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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine mikroskopische Technik, mit der eine beobachtete Probe unter atmosphärischem Druck oder einer bestimmten Gasatmosphäre beobachtet werden kann.
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Stand der Technik
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Um einen sehr kleinen Bereich eines Objekts zu beobachten, wird ein Rasterelektronenmikroskop (REM/SEM), ein Transmissionselektronenmikroskop (TEM) usw. verwendet. Im Allgemeinen wird in diesen Vorrichtungen die Luft aus einem Gehäuse evakuiert, in dem eine Probe angeordnet ist, um eine Probenatmosphäre als einen Vakuumzustand zum Erfassen eines Bildes von der Probe zu schaffen. Eine biochemische Probe, ein weiches Material und dergleichen können jedoch im Vakuumzustand beschädigt oder verändert werden. Andererseits wächst die Nachfrage nach einer Beobachtung derartiger Proben mit dem Elektronenmikroskop, was zur Entwicklung von Probenaufnahmebehältern führt, mit denen eine beobachtete Probe unter atmosphärischem Druck oder in einer gewünschten Art von Gas, REM-Vorrichtung und dergleichen beobachtet werden kann.
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Diese Vorrichtungen weisen im Prinzip eine Blende oder winzige Löcher auf, durch die Elektronenstrahlen zwischen einem elektronenoptischen System und einer Probe hindurchtreten können, um den Vakuumzustand von einem atmosphärischen Zustand zu trennen. Als Gemeinsamkeit weisen diese Vorrichtungen eine Blende zwischen der Probe und dem elektronenoptischen System auf.
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Patentdokument 1 beschreibt zum Beispiel einen Probenaufnahmebehälter mit einer Blende, durch die Elektronenstrahlen an einer Oberseite hindurchtreten. Reflektierte Elektronen oder Sekundärelektronen von der Probe, die die Blende berührt haben, werden zur Beobachtung mit einem REM detektiert. Die Probe wird in einem Raum gehalten, der durch ein ringförmiges Element, das um die Blende herum angeordnet ist, und die Blende gebildet wird, und der Raum ist mit Flüssigkeit wie etwa Wasser gefüllt.
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Darüber hinaus beschreibt Patentdokument 2 ein REM, bei dem eine Elektronenquellenseite einer elektronenoptischen Säule nach unten weisend angeordnet ist, eine Objektlinsenseite nach oben weisend angeordnet ist und eine Blende mittels eines O-Rings auf einer Emissionsöffnung für Elektronenstrahlen an einem Ende der elektronenoptischen Säule angeordnet ist, so dass die Elektronenstrahlen hindurchtreten können. Bei der in Patentdokument 2 beschriebenen Erfindung wird eine beobachtete Probe direkt auf der Blende angeordnet, und primäre Elektronenstrahlen werden von der Unterseite der Probe abgestrahlt, um reflektierte Elektronen oder Sekundärelektronen für eine Beobachtung mit dem REM zu detektieren. Die Probe wird in einem Raum gehalten, der durch ein ringförmiges Element, das um die Blende herum angeordnet ist, und die Blende gebildet wird, und der Raum ist mit Flüssigkeit wie etwa Wasser gefüllt.
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Zitierliste
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Patentdokumente
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- Patentdokument 1: Japanische Patent-Offenlegungsschrift Nr. 2004-515049 (Internationale Patentanmeldung 2002/045125)
- Patentdokument 2: Japanische Patent-Offenlegungsschrift Nr. 2009-158222 (US-Patentanmeldung 2009/0166536)
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Zusammenfassung der Erfindung
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Mit der Erfindung zu lösende Probleme
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Die herkömmlichen Probenaufnahmebehälter, die zur Probenbeobachtung unter einem atmosphärischen Zustand verwendet werden, sind hauptsächlich für die Beobachtung einer Substanz in einer Flüssigkeit ausgelegt, und grundsätzlich soll die Probe in einem Zustand beobachtet werden, in dem sie die Blende vollständig berührt. Darüber hinaus kann, auch wenn die Probe in einem Zustand angeordnet ist, dass sie nicht vollständig in Kontakt mit der Blende ist, die Probe nicht unabhängig von der Blende im Inneren einer lokalen Umgebung bewegt werden, die in einer Vakuumkammer einer Ladungsteilchenstrahlvorrichtung gebildet ist, um die relative Position zwischen der Probe und der Blende einzustellen. Daher kann die Probe, die nicht im Blickfeld der Blende ist, nicht beobachtet werden. Darüber hinaus ist es aus demselben Grund schwierig, eine feste Probe zu beobachten.
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Die vorliegende Erfindung ist angesichts dieser Probleme gemacht worden, und ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Probenaufnahmebehälters, einer Ladungsteilchenstrahlvorrichtung und eines Bilderfassungsverfahrens, um die Beobachtung der meisten Teile einer Probe unabhängig von der Probenform zu ermöglichen.
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Lösung für die Probleme
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Um die vorstehenden Probleme zu lösen, stellt ein Aspekt der vorliegenden Erfindung einen Probenaufnahmebehälter für eine Ladungsteilchenstrahlvorrichtung mit einer Trennwand zum Aufnehmen einer Probe, einer Blende, die auf der Trennwand angeordnet ist und durch die Ladungsteilchenstrahlen hindurchtreten können, und einem Positionseinstellmechanismus bereit. Die Probe kann mit dem Ladungsteilchenstrahl über die Blende in einem Zustand bestrahlt werden, in dem sich ein Probenatmosphärenzustand im Inneren der Trennwand von dem außerhalb der Trennwand unterscheidet. Der Positionseinstellmechanismus stellt die relative Position zwischen der Probe und der Blende ein, indem die Probe bezogen auf die Blende unabhängig bewegt wird.
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Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
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Nach der vorliegenden Erfindung können ein Probenaufnahmebehälter, eine Ladungsteilchenstrahlvorrichtung und ein Bilderfassungsverfahren bereitgestellt werden, mit denen für eine Probe, die größer als die Fläche einer Blende ist, ein Probenbereich, der größer als die Fläche der Blende ist, unabhängig von der Probenform beobachtet werden kann.
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Andere als die vorstehend beschriebenen Gegenstände, Strukturen und vorteilhaften Wirkungen werden aus der nachstehenden Beschreibung der Ausführungsformen ersichtlich.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt den Aufbau eines Probenaufnahmebehälters nach einer ersten Ausführungsform.
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2 zeigt eine Blende im Detail.
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3 zeigt ein erklärendes Diagramm eines Ladungsteilchenmikroskops nach der ersten Ausführungsform.
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4 zeigt ein erklärendes Diagramm einer Probenpositionseinstellung nach der ersten Ausführungsform.
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5 zeigt ein erklärendes Diagramm für ein Verfahren zur Bestätigung, ob die Blende gebrochen ist oder nicht.
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6A und 6B zeigen erklärende Diagramme eines Kontaktverhinderungselements.
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7A und 7B zeigen erklärende Diagramme des Kontaktverhinderungselements.
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8 zeigt ein erklärendes Diagramm des Kontaktverhinderungselements.
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9A und 9B zeigen erklärende Diagramme des Kontaktverhinderungselements.
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10 zeigt ein erklärendes Diagramm des Kontaktverhinderungselements.
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11 zeigt den Aufbau eines Probenaufnahmebehälters nach einer zweiten Ausführungsform.
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12 zeigt ein erklärendes Diagramm eines Ladungsteilchenmikroskops nach der zweiten Ausführungsform.
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13 zeigt den Aufbau eines Probenaufnahmebehälters nach einer dritten Ausführungsform.
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14 zeigt ein erklärendes Diagramm eines Ladungsteilchenmikroskops nach der dritten Ausführungsform.
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15 zeigt ein erklärendes Diagramm eines Ladungsteilchenmikroskops nach einer vierten Ausführungsform.
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Ausführungsformen der Erfindung
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Nachstehend werden die einzelnen Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen beschrieben.
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Ein Ladungsteilchenmikroskop wird nachstehend als ein Beispiel einer Ladungsteilchenstrahlvorrichtung beschrieben. Dies ist jedoch nur ein Beispiel der vorliegenden Erfindung, und die vorliegende Erfindung ist nicht auf die nachstehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Die vorliegende Erfindung kann auch auf ein Rasterelektronenmikroskop, ein Rasterionenmikroskop, ein Rastertransmissionselektronenmikroskop, eine komplexe Vorrichtung mit einem dieser Mikroskope und einer Probenbearbeitungsvorrichtung oder eine Analyse-/Detektionsvorrichtung angewendet werden, bei denen eine dieser Vorrichtungen Anwendung finden.
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Darüber hinaus bedeutet „atmosphärischer Druck” eine Umgebung mit dem atmosphärischen Druck oder einem Druck auf gleichem Niveau wie der atmosphärische Druck als die Atmosphäre oder eine bestimmte Gasumgebung in einem negativen Druckzustand oder in einem leicht druckbeaufschlagten Zustand.
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Im Einzelnen liegt der Druck in etwa zwischen 105 Pa (atmosphärischer Druck) und 103 Pa.
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Erste Ausführungsform
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Bei der vorliegenden Ausführungsform werden der Aufbau einer Vorrichtung zum Einstellen der Position einer Probe im Inneren eines Probenaufnahmebehälters von außerhalb einer Ladungsteilchenstrahlvorrichtung und ein Verfahren dafür beschrieben.
