DE112012001214T5

DE112012001214T5 - Ladungsteilchenstrahlvorrichtung

Info

Publication number: DE112012001214T5
Application number: DE112012001214.3T
Authority: DE
Inventors: Tomohisa Ohtaki; Sukehiro Ito; Yusuke Ominami
Original assignee: Hitachi High Technologies Corp; Hitachi High Tech Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2011-04-11
Filing date: 2012-03-02
Publication date: 2014-01-30
Anticipated expiration: 2032-03-03
Also published as: US9105442B2; KR20140130531A; DE112012001214B4; US8921786B2; CN103477415A; KR101519283B1; JP5699023B2; KR101519315B1; WO2012140822A1; JP2012221766A; CN103477415B; US20150076347A1; US20140021347A1; US20140175278A1; KR20140143462A; US8710439B2; KR101688293B1; KR20130135341A

Abstract

Vorgestellt wird eine Ladungsteilchenstrahlvorrichtung oder ein Ladungsteilchenmikroskop zum Betrachten einer Probe in einer Luftatmosphäre oder einer Gasumgebung, bei der keine wesentlichen Änderungen am Aufbau eines herkömmlichen Hochvakuum-Ladungsteilchenmikroskops erforderlich sind. In der Ladungsteilchenstrahlvorrichtung wird eine dünne Folie (10) dazu verwendet, um die Vakuumumgebung von der Luftatmosphäre (oder Gasumgebung) zu trennen, wobei ein Anbauteil (121), an dem die dünne Folie (10) angebracht ist und dessen Inneres in einer Luftatmosphäre oder einer Gasumgebung gehalten werden kann, in die Vakuumkammer (7) eines Hochvakuum-Ladungsteilchenmikroskops eingesetzt wird. Das Anbauteil (121) ist vakuumdicht am Vakuumabschnitt der Vakuumprobenkammer angebracht. Durch das Ersetzen der Atmosphäre im Anbauteil durch Helium oder ein Gas aus leichten Elementen mit einer kleineren Masse als die Atmosphärengase wie Stickstoff oder Wasserdampf wird die Bildqualität weiter erhöht.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Mikroskoptechnologie, bei der die zu beobachtende Probe bei Atmosphärendruck oder in einer vorgegebenen Gasumgebung betrachtet werden kann, und insbesondere ein Tisch-Ladungsteilchenmikroskop.
Stand der Technik
Zum Betrachten eines kleinen Bereichs auf einem Gegenstand werden Rasterelektronenmikroskope (REM), Transmissionselektronenmikroskope (TEM) und dergleichen verwendet. Bei diesen Geräten wird die Probe in der Regel abgebildet, nachdem ein zweites Gehäuse, das die Probe enthält, evakuiert wurde und die Probenatmosphäre im Vakuumzustand ist. Es ist jedoch immer öfter erforderlich, Proben, die im Vakuum Schaden nehmen oder ihren Zustand verändern, mit einem Elektronenmikroskop zu untersuchen, etwa biochemische Proben oder flüssige Proben. In den letzen Jahren wurden daher Rasterelektronenmikroskope, Probenhalterungen und dergleichen entwickelt, mit denen Proben unter Atmosphärendruck betrachtet werden können.
Bei diesen Vorrichtungen werden der Vakuumzustand und der Atmosphärenzustand zwischen der Elektronenoptik und der Probe durch eine dünne Folie oder durch eine kleine Öffnung voneinander getrennt, wobei es üblich ist, daß zwischen der Probe und der Elektronenoptik eine dünne Folie angeordnet wird.
Zum Beispiel ist in der Patent-Druckschrift 1 ein Atmosphärendruck-REM beschrieben, bei dem die Elektronenquellenseite der elektronenoptischen Säule nach unten zeigt und bei dem die Objektivlinsenseite nach oben weist, und an einer Elektronenstrahl-Emissionsöffnung am Ende der elektronenoptischen Säule ist mit einem O-Ring dazwischen eine dünne Folie angeordnet, die den Elektronenstrahl durchläßt. Bei dem Gegenstand der Patent-Druckschrift 1 erfolgt die REM-Betrachtung derart, daß die zu betrachtende Probe direkt an der dünnen Folie angebracht wird und von der Unterseite der Probe mit dem Primärelektronenstrahl bestrahlt wird, um anschließend die reflektierten Elektronen oder die Sekundärelektronen zu erfassen. Die Probe befindet sich in einem Raum, der von der dünnen Folie und einem um die dünne Folie angeordneten ringförmigen Element gebildet wird. Der Raum ist mit einer Flüssigkeit wie Wasser gefüllt. Das in der Patent-Druckschrift 1 beschriebene Atmosphärendruck-REM ist besonders für die Betrachtung einer biologischen Probe geeignet.
Die Patent-Druckschrift 2 beschreibt eine Umgebungszelle, bei der sich die zu betrachtende Probe in einem plattenartigen zylindrischen Behälter befindet, an dessen Oberseite eine Öffnung für einen Elektronenstrahl vorgesehen ist. Der zylindrische Behälter ist für die Vakuum-Probenkammer eines REM vorgesehen. Vom zylindrischen Behälter führt ein Schlauch durch die Vakuum-Probenkammer nach außen, wodurch das Innere des Behälters auf einer Pseudo-Luftatmosphäre gehalten werden kann. Der Begriff ”Pseudo” hat hier die Bedeutung, daß, wenn die Vakuum-Probenkammer evakuiert ist, aus der Öffnung ein Gas ausströmt, so daß die Betrachtung nicht im eigentlichen Sinn in einer Atmosphärendruckumgebung erfolgt.
Liste der zitierten Druckschriften
Patent-Druckschriften

Patent-Druckschrift 1: JP 2009-158222 A ( US-Patent 2009/0166536 A )
Patent-Druckschrift 2: JP 2009-245944 A ( US-Patent 2009/0242763 A )

Zusammenfassende Darstellung der Erfindung
Technisches Problem
Das herkömmliche Ladungsteilchenmikroskop oder die herkömmliche Ladungsteilchenstrahlvorrichtung mit einer Funktion zur Betrachtung in einer Gasumgebung ist eine Vorrichtung, die besonders dafür angefertigt wurde, die Betrachtung in einer Gasumgebung durchzuführen, und es gibt keine Vorrichtung, mit der mit einem gewöhnlichen Hochvakuum-Ladungsteilchenmikroskop leicht eine Betrachtung unter Atmosphärendruck/in einer Gasumgebung durchgeführt werden kann.
Zum Beispiel hat das in der Patent-Druckschrift 1 beschriebene Atmosphärendruck-REM einen ganz besonderen Aufbau, und es können damit keine REM-Untersuchungen in einer gewöhnlichen Hochvakuumumgebung erfolgen. Die zu betrachtende Probe ist an einer dünnen Folie angebracht, die sich in einer Flüssigkeit befindet, so daß die Gefahr besteht, daß die Probe bei der Betrachtung unter Atmosphärendruck naß wird. Es ist daher schwierig, damit eine Probe sowohl in Luftumgebung als auch in einer Hochvakuumumgebung im gleichen Zustand zu betrachten. Die dünne Folie steht ständig mit der Flüssigkeit in Kontakt und kann sehr leicht beschädigt werden.
Mit der in der Patent-Druckschrift 2 beschriebenen Umgebungszelle kann eine Betrachtung unter Atmosphärendruck/in einer Gasumgebung erfolgen. Es können jedoch nur Proben untersucht werden, die von der Größe her in die Zelle eingesetzt werden können, so daß es nicht möglich ist, große Proben unter Atmosphärendruck/in einer Gasumgebung zu betrachten. Bei der Verwendung einer solchen Umgebungszelle ist es zur Betrachtung einer anderen Probe erforderlich, die Umgebungszelle aus der Vakuum-Probenkammer des REM zu nehmen, die Probe zu ersetzen und die Umgebungszelle wieder in die Vakuum-Probenkammer einzusetzen, so daß der Probenaustausch ziemlich kompliziert ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Ladungsteilchenstrahlvorrichtung oder ein Ladungsteilchenmikroskop zu schaffen, mit der bzw. mit dem die zu betrachtende Probe in einer Atmosphärenumgebung oder in einer Gasumgebung betrachtet werden kann, ohne daß es erforderlich ist, dazu den Aufbau eines herkömmlichen Hochvakuum-Ladungsteilchenmikroskops wesentlich zu verändern.
