DE112014003352B4

DE112014003352B4 - Mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitende Vorrichtung und Probenbilderfassungsverfahren

Info

Publication number: DE112014003352B4
Application number: DE112014003352.9T
Authority: DE
Inventors: Yusuke Ominami; Masako Nishimura; Shinsuke Kawanishi; Hiroyuki Suzuki
Original assignee: Hitachi High Tech Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2013-09-06
Filing date: 2014-03-10
Publication date: 2023-02-02
Anticipated expiration: 2034-03-11
Also published as: US9741526B2; CN105518821B; JP6138948B2; CN105518821A; US20160203944A1; DE112014003352T5; JPWO2015033601A1; KR20160020483A; WO2015033601A1; KR101752164B1

Abstract

Mit einem Stahl geladener Teilchen arbeitende Vorrichtung, welche Folgendes aufweist:eine optische Säule (2) für geladene Teilchen, welche eine Probe (6) mit einem Strahl primärer geladener Teilchen bestrahlt,ein Gehäuse (7), welches einen Teil der mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitenden Vorrichtung bildet und dessen Inneres durch eine Vakuumpumpe (4) evakuiert wird,eine Membran (10), welche einen Differenzdruck zwischen einem evakuierten Raum (11) und einem Raum, in dem die Probe angeordnet ist, aufrechterhalten kann und wodurch der Strahl primärer geladener Teilchen hindurchtreten kann,einen Detektor (3), welcher sekundäre geladene Teilchen detektiert, die durch Bestrahlung der Probe mit dem Strahl primärer geladener Teilchen erhalten werden,einen Abstandseinstellmechanismus, welcher den Abstand zwischen der Probe und der Membran ändert, undeinen Steuerabschnitt, welcher den Abstand zwischen der Probe und der Membran auf der Grundlage eines Bildes überwacht, das anhand eines vom Detektor ausgegebenen Detektionssignals erzeugt worden ist.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitende Vorrichtung, welche es ermöglicht, eine Probe beim Atmosphärendruck oder einem vorgegebenen vom Vakuum verschiedenen Druck zu beobachten.
Technischer Hintergrund
Für die Beobachtung eines winzigen Bereichs eines Objekts wird ein Rasterelektronenmikroskop (SEM), ein Transmissionselektronenmikroskop (TEM) oder dergleichen verwendet. Im Allgemeinen wird bei diesen Vorrichtungen ein Gehäuse für die Anordnung einer Probe evakuiert, befindet sich die Atmosphäre der Probe in einem Vakuumzustand und wird die Probe dann abgebildet. Eine biochemische Probe, eine flüssige Probe oder dergleichen wird jedoch durch ein Vakuum beschädigt, oder ihr Zustand wird dadurch geändert. Weil andererseits ein großer Bedarf daran besteht, eine solche Probe mit einem Elektronenmikroskop zu beobachten, ist eine SEM-Vorrichtung, wodurch eine Probe unter dem Atmosphärendruck beobachtet werden kann, sehr wünschenswert.
Daher wurde in den letzten Jahren eine SEM-Vorrichtung offenbart, wobei eine Probe beim Atmosphärendruck angeordnet werden kann, indem durch Bereitstellen einer für einen Elektronenstrahl durchlässigen Membran zwischen einem elektronenoptischen System und der Probe eine Trennung zwischen einem Vakuumzustand und einem atmosphärischen Zustand vorgenommen wird. Mit der Vorrichtung kann in einem Zustand, in dem die Membran und die Probe bei Verwendung eines direkt unterhalb der Membran angeordneten Probentisches nicht in Kontakt miteinander gelangen, die Probenposition geändert werden und kann eine SEM-Beobachtung beim Atmosphärendruck ausgeführt werden.
Zitatliste
Patentliteratur
PTL 1: JP 2012 - 221 766 A
Ein Rasterelektronenmikroskop, bei dem der Abstand zwischen einer Probe und einer ultradünnen Blendenmembran durch Messen der Anzahl detektierter Teilchen bestimmt wird, ist in der WO 2010/001 399 A1 offenbart. Weitere mit der Erfindung in Verbindung stehenden Teilchenstrahlvorrichtungen sind in DE 11 2013 003 552 T5 und US 2004/0 046 120 A1 beschrieben.
Kurzfassung der Erfindung
Technisches Problem
Bei einer Vorrichtung, welche die beim Atmosphärendruck angeordnete Probe in einem Zustand, in dem die Membran und die Probe nicht in Kontakt miteinander gelangen, mit einem Strahl geladener Teilchen bestrahlt, wird die Bildqualität verbessert, wenn die Membran und die Probe dicht beieinander liegen. Falls die Probe und die Membran jedoch zu dicht beieinander liegen, gelangen sie in Kontakt miteinander, wodurch die Gefahr besteht, dass die Membran beschädigt wird. Ein Verfahren, bei dem die Probe und die Membran durch Anordnen eines Kontaktverhinderungselements, dessen Dicke bekannt ist, zwischen einem die Membran haltenden Element und der Probe nicht in Kontakt miteinander gelangen, ist in PTL 1 beschrieben. Weil das Kontaktverhinderungselement jedoch weiter außen als die Membran angeordnet ist, ergibt sich, falls die Probe nicht flach, sondern uneben ist, das Problem, dass das Kontaktverhinderungselement eine Beschädigung der Membran nicht verhindern kann.
Die Erfindung wurde angesichts eines solchen Problems gemacht, und eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitende Vorrichtung, wodurch eine Probe beim Atmosphärendruck oder in einer Gasatmosphäre durch Einstellen eines Abstands zwischen einer Membran und der Probe, ohne die Membran zu beschädigen, beobachtet werden kann, und ein Probenbilderfassungsverfahren, das die Vorrichtung verwendet, bereitzustellen.
Lösung des Problems
Zum Lösen des vorstehend beschriebenen Problems verwendet die Erfindung die in Patentanspruch 1 definierte mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitende Vorrichtung. Weitere vorteilhafte Merkmale sind in den abhängigen Patentansprüchen ausgeführt.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Weil gemäß der Erfindung der Abstand zwischen der direkt unterhalb der Membran angeordneten Probe und der Membran überwacht werden kann, kann der Abstand zwischen der Membran und der Probe eingestellt werden, ohne die Probe, die beim Atmosphärendruck oder in einer Atmosphäre mit einem im Wesentlichen gleichen Druck angeordnet ist, in Kontakt mit der Membran zu bringen.
Probleme, Konfigurationen und Wirkungen, die von der vorstehenden Beschreibung abweichen, werden anhand der folgenden Beschreibung von Ausführungsformen verständlich werden.
Figurenliste
Es zeigen:

1 eine Gesamtkonfigurationsansicht eines mit geladenen Teilchen arbeitenden Mikroskops aus Beispiel 1,
2 eine erklärende Ansicht eines Prinzips in Beispiel 1,
3 eine erklärende Ansicht des Prinzips in Beispiel 1,
4 eine erklärende Ansicht des Prinzips in Beispiel 1,
5 eine erklärende Ansicht der Signaldetektion in Beispiel 1,
6 eine erklärende Ansicht der Signaldetektion in Beispiel 1,
7 eine erklärende Ansicht der Signaldetektion in Beispiel 1,
8 eine erklärende Ansicht eines Ausführungsablaufs in Beispiel 1,
9 eine erklärende Ansicht der Signaldetektion in Beispiel 1,
10 eine erklärende Ansicht der Signaldetektion in Beispiel 1,
11 eine erklärende Ansicht des Ausführungsablaufs in Beispiel 1,
12 eine Konfigurationsansicht eines mit geladenen Teilchen arbeitenden Mikroskops aus Beispiel 2,
13 eine Bedienungsbildschirmdarstellung des mit geladenen Teilchen arbeitenden Mikroskops aus Beispiel 2,
14 eine Konfigurationsansicht eines mit geladenen Teilchen arbeitenden Mikroskops aus Beispiel 3,
15 eine Konfigurationsansicht eines mit geladenen Teilchen arbeitenden Mikroskops aus Beispiel 4,
16 eine Konfigurationsansicht eines mit geladenen Teilchen arbeitenden Mikroskops aus Beispiel 5,
17 eine Konfigurationsansicht eines mit geladenen Teilchen arbeitenden Mikroskops aus Beispiel 6,
18 eine erklärende Ansicht einer Differenz von Detektionssignalen bei einem Gasdruck in Beispiel 6,
19 eine Konfigurationsansicht des mit geladenen Teilchen arbeitenden Mikroskops aus Beispiel 6 und
20 eine Konfigurationsansicht des mit geladenen Teilchen arbeitenden Mikroskops aus Beispiel 6.

Beschreibung von Ausführungsformen
Nachstehend wird jede Ausführungsform mit Bezug auf die Zeichnung beschrieben.
Nachstehend wird als eine mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitende Vorrichtung ein mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitendes Mikroskop beschrieben. Dieses ist jedoch lediglich ein Beispiel der Erfindung, und die Erfindung ist nicht auf die folgenden Ausführungsformen beschränkt. Die Erfindung kann auch auf ein Rasterelektronenmikroskop, ein Rasterionenmikroskop, ein Rastertransmissionselektronenmikroskop, eine zusammengesetzte Vorrichtung dieser Mikroskope und einer Probenbearbeitungsvorrichtung oder eine Analyse- und Inspektionsvorrichtung, die diese Vorrichtungen einsetzt, angewendet werden.
Zusätzlich ist in dieser Patentschrift „Atmosphärendruck“ eine Luftatmosphäre oder eine vorgegebene Gasatmosphäre und bedeutet eine Druckumgebung mit einem spezifischen Druck oder einem leichten Unterdruck. Insbesondere reicht er in etwa von 10⁵ Pa (Atmosphärendruck) bis 10³ Pa.
Beispiel 1
<Vorrichtungskonfiguration>
Es wird eine grundlegende Ausführungsform beschrieben. 1 zeigt eine Gesamtkonfigurationsansicht eines mit geladenen Teilchen arbeitenden Mikroskops des Beispiels.
Das in 1 dargestellte mit geladenen Teilchen arbeitende Mikroskop besteht hauptsächlich aus einer optischen Säule 2 für geladene Teilchen, einem Gehäuse (einer Vakuumkammer) 7, das mit der optischen Säule 2 für geladene Teilchen verbunden ist, einem Probentisch 5, der dem Atmosphärendruck ausgesetzt ist, und einem Steuersystem, welches diese Elemente steuert. Wenn das mit geladenen Teilchen arbeitende Mikroskop verwendet wird, wird das Innere der optischen Säule 2 für geladene Teilchen und des Gehäuses 7 durch eine Vakuumpumpe 4 evakuiert. Betätigungs- und Stoppvorgänge der Vakuumpumpe 4 werden auch durch das Steuersystem gesteuert. In 1 ist nur eine Vakuumpumpe 4 dargestellt, es können jedoch auch zwei oder mehr Vakuumpumpen bereitgestellt werden. Die optische Säule 2 für geladene Teilchen und das Gehäuse 7 werden durch eine Säule oder einen Sockel (nicht dargestellt) getragen.
Die optische Säule 2 für geladene Teilchen besteht aus Elementen in der Art einer Quelle 8 geladener Teilchen, welche den Strahl geladener Teilchen erzeugt, und optischer Linsen 1, welche den erzeugten Strahl geladener Teilchen zum unteren Abschnitt der Säule leiten, indem der Strahl geladener Teilchen fokussiert wird, wodurch eine Probe 6 mit einem Strahl primärer geladener Teilchen abgetastet wird. Die optische Säule 2 für geladene Teilchen ist so angeordnet, dass sie ins Innere des Gehäuses 7 vorsteht, und sie ist am Gehäuse 7 durch ein Vakuumdichtungselement 123 befestigt. Ein Detektor 3, der durch Anwenden des Strahls primärer geladener Teilchen erhaltene sekundäre geladene Teilchen (Sekundärelektronen oder reflektierte Elektronen) detektiert, ist im Endabschnitt der optischen Säule 2 für geladene Teilchen angeordnet. Der Detektor 3 kann außerhalb oder innerhalb der optischen Säule 2 für geladene Teilchen bereitgestellt sein. Zusätzlich können andere Linsen, Elektroden und Detektoren in die optische Säule für geladene Teilchen aufgenommen werden, wobei ein Teil von diesen von den anderen verschieden sein kann, wobei die Konfiguration eines in der optischen Säule für geladene Teilchen enthaltenen mit geladenen Teilchen arbeitenden optischen Systems nicht auf das Beispiel beschränkt ist.
Das mit geladenen Teilchen arbeitende Mikroskop aus dem Beispiel umfasst einen Computer 35, der von einem Benutzer der Vorrichtung verwendet wird, einen oberen Steuerabschnitt 36, der mit dem Computer 35 verbunden ist und mit dem Computer 35 kommuniziert, und einen unteren Steuerabschnitt 37, der ein Evakuierungssystem, ein mit geladenen Teilchen arbeitendes optisches System und dergleichen entsprechend Befehlen steuert, die vom oberen Steuerabschnitt 36 als Steuersystem übertragen werden. Der Computer 35 umfasst einen Bildschirm 33, worauf eine Bedienungsbildschirmdarstellung (GUI) der Vorrichtung angezeigt wird, und eine Eingabeeinheit in der Art einer Tastatur und einer Maus für die Bedienungsbildschirmdarstellung. Der obere Steuerabschnitt 36 ist durch jeweilige Kommunikationsleitungen 43 und 44 mit dem unteren Steuerabschnitt 37 und dem Computer 35 verbunden.
Der untere Steuerabschnitt 37 sendet und empfängt Steuersignale zum Steuern der Vakuumpumpe 4, der Quelle 8 geladener Teilchen, der optischen Linsen 1 und dergleichen und sendet Ausgangssignale des Detektors 3 zum oberen Steuerabschnitt 36, wobei die Ausgangssignale in digitale Bildsignale umgewandelt werden. Ein vom oberen Steuerabschnitt 36 erzeugtes Bild wird auf dem Bildschirm 33 des Computers 35 angezeigt. In der Ansicht ist das Ausgangssignal vom Detektor 3 über einen Verstärker 154 in der Art eines Vorverstärkers an den unteren Steuerabschnitt 37 angelegt. Falls der Verstärker nicht erforderlich ist, kann er fortgelassen werden.
Im oberen Steuerabschnitt 36 und im unteren Steuerabschnitt 37 können Analogschaltungen, Digitalschaltungen und dergleichen gemischt sein. Der obere Steuerabschnitt 36 und der untere Steuerabschnitt 37 können integriert sein. Zusätzlich kann ein Steuerabschnitt, der einen Betriebsvorgang jedes Abschnitts steuert, in das mit geladenen Teilchen arbeitende Mikroskop aufgenommen sein. Der obere Steuerabschnitt 36 oder der untere Steuerabschnitt 37 kann durch ein zweckgebundenes Schaltungssubstrat durch Hardware gebildet sein oder durch Software gebildet sein, die durch den Computer 35 ausgeführt wird. Wenn er durch Hardware gebildet ist, kann die Hardware verwirklicht werden, indem mehrere Recheneinrichtungen integriert werden, die eine Verarbeitung auf einem Verdrahtungssubstrat oder innerhalb eines Halbleiterchips oder einer Halbleiterbaugruppe ausführen. Wenn er durch Software gebildet ist, kann die Software durch Ausführen eines Programms verwirklicht werden, das eine gewünschte Rechenverarbeitung ausführt, indem eine schnelle CPU für allgemeine Zwecke am Computer angebracht wird. Überdies ist die in 1 dargestellte Konfiguration des Steuersystems lediglich ein Beispiel, und Modifikationsbeispiele einer Steuereinheit, eines Ventils, der Vakuumpumpe, der Kommunikationsverdrahtung und dergleichen gehören zur Entwurfskategorie des SEM und der mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitenden Vorrichtung des Beispiels, solange im Beispiel vorgesehene Funktionen erfüllt sind.
Ein Vakuumrohr 16, dessen eines Ende mit der Vakuumpumpe 4 verbunden ist, ist mit dem Gehäuse 7 verbunden, und sein Inneres kann in einem Vakuumzustand gehalten werden. Gleichzeitig ist ein Leckventil 14 zum Öffnen des Inneren des Gehäuses zur Atmosphäre bereitgestellt, wobei das Leckventil 14 das Innere des Gehäuses 7 während Wartungsarbeiten und dergleichen zur Atmosphäre öffnen kann. Das Leckventil 14 kann fortgelassen werden, oder es können zwei oder mehr davon bereitgestellt werden. Zusätzlich ist die Anordnungsposition des Leckventils 14 im Gehäuse 7 nicht auf den in 1 dargestellten Abschnitt beschränkt, und es kann an einer anderen Stelle am Gehäuse 7 angeordnet werden.
Eine Membran 10 ist direkt unterhalb der optischen Säule 2 für geladene Teilchen auf einer unteren Fläche des Gehäuses bereitgestellt. Die Membran 10 kann den vom unteren Ende der optischen Säule 2 für geladene Teilchen emittierten Strahl primärer geladener Teilchen durchlassen, und der Strahl primärer geladener Teilchen erreicht schließlich über die Membran 10 die am Probentisch 52 montierte Probe 6. Ein geschlossener Raum (d.h. das Innere der optischen Säule 2 für geladene Teilchen und des Gehäuses 7), der durch die Membran 10 gebildet ist, kann evakuiert werden. Weil die Probe in einem Nichtvakuumraum angeordnet ist, ist die Membran 10 erforderlich, um den Differenzdruck zwischen einem Vakuumraum und dem Nichtvakuumraum aufrechtzuerhalten. Weil beim Beispiel ein luftdichter Zustand des evakuierten Raums durch die Membran 10 aufrechterhalten wird, kann die optische Säule 2 für geladene Teilchen im Vakuumzustand gehalten werden und kann die Probe 6 beobachtet werden, während die Probe 6 beim Atmosphärendruck gehalten wird. Zusätzlich kann die Probe 6 während der Beobachtung selbst in einem Zustand, in dem der Strahl geladener Teilchen angewendet wird, frei ausgetauscht werden, weil sich der Raum, in dem sich die Probe befindet, in der Luftatmosphäre befindet oder mit einem Luftatmosphärenraum kommuniziert.
Die Membran 10 bildet einen Film oder ist auf einem Sockel 9 angeordnet. Die Membran 10 besteht aus Kohlenstoffmaterial, einem organischen Material, einem Metallmaterial, Siliciumnitrid, Siliciumcarbid, Siliciumoxid und dergleichen. Der Sockel 9 ist beispielsweise ein Element in der Art eines Silicium- oder Metallelements. Die Membran 10 kann aus mehreren angeordneten Fenstern bestehen. Die Dicke der Membran, von der der Strahl primärer geladener Teilchen durchgelassen werden kann, beträgt in etwa einige nm bis einige µm . Die Membran darf durch den Differenzdruck zum Trennen des Atmosphärendrucks und des Vakuums nicht beschädigt werden. Demgemäß beträgt die Größe der Membran 10 maximal einige zehn µm bis einige mm. Die Form der Membran 10 kann abgesehen von quadratisch auch rechteckig oder dergleichen sein. Die Form ist beliebig. Ein Sockel für die Herstellung der Membran 10 besteht aus Silicium, und falls das Membranmaterial als ein Film auf Silicium gebildet wird und dann ein Nassätzen ausgeführt wird, sind die Flächen am oberen Abschnitt und am unteren Abschnitt der Membran verschieden, wie in der Ansicht dargestellt ist. Das heißt, dass die Öffnungsfläche des Sockels 9 in der Ansicht auf der Oberseite größer ist als die Membranfläche.
Der Sockel 9, der die Membran 10 trägt, ist auf einem Membranhalteelement 155 bereitgestellt. Wenngleich dies nicht dargestellt ist, sind der Sockel 9 und das Membranhalteelement 155 durch einen O-Ring, eine Dichtung, einen Klebstoff, ein doppelseitiges Klebeband oder dergleichen, wodurch eine Vakuumdichtung gebildet werden kann, aneinander angebracht. Das Membranhalteelement 155 ist über ein Vakuumdichtungselement 124 abnehmbar an einer unteren Fläche des Gehäuses 7 befestigt. Weil die Membran 10 sehr dünn ist, wobei ihre Dicke etwa einige nm bis einige µm beträgt, weil sie den Strahl geladener Teilchen durchlassen muss, kann sie durch eine Verschlechterung im Laufe der Zeit oder während der Beobachtungspräparation beschädigt werden. Weil die Membran 10 und der Sockel 9, der die Membran 10 trägt, überdies klein sind, ist eine direkte Handhabung sehr schwierig. Demgemäß werden die Membran 10 und der Sockel 9 beispielsweise durch das Membranhalteelement 155 integriert, so dass der Sockel 9 ohne eine direkte Handhabung durch das Membranhalteelement 155 gehandhabt werden kann. Auf diese Weise wird die Handhabung (insbesondere das Austauschen) der Membran 10 und des Sockels 9 sehr einfach. Das heißt, dass das Membranhalteelement 155 ausgetauscht werden kann, falls die Membran 10 beschädigt ist. Selbst dann, wenn die Membran 10 direkt ausgetauscht werden muss, wird das Membranhalteelement 155 aus der Vorrichtung entnommen und kann der Sockel 9, der mit der Membran 10 integriert ist, außerhalb der Vorrichtung ersetzt werden.
