KR101519283B1

KR101519283B1 - 하전 입자선 장치

Info

Publication number: KR101519283B1
Application number: KR1020137026494A
Authority: KR
Inventors: 유스께 오미나미; 스께히로 이또; 도모히사 오따끼
Original assignee: 가부시키가이샤 히다치 하이테크놀로지즈
Priority date: 2011-04-11
Filing date: 2012-03-02
Publication date: 2015-05-11
Also published as: US9105442B2; KR20140130531A; DE112012001214B4; US8921786B2; CN103477415A; JP5699023B2; KR101519315B1; WO2012140822A1; DE112012001214T5; JP2012221766A; CN103477415B; US20150076347A1; US20140021347A1; US20140175278A1; KR20140143462A; US8710439B2; KR101688293B1; KR20130135341A

Abstract

종래의 고진공형 하전 입자 현미경의 구성을 크게 변경하는 일 없이, 피관찰 시료를 대기 분위기 혹은 가스 분위기에서 관찰하는 것이 가능한 하전 입자선 장치 또는 하전 입자 현미경을 제공한다. 진공 분위기와 대기 분위기(또는 가스 분위기)를 구획하는 박막(10)을 채용하는 구성의 하전 입자선 장치에 있어서, 상기 박막(10)을 보유 지지할 수 있고, 또한 내부를 대기 분위기 혹은 가스 분위기로 유지 가능한 어태치먼트(121)를 고진공형 하전 입자 현미경의 진공실(7)에 삽입하여 사용한다. 당해 어태치먼트(121)는, 상기 진공 시료실의 진공 격벽에 진공 시일되어 고정된다. 어태치먼트 내부를 헬륨이나 질소 혹은 수증기와 같은 대기 가스보다도 질량이 가벼운 경원소 가스로 치환함으로써, 더욱 화질이 향상된다.

Description

하전 입자선 장치{CHARGED PARTICLE BEAM APPARATUS}

본 발명은, 피관찰 시료를 대기압 혹은 소정의 가스 분위기 중에서 관찰 가능한 현미경 기술, 특히 탁상형의 하전 입자 현미경에 관한 것이다.

물체의 미소한 영역을 관찰하기 위해, 주사형 전자 현미경(SEM)이나 투과형 전자 현미경(TEM) 등이 사용된다. 일반적으로, 이들 장치에서는 시료를 배치하기 위한 제2 케이스를 진공 배기하고, 시료 분위기를 진공 상태로 하여 시료를 촬상한다. 한편, 생물 화학 시료나 액체 시료 등 진공에 의해 데미지를 받거나, 혹은 상태가 바뀌는 시료를 전자 현미경으로 관찰하고자 하는 요구는 크고, 최근, 관찰 대상 시료를 대기압하에서 관찰 가능한 SEM 장치나 시료 보유 지지 장치 등이 개발되어 있다.

이들 장치는, 원리적으로는 전자 광학계와 시료의 사이에 전자선이 투과 가능한 박막 혹은 미소한 관통 구멍을 형성하여 진공 상태와 대기 상태를 구획하는 것으로, 어느 것이나 시료와 전자 광학계와의 사이에 박막을 형성하는 점에서 공통된다.

예를 들어, 특허문헌 1에는, 전자 광학 경통의 전자원측을 하향으로, 또한 대물 렌즈측을 상향으로 배치하고, 전자 광학 경통 말단의 전자선의 출사 구멍 상에 O링을 통해 전자선이 투과할 수 있는 박막을 형성한 대기압 SEM이 개시되어 있다. 당해 문헌에 기재된 발명에서는, 관찰 대상 시료를 박막 상에 직접 재치하고, 시료의 하면으로부터 1차 전자선을 조사하여, 반사 전자 혹은 2차 전자를 검출하여 SEM 관찰을 행한다. 시료는, 박막의 주위에 설치된 환상 부재와 박막에 의해 구성되는 공간 내에 보유 지지되고, 또한 이 공간 내에는 물 등의 액체가 채워져 있다. 특허문헌 1에 개시된 발명에 의해, 특히 생체 시료의 관찰에 적합한 대기압 SEM이 실현된다.

또한, 특허문헌 2에는, 전자선을 통과시키는 애퍼쳐를 상면측에 형성한 샤알레 형상의 원통 용기 내에 관찰 시료를 저장하고, 이 원통 용기를 SEM의 진공 시료실 내에 설치하고, 또한 당해 원통 용기에 진공 시료실의 외부로부터 호스를 접속함으로써 용기 내부를 의사적으로 대기 분위기로 유지할 수 있는 환경 셀의 발명이 개시되어 있다. 여기서 「의사적」이라 함은, 진공 시료실을 진공 배기하면 애퍼쳐로부터 기체가 유출되므로, 엄밀하게는 대기압의 환경하에서 관찰을 행하고 있는 것은 아니라고 하는 의미이다.

일본 특허 출원 공개 제2009-158222호 공보(미국 특허 공개 공보 제2009/0166536호) 일본 특허 출원 공개 제2009-245944호 공보(미국 특허 공개 공보 제2009/0242763호)

가스 분위기에서의 관찰 기능을 구비한 종래의 하전 입자 현미경 혹은 하전 입자선 장치는, 어느 것이나 가스 분위기하에서의 관찰 전용으로 제조된 장치이며, 통상의 고진공 하전 입자 현미경을 사용하여 대기압/가스 분위기하의 관찰을 간편하게 행할 수 있는 장치는 존재하지 않았다.

예를 들어, 특허문헌 1에 기재된 대기압 SEM은 구조적으로 매우 특수한 장치이며, 통상의 고진공 분위기에서의 SEM 관찰은 실행 불가능하다. 또한, 관찰 대상물은 액체를 채운 박막 내부에 보유 지지되어 있고, 한번 대기압 관찰을 행하면 시료가 젖어 버리므로, 동일한 상태의 시료를 대기 분위기/고진공 분위기의 양쪽에서 관찰하는 것은 매우 곤란하다. 또한, 액체가 박막에 항상 접촉하고 있으므로, 박막이 파손될 가능성이 매우 높다고 하는 문제도 있다.

특허문헌 2에 기재된 환경 셀은, 대기압/가스 분위기에서의 관찰을 행하는 것은 가능하지만, 셀에 삽입 가능한 사이즈의 시료밖에 관찰할 수 없고, 대형 시료의 대기압/가스 분위기에서의 관찰을 할 수 없다고 하는 문제가 있다. 또한 환경 셀의 경우, 다른 시료를 관찰하기 위해서는, SEM의 진공 시료실로부터 환경 셀을 취출하고, 시료를 바꾸어 다시 진공 시료실 내에 반입해야 하여, 시료 교환이 번잡하다고 하는 문제도 있다.