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Beschreibung des Probenaufnahmebehälters
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1 zeigt den gesamten Aufbau des Probenaufnahmebehälters nach der vorliegenden Ausführungsform. Der in 1 gezeigte Probenaufnahmebehälter weist im Wesentlichen einen Aufnahmebehälter 100, einen Deckel 101, eine Probenplattform 102, einen Probentisch 103 mit einem Antriebsmechanismus zum Ändern der Position der Probenplattform 102, mehrere Bedienabschnitte 104 zum Bewegen des Probentischs 103 von außerhalb des Probenaufnahmebehälters, mechanische Elemente 128 zwischen den Bedienabschnitten 104 und dem Probentisch 103, eine Blende 10, durch die Ladungsteilchenstrahlen hindurchtreten oder passieren, und ein Blendenhalteelement 106 auf, das die Blende 10 hält. Eine Probe 6 wird auf die Probenplattform gelegt und mit der Probenplattform im Inneren des Aufnahmebehälters 100 in einem geschlossenen Raum angeordnet. Ein Vakuumdichtelement 107 wie etwa ein O-Ring und eine Dichtung wird zwischen dem Deckel 101 und dem Aufnahmebehälter 100 angeordnet, um die verschiedenen Arten von Gas und Zustände eines atmosphärischen Drucks zwischen dem Inneren des Probenaufnahmebehälters und der Außenseite des Probenaufnahmebehälters getrennt zu halten. Die Unterseite des Probentischs 103 ist mit Schrauben oder dergleichen (nicht gezeigt) am Boden des Aufnahmebehälters 100 befestigt.
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Der Deckel 101 kann von dem Aufnahmebehälter 100 abgenommen werden. Wie nachstehend beschrieben, ist das Innere des Aufnahmebehälters 100 ein Raum unter atmosphärischem Druck oder einem gewünschten Gasdruck in einem Zustand, in dem der Aufnahmebehälter 100 in der Ladungsteilchenstrahlvorrichtung angeordnet ist, und die Außenseite des Aufnahmebehälters 100 befindet sich in einem Vakuumzustand. Daher wirkt eine Kraft auf den Deckel 101 in einer Richtung ein, dass er vom Inneren des Aufnahmebehälters 100 weg gedrückt wird. Der Deckel 101 kann einen Aufbau mit einer Kombination eines Vorsprungs 109, der mit dem Deckel 101 verbunden ist, und eines Vorsprungs 110, der mit dem Aufnahmebehälter 100 verbunden ist, aufweisen, um zu verhindern, dass sich der Deckel 101 löst, auch wenn die Kraft auf den Deckel 101 in der Richtung einwirkt, dass er vom Inneren des Aufnahmebehälters 100 weg gedrückt wird. In diesem Fall kann der Deckel 101 von dem Aufnahmebehälter 100 abgenommen werden, indem er in einer Richtung senkrecht zur Papierebene in 1 geschoben wird. Darüber hinaus kann als weiteres Beispiel der Deckel 101 mit einer Schraube oder dergleichen (nicht gezeigt) an dem Aufnahmebehälter 100 befestigt sein. Außerdem können als ein weiteres Beispiel der Aufnahmebehälter 100 und der Deckel 101 mit einer Schraube bzw. einer Schraubenmutter ausgebildet sein und können zur Verbindung miteinander gedreht werden. Eine Befestigungsvorrichtung für den Deckel 101 ist nicht auf die vorstehenden Beispiele beschränkt, und der Deckel 101 auf dem Aufnahmebehälter 100 durch eine Kraft auf dem Niveau des Deckels 101 und des Aufnahmebehälters 100 befestigt werden, die dem Druckunterschied zwischen dem Inneren und der Außenseite des Probenaufnahmebehälters standhält.
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Bei der vorliegenden Ausführungsform ist der Probentisch 103 so aufgebaut, dass er einen Antriebsmechanismus, der die Position der Probe 6 in einer Richtung näher zu oder von der Blende weg (Z-Achse) bewegen kann, und einen Antriebsmechanismus aufweist, der die Position der Probe 6 in seitlicher Richtung oder in einer Richtung senkrecht zu der Papierebene in 1 (XY-Achsen) bewegen kann. Daher sind auch mehrere Bedienabschnitte 104 (Schnittstelle) vorgesehen. Ein Drehantriebsmechanismus, der die Probe 6 auf der Probenplattform dreht, kann verwendet werden. Diese Antriebsmechanismen sind im Inneren des Probenaufnahmebehälters angeordnet, und die Probentisch 103 wird über die mechanischen Elemente 128 durch die Bedienabschnitte 104 betätigt, die außerhalb des Probenaufnahmebehälters angeordnet sind. Die mechanischen Elemente 128 sind zum Beispiel drehbare Wellen oder Stangen. Die Bedienabschnitte 104 können durch Drehen, Drücken oder Ziehen betätigt werden. Die Vakuumdichtelemente 107 wie O-Ringe oder Dichtungen sind zwischen dem Aufnahmebehälter 100 und den mechanischen Elementen 128 vorgesehen, um die Arten des Gases und Zustände des atmosphärischen Drucks auf der Außenseite und im Inneren des Probenaufnahmebehälters nicht zu ändern. Mit diesem Aufbau wird der Druckunterschied zwischen dem Inneren und der Außenseite des Probenaufnahmebehälters aufrechterhalten, und die Probe 6 kann unabhängig von der Blende 10 bewegt werden, während der Zustand der Atmosphäre (Druck, Art des Gases) im Inneren des Probenaufnahmebehälters aufrechterhalten wird. Mit anderen Worten kann entsprechend den vorstehend beschriebenen Positionseinstellmechanismen die Position der Probe 6 bezogen auf die Blende 10 von außerhalb des Probenaufnahmebehälters eingestellt werden. Wie nachstehend beschrieben, ist der Probenaufnahmebehälter auf einer ebenen Fläche eines Tischs, einer Plattform oder dergleichen in der Ladungsteilchenstrahlvorrichtung angeordnet, und die Bedienabschnitte 104 werden betätigt, während die Probe mit einem optischen Mikroskop beobachtet wird. Daher sind viele der Bedienabschnitte 104 vorzugsweise auf einer Seite des Probenaufnahmebehälters angeordnet, wie in 1 gezeigt. Die Probe 6 berührt die Blende 10 nicht, und die Probe kann unabhängig von der Blende 10 in einer Richtung parallel zu der Blende 10 bewegt werden, was es ermöglicht, einen sehr breiten Bereich der Probe zu beobachten (mindestens breiter als die Fläche der Blende). Weil die Probe die Blende nicht berührt, ist es darüber hinaus nicht nötig, die Blende jedes Mal auszuwechseln, wenn die Probe gewechselt wird.
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An einer unteren Seite (Unterseite) des Probenaufnahmebehälters ist ein Ausrichtungsabschnitt 111 angeordnet, der den Probenaufnahmebehälter auf einem Probentisch, der später beschrieben wird, in der Ladungsteilchenstrahlvorrichtung anordnet. Der Ausrichtungsabschnitt 111 ist in einer konvexen Form gezeigt, kann aber auch eine konkave oder andere Form aufweisen. Der Ausrichtungsabschnitt 111 greift in einen entsprechenden Abschnitt des Probentischs ein, um den Probenaufnahmebehälter auf dem Probentisch zu befestigen.
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Die Probe 6 wird in dem Probenaufnahmebehälter angeordnet. Die Probe 6 wird auf die Probenplattform 102 gelegt, die auf dem Probentisch 103 angeordnet ist. Wenn die Probe 6 aus dem Probenaufnahmebehälter entnommen wird, kann entweder nur die Probe 6 herausgenommen werden oder die Probenplattform 102 selbst kann herausgenommen werden.
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Der Deckel 101 weist ein Blendenhalteelement 106 mit der Blende 10 auf. Ein Kleber, ein doppelseitiges Klebeband, Vakuumfett, ein O-Ring, eine Dichtung oder dergleichen ist zwischen dem Deckel 101 und dem Blendenhalteelement 106 angeordnet, um diese luftdicht abzuschließen. Eine Öffnung 112 ist in dem Deckel 101 gebildet, weil die Ladungsteilchenstrahlen von oberhalb des Deckels 101 in 1 auf die Blende 10 und die Probe 6 emittiert werden. Wie nachstehend beschrieben, ist ein Detektor auf einem Oberteil des Deckels 101 angeordnet, um sekundäre Ladungsteilchen zu detektieren, die von der Probe emittiert werden. Um die sekundären Ladungsteilchen effizient zu detektieren, weist die Öffnung 112 daher vorzugsweise eine Form auf, bei der eine Öffnungsfläche auf der Oberseite des Deckels 101 größer ist als die auf der Unterseite. In 1 ist die Öffnung 112 mit einer konischen Form gezeigt.
