DE112012003182T5

DE112012003182T5 - Ladungsteilchenstrahlvorrichtung, Verfahren zum Einstellen einer Ladungsteilchenstrahlvorrichtung und Verfahren zum Untersuchen oder Betrachten einer Probe

Info

Publication number: DE112012003182T5
Application number: DE112012003182.2T
Authority: DE
Inventors: Yusuke Ominami; Tomohisa Ohtaki; Sukehiro Ito
Original assignee: Hitachi High Technologies Corp; Hitachi High Tech Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2011-09-21
Filing date: 2012-07-04
Publication date: 2014-04-17
Anticipated expiration: 2032-07-05
Also published as: KR20140048999A; KR101589426B1; DE112012003182B4; US9165741B2; US20140151553A1; WO2013042425A1; US20150380208A1; KR101542022B1; CN103782364A; KR20150133299A; KR20150052355A; JP5707286B2; JP2013069443A; CN103782364B; US9673020B2

Abstract

Bei einer Ladungsteilchenstrahlvorrichtung zum Betrachten einer Probe (6) in einer Luftatmosphäre oder in einer Gasatmosphäre ist der Aufbau in der Umgebung des dünnen Films zum Trennen des atmosphärischen Druckraums und des dekomprimierten Raums voneinander optimiert. Die Ladungsteilchenstrahlvorrichtung umfaßt eine Vakuumevakuierpumpe (4) zum Evakuieren eines ersten Gehäuses (7); einen Detektor (3) zum Erfassen von Ladungsteilchen (die bei der Bestrahlung der Probe (6) erhalten werden) im ersten Gehäuse (7); einen dünnen Film (13), der wenigstens als Teil entweder des ersten Gehäuses (7) oder eines zweiten Gehäuses (8) oder getrennt vom ersten und zweiten Gehäuse derart vorgesehen ist, daß er das Innere des ersten Gehäuses (7) wenigstens längs eines Teils der Grenzfläche zwischen dem ersten und dem zweiten Gehäuse vom Inneren des zweiten Gehäuses (8) abtrennt; eine Öffnung (10a), die im dünnen Film (13) derart ausgebildet ist, daß die Öffnungsfläche auf der Seite einer Ladungsteilchenbestrahlungseinheit größer ist als die Öffnungsfläche auf der Seite der Probe (6); und einen dünnen Film (13), der die Öffnung (10a) auf der Seite der Probe (6) abdeckt und der den primären Ladungsteilchenstrahl und die Ladungsteilchen durchläßt.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Technologie für eine Ladungsteilchenstrahlvorrichtung.
Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Technologie für eine Ladungsteilchenstrahlvorrichtung, mit der eine Probe (ein Untersuchungsobjekt) unter Atmosphärendruck oder in einer vorgegebenen Gasatmosphäre betrachtet werden kann.
Stand der Technik
Zum Betrachten kleiner Bereiche auf Objekten werden Rasterelektronenmikroskope (REMs), Transmissionselektronenmikroskope (TEMs) usw. benutzt. Bei solchen Vorrichtungen werden im allgemeinen Bilder einer Probe aufgenommen, während die Probenatmosphäre (die Atmosphäre um die Probe) durch Vakuumevakuieren eines zweites Gehäuses, das die Probe enthält, in einem Vakuumzustand gehalten wird. Es besteht jedoch zunehmend das Bedürfnis, auch Proben mit einem Elektronenmikroskop betrachten zu können, die durch ein Vakuum beschädigt oder verändert werden (biochemische Proben, flüssige Proben usw.). In den letzten Jahren wurden daher REM-Vorrichtungen, Probenhaltevorrichtungen usw. entwickelt, mit denen es möglich ist, Proben (Untersuchungsobjekte) unter Atmosphärendruck zu betrachten.
Im Prinzip werden bei diesen Vorrichtungen der Vakuumzustand und der atmosphärische Zustand dadurch voneinander getrennt, daß zwischen dem elektronenoptischen System und der Probe ein dünner Film angeordnet wird, den der Elektronenstrahl durchsetzen kann. Diesen Vorrichtungen ist allen gemeinsam, daß der dünne Film zwischen dem elektronenoptischen System und der Probe angeordnet wird.
Die Patent-Druckschriften 1 bis 3 beschreiben Atmosphärendruck-REM-Vorrichtungen, bei denen der dünne Film, der den Elektronenstrahl durchläßt, in der Nähe der Probe angeordnet ist und dazu verwendet wird, zum Betrachten einer Probe oder einer Flüssigkeit, die sich unter Atmosphärendruck befindet, den Vakuumzustand vom Atmosphärendruckzustand zu trennen.
Druckschriften zum Stand der Technik
Patent-Druckschriften

Patent-Druckschrift 1: JP-05-234552-A
Patent-Druckschrift 2: JP-10-064467-A
Patent-Druckschrift 3: JP-2006-147430-A

Zusammenfassende Darstellung der Erfindung
Problem, das mit der Erfindung gelöst werden soll
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben herausgefunden, daß es bei den in den Patent-Druckschriften 1 bis 3 beschriebenen Erfindungen hinsichtlich des Aufbaus zum Halten des dünnen Films usw. technische Probleme gibt.
Zum Beispiel muß, um die von der Probe emittierten Elektronen wirkungsvoll erfassen zu können, der Durchlaßbereich des dünnen Films für die emittierten Elektronen (der Bereich zum Durchlassen der emittierten Elektronen) vergrößert werden. Bei einem simplen Vergrößern des Durchlaßbereichs für die emittierten Elektronen am dünnen Film wird es jedoch unmöglich, die erforderliche Festigkeit des dünnen Films sicherzustellen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die in Anbetracht des obigen Problems gemacht wurde, ist es, eine Ladungsteilchenstrahlvorrichtung, ein Verfahren zum Einstellen der Ladungsteilchenstrahlvorrichtung und ein Verfahren zum Untersuchen oder Betrachten einer Probe zu schaffen, mit der bzw. mit dem es möglich ist, eine Probe (ein Untersuchungsobjekt) in Luftatmosphäre oder ein einer Gasatmosphäre zu betrachten, wozu der Aufbau in der Umgebung des dünnen Films zum Trennen des Atmosphärendruckraums und des dekomprimierten Raums optimiert werden soll.
Mittel zum Lösen des Problems
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Ladungsteilchenstrahlvorrichtung geschaffen mit einer Ladungsteilchenbestrahlungseinheit, die eine Probe mit einem primären Ladungsteilchenstrahl bestrahlt, der von einer Ladungsteilchenquelle abgegeben wird; mit einem ersten Gehäuse, das so aufgebaut ist, daß es die Ladungsteilchenbestrahlungseinheit aufnimmt und das Innere des Gehäuses im Vakuumzustand halten kann; mit einem zweiten Gehäuse, das zusätzlich zum ersten Gehäuse vorgesehen ist und das die Probe aufnimmt; mit einer Evakuiervorrichtung zum Evakuieren des Inneren des ersten Gehäuses; mit einem Detektor zum Erfassen der Ladungsteilchen, die durch die Bestrahlung erhalten werden, im ersten Gehäuse; mit einer Trennwand, die zumindest als Teil entweder des ersten oder des zweiten Gehäuses oder getrennt vom ersten und zweiten Gehäuse so ausgebildet ist, daß sie das Innere des ersten Gehäuses und das Innere des zweiten Gehäuses zumindest längs eines Teils der Grenzfläche zwischen dem ersten und dem zweiten Gehäuse voneinander trennt; mit einer Öffnung, die in der Trennwand derart ausgebildet ist, daß die Öffnungsfläche auf der Seite der Ladungsteilchenbestrahlungseinheit größer ist als die Öffnungsfläche auf der Seite der Probe; und mit einem dünnen Film, der die Öffnung auf der Seite der Probe abdeckt und der den primären Ladungsteilchenstrahl und die Ladungsteilchen durchläßt.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Einstellen der Ladungsteilchenstrahlvorrichtung geschaffen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Untersuchen oder Betrachten einer Probe durch Einstrahlen eines primären Ladungsteilchenstrahls, der von einer Ladungsteilchenquelle einer Ladungsteilchenbestrahlungseinheit in einem ersten Gehäuse emittiert wird, das in einem Vakuumzustand gehalten wird, auf die Probe, die sich in einem zweiten Gehäuse befindet, das zusätzlich zum ersten Gehäuse vorgesehen ist. Eine Trennwand ist als wenigstens ein Teil entweder des ersten oder des zweiten Gehäuses oder getrennt vom ersten und zweiten Gehäuse so ausgebildet, daß sie das Innere des ersten Gehäuses und das Innere des zweiten Gehäuses wenigstens längs eines Teils der Grenzfläche zwischen dem ersten und dem zweiten Gehäuse abtrennt. Der primäre Ladungsteilchenstrahl läuft durch eine Öffnung in der Trennwand, die so ausgebildet ist, daß die Öffnungsfläche auf der Seite der Ladungsteilchenbestrahlungseinheit größer ist als die Öffnungsfläche auf der Seite der Probe. Der primäre Ladungsteilchenstrahl durchsetzt oder läuft beim Bestrahlen der Probe durch einen dünnen Film, der die Öffnung auf der Seite der Probe abdeckt, und trifft auf die Probe. Ladungsteilchen von der Probe durchsetzen oder laufen durch den dünnen Film und die Öffnung und werden von einem Detektor im ersten Gehäuse erfaßt.
