JP2012503856A - 真空化されたデバイス、および、走査型電子顕微鏡 - Google Patents

Abstract

真空化されたデバイスであって、当該デバイスは、密封されたハウジングと、電子線源と、電子光学部品と、薄膜と、検出器とを有する。該薄膜は、該密封されたハウジングのアパーチャを封止する。該密封されたハウジングは、真空が維持される真空化された空間を定める。該電子線源は、電子線を生成するように構成されており、該電子線は、該真空化された空間内を伝播し、該電子光学部品と相互作用し、かつ該薄膜を貫通する。該密封されたハウジングの第一の部分は、非真空環境に維持される真空化されない走査型電子顕微鏡部品によって定められる空間に適合するように形作られている。
【選択図】図６

Description

関連出願
本願は、米国仮特許出願シリアル番号６１／１００，７３５（出願日：２００８年９月２８日）の優先権を主張するものであって、該仮特許出願は、参照することによって本明細書に組み込まれる。

発明の背景
高分解能顕微鏡は、材料科学、生命科学、半導体産業、および食品産業などの多様な分野における研究開発、品質保証、および製造で使用されている。

１７世紀までさかのぼる光学顕微鏡は、壁にぶつかり、遠紫外線の光子の波長によって範囲が定められて、最も精細な分解能が約８０ｎｍとなっている。

光学顕微鏡の普及は、比較的低価格であること、使用の容易さ、およびイメージング環境の多様性（これらは全て有用性と言い換えられる）に起因している。

走査型電子顕微鏡（scanning electron microscope；ＳＥＭ）は、（数ナノメートルに至るまでの）はるかに精細な分解能を提供するが、その高い分解能を達成するためには、被検体を真空環境に配置して、電子線によって走査しなければならない。

電子線は、エミッターを有し得る電子線源によって生成される。エミッターの寿命は比較的短く、ＳＥＭの寿命の間に複数回交換される必要がある。Ｗエミッターは通常、数百時間機能し、ＬａＢ_６エミッターは１０００時間より長く、そしてショットキーエミッターは、通常、１００００時間を超えて機能する。

電子線は、ＳＥＭの１つ以上のアパーチャ(aperture、孔)を通過し得る。通常のアパーチャは限られた寿命を有しており、ときどき交換されなければならない。

ＳＥＭのメンテナンスは、エミッター、アパーチャ、および、ＳＥＭの他の部品の交換を伴う。交換処理には時間がかかり、また、それらの部品を分解するのを可能とすべく十分大きくＳＥＭを設計することも必要とする。ＳＥＭは、分解のために真空ポートを備える必要がある。加えて、そのような部品の交換では、大気圧から高真空に至るまでのＳＥＭのチャンバーの排気が次いで行われ、また、電子源チャンバーの加熱（いわゆるベーキング処理）も必要とされ得る。

ＳＥＭのチャンバーは大きく、通常、１つ以上の高いスループット(throughput、排気量、処理量）の真空ポンプに接続されている。

真空レベルに達した後でさえも、システムが完全に機能するまでには、なお幾つかのステップが存在し、それは、エミッターの位置調整、および、フィラメントの電流と電位の観点から、エミッターが最適に機能する位置を見付けることである。この処理には時間がかかり、かつ専門技術を必要とする。例えば、ショットキーエミッターを交換し、システムを完全に機能する状態にするサイクル全体では、１２時間より多くを必要とし得る。

迅速な交換のスキームによって特徴付けられるＳＥＭを提供する必要性が高まっている。

発明の要旨
真空化されたデバイスであって、当該デバイスは、密封されたハウジングと、電子線源と、電子光学部品と、薄膜と、検出器とを有し、該薄膜は、該密封されたハウジングのアパーチャを封止しており、該密封されたハウジングは、真空化された空間を定め、該空間内で真空が維持され、該電子線源は、電子線を生成するように構成されており、該電子線は、該真空化された空間内を伝播し、該電子光学部品と相互作用し、かつ該薄膜を貫通し、該密封されたハウジングの第一の部分は、非真空の環境に維持される真空化されない走査型電子顕微鏡部品によって定められる空間に嵌り合う形になっている。

前記真空化されたデバイスと、前記真空化されたデバイスに連結されている真空ポンプとを有する装置である。

走査型電子顕微鏡であって、当該走査型電子顕微鏡は、非真空の環境に維持される真空化されない走査型電子顕微鏡部品を有し、該走査型電子顕微鏡部品は空間を定め、該走査型電子顕微鏡は真空化されたデバイスを有し、該真空化されたデバイスは、密封されたハウジングと、電子線源と、電子光学部品と、薄膜と、検出器とを有し、該薄膜は、該密封されたハウジングのアパーチャを封止しており、該密封されたハウジングは真空化された空間を定め、該空間内で真空が維持され、該電子線源は、電子線を生成するように構成されており、該電子線は、該真空化された空間内を伝播し、該電子光学部品と相互作用し、かつ該薄膜を貫通し、なおかつ、該密封されたハウジングの第一の部分は、該空間に嵌り合うような形になっている。

走査型電子顕微鏡をメンテナンスするための方法であって、当該方法は、第一の真空化されたデバイスを、第二の真空化されたデバイスで交換することを有し、該交換は、該第二の真空化されたデバイスを、取り外し可能な様式で該走査型電子顕微鏡の真空化されない部品に接続することを有する。

物体をイメージングするための方法であって、当該方法は、交換可能な真空化されたデバイスの電子線源によって電子線を生成することを有し、当該方法は、真空化された空間を通して伝播するように、かつ、該交換可能な真空化されたデバイスの密封されたハウジングのアパーチャに向かって伝播するように、該電子線を方向付けることを有し、該アパーチャは、該真空化された空間と、該物体が配置される真空化されない環境との間の圧力差に耐える膜によって封止され、当該方法は、該真空化されたデバイスの検出器によって粒子を検出することを有し、該検出される粒子は、該電子線と該物体との相互作用に応答して生成されたものであり、かつ、当該方法は、該検出機からの検出信号を出力することを有し、該検出された信号が処理されると、それは該物体の少なくとも部分の像を生成することに寄与し、該生成および該検出の段階の間に、該真空化されたデバイスの第一の部分が、走査型電子顕微鏡の少なくとも１つの真空化されない部品によって定められる空間内に配置され、かつ、該真空化されたデバイスの該第一の部分が、該空間に嵌り合うように形となっている。