Wenngleich dies nicht dargestellt ist, kann zusätzlich ein optisches Mikroskop, welches die Probe beobachten kann, direkt unterhalb der Probe 6 oder in der Nähe der Probe 6 angeordnet werden. In diesem Fall wird die Membran 10 auf der Oberseite der Probe angeordnet und beobachtet das optische Mikroskop die Probe von unten. Dementsprechend muss der Probentisch 52 in diesem Fall für das Licht des optischen Mikroskops transparent sein. Als transparentes Material stehen transparentes Glas, transparenter Kunststoff, ein transparenter Kristallkörper und dergleichen zur Verfügung. Ein allgemeinerer Probentisch ist ein transparenter Probentisch in der Art eines Objektträgerglases (oder Präparation) und einer Schale (oder Petrischale).
Zusätzlich können eine Heizung, ein Spannungsanlegeabschnitt, der in der Probe ein elektrisches Feld erzeugen kann, und dergleichen bereitgestellt werden. In diesem Fall können ein Aspekt, wobei die Probe erwärmt oder gekühlt wird, und ein Aspekt, bei dem das elektrische Feld an die Probe angelegt wird, beobachtet werden.
Zusätzlich können zwei oder mehr Membranen angeordnet werden. Beispielsweise kann die Membran auf der Innenseite der optischen Säule 2 für geladene Teilchen bereitgestellt werden. Andernfalls wird eine zweite Membran unterhalb einer ersten Membran bereitgestellt, welche das Vakuum und die Atmosphäre trennt, und kann die Probe zwischen der zweiten Membran und dem Probentisch aufgenommen werden. In diesem Fall kann die Erfindung wie nachstehend beschrieben angewendet werden, wenn sich die zweite Membran der ersten Membran nähert.
Zusätzlich kann eine Umgebungszelle, die in das Innere einer Vakuumvorrichtung eingebracht werden kann, während die gesamte Probe aufgenommen ist, als Probe bereitgestellt werden. Beispielsweise ist in das Innere der Umgebungszelle ein Probenhöheneinstellmechanismus aufgenommen, wobei die nachstehend beschriebene Erfindung selbst dann angewendet werden kann, wenn sich die Probe der Membran nähert, die das Vakuum und die Atmosphäre trennt. Gemäß der Erfindung sind die Anzahl und der Typ der Membran nicht beschränkt und gehören zur Kategorie des SEM oder der mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitenden Vorrichtung des Beispiels, solange sie die beim Beispiel vorgesehene Funktion erfüllen.
Zusätzlich kann, wenngleich dies nicht dargestellt ist, ein Detektor, der den durch die Probe 6 hindurchgetretenen Strahl geladener Teilchen detektiert, direkt unterhalb der Probe 6 angeordnet werden. Der Detektor ist ein Detektionselement, das den sich nähernden Strahl geladener Teilchen mit einer Energie von einigen keV bis einigen zehn keV detektieren und verstärken kann. Beispielsweise kann ein Halbleiterdetektor, der aus einem Halbleitermaterial in der Art von Silicium besteht, ein Szintillator, der ein Signal geladener Teilchen auf einer Glasoberfläche oder im Inneren davon in Licht umwandelt, ein Lumineszenzlicht emittierendes Material, ein Yttriumaluminiumgranat-(YAG)-Element oder dergleichen verwendet werden. Ein elektrisches Signal oder ein optisches Signal vom Detektor wird durch eine Verdrahtung, einen Lichtübertragungsweg, einen Lichtdetektor oder dergleichen zum Steuersystem übertragen, das aus dem oberen Steuerabschnitt 36 oder dem unteren Steuerabschnitt 37 besteht. Es ist möglich, ein Transmissionssignal geladener Teilchen im durchgelassenen Strahl geladener Teilchen vom Detektor, auf dem die Probe direkt montiert ist, zu detektieren. Der Detektor, auf dem die Probe 6 montiert ist, nähert sich der Membran 10, welche das Vakuum von der Atmosphäre trennt, wodurch ein durch einen Strahl geladener Teilchen erzeugtes Transmissionsbild der Probe 6 in der Atmosphäre erhalten werden kann. In diesem Fall kann ein nachstehend beschriebenes Verfahren, bei dem die Probe 6 auf dem Detektor und die Membran 10 einander genähert werden, angewendet werden.
Der Probentisch 5, der sich beim Atmosphärendruck befindet, ist in einem unteren Abschnitt der im Gehäuse 7 enthaltenen Membran 10 bereitgestellt. Ein Z-Achsen-Antriebsmechanismus mit einer Höheneinstellfunktion, der zumindest die Probe 6 veranlassen kann, sich der Membran 10 zu nähern, ist im Probentisch 5 bereitgestellt. Natürlich kann auch ein X-Y-Antriebsmechanismus, der sich in Richtung der Probenoberfläche bewegt, bereitgestellt werden. Wenngleich dies nicht dargestellt ist, kann zusätzlich zum oder an Stelle des Z-Achsen-Antriebsmechanismus, der die Probe 6 bewegt, ein Antriebsmechanismus, der die Membran 10 und das Membranhalteelement 155 in Richtung der Probe (Aufwärts- und Abwärtsrichtung in der Ansicht) antreibt, als Mechanismus, der den Abstand zwischen der Probe 6 und der Membran 10 einstellt, bereitgestellt sein. Diese Mechanismen, die den Abstand zwischen der Membran und der Probe ändern, indem sie die Membran oder die Probe bewegen, werden gemeinsam als Abstandseinstellmechanismus bezeichnet.
Beim Beispiel wird die Energie E eingestellt und gesteuert, mit der der Strahl geladener Teilchen die Probe von der Quelle 8 für den Strahl geladener Teilchen erreicht. Ein Bestrahlungsenergie-Steuerabschnitt 59 ist zwischen dem unteren Steuerabschnitt 37 und der optischen Säule 2 für geladene Teilchen bereitgestellt. Der Bestrahlungsenergie-Steuerabschnitt 59 ist eine Hochspannungsversorgung und dergleichen, wodurch zumindest zwei Bedingungen der Energie E, mit der die Probe durch den Strahl geladener Teilchen bestrahlt wird, geändert werden können, beispielsweise indem die der Quelle 8 für den Strahl geladener Teilchen zugeführte Spannung geändert wird. Der Bestrahlungsenergie-Steuerabschnitt 59 kann innerhalb des unteren Steuerabschnitts 37 bereitgestellt sein. Zusätzlich kann der Bestrahlungsenergie-Steuerabschnitt 59 bei einem anderen Beispiel eine Elektrode sein, welche die Beschleunigungsspannung des Strahls geladener Teilchen von der Quelle für den Strahl geladener Teilchen ändert, oder eine Leistungsversorgung sein, welche die an eine optische Linse angelegte Spannung variabel steuert, wodurch der Strahl geladener Teilchen beschleunigt oder verzögert werden kann, bevor er auf die Probe angewendet wird. Bei einem weiteren Beispiel kann er eine Leistungsversorgung sein, die eine Spannung an den Probentisch anlegen kann. Ein solches Steuersystem kann auch innerhalb des unteren Steuerabschnitts 37 oder zwischen dem unteren Steuerabschnitt 37 und der optischen Linse 1 bereitgestellt werden. Zusätzlich kann ein spezifisches Beispiel des Abschnitts zum Steuern der Bestrahlungsenergie des Strahls geladener Teilchen, wie vorstehend beschrieben, geeignet kombiniert verwendet werden.
<Prinzipbeschreibung>
Nachstehend werden ein Prinzip, das verwendet wird, um eine Positionsbeziehung zwischen der Probe und der Membran zu erhalten, indem ermöglicht wird, dass die Bestrahlungsenergie des Strahls primärer geladener Teilchen auf wenigstens zwei Bestrahlungsenergieniveaus gelegt wird, und ein Ergebnis davon beschrieben. In der folgenden Beschreibung ist die Bestrahlungsenergie des Strahls primärer geladener Teilchen E1, wenn der Abstand zwischen der Membran und der Probe eingestellt wird, und ist die Bestrahlungsenergie des Strahls primärer geladener Teilchen E2, wenn ein Beobachtungsbild durch Abtasten der Probe mit dem Strahl primärer geladener Teilchen erfasst wird. Überdies wird, wie nachstehend beschrieben wird, eine Bilderfassung selbst dann ausgeführt, wenn der Abstand zwischen der Membran und der Probe eingestellt wird. Als Bild für die Einstellung kann, wie nachstehend beschrieben wird, ein Bild niedriger Qualität bereitgestellt werden, und es ist ausreichend, solange die Bildqualität ausreicht, um Parameter erfassen zu können. Andererseits ist ein Bild, das während der Beobachtung erfasst wird, ein Bild eines schließlich zu beobachtenden Objekts oder ein Bild, das von einem Benutzer gespeichert werden soll, und es sollte im Allgemeinen eine hohe Qualität aufweisen.
Zuerst wird ein Strahldurchmesser D, wenn der Strahl geladener Teilchen die Probe erreicht, mit Bezug auf 2 beschrieben. Wie in 2(a) dargestellt ist, erreicht, falls die Membran 10 nicht vorhanden ist und sich ein Raum, in dem die Probe montiert ist, im Vakuumzustand befindet, ein Strahl 201 primärer geladener Teilchen die Probe 6 in einem Zustand, in dem der Strahl 201 primärer geladener Teilchen durch ein mit geladenen Teilchen arbeitendes optisches System in der Art der optischen Linse 1 und dergleichen fokussiert wird. Wenn der Strahldurchmesser des Strahls 201 primärer geladener Teilchen in diesem Fall D0 ist, ist der Strahldurchmesser D0 durch die Linsenaberration der optischen Linse 1 und dergleichen festgelegt. Falls andererseits, wie in 2(b) bis 2(e) dargestellt ist, der Raum, in dem die Probe montiert ist, eine Gasatmosphäre in der Art einer Gasatmosphäre beim Atmosphärendruck ist, hängt der Strahldurchmesser, wenn der Strahl 201 primärer geladener Teilchen die Probe erreicht, vom Abstand Z zwischen der Membran 10 und der Probe 6 sowie der Bestrahlungsenergie E ab.
2(b) zeigt einen Fall, in dem der Strahl geladener Teilchen mit der Bestrahlungsenergie E1 auf die Probe 6 angewendet wird, wenn der Abstand von der Membran 10 Z1 ist, 2(c) zeigt einen Fall, in dem der Strahl geladener Teilchen mit der Bestrahlungsenergie E1 auf die Probe 6 angewendet wird, wenn der Abstand von der Membran 10 Z2 ist, 2(d) zeigt einen Fall, in dem der Strahl geladener Teilchen mit der Bestrahlungsenergie E2 auf die Probe 6 angewendet wird, wenn der Abstand von der Membran 10 Z1 ist, und 2(e) zeigt einen Fall, in dem der Strahl geladener Teilchen mit der Bestrahlungsenergie E2 auf die Probe 6 angewendet wird, wenn der Abstand von der Membran 10 Z2 ist. Zusätzlich sind die folgenden Ausdrücke zwischen E1 und E2 sowie Z1 und Z2 erfüllt. $E1 < E2$
$Z1 > Z2$
In 2(b) ist die Bestrahlungsenergie E1 verhältnismäßig klein und ist der Abstand Z1 verhältnismäßig groß. Demgemäß wird der Strahl geladener Teilchen durch die Atmosphäre oder das Gas mit dem gewünschten Gasdruck zwischen der Membran 10 und der Probe 6 gestreut, bis der Strahl geladener Teilchen die Probe 6 erreicht und der Strahldurchmesser größer als D0 ist, wie in der Ansicht mit D1 angegeben ist. Falls die Größe des Beobachtungsobjekts der Probe 6 kleiner ist als der Strahldurchmesser D1, kann das Beobachtungsobjekt im Bild nicht identifiziert werden. In 2(c) ist der Abstand zwischen der Membran 10 und der Probe 6 auf Z2 verkürzt, weil die Häufigkeit oder die Wahrscheinlichkeit, mit der der Strahl geladener Teilchen beim Atmosphärendruck oder bei einem Gas mit einem gewünschten Gasdruck gestreut wird, verringert ist, so dass der Strahldurchmesser D2 kleiner als D1 sein kann. Dadurch kann das Beobachtungsobjekt der Probe 6 im Bild identifiziert werden. Das heißt, dass die Bildauflösung erhöht werden kann, wenn der Abstand zwischen der Membran 10 und der Probe 6 möglichst gering ist. Weil andererseits in 2(d) die Bestrahlungsenergie E2 des Strahls 202 primärer geladener Teilchen verhältnismäßig hoch ist, kann der Strahldurchmesser D3 des Strahls 202 primärer geladener Teilchen selbst dann, wenn der Abstand zwischen der Membran 10 und der Probe 6 Z1 ist, verglichen mit D1 klein sein. Selbst beim Abstand Z1 kann das Beobachtungsobjekt der Probe 6 demgemäß im Bild identifiziert werden. Zusätzlich kann, falls der Abstand zwischen der Membran 10 und der Probe 6 auf Z2 verkürzt wird, wie in 2(e) dargestellt ist, der Strahldurchmesser D4 betragen, der noch kleiner ist, so dass die Probe 6 mit einer höheren Auflösung beobachtet werden kann als im Fall von 2(d).
Das heißt, dass das Beobachtungsobjekt der Probe 6, falls die Bestrahlungsenergie E hoch ist, selbst dann identifiziert werden kann, wenn der Abstand Z groß ist, dass der Abstand zwischen der Membran 10 und der Probe 6 jedoch verkürzt werden sollte, wenn die Beobachtung mit einer höheren Auflösung ausgeführt werden soll. Wie vorstehend beschrieben wurde, wird die Bildqualität verbessert, wenn der Abstand zwischen der Membran 10 und der Probe 6 weitmöglichst verkürzt wird.
Angesichts des vorstehend Erwähnten kann ausgesagt werden, dass es, falls die Beobachtung nur bei der Bestrahlungsenergie E2 ausgeführt wird, auf der Grundlage des durch einen Strahl geladener Teilchen erzeugten Bilds schwierig ist zu erkennen, ob der Abstand zwischen der Membran 10 und der Probe 6 in einem gewissen Bereich liegt. Falls die Beobachtung mit der Bestrahlungsenergie E2 ausgeführt wird, ergibt sich daher das Problem, dass der Abstand nicht festgestellt werden kann. Falls sich die Probe 6 der Membran 10 im Probentisch 5 nähert, während der Abstand zwischen der Membran 10 und der Probe 6 unbekannt ist, nähert sich die Probe 6 der Membran 10 zu weit und gelangt in Kontakt mit der Membran 10, wodurch die Membran 10 beschädigt werden kann.
Als nächstes wird mit Bezug auf 3 ein Fall beschrieben, in dem sekundäre geladene Teilchen den Detektor 3 von der Probe erreichen. Wenn der Strahl primärer geladener Teilchen die Probe 6 erreicht, werden dadurch sekundäre geladene Teilchen in der Art reflektierter geladener Teilchen oder zweiter geladener Teilchen erzeugt, erreichen die sekundären geladenen Teilchen den Detektor 3 und werden die sekundären geladenen Teilchen dadurch als ein Mikroskopbild detektiert. Die sekundären geladenen Teilchen, welche den Detektor 3 durch den Luftraum und die Membran 10 erreichen können, sind der Strahl geladener Teilchen, der eine hohe Energie behält, d.h. der Strahl geladener Teilchen, der elastisch gestreut oder leicht inelastisch gestreut wird. Wenn die Energie eines einfallenden Strahls geladener Teilchen E ist und die Energie der sekundären geladenen Teilchen E' ist, gilt Folgendes: $E' ≅ E$
Das heißt, dass bei einer Erhöhung der Einfallsenergie E auch die Energie E' der sekundären geladenen Teilchen ansteigt. Wie in 3(a) dargestellt ist, kann ein Fall betrachtet werden, in dem die Membran 10 nicht vorhanden ist und der Raum, in dem die Probe montiert ist, im Vakuumzustand ist. In diesem Fall erreichen sekundäre geladene Teilchen 203 den Detektor 3, ohne gestreut zu werden. Die Anzahl der den Detektor erreichenden sekundären geladenen Teilchen ist B0. In diesem Fall können die von der Probe emittierten sekundären geladenen Teilchen den Detektor 3 erreichen, ohne gestreut zu werden, weil sich zwischen der Probe 6 und dem Detektor 3 ein Vakuum befindet.
Falls andererseits, wie in den 3(b) bis 3(e) dargestellt ist, der Raum, in dem die Probe montiert ist, eine gasförmige Atmosphäre beispielsweise beim Atmosphärendruck aufweist, hängt die Anzahl der den Detektor 3 erreichenden sekundären geladenen Teilchen 203 vom Abstand zwischen der Probe 6 und der Membran 10 ab. 3(b) zeigt einen Fall, wobei der Strahl geladener Teilchen mit der Bestrahlungsenergie E1 auf die Probe 6 angewendet wird, deren Abstand von der Membran 10 Z1 beträgt, 3(c) zeigt einen Fall, wobei der Strahl geladener Teilchen mit der Bestrahlungsenergie E1 auf die Probe 6 angewendet wird, deren Abstand von der Membran 10 Z2 beträgt, 3(d) zeigt einen Fall, wobei der Strahl geladener Teilchen mit der Bestrahlungsenergie E2 auf die Probe 6 angewendet wird, deren Abstand von der Membran 10 Z1 beträgt, und 3(e) zeigt einen Fall, wobei der Strahl geladener Teilchen mit der Bestrahlungsenergie E2 auf die Probe 6 angewendet wird, deren Abstand von der Membran 10 Z2 beträgt. Hierbei sind die durch (Ausdruck 1) und (Ausdruck 2) angegebenen Beziehungen zwischen E1 und E2 und Z1 und Z2 erfüllt. In 3(b) ist die Bestrahlungsenergie E1 verhältnismäßig klein und ist der Abstand Z1 verhältnismäßig groß. Demgemäß werden die sekundären geladenen Teilchen, bevor sie den Detektor 3 erreichen, durch Gas beim Atmosphärendruck oder einem gewünschten Gasdruck zwischen der Membran 10 und der Probe 6 gestreut, und die Anzahl B1 der sekundären geladenen Teilchen, welche den Detektor 3 tatsächlich erreichen, ist kleiner als B0. Beispielsweise werden die von der Probe emittierten sekundären geladenen Teilchen auch in einer anderen Richtung als der Richtung der Membran 10 und des Detektors 3 gestreut. Ferner ist ein Strahl, der durch Gas beim Atmosphärendruck oder einem gewünschten Gasdruck zwischen der Membran 10 und der Probe 6 inelastisch gestreut wird, auch in der Anzahl B1 sekundärer geladener Teilchen enthalten. Aus diesen Gründen ist die Energie E' der den Detektor 3 erreichenden sekundären geladenen Teilchen verringert und ist die Anzahl der sekundären geladenen Teilchen mit der Energie E, die elastisch gestreut werden, auf weniger als B1 verringert. Die Empfindlichkeit oder die Verstärkungsrate des Detektors 3 in der Art des Halbleiterelements oder des Szintillators zum Detektieren des Strahls geladener Teilchen hängt im Allgemeinen von der Energie des einfallenden Strahls geladener Teilchen ab. Falls das Mikroskopbild der Probe 6 daher im Zustand aus 3(b) erhalten wird, wird die Helligkeit des detektierten Bilds verglichen mit 3(a) sehr gering. Dies liegt daran, dass die Anzahl der den Detektor 3 erreichenden sekundären geladenen Teilchen verringert wird, indem sie durch Gas beim Atmosphärendruck oder bei einem gewünschten Gasdruck gestreut werden, so dass die Verstärkungsrate des Detektors 3 verringert wird.