Auswirkungen der Erfindung
Mit der vorliegenden Erfindung kann der dünne Film, der mit den Ladungsteilchen bestrahlt wird und der die Ladungsteilchen durchläßt, optimal angeordnet werden. Die Ladungsteilchenstrahlvorrichtung, das Verfahren zum Einstellen der Ladungsteilchenstrahlvorrichtung und das Verfahren zum Untersuchen oder Betrachten einer Probe bietet daher mehr praktischen Nutzen als vorher, und es ist möglich, Proben in einer Atmosphärendruckatmosphäre zu betrachten.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist eine schematische Darstellung des Gesamtaufbaus einer Ladungsteilchenstrahlvorrichtung bei einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine schematische Darstellung des Gesamtaufbaus einer Ladungsteilchenstrahlvorrichtung bei einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
3 ist eine beispielhafte Detailansicht des Bereichs in der Umgebung eines dünnen Films bei der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
4 ist eine schematische Darstellung eines ersten Beispiels eines Film-Halteabschnitts mit dem dünnen Film bei der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
5 ist eine schematische Darstellung eines zweiten Beispiels für den Film-Halteabschnitt mit dem dünnen Film bei der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
6 ist eine schematische Darstellung eines dritten Beispiels für den Film-Halteabschnitt mit dem dünnen Film bei der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
7 ist eine schematische Darstellung eines Beispiels, bei dem bei der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zwischen dem Film-Halteabschnitt und einer Halterung für den Film-Halteabschnitt ein Befestigungselement angeordnet ist.
8 ist eine schematische Darstellung eines modifizierten Beispiels für die Anordnung des Befestigungselements zwischen dem Film-Halteabschnitt und der Halterung für den Film-Halteabschnitt bei der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
9 ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform, bei der bei einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine mikroskopische Untersuchung an einer Probe in einem gekippten Zustand erfolgt.
10 ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform zum Halten des Film-Halteabschnitts als vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
11 ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform mit einem Tisch bei der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
12 ist eine schematische Darstellung einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
13 ist ein Flußdiagramm für eine sechste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
14 ist ein Flußdiagramm für eine siebte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Arten der Erfindungsausführung
Bei der folgenden Erläuterung wird als Beispiel für die Ladungsteilchenstrahlvorrichtung eine REM-Vorrichtung mit einem Elektronenstrahl genommen. Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung jedoch auch anwendbar bei anderen Arten von Ladungsteilchenstrahlvorrichtungen wie einem RIM (Rasterionenmikroskop) zum Erfassen von Sekundärelektronen und reflektierten Elektronen beim Bestrahlen der Probe mit einem Ionenstrahl und einem Ionenmikroskop mit einem Ionenstrahl aus leichten Elementen. Die im folgenden beschriebenen Ausführungsformen können innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung auch geeignet kombiniert werden.
<Erste Ausführungsform>
Die 1 ist eine schematische Darstellung des Gesamtaufbaus einer Ladungsteilchenstrahlvorrichtung bei einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die in der 1 gezeigte Vorrichtung ist ein Rastermikroskop, das eine Probe 6 durch Abtasten der Probe 6 mit einem Ladungsteilchenstrahl und Erfassen der beim Abtasten erzeugten Sekundärelektronen oder reflektierten Elektronen abbildet. Die Vorrichtung der 1 wird als Beispiel für eine Ladungsteilchenstrahlvorrichtung dargestellt, die die Probe mit einem primären Ladungsteilchenstrahl bestrahlt, der von einer Ladungsteilchenquelle emittiert wird, und die die bei der Bestrahlung erhaltenen Ladungsteilchen erfaßt.
Die Ladungsteilchenstrahlvorrichtung besteht im wesentlichen aus einer elektronenoptischen Säule 2, einem ersten Gehäuse 7, an dem die elektronenoptische Säule 2 angebracht ist, einem zweiten Gehäuse 8 für die Probe 6, einem dünnen Film 13 zum Durchlassen des primären Elektronenstrahls und der Sekundärelektronen oder reflektierten Elektronen von der Probe 6, einem Film-Halteabschnitt 10 zum Festhalten des dünnen Films und einer Halterung 47 für den Film-Halteabschnitt, die an einer Trennwand (der Unterseite des ersten Gehäuses 7) angeordnet ist und die den Film-Halteabschnitt 10 hält. Die elektronenoptische Säule 2 steht in das Innere des ersten Gehäuses 7 vor. Am Ende der elektronenoptischen Säule 2 ist ein Detektor 3 zum Erfassen der Sekundärelektronen und reflektierten Elektronen angeordnet. Der Detektor 3 ist dafür vorgesehen, im ersten Gehäuse 7 die Sekundärelektronen und reflektierten Elektronen zu erfassen, die bei der Bestrahlung der Probe 6 mit dem von der elektronenoptischen Säule 2 emittierten primären Elektronenstrahl erhalten werden. Anstelle des Detektors zum Erfassen der Sekundärelektronen und reflektierten Elektronen kann im ersten Raum 11 im ersten Gehäuse 7 auch ein Detektor zum Erfassen von Röntgenstrahlen oder Photonen angeordnet werden (nicht gezeigt). Es ist auch möglich, sowohl den Detektor zum Erfassen der reflektierten Elektronen als auch den Detektor zum Erfassen von Röntgenstrahlen und Photonen vorzusehen.
Die strichpunktierte Linie in der 1 zeigt die optische Achse des primären Elektronenstrahls an. Die elektronenoptische Säule 2, das erste Gehäuse 7 und der dünne Film 13 sind so zusammengesetzt, daß sie mit der optischen Achse des primären Elektronenstrahls koaxial sind.
Das Steuersystem der Vorrichtung umfaßt einen PC 35, der vom Benutzer der Vorrichtung verwendet wird, eine vorgeschaltete Steuereinheit 36, die in einer Kommunikationsverbindung mit dem PC 35 verbunden ist, und eine nachgeschaltete Steuereinheit 37, die entsprechend den Befehlen, die von der vorgeschalteten Steuereinheit 36 übertragen werden, das Vakuumevakuiersystem, das elektronenoptische System usw. steuert. Der PC 35 umfaßt einen Monitor zum Anzeigen eines Bedienungsbildschirms (mit einer graphischen Benutzeroberfläche) für die Vorrichtung und Eingabeeinrichtungen (eine Tastatur, Maus usw.) für die Eingabe von Informationen für den Bedienungsbildschirm. Die vorgeschaltete Steuereinheit 36, die nachgeschaltete Steuereinheit 37 und der PC 35 sind über Verbindungsleitungen 43 und 44 verbunden. Die nachgeschaltete Steuereinheit 37 sendet und empfängt Steuersignale zum Steuern einer Vakuumevakuierpumpe 4, eines Gassteuerventils 101, einer Ladungsteilchenquelle 0, optischer Linsen 1 usw. Die nachgeschaltete Steuereinheit 37 wandelt außerdem das Ausgangssignal des Detektors 3 in ein digitales Bildsignal um und überträgt das digitale Bildsignal zur vorgeschalteten Steuereinheit 36. Die vorgeschaltete Steuereinheit 36 und die nachgeschaltete Steuereinheit 37 können analoge und digitale Schaltungen usw. enthalten. Die vorgeschaltete Steuereinheit 36 und die nachgeschaltete Steuereinheit 37 können auch zu einer Einheit zusammengefaßt sein. Der in der 1 gezeigte Aufbau des Steuersystems stellt nur ein Beispiel dar, es ist bei der Art des REM oder der Ladungsteilchenstrahlvorrichtung der vorliegenden Ausführungsform eine Vielzahl von Modifikationen (modifizierten Beispielen) hinsichtlich der Steuereinheiten, des Ventils, der Vakuumevakuierpumpe, der Verbindungsleitungen usw. möglich, solange die bei der Ausführungsform vorgesehen Funktionen ausgeführt werden.
Die elektronenoptische Säule 2 enthält als Elektronenbestrahlungseinheit das elektronenoptische System. Das elektronenoptische System umfaßt die Ladungsteilchenquelle 0 zum Aussenden des primären Elektronenstrahls, verschiedene optische Linsen 1 zum Steuern des Verlaufs (Wegs) des Elektronenstrahls, verschiedene Deflektoren zum Auslenken des Verlaufs des Elektronenstrahls usw.
Wenn die Vorrichtung ein RIM oder ein Ionenmikroskop ist, werden anstelle der elektronenoptischen Säule 2, des elektronenoptischen Systems und der Elektronenquelle eine optische Ladungsteilchensäule, ein optisches Ladungsteilchensystem und eine Ionenquelle verwendet. Die erwähnten verschiedenen optischen Linsen und verschiedenen Deflektoren bestehen aus elektrostatischen Linsen und/oder elektrostatischen Deflektoren. Der Grund dafür ist, daß bei Linsen/Deflektoren vom Magnetfeldtyp bei einem Ionenstrahl eine Massenseparation erfolgt.