본 발명은, 이러한 문제에 비추어 이루어진 것으로, 종래의 고진공형 하전 입자 현미경의 구성을 크게 변경하는 일 없이, 피관찰 시료를 대기 분위기 혹은 가스 분위기에서 관찰하는 것이 가능한 하전 입자선 장치 또는 하전 입자 현미경을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에서는, 하전 입자 현미경에 구비된 진공실에 대하여, 내부의 압력을 상기 진공실의 압력보다도 높은 상태로 유지하면서 상기 시료를 저장할 수 있는 어태치먼트를, 상기 진공실의 개구부로부터 삽입하고 진공실에 고정하여 사용함으로써, 상기 과제를 해결한다. 진공실의 개구부는, 예를 들어 상기 진공실의 측면 혹은 저면에 형성된다. 또한, 상기한 어태치먼트는, 1차 하전 입자선을 어태치먼트 내부에 투과 혹은 통과시키는 박막을 보유 지지하는 기능을 구비하고 있고, 이에 의해 진공실과 어태치먼트 내부의 압력 차를 확보한다. 상기 진공실을 제1 케이스, 상기 어태치먼트를 상기 진공실에 대한 제2 케이스라고 해도 된다.

상기 박막에 의해 상기 진공실이 고진공으로 유지되는 한편, 상기 어태치먼트의 내부는 대기압/가스 분위기로 유지된다. 또한, 관찰 시료는 어태치먼트 내부와 외부의 사이에서 반입·반출이 가능하다. 즉, 본 발명에 의해, 대기압/가스 분위기에서의 관찰을 종래보다도 간편하게 실현할 수 있는 하전 입자 현미경을 실현할 수 있다.

또한, 본 발명의 어태치먼트는, 시료실의 측면으로부터 삽입하는 방식이므로 대형화가 용이하며, 따라서 환경 셀에는 봉입할 수 없는 대형의 시료라도 관찰이 가능해진다.

도 1은 제1 실시예의 하전 입자 현미경의 전체 구성도.
도 2는 제2 실시예의 하전 입자 현미경의 전체 구성도.
도 3은 판 부재를 인출한 상태의 제2 실시예의 하전 입자 현미경을 도시하는 도면.
도 4는 고진공 SEM으로서 사용하는 상태의 제2 실시예의 하전 입자 현미경을 도시하는 도면.
도 5는 제2 실시예의 하전 입자 현미경의 동작 설명도.
도 6은 제2 실시예의 하전 입자 현미경의 구성예.
도 7은 제2 실시예의 하전 입자 현미경의 구성예.
도 8은 제2 실시예의 하전 입자 현미경의 구성예.
도 9는 제3 실시예의 하전 입자 현미경의 전체 구성도.
도 10은 제4 실시예의 하전 입자 현미경의 전체 구성도.
도 11은 제5 실시예의 하전 입자 현미경의 전체 구성도.

이하, 도면을 이용하여 각 실시 형태에 대해 설명한다.

제1 실시예

본 실시예에서는, 가장 기본적인 실시 형태에 대해 설명한다. 도 1에는, 본 실시예의 하전 입자 현미경의 전체 구성도를 도시한다. 도 1에 도시되는 하전 입자 현미경은, 주로, 하전 입자 광학 경통(2), 하전 입자 광학 경통을 장치 설치면에 대하여 지지하는 제1 케이스(진공실)(7), 제1 케이스(7)에 삽입하여 사용되는 제2 케이스(어태치먼트)(121) 및 이들을 제어하는 제어계에 의해 구성된다. 하전 입자 현미경의 사용 시에는 하전 입자 광학 경통(2)과 제1 케이스의 내부는 진공 펌프(4)에 의해 진공 배기된다. 진공 펌프(4)의 기동·정지 동작도 제어계에 의해 제어된다. 도면 중, 진공 펌프(4)는 1개만 도시되어 있지만, 2개 이상 있어도 된다.

하전 입자 광학 경통(2)은, 하전 입자선을 발생시키는 하전 입자원(0), 발생시킨 하전 입자선을 집속하여 경통 하부로 유도하고, 1차 하전 입자선으로서 시료(6)를 주사하는 광학 렌즈(1) 등의 요소에 의해 구성된다. 하전 입자 광학 경통(2)은 제1 케이스(7) 내부로 돌출되도록 설치되어 있고, 진공 밀봉 부재(123)를 통해 제1 케이스(7)에 고정되어 있다. 하전 입자 광학 경통(2)의 단부에는, 상기 1차 하전 입자선의 조사에 의해 얻어지는 2차 하전 입자(2차 전자 혹은 반사 전자)를 검출하는 검출기(3)가 배치된다. 도 1에 나타내는 구성예에서는, 검출기(3)는 제1 케이스(7)의 내부에 설치되어 있지만, 하전 입자 광학 경통(2) 내 혹은 제2 케이스(121)의 내부에 배치해도 된다.

본 실시예의 하전 입자 현미경은, 제어계로서, 장치 사용자가 사용하는 퍼스널 컴퓨터(35), 퍼스널 컴퓨터(35)와 접속되어 통신을 행하는 상위 제어부(36), 상위 제어부(36)로부터 송신되는 명령에 따라 진공 배기계나 하전 입자 광학계 등의 제어를 행하는 하위 제어부(37)를 구비한다. 퍼스널 컴퓨터(35)는, 장치의 조작 화면(GUI)이 표시되는 모니터와, 키보드나 마우스 등의 조작 화면에의 입력 수단을 구비한다. 상위 제어부(36), 하위 제어부(37) 및 퍼스널 컴퓨터(35)는, 각각 통신선(43, 44)에 의해 접속된다.

하위 제어부(37)는 진공 펌프(4), 가스 제어용 밸브(101), 하전 입자원(0)이나 광학 렌즈(1) 등을 제어하기 위한 제어 신호를 송수신하는 부위이며, 나아가서는 검출기(3)의 출력 신호를 디지털 화상 신호로 변환하여 상위 제어부(36)에 송신한다. 도면에서는 검출기(3)로부터의 출력 신호를 하위 제어부(37)에 접속하고 있지만, 프리앰프 등의 증폭기를 사이에 배치해도 된다.

상위 제어부(36)와 하위 제어부(37)에서는 아날로그 회로나 디지털 회로 등이 혼재하고 있어도 되고, 또한 상위 제어부(36)와 하위 제어부(37)가 하나로 통일되어 있어도 된다. 또한, 도 1에 도시하는 제어계의 구성은 일례에 지나지 않고, 제어 유닛이나 밸브, 진공 펌프 혹은 통신용의 배선 등의 변형예는, 본 실시예에서 의도하는 기능을 만족하는 한, 본 실시예의 SEM 또는 하전 입자선 장치의 범주에 속한다.

제1 케이스(7)에는, 일단부가 진공 펌프(4)에 접속된 진공 배관(16)이 접속되어, 내부를 진공 상태로 유지할 수 있다. 동시에, 케이스 내부를 대기 개방하기 위한 누설 밸브(14)를 구비하고, 메인터넌스 시 등에, 제1 케이스(7)의 내부를 대기 개방할 수 있다. 누설 밸브(14)는, 없어도 되고, 2개 이상 있어도 된다. 또한, 제1 케이스(7)에서의 배치 개소는, 도 1에 도시된 장소에 한정되지 않고, 제1 케이스(7) 상의 다른 위치에 배치되어 있어도 된다. 또한, 제1 케이스(7)는, 측면에 개구부를 형성하고 있고, 이 개구부를 통하여 상기 제2 케이스(121)가 삽입된다.

