KR101691872B1 - 하전 입자선 장치, 격막의 위치 조정 방법 및 격막 위치 조정 지그 - Google Patents

Abstract

대기압 또는 대기압과 거의 동등한 압력의 가스 분위기하에서의 관찰을 행하는 하전 입자선 장치에서는, 시료가 재치되는 대기압 공간과 전자 광학 경통 내부의 진공 공간을 격리하는 격막은 전자선을 투과시키기 위해서 매우 얇고, 파손될 가능성이 높다. 격막을 교환할 때에는 격막 위치를 조정할 필요가 생기지만, 종래 기술의 방법으로는, 이 격막 위치의 조정을 용이하게 행할 수는 없었다. 진공 분위기와 대기 분위기 또는 가스 분위기를 구획하는 박막을 채용하는 구성의 하전 입자선 장치에 있어서, 시료가 재치된 공간의 압력이 케이싱 내부의 압력보다 크게 유지되도록 시료가 재치된 공간을 격리하고, 1차 하전 입자선을 투과 또는 통과시키는 착탈 가능한 격막과, 시료가 재치된 공간의 압력과 케이싱 내부의 압력을 유지한 채, 상기 격막을 이동 가능하게 하는 가동 부재를 구비한다.

Description

하전 입자선 장치, 격막의 위치 조정 방법 및 격막 위치 조정 지그{CHARGED PARTICLE BEAM DEVICE, POSITION ADJUSTING METHOD FOR DIAPHRAGM, AND DIAPHRAGM POSITION ADJUSTING JIG}

본 발명은 시료를 대기압 또는 대기압보다 약간의 가압 혹은 부압 상태의 소정의 가스 분위기 중에서 관찰 가능한 하전 입자선 장치에 관한 것이다.

물체의 미소한 영역을 관찰하기 위해서, 주사형 전자 현미경(SEM)이나 투과형 전자 현미경(TEM) 등이 사용된다. 일반적으로, 이들 장치에서는 시료를 배치하기 위한 케이싱을 진공 배기하고, 시료 분위기를 진공 상태로 하여 시료를 촬상한다. 그러나, 생물 화학 시료나 액체 시료 등은 진공에 의해 데미지를 받거나, 또는 상태가 바뀌게 된다. 한편, 이러한 시료를 전자 현미경으로 관찰하고자 하는 요구는 커져, 최근, 관찰 대상 시료를 대기압하에서 관찰 가능한 SEM 장치나 시료 유지 장치 등이 개발되고 있다.

이들 장치는, 원리적으로는 전자 광학계와 시료 사이에 전자선이 투과 가능한 격막(隔膜) 또는 미소한 관통 구멍을 마련하여 진공 상태와 대기 상태를 구획하는 것이며, 모두 시료와 전자 광학계 사이에 격막을 마련하는 점에서 공통된다.

예를 들면, 특허문헌 1에는, 전자 광학 경통의 전자원 측을 하향으로, 또한 대물 렌즈 측을 상향으로 배치하고, 전자 광학 경통 말단의 전자선의 출사 구멍 위에 O링을 통해 전자선을 투과할 수 있는 격막을 마련한 SEM이 개시되어 있다. 당해 문헌에 기재된 발명에서는, 관찰 대상 시료를 격막 위에 직접 재치(載置)하고, 시료의 하면으로부터 1차 전자선을 조사하여, 반사 전자 또는 2차 전자를 검출하여 SEM 관찰을 행한다. 시료는, 격막의 주위에 설치된 환상(環狀) 부재와 격막에 의해 구성되는 공간 내에 유지되고, 또한 이 공간 내에는 물 등의 액체가 채워져 있다.

일본국 특개2009-158222호 공보(미국 특허 출원 공개 제2009/0166536호 명세서)

종래의 하전 입자선 장치는, 모두 대기압하 또는 대기압과 거의 동등한 압력의 가스 분위기하에서의 관찰 전용으로 제조된 장치이며, 통상의 고진공형 하전 입자 현미경을 사용하여 대기압 또는 대기압과 거의 동등한 압력의 가스 분위기하에서의 관찰을 간편하게 행할 수 있는 장치는 존재하지 않았다.

예를 들면, 특허문헌 1에 기재된 SEM은 구조적으로 매우 특수한 장치이며, 통상의 고진공 분위기에서의 SEM 관찰은 실행 불가능하다.

또한, 시료가 재치되는 대기압 공간과 전자 광학 경통 내부의 진공 공간을 격리하는 격막은 전자선을 투과시키기 위해서 매우 얇고, 파손될 가능성이 높다. 격막을 교환할 때에는 격막 위치를 조정할 필요가 발생하지만, 종래 기술의 방법으로는, 이 격막 위치의 조정을 용이하게 행할 수는 없었다.

본 발명은 이러한 문제를 감안하여 이루어진 것이며, 종래의 고진공형 하전 입자 현미경의 구성을 크게 변경하지 않고, 시료를 대기 분위기 또는 가스 분위기에서 관찰하는 것이 가능하며, 또한 격막 위치의 조정 작업을 간편하게 행할 수 있는 하전 입자선 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해서, 예를 들면 특허청구범위에 기재된 구성을 채용한다.

본원은 상기 과제를 해결하는 수단을 복수 포함하고 있지만, 그 일례를 들면, 1차 하전 입자선을 시료 위에 조사하는 하전 입자 광학 경통과, 진공 펌프를 구비하는 하전 입자선 장치에 있어서, 상기 하전 입자선 장치의 일부를 이루고, 내부가 상기 진공 펌프에 의해 진공 배기되는 케이싱과, 상기 시료가 재치된 공간의 압력이 상기 케이싱 내부의 압력보다 크게 유지되도록 상기 시료가 재치된 공간을 격리하고, 상기 1차 하전 입자선을 투과 또는 통과시키는 착탈 가능한 격막과, 상기 시료가 재치된 공간의 압력과 상기 케이싱 내부의 압력을 유지한 채, 상기 격막을 이동 가능하게 하는 가동 부재를 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 종래의 고진공형 하전 입자 현미경의 구성을 크게 변경하지 않고, 시료를 대기 분위기 또는 가스 분위기에서 관찰하는 것이 가능하며, 또한 격막 위치의 조정 작업을 간편하게 행할 수 있는 하전 입자선 장치를 제공할 수 있다.

상기한 이외의 과제, 구성 및 효과는, 이하의 실시형태의 설명에 의해 명백해진다.

도 1은 실시예1의 하전 입자 현미경의 전체 구성도.
도 2는 가동 부재를 조작할 때의 전체 구성도.
도 3은 체결 부재에 핀과 구멍을 사용하는 구성예.
도 4는 하전 입자 현미경상(像)의 일례를 나타낸 도면.
도 5는 체결 부재에 고무 시트를 사용하는 구성예.
도 6은 체결 부재에 요철을 갖는 부재를 사용하는 구성예.
도 7은 체결 부재에 서로 다른 특성의 부재끼리의 조합을 사용하는 구성예.
도 8은 체결 부재에 면 패스너(fastener)를 사용하는 구성예.
도 9는 체결 부재에 면 패스너의 훅을 사용하는 구성예.
도 10은 체결 부재에 스프링 플런저와 구멍을 사용하는 구성예.
도 11은 체결 부재에 고무 시트와 자석을 사용하는 구성예.
도 12는 도 3의 A-A 단면 사시도.
도 13은 체결 부재의 체결 방향을 나타낸 도면.
도 14는 체결 부재의 배치 구성예.
도 15는 실시예2의 하전 입자 현미경의 전체 구성도.
도 16은 판 부재를 인출한 상태의 실시예2의 하전 입자 현미경을 나타낸 도면.
도 17은 고진공 SEM으로서 사용하는 상태의 실시예2의 하전 입자 현미경을 나타낸 도면.
도 18은 실시예2의 하전 입자 현미경의 동작 설명도.
도 19는 실시예2의 가동 부재를 조작할 때의 전체 구성도.
도 20은 박막 위치 조정의 조작 설명도.
도 21은 실시예3의 하전 입자 현미경의 전체 구성도.
도 22는 실시예4의 하전 입자 현미경의 전체 구성도.
도 23은 실시예5의 하전 입자 현미경의 전체 구성도.

이하, 도면을 사용하여 각 실시형태에 대해서 설명한다.

이하에서는, 하전 입자선 장치의 일례로서, 하전 입자선 현미경에 대해서 설명한다. 단, 이것은 본 발명의 단순한 일례이며, 본 발명은 이하 설명하는 실시형태에 한정되는 것은 아니다. 본 발명은 주사 전자 현미경, 주사 이온 현미경, 주사 투과 전자 현미경, 이들과 시료 가공 장치와의 복합 장치, 또는 이들을 응용한 해석·검사 장치에도 적용 가능하다.

또한, 본 명세서에 있어서 「대기압」이란 대기 분위기 또는 소정의 가스 분위기로서, 대기압 또는 약간의 부압 혹은 가압 상태의 압력 환경인 것을 의미한다. 구체적으로는 약 10⁵㎩(대기압) 내지 약 10³㎩ 정도이다.

실시예1

본 실시예에서는, 기본적인 실시형태에 대해서 설명한다. 도 1에는 본 실시예의 하전 입자 현미경의 전체 구성도를 나타낸다. 도 1에 나타낸 하전 입자 현미경은, 주로, 하전 입자 광학 경통(2), 하전 입자 광학 경통을 장치 설치면에 대해서 지지하는 제1 케이싱(7)(이하, 진공실이라고 하는 경우도 있음), 제1 케이싱(7)에 삽입하여 사용되는 제2 케이싱(121)(이하, 어태치먼트라고 하는 경우도 있음) 및 이들을 제어하는 제어계에 의해 구성된다. 하전 입자 현미경의 사용 시에는 하전 입자 광학 경통(2)과 제1 케이싱의 내부는 진공 펌프(4)에 의해 진공 배기된다. 진공 펌프(4)의 기동 및 정지 동작도 제어계에 의해 제어된다. 도면 중, 진공 펌프(4)는 하나만 나타나 있지만, 두 개 이상 있어도 된다.

하전 입자 광학 경통(2)은, 하전 입자선을 발생시키는 하전 입자원(8), 발생한 하전 입자선을 집속(集束)하여 경통 하부에 도입하고, 1차 하전 입자선으로 하여 시료(6)를 주사하는 광학 렌즈(1) 등의 요소에 의해 구성된다. 하전 입자 광학 경통(2)은 제1 케이싱(7) 내부에 돌출되도록 설치되어 있으며, 진공 봉지(封止) 부재(123)를 통해 제1 케이싱(7)에 고정되어 있다. 하전 입자 광학 경통(2)의 단부(端部)에는, 상기 1차 하전 입자선의 조사에 의해 얻어지는 2차 입자(2차 전자 또는 반사 전자, 이온 등의 2차 하전 입자, 또는 광자, X선 등)를 검출하는 검출기(3)가 배치된다. 도 1에 나타낸 구성예에서는, 검출기(3)는 제1 케이싱(7)의 내부에 마련되어 있지만, 하전 입자 광학 경통(2) 내 또는 제2 케이싱(121)의 내부에 배치되어도 된다.

