DE112014007011T5

DE112014007011T5 - Mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitende Vorrichtung, Elektronenmikroskop und Probenbetrachtungsverfahren

Info

Publication number: DE112014007011T5
Application number: DE112014007011.4T
Authority: DE
Inventors: Toshiyuki Ooyagi; Takafumi Yotsuji; Isao Nagaoki
Original assignee: Hitachi High Technologies Corp; Hitachi High Tech Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2014-11-11
Filing date: 2014-11-11
Publication date: 2017-06-22
Also published as: WO2016075759A1; JPWO2016075759A1; US20170323762A1

Abstract

Es ist ein Elektronenmikroskop vorgesehen, das geringe Beschränkungen für die Bedingungen zum Ändern einer Probe aufweist und in der Lage ist, eine genaue In-situ-Betrachtung der Probe mit einer verhältnismäßig einfachen Struktur auszuführen. Das Elektronenmikroskop weist Folgendes auf: einen Probenhalter (34), der die Probe hält, ein erstes optisches System, das die Probe auf dem Probenhalter (34) mit einem Elektronenstrahl bestrahlt und die Probe mit dem Elektronenstrahl abtastet, eine Elektronendetektionseinheit, die Sekundärelektronen, die infolge der Bestrahlung unter Verwendung des Elektronenstrahls von der Probe abgegeben werden, oder Transmissionselektronen, die von der Probe durchgelassen werden, detektiert, eine erste Vakuumkammer, die den Probenhalter (34), das erste optische System und die Elektronendetektionseinheit in einer Vakuumatmosphäre hält, eine Anzeigeeinheit, die ein mikroskopisches Bild der Probe auf der Grundlage einer Ausgabe der Elektronendetektionseinheit anzeigt, und eine Steuereinheit, die jeden Arbeitsvorgang des Probenhalters und des ersten optischen Systems steuert. Das Elektronenmikroskop weist Folgendes auf: eine zweite Vakuumkammer (30), die von der ersten Vakuumkammer verschieden ist, und ein zweites optisches System (33), das in der zweiten Vakuumkammer (30) bereitgestellt ist und vom ersten optischen System verschieden ist. Das zweite optische System (33) und die Steuereinheit sind miteinander verbunden, so dass sie miteinander kommunizieren können, und die zweite Vakuumkammer (30) ist mit einem Zustandsänderungsmittel (35) versehen, das den Zustand der Probe auf dem Probenhalter (34) ändert.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitende Vorrichtung, ein Elektronenmikroskop und ein Probenbetrachtungsverfahren.
Technischer Hintergrund
Bei der Probenbetrachtung unter Verwendung eines Elektronenmikroskops wird eine ”In-situ-Betrachtung” ausgeführt, um eine Oxidations-Reduktions-Reaktion oder eine Änderung in einer Kristallstruktur, die durch Gaseinleitung oder Erwärmen hervorgerufen wird, dynamisch zu beobachten. Beispielsweise werden diese Änderungen in einer Probe durch eine CCD-Kamera abgebildet und wird ein Echtzeitbild auf einem Bildschirm angezeigt, um die Änderungen zu analysieren.
Zur Ausführung einer ”In-situ-Betrachtung” müssen eine Hochvakuumeinheit, die sich innerhalb des Elektronenmikroskops befindet, und eine Grobvakuumeinheit, die sich in der Umgebung der Probe befindet, worin Gas eingeleitet wird oder welche zu erwärmen ist, unterteilt werden. Ein Unterteilungsverfahren umfasst ein Versiegelungsverfahren und ein differenzielles Absaugverfahren. Beim Versiegelungsverfahren wird ein Grobvakuum-Probenraum durch eine Membran erzeugt. Weil sich die Membran in einem Elektronenstrahlweg befindet, lässt sich jedoch nur schwer eine Bildauflösung erhalten. Zusätzlich wird beim differenziellen Absaugverfahren eine Gasatmosphäre durch den Absaugwiderstand einer Drossel erzeugt. Der Druck ist jedoch geringer als beim Versiegelungsverfahren.
PTL 1 offenbart beispielsweise eine Hintergrundtechnik auf diesem technischen Gebiet. PTL 1 offenbart ”einen Probenhalter, der eine Probenladeeinheit mit einer Öffnung zum Ermöglichen des Hindurchtretens eines Elektronenstrahls, einen Heizdraht, der im Wesentlichen den zentralen Abschnitt der Öffnung kreuzt, einen Leitungsdraht, der mit beiden Enden des Heizdrahts verbunden ist, und eine Kapillarröhre, die so angebracht ist, dass sie dem Heizdraht gegenübersteht, so dass Gas, das von einem distalen Ende davon ausgeblasen wird, zum Heizdraht geblasen wird, aufweist”.
Zitatliste
Patentliteratur

PTL 1: JP-A-2003-187735

Kurzfassung der Erfindung
Technisches Problem
Beim in der vorstehend beschriebenen PTL 1 offenbarten Probenhalter ist offenbart, dass der Probenhalter eine Funktion aufweist, die Probe in der Gasatmosphäre zu erwärmen, und dass der Probenhalter unverändert für ein Elektronenmikroskop mit einer normalen Konfiguration verwendet werden kann.
Wenngleich der Probenhalter eine verhältnismäßig einfache Struktur aufweist, so dass er es ermöglicht, dass das Gas in die Umgebung der Probe eingeleitet wird und die Probe erwärmt wird, muss er jedoch mit einer Membran versiegelt werden. Folglich lässt sich eine ausreichende Bildauflösung nur schwer erhalten, wie vorstehend beschrieben wurde.
Bei einem In-situ-Verfahren zur ”In-situ-Betrachtung” wird Gas in die Hochvakuumeinheit innerhalb des Elektronenmikroskops eingeleitet. Demgemäß ist der Typ des einleitbaren Gases begrenzt. Zusätzlich ist es, wenn eine Reaktion oder eine Änderung in der Probe beobachtet wird, nicht möglich, die Temperaturverteilung der Probe innerhalb einer Probenkammer des Elektronenmikroskops zu messen.