제2 케이스(121)는, 직육면체 형상의 본체부(131)와 맞댐부(132)에 의해 구성된다. 본체부(131)는, 관찰 대상인 시료(6)를 저장하는 기능을 갖고, 상기한 개구부를 통하여 제1 케이스(7) 내부에 삽입된다. 맞댐부(132)는, 제1 케이스(7)의 개구부가 형성된 측면측의 외벽면과의 맞댐면을 구성하고, 진공 밀봉 부재(126)를 통해 상기 측면측의 외벽면에 고정된다. 이에 의해, 제2 케이스(121) 전체가 제1 케이스(7)에 끼워 맞추어진다. 상기한 개구부는, 하전 입자 현미경의 진공 시료실에 원래 구비되어 있는 시료의 반입·반출용의 개구를 이용하여 제조하는 것이 가장 간편하다. 즉, 원래 개방되어 있는 구멍의 크기에 맞추어 제2 케이스(121)를 제조하고, 구멍의 주위에 진공 밀봉 부재(126)를 장착하면, 장치의 개조가 필요 최소한으로 된다.

본체부(131)의 상면측에는, 제2 케이스(121) 전체가 제1 케이스(7)에 끼워 맞추어진 경우에 상기 하전 입자 광학 경통(2)의 바로 아래로 되는 위치에 박막(10)을 구비한다. 이 박막(10)은, 하전 입자 광학 경통(2)의 하단으로부터 방출되는 1차 하전 입자선을 투과 또는 통과시키는 것이 가능하며, 1차 하전 입자선은, 박막(10)을 통과하여 최종적으로 시료(6)에 도달한다.

하전 입자선이 전자선인 경우에는, 박막(10)의 두께는 전자선이 투과할 수 있는 정도의 두께, 전형적으로는 20㎛ 정도 이하일 필요가 있다. 박막 대신에, 1차 하전 입자선의 통과 구멍을 갖춘 애퍼쳐 부재를 사용해도 되고, 그 경우의 구멍 직경은, 현실적인 진공 펌프에서 차동 배기 가능이라고 하는 요청으로부터, 면적 1㎟ 정도 이하인 것이 바람직하다. 하전 입자선이 이온인 경우에는, 박막을 파손시키는 일 없이 관통시키는 것이 곤란하므로, 면적 1㎟ 정도 이하의 애퍼쳐를 사용한다. 도면 중의 1점 쇄선은, 1차 하전 입자선의 광축을 나타내고 있고, 하전 입자 광학 경통(2)과 제1 케이스(7) 및 박막(10)은, 1차 하전 입자선 광축과 동축에 배치되어 있다. 시료(6)와 박막(10)과의 거리는, 적당한 높이의 시료대(17)를 두어 조정한다.

도 1에 도시하는 바와 같이 제2 케이스(121)의 측면은 개방면이며, 제2 케이스(121)의 내부(도면의 점선으로부터 우측;이후, 제2 공간으로 함)에 저장되는 시료(6)는, 관찰 중, 대기압 상태에 놓인다. 한편, 제1 케이스(7)에는 진공 펌프(4)가 접속되어 있고, 제1 케이스(7)의 내벽면과 제2 케이스의 외벽면 및 박막(10)에 의해 구성되는 폐쇄 공간(이하, 제1 공간으로 함)을 진공 배기 가능하다. 따라서, 본 실시예에서는, 장치의 동작 중, 하전 입자 광학 경통(2)이나 검출기(3)를 진공 상태로 유지할 수 있고, 또한 시료(6)를 대기압으로 유지할 수 있다. 또한, 제2 케이스(121)가 개방면을 가지므로, 관찰 중, 시료(6)를 자유롭게 교환할 수 있다.

이상, 본 실시예에 의해, 비교적 큰 사이즈의 시료라도 대기압에서 관찰 가능한 하전 입자 현미경이 실현된다.

제2 실시예

본 실시예에서는, 탁상형 주사 전자 현미경에의 적용예에 대해 설명한다. 또한, 주사 전자 현미경에의 적용예이기는 하지만, 본 실시예가, 이온 현미경 등 일반의 하전 입자 현미경에 적용할 수 있는 것은 물론이다.

도 2에는, 본 실시예의 주사 전자 현미경의 전체 구성도를 도시한다. 제1 실시예와 마찬가지로, 본 실시예의 주사 전자 현미경도, 전자 광학 경통(2), 그 전자 광학 경통을 장치 설치면에 대하여 지지하는 제1 케이스(진공실)(7), 제1 케이스(7)에 삽입하여 사용되는 제2 케이스(어태치먼트)(121) 제어계 등에 의해 구성된다. 이들 각 요소의 동작·기능 혹은 각 요소에 부가되는 부가 요소는, 제1 실시예와 거의 마찬가지이므로, 상세한 설명은 생략한다.

본 실시예의 주사 전자 현미경의 경우, 박막(10)은, 제1 실시예와는 달리, 제2 케이스의 본체부(131)의 상면에 대하여 박막 보유 지지 부재(47)를 통해 탈착 가능하게 고정되어 있다. 박막(10)은, 박막 보유 지지 부재(47)에 대하여 진공 시일하도록 고착되어 있지만, O링 등의 진공 밀봉 부재를 사용해도 되고, 접착제 등의 유기 재료 혹은 테이프 등으로 고착해도 된다.

박막 보유 지지 부재(47)는, 제2 케이스(121)의 천장판의 하면측에 진공 밀봉 부재를 통해 탈착 가능하게 고정된다. 박막(10)은, 전자선이 투과하는 요청상, 두께 20㎛ 정도 이하로 매우 얇으므로, 경시 열화 혹은 관찰 준비 시에 파손될 가능성이 있다. 한편, 박막(10)은 얇으므로 직접 핸들링하는 것이 매우 곤란하다. 본 실시예와 같이, 박막(10)을 직접이 아니라 박막 보유 지지 부재(47)를 통해 핸들링할 수 있음으로써, 박막(10)의 취급(특히 교환)이 매우 용이해진다. 즉, 박막(10)이 파손된 경우에는, 박막 보유 지지 부재(47)마다 교환하면 되고, 만일 박막(10)을 직접 교환해야 하는 경우라도, 박막 보유 지지 부재(47)를 장치 외부로 취출하고, 박막(10)의 교환을 장치 외부에서 행할 수 있다. 또한, 박막 대신에, 면적 1㎟ 이하 정도의 구멍을 갖는 애퍼쳐 부재를 사용할 수 있는 점은, 제1 실시예와 마찬가지이다.

또한, 본 실시예의 박막 보유 지지 부재(47)는, 시료(6)와의 대향면측에 박막과 시료의 접촉을 방지하는 제한 부재(105)를 구비한다. 제한 부재(105)로서는, 시료와 박막간의 거리를 제한할 수 있는 것이면 어느 것을 사용해도 되지만, 간편하게는, 접착제나 테이프를 접착하여 제한 부재(105)로서 사용할 수도 있다. 단, 박막(10)을 통과한 1차 전자선의 평균 자유 공정을 생각하면, 제한 부재(105)는 두께를 정확하게 알고 있는 박막 재료로 제작하는 것이 바람직하다. 또한, 도 2에서는 제한 부재(105)는 박막 보유 지지 부재(47)에 장착되어 있지만, 박막(10) 자체나 시료 스테이지(5)에 장착해도 되고, 혹은 시료(6) 상에 적재해도 된다. 또한, 제한 부재(105)를 착탈 가능하게 해도 된다.

