DE112012003028T5

DE112012003028T5 - Elektronenmikroskop

Info

Publication number: DE112012003028T5
Application number: DE112012003028.1T
Authority: DE
Inventors: Masahiro Akatsu; Takeshi Ogashiwa
Original assignee: Hitachi High Technologies Corp; Hitachi High Tech Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2011-07-19
Filing date: 2012-05-16
Publication date: 2014-04-10
Also published as: CN103688335B; US8853647B2; CN103688335A; US20140151555A1; WO2013011612A1; JP5759815B2; JP2013025911A

Abstract

Es wird ein Elektronenmikroskop angegeben, bei dem eine Probenhalterung mit angelegter Hochspannung befestigt werden kann. Die Probenhalterung ist sicher (Einrichtung zur Vorbeugung vor elektrischen Schlägen) und auf die Bedienbarkeit der Probenhalterung wurde besonders geachtet. Die vorliegende Erfindung umfasst eine Probenhalterung, bei der eine Funktion darin besteht, eine Spannung an einen Probenhalter anzulegen, der zur Befestigung einer Probe ausgebildet ist, eine Spannungsquelle, die die an den Probenhalter anzulegende Spannung liefert, ein Spannungskabel, das mit einem seiner Enden mit der Probenhalterung verbunden ist, und eine Relaiseinheit, mit der das andere Ende des Spannungskabels verbunden ist, wobei die Relaiseinheit auf einem Unterbau angeordnet ist, der den Linsentubus des Elektronenmikroskops trägt.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Elektronenmikroskope und insbesondere auf ein Elektronenmikroskop, das ein System umfasst, das zum sicheren Anlegen einer Hochspannung an eine Probe ausgebildet ist.
STAND DER TECHNIK
Ein Elektronenmikroskop verwendet elektromagnetische Linsen, um einen aus einer Elektronenkanone emittierten primären Elektronenstrahl auf eine Probe zu fokussieren, worauf von der Probe stammende, elektrisch geladene Sekundärpartikel erfasst werden und ein vergrößertes Bild der Probe gewonnen wird. Ein Rasterelektronenmikroskop stellt einen erweiterten Elektronenmikroskoptyp dar, bei dem ferner eine Funktion zum Rastern des primären Elektronenstrahls über die Probenoberfläche unter Verwendung von elektromagnetischen oder elektrostatischen Deflektoren oberhalb der Objektivlinsen vorhanden ist.
Bei der Abbildung mittels eines Rasterelektronenmikroskops ist eine zu untersuchende Probe im Allgemeinen elektrisch geerdet. Es kann für die Betrachtung eines Bildes der Probe jedoch auch eine Spannung an die Probe angelegt werden. In jüngster Zeit wurde als Verfahren zur Betrachtung eines Probenbildes am häufigsten insbesondere die Strahlverlangsamung verwendet. Das Verzögerungsverfahren ist eine für die Untersuchung eines Bildes einer Probe verwendete Technik, bei der eine negative Spannung von ungefähr einigen Hundert Kilovolt bis einigen Kilovolt als Verzögerungsspannung an die Probe angelegt wird und ein primärer Elektronenstrahl unmittelbar vor der Probe abgebremst wird.
Wenn bei dem Verzögerungsverfahren eine an der Elektronenkanone anliegende Beschleunigungsspannung zur Beschleunigung des primären Elektronenstrahls als Vacc und die an der Probe anliegende Verzögerungsspannung als Vr ausgedrückt wird, ergibt sich die Bestrahlungsspannung (die auch als Auftreffenergie bezeichnet wird) Vi, die erhalten wird, wenn der primäre Elektronenstrahl die Probe erreicht, als Vi = Vacc – Vr. Wenn das Verzögerungsverfahren durchgeführt wird, kann im Vergleich mit der ohne Anwendung des Verzögerungsverfahrens (d. h., wenn die Probe elektrisch geerdet ist) erzielten Bildqualität auch bei gleicher Bestrahlung eine hohe Bildqualität erzielt werden. Auch wenn beispielsweise die Bestrahlungsspannung, die bei Vacc = 1 kV und Vr = 0,5 kV erhalten wird, die gleiche ist wie bei Vacc = 0,5 kV und Vr = 0,0 kV, wird in dem zuerst genannten Fall die optische Auflösung, d. h., wie klar oder scharf Details der Probe abgebildet werden, im Vergleich mit dem zweiten Fall verbessert. Durch die Verwendung einer Verzögerungseinrichtung kann das Probenbild zudem im Vergleich mit einer mit der Elektronenkanone realisierbaren, minimalen Beschleunigungsspannung (z. B. Vacc = 0,5 kV) bei einer niedrigeren Bestrahlungsspannung (z. B. Vi = 0,1 kV) betrachtet werden. Demnach kann die topographische Untersuchung der obersten Probenoberfläche bei hoher Auflösung erfolgen. Die Untersuchung mit dem Verzögerungsverfahren hat viele andere Vorteile, wie den Aufbau elektrischer Ladungen in der Probe zu verhindern und eine Beschädigung der Probe zu vermindern.