Das Innere der elektronenoptischen Säule 2 und des ersten Gehäuses 7 (genauer der umschlossene Raum, der von den Oberflächen des ersten Gehäuses 7 und der elektronenoptischen Säule 2 gebildet wird) ist so ausgestaltet, daß der Raum von der Vakuumevakuierpumpe 4 evakuiert wird und der Druck in dem Raum im wesentlichen zumindest dann, wenn die Vorrichtung in Betrieb ist, im wesentlichen im Vakuumzustand gehalten wird. Der Verbindungsabschnitt des ersten Gehäuses 7, der der elektronenoptischen Säule 2 gegenüberliegt, ist mit einem Vakuumdichtelement 123 versehen, und der Verbindungsabschnitt an der Unterseite des ersten Gehäuses 7, der der Halterung 47 für den Film-Halteabschnitt gegenüberliegt, ist mit einem Vakuumdichtelement 124 versehen. Das zweite Gehäuse 8 weist dagegen einen Proben-Zugangsabschnitt 81 (oder eine Öffnungsfläche) zum Öffnen des Inneren des zweiten Gehäuses 8 zur atmosphärischen Luft auf. Das Innere des zweiten Gehäuses 8 ist bei der Betrachtung der Probe ständig zur Atmosphäre hin offen.
In der folgenden Erläuterung werden der Raum innerhalb des ersten Gehäuses 7 und der Raum innerhalb des zweiten Gehäuses 8 auch als erster Raum 11 bzw. als zweiter Raum 12 bezeichnet. Der erste Raum 11 enthält den Weg des primären Elektronenstrahls vor dem Durchlaufen des dünnen Films 13. Der zweite Raum 12 enthält den Weg des primären Elektronenstrahls nach dem Durchlaufen des dünnen Films 13.
Die Unterseite des ersten Gehäuses 7 muß nicht notwendigerweise als integraler Teil des ersten Gehäuses 7 ausgebildet sein. Zum Beispiel kann die Unterseite des ersten Gehäuses 7 auch von der Oberseite des zweiten Gehäuses 8 gebildet werden, von sowohl der Unterseite des ersten Gehäuses 7 als auch der Oberseite des zweiten Gehäuses 8 gebildet werden, oder als Teil ausgebildet sein, das weder zum ersten Gehäuse 7 noch zum zweiten Gehäuse 8 gehört. Die Unterseite des ersten Gehäuses 7 bildet somit eine Trennwand, die wenigstens zum Teil von entweder dem ersten Gehäuse 7 oder dem zweiten Gehäuse 8 gebildet wird oder vom ersten Gehäuse 7 und vom zweiten Gehäuse 8 getrennt ist, um das Innere des ersten Gehäuses 7 und das Innere des zweiten Gehäuses 8 voneinander zu trennen.
Das zweite Gehäuse 8 kann entweder angrenzend an das erste Gehäuse 7 oder als Teil des ersten Gehäuses 7 ausgebildet sein.
Bei dem Beispiel der 1 wird nur eine Vakuumevakuierpumpe 4 zum Evakuieren des Inneren der elektronenoptischen Säule 2 und des Inneren des ersten Gehäuses 7 verwendet. Es ist jedoch auch möglich, zwei oder mehr Vakuumpumpen zu verwenden, um die elektronenoptische Säule 2 und das erste Gehäuse 7 unabhängig voneinander zu evakuieren. Bei dem Beispiel der 1 ist auch nur eine Leitung 16 sowohl mit der elektronenoptischen Säule 2 als auch mit dem ersten Gehäuse 7 verbunden. Für die Verbindung können jedoch auch getrennte Leitungen verwendet werden. Die Anzahl der Leitungen kann eine andere sein als bei dem vorliegenden Beispiel.
Das erste Gehäuse 7 ist mit einem Leckventil 15 versehen, und das Innere des ersten Gehäuses wird damit zur atmosphärischen Luft hin geöffnet, wenn die Vorrichtung nicht in Betrieb ist. Hinsichtlich der Position des Leckventils 15 am ersten Gehäuse 7 gibt es keine besonderen Einschränkungen. Das erste Gehäuse 7 kann auch zwei oder mehr Leckventile 15 aufweisen. Auch braucht das erste Gehäuse 7 nicht notwendigerweise mit dem Leckventil 15 ausgerüstet sein.
Die Dicke des dünnen Films 13 beträgt vorzugsweise 20 μm oder weniger. Der Grund dafür ist, daß die Dicke, die der Elektronenstrahl durchlaufen kann, im Fall der Verwendung einer Elektronenkanone mit einer Beschleunigungsspannung von einigen zehn Kilovolt (üblich bei einem REM) etwa 20 μm beträgt.
Die Probe 6 wird auf einem Probentisch 501 angeordnet und in das zweite Gehäuse 8 eingesetzt. Es gibt Probentische 501 mit verschiedenen Dicken. Von diesen Probentischen wird auf der Basis der Dicke der Probe 6 als dem Untersuchungsobjekt der geeignete Probentisch ausgewählt und in das zweite Gehäuse 8 eingesetzt. Dieser Vorgang muß manuell ausgeführt werden. Mit dem manuellen Vorgang kann der Abstand zwischen den Oberflächen des dünnen Films 13 und der Probe 6 als dem Untersuchungsobjekt auf einen geeigneten Wert eingestellt werden.
Der Proben-Zugangsabschnitt 81 ist in einem seitlichen Abschnitt des zweiten Gehäuses 8 ausgebildet. Durch den Proben-Zugangsabschnitt 81 kann auch eine große Probe, die wie in der 1 gezeigt aus dem Gehäuse vorsteht, in das Gehäuse eingesetzt werden. Da das Innere des zweiten Gehäuses 8 ständig zur atmosphärischen Luft hin offen ist, kann auch während einer REM-Betrachtung durch den Proben-Zugangsabschnitt 81 eine Hand in das Innere des Gehäuses gesteckt werden. Durch Bewegen des Probentisches 501 kann die Betrachtungsposition auf der Probe 6 während der REM-Betrachtung verändert werden.
Es wird nun der Abschnitt in der Umgebung des dünnen Films 13 anhand der 1 genauer erläutert.
Der Abschnitt in der Umgebung des dünnen Films 13 umfaßt den dünnen Film 13 zum Durchlassen des primären Elektronenstrahls und der Sekundärelektronen und reflektierten Elektronen von der Probe, den Film-Halteabschnitt 10 zum Festhalten des dünnen Films und die Halterung 47 für den Film-Halteabschnitt 10, die in der Trennwand (der Unterseite des ersten Gehäuses 7) ausgebildet ist und die den Film-Halteabschnitt 10 festhält.
Der dünne Film 13 steht mit dem Film-Halteabschnitt 10 in engem Kontakt, so daß der hermetische Abschluß des ersten Raums 11 aufrecht erhalten bleibt.
Der dünne Film 13 besteht zum Beispiel aus einem Kohlenstoffmaterial, einem organischen Material, einem anorganischen Material, aus Siliziumkarbid, aus einem Siliziumoxidfilm, einem Siliziumnitridfilm, einem Film aus einem leichten Element (z. B. Beryllium) oder einem metallischen Film.
Der in der 1 gezeigte dünne Film 13 bedeckt die Unterseite des Film-Halteabschnitts 10 vollständig. Der dünne Film 13 braucht jedoch nur etwas größer zu sein als die Öffnung 10a im Film-Halteabschnitt 10 (auf der Seite des zweiten Raums 12). Es reicht aus, wenn der dünne Film 13 so ausgebildet ist, daß der hermetische Abschluß des ersten Raums 11 erhalten bleibt.
Da der dünne Film 13 für den Elektronenstrahl durchlässig sein muß, muß er dünner sein als die Grenzdicke für die Durchlässigkeit, die von der Durchlässigkeit für den Elektronenstrahl bestimmt wird. Gleichzeitig soll die Fläche des dünnen Films 13 so klein wie möglich sein, damit der dünne Film 13 ausreichend druckfest für die Trennung des Vakuums vom Atmosphärendruck ist.
Wie oben erwähnt ist der Detektor 3 zum Erfassen der von der Probe 6 emittierten Elektronen so angeordnet, daß die Erfassung im ersten Raum 11 erfolgt. Damit der Detektor 3 unabhängig von der Erfassungsposition im ersten Raum 11 und der Form des Detektors 3 die von der Probe 6 emittierten Elektronen wirkungsvoll aufnimmt, sollte die für die emittierten Elektronen durchlässige Fläche des dünnen Films (d. h. die Fläche der Öffnung 10a im Film-Halteabschnitt 10) groß sein. Eine Vergrößerung der Öffnungsfläche der Öffnung 10a macht es jedoch schwierig, eine für die Trennung des Vakuums vom Atmosphärendruck ausreichende Druckfestigkeit des dünnen Films 13 (der wie oben erwähnt auf der Seite des zweiten Raums 12 am Film-Halteabschnitt 10 angeordnet ist) sicherzustellen. Unter Berücksichtigung dieses Problems ist die Öffnung 10a im Film-Halteabschnitt 10 so ausgestaltet, daß die Öffnungsfläche auf der Seite des ersten Raums 11 (auf der Seite der Ladungsteilchenbestrahlungseinheit) größer ist als die Öffnungsfläche auf der Seite des zweiten Raums 12 (der Seite der Probe). Mit dieser Ausgestaltung können die von der Probe 6 emittierten Elektronen wirkungsvoll erfaßt werden, während gleichzeitig auch die Festigkeit des dünnen Films 13 sichergestellt ist.