또한 본 실시예의 주사 전자 현미경의 경우, 제2 케이스(121)의 개방면을 덮개 부재(122)로 덮을 수 있도록 되어 있고, 다양한 기능을 실현할 수 있다. 이하에서는 그것에 대해 설명한다.

본 실시예의 주사 전자 현미경에 있어서는, 제2 케이스 내에 치환 가스를 공급하는 기능을 구비하고 있다. 전자 광학 경통(2)의 하단으로부터 방출된 전자선은, 고진공으로 유지된 제1 공간을 통과하여, 도 2에 도시하는 박막(10)(혹은 애퍼쳐 부재)을 통과하고, 또한, 대기압 혹은 (제1 공간보다도)저진공도로 유지된 제2 공간에 침입한다. 그런데 진공도가 낮은 공간에서는 전자선은 기체 분자에 의해 산란되므로, 평균 자유 행정은 짧아진다. 즉, 박막(10)과 시료(6)의 거리가 크면 전자선 혹은 전자선 조사에 의해 발생하는 2차 전자 또는 반사 전자가 시료까지 도달하지 않게 된다. 한편, 전자선의 산란 확률은, 기체 분자의 질량수에 비례한다. 따라서, 대기보다도 질량수가 가벼운 가스 분자로 제2 공간을 치환하면, 전자선의 산란 확률이 저하되고, 전자선이 시료에 도달할 수 있게 된다. 치환 가스의 종류로서는, 질소나 수증기 등, 대기보다도 가벼운 가스이면 화상 S/N의 개선 효과가 보이지만, 질량이 보다 가벼운 헬륨 가스나 수소 가스 쪽이, 화상 S/N의 개선 효과가 크다.

이상의 이유로부터, 본 실시예의 주사 전자 현미경에서는, 덮개 부재(122)에 가스 공급관(100)의 장착부(가스 도입부)를 설치하고 있다. 가스 공급관(100)은 연결부(102)에 의해 가스 봄베(103)와 연결되어 있고, 이에 의해 제2 공간(12) 내에 치환 가스가 도입된다. 가스 공급관(100)의 도중에는, 가스 제어용 밸브(101)가 배치되어 있고, 관내를 흐르는 치환 가스의 유량을 제어할 수 있다. 이로 인해, 가스 제어용 밸브(101)로부터 하위 제어부(37)로 신호선이 신장되어 있고, 장치 유저는, 퍼스널 컴퓨터(35)의 모니터 상에 표시되는 조작 화면으로, 치환 가스의 유량을 제어할 수 있다.

치환 가스는 경원소 가스이므로, 제2 공간(12)의 상부에 저류되기 쉬워, 하측은 치환하기 어렵다. 따라서, 덮개 부재(122)에서 가스 공급관(100)의 장착 위치보다도 하측[도 2에서는 압력 조정 밸브(104)의 장착 위치]에 개구를 형성한다. 이에 의해, 가스 도입부로부터 도입된 경원소 가스에 압박되어 대기 가스가 하측의 개구로부터 배출되므로, 제2 케이스(121) 내를 효율적으로 치환할 수 있다. 또한, 이 개구를 후술하는 조(粗) 배기 포트와 겸용해도 된다.

제2 케이스(121) 혹은 덮개 부재(122)에 진공 배기 포트를 설치하고, 제2 케이스(121) 내를 한번 진공 배기하고 나서 치환 가스를 도입해도 된다. 이 경우의 진공 배기는, 제2 케이스(121) 내부에 잔류하는 대기 가스 성분을 일정량 이하로 줄이면 되므로 고진공 배기를 행할 필요는 없고, 조 배기로 충분하다. 단, 생체 시료 등 수분을 포함하는 시료 등을 관찰하는 경우, 한번 진공 상태에 놓인 시료는, 수분이 증발하여 상태가 변화된다. 따라서, 전술한 바와 같이, 대기 분위기로부터 직접 치환 가스를 도입하는 편이 바람직하다. 상기한 개구는, 치환 가스의 도입 후, 덮개 부재로 폐쇄함으로써, 치환 가스를 효과적으로 제2 공간(12) 내에 가둘 수 있다.

상기 개구의 위치에 3방향 밸브를 장착하면, 이 개구를 조 배기 포트 및 대기 누설용 배기구로 겸용할 수 있다. 즉, 3방향 밸브의 한쪽을 덮개 부재(122)에 장착하고, 한쪽을 조 배기용 진공 펌프에 접속하고, 나머지 하나에 누설 밸브를 장착하면, 상기한 겸용 배기구를 실현할 수 있다.

전술한 개구 대신에 압력 조정 밸브(104)를 설치해도 된다. 당해 압력 조정 밸브(104)는, 제2 케이스(121)의 내부 압력이 1기압 이상으로 되면 자동적으로 밸브가 개방되는 기능을 갖는다. 이러한 기능을 갖는 압력 조정 밸브를 구비함으로써, 경원소 가스의 도입 시, 내부 압력이 1기압 이상으로 되면 자동적으로 개방되어 질소나 산소 등의 대기 가스 성분을 장치 외부로 배출하고, 경원소 가스를 장치 내부에 충만시키는 것이 가능해진다. 또한, 도시한 가스 봄베(103)는, 주사 전자 현미경에 구비되는 경우도 있는가 하면, 장치 유저가 사후적으로 장착하는 경우도 있다.

다음으로, 시료(6)의 위치 조정 방법에 대해 설명한다. 본 실시예의 주사 전자 현미경은, 관찰 시야의 이동 수단으로서 시료 스테이지(5)를 구비하고 있다. 시료 스테이지(5)에는, 면내 방향으로의 XY 구동 기구 및 높이 방향으로의 Z축 구동 기구를 구비하고 있다. 덮개 부재(122)에는 시료 스테이지(5)를 지지하는 바닥판으로 되는 지지판(107)이 장착되어 있고, 시료 스테이지(5)는 지지판(107)에 고정되어 있다. 지지판(107)은, 덮개 부재(122)의 제2 케이스(121)에의 대향면에 대하여 제2 케이스(121)의 내부를 향해 연신되도록 장착되어 있다. Z축 구동 기구 및 XY 구동 기구로부터는 각각 지축이 신장되어 있고, 각각 조작 손잡이(108) 및 조작 손잡이(109)와 연결되어 있다. 장치 유저는, 이들 조작 손잡이(108 및 109)를 조작함으로써, 시료(6)의 제2 케이스(121) 내에서의 위치를 조정한다.

