DE112013004212B4

DE112013004212B4 - Mit einem strahl geladener teilchen arbeitende vorrichtungund verfahren zum einstellen der position einer membran

Info

Publication number: DE112013004212B4
Application number: DE112013004212.6T
Authority: DE
Inventors: Shinsuke Kawanishi; Yusuke Ominami; Masahiko Ajima; Hiroyuki Suzuki
Original assignee: Hitachi High Tech Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2012-10-01
Filing date: 2013-09-25
Publication date: 2022-04-07
Anticipated expiration: 2033-09-26
Also published as: KR20150046265A; JP2014072111A; US9251996B2; CN104685602A; WO2014054477A1; JP6207824B2; KR101691872B1; CN104685602B; DE112013004212T5; US20150228449A1

Abstract

Mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitende Vorrichtung, welche Folgendes umfasst:einen Tubus (2) einer optischen Linse für geladene Teilchen, welcher einen Strahl primärer geladener Teilchen auf eine Probe (6) einstrahlt,eine Vakuumpumpe (4),ein Gehäuse (7), das einen Teil der mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitenden Vorrichtung bildet und einen Innenraum (11) aufweist, der dafür eingerichtet ist, durch die Vakuumpumpe (4) evakuiert zu werden,eine abnehmbare Membran (10), die einen Raum (12), in dem sich die Probe (6) befindet, abtrennt, so dass in dem Raum (12) ein Druck aufrechterhalten wird, der höher ist als der Druck im Inneren (11) des Gehäuses (7), und das Hindurchlaufen oder Hindurchtreten des Strahls primärer geladener Teilchen durch die Membran (10) ermöglicht,einen Probentisch (5), der in einem Raum (12) auf einer Seite installiert ist, welche in Bezug auf die Membran (10) dem Tubus (2) der optischen Linse für geladene Teilchen entgegengesetzt ist,gekennzeichnet durch ein bewegliches Element (48), welches die Membran (10) bewegen kann, während der Druck in dem Raum (12), in dem sich die Probe (6) befindet, und der Druck im Inneren (11) des Gehäuses (7) aufrechterhalten werden,wobei das bewegliche Element (48) einen zweiten Verbindungsabschnitt (72b; 74; 75; 75b; 76b; 78; 77b; 82; 85b; 86) aufweist, um an einem ersten Verbindungsabschnitt (72a; 73; 75a; 76; 76a; 77; 77a; 80; 85a) anzugreifen, der an einer die Position der Membran (10) einstellenden Membranpositions-Einstellvorrichtung (70; 145) bereitgestellt ist, undwobei für den ersten und den zweiten Verbindungsabschnitt Elemente verwendet werden, die es ermöglichen, dass die beim Bewegen des zweiten Verbindungsabschnitts (72b; 74; 75; 75b; 76b; 78; 77b; 82; 85b; 86) in einer zur optischen Achse (2a) des Tubus (2) der optischen Linse für geladene Teilchen senkrechten Richtung erforderliche Kraft größer ist als die Kraft, die beim Bewegen des ersten Verbindungsabschnitts (72a; 73; 75a; 76; 76a; 77; 77a; 80; 85a) parallel zur optischen Achse (2a) des Tubus (2) der optischen Linse für geladene Teilchen zum Trennen des ersten Verbindungsabschnitts (72a; 73; 75a; 76; 76a; 77; 77a; 80; 85a) der Einstellvorrichtung (70; 145) von dem zweiten Verbindungsabschnitt (72b; 74; 75; 75b; 76b; 78; 77b; 82; 85b; 86) des beweglichen Elements (48) erforderlich ist.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitende Vorrichtung, die eine Probe in einer vorgegebenen Gasumgebung in einem Atmosphärendruckzustand, einem Zustand eines leichten Überdrucks in Bezug auf den Atmosphärendruck oder einem Unterdruckzustand beobachten kann.
Stand der Technik
Ein Rasterelektronenmikroskop (SEM), ein Transmissionselektronenmikroskop (TEM) usw. werden verwendet, um ein Mikrogebiet eines Objekts zu beobachten. Im Allgemeinen werden bei diesen Vorrichtungen Gehäuse, in denen Proben angeordnet werden, evakuiert, werden Probenumgebungen in Vakuumzustände gebracht und werden die Proben beobachtet. Biochemische Proben, flüssige Proben usw. werden jedoch im Vakuum beschädigt oder geändert. Andererseits nimmt der Bedarf an einer Beobachtung solcher Proben durch Elektronenmikroskope stark zu. In den letzten Jahren wurden SEM-Vorrichtungen, die in der Lage sind, Proben, die Beobachtungsziele darstellen, unter dem Atmosphärendruck zu beobachten, Probenhaltevorrichtungen usw. entwickelt.
Im Prinzip sind diese Vorrichtungen so ausgelegt, dass sie eine Membran oder ein Mikrodurchgangsloch bereitstellen, wodurch ein Elektronenstrahl zwischen einem elektronenoptischen System und einer Probe hindurchtreten kann, wodurch ein Raum, der sich in einem Vakuumzustand befindet, von einem Raum im Atmosphärendruckzustand getrennt wird. All diesen Vorrichtungen ist gemeinsam, dass die Membran zwischen der Probe und dem elektronenoptischen System bereitgestellt ist.
Beispielsweise offenbart Patentdokument 1 ein SEM, wobei eine Elektronenquellenseite eines Tubus einer elektronenoptischen Linse unten angeordnet ist und eine Objektivlinsenseite oben angeordnet ist und eine Membran, durch welche ein Elektronenstrahl hindurchtreten kann, über einen O-Ring an einer Elektronenstrahl-Austrittsöffnung an einem Ende des Tubus der elektronenoptischen Linse bereitgestellt ist.
Gemäß der im Patentdokument beschriebenen Erfindung wird eine Probe, die ein Beobachtungsziel darstellt, direkt von der Membran getragen, wird die untere Fläche der Probe mit einem Primärelektronenstrahl bestrahlt, werden reflektierte Elektronen oder Sekundärelektronen detektiert und wird eine SEM-Beobachtung ausgeführt. Die Probe wird in einem Raum gehalten, der durch ein um die Membran herum installiertes ringförmiges Element und die Membran definiert ist und ferner mit einer Flüssigkeit in der Art von Wasser gefüllt ist.
Zitatliste
Patentdokument
Patentdokument 1: offengelegte japanische Patentanmeldung JP 2009-158222 A ( US 2009/0166536 A )
WO 2010/001399 A1 beschreibt ein herkömmliches Rasterelektronenmikroskop mit den Merkmalen im Oberbegriff des vorliegenden Anspruchs 1. Weitere herkömmliche Rasterelektronenmikroskope sind in US 2004/0046120 A1 , US 2008/0308731 A1 und US 2010/0243888 A1 beschrieben.
Kurzfassung der Erfindung
Technisches Problem
Alle herkömmlichen mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitenden Vorrichtungen sind Vorrichtungen, die ausschließlich für die Beobachtung unter dem Atmosphärendruck oder in einer Gasumgebung, deren Druck im Wesentlichen gleich dem Atmosphärendruck ist, hergestellt sind. Es existiert keine ein allgemeines mit geladenen Teilchen arbeitendes Vakuummikroskop verwendende Vorrichtung, die leicht eine Beobachtung unter dem Atmosphärendruck oder in einer Gasatmosphäre ausführen kann, deren Druck im Wesentlichen gleich dem Atmosphärendruck ist.
Beispielsweise ist das in Patentdokument 1 beschriebene SEM eine strukturell sehr spezielle Vorrichtung, welche keine SEM-Beobachtung in einer gewöhnlichen Hochvakuumumgebung ausführen kann.
Überdies ist die Membran, die einen Atmosphärenraum, in dem die Probe angeordnet ist, und einen Vakuumraum innerhalb des Tubus der elektronenoptischen Linse trennt, sehr dünn gemacht, um das Hindurchtreten eines Elektronenstrahls zu ermöglichen, und sie wird recht leicht beschädigt. Beim Austauschen der Membran muss die Position der neuen Membran eingestellt werden. Gemäß dem herkömmlichen Verfahren ist es jedoch unmöglich, die Einstellung der Position der Membran leicht auszuführen.
Die vorliegende Erfindung wurde angesichts der vorstehenden Probleme gemacht, und eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitende Vorrichtung bereitzustellen, mit der eine Probe in einer atmosphärischen Umgebung oder einer Gasumgebung beobachtet werden kann, ohne die Konfiguration des herkömmlichen mit geladenen Teilchen arbeitenden Hochvakuummikroskops erheblich zu ändern, und womit der Vorgang des Einstellens der Membranposition leicht ausgeführt werden kann.
Lösung des Problems
Zum Lösen der vorstehend erwähnten Probleme wird beispielsweise eine in den Ansprüchen definierte Konfiguration verwendet.
Die vorliegende Anmeldung betrifft eine Erfindung, die mehrere Mittel für das Lösen der Probleme aufweist. Bei einer mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitenden Vorrichtung, welche einen Tubus einer optischen Linse für geladene Teilchen, wodurch eine Probe mit einem Strahl primärer geladener Teilchen bestrahlt wird, und eine Vakuumpumpe umfasst, ist die mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitende Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass die mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitende Vorrichtung Folgendes aufweist: ein Gehäuse, das einen Teil der mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitenden Vorrichtung bildet und einen Innenraum aufweist, der durch die Vakuumpumpe evakuiert werden kann, eine abnehmbare Membran, welche einen Raum, in dem sich die Probe befindet, unterteilt, so dass der Druck im Raum auf einem höheren Niveau gehalten wird als der Druck im Inneren des Gehäuses, und welche den Durchgang oder das Hindurchtreten des Strahls primärer geladener Teilchen ermöglicht, und ein bewegliches Element, welches die Membran bewegen kann, während der Druck im Raum, worin sich die Probe befindet, und der Druck im Inneren des Gehäuses aufrechterhalten werden.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitende Vorrichtung bereitgestellt werden, mit der eine Probe in einer atmosphärischen Umgebung oder einer Gasumgebung beobachtet werden kann, ohne die Konfiguration des herkömmlichen mit geladenen Teilchen arbeitenden Hochvakuummikroskops erheblich zu ändern, und womit der Vorgang des Einstellens der Membranposition leicht ausgeführt werden kann.
Andere Aufgaben, Konfigurationen und Vorteile, die über das vorstehend Erwähnte hinausgehen, werden anhand der folgenden Beschreibung von Ausführungsformen verständlich werden.
Figurenliste
Es zeigen:

1 eine Gesamtkonfigurationsansicht eines mit geladenen Teilchen arbeitenden Mikroskops gemäß einer ersten Ausführungsform,
2 eine Gesamtkonfigurationsansicht der Vorrichtung, wenn ein bewegliches Element betätigt wird,
3 ein Beispiel einer Konfiguration, wobei Stifte und Löcher als Befestigungselemente verwendet werden,
4 ein Beispiel eines durch ein mit geladenen Teilchen arbeitendes Mikroskop erhaltenen Bilds,
5 ein Beispiel einer Konfiguration, wobei Gummilagen als Befestigungselemente verwendet werden,
6 ein Beispiel einer Konfiguration, wobei Elemente mit Konkavitäten und Konvexitäten als Befestigungselemente verwendet werden,
7 ein Beispiel einer Konfiguration, wobei eine Kombination von Elementen mit verschiedenen Eigenschaften als Befestigungselemente verwendet wird,
8 ein Beispiel einer Konfiguration, wobei ebene Befestigungselemente als die Befestigungselemente verwendet werden,
9 ein Beispiel einer Konfiguration, wobei Haken der ebenen Befestigungselemente als die Befestigungselemente verwendet werden,
10 ein Beispiel einer Konfiguration, wobei Federstößel und Löcher als die Befestigungselemente verwendet werden,
11 ein Beispiel einer Konfiguration, wobei Gummilagen und Magnete als die Befestigungselemente verwendet werden,
12 eine perspektivische Ansicht eines Schnitts A-A aus 3,
13 eine Befestigungsrichtung der Befestigungselemente,
14 ein Beispiel einer Anordnungskonfiguration der Befestigungselemente,
15 eine Gesamtkonfiguration eines mit geladenen Teilchen arbeitenden Mikroskops gemäß einer zweiten Ausführungsform,
16 eine Ansicht des mit geladenen Teilchen arbeitenden Mikroskops gemäß der zweiten Ausführungsform in einem Zustand, in dem Plattenelemente ausgezogen sind,
17 eine Ansicht des mit geladenen Teilchen arbeitenden Mikroskops gemäß der zweiten Ausführungsform bei Verwendung als Hochvakuum-SEM,
18 eine erklärende Ansicht eines Arbeitsvorgangs des mit geladenen Teilchen arbeitenden Mikroskops gemäß der zweiten Ausführungsform,
19 eine Gesamtkonfigurationsansicht der Vorrichtung, wenn ein bewegliches Element gemäß der zweiten Ausführungsform betätigt wird,
20 eine erklärende Ansicht eines Vorgangs des Einstellens der Position eines Dünnfilms,
21 eine Gesamtkonfigurationsansicht eines mit geladenen Teilchen arbeitenden Mikroskops gemäß einer dritten Ausführungsform,
22 eine Gesamtkonfigurationsansicht eines mit geladenen Teilchen arbeitenden Mikroskops gemäß einer vierten Ausführungsform und
23 eine Gesamtkonfigurationsansicht eines mit geladenen Teilchen arbeitenden Mikroskops gemäß einer fünften Ausführungsform.

Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
Jeweilige Ausführungsformen werden nachstehend mit Bezug auf die Zeichnung erklärt.
Als Beispiele einer mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitenden Vorrichtung werden nachstehend mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitende Mikroskope erklärt. Es sei bemerkt, dass es sich hierbei lediglich um Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung handelt und dass die vorliegende Erfindung nicht auf nachstehend erklärte Ausführungsformen beschränkt ist. Die vorliegende Erfindung ist auch auf ein Rasterelektronenmikroskop, ein Rasterionenmikroskop, eine zusammengesetzte Vorrichtung, die sie und eine Probenverarbeitungsvorrichtung aufweist, oder eine Analysier-/Inspiziervorrichtung, worauf sie angewendet werden, anwendbar.
Überdies ist in der Beschreibung der „Atmosphärendruck“ eine atmosphärische Umgebung oder eine vorgegebene Gasumgebung und bedeutet eine Druckumgebung in einem Atmosphärendruckzustand, einem leichten Unterdruckzustand oder einem Überdruckzustand. Genauer gesagt, liegt er in einem Bereich von etwa 10⁵ Pa (Atmosphärendruck) bis etwa 10³ Pa.