Lösung für das Problem
Erfindungsgemäß wird das genannte Problem dadurch gelöst, daß an der Vakuumkammer eines Ladungsteilchenmikroskops ein Anbauteil angebracht wird, das die Probe aufnehmen kann und in dem der Druck höher ist als der Druck in der Vakuumkammer, wobei das Anbauteil durch eine Öffnung in der Vakuumkammer in die Vakuumkammer hineinragt. Die Öffnung der Vakuumkammer ist zum Beispiel in einer Seitenfläche oder in der Bodenfläche der Vakuumkammer vorgesehen. Am Anbauteil ist eine dünne Folie angeordnet, durch die der primäre Ladungsteilchenstrahl in das Innere des Anbauteils eintreten kann und die sicherstellt, daß zwischen dem Inneren der Vakuumkammer und dem Inneren des Anbauteils eine Druckdifferenz aufrecht erhalten werden kann. Die Vakuumkammer kann auch als erstes Gehäuse bezeichnet werden und das Anbauteil als zweites Gehäuse für die Vakuumkammer.
Vorteilhafte Auswirkungen der Erfindung
Durch die dünne Folie bleibt in der Vakuumkammer ein gutes Vakuum erhalten, während sich das Innere des Anbauteils unter Atmosphärendruck/in einer Gasumgebung befindet. Die zu betrachtende Probe wird in das Anbauteil eingesetzt oder daraus entnommen. Mit der vorliegenden Erfindung wird damit ein Ladungsteilchenmikroskop geschaffen, mit dem leichter als bisher eine Betrachtung unter Atmosphärendruck/in einer Gasumgebung erfolgen kann.
Da das erfindungsgemäße Anbauteil an einer Seitenfläche der Probenkammer angesetzt wird, kann es auch groß ausgeführt werden. Es ist damit möglich, auch große Proben zu untersuchen, die nicht in der genannten Umgebungszelle untergebracht werden können.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Ansicht des Gesamtaufbaus eines Ladungsteilchenmikroskops bei einer Ausführungsform 1.
2 ist eine Ansicht des Gesamtaufbaus eines Ladungsteilchenmikroskops bei einer Ausführungsform 2.
3 zeigt das Ladungsteilchenmikroskop der Ausführungsform 2 mit einem herausgezogenen Plattenelement.
4 zeigt das Ladungsteilchenmikroskop der Ausführungsform 2 bei der Verwendung als Hochvakuum-REM.
5 zeigt den Betriebsablauf bei dem Ladungsteilchenmikroskop der Ausführungsform 2.
6 zeigt eine beispielhafte Ausgestaltung des Ladungsteilchenmikroskops der Ausführungsform 2.
7 zeigt eine beispielhafte Ausgestaltung des Ladungsteilchenmikroskops der Ausführungsform 2.
8 zeigt eine beispielhafte Ausgestaltung des Ladungsteilchenmikroskops der Ausführungsform 2.
9 ist eine Ansicht des Gesamtaufbaus eines Ladungsteilchenmikroskops bei einer Ausführungsform 3.
10 ist eine Ansicht des Gesamtaufbaus eines Ladungsteilchenmikroskops bei einer Ausführungsform 4.
11 ist eine Ansicht des Gesamtaufbaus eines Ladungsteilchenmikroskops bei einer Ausführungsform 5.
Beschreibung von Ausführungsformen
Im folgenden werden Ausführungsformen anhand der Zeichnungen beschrieben.
Ausführungsform 1
Diese Ausführungsform beschreibt die einfachste Ausführungsform. Die 1 ist eine Ansicht des Gesamtaufbaus eines Ladungsteilchenmikroskops bei dieser Ausführungsform. Das Ladungsteilchenmikroskop der 1 umfaßt im wesentlichen eine optische Säule 2 für die Ladungsteilchen, ein erstes Gehäuse (d. h. eine Vakuumkammer) 7, die die optische Säule 2 für die Ladungsteilchen bezüglich einer Installationsebene für die Vorrichtung trägt, ein zweites Gehäuse (d. h. ein Anbauteil) 121, das im Gebrauch in das erste Gehäuse 7 eingesetzt wird, und eine Steuerung. Bei der Verwendung des Ladungsteilchenmikroskops werden das Innere der optischen Säule 2 für die Ladungsteilchen und das erste Gehäuse von einer Vakuumpumpe 4 auf ein Vakuum evakuiert. Der Betrieb der Vakuumpumpe 4 wird auch von der Steuerung gesteuert. In der 1 ist zwar nur eine einzige Vakuumpumpe 4 gezeigt, es können jedoch auch zwei oder mehr Vakuumpumpen 4 vorgesehen sein.
Die optische Säule 2 für die Ladungsteilchen enthält Elemente wie eine Ladungsteilchenquelle 0, die einen Ladungsteilchenstrahl erzeugt, und optische Linsen 1, die den erzeugten Ladungsteilchenstrahl auf den Boden der Säule fokussieren und auslenken, um damit eine Probe 6 als primärer Ladungsteilchenstrahl abzutasten. Die optische Säule 2 für die Ladungsteilchen ist so angeordnet, daß sie in das Innere des ersten Gehäuses 7 vorsteht, und sie ist mit einem Vakuumabdichtelement 123 dazwischen am ersten Gehäuse 7 befestigt. Am Ende der optischen Säule 2 für die Ladungsteilchen ist ein Detektor 3 zum Erfassen von sekundären Ladungsteilchen (d. h. von Sekundärelektronen oder reflektierten Elektronen), die beim Bestrahlen mit dem primären Ladungsteilchenstrahl erzeugt werden, angebracht. Bei dem beispielhaften Aufbau der 1 ist der Detektor 3 im ersten Gehäuse 7 untergebracht, er kann jedoch auch in der optischen Säule 2 für die Ladungsteilchen oder im zweiten Gehäuse 121 angeordnet sein.
Das Ladungsteilchenmikroskop der vorliegenden Ausführungsform umfaßt für die Steuerung einen PC 35, den der Benutzer der Vorrichtung benutzt, eine übergeordnete Steuerung 36, die mit dem PC 35 in Verbindung steht, und eine nachgeordnete Steuerung 37, die eine Vakuumevakuierungseinheit, eine optische Einheit für die Ladungsteilchen und dergleichen entsprechend den von der übergeordneten Steuerung 36 übertragenen Anweisungen steuert. Der PC 35 umfaßt einen Monitor zum Anzeigen eines Betriebsbildschirms (mit einer graphischen Benutzeroberfläche) für die Vorrichtung und eine Eingabevorrichtung, etwa eine Tastatur und eine Maus. Die übergeordnete Steuerung 36 und die nachgeordnete Steuerung 37 sind über eine Verbindungsleitung 43 miteinander verbunden, während die übergeordnete Steuerung 36 und der PC 35 über eine Verbindungsleitung 44 miteinander verbunden sind.
Die nachgeordnete Steuerung 37 ist ein Abschnitt zum Aussenden und Aufnehmen von Steuersignalen zum Steuern der Vakuumpumpen 4, eines Gassteuerventils 101, der Ladungsteilchenquelle 0, der optischen Linsen 1 und dergleichen. Sie wandelt außerdem das Ausgangssignal des Detektors 3 in ein digitales Bildsignal um, das zur übergeordneten Steuerung 36 übertragen wird. In der 1 wird das Ausgangssignal des Detektors 3 direkt zur nachgeordneten Steuerung 37 geführt, es kann sich jedoch auch noch ein Verstärker, etwa ein Vorverstärker, dazwischen befinden.
Die übergeordnete Steuerung 36 und die nachgeordnete Steuerung 37 können eine Mischung aus analogen Schaltungen und digitalen Schaltungen enthalten. Außerdem können die übergeordnete Steuerung 36 und die nachgeordnete Steuerung 37 aus einer einzigen integrierten Schaltung bestehen. Der in der 1 gezeigte Aufbau der Steuerung ist nur beispielhaft, und Varianten der Steuereinheiten, des Ventils, der Vakuumpumpe, der Verbindungsleitungen und dergleichen fallen alle in die Kategorie des REM oder der Ladungsteilchenstrahlvorrichtung der vorliegenden Ausführungsform, solange sie die Funktionen erfüllen, die bei dieser Ausführungsform vorgesehen sind.