Daher besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitende Vorrichtung bereitzustellen, welche geringe Einschränkungen für die Bedingungen zum Ändern der Probe aufweist und eine genaue In-situ-Betrachtung der Probe mit einer verhältnismäßig einfachen Konfiguration ermöglicht.
Zusätzlich besteht eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein Elektronenmikroskop bereitzustellen, das geringe Einschränkungen für die Bedingungen zum Ändern der Probe aufweist und eine genaue In-situ-Betrachtung der Probe mit einer verhältnismäßig einfachen Konfiguration ermöglicht.
Zusätzlich besteht eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein Probenbetrachtungsverfahren bereitzustellen, das geringe Einschränkungen für die Bedingungen zum Ändern der Probe aufweist und eine genaue In-situ-Betrachtung der Probe mit einer verhältnismäßig einfachen Konfiguration ermöglicht.
Lösung des Problems
Zum Lösen der vorstehend beschriebenen Aufgaben ist gemäß der vorliegenden Erfindung eine mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitende Vorrichtung vorgesehen, welche Folgendes aufweist: einen Probenhalter, der eine Probe hält, ein erstes optisches System, das die Probe auf dem Probenhalter mit einem Strahl geladener Teilchen bestrahlt und die Probe mit dem Strahl geladener Teilchen abtastet, eine Elektronendetektionseinheit, die Sekundärelektronen, die infolge der Bestrahlung unter Verwendung des Strahls geladener Teilchen von der Probe abgegeben werden, oder Transmissionselektronen, die von der Probe durchgelassen werden, detektiert, eine erste Vakuumkammer, die den Probenhalter, das erste optische System und die Elektronendetektionseinheit in einer Vakuumatmosphäre hält, eine Anzeigeeinheit, die ein mikroskopisches Bild der Probe auf der Grundlage einer Ausgabe der Elektronendetektionseinheit anzeigt, und eine Steuereinheit, die jeden Arbeitsvorgang des Probenhalters und des ersten optischen Systems steuert. Die mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitende Vorrichtung weist eine zweite Vakuumkammer, die von der ersten Vakuumkammer verschieden ist, und ein zweites optisches System, das in der zweiten Vakuumkammer angeordnet ist und vom ersten optischen System verschieden ist, auf. Das zweite optische System und die Steuereinheit sind miteinander verbunden, um miteinander kommunizieren zu können. Die zweite Vakuumkammer weist Zustandsänderungsmittel zum Ändern des Zustands der Probe auf dem Probenhalter auf.
Zusätzlich ist gemäß der vorliegenden Erfindung ein Elektronenmikroskop vorgesehen, welches Folgendes aufweist: einen Probenhalter, der eine Probe trägt, ein erstes optisches System, das die Probe auf dem Probenhalter mit einem Elektronenstrahl bestrahlt und die Probe mit dem Elektronenstrahl abtastet, eine Elektronendetektionseinheit, die Sekundärelektronen, die infolge der Bestrahlung unter Verwendung des Elektronenstrahls von der Probe abgegeben werden, oder Transmissionselektronen, die von der Probe durchgelassen werden, detektiert, eine erste Vakuumkammer, die den Probenhalter, das erste optische System und die Elektronendetektionseinheit in einer Vakuumatmosphäre hält, eine Anzeigeeinheit, die ein mikroskopisches Bild der Probe auf der Grundlage einer Ausgabe der Elektronendetektionseinheit anzeigt, und eine Steuereinheit, die jeden Arbeitsvorgang des Probenhalters und des ersten optischen Systems steuert. Das Elektronenmikroskop weist eine zweite Vakuumkammer, die von der ersten Vakuumkammer verschieden ist, und ein zweites optisches System, das in der zweiten Vakuumkammer angeordnet ist und vom ersten optischen System verschieden ist, auf. Das zweite optische System und die Steuereinheit sind miteinander verbunden, um miteinander kommunizieren zu können. Die zweite Vakuumkammer weist Zustandsänderungsmittel zum Ändern des Zustands der Probe auf dem Probenhalter auf.
Zusätzlich ist gemäß der vorliegenden Erfindung ein Probenbetrachtungsverfahren vorgesehen, bei dem ein Elektronenmikroskop verwendet wird. Das Probenbetrachtungsverfahren weist Folgendes auf: Erfassen eines Gesamtbilds einer als Betrachtungsziel dienenden Probe in einer ersten Probenkammer, um anschließend ein erstes elektronenmikroskopisches Bild der Probe in einer zweiten Probenkammer auf der Grundlage des erfassten Gesamtbilds der Probe zu erfassen, und Erfassen des Gesamtbilds der Probe, während die Probe in der ersten Probenkammer geändert wird, um anschließend ein zweites elektronenmikroskopisches Bild der Probe in der zweiten Probenkammer auf der Grundlage des in der ersten Probenkammer erfassten Gesamtbilds der Probe zu erfassen.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitende Vorrichtung verwirklicht werden, die geringe Einschränkungen für die Bedingungen zum Ändern der Probe aufweist und eine genaue In-situ-Betrachtung der Probe mit einer verhältnismäßig einfachen Konfiguration ermöglicht.
Zusätzlich kann gemäß der vorliegenden Erfindung ein Elektronenmikroskop verwirklicht werden, das geringe Einschränkungen für die Bedingungen zum Ändern der Probe aufweist und eine genaue In-situ-Betrachtung der Probe mit einer verhältnismäßig einfachen Konfiguration ermöglicht.
Zusätzlich kann gemäß der vorliegenden Erfindung ein Probenbetrachtungsverfahren bereitgestellt werden, das geringe Einschränkungen für die Bedingungen zum Ändern der Probe aufweist und eine genaue In-situ-Betrachtung der Probe mit einer verhältnismäßig einfachen Konfiguration ermöglicht.