Erste Ausführungsform
Diese Ausführungsform beschreibt eine grundlegende Ausführungsform. 1 ist eine Gesamtkonfigurationsansicht eines mit geladenen Teilchen arbeitenden Mikroskops gemäß dieser Ausführungsform. Das in 1 dargestellte mit geladenen Teilchen arbeitende Mikroskop umfasst hauptsächlich einen Tubus 2 der optischen Linse für geladene Teilchen, ein erstes Gehäuse 7 (nachstehend auch als Vakuumkammer bezeichnet), welches den Tubus der optischen Linse für geladene Teilchen auf einer Vorrichtungsinstallationsfläche davon trägt, ein zweites Gehäuse 121 (nachstehend auch als Erweiterung bezeichnet), welches in das erste Gehäuse 7 eingefügt wird und dann verwendet wird, und ein Steuersystem, das sie steuert. Während der Verwendung des mit geladenen Teilchen arbeitenden Mikroskops werden der Tubus 2 der optischen Linse für geladene Teilchen und das Innere des ersten Gehäuses durch eine Vakuumpumpe 4 evakuiert. Das Einleiten und das Beenden des Betriebs der Vakuumpumpe 4 werden auch durch das Steuersystem gesteuert. Wenngleich in 1 eine einzige Vakuumpumpe 4 dargestellt ist, können auch zwei oder mehr Vakuumpumpen bereitgestellt sein.
Der Tubus 2 der optischen Linse für geladene Teilchen umfasst eine Quelle 8 geladener Teilchen, die Strahlen geladener Teilchen erzeugt, und Bestandteile in der Art von Linsen 1, welche die erzeugten Strahlen geladener Teilchen fokussieren und in einen unteren Abschnitt des Linsentubus einbringen und eine Probe 6 unter Verwendung des Strahls primärer geladener Teilchen abtasten. Der Tubus 2 der optischen Linse für geladene Teilchen ist so installiert, dass er in das Innere des ersten Gehäuses 7 vorsteht und durch ein Vakuumdichtungselement 123 am ersten Gehäuse 7 befestigt ist. An einem Endabschnitt des Tubus 2 der optischen Linse für geladene Teilchen ist ein Detektor 3 angeordnet, der Sekundärteilchen (Sekundärelektronen oder rückgestreute Elektronen, sekundäre geladene Teilchen wie reflektierte Ionen oder Photonen, Röntgenstrahlen usw.) detektiert, die durch Bestrahlung mit den vorstehend erwähnten Strahlen primärer geladener Teilchen erhalten werden. Beim in 1 dargestellten Konfigurationsbeispiel ist der Detektor 3 im Inneren des ersten Gehäuses 7 bereitgestellt. Er kann jedoch auch im Tubus 2 der optischen Linse für geladene Teilchen oder im Inneren des zweiten Gehäuses 121 angeordnet sein.
Das mit geladenen Teilchen arbeitende Mikroskop gemäß dieser Ausführungsform umfasst als Steuersystem einen Computer 35, den ein Benutzer der Vorrichtung verwendet, eine übergeordnete Steuereinheit 36, die mit dem Computer 35 verbunden ist und eine Kommunikation ausführt, und eine untergeordnete Steuereinheit 37, welche Steuerungen eines Evakuierungssystems, eines mit geladenen Teilchen arbeitenden optischen Systems usw. entsprechend einem von der übergeordneten Steuereinheit 36 übertragenen Befehl ausführt. Der Computer 35 umfasst einen Bildschirm, der eine graphische Benutzerschnittstelle (GUI) der Vorrichtung anzeigt, und ein Eingabemittel für die graphische Benutzerschnittstelle in der Art einer Tastatur und einer Maus. Die übergeordnete Steuereinheit 36 und die untergeordnete Steuereinheit 37 sind mit einer Kommunikationsleitung 43 verbunden, während die übergeordnete Steuereinheit 36 und der Computer 35 mit einer Kommunikationsleitung 44 verbunden sind.
Die untergeordnete Steuereinheit 37 ist ein Abschnitt, der Steuersignale zum Steuern der Vakuumpumpe 4, der Quelle 8 geladener Teilchen, der optischen Linsen 1 und dergleichen sendet und empfängt und ferner ein Ausgangssignal des Detektors 3 in ein digitales Bildsignal umwandelt und es zur übergeordneten Steuereinheit 36 sendet. Wenngleich das Ausgangssignal vom Detektor 3 in 1 mit der untergeordneten Steuereinheit 37 verbunden ist, kann ein Verstärker in der Art eines Vorverstärkers auch dazwischen angeordnet sein. Die übergeordnete Steuereinheit 36 und die untergeordnete Steuereinheit 37 können eine Mischung von Analogschaltungen, Digitalschaltungen und dergleichen umfassen. Zusätzlich können die übergeordnete Steuereinheit 36 und die untergeordnete Steuereinheit 37 eine einzige integrierte Einheit sein. Es sei bemerkt, dass die in 1 dargestellte Konfiguration des Steuersystems lediglich als ein Beispiel dient und dass Variationen der Steuereinheiten, des Ventils, der Vakuumpumpe, von Drähten für die Kommunikation und dergleichen alle in die Kategorie des mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitenden Mikroskops gemäß dieser Ausführungsform fallen, sofern die von dieser Ausführungsform vorgesehenen Funktionen erfüllt sind.
Ein Vakuumrohr 16, das an einem Ende mit der Vakuumpumpe 4 verbunden ist, ist mit dem ersten Gehäuse 7 verbunden. Demgemäß kann das Innere des ersten Gehäuses 7 in einem Vakuumzustand gehalten werden. Gleichzeitig weist das erste Gehäuse 7 ein Leckventil 14 auf, um das Innere des Gehäuses der Atmosphäre auszusetzen, wodurch es ermöglicht wird, das Innere des ersten Gehäuses 7 bei einer Wartung der Atmosphäre auszusetzen. Das Leckventil 14 kann bereitgestellt sein oder nicht, und es können auch zwei oder mehr Leckventile 14 bereitgestellt sein. Überdies ist die Anordnungsposition des Leckventils 14 am ersten Gehäuse 7 nicht auf die in 1 dargestellte Position beschränkt, und das Leckventil 14 kann auch an einer anderen Position am ersten Gehäuse 7 bereitgestellt sein. Ferner weist das erste Gehäuse 7 an einer Seitenfläche eine Öffnung auf, und das zweite Gehäuse 121 wird durch die Öffnung in das erste Gehäuse eingeführt.
Das zweite Gehäuse 121 weist einen quaderförmigen Hauptkörperabschnitt 131 und einen passenden Abschnitt 132 auf. Wie nachstehend beschrieben wird, bildet wenigstens eine der Seitenflächen der Quaderform des Hauptkörperabschnitts 131 eine offene Fläche 9. Außenseiten, die von einer Außenseite der Seitenflächen der Quaderform des Hauptkörperabschnitts 131 verschieden sind, worauf ein Membranhalteelement 47 installiert ist, können durch Wände des zweiten Gehäuses 121 gebildet sein. Das zweite Gehäuse 121 selbst kann keine Wände aufweisen und in einem Zustand, in dem es in das erste Gehäuse 7 aufgenommen ist, durch Seitenwände des ersten Gehäuses 7 gebildet sein. Die Position des zweiten Gehäuses 121 ist an der Seitenfläche oder Innenwandfläche des ersten Gehäuses 7 oder des Tubus der optischen Linse für geladene Teilchen fest. Der Hauptkörperabschnitt 131 wird durch die vorstehend erwähnte Öffnung in das erste Gehäuse 7 eingeführt und hat, wenn er in das erste Gehäuse 7 aufgenommen ist, eine Funktion des Aufnehmens der Probe 6, die ein Beobachtungsziel ist. Der passende Abschnitt 132 bildet eine Passfläche mit einer Außenwandfläche des ersten Gehäuses 7 auf der Seitenflächenseite, auf der die Öffnung des ersten Gehäuses 7 bereitgestellt ist, und ist durch ein Vakuumdichtungselement 126 an der Außenwandfläche der Seitenflächenseite befestigt. Demgemäß ist das zweite Gehäuse 121 ganz in das erste Gehäuse 7 eingepasst. Die vorstehend erwähnte Öffnung kann am einfachsten unter Verwendung einer Öffnung hergestellt werden, die ursprünglich eine Vakuumprobenkammer des mit geladenen Teilchen arbeitenden Mikroskops aufweist, um die Probe einzubringen oder zu entnehmen. Das heißt, dass Änderungen, die an der Vorrichtung vorgenommen werden sollten, auf ein Minimum verringert werden können, falls das zweite Gehäuse 121 in Übereinstimmung mit der Größe des ursprünglich bereitgestellten Lochs hergestellt wird und das Vakuumdichtungselement 126 an einem Umfangsbereich um das Loch angebracht wird. Überdies kann das zweite Gehäuse 121 vom ersten Gehäuse 7 abgenommen werden.
Der Hauptkörperabschnitt 131 weist an seiner oberen Flächenseite einen Dünnfilm 10 an einer Position auf, wo sich der Dünnfilm 10 unmittelbar unterhalb des Tubus 2 der optischen Linse für geladene Teilchen befindet, wenn das zweite Gehäuse 121 ganz in das erste Gehäuse 7 eingepasst ist. Dieser Dünnfilm 10 ermöglicht es, dass vom unteren Ende des Tubus 2 der optischen Linse für geladene Teilchen emittierte Strahlen primärer geladener Teilchen durchgelassen oder hindurchtreten gelassen werden, so dass die Strahlen primärer geladener Teilchen durch den Dünnfilm 10 hindurchtreten und schließlich die Probe 6 erreichen.
Wenn die Strahlen geladener Teilchen die Probe 6 erreichen, werden Sekundärteilchen wie rückgestreute geladene Teilchen oder durchgelassene geladene Teilchen vom Inneren oder von der Oberfläche der Probe emittiert. Die Sekundärteilchen werden durch den Detektor 3 detektiert. Der Detektor 3 ist auf der Probenflächenseite bereitgestellt, auf welche die Strahlen primärer geladener Teilchen eingestrahlt werden, so dass Informationen über die Probenfläche erhalten werden können. Der Detektor 3 ist ein Detektierelement, das geladene Teilchen detektieren kann, die mit einer Energie im Bereich von einigen keV bis einigen zehn keV driften. Überdies kann dieses Detektierelement ein Verstärkermittel aufweisen. Es ist bevorzugt, dass das Detektierelement infolge von Anforderungen an die Konfiguration der Vorrichtung dünn und flach ist. Das Detektierelement ist beispielsweise ein aus einem Halbleitermaterial wie Silicium gebildeter Halbleiterdetektor oder ein Szintillator, der ein Signal geladener Teilchen in einer Glasoberfläche oder im Inneren in Licht umwandeln kann.
Bei herkömmlichen Techniken wird eine Probe innerhalb eines mit Flüssigkeit gefüllten Membraninneren gehalten, wird eine Beobachtung bei Atmosphärendruck einmal ausgeführt und wird die Probe nass, so dass es sehr schwierig wäre, eine Probe im selben Zustand sowohl in einer atmosphärischen Umgebung als auch einer Hochvakuumumgebung zu beobachten. Weil die Membran stets in Kontakt mit der Flüssigkeit steht, ergibt sich überdies das Problem, dass die Membran mit hoher Wahrscheinlichkeit beschädigt wird. Andererseits wird die Probe 6 beim System gemäß dieser Ausführungsform in einem berührungsfreien Zustand mit der Membran 10 angeordnet, so dass die Probe entweder unter einem Hochvakuum oder unter dem Atmosphärendruck beobachtet werden kann, ohne ihren Zustand zu ändern. Überdies wird die Probe nicht auf der Membran getragen, so dass die Wahrscheinlichkeit verringert werden kann, dass die Membran durch die Probe beschädigt wird.
Wenn der Strahl geladener Teilchen ein Elektronenstrahl ist, muss der Dünnfilm 10 eine Dicke von typischerweise etwa einigen nm bis zu 20 µm aufweisen, die das Hindurchtreten des Elektronenstrahls ermöglicht. An Stelle des Dünnfilms kann ein Blendenelement mit einem Durchgangsloch verwendet werden, welches das Hindurchtreten der Strahlen primärer geladener Teilchen ermöglicht. Der Lochdurchmesser ist in diesem Fall infolge der Anforderung, dass eine differenzielle Evakuierung unter Verwendung realistischer Vakuumpumpen ausgeführt werden sollte, wünschenswerterweise kleiner oder gleich einer Fläche von etwa 1 mm². Wenn der Strahl geladener Teilchen ein Ionenstrahl ist, lässt sich nur schwer erreichen, dass der Ionenstrahl durch den Dünnfilm hindurchtritt, ohne diesen zu beschädigen, so dass eine Blende mit einer Fläche verwendet wird, die kleiner oder gleich etwa 1 mm² ist. Eine Kettenlinie in 1 gibt die optische Achse des Strahls primärer geladener Teilchen an. Der Tubus 2 der optischen Linse für geladene Teilchen und die Membran 10 werden so eingestellt, dass sie sich auf der optischen Achse des Strahls primärer geladener Teilchen befinden. Der Abstand zwischen der Probe 6 und der Membran 10 wird eingestellt, indem ein Probenträger mit einer geeigneten Höhe bereitgestellt wird.
Wie in 1 dargestellt ist, ist eine Seitenfläche des zweiten Gehäuses 121 eine offene Fläche, die mit einem Atmosphärenraum durch eine Fläche kommuniziert, die eine Größe aufweist, welche es ermöglicht, dass zumindest die Probe in das zweite Gehäuse 121 eingebracht oder aus diesem entnommen wird und dass die Probe 6, die im Inneren des zweiten Gehäuses 121 gelagert ist (auf der rechten Seite der gepunkteten Linie in 1, nachstehend als ein zweiter Raum bezeichnet), während der Beobachtung in einem Atmosphärendruckzustand gehalten wird. Es sei bemerkt, dass, wenngleich in 1 nur eine offene Fläche 9 gezeigt ist, weil 1 eine Schnittansicht der Vorrichtung in einer zur optischen Achse parallelen Richtung ist, die offene Fläche 9 des zweiten Gehäuses 121 nicht auf die eine Fläche beschränkt ist, sofern das zweite Gehäuse in einer von vorne nach hinten verlaufenden Richtung der Papierebene aus 1 mit Seitenflächen des ersten Gehäuses gedichtet ist. In dem Zustand, in dem das zweite Gehäuse 121 in das erste Gehäuse 7 aufgenommen ist, können zumindest eine oder mehrere offene Flächen existieren. Andererseits ist die Vakuumpumpe 4 mit dem ersten Gehäuse 7 verbunden, und ein geschlossener Raum (nachstehend als erster Raum bezeichnet), der durch die Innenwandfläche des ersten Gehäuses 7, die Außenwandfläche des zweiten Gehäuses und den Dünnfilm 10 definiert ist, kann evakuiert werden. Dementsprechend wird gemäß dieser Ausführungsform, während der erste Raum 11 durch die Membran 10 beim Hochvakuum gehalten wird, der zweite Raum 12 bei einer Gasumgebung gehalten, deren Druck der Atmosphärendruck ist oder dem Atmosphärendruck im Wesentlichen gleicht, so dass während des Vorrichtungsbetriebs der Tubus 2 der optischen Linse für geladene Teilchen und der Detektor 3 in einem Vakuumzustand gehalten werden können und die Probe 6 beim Atmosphärendruck gehalten werden kann.
