CN105493224B - 隔膜安装部件及带电粒子线装置 - Google Patents

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Abstract

以往在更换隔膜时未充分考虑所需的成本、作业的便利性等，因此装置难以使用。在本发明中，通过隔离真空空间与大气压空间的隔膜(10)而将一次带电粒子线照射在放置于大气压空间的试样上的带电粒子线装置上所设置的隔膜安装部件(155)具有：安装TEM用膜片的隔膜设置部位；以及安装在带电粒子线装置的壳体上的壳体固定部位。并且，该隔膜设置部位具有对保持有隔膜(10)的基座(9)进行定位的定位结构(155a)。

Description

隔膜安装部件及带电粒子线装置
技术领域
本发明涉及能够在大气压或者与大气压相比稍处于负压状态的预定的气体环境下观察的带电粒子线装置。
背景技术
为了观察物体的微小的区域，使用扫描型电子显微镜(SEM)或透射型电子显微镜(TEM)等。一般而言，在这些装置中对用于配置试样的壳体进行真空排气，使试样环境为真空状态之后对试样进行摄像。然而，生物化学试样或液体试样等因真空而受到损伤，或者状态发生改变。另一方面，想要用电子显微镜观察这种试样的需求较大，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。
在专利文献1中记载了能够在大气压下进行观察的SEM装置。该装置在原理上在电子光学系统与试样之间设置能够使电子射线透射的隔膜而隔开真空状态和大气状态，在使试样接近隔膜而在非接触状态下进行观察这一点上，与环境单元等的观察方法不同。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2012－221766公报
发明内容
发明要解决的问题
在能够在上述大气压下进行观察的SEM装置中，当操作错误而使试样接触隔膜时，有时隔膜会被污染或者破坏。在隔膜被污染或者破坏的情况下，需要更换隔膜。
隔膜需要具备能够使带电粒子线透射的薄度和隔离真空与大气压环境的耐压性，在制作上需要高超的技术。因此，要制造能够进行大气压观察的SEM装置专用的隔膜需要较高成本。其结果作为消耗品的隔膜成为高价品。
另外，具备隔膜的基座较小，从而以单体很难处理。在专利文献1中，将隔膜固定在保持部件上，每个保持部件都能从大气压SEM装置拆卸，通过设为这种结构，隔膜的处理变得良好。但是，没有提及向保持部件安装隔膜等的作业的麻烦程度之类的问题。在向保持部件安装隔膜的作业中，尤其是，要注意隔膜与隔膜保持部件的开口有可能偏心。若隔膜与隔膜保持部件的开口偏心而被安装，则在使隔膜中心与电子光学系统光轴的位置一致后实施大气压SEM观察时，一次、二次带电粒子线的一部分或者全部被隔膜保持部件遮蔽，SEM装置的性能有可能下降。
如上所述，在现有的装置中，由于未充分考虑到在更换隔膜时所需的成本和作业的便利性等，因此难以使用装置。
本发明鉴于这种问题而做出，其目的是提供一种带电粒子线装置，其在能够在大气压下进行观察的SEM装置中，能够简单地进行隔膜安装作业。
用于解决问题的方案
为了解决上述问题，本发明的特征在于，具备适用于SEM装置的隔膜安装部件，该SEM装置能够在大气压下观察TEM用膜片。
另外，该转换部件的特征在于，在安装隔膜的部位具有用于使隔膜中心与转换部件的开口部中心一致而进行安装的对位用的结构。
发明的效果
本发明的目的是提供一种在能够在大气压下进行观察的SEM装置中，能够廉价或者操作性良好地实施隔膜的更换的带电粒子线装置。
上述以外的问题、结构以及效果通过以下的实施方式的说明而变得清楚。
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是图1的A－A向视图。
图3是隔膜保持部件的详细图。
图4是隔膜保持部件的详细图。
图5是隔膜保持部件的详细图。
图6是装配夹具的详细图。
图7是装配作业工序的说明图。
图8是使用隔膜台的带电粒子显微镜的整体结构图。
图9是实施例2的带电粒子显微镜的整体结构图。
图10是实施例3的带电粒子显微镜的整体结构图。
具体实施方式
以下，使用附图对各实施方式进行说明。
以下，作为带电粒子线装置的一例，对带电粒子线显微镜进行说明。只是，这只是本发明的一例，本发明并不局限于以下说明的实施方式。本发明还能够应用于扫描电子显微镜、扫描离子显微镜、扫描透射电子显微镜、这些显微镜与试样加工装置的复合装置、或者应用了这些显微镜的分析-检查装置。
另外，在本说明书中，所谓“大气压”是指大气环境或者预定的气体环境，且大气压或者稍微的负压状态的压力环境。具体而言，是大约105Pa(大气压)～103Pa左右。
实施例1
＜装置结构＞
在本实施例中，对基本的实施方式进行说明。图1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包括：带电粒子光学镜筒2、与带电粒子光学镜筒2连接并对该带电粒子光学镜筒2进行支撑的壳体(真空室)7、配置于大气环境下的试样放置台5、以及对这些各部分进行控制的控制系统。在使用带电粒子显微镜时，带电粒子光学镜筒2和壳体7的内部利用真空泵4进行真空排气。真空泵4的起动、停止动作也由控制系统进行控制。图中，真空泵4仅表示了一个，但也可以是两个以上。带电粒子光学镜筒2及壳体7的未图示的柱等被底座270支撑。