Eine Aufgabe, eine Konfiguration und eine vorteilhafte Wirkung, die über jene hinausgehen, die vorstehend beschrieben wurden, werden anhand der Beschreibung der folgenden Ausführungsformen klarer werden.
Kurzbeschreibung der Zeichnung
Es zeigen:
1 ein Gesamtschema eines Elektronenmikroskops gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
2A einen Teil eines Elektronenmikroskops gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
2B eine schematische Konfiguration einer Ex-situ-Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
3 eine Temperaturverteilungsanzeige gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
4 eine Probengesamtbildanzeige gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
5A ein Probenbetrachtungssystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
5B ein Probenbetrachtungssystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
6 ein Flussdiagram einer Probenbetrachtungsprozedur gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und
7 ein Flussdiagram einer Probenbetrachtungsprozedur gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Beschreibung von Ausführungsformen
Nachstehend wird eine Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Zeichnung beschrieben. In der gesamten Beschreibung sind die gleichen Konfigurationselemente in den jeweiligen Zeichnungsbestandteilen mit den gleichen Bezugszahlen versehen, so dass in einigen Fällen auf ihre Beschreibung verzichtet werden kann.
Ausführungsform 1
Ein Elektronenmikroskop gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird mit Bezug auf die 1 bis 2B beschrieben. 1 zeigt ein Gesamtschema eines Elektronenmikroskopkörpers. 2A zeigt den Elektronenmikroskopkörper aus 1 in vereinfachter Weise, um das Verständnis zu erleichtern. Zusätzlich zeigt 2B eine Probenkammer 30, die getrennt von einer Probenkammer 27 in 2A angeordnet ist.
Zuerst wird der in 1 dargestellte Elektronenmikroskopkörper beschrieben. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird als Beispiel des Elektronenmikroskops ein Beispiel eines Rasterelektronenmikroskops beschrieben, das eine als Betrachtungsziel dienende Probe mit einem Strahl geladener Teilchen bestrahlt und die Probe mit dem Strahl geladener Teilchen abtastet.
Zusätzlich zeigt 1 ein Beispiel eines Transmissionselektronenmikroskops, das ein Transmissionselektronenbild erfasst, indem es eine Transmissionselektronendetektionseinheit veranlasst, durch die Probe hindurchtretende Transmissionselektronen zu detektieren. Das als Ziel der vorliegenden Erfindung dienende Elektronenmikroskop kann jedoch ohne Einschränkung ein Rasterelektronenmikroskop sein, das ein Sekundärelektronenbild erfasst, indem eine Sekundärelektronendetektionseinheit veranlasst wird, von der Probe abgegebene Sekundärelektronen zu detektieren. Ferner kann ein Rasterelektronenmikroskop/Transmissionselektronenmikroskop verwendet werden, das sowohl eine Transmissionselektronendetektionseinheit als auch eine Sekundärelektronendetektionseinheit aufweist.
Eine optische Säule eines Elektronenmikroskops 1 ist so ausgelegt, dass sie hauptsächlich eine Elektronenkanone 2, eine Sammellinse 3, eine Objektivlinse 4, eine Zwischenlinse 5 und eine Projektionslinse 6 aufweist.
Eine Probe 8 wird auf einen Probenhalter 7 geladen. Der Probenhalter 7 wird von einem Probentisch 22, der an einer Seitenfläche der optischen Säule des Elektronenmikroskops 1 angeordnet ist, ins Innere eingebracht. Das Bewegen und Neigen der Probe 8 werden durch einen Probenfeinbewegungs-Antriebsmechanismus 9 gesteuert, der mit dem Probentisch 22 verbunden ist.
Eine bewegbare Konvergenzdrossel 16 zum Konvergieren eines Strahls geladener Teilchen, der bei der Bestrahlung der Probe 8 verwendet wird, d. h. eines Elektronenstrahls 15, ist oberhalb der Objektivlinse 4 angeordnet. Eine bewegbare Objektdrossel 17 ist in der hinteren Brennebene der Objektivlinse 4 bereitgestellt. Zusätzlich ist eine bewegbare Sichtbegrenzungsdrossel 18 in der Bildebene bereitgestellt. Jede bewegbare Drossel ist mit einer Bewegbare-Drossel-Antriebssteuereinheit 19 verbunden. Jede bewegbare Drossel ist in horizontaler Richtung bewegbar. Die Arbeitsweise jeder bewegbaren Drossel wird durch die Bewegbare-Drossel-Antriebssteuereinheit 19 gesteuert, um sie entsprechend einem Betrachtungsziel in die optische Achse hinein und aus dieser heraus zu bewegen.
Eine Fluoreszenzplatte 10 ist unterhalb der Projektionslinse 6 angeordnet. Eine Kamera 11 ist an einem unteren Abschnitt der Fluoreszenzplatte 10 angebracht. Die Kamera 11 ist über eine Kamerasteuereinheit 12 mit einem Bildschirm 13 und einer Bildanalysevorrichtung 14 verbunden.
Die Sammellinse 3, die Objektivlinse 4, die Zwischenlinse 5 und die Projektionslinse 6 sind jeweils mit einer Linsenleistungsquelle 20 verbunden.
Der von der Elektronenkanone 2 abgegebene Strahl geladener Teilchen, d. h. der Elektronenstrahl 15, wird durch die Sammellinse 3 und die bewegbare Konvergenzdrossel 16 konvergiert und zur Bestrahlung der Probe 8 verwendet. Der von der Probe 8 durchgelassene Elektronenstrahl 15 wird durch die Objektivlinse 4 veranlasst, ein Bild zu erzeugen. Das Bild wird durch die Zwischenlinse 5 und die Projektionslinse 6 vergrößert und auf die Fluoreszenzplatte 10 projiziert. Falls die Fluoreszenzplatte 10 bewegt wird, um sie von der optischen Achse zu verschieben, wird das Bild an der Kamera 11 projiziert. Das projizierte Bild wird auf dem Bildschirm 13 angezeigt und an der Bildanalyseeinheit 14 aufgezeichnet.
