DE102011087955A1

DE102011087955A1 - Raster-Elektronen-Mikroskop

Info

Publication number: DE102011087955A1
Application number: DE102011087955A
Authority: DE
Inventors: Kenji Matsumoto
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2010-12-09
Filing date: 2011-12-08
Publication date: 2012-06-14
Anticipated expiration: 2031-12-09
Also published as: DE102011087955B4; US8610061B2; JP2012124052A; JP5259688B2; US20120145899A1

Abstract

Ein Dichtungsteil (7) zur Berührung mit einem Betrachtungs-Objekt wird an dem offen Ende eines Objektivtubus (1) bereit gestellt, so dass das Betrachtungs-Objekt über das Dichtungsteil zu dem Objektivtubus hin angezogen werden kann und in direkter und naher Berührung mit dem Objektivtubus fixiert werden kann, wenn durch eine Vakuum-Pumpe ein Vakuum in dem Objektivtubus geschaffen wird. In anderen Worten wird, anstelle einer Probenkammer, das Betrachtungsobjekt in engem Kontakt mit dem Objektivtubus fixiert um Bewegung in Beziehung zwischen den Seiden durch eine Saugkraft selbst ohne Probenkammer zu verhindern. In diesem Aufbau kann das Innere des Objektivtubus trotz des Fehlens einer Probenkammer in einem Vakuums-Zustand gehalten werden und es treten keine nachteiligen Auswirkungen während der Betrachtung auf, da der Objektivtubus und das Betrachtungsobjekt im Bezug zueinander nicht durch Vibration bewegt werden. Weil, wie oben beschrieben, der Objektivtubus direkt auf einem Betrachtungs-Objekt angebracht ist, kann ein Betrachtungs-Objekt- welches normalerweise zu groß ist, um in eine Probenkammer zu passen, ohne vorherige Verarbeitung direkt beobachtet werden.

Description

HINTERGRUND
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Raster-Elektronen-Mikroskop, welches die Betrachtung einer Probe durch das Abtasten der Probe im Synchronisierung mit der Aussendung von Elektronenstrahlung gestattet. Im Besonderen bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Raster-Elektronen-Mikroskop, mit dem ein Betrachtungsobjekt, welches normalerweise zu groß ist, um in eine Probekammer zu passen und daher vorherige Verarbeitung benötigt, direkt ohne vorherige Verarbeitung betrachtet werden kann.
Ein Raster-Elektronen-Mikroskop ist normalerweise bekannt, welches es dem Benutzer ermöglicht, die Zusammensetzung oder die Oberflächen-Unebenheit einer Probe durch die Annäherung von einer Elektronenkanone stufenweise ausgesandten Elektronenstrahlen zu betrachten, mit zumindest einem Elektronen-Objektiv, welches einen fein fokussierten Fluss von Elektronen bildet und welches die gebildete gebündelte Elektronenstrahlung (Elektronenstrahlen) auf eine Probe als ein Betrachtungsobjekt richtet, um die Probe abzutasten, und sekundäre Elektronen und reflektierte Elektronen ermittelt, welche von der Probe während der Abtastung abgegeben werden. Ein Beispiel eines solchen konventionellen Raster-Elektronen-Mikroskops ist in JP-B-4349964 offenbart.
6 zeigt ein Aufbau-Beispiel eines normalerweise bekannten Raster-Elektronen-Mikroskops. Das in 6 gezeigte Raster-Elektronen-Mikroskop beinhaltet eine Elektronenkanone 2 zur Aussendung von Elektronenstrahlung Z, Abtast-Ablenkungsvorrichtungen zur Annäherung der von der Elektronenkanone 2 abgegebenen Elektronenstrahlung und welche die angenäherte Elektronenstrahlung Z (Elektronenstrahl) (in diesem Beispiel, eine in einer Sammel-Linse 3, einer Abtastspule 5 und eine Objektivlinse 6, welche in einer viel-stufigen Konfiguration entsprechend der Abtast-Ablenkungsvorrichtungen angeordnet sind) ablenkt, einen Ermittler für sekundäre Elektronen S1 zur Ermittlung sekundärer Elektronen, welche von einer Probe X als ein Betrachtungsobjekt in Antwort auf die Bestrahlung der Elektronenstrahlung Z abgegeben werden; wobei der Ermittler für sekundäre Elektronen S1 einen Szintillator 8 beinhaltet, eine Lichtführung F, einen Photo-Vervielfältiger M, einen Ermittler für reflektierte Elektronen S2 zur Ermittlung von der Probe X als Betrachtungsobjekt als Antwort zu der Bestrahlung von der Elektronenstrahlung Z reflektierten Elektronen, einen Objektivtubus 1 als eine Haupteinheit des Mikroskops, welcher die Elektronenkanone 2, die Abtast-Ablenkungsvorrichtungen (3, 5, 6), den Ermittler für reflektierte Elektronen S2 und den Szintillator 8 mit dem Photo-Vervielfältiger M in einer von der Seite davon hervorstehenden Gestalt umschließt, und welcher mit dem Szintillator 8 durch die Lichtführung F verbunden ist, einer Probenkammer 300 zur Aufnahme der Probe X als ein Betrachtungsobjekt, einer Vakuum-Pumpe (nicht gezeigt) zur Haltung des Inneren des Objektivtubus 1 und der Probekammer 300 in einem Vakuum-Zustand, und verschiedenen Steuer-Vorrichtungen (nicht gezeigt), zur Steuerung der jeweiligen Teile des Raster-Elektronen-Mikroskops.
Der Betrieb des in 6 gezeigten Raster-Elektronen-Mikroskops wird beschrieben. Zuerst öffnet der Benutzer eine an der Seite der Probenkammer 300 bereit gestellte Tür K und legt eine Probe X als ein Betrachtungsobjekt in die Probenkammer 300. Dann schließt der Benutzer die Tür K, um die Probenkammer 300 auf luftdichte Weise zu verschließen. Die Vakuumpumpe wird aktiviert, um das Innere des Objektivtubus 1 und der Probenkammer 300 in einem Vakuum-Zustand zu halten. Mit anderen Worten: Die Luft (Atmosphäre) in der Probenkammer 300 und dem Objektivtubus 1 wird zur Schaffung eines Vakuums abgelassen, um zu verhindern, dass die Probe X in der Probenkammer 300 die Außenluft vor der Abgabe der Elektronenstrahlung Z berührt. In dem wie oben beschrieben in einem Vakuum-Zustand gehaltenen Objektivtubus 1 wird die von der Elektronenkanone 2 abgegebene und wie gewünscht beschleunigte Elektronenstrahlung Z von zumindest einem Elektronen-Objektiv (elektrostatisches Objektiv oder elektromagnetisches Objektiv, welches ein elektrisches Feld oder magnetisches Feld benutzt, welches in die Elektronenstrahlung eingreifen kann, und die Sammel-Linse 3, die Objektiv-Linse 6 und so weiter, die dem Elektronen-Objektiv entsprechen) angenähert und fein fokussiert und von dem Abtast-Spule 5 abgelenkt. Dann wird die Elektronenstrahlung Z auf die Probe X in der Probenkammer 300, welche in einem Vakuum-Zustand zur Abtastung einer Proben-Oberfläche gehalten wird.
In Antwort auf die Ausstrahlung der Elektronenstrahlung Z auf die Probe X zur Abtastung werden von der Probe X abgegebene sekundäre Elektronen und reflektierte Elektronen jeweils von den Ermittlern S1 und S2 ermittelt. Ein zusammen gesetztes Bild (COMPO Bild) oder topographisches Bild (TOPO Bild) wird, basiert auf Ermittlungssignalen entsprechend der von den Ermittlern S1 und S2 ermittelten sekundären Elektronen und reflektierten Elektronen, auf einer Anzeige wie CRT (nicht gezeigt) angezeigt, und der Benutzer kann die Probe 1 durch das Sehen des auf der Anzeige angezeigten Bildes betrachten. Allerdings wird, da die Ablenkungs-Steuerung der Elektronenstrahlung Z durch die Abtastspule 5 nur einen begrenzten Betrachtungsbereich liefern kann, die Probe X auf einem Tisch O platziert (welcher auch als „Objekttisch” bezeichnet wird), der vertikal, horizontal beweglich ist, und in der Probenkammer 300 kipp-bar und drehbar ist, so dass ein betrachtetes Teil (Betrachtungs-Oberfläche) auf der Probe X durch die Steuerung des Antriebs des Tisches O erheblich verändert werden kann.