図１は、本発明の一実施形態に従う、真空化されたデバイスの概略的な断面図である。 図２は、本発明の一実施形態に従う、真空化されたデバイスの概略的な断面図である。 図３は、本発明の一実施形態に従う装置の概略的な断面図である。 図４は、本発明の一実施形態に従う装置の概略的な断面図である。 図５は、本発明の一実施形態に従う装置の概略的な断面図である。 図６は、本発明の一実施形態に従うＳＥＭの概略的な断面図である。 図７は、本発明の一実施形態に従う、真空化されないハウジング、ならびに、コイルおよびレンズの概略的な断面図である。 図８は、本発明の一実施形態に従う、走査型電子顕微鏡をメンテナンスするための方法を示している。 図９は、本発明の一実施形態に従う、物体をイメージングするための方法を示している。 図１０は、本発明の一実施形態に従うＳＥＭの概略的な断面図である。 図１１は、本発明の一実施形態に従うＳＥＭの概略的な断面図である。 図１２は、本発明の一実施形態に従うＳＥＭの概略的な断面図である。 図１３は、本発明の一実施形態に従うＳＥＭの概略的な断面図である。

発明の詳細な説明
本発明の一実施形態に従って、ＳＥＭ、装置(apparatus)、および、真空化されたデバイス(vacuumed device、真空引きされたデバイス)が提供される。該ＳＥＭは、該装置を有し得る。該装置は、該真空化されたデバイスを有し得る。該真空化されたデバイスを、交換可能な真空化されたデバイスとも呼ぶ。

本発明の様々な実施形態に従えば、当該ＳＥＭは、真空化されない(non-vacuumed)環境に置かれた物体(object)の像を取得する。当該ＳＥＭは、１つ以上の真空化されない部品と、当該真空化されたデバイス（または当該装置）とを有する。真空化されない部品は、真空化された環境には置かれない部品である。

真空は、真空化されたデバイス内において維持されるが、しかし、当該ＳＥＭの他の部分内では維持されないことが好都合である。もし、当該真空化されたデバイスが正常に機能しないならば、該真空化されたデバイス全体が交換される。当該真空化されたデバイスは、比較的小さく、該真空化されたデバイス内の真空は、低いスループットの真空ポンプを使用することにより、非常に容易に維持され得る。

当該真空化されたデバイスは、その全体が交換可能であり、それは密封(sealed)され、また、真空に維持されるべき全ての部品を含んでいてよい。これは、当該ＳＥＭのメンテナンスを単純化する。技術者にエミッターまたはアパーチャをメンテナンスおよび交換してもらう代わりに、当該真空化されたデバイス全体が容易に交換される。

付加的または代替的には、前記の交換には、時間のかかる排気の段階(stage)、または、蒸気除去(vapor removal)の段階（ベーキングの段階といったもの）が付随しないので、交換処理は非常に迅速で、ＳＥＭのスループットに対する影響が最小である。

当該真空化されたデバイスは、電子線源またはアパーチャを交換するためのアクセスポートを有する必要がなく、また、外部部品（チャンバー、バルブ、真空ポンプなど）に対するインターフェースの個数が最小にまで低減されるので、当該真空化されたデバイスは比較的小さくなり得る。

当該真空化されたデバイスは、密封(sealed)されたハウジングを有してもよく、該密封されたハウジングは、非常に小さな第一の部分、および、わずかに大きい第二の部分を有し得る。両部分共に比較的小さくてもよく、また、非常に小さい設置面積(footprint)であってもよい。

密封されたハウジングは、ＳＥＭの１つ以上の真空化されない部品によって定められる空間に適合するように形作られている第一の部分を有することが好都合である。この空間は、ハウジング（いわゆる、真空化されないハウジング）によって定めてもよく、また、別の機械的インターフェースによって定めてもよく、該機械的インターフェースは、コイルおよびレンズなどの他の真空化されない部品をも取り囲んでいてもよい（または少なくとも部分的に取り囲んでいてもよい）。

本発明の一実施形態によれば、当該真空化されたデバイス（特に、密封されたハウジングの第一の部分）は、当該ＳＥＭの１つ以上の真空化されない部品によって定められた空間内に、きつく(tightly、締まるように)嵌め込まれ得る。第一の部分は、横方向(lateral)および水平方向(horizontal)の寸法のうちの少なくとも１つにおいて、数十ミクロン（例えば、約５０ミクロン）の機械的な許容誤差を以ってはめ込まれ得る。

本発明の一実施形態によれば、当該ＳＥＭは、位置合せ器(aligner、アライナ)を有してもよく、該位置合せ器は、１つまたは２つの軸にわたる空間に対して、当該真空化されたデバイスを移動させ得る。たとえ当該真空化されたデバイスがきつくはめ込まれている場合であっても、該位置合せ器は使用され得る。該位置合せ器は、１つ以上のネジと、１つ以上のネジレセプタクルとを有し得る。

当該ＳＥＭの真空化されたデバイスと真空化されない部品との間に存在し得る位置ずれ(misalignment)の少なくとも一部は、コイルなどの真空化されない部品によって電磁場を導入することによって補償され得ることに留意されたい。

１つ以上の真空化されない部品は、当該真空化されたデバイス（または、真空化されたデバイスの密封されたハウジングの少なくとも第一の部分）を取り囲んでいてもよく（または、少なくとも部分的に取り囲んでいてもよく）、また、１つ以上の真空化されない部品は、真空化されたデバイス内での電子線の伝播に影響を及ぼしてもよい。電子線の軌道に影響を及ぼし得る、および、潜在的なずれを補正し得る真空化されない部品の非限定的な例は、偏向コイルである。

当該真空化されたデバイスは、エミッターなどの電子線源を有し、該電子線源は、予め位置合わせ(pre-aligned)されていてもよく、事前調整(preconditioned)されていてもよく、かつ、最適な作動パラメータに設定されていてもよい。交換のプロセスは、エミッターを設定することを伴わず、該エミッターと、当該真空化されたデバイスの他の部品との再度の位置合わせを伴わず、かつ、当該真空化されたデバイスの製造プロセスの間に最適な条件が既に設定されているため、最適な条件を設定することを伴わない。