Die Hauptkörpersteuereinheit 21 ist mit dem Probenfeinbewegungs-Antriebsmechanismus 9, der Kamerasteuereinheit 12, der Bewegbare-Drossel-Antriebssteuereinheit 19 und der Linsenleistungsquelle 20 verbunden, um ein Steuersignal zum Steuern der Gesamtvorrichtung zu senden und zu empfangen. Der Probenfeinbewegung-Antriebsmechanismus 9 ist so ausgelegt, dass er einen Probenbewegungsmechanismus 9a zum Bewegen der Probe 8 und einen Probenneigemechanismus 9b zum Neigen der Probe 8 aufweist.
Die in 1 dargestellte Konfiguration eines Steuersystems dient lediglich als Beispiel. Solange eine gemäß der vorliegenden Ausführungsform vorgesehene Funktion erfüllt wird, ist jedes Modifikationsbeispiel für die Steuereinheit oder Kommunikationsverdrahtung im Schutzumfang des Elektronenmikroskops gemäß der vorliegenden Ausführungsform enthalten. Beispielsweise ist in 1 die Hauptkörpersteuereinheit 21 mit jeder Konfigurationseinheit verbunden, um die Gesamtvorrichtung zu steuern. Es kann jedoch eine Konfiguration verwendet werden, die Steuereinheiten aufweist, die jeweils für jede Konfigurationseinheit unabhängig sind.
Als nächstes wird eine Konfiguration gemäß der vorliegenden Ausführungsform mit Bezug auf die 2A und 2B beschrieben.
Wie vorstehend beschrieben wurde, zeigt 2A den Elektronenmikroskopkörper aus 1 in vereinfachter Weise. Eine optische Säule 23 des Elektronenmikroskops ist so ausgelegt, dass sie eine Elektronenkanonenkammer 24, ein Kanonenventil 25, eine Zwischenkammer 26, eine Probenkammer 27 und eine Turbomolekularpumpe 28 aufweist. Eine auf einen Probenhalter 29 geladene Probe wird in die Probenkammer 27, die durch die Turbomolekularpumpe 28 in einem Hochvakuumzustand gehalten wird, eingeführt, wodurch an der Probe eine Beobachtung ausgeführt wird.
2B zeigt eine Ex-situ-Vorrichtung, die getrennt von der optischen Säule 23 in 2A angeordnet ist. Die Ex-situ-Vorrichtung ist so ausgelegt, dass sie eine Probenkammer 30, die getrennt von der Probenkammer 27 angeordnet ist und die Probe in einen Vakuumzustand versetzt, eine Turbomolekularpumpe 31, welche die Probenkammer 30 evakuiert, eine Vakuummessvorrichtung 32, eine CCD-Kamera 33, die ein Bild aufnimmt, einen Probenhalter 34 und eine Gaseinleitvorrichtung 35 aufweist.
Hier können der Probenhalter 29 in 2A und der Probenhalter 34 in 2B jeweils verschiedene Probenhalter verwenden. Für eine genaue ”In-situ-Betrachtung” ist es jedoch bevorzugt, den gleichen Probenhalter wie in Ausführungsform 2 oder Ausführungsform 3 zu verwenden (später beschrieben).
Beispielsweise ist die Gaseinleitvorrichtung 35 ein Probenzustandsänderungsmittel zum Zuführen von Gas, um in der Probe eine Oxidations-Reduktions-Reaktion zu erzeugen.
Es ist vorstellbar, den Zustand der Probe zusätzlich zur Einleitung von Gas durch Erwärmen der Probe, Kühlen der Probe, Bestrahlen der Probe mit Ultraviolettlicht oder Unterdrucksetzen der Probe zu ändern. Daher können die Probenzustandsänderungsmittel zusätzlich zur Gaseinleitvorrichtung zu einer Heizvorrichtung zum Erwärmen der Probe, einer Kühlvorrichtung zum Kühlen der Probe, einer Ultraviolettbestrahlungsvorrichtung zum Bestrahlen der Probe mit Ultraviolettlicht oder einer Druckausübungsvorrichtung zum Ausüben von Druck auf die Probe geschaltet werden.
Die CCD-Kamera 33 ist ein innerhalb der Probenkammer 30 angeordnetes optisches System zur Beobachtung des Zustands der Probe auf dem Probenhalter 34. Das optische System kann eine beliebige Konfiguration aufweisen, solange das optische System ein Bild erfassen kann. Beispielsweise kann das optische System zusätzlich zu einer optischen Kamera in der Art einer CCD-Kamera zu einem optischen Mikroskop oder einer Thermokamera (Infrarotkamera) zum Messen einer Temperatur geschaltet werden.
Hier werden die Probenkammer 27 in 2A und die Probenkammer 30 in 2B durch jeweilige unabhängige Turbomolekularpumpen (TMP) 28 und 31 evakuiert. Beispielsweise kann selbst dann, wenn Gas durch die Gaseinleitvorrichtung 35 in die Probenkammer 30 eingeleitet wird, um den Zustand der Probe zu ändern, verhindert werden, dass das Gas die Probenkammer 27, d. h. das Elektronenmikroskop, verunreinigt.
Die Probenkammer 27 und die Probenkammer 30 weisen jeweils ein unabhängiges Vakuumsystem auf und können demgemäß bei unterschiedlichen Vakuumgraden gehalten werden. Wenn jedoch veranlasst wird, dass der Vakuumgrad der Probenkammer 30 und der Vakuumgrad der Probenkammer 27 übereinstimmen, kann, wenn der Zustand der Probe innerhalb der Probenkammer 30 geändert wird, eine Änderung in der Probe unter im Wesentlichen der gleichen Bedingung beobachtet werden wie bei der durch das Elektronenmikroskop ausgeführten ”In-situ-Betrachtung”.