시료 위치를 조정할 때에는, 통상, 면내 방향의 위치를 결정하고 나서 높이 방향의 위치를 조정하지만, 박막(10)의 파손을 방지하기 위해, 시료(6)의 높이 방향의 위치는 박막(10)에 지나치게 접근하지 않도록 조정할 필요가 있다. 따라서, 본 실시예의 주사 전자 현미경은, 카메라(106) 등의 관찰 수단을 구비한다. 이에 의해, 박막(10)과 시료(6)의 거리나 시료(6)를 높이 방향으로 움직이고 있는 모습 등을 원격 상태에서 관찰하는 것이 가능해진다. 카메라(106) 대신에 촬상 분해능이 높은 광학 현미경을 이용해도 된다. 또한 도시하지 않지만, 적외선 등 전자파의 반사를 이용하여 시료와 박막의 거리를 측정해도 된다. 관찰 수단의 장착 위치는, 특별히 도 2의 배치에 한정되는 것이 아니라, 시료와 박막과의 거리를 명료하게 계측할 수 있는 위치이면 어디든 상관없다.

다음으로, 시료(6)의 교환 기구에 대해 설명한다. 본 실시예의 주사 전자 현미경은, 제1 케이스(7)의 저면 및 덮개 부재(122)의 하단부에, 판 부재용 지지 부재(19), 바닥판(20)을 각각 구비한다. 덮개 부재(122)는 제2 케이스(121)에 진공 밀봉 부재(125)를 통해 제거 가능하게 고정된다. 한편, 판 부재용 지지 부재(19)도 바닥판(20)에 대하여 제거 가능하게 고정되어 있고, 도 3에 도시하는 바와 같이, 덮개 부재(122) 및 판 부재용 지지 부재(19)를 통째로 제2 케이스(121)로부터 제거하는 것이 가능하다.

바닥판(20)에는, 제거 시에 가이드로서 사용되는 지주(18)를 구비한다. 통상의 상태에서는, 지주(18)는 바닥판(20)에 설치된 저장부에 저장되어 있고, 제거 시에 덮개 부재(122)의 인출 방향으로 연신되도록 구성된다. 동시에, 지주(18)는 판 부재용 지지 부재(19)에 고정되어 있고, 덮개 부재(122)를 제2 케이스(121)로부터 제거하였을 때에, 덮개 부재(122)와 주사 전자 현미경 본체가 완전하게는 분리되지 않도록 되어 있다. 이에 의해, 시료 스테이지(5) 혹은 시료(6)의 낙하를 방지할 수 있다.

제2 케이스(121) 내에 시료를 반입하는 경우에는, 우선 시료 스테이지(5)의 Z축 조작 손잡이를 돌려 시료(6)를 박막(10)으로부터 멀리한다. 다음으로, 압력 조정 밸브(104)를 개방하고, 제2 케이스 내부를 대기 개방한다. 그 후, 제2 케이스 내부가 감압 상태 혹은 극단적인 여압 상태로 되어 있지 않은 것을 확인 후, 덮개 부재(122)를 장치 본체와는 반대측으로 인출한다. 이에 의해 시료(6)를 교환 가능한 상태로 된다. 시료 교환 후에는, 덮개 부재(122)를 제2 케이스(121) 내에 압입하고, 도시하지 않은 체결 부재에 의해 덮개 부재(122)를 맞댐부(132)에 고정 후, 치환 가스를 도입한다. 이상의 조작은, 전자 광학 경통(2)의 동작을 계속한 채 실행할 수 있고, 따라서 본 실시예의 주사 전자 현미경은, 시료 교환 후, 신속하게 관찰을 개시할 수 있다.

본 실시예의 주사 전자 현미경은, 통상의 고진공 SEM으로서 사용하는 것도 가능하다. 도 4에는, 고진공 SEM으로서 사용한 상태에서의, 본 실시예의 주사 전자 현미경의 전체 구성도를 도시한다. 도 4에 있어서, 제어계는 도 2와 마찬가지이므로 도시는 생략하고 있다. 도 4는 덮개 부재(122)를 제2 케이스(121)에 고정한 상태에서, 가스 공급관(100)과 압력 조정 밸브(104)를 덮개 부재(122)로부터 제거한 후, 가스 공급관(100)과 압력 조정 밸브(104)의 장착 위치를 덮개 부재(130)로 막은 상태의 주사 전자 현미경을 도시하고 있다. 이 전후의 조작으로, 박막 보유 지지 부재(47)를 제2 케이스(121)로부터 제거해 두면, 제1 공간(11)과 제2 공간(12)을 연결시킬 수 있고, 제2 케이스 내부를 진공 펌프(4)로 진공 배기하는 것이 가능해진다. 이에 의해, 제2 케이스(121)를 장착한 상태에서, 고진공 SEM 관찰이 가능해진다.

또한, 도 4의 구성의 변형예로서, 박막 보유 지지 부재(47)가 장착되어 있는 상태의 제2 케이스(121)를 통째로 제거하고, 덮개 부재(122)를 제1 케이스(7)의 맞댐면에 직접 고정해도 된다. 본 구성에 의해서도 제1 공간(11)과 제2 공간(12)을 연결시킬 수 있고, 제2 케이스 내부를 진공 펌프(4)로 진공 배기하는 것이 가능해진다. 또한, 이 구성은 일반적인 SEM 장치의 구성과 동일하다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시예에서는, 시료 스테이지(5) 및 그 조작 손잡이(108, 109), 가스 공급관(100), 압력 조정 밸브(104)가 모두 덮개 부재(122)에 집약하여 장착되어 있다. 따라서 장치 유저는, 상기 조작 손잡이(108, 109)의 조작, 시료의 교환 작업, 혹은 가스 공급관(100), 압력 조정 밸브(104)의 탈착 작업을 제1 케이스의 동일한 면에 대하여 행할 수 있다. 따라서, 상기 구성물이 시료실의 다른 면에 제각기 장착되어 있는 구성의 주사 전자 현미경에 비해 조작성이 매우 향상되어 있다.

도 5에는, 본 실시예의 주사 전자 현미경의 조작의 흐름을 나타내는 흐름도를 나타냈다.

제1 스텝(70)에서는, 제1 공간의 진공 배기를 행한다. 미리 진공 배기되어 있어도 된다. 제2 스텝(71)에서는, 시료(6)를 시료 스테이지(5) 상의 시료대에 적재하고, 시료 스테이지(5)에 탑재한다. 제3 스텝(72)에서는, 덮개 부재(122)를 제2 케이스 내부에 도입하고, 장치 본체(제2 케이스)에 체결한다. 제4 스텝(73)에서는, 가스 제어용 밸브(101)를 일정 시간 개방한 후, 폐쇄함으로써, 제2 공간에 헬륨 가스 등의 치환 가스를 도입한다. 제5 스텝(74)에서는, 전자 광학 경통의 동작 조건을 조정하고 전자 빔을 방출시킨다. 제6 스텝(75)에서는, 화상 취득을 개시한다. 제7 스텝(76)에서는, 덮개 부재(122)를 제거한다. 제2 공간에 가두어진 치환 가스가 장치 외부로 방출되지만, 압력 조정 밸브를 개방하여 치환 가스를 배출한 후에 덮개 부재(122)를 제거해도 된다. 제8 스텝(77)에서는, 시료를 취출한다. 다른 시료를 관찰하고자 하는 경우에는, 제2 스텝(71)으로 복귀된다.