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2 zeigt die Blende 10 im Detail. Die Blende 10 ist auf dem Blendenhalteelement 106 gebildet oder abgelagert. Die Blende 10 ist aus einem Kohlenstoffmaterial, organischen Material, Siliziumnitrid, Siliziumcarbid, Siliziumoxid oder dergleichen hergestellt. Das Blendenhalteelement 106 ist zum Beispiel ein Element aus Silizium, das durch einen Vorgang wie Nassätzen mit einem konischen Loch 113 versehen wird, wie in 2 gezeigt. In 2 ist die Blende 10 auf der Unterseite des Blendenhalteelements 106 angeordnet. Die Blende 10 kann mit mehreren Fenstern versehen sein. Die Dicke der Blende, durch die primäre Ladungsteilchenstrahlen hindurchtreten oder passieren können, beträgt zwischen mehreren Nanometern und mehreren Mikrometern. Die Blende darf unter einem Differenzialdruck zum Trennen des atmosphärischen Drucks von dem Vakuum nicht brechen. Daher weist die Blende 10 eine Fläche von mehreren zig Quadratmikrometern bis zu höchstens mehreren Quadratmillimetern auf. Die Blende 10 weist nicht unbedingt eine quadratische Form auf, sondern kann in jeder anderen Form ausgeführt sein, zum Beispiel rechteckig. Eine in 2 gezeigte Seite, das heißt die mit dem konischen Teil 113 ausgebildete Seite, ist auf der Vakuumseite (Oberseite in 2) angeordnet. Dadurch kann ein Detektor 3 die sekundären Ladungsteilchen, die von der Probe emittiert werden, effizient detektieren.
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Der Probenaufnahmebehälter weist eine Gas-Ein-/Auslassöffnung 114 und eine Gas-Auslassöffnung 115 auf. Diese Öffnungen weisen Ventilmechanismen auf, die den Zustand einer Atmosphäre in einem äußeren Raum des Probenaufnahmebehälters von dem Zustand einer Gasatmosphäre in einem Innenraum 12 trennen bzw. mit diesem verbinden können. Ein gewünschtes Gas wird durch die Gas-Ein-/Auslassöffnung 114 in einem Zustand eingeführt, in dem der Aufnahmebehälter 100 mit dem Deckel 101 verschlossen ist. Wenn jedoch der Druck im Inneren des Probenaufnahmebehälters zu stark ansteigt, besteht die Gefahr, dass die Blende 10 bricht. Um eine derartige Situation zu vermeiden, wird das Gas durch die Gas-Ein-/Auslassöffnung 114 eingeführt, wobei die Gas-Auslassöffnung 115 geöffnet bleibt, so dass der Innenraum 12 mit der Gasatmosphäre mit dem gewünschten Druck gefüllt werden kann, ohne die Blende 10 mit Druck zu beaufschlagen. Die Gas-Auslassöffnung 115 kann ein Sicherheitsventil oder dergleichen sein, das automatisch öffnet, wenn der Druck in dem Innenraum 12 höher steigt als der Druck in dem äußeren Raum des Probenaufnahmebehälters. Darüber hinaus kann eine Vakuumpumpe an der Gas-Auslassöffnung 115 angebracht werden, und in diesem Fall kann der Probenaufnahmebehälter in einem Zustand mit geringem Druck mit der gewünschten Art von Gas gehalten werden. Außerdem kann Flüssigkeit zusätzlich zu dem Gas in/aus der vorstehend beschriebenen Gas-Ein-/Auslassöffnung und ein(em) Rohr eingeführt werden.
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Der Probenaufnahmebehälter weist einen Stromeingangsanschluss 116 auf, über den elektrische Signale in die Nähe der Probe 6 und dergleichen übertragen/von dieser empfangen werden. Ein Kleber, ein O-Ring, eine Dichtung oder dergleichen ist zwischen dem Stromeingangsanschluss 116 und dem Aufnahmebehälter 100 angeordnet, um das Innere des Aufnahmebehälters luftdicht zu halten. Die elektrischen Signale werden von dem Stromeingangsanschluss 116 über Verdrahtungen oder dergleichen (nicht gezeigt) in die/aus der Nähe der Probe 6 übertragen/empfangen. Der Stromeingangsanschluss 116 kann für das Anlegen eines elektrischen Felds, ein Heizelement, die Temperaturmessung oder dergleichen verwendet werden. Darüber hinaus kann ein Detektionselement im Inneren des Probenaufnahmebehälters angeordnet werden, und eine Signalleitung von dem Detektionselement kann mit dem Stromeingangsanschluss 116 verbunden werden, um es zu ermöglichen, die im Inneren des Probenaufnahmebehälters generierten Signale zu erhalten. Daher kann der Stromeingangsanschluss 116 auch als ein elektrischer Signalausgangsanschluss verwendet werden. Im Einzelnen gilt, wenn die Probenplattform 102 unter der Probe 6 als ein Detektionselement wie etwa ein Szintillator oder ein Halbleiterdetektor angeordnet ist, der die Ladungsteilchenstrahlen in Licht oder elektrische Signale umwandelt, können die durchgelassenen Ladungsteilchenstrahlen von der Probe 6 empfangen werden, um Informationen über das Innere der Probe zu erhalten. Weil sich das Innere des Probenaufnahmebehälters in einem atmosphärischen Zustand oder einem Gaszustand befindet, wenn die Informationen über das Innere der Probe detektiert werden, wird der Abstand zwischen der Probe und dem Detektionselement vorzugsweise kürzer ausgeführt als der Abstand, bei dem die meisten der durchgelassenen Ladungsteilchenstrahlen gestreut werden. Mit anderen Worten, der mittlere freie Pfad der durchgelassenen Ladungsteilchenstrahlen muss verkürzt werden. Der Abstand zwischen der Blende und der Probe und ein zulässiger Abstand zwischen der Probe und dem Detektor können sich auf der Grundlage der Bestrahlungsbedingungen wie etwa der Beschleunigungsspannungen der Ladungsteilchenstrahlen ändern, aber die Abstände müssen gleich oder kleiner als 1 mm sein. Daher wird die Probe 6 vorzugsweise direkt auf dem Detektionselement angeordnet. Alternativ kann die Probe auf einem dünnen Gitter mit einer Dicke angeordnet werden, die gleich oder kleiner als 1 mm ist.
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Beschreibung der Ladungsteilchenstrahlvorrichtung
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Als Nächstes zeigt 3 den Probenaufnahmebehälter angeordnet in einem Ladungsteilchenmikroskop. Das Ladungsteilchenmikroskop ist im Wesentlichen so aufgebaut, dass es eine optische Ladungsteilchensäule 2, ein Gehäuse 7 (im Folgenden auch als Vakuumkammer bezeichnet), das die optische Ladungsteilchensäule im Verhältnis zu einer Vorrichtungsinstallationsfläche stützt, und ein Steuerungssystem zur Steuerung dieser Elemente aufweist. Wenn das Ladungsteilchenmikroskop verwendet wird, evakuiert eine Vakuumpumpe 4 die Luft im Inneren der optischen Ladungsteilchensäule 2 und im Inneren des Gehäuses 7. Das Steuerungssystem steuert auch das Ein- und Ausschalten der Vakuumpumpe 4. In 3 ist eine einzelne Vakuumpumpe 4 gezeigt, aber es können auch zwei oder mehr Vakuumpumpen verwendet werden.
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Die optische Ladungsteilchensäule 2 ist so aufgebaut, dass sie eine Ladungsteilchenquelle 8, die Ladungsteilchenstrahlen generiert, eine optische Linse 1, die die erzeugten primären Ladungsteilchenstrahlen bündelt, um sie zum unteren Teil der optischen Ladungsteilchensäule zu leiten, und die das Abtasten der Probe 6 mit den primären Ladungsteilchenstrahlen bewirkt, und weitere Elemente aufweist. Die optische Ladungsteilchensäule 2 ist so angeordnet, dass sie in das Gehäuse 7 vorsteht, und ist über das Vakuumdichtelement 107 an dem Gehäuse 7 befestigt. An einem Ende der optischen Ladungsteilchensäule 2 ist der Detektor 3 angeordnet, der die sekundären Ladungsteilchen (wie etwa Sekundärelektronen oder reflektierte Elektronen) detektiert, die durch Abstrahlen der primären Ladungsteilchenstrahlen erhalten werden. Der Detektor 3 kann an anderer Stelle in dem Gehäuse 7 statt an der in 7 gezeigten Position angeordnet werden, und mehrere Detektoren können angeordnet werden. Die optische Ladungsteilchensäule 2 weist zum Beispiel einen Deflektor, eine Objektlinse, eine Blende usw. auf, kann aber auch andere Linsen, Elektroden und Detektoren aufweisen oder teilweise von dem vorstehenden Aufbau abweichen. Der Aufbau der optischen Ladungsteilchensäule ist nicht auf den vorstehend beschriebenen Aufbau beschränkt.
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Die sekundären Ladungsteilchenstrahlen wie etwa reflektierte Ladungsteilchen oder durchgelassene Ladungsteilchen werden aus dem Inneren oder von der Oberfläche der Probe basierend auf den primären Ladungsteilchenstrahlen emittiert, die durch die Blende 10 hindurchtreten oder diese passieren, um auf der Probe 6 aufzutreffen. Der Detektor 3 detektiert die sekundären Ladungsteilchen. Der Detektor 3 ist ein Detektionselement, das die ankommenden Ladungsteilchenstrahlen mit einer Energie von mehreren Kiloelektronenvolt bis zu mehreren zig Kiloelektronenvolt detektieren und verstärken kann. Der Detektor 3 ist zum Beispiel ein Halbleiterdetektor aus einem Halbleitermaterial wie Silizium oder ein Szintillator, der Ladungsteilchensignale in Licht auf oder in einer Glasoberfläche umwandeln kann. Ein Bild von der Probe wird durch Zuordnen der mit dem Detektionselement detektieren Signale zu Bestrahlungspositionen der Ladungsteilchenstrahlen erzeugt.