Zusätzlich befindet sich die Vakuummessvorrichtung 32 in der Probenkammer 30. Während der Vakuumgrad innerhalb der Probenkammer 30 überwacht wird, kann der Zustand der Probe geändert werden.
Als optisches System der in 2B dargestellten Ex-situ-Vorrichtung ist eine CCD-Kamera 33 an Stelle einer Thermokamera (Infrarotkamera) daran angebracht. 3 zeigt ein Beispiel der Temperaturverteilung der Probe, wenn die Probe unter der Thermokamera betrachtet wird.
Wie in 3 dargestellt ist, wird das optische System von einer CCD-Kamera zu einer Thermokamera ausgetauscht. Auf diese Weise kann eine Temperaturänderung in der Probe dynamisch beobachtet werden, während die Probe beispielsweise erwärmt wird.
4 zeigt ein Beispiel, wobei die CCD-Kamera als optisches System der Ex-situ-Vorrichtung darauf angebracht ist und ein Gesamtbild der Probe unter Verwendung der CCD-Kamera betrachtet wird, so dass es auf dem Bildschirm angezeigt wird. Eine gewünschte Gesichtsfeldposition wird auf dem Gesamtbild der Probe bestimmt, und Bilddaten der gesamten Probe werden zum Elektronenmikroskop übertragen. Auf diese Weise kann das Gesichtsfeld, wenn die Probe unter Verwendung des Elektronenmikroskops betrachtet wird, leicht zur gewünschten Gesichtsfeldposition bewegt werden.
Zusätzlich wird die Probe für das Elektronenmikroskop, wie in 4 dargestellt ist, vorab unter Verwendung eines optischen Systems in der Art einer CCD-Kamera der Ex-situ-Vorrichtung betrachtet. Dementsprechend kann die Orientierung der Probe festgelegt werden und kann die Probe mit dem Elektronenmikroskop ausgerichtet positioniert werden. Durch die von der Ex-situ-Vorrichtung ausgeführte Betrachtung kann ein Probengesamtbild erfasst werden, das durch den Strahl geladener Teilchen (Elektronenstrahl) nicht beschädigt ist.
Die 5A und 5B zeigen ein Beispiel, wobei der in den 1 und 2A beschriebene Elektronenmikroskopkörper und die in 2B beschriebene Ex-situ-Vorrichtung miteinander verbunden sind.
In 5A ist die CCD-Kamera 33 der Ex-situ-Vorrichtung über eine LAN-Verbindung 37 mit einem Elektronenmikroskop 36 verbunden. In diesem Fall wird beispielsweise Software zum Steuern der Ex-situ-Vorrichtung in der Hauptkörpersteuereinheit 21 oder der Bildanalyseeinheit 14 des Elektronenmikroskops 36 installiert. Auf diese Weise kann das von der CCD-Kamera 33 der Ex-situ-Vorrichtung erfasste Probengesamtbild zum Elektronenmikroskop 36 übertragen werden.
In 5B ist ein Personalcomputer (PC) 38 zwischen der CCD-Kamera 33 der Ex-situ-Vorrichtung und dem Elektronenmikroskop 36 angeordnet. Die CCD-Kamera 33 und der Personalcomputer (PC) 38 bzw. das Elektronenmikroskop 36 und der Personalcomputer (PC) 38 sind jeweils durch die LAN-Verbindung 37 miteinander verbunden. In diesem Fall ist die Software zum Steuern der Ex-situ-Vorrichtung im Personalcomputer (PC) 38 installiert. Auf diese Weise kann das von der CCD-Kamera 33 der Ex-situ-Vorrichtung erfasste Probengesamtbild zum Elektronenmikroskop 36 übertragen werden.
Gemäß der in 5B dargestellten Systemkonfiguration kann die in 2B dargestellte Ex-situ-Vorrichtung verhältnismäßig einfach zusätzlich im existierenden Elektronenmikroskop 36 angeordnet werden.
Die LAN-Verbindung 37 ist nicht auf ein verdrahtetes LAN beschränkt, sondern kann eine drahtlose Kommunikation unter Verwendung eines drahtlosen LANs sein. Zusätzlich können an Stelle der LAN-Verbindung 37 andere Kommunikationsmittel verwendet werden, solange die CCD-Kamera 33 der Ex-situ-Vorrichtung und das Elektronenmikroskop 36 miteinander verbunden sind, so dass sie miteinander kommunizieren können.
Ausführungsform 2
6 zeigt ein Beispiel einer Probenbetrachtungsprozedur unter Verwendung des in Ausführungsform 1 beschriebenen Elektronenmikroskops. Das Beispiel der Probenbetrachtungsprozedur wird mit Bezug auf ein Flussdiagramm in 6 beschrieben.
Zuerst wird der Probenhalter 34 mit der darauf angeordneten Probe in die Ex-situ-Vorrichtung eingebracht und wird das Gesamtbild der Probe durch eine optische Kamera in der Art der CCD-Kamera 33 betrachtet (erfasst), wodurch eine Gesichtsfeldposition bestätigt und bestimmt wird (Schritt 601). Hier wird der Zustand der auf dem Probenhalter 34 angeordneten Probe oder die Drehung (Position) eingestellt.
Als nächstes wird der Probenhalter 34 aus der Ex-situ-Vorrichtung entfernt und in die Probenkammer 27 des Elektronenmikroskops 1 eingebracht.
Hier werden zum Festlegen der Gesichtsfeldposition der Probe im Elektronenmikroskop 1 Bilddaten von der Ex-situ-Vorrichtung zum Elektronenmikroskop 1 übertragen. Wie in Ausführungsform 1 beschrieben, teilen sich Mittel zum Übertragen der Bilddaten die Daten entsprechend der Systemkonfiguration in 5A oder 5B.
