DE112013000696T5

DE112013000696T5 - Ladungsteilchenstrahlvorrichtung

Info

Publication number: DE112013000696T5
Application number: DE112013000696.0T
Authority: DE
Inventors: Yusuke Ominami; Takashi Ohshima; Hiroyuki Ito; Mitsugu Sato; Sukehiro Ito
Original assignee: Hitachi High Technologies Corp; Hitachi High Tech Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2012-02-27
Filing date: 2013-02-15
Publication date: 2014-10-09
Anticipated expiration: 2033-02-16
Also published as: US20150014530A1; DE112013000696B4; JP2013175377A; KR101607043B1; CN104094373A; JP5836838B2; KR20140119078A; WO2013129143A1; CN104094373B; US9208995B2

Abstract

Es wird eine Ladungsteilchenstrahlvorrichtung (111) vorgestellt, an der leicht eine Membran (101) angebracht und wieder abgenommen werden kann, und bei der eine Probe (6) im Vakuum und unter hohem Druck angeordnet werden kann. Die Ladungsteilchenstrahlvorrichtung umfaßt einen Linsentubus (3) mit einer Ladungsteilchenquelle (110) und einem elektronenoptischen System (1, 2, 7); ein erstes Gehäuse (4), das mit dem Linsentubus (3) verbunden ist; ein zweites Gehäuse (110), das in das erste Gehäuse (4) eingesetzt ist; eine erste Membran (10), die den Raum im Linsentubus (3) von dem Raum im ersten Gehäuse (4) trennt und die der Ladungsteilchenstrahl durchsetzt; eine zweite Membran (101), die die Räume innerhalb und außerhalb eines zurückspringenden Abschnitts (100a) im zweiten Gehäuse (100) voneinander trennt und die der Ladungsteilchenstrahl durchsetzt; und ein Rohr (23), das mit einem dritten Gehäuse (22) verbunden ist, das die Ladungsteilchenquelle (110) enthält. Die erste Membran (10) ist an dem Rohr (23) angebracht, und das Rohr (23) und das dritte Gehäuse (22) können in der Richtung der optischen Achse (30) an den Linsentubus (3) angesetzt und davon abgenommen werden. Der vom ersten und zweiten Gehäuse (4, 100) umgebene Raum (105) ist drucklos, und die im zurückspringenden Abschnitt (100a) angeordnete Probe (6) wird mit dem Ladungsteilchenstrahl bestrahlt.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ladungsteilchenstrahlvorrichtung zum Bestrahlen einer Probe mit einem Ladungsteilchenstrahl.
Stand der Technik
In den letzten Jahren wurden zum Betrachten von mikroskopischen Bereichen Ladungsteilchenstrahlvorrichtungen wie Rasterelektronenmikroskope (REM), Transmissionselektronenmikroskope (TEM), Raster-Transmissionselektronenmikroskope (RTEM), Bearbeitungs- und Betrachtungsinstrumente mit einem fokussierten Ionenstrahl (FIB) und dergleichen verwendet. Bei diesen Vorrichtungen wird ein Ladungsteilchenstrahl, etwa ein Elektronenstrahl oder einen Ionenstrahl, auf eine Probe eingestrahlt. Im allgemeinen wird bei diesen Ladungsteilchenstrahlvorrichtungen aus dem Raum, in dem sich die Probe befindet, die Luft evakuiert, um die Betrachtung auszuführen. Es gibt jedoch viele Fälle, in denen es erforderlich ist, eine Probe im Grobvakuum und/oder unter Atmosphärendruck mit einem Elektronenmikroskop zu betrachten. Deshalb wurden REMs entwickelt, bei denen die Probe, die Gegenstand der Beobachtung ist, unter Atmosphärendruck betrachtet werden kann (siehe die Patent-Druckschriften 1 und 2). Diese REMs sind im Prinzip so aufgebaut, daß zwischen dem elektronenoptischen System und der Probe eine dünne Membran vorgesehen wird, die der Elektronenstrahl durchsetzen kann, um den im Vakuumzustand befindlichen Raum von dem im Atmosphärendruckzustand befindlichen Raum zu trennen. Allen diesen REMs ist gemeinsam, daß zwischen der Probe und dem elektronenoptischen System die Membran angeordnet ist.
Die Patent-Druckschrift 1 beschreibt ein Atmosphärendruck-REM, bei dem die Elektronenquelle an der Unterseite eines elektronenoptischen Linsentubus angeordnet ist und an der Oberseite davon sich die Objektivlinse befindet, wobei am Ende des elektronenoptischen Linsentubus mittels eines O-Rings an der Austrittsöffnung für den Elektronenstrahl eine dünne Membran angebracht ist, die der Elektronenstrahl durchsetzen kann. Die Probe wird direkt an der Membran angeordnet, und der Primär-Elektronenstrahl wird von unten auf die Probe eingestrahlt, um eine REM-Betrachtung auszuführen. Die Patent-Druckschrift 2 beschreibt eine Anordnung mit der Elektronenquelle an der Oberseite des elektronenoptischen Linsentubus und der Objektivlinse an der Unterseite davon und mit einer Membran, die von der Probe ein Stück weit entfernt ist. Für die REM-Betrachtung wird der Elektronenstrahl von oben auf die Membran eingestrahlt. Die Membran befindet sich nicht nur ein Stück weit weg von der Probe, sondern sie ist auch in der Nähe der Elektronenquelle angeordnet.
Liste der zitierten Druckschriften
Patent-Druckschriften

Patent-Druckschrift 1: Japanische Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2008-153086
Patent-Druckschrift 2: Japanische Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2008-262886

Zusammenfassende Darstellung der Erfindung
Technisches Problem
Bei der Patent-Druckschrift 1 muß die Probe mit der Membran in Kontakt stehen, so daß jedesmal, wenn die Probe ausgetauscht wird, auch die Membran ersetzt werden muß. Aus diesem Grund ist für das Austauschen der Probe viel Zeit erforderlich. Wenn die Membran reißt, geht das Vakuum in dem Raum mit der Elektronenquelle verloren, und der Glühfaden, der die Elektronen emittiert, geht zu Bruch.
Bei der Patent-Druckschrift 2 ist die Membran entfernt von der Probe angeordnet und muß nicht jedesmal erneuert werden, wenn die Probe ersetzt wird, wodurch die Membran auch nicht so leicht beschädigt wird. Da die Membran in der Nähe der Elektronenquelle angeordnet ist, geht der Glühfaden nicht gleich zu Bruch, auch wenn die entfernt von der Probe angeordnete Membran beschädigt wird.
Auch bei der Patent-Druckschrift 2 ist es jedoch schwierig, die Membran zu ersetzen. Da die Membran mit einem Ladungsteilchenstrahl bestrahlt wird, der die Membran durchsetzt, wird angenommen, daß sich der Aufbau der Membran auf der molekularen Ebene durch die Kollision mit den Ladungsteilchen mit der Zeit verändert. Deshalb soll die Membran regelmäßig ersetzt werden. Entsprechend ist es von Vorteil, wenn der Austausch der Membran einfach ist. Darüberhinaus ist es von Vorteil, wenn die Membran leicht entfernt werden kann, um eine herkömmliche REM-Betrachtung mit der Probe im Vakuum durchzuführen. Andererseits ist es wiederum von Vorteil, wenn an einer herkömmlichen Ladungsteilchenstrahlvorrichtung, bei der sich die Probe normalerweise im Vakuum befindet, leicht durch Einsetzen einer Membran eine REM-Betrachtung einer Probe erfolgen kann, die sich unter hohem Druck wie Atmosphärendruck befindet.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Ladungsteilchenstrahlvorrichtung zu schaffen, bei der leicht eine Membran anzubringen und wieder abzunehmen ist und bei der eine Probe im Vakuum und unter hohem Druck betrachtet werden kann.