Bei einer herkömmlichen Technik in der Art einer Umgebungszelle, die lokal eine atmosphärische Umgebung aufrechterhalten kann, kann, wenngleich eine Beobachtung beim Atmosphärendruck/in der Gasumgebung erfolgen kann, nur eine Probe beobachtet werden, deren Größe es ermöglicht, dass sie in die Zelle eingebracht werden kann. Demgemäß ergibt sich das Problem, dass die Beobachtung einer großen Probe beim Atmosphärendruck/in einer Gasumgebung nicht möglich ist. Im Fall einer Umgebungszelle wird überdies, wenn eine andere Probe beobachtet wird, die Umgebungszelle aus der Vakuumprobenkammer des SEM entfernt und wird die Probe durch die andere Probe ersetzt und muss die andere Probe in die Vakuumprobenkammer getragen werden. Dementsprechend ergibt sich das Problem, dass es umständlich ist, die Probe zu ersetzen. Andererseits wird beim System gemäß dieser Ausführungsform eine Seitenfläche des zweiten Gehäuses 121 geöffnet und wird die Probe 6 in den zweiten Raum 12 getragen, der ein großer atmosphärischer Raum ist, so dass selbst eine große Probe in der Art eines Halbleiterwafers beim Atmosphärendruck beobachtet werden kann. Insbesondere ist das zweite Gehäuse gemäß dieser Ausführungsform von einem Typ, der von der Seitenfläche der Probenkammer eingebracht wird, so dass sich das zweite Gehäuse leicht vergrößern lässt. Daher kann selbst eine große Probe, die nicht in die Umgebungszelle eingeschlossen werden kann, beobachtet werden. Überdies weist das zweite Gehäuse 121 die offene Fläche auf, so dass die Probe zwischen dem Inneren und dem Äußeren des zweiten Raums 12 unter Beobachtung bewegt werden kann und das Austauschen der Probe leicht erfolgen kann.
Die Membran 10 ist durch das Membranhalteelement 47 abnehmbar an einer oberen Seitenfläche des Hauptkörperabschnitts 131 des zweiten Gehäuses, genauer gesagt an einer unteren Flächenseite einer Abdeckungsplatte des zweiten Gehäuses, befestigt. Wenngleich die Membran 10 unter Bildung einer Vakuumdichtung am Membranhalteelement 47 befestigt ist, kann ein Vakuumdichtungselement in der Art eines O-Rings verwendet werden oder kann die Befestigung der Membran durch ein organisches Material in der Art eines Klebstoffs oder eines Bands oder dergleichen erfolgen. Das Membranhalteelement 47 ist durch ein nachstehend beschriebenes bewegliches Element und das Vakuumdichtungselement abnehmbar an der unteren Flächenseite der Abdeckplatte des zweiten Gehäuses 121 befestigt. Der Dünnfilm 10 ist sehr dünn und weist beispielsweise eine Dicke von einigen nm bis einigen zehn µm auf (genauer gesagt etwa 20 µm oder weniger), um es zu ermöglichen, dass ein Elektronenstrahl durch ihn hindurchtritt, so dass er im Laufe der Zeit verschlechtert werden kann oder bei der Vorbereitung der Beobachtung beschädigt werden kann. Weil die Membran 10 sehr dünn ist, ist es überdies sehr schwierig, den Dünnfilm direkt zu handhaben. Gemäß dieser Ausführungsform wird der Dünnfilm 10 nicht direkt gehandhabt und kann durch das Membranhalteelement 47 gehandhabt werden, wodurch die Handhabung der Membran 10 (insbesondere ihr Austausch) sehr einfach gemacht wird. Das heißt, dass bei einer Beschädigung der Membran 10 das Membranhalteelement 47 und alles ausgetauscht werden können. Selbst wenn die Membran 10 direkt ausgetauscht werden muss, wird das Membranhalteelement 47 aus der Vorrichtung entnommen, und der Austausch der Membran 10 kann außerhalb der Vorrichtung erfolgen. Es sei bemerkt, dass es selbstverständlich ist, dass ein Blendenelement mit einem Loch mit einer Fläche von höchstens etwa 1 mm² an Stelle der Membran verwendet werden kann.
Bei dieser Konfiguration ist ein beweglicher Abschnitt vorgesehen, der in Bezug auf eine zu einem Strahl primärer geladener Teilchen vertikalen Ebene beweglich ist und die Membran hält. Der bewegliche Abschnitt umfasst das die Membran haltende Membranhalteelement 47 und ein bewegliches Element 48. Das bewegliche Element 48 ist durch ein Vakuumdichtungselement 141 am zweiten Gehäuse 121 angebracht. Überdies ist das Membranhalteelement 47 durch ein Vakuumdichtungselement 142 am beweglichen Element 48 angebracht. Das bewegliche Element 48 ist so angebracht, dass es sich auf beweglichen Ebenen (X-Y-Ebenen) in Bezug auf die optische Achse 2a des Tubus der optischen Linse für geladene Teilchen bewegen kann, während das Innere des ersten Gehäuses 7 im Vakuum gehalten wird und der zweite Raum 12 auf dem Atmosphärendruck gehalten wird. Durch die Druckdifferenz zwischen dem ersten Raum 11 und dem zweiten Raum 12 wird das bewegliche Element 48 gegen die Innenwandseite des zweiten Gehäuses 121 gedrückt und durch das Vakuumdichtungselement 141 gehalten. In diesem Zustand wird das in Kontakt mit dem Vakuumdichtungselement 141 gelassene bewegliche Element 48 verschoben, wodurch das bewegliche Element 48 auf den X-Y-Ebenen bewegt werden kann, während die Druckdifferenz zwischen dem ersten und dem zweiten Raum aufrechterhalten wird. Es sei bemerkt, dass das bewegliche Element 48 durch Schienen oder Rollenführungen (nicht dargestellt) sowie die Druckdifferenz zwischen der Atmosphäre und dem Vakuum gehalten werden kann. Es können Tragelemente 49a, 49b bereitgestellt sein, welche das bewegliche Element 48 so halten, dass es beim Aufheben der Atmosphäre nicht herunterfällt. Überdies können das bewegliche Element 48 und das Membranhalteelement 47 als ein Stück ausgelegt sein.
Die Membran ist ein sehr dünner Film, um das Hindurchtreten eines geladenen Teilchens zu ermöglichen, so dass die Membran mit einer sehr kleinen Fläche versehen werden muss (beispielsweise 1 mm² oder weniger), weil sie dem Druck zur Vakuumseite widerstehen muss. Überdies ist verständlich, dass die Membran 10, wenn das sie aufweisende Dünnfilm-Halteelement 47 angebracht wird, installiert wird, wobei ihr Zentrum gegenüber der optischen Achse 2a des Tubus der optischen Linse für geladene Teilchen dejustiert ist. Um Strahlen geladener Teilchen auf die Probe einzustrahlen und die Probe zu beobachten, muss die Position der Membran 10 eingestellt werden, so dass das Zentrum der Membran 10 auf der optischen Achse 2a des Tubus der optischen Linse für geladene Teilchen angeordnet wird. Daher ist es entscheidend, dass nach dem Anbringen der Membran 10 und dergleichen die Position der Membran 10 eingestellt wird, während die Membran 10 und das Membranhalteelement 47 durch das mit geladenen Teilchen arbeitende Mikroskop beobachtet werden. Falls das Blendenelement verwendet wird, muss ähnlich die Position des Blendenelements eingestellt werden, weil die Öffnungsfläche des Blendenelements sehr klein ist, weil eine differenzielle Evakuierung vorgenommen werden muss.
Überdies ist es möglich, dass die Membran 10 verunreinigt und durch einen Strahl geladener Teilchen beschädigt wird. In diesem Fall muss die Membran 10 mit einer bestimmten Frequenz ausgetauscht werden. Weil eine Fehljustierung zwischen der Membran 10 und dem Tubus der optischen Linse für geladene Teilchen auftritt, muss die Position der Membran jedes Mal dann eingestellt werden, wenn die Membran ausgetauscht wird.
2 zeigt eine Konfigurationsansicht des Vorrichtung, wenn das bewegliche Element 48 betätigt wird. 3 zeigt eine vergrößerte Ansicht einer Umgebung der Membran 10 aus 2. Bei dieser Konfiguration wird die Position der Membran 10 eingestellt, indem das bewegliche Element 48 betätigt wird. Bei dieser Konfiguration wird eine Einstellvorrichtung 70 für die Betätigung des beweglichen Elements 48 verwendet. Die Einstellvorrichtung 70 ist mit einem Griff 70a versehen, der von der Außenseite des zweiten Gehäuses 121 erreichbar ist.
Das bewegliche Element 48 und die Einstellvorrichtung 70 sind so ausgelegt, dass sie durch Befestigungselemente 72a, 72b in der Art von Heftzwecken mechanisch verbunden werden können, so dass sie leicht entfernt werden können. Die Befestigungselemente, die in den 3 bis 11 beispielhaft angegeben sind, werden nachstehend gemeinsam als Verbindungsabschnitte bezeichnet. Durch den Eingriff zwischen dem Verbindungsabschnitt des beweglichen Elements 48 und dem Verbindungsabschnitt der Einstellvorrichtung 70 kann die Membran bewegt werden.
Wie nachstehend erklärt wird, ist es bevorzugt, dass als Verbindungsabschnitte Elemente verwendet werden, die es ermöglichen, dass die beim Bewegen des Verbindungsabschnitts des beweglichen Elements 48 in einer zur optischen Achse des Tubus der optischen Linse für geladene Teilchen senkrechten Richtung erforderliche Kraft gegenüber der Kraft erhöht wird, die bei der Bewegung des Verbindungsabschnitts der Einstellvorrichtung 70 parallel zur optischen Achse des Tubus der optischen Linse für geladene Teilchen und beim Trennen des Verbindungsabschnitts der Einstellvorrichtung 70 vom Verbindungsabschnitt des beweglichen Elements 48 erforderlich ist. Die Eingriffskraft zwischen den Verbindungsabschnitten kann eine physikalische, mechanische oder elektromagnetische Kraft oder eine beliebige Kraft sein.
Eine Abdeckung 71, welche Strahlung in der Art eines Strahls primärer geladener Teilchen, von Sekundärteilchen und eines Röntgenstrahls abschirmt, kann nach Bedarf an der Einstellvorrichtung 70 angebracht werden.
3 zeigt eine Konfiguration, bei der Stifte 73 und Löcher 74 als Beispiele der Befestigungselemente verwendet werden. Die Stifte 73 sind an der Einstellvorrichtung installiert. Die Löcher, in welche die Stifte 73 eingepasst werden, sind am beweglichen Element 48 bereitgestellt. Die Stifte können am beweglichen Element bereitgestellt sein, und die Löcher können an der Einstellvorrichtung bereitgestellt sein. Andere Befestigungselemente in der Art einer Außengewindeschraube und einer Innengewindeschraube können auch verwendet werden. Überdies können die Löcher am beweglichen Element bereitgestellt sein und können die Stifte an der Einstellvorrichtung bereitgestellt sein. Die Anwendung anderer Befestigungselemente wird nachstehend detailliert erklärt.
Es sei bemerkt, dass der Griff 70a nicht bereitgestellt sein kann, falls die Einstellvorrichtung bequem betätigt werden kann. In diesem Fall kann der Bediener die Einstellvorrichtung 70 direkt mit der Hand halten und betätigen.
Ein Tisch und dergleichen sind am oberen Abschnitt des zweiten Gehäuses 121 montiert und können von außerhalb des zweiten Gehäuses betätigt werden. Jedoch ist ein Raum, dessen Größe gleich der Dicke des Tisches ist, zwischen dem Tubus der optischen Linse für geladene Teilchen und der Probe erforderlich, wird der Betätigungsabstand zwangsläufig erhöht und wird die Verschlechterung der Auflösung des mit geladenen Teilchen arbeitenden Mikroskops nicht verhindert. Der bewegliche Abschnitt dieser Konfiguration kann dünn gebildet werden, weil die Bestandteile in der Art des Tischmechanismus und des Antriebsmechanismus durch die Verwendung der Einstellvorrichtung vereinfacht werden können und die Verschlechterung der Auflösung dadurch unterdrückt werden kann.
Eine Reihe von Arbeitsvorgängen für das Einstellen der Position der Membran wird mit Bezug auf 3 erklärt. Die Einstellvorrichtung 70 wird mit dem beweglichen Element 48 verbunden, und die Stifte 73 werden eingepasst. Das bewegliche Element 48 wird zusammen mit dem Membranhalteelement 47 und der Membran 10 durch die Einstellvorrichtung 70 bewegt, um dadurch die Positionseinstellung der Membran 10 vorzunehmen. Die Position der Membran 10 wird so eingestellt, dass das Zentrum der Membran 10 mit der optischen Achse 2a des Tubus der optischen Linse für geladene Teilchen ausgerichtet wird. 4 zeigt ein Beispiel eines beim Einstellen durch ein mit geladenen Teilchen arbeitendes Mikroskop erhaltenen Bilds. Falls das durch das mit geladenen Teilchen arbeitende Mikroskop erhaltene Bild 61 betrachtet wird, sind die optische Achse 2a des Tubus des mit geladenen Teilchen arbeitenden Mikroskops, nämlich das Zentrum des durch das Mikroskop erhaltenen Bilds 61, und das Zentrum der Membran 10 dejustiert, wie in 4(a) dargestellt ist. Deshalb wird, wie in 4(b) dargestellt ist, eine Ausrichtung unter Verwendung der Einstellvorrichtung 70 so ausgeführt, dass das Zentrum der Membran 10 mit dem Zentrum des durch das Mikroskop erhaltenen Bilds 61 ausgerichtet wird. Nachdem die Position der Membran eingestellt wurde, wird die Einstellvorrichtung 70 entfernt und wird die Probe installiert.