当該ＳＥＭの全ての真空化された部品は、当該真空化されたデバイス内に配置されるのが好都合である。この特徴により、当該真空化されたデバイスの製造が単純化され、かつ、今日使用されているような様々な材料および製造技術を使用するチャンスが開かれ、製造コストにおける重要な意義を有する大量生産に向かわせる。

当該真空化されたデバイスは、交換可能であり、かつ、密封されたハウジングと、電子線源と、電子光学部品と、薄膜と、検出器とを有し得る。該薄膜は、密封されたハウジングのアパーチャを封止する。密封されたハウジングは、真空化された空間を定め、該空間内で真空が維持される。

電子線源は電子線を生成するように構成され、該電子線は、真空化された空間内を伝播し、電子光学部品と相互作用し、かつ薄膜を貫通する。密封されたハウジングの第一の部分は、真空化されない走査型電子顕微鏡部品（これは、真空化されない環境に維持される）によって定められた空間に嵌り合う(fit、フィットする）ような形状になっている。

当該真空化されたデバイスは、複数の検出器、複数の電子光学部品、またはそれらの組み合わせを有してもよい。説明を単純にするために、以下の説明の大部分では、単一のアパーチャおよび単一の検出器を有する当該真空化されたデバイスに言及している。

密封されたハウジングは、電子線が通過し得る複数のアパーチャを有してもよい。該１つ以上のアパーチャは、１つ以上の膜によって封止されていてもよい。該膜は薄くてもよく、また、非常に薄いものであってさえもよい。該膜は、数ナノメートルの厚さであってもよく、それ未満であってさえもよい。各々の膜は、電子線に対して透過性または半透過性であり、また、真空化されない環境と真空化された環境（密封されたハウジング内で維持されている）との間の圧力差を保つ。

当該真空化されたデバイスが複数の膜を有する場合、これらの膜は、１つ以上のアレイを形成するように配置されてもよい。膜毎に、サイズ、厚さ、またはその両方が異なっていてもよい。

電子線を該膜の方へと偏向させることにより、そして、膜と電子線源との間に機械的運動装置(mechanical movement)を導入することによって、またはそれらの組み合わせによって、電子線は膜を通過するように方向付けられ得る。例えば、（蛇腹などの）動く部分に接続（または配置）されているフレームに膜を接続することができ、それにより、電子線の光軸に対して膜を移動させることが可能となる。

膜のフレームはまた、真空デバイスに対して電気的に浮遊(floating)していてもよく、それにより、フレームに衝突する電子によって生成される電流を測定すること（例えば、ピコアンペアメータにフレームを接続することによる）を可能とする。検出を促進するために、フレームに対してバイアスを与えてもよい。

当該真空化されたデバイスの電子光学部品は、アパーチャ、グリッド、レンズ、電子線を加速もしくは減速するための電極、およびビームスプリッタなどを有してもよい。電子光学部品は、電子線の軌道、電子線の形状、および電子線の焦点などに影響を及ぼす任意の部品であってよい。

当該ＳＥＭは、真空化されない環境に維持される１つ以上の電子光学部品を有してもよく、それらを真空化されない部品と呼ぶ。

密封されたハウジングは、単一の開口部を有してもよく、該開口部は、真空化された空間において真空を維持するように構成された真空ポンプの出力に適合するように形作られている。真空ポンプはイオンポンプであってもよい。

密封されたハウジングの第一の部分は、円筒形状を有してもよく、長くて狭いチューブとして形作られていてもよい。第一の部分は、ミリメートルの直径を有してもよく、その直径は、数ミリメートルから数十ミリメートルの範囲であり得る。

第一の部分の横断面は、数十ミリメートルよりも大きくてもよいが、寸法が小さいほど、真空化された空間が小さくなり得、真空を維持するのが容易であり、真空を維持するためにより低いスループットの真空ポンプを使用することができるということに留意されたい。例えば、第一の部分の直径は、３ミリメートルから１５ミリメートルの範囲であり得る。

本発明の様々な実施形態によれば、当該真空化されたデバイスは、第二の部分も有する。第二の部分は第一の部分よりも大きくてもよく、より大きな断面を有しうる。必ずしもそうではないが、第二の部分は円柱形状を有してもよい。

より大きな第二の部分は、真空ポンプに対する接続を提供し、また、ＳＥＭの１つ以上の真空化されない部品に対しても接続を提供し得る。第二の部分は、ねじまたは他のインターフェース部品もしくはガイド部品を用いることにより、ＳＥＭの１つ以上の真空化されない部品（例えば、真空化されないハウジング）に対して取り外し可能な様式で接続されるように構成される。

第二の部分は、当該ＳＥＭの位置合せ器（アライナ）に嵌り合うするような形になっていてもよく、該位置合せ器は、当該真空化されたデバイスと、走査型電子顕微鏡の少なくとも１つの真空化されない部品とを位置合わせするように構成されたものである。該位置合せ器は、２軸または３軸に沿った位置調整を提供し得る。

本発明の一実施形態によれば、密封されたハウジングは、（膜によって封止されたアパーチャに加えて、）ただ一つの開口部(opening)を有し、この開口部は、真空ポンプに対するインターフェースを提供する。

本発明の一実施形態によれば、密封されたハウジングは、バルブ無し(valve-less)のハウジングであり、これはいかなるバルブも有しない。本発明の別の実施形態によれば、密封されたハウジングは、１つ以上のバルブを有してもよく、該バルブは、真空ポンプからの（または、真空ポンプへの）粒子の流れを制御するために使用され得る。

本発明の一実施形態によれば、密封されたハウジングは、真空化された空間を定め、該真空化された空間は非常に小さく、その体積は、数百立方センチメートルを越えない。

上述したように、当該真空化されたデバイス（または、密封されたハウジングの少なくとも第一の部分）は、当該ＳＥＭの１つ以上の真空化されない部品によって定められる空間に嵌り合う（フィットする）ような形になっている。

本発明の一実施形態によれば、当該真空化されたデバイス（または、少なくとも第一の部分）は、該空間にきつく嵌り合うような形になっている。そのため、該空間に配置された後では、第一の部分と相互接続（インターフェース）する真空化されない部品（真空化されないハウジングなど）との間にはわずかな空間しか存在しない。