Lösung des Problems
Zur Lösung dieser Aufgabe umfaßt die vorliegende Erfindung eine Ladungsteilchenstrahlvorrichtung mit einer Ladungsteilchenquelle, die einen Ladungsteilchenstrahl emittiert; mit einem optischen System für die Ladungsteilchen, das den Ladungsteilchenstrahl fokussiert und eine optische Achse definiert; mit einem Linsentubus zur Aufnahme der Ladungsteilchenquelle und des optischen Systems für die Ladungsteilchen; mit einem ersten Gehäuse, das mit dem Linsentubus verbunden ist und in das der Ladungsteilchenstrahl emittiert wird; mit einem zweiten Gehäuse, das von einer Öffnung im ersten Gehäuse in des erste Gehäuse zurückspringt; mit einer ersten Membran, die in der optischen Achse angeordnet ist, die den Raum innerhalb des Linsentubus von dem Raum innerhalb des ersten Gehäuses trennt und die der Ladungsteilchenstrahl durchsetzt; und mit einer zweiten Membran, die in der optischen Achse angeordnet ist und die die Räume innerhalb und außerhalb des zurückspringenden Abschnitts des zweiten Gehäuses voneinander trennt und die der Ladungsteilchenstrahl durchsetzt, wobei der Raum, der vom ersten Gehäuse und vom zweiten Gehäuse umgeben ist, drucklos gemacht wird und eine im zurückspringenden Abschnitt im zweiten Gehäuse angeordnete Probe mit dem Ladungsteilchenstrahl bestrahlt wird.
Darüberhinaus umfaßt die vorliegende Erfindung eine Ladungsteilchenstrahlvorrichtung mit einer Ladungsteilchenquelle, die einen Ladungsteilchenstrahl emittiert; mit einem optischen System für die Ladungsteilchen, das den Ladungsteilchenstrahl fokussiert und eine optische Achse definiert; mit einem Linsentubus zur Aufnahme der Ladungsteilchenquelle und des optischen Systems für die Ladungsteilchen; mit einem Rohr, das mit einem Gehäuse verbunden ist, das die Ladungsteilchenquelle enthält und das durch das optische System der Ladungsteilchen verläuft, wobei sich die optische Achse im Rohr befindet; und mit einer Membran, die am Rohr angebracht ist und an der optischen Achse angeordnet ist und die den Raum im Rohr, das mit einem Raum im Gehäuse in Verbindung steht, von dem Raum außerhalb des Rohrs trennt und durch die der Ladungsteilchenstrahl verläuft, wobei die Membran und das Rohr am Linsentubus angebracht und davon abgenommen werden können, wenn das Gehäuse in der Richtung der optischen Achse bewegt wird.
Vorteilhafte Auswirkungen der Erfindung
Mit der vorliegenden Erfindung wird eine Ladungsteilchenstrahlvorrichtung geschaffen, bei der leicht eine Membran angebracht und wieder abgenommen werden kann und bei der eine Probe im Vakuum und unter hohem Druck angeordnet werden kann.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Die 1 ist eine Darstellung des Aufbaus einer Ladungsteilchenstrahlvorrichtung (eines Ladungsteilchenstrahlmikroskops) bei einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Die 2 ist eine vergrößerte Ansicht der Elektronenobjektivlinse und der Umgebung davon bei der ersten Ausführungsform.
Die 3 ist eine vergrößerte Ansicht einer ersten Membran und der Umgebung davon bei einem modifizierten Beispiel (dem ersten) der ersten Ausführungsform.
Die 4AA ist eine Aufsicht auf die erste Membran und die Umgebung davon bei der ersten Ausführungsform und die 4AB eine Schnittansicht in radialer Richtung der 4AA.
Die 4BA ist eine Aufsicht auf die erste Membran und die Umgebung davon bei einem modifizierten Beispiel (dem zweiten) der ersten Ausführungsform und die 4BB eine Schnittansicht in radialer Richtung der 4BA.
Die 5 ist eine vergrößerte Ansicht der Elektronenobjektivlinse und der Umgebung davon bei einem modifizierten Beispiel (dem dritten) der ersten Ausführungsform.
Die 6 ist eine vergrößerte Ansicht der Elektronenobjektivlinse und der Umgebung davon bei einem modifizierten Beispiel (dem vierten) der ersten Ausführungsform.
Die 7A ist eine Darstellung des Aufbaus eines Rohrs (eines kreisförmigen rohrartigen Teils), das vom Hauptkörper der Ladungsteilchenstrahlvorrichtung (des Ladungsteilchenstrahlmikroskops) der ersten Ausführungsform abgenommen wurde.
Die 7B ist eine Darstellung des Aufbaus des Hauptkörpers der Ladungsteilchenstrahlvorrichtung (des Ladungsteilchenstrahlmikroskops), von dem das Rohr (das kreisförmige rohrartige Teil) abgenommen wurde, bei der ersten Ausführungsform.
Die 8 ist eine Darstellung des Aufbaus eines Rohrs (eines kreisförmigen rohrartigen Teils), das vom Hauptkörper der Ladungsteilchenstrahlvorrichtung (des Ladungsteilchenstrahlmikroskops) abgenommen wurde, bei einem modifizierten Beispiel (dem fünften) der ersten Ausführungsform.
Die 9 ist eine Darstellung des Aufbaus der Ladungsteilchenstrahlvorrichtung (des Ladungsteilchenstrahlmikroskops) bei einem modifizierten Beispiel (dem sechsten) der ersten Ausführungsform.
Die 10 ist eine Darstellung des Aufbaus einer Ladungsteilchenstrahlvorrichtung (eines Ladungsteilchenstrahlmikroskops) bei einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Beschreibung von Ausführungsformen
Im folgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen haben gemeinsame Teile das gleiche Bezugszeichen und werden nicht wiederholt beschrieben.
Erste Ausführungsform
– Aufbau der Vorrichtung –
Die 1 zeigt den Aufbau einer Ladungsteilchenstrahlvorrichtung (eines Ladungsteilchenstrahlmikroskops) 111 bei einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die erste und zweite Ausführungsform wird zwar mit einem REM, einer Elektronenstrahlvorrichtung, als Beispiel für eine Ladungsteilchenstrahlvorrichtung (ein Ladungsteilchenstrahlmikroskop) 111 beschrieben, die vorliegende Erfindung kann jedoch auch bei anderen Ladungsteilchenstrahlvorrichtungen (Ladungsteilchenstrahlmikroskopen) 111 angewendet werden. Mit der vorliegenden Ladungsteilchenstrahlvorrichtung (dem vorliegenden Ladungsteilchenstrahlmikroskop) 111 ist es möglich, einen Ladungsteilchenstrahl auf eine Probe 6 einzustrahlen, die sich unter Atmosphärendruck befindet, und die Probe 6 so zu betrachten. Die Ladungsteilchenstrahlvorrichtung 111 umfaßt eine Elektronenquelle 110 zum Emittieren eines Elektronenstrahls (eines Ladungsteilchenstrahls); einen elektronenoptischen Linsentubus 3, der das elektronenoptische System (ladungsteilchenoptische System), etwa eine elektronenoptische Linse 1, eine Ablenkspule 2, eine Elektronenobjektivlinse 7 und dergleichen und die Elektronenquelle 110 enthält; und ein erstes Gehäuse (Probengehäuse) 4, das mit dem elektronenoptischen Linsentubus 3 verbunden ist und diesen festhält und das die Probe 6 umschließt. Die Elektronenquelle 110 befindet sich in einem dritten Gehäuse 22. Das elektronenoptische System mit der elektronenoptischen Linse 1, der Ablenkspule 2, der Elektronenobjektivlinse 7 und dergleichen fokussiert den Elektronenstrahl und legt die optische Achse davon fest. Der Elektronenstrahl wird dabei von der elektronenoptischen Linse 1 und der Elektronenobjektivlinse 7 fokussiert. Die Ablenkspule 2 lenkt die optische Achse 30 des fokussierten Elektronenstrahls aus.