본 실시예의 하전 입자 현미경은, 제어계로서, 장치 사용자가 사용하는 컴퓨터(35), 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. 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 컴퓨터(35)는, 각각 통신선(43, 44)에 의해 접속된다.

하위 제어부(37)는 진공 펌프(4), 하전 입자원(8)이나 광학 렌즈(1) 등을 제어하기 위한 제어 신호를 송수신하는 부위이며, 또한 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 넣어도 된다. 상위 제어부(36)와 하위 제어부(37)에서는 아날로그 회로나 디지털 회로 등이 혼재해 있어도 되며, 또한 상위 제어부(36)와 하위 제어부(37)가 하나로 통일되어 있어도 된다. 또, 도 1에 나타낸 제어계의 구성은 일례에 지나지 않고, 제어 유닛이나 밸브, 진공 펌프 또는 통신용의 배선 등의 변형예는, 본 실시예에서 의도하는 기능을 만족하는 한, 본 실시예의 하전 입자선 현미경의 범주에 속한다.

제1 케이싱(7)에는, 일단이 진공 펌프(4)에 접속된 진공 배관(16)이 접속되고, 내부를 진공 상태로 유지할 수 있다. 동시에, 케이싱 내부를 대기 개방하기 위한 리크 밸브(14)를 구비하고, 메인터넌스 시 등에, 제1 케이싱(7)의 내부를 대기 개방할 수 있다. 리크 밸브(14)는, 없어도 되며, 두 개 이상 있어도 된다. 또한, 제1 케이싱(7)에 있어서의 리크 밸브(14)의 배치 개소는, 도 1에 나타낸 장소에 한정되지 않고, 제1 케이싱(7)상의 다른 위치에 배치되어 있어도 된다. 또한, 제1 케이싱(7)은, 측면에 개구부를 구비하고 있으며, 이 개구부를 통과하여 상기 제2 케이싱(121)이 삽입된다.

제2 케이싱(121)은, 직방체 형상의 본체부(131)와 맞춤부(132)에 의해 구성된다. 후술하는 바와 같이 본체부(131)의 직방체 형상의 측면 중 적어도 일측면은 개방면(9)으로 되어 있다. 본체부(131)의 직방체 형상의 측면 중 격막 유지 부재(47)가 설치되는 면 이외의 면은, 제2 케이싱(121)의 벽에 의해 구성되어 있어도 되며, 제2 케이싱(121) 자체에는 벽이 없고 제1 케이싱(7)에 조립된 상태에서 제1 케이싱(7)의 측벽에 의해 구성되어도 된다. 제2 케이싱(121)은 제1 케이싱(7)의 측면 또는 내벽면 또는 하전 입자 광학 경통에 위치가 고정된다. 본체부(131)는, 상기의 개구부를 통과하여 제1 케이싱(7) 내부에 삽입되고, 제1 케이싱(7)에 조립된 상태에서 관찰 대상인 시료(6)를 격납하는 기능을 갖는다. 맞춤부(132)는, 제1 케이싱(7)의 개구부가 마련된 측면 측의 외벽면과의 맞춤면을 구성하고, 진공 봉지 부재(126)를 통해 상기 측면 측의 외벽면에 고정된다. 이것에 의해, 제2 케이싱(121) 전체가 제1 케이싱(7)에 끼워 맞춰진다. 상기의 개구부는, 하전 입자 현미경의 진공 시료실에 원래 구비되어 있는 시료의 반입·반출용의 개구를 이용하여 제조하는 것이 가장 간편하다. 즉, 원래 열려 있는 구멍의 크기에 맞춰서 제2 케이싱(121)을 제조하고, 구멍의 주위에 진공 봉지 부재(126)를 부착하면, 장치의 개조가 필요 최소한으로 된다. 또한, 제2 케이싱(121)은 제1 케이싱(7)으로부터 제거도 가능하다.

본체부(131)의 상면 측에는, 제2 케이싱(121) 전체가 제1 케이싱(7)에 끼워 맞춰진 경우에 상기 하전 입자 광학 경통(2)의 바로 아래가 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.

시료(6)에 도달한 하전 입자선에 의해 시료 내부 또는 표면으로부터 반사 하전 입자나 투과 하전 입자 등의 2차 입자를 방출한다. 이 2차 입자를 검출기(3)로 검출한다. 검출기(3)는 1차 하전 입자선이 조사되는 시료면 측에 있으므로, 시료 표면의 정보를 취득할 수 있다. 검출기(3)는 수 keV 내지 수십 keV의 에너지로 비래(飛來)해 오는 하전 입자를 검지할 수 있는 검출 소자이다. 또한, 이 검출 소자는 신호의 증폭 수단을 더 갖고 있어도 된다. 본 검출 소자는 장치 구성의 요구로부터, 얇고 평평한 것이 바람직하다. 예를 들면, 실리콘 등의 반도체 재료로 만들어진 반도체 검출기나, 유리면 또는 내부에서 하전 입자 신호를 광으로 변환하는 것이 가능한 신틸레이터 등이다.

종래 기술에서는, 시료는 액체를 채운 격막 내부에 유지되어 있으며, 한번 대기압 관찰을 행하면 시료가 젖어버리기 때문에, 같은 상태의 시료를 대기 분위기 및 고진공 분위기의 양쪽에서 관찰하는 것은 매우 곤란했다. 또한, 액체가 격막에 항상 접촉하고 있기 때문에, 격막이 파손될 가능성이 매우 높다는 문제도 있었다. 한편, 본 실시예의 방식에 따르면, 시료(6)는 격막(10)과 비접촉의 상태로 배치되게 되기 때문에, 시료의 상태를 바꾸지 않고 고진공하에서도 대기압에서도 관찰할 수 있다. 또한, 시료가 격막 위에 재치되지 않으므로 시료에 의해 격막이 파손되게 될 가능성을 저감할 수 있다.

하전 입자선이 전자선인 경우에는, 박막(10)의 두께는 전자선이 투과할 수 있는 정도의 두께, 전형적으로는 수 ㎚∼20㎛ 정도 이하일 필요가 있다. 박막을 대신하여, 1차 하전 입자선의 통과 구멍을 구비하는 어퍼쳐 부재를 사용해도 되며, 그 경우의 구멍 직경은, 현실적인 진공 펌프로 차동 배기 가능이라는 요청으로부터, 면적 1㎟ 정도 이하인 것이 바람직하다. 하전 입자선이 이온인 경우에는, 박막을 파손시키지 않고 관통시키는 것이 곤란하기 때문에, 면적 1㎟ 정도 이하의 어퍼쳐를 사용한다. 도면 중의 일점 쇄선은, 1차 하전 입자선의 광축을 나타내고 있으며, 하전 입자 광학 경통(2) 및 격막(10)은, 1차 하전 입자선 광축과 동축으로 배치되도록 조정된다. 시료(6)와 격막(10)의 거리는, 적당한 높이의 시료대(17)를 놓고 조정한다.

도 1에 나타낸 바와 같이 제2 케이싱(121)의 측면은 대기 공간과 적어도 시료의 출입이 가능한 크기의 면으로 연통한 개방면이며, 제2 케이싱(121)의 내부(도면의 점선으로부터 우측; 이후, 제2 공간이라고 함)에 격납되는 시료(6)는, 관찰 중, 대기압 상태에 놓여진다. 또, 도 1은 광축과 평행 방향의 장치 단면도이기 때문에 개방면(9)은 한 면만이 도시되어 있지만, 도 1의 지면(紙面) 안쪽 방향 및 앞쪽 방향의 제1 케이싱의 측면에 의해 진공 봉지되어 있으면, 제2 케이싱(121)의 개방면(9)은 한 면으로 한정되지 않는다. 제2 케이싱(121)이 제1 케이싱(7)에 조립된 상태에서 적어도 개방면이 한 면 이상 있으면 된다. 한편, 제1 케이싱(7)에는 진공 펌프(4)가 접속되어 있으며, 제1 케이싱(7)의 내벽면과 제2 케이싱의 외벽면 및 박막(10)에 의해 구성되는 폐공간(이하, 제1 공간이라고 함)을 진공 배기 가능하다. 이에 따라, 본 실시예에서는, 격막(10)에 의해 제1 공간(11)이 고진공으로 유지되는 한편, 제2 공간(12)은 대기압 또는 대기압과 거의 동등한 압력의 가스 분위기로 유지되므로, 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.

국소적으로 대기 분위기로 유지할 수 있는 환경 셀과 같은 종래 기술에서는, 대기압/가스 분위기에서의 관찰을 행하는 것은 가능하지만, 셀에 삽입 가능한 사이즈의 시료만 관찰할 수 있고, 대형 시료의 대기압/가스 분위기에서의 관찰을 할 수 없다는 문제가 있었다. 또한 환경 셀의 경우, 서로 다른 시료를 관찰하기 위해서는, SEM의 진공 시료실로부터 환경 셀을 취출하고, 시료를 바꾸어서 다시 진공 시료실 내에 반입해야만 하고, 시료 교환이 번잡하다는 문제도 있었다. 한편, 본 실시예의 방식에 따르면, 제2 케이싱(121)의 일 측면이 개방되어 있으며, 넓은 대기압 공간인 제2 공간(12) 중에 시료(6)가 재치되므로, 반도체 웨이퍼 등의 대형 시료여도 대기압하에서 관찰할 수 있다. 특히 본 실시예의 제2 케이싱은, 시료실의 측면으로부터 삽입하는 방식이기 때문에 대형화가 용이하며, 따라서 환경 셀에는 봉입(封入)할 수 없는 대형의 시료여도 관찰이 가능해진다. 또한, 제2 케이싱(121)에 개방면이 있으므로, 관찰 중에 제2 공간(12)의 내부와 외부 사이를 시료 이동시킬 수 있고, 시료 교환을 용이하게 행할 수 있다.