In der Automobilindustrie sollten eine weite Vielfalt von in Automobilen verwendeten Materialien und Teilen betrachtet werden, um einen Typ der auf den Fahrzeugkörper aufgebrachten Farbe zu bestimmen, seine Bestandteile zu analysieren und seine säkularen Veränderungen zu prüfen oder den altersbedingten Zerfall von Antriebsscheiben eines CVT (fortlaufend veränderbares Getriebe), welches während während seines fortlaufenden Gebrauchs auftritt. Zu diesen Zwecken wird ein wie oben beschriebenes Raster-Elektronen-Mikroskop verwendet. Um allerdings ein wie oben beschriebenes konventionelles Raster-Elektronen-Mikroskop zu verwenden, sollte eine Probe als ein Betrachtungsobjekt in einer luftdichte Probenkammer platziert werden, weil das Innere der Probenkammer und der Objektivtubus während der Ausgabe der Elektronenstrahlung in einem Vakuum-Status gehalten werden müssen. Daher muss ein Betrachtungsobjekt, welches zu groß ist, um in die Probenkammer zu passen (ein Objekt wie ein Fahrzeugkörper oder eine Antriebsscheibe) zu einer Probe verarbeitet werden, die klein genug ist, um in die Probenkammer zu passen, zum Beispiel durch die Schneidung des Betrachtungs-Objekts. In anderen Worten: Solch ein Betrachtungsobjekt kann nicht betrachtet werden, es sei denn das Betrachtungs-Objekt in eine Probe geschnitten wird, welche klein genug ist, um in die Probenkammer zu passen.
Wenn allerdings ein Betrachtungs-Objekt, so wie ein Automobil-Teil einmal durch zum Beispiel Schneiden verarbeitet wird, verliert das Betrachtungs-Objekt unweigerlich seine Funktion und kann nicht mehr für seinen beabsichtigten Zweck verwendet werden. In anderen Worten: Das Schneiden der Probe aus dem Betrachtungs-Objekt zerstört das Betrachtungs-Objekt. Wenn zum Beispiel eine Probe klein genug, um in eine Probenkammer zu passen aus einer Haube eines Fahrzeugs als ein Betrachtungs-Objekt, um die darauf aufgebrachte Farbe zu betrachten, herausgeschnitten wird, hat die Haube ein Loch und kann nicht mehr für ihren beabsichtigten Zweck verwendet werden. Daher ist das konventionelle Raster-Elektronen Mikroskop nicht für die fortlaufende Betrachtung von Veränderungen eines Betrachtungs-Objekts über eine Zeitspanne (eines wie oben beschriebenen Automobil-Teils), welches einem Zerfall durch Gebrauch während das Fahrzeug verwendet wird, ausgesetzt ist, geeignet. Dieses Problem rührt aus der Tatsache her, dass das konventionelle Raster-Elektronen-Mikroskop nur die Betrachtung einer Probe erlaubt, welche zumindest klein genug ist, um in die Probenkammer zu passen und in welcher ein betrachtetes Teil durch das Antreiben des Tisches verändert werden kann.
Eine mögliche Lösung des oben genannten Problems ist es, die luftdichte Probenkammer in dem konventionellen Raster-Elektronen-Mikroskop auszuschalten (was ein Freilegungs-Elektronen-Mikroskop genannt wird). In diesem Fall muss das Betrachtungsobjekt nicht zerstört werden, sondern der Objektivtubus als eine Haupteinheit muss in Größe und Gewicht verringert werden, um ein Freilegungs-Elektronen-Mikroskop aufzubauen, welches die Betrachtung eines großen Betrachtungs-Objekts, so wie eines Fahrzeugkörpers oder einer Antriebsscheibe, durch Abgabe von Elektronenstrahlung ohne eine Probenkammer gestattet.
Allerdings hat das konventionelle Raster-Elektronen-Mikroskop eine aus einer magnetischen Feldspule in dem Objektivtubus bestehende Sammel-Linse oder Objektiv-Linse, und die Sammel-Linse oder Objektiv-Linse kann aufgrund des Aufbaus der magnetischen Feldspule in Größe nicht weiter verringert werden. Daher ist es schwierig, die Größe und das Gewicht des Objektivtubus selbst zu verringern. Ein anderer Grund, warum die die Verringerung des Gewichts des Objektivtubus schwierig ist, ist, dass vom Objektivtubus verlangt wird, dass er eine genügende Stärke hat, um einen Photo-Vervielfältiger, welcher eine relativ große Länge und Gewicht hat zu unterstützen, weil der Photo-Vervielfältiger mit einer länglichen Gestalt direkt an der Seite des Objektivtubus angebracht ist. Zusätzlich können die Notwendigkeit zur Schaffung eines Vakuums in dem Objektivtubus und auf der Probenoberfläche, was aus der Abschaffung der Probenkammer resultiert und hinderliche Auswirkungen während der Betrachtung aufgrund von einer Vibration des Objektivtubus, welche eher auftritt, wenn die der Objektivtubus leicht und klein gemacht ist (zum Beispiel kann das auf der Anzeige angezeigte zusammen gesetzte Bild oder topographische Bild verschwommen und schwierig zu betrachten sein) als neue Probleme auftreten. Aufgrund der oben genannten Gründe ist ein leichtes und kleines Raster-Elektronen-Mikroskop ohne eine Probenkammer, welches eine direkte Betrachtung eines Betrachtungs-Objekts zu groß, um in eine Probenkammer zu passen, wie einen Fahrzeugkörper oder eine Antriebsscheibe, weder bereit gestellt noch vorgeschlagen worden.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung ist im Blick auf die oben genannten Punkte gemacht worden und es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung ein leichtes und kleines Raster-Elektronen-Mikroskop bereit zu stellen, welches eine direkte Betrachtung eines Betrachtungs-Objekts gestattet, welches normalerweise zu groß ist, um in eine Probenkammer zu passen und eine Vorbehandlung braucht, ohne jede Vorbehandlung.
Gemäß der vorliegenden Erfindung hat ein Elektronen-Mikroskop eine Elektronenkanone (2) zur Aussendung von Elektronenstrahlung, eine Abtast-Ablenkungsvorrichtung (4) zur Bündelung und Ablenkung der Elektronenstrahlung (Z), die von der Elektronenkanone (2) ausgesendet wird und welche die Elektronenstrahlen (Z) auf ein Betrachtungsobjekt (X) abstrahlt, und zumindest einen von Ermittlern fair sekundäre Elektronen (S1) zur Ermittlung der sekundären Elektronen, ausgesandt von dem Betrachtungs-Objekt (X) in Antwort auf die Abstrahlung der Elektronenstrahlung (Z) und einen Ermittler für reflektierte Elektronen (S2) zur Ermittlung der reflektierten Elektronen ausgesandt von dem Betrachtungs-Objekt (X) in Antwort auf die Abstrahlung der Elektronenstrahlung (Z) beinhaltet, und beinhaltet weiterhin einen Objektivtubus (1), welcher ein offenes Ende (1a) zu der Seite hat, zu welcher die von der Elektronenkanone (2) ausgesendeten Elektronenstrahlen (Z) reisen, und welches zumindest die Elektronenkanone (2), und die Abtast-Ablenkungsvorrichtung (3, 4) und ein Dichtungsteil (7) beherbergt, welches an dem offenen Ende (1a) des Objektivtubus (1) bereit gestellt ist und in Berührung mit dem Betrachtungs-Objekt (X) gebracht wird, worin der Objektivtubus (1) durch die Schaffung eines Vakuums in dem Objektivtubus (1) in direkter und naher Berührung mit dem Betrachtungs-Objekt (X) fixiert wird, so dass das Betrachtungs-Objekt (X) durch das Dichtungsteil an den Objektivtubus (1) angezogen wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Dichtungsteil (7), welches in nahe Berührung mit dem Betrachtungs-Objekt (X) gebracht wird, an dem offenen Ende des Objektivtubus (1) bereit gestellt, so dass das Betrachtungs-Objekt (X) von dem Objektivtubus (1) durch das Dichtungsteil (7) angezogen werden kann und in direkter und naher Berührung mit dem Objektivtubus (1) fixiert werden kann, wenn in dem Objektivtubus (1) ein Vakuum durch eine Vakuum-Pumpe geschaffen wird. In anderen Worten wird das Betrachtungs-Objekt (X) direkt zum offenen Ende (1a) des Objektivtubus (1) hin angezogen und mit dem Objektivtubus (1) als einer Haupt-Einheit des Mikroskops fixiert, um eine jeweilige Bewegung zwischen ihnen zu verhindern, anstelle der Verwendung einer luftdichten Probenkammer wie in einem konventionellen Raster-Elektronen-Mikroskop. In diesem Aufbau kann, trotz der Tatsache, dass das Elektronen-Mikroskop einen kleinen und leichten Objektivtubus ohne eine Probenkammer hat, ein Vakuums-Zustand in dem Objektivtubus (1) und auf der Oberfläche eines Betrachtungs-Objekts (X) leicht aufrecht erhalten werden, und nachteilige Auswirkungen während der Betrachtung, so wie Verschwommenheit des Bilds treten nicht auf, selbst wenn der Objektivtubus (1) oder das Betrachtungs-Objekt (X) selbst vibriert wird, weil sich der Objektivtubus (1) und das Betrachtungs-Objekt (X) in ihrer Beziehung zueinander nicht bewegen. Da der Objektivtubus (1) direkt auf das Betrachtungs-Objekt (X) angebracht werden kann, auf welches die Elektronenstrahlung (Z) ausgestrahlt wird, kann ein Betrachtungs-Objekt (X), welches normalerweise zu groß ist, um in eine Probenkammer zu passen, direkt ohne vorherige Verarbeitung betrachtet werden.