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Das Ladungsteilchenmikroskop nach der vorliegenden Ausführungsform weist als das Steuerungssystem einen Computer 35, der von einem Bediener benutzt wird, eine übergeordnete Steuerung 36, die zur Kommunikation mit dem Computer 35 verbunden ist, und eine untergeordnete Steuerung 37 auf, die ein Evakuierungssystem und ein optisches Ladungsteilchenystem usw. auf der Grundlage von Befehlen steuert, die von der übergeordneten Steuerung 36 gesendet werden. Der Computer 35 weist einen Monitor, auf dem Bedienbildschirme (grafische Benutzeroberfläche – GUI) für die Vorrichtung angezeigt werden, und Eingabegeräte für die Bedienbildschirme wie eine Tastatur und eine Maus auf. Die übergeordnete Steuerung 36, die untergeordnete Steuerung 37 und der Computer 35 sind über Kommunikationsleitungen 43 bzw. 44 verbunden.
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Die untergeordnete Steuerung 37 wird zum Senden/Empfangen von Steuersignalen für die Steuerung der Vakuumpumpe 4, der Ladungsteilchenquelle 8, der optischen Linse 1 und dergleichen verwendet, und wandelt außerdem Ausgangssignale von dem Detektor 3 in digitale Bildsignale um, um sie an die übergeordnete Steuerung 36 zu übertragen. In 3 werden die Ausgangssignale von dem Detektor 3 über einen Verstärker 53 wie etwa einen Vorverstärker an die untergeordnete Steuerung 37 übertragen. Der Verstärker ist nicht unbedingt erforderlich.
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Analoge Schaltungen und digitale Schaltungen können in der übergeordneten Steuerung 36 und der untergeordneten Steuerung 37 kombiniert werden, und die übergeordnete Steuerung 36 und die untergeordnete Steuerung 37 können integriert werden. 3 zeigt lediglich ein Beispiel für den Aufbau des Steuerungssystems, und Modifikationen der Steuereinheit, der Ventile, der Vakuumpumpe oder der Verdrahtungen für die Kommunikation fallen unter den Umfang des Ladungsteilchenmikroskops nach der vorliegenden Ausführungsform, solange die mit der vorliegenden Ausführungsform beabsichtigten Funktionen erreicht werden.
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Das Ladungsteilchenmikroskop nach der vorliegenden Ausführungsform weist eine Steuerung (nicht gezeigt), die den Betrieb aller Teile steuert, und einen Bildgenerator (nicht gezeigt) auf, der auf der Grundlage der von dem Detektor ausgegebenen Signale Bilder erzeugt. Die Steuerung und der Bildgenerator können als Hardware mit einer speziellen Platine ausgestaltet sein oder als Software, die von dem Computer 35 ausgeführt wird. Wenn diese Teile als Hardware ausgebildet sind, sind mehrere Recheneinheiten, die die Prozesse ausführen, auf einer Leiterplatte, einem Halbleiter-Chip oder einem Bauteil untergebracht. Wenn diese Teile als Software ausgebildet sind, ist eine schnelle universelle Zentraleinheit (CPU) in dem Computer angeordnet, um ein Programm auszuführen, das die gewünschten Rechenprozesse ausführt. Eine vorhandene Vorrichtung kann mit einem Aufzeichnungsmedium aufgerüstet werden, auf dem das Programm gespeichert wird. Darüber hinaus sind diese Vorrichtungen, die Schaltungen und der Computer über ein drahtgebundenes oder ein drahtloses Netzwerk miteinander verbunden, um Daten untereinander zu übertragen/empfangen.
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Das Gehäuse 7A ist mit dem Vakuumrohr 16 verbunden, dessen eines Ende an die Vakuumpumpe 4 angeschlossen ist, und ein Raum 11 im Inneren des Gehäuse 7 kann im Vakuumzustand gehalten werden. Darüber hinaus weist das Gehäuse 7 ein Leckventil 14 auf, das den Raum 11 im Inneren des Gehäuses 7 zur Atmosphäre hin öffnet, so dass das Innere des Gehäuses 7 zur Atmosphäre hin geöffnet werden kann, wenn der Probenaufnahmebehälter 100 in die Vorrichtung eingesetzt wird. Das Leckventil 14 kann auch weggelassen werden oder es können zwei oder mehr Leckventile verwendet werden. Darüber hinaus kann das Leckventil 14 an anderen Stellen in dem Gehäuse als an der in 3 gezeigten Position angeordnet werden. Außerdem weist das Gehäuse 7 eine Öffnung an einer Seite auf, durch die der Probenaufnahmebehälter eingesetzt und herausgenommen wird. Das Innere der Vorrichtung wird durch ein Deckelelement, das auf der Öffnung angeordnet ist, und die Vakuumdichtelemente 107 luftdicht im Vakuum gehalten.
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Das Deckelelement 50 auf der Seite des Gehäuses 7 kann die atmosphärischen Druckzustände außerhalb der Vorrichtung und im Inneren des Gehäuses 7 voneinander trennen. Das Vakuumdichtelement 107 ist zwischen dem Deckelelement 50 und dem Gehäuse 7 angeordnet, und das Deckelelement 50 ist über ein Vakuumdichtelement 125 abnehmbar an dem Gehäuse 7 befestigt. Das Ladungsteilchenmikroskop nach der vorliegenden Ausführungsform weist einen Probentisch 5 als Bewegungsvorrichtung für den Probenaufnahmebehälter auf. Der Probentisch 5 wird verwendet, um eine Positionsbeziehung zwischen der Probe und der optischen Ladungsteilchensäule zu ändern, nachdem der vorstehend erwähnte Probenaufnahmebehälter in das Gehäuse 7 eingesetzt worden ist. Eine Trägerplatte 108 ist als eine Bodenplatte zur Aufnahme des Deckelelements 50 angebracht, und der Probentisch 5 ist darauf befestigt. Ein Stützelement 18 für das Deckelelement und eine Bodenplatte 20 sind jeweils am Boden des Gehäuses 7 und der Unterseite des Deckelelements 50 angebracht. Das Stützelement 18 für das Deckelelement ist abnehmbar in Bezug auf die Bodenplatte 20 befestigt, und das Deckelelement 50 und das Stützelement 18 für das Deckelelement können, wie in 4 gezeigt, als Ganzes aus dem Gehäuse 7 entnommen werden.
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Ein Träger 19 ist in der Bodenplatte 20 angeordnet und wird als eine Führung zum Herausziehen des Deckelelements 50 verwendet, wenn der Probenaufnahmebehälter entnommen wird. In einem normalen Beobachtungszustand ist der Träger 19 in einem Aufnahmeabschnitt untergebracht, der in der Bodenplatte 20 gebildet ist, und so beschaffen, dass er in einer Richtung verläuft, in der das Deckelelement 50 herausgezogen wird, wenn der Probenaufnahmebehälter entnommen wird. Darüber hinaus ist der Träger 19 an dem Stützelement 18 für das Deckelelement befestigt, so dass das Deckelelement 50 sich nicht vollständig vom Hauptkörper des Ladungsteilchenmikroskops trennt, wenn das Deckelelement 50 aus dem Gehäuse 7 genommen wird. Auf diese Weise kann das Herunterfallen des Probentischs 5 oder der Probe 6 verhindert werden.
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Der Probentisch 5 weist einen XY-Antriebsmechanismus in Oberflächenrichtung und einen Z-Achsen-Antriebsmechanismus in Höhenrichtung auf. Die Trägerplatte 108 ist so angebracht, dass sie in dem Gehäuse 7 zu einer Stirnfläche des Deckelelements 50 verläuft. Trägerwellen verlaufen von dem Z-Achsen-Antriebsmechanismus bzw. dem XY-Antriebsmechanismus und sind mit einem Bedienhebel 51 bzw. einem Bedienhebel 52 verbunden, die auf dem Deckelelement 50 angeordnet sind. Der Bediener kann diese Bedienhebel betätigen, um die Position des Probenaufnahmebehälters relativ zu der optischen Ladungsteilchensäule einzustellen. Hier ist, wie vorstehend beschrieben, der Positionseinstellmechanismus in dem Probenaufnahmebehälter stellmechanismus in dem Probenaufnahmebehälter angeordnet, und dieser Positionseinstellmechanismus ist unabhängig von dem Probentisch beweglich. Der Positionseinstellmechanismus in dem Probenaufnahmebehälter wird zum Einstellen der Probe und der Blende verwendet, und der Probentisch wird verwendet, um die Ausrichtung der optischen Ladungsteilchensäule und des Probenaufnahmebehälters einzustellen. Darüber hinaus kann, wie weiter unten beschrieben, das Deckelelement 50 so beschaffen sein, dass es ein optisches Mikroskop 60 umfasst.
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Verfahren zum Beobachten der Probe
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Als Nächstes wird eine ausführliche Beschreibung eines Verfahrens zum Anordnen der Probe im Inneren des Probenaufnahmebehälters, wie vorstehend beschrieben, Anordnen des Probenaufnahmebehälters im Inneren der Ladungsteilchenstrahlvorrichtung und Bestrahlen der Probe mit den Ladungsteilchenstrahlen unter dem atmosphärischen Druck oder unter der Gasatmosphäre gegeben.