本発明の一実施形態によれば、密封されたハウジングは、少なくとも１つの（外部からアクセス可能な）コネクタを有する。該コネクタは、以下のうちの少なくとも１つを容易に行わせるようにする：（i）当該真空化されたデバイスの検出器に対する電力の提供、（ii）当該真空化されたデバイスの検出器に対する制御または設定信号の提供、（iii）当該真空化されたデバイスの検出器からの検出信号または処理された検出信号の受信、（iv）膜のフレームからの検出された電流の受信、（v）膜のフレームに対するバイアスの提供。

当該真空化されたデバイスは、（１つ以上のピン、ケーブル、コネクタ、およびそれに類するものを介した）電子線源との接続を提供し得、電子線源の抽出と高電圧部品（または電極）；膜との接続を提供し得、かつ、当該真空化されたデバイスに接続されていてもよい真空ポンプとの接続を提供し得る。

当該真空化されたデバイスの各検出器は、それ自身の検出器用コネクタを有してもよいこと、複数の検出器がコネクタを共有してもよいこと、および、単一の検出器が１つよりも多くの検出器用コネクタに接続されていてもよいことに留意されたい。

本発明の一実施形態によれば、当該真空化されたデバイスは、真空化された空間を定め、該空間は、小さすぎて、位置合わせコイル、コンデンサーレン(condenser len)、非点収差(astigmatism)ビームシフトコイル、走査コイル、または対物レンズをその中に含むことができないものである。該真空化された空間内の真空は、低いスループットの真空ポンプによって維持され得る。

当該真空化されたデバイスは、１つ以上の検出器を有してもよく、該１つ以上の検出器は、互いに異なっていてもよいし、互いに類似していてもよい。当該真空化されたデバイスの検出器は、電子、光子、および放射Ｘ線などを検出してもよい。電子検出器(electron detector)は、シンチレータを基にした(scintillator-based)、または、ソリッドステートの検出器であってもよい。Ｘ線検出器は、Ｓｉドリフト検出器であってもよい。真空化された検出器は、エネルギー分散分光分析などを促進し得る。

当該真空化されたデバイスの電子源(electron source)は、例えば、Ｗエミッター、ＬａＢ_６エミッター、またはフィールドエミッターといった、輝度および必要とする真空レベルが異なる様々な材料から作られていてもよい。

好都合には、蒸気(vapor)を低減する、または、さらには除去するために、当該真空化されたデバイスは、その製造プロセスの間に（特には、組み立て段階の間に）、ベーキングされ得る。

当該真空化されたデバイスは、例えばガラス、アルミニウム、またはステンレス鋼といった異なる材料から作ることができる。

当該真空化されたデバイスは、アパーチャを有してもよい。該アパーチャは、制御されたクリーンな環境において製造され、かつ組み立てられ、次いで、汚染物質にさらされることなく、密封されたハウジング内に配置される。これはＳＥＭによって得られる像の質に寄与し得、また、アパーチャの寿命を長期化し得る。

本発明の一実施形態によれば、第一の部分および第二の部分の各々は、円筒形状を有してもよく、ここで第二の部分は第一の部分よりも広く、かつ両部分が同軸であるため、当該真空化されたデバイスはＴ形状の断面を有し得る。

本発明の一実施形態によれば、装置が提供される。当該装置は、当該真空化されたデバイス、および、当該真空化されたデバイスに接続された真空ポンプを有する。真空ポンプは、当該真空化されたデバイス内の真空を維持するように構成される。真空ポンプは、低いスループットによって特徴付けられ得る。そのスループットは、１秒あたり２リットルから３リットルの範囲であり得る。真空ポンプは、イオンポンプ、バッテリー駆動式真空ポンプ、またはバッテリー作動型イオンポンプであってもよい。

当該装置は、当該真空化されたデバイスに接続された位置合せ器（アライナ）を有してもよい。該位置合せ器は、当該真空化されたデバイスと、当該ＳＥＭの少なくとも１つの真空化されない部品とを位置合わせするように構成され得る。該位置合せ器は、当該装置に含まれていなくてもよく、当該装置が当該ＳＥＭに接続された際に、当該装置に接続されるのみであってもよいことに留意されたい。しかしながら、本発明の一実施形態によれば、該位置合せ器の１つ以上の部品が当該装置に属してもよく、かつ、該位置合せ器の１つ以上の他の部品が当該ＳＥＭの真空化されない部品（単数または複数）として見なされてもよい。

本発明の様々な実施形態に従って、ＳＥＭが提供される。当該ＳＥＭは、真空化されない環境に維持される真空化されない部品を有し、かつ当該真空化されたデバイスをも有する。

当該ＳＥＭは、上述したような装置を有してもよく、かつ、限定されないが例えば、アラインメントコイル、コンデンサーレン(condenser len)、非点収差ビームシフトコイル、走査コイル、または対物レンズなどの１つ以上の真空化されない部品を有してもよい。

当該ＳＥＭは、真空化された空間内のみの真空を維持するように構成されていてもよい。

当該ＳＥＭは、真空化されない環境において物体を支持するためのステージを有してもよい。該ステージは、物体を１軸、２軸、または３軸に沿って移動させることができる。

本発明の一実施形態によれば、当該ＳＥＭは、ガス導入器を有してもよく、該ガス導入器は、異なる気体混合物を真空化されない環境に導入して、検出およびコントラストを高めるためのものである。ガス導入器は、Ｈｅまたは窒素の濃縮混合物を導入し得るが、他の気体混合物が提供されてもよい。必ずしもそうではないが、気体混合物は、物体の近くに提供され得る。

本発明の一実施形態によれば、当該ＳＥＭは、チャンバー、セル、または、コンパートメント（総称して、チャンバーと呼ぶ）を有し得、その中に物体が配置され得る。該チャンバーは、物体がイメージングされるのを可能にするウインドウを有する。該チャンバーは、１つ以上のコントローラーを有してもよく、あるいは１つ以上のコントローラーに接続されていてもよく、該コントローラーは、チャンバー内の真空化されない環境の少なくとも１つのパラメータを制御するように構成されていてもよい。例えば、コントローラーは、チャンバー内の気体の組成、温度、圧力、湿度、またはそれらの組み合わせを制御し得る。温度は、加熱エレメントおよび冷却エレメントなどを有するコントローラーによって制御され得る。気体の組成は、ガスフィルターおよびガス導入器などを有するコントローラーによって制御され得る。