Mit dem ersten Gehäuse 7 ist eine Vakuumleitung 16 verbunden, die an ihrem anderen Ende mit der Vakuumpumpe 4 verbunden ist. Das Innere des ersten Gehäuses 7 kann damit im Vakuumzustand gehalten werden. Das erste Gehäuse 7 enthält auch ein Einlaßventil 14, über das das Innere des Gehäuses der Atmosphäre ausgesetzt werden kann, so daß das Innere des ersten Gehäuses bei der Wartung zur Atmosphäre geöffnet werden kann. Das Einlaßventil 14 kann vorhanden sein oder nicht, und es können auch zwei oder mehr Einlaßventile 14 vorhanden sein. Die Anordnungsposition des Einlaßventils 14 am ersten Gehäuse 7 ist nicht auf die in der 1 gezeigte Position beschränkt, das Einlaßventil 14 kann auch an einer anderen Stelle am ersten Gehäuse 7 angebracht sein. Das erste Gehäuse 7 weist an einer seiner Seitenflächen eine Öffnung auf, durch die das zweite Gehäuse 121 in das erste Gehäuse 7 eingesetzt wird.
Das zweite Gehäuse 121 umfaßt einen Hauptkörperabschnitt 131 in kubischer Form und einen Ansetzabschnitt 132. Der Hauptkörperabschnitt 131 nimmt die Probe 6 auf, die betrachtet werden soll, und wird durch die Öffnung in das erste Gehäuse 7 eingesetzt. Der Ansetzabschnitt 132 bildet eine Ansetzfläche, die an der Seitenfläche mit der Öffnung an die Außenwand des ersten Gehäuses 7 angesetzt wird, und wird mit einem Vakuumabdichtelement 126 dazwischen an der Außenwand der Seitenfläche befestigt. Auf diese Weise wird das zweite Gehäuse 121 vollständig in das erste Gehäuse 7 eingesetzt. Die Öffnung läßt sich ganz einfach dadurch schaffen, daß eine Öffnung benutzt wird, die die Vakuum-Probenkammer des Ladungsteilchenmikroskops bereits zum Einführen und Entnehmen der Probe besitzt. Wenn das zweite Gehäuse 121 eine Größe aufweist, die der Größe einer bereits vorhandenen Öffnung entspricht, und in dem Bereich um die Öffnung das Vakuumabdichtelement 126 angebracht wird, lassen sich die Änderungen, die an der Vorrichtung vorzunehmen sind, auf ein Minimum beschränken.
Der Hauptkörperabschnitt 131 weist an seiner Oberseite eine dünne Folie 10 auf. Die dünne Folie 10 ist an einer Stelle angeordnet, an der sie unmittelbar unter der optischen Säule 2 für die Ladungsteilchen liegt, wenn das zweite Gehäuse 121 vollständig in das erste Gehäuse 7 eingesetzt ist. Die dünne Folie 10 kann der primäre Ladungsteilchenstrahl, der am unteren Ende von der optischen Säule 2 für die Ladungsteilchen emittiert wird, durchsetzen oder passieren, so daß der primäre Ladungsteilchenstrahl durch die dünne Folie 10 die Probe 6 erreichen kann.
Wenn der Ladungsteilchenstrahl ein Elektronenstrahl ist, sollte die dünne Folie 10 eine Dicke haben, die es dem Elektronenstrahl erlaubt, die dünne Folie 10 zu durchsetzen, das heißt eine Dicke von etwa 20 μm oder weniger haben. Anstelle der dünnen Folie kann auch ein Blendenelement mit einer durchgehenden Öffnung verwendet werden, durch die der primäre Ladungsteilchenstrahl läuft. Der Durchmesser der Öffnung ist in diesem Fall vorzugsweise kleiner oder gleich einer Fläche von etwa 1 mm², damit mit realistischen Vakuumpumpen ein differentielles Abpumpen erfolgen kann. Wenn der Ladungsteilchenstrahl ein Ionenstrahl ist, ist es schwierig, damit eine dünne Folie zu durchsetzen, ohne die dünne Folie zu schädigen. Es wird daher in diesem Fall eine Öffnung mit einer Fläche kleiner oder gleich etwa 1 mm² verwendet. Die strichpunktierte Linie in der 1 bezeichnet die optische Achse des primären Ladungsteilchenstrahls. Die optische Säule 2 für die Ladungsteilchen, das erste Gehäuse 7 und die dünne Folie 10 sind längs der optischen Achse des primären Ladungsteilchenstrahls angeordnet. Der Abstand zwischen der Probe 6 und der dünnen Folie 10 wird mittels eines Probentisches 17 mit einer geeigneten Höhe eingestellt.
Wie in der 1 gezeigt, ist die Seitenfläche des zweiten Gehäuses 121 offen, und die Probe 6 im zweiten Gehäuse 121 (d. h. rechts von der gestrichelten Linie in der 1; im folgenden im zweiten Raum) befindet sich bei der Betrachtung unter Atmosphärendruck. Mit dem ersten Gehäuse 7 ist die Vakuumpumpe 4 verbunden, so daß der geschlossene Raum, der von der Innenwand des ersten Gehäuses 7, der Außenwand des zweiten Gehäuses 121 und der dünnen Folie 10 gebildet wird (im folgenden der erste Raum), auf ein Vakuum evakuiert werden kann. Bei der vorliegenden Ausführungsform befinden sich somit, wenn die Vorrichtung in Betrieb ist, die optische Säule 2 für die Ladungsteilchen und der Detektor 3 im Vakuumzustand, während die Probe 6 unter Atmosphärendruck gehalten wird. Da das zweite Gehäuse 121 an der Seite offen ist, kann die Probe 6 während der Betrachtung leicht ersetzt werden.
Wie beschrieben umfaßt die vorliegende Ausführungsform ein Ladungsteilchenmikroskop, mit dem auch eine relativ große Probe unter Atmosphärendruck betrachtet werden kann.
Ausführungsform 2
Bei dieser Ausführungsform wird ein Beispiel für die Anwendung auf ein Tisch-Rasterelektronenmikroskop beschrieben. Es wird zwar ein Beispiel für die Anwendung bei einem Rasterelektronenmikroskop beschrieben, die vorliegende Ausführungsform kann jedoch auch bei einem anderen Ladungsteilchenmikroskop angewendet werden, etwa bei einem Ionenmikroskop.
Die 2 zeigt eine Ansicht des Gesamtaufbaus eines Rasterelektronenmikroskops bei der vorliegenden Ausführungsform. Wie bei der Ausführungsform 1 umfaßt das Rasterelektronenmikroskop der vorliegenden Ausführungsform eine elektronenoptische Säule 2, ein erstes Gehäuse (d. h. eine Vakuumkammer) 7, die die elektronenoptische Säule bezüglich einer Installationsebene für die Vorrichtung trägt, ein zweites Gehäuse (d. h. ein Anbauteil) 121, das im Gebrauch in das erste Gehäuse 7 eingesetzt wird, und eine Steuerung. Der Betrieb und die Funktion der einzelnen Elemente oder von zusätzlichen Elementen entspricht im wesentlichen dem bei der Ausführungsform 1. Eine erneute genaue Beschreibung davon unterbleibt daher.
Die dünne Folie 10 des Rasterelektronenmikroskops ist im Gegensatz zur Ausführungsform 1 bei der vorliegenden Ausführungsform mit einem Folienhalteelement 47 abnehmbar an der Oberseite des Hauptkörperabschnitts 131 des zweiten Gehäuses befestigt. Die dünne Folie 10 ist vakuumdicht am Folienhalteelement 47 angebracht. Alternativ ist es möglich, ein Vakuumabdichtelement wie einen O-Ring oder ein organisches Material wie einen Klebstoff oder ein Klebeband zu verwenden.