Als nächstes wird nun der Betrieb beschrieben.
Der von der Elektronenquelle 0 emittierte primäre Elektronenstrahl läuft durch das erste Gehäuse 7 (das Innere davon wird im Vakuumzustand gehalten). Der primäre Ladungsteilchenstrahl läuft dann durch die Öffnung 10a, durch den dünnen Film 13, der die Öffnung 10a auf der Seite der Probe 6 abdeckt, und trifft die Probe 6, die sich im zweiten Gehäuse 8 befindet. Die Sekundärelektronen und reflektierten Elektronen von der Probe 6 laufen durch den dünnen Film 13 und werden vom Detektor 3 im ersten Gehäuse 7 erfaßt. Auf diese Weise kann die Probe betrachtet werden.
<Zweite Ausführungsform>
Die 2 ist eine schematische Darstellung des Gesamtaufbaus eines Rastermikroskops (im folgenden ”REM-Vorrichtung” genannt) 900 (als Beispiel für eine Ladungsteilchenstrahlvorrichtung) bei einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Hauptunterschiede gegenüber der ersten Ausführungsform sind die Formen des ersten und zweiten Gehäuses 7 und 8, ein Verschlußabschnitt 122 für die Abtrennung vom Außenraum der REM-Vorrichtung, eine Gasdüse 100 für die Abgabe von Gas aus dem zweiten Raum 12, ein Gassteuerventil 101 in der Gasleitung zur Gasdüse 100 zum Steuern der Gasabgabe, ein Gasauslaß 120 für die Abgabe von Gas aus dem zweiten Raum 12 und ein Probentisch 5 zum Festhalten und Bewegen (Antrieb) der Probe 6. Der andere Aufbau ist der gleiche wie bei der ersten Ausführungsform. Komponenten, die auch bei der ersten Ausführungsform vorhanden sind (wie z. B. der PC 35), werden nicht noch einmal dargestellt.
In der folgenden Erläuterung werden das erste Gehäuse 7 und das zweite Gehäuse 8 auch als erster Trennabschnitt bzw. als zweiter Trennabschnitt bezeichnet.
Das zweite Gehäuse 8 kann entweder angrenzend an das erste Gehäuse 7 oder als Teil des ersten Gehäuses 7 ausgebildet werden. Das erste Gehäuse 7 und das zweite Gehäuse 8 können auch so ausgebildet werden, daß das zweite Gehäuse 8 im ersten Gehäuse 7 enthalten ist oder das erste Gehäuse 7 im zweiten Gehäuse 8 enthalten ist.
Das erste Gehäuse 7 ist so ausgebildet, daß es den ersten Raum 11 vom Außenraum 901 der REM-Vorrichtung 900 trennt.
Die REM-Vorrichtung umfaßt des weiteren das zweite Gehäuse 8 für die Abtrennung des ersten Raums 11 vom zweiten Raum 12 (das heißt den Trennabschnitt 121, die Halterung 47 für den Film-Halteabschnitt und den Film-Halteabschnitt 10), den Verschlußabschnitt 122 für die Abtrennung des zweiten Raums 12 vom Außenraum 901 der REM-Vorrichtung (auch ”Verschlußabschnitt zum Verschließen des Proben-Zugangs” genannt), die Dichtabschnitte 123 und 126 für die Trennung der Druckzustände im ersten Raum 11 und im Außenraum 901 der REM-Vorrichtung 900, einen Dichtabschnitt 124 für die Trennung des Druckzustands zwischen dem ersten Raum 11 und dem zweiten Raum 12 und einen Dichtabschnitt 125 für die Trennung des Druckzustands zwischen dem zweiten Raum 12 und dem Außenraum 901 der REM-Vorrichtung 900. In der folgenden Erläuterung wird der Verschlußabschnitt 122 auch als dritter Trennabschnitt bezeichnet.
In der 2 ist der Probentisch 5 mit dem Verschlußabschnitt 122 verbunden. Der Probentisch 5 ist mit einem Antriebsmechanismus versehen, mit dem zumindest der Abstand zwischen der Probe 6 und dem Film-Halteabschnitt 10 verändert werden kann.
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die REM-Vorrichtung mit einer Funktion zum Zuführen eines Austauschgases zum zweiten Raum 12 ausgestattet.
Dazu ist die REM-Vorrichtung mit Komponenten wie der Gasdüse 100, dem Gassteuerventil 101 in der Gasleitung zur Gasdüse 100 zum Steuern der Gasabgabe und einem Anschluß 102 oberhalb des Gassteuerventils 101 für die Verbindung mit einer Gasflasche 103 und dergleichen versehen. Bei dem Beispiel der 2 ist die REM-Vorrichtung mit der Gasflasche 103 ausgerüstet, die Gasflasche 103 kann dabei entweder als bereits eingebaute Komponente vorgesehen sein oder erst später vom Benutzer der Vorrichtung angesetzt werden.
Der am unteren Ende der elektronenoptischen Säule 2 abgegebene Elektronenstrahl läuft durch den ersten Raum 11, der sich in einem Hochvakuumzustand befindet, durch den dünnen Film 13 und tritt dann in den zweiten Raum 12 ein, der sich auf Atmosphärendruck oder in einem Niedrigvakuumzustand (im Vergleich zum ersten Raum 11) befindet. Die mittlere freie Weglänge des Elektronenstrahls wird im Raum mit dem schlechteren Vakuum aufgrund der Streuung an den Gasmolekülen kleiner. Ein großer Abstand zwischen dem dünnen Film 13 und der Probe 6 erschwert es dem Elektronenstrahl oder den bei der Bestrahlung erzeugten Sekundärelektronen und reflektierten Elektronen, die Probe 6 zu erreichen. Die Streuwahrscheinlichkeit des Elektronenstrahls ist proportional zur Massenzahl der Gasmoleküle. Wenn sich im zweiten Raum leichte Gasmoleküle befinden, deren Massenzahl kleiner ist als die von atmosphärischer Luft, nimmt daher die Streuwahrscheinlichkeit des Elektronenstrahls ab, und der Elektronenstrahl kann die Probe 6 besser erreichen. Aus diesem Grund wird die REM-Vorrichtung vorzugsweise so ausgestaltet, daß die Zufuhr eines Austauschgases zum zweiten Raum 12 möglich ist. Hinsichtlich der Art des Austauschgases wird der Effekt einer Verbesserung des Rauschverhältnisses der Abbildung erreicht, solange ein Gas verwendet wird, das leichter ist als die atmosphärische Luft (Stickstoffgas, Wasserdampf usw.). Der Verbesserungseffekt beim Rauschverhältnis wird durch die Verwendung von sehr leichten Gasen wie Heliumgas und Wasserstoffgas weiter erhöht.
Bei der Betrachtung einer Probe, die Feuchtigkeit (Wasser) enthält, ist es unter dem Gesichtspunkt des Verhinderns des Verdampfens von Wasser von der Probe nicht günstig, die Atmosphäre der Probe vor der Abgabe von leichten Elementen in einen Vakuumzustand zu verändern. Es ist besser, das Gas aus leichten Elementen in einem Zustand dem zweiten Raum 12 zuzuführen, in dem der Gasauslaß 120 eine Verbindung mit der atmosphärischen Luft des Außenraums 901 der Vorrichtung 900 herstellt. Das Gas aus leichten Elementen kann dadurch wirkungsvoll im zweiten Raum 12 eingeschlossen werden, daß es dem zweiten Raum 12 zugeführt und danach der Gasauslaß 120 geschlossen wird.
Der Gasauslaß 120 kann auch wie ein Sicherheitsventil aufgebaut sein, das sich automatisch öffnet, wenn der Druck 1 atm oder höher ist. Bei einem solchen Aufbau öffnet sich der Gasauslaß 120 automatisch und gibt die atmosphärischen Komponenten (Stickstoff, Sauerstoff usw.) zur Außenseite der Vorrichtung ab, wenn der Druck im Inneren der Vorrichtung beim Zuführen des Gases aus leichten Elementen 1 atm erreicht, wodurch das Innere der Vorrichtung mit dem Gas aus leichten Elementen gefüllt werden kann. Die Funktion des Zuführens eines Austauschgases zum zweiten Raum 12 ist nicht notwendigerweise wichtig; es ist auch möglich, die Gasdüse 100, das Gassteuerventil 101, den Anschluß 102, die Gasflasche 103 und den Gasauslaß 120 wegzulassen.
Der zweite Raum 12 kann auch so ausgestaltet sein, daß eine Vakuumevakuierung durch eine nicht gezeigte Vakuumpumpe möglich ist.
In der 2 ist der Verschlußabschnitt 122 auf der linken Seite ausgebildet, der Verschlußabschnitt 122 kann jedoch auch im unteren Teil oder an der rechten Seite der 2 vorgesehen sein. Der Aufbau der 2 ist nur ein Beispiel.