Der elektronenoptische Linsentubus 3 ist in das erste Gehäuse 4 eingesetzt, wobei der Elektronenstrahl vom elektronenoptischen Linsentubus 3 in das Innere des ersten Gehäuses 4 abgegeben wird. Das erste Gehäuse 4 und der elektronenoptische Linsentubus 3 sind über ein Vakuumdichtelement 15, etwa einen O-Ring, fest miteinander verbunden, wodurch der Raum 105 innerhalb des ersten Gehäuses 4 luftdicht abgeschlossen ist. Das erste Gehäuse 4 ist mit einem Ventil oder Gaseinlaß/Gasauslaß 5 versehen, mit dem das Innere des Gehäuses mit der Atmosphäre verbunden werden kann. Unter der Elektronenobjektivlinse 7 ist ein Detektor 8 angebracht, der ein Sekundärsignal erfaßt, etwa die Sekundärelektronen und/oder reflektierten Elektronen, die von der Probe 6 emittiert werden, wenn die Probe 6 mit dem Elektronenstrahl bestrahlt wird. In der Nähe der Elektronenobjektivlinse 7 ist eine erste Membran 10 angebracht, die der Elektronenstrahl durchläuft. Die Auswirkungen, die durch das Anordnen der ersten Membran 10 in der Nähe der Elektronenobjektivlinse 7 erhalten werden, werden später noch angegeben. Die erste Membran 10 trennt den Raum 20 innerhalb des elektronenoptischen Linsentubus 3 (des Rohrs 23) über der ersten Membran 10 von dem Raum 105 im ersten Gehäuse darunter. Die erste Membran 10 ist in der optischen Achse 30 des Elektronenstrahls angeordnet.
Über ein Vakuumventil oder ein Vakuumabdichtelement 24 ist eine Vakuumpumpe 18 mit einem dritten Gehäuse 22 verbunden, die hauptsächlich den Raum 20 von der Elektronenquelle 110 bis zur Oberseite der ersten Membran 10 evakuiert. Über ein Ventil 25 ist eine Vakuumpumpe 19 mit dem ersten Gehäuse 4 verbunden, die hauptsächlich den Raum 105 von der Unterseite der ersten Membran 10 bis zur Oberseite einer zweiten Membran 101, die später noch beschrieben wird, evakuiert. Die Vakuumpumpen 18 und 19 können auch miteinander verbunden sein, und die einzelnen Pumpen sind nicht auf eine einzige Pumpe beschränkt, sondern können jeweils mehrere Pumpen umfassen.
Am ersten Gehäuse 4 ist ein Einschubgehäuse 100 angebracht. Das Einschubgehäuse 100 weist einen kastenförmigen zurückspringenden Abschnitt 100a und einen Flansch 100c am Rand des zurückspringenden Abschnitts 100a auf und an beiden Oberflächen davon eine Dichtfläche. Das erste Gehäuse 4 ist mit einer Öffnung 4a versehen, und der zurückspringende Abschnitt 100a des Einschubgehäuses 100 wird durch die Öffnung 4a in das erste Gehäuse 4 eingesetzt. Der zurückspringende Abschnitt 100a ragt von der Öffnung 4a des ersten Gehäuses 4 in das erste Gehäuse 4 hinein. Das Einschubgehäuse 100 verschließt die Öffnung 4a. Die Dichtfläche am ersten Gehäuse 4, die um die Öffnung 4a vorgesehen ist, und die Dichtfläche am Flansch 100c des Einschubgehäuses 100, die der Dichtfläche am ersten Gehäuse 4 gegenüberliegt, sind über ein Vakuumdichtelement 106, etwa einen O-Ring, fest miteinander verbunden, so daß der Raum 105, der vom ersten Gehäuse 4 und dem Einschubgehäuse 100 umgeben ist, drucklos gemacht werden kann.
Das Einschubgehäuse 100 ist auf der Seite des elektronenoptischen Linsentubus 3 mit einer Durchgangsöffnung 100b versehen. Die Durchgangsöffnung 100b wird von einem Flansch 102, der mit einer zweiten Membran 101 versehen ist, die der Elektronenstrahl durchsetzen kann, luftdicht verschlossen. Die zweite Membran 101 trennt den Raum 104 im zurückspringenden Abschnitt 100a des Einschubgehäuses 100 von dem Raum 105, der außen vom ersten Gehäuse 4 und innen vom Einschubgehäuse 100 umgeben ist. An den Dichtflächen des Einschubgehäuses 100 und des Flansches 102 befindet sich ein Vakuumdichtelement 103. Am Rand des zurückspringenden Abschnitts 100a ist auf der Seite, an der sich die zweite Membran 101 (der Flansch 102) befindet, ein Abweiser 100d angebracht. Solange sich die Probe 6 nicht in einer Position unter dem Abweiser 100d befindet, kann sie nicht in den zurückspringenden Abschnitt 100a eingeführt werden, da sie dabei den Abweiser 100d berührt. Der Abweiser 100d ist an einer Stelle angebracht, die niedriger liegt als die zweite Membran 101, wodurch verhindert wird, daß die Probe 6 beim Einsetzen die zweite Membran 101 berührt.
An einem Plattenelement (einem Flansch) 12 ist eine Probenbühne 11 mit einem Probenhalter 9 zum Festhalten der Probe 6 und dergleichen angebracht. Der Flansch 12 wird über ein Vakuumdichtelement 107, etwa einen O-Ring, fest an der Dichtfläche des Flansches 100c des Einschubgehäuses 100 angebracht. Der Flansch 12 befindet sich dabei auf der Seite des ersten Gehäuses 4 mit der Öffnung 4a. Außerhalb des Flansches 12 ist ein Knopf 13 zum Steuern eines Verschiebungsmechanismusses, etwa zum Verschieben, Kippen und dergleichen, der Probenbühne 11 vorgesehen. Bei einer elektrisch angetriebenen Verschiebung ist ein Motor, ein Aktuator und dergleichen vorgesehen. Außerdem kann der Flansch 12 mit einem Ventil oder Gaseinlaß/Gasauslaß 14 zum Einführen von Gas und dergleichen versehen sein. Es kann auch eine Anzahl von Ventilen oder Gaseinlässen/Gasauslässen 14 vorgesehen sein. Es ist auch möglich, am Ventil oder Gaseinlaß/Gasauslaß 14 ein bestimmtes Gas in den Raum 104 einzuführen. Wenn das Ventil oder der Gaseinlaß/Gasauslaß 14 mit einer Vakuumpumpe versehen ist, kann der Raum 104 auch drucklos gemacht (evakuiert oder vorevakuiert) werden.
Da ein Elektronenstrahl in der Atmosphäre gestreut wird, sollten die Probe 6 und die zweite Membran 101 so nahe wie möglich beieinander angeordnet sein. Vorzugsweise ist der Abstand zwischen der zweiten Membran 101 und der Probe 6 gleich 1000 μm oder weniger. Der Weg, den ein mit einer Beschleunigungsspannung von zum Beispiel einigen zehn Kilovolt in einem üblichen REM emittierter Elektronenstrahl in einem unter Atmosphärendruck befindlichen Raum durchlaufen kann, beträgt nämlich 1000 μm oder weniger. Aus diesem Grund ist auch vorzugsweise die Probenbühne 11 mit einem Mechanismus versehen, mit dem die Höhe der Probe 6 verstellt werden kann. Alternativ kann ein Mechanismus vorgesehen sein, mit dem die zweite Membran 101 zur Probe 6 hin bewegt werden kann.
Zum Austauschen der Probe 6 wird der Flansch 12 in der Richtung weg vom Einschubgehäuse 100 (vom ersten Gehäuse 4) bewegt und die Probenbühne 11 aus dem zurückspringenden Abschnitt 100a des Einschubgehäuses 100 herausgezogen. Damit der Flansch 12 gut beweglich ist, kann eine Führung 16, eine Schiene 17 und dergleichen vorgesehen werden.