격막(10)은, 제2 케이싱의 본체부(131)의 상면 측, 보다 구체적으로는 천장판의 하면 측에, 격막 유지 부재(47)를 통해 착탈 가능하게 고정되어 있다. 격막(10)은, 격막 유지 부재(47)에 대해서 진공 시일하도록 고착되어 있지만, O링 등의 진공 봉지 부재를 사용해도 되며, 접착제 등의 유기 재료 또는 테이프 등으로 고착해도 된다. 격막 유지 부재(47)는, 제2 케이싱(121)의 천장판의 하면 측에 후술하는 가동 부재와 진공 봉지 부재를 통해 탈착 가능하게 고정된다. 박막(10)은, 전자선이 투과하는 요청상, 두께 수 ㎚∼수십 ㎛ 이하(보다 구체적으로는 20㎛ 정도 이하)로 매우 얇기 때문에, 경시 열화 또는 관찰 준비 시에 파손될 가능성이 있다. 또한, 격막(10)은 얇기 때문에 직접 핸들링하는 것이 매우 곤란하다. 본 실시예와 같이, 격막(10)을 직접이 아닌 격막 유지 부재(47)를 통해 핸들링할 수 있으므로, 격막(10)의 취급(특히 교환)이 매우 용이해진다. 즉, 격막(10)이 파손되었을 경우에는, 격막 유지 부재(47)마다 교환하면 되며, 만일 격막(10)을 직접 교환해야만 하는 경우에도, 격막 유지 부재(47)를 장치 외부에 취출하고, 격막(10)의 교환을 장치 외부에서 행할 수 있다. 또, 격막을 대신하여, 면적 1㎟ 이하 정도의 구멍을 갖는 어퍼쳐 부재를 사용할 수 있는 것은 물론이다.

본 구성에서는, 1차 하전 입자선에 수직한 평면에 대해서 자유롭게 이동하는 것을 가능하게 하는 격막을 유지하는 가동부를 구비한다. 가동부는 격막을 유지하는 격막 유지 부재(47)와, 가동 부재(48)로 이루어진다. 가동 부재(48)는 진공 봉지재(141)를 통해 제2 케이싱(121)에 부착된다. 또한 격막 유지 부재(47)는 진공 봉지재(142)를 통해 가동 부재(48)에 부착된다. 가동 부재(48)는 제1 케이싱(7) 내부를 진공으로 또한 제2 공간(12)을 대기압으로 유지하면서, 하전 입자 광학 경통 광축(2a)에 대해서 가동 평면(XY 평면) 위를 이동할 수 있도록 부착된다. 제1 공간(11)과 제2 공간(12)의 차압에 의해 가동 부재가 제2 케이싱(121) 내벽 측으로 밀착되며, 진공 봉지재(141)에 의해 유지된다. 이 상태에서 진공 봉지재(141)에 접한 채 가동 부재(48)를 미끄러지게 함으로써, 제1 공간과 제2 공간의 차압을 유지한 채, 가동 부재(48)를 XY 평면 위에서 이동시키는 것이 가능하다. 또, 가동 부재(48)의 유지는 대기와 진공의 차압에만 따르지 않고, 레일이나 롤러 가이드(도시 생략)로 유지해도 되며, 대기 해방 시에 가동 부재(48)가 낙하하지 않도록 유지하는 지지 부재(49a, 49b)를 부착해도 된다. 또한, 가동 부재(48)와 격막 유지 부재(47)는 일체로 해도 된다.

하전 입자를 투과시킨다는 요청상, 상기 격막은 매우 얇은 막이기 때문에, 격막은 진공 측에의 압력에 견딜 필요성으로부터 박막 면적은 매우 작게 해야만 한다(예를 들면, 1㎟ 이하 등). 또한, 격막(10)을 포함하는 박막 유지 부재(47)의 부착을 행했을 때에, 하전 입자 광학 경통 광축(2a)과 격막(10)의 중심이 어긋나서 설치되는 것을 생각할 수 있다. 하전 입자선을 조사하여 시료의 관찰을 행하기 위해서는, 하전 입자 광학 경통 광축(2a) 위에 격막(10) 중심이 위치하도록 격막(10)의 위치를 조정할 필요가 있다. 이 때문에, 격막(10) 등을 부착한 후에, 격막(10) 및 격막 유지부(47)를 하전 입자 현미경으로 관찰하면서 격막(10)의 위치를 조정하는 것이 필요 불가결이 된다. 어퍼쳐를 사용하는 경우도 같으며, 차동 배기를 행하는 요청상 개구 면적은 작기 때문에 위치 조정이 필요해진다.

또한 격막(10)은, 하전 입자선에 의해 컨탬머네이션(contamination)이나 데미지가 발생할 가능성이 있으며, 이 경우 격막(10)은 어느 빈도로 교환할 필요가 발생한다. 격막(10)과 하전 입자 광학 경통과 위치 관계가 어긋나므로, 격막 교환할 때마다 격막의 위치 조정을 행할 필요가 있다.

도 2에 가동 부재(48)를 조작할 때의 장치 구성도, 도 3에 도 2에 있어서의 격막(10) 주변의 확대도를 나타낸다. 본 구성에 있어서 격막(10)의 위치 조정은 가동 부재(48)를 조작하여 행한다. 본 구성에서는 가동 부재(48)의 조작에 조정 지그(70)를 사용한다. 조정 지그(70)는 제2 케이싱(121) 외부로부터 지지하는 손잡이(70a)를 구비한다.

가동 부재(48)와 조정 지그(70)는, 못이나 나사류 등의 체결 부재(72a, 72b)에 의해 기계적으로 접속, 제거를 용이하게 할 수 있는 구조로 한다. 이하, 도 3∼도 11에 예시하는 체결 부재를 조인트부로 총칭한다. 가동 부재(48)의 조인트부와 조정 지그(70)의 조인트부가 걸어 맞춰짐으로써, 격막을 이동시킬 수 있다.

이하에 설명한 바와 같이, 조정 지그(70)의 조인트부를 하전 입자 광학 경통의 광축에 평행한 방향으로 이동하여 가동 부재(48)의 조인트부로부터 떨어지게 할 때에 요하는 힘보다, 하전 입자 광학 경통의 광축에 수직인 방향으로 가동 부재(48)의 조인트부를 이동시킬 때에 요하는 힘의 쪽이 커지는 부재를 조인트부로서 채용하면 된다. 조인트부가 걸어 맞춰지는 힘은 물리적, 기계적, 전자기적, 그 외 어느 힘에 의한 것이어도 된다.

조정 지그(70)에는 필요에 따라 1차 하전 입자선이나 2차 입자, X선 등의 방사선을 차폐하는 커버(71)를 부착할 수 있다.

도 3에서는, 체결 부재의 일례로서 핀(73), 구멍(74)을 사용하는 구성을 나타내고 있다. 조정 지그에 핀(73)을 설치하고, 가동 부재(48)에 핀(73)이 끼워 맞춰지는 구멍(74)을 마련한다. 가동 부재에 핀을, 조정 지그에 구멍을 배치해도 되며, 수나사와 암나사 등 다른 체결 부재를 사용할 수도 있다. 또한, 가동 부재에 구멍이 마련되고, 조정 지그에 핀이 마련되어 있어도 된다. 그 외 체결 부재의 적용에 대해서 상세는 후술한다.

또, 이변성 좋게 조작할 수 있는 경우 손잡이(70a)는 없어도 되며, 조정 지그(70)를 직접 손에 쥐고 조작할 수도 있다.

제2 케이싱(121) 상부에 스테이지 등을 장착하고, 제2 케이싱 외부에서 조작하는 구성도 가능하지만, 하전 입자 광학 경통과 시료 사이에 스테이지 두께만큼의 공간이 필요해져, 작동 거리가 장대해지게 되고, 하전 입자선 현미경의 분해능 악화는 피할 수 없다. 본 구성의 가동부는, 조정 지그를 사용함으로써, 스테이지 기구로부터 구동 기구 등의 구성 요소를 간략화할 수 있으므로 박형으로 하는 것이 가능하며, 분해능의 악화를 억제할 수 있다.

도 3을 사용하여, 격막 위치 조정의 일련의 조작에 대해서 설명한다. 조정 지그(70)를 가동 부재(48)에 접속하여 핀(73)을 끼워 맞춘다. 조정 지그(70)를 통해, 가동 부재(48)마다 격막 유지 부재(47)와 격막(10)을 움직여서 격막(10)의 위치 조정을 행하고, 격막(10)의 중심이 하전 입자 광학 경통 광축(2a)과 일치하도록 조정한다. 도 4에 조정 시의 하전 입자 현미경상의 일례를 나타낸다. 하전 입자 현미경상(61)을 관찰하면, 도 4의 (a)와 같이 하전 입자 광학 경통 광축(2a) 즉 현미경상(61) 중심과 격막(10)의 중심이 어긋나 있다. 그래서, 조정 지그(70)를 사용하여 도 4의 (b)와 같이 격막(10)의 중심이 현미경상(61)의 중심이 되도록 위치 맞춤을 한다. 격막 위치의 조정 후, 조정 지그(70)를 제거하여, 시료를 설치한다.

격막(10)의 면적은 매우 작기 때문에, 하전 입자선 현미경 장치에 의해 관찰을 행하여 위치의 확인을 하면서 격막의 위치 조정을 행할 필요가 있다. 한편, 1차 하전 입자선을 시료에 조사했을 때에 2차 하전 입자선이나 X선 등의 방사선이 발생하기 때문에, 방사선에 의해 오퍼레이터가 피폭할 우려가 있다. 그 때문에, 조정 지그(70)에는 필요에 따라 1차 하전 입자선이나 2차 하전 입자선, X선 등의 방사선을 차폐하는 커버(71)를 부착할 수 있다.

이 상태에서, 가동 부재(48)의 조작은, 제2 케이싱(121) 개구부로부터 오퍼레이터가 직접 손을 넣어서 행할 수도 있지만, 제2 케이싱(121) 외부로부터 격막을 조정할 수 있는 조정 지그 손잡이(70a)를 구비함으로써 보다 X선 등의 피폭을 막는 것이 가능해진다.

상기한 바와 같이, 격막(10)을 유지하는 가동 부재(48)와 조정 지그(70)에 의해, 하전 입자 현미경상을 보면서 위치 조정을 할 수 있으므로, 매우 간편하게, 격막 중심과 하전 입자선 광축의 위치 조정을 행할 수 있다. 위치 조정을 용이하게 행할 수 있는 구조로 함으로써 격막 교환 등의 메인터넌스를 이변성 좋게 행할 수 있다.

이하에서, 격막(10)을 유지하는 가동 부재(48)와 조정 지그(70)를 기계적으로 접속하는 체결 부재(72a, 72b)에 대해서 설명한다. 체결 부재(72a, 72b)는, 가동 부재(48)를 이동시키는 방향 즉 XY축 방향(도 3 중에 도시)에 대해서 충분한 체결력이 필요하다. 체결 부재로서는 양면 테이프 등의 접착재도 사용할 수 있지만, 조정 후에 조정 지그(70)를 제거하기 위해서, 제거하는 방향 즉 Z축 방향(도 3 중에 도시)의 체결력이 큰 경우, 조정 지그(70)를 제거할 때에 가동 부재(48)의 위치가 이동하게 될 우려가 있다. 그 때문에 Z축 방향의 체결력은 충분히 작은 쪽이 좋다. 체결 부재(72)로서, 가동 부재(48)에 끼워 맞추는 부재나, 핀(73)과 구멍(74)을 사용할 수 있다. 이 경우, 가동 부재(48)와 조정 지그(70)를 체결할 때, 가동 부재(48)에 끼워 맞추는 부재를 끼워 넣는 조작이나, 구멍(74)의 위치와 핀의 위치를 맞춰서 정확하게 핀(73)을 삽입할 필요가 생긴다. 그 때문에 조작이 번잡해져 이변성이 저하할 우려가 있다. 이들 이유로부터, 체결 부재(72)는 XY 평면 방향의 위치 관계의 어긋남을 어느 정도 허용하여 체결할 수 있는 것을 사용하면 이변성이 더 향상된다. 이러한 요건으로부터, 평면에서 접촉하여 XY 평면 방향의 힘을 전달하고, 제거 시에는 용이하게 떼어낼 수 있는 체결 부재가 보다 바람직하다.