带电粒子光学镜筒2包括：产生带电粒子线的带电粒子源8；以及将所产生的带电粒子线集束并向镜筒下部引导，并且作为一次带电粒子线对试样6进行扫描的光学透镜1等要素。带电粒子光学镜筒2设置成向壳体7内部突出，并经由真空密封部件123固定在壳体7上。在带电粒子光学镜筒2的端部，配置有对通过上述一次带电粒子线的照射而获得的二次带电粒子(二次电子或者反射电子)进行检测的检测器3。检测器3既可以位于带电粒子光学镜筒2的外部，也可以位于内部。带电粒子光学镜筒也可以包括这些以外的其他透镜、电极、检测器，也可以是一部分与上述内容不同，包含于带电粒子光学镜筒的带电粒子光学系统的结构不限于此。
本实施例的带电粒子显微镜作为控制系统具备：供装置使用者使用的计算机35、与计算机35连接并进行通信的上位控制部36、以及按照从上位控制部36发送的命令而进行真空排气系统或带电粒子光学系统等的控制的下位控制部37。计算机35具备显示装置的操作画面(GUI)的监视器、和键盘或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及计算机35利用各个通信线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、光学透镜1等的控制信号的部位，而且将检测器3的输出信号转换为数字图像信号后向上位控制部36发送。在图中将来自检测器3的输出信号经由前置放大器等放大器154与下位控制部37连接。如果不需要放大器则也可以不设置。
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共存，并且也可以将上位控制部36和下位控制部37统一成一个。带电粒子显微镜也可以包括除了这些以外的控制各部分的动作的控制部。上位控制部36和下位控制部37既可以利用专用的电路基板构成为硬件，也可以由利用计算机35执行的软件构成。在由硬件构成的情况下，能够通过将执行处理的多个运算器集成在配线基板上、或者半导体芯片或者封装件内来实现。在由软件构成的情况下，能够通过在计算机中搭载高速的通用CPU，并执行用于执行所需的运算处理的程序来实现。此外，图1所示的控制系统的结构只不过是一个例子，就控制单元、阀、真空泵或者通信用的配线等的变形例而言，只要满足本实施例所要实现的功能，则属于本实施例的SEM或者带电粒子线装置的范畴。
在壳体7上连接有一端与真空泵4连接的真空配管16，从而能够将内部维持成真空状态。同时，具备用于将壳体内部向大气开放的漏泄阀14，在维修时等，能够将壳体7的内部向大气开放。漏泄阀14也可以不设置，也可以设置两个以上。另外，漏泄阀14在壳体7中的配置部位不限于图1所示的部位，也可以配置在壳体7上的其他位置。
在壳体下表面的位于上述带电粒子光学镜筒2的正下方的位置上具备隔膜10。该隔膜10能够使从带电粒子光学镜筒2的下端放射的一次带电粒子线透射或者通过，一次带电粒子线经过隔膜10而最终到达搭载于试样台52的试样6。利用隔膜10隔离而构成的封闭空间(即，带电粒子光学镜筒2及壳体7的内部)能够进行真空排气。在本实施例中，利用隔膜10能够维持被进行真空排气的空间的气密状态，因此能够将带电粒子光学镜筒2维持为真空状态且使试样6维持大气压而进行观察。另外，即使在被照射带电粒子线的状态下，设置有试样的空间也处于大气环境或者与大气环境的空间连通，因此在观察过程中能够自由更换试样6。
＜隔膜及隔膜安装部件＞
隔膜10在基座9上进行成膜或者蒸镀。隔膜10是碳材料、有机材料、金属材料、四氮化三硅、碳化硅、氧化硅等。基座9是例如硅、金属部件之类的部件。隔膜10也可以是配置有多个的多窗。能够使一次带电粒子线透射或者通过的隔膜的厚度为几nm～几μm左右。隔膜需要在用于分离大气压与真空的差压下不破损。因此，隔膜10的面积是从几十μm至最大几mm左右的大小。
通常，隔膜10以保持在基座9上的状态销售。带电粒子显微镜的用户以保持在基座9上的状态购买隔膜，并经由隔膜保持部件155安装在带电粒子显微镜的壳体上。
如之前所述，隔膜需要具备能够使带电粒子线透射的薄度和用于隔离真空与大气压环境的耐压性，要制造能够进行大气压观察的SEM装置专用的隔膜需要较大成本，其结果作为消耗品的隔膜成为高价品。
于是，在本实施例中，说明作为透射电子显微镜(TEM)的面向环境单元的膜片而将一般市场上销售的薄膜用作隔膜10的情况。TEM用的膜片是在φ3mm左右、厚度200μm左右的Si材料等的基座(栅极)部分之上具有Si N等的薄膜的膜片。TEM用膜片制造成与TEM支架的形状相对应。因此，在TEM用膜片为圆形的情况下直径为大约3mm，在矩形的情况下对角线的最大长度为大约3mm、且厚度为大约200μm。在此，上述的TEM用膜片的尺寸及厚度存在制造误差，所谓大约3mm是指例如2.8mm以上3.2mm以下的情况。TEM用膜片的薄膜由于具有能够使带电粒子线透射且隔离真空空间与非真空空间的耐压性能，因此适合用于本实施例的带电粒子显微镜。另外，TEM用膜片销售的种类很多，用户能够自由选择薄膜部的形状和数量、材质等。