Zum Ersetzen der zweiten Membran 101 wird der Flansch 12 bewegt und die Probenbühne 11 aus dem zurückspringenden Abschnitt 100a des Einschubgehäuses 100 gezogen, wobei man seine Hand in den zurückspringenden Abschnitt 100a steckt. Alternativ wird zum Ersetzen der zweiten Membran 101 der Flansch 12 bewegt, die Probenbühne 11 aus dem zurückspringenden Abschnitt 100a des Einschubgehäuses 100 gezogen, dann der zurückspringende Abschnitt 100a aus der Öffnung 4a des ersten Gehäuses 4 gezogen und das Einschubgehäuse 100 vom ersten Gehäuse 4 abgenommen. Die Anzahl der für den Austausch zu demontierenden Elemente ist dabei klein, und die zweite Membran 101 ist leicht erreichbar und kann damit leicht ersetzt werden. Wenn das Einschubgehäuse 100 von ersten Gehäuse 4 abgenommen ist, kann übrigens die Probe 6 im Vakuum betrachtet werden. Solange das Einschubgehäuse 100 fehlt, verschließt der Flansch 12 die Öffnung 4a im ersten Gehäuse 4. Die Dichtfläche des Flansches 12 ist über das Vakuumdichtelement 106 fest an der Dichtfläche um die Öffnung 4a des ersten Gehäuses 4 angebracht. Da die Räume 104 und 105, die vom Flansch 12 und dem ersten Gehäuse 4 umgeben sind, von der Vakuumpumpe 19 evakuiert werden können, kann die Probe 6 im Vakuum betrachtet werden. Andererseits kann, wenn das Einschubgehäuse 100 mit der zweiten Membran 101 bei einer herkömmlichen Ladungsteilchenstrahlvorrichtung, mit der die Probe 6 normalerweise im Vakuum betrachtet wird, verwendet wird, die Probe 6 unter Atmosphärendruck (hohem Druck) betrachtet werden.
Es folgt nun eine Beschreibung der ersten Membran 10. Der Raum 20, den der Elektronenstrahl von der Elektronenstrahlquelle 110 durchläuft, reicht bis zur Oberseite der ersten Membran 10. Die Elektronenquelle 110 befindet sich im dritten Gehäuse 22, das die Form eines dicken kreisförmigen Rohrs hat. Die erste Membran 10 ist an einem Ende des Rohrs 23, das die Form eines dünnen kreisrunden Rohrs hat, angebracht und verschließt das Ende. Das andere Ende des Rohrs 23 ist mit dem dritten Gehäuse 22 verbunden. Der Raum innerhalb des Rohrs 23 und der Raum innerhalb des dritten Gehäuses 22 stehen miteinander in Verbindung und bilden den einen Raum 20. Dieser Raum 20 ist ein luftdichter Raum, der evakuiert werden kann. Das Rohr 23 verläuft durch das elektronenoptische System mit der elektronenoptischen Linse 1, der Ablenkspule 2, der Elektronenobjektivlinse 7 und so weiter. Bei einem dünnen Rohr 23 kann das elektronenoptische System mit der elektronenoptischen Linse 1, der Ablenkspule 2, der Elektronenobjektivlinse 7 und dergleichen, das sich außerhalb des Rohrs 23 befindet, kleiner gemacht werden. Bei einem kleineren elektronenoptischen System kann wegen des kleineren Abstands des elektronenoptischen Systems von der Mittelachse des Rohrs 23 in der Nähe der Mittelachse des Rohrs 23 ein intensiveres Magnetfeld erzeugt werden. Dies trifft auch zu, wenn im elektronenoptischen System ein Permanentmagnet und dergleichen verwendet wird. Die optische Achse 30 des Elektronenstrahls verläuft im Inneren des Rohrs 23. Das elektronenoptische System mit der elektronenoptischen Linse 1, der Ablenkspule 2, der Elektronenobjektivlinse 7 und dergleichen befindet sich auf der Atmosphärenseite. Der Raum 20 im Inneren des Rohrs 23 befindet sich im Vakuum. Da im Raum 20 innerhalb des Rohrs 23 von außen elektromagnetische Felder erzeugt werden, ist das Rohr 23 vorzugsweise aus einem nichtmagnetischen Material.
Zum Ersetzen der ersten Membran 10 wird das Ventil 25 geschlossen und das Ventil oder der Gaseinlaß/Gasauslaß 5 geöffnet, wodurch der Raum 105, der vom ersten Gehäuse 4 und vom Einschubgehäuse 100 umgeben ist, auf Atmosphärendruck gebracht wird. Dann wird das dritte Gehäuse 22 in der Verlängerungsrichtung der optischen Achse 30 bewegt und das Rohr 23 aus dem elektronenoptischen Linsentubus 3 herausgezogen. Die erste Membran 10 am Rohr 23 kann dann leicht ersetzt werden, da die erste Membran 10 bei herausgezogenem Rohr 23 frei zugänglich ist. Die Anzahl der für das Ersetzen zu demontierenden Komponenten ist damit klein, und die erste Membran 10 ist leicht erreichbar und damit leicht zu ersetzen. Wenn die erste Membran 10 vom herausgezogenen Rohr 23 abgenommen wird und dann das Rohr 23 wieder ohne eine neue Membran 10 in den elektronenoptischen Linsentubus 3 eingesetzt wird, kann die Probe 6 auch ohne erste Membran 10 betrachtet werden. Wenn andererseits bei einer herkömmlichen Ladungsteilchenstrahlvorrichtung das Rohr 23 mit der ersten Membran 10 mit dem dritten Gehäuse 22 verbunden wird, kann die erste Membran 10 in der optischen Achse 30 angeordnet werden.
– Vorgang bei der Aufnahme einer REM-Abbildung –
Es wird nun der Vorgang bei der Aufnahme einer REM-Abbildung mit der Ladungsteilchenstrahlvorrichtung 101 beschrieben. Zuerst wird die Probe 6 auf dem Probenhalter 9 angeordnet, der herausgezogen wurde. Dann wird der Probenhalter 9 mit der Probe 6 in den zurückspringenden Abschnitt 100a des Einschubgehäuses 100 eingesetzt und der Flansch 12 fest am Flansch 100c des Einschubgehäuses 100 befestigt. Dann wird von der Elektronenquelle 110 ein Elektronenstrahl abgegeben. Der Elektronenstrahl läuft durch das elektromagnetische Feld, das vom elektronenoptischen System mit der elektronenoptischen Linse 1, der Ablenkspule 2, der Elektronenobjektivlinse 7 und dergleichen erzeugt wird, und dann durch die erste Membran 10 und die zweite Membran 101. Die Probe 6 befindet sich in der Nähe der zweiten Membran 101. Da sich die Probe in der Nähe der zweiten Membran 101 befindet, kann der Elektronenstrahl nach dem Durchlaufen der zweiten Membran 101 auch dann die Probe 6 erreichen, wenn er sich durch die Atmosphäre bewegt. Auf diese Weise wird der Elektronenstrahl auf die Probe 6 eingestrahlt, und die Probe 6 gibt reflektierte oder Sekundärelektronen ab. Zur Aufnahme der REM-Abbildung erfaßt der Detektor 8 diese Elektronen.
– Die Membranen 10, 101 –
Vorzugsweise sind die erste Membran 10 und die zweite Membran 101 dünn, da ein Elektronenstrahl diese Membranen durchsetzen muß. Wenn die Membranen zu dick sind, wird der Elektronenstrahl gestreut und die Auflösung schlechter. Vorzugsweise ist die Dicke der ersten Membran 10 und der zweiten Membran 101 gleich oder kleiner als 100 nm. Dies ist eine Dicke, die ein Elektronenstrahl mit der Beschleunigungsspannung eines üblichen REM (zum Beispiel einige zehn Kilovolt) durchsetzen kann. Als Materialien für die erste Membran 10 und die zweite Membran 101 können Silizium, Siliziumoxid, Siliziumnitrid, Siliziumkarbid, Kohlenstoff, organische Substanzen und dergleichen verwendet werden.
Die 2 zeigt eine vergrößerte Ansicht der Elektronenobjektivlinse 7 und der Umgebung davon. Um die Elektronenobjektivlinse 7 herum ist ein Magnetkern 3a angeordnet, der Teil des elektronenoptischen Linsentubus 3 ist. Das in der Nähe des Spalts im Magnetkern 3a erzeugte elektromagnetische Feld 36 erzeugt einen Linseneffekt, mit dem der Elektronenstrahl fokussiert wird. Die erste Membran 10 ist in der Mitte der Linse angeordnet, an der in der Mitte des elektromagnetischen Felds 36 das Magnetfeld am intensivsten ist. Der Spalt im Magnetkern 3a verläuft in vertikaler Richtung (der Richtung der optischen Achse 30), und die erste Membran 10 ist bezüglich des Spalts im Magnetkern 3a in einer mittleren Höhe angeordnet. Die erste Membran 10 hat drei Funktionen.