本発明の一実施形態によれば、当該ＳＥＭは、ｚステージ(z-stage)を有し、該ｚステージは、走査型電子顕微鏡のステージに対する当該真空化されたデバイスの高さ(elevation)を変化させるように構成されている。該ｚステージは、数百ミクロンの移動範囲を有し得るが、他の移動範囲を与えることもできる。該ｚステージは、密封されたハウジングのアパーチャを、物体から所望の距離に配置することを可能にし得る。これは、当該ＳＥＭのイメージ取得条件を最適化し得る。また、物体が異なる高さのものであり得る場合には特にそうであるが、アパーチャと物体との間の距離を制御できるとＳＥＭの設計がより容易になるため、ＳＥＭの設計プロセスを単純化し得る。

本発明の一実施形態によれば、当該ＳＥＭは、少なくとも１つの真空化されない検出器（真空化された環境には配置されない少なくとも１つの検出器）を有する。真空化されない検出器は、電子、Ｘ線光子、または可視赤色光子もしくは赤外線（ＩＲ）光子を検出し得る。検出器は、散乱電子、透過電子、またはそれらの組み合わせを検出してもよく、また、走査透過像の生成を可能にしてもよい。

図１は、本発明の一実施形態に従った、当該真空化されたデバイス３０の概略的な断面図である。

当該真空化されたデバイス３０は、密封されたハウジング２０と、電子線源４０と、検出器６０と、アパーチャ５０と、コネクタ８０とを有する。密封されたハウジング２０は、第一の部分３１と、第二の部分３２とを有する。

密封されたハウジング２０は、電子線９が伝播する真空化された空間７０を定める。密封されたハウジング２０は、アパーチャ１０４を有し、アパーチャ１０４は、膜１０２によって封止されている。バルーン１００は、アパーチャ１０４および膜１０２をより詳細に示している。

破線９は、電子線９の経路を示し、また、その光軸を規定し得る。

図２は、本発明の一実施形態に従った、当該真空化されたデバイス３０'の概略的な断面図である。

図１の真空化されたデバイス３０は（アパーチャ１０４を除いて）いかなる開口部も有していないが、真空化されたデバイス３０'は、開口部８２を有し、開口部８２は、真空ポンプ（図示せず）に対するインターフェースとして使用される。いったん真空ポンプが開口部８２に接続されると、密封されたハウジング８０は密封されたままとなる。開口部８２の前にバルブ（図示せず）が配置されてもよいことに留意されたい。

図３は、本発明の一実施形態に従った装置２０の概略的な断面図である。装置２０は、真空化されたデバイス３０'および真空ポンプ９０を有する。

図４は、本発明の一実施形態に従った装置２０'の概略的な断面図である。装置２０'は、真空ポンプ９０を有し、かつ、２つのアパーチャ５０と５１を有する真空化されたデバイスを有する。これらの２つのアパーチャ５０と５１は、密封されたハウジング２０の第一の部分３１’に含められる。

図５は、本発明の一実施形態に従った装置２０''の概略的な断面図である。装置２０''は、位置合せ器１１０を有することによって、装置２０'とは異なっている。位置合せ器１１０は、第二の部分３２'の下面および側面に接続されているものとして示されている。

図６は、本発明の一実施形態に従ったＳＥＭ１０の概略的な断面図である。

ＳＥＭ１０は、アパーチャ２０を有し、かつ、ステージ１０１、ネジ１０４、ネジレセプタクル１０６、ｚステージ１０２、真空化されないハウジング１２０、コイルおよびレンズ１２１〜１２４、ならびに支持エレメント１０３などの真空化されない部品を有する。図６は、ステージ１０１によって支持されている物体８も示している。物体８は、真空化されない環境に位置している。

装置２０、特には、該装置の真空化されたデバイスの第一の部分３１は、真空化されないハウジング１２０によって定められる空間内にぴったり嵌りあう。

真空化されないハウジング１２０はまた、コイルおよびレンズ１２１〜１２４を取り囲む。これらのコイルおよびレンズは、ガンアラインメントコイル１２１、コンデンサーレンズ（condenser lens、集光レンズ）１２２、非点収差ビームシフトおよび走査コイル１２３、ならびに対物レンズ１２４を有する。

真空化されないハウジング１２０は、内壁を有し、該内壁は、第一の部分を部分的に取り囲む空間を定め、かつ、真空化されないハウジング１２０はまた、さらなる壁を有し、該さらなる壁は、コイルおよびレンズ１２１〜１２４が位置する空間を定める。

ｚステージ１０２は、真空化されないハウジング１２０と第二の部分との間に位置する。

図６が描かれている紙面に平行な仮想上の水平軸に沿って、装置２０を、真空化されないハウジング１２０に対して移動させるために、ネジ１０４が使用される。図６が描かれている紙面に垂直な別の仮想上の水平軸に沿って、装置２０を、真空化されないハウジング１２０に対して移動させるために、１つ以上のさらなるネジ（図示せず）を用いてもよい。

ネジレセプタクル(screw receptacles)１０６は、ストッパーとしても使用されてよく、該ストッパーにより、装置２０と真空化されないハウジング１２０との間の相対的な運動が制限される。

ＳＥＭ１０は、イメージプロセッサ（図示せず）、メモリーユニット、および、検出器６０からの検出信号を物体８の像に変換するほかのデジタル部品を有してもよい。イメージ処理は、スタンドアロンで実行されてもよく、あるいは、遠隔のイメージプロセッサによって実行されてもよい。

図７は、本発明の一実施形態に従った、真空化されないハウジング１２０、ならびに、コイルおよびレンズ１２１〜１２４の概略的な断面図である。

図７は、真空化されないハウジング１２０によって定められた空間１３０をも示している。

図１０は、本発明の一実施形態に従った、ＳＥＭ１０'の概略的な断面図である。

ＳＥＭ１０'は、インデューサー(inducer、導入器）２１０を有することによってＳＥＭ１０とは異なっており、該インデューサー２１０は、物体８が位置する真空化されない環境に対して、気体、化学物質、および気体混合物などを導入し得るものである。インデューサー２１０に接続されている破線は、インデューサーから出力される気体混合物を概略的に示している。