Wenn andererseits, wie in 3(c) dargestellt ist, der Abstand zwischen der Membran 10 und der Probe 6 auf Z2 verringert wird, wird die Häufigkeit oder die Wahrscheinlichkeit einer Streuung durch Gas beim Atmosphärendruck oder bei einem gewünschten Gasdruck verringert. Demgemäß kann die Anzahl B2 der detektierten sekundären geladenen Teilchen größer als B1 sein. Folglich ist verständlich, dass sich die Probe 6 entsprechend der Helligkeit des Bilds der Membran nähert. Weil in 3(d) die Bestrahlungsenergie E2 des Strahls 202 primärer geladener Teilchen verhältnismäßig hoch ist, ist die Anzahl B3 der sekundären geladenen Teilchen selbst dann, wenn der Abstand zwischen der Membran 10 und der Probe 6 Z1 ist, größer als B1. Falls der Abstand zwischen der Membran 10 und der Probe 6 zusätzlich, wie in 3(e) dargestellt ist, auf Z2 verringert wird, kann das Bild der Probe 6 klarer sein, weil die Anzahl der sekundären geladenen Teilchen B4 größer als B3 sein kann.
Angesichts des vorstehend Beschriebenen kann ausgesagt werden, dass, falls die Bestrahlungsenergie E hoch ist, selbst wenn der Abstand Z geändert wird, die sekundären geladenen Teilchen den Detektor 3 von der Probe 6 erreichen können und dass sich der Abstand Z nur schwer auf der Grundlage des Bilds erhalten lässt. Falls es andererseits erwünscht ist, eine Beobachtung mit einer höheren Auflösung oder dergleichen auszuführen, wird die Bildqualität verbessert, wenn der Abstand zwischen der Membran 10 und der Probe 6 möglichst gering wird. Demgemäß ist es bevorzugt, dass der Abstand zwischen der Membran 10 und der Probe 6 gering ist. Demgemäß ist es, wie vorstehend mit Bezug auf 2 beschrieben wurde, auch dann, wenn die Beobachtung für die sekundären geladenen Teilchen nur anhand der Bestrahlungsenergie E2 ausgeführt wird, auf der Grundlage des durch einen Strahl geladener Teilchen erzeugten Bilds schwierig zu erkennen, ob der Abstand zwischen der Membran 10 und der Probe 6 in einem bestimmten Bereich liegt. Wenn der Abstand zwischen der Membran 10 und der Probe 6 nicht bekannt ist, nähert sich die Probe 6 demgemäß der Membran 10 im Probentisch 5 zu weit und gelangt in Kontakt mit der Membran 10, so dass die Membran 10 beschädigt werden kann.
Dann wird bei dem Beispiel, bei dem die Bestrahlungsenergie E1 ist, nur in einem Fall, in dem der Abstand zwischen der Membran 10 und der Probe 6 gering genug ist, verwendet, dass das Beobachtungsobjekt der Probe 6 identifiziert werden kann. Das heißt, dass bei der Bestrahlungsenergie E1 die Bilderfassung eingeleitet wird (2(b) oder 3(b)). Als nächstes wird der Abstand zwischen der Membran 10 und der Probe 6 allmählich verkürzt, und falls das Beobachtungsobjekt der Probe 6 identifiziert wird (2(c) oder 3(c)), wird die Bestrahlungsenergie auf eine höhere Bestrahlungsenergie E2 geändert und wird die Beobachtung mit einer höheren Auflösung ausgeführt (2(e) oder 3(e)). Dadurch kann sich die Probe der Membran verglichen mit einem Verfahren, bei dem der Abstand zwischen der Membran 10 und der Probe 6 nur mit dem bei der Bestrahlungsenergie E2 erfassten Bild verkürzt wird, sehr einfach nähern.
Das Vorstehende wird mit Bezug auf 4 detailliert beschrieben. 4(a) zeigt eine Beziehung zwischen dem Abstand Z zwischen der Membran und der Probe und der Signalhelligkeit B. 4(b) zeigt eine Beziehung zwischen dem Abstand Z zwischen der Membran und der Probe und der Bildauflösung D. Die Bildauflösung D ist ein dem Strahldurchmesser entsprechender Wert, und die Bildauflösung und der Strahldurchmesser können in der folgenden Beschreibung als ein gleicher Parameter behandelt werden. Im Fall der Bestrahlungsenergie E2 werden die Signalhelligkeit B und die Bildauflösung (oder der Strahldurchmesser) D bei geringem Abstand allmählich verringert (durch eine gepunktete Linie in der Ansicht angegebene Kurve). Falls bei der Bestrahlungsenergie E1 der Abstand zwischen der Membran und der Probe nicht gering genug ist, werden die Signalhelligkeit B und die Bildauflösung (oder der Strahldurchmesser) D nicht verbessert. Beim Beispiel wird unter Verwendung des Prinzips der Abstand zwischen der Membran und der Probe unter Verwendung eines Punkts eingestellt, an dem die Bildqualität des bei der Bestrahlungsenergie E1 erfassten Bilds höher ist. Der Punkt, bei dem die Bildqualität höher ist, ist ein Punkt, bei dem eine Form oder eine Oberflächenform der Probe 6 scharf zu erscheinen beginnt, weil die Häufigkeit, mit der der Strahl primärer geladener Teilchen gestreut wird, sehr gering ist, d.h. die Größe der die Probe 6 bildenden Form und der Strahldurchmesser des Strahls primärer geladener Teilchen im Wesentlichen übereinstimmen. Wie in 4 dargestellt ist, wird, weil die Signalhelligkeit oder die Bildauflösung in Bezug auf den Abstand zwischen der Membran und der Probe kontinuierlich geändert wird, falls die Membran und die Probe einander kontinuierlich nähern, die Detektionsrate des Signals infolge der Probe genau und kontinuierlich geändert. Jedoch ist auch in diesem Fall, wie nachstehend mit Bezug auf die 5 bis 7 beschrieben wird, eine Schwelle der Signalhelligkeit oder der Bildauflösung vorhanden, womit ein Benutzer oder ein Computer die Form der Probe im Bild erkennen kann. Die Schwelle wird als der Punkt ausgedrückt, bei dem das Bild stark verbessert wird. Falls die Bestimmung beispielsweise durch den Computer ausgeführt wird, handelt es sich um den Punkt, bei dem das Bild schärfer wird, wenn ein erheblicher Signalbetrag infolge der Probe in Bezug auf ein Hintergrundsignal detektiert wird. Falls sich der Abstand zwischen der Membran und der Probe stufenweise verringert, kann das Probenbild zusätzlich nicht in einem bestimmten Abstand Z1 erkannt werden, und das Probenbild kann bei Z2 erkannt werden, wobei dieser Abstand geringer als Z1 ist. In diesem Fall bedeutet der Punkt, an dem die Bildqualität höher ist, einen Z2 entsprechenden Zustand.
Das heißt, dass der Punkt, an dem sich die Bildqualität stark verbessert, die Schwelle ist (Signalhelligkeit: Bz und Bildauflösung Dz), wobei dann die Probe und die Membran einander angenähert werden, bis die Schwelle erreicht wurde. Das heißt, dass wenn ein Nullpunkt gegeben ist, wenn die Probe und die Membran an einer getrennten Position angeordnet sind, der Abstand Z zwischen der Membran und der Probe gering ist, bis die Signalhelligkeit oder die Bildauflösung eine bestimmte Schwelle erreicht (Signalhelligkeit: Bz und Bildauflösung Dz in der Ansicht). In der Ansicht ist ein Zustand, in dem der Abstand nahe daran ist, die Schwelle zu erreichen, als P-Punkt angegeben. Falls in diesem Zustand die Bestrahlungsenergie von E1 auf E2 geändert wird, während der Abstand Z fest liegt, sind die Signalhelligkeit B und die Bildauflösung D in einem durch einen Q-Punkt in der Ansicht angegebenen Zustand und ist die Bildqualität erheblich verbessert.
Insbesondere wird ein Fall beschrieben, in dem E1 5 kV ist und E2 15 kV ist. Zusätzlich beträgt der Abstand zwischen der Membran und der Probe am Nullpunkt 50 µm. Bei einer theoretischen Berechnung der mittleren freien Weglänge (Abstand bis zur Kollision mit einer atmosphärischen Komponente), wobei der Strahl geladener Teilchen der Elektronenstrahl ist und davon ausgegangen wird, dass eine Luftkomponente mit 1 atm zwischen der Membran und der Probe vorhanden ist, beträgt die mittlere freie Weglänge des Elektronenstrahls etwa 15 µm, wenn die Bestrahlungsenergie 5 kV ist, und beträgt die mittlere freie Weglänge des Strahls geladener Teilchen etwa 50 µm, wenn die Bestrahlungsenergie 15 kV ist. Das heißt, dass bei der Bestrahlungsenergie E1 von 5 kV, falls der Abstand zwischen der Membran und der Probe vom Nullpunkt bei 50 µm auf die mittlere freie Weglänge bei 5 kV von etwa 15 µm oder weniger verringert wird, der P-Punkt erreicht wird, bei dem die Bildqualität höher ist und begonnen wird, das Bild der Probe zu betrachten. Falls die Bestrahlungsenergie anschließend auf 15 kV geändert wird, ist es bei einem Abstand zwischen der Membran und der Probe von 15 µm möglich, die Probe bei der mittleren freien Weglänge von 50 µm mit dem Elektronenstrahl mit einer Bestrahlungsenergie von 15 kV zu bestrahlen. Auf diese Weise wird der Q-Punkt erreicht, wo die Bildqualität weiter verbessert ist und ein Bild erhalten werden kann, bei dem die Streuung des Strahls geladener Teilchen erheblich verringert ist.
Hier wird mit Bezug auf 5 beschrieben, wie anhand einer Bildänderung festgestellt wird, ob die Schwelle erreicht wurde. Überdies können, wie in 5 dargestellt ist, die Helligkeitsinformationen oder die Auflösungsinformationen, die vorstehend beschrieben wurden, auch anhand eines Profils des Detektionssignals erhalten werden oder kann die Helligkeit oder die Auflösung auch durch das Bild erhalten werden, das anhand des Detektionssignals erzeugt wird. Auf diese Weise können Parameter in der Art der Helligkeit, der Auflösung und dergleichen für die Überwachung des Abstands zwischen der Membran und der Probe direkt anhand des Detektionssignals erfasst werden oder anhand des Bilds erkannt werden. 5(a1) ist eine schematische Schnittansicht in einem Fall, in dem der Abstand zwischen der Membran 10 und der Probe 6 Z0 ist, 5(a2) ist eine erklärende Ansicht des durch den Detektor 3 in 5(a1) erfassten Mikroskopbilds, und 5(a3) ist ein Linienprofil der Bildhelligkeit der Linie A aus 5(a2). Die 5(a) bis 5(c) zeigen ein Beispiel, bei dem eine Bestrahlung mit der Bestrahlungsenergie E1 ausgeführt wird, und 5(d) zeigt ein Beispiel, bei dem eine Bestrahlung mit der Bestrahlungsenergie E2 ausgeführt wird, die größer als E1 ist.
Weil in einem Fall, in dem der Abstand zwischen der Membran 10 und der Probe Z0 verhältnismäßig groß ist, die sekundären geladenen Teilchen nicht von einer unteren Fläche der Membran 10 zurückgegeben werden, wie in 5(a2) dargestellt ist, erscheint der Abschnitt der Membran 10 im Bild dunkel, und nur die sekundären geladenen Teilchen vom Sockel 9 werden durch den Detektor 3 erfasst. Demgemäß wird, wie in 5(a2) dargestellt ist, ein Sockel 9' in einem oberen Gebiet der Membran 10 als das Mikroskopbild beobachtet. Zusätzlich wird in diesem Fall das in 5(a3) dargestellte Linienprofil gebildet.
Falls als nächstes, wie in 5(b1) dargestellt ist, der Abstand zwischen der Membran 10 und der Probe 6 Z1 ist, welcher geringer als Z0 ist, werden die sekundären geladenen Teilchen in einem gewissen Maße von der unteren Fläche der Membran 10 zurückgegeben. Demgemäß kann, wie in 5(b2) dargestellt ist, im Mikroskopbild der Probe 6 erkannt werden, dass die Probe 6 unterhalb der Membran 10 vorhanden ist. Weil jedoch, wie in 2 dargestellt ist, der Strahldurchmesser groß ist und die Anzahl der den Detektor 3 erreichenden sekundären geladenen Teilchen gering ist, wie im Linienprofil von 5(b3) dargestellt ist, erscheint das Mikroskopbild der Probe 6 bis zu einem gewissen Grad als verschwommenes Schwarz. Dies ist durch ein Signal 6b angegeben. In einem in 5(c1) als nächstes dargestellten Fall, in dem der Abstand zwischen der Membran 10 und der Probe 6 Z2 ist, welcher kleiner als Z1 ist, fallen die sekundären geladenen Teilchen in einem Zustand auf die Probe 6, in dem der Strahldurchmesser gering ist und die meisten der sekundären geladenen Teilchen durch den Detektor 3 detektiert werden. Demgemäß wird das Mikroskopbild der Probe 6 bereitgestellt, wie in 5(c2) dargestellt ist, und das Mikroskopbild der Probe 6 kann über der Membran 10 beobachtet werden. Auch in 5(c3), worin das Linienprofil der Bildhelligkeit der Linie A dargestellt ist, kann die Probe 6 in gewissem Maße betrachtet werden. Falls die Bestrahlungsenergie schließlich E2 ist, während die Positionsbeziehung zwischen der Membran und der Probe aus 5(c1) beibehalten wird, wird, wie vorstehend beschrieben wurde, der Strahldurchmesser weiter verringert, wenn die Probe 6 erreicht wird, und die Anzahl der den Detektor 3 erreichenden sekundären geladenen Teilchen wird weiter erhöht. Demgemäß ist, wie in den 5(d2) und 5(d3) dargestellt ist, das Signal der Probe 6 ein Signal 6d, und es ist möglich, die Beobachtung sehr langsam auszuführen. Das heißt, dass wenn das Bild im Zustand aus 5(c2) ist und das Linienprofil im Zustand aus 5(c3) ist, falls ein Zustand identifiziert wird, in dem das Beobachtungsobjekt im Bild bei der Bestrahlungsenergie E1 betrachtet wird, festgestellt werden kann, dass sich der Abstand zwischen der Membran 10 und der Probe 6 Z2 nähert, welcher ein geeigneter Abstand für die Beobachtung ist.
Falls die Bestrahlungsenergie insbesondere etwa von 1 kV bis 50 kV reicht, erfüllen die Bestrahlungsenergie E und die mittlere freie Weglänge λ im Wesentlichen die folgende Beziehung: $λ \propto E$
Das heißt, dass sich die mittlere freie Weglänge im Wesentlichen verdreifacht, wenn sich die Bestrahlungsenergie E verdreifacht. Bei diesem Beispiel ist es für das Ausführen eines Verfahrens, bei dem die Bestrahlungsenergie E geändert wird, bevorzugt, wenn das Verhältnis zwischen E1 und E2 möglichst groß ist, wobei das Verhältnis zwischen E2 und E1 beispielsweise wenigstens etwa 2 betragen kann. Das heißt, dass das Energieverhältnis direkt dem Abstandsverhältnis zwischen der Membran und der Probe entspricht und dass dann die Probenhöhe bei einem Abstand eingestellt werden kann, der in etwa die Hälfte der mittleren freien Weglänge bei E2 ist.
Das Linienprofil und die Schwelle (Signalhelligkeit Bz und Bildauflösung Dz) werden mit Bezug auf die 6(a) bis 6(c) beschrieben. Jeder Abstand zwischen der Probe 6 und der Membran 10 aus den 6(a) bis 6(c) entspricht jenen aus den jeweiligen 5(a) bis 5(c). Wenn die Enden der Membran X1 und X2 sind, ist das innerhalb des Linienprofils zu überwachende Gebiet eine Signaländerung, die der Helligkeit B und der Bildauflösung D zwischen X1 und X2 (zwischen X1 - X2) entspricht. Weil das die Membran haltende Element 9 von der Vakuumseite beobachtet wird (Signal 9' in der Ansicht), wird der Strahl geladener Teilchen nicht durch die atmosphärische Komponente gestreut. Falls die Probe 6 unterhalb der Membran 10 nicht vorhanden ist, sind sie demgemäß erheblich voneinander getrennt oder ist entsprechend die Signalstärke eines Signals vom Sockel 9 höher als die Signalstärke B zwischen X1 und X2. Wenn die Signalstärke vom die Membran haltenden Element 9 B0 ist und die Signalstärke zwischen X1 und X2 B ist, sind die Signalstärken wie in 6(a) dargestellt. Falls der Abstand zwischen der Membran 10 und der Probe 6 gering ist, nimmt die Signalstärke zwischen X1 und X2 zu. Hier wird eine Schwelle Bz bei einer bestimmten konstanten Signalstärke festgelegt. Das heißt, dass sich die Probe 6 der Membran 10 so weit nähert, bis die Signalstärke B Bz erreicht, indem beobachtet und überwacht wird, ob die Signalstärke B zwischen X1 und X2 Bz erreicht. Zusätzlich kann überwacht werden, wann ein Wert ΔB erreicht wird, welcher die Differenz zwischen B0 und B ist. Falls die Bildhelligkeit beispielsweise aus 256 Abstufungen besteht (d.h. sie digitalisiert ist, wobei das hellste Signal 256 ist und das dunkelste Signal 1 ist), kann Bz 180 sein, falls B0 eine Helligkeit von 200 Abstufungen ist und der Anfangswert von B eine Helligkeit von 100 Abstufungen ist. Zusätzlich kann überwacht werden, ob ein durch Subtrahieren von B von B0 erhaltener Wert ΔB 20 ist. Wenn die Bildhelligkeit überdies 256 Abstufungen aufweist, kann ein richtiger Wert Bz oder ΔB nicht erfasst oder überwacht werden, falls die Signalstärke B0 vom die Membran haltenden Element 9 auf 256 oder darüber gesetzt wird oder die Signalstärke B zwischen X1 und X2 auf 1 oder darunter gesetzt wird. Falls die Bildhelligkeit 256 Abstufungen aufweist, wobei der Abstand zwischen der Membran und der Probe beliebig ist, muss das hellste Signal demgemäß 256 sein und muss das dunkelste Signal demgemäß 1 sein.
Als nächstes wird ein Verfahren zum Beobachten oder Überwachen einer Änderung der Bildauflösung D zwischen X1 und X2 beschrieben. Die Bildauflösung D entspricht einer Verbreiterung des Signals infolge der Probe. Demgemäß wird ein Zustand erkannt oder überwacht, in dem die Breite des Signals von der Probe einen vorgegebenen Schwellenwert Dz annimmt. Dz ist die Größe eines Objekts oder die Hälfte der Größe des Objekts, das identifiziert wird, wenn der Kontrast des Detektionssignals maximal wird. Das heißt, dass es sich dabei um einen Abstand zwischen dem Minimum und dem Maximum eines Linienprofilsignals handelt. Überdies ist beim Festlegen der Schwelle Dz das Verhältnis in Bezug auf die Größe des Objekts beliebig änderbar oder kann die Verbreiterung an Stelle des Verhältnisses in Bezug auf die Größe des Objekts direkt festgelegt werden. Wie in den 6(b) und 6(c) dargestellt ist, wird das Signal B von der Probe zwischen X1 und X2 detektiert, wenn sich die Probe und die Membran einander nähern. Es kann ein Zustand erkannt oder überwacht werden, in dem die Breite des Signals von der zwischen X1 und X2 detektierten Probe Dz wird. Zusätzlich wird bei einem anderen Verfahren das Signal zwischen den Linienprofilen einer Fourier-Transformation unterzogen und in Frequenzmerkmale umgewandelt, und es kann dann eine Position erkannt werden, die eine spezifische Frequenz Fz annimmt. Ein Zustand, in dem die Auflösung des Signals der Probe einen bestimmten Schwellenwert annimmt, wird als ein Zustand bestimmt, in dem der Abstand zwischen der Probe 6 und der Membran 10 Z2 wird.
Wie vorstehend beschrieben wurde, kann der Abstand zwischen der Probe 6 und der Membran 10 identifiziert werden, indem das Linienprofil beobachtet oder überwacht wird und dadurch mit der Schwelle (Signalhelligkeit Bz und Bildauflösung Dz) verglichen wird. Zusätzlich ist der Abstand zwischen der Probe 6 und der Membran 10 bei einem anderen Verfahren so, dass keine Berührung auftritt, solange der Wert kleiner oder gleich der Schwelle ist, wodurch eine Beobachtung ausgeführt werden kann, ohne die Probe mit der Membran zu berühren. Mit anderen Worten kann, wie in Beispiel 2 detailliert beschrieben wurde, die Schwelle verwendet werden, um davor zu warnen, dass das Risiko besteht, dass die Membran und die Probe in Kontakt miteinander gelangen.