Die Fläche der Membran 10 ist sehr klein, so dass es notwendig ist, die Position der Membran einzustellen, während die Beobachtung ausgeführt wird und die Position der Membran durch das mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitende Mikroskop bestätigt wird. Andererseits werden Strahlungen in der Art von Strahlen sekundärer geladener Teilchen und Röntgenstrahlen erzeugt, wenn Strahlen primärer geladener Teilchen auf die Probe eingestrahlt werden, so dass der Bediener den Strahlungen ausgesetzt werden kann. Daher kann die Abdeckung 71, welche die Strahlungen der Strahlen primärer geladener Teilchen, der Strahlen sekundärer geladener Teilchen und der Röntgenstrahlen abschirmt, nach Bedarf an der Einstellvorrichtung 70 angebracht werden.
In diesem Zustand ist es möglich, dass der Bediener das bewegliche Element 48 betätigt, indem er seine Hand aus dem Öffnungsabschnitt des zweiten Gehäuses 121 direkt in das zweite Gehäuse 121 einführt. Durch Bereitstellen des Griffs 70a der Einstellvorrichtung, wodurch die Membran außerhalb des zweiten Gehäuses 121 eingestellt werden kann, kann jedoch verhindert werden, dass eine Exposition von Röntgenstrahlen oder dergleichen auftritt.
Wie vorstehend beschrieben wurde, kann die Positionseinstellung durch das die Membran 10 haltende bewegliche Element 48 und die Einstellvorrichtung 70 ausgeführt werden, während das durch das mit geladenen Teilchen arbeitende Mikroskop erhaltene Bild betrachtet wird. Daher kann die Positionseinstellung zwischen dem Membranzentrum und der optischen Achse des Strahls geladener Teilchen sehr leicht ausgeführt werden. Durch die Konfiguration, bei der die Positionseinstellung leicht ausgeführt werden kann, kann eine Wartung in der Art des Austauschens der Membran bequem ausgeführt werden.
Die Befestigungselemente 72a, 72b, die eine mechanische Verbindung zwischen dem die Membran 10 haltenden beweglichen Element 48 und der Einstellvorrichtung 70 bewirken, werden nachstehend erklärt. Die Befestigungselemente 72a, 72b müssen in Bewegungsrichtung des beweglichen Elements 48, nämlich in der X-Y-Achsenrichtung (in 3 dargestellt), eine starke Befestigungskraft ausüben. Als Befestigungselemente können auch Haftelemente in der Art doppelseitiger Klebebänder verwendet werden. Die Einstellvorrichtung 70 wird jedoch nach der Einstellung entfernt, so dass, falls eine starke Befestigung in der Richtung des Entfernens der Einstellvorrichtung, nämlich in Z-Achsenrichtung (in 3 dargestellt), ausgeübt wird, die Position des beweglichen Elements 48 bewegt werden kann, wenn die Einstellvorrichtung 70 entfernt wird. Es ist daher bevorzugt, dass die Befestigungskraft in Z-Achsenrichtung klein genug ist. Als Befestigungselemente 72 können in das bewegliche Element 48 einzupassende Elemente oder die Stifte 73 und die Löcher 74 verwendet werden. Wenn in diesem Fall das bewegliche Element 48 und die Einstellvorrichtung 70 aneinander befestigt werden, ist ein Vorgang zum Einpassen der Elemente in das bewegliche Element 48 oder ein Vorgang für das Ausrichten der Positionen der Löcher 74 und der Positionen der Stifte 73 miteinander und für das genaue Einführen der Stifte 73 in die Löcher 74 erforderlich. Daher wird der Vorgang kompliziert, und die Zweckmäßigkeit der Vorrichtung kann verschlechtert werden. Aus diesen Gründen wird die Zweckmäßigkeit erhöht, wenn Elemente verwendet werden, welche eine gewisse Fehljustierung in X-Y-Ebenenrichtung ermöglichen und eine Befestigung vornehmen können. Angesichts dieser Anforderungen sind Befestigungselemente bevorzugt, die auf einer ebenen Fläche in Kontakt miteinander gebracht werden, eine Kraft in X-Y-Ebenenrichtung übertragen und leicht abgenommen werden können.
Als geeignete Befestigungselemente werden nachstehend Beispiele von Kombinationen von Befestigungselementen erklärt.
5 zeigt ein Beispiel, bei dem eine Gummilage 75a und eine Gummilage 75b auf dem beweglichen Element 48 bzw. der Einstellvorrichtung 70 bereitgestellt sind. Elemente mit hohen Reibungskoeffizienten in der Art der Gummilagen 75a, 75b sind miteinander auf einer ebenen Fläche verbunden, und eine Befestigungskraft in den X-Y-Richtungen wird durch die Reibungskraft erzeugt. Es sind Befestigungselemente geeignet, die eine stärkere Reibungskraft in den X-Y-Innerebenenrichtungen erzeugen als die für das Bewegen des beweglichen Elements 48 erforderliche Kraft, und die Materialien für die Befestigungselemente sind nicht auf Gummi beschränkt.
6 zeigt ein weiteres Beispiel, bei dem Elemente mit Konkavitäten und Konvexitäten an ihren Oberflächen auf dem beweglichen Element 48 und der Einstellvorrichtung 70 bereitgestellt sind und eine Befestigungskraft in den X-Y-Richtungen erzeugt wird. Elemente mit einer hohen Oberflächenrauigkeit oder die Elemente 76a, 76b mit Konkavitäten, Konvexitäten und Vorsprüngen werden in Kontakt miteinander gebracht, und die Konkavitäten und Konvexitäten an den Oberflächen werden in Eingriff miteinander gebracht, wodurch die Befestigungskraft erzeugt wird.
Überdies kann, wie in 7 dargestellt ist, eine Kombination des Vorgenannten und des Letztgenannten, beispielsweise eine Kombination eines Elements 75 mit einem hohen Reibungskoeffizienten in der Art einer Gummilage und eines Elements 76 mit Vorsprüngen oder eine Kombination von Elementen mit verschiedenen Eigenschaften verwendet werden. In diesem Fall können sie auch gerade in den X-Y-Innerebenenrichtungen eine Kraft erzeugen, die stärker ist als die für das Bewegen des beweglichen Elements 48 erforderliche Kraft.
Überdies zeigt 8 ein Beispiel, bei dem die Befestigungskraft durch ein Paar ebener Befestigungselemente erzeugt wird, wobei eines davon Haken 77 aufweist und das andere Ösen 78 aufweist. 8 zeigt das Beispiel, bei dem die Haken 77 an der Einstellvorrichtung 70 bereitgestellt sind und die Ösen 78 am beweglichen Element 48 bereitgestellt sind oder umgekehrt.
Überdies ist eine Kombination ebener Befestigungselemente, die in 9 als weiteres Beispiel dargestellt ist, welche jeweils Haken 77 aufweisen, eine Kategorie geeigneter Befestigungselemente.
Wenngleich die Formen der vorstehend beschriebenen Befestigungselemente nicht besonders beschränkt sind, ist bevorzugt, dass die Befestigungselemente auf Flächen mit einer gewissen Größe in Kontakt miteinander gebracht werden. Durch die Verwendung von Befestigungselementen, die auf Linien oder Flächen in zu den X-Y-Ebenen parallelen Ebenen makroskopisch in Kontakt miteinander stehen, können die Befestigungselemente verbunden werden, ohne die Positionseinstellung in den X-Y-Achsenrichtungen auszuführen, und nur durch einen Vorgang, bei dem bei der Verbindung der Einstellvorrichtung und des beweglichen Abschnitts die Einstellvorrichtung und der bewegliche Abschnitt in Z-Achsenrichtung angenähert werden. Auf diese Weise wird eine Fehljustierung in den X-Y-Richtungen ermöglicht, wird die Einstellvorrichtung 70 zweckmäßig angebracht und kann die Einstellung des Dünnfilms 10 vorgenommen werden.
Überdies zeigt 10 ein weiteres Beispiel, bei dem ein Federstößel verwendet wird. Ein Basiselement 81, das einen oder mehrere Federstößel 80 aufweist und in dem Stifte durch eine Last operativ zurückgezogen werden können, und ein Basiselement 83 mit einem oder mehreren Löchern 82, worin der eine oder die mehreren Federstößel 80 eingepasst sind, werden kombiniert. Die Anbringungsposition des Basiselements 81 und die Anbringungsposition des Basiselements 83 können umgekehrt sein. In diesem Fall werden einige oder alle Stifte in einige oder alle Löcher eingepasst. Stifte, die infolge der Fehljustierung nicht in Löcher eingepasst werden können, werden an ihren Spitzenendabschnitten in der optischen Achsenrichtung des Strahls geladener Teilchen heruntergedrückt und operativ zurückgezogen. Demgemäß erzeugen Stifte, die in Löcher eingepasst werden können, die Befestigungskraft in den X-Y-Innerebenenrichtungen. Daher werden die Basiselemente durch mechanischen Eingriff befestigt, so dass die Einstellung der Membran mit einer stärkeren Befestigungskraft sicher ausgeführt werden kann. Intervalle zwischen oder unter den Stiften und Intervalle zwischen oder unter den Löchern können nicht gleich sein. Teilungen zwischen oder unter den Stiften und Teilungen zwischen oder unter den Löchern können voneinander verschieden sein. In dem Fall, dass die Teilungen verschieden sind, bietet sich die Möglichkeit, dass ein Stift ungeachtet der Positionen in den X-Y-Richtungen in ein Loch eingepasst wird.
Überdies können die Kraft in den X-Y-Richtungen und die Kraft in Z-Richtung durch verschiedene Elemente erzeugt werden, die in 11 als ein weiteres Beispiel dargestellt sind. Das heißt, dass eine Konfiguration verwendet werden kann, bei der eine ausreichend starke Befestigung in den X-Y-Richtungen erreicht wird, indem eine Reibungskraft verwendet wird, die beispielsweise in den Gummilagen 75a, 75b erzeugt wird, wobei eine schwache Befestigung in Z-Richtung für ein stabiles Halten der Einstellvorrichtung durch eine anziehende Kraft aufweisende Elemente in der Art von Magneten 84 erreicht wird. Überdies dient die Befestigungskraft in Z-Richtung dazu, die Reibungskraft in den X-Y-Richtungen durch Pressen der Gummilagen 75a, 75b in Z-Richtung zu erzeugen. Die Befestigungskraft in Z-Richtung für das Halten der Einstellvorrichtung wird gesteuert, wodurch die in den X-Y-Richtungen erzeugte Reibungskraft gesteuert werden kann. In diesem Fall können durch die Auswahl jeweiliger Materialien die Befestigungskraft in den X-Y-Richtungen und die Befestigungskraft in Z-Richtung getrennt geändert werden. Daher können die Befestigungskräfte leicht optimiert werden und können sie leicht gesteuert werden, so dass sie zu geeigneten Befestigungskräften werden, welche die Arbeitsvorgänge und das Entfernen erleichtern.
Wie vorstehend beschrieben wurde, kann die Positionseinstellung der Membran 10 vorgenommen werden. Die Einstellung unter Verwendung der Einstellvorrichtung 70 kann vom Bediener direkt manuell ausgeführt werden, und es kann ein Mechanismus verwendet werden, bei dem die Einstellvorrichtung automatisch durch einen Motor oder dergleichen bewegt wird.
Durch die Verwendung der vorstehend erwähnten Befestigungselemente kann die Einstellvorrichtung 70 leicht angebracht werden. Daher kann ein sehr zweckmäßiges mit geladenen Teilchen arbeitendes Mikroskop verwirklicht werden, welches die Position der Membran mit einer guten Bedienbarkeit einstellen kann.
12 ist eine Ansicht entlang einer Linie A-A in 3. Hier wird die Anordnung der Befestigungselemente im beweglichen Element 48 und in der Einstellvorrichtung 70 erklärt. Das Befestigungselement kann an einem Abschnitt sowohl des beweglichen Elements 48 als auch der Einstellvorrichtung 70 angeordnet werden. Das bewegliche Element 48 wird in den beiden X-Y-Richtungen bewegt, so dass die Befestigungselemente 86 an mehreren Positionen um den Dünnfilm 10 angeordnet werden, wodurch das bewegliche Element stabiler bewegt werden kann. Wenngleich die Anordnungspositionen der Befestigungselemente 86 nicht auf die in 12 dargestellten Anordnungspositionen beschränkt sind, ist es wünschenswert, dass die Anordnungspositionen der Befestigungselemente ermöglichen, dass die Befestigungselemente 86 die Befestigungskräfte in jeder der X-Y-Innerebenenrichtungen gleich erzeugen.
Überdies greifen bestimmte Befestigungselemente, beispielsweise Elemente, die einen bestimmten Richtungssinn aufweisen, wie die Befestigungselemente 85a, 85b, welche an ihren Oberflächen Konkavitäten und Konvexitäten aufweisen, wie in 13 dargestellt ist, ineinander ein, so dass die Befestigungskraft in einer Richtung a erzeugt wird, sie erzeugen die Befestigungskraft in einer Richtung b jedoch nicht und rutschen. Wenn solche Befestigungselemente verwendet werden, werden die Befestigungselemente 85a, 85b so angeordnet, dass die Anordnungsrichtungen der Befestigungselemente mit der Einstellvorrichtung geändert und kombiniert werden, wodurch die Befestigungskräfte in allen X-Y-Innerebenenrichtungen erzeugt werden. In 14 sind benachbarte Befestigungselemente 85a, 85b so angeordnet, dass Richtungen zum Ermöglichen der Befestigungskräfte der benachbarten Befestigungselemente 85a, 85b in Drehwinkelintervallen von 90 Grad beabstandet sind. Wenngleich die Drehwinkelintervalle nicht auf solche Intervalle beschränkt sind, ist es bevorzugt, die benachbarten Befestigungselemente so anzuordnen, dass ermöglicht wird, dass die Richtungen der durch die benachbarten Befestigungselemente erzeugten Befestigungskräfte voneinander verschieden sind. Wenngleich in 14 vier Sätze von Befestigungselementen beispielhaft angeordnet sind, sind sie nicht auf vier Sätze beschränkt, und es können mehrere Befestigungselemente angeordnet werden. Wenngleich die in 14 dargestellten Formen der Befestigungselemente als Beispiel dienen, ist selbstverständlich, dass diese Anordnungskonfiguration auf alle Befestigungselemente angeordnet werden kann, deren Formen nicht auf die dargestellten Formen beschränkt sind und die gerichtete Befestigungskräfte erzeugen, beispielsweise Befestigungselemente mit keilförmigen Vorsprüngen oder ebene Befestigungshaken.
Gemäß dieser vorstehend beschriebenen Ausführungsform kann die Position des Dünnfilms im mit geladenen Teilchen arbeitenden Mikroskop, das eine Probe in der Atmosphäre oder einer Gasatmosphäre in einem Atmosphärendruckzustand, einem Zustand eines leichten Überdrucks in Bezug auf den Atmosphärendruck oder einem Unterdruckzustand beobachten kann, bequem eingestellt werden.
