据权利要求3所述的带电粒子线装置，其特征在于，
所述第二膜部在俯视时形成于所述第一主面中的隔着形成所述第一膜部的区域的两个区域。
5.根据权利要求3所述的带电粒子线装置，其特征在于，
所述第一膜部在俯时形成于所述第一主面的中央部，
所述第二膜部在俯视时形成于比所述第一主面中的形成所述第一膜部的区域更向周缘侧分离，并且比所述基体的周缘更向所述中央部一侧分离的区域。
6.根据权利要求2所述的带电粒子线装置，其特征在于，
所述第一膜部由氮化硅、氮化铝或者聚酰亚胺构成。
7.根据权利要求3所述的带电粒子线装置，其特征在于，
所述隔膜部件包括供所述基体安装的安装体，
将供所述基体安装的所述安装体安装于所述壁部，从而能够将所述隔膜部件设置于所述壁部。
8.根据权利要求7所述的带电粒子线装置，其特征在于，
所述隔膜部件包括对所述基体与所述安装体之间气密地进行密封的密封部件，
所述安装体具有在将所述安装体安装于所述壁部时面对所述第一室的外部的第三主面、以及与所述第三主面相反的一侧的第四主面，
所述基体安装于所述安装体的所述第三主面侧，
在将所述基体安装于所述安装体时，所述第一主面与所述第三主面形成相同的面，或者所述第一主面突出到所述第三主面上。
9.根据权利要求3所述的带电粒子线装置，其特征在于，
所述隔膜部件包括形成于所述第二膜部的表面的第三膜部，
所述第三膜部由导电膜构成。
10.根据权利要求9所述的带电粒子线装置，其特征在于，
所述第三膜部形成于所述第二膜部的表面以及所述基体的侧面。
11.根据权利要求2所述的带电粒子线装置，其特征在于，
具有第一框体与第二框体，
所述第一室被所述第一框体与所述第二框体划分，
所述隔膜部件设置于所述第一室的作为所述壁部的所述第二框体。
12.根据权利要求11所述的带电粒子线装置，其特征在于，具有：
盖部件；以及
第二室，其被所述第二框体与所述盖部件划分在所述第一室的外部，
所述保持部在所述第二室的内部保持所述试样，
在通过所述排气部将所述第一室的内部的压力相比所述第二室的内部的压力减压了的状态下，所述第二膜部对所述第一室的内部与所述第二室的内部气密地进行隔离，并且供所述带电粒子线透射。
13.根据权利要求2所述的带电粒子线装置，其特征在于，
具有向保持于所述保持部的所述试样与所述隔膜部件之间供给比空气轻的气体的供给部。
14.一种隔膜部件，其安装于带电粒子线装置的所述第一室的壁部，该带电粒子线装置将通过了设置为气密的第一室的内部的带电粒子线以扫描的方式照射至所述第一室的外部被保持部保持的试样，
所述隔膜部件的特征在于，包括：
第一膜部，其在将所述隔膜部件安装于所述壁部时，在通过对所述第一室进行排气的排气部将所述第一室的内部的压力相比所述第一室的外部的压力减压了的状态下，对所述第一室的内部与所述第一室的外部气密地进行隔离，并且使通过了所述第一室的内部的所述带电粒子线透射；以及
第二膜部，其形成为在将所述隔膜部件安装于所述壁部时，位于比所述第一膜部更靠所述保持部一侧，
所述第二膜部防止保持于所述保持部的所述试样与所述第一膜部接触。
15.根据权利要求14所述的隔膜部件，其特征在于，包括：
基体；以及
安装体，其供所述基体安装，
所述第一膜部以及所述第二膜部形成于所述基体，
将供所述基体安装的所述安装体安装于所述壁部，从而能够将所述隔膜部件安装于所述壁部。
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