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Im ersten Schritt wird die Probe 6 im Inneren des Probenaufnahmebehälters angeordnet, der dem atmosphärischen Druck oder der Gasatmosphäre ausgesetzt ist. Dabei muss eine Position, an der die Blende 10 angebracht ist, ausreichend weit von der Oberseite der Probe 6 getrennt werden, indem die Z-Achsenrichtung des Probentischs 103 so eingestellt wird, dass vermieden wird, dass die Probe 6 die Blende 10 berührt, wenn der Deckel 101 im folgenden zweiten Schritt angebracht wird.
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Im zweiten Schritt wird der Deckel 101 auf dem Probenaufnahmebehälter angebracht, um die Atmosphäre außerhalb des Aufnahmebehälters von der Atmosphäre des Innenraums zu trennen. Diese ersten und zweiten Schritte können in einem Handschuhkasten durchgeführt werden, in dem der äußere Raum des Aufnahmebehälters mit einem gewünschten Gas gefüllt wird, was es ermöglicht, das Innere des Aufnahmebehälters mit dem gewünschten Gas zu füllen, wenn der Deckel 101 angebracht wird. In einem Fall, wo das gewünschte Gas eingefüllt werden muss, nachdem der erste und der zweite Schritt in einem atmosphärischen Raum durchgeführt worden sind, kann das gewünschte Gas durch die Gas-Ein-/Auslassöffnung 114 an dem Aufnahmebehälter 100 eingeführt werden, nachdem der Deckel 101 verschlossen worden ist.
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Im dritten Schritt wird die relative Position zwischen der Probe 6 und der Blende 10 mit den Bedienhebeln geändert, die am Aufnahmebehälter 100 angebracht sind, während die Position der Probe 6 durch die Blende 10 mit einem optischen Mikroskop oder dergleichen beobachtet wird. Wie vorstehend beschrieben, ist die Blende 10 sehr dünn, um Licht durchzulassen und um die Probe 6 durch die Blende zu beobachten. Bei der Kontrolle der Position der Probe 6, die durch die Blende 10 beobachtet werden kann, stellt der Bediener einen zu beobachtenden Bereich auf eine Position genau unter der Blende 10 ein.
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Nachdem zuerst die XY-Achse eingestellt worden ist, um eine Beobachtungsposition zu bestimmen, wird die Z-Achse eingestellt, um die Probe 6 näher an die Blende 10 zu bringen. Die Ladungsteilchenstrahlen, die durch die Blende hindurchtreten, werden aufgrund des atmosphärischen Raums oder des gewünschten Gasraums gestreut. Unter atmosphärischem Druck ist der mittlere freie Pfad der Ladungsteilchenstrahlen sehr kurz. Daher ist der Abstand zwischen der Blende 10 und der Probe 6 vorzugsweise kürzer als der mittlere freie Pfad. Im Einzelnen muss der Abstand gleich oder kleiner als etwa 1.000 μm sein. Wenn jedoch die Probe 6 näher an die Blende 10 bewegt wird und die Probe 6 die Blende 10 versehentlich berührt, kann die Blende 10 zerbrechen. Daher ist besondere Sorgfalt erforderlich, wenn die Probe 6 im vorliegenden Schritt näher an die Blende 10 bewegt wird.
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Im dritten Schritt kann eine Technik verwendet werden, um das optische Mikroskop dazu zu benutzen, einen Fensterrahmen um die Blende 10 herum in den Fokus zu bringen, die Probe 6 näher an die Blende 10 zu bewegen und das Bewegen der Probe 6 näher an die Blende 10 zu stoppen, wenn die Probe 6 im Wesentlichen in den Fokus kommt. Dies ermöglicht es, die Probe 6 sehr nahe an die Blende 10 zu bewegen.
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Darüber hinaus kann, wie in 4 beschrieben, das im dritten Schritt verwendete optische Mikroskop in der Ladungsteilchenstrahlvorrichtung angeordnet werden. Ein Träger 64 wird zum Beispiel auf der Oberseite des Deckelelements 50 angeordnet, und das optische Mikroskop 60 wird auf einer Tragplatte 65 angeordnet. Das optische Mikroskop 60 weist eine Objektivlinse 61, eine Okularlinse 62 und eine Lichtquelle 63 auf. In einem Zustand, in dem die Ladungsteilchenstrahlvorrichtung ein Vakuumleck in ihrem Inneren hatte, um den atmosphärischen Raum zu erhalten, wird das Deckelelement 50 herausgezogen, und der Probenaufnahmebehälter wird an dem Probentisch 5 angebracht. Danach wird der Probentisch 5 eingestellt, um die optische Achse 56 des optischen Mikroskops mit der Mittelposition 54 der Blende auszurichten. Nach der Einstellung wird der vorstehend erwähnte dritte Schritt mit dem optischen Mikroskop 60 durchgeführt. Das optische Mikroskop kann auf der Trägerplatte 108, dem Gehäuse 7 oder dergleichen anstatt auf dem Deckelelement 50 angeordnet werden. Mit dem in der Vorrichtung angeordneten optischen Mikroskop kann der Probenaufnahmebehälter, wenn die Probenposition eingestellt werden muss, mit den Bedienhebeln eingestellt werden, während er sich auf dem Probentisch 5 befindet. Daher kann die Probenposition mit hohem Durchsatz eingestellt werden. Darüber hinaus sind die Bedienhebel an der Seite des Behälters angeordnet, und dies ermöglicht die problemlose Implementierung des vorstehenden Vorgangs. In einem Fall, wo die Einbauposition des optischen Mikroskops im Verhältnis zu dem Deckelelement 50 dieselbe ist wie eine festgelegte Position der optischen Ladungsteilchensäule im Verhältnis zu dem Deckelelement, wenn das Deckelelement 50 geschlossen ist, befinden sich außerdem, wenn das Deckelelement 50 und die Trägerplatte 108 als Ganzes in das Gehäuse 7 eingesetzt werden, nachdem der Probenaufnahmebehälter auf die Position eingestellt worden ist, an der die Probe beobachtet wird, die Mittelposition 54 der Blende und der zu beobachtende Teil der Probe bereits auf der optischen Achse der optischen Ladungsteilchensäule, was die Beobachtung erleichtert.
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Das optische Mikroskop muss nicht unbedingt in der Vorrichtung angeordnet werden, und der Probenaufnahmebehälter kann auf einer Plattform des optischen Mikroskops angeordnet werden, die sich außerhalb der Ladungsteilchenstrahlvorrichtung befindet, um die Probenposition zu beobachten und einzustellen.
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Im vierten Schritt wird die Blende des Probenaufnahmebehälters kontrolliert, ob sie gebrochen ist oder nicht. 5 zeigt einen beispielhaften Aufbau zur Kontrolle auf einen möglichen Bruch. 5 zeigt ein Beispiel, bei dem ein U-förmiger Deckel 70 den Probenaufnahmebehälter unter dem optischen Mikroskop 60 abdeckt, um die Blende 10 abzudecken. Der Deckel 70 weist eine Form auf, um einen geschlossenen Raum mit der Blende in einem Zustand zu bilden, in dem der Deckel 70 die Blende 10 abdeckt; außerdem weist er ein Fenster 72 zur Beobachtung direkt über der Blende auf, durch das die Blende mit dem optischen Mikroskop in einem Zustand beobachtet werden kann, in dem der Deckel 70 die Blende abdeckt. 5 zeigt einen zu evakuierenden Raum 71, das Fenster 72, durch das die Blende mit dem optischen Mikroskop 60 kontrolliert werden kann, eine Vakuumpumpe 73, die über ein Rohr 75 an den Deckel 70 angeschlossen ist, und einen Unterdruckmesser 74. Ein Vakuumdichtelement 76 (nicht gezeigt) ist zwischen dem Fenster 72 und dem Deckel 70 angeordnet. Wenn die Vakuumpumpe 73 eingeschaltet wird, wird die Blende 10 in 5 nach oben gezogen. Wenn die Blende nicht gebrochen ist, sollte der Unterdruckmesser 74 einen gewünschten Vakuumgrad in dem Raum 71 messen. Mit diesem Vakuumgrad kann bestätigt werden, dass die Blende nicht gebrochen ist. Darüber hinaus kann ein Bruch der Blende anhand der erforderlichen Zeit zum Erreichen des gewünschten Vakuumgrads kontrolliert werden. Wenn die Blende gebrochen ist, kann der Unterdruckmesser 74 eine Situation widerspiegeln, bei der die Zeit zum Erreichen des gewünschten Vakuumgrads verzögert ist, oder dergleichen. Als ein weiteres Verfahren kann, wenn das Ventil 114 des Probenaufnahmebehälters geöffnet wird und die Blende gebrochen ist, der Raum 71 nicht im Vakuum sein. So kann die Blende auf einen möglichen Bruch kontrolliert werden. Ob die Blende 10 gebrochen ist oder nicht, kann außerdem mit dem optischen Mikroskop 60 kontrolliert werden, wenn die Probenposition im dritten Schritt eingestellt wird. Ob die Blende 10 gebrochen ist oder nicht, kann zum Beispiel durch Kontrolle der Falten in der Blende, die sich normalerweise bilden sollten, Schmutz oder Fremdkörper auf der Blende oder eine bewusst angebrachte Markierung auf der Blende kontrolliert werden. In diesem Fall ist der vierte Schritt nicht unbedingt erforderlich. Ein Brechen der Blende wird kontrolliert und im Vorfeld bestätigt, das heißt bevor die Blende im Vakuumzustand in das Gehäuse 7 eingesetzt wird, um die Möglichkeit einer Verunreinigung des Inneren des Gehäuses und des Inneren der optischen Ladungsteilchensäule durch versehentliche Verwendung einer gebrochenen Blende zu verringern.