Die oben erwähnten Bezugs-Nummern in Klammern sind vergeben, um die zugehörigen einzelnen Elemente des unten beschriebenen Ausführungsbeispiels zum Bezugs-Zweck anzuzeigen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, weil das Betrachtungs-Objekt zu dem Objektivtubus durch das Dichtungsteil angezogen werden kann und in direkter und naher Berührung mit dem Objektivtubus fixiert werden kann, wenn ein Vakuum in dem Objektivtubus durch die Vakuum-Pumpe geschaffen wird, den Vorteil zu erlangen, dass ein Betrachtungs-Objekt, welches normalerweise zu groß ist, um in eine Probenkammer zu passen, direkt ohne vorherige Verarbeitung betrachtet werden kann.
KURZE BECHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine konzeptionelle Zeichnung, welche ein Ausführungsbeispiel eines grundsätzlichen Aufbaus eines Raster-Elektronen-Mikroskops gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt.
2 ist eine Querschnitts-Ansicht, welche ein Ausführungsbeispiel einer Sammel-Linse (oder Objektiv-Linse) darstellt, welche mit Verwendung von Dauermagneten aufgebaut wurde.
3A und 3B sind Querschnitts-Ansichten, welche andere Ausführungsbeispiele der Sammel-Linse (oder Objektiv-Linse) darstellen, welche mit Verwendung von Dauermagneten aufgebaut werden.
4A bis 4C sind Querschnitts-Ansichten, welche Ausführungsbeispiele eines Dichtungsteils darstellen, welches für unterschiedliche Arten von Unebenheit einer Oberfläche eines Betrachtungs-Objekts vorbereitet ist.
5 ist ein konzeptionelles Diagramm, welches ein Ausführungsbeispiel eines Ermittlers reflektierter Elektronen darstellt.
6 ist ein konzeptionelles Diagramm, welches ein Aufbau-Beispiel eines normalerweise bekannten Raster-Elektronen-Mikroskops darstellt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Im Weiteren wird eine ausführlichen Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung im Bezug auf die beigefügten Zeichnungen gemacht.
1 ist ein konzeptionelles Diagramm, welches ein Ausführungsbeispiel einer allgemeinen Zusammenstellung eines Raster-Elektronen-Mikroskops gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt. Das in 1 gezeigte Raster-Elektronen-Mikroskop kann grob unterteilt werden in einen Objektivtubus 1, welcher einen Mikroskop-Hauptteil zur Abstrahlung von Elektronenstrahlung Z auf ein Betrachtungs-Objekt (Probe) X ist und das Betrachtungs-Objekt X mit der Elektronenstrahlung Z abtastet, und so weiter, einen Ermittler für sekundäre Elektronen S1 und einen Ermittler für reflektierte Elektronen S2, getrennt und unabhängig von dem Objektiv-Tubus 1, bereit gestellt, zur jeweiligen Ermittlung von sekundären Elektronen und reflektierten Elektronen, welche von dem Betrachtungs-Objekt X in Antwort auf die Ausstrahlung der Elektronenstrahlung Z abgegeben werden, und eine Steuerungs-Vorrichtungs-Gruppe A zur Durchführung von Steuerungs-Operationen, wie die Ausstrahlung der Elektronenstrahlung Z und der Abtastung in dem Objektivtubus 1 und zur Anzeige und Vorführung ein zusammen gesetzten Bilds (welches auch als „COMPO” Bild bezeichnet wird) oder eines topographischen Bilds (welches auch als „TOPO” Bild bezeichnet wird) an den Benutzer, welches auf Ermittlungs-Signalen (zum Beispiel Ermittlungswerten) basiert, weiche dem Ausgang der sekundären Elektronen und der reflektierten Elektronen von den Ermittlern S1 und S2 in Antwort auf den Elektronen-Ausstrahlungs-Betrieb entsprechen.
Der Objektivtubus 1 als eine Haupt-Einheit des Mikroskops hat zum Beispiel eine kreisförmige zylindrische Gestalt, und beinhaltet eine Elektronenkanone 2 zur Abgabe der Elektronenstrahlung Z, eine Sammel-Linse 3 um die von der Elektronenkanone 2 ausgesendeten und zur kreisförmigen Mitte des Objektivtubus I hin beschleunigten Elektronenstrahlung Z zu bündeln, und ein Abtast-Objektivteil 4, um die Bündelungs- und die Ablenkungs-Steuerung der gebündelten Elektronenstrahlung Z (Elektronenstrahl) durchzuführen (in diesem Ausführungsbeispiel entsprechen die Sammel-Linse 3 und das Abtast-Objektivteil 4 der Abtast- Ablenkungsvorrichtung). Die Sammel-Linse 3 ist eine Elektronen-Linse und ist unter der Verwendung von Dauermagneten anstelle von magnetischen Feld-Rollen, welche in konventionellen Vorrichtungen aufgebaut (bezieht sich auf 2, welche später beschrieben wird). Eine in dem Abtast-Objektivteil 4 beinhaltete Objektiv-Linse 6 ist ebenfalls so aufgebaut, dass Dauermagneten anstelle einer magnetischen Feldspule, wie später beschrieben, verwendet werden.
Hier wird ein Beispiel eine unter Verwendung von Dauermagneten aufgebaute Sammel-Linse 3 (oder Objektiv-Linse 6) in 2 gezeigt. 2 ist eine Querschnitts-Ansicht, welche ein Ausführungsbeispiel einer unter Verwendung von Dauermagneten aufgebauten Sammel-Linse 3 (oder Objektiv-Linse 6).
Die in 2 gezeigte Sammel-Linse 3 (oder Objektiv-Linse 6, wobei das Gleiche im Folgenden der Wahrheit entspricht) hat eine kreisförmige zylindrische Gestalt mit einem Durchmesser, welcher ungefähr gleich dem inneren Durchmesser des Objektivtubus 1 ist, und sie hat ein zentrales Loch 3a, durch welches die Elektronenstrahlung Z passiert. Das zentrale Loch 3a hat einen Durchmesser, welcher, basierend auf der Dichte der Verteilung des magnetischen Flusses festgelegt wird, abhängig von der Entfernung von einem Punkt, durch welchen die zentrale Achse einer Elektronenstrahlung, simuliert basierend auf einer Analyse des magnetischen Feldes, passiert, und die Elektronenstrahlung Z innerhalb der Reichweite des zentralen Lochs 3a wird gebündelt, aber die Elektronenstrahlung Z außerhalb der Reichweite des zentralen Lochs 3a werden nicht gebündelt. In anderen Worten ist die Bündelung der Elektronenstrahlung Z proportional zu dem Durchmesser des zentralen Lochs 3a. Die Sammel-Linse 3 hat einen geschichteten Aufbau, in welchem zwei scheibenförmige Dauermagneten J1 und J2, die beide ein Loch 3a in ihrem Zentrum haben, zwischen einem ersten Kern 10 mit einer U-förmigen Kreuzung und einem scheibenförmigen zweiten Kern 11, von denen jeder ein Loch 3a entlang der Reiserichtung der Elektronenstrahlung Z im Zentrum hat, eingeschoben sind, d. h. in der Längsrichtung des Objektivtubus 1.
Hier wird der Grund beschrieben, warum die Dauermagneten J1 und J2 anstelle einer magnetischen Feldspule verwendet werden. Im Allgemeinen sollte, wenn eine grundsätzliche Analyse oder ähnliches mit einem Raster-Elektronen-Mikroskop durchgeführt wird, die Menge von einem Betrachtungs-Objekt auf die Antwort auf Bestrahlung mit der Elektronenstrahlung Z ausgesendeten Röntgen-Strahlung gleich oder größer als ein vorher festgelegter Wert sein. Daher ist eine magnetische Feldspule (Magnetspule) verwendet worden, um ein kraftvolles magnetisches Feld zu bilden, welches eine größere Menge von Elektronenstrahlung Z um das zentrale Loch 3a bündeln kann. Allerdings ist eine gewöhnliche Feldspule, welche durch das mehrfache Aufspulen eines Drahts um einen Kern gebildet wird, schwierig in Größe zu verringern und ist dadurch nicht zur Verringerung der Größe und des Gewichts des Objektivtubus 1 geeignet. In diesem Ausführungsbeispiel werden die Dauermagneten J1 und J2, welche leichter in ihrer Größe und ihrem Gewicht verringert werden können, als eine magnetische Feldspule dazu verwendet, die Größe und das Gewicht der Sammel-Linse 3 zu verringern, um die Größe und das Gewicht des Objektivtubus 1 selbst zu verringern.