Das Folienhalteelement 47 ist mit einem Vakuumabdichtelement dazwischen abnehmbar an der Unterseite der Deckplatte des zweiten Gehäuses 121 befestigt. Die dünne Folie 10 ist ziemlich dünn, nur etwa 20 μm dick, damit sie vom Elektronenstrahl durchsetzt werden kann. Es ist daher möglich, daß die dünne Folie 10 mit der Zeit schlechter wird oder bei den Vorbereitungen für eine Betrachtung beschädigt wird. Außerdem ist es schwierig, direkt mit der dünnen Folie 10 umzugehen. Wenn die dünne Folie 10 daher nicht direkt gehandhabt werden muß, sondern wie bei der vorliegenden Ausführungsform mittels des Folienhalteelements 47 gehandhabt werden kann, wird die Handhabung (insbesondere ein Ersetzen) der dünnen Folie 10 sehr einfach. Wenn die dünne Folie 10 beschädigt ist, kann das ganze Folienhalteelement 47 ersetzt werden. Aber auch wenn die dünne Folie 10 direkt ersetzt werden muß, kann dazu das Folienhalteelement 47 aus der Vorrichtung genommen werden und die dünne Folie 10 außerhalb des Geräts ersetzt werden. Wie bei der Ausführungsform 1 kann anstelle der dünnen Folie auch ein Blendenelement mit einer Öffnung mit einer Fläche von weniger oder gleich etwa 1 mm² verwendet werden.
Das Folienhalteelement 47 der vorliegenden Ausführungsform weist auf der zur Probe 6 zeigenden Seite ein Begrenzungselement 105 auf, das einen Kontakt zwischen der dünnen Folie und der Probe verhindert. Als Begrenzungselement 105 kann alles verwendet werden, das einen Abstand zwischen der Probe und der dünnen Folie sicherstellt. Am einfachsten ist es, wenn als Begrenzungselement 105 ein Klebstoff oder ein Klebeband aufgebracht wird. Unter Berücksichtigung der mittleren freien Weglänge des Primärelektronenstrahls, der die dünne Folie 10 durchsetzt hat, wird für das Begrenzungselement 105 vorzugsweise ein Dünnschichtmaterial verwendet, dessen Dicke genau bekannt ist. In der 2 ist das Begrenzungselement 105 am Folienhalteelement 47 angebracht, es kann jedoch auch an der dünnen Folie 10 oder an einem Probentisch 5 angebracht sein oder mit der Probe 6 verbunden sein. Das Begrenzungselement 105 kann abnehmbar ausgebildet sein.
Im Falle des Rasterelektronenmikroskops der vorliegenden Ausführungsform kann die offene Seite des zweiten Gehäuses 121 mit einem Abdeckelement 122 abgedeckt werden. Das Abdeckelement 122 kann verschiedene Funktionen haben. Im folgenden werden einige der Funktionen beschrieben.
Das Rasterelektronenmikroskop der vorliegenden Ausführungsform umfaßt die Funktion des Zuführens eines Ersatzgases in das zweite Gehäuse. Der vom unteren Ende der elektronenoptischen Säule 2 abgegebene Elektronenstrahl läuft durch den ersten Raum, der auf einem guten Hochvakuum gehalten wird, und dann durch die dünne Folie 10 (oder ein Blendenelement) der 2 und tritt in den zweiten Raum ein, der sich auf Atmosphärendruck oder einem schlechteren Vakuum (als der erste Raum) befindet. Der Elektronenstrahl wird in dem Raum mit dem schlechteren Vakuum an den Gasmolekülen gestreut, so daß die mittlere freie Weglänge entsprechend kürzer ist. Wenn der Abstand zwischen der dünnen Folie 10 und der Probe 6 zu groß ist, kann der Elektronenstrahl die Probe nicht erreichen, und die Sekundärelektronen oder reflektierten Elektronen, die bei der Bestrahlung mit dem Elektronenstrahl erzeugt werden, können den Raum nicht überwinden. Die Wahrscheinlichkeit der Streuung eines Elektronenstrahls ist proportional zur Massenzahl der Gasmoleküle. Wenn die Atmosphäre im zweiten Raum daher durch Gasmoleküle ersetzt wird, deren Massenzahl kleiner ist als die der Atmosphäre, nimmt die Wahrscheinlichkeit für die Streuung des Elektronenstrahls ab, so daß der Elektronenstrahl die Probe erreichen kann. Wenn für das Ersatzgas ein Gas verwendet wird, das etwas leichter ist als die Atmosphäre, etwa Stickstoff oder Wasserdampf, sind die Auswirkungen der Verbesserung im Rauschabstand der Abbildung ersichtlich, und wenn als Gas Helium oder Wasserstoff mit einer sehr kleinen Massenzahl verwendet wird, ist die Verbesserung im Rauschabstand der Abbildung am größten.
Aus diesem Grund ist bei dem Rasterelektronenmikroskop der vorliegenden Ausführungsform das Abdeckelement 122 mit einem Anbauabschnitt (d. h. einem Gaseinführabschnitt) einer Gaszuführleitung 100 versehen. Die Gaszuführleitung 100 ist über einen Verbindungsabschnitt 102 mit einer Gasflasche 103 verbunden. Auf diese Weise kann ein Ersatzgas in den zweiten Raum 12 eingeführt werden. In der Gaszuführleitung 100 ist ein Gassteuerventil 101 angeordnet, so daß die Durchflußrate des Ersatzgases in der Leitung gesteuert werden kann. Zwischen dem Gassteuerventil 101 und der nachgeordneten Steuerung 37 erstreckt sich eine Signalleitung, so daß der Benutzer der Vorrichtung in der Lage ist, die Durchflußrate des Ersatzgases an dem Betriebsbildschirm zu steuern, der am Monitor des PCs 35 angezeigt wird.
Das Ersatzgas, ein Gas aus leichten Elementen, sammelt sich im oberen Bereich des zweiten Raums 12, und es ist schwierig, das Gas im unteren Bereich des zweiten Raums 12 zu ersetzen. Im Abdeckelement 122 ist daher an einer Stelle, die unter der Anbringungsposition der Gaszuführleitung 100 liegt (das heißt an der Anbringungsstelle des Drucksteuerventils 104 in der 2), eine Öffnung vorgesehen. Das Atmosphärengas kann damit von dem am Gaseinführabschnitt eingeführten Gas aus leichten Elementen leicht durch die Öffnung an der Unterseite hinausgedrückt werden, so daß die Atmosphäre im zweiten Gehäuse 121 leicht ersetzt werden kann. Die genannte Öffnung kann darüberhinaus die Funktion einer Grobevakuierungsöffnung haben, wie es weiter unten noch beschrieben wird.
Das zweite Gehäuse 121 oder das Abdeckelement 122 kann mit einem Vakuumevakuierungsanschluß versehen sein, so daß das zweite Gehäuse 121 vor dem Einführen eines Ersatzgases evakuiert werden kann. Bei der Evakuierung brauchen in diesem Fall die atmosphärischen Gaskomponenten nur in einem bestimmten Ausmaß aus dem zweiten Gehäuse 121 entfernt zu werden. Es muß daher keine Evakuierung auf ein Hochvakuum erfolgen, und eine Grobevakuierung reicht aus. Wenn eine Feuchtigkeit enthaltende Probe, etwa eine biologische Probe, betrachtet werden soll, verdampft jedoch die Feuchtigkeit, wenn sich die Probe im Vakuum befindet, so daß die Probe ihren Zustand verändert. In einem solchen Fall wird daher vorzugsweise das Ersatzgas wie oben beschrieben direkt in die Luftatmosphäre eingeführt. Nach dem Einführen des Ersatzgases wird die genannte Öffnung mit einem Abdeckelement verschlossen, wodurch das Ersatzgas im zweiten Raum 12 eingeschlossen wird.
Wenn an der Öffnung ein Dreiwegeventil angebracht ist, kann die Öffnung die Funktionen eines Grobevakuierungsanschlusses und eines Lufteinlaßanschlusses aufweisen. Ein Anschluß des Dreiwegeventils wird dazu am Abdeckelement 122 angebracht, ein anderer Anschluß mit einer Grobevakuierungspumpe verbunden und der verbleibende Anschluß mit einem Einlaßventil. Damit wird ein Evakuierungsanschluß erhalten, der die genannten Funktionen zusammenfaßt.
Es ist auch möglich, an der Stelle der genannten Öffnung ein Drucksteuerventil 104 anzubringen. Das Drucksteuerventil 104 kann automatisch öffnen, wenn der Druck im zweiten Gehäuse 121 größer wird als der Atmosphärendruck. Ein solches Drucksteuerventil öffnet sich beim Einführen eines Gases aus leichten Elementen automatisch immer dann, wenn der Innendruck gleich oder größer dem Atmosphärendruck wird, wobei die Komponenten des Atmosphärengases wie Stickstoff oder Sauerstoff nach außen abgegeben werden und sich das Innere der Vorrichtung mit dem Gas aus leichten Elementen füllt. Die in der Zeichnung gezeigte Gasflasche 103 kann entweder bereits mit dem Rasterelektronenmikroskop mitgeliefert werden oder später vom Benutzer der Vorrichtung angeschlossen werden.