In der vorstehenden Beschreibung wurde überdies ausgesagt, dass sowohl Bz als auch Dz beobachtet oder überwacht werden, es kann jedoch auch nur einer dieser Werte überwacht werden. Falls die Probe 6 beispielsweise vollkommen flach ist, wird die Helligkeit B hoch, es kann jedoch keine Änderung der Bildauflösung D beobachtet werden. In diesem Fall kann nur Bz beobachtet oder überwacht werden.
Zusätzlich hängt in einem Fall reflektierter geladener Teilchen, die durch elastische oder inelastische Streuung der von der Probe 6 zur Seite der Membran 10 zurückkehrenden sekundären geladenen Teilchen reflektiert und zurückgeführt werden, die vom Detektor 3 detektierte Signalstärke vom Atomgewicht der Probe 6 ab. Falls der Sockel 9 in der Peripherie der Membran 10 beispielsweise aus Silicium besteht und die Probe 6 aus Gold oder dergleichen besteht, ist, weil das Atomgewicht der Probe 6 größer als Jenes des Sockels 9 ist, wie in den 7(a) bis 7(c) dargestellt ist, wenn der Abstand zwischen der Membran 10 und der Probe 6 gering ist, die Signalstärke eines Signals 6c der Probe 6 größer als die Signalstärke vom Element oder vom die Membran haltenden Sockel 9. Demgemäß muss die Schwelle Bz oder ΔB abhängig von dem zu betrachtenden Material berücksichtigt werden. Falls umgekehrt das Material bekannt ist, das betrachtet werden soll, ist bekannt, dass die Helligkeit B in einem bestimmten Bereich liegt, falls der Abstand in einem bestimmten Bereich liegt. Weil dies bekannt ist, wird, wie nachstehend in 10 dargestellt ist, in einem Zustand, in dem die Membran 10 nicht vorhanden ist, die Helligkeit des zu beobachtenden Materials vorab erfasst, und sie kann dann auch in Form von Daten registriert oder gespeichert werden.
Zusätzlich hängt es leicht von der Vorrichtungskonfiguration in der Art der Positionsbeziehung zwischen dem Material und dem Detektor ab, ob ein bestimmtes Material eine bestimmte Helligkeit erreicht. Demgemäß wird, wie in 3(a) dargestellt ist, in einem Zustand, in dem die Membran 10 in der Vorrichtungskonfiguration nicht vorhanden ist, der Abstand zwischen dem Material und dem Detektor konstant gemacht, und es kann dann die Helligkeitsdifferenz in Abhängigkeit vom Material erfasst werden, indem verschiedene Materialien in die Vorrichtung gegeben werden.
<Prozedurbeschreibung>
Vorstehend wurde das Prinzip beschrieben, bei dem der Abstand zwischen der Membran und der Probe verkürzt wird, bis für die Bestrahlungsenergie E1 eine bestimmte Schwelle erreicht wird (Signalhelligkeit: Bz und Bildauflösung Dz) und der Abstand zwischen der Membran und der Probe dann durch Beobachten des Bilds für die Bestrahlungsenergie E2 eingestellt werden kann. Nachstehend wird mit Bezug auf 8 eine Prozedur beschrieben, bei der die Bilderfassung durch Steuern der Bestrahlungsenergie E und des Abstands Z zwischen der Membran 10 und der Probe 6 vorgenommen wird. Zunächst wird in Schritt 300 die zu beobachtende Probe auf einer Probenplattform oder auf dem Probentisch 5 angeordnet. Als nächstes wird in Schritt 301 die Probe 6 unter der Membran 10 angeordnet. Als nächstes, wird die Bestrahlungsenergie E1 des Strahls primärer geladener Teilchen festgelegt (Schritt 302), und es wird dann das Mikroskopbild ausgegeben, indem mit der Bestrahlung begonnen wird (Schritt 303). Die gewünschte Bildhelligkeit und der gewünschte Brennpunkt werden im Abschnitt der Membran 10 oder in einem Randabschnitt davon festgelegt (Schritt 304). Schließlich kann auf die Kanten X1 und X2 des in die Membran 10 aufgenommenen Sockels 9 fokussiert werden, weil sich die Probe 6 in der Nähe der Membran 10 befindet. Wie vorstehend beschrieben wurde, gelangt die Probe 6 in die Nähe der Membran 10, und falls die Probe 6 bis in eine Brennpunkttiefe gelangt, wird der Brennpunkt automatisch an die Probe 6 angepasst. Als nächstes wird in Schritt 305 die Schwelle (Signalhelligkeit Bz und Bildauflösung Dz) festgelegt. Die gewünschte Bildhelligkeit und die Schwelle der Bildauflösung können vom Benutzer der Vorrichtung gespeichert werden oder wie nachstehend beschrieben an einem Computer festgelegt werden. Wenn sie am Computer festgelegt werden, können die gewünschte Bildhelligkeit und die Schwelle der Bildauflösung durch den Steuerabschnitt automatisch festgelegt werden. Die Schwelle ist ein vorgegebener Wert Bz der Bildhelligkeit oder eine der Bildauflösung Dz entsprechende Signaländerung. Als nächstes werden die Membran 10 und die Probe 6 einander durch Bewegen des Probentisches 5 angenähert (Schritt 306). Als nächstes wird im erfassten Bild oder Profil überwacht, ob die Helligkeit der Probe über die Membran 10 oder die Bildauflösung die Schwelle erreicht. Der Vorgang kann vom Benutzer visuell ausgeführt werden oder wie nachstehend beschrieben automatisch durch den Computer überwacht werden. Falls die Schwelle nicht erreicht wird, wird die Annäherung der Membran 10 und der Probe 6 fortgesetzt. Falls die Schwelle erreicht wird, wird detektiert oder erkannt, ob der Abstand zwischen der Membran und der Probe kleiner oder gleich einem vorgegebenen Abstand ist, und die Annäherung zwischen der Membran 10 und der Probe 6 wird unterbrochen (Schritt 308). Wenn die Bestimmung, ob die Schwelle erreicht wird, automatisch ausgeführt wird, wird eine Nachricht auf einer Bildschirmdarstellung des Computers 35 angezeigt, die angibt, dass die Schwelle erreicht wird, wobei der Benutzer die Nachricht leicht erfassen kann. Als nächstes wird die Bestrahlungsenergie auf E2 gesetzt, während der Abstand zwischen der Membran 10 und der Probe 6 beibehalten wird (Schritt 309). Schließlich wird das Bild anhand des von der Probe erhaltenen Detektionssignals erfasst, indem der Strahl primärer geladener Teilchen mit der Bestrahlungsenergie E2 angewendet wird, und die Beobachtung wird ausgeführt (Schritt 310). Wie zuvor wird ein Verfahren beschrieben, bei dem die Membran 10 und die Probe 6 einander angenähert werden, während die Bestrahlungsenergie E1 konstant gehalten wird und die Beobachtung bei der Bestrahlungsenergie E2 ausgeführt wird. Wie in Prozess 311 in der Ansicht dargestellt ist, kann nach der Beobachtung bei der Bestrahlungsenergie E2 wieder zum Prozess 302 zurückgekehrt werden, bei dem mit der Bestrahlungsenergie E1 beobachtet wird. Falls das Bild nur durch die Bestrahlungsenergie E1 erfolgreich erfasst wird, kann die Bilderfassung für die Beobachtung zusätzlich unverändert nach Schritt 308 ausgeführt werden.
Beim Beispiel kann das Verfahren zur Annäherung zwischen der Membran und der Probe durch Erfassen der Positionsbeziehung zwischen der Membran und der Probe, wobei die Bestrahlungsenergie geändert wird, unabhängig von der Form der Membran, der Form des die Membran tragenden Sockels und dergleichen ausgeführt werden.
Vorstehend wurde beschrieben, wie der Abstand Z durch Ändern der Bestrahlungsenergie E festgestellt werden kann. Nachstehend wird ein Verfahren beschrieben, bei dem der Abstand Z festgestellt wird, indem das durch Bestrahlung mit dem Strahl geladener Teilchen erhaltene Bild oder die Helligkeitsprofilinformationen des Bilds verwendet werden. Eine Vorrichtungskonfiguration ähnelt der Konfiguration aus 1. Bei der Vorrichtung, die beim Verfahren verwendet wird, ist die Membran jedoch auf der Probenseite des die sekundären geladenen Teilchen detektierenden Detektors bereitgestellt. Zusätzlich wird die Membran vom Sockel gehalten, der aus einem Material besteht, wodurch der Strahl geladener Teilchen abgeschirmt, reflektiert oder gestreut wird, und der Rand der Membran ist vom Sockel umgeben. Nachstehend bezeichnet die „Kante der Membran“ den Grenzabschnitt zwischen der Membran und dem Sockel oder einen in der Nähe davon liegenden Bereich. Beim Verfahren wird der Abstand zwischen der Membran und der Probe unter Verwendung eines Phänomens erkannt, das darin besteht, dass sich die Helligkeit des Bilds abhängig vom Abstand X1 - X2 der Membran 10, von der Größe des Detektors oder von einer Positionsbeziehung davon ändert. Bildinformationen werden detailliert mit Bezug auf 9 beschrieben. Wie in 9(a1) dargestellt ist, ist der Detektor 3 ein ringförmiger Detektor 600, welcher unterhalb der optischen Säule 2 für geladene Teilchen bereitgestellt ist. Der ringförmige Detektor bezeichnet einen Detektor, bei dem ein Loch 601 zwischen einer Detektionsfläche 501 und einer Detektionsfläche 502 in der Ansicht bereitgestellt ist, wodurch der Strahl primärer geladener Teilchen auf einer optischen Achse hindurchtritt.
Zur Vereinfachung der Beschreibung ist die Probe 6 hier flach und besteht aus demselben Material. In 9(a1) sind eine Positionsbeziehung zwischen dem Sockel 9 und der Membran 10 und Formen davon dargestellt. Nachdem ein Strahl 602 primärer geladener Teilchen durch die Membran 10 hindurchgetreten ist und dann auf die Probe angewendet wird, werden die sekundären geladenen Teilchen von der Probe emittiert. Von direkt unterhalb der Kante X1 der Membran oder in der Nähe davon in Richtung der Detektionsfläche 501 auf der rechten Seite in der Ansicht emittierte sekundäre geladene Teilchen 603 erreichen die Detektionsfläche 501 auf der rechten Seite in der Ansicht des ringförmigen Detektors, falls der Sockel 9 vorhanden ist, werden in Richtung der Detektionsfläche 502 auf der linken Seite in der Ansicht emittierte sekundäre geladene Teilchen 604 jedoch durch den Sockel 9 abgeschirmt und erreichen die Detektionsfläche 502 auf der linken Seite in der Ansicht nicht. Ähnlich erreichen die von direkt unterhalb der Kante X2 der Membran oder in der Nähe davon emittierten sekundären geladenen Teilchen die Detektionsfläche 502 auf der linken Seite des ringförmigen Detektors 600 in der Ansicht, falls der Sockel 9 vorhanden ist, erreichen die sekundären geladenen Teilchen die Detektionsfläche 501 auf der rechten Seite in der Ansicht jedoch nicht. Andererseits werden sekundäre geladene Teilchen 606, die infolge eines Strahls 605 primärer geladener Teilchen emittiert werden, der auf die Umgebung eines Zwischenbereichs von X1 - X2 angewendet wird, abhängig vom Abstand zwischen der Probe 6 und der Membran 10 entweder auf der Detektionsfläche 501 auf der rechten Seite oder der Detektionsfläche 502 auf der linken Seite in der Ansicht detektiert. Ein sich ergebendes erhaltenes Bild ist in 9(a2) dargestellt. In 9(a2) sind ein oberer Flächenabschnitt 9' des die Membran 10 haltenden Sockels 9 und der Membranabschnitt 10 dargestellt. Zusätzlich ist in 9(a3) ein Linienprofil auf der A-Linie von 9(a2) dargestellt. Das heißt, dass ein Detektionssignal auf einer Seite in der Nähe der Kante (Abschnitt, der an den Sockel 9 angrenzt) der Membran 10 kleiner ist als ein Signal aus der Mitte davon und dass Pixel des Bilds, die der Umgebung der Kante der Membran 10 entsprechen, dunkler sind als im Mittelteil der Membran. Wenn das Linienprofil betrachtet wird, ergibt sich, dass der Signaldetektionsbetrag innerhalb eines Bereichs bestimmter Abstände von der Kante X1 der Membran 10 kleiner ist als im Mittelteil der Membran. Ein Gebiet, in dem der Signaldetektionsbetrag verringert ist, ist durch einen Signalabschwächungsabstand L definiert. Der Signalabschwächungsabstand L kann beispielsweise durch einen Abstand zwischen einem Pixel, wo die Helligkeit kleiner oder gleich einem vorgegebenen Verhältnis in Bezug auf den Mittelteil der Membran ist (mit anderen Worten den Mittelteil des Bilds), und einem der Kante der Membran entsprechenden Pixel bestimmt werden. Nach einer anderen Definition kann dies der Abstand zwischen einer Kante der Membran und einem Abschnitt mit einem vorgegebenen Helligkeitswert oder einem Helligkeitswert, der kleiner oder gleich dem vorgegebenen Helligkeitswert ist, sein. Hier ist der Signalabschwächungsabstand L nur durch eine geometrische Beziehung bestimmt. Beispielsweise ist nur der Abstand Z zwischen der Probe 6 und der Membran 10 unter Bedingungen änderbar, bei denen die Größe des Detektors 600, der Membran 10 und des Sockels 9, eine Positionsbeziehung zwischen diesen und die Dicke und der Öffnungswinkel der oberen Fläche und der unteren Fläche des Sockels 9 konstant sind. Demgemäß ist der Signalabschwächungsabstand L nur eine Funktion des Abstands Z. Das heißt, dass der Abstand Z gefunden wird, wenn der Signalabschwächungsabstand L gemessen wird. Selbst wenn überdies der Helligkeitswert eines Abschnitts mit einem vorgegebenen Abstand von der Kante der Membran an Stelle des Signalabschwächungsabstands L als Parameter verwendet wird, kann der Abstand zwischen der Membran und der Probe ähnlich wie bei einem nachstehend beschriebenen Verfahren überwacht werden. Aus Gründen der Einfachheit wird nachstehend ein Beispiel für den Signalabschwächungsabstand L beschrieben.
Wie in 9(b1) dargestellt ist, werden, falls der Abstand Z zwischen der Membran 10 und der Probe 6 auf Z4 (> Z3) verkürzt wird, verglichen mit dem Fall aus 9(a1) auch die sekundären geladenen Teilchen 604, die aus der Umgebung der Kante X1 in Richtung der Detektionsfläche 502 auf der linken Seite in der Ansicht emittiert werden, detektiert. Demgemäß ist der Signalabschwächungsabstand L nahe bei 0.
Zusammenfassend wird, wenn die Anzahl der direkt unterhalb der Kanten X1 und X2 der Membran oder in der Nähe davon erzeugten sekundären geladenen Teilchen und insbesondere der anhand des Linienprofils erhaltene Signalabschwächungsabstand L detektiert wird, der Abstand zwischen der Membran 10 und der Probe 6 bestimmt. Wie vorstehend beschrieben wurde, kann der Abstand Z zwischen der Probe 6 und der Membran 10 überwacht werden, indem der Signalabschwächungsabstand L als Parameter beobachtet, gemessen oder überwacht wird. Weil insbesondere die Verteilung des Strahls geladener Teilchen, die durch Anwenden des Strahls geladener Teilchen auf die Probe oder durch Reflektieren dieses Strahls von der Probe erhalten wird, einer Kosinusverteilung entspricht, ist die Anzahl der emittierten reflektierten geladenen Teilchen in 45°-Richtung am größten. Falls der Detektor 600 beispielsweise groß genug ist und das Loch 601 ignoriert wird, durch welches der Strahl primärer geladener Teilchen hindurchtritt, ist das Bild viel dunkler, wenn der Winkel zwischen dem eingestrahlten Strahl 605 primärer geladener Teilchen, der Einstrahlungsposition des Strahls geladener Teilchen und den Kanten X1 und X2 der Membran kleiner oder gleich 45° ist. Falls umgekehrt der vorstehend beschriebene Winkel größer oder gleich 45° ist, ist das Bild heller und durch die geometrische Beziehung bestimmt. Demgemäß ist eine Beziehung zwischen dem Abstand der Vorrichtung - dem spezifischen Signalabschwächungsabstand L und der Membran - der Probe für die Fläche der Membran 10, die Größe und die Form des Sockels 9, die Größe des Detektors 600, die Größen und die Positionen der Detektionsflächen 501 und 502 und vergleichbare Werte der Vorrichtung konstant. Auf diese Weise kann der Abstand Z anhand des Bilds geschätzt werden.
Umgekehrt kann durch Überwachen des Signalabschwächungsabstands bestätigt werden, dass die Probe 6 nicht in Kontakt mit der Membran 10 gelangt, weil der Abstand zwischen der Membran 10 und der Probe 6 wenigstens ein bestimmter Wert ist. Auf diese Weise kann die Beobachtung ausgeführt werden, ohne die Probe in Kontakt mit der Membran zu bringen.
Zusätzlich hängt, wie vorstehend beschrieben wurde, die Anzahl der sekundären geladenen Teilchen vom Atomgewicht der Probe 6 ab. Demgemäß muss eine Schwelle Lz, die erkannt oder überwacht werden soll, abhängig vom Material, das betrachtet werden soll, eingestellt werden. Das heißt, dass bei einem bekannten zu betrachtenden Material bekannt ist, dass die Helligkeit B in einem bestimmten Bereich liegt, wenn der Abstand in einem bestimmten Bereich liegt. Demgemäß kann die Schwelle Lz abhängig vom Material der Probe eingestellt werden. Die Einstellung der Schwelle Lz kann vom Benutzer durch den Eingabeabschnitt des Computers 35 ausgeführt werden oder durch eine Bedienung des Benutzers selbst gespeichert werden.
Zusätzlich hängt es leicht von der Vorrichtungskonfiguration in der Art der Positionsbeziehung mit dem Detektor ab, ob ein Material eine bestimmte Helligkeit annimmt. Dementsprechend werden, wie in 10 dargestellt ist, wenn die Membran 10 in der Vorrichtungskonfiguration nicht vorhanden ist, der Sockel 9 angeordnet, der Abstand zwischen dem Detektor 600 und der Probe 6 geändert und der Abstand Z zwischen dem Sockel 9 und der Probe 6 geändert, und es kann vorab gemessen werden, ob abhängig vom Abstand Z ein bestimmter Signalabschwächungsabstand L auftritt. Die Messergebnisse können als Funktionen oder Datenbanken des Signalabschwächungsabstands L in Bezug auf den Abstand Z für jedes Material im Speicherabschnitt des Computers 35 gespeichert werden, oder sie können vom Benutzer selbst gespeichert werden. Andererseits kann in einem Zustand, in dem der Abstand zwischen der Membran und der Probe bekannt ist, indem bewirkt wird, dass eine flache Probe mit einem Element zusammenstößt, nachdem das Element, dessen Dicke bekannt ist, zwischen der Probe und der Membran angeordnet wurde, ein Vorgang zum Erfassen des Signalabschwächungsabstands L durch Betrachten eines Bilds ausgeführt werden. In diesem Fall kann auch ein sehr genauer Absolutwert des Abstands Z gemessen werden, falls eine Beziehung zwischen der Dicke t des vorstehend beschriebenen Elements und dem Signalabschwächungsabstand L durch Ändern der Dicke t für mehrere Fälle im Computer 35 als Tabelle gespeichert wird.