Allerdings kann die Sammel-Linse 3 (oder die Objektiv-Linse 6) unter Verwendung der Dauermagneten J1 und J2 weniger Elektronenstrahlung Z bündeln als eine Sammel-Linse, welche eine magnetische Feldspule verwendet. Daher kann, selbst wenn die Elektronenstrahlung auf ein Betrachtungs-Objekt ausgestrahlt wird, eine grundsätzliche Analyse nicht durchgeführt werden, weil die Menge der Röntgenstrahlung nicht einen für die grundsätzliche Analyse notwendigen Wert erreicht. Dadurch ist das Raster-Elektronen-Mikroskop gemäß der vorliegenden Erfindung in seiner Anwendung auf solche begrenzt, welche keine grundsätzliche Analyse beinhalten, in anderen Worten, Betrachtungs-Anwendungen, welche sekundäre Elektronen und reflektierte Elektronen verwenden. Da die Begrenzung der Anwendung die Rolle der Sammel-Linse 3 (und der Objektiv-Linse 6) in der Bündelung einer minimalen Menge der Elektronenstrahlung Z beschränkt sind, welche notwendig ist, um für die Betrachtung notwendige sekundäre Elektronen oder reflektierte Elektronen zu erlangen, genügt die unter Verwendung der Dauermagneten J1 und J2 aufgebaute Sammel-Linse 3 (oder Objektivlinse 6).
Die Sammel-Linse 3, welche die Dauermagneten J1 und J2 wie oben beschrieben verwendet, kann das magnetische Feld aufgrund der Eigenschaften der Dauermagneten im Gegensatz zu einer konventionellen Sammel-Linse, welche eine magnetische Feldspule verwendet, elektrisch nicht kontrollieren. Daher werden für die in diesem Ausführungsbeispiel verwendeten Sammel-Linse 3 (oder die Objektiv-Linse 6) eine Mehrzahl von Sammel-Linsen 3, welche unterschiedliche Gestalten von Dauermagneten J1 und J2 oder Kerne 10 und 11 haben, bereit gestellt, so dass das magnetische Feld, wenn nötig, durch den Wechsel der Sammel-Linsen 3 gesteuert werden kann. Beispiele einer solchen Sammel-Linse 3 (oder Objektiv-Linse 6) werden in 3A und 3B gezeigt. 3A und 3B sind Querschnittansichten von anderen Ausführungsbeispielen der Sammel-Linse 3 (oder der Objektivlinse 6), welche durch die Verwendung von Dauermagneten aufgebaut sind.
Die in 3A gezeigte Sammel-Linse 3 (oder Objektiv-Linse 6) ist in ihrer Gestalt unterschiedlich von dem in 2 gezeigten ersten Kern 10 mit einer Uförmigen Kreuzung von der Sammel-Linse 3. Der erste Kern 10, gezeigt in 3A, hat Kern-Kanten 10a, welche dem zentralen Loch 3a gegenüberliegen, wobei die Kanten zu dem zweiten Kern 11 hin gebogen sind, welcher im Zentrum der Kreuzung platziert ist. Dies macht die Entfernung zwischen dem ersten Kern 10 und dem zweiten Kern 11 kleiner und die Kanten 10a des ersten Kerns 10 näher zu den Dauermagneten J1 und J2. Andererseits ist die in 3B gezeigte Sammel-Linse 3 (oder Objektiv-Linse 6) grundsätzlich die selbe im Aufbau wie die in 3A gezeigte Sammel-Linse 3, hat aber Dauermagneten J1 und J2 mit einer größeren Dicke. Wenn die Entfernung (Lücke) zwischen den Dauermagneten J1 und J2 und dem ersten Kern 10 kleiner ist als die in 2 gezeigte Sammel-Linse ist, oder Dauermagneten 11 und J2 mit einem größeren Volumen verwendet werden, kann ein kraftvolleres magnetisches Feld um das zentrale Loch 3a gebildet werden (magnetische Feldkontrolle) und eine größere Menge der Elektronenstrahlung Z kann gebündelt werden.
Noch einmal bezugnehmend auf 1 ist die von der Sammel-Linse 3 gebündelte Elektronenstrahlung Z (Elektronen-Strahlen) der Ablenkungs-Steuerung in ihrer Reiserichtung durch das Abtast-Objektivteil 4 ausgesetzt. Das Abtast-Objektivteil 4, welches die Ablenkungs-Steuerung der Elektronenstrahlung Z nach der Bündelung durchführt, hat eine Abtast-Spule 5 zur Ableitung der Elektronenstrahlung Z auf der aufwärts fließenden Seite und eine Objektiv-Linse 6 zur Fokussierung der abgeleiteten Elektronenstrahlung Z auf der abwärts fließenden Seite. Natürlich haben das Sammel-Linsen-Teil 4 und die Abtast-Spule 5 und die Objektiv-Linse 6 jeweils Löcher 4a, 5a und 6a durch welche die Elektronenstrahlung Z an ihren radialen Zentren passiert. Als ein Bewegungs-Mechanismus zum Rollen des Blickfelds des Abtast-Linsen-Teils 4, welche die Abtast-Spule 5 und die Objektiv-Linse 6 in sich integriert hat, wird eine kugelförmige Pfanne Q mit einem Antriebsmotor (nicht gezeigt), um den Abtast-Linsen-Teil 4 auf einem bestimmten kugelförmigen Oberflächen-Körper zu bewegen, und der kugelförmige Oberflächen-Körper bereit gestellt. Der kugelförmige Oberflächen-Körper der kugelförmigen Pfanne Q hat eine Krümmung, so dass sein Zentrum mit dem Fokus-Punkt der Sammel-Linse 3 zusammen fällt (Bezug nehmend auf Punkt G in der Zeichnung) und befindet sich unter dem Abtast-Linsen-Teil 4 im Bezug auf den Fokussierungspunkt G. Dieser Aufbau erlaubt es dem Abtast-Linsen-Teil 4, sich auf der kugelförmigen Oberfläche in jeder radialen Richtung des Objektivtubus 1 im Bezug auf den Fokus-Punkt G in Antwort auf die Inbetriebnahme des Antriebsmotors sanft zu bewegen (in anderen Worten, das Blickfeld zu rollen). Daher kann selbst in diesem Ausführungsbeispiel, in welchem die Elektronenstrahlung Z, wie später beschrieben, auf ein nah und fest an den Objektivtubus 1 angebrachtes Betrachtungs-Objekt ausgestrahlt wird, die Elektronenstrahlung Z auf jeden Teil einer Oberfläche des Betrachtungs-Objekts X (auch wenn es nur ein kleiner Bereich ist) ausgestrahlt werden, ohne das Betrachtungs-Objekt X zu bewegen.
In diesem Ausführungsbeispiel ist, um das Problem eines konventionellen Mechanismus zur Strahl-Ablenkung zu lösen, aufgrund der Tatsache, dass er groß in Größe und nicht dazu geeignet ist, die Größe und das Gewicht des Objektivtubus 1 zu verringern, aber auch das Problem der konventionellen einfachen Strahl-Ablenkung unter ausschließlicher Verwendung einer Abtast-Spule, der Tatsache, dass es die Ableitungs-Abweichungen während der Ableitung vergrößert und keine hohe Auflösung bereit stellen kann, wird ein optisches Elektronen-System einschließlich des Abtast-Linsen-Teils 4, welches die Abtast-Spule 5 und die Objektiv-Linse 6 darin integriert hat, als ein besonderes optisches Elektronen-System angenommen, welches Abweichungen aufgrund von Strahl-Ablenkung verhindern kann, und die kugelförmige Pfanne Q, wird als ein Mechanismus zur Bewegung des Abtast-Linsen-Teils 4 verwendet. In anderen Worten, weil gemäß dieses Aufbaus die normale Richtung der hauptsächlichen Oberfläche der Objektiv-Linse 6 während der Strahl-Ablenkung mit der einfallenden Richtung der Elektronen-Strahlung Z durch die Bewegung des Abtast-Linsen-Teils 4 auf der kugelförmigen Pfanne Q zusammen fallen kann, können die Abweichungen aufgrund von Strahl-Ablenkung, welche auftreten, wenn das Sichtfeld bewegt wird, ein Minimum sein. Zusätzlich kann, weil die optischen Achsen der Elektronenkanone 2 und der Sammel-Linse 3 von der optischen Achse des Abtast-Linsen-Teils 4 ausgeglichen werden, durch welches die Elektronenstrahlung Z schlussendlich auf das Betrachtungs-Objekt X abgestrahlt wird, eine nachteilige Wirkung wähnend der Betrachtung, welche zum Beispiel durch die Tatsache verursacht wird, dass die Helligkeit einer thermionischen Kathode das Betrachtungs-Objekt erreicht, wenn die Elektronenkanone 2 eine Elektronenkanone thermionischer Ausstrahlung ist, vermieden werden.
Der Objektivtubus 1 hat einen Auslass-Durchgang P, und der Auslass-Durchgang P ist mit einer Vakuum-Pumpe (nicht gezeigt) durch zum Beispiel einen biegsamen Schlauch (wie einen Gummischlauch) verbunden, Daher wird die Luft in dem Objektivtubus 1 durch den Auslass-Durchgang P entleert und das Innere des Objektivtubus 1 wird bei der Inbetriebnahme der Vakuum-Pumpe in einem Vakuums-Zustand gehalten.