然而，在一般的透射电子显微镜和本实施例的带电粒子显微镜、尤其是扫描电子显微镜中，其结构大不相同，难以将TEM用膜片直接安装在本实施例的带电粒子显微镜上。另外，即使能够安装，安装作业也繁杂而便利性较差。
于是，对用于将TEM用膜片安装在本实施例的带电粒子显微镜、尤其是扫描电子显微镜上的隔膜安装部件(还称为隔膜保持部件或者连接部件)进行说明。
本实施例的隔膜安装部件具有：用于安装TEM用膜片的隔膜设置部位、和安装在带电粒子线显微镜的壳体上的壳体固定部位。在隔膜设置部位的在安装了隔膜时位于隔膜的正下方的位置上设有开口部。该开口部沿隔膜安装部件的厚度方向贯穿，通过隔膜的带电粒子线经过该开口部入射到试样或者检测器中。并且，该开口部优选形成为，与设置隔膜的面的面积相比，其相反侧的面的面积更大。例如是从设置隔膜的面以放射状扩展的圆锥形状的开口部。如上所述，在检测器隔着隔膜而位于与试样相反的一侧的情况下，通过将开口部设为这种形状，能够有效地检测出从试样产生的二次带电粒子。
如上所述，TEM用膜片的基座的几乎所有的部件具有外形的最大的长度为2.8mm以上3.2mm以下的形状，因此隔膜设置部位设为能够安装该尺寸的TEM用膜片的基座的大小。具体而言，隔膜设置部位的对角线的最大的长度设为2.8mm以上3.2mm以下即可。例如，在隔膜设置部位为如用图2～4在后面叙述的那样的凹部或者凸部的情况下，凹部或者凸部的对角线的最大的长度为2.8mm以上3.2mm以下即可。并且，如使用图3在后面叙述的那样，在将TEM用膜片用作隔膜时，隔膜设置部位设为凸形状即可。隔膜安装部件利用螺钉等固定部件或嵌合结构而安装在壳体上，因此壳体固定部位需要设为与壳体侧所具有的安装结构对应的形状。此外，隔膜安装部件也可以进一步经由其他部件安装在壳体上，也可以构成壳体7的一部分。
＜定位结构＞
支撑隔膜10的基座9设置在隔膜保持部件155上，并利用粘接剂200等气密地固定。在隔膜10的开口部与隔膜保持部件155的开口部偏心的情况下，透射隔膜10的开口部的一次带电粒子线或者二次带电粒子线的一部分或者全部有可能被隔膜保持部件155的结构体遮蔽。由此，产生S/N比恶化而产生带电粒子显微镜的性能下降。于是，在隔膜保持部件155具备定位结构155a。例如，能够将定位结构155a设为凹陷部而将支撑隔膜10的基座9插入到定位结构155a中，从而进行隔膜10的对位。
图2表示图1的A－A向视图。定位结构155a形成为与基座9的外形成对的形状即可，能够按照基座9的形状任意设定。例如，如图2a所示，在四边形的基座的情况下，也可以将定位结构155a设为具有隔膜保持部件155的正交的两个面的凹陷部形状。换言之，该定位结构155a是在隔膜保持部件155的厚度方向(与隔膜面垂直的方向)上具有壁面的两个台阶结构。凹陷部形状形成为在使隔膜保持部件的开口部的中心与隔膜10的中心一致的状态下沿着基座9的正交的两个边。在此情况下，使隔膜保持部件155上的面将作为定位结构155a的凹陷部形状的一边的侧面与基座9的一边接触而进行滑动，并且移动至基座9的一边与凹陷部形状的其他一边碰撞为止。因此，每次更换隔膜时每次能够在隔膜保持部件的相同的位置上安装基座9，操作性提高。此外，上述两个边的交叉角不限于正交，只要不相互平行即可。在此情况下，通过固定成基座9的外周的至少各1点与两个边的每一个接触，从而能够将基座9设置在预定的位置。另外，凹陷部形状(台阶结构)的数量不限于两个边，也可以由三个以上的边构成。
另外，作为其他例子，也可以将定位结构155a设为圆形的凹陷部。在该情况下，可以以基座9的四角位于圆形的凹陷部的圆周上的方式进行对位(图2b)。换言之，所谓定位结构155a的圆形的凹陷部是指，与基座的外形的对角线的最大的长度相同或者相等的直径的圆形状的凹部。此外，以下在本说明书中，所谓“相同或者相等”表示以相互的部件通过嵌合而结合的程度相同的意思，并且允许尺寸公差和制造误差。在图2b的例子的情况下，当用车床工序来制作隔膜保持部件155时，能够利用同一工序来进行定位结构155a的加工，因此能够简化制造作业，其结果能够将隔膜保持部件抑制成廉价。
另外，作为其他例子，即使在基座9为圆形的情况下，也可以与图2a、b同样地，设为作为定位结构155a而形成的两个面接触的结构(图2c)，也可以嵌入到与基座9的外形相同的形状的凹部即圆形的凹陷部中(图2d)。
在图2a～d中，还可以设置机械加工时的刀具的退避形状155b等。尤其在如图2a或者b之类的形状的情况下，通过具备退避形状155b，不使用放电加工等加工工序，而能够以与车床或铣床等的隔膜保持部件155的机械加工相同的工序进行加工，能够预料到尺寸精度和加工性的提高。另外，能够防止由刀具前端形状155e产生的边缘部的R155d所导致的基座9的定位的偏移。