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Im fünften Schritt wird der Probenaufnahmebehälter auf dem Probentisch 5 angeordnet, und das Gehäuse 7 wird mit dem Deckelelement 50 dicht verschlossen, ehe der innere Teil 11 des Gehäuses 7 mit der Vakuumpumpe evakuiert wird. Dabei werden der atmosphärische Druck oder eine gewünschte Art von Gas und ein gewünschter Druck im Inneren des Probenaufnahmebehälters aufrechterhalten.
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Im sechsten Schritt wird die Position des Probenaufnahmebehälters anhand eines Bildes kontrolliert, das mit den abgestrahlten primären Ladungsteilchenstrahlen erhalten wird.
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Im siebten Schritt wird der Probentisch 5 so eingestellt, dass die Mittelposition 54 der Blende mit der optischen Achse 55 der optischen Ladungsteilchensäule ausgerichtet ist.
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Im achten Schritt wird die Probe 6 mit den Ladungsteilchenstrahlen bestrahlt, die durch die Blende 10 hindurchtreten oder diese passieren. So kann die im dritten Schritt kontrollierte Probenposition in dem Bild mit dem Ladungsteilchenmikroskop beobachtet werden. Wenn die Position der durch die Blende 10 beobachteten Probe 6 eingestellt werden muss, wird der innere Teil 11 des Gehäuses 7 zur Atmosphäre hin geöffnet, und der Vorgang kehrt zum dritten Schritt zurück, wo die Position der Probe mit dem optischen Mikroskop eingestellt wird.
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Die Fläche der Blende ist sehr klein aufgrund einer Anforderung, nach der die Blende bei dem Differenzialdruck zwischen dem atmosphärischen Druck und dem Vakuum gehalten werden sollte. Daher ist bei den Verfahren nach der herkömmlichen Literatur die beobachtbare Fläche wegen der Fläche der Blende sehr begrenzt. Andererseits kann bei der vorliegenden Ausführungsform die Probe unabhängig und frei von der Blende bewegt werden, während die Probenposition mit dem optischen Mikroskop kontrolliert wird. Daher können verschiedene Teile der Probe beobachtet werden. Insbesondere kann dieser Einstellvorgang für die Beobachtungsposition durchgeführt werden, während eine lokale Atmosphäre aufrechterhalten wird, was den Bedienkomfort für den Bediener erheblich verbessert.
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Kontaktverhinderungselement
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Wie vorstehend beschrieben, muss der Abstand zwischen der Blende 10 und der Probe 6 gleich oder kleiner als etwa 1.000 μm sein. Wenn die Bedienhebel des Probenaufnahmebehälters betätigt werden, kann die Probe versehentlich gegen die Blende stoßen, was zum Brechen der Blende führen kann. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist ein Kontaktverhinderungselement, das ein Berühren der Blende 10 durch die Probe 6 verhindert, im Inneren des Probenaufnahmebehälters angeordnet. Das Kontaktverhinderungselement wird anhand von 6 erläutert. Zur Vereinfachung der Beschreibung zeigt 6 nur die Umgebung der Blende und die Umgebung der Probe. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist ein Kontaktverhinderungselement 400 zwischen der Probe 6 und der Blende 10 angeordnet. Das Kontaktverhinderungselement 400 ist so angeordnet, dass es von einer Probenplattform 401 vorsteht, wobei eine Spitze des Kontaktverhinderungselements 400 immer näher an der Blende angeordnet ist als die Probe 6, wie in 6A gezeigt. Die Probenplattform 401 ist auf dem Probentisch 103 angeordnet. Wenn die Position der Probenplattform 401 näher zu der Blende 10 bewegt wird, berührt das Kontaktverhinderungselement 400, wie in 6B gezeigt, zuvor erst den Deckel 101, wodurch verhindert wird, dass die Probe 6 die Blende 10 berührt. Andererseits kann die Höhe B der Probe 6 entsprechend der Probe geändert werden. Daher ist ein Einstellmechanismus zum Einstellen der Höhe A des Kontaktverhinderungselements 400 entsprechend der Höhe B der Probe erforderlich. Dann kann zum Beispiel das Kontaktverhinderungselement 400 mit einer Schraube ausgebildet sein, und die Probenplattform 401 kann mit einer Schraubenmutter ausgebildet sein. Die Schraube des Kontaktverhinderungselements 400 wird in die Schraubenmutter in der Probenplattform 401 eingedreht, so dass die Höhe A des Kontaktverhinderungselements 400 geändert werden kann. Der Einstellmechanismus kann ein beliebiger Mechanismus zum Bewegen der Position des Kontaktverhinderungselements 400 sein, wobei die Probe die Blende in Richtung der optischen Achse der optischen Ladungsteilchensäule berühren kann.
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Unter der Annahme, dass der Abstand zwischen der Probenplattform 401 und der Probe B und der Abstand zwischen dem Deckel 101 und der Blende 10 C ist, wird der Abstand Z zwischen der Blende und der Probe wie folgt berechnet, wenn das Kontaktverhinderungselement 400 mit dem Deckel 101 in Berührung gebracht wird: Z = (A – B) – C [Formel 1]
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Wie vorstehend beschrieben, ist in Anbetracht des mittleren freien Pfads der Ladungsteilchenstrahlen der Abstand Z zwischen der Blende und der Probe vorzugsweise kürzer als oder gleich 1.000 μm. Darüber hinaus muss die folgende Formel erfüllt sein, um die Probe 6 nicht mit der Blende 10 in Berührung zu bringen. Z = A – B > C [Formel 2]
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Weiter zeigen 6A und 6B ein Vakuumdichtelement 407 zum Einschließen eines Vakuums zwischen dem Deckel 101 und der Blende 10. Das Vakuumdichtelement 407 ist zum Beispiel ein Kleber oder ein doppelseitiges Klebeband. Wenn das Vakuumdichtelement zwischen dem Deckel 101 und der Blende 10 vorgesehen ist, summiert sich der Abstand C zu einem Abstand, der die Dicke des Vakuumdichtelements zwischen dem Deckel 101 und der Blende 10 zu der Dicke der Blende 10 addiert.
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Wenn die Abstände A, B und C jeweils unbekannt sind, kann jeder Abstand davon mit einem Gerät beobachtet werden, dass außerhalb der Vorrichtung angeordnet werden kann, um mit einem Laser oder Licht die Höhen der Probenplattform 401, auf der die Probe 6 angeordnet ist, und des Deckels 101 zu messen, auf dem die Blende 10 befestigt ist. Wenn stets die Probe 6 und die Blende 10 mit jeweils derselben Höhe verwendet werden, muss nach dem Bestimmen des Abstands A von der Probenplattform 401 zu dem Kontaktverhinderungselement 400 das Kontaktverhinderungselement 400 nicht erneut eingestellt werden. Wie vorstehend beschrieben, bewirkt das Kontaktverhinderungselement, dass der Abstand von der Blende zur Oberseite der Probe konstant gehalten wird, indem das Kontaktverhinderungselement mit dem Blendenhalteelement in Berührung gebracht wird.
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Nachstehend wird eine Reihe von Schritten vom Auflegen der Probe bis zum Schließen des Deckels 101 des Probenaufnahmebehälters beschrieben. Zuerst wird die Probe 6 auf die Probenplattform 401 gelegt. Als Zweites wird das Kontaktverhinderungselement 400 in die Schraubenmutter 402 eingedreht. Hier ist der Abstand von der Oberseite der Probe 6 zu einem Oberteil des Kontaktverhinderungselements 400 durch das Element (A – B) in [Formel 1] oder [Formel 2] ausgedrückt. Wenn der Abstand (A – B) genau gemessen werden muss, wird der Abstand, wie vorstehend beschrieben, mit dem Gerät, das die Höhe mit dem Laser oder Licht messen kann, gemessen oder erfasst. Als Drittes wird die Probenplattform mit dem Kontaktverhinderungselement 400 und der Probe 6 darauf auf dem Probentisch 5 in dem Probenaufnahmebehälter angeordnet. Als Viertes wird der Deckel 101 des Probenaufnahmebehälters geschlossen. Zum Schluss wird das Kontaktverhinderungselement 400 mit dem Deckel 101 in Berührung gebracht, indem die Probe 6 mit dem Probentisch 103 näher zu der Blende 10 bewegt wird. So kann der Abstand zwischen der Probe 6 und der Blende 10 auf den vorstehend erwähnten Abstand Z eingestellt werden.
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7A und 7B zeigen ein Beispiel mit mehreren Kontaktverhinderungselementen 400. 7A zeigt einen seitlichen Querschnitt, und 7B zeigt eine perspektivische Ansicht. In 6A und 6B ist ein Kontaktverhinderungselement 400 angeordnet, aber es können auch zwei Kontaktverhinderungselemente 400 angeordnet werden, wie in 7A und 7B gezeigt. Das Anordnen von zwei Kontaktverhinderungselementen kann verglichen mit dem Anordnen nur eines Kontaktverhinderungselements die Wahrscheinlichkeit verringern, dass die Probe 6 die Blende 10 berührt, wenn sich die Probenplattform gegen die Blende neigt oder dergleichen.