Die erste Funktion ist, wie oben für die erste Membran 10 beschrieben, das Trennen des Raums 20 an der Oberseite vom Raum 105 (104) an der Unterseite, damit zwischen dem Druck der Atmosphäre im Raum 20 an der Oberseite und dem Druck der Atmosphäre im Raum 105 (104) an der Unterseite ein Unterschied erzeugt werden kann. Der Raum 20 wird in einem Hochvakuumzustand gehalten, da sich im Raum 20 die Elektronenquelle 110 (siehe 1) befindet. Da die erste Membran 10 am Rohr 23 angebracht ist, kann der Raum 20, der im Hochvakuumzustand ist, nahe an die Probe 6 herangebracht werden. Unter der Annahme, daß das Vakuum im Raum 105 schlecht ist, kann der Elektronenstrahl trotzdem die Probe 6 (die zweite Membran 101 (siehe 1)) erreichen. Außerdem muß dadurch als Vakuumpumpe 19 (siehe 1) keine Hochleistungs-Vakuumpumpe für ein Hochvakuum verwendet werden, sondern es reicht eine billige und einfache Vakuumpumpe.
Die zweite Funktion ist die, auch dann zu verhindern, daß Luft in den Raum 20 strömt, wenn die zweite Membran 101 (siehe 1) beschädigt ist, die den Zustrom von Luft in den Raum 105 begrenzt. Dadurch kann verhindert werden, daß der Glühfaden der Elektronenquelle 110 kaputt geht. Das Rohr 23 und der Magnetkern 3a sind an ihrem äußeren Umfang bzw. inneren Umfang (des elektronenoptischen Linsentubus 3) über ein Vakuumdichtelement 27, etwa einen O-Ring, fest miteinander verbunden, damit der Raum 105 luftdicht abgeschlossen ist. Der Außendurchmesser d1 des Rohrs 23 ist kleiner als der Innendurchmesser d3 des elektronenoptischen Systems mit der elektronenoptischen Linse 1 (siehe 1), der Ablenkspule 2, der Elektronenobjektivlinse 7 und dergleichen (d1 < d3). Entsprechend ist es möglich, das Rohr 23 zusammen mit der ersten Membran 10 in den elektronenoptischen Linsentubus 3 einzusetzen und daraus zu entnehmen, der das elektronenoptische System mit der elektronenoptischen Linse 1, der Ablenkspule 2, der Elektronenobjektivlinse 7 und dergleichen enthält.
Die dritte Funktion ist die, den Elektronenstrahl außerhalb der optischen Achse 30 zu blockieren. Im allgemeinen ist der Weg 32 eines Elektronenstrahls, der außerhalb der optischen Achse 30 verläuft, wegen des intensiven elektromagnetischen Felds der Elektronenobjektivlinse 7 stark gekrümmt. Deshalb ist dieser Weg 32 ein anderer als der Weg 33, der nahe der optischen Achse 30 verläuft. Insgesamt wird der Elektronenstrahl dann nicht auf die Oberfläche der Probe 6 fokussiert. Dies wird sphärische Aberration genannt. Um diesen Nachteil zu beseitigen, ist am Rohr 23 eine Querplatte (Membranhalteelement) 34 angebracht, in dem eine Durchgangsöffnung 34a mit einer Größe d4 ausgebildet ist, die kleiner ist als der Innendurchmesser d2 des Rohrs 23 (d4 < d2). Die Querplatte 34 trennt den Raum 20 im Rohr 23 (elektronenoptischen Linsentubus 3) von dem Raum 105 im ersten Gehäuse 4 ab. Die Querplatte 34 ist dicker als die erste Membran 10 und dafür vorgesehen, den Elektronenstrahl nicht durchzulassen. Die erste Membran 10 verschließt die Durchgangsöffnung 34a in der Querplatte 34. Die Durchgangsöffnung 34a ist in der Nähe des Mittelpunkts der Querplatte 34 (der optischen Achse 30) angeordnet. Dadurch wird ein Elektronenstrahl, der außerhalb der optischen Achse 30 entlang des Wegs 32 verläuft, von der Querplatte 34 abgeblockt und die sphärische Aberration verringert. Die Querplatte 34 und das Rohr 23 sind mit einem Kleber 35 vakuumdicht verbunden. Vorzugsweise besitzt die Querplatte 34 leitende Eigenschaften, da es die Ladung des Elektronenstrahls auf dem Weg 32 aufnehmen muß. Die erste Membran 10 hat ebenfalls vorzugsweise leitende Eigenschaften, da sie vom Elektronenstrahl auf dem Weg 33 Ladungen aufnimmt. Auch der Kleber 35 und das Rohr 23 sind vorzugsweise leitend, damit die erste Membran 10 und die Querplatte 34 geerdet sind. Darüberhinaus sind die erste Membran 10, die Querplatte 34 und der Kleber 35 vorzugsweise aus einem nichtmagnetischen Material, da sie im elektromagnetischen Feld 36 angeordnet sind.
Die 3 zeigt eine vergrößerte Ansicht der ersten Membran 10 und der Umgebung davon bei einem modifizierten Beispiel (dem ersten) der ersten Ausführungsform. Das Rohr 23, dessen Endfläche eine Dichtfläche ist, ist über ein Vakuumdichtelement 38 fest mit der Querplatte 34 verbunden. In die äußere Umfangsfläche des Endes des Rohrs 23 ist ein Schraubgewinde eingeschnitten. Das Schraubgewinde läßt sich in ein Schraubgewinde an einem Befestigungselement 37 einschrauben, wodurch das Befestigungselement 37 in der Richtung des Rohrs 23 gegen die Querplatte 34 drückt und die Querplatte 34 fest an der Endfläche des Rohrs 23 angebracht wird. Wenn der Außendurchmesser des Befestigungselements 37 größer ist als der Außendurchmesser des Rohrs 23, ist der Außendurchmesser d11 des Befestigungselements 37 auf alle Fälle kleiner als der Innendurchmesser d3 des elektronenoptischen Systems mit der elektronenoptischen Linse 1, der Ablenkspule 2, der Elektronenobjektivlinse 7 und dergleichen (d11 < d3). Auf diese Weise kann das Rohr 23 zusammen mit dem Befestigungselement 37 aus dem elektronenoptischen Linsentubus 3 (siehe 1) herausgezogen werden.
Die 4AA zeigt eine Aufsicht auf die erste Membran 10 und die Umgebung davon bei der ersten Ausführungsform und die 4AB eine Schnittansicht in der radialen Richtung der 4AA. Auf der ersten Membran 10 ist die Querplatte 34 ausgebildet und auf der Querplatte 34 eine leitende oder halbleitende Schicht 40. Die Durchgangsöffnung 34a ist in der Querplatte 34 und der Schicht 40 ausgebildet. Die Durchgangsöffnung 34a wird von der ersten Membran 10 verschlossen. Dieser Aufbau kann dadurch hergestellt werden, daß auf den beiden Oberflächen der Querplatte 34 die erste Membran 10 und die Schicht 40 ausgebildet werden und dann in der Schicht 40 und in der Querplatte 34 die Durchgangsöffnung 34a ausgebildet wird. Wie in der 4AA gezeigt, ist die Durchgangsöffnung 34a in der Aufsicht nahezu ein Kreis. Damit kann die sphärische Aberration in der Umfangsrichtung gleichmäßig verringert werden. Die Schicht 40 wird vorgesehen, damit sich beim Auftreffen des Elektronenstrahls auf die Querplatte 34 dort keine elektrischen Ladungen sammeln. Die Schicht 40 kann durch Aufdampfen aufgebracht werden. Dieser Aufbau kann auch bei der zweiten Membran 101 Anwendung finden.