Eine Prozedur zum Ausführen der Bilderfassung durch Steuern des Abstands Z zwischen der Membran 10 und der Probe 6 unter Verwendung von Informationen über den Signalabschwächungsabstand L wird mit Bezug auf 11 beschrieben. Überdies kann bei dem Prozess die Bestrahlungsenergie veränderlich oder konstant sein. Bei einem Anfangsschritt wird die zu beobachtende Probe auf der Probenplattform oder auf dem Probentisch 5 angeordnet (Schritt 800). Im nächsten Schritt wird die Probe 6 unter der Membran 10 angeordnet (Schritt 801). Als nächstes wird nach dem Festlegen der Beschleunigungsspannung (Schritt 802) das Mikroskopbild durch Einleiten der Bestrahlung erfasst (Schritt 803). Eine gewünschte Bildhelligkeit und ein Brennpunkt werden im Abschnitt der Membran 10 oder einem Randabschnitt davon festgelegt (Schritt 804). Schließlich kann, weil die Probe 6 der Umgebung der Membran 10 näher ist, ein Brennpunkt für die Kanten X1 und X2 des Sockels 9, einschließlich der Membran 10, in Schritt 804 bereitgestellt werden. Demgemäß liegt die Probe 6 in der Nähe der Umgebung der Membran 10, und falls die Probe 6 in die Brennpunkttiefe eintritt, wird der Brennpunkt automatisch an die Probe 6 angepasst. Im nächsten Schritt wird die Schwelle des Signalabschwächungsabstands L festgelegt (Schritt 805). Eine gewünschte Bildhelligkeit und die Schwelle der Bildauflösung können vom Benutzer der Vorrichtung gespeichert werden oder wie nachstehend beschrieben wird auf einem Computer festgelegt werden und dann automatisch eingestellt werden. Die Schwelle ist der Signalabschwächungsabstand L. Als nächstes werden die Membran 10 und die Probe 6 durch Betätigen des Probentisches 5 einander angenähert (Schritt 806). Der Signalabschwächungsabstand L wird während der Annäherung der Membran und der Probe über der Membran 10 überwacht, und es wird festgestellt, ob die Parameter die Schwellen erreichen (Schritt 807). Die Operation kann vom Benutzer ausgeführt werden oder automatisch am Computer überwacht werden, wie nachstehend beschrieben wird. Falls der Parameter die Schwelle nicht erreicht, wird die Annäherung zwischen der Membran 10 und der Probe 6 fortgesetzt. Falls der Parameter die Schwelle oder einen kleineren Wert als die Schwelle erreicht, wird die Annäherung zwischen der Membran 10 und der Probe 6 unterbrochen. Falls auf dem Bildschirm 33 eine Nachricht angezeigt wird, dass der Parameter die Schwelle erreicht, kann der Benutzer die Nachricht leicht erkennen. Beispielsweise wird eine vorgegebene Schwelle festgelegt, und es kann ein Prozess ausgeführt werden, bei dem der Benutzer gewarnt wird oder die Bewegung des Probentisches begrenzt wird, falls der Signalabschwächungsabstand L kleiner als die Schwelle ist. Das Festlegen der Schwelle und das Anzeigen der Warnung werden vom Computer 35 ausgeführt. Schließlich wird die Beobachtung vorgenommen (Schritt 810). Wie in Schritt 811 in der Ansicht dargestellt, wird die Schwelle jedoch erneut festgelegt und kann zu Schritt 805 zurückgekehrt werden, falls der Abstand zwischen der Probe und der Membran nicht erfüllt ist.
Beim Verfahren aus dem Beispiel, bei dem der Abstand zwischen der Membran und der Probe verringert wird, indem die Positionsbeziehung zwischen der Membran und der Probe anhand der Helligkeitsdifferenz in Abhängigkeit von der Membranposition erfasst wird, braucht die Bestrahlungsenergie nicht geändert zu werden und können die Probe und die Membran einander bei der gleichen Bestrahlungsenergie und bei der gleichen Beobachtung angenähert werden, was im Gegensatz zum vorstehend beschriebenen Verfahren steht. Daher kann die Beobachtung mit einem sehr hohen Durchsatz ausgeführt werden.
Vorstehend wurde das Verfahren zum Erfassen der Positionsbeziehung zwischen der Membran und der Probe beschrieben. Hierbei kann der Abstand zwischen der Membran und der Probe durch das Bild erfasst werden, das unter Verwendung der mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitenden Vorrichtung erhalten wird. Demgemäß ist es durch das Verfahren aus dem Beispiel möglich, das Risiko einer Beschädigung der Membran durch eine Berührung zwischen der Membran und der Probe zu verringern. Insbesondere ist es selbst dann, wenn es Unregelmäßigkeiten in der Probe gibt, weil der Abschnitt direkt unterhalb der Membran und die Membran tatsächlich überwacht werden können, möglich, das Risiko zu verringern, dass die Probe aus Versehen in die Membran stößt, indem das Intervall an einer falschen Stelle gemessen wird. Zusätzlich ist es durch das Verfahren aus dem Beispiel möglich, den Abstand zwischen der Probe und der Membran durch quantitative Parameter in der Art der Helligkeit und der Auflösung des Bilds und des Signalabschwächungsabstands zu erhalten. Demgemäß wird der Abstand zwischen der Probe und der Membran so eingestellt, dass diese Parameter den gleichen Wert annehmen, wodurch der Abstand zwischen der Probe und der Membran jedes Mal gleich sein kann. Zusätzlich kann zum Erfassen des Abstands zwischen der Membran und der Probe eine zweckgebundene Kamera oder dergleichen montiert werden, gemäß dem Beispiel kann die Positionsbeziehung zwischen der Membran und der Probe jedoch erfasst werden, indem nur das Detektionsprinzip des mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitenden Mikroskops verwendet wird, ohne andere Komponenten in der Art einer Kamera zu montieren. Demgemäß kann die Positionsbeziehung zwischen der Membran und der Probe kostengünstig erfasst werden.
Falls die Probe aus einem weichen Material in der Art einer weichen biologischen Probe besteht, kann die Beobachtung überdies ausgeführt werden, nachdem die Probe in Kontakt mit der Membran gelangt ist. Es besteht die Sorge, dass die Membran beschädigt wird, wenn die Probe heftig gegen die Membran stößt, selbst wenn die Probe sehr weich ist. Nachdem die Annäherung zwischen der Probe und der Membran unter Verwendung des Verfahrens gemäß dem vorstehend beschriebenen Beispiel erkannt wurde, kann die Probe jedoch langsam in Kontakt mit der Membran gebracht werden. Selbst wenn die Beobachtung ausgeführt wird, indem die Probe und die Membran in Kontakt gebracht werden, ist es demgemäß nützlich, die Positionsbeziehung zwischen der Probe und der Membran in dem Beispiel zu erfassen.
Beispiel 2
Beim Beispiel wird eine Vorrichtung beschrieben, bei der der Vorgang automatisch ausgeführt wird, wobei die im Beispiel 1 beschriebene Schwelle überwacht wird und der Abstand zwischen der Membran 10 und der Probe 6 gering ist. Insbesondere werden beim in 8 dargestellten Ablauf die Schritte 306, 307 und 308 automatisch ausgeführt. Andernfalls werden die Schritte 806 und 807 aus 11 automatisch ausgeführt. Nachstehend wird auf eine Beschreibung der gleichen Abschnitte wie aus Beispiel 1 verzichtet.
12 zeigt eine Vorrichtungskonfigurationsansicht. Ein Steuerabschnitt 60 führt eine Erkennung und eine Identifikation eines Detektionssignals und die Steuerung des Probentisches 5 aus. Der Steuerabschnitt 60 besteht aus einem Datenübertragungs- und - empfangsabschnitt 400, einem Datenspeicherabschnitt 401, einer externen Schnittstelle 402, einem Rechenabschnitt 403 und dergleichen. Der Datenübertragungs- und -empfangsabschnitt 400 empfängt das Detektionssignal und sendet ein Steuersignal zu einem Tisch 5. Der Datenspeicherabschnitt 401 ist in der Lage, ein Bildsignal und ein Linienprofilsignal zu speichern. Die externe Schnittstelle 402 ist mit einer Benutzerschnittstelle 34 in der Art eines Bildschirms 33, einer Tastatur und einer Maus und dergleichen verbunden. Der Rechenabschnitt 403 erkennt und identifiziert das Bildsignal und das Linienprofilsignal durch Ausführen einer Berechnung am Detektionssignal. Wie in Beispiel 1 und diesem Beispiel beschrieben, überwacht der Steuerabschnitt 60 den Abstand zwischen der Probe und der Membran auf der Grundlage des Signals vom Detektor 3 oder des anhand des Signals erzeugten Bilds. Insbesondere wird der Abstand zwischen der Probe und der Membran auf der Grundlage der Helligkeitsinformationen oder Auflösungsinformationen des Detektionssignals oder der Bildhelligkeit oder der Auflösung, die anhand des Detektionssignals erzeugt wurden, überwacht. Spezifische Verarbeitungsinhalte gleichen jenen aus der Beschreibung von Beispiel 1.
Der Steuerabschnitt 60 kann durch Hardware oder Software verwirklicht werden. Zusätzlich können Analogschaltungen und Digitalschaltungen gemischt werden. Das durch den Detektor 3 erfasste Detektionssignal wird durch einen Verstärker 154 verstärkt und in den Datenübertragungs- und -empfangsabschnitt 400 eingegeben. Der Datenübertragungs- und -empfangsabschnitt 400 kann einen AD-Wandler aufweisen, der ein Analogsignal in ein Digitalsignal umwandelt. Zusätzlich wird ein Tischsteuerungssignal vom Datenübertragungs- und -empfangsabschnitt 400 über einen Tischsteuerungsabschnitt 404 zum Probentisch 5 gesendet. Überdies können die Probe 6 und die Membran 10, wenngleich dies nicht dargestellt ist, durch einen Antriebsmechanismus angenähert werden, der die Membran 10 und das Membranhalteelement 155 in der Ansicht in der Aufwärts- und der Abwärtsrichtung antreibt, statt die Probe 6 und die Membran 10 durch Bewegen des Probentisches 5, auf dem die Probe 6 montiert ist, anzunähern.
Der durch den Bildschirm 33 und die Benutzerschnittstelle 34 festgelegte Schwellenwert wird über die externe Schnittstelle 402 im Datenspeicherabschnitt 401 gespeichert. Falls ein Annäherungsvorgang zwischen der Membran und der Probe eingeleitet wird, wird als nächstes das Steuersignal zum Probentisch 5 gesendet, und die Membran 10 und die Probe 6 werden einander angenähert. Ein Signal vom Detektor 3 wird über den Verstärker 154 und den Datenübertragungs- und - empfangsabschnitt 400 in den Rechenabschnitt 403 eingegeben und durch den Rechenabschnitt 403 mit im Datenspeicherabschnitt 401 gespeicherten Schwellendaten verglichen. Für die Rechenverarbeitung können, wie in Beispiel 1 beschrieben, die Helligkeit und die Signaländerung des Bildsignals als Parameter verwendet werden oder kann der Signalabschwächungsabstand L verwendet werden. Wenn die Schwelle nicht erreicht wird, wird die Annäherung zwischen der Membran 10 und der Probe 6 fortgesetzt. Wenn die Schwelle erreicht wird, wird die Annäherung der Probe unterbrochen. Die Schritte 306, 307 und 308 im in 8 dargestellten Ablauf können bei einer solchen Konfiguration automatisch ausgeführt werden. Andernfalls können die Schritte 806 und 807 aus 11 automatisch ausgeführt werden.
13 zeigt ein Beispiel einer Bedienungsbildschirmdarstellung. Hier wird in Bezug auf die Parameter und die Schwellen für das Messen des Abstands zwischen der Membran und der Probe ein Beispiel einer Überwachung der Signalhelligkeit B und der Bildauflösung D beschrieben.
Eine Bedienungsbildschirmdarstellung 700 umfasst einen Bedingungsfestlegungsabschnitt 701, einen Bildanzeigeabschnitt 702, einen Linienprofil-Anzeigeabschnitt 703, einen Bildeinstellabschnitt 704, einen Schwellenfestlegungsabschnitt 705 und dergleichen. Der Bedingungsfestlegungsabschnitt 701 umfasst einen Bestrahlungsenergie-E-Festlegungsabschnitt 706, eine Bestrahlungsstarttaste 707, eine Bestrahlungsunterbrechungstaste 708, eine Bildspeichertaste 709, eine Bildlesetaste 710 und dergleichen. Bildinformationen und die Linie A, welche eine im Linienprofil-Anzeigeabschnitt 703 angezeigte Linie ist, werden im Bildanzeigeabschnitt 702 angezeigt. Linienprofilinformationen, eine Helligkeitsschwelle Bz und eine Auflösungsschwelle Dz werden im Linienprofil-Anzeigeabschnitt 703 dargestellt. Der Schwellenfestlegungsabschnitt 705 umfasst einen Helligkeitsschwellen-Bz-Festlegungsabschnitt 711, einen Auflösungsschwellen-Dz-Festlegungsabschnitt 712, eine Automatische-Annäherung-Start-Taste 713, eine Automatische-Annäherung-Stopp-Taste 714 und dergleichen. Der Bildeinstellabschnitt 704 umfasst einen Brennpunkt-Einstellabschnitt 715, einen Helligkeitseinstellabschnitt 716, einen Kontrasteinstellabschnitt 717 und dergleichen. Der Bestrahlungsenergie-E-Festlegungsabschnitt 706 kann eine Schalttaste oder dergleichen aufweisen, um einfach zwischen der ersten Bestrahlungsenergie E1 und der zweiten Bestrahlungsenergie E2 umzuschalten. Die Linie A im Bildanzeigeabschnitt 702 kann durch eine Betätigung einer Maus, eines Zeigers und dergleichen verschoben werden. Falls die Linie A auf der Bildschirmdarstellung verschoben wird, werden auch Informationen des Linienprofil-Anzeigeabschnitts 703 abhängig von der Position der Linie A aktualisiert. Die Schwelle Bz und die Auflösungsschwelle Dz sind auf dem Linienprofil-Anzeigeabschnitt 703 durch gepunktete Linien angegeben, die gepunkteten Linien werden jedoch durch Betätigung der Maus, des Zeigers oder dergleichen verschoben, und es kann dann auch die Schwelle festgelegt werden. In diesem Fall sind der Helligkeitsschwellen-Bz-Festlegungsabschnitt 711 und der Auflösungsschwellen-Dz-Festlegungsabschnitt 712 im Schwellenfestlegungsabschnitt 705 nicht vorhanden, und die Figuren können in Zusammenhang damit aktualisiert werden. Wenn das Bild betrachtet wird, werden, wenn der Brennpunkt-Einstellabschnitt 715, der Helligkeitseinstellabschnitt 716 und der Kontrasteinstellabschnitt 717 des Bildeinstellabschnitts 704 verschoben werden, die Bildinformationen aktualisiert und die Linienprofilinformationen auch in Zusammenhang damit aktualisiert.
Zusätzlich können die Linienprofile überlappend im Bildanzeigeabschnitt 702 angezeigt werden. Weil in diesem Fall der Linienprofil-Anzeigeabschnitt 703 fortgelassen werden kann, kann der Bildanzeigeabschnitt 702 auf der Bildschirmdarstellung 33 groß dargestellt werden.
In Schritt 302 von 8 wird die Bestrahlungsenergie des Strahls primärer geladener Teilchen unter Verwendung des Bestrahlungsenergie-E-Festlegungsabschnitts 706 auf die erste Bestrahlungsenergie E1 gesetzt. Beim Prozess 303 wird die Beobachtung unter Verwendung der Bestrahlungsstartaste 707 eingeleitet. Ein gewünschtes Bild wird durch die Verwendung des Brennpunkt-Einstellabschnitts 715, des Helligkeitseinstellabschnitts 716 und des Kontrasteinstellabschnitts 717 des Bildeinstellabschnitts 704 erhalten. Wie vorstehend beschrieben wurde, kann der Brennpunkt bei X1 oder X2, d.h. an der Kante des die Membran 10 aufweisenden Sockels 9 bereitgestellt werden, indem veranlasst wird, dass sich die Probe 6 in die Nähe der Membran 10 bewegt. Als nächstes wird die Schwelle des Parameters, der vom Detektionssignal oder vom durch das Detektionssignal erzeugten Bild erhalten wird, durch den Helligkeitsschwellen-Bz-Festlegungsabschnitt 711 und den Auflösungsschwellen-Dz-Festlegungsabschnitt 712 festgelegt. Danach nähert sich die Probe 6 der Membran 10 bis zur festgelegten Schwelle, indem die Automatische-Annäherung-Start-Taste 713 gedrückt wird. Der Steuerabschnitt 60 überwacht, ob der Wert des Parameters in der Art der Helligkeit oder der Bildauflösung während der Bewegung der Probe 6 die Schwelle erreicht. Falls der Wert des Parameters die Schwelle nicht erreicht, wird der Abstandseinstellmechanismus angetrieben und wird die Annäherung zwischen der Membran 10 und der Probe 6 fortgesetzt. Falls der Wert des Parameters die Schwelle während der automatischen Annäherung erreicht, wird die Annäherung der Probe unterbrochen. Falls der Benutzer die Annäherung zwischen der Membran 10 und der Probe 6 während der automatischen Annäherung zwangsweise unterbricht, kann die Annäherung durch Drücken der Automatische-Annäherung-Stopp-Taste 714 unterbrochen werden. Ein Nachrichten- oder Tochterfenster, welches angibt, dass die Schwelle erreicht wird, kann auf dem Bildschirm 33 angezeigt werden. Wenn die Schwelle durch manuelles Betätigen des Probentisches 5 erreicht wird, ohne die Automatische-Annäherung-Stopp-Taste 714 zu drücken, kann der Benutzer beispielsweise erkennen, dass die Schwelle erreicht wird, indem auf dem Bildschirm 33 angezeigt wird, dass die Schwelle erreicht wird. Danach wird die Bestrahlungsenergie E1 unter Verwendung des Bestrahlungsenergie-E-Festlegungsabschnitts 706 zur gewünschten zweiten Bestrahlungsenergie E2 geändert, und die Beobachtung mit hoher Auflösung wird dann durch Anwenden des Strahls primärer geladener Teilchen mit der Bestrahlungsenergie E2 ausgeführt.
Überdies kann selbst in einem Fall, in dem der vorstehend beschriebene Signalabschwächungsabstand L Verwendet wird, dieser durch die gleiche Bedienungsbildschirmdarstellung festgelegt werden. Der Signalabschwächungsabstand kann an Stelle der Helligkeit und der Bildauflösung verwendet werden, oder der Signalabschwächungsabstand L kann in Kombination damit gleichzeitig überwacht werden. In diesem Fall kann die Auflösungsschwelle Dz des Schwellenfestlegungsabschnitts ersetzt werden und kann eine andere Schwellenfestlegungseinheit getrennt präpariert werden. Zusätzlich kann ein Festlegungsfeld für den Signalabschwächungsabstand L im Schwellenfestlegungsabschnitt 705 angezeigt werden. In diesem Fall wird eine gepunktete Linie, welche den Signalabschwächungsabstand L angibt, auf dem Linienprofil-Anzeigeabschnitt 703 angezeigt.
Wie bei diesem oder anderen Beispielen beschrieben, ist es auch wahrscheinlich, dass die mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitende Vorrichtung zur Beobachtung der Probe beim Atmosphärendruck von einem Neuling verwendet wird, der mit der Verwendung der mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitenden Vorrichtung nicht vertraut ist. Es ist nicht immer einfach, die Probe an einer Position anzuordnen, an der ein optimales Bild erhalten werden kann, gemäß dem Beispiel kann der Abstand zwischen der Probe und der Membran jedoch automatisch oder halbautomatisch eingestellt werden. Demgemäß kann erreicht werden, dass die Probenposition einfach und genau eingestellt werden kann, ohne die Membran oder die Probe zu beschädigen.
Vorstehend wurden in dem Beispiel die Vorrichtung zum automatischen Annähern der Membran und der Probe und das entsprechende Verfahren beschrieben, jede Steuerkonfiguration, der Verdrahtungsweg und die Bedienungsbildschirmdarstellung können jedoch in anderen Abschnitten als den vorstehend beschriebenen angeordnet werden, welche zur Kategorie des SEM und der mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitenden Vorrichtung aus dem Beispiel gehören, solange die im Beispiel vorgesehenen Funktionen erfüllt werden.
Beispiel 3
Nachstehend werden Vorrichtungskonfigurationen einer allgemeinen mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitenden Vorrichtung, die eine Probe bequem in der Luft beobachten kann, beschrieben. 14 zeigt eine Gesamtkonfigurationsansicht eines mit geladenen Teilchen arbeitenden Mikroskops gemäß dem Beispiel. Ähnlich Beispiel 1 besteht auch das mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitende Mikroskop aus dem Beispiel aus einer optischen Säule 2 für geladene Teilchen, einem Gehäuse (einer Vakuumkammer) 7, welches die optische Säule für geladene Teilchen auf einer Vorrichtungsbereitstellungsfläche trägt, einem Probentisch 5 und dergleichen. Weil die Arbeitsweise und die Funktion jedes Elements oder zu jedem Element hinzugefügter zusätzlicher Elemente im Wesentlichen jenen aus Beispiel 1 gleichen, wird auf ihre detaillierte Beschreibung verzichtet.