Es wird nun ein Verfahren zum Einstellen der Position der Probe 6 beschrieben. Das Rasterelektronenmikroskop der vorliegenden Ausführungsform umfaßt als Einrichtung zum Bewegen des Betrachtungssichtfeldes einen Probentisch 5. Der Probentisch 5 weist in der Ebenenrichtung einen XY-Antriebsmechanismus und für die Höhenrichtung einen Z-Achsen-Antriebsmechanismus auf. Am Abdeckelement 122 ist eine Halteplatte 107 angebracht, die als Bodenplatte zum Tragen des Probentisches 5 dient. Der Probentisch 5 ist an der Halteplatte 107 befestigt. Die Halteplatte 107 ist an der zum zweiten Gehäuse 121 zeigenden Seite des Abdeckelements 122 derart angebracht, daß sie sich in das Innere des zweiten Gehäuses 121 hinein erstreckt. Die Antriebsachsen des Z-Achsen-Antriebsmechanismusses und des XY-Antriebsmechanismusses erstrecken sich davon weg und sind jeweils mit einem Betätigungsknopf 108 bzw. 109 verbunden. Der Benutzer der Vorrichtung stellt die Position der Probe 6 im zweiten Gehäuse 121 durch Betätigen der Betätigungsknöpfe 108 und 109 ein.
Bei der Einstellung der Probenposition wird in der Regel zuerst die Probenposition in der Ebenenrichtung bestimmt und dann die Probenposition in der Höhenrichtung eingestellt. Um eine Beschädigung der dünnen Folie 10 zu vermeiden, sollte die Position der Probe 6 in der Höhenrichtung so eingestellt sein, daß sich die Probe nicht zu nahe an der dünnen Folie 10 befindet. Das Rasterelektronenmikroskop der vorliegenden Ausführungsform umfaßt daher eine Beobachtungseinrichtung, etwa eine Kamera 106. Bei der Bewegung der Probe 6 in der Höhenrichtung kann damit der Abstand zwischen der dünnen Folie 10 und der Probe 6 aus der Ferne beobachtet werden. Anstelle der Kamera 106 kann auch ein optisches Mikroskop mit einer hohen Auflösung verwendet werden. Auch kann der Abstand zwischen der Probe und der dünnen Folie mittels der Reflexion von elektromagnetischen Wellen wie Infrarotstrahlen gemessen werden (nicht gezeigt). Die Anbringungsposition der Beobachtungseinrichtung ist nicht notwendigerweise die in der 2 gezeigte Position, es kann jede Position sein, an der der Abstand zwischen der Probe und der dünnen Folie genau gemessen werden kann.
Es wird nun das Ersetzen der Probe 6 beschrieben. Das Rasterelektronenmikroskop der vorliegenden Ausführungsform umfaßt an der Unterseite des ersten Gehäuses 7 und am unteren Ende des Abdeckelements 122 ein Plattenelement-Halteelement 19 und eine Bodenplatte 20. Das Abdeckelement 122 ist mit einem Vakuumabdichtelement 125 dazwischen abnehmbar am zweiten Gehäuse 121 befestigt. Auch das Plattenelement-Halteelement 19 ist abnehmbar an der Bodenplatte 20 angeordnet. Wie in der 3 gezeigt, können das Abdeckelement 122 und das Plattenelement-Halteelement 19 vollständig vom zweiten Gehäuse 121 abgenommen werden.
Die Bodenplatte 20 enthält eine Haltestange 18, die beim Herausziehen als Führung verwendet wird. Im gewöhnlichen Zustand befindet sich die Haltestange 18 in einer Aufnahmeeinheit in der Bodenplatte 20 und ist so angeordnet, daß sie sich in der Entnahmerichtung des Abdeckelements 122 beim Herausziehen erstreckt. Die Haltestange 18 ist am Plattenelement-Halteelement 19 befestigt und so ausgestaltet, daß beim Herausziehen des Abdeckelements 122 aus dem zweiten Gehäuse 121 das Abdeckelement 122 nicht vollständig vom Hauptkörper des Rasterelektronenmikroskops getrennt wird. Damit wird vermieden, daß der Probentisch 5 oder die Probe 6 herunterfällt.
Beim Einsetzen einer Probe in das zweite Gehäuse 121 wird zuerst der Z-Achsen-Betätigungsknopf des Probentisches 5 so gedreht, daß sich die Probe 6 von der dünnen Folie 10 weg bewegt. Dann wird das Drucksteuerventil 104 geöffnet, um das Innere des zweiten Gehäuses auf Atmosphärendruck zu bringen. Danach wird geprüft, ob das Innere des zweiten Gehäuses sich in einem Zustand mit verringertem Druck oder einem Zustand mit erhöhtem Druck befindet, und anschließend das Abdeckelement 122 zu der dem Hauptkörper der Vorrichtung entgegengesetzten Seite herausgezogen. Damit kann die Probe 6 ausgetauscht werden. Nach dem Austauschen der Probe 6 wird das Abdeckelement 122 auf das zweite Gehäuse 121 geschoben und mit einem Befestigungselement (nicht gezeigt) am Ansetzabschnitt 132 befestigt. Anschließend wird das Ersatzgas eingeführt. Diese Vorgänge können ausgeführt werden, während die elektronenoptische Säule 2 weiter in Betrieb ist. Nach dem Austauschen der Probe kann bei dem Rasterelektronenmikroskop der vorliegenden Ausführungsform daher sofort mit der Betrachtung begonnen werden.
Das Rasterelektronenmikroskop der vorliegenden Ausführungsform kann auch gewöhnliches Hochvakuum-REM benutzt werden. Die 4 zeigt eine Ansicht des Gesamtaufbaus des Rasterelektronenmikroskops der vorliegenden Ausführungsform, wenn das Mikroskop als Hochvakuum-REM benutzt wird. In der 4 wurde die Steuerung weggelassen, da sie der Steuerung der 2 entspricht. Die 4 zeigt das Rasterelektronenmikroskop in einem Zustand, bei dem die Anschlüsse der Gaszuführleitung 100 und des Drucksteuerventils 104 nach dem Entfernen der Gaszuführleitung 100 und des Drucksteuerventils 104 mit Abdeckelementen 130 verschlossen und das Abdeckelement 122 am zweiten Gehäuse befestigt wurde. Wenn vor oder nach diesem Vorgang das Folienhalteelement 47 vom zweiten Gehäuse 121 entfernt wird, ist der erste Raum 11 mit dem zweiten Raum 12 verbunden, so daß das Innere des zweiten Gehäuses mit der Vakuumpumpe 4 evakuiert werden kann. Auf diese Weise kann mit dem an Ort und Stelle verbleibenden zweiten Gehäuse 121 eine Hochvakuum-REM-Betrachtung erfolgen.
Es ist bei einer Variante des Aufbaus der 4 auch möglich, das ganze zweite Gehäuse 121 mit dem daran angebrachten Folienhalteelement 47 zu entfernen und das Abdeckelement 122 direkt an der Ansetzfläche des ersten Gehäuses 7 anzubringen. Auch dabei wird der erste Raum 11 mit dem zweiten Raum 12 verbunden, und das Innere des zweiten Gehäuses kann mit der Vakuumpumpe 4 evakuiert werden. Der Aufbau ist dann der gleiche wie bei einem typischen REM-Gerät.
Wie beschrieben sind bei der vorliegenden Ausführungsform der Probentisch 5, dessen Betätigungsknöpfe 108 und 109, die Gaszuführleitung 100 und das Drucksteuerventil 104 am Abdeckelement 122 angebracht. Der Benutzer der Vorrichtung kann damit die Betätigung der Betätigungsknöpfe 108 und 109, das Austauschen der Probe und das Anbringen oder Abnehmen der Gaszuführleitung 100 und des Drucksteuerventils 104 an einer einzigen Seite des ersten Gehäuses ausführen. Die Bedienbarkeit ist damit im Vergleich mit einem Rasterelektronenmikroskop, bei dem die genannten Komponenten an verschiedenen Seiten angeordnet sind, deutlich besser.