Wenn die Probe unter Verwendung des Elektronenmikroskops 1 betrachtet wird, kann die Gesichtsfeldposition auf der Grundlage der von der Ex-situ-Vorrichtung übertragenen Bilddaten bewegt werden. Dementsprechend ist es nicht erforderlich, die Probe beim Suchen des Gesichtsfelds mit dem Elektronenstrahl zu bestrahlen. An der bei der Betrachtung der Probe unter Verwendung der Ex-situ-Vorrichtung vorab bestimmten Gesichtsfeldposition wird die Probe vor der Änderung mit einem Bild hoher Auflösung betrachtet (Schritt 602).
Nachdem die Probe vor der Änderung betrachtet wurde, wird der Probenhalter 34 wieder in die Ex-situ-Vorrichtung eingebracht und Prozessen in der Art einer Gaseinleitung, einer Erwärmung, einer Kühlung, einer Bestrahlung mit Ultraviolettlicht oder eines Ausübens von Druck unterzogen. Die jeweiligen Prozesse können unabhängig ausgeführt werden. Beispielsweise können die Gaseinleitung und das Erwärmen gleichzeitig ausgeführt werden. Mehrere der Prozesse können in Kombination miteinander ausgeführt werden.
Um einen Zustand, bei dem die Probe geändert wird, in der Ex-situ-Vorrichtung zu beobachten, führt die CCD-Kamera oder die Thermokamera eine In-situ-Betrachtung aus (Schritt 603).
Ein von der CCD-Kamera oder der Thermokamera erfasstes Bild zeigt einen Betrachtungszustand auf einer Echtzeitbasis. Dementsprechend kann das Bild als ein Bewegtbild gespeichert werden. Die Vakuumgrade oder die Erwärmungstemperaturen während der Gaseinleitung werden sequenziell auf einer graphischen Benutzerschnittstelle (GUI) angezeigt.
Nachdem die Änderung der Probe unter Verwendung der CCD-Kamera der Ex-situ-Vorrichtung beobachtet wurde, wird die Probe wieder unter Verwendung des Elektronenmikroskops betrachtet (Schritt 604).
Wie vorstehend beschrieben wurde, wird gemäß der in 6 dargestellten Probenbetrachtungsprozedur ein Bild hoher Auflösung vor und nach der Änderung der Probe erfasst. Dementsprechend können die Proben vor und nach ihrer Änderung verglichen werden.
Zusätzlich wird die Gaseinleitung außerhalb des Elektronenmikroskops ausgeführt. Dementsprechend kann eine In-situ-Betrachtung unter Verwendung eines Gastyps ausgeführt werden, der nicht in einen Hochvakuumzustand eingebracht werden kann.
Ausführungsform 3
7 zeigt ein weiteres Beispiel der Probenbetrachtungsprozedur.
Zuerst wird der Probenhalter 34, auf dem die Probe angeordnet ist, in die Ex-situ-Vorrichtung eingebracht und Prozessen in der Art einer Gaseinleitung, eines Erwärmens, eines Kühlens, einer Bestrahlung mit Ultraviolettlicht oder einer Druckausübung unterzogen. Ähnlich Ausführungsform 2 können die jeweiligen Prozesse unabhängig ausgeführt werden. Beispielsweise können die Gaseinleitung und das Erwärmen gleichzeitig ausgeführt werden. Mehrere der Prozesse können in Kombination miteinander ausgeführt werden.
Zum Beobachten eines Zustands, in dem die Probe in der Ex-situ-Vorrichtung geändert wird, führt die CCD-Kamera oder die Thermokamera die In-situ-Betrachtung aus (Schritt 701).
Anschließend wird das Gesamtbild der Probe unter Verwendung der CCD-Kamera oder der Thermokamera betrachtet und wird die Gesichtsfeldposition der Probe bestimmt, um die Probe im Elektronenmikroskop 1 zu betrachten (Schritt 702).
Als nächstes wird der Probenhalter 34 aus der Ex-situ-Vorrichtung entfernt und in die Probenkammer 27 des Elektronenmikroskops 1 eingebracht.
Hier werden zum Festlegen der Gesichtsfeldposition der Probe im Elektronenmikroskop 1 Bilddaten von der Ex-situ-Vorrichtung zum Elektronenmikroskop 1 übertragen. Wie in Ausführungsform 1 beschrieben, teilen sich Mittel zum Übertragen der Bilddaten die Daten entsprechend der Systemkonfiguration in 5A oder 5B.
Wenn die Probe unter Verwendung des Elektronenmikroskops 1 betrachtet wird, kann die Gesichtsfeldposition auf der Grundlage der von der Ex-situ-Vorrichtung übertragenen Bilddaten bewegt werden. Dementsprechend ist es nicht erforderlich, die Probe beim Suchen des Gesichtsfelds mit dem Elektronenstrahl zu bestrahlen. An der bei der Betrachtung der Probe unter Verwendung der Ex-situ-Vorrichtung vorab bestimmten Gesichtsfeldposition wird die Probe vor der Änderung mit einem Bild hoher Auflösung betrachtet (Schritt 703).
Wie vorstehend beschrieben wurde, wird bei der in 7 dargestellten Probenbetrachtungsprozedur der Zustand der Probe in der Probenkammer 30 der Ex-situ-Vorrichtung gegenüber jenem der Probenkammer 27 des Elektronenmikroskops 1 geändert. Anschließend wird ein hochauflösendes Bild der Probe nach der Änderung durch das Elektronenmikroskop erfasst.
Die Gaseinleitung geschieht außerhalb des Elektronenmikroskops. Dementsprechend kann ähnlich Ausführungsform 2 eine In-situ-Betrachtung unter Verwendung eines Gastyps ausgeführt werden, der nicht in die Probenkammer (Hochvakuumzustand) des Elektronenmikroskops eingeleitet werden kann.
