帶電粒子線裝置及試樣觀察方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及能在大氣壓或比大氣壓稍低的負(fù)壓狀態(tài)的規(guī)定的氣體環(huán)境下觀察試樣的帶電粒子線裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]為了觀察物體的微小的區(qū)域，使用掃描式電子顯微鏡(SEM)或透過式電子顯微鏡(TEM)等。一般地，在這些裝置中，對用于配置試樣的機箱進(jìn)行真空排氣，使試樣環(huán)境為真空狀態(tài)并對試樣攝像。但是，生物化學(xué)試樣或液體試樣等由于真空而受到損傷，或狀態(tài)變化。另一方面，想要利用電子顯微鏡觀察這種試樣的需求大，近年來，開發(fā)了能在大氣壓下對觀察對象試樣進(jìn)行觀察的SEM裝置或試樣保持裝置等。
[0003]這些裝置理論上在電子光學(xué)系統(tǒng)與試樣之間設(shè)置電子線能透過的隔膜或微小的貫通孔，分隔真空狀態(tài)與大氣狀態(tài)，任一個都在試樣與電子光學(xué)系統(tǒng)之間設(shè)置隔膜這一點共通。
[0004]例如，在專利文獻(xiàn)I中公開了使電子光學(xué)鏡筒的電子源側(cè)向下，且使物鏡側(cè)向上地配置，在電子光學(xué)鏡筒末端的電子線的出射孔上設(shè)置電子線能通過O環(huán)透過的隔膜的SEM。在該文獻(xiàn)所記載的發(fā)明中，在隔膜上直接載置觀察對象試樣，從試樣的下面照射一次電子線，檢測反射電子或二次電子而進(jìn)行SEM觀察。試樣保持在由設(shè)置于隔膜的周圍的環(huán)狀部件與隔膜構(gòu)成的空間內(nèi)，并且在該空間內(nèi)填滿水等液體。
[0005]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0006]專利文獻(xiàn)
[0007]專利文獻(xiàn)1:日本特開2009-158222號公報(美國專利申請公開第2009/0166536號說明書)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]發(fā)明所要解決的課題
[0009]以往的帶電粒子線裝置任一個都是在大氣壓或與大氣壓大致相等壓力的氣體環(huán)境下的觀察專用所制造的裝置，并不存在使用通常的高真空式帶電粒子顯微鏡簡便地進(jìn)行在大氣壓或與大氣壓大致相等的壓力的氣體環(huán)境下的觀察的裝置。
[0010]例如，專利文獻(xiàn)I所記載的SEM是結(jié)構(gòu)非常特殊的裝置，無法進(jìn)行通常的在高真空環(huán)境下的SEM觀察。
[0011]另外，在現(xiàn)有技術(shù)的方法中，檢測從試樣出射或反射的帶電粒子線。在該情況下，能觀察試樣表面的形狀，但存在無法觀察試樣內(nèi)部的問題點。
[0012]本發(fā)明是鑒于該問題而完成的，其目的在于提供能不較大改變以往的高真空式帶電粒子顯微鏡的結(jié)構(gòu)地在大氣環(huán)境或氣體環(huán)境下觀察試樣，且能觀察試樣內(nèi)部的帶電粒子線裝置。
[0013]用于解決課題的方法
[0014]為了解決上述課題，例如采用要求保護(hù)的范圍記載的結(jié)構(gòu)。
[0015]本申請包括多個解決上述課題的方法，若列舉其一例，其特征在于，具備:對試樣照射一次帶電粒子線的帶電粒子光學(xué)鏡筒；對上述帶電粒子光學(xué)鏡筒的內(nèi)部進(jìn)行真空抽吸的真空泵；以隔離載置上述試樣的空間與上述帶電粒子光學(xué)鏡筒的方式配置，使上述一次帶電粒子線透過或通過的能裝卸的隔膜；相對于上述試樣載置于上述隔膜的相反側(cè)，檢測由對上述試樣照射上述帶電粒子線得到的透過帶電粒子線的檢測器。
[0016]發(fā)明效果