Wie von 1 verstanden werden kann, wird von Anfang an in dem Objektivtubus 1 des vorliegenden Ausführungsbeispiels weder eine Probenkammer noch ein Tisch an dem Ende 1a als dem Ziel der von der Elektronenkanone 2 ausgesendeten Elektronenstrahlung Z bereit gestellt. Das Ende 1a des Objektivtubus 1 ist lediglich eine Öffnung. Allerdings wird ein ringförmiges Dichtungsteil 7, gestaltet in Übereinstimmung mit Gestalt des Endes an dem offenen Ende 1a des Objektivtubus 1 bereit gestellt. Das Dichtungs-Teil 7 ist aus einem biegsamen Material, so wie Gummi, gemacht und hat eine Funktion, einen engen Kontakt zwischen dem Objektivtubus 1 und dem Betrachtungs-Objekt X zu sichern, um einen Luftaustausch zwischen dem Inneren und dem Äußeren des Objektivtubus 1 zu verhindern. Wenn in dem Objektivtubus 1 ein Vakuum durch die Inbetriebnahme der Vakuum-Pumpe wie oben beschrieben geschaffen worden ist, nachdem der Objektivtubus 1 und das Betrachtungs-Objekt X durch das Dichtungsteil 7 in enge Berührung miteinander gebracht worden sind, wird das Betrachtungs-Objekt X durch die Auswirkung des Vakuums zu dem Objektivtubus 1 hin angezogen und in enge Berührung mit ihm gehalten. Daher sind der Objektivtubus 1 und das Betrachtungs-Objekt X nicht voneinander getrennt, es sei denn, dass das Vakuum in dem Objektivtubus 1 gebrochen wird.
Allerdings kann, selbst wenn das Innere des Objektivtubus 1 versucht wird, in einem Vakuum-Zustand zu sein, um das Betrachtungs-Objekt anzuziehen, der Berührungs-Grad zwischen dem Objektivtubus 1 und dem Betrachtungs-Objekt X durch das Dichtungsteil 7 zu gering sein, um eine enge Berührung zwischen dem Objektivtubus 1 und dem Betrachtungs-Objekt X abzusichern, abhängig von der Art der Unebenheit der Oberfläche des Betrachtungs-Objekts X. Daher werden vorab eine Mehrzahl von Dichtungsteilen 7 mit unterschiedlichen Gestalten für unterschiedliche Unebenheit der Oberfläche des Betrachtungs-Objekts X bereit gestellt, so dass die Dichtungsteile wie benötigt gewechselt werden können, abhängig von der Art der Unebenheit der Oberfläche des Betrachtungs-Objekts X. 4 ist eine Querschnittansicht, welche Ausführungsbeispiele eines Dichtungsteils, vorbereitet für verschiedene Arten von Unebenheiten, eines Betrachtungs-Objekts darstellt.
Das in 4A gezeigte Dichtungsteil 7 wird verwendet, um ein Betrachtungs-Objekt mit einem vergleichsweise glatten Oberfläche zu befestigen. Das Dichtungsteil 7 hat einen kreisförmigen Querschnitts-Abschnitt 7a und einen gebogenen Abschnitt 7b, an der Seite von dem kreisförmigen Querschnitts-Abschnitt hervorstehend, welche das Betrachtungs-Objekt X berühren soll (d. h. die Betrachtungs-Oberflächen-Seite). Mit der Zunahme des Grades des Vakuums in dem Objektivtubus 1 wird der vorstehende gebogene Abschnitt 7b gepresst, um verformt zu werden. Dann wird das Betrachtungs-Objekt X von dem Objektivtubus 1 mit den Berührungs-Oberflächen des gebogenen Abschnitts 7b angezogen und das Betrachtungs-Objekt X bereichsweise vergrößert und der Objektivtubus 1 wird in einem hohen Vakuum-Zustand ohne Luftaustausch zwischen dem Inneren und dem Äußeren des Objektivtubus 1 gehalten, weil keine Lücke zwischen dem gebogenen Abschnitt 7b und dem Betrachtungs-Objekt X gebildet wird. Als ein Ergebnis sind der Objektivtubus 1 und das Betrachtungs-Objekt X sicher in enger Berührung miteinander fixiert.
Das in 4B gezeigte Dichtungsteil 7 wird verwendet, um ein Betrachtungs-Objekt X mit einer leicht unebenen und rauen Oberfläche zu fixieren. Das Dichtungsteil 7 hat einen kreisförmigen Abschnitt und einen Halteplatten-Abschnitt 7c, herausragend von dem kreisförmigen Querschnitts-Abschnitt zum äußeren Rand des Objektivtubus 1 hin und zu seinem fernen Ende an der Seite hin abgeschrägt, um mit dem Betrachtungs-Objekt X in Berührung zu kommen (d. h. der Oberflächen-Betrachtungs-Seite). Mit der Zunahme des Vakuum-Grades in dem Objektivtubus 1 wird der Halteplatten-Abschnitt 7c gepresst, um gegen das Betrachtungs-Objekt X verformt zu werden und radial nach außen erweitert. Dann wird das Betrachtungs-Objekt X von dem Objektivtubus 1 mit den Berührungsoberflächen des Halteplatten-Abschnitts 7c angezogen und das Betrachtungs-Objekt bereichsweise vergrößert und das Innere des Objektivtubus 1 wird in einem hohen Vakuums-Zustand gehalten, ohne Luftaustausch zwischen dem Inneren und dem Äußeren des Objektivtubus 1, weil keine Lücke zwischen dem Halteplatten-Abschnitt 7c einer Oberfläche des Betrachtungs-Objekts X gebildet wird. Als ein Ergebnis sind der Objektivtubus 1 und das Betrachtungs-Objekt X sicher in enger Berührung sicher miteinander fixiert, selbst wenn das Betrachtungs-Objekt X eine leicht unebene und raue Oberfläche hat.
Das in 4C gezeigte Dichtungsteil 7 wird verwendet, um ein Betrachtungs-Objekt X mit einer erheblich unebenen und rauen Oberfläche zu fixieren. Das Dichtungsteil 7 hat einen kreisförmigen Abschnitt und einen Halteplatten-Abschnitt 7d, hervorstehend von dem kreisförmigen Querschnitts-Abschnitt, und welcher gabelförmige Abschnitte hat, jeweils zu den inneren und äußeren Rand des Objektivtubus 1 herausragend auf der Seite, welche mit dem Betrachtungs-Objekt X in Berührung kommen soll (d. h. der Oberflächen-Betrachtungs-Seite). Mit der Zunahme des Vakuum-Grades in dem Objektivtubus 1 wird der Halteplatten-Abschnitt 7d gepresst, um gegen das Betrachtungs-Objekt X verformt zu werden und die gabelförmigen Abschnitte werden radial nach innen und außen erweitert. Dann wird das Betrachtungs-Objekt X zu dem Objektivtubus 1 hin angezogen, und der gabelförmige Halteplatten-Abschnitt 7d wird in enge Berührung mit der unebenen Oberfläche des Betrachtungs-Objekts X gebracht, mit ihren Berührungs-Oberflächen bereichsweise vergrößert, und das Innere des Objektivtubus 1 wird in einem hohen Vakuums-Zustand gehalten, ohne Luftaustausch zwischen dem Inneren und dem Äußeren des Objektivtubus 1, weil keine Lücke zwischen dem Halteplatten-Abschnitt 7d und der Oberfläche des Betrachtungs-Objekts X besteht. Als ein Ergebnis sind der Objektivtubus 1 und das Betrachtungs-Objekt X sicher in enger Berührung miteinander fixiert, selbst wenn das Betrachtungs-bjekt X eine leicht unebene oder raue Oberfläche hat, und das Innere des Objektivtubus 1 wird in einem hohen Vakuums-Zustand gehalten, ohne Luftaustausch zwischen dem Inneren und dem Äußeren des Objektivtubus 1, weil keine Lücke zwischen dem Halteplatten-Abschnitt 7d und der Oberfläche des Betrachtungs-Objekts X gebildet wird. Als ein Ergebnis sind der Objektivtubus 1 und das Betrachtungs-Objekt X sicher in enger Berührung miteinander fixiert, selbst wenn das Betrachtungs-Objekt X eine beträchtlich unebene und raue Oberfläche hat.
Es sollte festgehalten werden, dass jedes der oben beschriebenen Dichtungsteile 7 in seiner Verwendung nicht auf die feste Verbindung eines Betrachtungs-Objekts X mit einer wie oben beschriebenen Oberfläche begrenzt ist. Zum Beispiel kann das in 4C gezeigte Dichtungsteil verwendet werden, um ein Betrachtungs-Objekt X mit einer vergleichsweise glatten Oberfläche zu fixieren oder ein Betrachtungs-Objekt X mit einer leicht unebenen und rauen Oberfläche zu fixieren.
Wenn die Elektronenstrahlung Z auf eine Oberfläche des Betrachtungs-Objekts X ausgestrahlt wird, werden sekundäre Elektronen und reflektierte Elektronen von dem durch das Dichtungsteil 7 in enger Berührung mit (genauer hingezogen zu) dem Objektivtubus 1 fest verbundenen Betrachtungs-Objekt X abgegeben. Die von dem Betrachtungs-Objekt X abgegebenen sekundären Elektronen und reflektierten Elektronen werden jeweils von dem Ermittler für sekundäre Elektronen S1 und dem Ermittler für reflektierte Elektronen S2 ermittelt.