图3表示在隔膜10上使用TEM用膜片的情况的结构图。在本结构的带电粒子显微镜中，需要使隔膜10与试样6之间的距离接近至几十μm左右。若从隔膜10(即图示X)向试样侧(图3右图中的左方向)存在突起物，则无法使试样6接近隔膜10而很难观察带电粒子显微镜。从而，在将定位结构155a设为如图2a、c所示的凹陷部时，不得不使凹陷部的深度比基座9浅。但是，在基座9的厚度薄的情况下，凹陷部需要更浅。因此，基座9有可能容易越出凹陷部，恐怕定位变得困难。另外，非常浅的凹陷部的加工等、薄膜保持部件155的加工变得困难。例如，上述的TEM用膜片的基座的厚度为200μm等，因此该问题变得明显。
为了解决该问题，在图3所示的结构中，将定位结构155a设为向隔膜及基座的安装侧凸出的突起形状，在突起形状的凸部具备基座9。即，以凸部朝向试样侧的方式安装隔膜保持部件。根据本结构，用户能够以突起形状为基准而容易决定基座9的固定位置。例如，在基座9及定位结构155a为圆形的情况下，将基座9的直径(D1)与定位结构155a的直径(D2)除去制造误差后设为相同或者相等(D1≒D2)的情况下，将基座9配置在定位结构155a上，并对齐基座9与定位结构155a的外周部，从而能够实现轴对齐。在基座9及定位结构155a为矩形的情况下，将上述的“直径”替换为“对角线的最大长度”即可。如果是除此之外的形状，则替换为“基座9的外形的外接矩形的长边的长度”即可。在以下图4、5的说明中也是同样的。在进行了基座9与隔膜保持部件155的对位之后，基座9利用粘接剂200等气密地固定。利用配置在真空空间的检测器3来获取二次带电粒子线信号，因此隔膜保持部件155的开口也可以形成带电粒子光学镜筒侧(图3右图中的右方向)的开口较大的锥形形状155c。由此，能够检测的二次带电粒子增加，因此带电粒子显微镜的S/N提高。
另外，如图4所示，也可以使定位结构155a的直径(D2)小于基座9的直径(D1)(D1＞D2)。当涂敷粘接剂200等时，若在基座9的隔膜保持部件侧涂敷粘接剂，则基座9自身对粘接剂起到“堤坝”的作用，能够防止粘接材料200附着或流入隔膜10的试样侧(从图3右图中的X朝向左侧)而污染隔膜。
另外，如图5所示，也可以使定位结构155a的直径(D2)大于基座9的直径(D1)(D1＜D2)。当固定基座9时，固定成基座9不从定位结构155a的突起形状的、与基座9接触的面露出。尤其是，使定位结构155a的直径(D2)比基座9的外形(D1)大出如下量，即，隔膜10的中心轴10a与隔膜保持部件155的开口中心轴155c的位置偏离量A的限度范围B(隔膜的安装位置的误差的允许量)。通过设置成使基座9不从定位结构的凸部露出，能够容易指定和确认隔膜的安装位置的误差的允许量。此外，如果超出这些量而过大，则隔膜与隔膜保持部件的中心轴难以对齐，因此优选定位结构的直径与基座9的直径相比并不过大。
即，根据位置偏移允许范围的确认、粘接剂的流入防止等目的，相对于基座9调整定位结构155a的尺寸，从而能够发现各种功能。
＜安装夹具＞
图6表示将隔膜安装在隔膜保持部件时的夹具的结构图。夹具包括：推压隔膜而进行固定的推压部件201、支撑推压部件的结构体202及203、支撑结构体202及203的底板204。推压部件201设置在载置隔膜保持部件的部位的铅垂上方，并且被保持成相对于结构体202能够沿图示的上下垂直方向自由移动。至少推压部件201的与隔膜对置的端部需要沿铅垂上下方向进行动作。通过推压部件201从隔膜保持部件155及基座9的铅垂上方向铅垂下方进行动作，能够相对于隔膜保持部件155推压保持有隔膜10的基座9来固定其位置。推压部件201在前端部具有中心为凹形状的退避部201a。由此，能够避免推压部件201的前端与隔膜10接触。另外，由于稳定地施加载荷，因此推压部件201也可以具有配重201b。
底板204具有用于设置隔膜保持部件155的设置部位。在该设置部位设有对隔膜保持部件155进行定位的定位结构204a。定位结构204a是例如直径与隔膜保持部件155相同的槽部。在此情况下，通过将隔膜保持部件嵌入到该槽部，能够使隔膜保持部件的开口部的中心与夹具的推压部件201的中心轴对齐。定位结构204a不限于此，也可以是例如图2所示的结构。重要的是隔膜保持部件的开口部的中心每次与推压部件201的中心轴对齐。
在图6中，在作为定位结构204a的槽部的底部具有真空密封部件205。通过将隔膜保持部件155嵌入到槽部，隔膜保持部件155与底板204之间被真空密封部件205气密地密封。在底板204的隔膜保持部件155的设置部位设有贯穿孔210。贯穿孔的开口位于与隔膜对置的面上。优选开口的大小大于隔膜面积且小于隔膜保持部件。该贯穿孔210的一端通过载置隔膜保持部件155及设置有隔膜10的基座9而被封闭。另外，贯穿孔的另一端上经由设置在开口的周围的真空密封部件206而连接接头207。在接头207上经由配管208而连接真空泵209。由此，在图6中，能够对比隔膜保持部件155更靠下侧的空间进行抽真空。此外，也可以是如下结构，接头207作为底板204的一部分而形成，将真空泵209直接安装在底板204上。为了确认被抽真空的空间的真空到达度，利用真空计测定被抽真空的空间的气压。真空计既可以附属于真空泵209，也可以另行设置。
另外，在本实施例中在隔膜保持部件155之上载置保持有隔膜10的基座9，从而封闭被抽真空的空间，但用于检查隔膜的夹具的结构不限于图6。重要的是被抽真空的空间成为封闭空间，并且该空间的侧面的至少一部分由隔膜构成。