[0017]根據(jù)本發(fā)明，提供一種能不較大改變以往的高真空式帶電粒子顯微鏡的結(jié)構(gòu)地在大氣環(huán)境或氣體環(huán)境下觀察試樣，且能觀察試樣內(nèi)部的帶電粒子線裝置。
【附圖說明】
[0018]圖1是實施例一的帶電粒子顯微鏡的整體結(jié)構(gòu)圖。
[0019]圖2是隔膜、試樣、檢測器附近的詳細(xì)圖。
[0020]圖3是檢測器的詳細(xì)圖。
[0021]圖4是說明帶電粒子線的軌道與檢測器位置的圖。
[0022]圖5是未在檢測器上直接載置試樣的方式的詳細(xì)圖。
[0023]圖6是實施例二的帶電粒子顯微鏡的結(jié)構(gòu)例。
[0024]圖7是實施例二的帶電粒子顯微鏡的結(jié)構(gòu)例。
[0025]圖8是實施例二的帶電粒子顯微鏡的結(jié)構(gòu)例。
[0026]圖9是實施例二的帶電粒子顯微鏡的結(jié)構(gòu)例。
[0027]圖10是實施例三的帶電粒子顯微鏡的整體結(jié)構(gòu)圖。
[0028]圖11是實施例四的帶電粒子顯微鏡的整體結(jié)構(gòu)圖。
【具體實施方式】
[0029]下面，使用【附圖說明】各實施方式。
[0030]下面，作為帶電粒子線裝置的一例，對帶電粒子線顯微鏡進(jìn)行說明。但是，這只是本發(fā)明的一個例子，本發(fā)明并未限定于以下說明的實施方式。本發(fā)明也能應(yīng)用于掃描電子顯微鏡、掃描離子顯微鏡、掃描透過電子顯微鏡、它們與試樣加工裝置的復(fù)合裝置、或應(yīng)用它們的解析檢查裝置。
[0031]另外，在本說明書中，“大氣壓”是大氣環(huán)境或規(guī)定的氣體環(huán)境，意味大氣壓或稍低的負(fù)壓狀態(tài)的壓力環(huán)境。具體地說，是大約15Pa(大氣壓)至13Pa左右。
[0032]實施例一
[0033]在本實施例中，對基本的實施方式進(jìn)行說明。圖1表示本實施例的帶電粒子顯微鏡的整體結(jié)構(gòu)圖。圖1所示的帶電粒子顯微鏡主要包括帶電粒子光學(xué)鏡筒2、相對于裝置設(shè)置面支撐帶電粒子光學(xué)鏡筒的第一機箱7 (以下也稱為真空室)、插入第一機箱7使用的第二機箱121 (以下也稱為配件)及控制它們的控制系統(tǒng)。在使用帶電粒子顯微鏡時，帶電粒子光學(xué)鏡筒2與第一機箱7的內(nèi)部由真空泵4進(jìn)行真空排氣。真空泵4的起動及停止動作也由控制系統(tǒng)控制。圖中，只表示一個真空泵4，但也可以是兩個以上。
[0034]帶電粒子光學(xué)鏡筒2由產(chǎn)生帶電粒子線的帶電粒子源8、對產(chǎn)生的帶電粒子線聚束并向鏡筒下部引導(dǎo)使該帶電粒子線作為一次帶電粒子線對試樣6進(jìn)行掃描的光學(xué)透鏡I等要素構(gòu)成。帶電粒子光學(xué)鏡筒2以向第一機箱7內(nèi)部突出的方式設(shè)置，通過真空封閉部件123固定于第一機箱7。在帶電粒子光學(xué)鏡筒2的端部配置檢測由上述一次帶電粒子線的照射得到的二次帶電粒子(二次電子或反射電子等)的檢測器3。另外，在第二機箱121內(nèi)部的試樣下具備檢測器150。
[0035]本實施例的帶電粒子顯微鏡作為控制系統(tǒng)，具備裝置用戶使用的計算機35、與計算機35連接并進(jìn)行通信的上位控制部36、根據(jù)從上位控制部36發(fā)送的命令控制真空排氣系統(tǒng)或帶電粒子光學(xué)系統(tǒng)等的下位控制部37。計算機35具備顯示裝置的操作畫面(GUI)的監(jiān)視器、鍵盤或鼠標(biāo)等向操作畫面的輸入機構(gòu)。上位控制部36、下位控制部37及計算機35分別由通信線43、44連接。
[0036]下位控制部37是收發(fā)用于對真空泵4、帶電粒子源8或光學(xué)透鏡I等進(jìn)行控制的控制信號的部位，并將檢測器3的輸出信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像信號，向上位控制部36發(fā)送。在圖中，將來自檢測器3、檢測器150的輸出信號經(jīng)由前置放大器等增幅器152、154連接于下位控制部37。但也可以不需要增幅器。