Rasterelektronenmikroskope können gemäß einer speziellen Gestaltungsbeziehung zwischen Objektivlinsen und einer Probe in einen Außerhalb-der-Linsen-Typ, einen Semi-Innerhalb-der-Linsen-Typ und einen Innerhalb-der-Linsen-Typ unterteilt werden. In dem Rasterelektronenmikroskop vom Außerhalb-der-Linsen-Typ wird die Probe in eine Position völlig entfernt von den Magnetfeldern der Objektivlinsen gebracht, in dem Innerhalb-der-Linsen-Typ wird die Probe in die Magnetfelder der Objektivlinsen eingebracht. Bei dem Semi-Innerhalb-der-Linsen-Typ, der irgendwo zwischen dem Außerhalb-der-Linsen-Typ und dem Innerhalb-der-Linsen-Typ liegt, wird die Probe an eine Stelle gebracht, an der die Magnetfelder der Objektivlinsen zum Teil vorhanden sind. Von den drei Typen von Rasterelektronenmikroskopen ist der Innerhalb-der-Linsen-Typ des Rasterelektronenmikroskops, der die optische Leistung der Objektivlinsen am besten nutzen kann, am günstigsten, da hochauflösende Bilder gewonnen werden können.
Bei dem Rasterelektronenmikroskop von Innerhalb-der-Linsen-Typ, bei dem Objektivlinsen verwendet werden (im Folgenden wird dieses Mikroskop einfach als Innerhalb-der-Linsen-REM bezeichnet), muss eine Probe zwischen die Magnetpole der Linsen gebracht werden, damit der Anforderung, die Probe in die Magnetfelder der Linsen zu bringen, Rechnung getragen wird. Die Probe wird daher an einem Ende einer speziellen Probenhalterung angebracht und zwischen die Objektivlinsen eingebracht, um ein vergrößertes Bild der Probe zu betrachten.
Das Verzögerungsverfahren, eine Untersuchungstechnik, die beinhaltet, dass eine Spannung des gleichen Niveaus (der gleichen Größenordnung) wie bei der Beschleunigungsspannung an den primären Elektronenstrahl angelegt wird, weist die Charakteristik auf, dass die Probe an einem Ende einer speziellen Probenhalterung angebracht und dann zwischen die Magnetpole der Objektivlinsen gebracht wird. Es ist wahrscheinlich, dass hierdurch Entladungen verursacht werden und Probleme im Hinblick auf die Sicherheit auftreten. Aus diesem Grund wurde das Verzögerungsverfahren in der Vergangenheit nicht bei den Innerhalb-der-Linsen-REMs angewandt.
Andererseits gibt es herkömmlich Verfahren, bei denen eine Spannung, wenn auch nicht so hoch wie die Beschleunigungsspannung, für andere Zwecke an eine Probenhalterung angelegt wird, vor allem auf dem Gebiet der Transmissionselektronenmikroskope oder Rasterelektronenmikroskope. Beispielsweise offenbart das nachfolgend angegebene Patentdokument 1 ein Elektronenmikroskop, bei dem auf einer Probenhalterung, an der mehrere Proben befestigt sind, auch ein Speicher auf der Probenhalterung angebracht ist, um die einzelnen Proben zu unterscheiden, wobei eine externe Spannungsversorgung, die für den Speicher als Betriebsspannungsversorgung dient, über ein Kabel mit der Probenhalterung verbunden ist.
Gemäß Patentdokument 1 ist ein Kabelanschlusssensor, der erfasst, ob das Kabel verbunden ist, als Maßnahme, um in Verbindung mit dem Anlegen von Hochspannung die Sicherheit zu gewährleisten, an einem Hochspannungsanschluss angebracht. Das Anlegen von Spannung an die Probenhalterung wird daher verhindert, wenn der Kabelanschlusssensor nicht den angeschlossenen Zustand des Kabels erfasst, oder der Hauptteil des Elektronenmikroskops den Speicher an der Probenhalterung nicht erkennt.
DOKUMENTE DES STANDES DER TECHNIK
PATENTDOKUMENT