Die 5 zeigt ein Flußdiagramm für den Betriebsablauf bei dem Rasterelektronenmikroskop der vorliegenden Ausführungsform.
Im ersten Schritt 70 wird der erste Raum evakuiert. Der erste Raum kann auch bereits vorab evakuiert worden sein. Im zweiten Schritt 71 wird die Probe 6 auf die Probenhalterung auf dem Probentisch 5 aufgesetzt und damit am Probentisch 5 angeordnet. Im dritten Schritt 72 wird das Abdeckelement 122 auf das zweite Gehäuse aufgesetzt und am Hauptkörper der Vorrichtung (dem zweiten Gehäuse) befestigt. Im vierten Schritt 73 wird das Gassteuerventil 101 für eine bestimmte Zeit geöffnet und dann wieder geschlossen, um ein Ersatzgas wie Helium in den zweiten Raum einzuführen. Im fünften Schritt 74 werden die Betriebsbedingungen an der elektronenoptischen Säule so eingestellt, daß sie einen Elektronenstrahl emittiert. Im sechsten Schritt 75 wird mit der Aufnahme einer Abbildung begonnen. Im siebten Schritt 76 wird das Abdeckelement 122 wieder entfernt. Das im zweiten Raum befindliche Ersatzgas wird dabei nach außen abgegeben. Das Abdeckelement 122 kann auch entfernt werden, nachdem das Drucksteuerventil geöffnet und das Ersatzgas abgegeben wurde. Im achten Schritt 77 wird die Probe wieder entnommen. Wenn eine weitere Probe zu betrachten ist, kehrt der Ablauf zum zweiten Schritt 71 zurück.
Der zweite Raum kann mit dem eingeführten Ersatzgas nicht nur auf Atmosphärendruck gebracht werden, sondern auch in einen Zustand mit einem geringen Druck, wenn das Ersatzgas nur in einer kleinen Menge eingeführt wird, oder ganz in einen Vakuumzustand gebracht werden. In diesem Fall kann im vierten Schritt 73 eine Steuerung der Durchflußmenge des Ersatzgases oder eine Vakuumevakuierung erfolgen. Der Ablauf der 5 zeigt nur beispielhafte Operationen, deren Reihenfolge auch geändert werden kann.
Die 6 zeigt einen beispielhaften Betriebsbildschirm auf dem Monitor des PCs 35. Der Betriebsbildschirm der 6 umfaßt zum Beispiel ein Betriebsfenster 50, einen Bildanzeigeabschnitt 51, einen Bildbetrachtungs-Startknopf 52 zum Starten der Elektronenstrahlemission für die Darstellung einer Abbildung, einen Bildbetrachtungs-Stoppknopf 53 zum Stoppen der Elektronenstrahlemission zum Beenden der Darstellung einer Abbildung, einen Fokuseinstellknopf 54 zum Ausführen einer Autofokusfunktion durch Einstellen der optischen Linsen, etwa einer Ablenklinse und einer Objektivlinse, einen Helligkeitseinstellknopf 55 zum Einstellen der Helligkeit der Abbildung, einen Kontrasteinstellknopf 56 zum Einstellen des Kontrastes, einen Evakuierknopf 57 zum Starten der Vakuumevakuierung des Inneren der optischen Säule 2 für die Ladungsteilchen und des ersten Gehäuses 7, und einen Lufteinlaßknopf 58, der das Innere des ersten Gehäuses 7 zur Atmosphäre hin öffnet. Wenn auf dem Bildschirm auf den Evakuierknopf 57 geklickt wird, beginnt die Vakuumevakuierung, und wenn erneut auf den Knopf geklickt wird, endet die Vakuumevakuierung. Die Betätigung des Lufteinlaßknopfes 58 erfolgt auf die gleiche Weise. Die Prozesse, die durch eine Betätigung der genannten Knöpfe ausgeführt werden, können auch durch manuelle Operationen ausgeführt werden, d. h. durch Betätigung von mechanischen Knöpfen oder Schaltern am Hauptkörper der Vorrichtung.
Das Betriebsfenster 50 umfaßt einen Gasemissions-Startknopf 112 zum Öffnen des Gassteuerventils 101 für die Abgabe von Gas durch eine Gasdüse, einen Gasemissions-Stoppknopf 113 zum Schließen des Gassteuerventils 101 für ein Ende der Gasemission, einen REM-Abbildungsanzeigeknopf 114 zum Anzeigen der Abbildung, die mit dem Rasterelektronenmikroskop aufgenommen wurde, am Bildanzeigeabschnitt 51, und einen Kameraknopf 115 zum Anzeigen der mit der Kamera 106 aufgenommenen Abbildung. Wenn auf einen REM/Kamera-Anzeigeknopf 116 geklickt wird, werden sowohl die REM-Abbildung als auch die Kameraabbildung am Bildanzeigeabschnitt 51 angezeigt, was zum Einstellen der Höhe der Probe 6 sehr praktisch ist.
Wenn bei der vorliegenden Ausführungsform jemand vergißt, nach dem Anklicken des Gasemissions-Startknopfes 112 und dem Öffnen des Gassteuerventils 101 auf den Gasemissions-Stoppknopf 113 zu klicken, besteht die Möglichkeit, daß das Gas in der Gasflasche 103 zur Neige geht. Wie in der 7 gezeigt, kann daher ein Subfenster 118 vorgesehen sein, das einen Gasemissionszeiteinstellbereich 117 zum Einstellen der Dauer der Gasemission vom Beginn der Gasemission bis zu deren Ende umfaßt. Die Dauer der Gasemission vom Beginn der Gasemission bis zu deren Ende kann auch an der Vorrichtung voreingestellt sein, so daß sie der Benutzer nicht einzustellen braucht.
Es ist möglich, daß der Benutzer nur dann Gas einleiten will, wenn er eine REM-Abbildung betrachtet. In diesem Fall wird das in der 7 dargestellte Fenster 118 angezeigt, in dem sich ein Kontrollkästchen 119 befindet. Wenn der Bildbetrachtungs-Startknopf 52 angeklickt wird und das Kontrollkästchen angekreuzt ist, öffnet sich das Gassteuerventil 101 automatisch, und das Ersatzgas wird eingeführt. Wenn die am Gasemissionszeiteinstellbereich 117 eingestellte Zeit verstrichen ist, schließt sich das Gassteuerventil 101 automatisch wieder. Wenn der Bildbetrachtungs-Stoppknopf 53 angeklickt wird, während das Ersatzgas eingeführt wird, schließt sich das Gassteuerventil 101 ebenfalls automatisch wieder. Wenn auf den REM-Abbildungsanzeigeknopf 114, den Kameraknopf 115 oder den REM/Kamera-Anzeigeknopf 116 geklickt wird, während das Ersatzgas eingeführt wird, wird entsprechend der ausgewählten Abbildung zwischen den am Bildanzeigeabschnitt 51 angezeigten Abbildungen umgeschaltet. Das Öffnen und Schließen des Gassteuerventils 101 erfolgt durch die nachgeordnete Steuerung 37 auf der Basis der am PC 35 eingestellten Informationen, die die übergeordnete Steuerung 36 überträgt.
Die 8 zeigt einen beispielhaften Betriebsbildschirm für den Fall, daß am Abdeckelement 122 oder am zweiten Gehäuse 121 ein Grobevakuierungsanschluß oder ein Dreiwegeventil vorgesehen ist. Auf dem Betriebsbildschirm werden in diesem Fall die Evakuierungsstart/Stoppknöpfe für den ersten Raum und den zweiten Raum getrennt angezeigt. Wenn auf den Evakuierungsknopf 59 für den zweiten Raum geklickt wird, öffnet sich ein Vakuumventil im Grobevakuierungsanschluß, und es wird mit der Evakuierung des zweiten Raums begonnen. Wenn erneut auf den Evakuierungsknopf 59 geklickt wird, schließt sich das Vakuumventil im Grobevakuierungsanschluß, und die Evakuierung endet. Wenn auf einen Lufteinlaßknopf 60 für den zweiten Raum geklickt wird, öffnet sich das Einlaßventil am Dreiwegeventil, und der zweite Raum wird mit der Atmosphäre verbunden. Wenn erneut auf den Lufteinlaßknopf 60 geklickt wird, schließt sich das Einlaßventil, und der zweite Raum wird von der Atmosphäre getrennt.