[0037]在上位控制部36與下位控制部37中，模擬電路或數(shù)字電路等可以混合，也可以上位控制部36與下位控制部37統(tǒng)一為一個。另外，圖1所示的控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)只不過是一例，控制單元或閥、真空泵或通信用配線等的變形例只要滿足在本實施例中所期望的功能，便屬于本實施例的帶電粒子線顯微鏡的范疇。
[0038]在第一機箱7上連接將一端連接于真空泵4的真空配管16，能夠?qū)?nèi)部維持為真空狀態(tài)。同時，具備用于對機箱內(nèi)部進(jìn)行大氣開放的泄漏閥14，在維修時等，能夠?qū)Φ谝粰C箱7的內(nèi)部進(jìn)行大氣開放。泄漏閥14也可以沒有，也可以為兩個以上。另外，第一機箱7的泄漏閥14的配置部位未限于圖1所示的場所，可以配置于第一機箱7上的其他位置。另夕卜，第一機箱7在側(cè)面具備開口部，通過該開口部插入上述第二機箱121。
[0039]第二機箱121由長方體形狀的主體部131與重合部132構(gòu)成。如后所述，主體部131的長方體形狀的側(cè)面中至少一側(cè)面為開放面9。主體部131的長方體形狀的側(cè)面中、設(shè)置隔膜保持部件155的面以外的面可以由第二機箱121的壁構(gòu)成，也可以第二機箱121自身沒有壁，在組裝于第一機箱7的狀態(tài)下由第一機箱7的側(cè)壁構(gòu)成。主體部131通過上述開口部插入第一機箱7內(nèi)部，具有在組裝于第一機箱7的狀態(tài)下收納作為觀察對象的試樣6的功能。重合部132構(gòu)成與第一機箱7的設(shè)有開口部的側(cè)面?zhèn)鹊耐獗诿娴闹睾厦?，通過真空封閉部件126固定于上述側(cè)面?zhèn)鹊耐獗诿妗Ｓ纱?，第二機箱121整體嵌合于第一機箱7。上述開口部利用帶電粒子顯微鏡的真空試樣室原本具備的試樣的搬入、搬出用開口制造最簡便。即，與原本所開的孔的大小一致地制造第二機箱121，只要在孔的周圍安裝真空封閉部件126，則裝置的改造可以為必要最小限度。另外，第二機箱121也能從第一機箱7卸下。
[0040]在第二機箱121的上面?zhèn)?，在將第二機箱121整體嵌合于第一機箱7的情況下，在位于上述帶電粒子光學(xué)鏡筒2的正下方的位置具備隔膜10。該隔膜10能使從帶電粒子光學(xué)鏡筒2的下端放出的一次帶電粒子線透過或通過，一次帶電粒子線通過隔膜10最終到達(dá)試樣6o
[0041]在現(xiàn)有技術(shù)中，試樣保持在填滿了液體的隔膜內(nèi)部，當(dāng)進(jìn)行一次大氣壓觀察時，試樣被浸漬，因此難以在大氣環(huán)境及高真空環(huán)境雙方觀察相同狀態(tài)的試樣。另外，由于液體總是與隔膜接觸，因此，還存在隔膜破損的可能性非常高的問題。另一方面，根據(jù)本實施例的方式，試樣6在與隔膜10非接觸的狀態(tài)下配置，因此，能不改變試樣的狀態(tài)地在高真空下及大氣壓下進(jìn)行觀察。另外，由于在隔膜上未載置試樣，因此，能夠降低隔膜由于試樣而破損的可能性。
[0042]利用到達(dá)試樣6的帶電粒子線，從試樣內(nèi)部或表面放出反射帶電粒子或透過帶電粒子等二次帶電粒子線。利用檢測器3或檢測器150檢測該二次帶電粒子。檢測器3位于照射帶電粒子的試樣面?zhèn)?，因此，能夠獲得試樣表面的信息。另一方面，檢測器150位于照射帶電粒子的試樣面的相反側(cè)、即在帶電粒子線源與檢測器150之間配置試樣，因此，能夠利用檢測器150檢測透過信號，能夠獲得試樣內(nèi)部的信息。
[0043]檢測器3及檢測器150是能夠檢測以數(shù)keV至數(shù)十keV的能量飛來的帶電粒子的檢測元件。另外，該檢測元件可以具有信號的增幅機構(gòu)。該檢