In der 3 ist ein Beispiel für den Bereich in der Umgebung des dünnen Films 13 genauer dargestellt, wobei der Verschlußabschnitt 122 und der Probentisch 5 weggelassen wurden. Der Trennabschnitt 121, die Halterung 47 für den Film-Halteabschnitt und der Film-Halteabschnitt 10 mit dem dünnen Film 13 bilden den Trennabschnitt für die Abtrennung des ersten Raums 11 vom zweiten Raum 12. Vorzugsweise sind die Halterung 47 für den Film-Halteabschnitt und der Film-Halteabschnitt 10 als Trennwand ausgebildet. Wenn der Trennfilm ersetzt werden muß, weil er durch einen Kontakt des dünnen Films 13 mit der Probe 6 beschädigt wurde, kann bei der vorliegenden Ausgestaltung die Halterung 47 für den Film-Halteabschnitt mit dem daran angebrachten Film-Halteabschnitt 10 leicht ersetzt werden. Wenn die Handhabbarkeit, das leichte Austauschen usw. keine Rolle spielen, können die Halterung 47 für den Film-Halteabschnitt und der Film-Halteabschnitt 10 auch einstückig ausgebildet werden.
Die 4 zeigt ein erstes Beispiel für den Film-Halteabschnitt 10 mit dem dünnen Film 13. Wie in der 4 gezeigt, ist die innere Seitenwand der Öffnung 10a im Film-Halteabschnitt 10 derart in einer geneigten Form ausgebildet, daß die Öffnungsfläche der Öffnung 19 auf der Seite des ersten Raums 11 größer ist als die Öffnungsfläche der Öffnung 20 auf der Seite des zweiten Raums 12. Der dünne Film 13 ist am Film-Halteabschnitt 10 auf der Seite des zweiten Raums 12 angebracht.
Die 5 zeigt ein zweites Beispiel für den Film-Halteabschnitt 10 mit dem dünnen Film 13. Wie in der 5 gezeigt, ist an der inneren Seitenwand der Öffnung 10a im Film-Halteabschnitt 10 ein Höhenunterschied (eine Stufe) derart ausgebildet, daß die Öffnungsfläche der Öffnung 19 auf der Seite des ersten Raums 11 größer ist als die Öffnungsfläche der Öffnung 20 auf der Seite des zweiten Raums 12. Der dünne Film 13 ist auf der Seite des zweiten Raums 12 am Film-Halteabschnitt 10 angebracht.
Die 6 zeigt ein drittes Beispiel für den Film-Halteabschnitt 10 mit dem dünnen Film 13.
Die Öffnungsfläche der Öffnung 20 im Film-Halteabschnitt 10 auf der Seite des zweiten Raums 12 soll unter dem Gesichtspunkt der Haltbarkeit klein sein, da der dünne Film 13 extrem dünn ist, damit ihn der Elektronenstrahl durchsetzen kann. Eine REM-Betrachtung mit einer geringen Vergrößerung wird damit schwierig. Deshalb ist es besser, an der inneren Seitenwand der Öffnung 10a im Film-Halteabschnitt 10 einen Höhenunterschied (eine Stufe) auszubilden und den Film-Halteabschnitt 10 mit einer Aufteilung zu versehen, die die Öffnung 20 auf der Seite des zweiten Raums 12 wie in der 6 gezeigt in eine Anzahl von Öffnungen aufteilt. Mit dieser Ausgestaltung wird die Haltbarkeit des dünnen Film erhöht und die beobachtbare Fläche vergrößert. In der 6 ist es zwar nicht gezeigt, die innere Seitenwand der Öffnung 10a kann jedoch auch eine geneigte Form haben. In jedem Fall können dadurch, daß die Öffnung 19 auf der Seite des ersten Raums 11 (in der 6 der Oberseite) größer ist als jede der Öffnungen 20 auf der Seite des zweiten Raums 12 (in der 6 der Unterseite), die von der Probe 6 abgegebenen Elektronen wirkungsvoll vom Detektor 3 aufgenommen werden.
Bei dem in den 4 bis 6 gezeigten ersten bis dritten Beispiel ist die Öffnung 10a in viereckiger Form dargestellt, die Öffnung 10a kann jedoch auch eine beliebige Form haben (z. B. eine runde Form).
Wie in der 3 gezeigt, sind der Film-Halteabschnitt 10 und die Halterung 47 für den Film-Halteabschnitt mit einem Befestigungselement 17 befestigt. Der hermetische Abschluß des ersten Raums 11 kann entweder durch das Befestigungselement 17 oder dadurch erhalten werden, daß die Unterseite der Halterung 47 für den Film-Halteabschnitt und die Oberseite des Film-Halteabschnitts 10 in der 3 ausreichend eben ausgebildet werden. Im letzten Fall ist das Befestigungselement 17 nicht unbedingt notwendig.
Der hermetische Abschluß des ersten Raums 11 zwischen der Halterung 47 für den Film-Halteabschnitt und dem Trennabschnitt 121 wird mit einem Vakuumdichtelement 124, etwa einem O-Ring oder einer Dichtung, bewirkt. Als Befestigungselement 17 kann auch ein elektrisch leitendes oder halbleitendes Klebemittel und dergleichen verwendet werden. Auch das Zusammendrücken in der horizontalen Richtung in der 3 mit Metallplatten und dergleichen ist eine nicht gezeigte Möglichkeit. Der Trennabschnitt 121 und die Halterung 47 für den Film-Halteabschnitt können mit Befestigungselementen wie Schrauben zusammengehalten werden, auch wenn das in der 3 nicht gezeigt ist. Die Befestigungselemente, etwa Schrauben, können auch weggelassen werden, da die Halterung 47 für den Film-Halteabschnitt durch den negativen Druck des vakuumevakuierten ersten Raums 11 zum Trennabschnitt 121 gezogen wird.
Der dünne Film 13 ist in der 3 an der Unterseite des Film-Halteabschnitts 10 angebracht. Durch diese Ausgestaltung ist es möglich, den Abstand zwischen der Probe 6 und dem dünnen Film 13 so klein wie möglich zu machen.
Wenn der dünne Film 13 zum Durchlassen des Elektronenstrahls zum Beispiel aus einem Isolator besteht, wird der dünne Film 13 beim Auftreffen der Sekundärelektronen und reflektierten Elektronen von der Probe 6 elektrisch aufgeladen. Diese elektrische Aufladung stört beim Abtasten mit dem Elektronenstrahl, weshalb im praktischen Gebrauch eine Betrachtung der Probe 6 fast unmöglich wird (ein Problem, das in den Patent-Druckschriften 1 bis 3 überhaupt nicht berücksichtigt wird). Zur Behebung dieses Problems werden der Trennabschnitt 121 und die Halterung 47 für den Film-Halteabschnitt aus einem leitenden oder halbleitenden Material ausgebildet. Der gleiche Effekt wird durch Aufbringen eines leitenden oder halbleitenden Materials auf die Oberflächen des Trennabschnitts 121 und der Halterung 47 für den Film-Halteabschnitt erreicht. Der Film-Halteabschnitt 10 ist unabhängig von der Art des dünnen Films 13 als metallisches oder halbleitendes Element auszubilden. Alternativ kann der gleiche Effekt auch durch Aufbringen eines leitenden oder halbleitenden Materials auf die Oberfläche des Film-Halteabschnitts 10 erreicht werden. Die Oberfläche des Film-Halteabschnitts 10 besteht somit wenigstens zum Teil oder ganz aus einem leitenden oder halbleitenden Material. Zur Beseitigung der elektrischen Aufladung steht derjenige Teil des Film-Halteabschnitts 10, der aus dem leitenden oder halbleitenden Material besteht, mit dem dünnen Film 13 und dem zweiten Trennabschnitt 121 in Kontakt. Mit diesem Aufbau werden elektrische Ladungen, die sich auf dem dünnen Film 13 sammeln, über einen antistatischen Weg 18 abgeleitet. Insgesamt ermöglicht es der in der 3 gezeigte Aufbau, den Film-Halteabschnitt 10 zu erden, wobei der Film-Halteabschnitt 10, der dünne Film 13 und ein Teil des ersten Gehäuses 7 und/oder des zweiten Gehäuses 8 (z. B. die Halterung 47 für den Film-Halteabschnitt) direkt oder indirekt miteinander in Kontakt stehen, wodurch eine elektrische Aufladung des dünnen Films 13 verhindert werden kann.