또한, 제2 공간은, 치환 가스를 대기압 상태까지 도입할 뿐만 아니라, 조금만 도입하는 저진공 상태, 혹은 진공 상태 등으로 할 수 있지만, 이 경우에는, 제4 스텝(73)에서 치환 가스의 유량 조정 혹은 진공 배기를 행하면 된다. 또한, 도 5에 나타내는 흐름도는 조작의 일례이며, 순서는 적절하게 바꾸어도 된다.

도 6에는, 퍼스널 컴퓨터(35)의 모니터 상에 표시되는 조작 화면의 일례를 나타낸다. 도 6에 도시한 조작 화면에서는, 예를 들어, 조작용 윈도우(50)와, 화상 표시부(51)와, 전자선의 방출을 개시하고 화상 표시를 개시시키는 화상 관찰 개시 버튼(52)과, 전자선의 방출을 정지하고 화상 표시를 정지시키는 화상 관찰 정지 버튼(53)과, 편향 렌즈나 대물 렌즈 등의 광학 렌즈를 조정하여 오토 포커스를 실행시키는 초점 조정 버튼(54)과, 화상의 밝기를 조정하는 밝기 조정 버튼(55)이나 콘트라스트를 조정하는 콘트라스트 조정 버튼(56)과, 하전 입자 광학 경통(2)이나 제1 케이스(7)의 내부의 진공 배기를 개시시키는 진공 배기 버튼(57) 및 제1 케이스(7)의 내부를 대기 누설시키기 위한 대기 누설 버튼(58)이 있다. 진공 배기 버튼(57)을 화면 상에서 클릭하면 진공 배기가 개시되고, 다시 클릭하면 진공 배기가 정지된다. 대기 누설 버튼(58)의 조작도 마찬가지이다. 상기한 버튼 조작에 의해 실행되는 처리는, 장치 본체에 구비된 기계적인 버튼이나 손잡이를 조작하여, 매뉴얼 조작으로 실행할 수도 있다.

조작용 윈도우(50)에는, 가스 제어용 밸브(101)를 개방하여 가스 노즐로부터 가스를 방출시키는 가스 방출 개시 버튼(112)과, 가스 제어용 밸브(101)를 폐쇄하여 가스 방출을 정지시키는 가스 방출 정지 버튼(113), 주사 전자 현미경으로 촬상한 화상을 화상 표시부(51)에 표시시키는 SEM 화상 표시 버튼(114), 카메라(106)의 취득 화상을 표시시키는 카메라 버튼(115)이 표시된다. 동시 표시 버튼(116)을 클릭하면, SEM 화상과 카메라 화상의 양쪽을 화상 표시부(51)에 표시시키는 것도 가능하며, 시료(6)의 높이 조정 시에는 특히 유효하다.

본 실시예의 경우, 가스 방출 개시 버튼(112)을 눌러 가스 제어용 밸브(101)가 개방되고, 그 후 가스 방출 정지 버튼(113)을 누르는 것을 잊어 버리면, 가스 봄베(103)의 가스가 없어져 버릴 가능성이 있다. 이 때문에, 도 7에 도시하는 바와 같이, 가스 방출을 개시하고 나서 정지할 때까지의 가스 방출의 계속 시간을 설정하는 가스 방출 시간 설정 화면(117)을, 작은 윈도우(118)에 표시해도 된다. 또한, 가스 방출하고 나서 가스를 정지할 때까지의 시간은 장치 사용자가 설정하는 것이 아니라, 장치에 프리셋된 시간을 사용해도 된다.

또한, SEM 화상을 관찰할 때에만 반드시 가스 방출을 행하고자 하는 경우가 있다. 그 경우에는, 도 7에 도시하는 다른 윈도우(118) 내를 표시시키고, 미리 체크 박스(119)에 체크 표시를 해 둔다. 체크 표시가 된 상태에서 화상 관찰 개시 버튼(52)이 클릭되면, 가스 제어용 밸브(101)가 자동적으로 개방되고, 치환 가스의 도입이 개시된다. 그 후, 가스 방출 시간 설정 화면(117)에서 설정된 시간이 경과하면, 가스 제어용 밸브(101)가 자동적으로 폐쇄된다. 치환 가스의 도입 도중에 화상 관찰 정지 버튼(53)이 클릭된 경우에도, 역시 가스 제어용 밸브(101)가 자동적으로 폐쇄된다. 또한, 치환 가스의 도입 도중에 SEM 화상 표시 버튼(114), 카메라 버튼(115) 혹은 동시 표시 버튼(116)을 클릭하면, 선택된 화상의 종별에 따라, 화상 표시부(51)에 표시되는 화상을 절환할 수 있다. 이상 설명한 가스 제어용 밸브(101)의 개폐 제어는, 상위 제어부가 전달하는 퍼스널 컴퓨터(35)에서의 설정 정보에 기초하여 하위 제어부(37)에 의해 실행된다.

도 8에는, 덮개 부재(122) 혹은 제2 케이스(121)에 조 배기 포트 혹은 3방향 밸브를 설치한 경우의 조작 화면의 일례를 나타낸다. 이 경우의 조작 화면에는, 제1 공간과 제2 공간의 진공 배기의 개시/정지 버튼이 각각 표시된다. 제2 공간용의 진공 배기 버튼(59)을 클릭하면, 조 배기 포트에 설치된 진공 밸브가 개방되고, 제2 공간의 진공 배기가 개시된다. 다시 클릭하면, 조 배기 포트의 진공 밸브가 폐쇄되고 진공 배기가 정지한다. 마찬가지로, 제2 공간용의 대기 누설 버튼(60)을 클릭하면, 3방향 밸브에 장착된 누설 밸브가 개방되고, 제2 공간이 대기 개방된다. 다시 클릭하면, 누설 밸브가 폐쇄되고, 제2 공간의 대기 개방이 정지한다.

이상 설명한 구성 외에, 제2 케이스(121)와 덮개 부재(122)와의 접촉 상태를 검지하는 접촉 모니터를 설치하여, 제2 공간이 폐쇄되어 있거나 혹은 개방되어 있는 것을 감시해도 된다.

또한, 2차 전자 검출기나 반사 전자 검출기 외에, X선 검출기나 광 검출기를 설치하여, EDS 분석이나 형광선의 검출을 할 수 있도록 해도 된다. X선 검출기나 광 검출기의 배치로서는, 제1 공간(11) 혹은 제2 공간(12) 중 어느 곳이어도 된다.

또한, 전자선이 시료(6)에 조사되면, 시료에 흡수 전류가 흐른다. 그로 인해, 전류계를 설치하여, 시료(6) 또는 시료대에 흐르는 전류를 계측할 수 있도록 해도 된다. 이에 의해, 흡수 전류상(또는 흡수 전자를 이용한 화상)을 취득하는 것이 가능해진다. 또한, 시료대의 하측에 투과 전자 검출기를 배치하고, 주사 투과(STEM) 화상을 취득할 수 있도록 해도 된다. 시료대 그 자체를 검출기로 해도 된다.

또한, 시료 스테이지(5)에 고전압을 인가해도 된다. 시료(6)에 고전압을 인가하면 시료(6)로부터의 방출 전자에 고에너지를 갖게 할 수 있고, 신호량을 증가시키는 것이 가능해져, 화상 S/N이 개선된다.