상술의 적합한 체결 부재로서, 이하 조합의 일례를 나타낸다.

도 5에는, 고무 시트(75a, 75b)를 각각 가동 부재(48)와 조정 지그(70)에 구비하는 예를 나타내고 있다. 고무 시트 등의 마찰계수가 높은 부재끼리를 평면에서 접촉시켜 마찰력에 의해 XY 방향의 체결력을 발생시킨다. 가동 부재(48)의 이동에 요하는 힘보다 XY면내 방향으로 마찰력이 강한 것이면 되며, 재질은 고무에 한정되지 않는다.

도 6에는 다른 예로서, 가동 부재(48)와 조정 지그(70)에 표면에 요철을 갖는 부재를 마련하여 XY 방향의 체결력을 발생시키는 예를 나타내고 있다. 표면 거칠기의 거친 부재 또는 요철이나 돌기를 갖는 부재(76a, 76b)끼리를 접촉시켜, 표면의 요철끼리를 끼워 맞춰서, 이에 따라 체결력을 발생시킨다.

또한, 도 7과 같이, 전자와 후자, 예를 들면 마찰계수가 높은 고무 시트 등의 부재(75)와 돌기를 갖는 부재(76)의 조합 등, 서로 다른 특성의 부재끼리를 조합시켜서 이용하는 것도 가능하다. 이 경우도 가동 부재(48)의 이동에 요하는 힘보다 XY면내 방향의 체결력이 강한 조합이면 된다.

또한, 도 8에는 훅(77)과 루프(78)가 1쌍의 면 패스너에 의해 체결력을 발생시키는 예를 나타낸다. 도 8에서는 조정 지그(70)에 훅(77)을 마련하고 가동 부재(48)에 루프(78)를 마련하는 예를 나타냈지만, 이들은 반대여도 된다.

또한, 다른 예로서 도 9와 같은, 면 패스너의 훅(77)끼리의 조합 등도, 체결 부재로서 적합한 범주에 포함된다.

이상에 나타낸 체결 부재의 형상은 특별히 한정되지 않지만, 어느 정도의 크기를 가진 면으로 접촉하는 것이 바람직하다. XY 평면과 평행면내에서 거시적으로 선 또는 면으로 접촉하는 체결 부재를 사용함으로써, 조정 지그와 가동부의 접속 시에 XY축 방향의 위치 조정을 행하지 않고, Z축 방향으로 조정 지그와 가동부를 접근시키는 것만의 조작으로 체결 부재끼리를 접속할 수 있다. 이와 같이, XY 방향의 위치 어긋남을 허용하고, 이변성 좋게 조정 지그(70)를 부착하여 박막(10)의 조정을 행할 수 있다.

또한, 다른 예로서, 도 10에는 스프링 플런저를 사용한 예를 나타낸다. 하중에 의해 핀이 격납되는 스프링 플런저(80) 등을 1개 내지 복수 배치하는 베이스 부재(81)와, 스프링 플런저와 끼워 맞추는 구멍(82)을 1개 내지 복수 구비하는 베이스 부재(83)를 조합시킨다. 베이스 부재(81)와 베이스 부재(83)의 부착 위치는 반대여도 된다. 이 경우, 복수의 핀 또는 복수의 구멍 중 일부 또는 전부가 끼워 맞춰진다. 위치 어긋남에 의해 구멍과 끼워 맞춰질 수 없었던 핀은 선단부가 하전 입자선의 광축 방향으로 압하됨으로써 격납되고, 구멍과 끼워 맞춰진 핀에 의해 XY면내 방향의 체결력을 발생시킨다. 이에 따라, 기계적 끼워 맞춤에 의해 체결되므로, 보다 강력한 체결력에 의해 안정되게 격막 조정을 행할 수 있다. 핀의 간격 및 구멍의 간격은 등간격이 아니어도 되며, 핀과 구멍의 각각의 피치가 달라도 된다. 피치가 다른 경우, XY의 위치와 관계 없이 어느 하나의 핀과 구멍이 끼워 맞춰질 가능성을 높일 수 있다.

또한, 다른 예로서, 도 11과 같이, XY의 체결력과 Z방향의 체결력을 각각 다른 부재로 부담해도 된다. 즉, XY 방향의 충분히 강한 체결은 예를 들면 고무 시트(75a, 75b)의 마찰력을 이용하고, 조정 지그를 안정되게 유지하기 위한 Z방향의 약한 체결은, 자석(84) 등의 흡인력을 이용하는 등의 구성도 가능하다. 또한, Z방향의 체결력은, Z방향으로 고무 시트(75a, 75b)를 가압함으로써 XY 방향으로 마찰력을 발생시키기 위한 것이기도 하므로, 조정 지그를 유지하기 위한 Z방향의 체결력을 조정함으로써 XY 방향으로 발생하는 마찰력을 조정할 수 있다. 이 경우, 각각의 재료의 선택에 의해 XY 방향의 체결력과 Z방향의 체결력을 개별적으로 변경할 수 있다. 그 때문에 체결력의 최적화가 용이하며, 조작이나 제거를 용이하게 할 수 있는 적절한 체결력으로 조정할 수 있다.

상기에 의해, 격막(10)의 위치 조정을 행할 수 있다. 조정 지그(70)를 사용한 조정은 오퍼레이터가 직접 손으로 행할 수도 있고, 조정 지그를 모터 등으로 자동적으로 이동하는 기구를 사용할 수도 있다.

이상에 나타낸 체결 부재를 사용함으로써, 용이하게 조정 지그(70)를 부착할 수 있다. 이에 따라 조작성 양호하게 격막의 위치를 조정할 수 있고, 이변성이 높은 하전 입자 현미경을 실현할 수 있다.

다음으로, 도 12에 도 3의 A-A 화살표에서 본 도면을 나타낸다. 여기에서는, 가동 부재(48) 및 조정 지그(70)에 있어서의 체결 부재의 배치에 대해서 설명한다. 가동 부재(48)와 조정 지그(70) 각각에, 체결 부재는 1개소에 배치해도 되지만, 가동 부재를 XY의 2방향으로 이동시키므로, 박막(10) 주위의 복수 개소에 체결 부재(86)를 배치함으로써, 보다 안정되게 가동 부재를 이동시킬 수 있다. 배치 개소는 도 12의 배치에 한정되지 않지만, XY면내의 어느 방향으로도 거의 균등하게 체결력이 발생하는 것이 바람직하다.

또한, 체결 부재의 종류에 따라서는, 특정 방향에 지향성이 있는 부재, 예를 들면 도 13에 나타낸 표면의 요철을 이용하는 체결 부재(85a, 85b) 등의 경우, a방향은 체결 부재끼리가 끼워 맞춰져 체결력을 발생시키지만, b방향에는 체결력은 발생되지 않고 미끄럼이 발생한다. 이러한 체결 부재를 사용할 때, 도 14에 나타낸 바와 같이 방향을 바꾸어서 각각이 조정 지그와 조합되도록 배치함으로써 XY 평면상의 전체 방향에 대해서 보다 안정되게 체결력을 발생시킬 수 있다. 도 14에서는, 인접하는 체결 부재(85a, 85b)의 체결력을 발생시키는 방향을 90도 회전시켜서 배치하고 있다. 회전 각도는 이것에 한정되지 않지만, 인접하는 체결 부재의 체결력을 발생하는 방향이 서로 다르도록 배치하는 것이 바람직하다. 또한, 도시에서는 일례로서 체결 부재 4 세트의 배치로 했지만, 4 세트로 한정되는 것은 아니며 복수의 체결 부재를 배치할 수 있다. 또한, 일례로서 도시의 체결 부재의 형상을 나타냈지만, 본 배치 구성은, 예를 들면 쐐기 형상의 돌기를 갖는 부재나 면 패스너 훅 등, 도시한 형상에 한정되지 않고 체결력에 지향성이 있는 체결 부재 전부에 적용할 수 있는 것은 물론이다.

이상, 본 실시예에 의해, 대기 분위기 또는 대기압, 대기압보다 약간의 가압 혹은 부압 상태의 가스 분위기에서 시료를 관찰하는 것이 가능한 하전 입자 현미경에 있어서, 조작성 좋게 박막의 위치 조정을 할 수 있다.

실시예2

본 실시예에서는, 하전 입자 현미경에의 적용예에 대해서 설명한다. 또, 하전 입자 현미경으로서는 구체적으로는 주사 전자 현미경, 이온 현미경 등을 들 수 있다. 이하에서는, 실시예1과 같은 부분에 대해서는 설명을 생략한다.

도 15에는 본 실시예의 하전 입자 현미경의 전체 구성도를 나타낸다. 실시예1과 같이 본 실시예의 하전 입자 현미경도, 하전 입자 광학 경통(2), 하전 입자 광학 경통을 장치 설치면에 대해서 지지하는 제1 케이싱(진공실)(7), 제1 케이싱(7)에 삽입하여 사용되는 제2 케이싱(어태치먼트)(121), 제어계 등에 의해 구성된다. 이들 각 요소의 동작·기능 혹은 각 요소에 부가되는 부가 요소는, 실시예1과 거의 같으므로, 상세한 설명은 생략한다.

본 실시예의 하전 입자 현미경의 경우, 제2 케이싱(121)의 개방면을 덮개 부재(122)로 덮을 수 있도록 되어 있으며, 각종 기능을 실현할 수 있다. 이하에서는 그것에 대해서 설명한다.