Der Ermittler für sekundäre Elektronen S1 beinhaltet einen Szintillator 8, eine Lichtführung F und einen Photo-Vervielfältiger M. Der Szintillator 8 befindet sich in dem Objektivtubus 1, wogegen der Photo-Vervielfältiger M, welcher eine längliche Gestalt hat und mit dem Szintillator 8 durch die Lichtführung F verbunden ist, nicht an einer Seite des Objektivtubus 1 angebracht ist, sondern sich getrennt und unabhängig außerhalb von dem Objektivtubus 1 befindet. In diesem Ausführungsbeispiel wird ein biegsames optisches Faserkabel (optischer Signalübertragungs-Pfad) als Lichtführung F verwendet, welches den Szintillator 8, der sich innerhalb des Objektivtubus 1 befindet, und den Photo-Vervielfältiger M. welcher sich getrennt außerhalb des Objektivtubus 1 befindet, verbindet. Weil ein biegsames optisches Faserkabel verwendet wird, kann der Photo-Vervielfältiger M an jeder Stelle außerhalb des Objektivtubus 1 ohne eine wesentliche Begrenzung der Bewegung des Objektivtubus 1 im Bezug auf das Betrachtungs-Objekt X platziert werden.
Die von dem Szintillator 8 aufgenommenen (erhaltenen) sekundären Elektronen werden an den Photo-Vervielfältiger M durch das optische Faserkabel übertragen. Der Photo-Vervielfältiger M wandelt die übertragenen sekundären Elektronen in ein elektrisches Ermittlungs-Signal um, und gibt das Ermittlungs-Signal an ein elektrisch mit dem Photo-Vervielfältiger M verbundenes Steuerungs-Teil E aus (Verweis auf 1), welches später beschrieben wird, aus. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Photo-Vervielfältiger M mit einer länglichen Gestalt nicht direkt auf dem Objektivtubus 1 angebracht, sondern befindet sich getrennt außerhalb des Objektivtubus 1 und ist mit dem Szintillator 8, welcher sich in dem Objektivtubus 1 befindet, durch eine Lichtführung F, welche, wie oben beschrieben aus einem biegsamen optischen Faserkabel besteht, verbunden. Daher kann der Objektivtubus 1 in der Größe verringert werden, weil der Objektivtubus 1 nicht, wie in einem konventionellen Aufbau, so gestaltet werden muss, dass er einen Abschnitt hat, welcher sich erheblich von einer seiner Seiten ausdehnt (Verweis auf 6), und der Objektivtubus 1 kann in Stärke verringert werden, in anderen Worten, der Objektivtubus 1 kann in seinem Gewicht verringert werden, weil der Objektivtubus 1 den Photo-Vervielfältiger M nicht unterstützen muss.
Andererseits ist der Ermittler für reflektierte Elektronen S2 derart angeordnet, um direkt über dem Betrachtungs-Objekt X in dem Objektivtubus 1 zu sein und hat in seinem Zentrum ein Loch Sa, durch welches die Elektronenstrahlung Z, dessen Reiserichtung bereits die Abkenkungs-Steuerung durch das Abtast-Linsen-Teil 4 erhalten hat, passiert. Hier wird der Ermittler für reflektierte Elektronen S2 im Bezug auf 5 beschrieben. 5 ist ein konzeptionelles Diagramm, welches ein Ausführungsbeispiel eines Ermittlers für reflektierte Elektronen darstellt. Der hier gezeigte Ermittler für reflektierte Elektronen ist ein Ermittler, welcher durch die Vierteilung eines Ermittlungs-Bereichs hergestellt wird, der die reflektierten Elektronen ermittelt, und die Polaritäten „+” und „–” , jedes der viergeteilten Ermittlungs-Bereiche (Kanäle CH1 bis CH4), befindlich um das Loch Sa, durch welches die Elektronenstrahlung Z passiert, können, wie in der Zeichnung gezeigt, mit den für jeden der Ermittlungs-Bereiche bereit gestellten Polaritätswechsel-Kanälen R1 bis R4 frei eingestellt werden. Zum Beispiel wird ein zusammen gesetztes Bild angezeigt, wenn die Polaritätswechsel-Kanäle R1 bis R4 für alle vier Kanäle CH1 bis CH4 auf „+” und ein topographisches Bild wird angezeigt, wenn die Polaritätswechsel-Kanäle (R1 bis R4) für zwei Kanäle oder einen Kanal der Kanäle CH1 bis CH4 auf „–” eingestellt sind und die Polaritätswechsel-Kanäle (R1 bis R4) von anderen Kanälen auf „+” gesetzt sind. In anderen Worten kann der in 5 gezeigte Ermittler für reflektierte Elektronen S2 entweder ein zusammen gesetztes Bild (COMPO-Bild) oder ein topographisches Bild (TOPO-Bild) anzeigen, gemäß der Polaritäts-Einstellung der Polaritätswechsel-Kanäle R1 bis R4. Der Ermittler für reflektierte Elektronen S2 schafft ein elektrisches Ermittlungs-Signal übereinstimmend mit den reflektierten Elektronen und gibt das Ermittlungs-Signal an die Steuer-Einheit E aus (Verweis auf 1), welche später beschrieben ist, die durch eine Signal-Leitung L und einen Anschluss 9 elektrisch mit dem Ermittler für reflektierte Elektronen S2 verbunden ist.
In einem konventionellen Aufbau wird ein Tisch O bewegt, um die Probe auf dem Tisch O zu bewegen, wenn der Betrachtungs-Bereich (die Betrachtungs-Oberfläche) auf der Probe bewegt wird, weil die zentrale Achse der Elektronenstrahlung in ihrer Stellung fest gestellt ist. Dann wird der Wechsel der Stellungen der Probe und der zentrale Elektronenstrahlung, welche auftritt, wenn der Tisch O bewegt wird, auf der Grundlage von einem an dem Tisch O angebrachten Isolierstoffbecher gemessenen Intensitäts-Verteilung festgestellt. Allerdings wird die Ableitungs-Steuerung der Elektronenstrahlung Z in der vorliegenden Erfindung durch das Bewegen des Abtast-Linsen-Teils 4 auf dem kugelförmigen Pfanne Q durchgeführt, da ein Tisch O nicht bereit gestellt ist, und ein konventioneller Isolierstoffbecher zur Feststellung der zentralen Achse der Elektronenstrahlung Z nicht bereit gestellt ist. Daher wird anstelle eines Isolierstoffbechers eine Vorrichtung benötigt, um die genaue Stellung der zentralen Achse der Elektronenstrahlung Z festzustellen, welche sich mit der Bewegung des Abtast-Linsen-Teils 4 ändert.
Daher wird in diesem Ausführungsbeispiel der wie oben beschriebene viergeteilte Ermittler für reflektierte Elektronen dazu verwendet, die Stellung der zentralen Achse der von der Bündelungs-Linse 3 gebündelten Elektronenstrahlung Z festzustellen und notwendige Anpassungen durchzuführen, um das Zentrum des Abtast-Linsen-Teils 4 auf die zentrale Achse der Elektronenstrahlung Z zu platzieren (in anderen Worten, optische Anpassung, Zentrierung). In diesem Fall wird festgelegt, dass das Zentrum des Abtast-Linsen-Teils 4 korrekt auf die zentrale Achse der von der Bündel-Linse 3 gebündelte Elektronenstrahlung Z zentriert ist, wenn die wenn die in Antwort auf die Ausstrahlung der Elektronenstrahlung Z erlangten Elektronen als einheitlich auf die vier viergeteilten Ermittlungs-Bereiche CH1 bis CH4 verteilt ermittelt werden.
Da der Bewegungs-Bereich wenn die Abtastung nur mittels der Bewegung des Elektronenstrahls Z durch die Bewegung des Abtast-Linsen-Teils 4 auf der kugelförmigen Pfanne Q durchgeführt wird, ist der betrachtbare Bereich begrenzt, so lange das Betrachtungs-Objekt fixiert ist. In einem konventionellen Aufbau wird die Probe (das Betrachtungsobjekt X) auf einem Tisch O platziert (Verweis auf 6) welcher vertikal und horizontal beweglich ist, und in einer Probenkammer kipp-bar und drehbar ist, so dass dass der betrachtete Teil der Probe (Betrachtungs-Objekt X), wie oben beschrieben, erheblich durch die Antriebs-Steuerung des Tisches O verändert werden kann.