此外，夹具的结构不限于上述结构，能够进行各种变形。例如，用于抽真空的底板204的开口也可以不位于隔膜正下方，比隔膜更靠图中下侧的空间与真空泵相连，并保持气密即可。另外，推压部件201不需要是棒状，例如也可以是L字形。
也可以使接头207相对于底板204装卸自如。当设置隔膜10时，拆卸接头207，能够通过贯穿孔210从附图下侧观察而确认隔膜10的位置。或者，也可以在贯穿孔210部的周边具有用于观察隔膜10的镜子或摄像机。由此，能够容易进行装配时的隔膜10的位置确认。
图7表示将隔膜10安装在隔膜保持部件155时的装配流程。在第一步骤250中，将隔膜保持部件155安置在底板204的预定的位置。如上所述在底板204上设有定位结构204a的情况下，在由该定位结构规定的位置上配置隔膜保持部件155。由此，成为以隔膜保持部件的开口部的中心位于推压部件201的中心轴上的方式，载置了隔膜保持部件的状态。在第二步骤251中，在隔膜保持部件155之上安置保持有隔膜10的状态的基座9。此时，如使用图2～5所述，进行隔膜10及基座9的定位，从而在隔膜保持部件155的预定的位置上设置隔膜10及基座9。在第三步骤252中，通过使推压部件201向铅垂下方进行动作，从而将保持有隔膜10的基座9向隔膜保持部件155推压并固定。在第四步骤253中，在将保持有隔膜10的基座9相对于隔膜保持部件155利用推压部件201推压的状态下，在基座9与隔膜保持部件155之间涂敷粘接剂并使其固化。
在第五步骤254中，使真空泵209工作而进行由隔膜10和底板204的包括开口部内壁的壁面包围的空间(图6中隔膜10的下侧的空间)的抽真空，并且确认该空间的真空度。只要能够确认该空间是否成为所需的真空度即可，因此真空度的测量也可以不是非常精密。如上所述，被抽真空的空间的侧面的至少一部分由隔膜10构成。在隔膜10存在伤痕或破损的情况下，无法达到充分的真空度，因此能够利用该作业来进行隔膜的质量确认。若将已破损的隔膜错误地设置在带电粒子显微镜上进行抽真空，则试样向带电粒子光学镜筒的内部飞散，导致装置被污染。通过利用本步骤进行隔膜的质量确认，能够在带电粒子显微镜上安装隔膜之前进行质量检查，因此能够可靠地仅选择能够承受真空与大气压的差压的隔膜并安装在带电粒子显微镜上。
在第六步骤255中，停止真空泵，使图6中隔膜10的下侧的空间向大气开放。在第七步骤256中，抬起推压部件201，一体拆卸隔膜10和隔膜保持部件155。此外，图示的流程只是一个例子，顺序可以适当调换。如此，通过使用装配用的夹具，能够方便地进行装配及隔膜的检查。
图8表示使用隔膜台156的结构。在到此为止说明的结构中，将隔膜10的基座9通过粘接等而固定在隔膜保持部件155上。因此，根据粘接剂的种类而剥离变得困难，其结果隔膜保持部件155成为消耗品。因此，出现设备运转成本的增加、废弃物的增加等问题。
在本结构中，基座9固定在隔膜台156上。隔膜台156经由隔膜台固定零件157并利用铆接螺钉等固定部件158安装在隔膜保持部件155上。隔膜台156经由O形圈等真空密封部件159保持气密且装卸自如。隔膜台156能够与隔膜保持部件155的未图示的孔、凹陷部等嵌合，并相对于隔膜保持部件155在预定的位置上进行固定。
在本结构中，隔膜台156成为消耗品，但作为隔膜台156通过从隔膜保持部件155分离，针对隔膜台156的形状的必要条件得以缓解，能够设为更加小型且简单的形状，能够实现消耗品价格的降低、废弃物的减量等。在使用本结构的隔膜台156的情况下，图6、7的说明中的“隔膜保持部件”如果替换成“隔膜台”，则同样能够简便地进行对位及安装。
实施例2
以下，关于能够使用一般的带电粒子线装置简便地在大气下观察试样的装置结构进行说明。图9表示本实施例的带电粒子显微镜的整体结构图。与实施例1同样地，本实施例的带电粒子显微镜也包括带电粒子光学镜筒2、将该带电粒子光学镜筒相对于装置设置面进行支撑的壳体(真空室)7、试样放置台5等。这些各要素的动作、功能或者附加于各要素的附加要素与实施例1大致相同，因此省略详细的说明。
图9所示的带电粒子显微镜具备插入到壳体7(以下、第一壳体)中使用的第二壳体(配件)121。第二壳体121由长方体形状的主体部131和对齐部132构成。如后所述，主体部131的长方体形状的侧面之中的至少一侧面成为开放面15。主体部131的长方体形状的侧面之中设置隔膜保持部件155的面以外的面既可以由第二壳体121的壁构成，也可以是第二壳体121自身没有壁而在装入到第一壳体7的状态下由第一壳体7的侧壁构成。第二壳体121的位置固定在第一壳体7的侧面或内壁面或者带电粒子光学镜筒上。主体部131具有能够储存作为观察对象的试样6的功能，通过上述的开口部而插入到第一壳体7内部。对齐部132构成与第一壳体7的设有开口部的侧面侧的外壁面的对齐面，经由真空密封部件126固定在上述侧面侧的外壁面上。由此，第二壳体121整体嵌合到第一壳体7。上述的开口部利用带电粒子显微镜的真空试样室原本所具备的用于试样的搬入、搬出的开口来制造是最简便的。即，按照原本打开的孔的大小来制造第二壳体121，在孔的周围安装真空密封部件126，则装置的改造限制在必要最小限度。另外，第二壳体121还能够从第一壳体7拆卸。