본 실시예의 하전 입자 현미경에 있어서는, 제2 케이싱 내에 치환 가스를 공급하는 기능을 구비하고 있다. 하전 입자 광학 경통(2)의 하단으로부터 방출된 하전 입자선은, 고진공으로 유지된 제1 공간(11)을 통과하여, 도 15에 나타낸 박막(10)(또는 어퍼쳐 부재)을 통과하여, 또한, 대기압 또는 (제1 공간보다) 저진공도로 유지된 제2 공간(12)에 침입한다. 그런데, 진공도가 낮은 공간에서는 하전 입자선은 기체 분자에 의해 산란되므로, 평균 자유 행정은 짧아진다. 즉, 박막(10)과 시료(6)의 거리가 크면 하전 입자선 또는 하전 입자선 조사에 의해 발생하는 2차 전자, 반사 전자 혹은 투과 전자가 시료까지 도달하지 않게 된다. 한편, 하전 입자선의 산란 확률은, 기체 분자의 질량수에 비례한다. 따라서, 대기보다 질량수가 가벼운 가스 분자로 제2 공간(12)을 치환하면, 하전 입자선의 산란 확률이 저하하고, 하전 입자선이 시료에 도달할 수 있게 된다. 또한, 제2 공간의 전체가 아니어도, 적어도 제2 공간 중의 전자선의 통과 경로의 대기를 가스 치환할 수 있으면 된다. 치환 가스의 종류로서는, 질소나 수증기 등, 대기보다 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 하전 입자 현미경에서는, 덮개 부재(122)에 가스 공급관(100)의 부착부(가스 도입부)를 마련하고 있다. 가스 공급관(100)은 연결부(102)에 의해 가스 봄베(103)와 연결되어 있으며, 이에 따라 제2 공간(12) 내에 치환 가스가 도입된다. 가스 공급관(100)의 도중에는, 가스 제어용 밸브(101)가 배치되어 있으며, 관내를 흐르는 치환 가스의 유량을 제어할 수 있다. 이 때문에, 가스 제어용 밸브(101)로부터 하위 제어부(37)에 신호선이 연장되어 있으며, 장치 유저는, 컴퓨터(35)의 모니터상에 표시되는 조작 화면에서, 치환 가스의 유량을 제어할 수 있다.

치환 가스는 경원소 가스이기 때문에, 제2 공간(12)의 상부에 모이기 쉽고, 하측은 치환하기 어렵다. 그래서, 덮개 부재(122)에서 가스 공급관(100)의 부착 위치보다 하측에 제2 공간의 내외를 연통하는 개구를 마련하면 된다. 예를 들면 도 15에서는 압력 조정 밸브(104)의 부착 위치에 개구를 마련한다. 이에 따라, 가스 도입부로부터 도입된 경원소 가스에 밀려서 대기 가스가 하측의 개구로부터 배출되므로, 제2 케이싱(121) 내를 효율적으로 가스로 치환할 수 있다. 또, 이 개구를 후술하는 조(粗)배기 포트와 겸용해도 된다.

또한, 치환 가스의 도입 유량을 늘려 대기압보다 약간의 가압 상태로 하는 것도 가능하다. 이 경우에는 상기 개구를 닫아도 된다.

또, 헬륨 가스와 같은 경원소 가스여도, 전자선 산란이 큰 경우가 있다. 그 경우는, 가스 봄베(103)를 진공 펌프로 하면 된다. 그리고, 약간만 진공 배기함으로써, 제2 케이싱 내부를 극저진공 상태로 하는 것이 가능해진다. 예를 들면, 제2 케이싱(121) 또는 덮개 부재(122)에 진공 배기 포트를 마련하고, 제2 케이싱(121) 내를 한번 진공 배기하여 약간의 부압 상태로 해도 된다. 이 경우의 진공 배기는, 제2 케이싱(121) 내부에 잔류하는 대기 가스 성분을 일정량 이하로 줄이면 되므로 고진공 배기를 행할 필요는 없고, 조배기로 충분하다. 조배기한 후에 가스 공급관(100)으로부터 가스를 도입해도 된다. 진공도로서는 약 10⁵㎩∼약 10³㎩ 등이다. 가스의 도입을 하지 않는 것이면, 가스 봄베(103)를 진공 펌프와 치환해도 약간의 부압 상태의 형성이 가능하다.

종래의 소위 저진공 주사 전자 현미경에서는, 전자선 칼럼과 시료실이 연통하고 있으므로, 시료실의 진공도를 내려서 대기압에 가까운 압력으로 하면 전자선 칼럼 중의 압력도 연동하여 변화하게 되고, 약 10⁵㎩(대기압)∼약 10³㎩의 압력으로 시료실을 제어하는 것은 곤란했다. 본 실시예에 의하면, 제2 공간과 제1 공간을 박막에 의해 격리하고 있으므로, 제2 케이싱(121) 및 덮개 부재(122)에 둘러싸인 제2 공간 중의 압력 및 가스 종류는 자유롭게 제어할 수 있다. 따라서, 지금까지 제어하는 것이 어려웠던 약 10⁵㎩(대기압)∼약 10³㎩의 압력으로 시료실을 제어할 수 있다. 또한, 대기압(약 10⁵㎩)에서의 관찰뿐만 아니라, 그 근방의 압력에 연속적으로 변화시켜서 시료의 상태를 관찰하는 것이 가능해진다.

단, 생체 시료 등 수분을 포함하는 시료 등을 관찰하는 경우, 한번 진공 상태에 놓여진 시료는, 수분이 증발하여 상태가 변화한다. 따라서, 상술한 바와 같이, 대기 분위기에서 직접 치환 가스를 도입하는 편이 바람직하다. 상기의 개구는, 치환 가스의 도입 후, 덮개 부재로 닫음으로써, 치환 가스를 효과적으로 제2 공간(12) 내에 가둘 수 있다.

상기 개구의 위치에 3방 밸브를 부착하면, 이 개구를 조배기 포트 및 대기 리크용 배기구와 겸용할 수 있다. 즉, 3방 밸브의 한쪽을 덮개 부재(122)에 부착하고, 한쪽을 조배기용 진공 펌프에 접속하고, 나머지 하나에 리크 밸브를 부착하면, 상기의 겸용 배기구를 실현할 수 있다.

상술의 개구를 대신하여 압력 조정 밸브(104)를 마련해도 된다. 당해 압력 조정 밸브(104)는, 제2 케이싱(121)의 내부 압력이 1기압 이상이 되면 자동적으로 밸브가 열리는 기능을 갖는다. 이러한 기능을 갖는 압력 조정 밸브를 구비함으로써, 경원소 가스의 도입 시, 내부 압력이 1기압 이상이 되면 자동적으로 열어서 질소나 산소 등의 대기 가스 성분을 장치 외부로 배출하고, 경원소 가스를 장치 내부에 충만시키는 것이 가능해진다. 또, 도시한 가스 봄베(103)는, 하전 입자 현미경에 구비되는 경우도 있으며, 장치 유저가 사후적으로 부착하는 경우도 있다.

또한, 본 실시예의 하전 입자 현미경은, 제1 실시예와는 달리 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 바닥판이 되는 지지판(107)이 부착되어 있으며, 시료 스테이지(5)는 지지판(107)에 고정되어 있다. 지지판(107)은, 덮개 부재(122)의 제2 케이싱(121)에의 대향면을 향해서 제2 케이싱(121)의 내부를 향해서 연신하도록 부착되어 있다. Z축 구동 기구 및 XY 구동 기구로부터는 각각 지지축이 연장되어 있으며, 각각 조작 손잡이(108) 및 조작 손잡이(109)와 이어져 있다. 장치 유저는, 이들의 조작 손잡이(108 및 109)를 조작함으로써, 시료(6)의 제2 케이싱(121) 내에서의 위치를 조정한다.

다음으로, 시료(6)를 위한 교환 기구에 대해서 설명한다. 본 실시예의 하전 입자 현미경은, 제1 케이싱(7)의 바닥면 및 덮개 부재(122)의 하면에, 덮개 부재용 지지 부재(19), 바닥판(20)을 각각 구비한다. 덮개 부재(122)는 제2 케이싱(121)에 진공 봉지 부재(125)를 통해 제거 가능하게 고정된다. 한편, 덮개 부재용 지지 부재(19)도 바닥판(20)에 대해서 제거 가능하게 고정되어 있으며, 도 16에 나타낸 바와 같이, 덮개 부재(122) 및 덮개 부재용 지지 부재(19)를 통째로 제2 케이싱(121)으로부터 제거하는 것이 가능하다.

바닥판(20)에는, 탈착 시에 가이드로서 사용되는 지주(支柱)(18)를 구비한다. 통상의 관찰 시의 상태에서는, 지주(18)는 바닥판(20)에 마련된 격납부에 격납되어 있으며, 제거 시에 덮개 부재(122)의 인출 방향으로 연신하도록 구성된다. 동시에, 지주(18)는 덮개 부재용 지지 부재(19)에 고정되어 있으며, 덮개 부재(122)를 제2 케이싱(121)으로부터 제거했을 때에, 덮개 부재(122)와 주사 전자 현미경 본체가 완전히는 분리하지 않도록 되어 있다. 이에 따라, 시료 스테이지(5) 또는 시료(6)의 낙하를 방지할 수 있다.

제2 케이싱(121) 내에 시료를 반입하는 경우에는, 우선 시료 스테이지(5)의 Z축 조작 손잡이를 돌려서 시료(6)를 박막(10)으로부터 멀리한다. 다음으로, 압력 조정 밸브(104)를 개방하고, 제2 케이싱 내부를 대기 개방한다. 그 후, 제2 케이싱 내부가 감압 상태 또는 극단적인 여압 상태로 되어 있지 않은 것을 확인 후, 덮개 부재(122)를 장치 본체와는 반대 측으로 인출한다. 이에 따라 시료(6)를 교환 가능한 상태가 된다. 시료 교환 후에는, 덮개 부재(122)를 제2 케이싱(121) 내로 밀어넣고, 도시하지 않은 체결 부재로 덮개 부재(122)를 맞춤부(132)에 고정 후, 필요에 따라 치환 가스를 도입한다. 이상의 조작은, 하전 입자 광학 경통(2) 내부의 광학 렌즈(2)에 전압을 인가하고 있는 상태나 하전 입자원(8)으로부터 하전 입자선이 방출하고 있는 상태 시에도 실행할 수 있다. 그 때문에, 본 실시예의 하전 입자 현미경은, 시료 교환 후, 신속하게 관찰을 개시할 수 있다.

본 실시예의 하전 입자 현미경은, 통상의 고진공 SEM으로서 사용하는 것도 가능하다. 도 17에는, 고진공 SEM으로서 사용한 상태에서의, 본 실시예의 하전 입자 현미경의 전체 구성도를 나타낸다. 도 17에 있어서, 제어계는 도 15와 같으므로 도시는 생략하고 있다. 도 17은 덮개 부재(122)를 제2 케이싱(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 부착 위치를 덮개 부재(130)로 막은 상태의 하전 입자 현미경을 나타내고 있다. 이 전후의 조작으로, 격막(10) 및 격막 유지 부재(47)를 제2 케이싱(121)으로부터 제거해 두면, 제1 공간(11)과 제2 공간(12)을 연결할 수 있고, 제2 케이싱 내부를 진공 펌프(4)로 진공 배기하는 것이 가능해진다. 이에 따라, 제2 케이싱(121)을 부착한 상태에서, 고진공 SEM 관찰이 가능해진다.