Wie in der 3 gezeigt, ist die Halterung 47 für den Film-Halteabschnitt am Befestigungselement 17 befestigt. Wenn der Elektronenstrahl nach dem Durchlaufen des dünnen Films 13 in den Raum gelangt, der unter Atmosphärendruck steht, unterliegt der Elektronenstrahl einer Streuung an der atmosphärischen Luft. Im Ergebnis wird der Durchmesser des Elektronenstrahls beim Erreichen der Probe 6 sehr groß. Damit der Elektronenstrahl die Probe 6 mit einem vorgegebenen Durchmesser erreicht, muß der Abstand zwischen der Probe 6 und dem dünnen Film 13 so klein wie möglich sein (ein Problem, das in den Patent-Druckschriften 1 bis 3 überhaupt nicht angesprochen wird). Wenn das Befestigungselement 17 weiter in den zweiten Raum 12 vorsteht als der dünne Film 13, kann die Probe 6 mit dem Befestigungselement 17 in Kontakt kommen, wenn die Probe 6 auf den dünnen Film 13 zu bewegt wird. Vorzugsweise wird daher das Befestigungselement 17 hinsichtlich der Unterseite des dünnen Films 13 auf der Seite des ersten Raums 11 angeordnet. Mit anderen Worten wird das Befestigungselement 17 vorzugsweise so ausgestaltet, daß der Abstand zwischen dem Befestigungselement 17 und der Probe 6 größer ist als der Abstand zwischen dem dünnen Film 13 und der Probe 6. Damit kann der Abstand zwischen der Probe 6 und dem dünnen Film 13 so klein wie möglich gemacht werden.
Es ist auch möglich, wie in der 7 gezeigt das Befestigungselement 17 zwischen dem Film-Halteabschnitt 10 und der Halterung 47 für den Film-Halteabschnitt anzubringen. Da die elektrischen Ladungen, die sich wie oben beschrieben am Film-Halteabschnitt 10 sammeln, abgeleitet werden müssen, besteht das Befestigungselement 17 der 7 aus einem leitenden oder halbleitenden Material und ist so ausgebildet, daß der hermetische Abschluß zwischen dem ersten Raum 11 und dem zweiten Raum 12 erhalten bleibt. Auch mit diesem Aufbau kann der Abstand zwischen dem dünnen Film 13 und der Probe 6 so klein wie möglich gemacht werden.
Die 8 zeigt ein modifiziertes Beispiel für den Film-Halteabschnitt 10, wobei der Umfangsrand des Film-Halteabschnitts 10 als Positionierabschnitt mit wenigstens einem Höhenunterschiedsabschnitt 22 versehen ist und der Film-Halteabschnitt mittels des Höhenunterschieds befestigt wird. Wie in der. 8 gezeigt, ist der Höhenunterschiedsabschnitt 22 an der äußeren Seitenwand des Film-Halteabschnitts 10 derart ausgebildet, daß das Befestigungselement zwischen dem Höhenunterschiedsabschnitt 22 und der Halterung 47 für den Film-Halteabschnitt angeordnet ist. Das Befestigungselement 17 kann eine Metallplatte, ein Klebstreifen oder ein Klebemittel sein. In der 8 sind Befestigungsschrauben 21 zum Befestigen des Befestigungselements 17 an der Halterung 47 für den Film-Halteabschnitt gezeigt, die Verwendung und die Form der Befestigungsschrauben 21 ist jedoch nur eine Option. Vorzugsweise werden das Befestigungselement 17 und die Befestigungsschrauben 21 hinsichtlich der Unterseite des dünnen Films 13 auf der Seite des ersten Raums 11 angeordnet. In diesem Fall wird der hermetische Abschluß des ersten Raums 11 dadurch erhalten, daß der Film-Halteabschnitt 10 und die Halterung 47 für den Film-Halteabschnitt in engem Kontakt stehen (z. B. durch genügend ebene Oberflächen am Film-Halteabschnitt 10 und der Halterung 47 für den Film-Halteabschnitt der 8). Der Höhenunterschiedsabschnitt 22 kann auch zwei oder mehr Höhenunterschiede aufweisen (nicht gezeigt). Hinsichtlich der Position des Höhenunterschiedsabschnitts 22 gibt es keine Einschränkungen (z. B. an der Unterseite des Film-Halteabschnitts 10). Bei diesem Aufbau kann der Film-Halteabschnitt 10 im Vergleich zu dem Beispiel der 7 leichter ersetzt werden.
<Dritte Ausführungsform>
Anhand der 9 wird nun als dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Ausführungsform beschrieben, bei der die mikroskopische Betrachtung an einer Probe im gekippten Zustand erfolgt.
Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten und der zweiten Ausführungsform dadurch, daß die Probe 6 auf einem gekippten Probentisch 25 angeordnet ist und der Film-Halteabschnitt 10 an einer Halterung 47 für den Film-Halteabschnitt angebracht ist, die als Trennwand mit einem gekippten Abschnitt ausgebildet ist. Die anderen Merkmale sind die gleichen wie bei der ersten und der zweiten Ausführungsform.
Es ist nicht so einfach, nur die Probe 6 zu kippen, da der Abstand zwischen der Probe 6 und dem dünnen Film 13 wie oben angegeben so klein wie möglich sein soll. Daher wird die Probe an dem Probentisch 25 angebracht, dessen Oberseite als Anbringungsort für die Probe wie in der 9 gezeigt gekippt ist, und der Film-Halteabschnitt 10 wird derart an der Halterung 47 für den Film-Halteabschnitt mit dem gekippten Abschnitt angebracht, daß die Anbringungsfläche für die Probe am Probentisch 25 parallel zur Oberfläche des dünnen Films 13 verläuft, der der Anbringungsfläche für die Probe gegenüberliegt. Mit diesem Aufbau kann der Elektronenstrahl auf die gekippte Probe 6 eingestrahlt werden, und es können Abbildungen der gekippten Probe 6 aufgenommen werden. Wenn die Vorrichtung außer mit dem Detektor 3 mit einem Detektor 26 versehen ist, kann das Signal wie in der 9 gezeigt wirkungsvoll vom Detektor 26 aufgenommen werden. Der Detektor 26 kann ein Röntgenstrahldetektor, ein Photonendetektor usw. sein.
<Vierte Ausführungsform>
Anhand der 10 wird nun als vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Ausführungsform beschrieben, bei der zum Festhalten des Film-Halteabschnitts 10 die Vakuumevakuierung des ersten Raums 11 ausgenutzt wird.
Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten und der zweiten Ausführungsform dadurch, daß der Film-Halteabschnitt 10 nicht vom Befestigungselement 17 festgehalten wird, sondern dadurch, daß dazu die Vakuumevakuierung des ersten Raums 11 ausgenutzt wird. Die anderen Merkmale sind die gleichen wie bei der ersten und der zweiten Ausführungsform. Wie in der 10 gezeigt, ist es möglich, durch Ausnutzen der Vakuumevakuierung des ersten Raums 11 die Halterung 47 für den Film-Halteabschnitt mit dem Film-Halteabschnitt 10 zu verbinden, ohne daß dazu das Befestigungselement 17 erforderlich ist. In diesem Fall kann der hermetische Abschluß des ersten Raums 11 dadurch erhalten werden, daß in der 10 wie bei der zweiten Ausführungsform usw. erläutert die Oberseite des Film-Halteabschnitts 10 und die Unterseite der Halterung 47 für den Film-Halteabschnitt genügend eben ausgebildet wird. Zum Anbringen kann zum Beispiel das in der 11 gezeigte Verfahren angewendet werden: Wenn der erste Raum 11 und der zweite Raum 12 im gleichen Druckzustand sind, werden der Film-Halteabschnitt 10 und die Halterung 47 für den Film-Halteabschnitt auf einem Tisch 28 mit einer Ausnehmung an der der Öffnung 10a für den dünnen Film 13 gegenüberliegenden Stelle angeordnet. Danach wird die Halterung 47 für den Film-Halteabschnitt mit dem Trennabschnitt 121 in Kontakt gebracht und mit der Vakuumevakuierung des ersten Raums 11 begonnen. Durch die Vakuumevakuierung haften der Film-Halteabschnitt 10 und die Halterung 47 für den Film-Halteabschnitt mittels Vakuumadsorption aneinander, und es ergibt sich der in der 10 gezeigte Aufbau. Es ist möglich, den Probentisch 5 am Tisch 28 anzuordnen. Der Tisch 28 kann auch an einem anderen Antriebsmechanismus angebracht werden (nicht gezeigt). Mit diesem Aufbau wird das Austauschen des Film-Halteabschnitts 10 erleichtert. Bei dem Beispiel der 11 kann die Halterung 47 für den Film-Halteabschnitt auch bereits vorab am Trennabschnitt 121 angebracht werden. Es ist auch möglich, das Befestigungselement 17 als Befestigungsart für den Tisch 28 zu verwenden. Die Form des Tisches 28 mit einer Ausnehmung an der der Öffnung 10a für den dünnen Film 13 gegenüberliegenden Stelle ist nur ein Beispiel, es ist auch möglich, anstelle einer Ausnehmung in der Mitte des Tisches 28 gegenüber der Öffnung 10a für den dünnen Film 13 einen Höhenunterschied auszubilden, damit der der Öffnung 10a gegenüberliegende Teil des Tisch 28 zurücktritt. Der Tisch 28 der 11 kann auch so ausgestaltet sein, daß er an der Oberseite, der Seitenfläche usw. Höhenunterschiede aufweist.