Zweite Ausführungsform
Es wird diese auf das mit geladenen Teilchen arbeitende Mikroskop angewendete Ausführungsform erklärt. Es sei bemerkt, dass Beispiele des mit geladenen Teilchen arbeitenden Mikroskops ein Rasterelektronenmikroskop, ein Ionenmikroskop usw. einschließen. Nachfolgend wird auf die Beschreibung von Abschnitten dieser Ausführungsform verzichtet, die jenen der ersten Ausführungsform ähneln.
15 zeigt eine Gesamtkonfigurationsansicht eines mit geladenen Teilchen arbeitenden Mikroskops gemäß dieser Ausführungsform. Ebenso wie die erste Ausführungsform umfasst das mit geladenen Teilchen arbeitende Mikroskop gemäß dieser Ausführungsform einen Tubus 2 der optischen Linse für geladene Teilchen, ein erstes Gehäuse (eine Vakuumkammer) 7, wodurch der Tubus der optischen Linse für geladene Teilchen auf einer Installationsfläche der Vorrichtung getragen wird, ein zweites Gehäuse (eine Erweiterung) 121, die in das erste Gehäuse 7 eingeführt und verwendet wird, und ein Steuersystem und dergleichen. Weil die Arbeitsvorgänge und Funktionen der jeweiligen Bestandteile oder zusätzlicher Bestandteile jenen gemäß der ersten Ausführungsform im Wesentlichen ähneln, wird auf ihre Beschreibung verzichtet.
Beim mit geladenen Teilchen arbeitenden Mikroskop gemäß dieser Ausführungsform ist eine offene Fläche des zweiten Gehäuses 121 dafür eingerichtet, mit einem Deckelelement 122 bedeckt zu werden, und werden verschiedene Funktionen verwirklicht. Diese Funktionen werden nachstehend beschrieben.
Das mit geladenen Teilchen arbeitende Mikroskop gemäß dieser Ausführungsform hat eine Funktion, ein Austauschgas in das zweite Gehäuse einzubringen. Ein Strahl geladener Teilchen, der vom unteren Ende des Tubus 2 der optischen Linse für geladene Teilchen emittiert wird, durchläuft einen im Hochvakuum gehaltenen ersten Raum 11, tritt durch einen in 15 dargestellten Dünnfilm 10 (oder ein Blendenelement) hindurch und tritt ferner in einen zweiten Raum 12 ein, der auf dem Atmosphärendruck oder einem Grobvakuumniveau (gröber als das Vakuumniveau des ersten Raums) gehalten wird. Es sei bemerkt, dass die mittlere freie Weglänge kurz wird, weil der Strahl geladener Teilchen im auf dem Grobvakuumniveau liegenden Raum durch Gasmoleküle gestreut wird. Das heißt, dass ein Sekundärelektron, ein rückgestreutes Elektron oder ein durchgelassenes Elektron, das durch den Strahl geladener Teilchen oder die Bestrahlung mit dem Strahl geladener Teilchen erzeugt wird, nicht an der Probe 6 ankommt, falls der Abstand zwischen dem Dünnfilm 10 und der Probe 6 groß ist. Andererseits ist die Streuwahrscheinlichkeit des Strahls geladener Teilchen proportional zur Massenzahl der Gasmoleküle. Falls die Atmosphäre im zweiten Raum daher durch Gasmoleküle ersetzt wird, deren Massenzahl kleiner als jene der Atmosphäre ist, nimmt die Streuwahrscheinlichkeit des Strahls geladener Teilchen ab, wodurch er die Probe erreichen kann. Es kann eine Gassubstitution der Atmosphäre nicht im gesamten zweiten Gehäuse, sondern zumindest auf dem Durchgangsweg des Elektronenstrahls im zweiten Gehäuse vorgenommen werden. Falls ein Austauschgas verwendet wird, das leichter als die Atmosphäre ist, wie Stickstoff oder Wasserdampf, wird das Signal-Rausch-Verhältnis des Bilds verbessert, während das Signal-Rausch-Verhältnis des Bilds stärker verbessert wird, wenn Heliumgas oder Wasserstoffgas mit einer niedrigeren Massenzahl verwendet wird.
Aus den vorstehend erwähnten Gründen ist beim mit geladenen Teilchen arbeitenden Mikroskop gemäß dieser Ausführungsform das Deckelelement 122 mit einem Erweiterungsabschnitt (einem Gaseinlassabschnitt) eines Gaszufuhrrohrs 100 versehen. Das Gaszufuhrrohr 100 ist durch einen Verbindungsabschnitt 102 mit einem Gaszylinder 103 verbunden. Demgemäß wird das Austauschgas in den zweiten Raum 12 eingeleitet. Ein Gassteuerventil 101 befindet sich auf dem Weg des Gaszufuhrrohrs 100, so dass die Durchflussrate eines durch das Rohr fließenden Austauschgases gesteuert werden kann. Deshalb erstreckt sich eine Signalleitung vom Gassteuerventil 101 zur untergeordneten Steuereinheit 37, so dass ein Benutzer der Vorrichtung die Durchflussrate des Austauschgases auf einer Bedienungsbildschirmanzeige steuern kann, die auf dem Bildschirm des Computers 35 gezeigt wird.
Das Austauschgas, das ein Gas eines leichten Elements ist, sammelt sich leicht im oberen Abschnitt des zweiten Raums 12 an, und Gas auf der Unterseite des zweiten Raums 12 lässt sich nur schwer austauschen. Demgemäß kann im Deckelelement 122 an einer Position unterhalb der Anbringungsposition des Gaszufuhrrohrs 100 eine Öffnung bereitgestellt sein, die eine Verbindung zwischen der Außenseite und der Innenseite des zweiten Raums bereitstellt. In 15 ist die Öffnung beispielsweise an der Anbringungsposition eines Druckregelventils 104 bereitgestellt. Weil das Atmosphärengas durch das vom Gaseinlassabschnitt eingebrachte Gas eines leichten Elements gedrückt wird und von der Öffnung auf der Unterseite abgegeben wird, kann die Atmosphäre im zweiten Gehäuse 121 wirksam durch das Gas ersetzt werden. Es sei bemerkt, dass diese Öffnung auch als ein Grobevakuierungsport dienen kann, der nachstehend beschrieben wird.
Überdies kann die eingeleitete Menge des Austauschgases erhöht werden und kann das Austauschgas in einen leichten Überdruckzustand in Bezug auf den Atmosphärendruck versetzt werden. In diesem Fall kann die Öffnung geschlossen werden.
Es sei bemerkt, dass selbst im Fall des Gases eines leichten Elements wie Helium das Ausmaß der Elektronenstrahlstreuung erhöht werden kann. In diesem Fall kann der Gaszylinder 103 durch eine Vakuumpumpe ersetzt werden. Durch ein leichtes Vakuumziehen kann das Innere des zweiten Gehäuses auf einen sehr groben Vakuumzustand gebracht werden. Beispielsweise ist ein Evakuierungsport am zweiten Gehäuse 121 oder am Deckelelement 122 bereitgestellt und kann das zweite Gehäuse 121 einmal evakuiert werden und auf einen Grobvakuumzustand gebracht werden. Diese Evakuierung muss es nur ermöglichen, dass Atmosphärengaskomponenten, die im Inneren des zweiten Gehäuses 121 verbleiben, auf einen festen Betrag oder darunter verringert werden, so dass es nicht erforderlich ist, eine Evakuierung auf ein Hochvakuum vorzunehmen und eine Grobevakuierung ausreicht. Nachdem die Grobevakuierung erfolgt ist, kann Gas vom Gaszufuhrrohr 100 in das zweite Gehäuse eingeleitet werden. Der Vakuumgrad liegt beispielsweise im Bereich von etwa 10⁵ Pa bis etwa 10³ Pa. Falls kein Gas eingeleitet wird, kann selbst dann ein leichter Unterdruckzustand erzeugt werden, wenn der Gaszylinder 103 durch die Vakuumpumpe ersetzt wird.
Bei einem herkömmlichen so genannten Grobvakuum-Rasterelektronenmikroskop kommunizieren eine Elektronenstrahlsäule und eine Probenkammer miteinander, so dass, wenn der Vakuumgrad in der Probenkammer verringert wird, um einen Druck in der Nähe des Atmosphärendrucks zu erzeugen, der Druck in der Elektronenstrahlsäule verbunden damit geändert wird und sich die Probenkammer nur schwer in den Bereich von etwa 10⁵ Pa (Atmosphärendruck) bis etwa 10³ Pa regeln lässt. Gemäß dieser Ausführungsform sind der zweite Raum und der erste Raum durch den Dünnfilm 10 voneinander getrennt, so dass es möglich ist, den Druck und die Gasarten im vom zweiten Gehäuse 121 und vom Deckelelement 122 umgebenen zweiten Raum frei zu steuern. Daher kann die Steuerung der Probenkammer im Bereich von etwa 10⁵ Pa bis etwa 10³ Pa ausgeführt werden, was sich bisher nur schwer erreichen ließ. Zusätzlich zur Beobachtung beim Atmosphärendruck (etwa 10⁵ Pa) kann der Zustand der Probe beobachtet werden, indem der Druck schrittweise auf ein Niveau in der Nähe des Atmosphärendrucks geändert wird.
Es sei bemerkt, dass bei der Beobachtung einer Feuchtigkeit enthaltenden Probe in der Art einer biologischen Probe die in einen Vakuumzustand versetzte Probe durch Verdampfen von Feuchtigkeit ihren Zustand ändert. Daher ist es, wie vorstehend beschrieben wurde, bevorzugt, wenn das Austauschgas aus einer atmosphärischen Umgebung eingebracht wird. Die vorstehend erwähnte Öffnung wird nach dem Einleiten des Austauschgases durch das Deckelelement geschlossen, wodurch das Austauschgas wirksam in den zweiten Raum 12 eingeschlossen werden kann.
Falls ein Dreiwegeventil an der vorstehend erwähnten Öffnung bereitgestellt wird, kann die Öffnung sowohl als ein Grobevakuierungsport als auch als eine Auslassöffnung für das Lecken in die Atmosphäre verwendet werden. Das heißt, dass ein Weg des Dreiwegeventils am Deckelelement 122 angebracht wird, ein anderer Weg des Dreiwegeventils zur Grobevakuierung mit der Vakuumpumpe verbunden wird und ein Leckventil am verbleibenden Weg des Dreiwegeventils angebracht wird, wodurch die Auslassöffnung verwirklicht werden kann.
An Stelle der vorstehend erwähnten Öffnung kann ein Druckregelventil 104 bereitgestellt werden. Das Druckregelventil 104 öffnet sich automatisch, wenn der Druck im Inneren des zweiten Gehäuses 121 1 atm oder mehr wird. Wenn das Druckregelventil mit einer solchen Funktion bereitgestellt wird, öffnet es sich automatisch, wenn der Innendruck beim Einleiten eines Gases eines leichten Elements 1 atm oder größer wird, wodurch Atmosphärengaskomponenten wie Stickstoff und Sauerstoff aus der Vorrichtung ausgestoßen werden und das Innere der Vorrichtung mit dem Gas eines leichten Elements gefüllt werden kann. Es sei bemerkt, dass der dargestellte Gaszylinder 103 am mit geladenen Teilchen arbeitenden Mikroskop bereitgestellt werden kann oder vom Benutzer der Vorrichtung ex post facto angebracht werden kann.
Anders als bei der ersten Ausführungsform weist das mit geladenen Teilchen arbeitende Mikroskop gemäß dieser Ausführungsform einen Probentisch 5 als Mittel zum Bewegen des Beobachtungsgesichtsfelds auf. Der Probentisch 5 ist mit einem X-Y-Antriebsmechanismus in der Innerebenenrichtung und einem Z-Achsen-Antriebsmechanismus in Höhenrichtung versehen. Eine Tragplatte 107, die eine den Probentisch 5 tragende Bodenplatte bildet, ist am Deckelelement 122 angebracht. Der Probentisch 5 ist an der Tragplatte 107 befestigt. Die Tragplatte 107 ist so bereitgestellt, dass sie sich zu einer Fläche des Deckelelements 122, die dem zweiten Gehäuse 121 gegenübersteht, und zum Inneren des zweiten Gehäuses 121 erstreckt. Eine Tragachse erstreckt sich jeweils vom Z-Achsen-Antriebsmechanismus und vom X-Y-Antriebsmechanismus. Ein Betätigungsknopf 108 ist an einer der Tragachsen bereitgestellt, und ein Betätigungsknopf 109 ist an der anderen der Tragachsen bereitgestellt. Der Benutzer der Vorrichtung stellt die Position der Probe 6 im zweiten Gehäuse 121 durch Betätigen der Betätigungsknöpfe 108, 109 ein.
Als nächstes wird ein Austauschmechanismus für eine Probe 6 erklärt. Das mit geladenen Teilchen arbeitende Mikroskop gemäß dieser Ausführungsform umfasst ein Deckelelement-Tragelement 19 und eine Bodenplatte 20, die auf einer Bodenfläche des ersten Gehäuses 7 und der unteren Fläche des Deckelelements 122 bereitgestellt sind. Das Deckelelement 122 ist über ein Vakuumdichtungselement 125 abnehmbar am zweiten Gehäuse 121 befestigt. Das Deckelelement-Tragelement 19 ist an der Bodenplatte 20 abnehmbar befestigt. Wie in 16 dargestellt ist, können das Deckelelement 122 und das Deckelelement-Tragelement 19 insgesamt vom zweiten Gehäuse 121 abgenommen werden.
Die Bodenplatte 20 ist mit einer Säule 18 versehen, die bei der Entfernung als Führung verwendet wird. Die Säule 18 ist dafür ausgelegt, bei der gewöhnlichen Beobachtung in einem Lagerabschnitt gelagert zu werden, der an der Bodenplatte 20 bereitgestellt ist, so dass sie bei der Entfernung in Zeichnungsrichtung des Deckelelements 122 ausgestreckt wird. Die Säule 18 ist am Deckelelement-Tragelement 19 befestigt. Das Deckelelement 122 und der Körper des Rasterelektronenmikroskops sind so eingerichtet, dass sie beim Entfernen des Deckelelements 122 vom zweiten Gehäuse 121 nicht vollkommen voneinander getrennt werden. Demgemäß kann verhindert werden, dass der Probentisch 5 oder die Probe 6 herunterfällt.