図１１は、本発明の一実施形態に従った、ＳＥＭ１０''の概略的な断面図である。

ＳＥＭ１０''は、チャンバー２２０、コントローラー２２４、およびチャンバー２２０のウインドウ２２２を有することによって、ＳＥＭ１０とは異なっている。電子線に対して、および、検出器６０によって検出されるべき粒子に対して、ウインドウ２２２は透過性または半透過性である。コントローラー２２４は、チャンバー２２０内の真空化されない環境の少なくとも１つのパラメータに影響を及ぼし得るか、あるいはそれを制御し得る。

図１２は、本発明の一実施形態に従った、ＳＥＭ１０'''の概略的な断面図である。

図１２のＳＥＭ１０'''は、端部開口(open ended)チャンバー２２２'を有することによって、図１１のＳＥＭ１０''とは異なっている。端部開口チャンバー２２２'とステージ１０１とが、物体が位置する閉じたコンパートメントを定める。該端部開口チャンバーは、コントローラー２２４'を備える（または、コントローラー２２４'に接続される）。

図１３は、本発明の一実施形態に従った、ＳＥＭ１０''''の概略的な断面図である。

図１３のＳＥＭ１０''''は、ウインドウを有しない端部開口チャンバー２２２''を有することによって、図１１のＳＥＭ１０''とは異なっている。該端部開口チャンバー２２２''と、真空化されないハウジング１２０の下側部分とが、物体が位置する閉じたコンパートメントを定める。該端部開口チャンバー２２２''は、コントローラー２２４'を備える（または、コントローラー２２４'に接続される）。

チャンバーは、ステージ１０１と、真空化されないハウジング１２０と、さらなる構造部品とによって定められ得ることに留意されたい。ステージ１０１の上面はチャンバーの下面を形成してもよく、真空化されないハウジング１２０の下面は、チャンバーの上面を形成してもよい。

チャンバーは、密封されていてもよく、部分的に密封されていてもよく、あるいは、全く密封されていなくてもよいことに留意されたい。

図８は、本発明の一実施形態に従った、走査型電子顕微鏡をメンテナンスするための方法３００を示している。

方法３００は、第一の真空化されたデバイスを、交換用の真空化されたデバイスに交換する段階３１０から始まる。

段階３１０は、走査型電子顕微鏡の真空化されない部品に対して、取り外し可能な様式にて、第二の真空化されたデバイスを接続することを有してもよい。

段階３１０は、当該ＳＥＭの１つ以上の真空化されない部品によって定められた空間内に、当該真空化されたデバイスの密封されたハウジングの第一の部分を挿入することによって、真空化されないハウジングに対して第二の真空化されたデバイスを接続することを有してもよい。

段階３１０は、第一の真空化されたデバイスと真空ポンプとを有する交換される装置を交換することを有してもよい。

第二の真空化されたデバイスおよび第一の真空化されたデバイスの各々は、密封されたハウジング、電子線源、電子光学部品、薄膜、および検出器を有する。薄膜は、密封されたハウジングのアパーチャを封止する。密封されたハウジングは、真空が維持される真空化された空間を定める。電子線源は、電子線を生成するように構成され、該電子線は、真空化された空間内を伝播し、電子光学部品と相互作用し、かつ薄膜を通過する。

段階３２０が段階３１０に続き、該段階３２０では、当該真空化されたデバイスの真空化された空間内のみの真空を維持する。従って、ＳＥＭの他の部分においては、真空は得られないし、維持もされない。

方法３００は、図１〜５の装置および当該真空化されたデバイスのいずれかを交換するように適用されてもよく、また、図６に示されるＳＥＭなどのＳＥＭをメンテナンスすることを伴ってもよい。

段階３１０は、以下の操作のうちの少なくとも１つを有し得る：（i）密封されたハウジングの１つ以上のコネクタに接続されたケーブルのプラグを抜くこと（例えば、検出器用ケーブル、エミッター用ケーブル、またはそれらの両方のプラグを抜くこと）、（ii）第一の真空化されたデバイス（または、交換される真空化されたデバイスを有する交換される装置）を取り外すこと、（iii）ＳＥＭの１つ以上の真空化されない部品に対して、取り外し可能な様式で第二の真空化されたデバイスを接続すること（これは、ＳＥＭの１つ以上の真空化されない部品によって定められる空間内に、真空化されたデバイス（または、交換用の真空化されたデバイスの密封されたハウジングの少なくとも第一の部分）を挿入することを有してもよい）、（iv）検出器用およびエミッター用のケーブルを接続すること、（v）エミッターを作動させること、および、（vi）１つ以上の真空化されない部品に対して、真空化されたデバイスを位置合わせすること。

段階３１０は、交換された真空化されたデバイスを交換することを判定することを有してもよい。該判定は、輝度および安定性などのエミッターの性能の劣化、膜の汚染による像の質の劣化、真空ポンプの不良、および、検出器の性能の劣化などに応答したものであり得る。

段階３３０が段階３１０に続いてもよく、段階３３０では、物体がイメージングされる。

図９は、本発明の一実施形態に従った、物体をイメージングするための方法４００を示している。

方法４００は、初期化段階４１０から開始する。該初期化段階４１０は、当該ＳＥＭのステージ上に物体を置くこと、当該ＳＥＭの１つ以上の検出器を設定すること、および、当該ＳＥＭの真空化されたデバイスを交換することなどを有し得る。

段階４２０が段階４１０に続き、段階４２０では、当該真空化されたデバイスの電子線源によって電子線が生成され、かつ、真空化された空間を通じて、および、当該真空化されたデバイスの密封されたハウジングのアパーチャに向けて伝播するように、該電子線を方向付ける。ここで、該アパーチャは、真空化された空間と、物体が配置される真空化されない空間との間の圧力差に耐える膜によって封止されている。また、当該真空化されたデバイスは、その全体が交換可能である。

段階４３０が段階４２０に続き、段階４３０では、当該真空化されたデバイスの検出器によって粒子を検出する。ここで、検出される粒子は、電子線と物体との相互作用に応じて生成されたものである。