Die 4BA zeigt eine Aufsicht auf die erste Membran 10 und die Umgebung davon bei einem modifizierten Beispiel (dem zweiten) der ersten Ausführungsform und die 4BB eine Schnittansicht in der radialen Richtung der 4BA. Das modifizierte Beispiel (das zweite) der ersten Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform dadurch, daß wie in der Fig. BA gezeigt die Durchgangsöffnung 34a in der Aufsicht nahezu quadratisch ist. Wie in den 4BA und 4BB gezeigt, ist außerdem die Seitenwand der Durchgangsöffnung 34a mit einer Abschrägung versehen. Diese Formen werden erhalten, wenn für die Querplatte 34 ein monokristallines Substrat wie Silizium und dergleichen verwendet wird. Wenn die Durchgangsöffnung 34a durch Naßätzen und dergleichen in einem monokristallinen Substrat ausgebildet wird, hängt die Ätzrate von der Kristallorientierung ab, mit dem Ergebnis des oben beschriebenen Erscheinungsbilds in der Form eines Quadrats mit einer Abschrägung. Die Mikrofabrikationstechnologie für ein monokristallines Substrat wie Silizium und dergleichen ist etabliert, so daß ein monokristallines Substrat verwendet werden kann, wenn die Größe der Durchgangsöffnung 34a verringert werden soll. Die Größe (Breite) der Durchgangsöffnung 34a ist zum Beispiel eine Größe von einigen zehn Mikrometern bis zu einem Millimeter. Da wie oben angegeben der Elektronenstrahl durch die erste Membran 10 laufen muß, ist die erste Membran 10 vorzugsweise sehr dünn. Die Größe (Fläche) der Durchgangsöffnung 34a muß klein sein, damit die erste Membran 10 auch dann eine ausreichende Festigkeit aufweist, wenn sie sehr dünn ist. Die jeweils geeignete Dicke und Fläche hängen von der Auflösung und der für die Betrachtung erforderlichen Größe der Membran ab.
– Das Linsensystem –
Die 5 zeigt eine vergrößerte Ansicht der Elektronenobjektivlinse 7 und der Umgebung davon bei einem modifizierten Beispiel (dem dritten) der ersten Ausführungsform. Um die Elektronenobjektivlinse 7 herum ist ein Magnetkern 3a angeordnet, der Teil des elektronenoptischen Linsentubus 3 ist. Das in der Nähe des Spalts im Magnetkern 3a erzeugte elektromagnetische Feld 36 erzeugt einen Linseneffekt, mit dem der Elektronenstrahl fokussiert wird. Das elektromagnetische Feld 36 tritt an der Unterseite des Magnetkerns 3a (der Seite der Probe 6 (siehe 1)) hervor und bildet ein sogenanntes Halb-in-der-Linse-System. Die erste Membran 10 ist in der Mitte der Linse angeordnet, in der an der Unterseite des elektromagnetischen Felds 36 das Magnetfeld am intensivsten ist. Der Spalt im Magnetkern 3a verläuft in nahezu radialer Richtung (der Richtung senkrecht zur optischen Achse 30), und die erste Membran 10 ist an einer Stelle angeordnet, die unter der Höhe des Spalts im Magnetkern 3a liegt. Demgegenüber verläuft bei der Elektronenobjektivlinse 7 der in der 2 gezeigten ersten Ausführungsform der Spalt im Magnetkern 3a in vertikaler Richtung (der Richtung der optischen Achse 30), und die erste Membran 10 ist im Spalt des Magnetkerns 3a in einer mittleren Höhe angeordnet. Das elektromagnetische Feld 36 tritt an der Unterseite des Magnetkerns 3a (der Seite der Probe 6 (siehe 1)) nicht hervor und bildet ein sogenanntes Aus-der-Linse-System. Bei dem modifizierten Beispiel (dem dritten) der ersten Ausführungsform kann die erste Membran 10 in einer Höhe angeordnet werden, die unter der Höhe des Magnetkerns 3a liegt, und die erste Membran 10 dadurch näher an die Probe 6 (siehe 1) und die zweite Membran 101 herangebracht werden. Es ist auch möglich, den Hochvakuumraum 20 mit der Elektronenquelle 100 (siehe 1) näher an die Probe 6 und die zweite Membran 101 zu bringen.
– Anbringungsort der ersten Membran 10 –
Die 6 zeigt eine vergrößerte Ansicht der Elektronenobjektivlinse 7 und der Umgebung davon bei einem modifizierten Beispiel (dem vierten) der ersten Ausführungsform. Bei der ersten Ausführungsform ist die erste Membran 10 in der Mitte der Linse angeordnet, in der bei dem elektromagnetischen Feld 36 der Elektronenobjektivlinse 7 das Magnetfeld am intensivsten ist. Bei dem modifizierten Beispiel (dem vierten) der ersten Ausführungsform ist die erste Membran 10 zwischen der Elektronenquelle 110 und der Elektronenobjektivlinse 7 angeordnet. Das heißt, daß die erste Membran 10 in der Mitte der Linse angeordnet sein kann, in der bei dem elektromagnetischen Feld 36 der elektronenoptischen Linse (Kondensorlinse) 1 (1a, 1b, siehe 1) das Magnetfeld am intensivsten ist. Alternativ kann die erste Membran 10 am Überkreuzungspunkt der Fokussierung zwischen den elektronenoptischen Linsen 1a und 1b oder zwischen der elektronenoptischen Linse 1b und der Elektronenobjektivlinse 7 angeordnet werden. Am Überkreuzungspunkt kreuzen sich eine Vielzahl von Elektronen. Für das modifizierte Beispiel (das vierte) der ersten Ausführungsform erfolgt nun eine Beschreibung des Falles, bei dem die erste Membran 10 am Überkreuzungspunkt 41 (siehe 6) angeordnet ist, an dem die Elektronenstrahlen zwischen der elektronenoptischen Linse 1b und der Elektronenobjektivlinse 7 fokussiert werden. Um die elektronenoptische Linse 1b ist ein Magnetkern 3c angeordnet, der Teil des elektronenoptischen Linsentubus 3 ist. Das im Spalt des Magnetkerns 3c erzeugte elektromagnetische Feld ergibt einen Linseneffekt, durch den die Elektronenstrahlen fokussiert werden. Der Magnetkern 3c wird von einem Haltetubus 3b am Magnetkern 3a gehalten. Wenn die erste Membran 10 am Überkreuzungspunkt 41 angeordnet ist, kann die Größe (Fläche) der Durchgangsöffnung 34a in der Querplatte 34 klein sein, da die Elektronenstrahlen beim Durchgang durch die erste Membran 10 auf einen einzigen Punkt fokussiert sind. Es ist damit möglich, die erste Membran 10 dünn auszubilden, ohne daß ihre Haltbarkeit darunter leidet. Als Objektivmembran kann in der Mitte der Linse, wo bei dem elektromagnetischen Feld 16 der Elektronenobjektivlinse 7 das Magnetfeld am intensivsten ist, eine Abschirmplatte 44 mit einer Durchgangsöffnung 44a ausgebildet sein.
– Das anbringbare und abnehmbare Rohr 23 –
Die 7A zeigt den Aufbau des Rohrs 23, wenn es vom Hauptkörper der Ladungsteilchenstrahlvorrichtung 111 der ersten Ausführungsform abgenommen ist, und der Umgebung davon und die 7B den Aufbau des Hauptkörpers der Ladungsteilchenstrahlvorrichtung 111, von der das Rohr 23 abgenommen wurde. Wie in der 7A gezeigt kann, wenn das Vakuumventil oder das Vakuumabdichtelement 24 von der Vakuumpumpe 18 getrennt wird und das Vakuumventil oder das Vakuumabdichtelement 24 geschlossen ist, das Rohr 23 vom Hauptkörper der Ladungsteilchenstrahlvorrichtung 111 abgenommen werden, wobei das Vakuum im Raum 20 im dritten Gehäuse 22 und im Rohr 23 erhalten bleibt. Es kann dann die erste Membran 10 ersetzt werden, wenn mit dem Vakuumventil oder Vakuumabdichtelement 24 ein Gasbehälter zur Abgabe eines trockenen Inertgases verbunden wird. Nach dem Ersetzen der ersten Membran 10 wird die Vakuumpumpe 18 mit dem Vakuumventil oder Vakuumabdichtelement 24 verbunden und der Raum 20 evakuiert. Vor oder nach der Evakuierung wird das Rohr 23 mit der ersten Membran 10 von oben in den elektronenoptischen Linsentubus 3 eingesetzt. Auf diese Weise kann das Rohr 23 mit der ersten Membran 10 in den elektronenoptischen Linsentubus 3 eingesetzt und daraus entfernt werden.