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Zusätzlich können, wie in 8 gezeigt, Kugellager 406 auf den Kontaktverhinderungselementen 400 angeordnet werden. In diesem Fall kommen die Kugellager 406 mit dem Deckel 101 in Berührung. Das Anordnen der Kugellager 406 an den Spitzen der Kontaktverhinderungselemente 400 ermöglicht das Bewegen der Probe in horizontaler Richtung und in einer Richtung senkrecht zur Papierebene in 8 in einem Zustand, in dem die Kontaktverhinderungselemente 400 den Deckel 101 berühren. Hier kann jedes Element, ohne Beschränkung auf die Kugellager, als Feineinstellelement bezeichnet werden, wenn das Element die Probenplattform in vertikaler Richtung der optischen Achse der optischen Ladungsteilchensäule in einem Zustand bewegen kann, in dem der Abstand zwischen dem Probentisch und dem Deckel 101 (oder der Abstand zwischen der Oberseite der Probe und der Blende) durch die Kontaktverhinderungselemente 400 so eingeschränkt ist, dass er konstant ist. Wenn die Reibung zwischen dem Kontaktverhinderungselement 400 und dem Deckel 101 gering ist, ist das Feineinstellelement nicht auf die Kugellager beschränkt. Zum Beispiel kann ein Material mit einem niedrigen Reibungskoeffizienten aus einer Gruppe organischer Substanzen wie etwa Fluorkunststoff, vertreten durch Polytetrafluorethylen oder dergleichen, verwendet werden, oder eine Kontaktfläche kann möglichst klein ausgeführt werden, damit das Kontaktverhinderungselement 400 leicht auf dem Deckel 101 gleiten kann.
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Darüber hinaus zeigen 9A und 9B ein weiteres Beispiel. 9A zeigt einen seitlichen Querschnitt, und 9B zeigt eine perspektivische Ansicht. So kann das Kontaktverhinderungselement 400 um die gesamte Probenplattform 401 herum angeordnet werden. In diesem Fall ist zum Beispiel eine Schraube auf dem Außenumfang der Probenplattform 401 gebildet, und eine Schraubenmutter ist auf dem Innenumfang des Kontaktverhinderungselements 400 gebildet. Das Kontaktverhinderungselement 400 kann an einer höheren Position als die Oberseite der Probe 6 angeordnet werden, indem die Probenplattform 401 im Verhältnis zu dem Kontaktverhinderungselement 400 gedreht wird. Weiter kann ein Antirutschelement 404 aus Gummi oder dergleichen zwischen der Probenplattform 401 und dem Kontaktverhinderungselement 400 angeordnet werden, um zu verhindern, dass die Schrauben sich lösen und eine Positionsverschiebung an einer Grenzfläche 403 bewirken. Bei diesem Aufbau kann das Kontaktverhinderungselement 400 leicht eingestellt werden, weil seine Größe größer ist als in 7A und 7B. Außerdem kann zusätzlich das Kugellager 406 oder ein vorstehendes Element (nicht gezeigt) auf der Oberseite des in 9A und 9B gezeigten Kontaktverhinderungselements 400 hinzugefügt werden, und der Aufbau gehört zu einer Kategorie des Ladungsteilchenmikroskops nach der vorliegenden Ausführungsform, solange die beabsichtigte Funktion nach der vorliegenden Ausführungsform erreicht wird.
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Darüber hinaus kann das Kontaktverhinderungselement 400 in dem Deckel 101 angeordnet werden, wie in 10 gezeigt. Wenn die Höhe der Probenplattform 401 geändert wird, wird in diesem Fall das in dem Deckel 101 der Probenplattform 401 angeordnete Kontaktverhinderungselement 400 mit der Probenplattform 401 in Berührung gebracht. In diesem Fall kann eine flache Probenplattform, die für ein Ladungsteilchenmikroskop allgemein erhältlich ist, in unveränderter Form verwendet werden.
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Darüber hinaus kann eine Detektionsvorrichtung (nicht gezeigt) angeordnet werden, die das Kontaktverhinderungselement 400 detektiert, das den Deckel 101 berührt. Eine elektrische Detektionsvorrichtung kann zum Beispiel verwendet werden, die in einem nicht leitenden Zustand ist, wenn die Probenplattform 401 und das Kontaktverhinderungselement 400 den Deckel 101 nicht berühren, jedoch in einem leitenden Zustand, wenn sie einander berühren. Außerdem kann eine mechanische Detektionsvorrichtung verwendet werden, bei der eines der Elemente einen mechanischen Schalter aufweist, um zu erkennen, wenn die Probenplattform 401 und das Kontaktverhinderungselement 400 mit dem Deckel 101 in Berührung kommen.
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Darüber hinaus kann das Kontaktverhinderungselement 400 abnehmbar sein. Wenn das Kontaktverhinderungselement 400 die Probe beim Einsetzen oder Wechseln beeinträchtigt, kann das Kontaktverhinderungselement 400 herausgenommen werden, die Probe kann eingesetzt werden und danach kann das Kontaktverhinderungselement 400 wieder angebracht werden.
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Zweite Ausführungsform
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Bei dieser Ausführungsform werden der Aufbau einer Vorrichtung zum Einstellen der Probenposition in dem Probenaufnahmebehälter im Inneren der Ladungsteilchenstrahlvorrichtung und ein Verfahren hierfür beschrieben.
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11 zeigt den gesamten Aufbau des Probenaufnahmebehälters nach der vorliegenden Ausführungsform. Im Folgenden werden gleiche Teile wie nach der ersten Ausführungsform nicht erläutert. Als ein Unterschied zwischen dem in 11 gezeigten Probenaufnahmebehälter und der ersten Ausführungsform wird der Probentisch 103 durch elektrische Antriebsmechanismen 117 gesteuert. Mehrere elektrische Antriebsmechanismen 117 sind vorgesehen, um den Probentisch in verschiedene Richtungen wie etwa die X-, Y- und Z-Richtung zu bewegen. Die elektrischen Antriebsmechanismen 117 sind Antriebsmechanismen, die zum Beispiel Elektromotoren, Piezoelemente oder dergleichen verwenden, um elektrische Signale in mechanische Signale umzuwandeln. Die elektrischen Antriebsmechanismen 117 sind mit dem Probentisch über mechanische Elemente 129 verbunden. Die elektrischen Antriebsmechanismen 117 sind über mit Verdrahtungen 118 an den Stromeingangsanschluss 116 angeschlossen. Bei diesem Aufbau kann die Position der Probe 6 durch Übertragen der elektrischen Signale von außerhalb des Probenaufnahmebehälters an den Stromeingangsanschluss 116 in einem Zustand bewegt werden, in dem der Deckel 101 geschlossen ist. Darüber hinaus sind die elektrischen Antriebsmechanismen 117 im Inneren des Probenaufnahmebehälters gezeigt, können aber auch außerhalb des Probenaufnahmebehälters platziert werden, wenn sie Motoren aufweisen, die im Vakuum angeordnet werden können.
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Als Nächstes zeigt 12 den Probenaufnahmebehälter angeordnet im Inneren eines Ladungsteilchenmikroskops. Gleiche Teile wie nach der ersten Ausführungsform werden nicht erläutert. Der Probenaufnahmebehälter mit der Probe 6 darin und mit geschlossenem Deckel 101 ist als auf dem Probentisch 5 angeordnet gezeigt. Das Deckelelement 50 zum Schließen des Gehäuses 7 der Vorrichtung weist eine hermetische Dichtung 120 zum Übertragen elektrischer Signale an den Stromeingangsanschluss 116 des Probenaufnahmebehälters auf. Die hermetische Dichtung 120 ist über eine Verdrahtung 122 mit der untergeordneten Steuerung 37 verbunden. Die elektrischen Signale von der hermetischen Dichtung 120 im Inneren des Gehäuses 7 werden über eine Verdrahtung 121, ein Verbindungselement 119 und eine Verdrahtung 123 an den Stromeingangsanschluss 116 des Probenaufnahmebehälters übertragen. Weil Treibersignale von der untergeordneten Steuerung 37 an den Probentisch 103 übertragen werden können, kann mit diesem Aufbau die Probenplattform unter der Atmosphäre oder einem gewünschten Gaszustand in dem Probenaufnahmebehälter bewegt werden, der im Inneren des Gehäuses 7 im Vakuumzustand angeordnet ist. Weil die Position der Probe 6 direkt unter der Blende 10 geändert werden kann, während mikroskopische Bilder mit den Ladungsteilchenstrahlen erhalten werden, ist die Positionseinstellung mit dem optischen Mikroskop wie nach der ersten Ausführungsform nicht nötig. Daher wird der Vakuumzustand des Gehäuses 7 nicht jedes Mal gebrochen, wenn die Beobachtungsposition der Probe geändert wird, und ein Beobachtungsbereich kann leichter geändert werden. Außerdem kann der Probenaufnahmebehälter von dem Probentisch 5 getrennt werden, indem das Verbindungselement 119 abgezogen wird.