段階４４０が段階４３０に続き、段階４４０では、検出器から検出信号が出力される。検出信号が処理されると、それは物体の少なくとも部分の像を生成することに寄与する。

段階４００の間、または、少なくとも段階４２０、４３０、および４４０の間、当該真空化されたデバイスの第一の部分は、走査型電子顕微鏡の少なくとも１つの真空化されない部品によって定められる空間内に配置される。当該真空化されたデバイスの第一の部分は、該空間にぴったり嵌り合うような形になっている。

方法４００は、段階４６０を有してもよく、段階４６０では、物体が位置する真空化されない環境に影響が及ぼされる。段階４６０は、段階４２０および４３０とパラレルで実行されてもよいが、必ずしもそうされなくてもよい。

段階４６０は、以下のうちの少なくとも１つを有してもよい：物体が位置する真空化されない環境に気体を導入すること、物体が位置する真空化されない環境に窒素を導入すること、物体が位置する真空化されない環境にＨｅを導入すること、物体が位置する真空化されない環境に化学物質を導入すること、物体をイメージングすると共に、チャンバー内の真空化されない環境の少なくとも１つのパラメータを制御すること（ここで、物体は、イメージングされているときには、チャンバー内に配置される）。物体は段階４２０〜４４０の間にイメージングされる。

方法４００は、図６のＳＥＭ１０によって実施され得る。

本発明は、従来のツール、方法論、および部品を用いることによって実施され得る。従って、そのようなツール、部品、および方法論の詳細は、本明細書には詳細には示していない。先行する説明、多くの具体的な詳細は、本発明の完全な理解を提供するために示している。しかしながら、本発明は、具体的に示された詳細を用いずとも実施され得ることを認識すべきである。

本発明の例示的な実施形態、および、その用途のわずか数個の例のみを本開示には示して説明している。本発明は、様々な他の組み合わせおよび環境での使用が可能であり、かつ、本明細書に表される発明概念の範囲内の変更または修正が可能であることを理解すべきである。

Claims (46)