Allerdings hat, wie von der 1 verstanden werden kann, die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, von Anfang an weder eine Probenkammer, noch einen Tisch an der offenen Endseite (der unteren Endseite in der Zeichnung) des Objektivtubus 1. In der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, muss, da die Elektronenstrahlung Z auf ein durch Saugkraft mit dem offenen Ende des Objektivtubus 1 in Berührung gebrachten Betrachtungs-Objekts X ausgestrahlt wird, die Vorrichtung selbst zu einem beabsichtigten Betrachtungsziel auf dem Betrachtungs-Objekt X bewegt werden. Um dies zu tun, muss der Objektivtubus 1 einmal von den Betrachtungs-Objekt X getrennt werden. In der vorliegenden Erfindung kann, da das Betrachtungs-Objekt X nur durch das Dichtungsteil 7 durch Verwendung eines in dem Objektivtubus 1 gehaltenen hohen Vakuum-Zustands von dem Objektivtubus 1 angezogen wird, das Vakuum in dem Objektivtubus 1 gebrochen werden und das Betrachtungs-Objekt X kann von dem Objektivtubus 1 getrennt werden, zum Beispiel durch das Kippen des Objektivtubus 1 nach vorne, um die enge Berührung zwischen dem Objektivtubus 1 zu lösen und es Luft zu gestatten, in den Objektivtubus 1 zu fließen, wodurch der Objektivtubus 1 leicht zu jedem Betrachtungspunkt auf dem Betrachtungs-Objekt X bewegt werden kann.
Wenn das Vakuum gebrochen wird, um den Objektivtubus 1 zu einer beabsichtigten Stelle auf dem Betrachtungs-Objekt X zu bewegen, ist es naturgemäß notwendig, wiederum einen hohen Vakuums-Zustand herzustellen, bevor eine weitere Betrachtung gemacht wird. Zum Zweck der Verringerung der Zeit, um ein Vakuum zu schaffen, wird in diesem Ausführungsbeispiel eine Scheidewand zur Aufteilung des Inneren des Objektivtubus 1 in zwei Kammern 100 und 200 bereit gestellt. Die Scheidewand H hat in ihrem Zentrum ein Loch Ha, durch welches die Elektronenstrahlung Z passiert. Der Ablass-Durchgang P, welcher den Objektivtubus 1 und die oben beschriebene Vakuumpumpe (nicht gezeigt) verbindet, beinhaltet zwei Ablass-Durchgänge, bereit gestellt für jede der von der Scheidewand H aufgeteilten Kammern 100 und 200. Ein Abschluss-Tor T (Schließer) wird in dem Ablass-Durchgang P welcher die Kammer 200 an der Seite des offenen Endes 1a des Objektivtubus 1 (untere Seite in der Zeichnung) der zwei Kammern 100 und 200 und die Vakuumpumpe verbindet, bereit gestellt.
Das Abschluss-Tor T wird gesteuert, um den Ablauf-Durchgang P während der Abgabe der Elektronenstrahlung Z offen zu halten, wenn der Objektivtubus 1 und das Betrachtungs-Objekt X nicht in Beziehung zueinander bewegt werden (in anderen Worten während der Betrachtung), so dass sowohl die Kammer 200 (zweite Kammer) an der Seite des offenen Endes 1a als auch die obere Kammer 100 (erste Kammer) durch die Vakuum-Pumpe in einem hohen Vakuums-Zustand gehalten werden können. Andererseits wird das Abschluss-Tor T gesteuert, um den Ablauf-Durchgang P geschlossen zu halten, wenn die Elektronenstrahlung nicht abgegeben wird, um den Objektivtubus 1 im Bezug auf das Betrachtungs-Objekt X zu bewegen (in anderen Worten, wenn keine Betrachtung gemacht wird), um ein niedrigeres Vakuum als in der Kammer 100 in der Kammer 200 an der Seite des offenen Endes 1a zu schaffen, so dass der Objektivtubus 1 leicht von dem Betrachtungs-Objekt X getrennt werden kann. Zusätzlich kann, da das Innere des Objektivtubus 1 in zwei Kammern 100 und 200 geteilt ist, wenn wieder ein hoher Vakuums-Zustand in dem Objektivtubus 1 geschaffen wird, nachdem der Objektivtubus 1 an eine beabsichtigte Stelle auf dem Betrachtungs-Objekt X bewegt wird, die zur Schaffung eines hohen Vakuums-Zustands in dem Objektivtubus 1 notwendige Zeit verringert werden, da was zu tun sein sollte, die schnellstmögliche Schaffung eines hohen Vakuums-Zustands in der Kammer 200 an der Seite des offen Endes 1a ist, in welchem der Vakuum-Grad verglichen zu dem in der oberen Kammer 100 verringert worden ist.
Nochmals Bezug nehmend auf 1 werden Steuerbefehle an die Elektronenkanone 2 und die Abtast-Ablenkungsvorrichtungen (die Bündelungs-Linde 3 und das Abtast-Linsen-Teil 4 entsprechen in diesem Ausführungsbeispiel den Abtast-Ablenkungsvorrichtungen), von der Steuereinheit E geliefert, welche in der Steuervorrichtungs-Gruppe A, bereit gestellt in dem Objektivtubus 1, beinhaltet ist, um Elektronenstrahlung Z auf das Betrachtungs-Objekt X auszustrahlen. Die Steuereinheit E ist ein Rechner, welcher zum Beispiel eine zentrale Recheneinheit, ein ROM, ein RAM und so weiter beinhaltet, und sendet Steuerbefehle zu einer Elektronenstrahlungs-Steuereinheit B und einer Abtast-Linsen-Teil-Bewegungs-Steuereinheit C, um die Ausstrahlung der Elektronenstrahlung Z auf die Oberfläche des Betrachtungs-Objekts X für die Abtastung mit der Elektronenstrahlung Z in dem Objektivtubus 1 zu steuern.
Die Elektronenstrahlungs-Steuereinheit B steuert die Elektronenkanone 2 in dem Objektivtubus 1, um die Abgabe von Elektronenstrahlung gemäß eines Steuerbefehls der Steuerungseinheit E zu starten oder zu stoppen. Die Abtast-Linsen-Teil-Bewegungs-Steuereinheit C steuert eine Betriebs-Vorrichtung zur Bewegung des Abtast-Linsen-Teils 4 auf der kugelförmigen Pfanne Q in dem Objektivtubus 1, um die Elektronenstrahlung Z gemäß eines Steuerbefehls von der Steuereinheit E abzulenken. Die Steuereinheit E empfängt Signale entsprechend der von den Ermittlern S1 und S2 ermittelten sekundären Elektronen und reflektierten Elektronen, welche sich getrennt außerhalb des Objektivtubus 1 befinden, und zeigt auf der Grundlage der empfangenen Signale ein zusammen gesetztes Bild (COMPO-Bild) oder ein topographisches Bild (TOPO-Bild) auf einer Anzeige-Einheit D an. Der Benutzer kann das Betrachtungsobjekt X durch Ansicht der auf der Anzeige-Einheit D angezeigten Bilder betrachten.
Obwohl nicht gezeigt kann die Steuervorrichtungs-Gruppe A eine Stromversorgung beinhalten, um die verschiedenen Bauteile mit Strom zu versorgen, eine Vakuum-Pumpen-Steuereinheit zur Steuerung der Ein/Ausschaltung der Vakuum-Pumpe eine Torsteuer-Einheit zur Steuerung der Öffnung und Schließung des in dem Ablauf-Durchgang P, welcher den Objektivtubus 1 und die Vakuum-Pumpe verbindet, bereit gestellten Abschluss-Tors und so weiter beinhalten. Es erübrigt sich zu sagen, dass die Steuervorrichtungs-Gruppe A andere einzelne Teile wie Steuereinheiten anders als die oben beschriebenen beinhalten kann.
In diesem Ausführungsbeispiel wird das Dichtungsteil 7, welches in direkte Berührung mit dem Betrachtungs-Objekt X gebracht wird, wie oben beschrieben, an dem offenen Ende 1a des Objektivtubus 1 bereit gestellt. Wenn in dem Objektivtubus 1 ein Vakuum durch die Vakuum-Pumpe geschaffen wird, wird das Dichtungsteil 7 in Berührung mit dem Betrachtungs-Objekt verformt, um die Anziehung des Betrachtungs-Objekts X zu dem Objektivtubus 1 hin zu gestatten. Zu dieser Zeit wird ein Vakuums-Zustand in dem Objektivtubus 1 und auf der Oberfläche des Betrachtungs-Objekts 1 beibehalten. Die Anziehung des Betrachtungs-Objekts X über das Dichtungsteil 7 kann das Betrachtungs-Objekt X in direkter und naher Berührung mit dem Objektivtubus 1 fixieren. In anderen Worten wird direkt zu dem offenen Ende 1a des Objektivtubus 1 hin angezogen, in Berührung mit dem Objektivtubus 1 als eine Mikroskop-Haupt-Einheit fixiert, um Bewegung in Beziehung zwischen ihnen zu verhindern, anstelle der Verwendung einer luftdichten Probenkammer, wie in einem konventionellen Raster-Elektronen-Mikroskop.