또, 도 17의 구성의 변형예로서, 격막 유지 부재(47)가 부착되어 있는 상태의 제2 케이싱(121)을 통째로 제거하여, 덮개 부재(122)를 제1 케이싱(7)의 맞춤면에 직접 고정해도 된다. 본 구성에 의해서도 제1 공간(11)과 제2 공간(12)을 연결할 수 있고, 제2 케이싱 내부를 진공 펌프(4)로 진공 배기하는 것이 가능해진다. 또, 이 상태는 일반적인 SEM 장치의 구성과 같다.

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 부착되어 있다. 따라서 장치 유저는, 상기 조작 손잡이(108, 109)의 조작, 시료의 교환 작업, 또는 가스 공급관(100), 압력 조정 밸브(104)의 탈착 작업을 제1 케이싱과 같은 면에 대해서 행할 수 있다. 따라서, 상기 구성물이 시료실의 다른 면에 각각 부착되어 있는 구성의 하전 입자선 현미경에 비하여, 대기압하에서의 관찰용의 상태와 고진공하에서의 관찰용의 상태를 전환할 때의 조작성이 매우 향상되어 있다.

도 18에는 본 실시예의 하전 입자 현미경의 조작의 흐름을 나타낸 플로우 차트를 나타냈다. 제1 스텝(200)에서는, 제1 공간의 진공 배기를 행한다. 미리 진공 배기되어 있어도 된다. 제2 스텝(201)에서는, 시료(6)를 시료 스테이지(5) 위의 시료대에 재치하고, 시료대를 시료 스테이지(5)에 탑재한다. 제3 스텝(202)에서는, 덮개 부재(122)에 구비된 시료 스테이지(5)를 제2 케이싱 내부에 도입하고, 장치 본체(제2 케이싱)에 체결한다. 제4 스텝(203)에서는, 가스 제어용 밸브(101)를 일정 시간 연 후, 닫음으로써, 제2 공간에 헬륨 가스 등의 치환 가스를 도입한다. 제5 스텝(204)에서는, 하전 입자 광학 경통의 동작 조건을 조정하여 전자빔을 방출시킨다. 제6 스텝(205)에서는, 화상 취득을 개시한다. 화상 취득이 종료하면, 제7 스텝(206)에서는, 덮개 부재(122)를 제거한다. 제2 공간에 가둬진 치환 가스가 장치 외부에 방출되지만, 압력 조정 밸브를 개방하여 치환 가스를 배출한 후에 덮개 부재(122)를 제거해도 된다. 제8 스텝(207)에서는, 시료를 취출한다. 다른 시료를 관찰하고자 할 경우에는, 제2 스텝(201)으로 돌아간다.

또, 제2 공간은, 치환 가스를 대기압 상태까지 도입할 뿐만 아니라, 약간만 도입하는 저진공 상태, 또는 진공 상태 등으로 할 수 있지만, 이 경우에는, 제4 스텝(203)에서 치환 가스의 유량 조정 또는 진공 배기를 행하면 된다. 또, 도 18에 나타낸 플로우는 조작 순서의 일례이며, 순서는 적절히 바꾸어도 된다.

이상 설명한 구성에 더해, 제2 케이싱(121)과 덮개 부재(122)의 접촉 상태를 검지하는 접촉 모니터를 마련하여, 제2 공간이 닫혀 있거나 또는 열려 있는 것을 감시해도 된다.

또한, 2차 전자 검출기나 반사 전자 검출기에 더해서, X선 검출기나 광 검출기를 마련하여, EDS 분석이나 형광선의 검출을 할 수 있도록 해도 된다. X선 검출기나 광 검출기의 배치로서는, 제1 공간(11) 또는 제2 공간(12)의 어느 곳에 배치되어도 된다.

또한, 하전 입자선이 시료(6)에 조사되면, 시료에 흡수 전류가 흐른다. 그 때문에, 전류계를 마련하여, 시료(6) 또는 시료대에 흐르는 전류를 계측할 수 있도록 해도 된다. 이에 따라, 흡수 전류상(像)(또는 흡수 전자를 이용한 화상)을 취득하는 것이 가능해진다. 또한, 시료대의 하측에 투과 전자 검출기를 배치하여, 주사 투과(STEM) 화상을 취득할 수 있도록 해도 된다. 시료대 그 자체를 검출기로 해도 된다.

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

또한, 본 실시예의 구성을 소형의 하전 입자선 묘화 장치에 적용하는 것도 가능하다. 이 경우에는, 검출기(3)는 반드시 필요하지는 않다.

다음으로, 격막(10)의 위치 조정 방법에 대해서 설명한다. 실시예1에 있어서는, 조정 지그를 사용하여 제2 케이싱 외부에서 오퍼레이터가 위치 조정을 행하는 구성에 대해서 설명했다. 본 실시예의 구성에 있어서는, 시료 스테이지(5)에 조정 지그(145)(조정 유닛)를 부착하고, 시료 스테이지(5)의 동작에 의해 조정 지그(145)와 가동 부재(48)의 걸어 맞춤 및, 격막(10)의 위치 조정을 행함으로써 각종 기능을 실현할 수 있다.

제2 케이싱(121)에 부착되는 가동 부재(48)의 구성은 실시예1과 같으므로 상세한 설명은 생략한다.

도 19에 격막을 조정할 때의 구성을 나타낸다. 조정 지그(145)는, 시료 스테이지(5)의 Z축 구동 기구의 동작에 연동하여 동작하는 부재에 부착되는 구조로 한다. 특히, 취급의 용이함으로부터, 조정 지그(145)는 시료 스테이지 위의 시료 부착 부재에 설치할 수 있는 구성으로 하는 것이 적합하다. 구체적으로는, 시료 스테이지 위의 시료 부착 부재의 형상과 걸어 맞추는 부착부를 조정 지그(145)에 마련한다. 조정 지그(145)는 시료 부착 부재에 부착되는 구성으로 함으로써, 오퍼레이터는 통상의 관찰 시에 시료를 부착하는 감각으로, 용이하게 조정 지그(145)를 부착할 수 있다.

Z축 구동 기구에 의해 조정 지그(145)를 가동 부재(48)에 접근시켜 체결 부재(72a, 72b)(조인트부)를 접속한다. 체결 부재(72a, 72b)는 실시예1과 같이, 못이나 나사류 등 또는 그 외의 체결 부재를 사용할 수 있다. 시료 스테이지(5)를 사용하여 체결 부재(72a, 72b)를 접속하기 위해서, 실시예1에서 설명한 핀(73)과 구멍(74) 등의 체결 부재를 사용한 경우, 시료 스테이지(5)의 XY 구동 기구를 조작하여 핀(73)과 구멍(74)의 위치를 맞추면서 Z축 구동 기구에 의해 핀(73)과 구멍(74)을 접속한다는 조작이 필요해진다. 특히 본 구성의 경우, 체결 부재(72a, 72b)의 XY 방향의 어긋남을 어느 정도 허용하는, 실시예1에서 설명한 체결 부재가 매우 적합하며, 이것을 사용한 경우 조작성이 매우 양호해진다.

체결 부재(72a, 72b)를 접속할 때, Z축 구동 기구의 조작 미스 등에 의해 가동 부재(48)에 조정 지그(145)를 필요 이상으로 가압할 가능성이 있다. 이때 Z축 구동 기구나 가동 부재(48), 조정 지그(145), 그 외의 부재에 손상을 줄 우려가 있다. 그 때문에, 조정 지그(145)와 시료 스테이지(5) 사이에 스프링 등의 탄성체(146)를 배치하고, 조정 지그(145)를 탄성체(146)로 유지해도 된다. 필요 이상으로 조정 지그(145)를 가압했을 경우, 탄성체(146)가 휨으로써 하중을 완화하고, 각 부재의 손상을 회피한다. 수동 스테이지의 경우, 탄성체(146)의 휨에 의한 조작력의 변화를 단계적으로 느낌으로써, 오퍼레이터는 체결 부재(72a, 72b)의 접속 상태를 감지할 수 있다.

격막의 위치 조정으로부터 시료 관찰까지의 일련의 조작에 대해서 설명한다. 시료 스테이지(5)를 제2 케이싱(121)으로부터 인출하고, 시료(6)를 제거한다. 조정 지그(145)를 시료 스테이지(5)에 탑재한다. 시료 스테이지(5)를 제2 케이싱 내부(121)에 삽입하고, 조정 지그(145)를 격막(10)의 바로 아래로 이동시킨다. Z축 손잡이를 돌려서 시료 스테이지를 광축 방향으로 이동시킴으로써, 격막 조정 기구인 가동 부재(48)에 조정 지그(145)를 접근시키고, 체결 부재(72a, 72b)를 접속한다. 관찰 화상을 확인하면서 시료 스테이지(5)의 XY 손잡이를 조작함으로써 격막(10)을 움직이고, 격막(10)의 중심이 화상 중심에 맞도록 조정한다. 조정이 완료하면, Z축 손잡이를 조작하여 시료 스테이지를 광축 방향으로 이동시킴으로써, 조정 지그(145)와 가동 부재(48)를 이간시켜, 이들 사이의 접속을 해제한다. 시료 스테이지(5)를 제2 케이싱(121)으로부터 인출하고, 조정 지그(145)를 제거한 후, 시료(6)를 부착하여 시료 스테이지(5)를 삽입한다. 이들 조작에 의해 격막(10)의 위치 조정이 완료하여 시료(6)의 관찰을 개시할 수 있다.

또, 조정 지그(145)는 시료 스테이지(5)의 Z축 구동 기구의 동작에 연동하여 이동하는 부재에 부착되어 있으면 되며, 시료(6)와 간섭하지 않는 위치에 조정 지그(145)를 부착하거나, 또는 조정 지그(145)를 상설하는 구성으로 하고, 조정 지그(145)를 부착한 채의 상태에서 시료 관찰을 행해도 된다.

도 20에 모터 구동 스테이지를 사용할 때의 격막 위치 조정 플로우를 나타낸다. 제1 스텝(211)에서는, 시료 스테이지(5)의 소정의 위치에 조정 지그(145)를 부착한다. 제2 스텝(212)에서는, 시료 스테이지(5)를 제2 케이싱(121)에 삽입한다. 제3 스텝(213)에서는 화면상의 조정 버튼 등을 누른다. 조정 버튼을 누름으로써 제4 스텝에 있어서의 시료 스테이지의 동작이 개시한다. 제4 스텝(214)에서는 XYZ축 구동 기구가 동작하고, 조정 지그(145)와 가동 부재(48)의 체결 부재(72a, 72b)가 접속된다. 제5 스텝(215)에서는 하전 입자선 방출이 개시하여 하전 입자 현미경상이 표시된다. 제6 스텝(216)에서는 오퍼레이터가 상을 관찰하면서 격막(10)의 위치 조정을 행한다. 제7 스텝(217)에서는, 조정이 완료하면 Z축 구동 기구가 동작하여, 체결 부재(72a, 72b)의 접속을 해제한다.