또한, 본 실시예의 구성을 소형의 전자선 묘화 장치에 적용하는 것도 가능하다. 이 경우에는, 검출기(3)는 반드시 필요한 것은 아니다.

이상, 본 실시예에 의해, 제1 실시예의 효과 외에, 고진공 SEM으로서도 사용 가능한 대기압 SEM이 실현된다. 또한, 치환 가스를 도입하여 관찰을 실행할 수 있으므로, 본 실시예의 주사 전자 현미경은, 제1 실시예의 하전 입자 현미경보다도 S/N이 좋은 화상 취득이 가능하다.

또한, 본 실시예에서는 탁상형 전자 현미경을 의도한 구성예에 대해 설명하였지만, 본 실시예를 대형의 주사 전자 현미경에 적용하는 것도 가능하다. 탁상형 전자 현미경의 경우에는, 장치 전체 혹은 하전 입자 광학 경통이 케이스에 의해 장치 설치면에 지지되지만, 대형의 주사 전자 현미경의 경우에는, 장치 전체를 가대에 재치하면 되고, 따라서, 제1 케이스(7)를 가대에 재치하면, 본 실시예에서 설명한 구성을 그대로 대형의 주사 전자 현미경에 전용할 수 있다.

제3 실시예

본 실시예에서는, 도 2의 장치 구성으로부터 덮개 부재(122)를 제거한 구성예에 대해 설명한다. 도 9에는, 본 실시예의 하전 입자 현미경의 전체 구성을 나타낸다. 제어계에 대해서는, 제2 실시예와 마찬가지이므로 도시를 생략하고, 장치의 주요부만 도시하고 있다.

도 9에 도시하는 구성에서는, 시료 스테이지(5)가 제2 케이스(121)의 저면에 직접 고정된다. 가스 공급관(100)은 제2 케이스(121)에 고정되어 있어도 되고, 고정되어 있지 않아도 된다. 본 구성에 따르면, 시료가 장치 외부로 튀어나오는 것이 허용되므로, 덮개 부재(122)를 구비하는 제2 실시예의 구성보다도 사이즈가 큰 시료를 관찰하는 것이 가능하다.

제4 실시예

본 실시예에서는, 도 2의 장치 구성에 있어서, 제2 케이스(121)와 덮개 부재(122)의 위치 관계를 바꾼 변형예에 대해 설명한다. 도 10에는, 본 실시예의 하전 입자 현미경의 전체 구성을 나타낸다. 제3 실시예와 마찬가지로, 도 10에서는 장치의 주요부만 도시한다. 본 구성에 있어서는, 제1 공간(11)과 제2 공간(12)을 진공 시일하기 위한 진공 밀봉 부재(128)가 필요하다. 이 구성의 경우, 제2 케이스의 맞댐부(132)가 장치의 내측에 있으므로, 장치 전체의 크기를 제1∼제3 실시예의 구성보다도 작게 할 수 있다.

제5 실시예

본 실시예에서는, 도 2의 장치 구성에 있어서, 제2 케이스(121)가 제1 케이스의 상측에서 진공 시일되어 있는 변형예에 대해 설명한다. 도 11에 본 실시예의 하전 입자 현미경의 전체 구성을 나타낸다. 제4 실시예와 마찬가지로, 도 11에서는 장치의 주요부만 도시한다. 본 구성에서는, 냄비형의 어태치먼트[제2 케이스(121)]를 사용하여, 제1 케이스(7)에 상방으로부터 어태치먼트를 끼워 넣고, 또한 그 상부로부터 전자 광학 경통(2)을 끼워 넣은 구성을 구비한다. 제2 케이스(121)는 전자 광학 경통(2)에 대하여 진공 밀봉 부재(123)로 진공 시일되고, 또한, 제2 케이스(121)는 제1 케이스(7)에 대하여 진공 밀봉 부재(129)로 진공 시일된다. 이 구성의 경우, 도 2와 비교하면 제2 공간(11)의 용적을 크게 할 수 있어, 제2 실시예의 구성보다도 큰 시료의 배치를 하는 것이 가능해진다.

0 : 전자원(하전 입자원)
1 : 광학 렌즈
2 : 전자 광학(하전 입자 광학) 경통
3 : 검출기
4 : 진공 펌프
5 : 시료 스테이지
6 : 시료
7 : 제1 케이스
10 : 박막
11 : 제1 공간
12 : 제2 공간
14 : 누설 밸브
16 : 진공 배관
18 : 지주
19 : 판 부재용 지지 부재
20 : 바닥판
35 : 퍼스널 컴퓨터
36 : 상위 제어부
37 : 하위 제어부
43, 44 : 통신선
47 : 박막 보유 지지 부재
50 : 조작용 윈도우
51 : 화상 표시부
52 : 화상 관찰 개시 버튼
53 : 화상 관찰 정지 버튼
54 : 초점 조정 버튼
55 : 밝기 조정 버튼
56 : 콘트라스트 조정 버튼
57, 59 : 진공 배기 버튼
58, 60 : 대기 누설 버튼
100 : 가스 공급관
101 : 가스 제어용 밸브
102 : 연결부
103 : 가스 봄베
104 : 압력 조정 밸브
105 : 제한 부재
106 : 카메라
107 : 지지판
108, 109 : 조작 손잡이
112 : 가스 방출 개시 버튼
113 : 가스 방출 정지 버튼
114 : SEM 화상 표시 버튼
115 : 카메라 버튼
116 : 동시 표시 버튼
117 : 가스 방출 시간 설정 화면
118 : 작은 윈도우
119 : 가스 방출 실행 체크 박스
120 : OK 버튼
121 : 제2 케이스
122, 130 : 덮개 부재
123, 124, 125, 126, 128, 129 : 진공 밀봉 부재
131 : 본체부
132 : 맞댐부

Claims

1차 하전 입자선을 시료 상에 주사하는 하전 입자 광학 경통과, 상기 주사에 의해 얻어지는 반사 전자 혹은 2차 전자를 검출하는 검출기와, 진공 펌프를 구비하는 하전 입자선 장치로서,
상기 하전 입자선 장치 전체를 장치 설치면에 대하여 지지하고, 내부가 상기 진공 펌프에 의해 진공 배기되는 제1 케이스와,
상기 제1 케이스의 측면에 형성된 개구부를 통하여 삽입되어 감합되고, 상기 제1 케이스의 측면 또는 내벽면 혹은 상기 하전 입자 광학 경통에 위치가 고정되는, 상기 시료를 내부에 저장하는 제2 케이스와,
그 제2 케이스의 상면측에 설치되는, 상기 1차 하전 입자선을 투과 혹은 통과시키는 박막
을 구비하고,
상기 제2 케이스 내부의 압력을, 상기 제1 케이스 내부의 압력보다도 높은 상태로 유지할 수 있고,
상기 제2 케이스는 상기 제1 케이스 내부의 진공 상태를 유지한 채 그 제2 케이스의 내부에 저장된 상기 시료의 교환이 가능한 개방면을 갖는 것을 특징으로 하는 하전 입자선 장치.