In diesem Aufbau kann, obwohl dass das Elektronen-Mikroskop einen kleinen und leichten Objektivtubus ohne eine Probekammer hat, ein Vakuums-Zustand in dem Objektivtubus 1 auf einer Oberfläche des Betrachtungs-Objekts X leicht beibehalten werden und nachteilige Auswirkungen während der Betrachtung, so wie eine Verschwommenheit des Bilds, treten nicht auf, selbst wenn der Objektivtubus 1 oder das Betrachtungs-Objekt X vibriert werden, weil der Objektivtubus 1 und Betrachtungs-Objekt X in Beziehung zueinander nicht bewegt werden. Da der Objektivtubus 1 direkt auf dem Betrachtungs-Objekt X angebracht werden kann, auf welches die Elektronenstrahlung ausgestrahlt wird, kann ein Betrachtungs-Objekt X, welches normalerweise zu groß ist, um in eine Probenkammer zu passen, direkt ohne vorherige Verarbeitung betrachtet werden
Weil sich der Szintillator 8 des Ermittlers für sekundäre Elektronen S1 in dem Objektivtubus 1 befindet, während der Photo-Vervielfältiger M sich außerhalb des Objektivtubus 1 getrennt und unabhängig von dem Objektivtubus 1 befindet, kann der Objektivtubus verglichen mit dem Fall, wo der Photo-Vervielfältiger M direkt im Objektivtubus 1 bereit gestellt wird, in seiner Größe verringert werden, und der Objektivtubus 1 kann im Gewicht verringert werden, weil der Objektivtubus 1 keine hohe Stärke benötigt. Zusätzlich können, da die Sammel-Linse 3 die Objektiv-Linse 6 unter Verwendung von Dauermagneten J1 und J2 aufgebaut sind, die Sammel-Linse und Objektiv-Linse kleiner sein als die Sammel-Linse und die Objektiv-Linse, welche unter Verwendung einer magnetischen Feldspule aufgebaut sind, was zu einer Verringerung der Größe und des Gewichts des Objektivtubus 1 selbst führt. Darüber hinaus kann, weil die Reiserichtung der Elektronenstrahlung Z im Objektivtubus 1 gesteuert wird, um das Sichtfeld durch die Bewegung des Abtast-Linsen-Teils 4, welches die Abtast-Spule 5 und die Objektiv-Linse 6 in ihrem Inneren hat, auf einer genauen kugelförmigen Oberfläche entlang der kugelförmigen Pfanne Q zu bewegen, das betrachtete Teil (die Betrachtungs-Oberfläche) auf dem Betrachtungs-Objekt X erheblich verändert werden, trotz der Tatsache, dass der Objektivtubus 1 keine Probenkammer hat.
Zusätzlich kann das Raster-Elektronen-Mikroskop gemäß der vorliegenden Erfindung, welches einen kleine und leichten Objektivtubus 1 hat, leicht an das Ende eines Arms oder ähnlichem angebracht werden und kann zum Beispiel verwendet werden, um Einzelteile auf dem gesamten Automobil (vollendeten Fahrzeug) zu betrachten, so wie untere, obere und Seiten-Flächen eines Automobils und solche, die in dem Antrieb oder dem Inneren des Fahrzeugs verwendet werden, weil das offene Ende nicht notwendigerweise nach unten gerichtet werden muss, sondern zur Betrachtung in jede Richtung gerichtet werden kann.
Während ein Beispiel des Ausführungsbeispiels im Bezug auf die Zeichnungen beschrieben worden ist, ist es unnötig zu erwähnen, dass die vorliegende Erfindung darauf nicht begrenzt ist und dass verschiedene Ausführungsbeispiele möglich sind. Zusätzlich ist die Ausführung der vorliegenden Erfindung nicht auf ein Raster-Elektronen-Mikroskop begrenzt. Zum Beispiel ist die vorliegende Erfindung ebenfalls auf eine Elektronenstrahl-Anzeigevorrichtung anwendbar. Weiterhin können verschiedene Veränderungen gemacht werden, ohne den Hauptinhalt der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Diese Anmeldung begründet sich, und beansprucht Vorrang vor, JP PA 2010-274626 , angemeldet am 9. Dezember 2010. Die Offenbarung der vorrangigen Anmeldungen, sind als Bezug zur Gänze, einschließlich ihrer Zeichnungen, Ansprüche und Ausführungen zum Bezug hierin eingebunden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 4349964 B [0002]
JP 2010-274626 A [0057]

Claims

Ein Elektronen-Mikroskop, welches aufweist eine Elektronenkanone (2) zur Aussendung von Elektronenstrahlung (Z), eine Abtast-Ablenkungsvorrichtung (3, 4 ,5 , 6) zur Bündelung und Ablenkung der von der Elektronenkanone abgegebenen Elektronenstrahlung und zur Ausstrahlung der Elektronenstrahlung auf ein Betrachtungs-Objekt (X), und zumindest einen von einem Ermittler für sekundäre Elektronen (S1) zur Ermittlung von dem Betrachtungs-Objekt in Antwort auf die Bestrahlung mit Elektronenstrahlung abgegebener sekundärer Elektronen und einen Ermittler für reflektierte Elektronen (S2) zur Ermittlung von dem Betrachtungs-Objekt in Antwort auf die Bestrahlung mit Elektronenstrahlung abgegebener reflektierter Elektronen, damit charakterisiert umfasst das besagte Elektronen-Mikroskop weiterhin: einen Objektivtubus (1), welcher auf der Seite ein offenes Ende hat, zu welchem die von der Elektronenkanone ausgesendete Elektronenstrahlung reist, und welches zumindest die Elektronenkanone und die Abtast-Ablenkungsvorrichtung enthält; und ein Dichtungsteil (7), welches an der Kante des offenen Endes des Objektivtubus bereit gestellt ist und in Berührung mit dem Betrachtungs-Objekt gebracht ist, wobei der Objektivtubus (1) durch die Schaffung eines Vakuums in dem Objektivtubus (1) in direkte und nahe Berührung mit dem Betrachtungs-Objekt gebracht ist, so dass das Betrachtungs-Objekt über das Dichtungsteil (7) von dem Objektivtubus angezogen werden kann.
Das Elektronen-Mikroskop gemäß dem Anspruch 1, worin der Ermittler sekundärer Elektronen (S1) zumindest einen Szintillator (8), eine Lichtführung (F) und einen Photo-Vervielfältiger (M) beinhaltet, und der Photo-Vervielfältiger sich getrennt und unabhängig von dem Objektivtubus außerhalb des Objektivtubus befindet und die Lichtführung zur Übertragung von vom Szintillator aufgefangenen sekundärer Elektronen an den sich in dem Objektivtubus befindenden Photo-Vervielfältiger aus einem optischen Signal-Übertragungsweg gebildet ist, welcher aus biegsamem Material gemacht ist.
Das Elektronen-Mikroskop gemäß dem Anspruch 1, worin die Abtast-Ableitungsvorrichtung (3, 4, 5, 6) eine Sammel-Linse (3) zur Bündelung der Elektronenstrahlung und eine Objektiv-Linse (6) zur Fokussierung der gebündelten Elektronenstrahlen auf das Betrachtungs-Objekt beinhaltet, und zumindest eine der Sammel-Linse und der Objektiv-Linse unter Verwendung von einem Dauermagneten (S1, J2) aufgebaut ist.
Das Elektronen-Mikroskop gemäß dem Anspruch 3, worin zumindest eines der Sammel-Linse (3) und der Objektiv-Linse (6) einen Dauermagneten (J1, J2) umfasst, welcher ein Loch hat, durch welches die von der Elektronenkanone ausgesendete Elektronenstrahlung passiert und einen den Dauermagneten umgebenden Kern hat, und eine dem Loch gegenüber liegende und zum Dauermagneten hin gebogene Kante hat.
Das Elektronen-Mikroskop gemäß irgendeinem der Ansprüche 1–4, worin die Abtast-Ablenkungsvorrichtung (3, 4, 5, 6) eine Abtastspule (5) zur Ablenkung er Elektronenstrahlung und mit der Abtastspule (5) integrierte Objektiv-Linse (6) beinhaltet, und worin die Reiserichtung der Elektronenstrahlung durch die mit der Abtastspule (5) integrierte Objektiv-Linse (6) auf einer besonderen kugelförmigen Oberfläche entlang einer kugelförmigen Pfanne (Q) gesteuert ist, um das Betrachtungsfeld zu bewegen.
Das Elektronen-Mikroskop gemäß irgendeinem der Ansprüche 1–5, worin der Ermittler reflektierter Elektronen (S2) ein Ermittler hergestellt aus der Vierteilung eines Ermittlungs-Bereichs ist, der die von dem Betrachtungsobjekt in Antwort auf die Bestrahlung der Elektronenstrahlung reflektierten Elektronen ermittelt.
Das Elektronen-Mikroskop gemäß irgendeinem der Ansprüche 1–6, welche weiterhin eine Scheidewand (H), um das Innere des Objektivtubus (1) in zwei Kammern zu teilen, Ablass-Durchgänge (P), welche eine Vakuum-Pumpe und jeweils jede der zwei Kammern verbinden und ein Tor (T), zur Öffnung oder Schließung des Ablass-Durchgangs, der die zwei Kammern an der Seite des offenen Endes der zwei Kammern und die Vakuum-Pumpe verbindet
Das Elektronen-Mikroskop gemäß irgendeinem der Ansprüche 1–6, welches weiterhin eine Vakuum-Pumpe zur Schaffung eines Vakuums in dem Objektivtubus (1) umfasst.