상기 조작 설명에서는 모터 구동 스테이지를 사용하여 설명했지만, 이 조작은 매뉴얼 스테이지를 사용하여 조작하는 것도 가능하다. 또는 모터 구동 스테이지를 사용한 경우, 자동 제어에 의해 상기 조작을 실시하는 것도 가능하다.

자동 제어에 있어서의 제4 스텝에 있어서, 탄성체(146)의 변형이나 조정 지그(145)의 변위를 검지하는 센서를 설치해도 된다. 센서에 의해 조정 지그(145)의 가압을 검지하고, 오퍼레이터에 경고를 발하거나 시료 스테이지(5)의 동작을 정지하거나 할 수 있다. 이 경우, 컴퓨터(35) 내에 검지부와 경보 출력부를 구비한다. 검지부는 조정 지그(145)의 변위를 검지하는 센서로부터의 신호의 변화에 따라 조정 지그(145)의 변위를 검지하고, 변위가 소정의 값에 달했을 때에 조정 지그(145)가 가압되는 것을 나타내는 신호(체결 신호)를 경보 출력부에 출력한다. 경보 출력부는 체결 신호를 받음으로써, 상위 제어부(36) 혹은 하위 제어부(37)에 포함되는 시료 스테이지 구동부에 정지 신호를 출력하고, 시료 스테이지(5)의 Z축 구동 기구를 정지시킨다. 또는 컴퓨터(35)의 화면상에 조정 지그(145)의 가압을 나타내는 메시지를 표시해도 된다.

자동 제어에 있어서의 제6 스텝에 있어서, 격막(10)의 특정 위치, 예를 들면 격막 오른쪽 아래의 에지 등을 화상 표시부(51) 위에서 오퍼레이터에게 선택시킴으로써 격막(10)의 위치를 인식하고, 시료 스테이지(5)의 XY 구동 기구가 동작하고, 격막(10)을 화상의 중심까지 이동시킬 수도 있다. 또한, 격막(10)의 위치의 검출은 화상 인식 등에 의해 자동으로 검지할 수도 있다. 이 경우, 컴퓨터(35) 내에 화상 인식부, 연산부, 스테이지 제어부를 구비한다. 화상 인식부는, 하전 입자 현미경상으로부터 격막(10)의 엣지 등의 특정 위치를 검출하고, 현미경상 위에서의 좌표값을 연산부에 출력한다. 연산부는 상기 좌표값으로부터, 격막(10)을 현미경상 중심으로 이동하기 위해서 필요한 이동량을 산출하고, 이동량을 신호로서 스테이지 제어부에 출력한다. 스테이지 제어부는 상기 이동량만큼 시료 스테이지(5) 이동하는 신호를, 상위 제어부(36) 또는 하위 제어부(37)에 포함되는 시료 스테이지 구동부에 출력하고, 시료 스테이지(5)가 동작한다. 이들 동작에 의해 격막(10)이 화상의 중심까지 이동된다.

이상, 본 실시예에 의해, 실시예1의 효과에 더해, 고진공 SEM으로서도 사용 가능하며, 또한 대기압 또는 약간의 부압 상태의 가스 분위기하에서의 관찰을 간편하게 행할 수 있는 하전 입자 현미경이 실현된다. 또한, 치환 가스를 도입하여 관찰을 실행할 수 있기 때문에, 본 실시예의 하전 입자 현미경은, 실시예1의 하전 입자 현미경보다 S/N이 좋은 화상 취득이 가능하다. 또한, 격막의 조정에 시료 스테이지를 사용하므로, 오퍼레이터는 통상의 시료의 관찰 시와 같은 조작으로 격막의 위치 조정을 간편하게 행할 수 있다.

또, 본 실시예에서는 탁상형 전자 현미경을 의도한 구성예에 대해서 설명했지만, 본 실시예를 대형의 하전 입자 현미경에 적용하는 것도 가능하다. 탁상형 전자 현미경의 경우에는, 장치 전체 또는 하전 입자 광학 경통이 케이싱에 의해 장치 설치면에 지지되지만, 대형의 하전 입자 현미경의 경우에는, 장치 전체를 가대(架臺)에 재치하면 되며, 따라서, 제2 케이싱(7)을 가대에 재치하면, 본 실시예에서 설명한 구성을 그대로 대형의 하전 입자 현미경에 전용할 수 있다.

실시예3

도 21에 제3 실시예의 하전 입자 현미경의 전체 구성도를 나타낸다. 이하에서는, 실시예1, 2와 같은 부분에 대해서는 설명을 생략한다.

실시예1, 2에 있어서 설명한 구성을 적용하는 경우, 비교적 대형의 시료실(제1 케이싱)을 갖는 하전 입자 현미경에 있어서는, 제2 케이싱을 크게 할 수밖에 없고, 대규모 개조가 필요해져서 간이적으로 대기압 관찰을 실현한다는 목적에 있어서 적당하지 않다.

본 실시예에서는, 실시예1, 2에서 설명한 제2 케이싱(121)을, 하전 입자 광학 경통(2) 바로 아래에 배치한다. 즉, 냄비형의 어태치먼트(제2 케이싱(121))를 사용하여, 제1 케이싱(7)에 위로부터 어태치먼트를 끼워 넣고, 또한 그 위에서 하전 입자 광학 경통(2)을 끼워 넣은 구성을 구비한다. 어태치먼트는 제1 케이싱에 부착된 상태에서는, 직방체 형상의 제1 케이싱(7)의 내부에 돌출한 형상으로 되어 있다. 이 상태에 있어서, 제1 케이싱(7)의 내벽면과 제2 케이싱의 외벽면 및 격막(10)에 의해 구성되는 폐공간(제2 공간(12))은 대기압 상태의 공간이 되고, 하전 입자 광학 경통 내부와 연결되어 있는 제2 케이싱(121)의 내부(제1 공간(11))는 진공 배기되는 공간이 된다.

제1 케이싱(7)은 하전 입자 광학 경통(2)에 대해서 진공 봉지 부재(123)로 진공 시일되고, 또한, 제2 케이싱(121)은 제1 케이싱(7)에 대해서 진공 봉지 부재(143)로 진공 시일된다.

제2 케이싱(121)은 실시예1, 2와 마찬가지로 격막(10), 격막 유지 부재(47), 가동 부재(48)를 갖는다. 이들은, 하전 입자 광학 경통(2) 바로 아래에 배치된다. 도면에 있어서는 검출기를 제1 공간(11)에 배치하지만, 제2 공간(12) 또는 하전 입자 광학 경통(2) 내에 배치해도 된다. 격막 조정 등 그 외 기능은 실시예1, 2와 같으므로 상세한 설명은 생략한다.

이 구성의 경우, 도 15와 비교하면 제2 공간(12)의 용적을 크게 할 수 있고, 실시예2의 구성보다 큰 시료의 배치를 하는 것이 가능해진다.

실시예4

도 22에 실시예3의 변형예로서, 제4 실시예를 나타낸다. 이하에서는, 실시예1∼3과 같은 부분에 대해서는 설명을 생략한다.

실시예3보다 제2 케이싱을 극도로 작게 함으로써, 하전 입자 광학 경통(2) 바로 아래에 제2 케이싱(121)을 설치한다. 도 22에서는 소형화를 위해 제2 케이싱(121)과 격막 유지 부재(47), 가동 부재(48)를 일체로 한 부재(150)를 조립한 구성을 나타낸다. 부재(150)는, 하전 입자 광학 경통 내부의 진공 공간과 시료가 재치되는 공간(대기압과 같은 정도)의 차압을 유지하도록, 하전 입자 광학 경통(2)의 선단부에 배치된다. 부재(150)는, 격막(10)을 유지하고, 또한, 격막(10)의 위치를 이동시키는 기구를 갖고 있다. 격막(10)의 위치를 이동시키는 기구는 실시예1∼3과 같으며, 부재(150)는 격막 조정 지그의 조인트부와 걸어 맞추는 조인트부를 갖고 있다. 구체적으로는, 150에는 격막 조정 지그(145)의 체결 부재(72a)와 쌍을 이루는 체결 부재(72b)가 부착되며, 조정 지그(145)와 기계적으로 접속할 수 있는 구조로 한다. 체결 부재(72)는 실시예1∼3과 같다. 이때, 진공 배관(16)에는 밸브(151)를 설치하고, 제1 케이싱(7) 내부의 진공 배기를 전환한다. 이러한 구성으로 함으로써, 대형의 하전 입자 현미경에 있어서도 대규모 개조 없이, 대기압 또는 약간의 가압 혹은 부압 상태의 가스 분위기하에서의 관찰을 간편하게 행할 수 있는 하전 입자 현미경을 실현할 수 있다.

본 실시예에서는, 실시예1∼3에 나타낸 장치에 비하여 시료를 재치하는 공간이 더 넓어지므로, 대형 시료의 관찰도 가능해진다.

실시예5

도 23에 제5 실시예를 나타낸다. 이하에서는, 실시예1∼4와 같은 부분에 대해서는 설명을 생략한다.

도 23에는 본 실시예의 하전 입자 현미경의 전체 구성도를 나타낸다. 본 실시예가 실시예3과 다른 것은, 하전 입자 광학 경통(2)을 기둥(160)에 의해 지지하는 구성으로 하고 있는 것이며, 즉 제1 케이싱(7)을 기둥(160)에 의해 치환하는 것이다.

제2 케이싱(121)에 구비된 격막(10)의 하부에는 대기 분위기하에 배치된 시료 스테이지(162)를 구비한다. 시료 스테이지(5)에는 적어도 시료(6)를 격막(10)에 접근시키는 것이 가능한 높이 조정 기능을 구비한다. 예를 들면, 조작부(204)를 돌리는 등 하여 시료(6)를 격막(10) 방향으로 접근시킬 수 있다. 당연히, 시료면내 방향으로 움직이는 XY 구동 기구를 구비해도 된다.

시료(6) 또는 조정 지그(161)는 적당한 시료 스테이지(162)에 탑재된다. 그 외의 점은 실시예1∼4와 같다.

본 장치 구성의 경우, 시료를 배치하는 공간이 완전한 대기 공간이므로, 상술의 실시예에 비하여 비교적 큰 시료에서도 시료 도입 및 관찰하는 것이 가능하다.

또, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되는 것은 아니며, 다양한 변형예가 포함된다. 예를 들면, 상기한 실시예는 본 발명을 알기 쉽게 설명하기 위해서 상세하게 설명한 것이며, 반드시 설명한 모든 구성을 구비하는 것에 한정되는 것은 아니다. 또한, 어느 실시예의 구성의 일부를 다른 실시예의 구성으로 치환하는 것이 가능하며, 또한, 어느 실시예의 구성에 다른 실시예의 구성을 더하는 것도 가능하다. 또한, 각 실시예의 구성의 일부에 대해서, 다른 구성의 추가·삭제·치환을 하는 것이 가능하다. 또한, 상기의 각 구성, 기능, 처리부, 처리 수단 등은, 그들의 일부 또는 전부를, 예를 들면 집적 회로로 설계하는 등에 의해 하드웨어로 실현해도 된다. 또한, 상기의 각 구성, 기능 등은, 프로세서가 각각의 기능을 실현하는 프로그램을 해석하고, 실행함으로써 소프트웨어로 실현해도 된다.

각 기능을 실현하는 프로그램, 테이블, 파일 등의 정보는, 메모리나, 하드디스크, SSD(Solid State Drive) 등의 기록 장치, 또는, IC 카드, SD 카드, 광 디스크 등의 기록 매체에 둘 수 있다.

또한, 제어선이나 정보선은 설명상 필요하다고 생각되는 것을 나타내고 있으며, 제품상 반드시 모든 제어선이나 정보선을 나타내고 있다고는 할 수 없다. 실제로는 거의 모든 구성이 상호 접속되어 있다고 생각해도 된다.

1 : 광학 렌즈, 2 : 하전 입자 광학 경통, 2a : 하전 입자 광학 경통 광축, 3 : 검출기, 4 : 진공 펌프, 5 : 시료 스테이지, 6 : 시료, 7 : 제1 케이싱, 8 : 하전 입자원, 10 : 격막, 11 : 제1 공간, 12 : 제2 공간, 14 : 리크 밸브, 16 : 진공 배관, 18 : 지주, 19 : 판 부재용 지지 부재, 20 : 바닥판, 35 : 컴퓨터, 36 : 상위 제어부, 37 : 하위 제어부, 43, 44 : 통신선, 47 : 격막 유지 부재, 48 : 가동 부재, 49a, 49b : 지지 부재, 61 : 하전 입자 현미경상, 70 : 조정 지그, 70a : 조정 지그 손잡이, 71 : 커버, 72a, 72b : 체결 부재, 73 : 핀, 74 : 구멍, 75 : 고무 시트, 76 : 요철이나 돌기를 갖는 부재, 77 : 훅, 78 : 루프, 80 : 스프링 플런저, 81 : 베이스 부재, 82 : 구멍, 83 : 베이스 부재, 84 : 자석, 85 : 요철을 갖는 부재, 86 : 체결 부재, 100 : 가스 공급관, 101 : 가스 제어용 밸브, 102 : 연결부, 103 : 가스 봄베, 104 : 압력 조정 밸브, 107 : 지지판, 108, 109 : 조작 손잡이, 121 : 제2 케이싱, 122, 130 : 덮개 부재, 123, 125, 126 : 진공 봉지 부재, 131 : 본체부, 132 : 맞춤부, 141, 142, 143 : 진공 봉지 부재, 145 : 조정 지그, 146 : 탄성체, 150 : 부재, 151 : 밸브, 160 : 기둥, 161 : 조정 지그, 162 : 시료 스테이지

Claims (18)

1차 하전 입자선을 시료 위에 조사하는 하전 입자 광학 경통(鏡筒)과, 진공 펌프를 구비하는 하전 입자선 장치에 있어서,
상기 하전 입자선 장치의 일부를 이루고, 내부가 상기 진공 펌프에 의해 진공 배기되는 케이싱과,
상기 시료가 재치(載置)된 공간의 압력이 상기 케이싱 내부의 압력보다 크게 유지되도록 상기 시료가 재치된 공간을 격리하고, 상기 1차 하전 입자선을 투과 또는 통과시키는 착탈 가능한 격막(隔膜)과,
상기 격막에 대해서 상기 하전 입자 광학 경통과 반대 측의 공간에 설치되는 시료 스테이지와,
상기 시료가 재치된 공간의 압력과 상기 케이싱 내부의 압력을 유지한 채, 상기 격막을 이동 가능하게 하는 가동(可動) 부재를 구비하고,
상기 가동 부재는, 상기 격막의 위치를 조정하는 격막 위치 조정 지그에 마련된 제1 조인트부와 걸어 맞추는 제2 조인트부를 갖는 것을 특징으로 하는 하전 입자선 장치.

제1항에 있어서,
상기 제1 조인트부를 상기 하전 입자 광학 경통의 광축에 평행한 방향으로 이동시켜 상기 제2 조인트부로부터 떨어지게 할 때에 요하는 힘보다, 상기 하전 입자 광학 경통의 광축에 수직인 방향으로 상기 제2 조인트부를 이동시킬 때에 요하는 힘의 쪽이 큰 것을 특징으로 하는 하전 입자선 장치.

제1항에 있어서,
상기 제1 조인트부 또는 상기 제2 조인트부 중 어느 한쪽이 핀이며,
다른 쪽이 구멍인 것을 특징으로 하는 하전 입자선 장치.

제1항에 있어서,
상기 제1 조인트부와 상기 제2 조인트부는 마찰력에 의해 걸어 맞춰지는 것을 특징으로 하는 하전 입자선 장치.

제4항에 있어서,
상기 제1 조인트부 또는 상기 제2 조인트부 중 어느 한쪽 또는 양쪽은 고무재인 것을 특징으로 하는 하전 입자선 장치.

제1항에 있어서,
상기 제1 조인트부와 상기 제2 조인트부 중 어느 한쪽 또는 양쪽은 상기 제1 조인트부와 상기 제2 조인트부의 접촉면에 요철을 갖는 것을 특징으로 하는 하전 입자선 장치.

제1항에 있어서,
상기 제1 조인트부와 상기 제2 조인트부 중 어느 한쪽 또는 양쪽은 훅 형상 부재를 구비하는 면(surface) 패스너(fastener)인 것을 특징으로 하는 하전 입자선 장치.

제1항에 있어서,
상기 제1 조인트부와 상기 제2 조인트부 중 어느 한쪽은 상기 하전 입자 광학 경통의 광축 방향으로 구동 가능한 부재를 구비하고, 다른 쪽은 상기 구동 가능한 부재를 수납하는 것이 가능한 구멍을 구비하는 것을 특징으로 하는 하전 입자선 장치.

제1항에 있어서,
상기 제1 조인트부와 상기 제2 조인트부 중 어느 한쪽은 스프링 플런저인 것을 특징으로 하는 하전 입자선 장치.

제1항에 있어서,
상기 제1 조인트부와 상기 제2 조인트부에는 자석이 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 하전 입자선 장치.

제1항에 있어서,
상기 제1 조인트부와 상기 제2 조인트부 중 어느 한쪽 또는 양쪽은 재료가 서로 다른 복수의 부재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 하전 입자선 장치.

제1항에 있어서,
상기 제1 조인트부 및 상기 제2 조인트부는 각각 복수의 부재로 이루어지고, 상기 복수의 부재는 상기 하전 입자 광학 경통의 광축에 수직인 방향으로 상기 제2 조인트부를 이동시킬 때에 요하는 힘이 서로 다른 부재인 것을 특징으로 하는 하전 입자선 장치.

제1항에 있어서,
상기 시료를 재치하는 시료 스테이지를 갖고,
상기 제1 조인트부를 구비한 격막 위치 조정 유닛이 상기 시료 스테이지에 배치되는 것을 특징으로 하는 하전 입자선 장치.

제12항에 있어서,
상기 격막 위치 조정 유닛과 상기 시료 스테이지 사이에 탄성 부재가 마련되는 것을 특징으로 하는 하전 입자선 장치.

제1항에 있어서,
상기 하전 입자선 장치의 일부를 이루고 내부가 상기 진공 펌프에 의해 진공 배기되는 제1 케이싱과,
상기 제1 케이싱의 측면, 또는 내벽면, 또는 상기 하전 입자 광학 경통에 위치가 고정되는, 상기 시료를 내부에 격납하는 제2 케이싱을 구비하고,
상기 격막은 상기 제2 케이싱의 상면 측에 마련되고,
상기 제2 케이싱 내부의 압력이 상기 제1 케이싱 내부의 압력과 동등하거나, 상기 제2 케이싱 내부의 압력을 상기 제1 케이싱 내부의 압력보다 높은 상태로 유지하는 것을 특징으로 하는 하전 입자선 장치.

제15항에 있어서,
상기 격막을 유지하는 격막 유지 부재가 상기 제2 케이싱 내부의 천장면에 배치되는 것을 특징으로 하는 하전 입자선 장치.

1차 하전 입자선을 투과 또는 통과시키는 착탈 가능한 격막에 의해, 시료가 재치되는 공간의 압력이 하전 입자 광학 경통 내부의 압력보다 크게 유지되도록 상기 시료가 재치되는 공간이 격리된 상태에서, 상기 시료에 상기 1차 하전 입자선을 조사함으로써 상기 시료를 관찰하는 하전 입자선 장치에 있어서의 상기 격막의 위치 조정 방법에 있어서,
상기 하전 입자 광학 경통의 광축 방향으로 이동 가능한 시료 스테이지에, 제1 조인트부를 갖는 조정 지그를 설치하는 스텝과,
상기 조정 지그를 상기 격막의 바로 아래에 배치하는 스텝과,
상기 시료 스테이지를 상기 하전 입자 광학 경통의 광축 방향으로 이동시킴으로써 상기 조정 지그를 상기 제1 조인트부에 걸어 맞추는 제2 조인트부를 갖는 가동 부재에 걸어 맞추는 스텝과,
상기 1차 하전 입자선의 조사에 의해 얻어지는 상(像)을 관찰하면서, 상기 시료가 재치된 공간의 압력과 상기 하전 입자 광학 경통 내부의 압력을 유지한 채 상기 가동 부재에 의해 상기 격막을 움직이는 스텝과,
상기 시료 스테이지를 상기 하전 입자 광학 경통의 광축 방향으로 이동시킴으로써 상기 조정 지그를 상기 가동 부재로부터 이간시키는 스텝을 갖는 것을 특징으로 하는 상기 격막의 위치 조정 방법.

1차 하전 입자선을 투과 또는 통과시키는 착탈 가능한 격막에 의해, 시료가 재치되는 공간의 압력이 하전 입자 광학 경통 내부의 압력보다 크게 유지되도록 상기 시료가 재치되는 공간이 격리된 상태에서, 상기 시료에 상기 1차 하전 입자선을 조사함으로써 상기 시료를 관찰하는 하전 입자선 장치에 있어서의 상기 격막의 위치 조정에 사용하는 격막 위치 조정 지그에 있어서,
상기 하전 입자선 장치에 구비된 가동 부재로서, 상기 시료가 재치된 공간의 압력과 상기 하전 입자 광학 경통 내부의 압력을 유지한 채 상기 격막을 이동 가능하게 하는 가동 부재에 마련된 제2 조인트부에 걸어 맞추는 제1 조인트부를 갖는 것을 특징으로 하는 격막 위치 조정 지그.

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