In der Ex-situ-Vorrichtung wird die Probe unter Verwendung einer optischen Kamera in der Art einer CCD-Kamera betrachtet. Dementsprechend wird das Elektronenmikroskop geeignet für die Betrachtung der Probe verwendet, welche im Elektronenstrahl schwach ist.
Zusätzlich wird das Gesichtsfeld der Probe gesucht, bevor die Probe unter Verwendung des Elektronenmikroskops betrachtet wird. Daher können durch den Elektronenstrahl hervorgerufene Schäden an der Probe verringert werden.
Zusätzlich werden Daten in Bezug auf die Gesichtsfeldposition der Probe von der Ex-situ-Vorrichtung zum Elektronenmikroskop übertragen. Auf diese Weise kann, ohne die mit dem Elektronenstrahl bestrahlte Probe zu bestätigen, die Gesichtsfeldposition bewegt werden.
Zusätzlich ermöglicht das Ex-situ-Verfahren das Ausführen einer In-situ-Betrachtung bei einem Gastyp, der nicht in den Hochvakuumzustand des Elektronenmikroskops eingebracht werden kann. Daher kann die Probe betrachtet werden und kann eine Temperaturänderung in der Probe, während die Probe erwärmt wird, dynamisch beobachtet werden.
Es ist bevorzugt, die von der in 3 beschriebenen Thermokamera erfasste Temperaturverteilung unter Verwendung von Farbbildern anzuzeigen. Dies liegt daran, dass der Temperaturänderungszustand innerhalb der Probe beim Ändern des Gastyps oder der Erwärmungstemperatur leicht festgestellt werden kann.
Zusätzlich wird zwischen der optischen Kamera (CCD-Kamera) und der Thermokamera gewechselt, um Bilder zu erfassen. Auf diese Weise kann die Temperaturverteilung einer kleinen Form innerhalb der Probe festgestellt werden, indem die jeweiligen Bilder einander überlagert werden.
Ferner kann auch die Temperatur sehr genau beobachtet werden, indem das Elektronenmikroskopbild überlagert wird.
Zusätzlich wird für das in den vorstehend beschriebenen jeweiligen Ausführungsformen beschriebene Elektronenmikroskop ein Transmissionselektronenmikroskop verwendet, welches das Transmissionselektronenbild unter Verwendung der von der Probe durchgelassenen Transmissionselektronen erfasst. Auf diese Weise kann nicht nur eine Oberflächenänderung in der Probe, sondern auch eine innere Änderung in der Probe beobachtet werden.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt und schließt verschiedene Modifikationsbeispiele ein. Beispielsweise wurden die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen detailliert beschrieben, um das Verständnis der vorliegenden Erfindung zu erleichtern. Die vorliegende Erfindung ist nicht notwendigerweise darauf beschränkt, dass sie alle beschriebenen Konfigurationen aufweist. Zusätzlich kann eine Konfiguration einer Ausführungsform teilweise durch eine Konfiguration einer anderen Ausführungsform ersetzt werden. Zusätzlich kann die Konfiguration einer anderen Ausführungsform zur Konfiguration einer Ausführungsform hinzugefügt werden. Zusätzlich kann zu einer Teilkonfiguration der jeweiligen Ausführungsformen eine andere Konfiguration hinzugefügt werden, daraus entfernt werden oder dadurch ersetzt werden.
Bezugszeichenliste

1: ELEKTRONENMIKROSKOP,
2: ELEKTRONENKANONE,
3: SAMMELLINSE,
4: OBJEKTIVLINSE,
5: ZWISCHENLINSE,
6: PROJEKTIONSLINSE,
7, 29, 34: PROBENHALTER,
8: PROBE,
9: PROBENFEINBEWEGUNGS-ANTRIEBSMECHANISMUS,
9A: PROBENBEWEGUNGSMECHANISMUS,
9B: PROBENNEIGEMECHANISMUS,
10: FLUORESZENZPLATTE,
11: KAMERA,
12: KAMERASTEUEREINHEIT,
13: BILDSCHIRM,
14: BILDANALYSEEINHEIT,
15: ELEKTRONENSTRAHL,
16: BEWEGBARE KONVERGENZDROSSEL,
17: BEWEGBARE OBJEKTDROSSEL,
18: BEWEGBARE SICHTBEGRENZUNGSDROSSEL,
19: BEWEGBARE-DROSSEL-ANTRIEBSSTEUEREINHEIT,
20: LINSENLEISTUNGSQUELLE,
21: HAUPTKÖRPERSTEUEREINHEIT,
22: PROBENTISCH,
23: OPTISCHE SÄULE,
24: ELEKTRONENKANONENKAMMER,
25: KANONENVENTIL,
26: ZWISCHENKAMMER,
27, 30: PROBENKAMMER,
28, 31: TURBOMOLEKULARPUMPE (TMP),
32: VAKUUMMESSVORRICHTUNG,
33: CCD-KAMERA,
35: GASEINLEITVORRICHTUNG,
36: ELEKTRONENMIKROSKOP,
37: LAN-VERBINDUNG,
38: PERSONALCOMPUTER (PC)

Claims

Mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitende Vorrichtung, welche Folgendes aufweist: einen Probenhalter, der eine Probe trägt, ein erstes optisches System, das die Probe auf dem Probenhalter mit einem Strahl geladener Teilchen bestrahlt und die Probe mit dem Strahl geladener Teilchen abtastet, eine Elektronendetektionseinheit, die Sekundärelektronen, die infolge der Bestrahlung unter Verwendung des Strahls geladener Teilchen von der Probe abgegeben werden, oder Transmissionselektronen, die von der Probe durchgelassen werden, detektiert, eine erste Vakuumkammer, die den Probenhalter, das erste optische System und die Elektronendetektionseinheit in einer Vakuumatmosphäre hält, eine Anzeigeeinheit, die ein mikroskopisches Bild der Probe auf der Grundlage einer Ausgabe der Elektronendetektionseinheit anzeigt, und eine Steuereinheit, die jeden Arbeitsvorgang des Probenhalters und des ersten optischen Systems steuert, wobei die mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitende Vorrichtung Folgendes aufweist: eine zweite Vakuumkammer, die von der ersten Vakuumkammer verschieden ist, und ein zweites optisches System, das in der zweiten Vakuumkammer angeordnet ist und vom ersten optischen System verschieden ist, wobei das zweite optische System und die Steuereinheit miteinander verbunden sind, so dass sie miteinander kommunizieren können, und wobei die zweite Vakuumkammer Zustandsänderungsmittel zum Ändern des Zustands der Probe auf dem Probenhalter aufweist.
Mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitende Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Zustandsänderungsmittel wenigstens eine oder mehrere von einer Gaseinleitvorrichtung, die Gas in die zweite Vakuumkammer einleitet, einer Heizvorrichtung, welche die Probe erwärmt, einer Kühlvorrichtung, welche die Probe kühlt, einer Ultraviolettbestrahlungsvorrichtung, welche die Probe mit Ultraviolettlicht bestrahlt, und einer Druckausübungsvorrichtung, welche Druck auf die Probe ausübt, aufweisen.
Mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitende Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das zweite optische System ein optisches Mikroskop, eine CCD-Kamera oder eine Thermokamera ist.
Mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitende Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Steuereinheit einen Abtastbereich auf der mit dem Strahl geladener Teilchen zu bestrahlenden Probe auf der Grundlage eines Gesamtbilds der Probe auf dem Probenhalter, das durch das zweite optische System erfasst wird, bestimmt.
Elektronenmikroskop, welches Folgendes aufweist: einen Probenhalter, der eine Probe trägt, ein erstes optisches System, das die Probe auf dem Probenhalter mit einem Elektronenstrahl bestrahlt und die Probe mit dem Elektronenstrahl abtastet, eine Elektronendetektionseinheit, die Sekundärelektronen, die infolge der Bestrahlung unter Verwendung des Elektronenstrahls von der Probe abgegeben werden, oder Transmissionselektronen, die von der Probe durchgelassen werden, detektiert, eine erste Vakuumkammer, die den Probenhalter, das erste optische System und die Elektronendetektionseinheit in einer Vakuumatmosphäre hält, eine Anzeigeeinheit, die ein mikroskopisches Bild der Probe auf der Grundlage einer Ausgabe der Elektronendetektionseinheit anzeigt, und eine Steuereinheit, die jeden Arbeitsvorgang des Probenhalters und des ersten optischen Systems steuert, wobei das Elektronenmikroskop Folgendes aufweist: eine zweite Vakuumkammer, die von der ersten Vakuumkammer verschieden ist, und ein zweites optisches System, das in der zweiten Vakuumkammer angeordnet ist und vom ersten optischen System verschieden ist, wobei das zweite optische System und die Steuereinheit miteinander verbunden sind, so dass sie miteinander kommunizieren können, und wobei die zweite Vakuumkammer Zustandsänderungsmittel zum Ändern des Zustands der Probe auf dem Probenhalter aufweist.
Elektronenmikroskop nach Anspruch 5, wobei die Zustandsänderungsmittel wenigstens eine oder mehrere von einer Gaseinleitvorrichtung, die Gas in die zweite Vakuumkammer einleitet, einer Heizvorrichtung, welche die Probe erwärmt, einer Kühlvorrichtung, welche die Probe kühlt, einer Ultraviolettbestrahlungsvorrichtung, welche die Probe mit Ultraviolettlicht bestrahlt, und einer Druckausübungsvorrichtung, welche Druck auf die Probe ausübt, aufweisen.
Elektronenmikroskop nach Anspruch 5 oder 6, wobei das zweite optische System ein optisches Mikroskop, eine CCD-Kamera oder eine Thermokamera ist.
Elektronenmikroskop nach Anspruch 5 oder 6, wobei die Steuereinheit einen Abtastbereich auf der mit dem Elektronenstrahl zu bestrahlenden Probe auf der Grundlage eines Gesamtbilds der Probe auf dem Probenhalter, das durch das zweite optische System erfasst wird, bestimmt.
Probenbetrachtungsverfahren unter Verwendung eines Elektronenmikroskops, welches Folgendes aufweist: Erfassen eines Gesamtbilds einer als Betrachtungsziel dienenden Probe in einer ersten Probenkammer, um anschließend ein erstes elektronenmikroskopisches Bild der Probe in einer zweiten Probenkammer auf der Grundlage des erfassten Gesamtbilds der Probe zu erfassen, und Erfassen des Gesamtbilds der Probe, während die Probe in der ersten Probenkammer geändert wird, um anschließend ein zweites elektronenmikroskopisches Bild der Probe in der zweiten Probenkammer auf der Grundlage des in der ersten Probenkammer erfassten Gesamtbilds der Probe zu erfassen.
Probenbetrachtungsverfahren nach Anspruch 9, wobei das erste elektronenmikroskopische Bild und das zweite elektronenmikroskopische Bild ein Sekundärelektronenbild oder ein Transmissionselektronenbild sind.
Probenbetrachtungsverfahren nach Anspruch 9 oder 10, wobei die Mittel zum Ändern der Probe in der ersten Probenkammer wenigstens eines oder mehrere von Gaseinleitmitteln zum Einleiten von Gas in die erste Probenkammer, Heizmitteln zum Erwärmen der Probe, Kühlmitteln zum Kühlen der Probe, Ultraviolettbestrahlungsmitteln zum Bestrahlen der Probe mit Ultraviolettlicht und Druckausübungsmitteln zum Ausüben von Druck auf die Probe aufweisen.
Probenbetrachtungsverfahren nach Anspruch 9 oder 10, wobei die Mittel zum Erfassen des Gesamtbilds der Probe in der ersten Probenkammer entweder ein optisches Mikroskop, eine CCD-Kamera oder eine Thermokamera sind.