第二壳体121的侧面是以至少能够存取试样的大小的面与大气空间连通的开放面15，储存在第二壳体121的内部(图中的比虚线靠右侧，以后称为第二空间)的试样6在观察时放置在大气压状态中。此外，图9是与光轴平行的方向的装置剖视图，因此开放面15仅图示了一个面，但如果利用图9的纸面进深方向及跟前方向的第一壳体的侧面进行了真空密封，则第二壳体121的开放面15不限于一个面。在第二壳体121装入第一壳体7的状态下至少开放面为一个面以上即可。另一方面，在第一壳体7上连接有真空泵4，能够对由第一壳体7的内壁面和第二壳体的外壁面及隔膜10构成的封闭空间(以下、称为第一空间)进行真空排气。以保持第二空间的压力大于第一空间的压力的方式配置隔膜，从而在本实施例中，能够在压力上隔离第二空间。即，通过隔膜10使第一空间11维持高真空，另一方面，第二空间12维持大气压或者与大气压大致相同的压力的气体环境，因此在装置动作的过程中，能够使带电粒子光学镜筒2和检测器3维持真空状态，且能够使试样6维持大气压。另外，由于第二壳体121具有开放面，因此在观察过程中，能够自由更换试样6。
在第二壳体121的上表面侧，在第二壳体121整体嵌合到第一壳体7的情况下位于上述带电粒子光学镜筒2的正下方的位置上具备隔膜10。该隔膜10能够使从带电粒子光学镜筒2的下端放射的一次带电粒子线透射或者通过，一次带电粒子线经过隔膜10最终到达试样6。
在第二壳体121的内部配置有试样放置台5等，能够自由地移动试样6。
在本装置中，也与实施例1同样地，在隔膜保持部件155具有定位结构155a。关于定位结构155a的结构与实施例1相同，因此省略详细的说明。
实施例3
图10表示本实施例的带电粒子显微镜的整体结构图。与实施例1、2同样地，本实施例的带电粒子显微镜也包括：带电粒子光学镜筒2、将该带电粒子光学镜筒相对于装置设置面进行支撑的第一壳体(真空室)7、插入到第一壳体7中使用的第二壳体(配件)121、控制系统等。这些各要素的动作、功能或者附加于各要素的附加要素与实施例1、2大致相同，因此省略详细的说明。
在本实施例的带电粒子显微镜的情况下，能够将第二壳体121的构成至少一侧面的开放面利用盖部件122覆盖，能够实现各种功能。以下对此进行说明。
＜关于试样放置台＞
根据本实施例的带电粒子显微镜，在盖部件122上具备作为通过改变试样位置而移动观察视野的单元的试样放置台5。在试样放置台5具备朝向面内方向的XY驱动机构及朝向高度方向的Z轴驱动机构。在盖部件122上安装有支撑试样放置台5的作为底板的支撑板107，试样放置台5固定在支撑板107上。支撑板107安装成朝向盖部件122的面对第二壳体121的对置面而向第二壳体121的内部延伸。从Z轴驱动机构及XY驱动机构分别伸出支轴，分别与盖部件122所具有的操作把手108及操作把手109相连。装置用户通过操作这些操作把手108及109，调整试样6在第二壳体121内的位置。
＜关于试样附近环境＞
在本实施例的带电粒子显微镜中，具备向第二壳体内供给置换气体的功能，或者具备能够形成与第一空间11或作为装置外部的外部气体不同的气压状态的功能。从带电粒子光学镜筒2的下端放射的带电粒子线经过维持高真空的第一空间，通过隔膜10，对试样6照射带电粒子线。在大气空间中带电粒子线由于气体分子而散射，因此平均自由行程缩短。即，若隔膜10与试样6的距离较大，则通过一次带电粒子线或者带电粒子线照射而产生的二次电子、反射电子或者透射电子等无法到达试样及检测器3。另一方面，带电粒子线的散射概率与气体分子的质量数、密度成正比。从而，如果利用质量数比大气轻的气体分子置换第二空间，或者稍微进行抽真空，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，至少第二空间中的带电粒子线的通过路径、即隔膜10与试样6之间的空间的大气能够进行气体置换或者抽真空即可。
根据以上的理由，在本实施例的带电粒子显微镜中，在盖部件122上设有气体供给管100的安装部(气体导入部)。气体供给管100利用连结部102与储气瓶103连结，由此在第二空间12内导入置换气体。在气体供给管100的中途配置有气体控制用阀101，能够对在管内流动的置换气体的流量进行控制。因此，从气体控制用阀101向下位控制部37伸出信号线，装置用户能够利用显示在计算机35的监视器上的操作画面，控制置换气体的流量。另外，气体控制用阀101也可以手动操作来开闭。
作为置换气体的种类，只要是氮气或水蒸气等比大气轻的气体，就能够看到图像S/N的改善效果，质量更轻的氦气或氢气对图像S/N的改善效果更大。
置换气体由于是轻元素气体，因此容易滞留在第二空间12的上部，下侧难以置换。于是，在盖部件122中比气体供给管100的安装位置更靠下侧的位置设置连通第二空间的内外的开口。例如在图10中，在压力调整阀104的安装位置上设置开口。由此，由于被从气体导入部导入的轻元素气体推压而大气气体从下侧的开口排出，因此能够有效地用气体来置换第二壳体121内。此外，也可以将该开口兼作后述的粗排气口。