Die 8 zeigt den Aufbau des Rohrs 23, das vom Hauptkörper der Ladungsteilchenstrahlvorrichtung 111 abgenommen ist, bei einem modifizierten Beispiel (dem fünften) der ersten Ausführungsform. Da in der Regel an die Elektronenquelle 110 eine Hochspannung von einigen Kilovolt bis zu einigen zehn Kilovolt angelegt wird, muß zwischen der Elektronenquelle 110 und der Seitenwand des dritten Gehäuses ein vorgegebener Abstand eingehalten werden, um relativ zum dritten Gehäuse 22 die erforderliche Durchschlagfestigkeit zu erhalten. Deshalb ist bei der in der 7A gezeigten ersten Ausführungsform das dritte Gehäuse 22 dicker als das Rohr 23. Wenn die Beschleunigungsspannung jedoch klein ist, kann ein Rohr 23 verwendet werden, das wie in der 8 gezeigt insgesamt die gleiche Dicke hat. Bei der ersten Ausführungsform berührt das dritte Gehäuse 22 den elektronenoptischen Linsentubus 3, wodurch es möglich ist, eindeutig die Höhe zu bestimmen, in der die erste Membran 10 angeordnet ist. Durch das Anbringen eines Abstandhalters zwischen dem dritten Gehäuse 22 und dem elektronenoptischen Linsentubus 3 kann darüberhinaus die Höhe eingestellt werden, in der die erste Membran 10 angeordnet wird. Bei dem modifizierten Beispiel (dem fünften) der ersten Ausführungsform kann die Tiefe beliebig eingestellt werden, bis zu der das Rohr 23 in den elektronenoptischen Linsentubus 3 eingeführt wird. Entsprechend kann die Höhe, in der die erste Membran 10 angeordnet wird, beliebig gewählt werden.
Die 9 zeigt den Aufbau der Ladungsteilchenstrahlvorrichtung 111 bei einem modifizierten Beispiel (dem sechsten) der ersten Ausführungsform. Das modifizierte Beispiel (das sechste) der ersten Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform darin, daß ein Gettermaterial 45 vom nicht verdampfenden Typ vorgesehen wird. Das Gettermaterial 45 adsorbiert das Gas im Raum 20, wodurch der Vakuumzustand aufrecht erhalten wird. Entsprechend kann die Vakuumpumpe 18, mit der ein Hochvakuum erhalten werden kann, weggelassen werden. Das Evakuieren des Raums 20 vom Atmosphärendruck erfolgt dadurch, daß zuerst eine Vorpumpe an das Vakuumventil oder das Vakuumabdichtelement 24 angeschlossen wird und der Raum 20 auf ein Grobvakuum evakuiert wird. Dann wird das Vakuumventil oder das Vakuumabdichtelement 24 geschlossen, um die Pumpe zu entfernen, und der Raum 20 durch das Gettermaterial 45 auf ein Hochvakuum gebracht. Bei dem modifizierten Beispiel (dem sechsten) der ersten Ausführungsform kann die Ladungsteilchenstrahlvorrichtung 111 für die normale Betrachtung klein ausgestaltet werden, da die Vakuumpumpe 18 bei der normalen Betrachtung weggelassen werden kann.
Zweite Ausführungsform
Die 10 zeigt den Aufbau der Ladungsteilchenstrahlvorrichtung (des Mikroskops) 111 bei einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die zweite Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform darin, daß das Einschubgehäuse 100 mit der zweiten Membran 101 entfernt wurde. Das bringt einen Raum 21, der vom ersten Gehäuse 4 und dem Flansch 12 (der dem Raum 104 und dem Raum 105 bei der ersten Ausführungsform entspricht) in den Vakuumzustand. Die im Raum 21 angeordnete Probe 6 kann im Vakuum betrachtet werden. Wenn der Raum 21 mit der Vakuumpumpe 19 evakuiert wird und dann am Ventil oder Gaseinlaß/Gasauslaß 5 und 14 ein Gas in dem Raum 21 eingeführt wird, kann die Probe 6 auch mit dem REM betrachtet werden, während sich der Raum 21 in einem Grobvakuum befindet. Dies ist möglich, weil der Raum 20 durch die erste Membran 10 im Hochvakuumzustand gehalten werden kann. Die erste Membran 10 kann dabei auf die gleiche Weise wie bei der ersten Ausführungsform leicht ausgetauscht werden.
Bei der zweiten Ausführungsform wird das Innere des ersten Gehäuses 4 jedesmal dann auf Atmosphärendruck gebracht, wenn die Probe 6 ausgetauscht wird. Wenn die Betrachtung und der Austausch der Probe 6 wiederholt werden, ist es möglich, daß der Atmosphärendruck auf die erste Membran 10 einwirkt und nicht einwirkt und so die Haltbarkeit der ersten Membran 10 im Vergleich zur ersten Ausführungsform, bei der keine Druckschwankungen auftreten, schlechter wird. Vorzugsweise wird daher eine erste Membran 10 mit erhöhter Haltbarkeit verwendet, wenn die Ladungsteilchenstrahlvorrichtung 111 nicht nur bei der ersten Ausführungsform, sondern auch bei der zweiten Ausführungsform oder abwechselnd bei der ersten und der zweiten Ausführungsform verwendet wird. Zur Erhöhung der Haltbarkeit ist es nur erforderlich, die erste Membran 10 dicker zu machen und/oder die Größe der Durchgangsöffnung 34a der Querplatte 34 zu verringern.
Bezugszeichenliste

1, 1a, 1b: Elektronenoptische Linse (elektronen-(ladungsteilchen-)optisches System, Kondensorlinse)
2: Ablenkspule (elektronen-(ladungsteilchen-)optisches System)
3: elektronenoptischer (ladungsteilchenoptischer) Linsentubus
3a: Magnetkern
3b: Haltetubus
3c: Magnetkern
4: erstes Gehäuse (Probengehäuse)
4a: Öffnung im ersten Gehäuse
5: Ventil oder Gaseinlaß/Gasauslaß
6: Probe
7: Elektronenobjektivlinse (elektronen-(ladungsteilchen-)optisches System)
8: Detektor
9: Probenhalter
10: erste Membran
11: Probenbühne
12: Plattenelement an der Probenbühne (Flansch)
13: Probenbühneneinstellknopf
14: Ventil oder Gaseinlaß/Gasauslaß
15: Vakuumdichtelement
16: Führung
17: Schiene
18, 19: Vakuumpumpe
20: Raum zwischen der Elektronenquelle 110 und der ersten Membran 10 (Raum im Linsentubus)
21: Raum in der Probenumgebung (Raum im ersten Gehäuse)
22: drittes Gehäuse (kreisförmiges rohrartiges Element)
23: Rohr (kreisförmiges rohrartiges Element)
24: Vakuumventil oder Vakuumabdichtelement
25: Ventil
27: Vakuumdichtelement
30: optische Achse
32: Ladungsteilchenstrahl (Bahn, die entfernt von der optischen Achse verläuft)
33: Ladungsteilchenstrahl (Bahn, die in der Nähe der optischen Achse verläuft)
34: Membranhalteelement (Querplatte)
34a: Durchgangsöffnung
35: Kleber
36: elektromagnetisches Feld
37: Befestigungselement
38: Vakuumdichtelement
39: Schraubgewinde
40: leitende oder halbleitende Schicht
41: Überkreuzungspunkt (Stelle, an der sich Ladungsteilchenstrahlen kreuzen)
44: Abschirmplatte (Element mit Durchgangsöffnung)
44a: Durchgangsöffnung
45: Gettermaterial (Gettermaterial vom nicht verdampfenden Typ)
100: Einschubgehäuse (zweites Gehäuse)
100a: zurückspringender Abschnitt des zweiten Gehäuses
100b: Durchgangsöffnung
100c: Flansch
100d: Abweiser
101: zweite Membran (Objektivmembran)
102: Flansch
103: Vakuumdichtelement
104: Raum zwischen zweiter Membran und Probe
105: Raum zwischen erster Membran und zweiter Membran (Raum, der vom ersten Gehäuse und vom zweiten Gehäuse umgeben ist)
106, 107: Vakuumdichtelement
110: Elektronenquelle (Ladungsteilchenquelle)
111: Ladungsteilchenstrahlvorrichtung (Ladungsteilchenstrahlmikroskop)
d1: Außendurchmesser des Rohrs
d2: Innendurchmesser des Rohrs
d3: Innendurchmesser der Spule für die Ausbildung des elektromagnetischen Felds im elektronenoptischen System
d4: Lochgröße der Durchgangsöffnung in der Querplatte
d5: Abstand zwischen der zweiten Membran und der Probe

Claims

Ladungsteilchenstrahlvorrichtung mit einer Ladungsteilchenquelle, die einen Ladungsteilchenstrahl emittiert; einem optischen System für die Ladungsteilchen, das den Ladungsteilchenstrahl fokussiert und eine optische Achse definiert; einem Linsentubus zur Aufnahme der Ladungsteilchenquelle und des optischen Systems für die Ladungsteilchen; einem ersten Gehäuse, das mit dem Linsentubus verbunden ist und in das der Ladungsteilchenstrahl emittiert wird; einem zweiten Gehäuse, das an einer Öffnung im ersten Gehäuse in das erste Gehäuse zurückspringt; einer ersten Membran, die in der optischen Achse angeordnet ist und die den Raum innerhalb des Linsentubus von dem Raum innerhalb des ersten Gehäuses trennt und durch die der Ladungsteilchenstrahl verläuft; und mit einer zweiten Membran, die in der optischen Achse angeordnet ist und die die Räume innerhalb und außerhalb des zurückspringenden Abschnitts des zweiten Gehäuses voneinander trennt und durch die der Ladungsteilchenstrahl verläuft, wobei der Raum, der vom ersten Gehäuse und vom zweiten Gehäuse umgeben ist, drucklos gemacht wird und eine innerhalb des zurückspringenden Abschnitts des zweiten Gehäuses angeordnete Probe mit dem Ladungsteilchenstrahl bestrahlt wird.
Ladungsteilchenstrahlvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die erste Membran in einem elektromagnetischen Feld angeordnet ist, das vom optischen System für die Ladungsteilchen gebildet wird.
Ladungsteilchenstrahlvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die erste Membran an einer Stelle angeordnet ist, an der sich mehrere Ladungsteilchenstrahlen kreuzen.
Ladungsteilchenstrahlvorrichtung nach Anspruch 1, mit einem Rohr, das mit einem dritten Gehäuse verbunden ist, das die Ladungsteilchenquelle enthält, und das durch das optische System für die Ladungsteilchen verläuft, wobei sich die optische Achse im Rohr befindet, wobei die erste Membran am Rohr angebracht ist, und wobei das Rohr und das dritte Gehäuse in der Richtung der optischen Achse am Linsentubus angebracht und davon abgenommen werden können.
Ladungsteilchenstrahlvorrichtung nach Anspruch 4, wobei der Außendurchmesser des Rohrs kleiner ist als der Innendurchmesser einer Spule zur Ausbildung eines elektromagnetischen Felds im optischen System für die Ladungsteilchen.
Ladungsteilchenstrahlvorrichtung nach Anspruch 4, mit einer Querplatte am Rohr, die den Raum im Linsentubus von dem Raum im ersten Gehäuse trennt, die dicker ist als die erste Membran und durch die der Ladungsteilchenstrahl nicht verläuft, wobei die erste Membran eine Durchgangsöffnung in der Querplatte verschließt, und wobei die Lochgröße der Durchgangsöffnung in der Querplatte kleiner ist als der Innendurchmesser des Rohrs.
Ladungsteilchenstrahlvorrichtung nach Anspruch 4, wobei die erste Membran einen Raum im Rohr, der mit einem Raum im dritten Gehäuse in Verbindung steht, von dem Raum im ersten Gehäuse trennt, wobei das Rohr und das dritte Gehäuse vom Linsentubus abnehmbar und daran anbringbar sind, wobei sich das Innere des Rohrs und das Innere des dritten Gehäuses im Vakuumzustand befinden, während der Raum, der vom ersten Gehäuse und vom zweiten Gehäuse umgeben ist, sich unter Atmosphärendruck befindet.
Ladungsteilchenstrahlvorrichtung nach Anspruch 1, wobei an einer Wandfläche, die den Raum von der Ladungsteilchenquelle bis zur ersten Membran abgrenzt, ein Vakuumventil oder ein Vakuumabdichtelement, das den Raum von der Ladungsteilchenquelle bis zur ersten Membran in einen luftdichten Zustand bringt, und ein Gettermaterial vom nicht verdampfenden Typ vorgesehen sind, das den Raum von der Ladungsteilchenquelle bis zur ersten Membran in einen drucklosen Zustand bringt.
Ladungsteilchenstrahlvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Dicke der ersten Membran und der zweiten Membran gleich oder kleiner als 100 nm ist.
Ladungsteilchenstrahlvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Abstand zwischen der zweiten Membran und der Probe bei der Bestrahlung der Probe mit dem Ladungsteilchenstrahl gleich oder kleiner als 1000 μm ist.
Ladungsteilchenstrahlvorrichtung mit einer Ladungsteilchenquelle, die einen Ladungsteilchenstrahl emittiert; einem optischen System für die Ladungsteilchen, das den Ladungsteilchenstrahl fokussiert und eine optische Achse definiert; einem Linsentubus zur Aufnahme der Ladungsteilchenquelle und des optischen Systems für die Ladungsteilchen; einem Rohr, das mit einem Gehäuse verbunden ist, das die Ladungsteilchenquelle enthält, wobei das Rohr durch das optische System für die Ladungsteilchen verläuft und die optische Achse im Rohr verläuft; und mit einer Membran, die am Rohr angebracht ist und in der optischen Achse angeordnet ist und die den Raum innerhalb des Rohrs, der mit einem Raum im Gehäuse in Verbindung steht, von dem Raum außerhalb des Rohrs trennt und die der Ladungsteilchenstrahl durchsetzt; wobei die Membran und das Rohr am Linsentubus angebracht und davon abgenommen werden können, wenn das Gehäuse in der Richtung der optischen Achse bewegt wird.
Ladungsteilchenstrahlvorrichtung nach Anspruch 11, mit einem Probengehäuse, das mit dem Linsentubus verbunden ist und in das der Ladungsteilchenstrahl emittiert wird, wobei die Probe im Probengehäuse, das drucklos gemacht wird, mit dem Ladungsteilchenstrahl bestrahlt wird.
Ladungsteilchenstrahlvorrichtung nach Anspruch 11, mit einem ersten Gehäuse, das mit dem Linsentubus verbunden ist und in das der Ladungsteilchenstrahl emittiert wird; mit einem zweiten Gehäuse, das von einer Öffnung im ersten Gehäuse in das Innere des ersten Gehäuses zurückspringt; und mit einer Objektivmembran, die in der optischen Achse angeordnet ist und die die Räume innerhalb und außerhalb eines zurückspringenden Abschnitts des zweiten Gehäuses voneinander trennt und die vom Ladungsteilchenstrahl durchsetzt wird, wobei der Raum, der vom ersten Gehäuse und vom zweiten Gehäuse umgeben ist, drucklos ist, und wobei die Probe, die im zurückspringenden Abschnitt des zweiten Gehäuses angeordnet wird, mit dem Ladungsteilchenstrahl bestrahlt wird.
Ladungsteilchenstrahlvorrichtung nach Anspruch 11, mit einer Querplatte am Rohr, die den Raum im Rohr, der mit dem Raum im Gehäuse in Verbindung steht, von dem Raum außerhalb des Rohrs trennt, wobei die Querplatte dicker ist als die Membran und vom Ladungsteilchenstrahl nicht durchsetzt werden kann, wobei die Membran eine Durchgangsöffnung in der Querplatte verschließt, wobei die Lochgröße der Durchgangsöffnung in der Querplatte kleiner ist als der Innendurchmesser des Rohrs.