<Fünfte Ausführungsform>
Anhand der 12 wird nun eine fünfte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform usw. dadurch, daß die Vorrichtung einen Höhenunterschiedsabschnitt 22, mit dem die relative Position zwischen der elektronenoptischen Säule 2 und dem dünnen Film 13 in der horizontalen Richtung der 12 verändert werden kann, und/oder einen Positionierabschnitt zum Bewegen des dünnen Films 13 in der Richtung senkrecht zum Blatt der 12 aufweist. Die anderen Merkmale sind die gleichen wie bei den anderen Ausführungsformen.
Es gibt das Problem (das in den Patent-Druckschriften 1 bis 3 überhaupt nicht angesprochen wird), daß es absolut unmöglich ist, den Mittelpunkt des dünnen Films beim Anbringen des dünnen Films unter der REM-Säule und gegenüber der Probe mit der Achse des optischen Systems des REMs auszurichten.
Die Öffnung 20 des Film-Halteabschnitts 10 auf der Seite des zweiten Raums 12 ist extrem klein, da der dünne Film 13 extrem dünn ist, damit er den Elektronenstrahl durchläßt. Das Anbringen der Halterung 47 für den Film-Halteabschnitt und des Film-Halteabschnitts 10 mit dem dünnen Film 13 kann zu einem Fluchtungsfehler zwischen der optischen Achse 24 und dem Mittelpunkt des dünnen Films 13 führen. Es ist daher wichtig, die Position des dünnen Films 13 unter Beobachtung des dünnen Films 13 und des Film-Halteabschnitts 10 durch das Elektronenmikroskop nach dem Anbringen des dünnen Films 13 usw. einzustellen.
Bei dem Beispiel der 12 ist die Vorrichtung mit dem Höhenunterschiedsabschnitt 22, mit dem die relative Position zwischen der elektronenoptischen Säule 2 und dem dünnen Film 13 in der horizontalen Richtung der 12 verändert werden kann, und/oder mit dem (nicht gezeigten) Positionierabschnitt ausgestattet, mit dem der dünne Film 13 in der Richtung senkrecht zu dem Blatt der 12 bewegt werden kann. Mit diesem Aufbau ist eine Ausrichtung zwischen der optischen Achse 24 und dem Mittelpunkt des dünnen Films 13 möglich. Das Ausrüsten der Vorrichtung mit einem Positioniermechanismus zum Verändern der Position des Film-Halteabschnitts 10 ermöglicht es, die Position des dünnen Films 13 während der Betrachtung der Abbildung zu verändern.
Bei dem Beispiel der 22 ist der Höhenunterschiedsabschnitt 22 im Verschlußabschnitt 122 angeordnet und damit für den Benutzer der Vorrichtung leicht zugänglich. Es ist jedoch nicht nötig, den Höhenunterschiedsabschnitt 22 im Verschlußabschnitt 122 anzuordnen, wenn er von einem Motor und dergleichen angetrieben wird, der den Höhenunterschiedsabschnitt 22 automatisch antreibt. Die Positionierung erfolgt zwar direkt durch eine Veränderung der Position der Halterung 47 für den Film-Halteabschnitt, sie kann aber auch indirekt unter Verwendung einer anderen Komponente verändert werden.
<Sechste Ausführungsform>
Anhand der 13 wird eine sechste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben, die eine Anwendung des Positionierabschnitts der fünften Ausführungsform darstellt. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist der Vorrichtungsaufbau (als Aufbau mit dem bei der fünften Ausführungsform beschriebenen Positionierabschnitt) auch bei den Konfigurationen der 3, 7, 8 und 9 anwendbar. Die 13 ist ein Flußdiagramm für den Ablauf bei der Anbringung des Film-Halteabschnitts 10 und der Positionierung des dünnen Films 13.
Wie in der 13 gezeigt, wird im ersten Schritt 70 der Film-Halteabschnitt 10, an dem der dünne Film 13 befestigt ist, unter Verwendung des Befestigungselements 17 an der Halterung 47 für den Film-Halteabschnitt angebracht. Der dünne Film 13 ist auf der Seite der Probe 6 angebracht.
Im zweiten Schritt 71 wird die Halterung 47 für den Film-Halteabschnitt, an der der Film-Halteabschnitt 10 mit dem dünnen Film 13 angebracht ist, mit dem Trennabschnitt 121 (der als Teil der Elemente zum Abtrennen des ersten Raums 11 vom zweiten Raum 12 verwendet wird) in Kontakt gebracht, und es erfolgt die Vakuumevakuierung des ersten Raums 11.
Im dritten Schritt 72 wird mit dem Aussenden des Elektronenstrahls begonnen.
Im vierten Schritt 73 wird eine Elektronenmikroskopabbildung angezeigt und die Position des dünnen Films 13 in der Abbildung geprüft.
Im fünften Schritt 74 erfolgt unter Überprüfung der Position des dünnen Films 13 in der Elektronenmikroskopabbildung eine Einstellung (Positionierung) unter Verwendung des Höhenunterschiedsabschnitts 22, um die Position des dünnen Films 13 in die Mitte der Abbildung zu bringen.
Der Vorgang vom dritten Schritt 72 bis zum fünften Schritt 74 der 13 kann automatisiert werden, wenn der Höhenunterschiedsabschnitt 22 von einem Motor und dergleichen angetrieben wird, der in der Lage ist, den Höhenunterschiedsabschnitt 22 automatisch zu betätigen.
<Siebte Ausführungsform>
Anhand des Flußdiagramms der 14 wird nun eine siebte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Diese Ausführungsform ist ein Beispiel für die Anwendung des Aufbaus mit dem Positionierabschnitt der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bei dem Verfahren mit dem Tisch 28, das bei der vierten Ausführungsform anhand der 11 erläutert wurde.
Anhand der 14 wird im folgenden ein Verfahren zum Anbringen des Film-Halteabschnitts 10 usw. unter Verwendung des Tisches 28 (als Anbringungsort für den Film-Halteabschnitt 10) der 11 und ein Positionierverfahren beschrieben. Die folgende Erläuterung beruht auf der Annahme, daß der Tisch 28 (der als Anbringungsort für den Film-Halteabschnitt 10 verwendet wird) auf dem Probentisch 5 angeordnet ist, der als Anbringungsort für die Probe 6 verwendet wird.
Im ersten Schritt 75 werden der Film-Halteabschnitt 10 und die Halterung 47 für den Film-Halteabschnitt auf dem Tisch 28 mit der Ausnehmung in der Mitte angeordnet. Dazu werden die Mittelpunkte des Film-Halteabschnitts 10 und der Halterung 47 für den Film-Halteabschnitt vorab aufeinander ausgerichtet. In dem oben erwähnten Fall, daß die Halterung 47 für den Film-Halteabschnitt bereits vorher am Trennabschnitt 121 angebracht wurde, wird nur der Film-Halteabschnitt 10 auf dem Tisch 28 angeordnet.
Im zweiten Schritt 76 wird der Tisch 28, auf dem sich die Film-Halterung 10 befindet, am Probentisch 5 angebracht.
Im dritten Schritt 77 wird der Probentisch 5 so bewegt, daß der Tisch 28 (auf dem sich die Film-Halterung 10 befindet) in die in der 11 gezeigte Position gebracht wird, das heißt in eine Position, in der die optische Achse 23 des Elektronenstrahls und der Mittelpunkt des dünnen Films 13 in einem gewissen Grad zueinander ausgerichtet sind.
Im vierten Schritt 78 werden der erste Raum 11 und der zweite Raum 12 voneinander getrennt, wozu der Tisch 28 (auf dem sich die Film-Halterung 10 befindet) in der 11 nach oben bewegt wird.
Im fünften Schritt 71 erfolgt die Vakuumevakuierung des ersten Raums 11. Durch die Vakuumadsorption wird dabei der Film-Halteabschnitt 10 ein integraler Teil des zweiten Trennabschnitts.
Im sechsten Schritt 72 wird mit der Aussendung des Elektronenstrahls begonnen.
Im siebten Schritt 73 wird die Elektronenmikroskopabbildung angezeigt und die Position des dünnen Films 13 in der Abbildung geprüft.
Im achten Schritt 74 wird bei laufender Überprüfung der Position des dünnen Films 13 in der Elektronenmikroskopabbildung die Position des dünnen Films 13 unter Verwendung des Höhenunterschiedsabschnitts 22 in die Mitte der Abbildung gebracht.
Bei dem vorstehend beschriebenen Verfahren werden der erste und der zweite Raum 11 und 12 durch Bewegen des Film-Halteabschnitts 10 voneinander getrennt, während sich der erste und der zweite Raum 11 und 12 im atmosphärischen Zustand befinden. Es ist jedoch auch möglich, den ersten und den zweiten Raum 11 und 12 durch Bewegen des Film-Halteabschnitts 10 voneinander zu trennen, während sich der erste und der zweite Raum 11 und 12 im Vakuumzustand befinden, und danach den zweiten Raum 12 in den Atmosphärendruckzustand zu bringen.