也可以代替上述的开口而设置压力调整阀104。该压力调整阀104具有若第二壳体121的内部压力成为一个大气压以上则自动打开阀的功能。由于具备具有这种功能的压力调整阀，在导入轻元素气体时，若内部压力成为一个大气压以上则自动打开而向装置外部排出氮气或氧气等大气气体成分，能够使轻元素气体充满装置内部。此外，图示的储气瓶或者真空泵103也可以配备于带电粒子显微镜，也可以由装置用户事后安装。
另外，即使是氦气或氢气之类的轻元素气体，也有电子射线散射较大的情况。在此情况下，将储气瓶103作为真空泵即可。而且，通过稍微进行抽真空，能够使第二壳体内部处于极低的真空状态(即接近大气压的压力的环境)。即，能够使隔膜10与试样6之间的空间处于真空。例如，在第二壳体121或者盖部件122上设置真空排气口，对第二壳体121内稍微进行真空排气。之后也可以导入置换气体。就该情况下的真空排气而言，由于将残留在第二壳体121内部的大气气体成分减少至一定量以下即可，因此不需要进行高真空排气，进行粗排气就足以。
如此在本实施例中，能够将载置有试样的空间控制成大气压(约105Pa)至约103Pa的任意的真空度。在以往的所谓低真空扫描电子显微镜中，电子射线柱与试样室连通，因此若降低试样室的真空度而使其成为接近大气压的压力，则电子射线柱中的压力也联动地发射变化，难以将试样室控制成大气压(约105Pa)～103Pa的压力。根据本实施例，由于利用薄膜来隔离第二空间与第一空间，因此由第二壳体121及盖部件122包围的第二空间12中的环境的压力及气体种类能够自由控制。从而，能够将试样室控制成曾经难以控制的大气压(约105Pa)～103Pa的压力。而且，不仅能够在大气压(约105Pa)下进行观察，而且能够连续变化到其附近的压力来观察试样的状态。
另外，虽然未图示，但储气瓶103部也可以是复合连接了储气瓶与真空泵的复合气体控制单元等。
根据本实施例的结构与之前的结构相比，具有第二壳体内部的第二空间12被封闭的特征。因此，能够提供能够在隔膜10与试样6之间导入气体、或者进行真空排气的带电粒子线装置。
＜其他＞
如以上说明，在本实施例中，试样放置台5及其操作把手108、109、气体供给管100、压力调整阀104全部集中安装在盖部件122上。从而，装置用户能够面对第一壳体的相同的面来进行上述操作把手108、109的操作、试样的更换作业、或者气体供给管100、压力调整阀104的操作。因此，与上述结构物零散地安装在试样室的其他面上的结构的带电粒子显微镜相比，操作性明显提高。
在以上说明的结构的基础上，也可以设置检测第二壳体121与盖部件122的接触状态的接触监视器，对第二空间封闭或者打开的情况进行监视。
另外，在二次电子检测器、反射电子检测器的基础上，也可以设置X射线检测器、光检测器，从而能够进行EDS分析、荧光线的检测。作为X射线检测器、光检测器的配置，也可以配置在第一空间11或者第二空间12的任一个。
与实施例1同样地，在隔膜保持部件155上具有定位结构155a。关于定位结构155a的结构与实施例1相同，因此省略详细的说明。
以上，根据本实施例，除了具有实施例1、2的效果之外，还能够从大气压导入置换气体。并且，能够在与第一空间不同的压力的环境下观察试样。另外，通过拆卸隔膜而使第一空间与第二空间连通，从而能够实现不仅能够在大气或者预定的气体环境下进行观察还能够在与第一空间相同的真空状态下观察试样的SEM。
此外，本发明不限于上述的实施例，包括各种变形例。例如，上述实施例是为了容易理解本发明而详细说明的例子，不一定局限于具备所说明的所有结构的情况。另外，能够将某一实施例的结构的一部分置换成另一实施例的结构。并且，还能够在某一实施例的结构中追加另一实施例的结构。另外，关于各实施例的结构的一部分，能够进行其他结构的追加、删除、置换。并且，上述的各结构、功能、处理部、处理单元等的一部分或者全部也可以通过例如用集成电路设计等而由硬件实现。另外，上述的各结构、功能等也可以通过由处理器解释并执行实现各自的功能的程序而由软件实现。
实现各功能的程序、表格、文件等信息能够存储在存储器、硬盘、SSD(Solid StateDrive)等记录装置、或者IC卡、SD卡、光盘等记录介质中。
另外，控制线、信息线仅示出说明上必要的部分，在产品方面未必示出所有的控制线、信息线。实际上也可以认为几乎所有的结构相互连接。
附图标记说明
1：光学透镜、2：带电粒子光学镜筒、3：检测器、4：真空泵、5：试样放置台、6：试样、7：壳体、8：带电粒子源、9：基座、10：隔膜、11：第一空间、12：第二空间、14：漏泄阀、15：开放面、16：真空配管、35：计算机、36：上位控制部、37：下位控制部、43，44：通信线、52：试样台、100：气体供给管、101：气体控制用阀、102：连结部、103：储气瓶或者真空泵、104：压力调整阀、107：支撑板、108，109：操作把手、121：第二壳体、122：盖部件、123，126：真空密封部件、131：主体部、132：对齐部、154：信号放大器、155：隔膜保持部件、155a：结构、155b：退避形状、155c：锥形形状、156：隔膜台、157：隔膜台固定零件、158：铆接螺钉、159：真空密封部件、200：粘接剂、201：推压部件、201a：退避部、201b：配重、202，203：结构体、204：底板、204a：定位形状、205，206：真空密封部件、207：接头、208：配管、209：真空泵、210：贯穿孔、250：步骤1、251：步骤2、253：步骤3、254：步骤5、270：基座。