Wenn die Probe in das zweite Gehäuse 121 eingebracht wird, wird zuerst der Z-Achsen-Betätigungsknopf des Probentisches 5 gedreht, um die Probe 6 vom Dünnfilm 10 fort zu bewegen. Als nächstes öffnet sich das Druckregelventil 104, und das Innere des zweiten Gehäuses wird der Atmosphäre ausgesetzt. Nachdem bestätigt wurde, dass das Innere des zweiten Gehäuses nicht auf einen depressurisierten Zustand oder einen extremen repressurisierten Zustand gebracht wurde, wird das Deckelelement 122 zu einer zum Vorrichtungskörper entgegengesetzten Seite herausgezogen. Auf diese Weise wird die Probe 6 in einen Zustand versetzt, in dem sie ausgetauscht werden kann. Nach dem Austauschen der Probe wird das Deckelelement 122 in das zweite Gehäuse 121 geschoben, wird das Deckelelement 122 durch ein nicht dargestelltes Befestigungselement am passenden Abschnitt 132 befestigt und wird danach nach Bedarf ein Austauschgas eingeleitet. Die vorstehend erwähnten Arbeitsvorgänge können auch in einem Zustand ausgeführt werden, in dem eine Spannung an die optischen Linsen 2 im Tubus 2 der optischen Linse für geladene Teilchen angelegt ist, oder in einem Zustand, in dem ein Strahl geladener Teilchen von der Quelle 8 geladener Teilchen emittiert wird. Daher kann das mit geladenen Teilchen arbeitende Mikroskop gemäß dieser Ausführungsform nach dem Austauschen der Probe mit der Beobachtung beginnen.
Das mit geladenen Teilchen arbeitende Mikroskop gemäß dieser Ausführungsform kann auch als ein allgemeines Hochvakuum-SEM verwendet werden. 17 zeigt eine Gesamtkonfigurationsansicht des als Hochvakuum-SEM verwendeten mit geladenen Teilchen arbeitenden Mikroskops. Weil ein Steuersystem gemäß der in 17 dargestellten Ausführungsform jenem ähnelt, das in 15 dargestellt ist, ist es in 17 nicht dargestellt. 17 zeigt das mit geladenen Teilchen arbeitende Mikroskop in einem Zustand, in dem Positionen, an denen das Gaszufuhrrohr 100 und das Druckregelventil 104 angebracht sind, durch ein Deckelelement 130 geschlossen sind, nachdem das Gaszufuhrrohr 100 und das Druckregelventil 104 vom am zweiten Gehäuse 121 befestigten Deckelelement 122 entfernt wurden. Bei einem davor und danach ausgeführten Zustand kann bewirkt werden, dass der erste Raum 11 und der zweite Raum 12 miteinander kommunizieren und dass das Innere des zweiten Gehäuses durch die Vakuumpumpe 4 evakuiert wird, falls die Membran 10 und das Membranhalteelement 47 vom zweiten Gehäuse 121 entfernt sind. Demgemäß kann eine Hochvakuum-SEM-Beobachtung vorgenommen werden, während das zweite Gehäuse 121 angebracht ist.
Es sei bemerkt, dass als eine Variante der in 17 dargestellten Konfiguration das zweite Gehäuse 121 mit dem daran angebrachten Membranhalteelement 47 insgesamt entfernt werden kann und dass das Deckelelement 122 direkt an der Passfläche des ersten Gehäuses 7 befestigt werden kann. Durch diese Konfiguration kann auch bewirkt werden, dass der erste Raum 11 und der zweite Raum 12 miteinander kommunizieren und dass das Innere des zweiten Gehäuses evakuiert wird. Es sei bemerkt, dass diese Konfiguration der Konfiguration der allgemeinen SEM-Vorrichtung ähnelt.
Wie vorstehend beschrieben, sind gemäß dieser Ausführungsform der Probentisch 5, die Betätigungsknöpfe 108, 109, das Gaszufuhrrohr 100 und das Druckregelventil 104 alle integriert am Deckelelement 122 angebracht. Daher kann der Benutzer der Vorrichtung den Vorgang des Betätigens der Betätigungsknöpfe 108, 109, den Austauschvorgang der Probe und den Vorgang des Abnehmens/Anbringens des Gaszufuhrrohrs 100 und des Druckregelventils 104 in Bezug auf dieselbe Fläche des ersten Gehäuses ausführen. Demgemäß wird verglichen mit einem mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitenden Mikroskop, das eine Konfiguration aufweist, wobei die vorstehend erwähnten Elemente getrennt an anderen Flächen einer Probenkammer angebracht sind, die Bedienbarkeit beim Wechseln zwischen dem Zustand der Beobachtung unter dem Atmosphärendruck und dem Zustand der Beobachtung unter einem Hochvakuum stark verbessert.
18 zeigt ein Flussdiagramm, das einen Betriebsablauf des mit geladenen Teilchen arbeitenden Mikroskops gemäß dieser Ausführungsform zeigt. Im ersten Schritt 200 wird der erste Raum evakuiert. Der erste Raum kann zuvor evakuiert werden. Im zweiten Schritt 201 wird die Probe 6 auf den Probenträger auf dem Probentisch 5 gelegt. Im dritten Schritt 202 wird der am Deckelelement 122 bereitgestellte Probentisch 5 in das zweite Gehäuse eingeführt und am Hauptkörper der Vorrichtung (zweiten Gehäuse) befestigt. Im vierten Schritt 203 wird das Gassteuerventil 101 für einen gegebenen Zeitraum geöffnet und dann geschlossen, wodurch ein Austauschgas in der Art von Heliumgas in den zweiten Raum eingeleitet wird. Im fünften Schritt 204 werden die Betriebsbedingungen des Tubus der optischen Linse für geladene Teilchen eingestellt, um die Emission eines Elektronenstrahls zu bewirken. Im sechsten Schritt 205 wird die Bilderfassung eingeleitet. Wenn die Bilderfassung abgeschlossen ist, wird im siebten Schritt 206 das Deckelelement 122 entfernt. Das in den zweiten Raum eingeschlossene Austauschgas wird aus der Vorrichtung ausgestoßen. Wenngleich das in den zweiten Raum eingeschlossene Austauschgas aus der Vorrichtung ausgestoßen wird, kann das Deckelelement entfernt werden, nachdem das Druckeinstellventil geöffnet wurde und das Austauschgas abgegeben wurde. Im achten Schritt 207 wird die Probe entnommen. Falls eine andere Probe zu beobachten ist, kehrt der Ablauf zum zweiten Schritt 201 zurück.
Es sei bemerkt, dass der zweite Raum nicht nur mit einem darin eingeleiteten Austauschgas auf den Atmosphärendruckzustand gesetzt werden kann, sondern auch mit einem darin in einer kleinen Menge eingeleiteten Austauschgas in einen Grobvakuumzustand versetzt werden kann oder in einen Vakuumzustand versetzt werden kann. In diesem Fall kann die Flussregelung des Austauschgases oder die Evakuierung im vierten Schritt 203 erfolgen. Es sei bemerkt, dass der in 18 dargestellte Ablauf nur ein Beispiel von Betriebsprozeduren ist und dass die Reihenfolge davon nach Bedarf geändert werden kann.
Zusätzlich zur vorstehend beschriebenen Konfiguration kann eine Berührungsüberwachungseinrichtung, welche einen Berührungszustand zwischen dem zweiten Gehäuse 121 und dem Deckelelement 122 feststellt, bereitgestellt sein, um dadurch zu überwachen, ob der zweite Raum geschlossen oder geöffnet ist.
Überdies kann zusätzlich zum Sekundärelektronendetektor und zum Rückstreuelektronendetektor ein Röntgendetektor oder ein photoelektrischer Detektor bereitgestellt sein, um eine EDS-Spektrometrie und eine Detektion von Fluoreszenzstrahlung ausführen zu können. Der Röntgendetektor und der photoelektrische Detektor können im ersten Raum 11 oder im zweiten Raum 12 angeordnet sein.
Wenn ein Strahl geladener Teilchen auf die Probe eingestrahlt wird, fließt überdies ein Absorptionsstrom in der Probe. Daher kann ein Strommessgerät bereitgestellt werden, um den Strom zu messen, der in der Probe 6 oder im Probenträger fließt. Dadurch kann das Absorptionsstrombild (oder ein Bild unter Verwendung von Absorptionselektronen) erfasst werden. Überdies kann ein Transmissionselektronendetektor unterhalb des Probenträgers angeordnet werden, um ein Bild durch ein Rastertransmissionselektronenmikroskop (STEM) erfassen zu können. Der Probenträger selbst kann als ein Detektor ausgelegt sein.
Überdies kann eine Spannung an den Probentisch 5 angelegt werden. Falls die Spannung an den Probentisch 5 angelegt wird, können die von der Probe 6 emittierten Elektronen eine hohe Energie aufweisen, kann die Signalstärke erhöht werden und kann das Signal-Rausch-Verhältnis des Bilds verbessert werden.
Überdies kann die Konfiguration gemäß dieser Ausführungsform auf eine kleine mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitende Lithographievorrichtung angewendet werden. In diesem Fall ist der Detektor 3 nicht immer erforderlich.
Als nächstes wird ein Verfahren zum Einstellen der Position der Membran 10 beschrieben. Bei der ersten Ausführungsform wird der Fall erklärt, in dem der Bediener die Positionseinstellung von außerhalb des Gehäuses 2 unter Verwendung der Einstellvorrichtung ausführt. Bei der Konfiguration gemäß dieser Ausführungsform ist eine Einstellvorrichtung 145 (Einstelleinheit) am Probentisch 5 angebracht und können der Eingriff zwischen der Einstellvorrichtung 145 und dem beweglichen Element 48 und die Positionseinstellung der Membran 10 durch Betätigung des Probentisches 5 ausgeführt werden, um dadurch verschiedene Funktionen zu verwirklichen.
Weil die Konfiguration des am zweiten Gehäuse 121 angebrachten beweglichen Elements 48 jener gemäß der ersten Ausführungsform gleicht, wird auf ihre Erklärung verzichtet.
19 zeigt eine Konfiguration, bei der die Membran eingestellt wird. Die Einstellvorrichtung 145 ist dafür ausgelegt, an einem Element angebracht zu werden, das in Eingriff mit dem Betrieb eines Z-Achsen-Antriebsmechanismus betätigt wird. Insbesondere ist es in Hinblick auf die Erleichterung der Handhabung bevorzugt, wenn die Einstellvorrichtung 145 an einem Probenmontageelement auf dem Probentisch installiert wird. Genauer gesagt, ist der Montageabschnitt, der eine solche Form aufweist, dass er in das Probenmontageelement auf dem Probentisch eingreifen kann, an der Einstellvorrichtung 145 bereitgestellt. Die Einstellvorrichtung 145 ist dafür ausgelegt, am Probenmontageelement angebracht zu werden, wodurch der Bediener die Einstellvorrichtung 145 leicht anbringen kann, um die Probe beim Normalbetrieb anzubringen.
Die Einstellvorrichtung 145 wird in die Nähe des beweglichen Elements 48 gebracht, um die Befestigungselemente 72a, 72b (Verbindungsabschnitte) zu verbinden. Als Befestigungselemente 72a, 72b können Heftzwecken und dergleichen oder andere Befestigungselemente in der gleichen Weise wie gemäß der ersten Ausführungsform verwendet werden. Wenn die Befestigungselemente in der Art der Stifte 73 und der Löcher 74, die in Zusammenhang mit der ersten Ausführungsform beschrieben wurden, verwendet werden, um die Befestigungselemente 72a, 72b zu verbinden, ist der Vorgang des Verbindens der Stifte 73 und der Löcher 74 während der Betätigung des X-Y-Antriebsmechanismus für den Probentisch 5 und des Ausrichtens der Stifte 73 und der Löcher 74 durch den X-Y-Antriebsmechanismus erforderlich. Insbesondere sind bei dieser Konfiguration die in Zusammenhang mit der ersten Ausführungsform beschriebenen Befestigungselemente, welche eine Fehljustierung der Befestigungselemente 72a, 72b in den X-Y-Richtungen in gewissem Maße erlauben, gerade geeignet. Bei ihrer Verwendung wird die Bedienbarkeit stark verbessert.
Wenn die Befestigungselemente 72a, 72b verbunden werden, besteht die Möglichkeit, dass die Einstellvorrichtung 145 infolge eines Bedienungsfehlers des Z-Antriebsmechanismus zu stark gegen das bewegliche Element 48 gedrückt wird. Dabei ist es möglich, dass der Z-Antriebsmechanismus, das bewegliche Element 48, die Einstellvorrichtung 145 und andere Elemente beschädigt werden. Daher können elastische Elemente 146 zwischen der Einstellvorrichtung 145 und dem Probentisch 5 angeordnet werden, damit die Einstellvorrichtung 145 durch die elastischen Elemente 146 gehalten wird. Wenn die Einstellvorrichtung 145 zu stark gegen das bewegliche Element gedrückt wird, werden die elastischen Elemente 146 ausgelenkt, wodurch eine Last vermindert wird und Beschädigungen der jeweiligen Elemente vermieden werden. Im Fall des manuellen Tisches kann der Bediener den Verbindungszustand der Befestigungselemente 72a, 72b spüren, indem er allmähliche Änderungen der Betätigungskraft durch die Auslenkung der elastischen Elemente 146 erfühlt.
Es wird eine Reihe von Arbeitsvorgängen von der Positionseinstellung der Membran bis zur Beobachtung der Probe beschrieben. Der Probentisch 5 wird aus dem zweiten Gehäuse 121 herausgezogen, und die Probe 6 wird dann entfernt. Die Einstellvorrichtung 145 wird auf dem Probentisch 5 montiert. Der Probentisch 5 wird in das zweite Gehäuse 121 eingeführt, und die Einstellvorrichtung 145 wird unmittelbar unter die Membran 10 bewegt. Ein Z-Achsen-Knopf wird gedreht, um den Probentisch in Richtung der optischen Achse zu bewegen, wodurch die Einstellvorrichtung 145 in die Nähe des beweglichen Elements 48 gebracht wird, so dass der Membraneinstellmechanismus und die Befestigungselemente 72a, 72b verbunden werden. Durch das Betätigen eines X-Y-Knopfs für den Probentisch 5, während ein Beobachtungsbild bestätigt wird, wird die Membran 10 bewegt und wird das Zentrum der Membran 10 eingestellt, so dass es mit dem Zentrum des Bilds ausgerichtet ist. Nach Abschluss der Einstellung wird der Z-Achsen-Knopf betätigt, um den Probentisch in Richtung der optischen Achse zu bewegen, wodurch die Einstellvorrichtung 145 und das bewegliche Element 48 voneinander getrennt werden und die Verbindung dazwischen gelöst wird. Nachdem der Probentisch 5 aus dem zweiten Gehäuse 121 herausgezogen wurde und die Einstellvorrichtung 145 entfernt wurde, wird die Probe 6 auf dem Probentisch 5 montiert, der dann in das zweite Gehäuse 121 eingeführt wird. Die Positionseinstellung der Membran wird durch diese Arbeitsvorgänge beendet, und es kann mit der Beobachtung der Probe 6 begonnen werden.