Zusätzlich ist es möglich, einen Kontaktmonitor zum Überwachen des Kontaktzustands zwischen dem zweiten Gehäuse 121 und dem Abdeckelement 122 vorzusehen, um feststellen zu können, ob der zweite Raum offen oder geschlossen ist.
Es ist auch möglich, neben dem Sekundärelektronendetektor und dem Detektor für reflektierte Elektronen einen Röntgendetektor und einen Photodetektor für eine EDS-Analyse und die Erfassung von Fluoreszenzlinien vorzusehen. Der Röntgendetektor und der Photodetektor können im ersten Raum 11 oder im zweiten Raum 12 angeordnet sein.
Wenn die Probe 6 mit einem Elektronenstrahl bestrahlt wird, fließt ein Absorptionsstrom durch die Probe. Mit einem Amperemeter kann der Strom gemessen werden, der durch die Probe 6 oder den Probentisch fließt. Es läßt sich damit eine Abbildung des Absorptionsstromes (oder eine Abbildung, bei der der Absorptionsstrom verwendet wird) aufnehmen. Alternativ kann unter dem Probentisch ein Transmissionselektronendetektor angeordnet werden, der eine Rastertransmissionsabbildung (RTEM-Abbildung) aufnimmt. Auch der Probentisch kann als Detektor verwendet werden.
An den Probentisch 5 kann eine Hochspannung angelegt werden. Wenn an die Probe 6 eine Hochspannung angelegt wird, können die von der Probe 6 emittierten Elektronen eine hohe Energie aufweisen, wodurch wiederum die Signalstärke zunimmt. Das Signal/Rausch-Verhältnis wird dadurch besser.
Der Aufbau der vorliegenden Ausführungsform kann auch bei einem kleinen Elektronenstrahl-Lithographiesystem angewendet werden. In diesem Fall ist der Detektor 3 nicht unbedingt erforderlich.
Wie beschrieben werden bei der vorliegenden Ausführungsform nicht nur die Vorteile der Ausführungsform 1 erhalten, sondern das Atmosphärendruck-REM kann darüberhinaus auch als Hochvakuum-REM verwendet werden. Da die Betrachtung erfolgen kann, während ein Ersatzgas eingeführt wird, wird mit dem Rasterelektronenmikroskop der vorliegenden Ausführungsform auch eine Abbildung mit einem höheren Rauschabstand erhalten als beim dem Ladungsteilchenmikroskop der Ausführungsform 1.
Die vorliegende Ausführungsform umfaßt einen beispielhaften Aufbau für ein Tisch-Elektronenmikroskop. Die vorliegende Ausführungsform kann jedoch auch bei einem großen Rasterelektronenmikroskop angewendet werden. Bei einem Tisch-Elektronenmikroskop wird die ganze Vorrichtung oder die optische Säule für die Ladungsteilchen von einem Gehäuse in der Installationsebene der Vorrichtung gehalten, während bei einem großen Rasterelektronenmikroskop die ganze Vorrichtung auf einem Sockel angeordnet sein kann. Wenn das erste Gehäuse 7 an einem Sockel angebracht ist, kann der bei der vorliegenden Ausführungsform beschriebene Aufbau so wie er ist bei einem großen Rasterelektronenmikroskop verwendet werden.
Ausführungsform 3
Mit dieser Ausführungsform wird ein beispielhafter Aufbau beschrieben, bei dem am Geräteaufbau der 2 das Abdeckelement 122 weggelassen wurde. Die 9 zeigt den Gesamtaufbau eines Ladungsteilchenmikroskops bei dieser Ausführungsform. Die Steuerung entspricht der Steuerung bei der Ausführungsform 2. Die Darstellung der Steuerung wird daher weggelassen und nur der Hauptteil der Vorrichtung beschrieben.
Bei dem Aufbau der 9 ist der Probentisch 5 direkt an der Unterseite des zweiten Gehäuses 121 befestigt. Am zweiten Gehäuse kann die Gaszuführleitung 100 angebracht sein oder nicht. Bei diesem Aufbau kann die Probe bis über den Rand der Vorrichtung hinaus reichen. Es können daher damit Proben betrachtet werden, die größer sind als bei der Ausführungsform 2, bei der das Abdeckelement 122 vorgesehen ist.
Ausführungsform 4
Bei dieser Ausführungsform ist die Positionsbeziehung zwischen dem zweiten Gehäuse 121 und dem Abdeckelement 122 eine andere als bei dem Aufbau der 2. Die 10 zeigt den Gesamtaufbau des Ladungsteilchenmikroskops bei dieser Ausführungsform. Wie bei der Ausführungsform 3 zeigt die 10 nur die Hauptteile der Vorrichtung. Bei diesem Aufbau ist ein Vakuumabdichtelement 128 zur vakuumdichten Abdichtung zwischen dem ersten Raum 11 und dem zweiten Raum 12 erforderlich. Bei diesem Aufbau befindet sich der Ansetzabschnitt 132 des zweiten Gehäuses in der Vorrichtung. Gegenüber den Ausführungsformen 1 bis 3 läßt sich damit die Größe der ganzen Vorrichtung verringern.
Ausführungsform 5
Bei dieser Ausführungsform ist das zweite Gehäuse 121 vakuumdicht auf die Oberseite des ersten Gehäuses des Aufbaus der 2 aufgesetzt. Die 11 zeigt den Gesamtaufbau des Ladungsteilchenmikroskops bei dieser Ausführungsform. Wie bei der Ausführungsform 4 zeigt die 11 nur die Hauptteile der Vorrichtung. Bei diesem Aufbau wird unter Verwendung eines topfförmigen Anbauteils (d. h. des zweiten Gehäuses 121) das Anbauteil von oben auf das erste Gehäuse 7 aufgesetzt und die elektronenoptische Säule 2 von oben in das Anbauteil eingesetzt. Durch das Vakuumabdichtelement 123 wird das zweite Gehäuse 121 vakuumdicht mit der elektronenoptischen Säule 2 verbunden und außerdem das zweite Gehäuse 121 durch ein Vakuumabdichtelement 129 vakuumdicht mit dem ersten Gehäuse 7 verbunden. Bei diesem Aufbau kann das Volumen des zweiten Raums 12 gegenüber dem Aufbau der 2 vergrößert werden, so daß eine größere Probe angeordnet werden kann als bei der Ausführungsform 2.
Bezugszeichenliste

0: Elektronenquelle (Ladungsteilchenquelle)
1: optische Linse
2: elektronenoptische Säule (optische Säule für die Ladungsteilchen)
3: Detektor
4: Vakuumpumpe
5: Probentisch
6: Probe
7: erstes Gehäuse
10: dünne Folie
11: erster Raum
12: zweiter Raum
14: Einlaßventil
16: Vakuumleitung
18: Haltestange
19: Plattenelement-Halteelement
20: Bodenplatte
35: PC
36: übergeordnete Steuerung
37: nachgeordnete Steuerung
43, 44: Verbindungsleitung
47: Folienhalteelement
50: Betriebsfenster
51: Bildanzeigeabschnitt
52: Bildbetrachtungs-Startknopf
53: Bildbetrachtungs-Stoppknopf
54: Fokuseinstellknopf
55: Helligkeitseinstellknopf
56: Kontrasteinstellknopf
57, 59: Evakuierknopf
58, 60: Lufteinlaßknopf
100: Gaszuführleitung
101: Gassteuerventil
102: Verbindungsabschnitt
103: Gasflasche
104: Drucksteuerventil
105: Begrenzungselement
106: Kamera
107: Halteplatte
108, 109: Betätigungsknopf
112: Gasemissions-Startknopf
113: Gasemissions-Stoppknopf
114: REM-Abbildungsanzeigeknopf
115: Kameraknopf
116: REM/Kamera-Anzeigeknopf
117: Gasemissionszeiteinstellbereich
118: Subfenster
119: Kontrollkästchen für Gasemission
120: OK-Knopf
121: zweites Gehäuse
122, 130: Abdeckelement
123, 124, 125, 126, 128, 129: Vakuumabdichtelement
131: Hauptkörperabschnitt
132: Ansetzabschnitt

Claims

Ladungsteilchenstrahlvorrichtung mit einer optischen Säule für die Ladungsteilchen zum Abtasten einer Probe mit einem primären Ladungsteilchenstrahl; einem Detektor zum Erfassen der reflektierten Elektronen oder von Sekundärelektronen, die beim Abtasten erzeugt werden; einer Vakuumpumpe; einem ersten Gehäuse, in dem die ganze Ladungsteilchenstrahlvorrichtung bezüglich einer Installationsebene für die Vorrichtung angeordnet ist, wobei das Innere des ersten Gehäuses von der Vakuumpumpe evakuiert wird; einem zweiten Gehäuse zur Aufnahme der Probe, das an einer Seitenfläche oder einer Innenseite des ersten Gehäuses oder an der optischen Säule für die Ladungsteilchen angebracht ist; und mit einer dünnen Folie an der Oberseite des zweiten Gehäuses zum Durchlassen des primären Ladungsteilchenstrahls, wobei der Druck im zweiten Gehäuse auf einem höheren Wert gehalten werden kann als der Druck im ersten Gehäuse.