Die Konfiguration weist ein zweites Gehäuse (eine Anbringung) 121 auf, die durch Einführen in das Gehäuse 7 (nachstehend erstes Gehäuse) verwendet wird. Das zweite Gehäuse 121 besteht aus einem rechteckigen parallelepipedförmigen Hauptabschnitt 131 und einem passenden Abschnitt 132. Wie nachstehend beschrieben wird, ist wenigstens eine Seitenfläche der rechteckigen parallelepipedförmigen Seitenflächen des Hauptabschnitts 131 eine offene Fläche 15. Andere Flächen von den rechteckigen parallelepipedförmigen . Seitenflächen des Hauptabschnitts 131 als die Fläche, in der ein Membranhalteelement 155 bereitgestellt ist, können aus Wänden des zweiten Gehäuses 121 oder Seitenwänden des ersten Gehäuses 7 gebildet sein, wenn das zweite Gehäuse 121 ohne die Wände des zweiten Gehäuses 121 selbst in das erste Gehäuse 7 aufgenommen ist. Das zweite Gehäuse 121 ist an einer Innenwandfläche oder der Seitenfläche des ersten Gehäuses 7 oder der optischen Säule für geladene Teilchen befestigt. Der Hauptabschnitt 131 hat die Funktion, die Probe 6 aufzunehmen, die ein Beobachtungsobjekt ist und durch den Öffnungsabschnitt in das Innere des ersten Gehäuses 7 eingeführt wird. Der passende Abschnitt 132 bildet eine Passfläche mit einer Außenwandfläche auf der Seitenflächenseite, wo der Öffnungsabschnitt des ersten Gehäuses 7 bereitgestellt ist, und er wird über ein Vakuumdichtungselement 126 an der Außenwandfläche auf der Seitenflächenseite befestigt. Demgemäß wird das gesamte zweite Gehäuse 121 in das erste Gehäuse 7 eingepasst. Es ist sehr zweckmäßig, wenn der Öffnungsabschnitt unter Verwendung einer Öffnung zum Einbringen und Entnehmen der Probe hergestellt wird, welche ursprünglich in einer Vakuumprobenkammer des mit geladenen Teilchen arbeitenden Mikroskops bereitgestellt ist. Das heißt, dass, falls das zweite Gehäuse 121 entsprechend der Größe eines Lochs hergestellt wird, das ursprünglich geöffnet wurde, und das Vakuumdichtungselement 126 am Rand des Lochs montiert wird, nur ein sehr geringes Umbilden der Vorrichtung erforderlich ist. Zusätzlich kann auch das zweite Gehäuse 121 aus dem ersten Gehäuse 7 entfernt werden.
Die Seitenfläche des zweiten Gehäuses 121 ist die offene Fläche 15, die mit einer Fläche eines Luftraums mit einer Größe kommuniziert, wodurch zumindest die Probe in den Luftraum eingebracht und daraus entnommen werden kann. Die auf der Innenseite (rechte Seite von der gepunkteten Linie der Ansicht, nachstehend als zweiter Raum bezeichnet) des zweiten Gehäuses 121 aufgenommene Probe 6 befindet sich während der Beobachtung in einem Atmosphärendruckzustand. Überdies ist 14 eine Schnittansicht der Vorrichtung in horizontaler Richtung mit einer optischen Achse. Demgemäß ist nur eine offene Fläche 15 dargestellt, falls das zweite Gehäuse 121 jedoch in Tiefenrichtung und in der Verlaufsrichtung der Papierebene aus 14 durch die Seitenflächen des ersten Gehäuses vakuumgedichtet wird, ist die offene Fläche 15 des zweiten Gehäuses 121 nicht auf eine Fläche beschränkt. In einem Zustand, in dem das zweite Gehäuse 121 in das erste Gehäuse 7 aufgenommen ist, können eine oder mehrere Öffnungsflächen bereitgestellt werden. Andererseits ist eine Vakuumpumpe 4 an das erste Gehäuse 7 angeschlossen und kann der geschlossene Raum (nachstehend als erster Raum bezeichnet), der durch die Innenwandfläche des ersten Gehäuses 7, die Außenwandfläche des zweiten Gehäuses und eine Membran 10 gebildet ist, evakuiert werden. Beim Beispiel kann der zweite Raum in Bezug auf den Druck durch Anordnen der Membran abgetrennt werden, um den Druck des zweiten Raums größer zu halten als den Druck des ersten Raums. Das heißt, dass ein erster Raum 11 durch die Membran 10 bei einem Hochvakuum gehalten wird und ein zweiter Raum 12 beim Atmosphärendruck oder in einer Gasatmosphäre mit einem dem Atmosphärendruck im Wesentlichen gleichenden Druck gehalten wird. Auf diese Weise können die optische Säule 2 für geladene Teilchen und der Detektor 3 in einem Vakuumzustand gehalten werden und kann die Probe 6 beim Atmosphärendruck gehalten werden, während die Vorrichtung betrieben wird. Weil das zweite Gehäuse 121 die Öffnungsfläche aufweist, kann die Probe 6 überdies während der Beobachtung frei ausgetauscht werden. Das heißt, dass die Probe 6 in der Luft bewegt werden kann oder die Probe 6 aus der Vorrichtung entnommen oder in die Vorrichtung eingebracht werden kann, während sich der erste Raum 11 im Vakuumzustand befindet.
In einem Fall, in dem das gesamte zweite Gehäuse 121 in das erste Gehäuse 7 eingepasst ist, ist eine Membran 10 direkt unterhalb der optischen Säule 2 für geladene Teilchen auf der Seite der oberen Fläche des zweiten Gehäuses 121 bereitgestellt. Die Membran 10 kann den vom unteren Ende der optischen Säule 2 für geladene Teilchen emittierten Strahl primärer geladener Teilchen durchlassen, und der Strahl primärer geladener Teilchen erreicht die Probe 6 schließlich durch die Membran 10.
Der Probentisch 5 befindet sich innerhalb des zweiten Gehäuses 121. Die Probe 6 befindet sich auf dem Probentisch 5. Der Probentisch 5 wird verwendet, um die Membran 10 und die Probe 6 einander anzunähern. Der Probentisch kann manuell betätigt werden oder durch elektrische Kommunikation mit dem Äußeren der Vorrichtung betätigt werden, indem ein Antriebsmechanismus in der Art eines Elektromotors im Probentisch 5 bereitgestellt wird.
Wie vorstehend beschrieben wurde, kann die Probe unter Verwendung der mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitenden Vorrichtung, welche eine Abbildung unter Verwendung eines allgemeinen Vakuums ausführt, beim Atmosphärendruck oder in der Gasatmosphäre beobachtet werden, indem die Anbringung eingebracht wird, welche die Membran enthält. Weil die Anbringung beim Beispiel ein System ist, das von der Seitenfläche der Probenkammer einzuführen ist, kann sie leicht groß sein.
Auch ist es bei der Vorrichtungskonfiguration des Beispiels durch die Verwendung des in den Beispielen 1 und 2 beschriebenen Verfahrens möglich, zu erreichen, dass die Probenposition einfach und genau eingestellt werden kann, ohne die Membran oder die Probe zu beschädigen.
Beispiel 4
15 zeigt eine Gesamtkonfigurationsansicht eines mit geladenen Teilchen arbeitenden Mikroskops des Beispiels. Ähnlich Beispiel 3 besteht das mit geladenen Teilchen arbeitende Mikroskop des Beispiels auch aus einer optischen Säule 2 für geladene Teilchen, einem ersten Gehäuse (einer Vakuumkammer) 7, welches die optische Säule für geladene Teilchen auf einer Vorrichtungsmontageflächeträgt, einem zweiten Gehäuse (Anbringung) 121, welches in das erste Gehäuse 7 eingeführt wird, einem Steuersystem und dergleichen. Weil die Arbeitsvorgänge und Funktionen der jeweiligen Elemente oder zu jedem Element hinzugefügter zusätzlicher Elemente im Wesentlichen jenen aus den Beispielen 1 und 2 gleichen, wird auf ihre detaillierte Beschreibung verzichtet.
Beim mit geladenen Teilchen arbeitenden Mikroskop aus dem Beispiel kann eine Öffnungsfläche, die wenigstens eine Seitenfläche des zweiten Gehäuses 121 bildet, mit einem Deckelelement 122 bedeckt werden, um verschiedene Funktionen zu verwirklichen. Diese werden nachstehend beschrieben.
Das mit geladenen Teilchen arbeitende Mikroskop aus dem Beispiel umfasst einen Probentisch 5 als Einheit zum Bewegen eines Beobachtungsgesichtsfelds durch Ändern der Probenposition im Deckelelement 122. Der Probentisch 5 umfasst einen X-Y-Antriebsmechanismus in Richtung der Probenoberfläche und einen Z-Achsen-Antriebsmechanismus in Höhenrichtung. Eine Tragplatte 107, die aus einer den Probentisch 5 tragenden Bodenplatte gebildet ist, ist am Deckelelement 122 montiert. Der Probentisch 5 ist an der Tragplatte 107 befestigt. Die Tragplatte 107 ist so montiert, dass sie sich zu einer Fläche des Deckelelements 122 erstreckt, die dem zweiten Gehäuse 121 gegenübersteht, und zum Inneren des zweiten Gehäuses 121 erstreckt. Tragachsen erstrecken sich jeweils vom Z-Achsen-Antriebsmechanismus und vom X-Y-Antriebsmechanismus, und ein Betätigungsgriff 108 und ein Betätigungsgriff 109, die im Deckelelement 122 bereitgestellt sind, sind mit dem Z-Achsen-Antriebsmechanismus bzw. dem X-Y-Antriebsmechanismus verbunden. Der Benutzer der Vorrichtung stellt die Position der Probe 6 innerhalb des zweiten Gehäuses 121 durch Betätigen der Betätigungsgriffe 108 und 109 ein.
Das mit geladenen Teilchen arbeitende Mikroskop aus dem Beispiel weist eine Funktion zum Zuführen von Austauschgas in das zweite Gehäuse oder eine Funktion zur Bildung eines Luftdruckzustands, der von der Außenluft verschieden ist, welche sich außerhalb des ersten Raums 11 oder der Vorrichtung befindet, auf. Ein vom unteren Ende der optischen Säule 2 für geladene Teilchen emittierter Strahl geladener Teilchen durchläuft eine Membran 10 durch den ersten Raum, der bei einem Hochvakuum gehalten wird, und tritt in den zweiten Raum ein, der beim Atmosphärendruck oder einem Grobvakuum (gröber als der erste Raum) gehalten wird. Danach wird der Strahl geladener Teilchen auf die Probe 6 angewendet. Weil der Elektronenstrahl im Luftraum durch Gasmoleküle gestreut wird, ist die mittlere freie Weglänge gering. Das heißt, dass der Strahl primärer geladener Teilchen oder Sekundärelektronen, reflektierte Elektronen, Transmissionselektronen oder dergleichen, die durch die Anwendung des Strahls geladener Teilchen erzeugt werden, die Probe und den Detektor 3 nicht erreichen, wenn der Abstand zwischen der Membran 10 und der Probe 6 groß ist. Andererseits ist die Streuwahrscheinlichkeit des Strahls geladener Teilchen proportional zur Massenzahl und zur Dichte der Gasmoleküle. Falls der Inhalt des zweiten Raums demgemäß durch Gasmoleküle ersetzt wird, deren Massenzahl geringer ist als jene von Luft, oder leicht evakuiert wird, ist die Streuwahrscheinlichkeit des Elektronenstrahls geringer und erreicht der Strahl geladener Teilchen die Probe. Zusätzlich kann, wenn auch nicht im gesamten zweiten Raum, Luft zumindest im Durchgangsweg des Strahls geladener Teilchen im zweiten Raum, d.h. zwischen der Membran 10 und der Probe 6, durch Gas ersetzt werden oder abgesaugt werden.
Aus den vorstehend erwähnten Gründen ist beim mit geladenen Teilchen arbeitenden Mikroskop aus dem Beispiel im Deckelelement 122 ein Montageabschnitt (Gaseintrittsabschnitt) eines Gaszufuhrrohrs 100 bereitgestellt. Das Gaszufuhrrohr 100 ist durch einen Anschlussabschnitt 102 an einen Gaszylinder 103 angeschlossen, und das Austauschgas tritt dann in den zweiten Raum 12 ein. Ein Gasregelventil 101 ist in der Mitte des Gaszufuhrrohrs 100 angeordnet, und die Strömungsrate des durch das Rohr strömenden Austauschgases kann geregelt werden. Demgemäß erstreckt sich eine Signalleitung vom Gasregelventil 101 zu einem unteren Steuerabschnitt 37. Der Benutzer der Vorrichtung kann die Strömungsrate des Austauschgases auf einer Bedienungsbildschirmdarstellung steuern, die auf einem Bildschirm eines Computers 35 angezeigt wird. Zusätzlich kann das Gasregelventil 101 durch manuelle Betätigung geöffnet oder geschlossen werden.
Durch ein Austauschgas, das leichter als Luft ist, wie Stickstoff und Dampf, kann das Signal-Rausch-Verhältnis des Bilds verbessert werden, und diese Verbesserung wird weiter erhöht, falls Heliumgas oder Wasserstoffgas, deren Masse noch geringer ist, verwendet wird.
Weil das Austauschgas ein Gas eines leichten Elements ist, sammelt es sich wahrscheinlich in einem oberen Abschnitt des zweiten Raums 12 an, und es ist unwahrscheinlich, dass es auf der Unterseite ausgetauscht wird. Demgemäß ist eine mit dem Inneren und dem Äußeren des zweiten Raums kommunizierende Öffnung auf der Unterseite der Montageposition des Gaszufuhrrohrs 100 im Deckelelement 122 bereitgestellt. Beispielsweise ist die Öffnung in 15 an einer Montageposition eines Druckeinstellventils 104 bereitgestellt. Weil das Atmosphärengas aus der Öffnung auf der Unterseite ausgestoßen wird, indem dagegen durch das Gas eines leichten Elements gedrückt wird, das von einem Gaseintrittsabschnitt eintritt, kann das Gas im Inneren des zweiten Gehäuses 121 auf diese Weise wirksam ausgetauscht werden. Überdies kann die Öffnung auch als ein nachstehend beschriebener Grobabsaugport dienen.
Das Druckeinstellventil 104 kann an Stelle der vorstehend beschriebenen Öffnung bereitgestellt werden. Das Druckeinstellventil 104 hat eine Funktion, bei der ein Ventil automatisch geöffnet wird, wenn der Innendruck des zweiten Gehäuses 121 größer oder gleich 1 atm wird. Eine Atmosphärengaskomponente wie Stickstoff und Wasserstoff wird durch automatisches Öffnen des Druckeinstellventils aus der Vorrichtung ausgestoßen, falls der Innendruck während des Eintretens des Gases eines leichten Elements größer oder gleich 1 atm ist. Es ist möglich, das Innere der Vorrichtung mit dem Gas eines leichten Elements zu füllen. Überdies kann der dargestellte Gaszylinder oder die dargestellte Vakuumpumpe 103 in das mit geladenen Teilchen arbeitende Mikroskop aufgenommen werden, oder der Benutzer der Vorrichtung kann den Gaszylinder oder die Vakuumpumpe 103 später montieren.
Zusätzlich kann die Elektronenstrahlstreuung selbst beim Gas eines leichten Elements in der Art von Heliumgas oder Wasserstoffgas hoch sein. In diesem Fall kann der Gaszylinder 103 die Vakuumpumpe sein. Dann kann das Innere des zweiten Gehäuses durch leichtes Verdampfen auf einen sehr groben Vakuumzustand gebracht werden (d.h. eine Atmosphäre mit einem Druck in der Nähe des Atmosphärendrucks). Das heißt, dass der Raum zwischen der ersten Membran 10 und der Probe 6 in einen Vakuumzustand versetzt werden kann. Beispielsweise ist ein Evakuierungsport im zweiten Gehäuse 121 oder im Deckelelement 122 bereitgestellt und wird das Innere des zweiten Gehäuses 121 leicht evakuiert. Anschließend kann das Austauschgas eintreten. In diesem Fall kann eine Evakuierung ausgeführt werden, um die im Inneren des zweiten Gehäuses 121 verbleibende Atmosphärengaskomponente bis wenigstens auf einen vorgegebenen Betrag zu verringern. Auf diese Weise muss das Hochvakuumabpumpen nicht notwendigerweise ausgeführt werden und ist es ausreichend, ein grobes Abpumpen auszuführen.
Zusätzlich kann der Zylinder 103, wenngleich dies nicht dargestellt ist, eine komplexe Gassteuereinheit und dergleichen sein, welche auf komplexe Weise mit dem Gaszylinder und der Vakuumpumpe verbunden sind. Wenngleich dies nicht dargestellt ist, kann ein Heizmechanismus zum Erwärmen der Probe 6 im Inneren des zweiten Gehäuses 121 angeordnet sein.
Überdies sind ein Röntgenstrahldetektor und ein Lichtdetektor zusätzlich zum Sekundärelektronendetektor und zum Detektor für reflektierte Elektronen bereitgestellt, und es können dann eine EDS-Analyse und eine Fluoreszenzstrahldetektion ausgeführt werden. Der Röntgenstrahldetektor und der Lichtdetektor können entweder im ersten Raum 11 oder im zweiten Raum 12 angeordnet werden.
Wie vorstehend beschrieben wurde, ist es bei der Vorrichtungskonfiguration möglich, den Raum, in dem die Probe montiert ist, auf einen beliebigen Vakuumgrad vom Atmosphärendruck (etwa 10⁵ Pa) bis etwa 10³ Pa zu regeln. Bei einem so genannten Grobvakuum-Rasterelektronenmikroskop aus dem Stand der Technik wird, weil die Elektronenstrahlsäule mit der Probenkammer kommuniziert, der Vakuumgrad der Probenkammer zusammen mit dem Druck der Elektronenstrahlsäule geändert, wenn der Vakuumgrad der Probenkammer verringert wird, so dass der Druck in der Nähe des Atmosphärendrucks liegt. Es ist jedoch schwierig, die Probenkammer auf einen Druck vom Atmosphärendruck (etwa 10⁵ Pa) bis etwa 10³ Pa zu regeln. Gemäß dem Beispiel ist es, weil der zweite Raum und der erste Raum durch den Dünnfilm voneinander getrennt sind, möglich, den Druck der Atmosphäre und den Gastyp im zweiten Raum 12, der vom zweiten Gehäuse 121 und vom Deckelelement 122 umgeben ist, frei zu regeln. Demgemäß kann die Probenkammer auf den Druck vom Atmosphärendruck (etwa 10⁵ Pa) bis etwa 10³ Pa geregelt werden, was sich bisher nur schwer erreichen ließ. Ferner kann ein Probenzustand nicht nur beim Atmosphärendruck (etwa 10⁵ Pa) beobachtet werden, sondern auch während der Druck in der Umgebung der Probe kontinuierlich geändert wird. Das heißt, dass die Konfiguration des Beispiels verglichen mit der vorstehend beschriebenen Konfiguration die Eigenschaft hat, dass der zweite Raum 12 im Inneren des zweiten Gehäuses geschlossen ist. Demgemäß tritt Gas beispielsweise zwischen der Membran 10 und der Probe 6 oder der mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitenden Vorrichtung ein, wodurch eine Evakuierung vorgenommen werden kann.
Beim Beispiel sind der Probentisch 5, die Betätigungsgriffe 108 und 109, das Gaszufuhrrohr 100, das Druckeinstellventil 104 und ein Verbindungsabschnitt 310 alle am Deckelelement 122 montiert. Demgemäß kann der Benutzer der Vorrichtung die Betätigungsgriffe 108 und 109 betätigen, die Probe ersetzen oder Arbeiten am Gaszufuhrrohr 100 und am Druckeinstellventil 104 in Bezug auf dieselbe Fläche des ersten Gehäuses ausführen. Dadurch wird die Bedienbarkeit verglichen mit dem mit geladenen Teilchen arbeitenden Mikroskop, das eine Konfiguration aufweist, bei der vorstehend beschriebene Konfigurationselemente einzeln an anderen Flächen der Probenkammer montiert sind, stark verbessert.
Zusätzlich zur vorstehend beschriebenen Konfiguration ist eine Kontaktüberwachungseinrichtung, welche den Kontaktzustand zwischen dem zweiten Gehäuse 121 und dem Deckelelement 122 überwacht, bereitgestellt und kann feststellen, ob der zweite Raum geschlossen oder geöffnet ist.