Es sei bemerkt, dass die Einstellvorrichtung 145 an dem Element angebracht werden kann, das in Eingriff mit dem Betrieb des Z-Achsen-Antriebsmechanismus für den Probentisch 5 bewegt wird. Die Einstellvorrichtung 145 kann so ausgelegt sein, dass sie an einer Position angebracht oder permanent bereitgestellt ist, an der es nicht möglich ist, dass die Einstellvorrichtung die Probe 6 stört. Die Probenbeobachtung kann im angebrachten Zustand der Einstellvorrichtung 145 ausgeführt werden.
20 zeigt ein Flussdiagramm eines Membranpositionseinstellvorgangsablaufs bei Verwendung eines motorbetriebenen Tisches. Im ersten Schritt 211 wird die Einstellvorrichtung 145 an einer vorgegebenen Position des Probentisches 5 angebracht. Im zweiten Schritt 212 wird der Probentisch 5 in das zweite Gehäuse 121 eingeführt. Im dritten Schritt 213 wird eine Einstelltaste oder dergleichen auf einer Bildschirmdarstellung gedrückt. Durch Drücken der Einstelltaste wird der Betrieb des Probentisches im vierten Schritt eingeleitet. Im vierten Schritt 214 wird ein X-Y-Z-Antriebsmechanismus betätigt und werden die Einstellvorrichtung 145 und die Befestigungselemente 72a, 72b des beweglichen Elements 48 verbunden. Im fünften Schritt 215 wird die Emission eines Strahls geladener Teilchen eingeleitet und wird ein durch ein mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitendes Mikroskop erhaltenes Bild angezeigt. Im sechsten Schritt 216 erfolgt die Positionseinstellung der Membran 10 durch den Bediener, während das Bild beobachtet wird. Im siebten Schritt 217 wird, sobald die Einstellung beendet ist, der Z-Achsen-Antriebsmechanismus betätigt und wird die Verbindung der Befestigungselemente 72a, 72b aufgehoben.
Wenngleich die vorstehend erwähnten Arbeitsvorgänge unter Verwendung des motorbetriebenen Tisches erklärt wurden, können die Arbeitsvorgänge auch unter Verwendung eines manuellen Tisches ausgeführt werden. Überdies können die Arbeitsvorgänge bei Verwendung eines mit einem Motorantriebsmechanismus versehenen Tisches durch eine automatische Steuerung ausgeführt werden.
Im vierten Schritt der automatischen Steuerung kann ein Sensor installiert werden, der die Auslenkung der elastischen Elemente 146 und der Einstellvorrichtung 145 detektiert. Durch den Sensor kann das Drücken der Einstellvorrichtung 145 festgestellt werden, kann dem Bediener eine Warnung gegeben werden und kann der Betrieb des Probentisches 5 unterbrochen werden. In diesem Fall weist der Computer 35 einen Detektionsabschnitt und einen Warnungsausgabeabschnitt auf. Der Detektionsabschnitt detektiert die Auslenkung der Einstellvorrichtung 145 entsprechend der Änderung eines Signals vom Sensor, welcher die Auslenkung der Einstellvorrichtung 145 detektiert, und gibt ein Signal (Befestigungssignal), das angibt, dass gegen die Einstellvorrichtung 145 gedrückt wird, an den Warnungsausgabeabschnitt aus, wenn die Änderung einen vorgegebenen Wert erreicht. Der Warnungsausgabeabschnitt empfängt das Befestigungssignal, um dadurch ein Unterbrechungssignal an einen Probentischantriebsmechanismus auszugeben, der in der übergeordneten Steuereinheit 36 oder in der untergeordneten Steuereinheit 37 enthalten ist, und um den Z-Achsen-Antriebsmechanismus für den Probentisch 5 anzuhalten.
Überdies kann eine Nachricht, welche das Drücken der Einstellvorrichtung 145 angibt, auf dem Bildschirm des Computers 35 angezeigt werden.
Im sechsten Schritt der automatischen Steuerung wird die Position der Membran 10 bestätigt, indem der Bediener veranlasst wird, eine spezifizierte Position der Membran 10, beispielsweise eine untere rechte Ecke der Membran oder dergleichen, auf dem Bildanzeigeabschnitt 51 auszuwählen, wird der X-Y-Antriebsmechanismus für den Probentisch 5 betätigt und kann die Membran 10 ins Zentrum des Bilds bewegt werden. Überdies kann die Position der Membran 10 durch Bilderkennung automatisch detektiert werden. In diesem Fall umfasst der Computer 35 einen Bilderkennungsabschnitt, einen Rechenvorgangsabschnitt und einen Tischsteuerabschnitt. Der Bilderkennungsabschnitt detektiert eine spezifische Position in der Art einer Kante der Membran 10 anhand des durch das mit geladenen Teilchen arbeitende Mikroskop erhaltenen Bilds und gibt einen Koordinatenwert auf dem durch das Mikroskop erhaltenen Bild an den Rechenvorgangsabschnitt aus. Der Rechenvorgangsabschnitt berechnet den Bewegungsbetrag, der erforderlich ist, um die Membran 10 in das Zentrum des durch das Mikroskop erhaltenen Bilds zu bewegen und gibt den Bewegungsbetrag als ein Signal an den Tischsteuerabschnitt aus. Der Tischsteuerabschnitt gibt ein Signal, wodurch die Bewegung des Probentisches 5 um den Bewegungsbetrag angewiesen wird, an den Tischantriebsabschnitt aus, der in der übergeordneten Steuereinheit 36 oder der untergeordneten Steuereinheit 37 enthalten ist, und der Probentisch 5 wird betätigt. Durch diese Arbeitsvorgänge wird die Membran 10 in das Zentrum des Bilds bewegt.
Gemäß dieser Ausführungsform wird zusätzlich zu den gemäß der ersten Ausführungsform ausgeübten Wirkungen ein mit geladenen Teilchen arbeitendes Mikroskop verwirklicht, das als ein Hochvakuum-SEM verwendet werden kann und leicht eine Beobachtung unter einer Gasatmosphäre bei einem Atmosphärendruck oder einem leichten Unterdruck ausführen kann. Überdies kann die Beobachtung bei Einleitung eines Austauschgases ausgeführt werden, so dass das mit geladenen Teilchen arbeitende Mikroskop gemäß dieser Ausführungsform, verglichen mit dem mit geladenen Teilchen arbeitenden Mikroskop gemäß der ersten Ausführungsform, ein Bild mit einem guten Signal-Rausch-Verhältnis erfassen kann. Überdies wird der Probentisch für das Einstellen der Membran verwendet, so dass der Bediener die Positionseinstellung der Membran mit dem gleichen Vorgang wie bei der normalen Beobachtung leicht ausführen kann.
Es sei bemerkt, dass diese Ausführungsform auch auf ein großes mit geladenen Teilchen arbeitendes Mikroskop angewendet werden kann, wenngleich in Zusammenhang mit dieser Ausführungsform ein Konfigurationsbeispiel beschrieben wurde, das für ein Auftisch-Elektronenmikroskop vorgesehen ist. Im Fall des Auftisch-Elektronenmikroskops wird die gesamte Vorrichtung oder der Tubus der optischen Linse für geladene Teilchen durch das Gehäuse auf der Installationsfläche der Vorrichtung getragen. Im Fall des großen mit geladenen Teilchen arbeitenden Mikroskops kann die gesamte Vorrichtung von einer Aufnahmevorrichtung getragen werden. Falls das zweite Gehäuse 7 von der Aufnahmevorrichtung getragen wird, kann daher die in Zusammenhang mit dieser Ausführungsform beschriebene Konfiguration unverändert auf das große mit geladenen Teilchen arbeitende Mikroskop angewendet werden.
Dritte Ausführungsform
21 zeigt eine Gesamtkonfigurationsansicht eines mit geladenen Teilchen arbeitenden Mikroskops gemäß einer dritten Ausführungsform. Nachfolgend wird auf die Beschreibung von Abschnitten verzichtet, die jenen der ersten und der zweiten Ausführungsform ähneln.
Bei einem mit geladenen Teilchen arbeitenden Mikroskop, worauf die in Zusammenhang mit der ersten oder zweiten Ausführungsform beschriebene Konfiguration angewendet wird und das eine verhältnismäßig große Probenkammer (erstes Gehäuse) aufweist, muss das zweite Gehäuse groß gemacht werden, sind umfangreiche Modifikationen erforderlich, und es ist nicht dafür geeignet, die Beobachtung unter dem Atmosphärendruck einfach auszuführen.
Gemäß dieser Ausführungsform ist das in Zusammenhang mit der ersten und der zweiten Ausführungsform beschriebene zweite Gehäuse 121 unmittelbar unter dem Tubus 2 der optischen Linse für geladene Teilchen angeordnet. Das heißt, dass eine schalenförmige Erweiterung (zweites Gehäuse 121) verwendet wird und vom oben in das erste Gehäuse 7 eingepasst wird und ferner der Tubus 2 der optischen Linse für geladene Teilchen von oben eingepasst wird. In dem Zustand, in dem die Erweiterung am ersten Gehäuse angebracht ist, hat die Erweiterung eine in das Innere des ersten quaderförmigen Gehäuses 7 vorstehende Form. In diesem Zustand wird ein geschlossener Raum (zweiter Raum 12), der durch die Innenwandflächen des ersten Gehäuses 7, die Außenwandflächen des zweiten Gehäuses und die Membran 10 definiert ist, zu einem Raum in einem Atmosphärendruckzustand und wird das Innere (der erste Raum 11) des zweiten Gehäuses 121, das mit dem Tubus der optischen Linse für geladene Teilchen kommuniziert, zu einem Raum, der zu evakuieren ist.
Das erste Gehäuse 7 ist in Bezug auf den Tubus 2 der optischen Linse für geladene Teilchen durch das Vakuumdichtungselement 123 vakuumgedichtet, und das zweite Gehäuse 121 ist ferner durch das Vakuumdichtungselement 143 in Bezug auf das erste Gehäuse 7 vakuumgedichtet.
Ebenso wie gemäß der ersten und der zweiten Ausführungsform umfasst das zweite Gehäuse 121 die Membran 10, das Membranhalteelement 47 und das bewegliche Element 48. Sie sind unmittelbar unter dem Tubus 2 der optischen Linse für geladene Teilchen angeordnet. Wenngleich der Detektor in 21 im ersten Raum 11 angeordnet ist, kann er auch im zweiten Raum 12 oder im Tubus 2 der optischen Linse für geladene Teilchen angeordnet sein. Weil andere Funktionen, einschließlich der Membraneinstellung oder dergleichen, jenen der ersten und der zweiten Ausführungsform ähneln, wird auf ihre detaillierte Beschreibung verzichtet.
Bei dieser Konfiguration kann das Volumen des zweiten Raums 12 verglichen mit jenem des in 15 dargestellten zweiten Raums vergrößert sein. Verglichen mit der Konfiguration der zweiten Ausführungsform ermöglicht diese Ausführungsform die Anordnung einer großen Probe im zweiten Raum.
Vierte Ausführungsform
22 zeigt eine vierte Ausführungsform als eine Variante der dritten Ausführungsform. Nachfolgend wird auf die Beschreibung von Abschnitten verzichtet, die jenen der ersten bis dritten Ausführungsform ähneln.
Das zweite Gehäuse ist in Bezug auf jenes der dritten Ausführungsform sehr klein und unmittelbar unter dem Tubus 2 der optischen Linse für geladene Teilchen installiert. 22 zeigt eine Konfiguration, bei der ein Element 150 aufgenommen ist, worin das zweite Gehäuse 121, das Membranhalteelement 47 und das bewegliche Element 48 für eine Miniaturisierung integriert sind. Das Element 150 ist an einem Spitzenendabschnitt des Tubus 2 der optischen Linse für geladene Teilchen so angeordnet, dass die Druckdifferenz zwischen dem Vakuumraum im Inneren des Tubus der optischen Linse für geladene Teilchen und dem Raum, in dem die Probe angeordnet ist, beibehalten wird (auf dem gleichen Niveau wie der Atmosphärendruck). Das Element 150 weist einen Mechanismus auf, der die Membran 10 hält und das Verschieben der Position der Membran 10 bewirkt. Der die Position der Membran 10 verschiebende Mechanismus ähnelt jenem gemäß der ersten bis dritten Ausführungsform und umfasst einen Verbindungsabschnitt, der in Eingriff mit dem Verbindungsabschnitt der Membraneinstellvorrichtung ist. Genauer gesagt, ist das Befestigungselement 72b, das ein Gegenstück für das Befestigungselement 72a der Membraneinstellvorrichtung 145 bildet, am Element 150 angebracht und so ausgelegt, dass es mechanisch mit der Membraneinstellvorrichtung 145 verbunden werden kann. Das Befestigungselement 72 ähnelt jenem gemäß der ersten bis dritten Ausführungsform. In diesem Fall ist ein Ventil 151 am Vakuumrohr 16 installiert, wodurch die Evakuierung im Inneren des ersten Gehäuses 7 geschaltet wird. Durch die Verwendung einer solchen Konfiguration kann das mit geladenen Teilchen arbeitende Mikroskop verwirklicht werden, das leicht eine Beobachtung in einer Gasatmosphäre in einem Atmosphärendruckzustand, in einem leichten Überdruckzustand oder in einem Unterdruckzustand ohne eine große Modifikation selbst beim großen mit geladenen Teilchen arbeitenden Mikroskop ausführen kann.
Gemäß dieser Ausführungsform ist der Raum, in dem die Probe angeordnet wird, größer als bei den Vorrichtungen gemäß der ersten bis dritten Ausführungsform, so dass die Beobachtung einer großen Probe möglich wird.
Fünfte Ausführungsform
23 zeigt eine fünfte Ausführungsform. Nachfolgend wird auf die Beschreibung von Abschnitten verzichtet, die jenen der ersten bis vierten Ausführungsform ähneln.
23 zeigt eine Gesamtkonfiguration eines mit geladenen Teilchen arbeitenden Mikroskops gemäß dieser Ausführungsform. Diese Ausführungsform unterscheidet sich in der Hinsicht von der dritten Ausführungsform, dass der Tubus 2 der optischen Linse für geladene Teilchen so ausgelegt ist, dass er durch eine Säule 160 gehalten wird, so dass das erste Gehäuse 7 durch die Säule 160 ersetzt ist.