제1항에 있어서,
상기 제2 케이스 내부의 분위기를 치환하기 위한 치환 가스를 도입하는 가스 도입부를 구비한 것을 특징으로 하는 하전 입자선 장치.

제2항에 있어서,
상기 제2 케이스 내부의 압력을 조정하기 위한 압력 조정 밸브를 구비하고,
상기 제2 케이스 내부의 압력이 소정값보다도 높아진 경우에 상기 압력 조정 밸브가 개방됨으로써, 상기 제2 케이스 내부가 감압되는 것을 특징으로 하는 하전 입자선 장치.

제3항에 있어서,
상기 제2 케이스의 형상이 하나의 측면이 개방된 직육면체 형상이며,
상기 가스 도입부 또는 상기 압력 조정 밸브가 고정되는, 그 직육면체의 개방면을 덮는 덮개 부재를 구비한 것을 특징으로 하는 하전 입자선 장치.

제2항에 있어서,
상기 치환 가스가 헬륨 가스를 포함하는 경(輕)원소 가스인 것을 특징으로 하는 하전 입자선 장치.

제4항에 있어서,
상기 압력 조정 밸브의 상기 덮개 부재에서의 장착 위치가, 상기 가스 도입부의 상기 덮개 부재에서의 장착 위치보다도 하방에 배치된 것을 특징으로 하는 하전 입자선 장치.

제6항에 있어서,
상기 압력 조정 밸브 대신에 개구부가 형성된 것을 특징으로 하는 하전 입자선 장치.

제4항에 있어서,
상기 제2 케이스 또는 상기 덮개 부재는, 상기 제2 케이스의 내부 압력을 조정하기 위한 진공 펌프가 접속되는 조(粗) 배기 포트를 구비하는 것을 특징으로 하는 하전 입자선 장치.

제4항에 있어서,
상기 덮개 부재는, 상기 제2 케이스의 측면에 대하여 탈착 가능하게 고정되는 것을 특징으로 하는 하전 입자선 장치.

제1항에 있어서,
상기 박막이, 그 박막을 보유 지지하는 박막 보유 지지 부재를 통해 상기 제2 케이스에 탈착 가능하게 고정되고,
상기 박막 보유 지지 부재를 상기 제2 케이스로부터 제거함으로써, 상기 제1 케이스 및 제2 케이스 내부를 진공 배기 가능한 것을 특징으로 하는 하전 입자선 장치.

제10항에 있어서,
상기 박막을 보유 지지하는 박막 보유 지지 부재가, 상기 제2 케이스 내부의 천장면에 고정되는 것을 특징으로 하는 하전 입자선 장치.

제1항에 있어서,
상기 제2 케이스의 저면에 고정된, 상기 시료를 면내 방향 혹은 높이 방향으로 이동하는 시료 스테이지를 구비한 것을 특징으로 하는 하전 입자선 장치.

제4항에 있어서,
상기 덮개 부재에 고정된, 상기 시료를 면내 방향 혹은 높이 방향으로 이동 가능한 시료 스테이지를 구비한 것을 특징으로 하는 하전 입자선 장치.

제10항에 있어서,
상기 박막 보유 지지부가, 상기 시료와 상기 박막간의 거리를 제한하는 제한 부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 하전 입자선 장치.

제1항에 있어서,
상기 박막과 상기 시료의 간격을 관찰 가능한 관찰 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 하전 입자선 장치.

제1항에 있어서,
상기 시료에의 상기 하전 입자선의 주사에 의해 방출되는 이온, 전자, 광자, X선 중 어느 하나 이상을 검출하기 위한 검출기, 혹은 상기 하전 입자선의 조사에 의해 얻어지는 투과 전자를 검출하는 검출기가, 상기 제1 케이스 내 또는 제2 케이스 내에 배치되는 것을 특징으로 하는 하전 입자선 장치.

제1항에 있어서,
상기 제2 케이스 내에 구비된, 상기 시료에의 상기 하전 입자선의 주사에 의해 상기 시료에 유입되는 전자 또는 전류를 검출할 수 있는 시료대를 갖는 것을 특징으로 하는 하전 입자선 장치.

제1항에 있어서,
상기 제1 케이스 또는 제2 케이스 내부의 압력, 분위기 중 적어도 한쪽의 제어 조건을 설정하는 조작 화면이 표시되는 모니터를 구비하는 것을 특징으로 하는 하전 입자선 장치.

제1항에 있어서,
상기 박막의 두께가 20㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 하전 입자선 장치.

제1항에 있어서,
상기 박막이, 상기 1차 하전 입자선이 통과하기 위한, 면적 1㎟ 이하의 관통 구멍을 구비하는 것을 특징으로 하는 하전 입자선 장치.

1차 하전 입자선을 시료 상에 주사하는 하전 입자 광학 경통과, 상기 주사에 의해 얻어지는 반사 전자 혹은 2차 전자를 검출하는 검출기와, 진공 펌프를 구비하는 하전 입자선 장치로서,
상기 하전 입자 광학 경통을 장치 설치면에 대하여 지지하고, 내부가 상기 진공 펌프에 의해 진공 배기되는 케이스부와,
내부의 압력을 상기 케이스부의 압력보다도 높은 상태로 유지하면서 상기 시료를 저장할 수 있는 어태치먼트
를 구비하고,
상기 어태치먼트는, 상기 1차 하전 입자선을 어태치먼트 내부에 투과 혹은 통과시키는 박막을 보유 지지하고,
또한 상기 어태치먼트는, 상기 케이스부의 측벽면에 형성된 개구부를 통하여 삽입되어 감합되고, 상기 케이스부의 상기 측벽면 또는 내벽면 혹은 상기 하전 입자 광학 경통에 진공 시일되어 고정되고,
상기 어태치먼트는 상기 케이스부의 내부의 진공 상태를 유지한 채 그 어태치먼트의 내부에 저장된 상기 시료의 교환이 가능한 개방면을 갖는 것을 특징으로 하는 하전 입자선 장치.

내부가 진공 배기된 하전 입자 광학 경통으로부터 방출되는 하전 입자선을, 박막을 통해 대기압 상태로 유지된 시료에 조사하고, 얻어지는 2차 하전 입자를 검출하여 상기 시료 상의 하전 입자선의 조사 위치의 화상을 취득하는 관찰 방법으로서,
상기 하전 입자 광학 경통을 장치 설치면에 대하여 지지하는 케이스에 의해 형성되는 제1 공간 내를 상기 하전 입자선을 통과시키고,
상기 제1 공간에 대하여 그 제1 공간의 측면으로부터 삽입되어 진공 시일되어 고정되는 어태치먼트로서, 내부 압력이 상기 하전 입자 광학 경통 내의 압력보다도 높은 상태로 유지된 상기 어태치먼트 내에, 상기 케이스 내부의 진공 상태를 유지한 채, 그 어태치먼트의 개방면을 통해, 상기 시료를 저장하고,
상기 박막을 통해 상기 어태치먼트 내의 시료에 상기 하전 입자선을 조사하는 관찰 방법.

제22항에 있어서,
상기 어태치먼트 내부를 헬륨 가스로 치환하는 것을 특징으로 하는 관찰 방법.