Claims (11)

1.一种隔膜安装部件，设置在带电粒子线装置上，
上述带电粒子线装置具备：将一次带电粒子线照射在试样上的带电粒子光学镜筒；构成该带电粒子线装置的一部分，内部通过真空泵进行真空排气的壳体；以及能够维持进行上述真空排气的空间的气密状态，并且使上述一次带电粒子线透射或者通过的隔膜，
上述隔膜安装部件的特征在于，具备：
隔膜设置部位，其用于安装TEM用膜片并将其用作上述隔膜，该TEM用膜片被保持在外形的最长部为2.8mm以上3.2mm以下的基座上；以及，
壳体固定部位，其安装在上述带电粒子线装置的壳体上，
上述隔膜设置部位具有与上述基座的外形成对的形状的定位结构，
上述定位结构的直径或者最大的对角线的长度小于上述基座的外形。
2.一种隔膜安装部件，设置在带电粒子线装置上，
上述带电粒子线装置具备：将一次带电粒子线照射在试样上的带电粒子光学镜筒；构成该带电粒子线装置的一部分，内部通过真空泵进行真空排气的壳体；以及能够维持进行上述真空排气的空间的气密状态，并且使上述一次带电粒子线透射或者通过的隔膜，
上述隔膜安装部件的特征在于，具备：
隔膜设置部位，其用于安装TEM用膜片并将其用作上述隔膜，该TEM用膜片被保持在外形的最长部为2.8mm以上3.2mm以下的基座上；以及，
壳体固定部位，其安装在上述带电粒子线装置的壳体上，
上述隔膜设置部位具有与上述基座的外形成对的形状的定位结构，
上述定位结构的直径或者最大的对角线的长度比上述基座的外形大出上述隔膜的安装位置的误差的允许量。
3.根据权利要求1或2所述的隔膜安装部件，其特征在于，
上述隔膜设置部位的对角线的最大的长度为2.8mm以上3.2mm以下。
4.根据权利要求1或2所述的隔膜安装部件，其特征在于，
上述隔膜设置部位是凸形状。
5.根据权利要求1或2所述的隔膜安装部件，其特征在于，
在安装上述隔膜的面上具有沿上述隔膜安装部件的厚度方向贯穿的开口部，
上述开口部中，与设置上述隔膜的面相反的一侧的面的开口面积大于设置上述隔膜的面的开口面积。
6.根据权利要求5所述的隔膜安装部件，其特征在于，
上述开口部是从设置上述隔膜的面以放射状扩展的圆锥形状。
7.一种带电粒子线装置，其特征在于，具备：
将一次带电粒子线照射在试样上的带电粒子光学镜筒；
构成该带电粒子线装置的一部分，内部通过真空泵进行真空排气的壳体；
能够维持进行上述真空排气的空间的气密状态，并且使上述一次带电粒子线透射或者通过的隔膜；以及
权利要求1至6中任一项所述的隔膜安装部件。
8.一种隔膜安装夹具，在隔膜安装部件上安装隔膜时使用，上述隔膜安装部件安装在将一次带电粒子线照射在放置于非真空环境内的试样上的带电粒子线装置的壳体上，上述隔膜使上述一次带电粒子线透射或者通过并从真空空间隔离上述非真空环境的空间，
上述隔膜安装夹具的特征在于，具有：
具有设置上述隔膜安装部件的隔膜安装部件设置部位的底板；以及
推压部件，设置在上述隔膜安装部件设置部位的铅垂上方，并通过在铅垂方向能够移动而推压基座，该基座设置于上述隔膜安装部件之上并保持有上述隔膜，
上述底板具有以使上述隔膜安装部件的开口部的中心位于上述推压部件的中心轴上的方式规定该隔膜安装部件的设置位置的定位结构。
9.根据权利要求8所述的隔膜安装夹具，其特征在于，
上述底板具有设置在上述隔膜安装部件设置部位上的贯穿孔，
上述贯穿孔的一端的至少一部分被上述隔膜封闭，
在上述贯穿孔的另一端具有直接或者间接地连接真空泵的真空泵连接部位。
10.一种隔膜安装方法，是在隔膜安装部件上安装隔膜时的安装方法，上述隔膜安装部件安装在将一次带电粒子线照射在放置于非真空环境内的试样上的带电粒子线装置的壳体上，上述隔膜使上述一次带电粒子线透射或者通过并从真空空间隔离上述非真空环境的空间，
上述隔膜安装方法的特征在于，包括：
以使上述隔膜安装部件的开口部的中心位于预定的位置的方式设置该隔膜安装部件的步骤；
将保持有上述隔膜的基座设置在上述隔膜安装部件之上的步骤；
通过使设置在隔膜安装部件设置部位的铅垂上方的推压部件向铅垂下方进行动作，从而利用该推压部件推压设置于上述隔膜安装部件之上的保持有上述隔膜的基座的步骤；以及
在将保持有上述隔膜的基座推压在上述隔膜安装部件上的状态下，粘接上述隔膜与上述隔膜安装部件的步骤，
在设置上述隔膜安装部件的步骤中，以使上述隔膜安装部件的开口部的中心位于上述推压部件的中心轴上的方式设置该隔膜安装部件。
11.根据权利要求10所述的隔膜安装方法，其特征在于，
还具有如下步骤：通过对具有将上述隔膜作为至少一部分的侧面的空间进行抽真空，检查上述隔膜的质量。
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