1. 真空化されたデバイスであって、当該デバイスは、
   密封されたハウジングと、
   電子線源と、
   電子光学部品と、
   薄膜と、
   検出器と
   を有し、
   該薄膜は、該密封されたハウジングのアパーチャを封止しており、
   該密封されたハウジングは真空化された空間を定め、該空間内で真空が維持され、
   該電子線源は、電子線を生成するように構成されており、該電子線は、該真空化された空間内を伝播し、該電子光学部品と相互作用し、かつ該薄膜を貫通し、
   該密封されたハウジングの第一の部分は、非真空の環境に維持される真空化されない走査型電子顕微鏡部品によって定められる空間に嵌り合うような形になっている、
   前記真空化されたデバイス。
2. 前記密封されたハウジングは、単一の開口部を有し、該開口部は、前記真空化された空間において真空を維持するように構成された真空ポンプの出力部に嵌り合うような形になっている、請求項１記載の真空化されたデバイス。
3. 前記密封されたハウジングの前記第一の部分が円柱形状を有する、請求項１記載の真空化されたデバイス。
4. 前記密封されたハウジングの前記第一の部分が、円柱形状を有し、かつ、ミリメートルの直径を有する、請求項１記載の真空化されたデバイス。
5. 前記密封されたハウジングの前記第一の部分が、円柱形状を有し、かつ、３ミリメートルから１５ミリメートルの範囲の直径を有する、請求項１記載の真空化されたデバイス。
6. 当該デバイスが、第二の部分を有し、該第二の部分の断面が前記第一の部分の断面よりも大きい、請求項１記載の真空化されたデバイス。
7. 前記第二の部分が、位置合せ器にぴったり嵌り合うような形になっており、該位置合せ器は、前記真空化されたデバイスと、前記走査型電子顕微鏡の少なくとも１つの真空化されない部品とを、位置合わせするように構成されている、請求項１記載の真空化されたデバイス。
8. 前記真空化されたデバイスが、取り外し可能な様式にて位置合せ器に連結されるように構成されている、請求項１記載の真空化されたデバイス。
9. 前記密封されたハウジングが、ただ一つの開口部を有する、請求項１記載の真空化されたデバイス。
10. 前記密封されたハウジングが、バルブ無しのハウジングである、請求項１記載の真空化されたデバイス。
11. 前記真空化された空間が、数百立方センチメートルを越えない、請求項１記載の真空化されたデバイス。
12. 前記真空化されたデバイスが、前記空間内にきつく嵌め込まれるような形になっている、請求項１記載の真空化されたデバイス。
13. 前記ハウジングが、検出器用コネクターを有する、請求項１記載の真空化されたデバイス。
14. 前記真空化されたデバイスが、密封されたハウジング、電子線源、電子光学部品、薄膜、および検出器から実質的に構成されている、請求項１記載の真空化されたデバイス。
15. 前記真空化された空間が、位置合わせコイル、コンデンサーレン、非点収差ビームシフトコイル、走査コイル、または、対物レンズを、その中に含むには小さ過ぎるものである、請求項１記載の真空化されたデバイス。
16. 先行する請求項のいずれか１項記載の真空化されたデバイス、および、該真空化されたデバイスに連結されている真空ポンプを有する、装置。
17. 前記真空ポンプが、低いスループットによって特徴付けられる、請求項１６記載の装置。
18. 前記真空ポンプが、１秒当たり２リットルから３リットルの範囲のスループットによって特徴付けられる、請求項１６記載の装置。
19. 前記真空ポンプが、イオンポンプである、請求項１６記載の装置。
20. 前記真空ポンプが、バッテリー駆動式真空ポンプである、請求項１６記載の装置。
21. 請求項１〜１５のいずれか１項記載の真空化されたデバイスと、該真空化されたデバイスに連結されている位置合せ器とを有する装置であって、
    該位置合せ器は、該真空化されたデバイスと、前記走査型電子顕微鏡の少なくとも１つの真空化されない部品とを、位置合わせするように構成されている、前記装置。
22. 走査型電子顕微鏡であって、当該走査型電子顕微鏡は、
    真空化されない走査型電子顕微鏡部品を有し、該走査型電子顕微鏡部品は、非真空の環境に維持されるものであり、該走査型電子顕微鏡部品は空間を定めており、
    真空化されたデバイスを有し、該真空化されたデバイスは、
    密封されたハウジングと、
    電子線源と、
    電子光学部品と、
    薄膜と、
    検出器と、
    を有し、
    該薄膜は、該密封されたハウジングのアパーチャを封止しており、
    該密封されたハウジングは真空化された空間を定め、該空間内で真空が維持され、
    該電子線源は、電子線を生成するように構成されており、該電子線は、該真空化された空間内を伝播し、該電子光学部品と相互作用し、かつ該薄膜を貫通し、なおかつ、
    該密封されたハウジングの第一の部分は、該空間に嵌り合うような形になっている、
    前記走査型電子顕微鏡。
23. 前記真空化されたデバイスが、前記走査型電子顕微鏡の真空化されない部品に対して、取り外し可能な様式で連結されるように構成されている、請求項２２記載の走査型電子顕微鏡。
24. 前記走査型電子顕微鏡が、前記真空化された空間内においてのみ真空を維持するように構成されている、請求項２２記載の走査型電子顕微鏡。
25. 真空化されない環境において物体を支持するためのステージを有する、請求項２２記載の走査型電子顕微鏡。
26. 位置合せ器を有し、該位置合せ器は、前記真空化されたデバイスと、前記走査型電子顕微鏡の少なくとも１つの真空化されない部品とを、位置合わせするためのものである、請求項２２記載の走査型電子顕微鏡。
27. ｚステージを有し、該ｚステージは、前記走査型電子顕微鏡のステージに対する前記真空化されたデバイスの高さを変更するように構成されている、請求項２２記載の走査型電子顕微鏡。
28. 請求項２〜１５のいずれか１項記載の真空化されたデバイスを有する、請求項２２記載の走査型電子顕微鏡。
29. 少なくとも１つの真空化されない検出器を有する、請求項２２記載の走査型電子顕微鏡。
30. 前記走査型電子顕微鏡の前記真空化されない部品が、位置合わせコイル、コンデンサーレン、非点収差ビームシフトコイル、走査コイル、または対物レンズを有する、請求項２２記載の走査型電子顕微鏡。
31. チャンバーおよびコントローラーをさらに有し、該コントローラーは、該チャンバー内の真空化されない環境の少なくとも１つのパラメータを制御するためのものであり、該チャンバーは、前記物体を受け入れるように構成されている、請求項２２記載の走査型電子顕微鏡。
32. チャンバーおよびコントローラーをさらに有し、該コントローラーは、前記物体がイメージングされている間に、該チャンバー内の真空化されない環境の少なくとも１つのパラメータを制御するためのものであり、前記物体は、イメージングされているときには、該チャンバー内に配置される、請求項２２記載の走査型電子顕微鏡。
33. ガス導入器をさらに有し、該ガス導入器は、前記物体が位置している真空化されない環境に対して気体を導入するためのものである、請求項２２記載の走査型電子顕微鏡。
34. ガス導入器をさらに有し、該ガス導入器は、前記物体が位置している真空化されない環境に対して窒素を導入するためのものである、請求項２２記載の走査型電子顕微鏡。
35. ガス導入器をさらに有し、該ガス導入器は、前記物体が位置している真空化されない環境に対してＨｅを導入するためのものである、請求項２２記載の走査型電子顕微鏡。
36. 導入器をさらに有し、該導入器は、前記物体が位置している真空化されない環境に対して化学物質を導入するためのものである、請求項２２記載の走査型電子顕微鏡。
37. 走査型電子顕微鏡をメンテナンスするための方法であって、当該方法は、
    第一の真空化されたデバイスを、第二の真空化されたデバイスで交換することを有し、 該交換は、該第二の真空化されたデバイスを、取り外し可能な様式で該走査型電子顕微鏡の真空化されない部品に接続することを有する、
    前記方法。
38. 前記交換の後に、前記真空化されたデバイスの真空化された空間内においてのみ真空が維持される、請求項３７記載の方法。
39. 前記第二の真空化されたデバイスおよび前記第一の真空化されたデバイスの各々は、密封されたハウジングと、電子線源と、電子光学部品と、薄膜と、検出器とを有し、該薄膜は、該密封されたハウジングのアパーチャを封止し、該密封されたハウジングは、真空が維持される真空化された空間を定め、該電子線源は、電子線を生成するように構成されており、該電子線は、該真空化された空間内を伝播し、該電子光学部品と相互作用し、かつ該薄膜を貫通し、なおかつ、該密封されたハウジングの第一の部分は、該空間内に嵌り合うような形になっている、請求項３７記載の方法。
40. 前記物体をイメージングすることをさらに有する、請求項３７記載の方法。
41. 物体をイメージングするための方法であって、当該方法は、
    交換可能な真空化されたデバイスの電子線源によって電子線を生成することを有し、
    真空化された空間を通して伝播するように、かつ、該交換可能な真空化されたデバイスの密封されたハウジングのアパーチャに向かって伝播するように、該電子線を方向付けることを有し、該アパーチャは、該真空化された空間と、該物体が配置される真空化されない環境との間の圧力差に耐える膜によって封止され、
    該真空化されたデバイスの検出器によって粒子を検出することを有し、該検出される粒子は、該電子線と該物体との相互作用に応答して生成されたものであり、かつ、
    該検出機からの検出信号を出力することを有し、該検出信号が処理されると、それは該物体の少なくとも部分の像を生成することに寄与し、
    該生成する段階の間および該検出する段階の間に、該真空化されたデバイスの第一の部分が、走査型電子顕微鏡の少なくとも１つの真空化されない部品によって定められる空間内に配置され、かつ、
    該真空化されたデバイスの該第一の部分が、該空間に嵌り合うような形となっている、前記方法。
42. 前記物体が位置している真空化されない環境に対して気体を導入することをさらに有する、請求項４１記載の方法。
43. 前記物体が位置している真空化されない環境に対して窒素を導入することをさらに有する、請求項４１記載の方法。
44. 前記物体が位置している真空化されない環境に対してＨｅを導入することをさらに有する、請求項４１記載の方法。
45. 前記物体が位置している真空化されない環境に対して化学物質を導入することをさらに有する、請求項４１記載の方法。
46. 前記物体がイメージングされている間に、前記チャンバー内の真空化されない環境の少なくとも１つのパラメータを制御することをさらに有し、前記物体は、イメージングされているときには、チャンバー内に配置される、請求項４１記載の方法。

Images