Die erwähnte Vorrichtung aus dem Bespiel kann die Probe zusätzlich zu den Wirkungen der Beispiele 1, 2 und 3 vom Atmosphärendruck bis zu einem gewünschten Austauschgastyp bei einem gewünschten Druck beobachten. Überdies ist es möglich, die Probe bei einer Atmosphäre zu beobachten, deren Druck von jenem des ersten Raums verschieden ist. Zusätzlich wird das SEM verwirklicht, das die Probe im selben Vakuumzustand wie jenem des ersten Raums zusätzlich zur Beobachtung in der Luft oder in einer vorgegebenen Gasatmosphäre beobachten kann, indem der erste Raum durch Entfernen der Membran in Verbindung mit dem zweiten Raum gebracht wird. Auch ist es bei der Vorrichtungskonfiguration des Beispiels durch die Verwendung des in den Beispielen 1 und 2 beschriebenen Verfahrens möglich, zu erreichen, dass die Probenposition einfach und genau eingestellt werden kann, ohne die Membran oder die Probe zu beschädigen.
Zusätzlich wird in Beispiel 1 der Abstand zwischen der Membran und der Probe erfasst, indem die Bestrahlungsenergie geändert wird, um die mittlere freie Weglänge des Strahls geladener Teilchen zu ändern. Bei diesem Beispiel kann bewirkt werden, dass das Gas eintritt, wodurch die mittlere freie Weglänge des Strahls geladener Teilchen geändert werden kann. Im Fall von Heliumgas, welches das Gas des leichten Elements ist, oder dergleichen, ist die mittlere freie Weglänge beispielsweise wenigstens 10 Mal größer als jene der Luftkomponente. Demgemäß kann in Beispiel 1 auch der Abstand zwischen der Membran und der Probe geschätzt werden, indem der Gastyp zwischen der Membran und der Probe geändert wird, statt die Bestrahlungsenergie zu ändern. In diesem Fall können andere Prozesse und Schritte jenen aus Beispiel 1 ähneln.
Beispiel 5
Es wird eine Konfiguration beschrieben, die eine Modifikation von Beispiel 1 ist, wobei eine optische Säule 2 für geladene Teilchen unterhalb einer Membran 10 vorhanden ist. 16 zeigt eine Konfigurationsansicht eines mit geladenen Teilchen arbeitenden Mikroskops aus dem Beispiel. Eine Vakuumpumpe, ein Steuersystem und dergleichen sind fortgelassen. Zusätzlich werden ein Gehäuse 7, das eine Vakuumkammer ist, und die optische Säule 2 für geladene Teilchen durch eine Säule, einen Träger oder dergleichen von einer Vorrichtungsinstallationsfläche getragen. Weil die Arbeitsweise und die Funktion der jeweiligen Elemente oder zu jedem Element hinzugefügter zusätzlicher Elemente im Wesentlichen jenen aus den vorstehend beschriebenen Beispielen gleichen, wird auf eine detaillierte Beschreibung davon verzichtet.
Wie in 16(a) dargestellt ist, weist diese Vorrichtung einen Probentisch 5 auf, der bewirkt, dass sich eine Probe 6 einer Membran 10 nähert. Bei Vorrichtungskonfigurationen des Beispiels ist in der Ansicht eine Probenoberfläche auf der Unterseite der Probe 6 dargestellt. Mit anderen Worten öffnet sich bei den Vorrichtungskonfigurationen des Beispiels die Oberseite der Vorrichtung alsein Atmosphärendruckraum. Auch in diesem Fall kann der Abstand zwischen der Membran und der Probe durch das in den Beispielen 1 und 2 beschriebene Verfahren eingestellt werden.
Wie in 16(b) dargestellt ist, kann die Probe 6 direkt auf der Seite der Membran 10 montiert werden (Pfeilrichtung). In diesem Fall ist der Probentisch 5 nicht unbedingt erforderlich. Beim Beispiel ist für das Annähern der Membran und der Probe 6 durch Anwenden des in den Beispielen 1 und 2 beschriebenen Verfahrens eine Dicke zwischen der Membran 10 und der Probe 6 definiert und wird ein Kontaktverhinderungselement 56 in der Art eines gebildeten Dünnfilms und eines entfernbaren Folienmaterials verwendet. In diesem Fall ist das Kontaktverhinderungselement 56 der in den Beispielen 1 und 2 beschriebene Abstandseinstellmechanismus. Die Probe 6 kann durch Bereitstellen des Kontaktverhinderungselements 56 sicher angeordnet werden. Beispielsweise werden mehrere Kontaktverhinderungselemente 56 mit verschiedenen bekannten Dicken präpariert. Zunächst wird das Kontaktverhinderungselement 56 mit einer Dicke t1 auf einem Sockel 9 angeordnet. Als nächstes wird die Probe 6 montiert. Die Beobachtung wird bei der Bestrahlungsenergie E1 ausgeführt. Falls der Abstand zwischen der Probe und der Membran groß ist und ein gewünschtes Bild (oder eine Schwelle) nicht erhalten wird, wird die Beobachtung unter Verwendung des Kontaktverhinderungselements 56 mit einer Dicke t2, die geringer als t1 ist, ausgeführt. Das Austauschen wird für das Kontaktverhinderungselement 56 mit einer geeigneteren Dicke wiederholt ausgeführt, bis ein gewünschtes Bild (oder die Schwelle) erhalten wird. Schließlich wird die Beobachtung durch die Bestrahlungsenergie E2 (> E1) ausgeführt. Auf diese Weise kann die Beobachtung ausgeführt werden, ohne die Membran 10 und die Probe 6 durch eine Berührung zwischen ihnen zu beschädigen.
Beispiel 6
In Beispiel 1 wurde das Verfahren zum Erfassen des Abstands zwischen der Membran und der Probe unter Verwendung des Prinzips der Streuung des Strahls geladener Teilchen durch die Luftkomponente beschrieben. Andererseits ist es auch möglich, den Gastyp und den Druckzustand unter der Membran unter Verwendung des Prinzips der Streuung des Strahls geladener Teilchen durch die Luftkomponente zu analysieren. Falls demgemäß der Abstand zwischen der Membran und der Probe, der Gastyp und der Druckzustand unter der Membran auch als Informationstyp für einen Nicht-Vakuumatmosphärenraum unter der Membran angesehen werden, können der Abstand zwischen der Membran und der Probe, der Gastyp und der Druckzustand unter Verwendung eines Signals von einem Detektor für geladene Teichen analysiert werden, indem dasselbe Streuprinzip verwendet wird. Das heißt, dass bei diesem Beispiel ein Verfahren zum Analysieren eines Gaszustands in einem Nichtvakuumraum unter Verwendung des Strahls geladener Teilchen beschrieben wird. Überdies ist es selbst dann, wenn die Probe nicht aus Gas besteht, möglich, das Beispiel auf die Probe anzuwenden, falls die Probe durch Ausführen einer Vorverarbeitung in der Art einer Verdampfung in den Gaszustand versetzt wird. Weil das Beispiel bereitgestellt wird, um den Typ und den Druck des Gases zu analysieren, kann es auch als Massenspektrometer und eine Art eines Gassensors, wodurch das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein einer spezifischen Gasmenge festgestellt wird, bezeichnet werden. Das Beispiel verwendet ein von einem Massenspektrometer und einem Gassensor aus dem Stand der Technik stark verschiedenes Prinzip, weil ein Gas analysiert wird, indem es bei der Analyse mit einem Strahl geladener Teilchen bestrahlt wird.
Zur Untersuchung des Gastyps, des Gasdrucks und dergleichen, die in einem bestimmten Raum vorhanden sind, werden im Allgemeinen ein Gasmassenspektrometer und eine Gaschromatographie verwendet. Diese Techniken analysieren ein Gas, nachdem es in eine Analysekammer eingebracht wurde, die ein Vakuumraum ist. Beispielsweise ist im Stand der Technik eine Vorrichtungskonfiguration bekannt, die ein Gas analysiert, das ionisiert wird, nachdem es in das Vakuum eingebracht wurde, während eine differenzielle Evakuierung ausgeführt wird.
Weil sich bei dieser bekannten Technik ein Gas in der Analysekammer befinden muss, ist jedoch ein Mechanismus zum Einleiten von Gas erforderlich, so dass sich das Problem ergibt, dass es schwierig ist, die Vorrichtung mit einer geringen Größe zu versehen. Weil die Probe zusätzlich in die Analysekammer eingebracht wird, die sich im Vakuumraum befindet, ist es notwendig, die Analysekammer zu reinigen oder auszutauschen, falls sie durch die Probe verunreinigt wurde. Dementsprechend ist es notwendig, eine ausreichende Vorverarbeitung in Bezug auf die Probe auszuführen.
Zum Lösen der vorstehend beschriebenen Probleme wird bei diesem Beispiel in einer Vorrichtung, die eine Quelle eines Strahls geladener Teilchen, welche einen Strahl geladener Teilchen erzeugt, und eine Membran, wodurch der Strahl geladener Teilchen hindurchtritt, aufweist, der Strahl geladener Teilchen, der durch die Membran hindurchtritt, auf einen Nichtvakuumraum angewendet, in dem ein Probengas als Analyseobjekt vorhanden ist, und werden der Druck oder der Typ des Gases oder das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein eines Gases im Nichtvakuumraum auf der Grundlage der erhaltenen Signalstärke abhängig vom Streubetrag des Strahls geladener Teilchen analysiert.
Wenn die Technik des Beispiels verwendet wird, können das Vakuum und die Luft durch die Verwendung der Membran getrennt werden, und kann das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein eines Gases, des Gastyps, des Gasdrucks und dergleichen einfach analysiert werden, indem der Strahl geladener Teilchen auf ein Gas als Analyseobjekt über der Membran angewendet wird. Demgemäß ist es nicht erforderlich, dass das Gas in die Analysekammer eintritt, welche der Vakuumraum ist.
Zuerst wird eine Vorrichtungskonfiguration, welche den Gastyp und den Gasdruck durch den Strahl geladener Teilchen analysieren, messen oder beobachten kann, mit Bezug auf 17 beschrieben. In 17 sind eine Quelle 8 geladener Teilchen zum Emittieren des Strahls geladener Teilchen, eine optische Säule 800 für geladene Teilchen, welche die Quelle 8 geladener Teilchen aufweist, und eine Membran 10 bereitgestellt. Das Innere der optischen Säule 800 für geladene Teilchen wird vorab evakuiert oder kann durch eine Vakuumpumpe (nicht dargestellt) evakuiert werden. Falls eine Evakuierung durch die Vakuumpumpe ausgeführt werden kann, kann an Stelle der Membran 10 auch eine Drossel (ein Durchgangsloch für den Strahl geladener Teilchen) verwendet werden. Die Emission des Strahls geladener Teilchen von der Quelle 8 geladener Teilchen kann durch Erwärmen der Quelle für den Strahl geladener Teilchen erfolgen, oder dies kann durch Entnehmen durch eine Hochspannungselektrode (nicht dargestellt) erfolgen. Die Hochspannungselektrode oder die Quelle 8 geladener Teilchen kann eine Einheit aufweisen, welche eine Beschleunigungsspannung einstellt. Das Innere der optischen Säule 800 für geladene Teilchen kann auch eine optische Linse 808 in der Art des in den Beispielen 1 bis 5 dargestellten mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitenden Mikroskops aufweisen. Die optische Linse 808 ist eine elektromagnetische Feldlinse oder dergleichen, wodurch der Emissionszustand, die Bahn und der Brennpunkt des Strahls geladener Teilchen von der Quelle 8 geladener Teilchen geändert werden können. Zusätzlich sind diese Komponenten mit einem Steuerabschnitt verbunden, und Betriebsbedingungen können jeweils gesteuert werden. Als ein Detektor, der den Strahl geladener Teilchen detektieren kann, sind ein Detektor 802 und ein Detektor 803, der an einer von der Membran 10 getrennten Position in einem vorgegebenen Abstand angeordnet ist, dargestellt. Der Detektor kann aus einem oder beiden Detektoren bestehen. Weil die Anzahl der zu detektierenden geladenen Teilchen von der Position abhängt, an der sich der Detektor 803 befindet, kann ein Positionseinstellmechanismus (nicht dargestellt), der die Position des Detektors einstellen kann, bereitgestellt werden. Das zu analysierende Gas 804 befindet sich unterhalb der Membran 10. Das Gas 804 kann an einer Position analysiert werden, an der sich die optische Säule 800 für geladene Teilchen befindet, und es kann ein Gaseinlass 805 bereitgestellt sein, durch den Gas in horizontaler Richtung in der Ansicht strömt. Der Detektor 802 oder 803 ist ein Detektionselement, das den Strahl geladener Teilchen detektieren kann. Die Detektoren 802 und 803 können ferner eine Verstärkungsfunktion aufweisen, oder es kann ein Verstärker angeschlossen sein. Die Detektoren 802 und 803 sind beispielsweise Halbleiterdetektoren aus einem Halbleitermaterial in der Art von Silicium, ein Szintillator, der das Signal der geladenen Teilchen auf einer Glasoberfläche oder im Inneren davon in Licht umwandeln kann, oder dergleichen. Ein Durch den Detektor 802 oder den Detektor 803 detektiertes Signal wird durch eine Verdrahtung 807 oder dergleichen durch ein Messinstrument 806 detektiert.
Falls die Probe, die das Analyseobjekt ist, kein Gas ist, wird die Probe zuerst vergast, indem eine Vorverarbeitung in der Art einer Temperatursteuerung und einer Drucksteuerung durch eine getrennt bereitgestellte Vergasungsvorrichtung ausgeführt wird. Als nächstes wird das Probengas als das Analyseobjekt in den Nichtvakuumraum unter der Membran eingeleitet. Falls das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein einer Gaserzeugung in einem Abschnitt, in dem Gas erzeugt werden kann, detektiert werden soll, sind die beschriebene Vergasungsvorrichtung, der Gaseinlass 805 und dergleichen nicht unbedingt erforderlich.
Weil ein Abschnitt, der die Streuung des Strahls geladener Teilchen beeinflusst, nur ein Raum direkt unterhalb der Membran ist, der sich in der Verlängerung der optischen Achse des Strahls geladener Teilchen befindet, kann die Probe in einen lokalen Raum eingebracht werden. Demgemäß kann die Probe selbst dann analysiert werden, wenn nur eine geringe Menge davon vorhanden ist. Mit anderen Worten kann der Gasdruck oder der Gastyp eines lokalen Raums durch das Verfahren aus dem Beispiel analysiert werden. Überdies ist der lokale Raum hier ein begrenztes Gebiet auf einem rechteckigen Papallelepiped, dessen Höhe eine Strecke ist, welche der Strahl geladener Teilchen durchdringen kann, und dessen Bodenfläche eine Membranfläche ist. Wie in Ausdruck 4 von Beispiel 1 beschrieben, ist die mittlere freie Weglänge des Strahls geladener Teilchen proportional zur Energie des Strahls geladener Teilchen. Falls die Beschleunigungsspannung beispielsweise 5 kV ist, wird die mittlere freie Weglänge beim Atmosphärengas bei 1 atm etwa 15 µm. Demgemäß ist die Größe des vorstehend beschriebenen rechteckigen Papallelepipeds etwa die Fläche der Membran x 15 µm. Falls der Durchmesser des Strahls geladener Teilchen jedoch durch die optische Linse 808 auf das Innere der optischen Säule 800 für geladene Teilchen fokussiert wird, kann ein Gas in einem noch kleineren Gebiet analysiert werden. Falls der Strahl geladener Teilchen beispielsweise kollimiert wird und nur auf 1 µm² angewendet wird, kann eine Gasanalyse für einen sehr kleinen Bereich mit 15 µm × 1 µm × 1 µm ausgeführt werden.
Der von der Quelle 8 geladener Teilchen emittierte Strahl geladener Teilchen, der durch die Membran 10 hindurchtritt, wird durch Gas direkt unterhalb der Membran 10 gestreut. Auf diese Weise hängt die Anzahl der vom Detektor 802 oder vom Detektor 803 detektierten geladenen Teilchen vom Typ und von der Anzahl der unterhalb der Membran vorhandenen Gasmoleküle ab. Falls die Dichte des unterhalb der Membran vorhandenen Gases 804 beispielsweise hoch ist, kehren, weil viele Strahlen geladener Teilchen gestreut werden, mehr geladene Teilchen als reflektierte geladene Teilchen zum Detektor 802 zurück. Demgemäß wird das Ausgangssignals des Detektors 802 erhöht. Die Dichte des Gases ist hoch, wenn der Gasdruck hoch ist oder die Massenzahl der Gasmoleküle hoch ist. Falls dagegen die Dichte des unterhalb der Membran vorhandenen Gases gering ist, wird der Strahl geladener Teilchen nicht sehr stark gestreut. Daher ist die Anzahl der gestreuten geladenen Teilchen, die vom Detektor 802 detektiert werden, verhältnismäßig gering und ist das Ausgangssignal des Detektors 802 verhältnismäßig gering.
Im Detektor 803 werden die durch den Raum, in dem sich die Gasmoleküle befinden, hindurchtretenden geladenen Teilchen erfasst. Falls demgemäß die Dichte des zwischen der Membran 10 und dem Detektor 803 vorhandenen Gases 804 hoch ist, ist die Anzahl der den Detektor 803 erreichenden geladenen Teilchen gering und ist das Ausgangssignal vom Detektor 803 verringert. Falls andererseits die Dichte des zwischen der Membran 10 und dem Detektor 803 vorhandenen Gases gering ist, ist die Anzahl der den Detektor 803 erreichenden geladenen Teilchen hoch und ist das Ausgangssignal vom Detektor 803 erhöht. Der Gaszustand unter der Membran 10 kann analysiert werden, indem die Signalstärken der detektierten Signale analysiert oder verglichen werden.
Weil das vom Detektor 802 oder vom Detektor 803 detektierte Signal eine Größe aufweist, die der Anzahl der von jedem Detektor detektierten geladenen Teilchen entspricht, wird das Signal bei der Analyse durch das Messinstrument 806 als ein Zahlenwert oder ein Graph ausgegeben. Weil die Änderung der Signalstärke beispielsweise durch kontinuierliches Anwenden des Strahls geladener Teilchen für eine bestimmte Zeit erfasst werden kann, kann die Änderung der Signalstärke erfasst werden und kann ein Graph angezeigt werden, bei dem die horizontale Achse die Zeit ist und die vertikale Achse die Signalstärke ist. Die vertikale Achse ist die Stärke des gestreuten Signals, und die Abtastung des Strahls geladener Teilchen ist durch das Atomgewicht Z und den Druck P des Gases bestimmt. Falls der Druck P konstant ist, kann die vertikale Achse demgemäß das Atomgewicht Z sein. Falls der Gastyp bekannt ist, kann die vertikale Achse andernfalls der Druck P sein, und wenn plötzlich erzeugtes Gas oder dergleichen detektiert wird, werden der Graph und der Zahlenwert nicht dargestellt, und es wird stattdessen oder zusätzlich dazu das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein von Gas beispielsweise durch Licht oder einen Summton angegeben. Der Zahlenwert und der Graph werden durch einen Bildschirm eines Computers (nicht dargestellt) angezeigt, der mit dem Messinstrument 806 verbunden ist.
Wenn sich die Bestrahlungsstärke des Strahls geladener Teilchen ändert, werden der Zahlenwert und der Graph des Detektionssignals, wie vorstehend beschrieben, überdies zu fehlerhaften Informationen. Auf diese Weise kann die Stromstärke von der Quelle 8 geladener Teilchen überwacht werden. Die Überwachung der Stromstärke erfolgt durch Detektieren der reflektierten geladenen Teilchen, die am Detektor 802 reflektiert werden, indem der Strahl geladener Teilchen einmal auf eine Stelle in der Art eines Sockels der Membran (nicht dargestellt) und der optischen Säule 800 für geladene Teilchen, die sich nicht in der Membran 10 befindet, angewendet wird oder ein Absorbierstrom erfasst wird. Die Überwachung des Strahls primärer geladener Teilchen erfolgt immer oder periodisch. Der Betrieb kann vom Benutzer ausgeführt oder automatisch überwacht werden.