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Dritte Ausführungsform
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13 zeigt den gesamten Aufbau des Probenaufnahmebehälters nach der vorliegenden Ausführungsform. Im Folgenden werden gleiche Teile wie nach der ersten und zweiten Ausführungsform nicht erläutert. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird ein Beispiel beschrieben, bei dem die Signale zum Bewegen des Probentischs 103 über eine Antenne übertragen/empfangen werden, die auf dem Probenaufnahmebehälter angeordnet ist. Eine Antenne 124 ist in dem Stromeingangsanschluss 116 vorgesehen, der auf dem Probenaufnahmebehälter 100 angeordnet ist. Die von der Antenne 124 empfangenen Signale werden durch den Stromeingangsanschluss 116, der hermetisch abgedichtet ist, an eine elektrische Antriebssteuerung 126 übertragen. Die elektrische Antriebssteuerung 126 wandelt die empfangenen Signale in Treibersignale um, um sie an den elektrischen Antriebsmechanismus 117 zu übertragen. Eine Batterie 125 ist im Inneren des Probenaufnahmebehälters 100 angeordnet, um die elektrische Antriebssteuerung 126 für den vorstehenden Betrieb mit Strom zu versorgen.
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Das Gehäuse 7 und das Deckelelement 50 der Ladungsteilchenstrahlvorrichtung sind im Allgemeinen aus einem metallischen Material hergestellt, das verhindern kann, dass die Signale von außerhalb der Vorrichtung an die Antenne im Inneren des Gehäuses 7 übertragen werden. Um dieses Problem anzugehen, ist in 14 eine Ladungsteilchenstrahlvorrichtung gezeigt, die zur Verwendung des Probenaufnahmebehälters nach der vorliegenden Ausführungsform geeignet ist. Bei diesem Aufbau werden die Signale zum Einstellen der Position der Probe 6 von der untergeordneten Steuerung 37 über die hermetische Dichtung 120 an eine Antenne 127 im Inneren des Gehäuses 7 übertragen. Die Signale von der Antenne 127 werden in gleicher Weise an eine Antenne 124 im Inneren des Gehäuses übertragen. Bei diesem Aufbau werden die Signale zwischen der Antenne 124 und der Antenne 127 nie durch das aus Metall hergestellte Gehäuse 7 übertragen/empfangen. Daher können die Signale sicher an die Antenne 124 übertragen werden.
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Die Signale von der Antenne 127 an die Antenne 124 sind elektromagnetische Wellen oder dergleichen. In einem Fall, wo die elektromagnetischen Wellen die elektronenoptische Säule 2 nachteilig beeinflussen, kann die Antenne 127 durch einen Photostrahlungssender ersetzt werden, der zum Senden von Infrarotstrahlen oder Licht verwendet wird, und die Antenne 124 kann durch einen Photostrahlungsempfänger ersetzt werden, der zum Empfangen der Infrarotstrahlen oder des Lichts verwendet wird.
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Mit diesen Aufbauten kann die Position der Probe 6 von außerhalb des Probenaufnahmebehälters ohne Verwendung des Verbindungselements 119 und der Verdrahtungen, wie in 12 gezeigt, geändert werden. Daher kann der Probenaufnahmebehälter leicht eingesetzt/herausgenommen und ausgetauscht werden, was den Bedienkomfort für den Bediener verbessert.
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Vierte Ausführungsform
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Bei dieser Ausführungsform wird 15 verwendet, um den Aufbau einer Vorrichtung zu zeigen, in der ein gewünschtes Gas oder eine gewünschte Flüssigkeit durch das Deckelelement 50 der Ladungsteilchenstrahlvorrichtung zum Probenaufnahmebehälter strömen kann. Bei diesem Aufbau weist das Deckelelement 50 eine Gas-Ein-/Auslassöffnung 131 auf. Die Gas-Ein-/Auslassöffnung 131 im Inneren der Vorrichtung ist mit der Gas-Ein-/Auslassöffnung 114 des Probenaufnahmebehälters über Rohre 130 und einen Rohrverbinder 132 verbunden. Der Probenaufnahmebehälter wird auf dem Probentisch 5 angeordnet, und die jeweiligen Rohre 130 werden an den Rohrverbinder 132 angeschlossen. Folglich kann die Atmosphäre in dem Raum außerhalb der Ladungsteilchenstrahlvorrichtung mit der Atmosphäre in dem Innenraum des Probenaufnahmebehälters verbunden werden. Darüber hinaus kann eine gewünschte Gasflasche oder dergleichen an die Gas-Ein-/Auslassöffnung 131 angeschlossen werden, um das gewünschte Gas in das Innere des Probenaufnahmebehälters einzuführen. In 14 ist nur ein Rohrsystem zwischen dem Deckelelement 50 und dem Probenaufnahmebehälter vorgesehen, aber es können auch mehrere Rohrsysteme verwendet werden. Weiter kann Flüssigkeit zusätzlich zu Gas durch die Gas-Ein-/Auslassöffnung und das vorstehend beschriebene Rohr eingeführt werden. Weil die Position des Probenaufnahmebehälters auf dem Probentisch 5 geändert werden kann, müssen darüber hinaus die Rohre 130 flexibel sein oder der Rohrverbinder 132 muss flexibel beweglich sein. Mit diesem Aufbau kann, nachdem der Probenaufnahmebehälter im Inneren der Ladungsteilchenstrahlvorrichtung angeordnet worden ist, das Gas eingeführt werden.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt und kann verschiedenen Modifikationen umfassen. Die vorstehenden Ausführungsformen sollen zum Beispiel dazu dienen, die vorliegende Erfindung im Detail klar zu erläutern und sind nicht notwendigerweise auf jene beschränkt, die die gesamten vorstehend beschriebenen Aufbauten umfassen. Darüber hinaus kann ein Teil des Aufbaus einer Ausführungsform mit einem anderen Aufbau nach einer anderen Ausführungsform ersetzt werden, und ein Aufbau nach einer Ausführungsform kann mit einem Aufbau einer anderen Ausführungsform ergänzt werden. Weiter kann ein anderer Aufbau mit einem Teil des Aufbaus nach einer anderen Ausführungsform ergänzt werden, weggelassen werden oder ersetzt werden. Außerdem können die vorstehend erwähnten Aufbauten, Funktionen, Prozessoren, Verarbeitungsvorrichtungen und dergleichen zum Teil oder vollständig durch Auslegung einer integrierten Schaltung in Form von Hardware implementiert werden. Zudem können die vorstehend erwähnten Aufbauten, Funktionen und dergleichen als Software durch einen Prozessor implementiert werden, der ein Programm mit den jeweiligen Funktionen interpretiert und ausführt.
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Informationen wie Programme zur Implementierung der jeweiligen Funktionen, Tabellen und Dateien können in Speichergeräten wie Speichern, Festplatten und SSDs (Solid State Drives) oder auf Datenträgern wie IC-Karten, SD-Karten und optischen Platten gespeichert werden.
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Darüber hinaus sind nur die zur Erläuterung nötigen Steuerleitungen und Datenleitungen gezeigt, und es sind nicht unbedingt alle Steuerleitungen und Datenleitungen in einem Produkt gezeigt. Es ist denkbar, dass beinahe alle Strukturen tatsächlich miteinander verbunden sind.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Optische Linse
- 2
- Optische Ladungsteilchensäule
- 3
- Detektor
- 4
- Vakuumpumpe
- 5
- Probentisch
- 6
- Probe
- 7
- Gehäuse
- 8
- Ladungsteilchenquelle
- 9
- Öffnungsfläche
- 10
- Blende
- 11
- Raum
- 12
- Innenraum des Probenaufnahmebehälters
- 14
- Leckventil
- 16
- Vakuumrohr
- 18
- Stützelement für ein Deckelelement
- 19
- Träger
- 20
- Bodenplatte
- 35
- Computer
- 36
- Übergeordnete Steuerung
- 37
- Untergeordnete Steuerung
- 43, 44
- Kommunikationsleitung
- 50
- Deckelelement
- 51
- Bedienhebel
- 52
- Bedienhebel
- 53
- Verstärker
- 54
- Mittelposition der Blende
- 55
- Optische Achse der optischen Ladungsteilchensäule
- 56
- Optische Achse des optischen Mikroskops
- 60
- Optisches Mikroskop
- 61
- Objektivlinse
- 62
- Okularlinse
- 63
- Lichtquelle
- 64
- Träger
- 65
- Tragplatte
- 100
- Aufnahmebehälter
- 101
- Deckel
- 102
- Probenplattform
- 103
- Probentisch
- 104
- Bedienabschnitt
- 105
- Blende
- 106
- Blendenhalteelement
- 107
- Vakuumdichtelement
- 108
- Trägerplatte
- 109
- Vorsprung
- 110
- Vorsprung
- 111
- Ausrichtungsabschnitt
- 112
- Öffnung
- 113
- Konisches Loch
- 114
- Gas-Ein-/Auslassöffnung
- 115
- Gas-Ein-/Auslassöffnung
- 116
- Stromeingangsanschluss
- 117
- Elektrischer Antriebsmechanismus
- 118
- Verdrahtung
- 119
- Verbindungselement
- 120
- Hermetische Dichtung
- 121
- Verdrahtung
- 122
- Verdrahtung
- 123
- Verdrahtung
- 124
- Antenne
- 125
- Batterie
- 126
- Elektrische Antriebssteuerung
- 127
- Antenne
- 128
- Mechanisches Element
- 129
- Mechanisches Element
- 130
- Rohr
- 131
- Gas-Ein-/Auslassöffnung
- 132
- Rohrverbinder
- 400
- Kontaktverhinderungselement
- 401
- Probenplattform
- 402
- Schraubenmutter
- 403
- Grenzfläche
- 404
- Antirutschelement
- 405
- Kontaktverhinderungselement
- 406
- Kugellager
- 407
- Vakuumdichtelement