Ladungsteilchenstrahlvorrichtung nach Anspruch 1, mit einem Gaszuführabschnitt zum Einführen eines Ersatzgases, das die Atmosphäre im zweiten Gehäuse ersetzt.
Ladungsteilchenstrahlvorrichtung nach Anspruch 2, mit einem Drucksteuerventil zum Steuern des Drucks im zweiten Gehäuse, wobei, wenn der Druck im zweiten Gehäuse höher wird als ein vorgegebener Wert, das Drucksteuerventil öffnet, um den Druck im zweiten Gehäuse zu verringern.
Ladungsteilchenstrahlvorrichtung nach Anspruch 3, wobei das zweite Gehäuse eine kubische Form hat, von der eine Seite offen ist, und wobei die Ladungsteilchenstrahlvorrichtung des weiteren ein Abdeckelement enthält, das die offene Seite des Kubus abdeckt, wobei am Abdeckelement der Gaszuführabschnitt oder das Drucksteuerventil angebracht ist.
Ladungsteilchenstrahlvorrichtung nach Anspruch 2, wobei das Ersatzgas ein Gas aus leichten Elementen einschließlich Heliumgas ist.
Ladungsteilchenstrahlvorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Anbringungsposition des Gaszuführabschnitts am Plattenelement niedriger liegt als die Anbringungsposition des Drucksteuerventils am Plattenelement.
Ladungsteilchenstrahlvorrichtung nach Anspruch 6, mit einer Öffnung an Stelle des Drucksteuerventils.
Ladungsteilchenstrahlvorrichtung nach Anspruch 4, wobei das zweite Gehäuse oder das Plattenelement einen Grobevakuierungsanschluß aufweist, an den eine Vakuumpumpe zum Steuern des Drucks im zweiten Gehäuse angeschlossen ist.
Ladungsteilchenstrahlvorrichtung nach Anspruch 4, wobei das Plattenelement abnehmbar an einer Seitenfläche des zweiten Gehäuses angebracht ist.
Ladungsteilchenstrahlvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die dünne Folie abnehmbar mit einem Folienhaltelement zum Festhalten der dünnen Folie am zweiten Gehäuse angebracht ist, und wobei das Innere des ersten Gehäuses und des zweiten Gehäuses durch Entfernen des Folienhaltelements vom zweiten Gehäuse evakuiert werden kann.
Ladungsteilchenstrahlvorrichtung nach Anspruch 10, wobei das Folienhalteelement zum Festhalten der dünnen Folie an einer Deckenfläche des Inneren des zweiten Gehäuses angebracht ist.
Ladungsteilchenstrahlvorrichtung nach Anspruch 1, mit einem Probentisch, der an der Bodenfläche des zweiten Gehäuses angebracht ist und mit dem die Probe in der Ebenenrichtung oder der Höhenrichtung bewegt werden kann.
Ladungsteilchenstrahlvorrichtung nach Anspruch 4, mit einem Probentisch, der am Plattenelement angebracht ist und der dafür vorgesehen ist, die Probe in der Ebenenrichtung oder der Höhenrichtung zu bewegen.
Ladungsteilchenstrahlvorrichtung nach Anspruch 10, wobei das Folienhalteelement ein Begrenzungselement aufweist, das den Abstand zwischen der Probe und der dünnen Folie festlegt, damit die Probe nicht zu nahe an der dünnen Folie angeordnet wird.
Ladungsteilchenstrahlvorrichtung nach Anspruch 1, mit einer Betrachtungsvorrichtung zum Beobachten des Abstands zwischen der dünnen Folie und der Probe.
Ladungsteilchenstrahlvorrichtung nach Anspruch 1, mit einem Detektor zum Erfassen von Ionen, Elektronen, Photonen und/oder Röntgenstrahlen, die beim Abtasten der Probe mit dem Ladungsteilchenstrahl emittiert werden, wobei der Detektor im ersten Gehäuse oder im zweiten Gehäuse angeordnet ist, oder mit einem Detektor zum Erfassen von Transmissionselektronen, die beim Abtasten der Probe mit dem Ladungsteilchenstrahl erhalten werden, wobei der Detektor im ersten Gehäuse oder im zweiten Gehäuse angeordnet ist.
Ladungsteilchenstrahlvorrichtung nach Anspruch 1, mit einem Probentisch im zweiten Gehäuse, mit dem die Elektronen oder die Ströme erfaßt werden können, die beim Abtasten der Probe mit dem Ladungsteilchenstrahl durch die Probe fließen.
Ladungsteilchenstrahlvorrichtung nach Anspruch 1, mit einem Monitor zum Anzeigen eines Betriebsbildschirms zum Einstellen der Steuerbedingungen für wenigstens den Druck und/oder die Umgebung im ersten Gehäuse oder im zweiten Gehäuse.
Ladungsteilchenstrahlvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Dicke der dünnen Folie kleiner oder gleich 20 μm ist.
Ladungsteilchenstrahlvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die dünne Folie zum Durchlassen des primären Ladungsteilchenstrahls eine Öffnung mit einer Fläche von kleiner oder gleich 1 mm² aufweist.
Ladungsteilchenstrahlvorrichtung mit einer optischen Säule für die Ladungsteilchen zum Abtasten einer Probe mit einem primären Ladungsteilchenstrahl; einem Detektor zum Erfassen der reflektierten Elektronen oder von Sekundärelektronen, die beim Abtasten erzeugt werden; einer Vakuumpumpe; einem Gehäuseabschnitt, in dem die ganze Ladungsteilchenstrahlvorrichtung bezüglich einer Installationsebene für die Vorrichtung angeordnet ist, wobei das Innere des Gehäuseabschnitts von der Vakuumpumpe evakuiert wird; und mit einem Anbauteil zur Aufnahme der Probe mit einem Druck darin, der höher ist als der Druck im Gehäuseabschnitt, wobei das Anbauteil eine dünne Folie zum Durchlassen des primären Ladungsteilchenstrahls in das Innere des Anbauteils aufweist, und wobei das Anbauteil vakuumdicht an einer Seitenfläche oder einer Innenseite des Gehäuseabschnitts oder an der optischen Säule für die Ladungsteilchen angebracht ist.
Betrachtungsverfahren zum Bestrahlen einer Probe, die unter Atmosphärendruck gehalten wird, mit einem Ladungsteilchenstrahl, der von einer optischen Säule für die Ladungsteilchen abgegeben wird, deren Inneres sich in einem Vakuumzustand befindet, durch eine dünne Folie, und zum Erfassen der sich ergebenden sekundären Ladungsteilchen, um eine Abbildung der Einstrahlposition auf der Probe mit dem Ladungsteilchenstrahl zu erhalten, wobei das Verfahren umfaßt das Durchlaufenlassen des Ladungsteilchenstrahls durch einen ersten Raum, der von einem Gehäuse gebildet wird, das die optische Säule für die Ladungsteilchen bezüglich einer Installationsebene für die Vorrichtung hält; das Anordnen der Probe in einem Anbauteil, der von der Seite her in den ersten Raum eingesetzt wird, wobei der Druck im Anbauteil höher ist als der Druck in der optischen Säule für die Ladungsteilchen, und das Bestrahlen der Probe im Anbauteil mit dem Ladungsteilchenstrahl durch die dünne Folie.
Betrachtungsverfahren nach Anspruch 21, mit einem Ersetzen der Atmosphäre im Anbauteil durch Heliumgas.