Bezugszeichenliste

0: Ladungsteilchenquelle
1: optische Linse
2: elektronenoptische Säule
3: Detektor
4: Vakuumevakuierpumpe
5: Probentisch
6: Probe
7: erstes Gehäuse
8: zweites Gehäuse
10: Film-Halteabschnitt
11: erster Raum
12: zweiter Raum
13: dünner Film
17: Befestigungselement
18: antistatischer Weg
19: Öffnung auf der Seite des ersten Raums
20: Öffnung auf der Seite des zweiten Raums
22: Höhenunterschiedsabschnitt
23: optische Achse
70, 71, 72, 73, 74, 75, 76, 77, 78: Schritt
120: Gasauslaß

Claims

Ladungsteilchenstrahlvorrichtung mit einer Ladungsteilchenbestrahlungseinheit zum Bestrahlen einer Probe mit einem primären Ladungsteilchenstrahl, der von einer Ladungsteilchenquelle emittiert wird; einem ersten Gehäuse, das für die Aufnahme der Ladungsteilchenbestrahlungseinheit vorgesehen ist und bei dem das Innere des Gehäuses in einem Vakuumzustand gehalten werden kann; einem zweiten Gehäuse, das zusätzlich zum ersten Gehäuse vorgesehen ist und das die Probe aufnimmt; einer Evakuiervorrichtung zum Evakuieren des Inneren des ersten Gehäuses; einem Detektor zum Erfassen der Ladungsteilchen, die bei der Bestrahlung erhalten werden, im ersten Gehäuse; einer Trennwand, die wenigstens entweder als Teil des ersten Gehäuses oder als Teil des zweiten Gehäuses oder getrennt vom ersten und zweiten Gehäuse derart ausgebildet ist, daß sie das Innere des ersten Gehäuses und das Innere des zweiten Gehäuses wenigstens längs eines Teils der Grenzfläche zwischen dem ersten Gehäuse und dem zweiten Gehäuse voneinander trennt; einer Öffnung in der Trennwand, wobei die Öffnungsfläche auf der Seite der Ladungsteilchenbestrahlungseinheit größer ist als die Öffnungsfläche auf der Seite der Probe; und mit einem dünnen Film, der die Öffnung auf der Seite der Probe abdeckt und der den primären Ladungsteilchenstrahl und die Ladungsteilchen durchläßt.
Ladungsteilchenstrahlvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Trennwand elektrisch mit wenigstens einem Teil des ersten oder zweiten Gehäuses verbunden ist.
Ladungsteilchenstrahlvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die innere Seitenwand der Öffnung eine geneigte Form hat.
Ladungsteilchenstrahlvorrichtung nach Anspruch 1, wobei an der inneren Seitenwand der Öffnung ein Höhenunterschied ausgebildet ist.
Ladungsteilchenstrahlvorrichtung nach Anspruch 1, wobei eine Aufteilung vorgesehen ist, die die Öffnung auf der Seite der Probe in eine Anzahl von Öffnungen aufteilt.
Ladungsteilchenstrahlvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Trennwand den dünnen Film elektrisch mit wenigstens einem Teil des ersten oder zweiten Gehäuses verbindet.
Ladungsteilchenstrahlvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei wenigstens ein Teil der Trennwand von einem Film-Halteabschnitt gebildet wird, der den dünnen Film festhält, und wobei wenigstens ein Teil der Oberfläche oder die gesamte Oberfläche des Film-Halteabschnitts aus einem leitenden oder halbleitenden Material besteht.
Ladungsteilchenstrahlvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Trennwand wenigstens von einem Film-Halteabschnitt zum Festhalten des dünnen Films und einem Befestigungselement zum Befestigen des Film-Halteabschnitts gebildet wird, und wobei das Befestigungselement so ausgebildet ist, daß der Abstand zwischen dem Befestigungselement und der Probe größer ist als der Abstand zwischen dem dünnen Film und der Probe.
Ladungsteilchenstrahlvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Trennwand wenigstens von einem Film-Halteabschnitt zum Festhalten des dünnen Films und einer Halterung für den Film-Halteabschnitt zum Halten des Film-Halteabschnitts gebildet wird, wobei die in Kontakt stehenden Teile des Film-Halteabschnitts und der Halterung für den Film-Halteabschnitt miteinander in engem Kontakt stehen.
Ladungsteilchenstrahlvorrichtung nach Anspruch 1, wobei in der Trennwand wenigstens ein Film-Halteabschnitt zum Festhalten des dünnen Films ausgebildet ist, wobei am Umfangsrand des Film-Halteabschnitts wenigstens ein Höhenunterschiedsabschnitt ausgebildet ist, wobei der Film-Halteabschnitt mittels des Höhenunterschiedsabschnitts befestigt ist.
Ladungsteilchenstrahlvorrichtung nach Anspruch 1, mit einem Bewegungsmechanismus zum Bewegen der Trennwand von der Seite des zweiten Gehäuses zur Seite des ersten Gehäuses.
Ladungsteilchenstrahlvorrichtung nach Anspruch 11, wobei der Bewegungsmechanismus ein Probentisch zum Anbringen der Probe ist.
Ladungsteilchenstrahlvorrichtung nach Anspruch 1, mit einem Positioniermechanismus zum Einstellen der Position des dünnen Films.
Ladungsteilchenstrahlvorrichtung nach Anspruch 13, wobei der Positioniermechanismus an einem Verschlußmechanismus zum Verschließen des Proben-Zugangs im zweiten Gehäuse angeordnet ist.
Ladungsteilchenstrahlvorrichtung nach Anspruch 1, mit einem Probentisch, dessen Oberseite, an dem die Probe angebracht ist, gekippt ist, wobei die Trennwand derart mit einem gekippten Abschnitt versehen ist, daß die Probenanbringungsfläche des Probentischs parallel zur Oberfläche des dünnen Films gegenüber der Probenanbringungsfläche verläuft.
Verfahren zum Untersuchen oder Betrachten einer Probe durch Einstrahlen eines primären Ladungsteilchenstrahls, der von einer Ladungsteilchenquelle einer Ladungsteilchenbestrahlungseinheit in einem ersten Gehäuse emittiert wird, das in einem Vakuumzustand gehalten wird, auf die Probe, die sich in einem zweiten Gehäuse befindet, das zusätzlich zum ersten Gehäuse vorgesehen ist, wobei eine Trennwand wenigstens entweder als Teil des ersten Gehäuses oder als Teil des zweiten Gehäuses oder getrennt vom ersten und zweiten Gehäuse derart ausgebildet ist, daß sie das Innere des ersten Gehäuses und das Innere des zweiten Gehäuses wenigstens längs eines Teils der Grenzfläche zwischen dem ersten Gehäuse und dem zweiten Gehäuse voneinander trennt, wobei der primäre Ladungsteilchenstrahl durch eine Öffnung läuft, die in der Trennwand derart ausgebildet ist, daß die Öffnungsfläche auf der Seite der Ladungsteilchenbestrahlungseinheit größer ist als die Öffnungsfläche auf der Seite der Probe, wobei der primäre Ladungsteilchenstrahl einen dünnen Film durchläuft oder passiert, der die Öffnung auf der Seite der Probe abdeckt, und auf die Probe einfällt, wobei Ladungsteilchen von der Probe den dünnen Film durchlaufen oder passieren und durch die Öffnung laufen und von einem Detektor im ersten Gehäuse erfaßt werden.
Verfahren zum Einstellen einer Ladungsteilchenstrahlvorrichtung mit einer Ladungsteilchenbestrahlungseinheit zum Bestrahlen einer Probe mit einem primären Ladungsteilchenstrahl, der von einer Ladungsteilchenquelle emittiert wird, mit einem ersten Gehäuse, das für die Aufnahme der Ladungsteilchenbestrahlungseinheit vorgesehen ist und bei dem das Innere des Gehäuses in einem Vakuumzustand gehalten werden kann, mit einem zweiten Gehäuse, das zusätzlich zum ersten Gehäuse vorgesehen ist und das die Probe aufnimmt, mit einer Evakuiervorrichtung zum Evakuieren des Inneren des ersten Gehäuses, mit einem Detektor zum Erfassen der Ladungsteilchen, die bei der Bestrahlung erhalten werden, im ersten Gehäuse, mit einer Trennwand, die wenigstens entweder als Teil des ersten Gehäuses oder als Teil des zweiten Gehäuses oder getrennt vom ersten und zweiten Gehäuse derart ausgebildet ist, daß sie das Innere des ersten Gehäuses und das Innere des zweiten Gehäuses wenigstens längs eines Teils der Grenzfläche zwischen dem ersten Gehäuse und dem zweiten Gehäuse voneinander trennt, mit einer Öffnung in der Trennwand, wobei die Öffnungsfläche auf der Seite der Ladungsteilchenbestrahlungseinheit größer ist als die Öffnungsfläche auf der Seite der Probe, und mit einem dünnen Film, der die Öffnung auf der Seite der Probe abdeckt und der den primären Ladungsteilchenstrahl und die Ladungsteilchen durchläßt, mit den Schritten Abtrennen des ersten Gehäuses vom zweiten Gehäuse voneinander durch Bewegen der Trennwand, wenn sich das Innere des ersten Gehäuses und das Innere des zweiten Gehäuses im gleichen Druckzustand befinden; Einstellen des Drucks im ersten Gehäuse auf einen niedrigeren Wert als im zweiten Gehäuse; Emittieren von Ladungsteilchen; Einstrahlen der Ladungsteilchen auf wenigstens den dünnen Film; und Bewegen der Position der Trennwand.