Zusätzlich kann, wie in den 1 und 15 dargestellt ist, falls die Konfiguration der optischen Säule 800 für geladene Teilchen die optische Linse aufweist, welche die Bahn, den Brennpunkt und dergleichen des Strahls geladener Teilchen ändern kann, und einen Steuerabschnitt zum Anzeigen des Bilds aufweist, eine Gasanalyse anhand der Helligkeit des erfassten Bilds ausgeführt werden. Als Beispiel sind experimentelle Ergebnisse, die anhand des vom Detektor 3 detektierten Signals abgebildet werden, in 18 dargestellt. 18 ist ein Beispiel eines Falls, in dem der Gasdruck unterhalb der Membran 10 in einem Zustand, in dem die Probe 6 unterhalb der Membran 10 in der Vorrichtungskonfiguration aus 15 nicht vorhanden ist, auf 0,1 atm, 0,5 atm und 1,0 atm geändert wird. In diesem Fall befindet sich der Detektor 3 auf der Seite der Quelle geladener Teilchen (Vakuumraum) von der Membran. Falls der Gasdruck unterhalb der Membran 10 0,1 atm ist, erscheint die Probe bei Betrachtung der Bildhelligkeit dunkel, weil die Anzahl der zum Detektor 3 zurückkehrenden geladenen Teilchen gering ist. Falls andererseits der Gasdruck unter der Membran 10 1,0 atm beträgt, erscheint die Probe hell, weil die Anzahl der zum Detektor 3 zurückkehrenden geladenen Teilchen hoch ist. Demgemäß lässt sich der Gasdruck anhand des vom Detektor 3 detektierten Helligkeitsbilds angeben.
Vorstehend wurde der Gasdruck beschrieben, Ähnliches gilt jedoch auch für den Gastyp. Wenn beispielsweise Heliumgas und Argongas verglichen werden, ist es unwahrscheinlich, dass der Strahl geladener Teilchen gestreut wird, weil die Größe der Atome des Heliumgases viel kleiner ist als jene des Argongases. Weil dagegen die Größe der Atome des Argongases viel größer ist als jene des Heliumgases, ist es wahrscheinlich, dass der Strahl geladener Teilchen gestreut wird. Der Gastyp kann durch Detektieren der Streustärke durch den Detektor 802, den Detektor 803 oder dergleichen analysiert werden.
19 zeigt eine andere Konfiguration zum Detektieren eines Gases unter Verwendung des Beispiels. Falls das Verfahren aus dem Beispiel verwendet wird, kann, weil Gas aus einem sehr kleinen Gebiet analysiert werden kann, wie in 19(a) dargestellt ist, das von einem spezifischen Abschnitt 811 erzeugte Gas 804 analysiert werden, das von einem sehr feinen Gebiet auf einem Sockel 812 ausgeht. Falls beispielsweise bei einer Katalysatorentwicklung sehr wirksame Katalysatoren entdeckt werden sollen, werden verschiedene Katalysatortypen auf dem Sockel 812 angeordnet, werden die Katalysatoren unterhalb der Membran 10 angeordnet und können dadurch verschiedene vorstehend beschriebene Katalysatorreaktionswirkungen beobachtet werden. In diesem Fall wird, wie in den Beispielen 1 bis 5 beschrieben, der Sockel 812 auf dem Probentisch 5 montiert und kann der Probentisch 5 durch Bewegen des Probentisches 5 unter der Membran 10 angeordnet werden. Zusätzlich wird der Sockel 812 mit dem Strahl geladener Teilchen abgetastet, indem der Tisch bewegt wird, und die Änderung der Signalstärke wird entsprechend der Abtastposition durch den Detektor analysiert. Auf diese Weise kann auch das spezifische Gebiet detektiert werden, in dem Gas erzeugt wird. Überdies kann eine Heizung, welche die Temperatur ändern kann, oder dergleichen im Probentisch 5 oder im Sockel 812 bereitgestellt werden. Zusätzlich kann, wie in 19(b) dargestellt ist, eine Konfiguration bereitgestellt werden, bei der das Gas 804, das analysiert werden soll, im Inneren eines eine Membran 809 aufweisenden Gaseinschlussbehälters 810 angeordnet wird und der Gaseinschlussbehälter 810 an der optischen Säule 800 für geladene Teilchen, welche eine Öffnung 813 aufweist, montiert wird. In diesem Fall wird die Membran 809 am Gaseinschlussbehälter montiert und wird die Membran auf der Seite angeordnet, auf der der Strahl geladener Teilchen angewendet wird. Das Gas wird analysiert, indem die Öffnung 813 an den Gaseinschlussbehälter 810 mit der Membran 809 angenähert wird oder sie in Kontakt gebracht werden, so dass der Strahl geladener Teilchen keinem Gas außer dem zu analysierenden Gas 814 ausgesetzt ist. Auf der Innenseite der optischen Säule 800 für geladene Teilchen kann durch eine Vakuumpumpe (nicht dargestellt) ein Vakuum aufrechterhalten werden, indem die Öffnung 813 klein genug gemacht wird. Zusätzlich ist, wie in 19(c) dargestellt ist, eine Membran 10 in der optischen Säule 800 für geladene Teilchen enthalten und kann die Analyse ausgeführt werden, indem bewirkt wird, dass sich der vorstehend beschriebene Gaseinschlussbehälter 810 mit der Membran 809 der Membran 10 nähert. Weil in diesem Fall stets ein Vakuum im Inneren der optischen Säule 800 für geladene Teilchen aufrechterhalten wird, wird die Sauggeschwindigkeit der Vakuumpumpe (nicht dargestellt) für die optische Säule 800 für geladene Teilchen verringert. Weil überdies, wie vorstehend beschrieben, eine Gasanalyse eines sehr kleinen Gebiets ausgeführt werden kann, kann die Größe des Gaseinschlussbehälters 810 stark verringert werden. Demgemäß kann durch das Verfahren aus dem Beispiel das Gas 814 auch in einer sehr geringen Menge analysiert werden.
Gemäß dem Beispiel ist der Vakuumraum nur die optische Säule 800 für geladene Teilchen, und die Probe kann im Nichtvakuumraum analysiert werden. Auf diese Weise können eine Vorrichtung zur Vergasung der Analysekammer und ein Mechanismus für das Einbringen der Probe in die Analysekammer unnötig oder vereinfacht sein und kann eine Verringerung der Größe der Vorrichtung erreicht werden. Weil ein Vakuum im Inneren der optischen Säule für geladene Teilchen aufrechterhalten wird, solange die Membran nicht beschädigt wird, kann sie durch die Größenverringerung auch tragbar sein. Weil die Probe im Nichtvakuumraum angeordnet wird, wird die Vakuumkammer überdies durch das Einbringen der Probe nicht verschmutzt. Ferner ist es selbst dann, wenn die Membran verschmutzt oder beschädigt wird, leicht möglich, die Vakuumkammer durch Austauschen der Membran in einen unverschmutzten Zustand zurück zu versetzen, weil die Membran kostengünstig ist.
Zusätzlich kann, wie in 20 dargestellt ist, der Gaseinschlussbehälter 810, der die Membran 809 aufweist und das Gas 804 enthält, das zu analysieren ist, in einen Vakuumraum 814 einer allgemeinen mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitenden Vorrichtung in der Art eines Elektronenmikroskops eingebracht werden. Auch in diesem Fall kann eine Gasanalyse ähnlich wie beim vorstehend beschriebenen Verfahren durch Signalverarbeitung ausgeführt werden. In diesem Fall kann eine allgemeine mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitende Vorrichtung verwendet werden. Demgemäß wird das Gas 804, das zu analysieren ist, nur in den Gaseinschlussbehälter 810 eingebracht, und eine Gasanalyse kann ohne Einführen einer neuen Vorrichtung sehr einfach ausgeführt werden.
Das Analyseverfahren aus dem Beispiel kann sehr allgemein verwendet werden, insbesondere auf Gebieten, bei denen ein Gas analysiert wird, in der Art eines Nahrungsmittelgebiets, eines medizinischen Gebiets, der Materialanalyse und eines Gebiets der chemischen Industrie. Ferner kann die Vorrichtung bei dem Beispiel, falls sie sehr klein ist, auch als ein Gassensor verwendet werden, der das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein eines Gases oder dergleichen detektiert, indem sie an einem Gebäude oder einem Fahrzeug montiert wird.
Überdies ist die Erfindung nicht auf die vorstehend beschriebenen Beispiele beschränkt und schließt verschiedene Modifikationsbeispiele ein. Beispielsweise dienten die vorstehend detailliert beschriebenen Beispiele der einfachen Beschreibung der Erfindung, die Erfindung ist jedoch nicht auf die Vorrichtung beschränkt, die notwendigerweise alle vorstehend beschriebenen Konfigurationen aufweist. Zusätzlich kann ein Teil der Konfigurationen eines bestimmten Beispiels durch die Konfigurationen eines anderen Beispiels ersetzt werden. Zusätzlich können die Konfigurationen eines anderen Beispiels auch zu den Konfigurationen eines bestimmten Beispiels hinzugefügt werden. Zusätzlich können für einen Teil der Konfigurationen der Beispiele die anderen Konfigurationen hinzugefügt, fortgenommen und ausgetauscht werden. Zusätzlich kann jede Konfiguration, jede Funktion, jeder Verarbeitungsabschnitt, jede Verarbeitungseinheit und dergleichen oder ein Teil davon als Hardware verwirklicht werden, beispielsweise durch Entwickeln einer integrierten Schaltung. Zusätzlich können jede Konfiguration, Funktion und dergleichen, die vorstehend beschrieben wurden, als Software verwirklicht werden, indem Programme interpretiert und ausgeführt werden, bei denen ein Prozessor jede Funktion verwirklicht.
Informationen von Programmen, Tabellen, Dateien und dergleichen, welche die jeweiligen Funktionen verwirklichen, können sich in einer Aufzeichnungsvorrichtung in der Art eines Speichers, einer Festplatte und eines Halbleiterlaufwerks (SSD) oder einem Aufzeichnungsmedium in der Art einer Chipkarte, einer SD-Karte und einer optischen Scheibe befinden.
Zusätzlich sind die Steuerleitung und die Informationsleitung, die als für die Beschreibung notwendig angesehen werden, dargestellt, es werden dadurch jedoch nicht notwendigerweise alle Steuerleitungen und Informationsleitungen an Produkten angegeben. In der Praxis können fast alle Konfigurationen als miteinander verbunden angesehen werden.
Bezugszeichenliste

1: Optische Linse,
2: optische Säule für geladene Teilchen,
3: Detektor,
4: Vakuumpumpe,
5: Probentisch,
6: Probe,
7: Gehäuse,
8: Quelle geladener Teilchen,
9: Sockel,
10: erste Membran,
11: erster Raum,
12: zweiter Raum,
14: Leckventil,
16: Vakuumrohr,
17: Tischtragesockel,
18: Säule,
19: Deckelelement-Tragelement,
20: Bodenplatte,
33: Bildschirm,
34: Benutzerschnittstelle in derArt einer Tastatur und einer Maus,
35: Computer,
36: obererSteuerabschnitt,
37: unterer Steuerabschnitt,
43, 44, 45: Kommunikationsleitung,
52: Probentisch,
53: optische Achse,
56: Kontaktverhinderungselement,
59: Bestrahlungsenergie-Steuer-abschnitt,
60: Steuerabschnitt,
100: Gaszufuhrrohr,
101: Gasregelventil,
102: Anschlussabschnitt,
103: Gaszylinder oderVakuumpumpe,
104: Druckeinstellventil,
107: Tragplatte,
108,109: Betätigungsgriff,
121: zweites Gehäuse,
122, 130: Deckelelement,
123, 124, 125, 126, 128, 129: Vakuumdichtungselement,
131: Körperabschnitt,
132: passender Abschnitt,
154: Signalverstärker,
155: Membranhalteelement,
200: optische Achse,
201: Strahl primärer geladener Teilchen,
202: Strahl primärer geladenerTeilchen,
203: sekundäres geladenes Teilchen,
210: Änderung der Signalhelligkeit während der Bestrahlungsenergie E1,
211: Änderung der Signalhelligkeit während der Bestrahlungsenergie E2,
212: Änderung der Bildauflösung während der Bestrahlungsenergie E1,
213: Änderung der Bildauflösung während der BestrahlungsenergieE2,
400: Datenübertragungs- und -empfangsabschnitt,
401: Datenspeicherabschnitt,
402: externe Schnittstelle,
403: Rechenabschnitt,
404: Tischsteuerabschnitt,
501: Detektionsfläche,
502: Detektionsfläche,
600: Detektor,
601: Loch,
602: Strahl primärer geladener Teilchen,
603: sekundäres geladenes Teilchen,
604: sekundäres geladenes Teilchen,
605: Strahl primärer geladenerTeilchen,
700: Bedienungsbildschirmdarstellung,
701: Bedingungsfestlegungsabschnitt,
702: Bildanzeigeabschnitt,
703: Linienprofil-Anzeigeabschnitt,
704: Bildeinstellabschnitt,
705: Schwellenfestlegungsabschnitt,
706: Bestrahlungsenergie-E-Festlegungsabschnitt,
707: Bestrahlungsstarttaste,
708: Bestrahlungsunterbrechungstaste,
709: Bildspeichertaste,
710: Bildlesetaste,
711: Helligkeitsschwellen-Bz-Festlegungsabschnitt,
712: Auflösungsschwellen-Dz-Festlegungsabschnitt,
713: Auto-matische-Annäherung-Start-Taste,
714: Automatische-Annäherung-Stopp-Taste,
715: Brennpunkt-Einstellabschnitt,
716: Helligkeitseinstellabschnitt,
717: Kontrasteinstellabschnitt,
800: optische Säule für geladene Teilchen,
802: Detektor,
803: Detektor,
804: Gas,
805: Gaseinlass,
806: Messinstrument,
807: Verdrahtung,
808: optische Linse,
809: Membran,
810: Gaseinschlussbehälter,
811: spezifischer Abschnitt,
812: Sockel,
813: Öffnung,
814: Vakuumraum

Claims

Mit einem Stahl geladener Teilchen arbeitende Vorrichtung, welche Folgendes aufweist: eine optische Säule (2) für geladene Teilchen, welche eine Probe (6) mit einem Strahl primärer geladener Teilchen bestrahlt, ein Gehäuse (7), welches einen Teil der mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitenden Vorrichtung bildet und dessen Inneres durch eine Vakuumpumpe (4) evakuiert wird, eine Membran (10), welche einen Differenzdruck zwischen einem evakuierten Raum (11) und einem Raum, in dem die Probe angeordnet ist, aufrechterhalten kann und wodurch der Strahl primärer geladener Teilchen hindurchtreten kann, einen Detektor (3), welcher sekundäre geladene Teilchen detektiert, die durch Bestrahlung der Probe mit dem Strahl primärer geladener Teilchen erhalten werden, einen Abstandseinstellmechanismus, welcher den Abstand zwischen der Probe und der Membran ändert, und einen Steuerabschnitt, welcher den Abstand zwischen der Probe und der Membran auf der Grundlage eines Bildes überwacht, das anhand eines vom Detektor ausgegebenen Detektionssignals erzeugt worden ist.
Mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitende Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Steuerabschnitt anhand der Helligkeit oder der Auflösung des anhand des Detektionssignals erzeugten Bilds, wenn der Strahl primärer geladener Teilchen mit der ersten Bestrahlungsenergie angewendet wird, feststellt, dass der Abstand zwischen der Probe (6) und der Membran (10) einen spezifischen Abstand oder einen kleineren als den spezifischen Abstand annimmt.
Mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitende Vorrichtung nach Anspruch 2, welche ferner Folgendes aufweist: einen Bestrahlungsenergie-Steuerabschnitt, welcher die Energie des auf die Probe (6) eingestrahlten Strahls primärer geladener Teilchen bei wenigstens zwei Bedingungen variiert, wobei der Steuerabschnitt das Bild der Probe anhand des Detektionssignals erfasst, das durch Anwenden des Strahls primärer geladener Teilchen, mit einer zweiten Bestrahlungsenergie, die höher als die erste Bestrahlungsenergie ist, von der Probe erhalten wird, nachdem festgestellt wurde, dass der Abstand zwischen der Probe und der Membran (10) ein spezifischer Abstand oder kleiner als der spezifische Abstand ist.
Mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitende Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Steuerabschnitt den Abstand zwischen der Probe (6) und der Membran (10) auf der Grundlage der Helligkeit eines Abschnitts, der sich in einem vorgegebenen Abstand von einer Kante der Membran im Bild befindet, oder des Abstands eines Abschnitts, dessen Helligkeit geringer als eine vorgegebene Helligkeit ist, von der Kante der Membran im Bild überwacht.
Mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitende Vorrichtung nach Anspruch 1, welche ferner Folgendes aufweist: einen Schwellenfestlegungsabschnitt, der eine Schwelle eines Parameters festlegt, der aus dem anhand des Detektionssignals erzeugten Bild erhalten wird, wobei der Steuerabschnitt überwacht, ob der Wert des Parameters die vom Schwellenfestlegungsabschnitt festgelegte Schwelle erreicht, und wobei der Abstand zwischen der Probe und der Membran (10) durch den Abstandseinstellmechanismus verringert wird, bis der Parameter die Schwelle erreicht.
Mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitende Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei der Parameter die Helligkeit oder die Auflösung des anhand des Detektionssignals erzeugten Bilds ist.
Mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitende Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei der Parameter die Helligkeit des Abschnitts ist, der sich im vorgegebenen Abstand von der Kante der Membran (10) im Bild befindet, oder der Abstand des Abschnitts, dessen Helligkeit geringer als die vorgegebene Helligkeit ist, von der Kante der Membran im Bild ist.
Probenbilderfassungsverfahren unter Verwendung einer mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitenden Vorrichtung, welche eine optische Säule (2) für geladene Teilchen, wodurch eine Probe (6) mit einem Strahl primärer geladener Teilchen bestrahlt wird, ein Gehäuse (7), das ein Teil der mit einem Strahl gelädener Teilchen arbeitenden Vorrichtung ist und dessen inneres durch eine Vakuumpumpe (4) evakuiert wird, eine Membran (10), welche einen Differenzdruck zwischen einem evakuierten Raum (11) und einem Raum, in dem sich die Probe befindet, aufrechterhalten kann und durch welche der Strahl primärer geladener Teilchen hindurchtritt, und einen Detektor (3), der sekundäre geladene Teilchen detektiert, die durch Bestrahlen der Probe mit dem Strahl primärer geladener Teilchen erhalten werden, aufweist, wobei das Verfahren folgenden Schritt aufweist: Überwachen (307) des Abstands zwischen der Probe und der Membran auf der Grundlage eines Bildes, das anhand eines vom Detektor ausgegebenen Detektionssignals erzeugt worden ist.
Probenbilderfassungsverfahren nach Anspruch 8, wobei detektiert oder erkannt wird, dass der Abstand zwischen der Probe (6) und der Membran (10) einen spezifischen Abstand annimmt oder kleiner als der spezifische Abstand wird, indem die Helligkeit oder die Auflösung des anhand des Detektionssignals erzeugten Bilds, wenn der Strahl primärer geladener Teilchen mit der ersten Bestrahlungsenergie angewendet wird, detektiert oder erkannt werden.
Probenbilderfassungsverfahren nach Anspruch 9, welches ferner folgenden Schritt aufweist: Erfassen (310) des Bilds der Probe (6) anhand des Detektionssignals, wenn der Strahl primärer geladener Teilchen mit einer zweiten Bestrahlungsenergie angewendet wird, die höher als die erste Bestrahlungsenergie ist, nachdem detektiert oder erkannt wurde, dass der Abstand zwischen der Probe und der Membran (10) der spezifische Abstand oder kleiner als der spezifische Abstand ist.
Probenbilderfassungsverfahren nach Anspruch 8, welches ferner folgenden Schritt aufweist: Überwachen (307) des Abstands zwischen der Probe (6) und der Membran (10) auf der Grundlage der Helligkeit eines Abschnitts, der sich in einem vorgegebenen Abstand von einer Kante der Membran im Bild befindet, oder des Abstands eines Abschnitts, dessen Helligkeit geringer als die vorgegebene Helligkeit ist, von der Kante der Membran im Bild.
Probenbilderfassungsverfahren nach Anspruch 8, welches ferner folgende Schritte aufweist: Bestimmen (305) einer Schwelle eines Parameters, der aus dem anhand des Detektionssignals erzeugten Bild erhalten wird, Überwachen (307), ob der Parameter die Schwelle erreicht, und Veranlassen (306), dass der Abstand zwischen der Probe (6) und der Membran (10) verringert wird, bis der Parameter die Schwelle erreicht (308).
, Probenbilderfassungsverfahren nach Anspruch 12, wobei der Parameter die Helligkeit oder die Auflösung des anhand des Detektionssignals erzeugten Bilds ist.
Probenbilderfassungsverfahren nach Anspruch 12, wobei der Parameter die Helligkeit des Abschnitts, der sich im vorgegebenen Abstand von der Kante der Membran (10) im Bild befindet, oder der Abstand des Abschnitts, dessen Helligkeit geringer als die vorgegebene Helligkeit ist, von der Kante der Membran im Bild ist.