Ein Probentisch 162, der in der Atmosphäre angeordnet ist, ist an einem unteren Abschnitt des Membranbeispiels bereitgestellt, wobei die Probe 6 durch Drehen eines Betätigungsabschnitts 204 in die Nähe der Richtung der Membran 10 gebracht werden kann. Es sei bemerkt, dass ein X-Y-Antriebsmechanismus, der sich bei 10 bewegt, am zweiten Gehäuse 121 bereitgestellt ist. Der Probentisch 5 weist eine Höheneinstellfunktion auf, wodurch zumindest die Probe 6 in die Nähe der Membran 10 gebracht werden kann. Es kann eine Innerebenenrichtung einer Probenfläche bereitgestellt werden.
Die Probe 6 oder die Einstellvorrichtung 161 wird auf einem geeigneten Probentisch 162 installiert. Andere Abschnitte dieser Ausführungsform ähneln jenen der ersten bis vierten Ausführungsform.
Bei der Konfiguration dieser Vorrichtung ist der Raum, in dem die Probe angeordnet ist, ein vollkommen atmosphärischer Raum, so dass verglichen mit den vorstehend erwähnten Ausführungsformen selbst eine verhältnismäßig große Probe eingebracht werden kann und beobachtet werden kann.
Es sei bemerkt, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die vorstehend erwähnten Ausführungsformen beschränkt ist und eine Vielzahl von Variationen einschließt. Wenngleich die vorstehend erwähnten Ausführungsformen beispielsweise detailliert beschrieben wurden, um die vorliegende Erfindung klar zu erläutern, braucht die vorliegende Erfindung nicht alle in den Ausführungsformen beschriebenen Strukturen aufzuweisen. Ein Teil einer Struktur einer Ausführungsform kann durch eine Struktur einer anderen Ausführungsform ersetzt werden. Zusätzlich kann zu einer Struktur einer Ausführungsform eine Struktur einer anderen Ausführungsform hinzugefügt werden. Ferner kann ein Teil einer Struktur jeder Ausführungsform zu einer Struktur einer anderen Ausführungsform hinzugefügt werden, von dieser entfernt werden oder diese ersetzen. Überdies können die vorstehend erwähnten jeweiligen Strukturen, Funktionen, Verarbeitungsabschnitte, Verarbeitungsmittel usw. auch durch Anwenden integrierter Schaltungsentwürfe auf Abschnitte davon oder diese insgesamt durch Hardware verwirklicht werden. Ferner können die vorstehend erwähnten jeweiligen Strukturen, Funktionen usw. auch durch Interpretation und Ausführung von die jeweiligen Funktionen verwirklichenden Programmen durch Prozessoren mit Software verwirklicht werden.
Informationen über solche Programme, Tabellen und Dateien, welche die jeweiligen Funktionen verwirklichen, können auf einer Aufzeichnungsvorrichtung in der Art eines Speichers, einer Festplatte oder einer SSD (Solid State Drive) oder einem Speichermedium in der Art einer Chipkarte, einer SD-Karte oder einer optischen Scheibe aufgezeichnet sein.
Überdies sind die Steuerleitungen und die Informationsleitungen dargestellt, die als für die Erklärung erforderlich angesehen werden, und es sind nicht immer alle Steuerleitungen und Informationsleitungen für das Produkt dargestellt. Tatsächlich können fast alle Konfigurationen als miteinander verbunden angesehen werden.
Bezugszeichenliste

1: Optische Linse
2: Tubus einer optischen Linse für geladene Teilchen
2a: Optische Achse des Tubus der optischen Linse für geladene Teilchen
3: Detektor
4: Vakuumpumpe
5: Probentisch
6: Probe
7: Erstes Gehäuse
8: Quelle geladener Teilchen
10: Membran
11: Erster Raum
12: Zweiter Raum
14: Leckventil
16: Vakuumrohr
18: Säule
19: Plattenelement-Tragelement
20: Bodenplatte
35: Computer
36: Übergeordnete Steuereinheit
37: Untergeordnete Steuereinheit
43, 44: Kommunikationsleitung
47: Membranhalteelement
48: Bewegliches Element
49a, 49b: Tragelement
61: Durch ein mit geladenen Teilchen arbeitendes Mikroskop erhaltenes Bild
70: Einstellvorrichtung
70a: Griff der Einstellvorrichtung
71: Abdeckung
72a, 72b: Befestigungselement
73: Stift
74: Loch
75: Gummilage
76: Element mit Konkavitäten, Konvexitäten und Vorsprüngen
77: Haken
78: Öse
80: Federstößel
81: Basiselement
82: Loch
83: Basiselement
84: Magnet
85: Element mit Konkavitäten und Konvexitäten
86: Befestigungselement
100: Gaszufuhrrohr
101: Gassteuerventil
102: Verbindungsabschnitt
103: Gaszylinder
104: Druckeinstellventil
107: Tragplatte
108, 109: Betätigungsknopf
121: Zweites Gehäuse
122, 130: Deckelelement
123, 125, 126: Vakuumdichtungselement
131: Hauptkörperabschnitt
132: Passender Abschnitt
141, 142, 143: Vakuumdichtungselement
145: Einstellvornchtung
146: Elastisches Element
150: Element
151: Ventil
160: Säule
161: Einstellvorrichtung
162: Probentisch

Claims

Mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitende Vorrichtung, welche Folgendes umfasst: einen Tubus (2) einer optischen Linse für geladene Teilchen, welcher einen Strahl primärer geladener Teilchen auf eine Probe (6) einstrahlt, eine Vakuumpumpe (4), ein Gehäuse (7), das einen Teil der mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitenden Vorrichtung bildet und einen Innenraum (11) aufweist, der dafür eingerichtet ist, durch die Vakuumpumpe (4) evakuiert zu werden, eine abnehmbare Membran (10), die einen Raum (12), in dem sich die Probe (6) befindet, abtrennt, so dass in dem Raum (12) ein Druck aufrechterhalten wird, der höher ist als der Druck im Inneren (11) des Gehäuses (7), und das Hindurchlaufen oder Hindurchtreten des Strahls primärer geladener Teilchen durch die Membran (10) ermöglicht, einen Probentisch (5), der in einem Raum (12) auf einer Seite installiert ist, welche in Bezug auf die Membran (10) dem Tubus (2) der optischen Linse für geladene Teilchen entgegengesetzt ist, gekennzeichnet durch ein bewegliches Element (48), welches die Membran (10) bewegen kann, während der Druck in dem Raum (12), in dem sich die Probe (6) befindet, und der Druck im Inneren (11) des Gehäuses (7) aufrechterhalten werden, wobei das bewegliche Element (48) einen zweiten Verbindungsabschnitt (72b; 74; 75; 75b; 76b; 78; 77b; 82; 85b; 86) aufweist, um an einem ersten Verbindungsabschnitt (72a; 73; 75a; 76; 76a; 77; 77a; 80; 85a) anzugreifen, der an einer die Position der Membran (10) einstellenden Membranpositions-Einstellvorrichtung (70; 145) bereitgestellt ist, und wobei für den ersten und den zweiten Verbindungsabschnitt Elemente verwendet werden, die es ermöglichen, dass die beim Bewegen des zweiten Verbindungsabschnitts (72b; 74; 75; 75b; 76b; 78; 77b; 82; 85b; 86) in einer zur optischen Achse (2a) des Tubus (2) der optischen Linse für geladene Teilchen senkrechten Richtung erforderliche Kraft größer ist als die Kraft, die beim Bewegen des ersten Verbindungsabschnitts (72a; 73; 75a; 76; 76a; 77; 77a; 80; 85a) parallel zur optischen Achse (2a) des Tubus (2) der optischen Linse für geladene Teilchen zum Trennen des ersten Verbindungsabschnitts (72a; 73; 75a; 76; 76a; 77; 77a; 80; 85a) der Einstellvorrichtung (70; 145) von dem zweiten Verbindungsabschnitt (72b; 74; 75; 75b; 76b; 78; 77b; 82; 85b; 86) des beweglichen Elements (48) erforderlich ist.
Mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitende Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei einer von dem ersten und dem zweiten Verbindungsabschnitt ein Stift (73) ist und der andere von dem ersten und dem zweiten Verbindungsabschnitt ein Loch (74) ist.
Mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitende Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der erste Verbindungsabschnitt und der zweite Verbindungsabschnitt dafür eingerichtet sind, durch eine Reibungskraft in Eingriff miteinander gebracht zu werden.
Mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitende Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei einer oder beide von dem ersten und dem zweiten Verbindungsabschnitt Gummielemente (75; 75a, 75b) sind.
Mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitende Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei einer oder beide von dem ersten und dem zweiten Verbindungsabschnitt Konkavitäten und Konvexitäten (76; 76a, 76b; 85a, 85b) auf einer Berührungsfläche zwischen dem ersten Verbindungsabschnitt und dem zweiten Verbindungsabschnitt aufweisen.
Mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitende Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei einer oder beide von dem ersten und dem zweiten Verbindungsabschnitt mit hakenförmigen Elementen versehene ebene Befestigungselemente (77, 78; 77a, 77b) sind.
Mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitende Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei einer von dem ersten und dem zweiten Verbindungsabschnitt mit einem Element (80) versehen ist, das in Richtung der optischen Achse (2a) des Tubus (2) der optischen Linse für geladene Teilchen antreibbar ist, und der andere von dem ersten und dem zweiten Verbindungsabschnitt mit einem Loch (82) versehen ist, welches das antreibbare Element (80) aufnehmen kann.
Mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitende Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei einer von dem ersten und dem zweiten Verbindungsabschnitt ein Federstößel (80) ist.
Mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitende Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der erste Verbindungsabschnitt und der zweite Verbindungsabschnitt mit Magneten (84) versehen sind.
Mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitende Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei einer oder beide von dem ersten und dem zweiten Verbindungsabschnitt mehrere Elemente aufweisen, deren Materialien voneinander verschieden sind.
Mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitende Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei jeder von dem ersten und dem zweiten Verbindungsabschnitt mehrere Elemente aufweist, die unterschiedliche Kräfte zeigen, die erforderlich sind, wenn der zweite Verbindungsabschnitt in einer zur optischen Achse (2a) des Tubus (2) der optischen Linse für geladene Teilchen senkrechten Richtung bewegt wird.
Mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitende Vorrichtung nach Anspruch 1, welche ferner einen Probentisch (5) aufweist, auf dem die Probe (6) angeordnet ist, wobei die mit dem ersten Verbindungsabschnitt versehene Membranpositions-Einstelleinrichtung (145) am Probentisch (5) bereitgestellt ist.
Mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitende Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei ein elastisches Element (146) zwischen der Membranpositions-Einstelleinrichtung (145) und dem Probentisch (5) bereitgestellt ist.
Mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitende Vorrichtung nach Anspruch 1, welche zusätzlich zu dem ersten Gehäuse (7) ein zweites Gehäuse (121) aufweist, das an einer Seitenfläche oder Innenwandfläche des ersten Gehäuses (7) oder des Tubus (2) der optischen Linse für geladene Teilchen befestigt ist, wobei die Probe (6) im zweiten Gehäuse (121) gelagert ist, wobei die Membran (10) auf einer Seite der oberen Fläche des zweiten Gehäuses (121) bereitgestellt ist und der Druck im Inneren (12) des zweiten Gehäuses (121) größer oder gleich dem Druck im Inneren (11) des ersten Gehäuses (7) zu halten ist.
Mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitende Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei ein Membranhalteelement (47), welches die Membran (10) hält, an einer Abdeckfläche des Inneren (12) des zweiten Gehäuses (121) bereitgestellt ist.
Verfahren zum Einstellen der Membranposition in einer mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitenden Vorrichtung, wobei eine Probe (6) beobachtet wird, indem ein Strahl geladener Teilchen in einem Zustand auf die Probe (6) eingestrahlt wird, in dem ein Raum (12), in dem die Probe (6) angeordnet ist, so unterteilt ist, dass der Druck in dem Raum (12), in dem die Probe (6) angeordnet ist, durch eine abnehmbare Membran (10), welche das Hindurchlaufen oder Hindurchtreten des Strahls primärer geladener Teilchen ermöglicht, auf einem größeren Niveau gehalten wird als der Druck im Inneren des Tubus (2) der optischen Linse für geladene Teilchen, wobei das Positionseinstellverfahren folgende Schritte umfasst: Installieren einer Einstellvorrichtung (145) mit einem ersten Verbindungsabschnitt (72a; 73; 75a; 76; 76a; 77; 77a; 80; 85a) auf einem Probentisch (5), der in Richtung der optischen Achse (2a) des Tubus (2) der optischen Linse für geladene Teilchen beweglich ist, Anordnen der Einstellvorrichtung (145) unmittelbar unterhalb der Membran (10), Bewegen des Probentisches (5) in Richtung der optischen Achse (2a) des Tubus (2) der optischen Linse für geladene Teilchen, um dadurch zu bewirken, dass die Einstellvorrichtung (145) in ein bewegliches Element (48) eingreift, das mit einem zweiten Verbindungsabschnitt (72b; 74; 75; 75b; 76b; 78; 77b; 82; 85b; 86) versehen ist, welcher in den ersten Verbindungsabschnitt (72a; 73; 75a; 76; 76a; 77; 77a; 80; 85a) eingreift, Bewegen der Membran (10) durch das bewegliche Element (48) in einem Zustand, in dem der Druck in einem Raum (12), in dem sich die Probe (6) befindet, und der Druck im Inneren des Gehäuses (7) beibehalten werden, während ein Bild (61) beobachtet wird, das durch Einstrahlen des Strahls primärer geladener Teilchen erhalten wird, und Bewegen des Probentisches (5) in Richtung der optischen Achse (2a) des Tubus (2) der optischen Linse für geladene Teilchen, um dadurch die Einstellvorrichtung (145) vom beweglichen Element (48) zu trennen, wobei für den ersten und den zweiten Verbindungsabschnitt Elemente verwendet werden, die es ermöglichen, dass die beim Bewegen des zweiten Verbindungsabschnitts (72b; 74; 75; 75b; 76b; 78; 77b; 82; 85b; 86) in einer zur optischen Achse (2a) des Tubus (2) der optischen Linse für geladene Teilchen senkrechten Richtung erforderliche Kraft größer ist als die Kraft, die beim Bewegen des ersten Verbindungsabschnitts (72a; 73; 75a; 76; 76a; 77; 77a; 80; 85a) parallel zur optischen Achse (2a) des Tubus (2) der optischen Linse für geladene Teilchen zum Trennen des ersten Verbindungsabschnitts (72a; 73; 75a; 76; 76a; 77; 77a; 80; 85a) der Einstellvorrichtung (70; 145) von dem zweiten Verbindungsabschnitt (72b; 74; 75; 75b; 76b; 78; 77b; 82; 85b; 86) des beweglichen Elements (48) erforderlich ist.