Patentdokument 1: JP-2005-327710-A ( US Patent Nr. 7381968 )

KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
VON DER ERFINDUNG ZU LÖSENDE PROBLEME
Für die Anwendung des Verzögerungsverfahrens auf ein Innerhalb-der-Linsen-REM ist es wegen der Untersuchungsanordnung, bei der die Probenhalterung zwischen die Objektivlinsen eingebracht wird, zwingend erforderlich, das Hochspannungskabel mit der Probenhalterung zu verbinden und an die Halterung eine Verzögerungsspannung anzulegen. Eine Spannungsversorgung für Rasterelektronenmikroskope wird gewöhnlich in einer Montagebefestigung aufgenommen oder ist unabhängig von dem Hauptteil des Mikroskops als Spannungsversorgungseinheit angeordnet. Bei dem Innerhalb-der-Linsen-REM, bei dem das Verzögerungsverfahren angewandt wird, muss das lange Hochspannungskabel angeschlossen werden, indem es von der Innenseite der Montagebefestigung oder der unabhängigen Einheit zu der Probenhalterung geführt wird.
Bei einem solchen Innerhalb-der-Linsen-REM kann es, da die Probenhalterung auch während des Betriebs von dem Hauptteil des REMs entfernt werden kann, wenn das lange Kabel mit der Probenhalterung verbunden ist, andererseits vorkommen, dass sich der Körper einer Person, die die Vorrichtung bedient, in dem Kabel verheddert, wodurch die Probenhalterung während des Betriebs versehentlich aus dem Hauptteil des REM gezogen wird.
Das Entfernen der Probenhalterung mit daran anliegender Hochspannung beinhaltet die Gefahr eines elektrischen Schlages für die Bedienperson oder einer Beschädigung der Apparatur aufgrund einer Entladung im Inneren der Kammer für elektronenoptische Linsen.
Das Patentdokument 1 diskutiert Probleme im Hinblick auf einen angeschlossenen Zustand der Probenhalterung (Verbinder) und Kabels in einem nicht spannungsführenden Zustand, die Sicherheit der Vorrichtung im Betrieb wird jedoch nicht angesprochen. Wenn das Verzögerungsverfahren in dem Innerhalb-der-Linsen-REM ausgeführt wird, muss jedoch die Sicherheit der Bedienperson mit größerer Sorgfalt geprüft werden als bei einem herkömmlichen Elektronenmikroskop, da an die Probenhalterung eine wesentlich höhere Spannung angelegt wird als bei einem herkömmlichen Elektronenmikroskop.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Rasterelektronenmikroskop anzugeben, bei dem die Vorrichtung auch während eines Betriebs der Vorrichtung, bei dem ein Verzögerungsverfahren in dem Rasterelektronenmikroskop durchgeführt wird, dessen Probenhalter zur Untersuchung der Probenoberfläche in eine Kammer für elektronenoptische Linsen eingeführt wird, sicherer als herkömmliche Rasterelektronenmikroskope betrieben werden kann.
LÖSUNG DER PROBLEMSTELLUNG
Zur Lösung der oben beschriebenen Problemstellungen umfasst ein Elektronenmikroskop gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung eine Probenhalterung, deren Funktion darin besteht, eine Spannung an einen Probenhalter anzulegen, der zur Aufnahme einer Probe ausgebildet ist, eine Spannungsquelle, die die an den Probenhalter angelegte Spannung liefert, ein Spannungskabel, das mit einem seiner Enden mit der Probenhalterung verbunden ist, und eine Relaiseinheit, an die das andere Ende des Spannungskabels angeschlossen ist und die entweder auf einem Unterbau, der einen Linsentubus des Elektronenmikroskops stützt, oder innerhalb einer Abdeckung angeordnet ist.
In diesem Fall ist es wünschenswert, wenn die Länge des Spannungskabels kleiner ist als die der Probenhalterung. Die Länge des Spannungskabels kann dann kleiner als die der Probenhalterung ausgeführt sein, wenn die Relaiseinheit innerhalb eines Kreises platziert ist, dessen Radius ausgehend von einem Endbereich der Probenhalterung, wenn sie in die Kammer für elektronenoptische Linsen eingeführt ist, kleiner ist als die Länge der Probenhalterung.
WIRKUNG DER ERFINDUNG
Demgemäß wird die Relaiseinheit entweder auf dem Unterbau oder in der Abdeckung platziert, sodass es nicht erforderlich ist, das Hochspannungskabel von einer Spannungsversorgung aus zu verlegen, und dadurch die Gefahr kleiner ist, dass die Probenhalterung während des Betriebs der Vorrichtung versehentlich aus dem Mikroskop herausgezogen wird.
Ferner kann verhindert werden, dass die Probenhalterung bei angelegter Verzögerungsspannung in die Kammer für elektronenoptische Linsen eingeführt wird, wenn die Länge des Kabels kleiner als die Länge der Probenhalterung gewählt wird.
Wie oben dargelegt wurde, wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein Rasterelektronenmikroskop angegeben, das für den Fall, dass bei dem Elektronenmikroskop, dessen Probenhalter in eine Kammer für elektronenoptische Linsen eingeführt wird, für die Untersuchung der Probenoberfläche ein Verzögerungsverfahren durchgeführt wird, im Vergleich mit herkömmlichen Rasterelektronenmikroskopen weniger häufig elektrische Schläge verursacht.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Gesamtaußenansicht eines Elektronenmikroskops gemäß einer ersten Ausführungsform.
2A ist ein erläuterndes Diagramm, das einen Probenhalter und Probentisch der ersten Ausführungsform zeigt.
2B ist eine Draufsicht, die eine Position einer Relaiseinheit bei eingeschobenem Probenhalter der ersten Ausführungsform zeigt.
3A ist ein erläuterndes Diagramm, das ein Beispiel für die Peripherie der Relaiseinheit der ersten Ausführungsform detailliert darstellt.
3B ist ein erläuterndes Diagramm, das ein anderes Beispiel für die Peripherie der Relaiseinheit der ersten Ausführungsform detailliert darstellt.
4 ist eine perspektivische Ansicht, die eine elektrische Verschaltung im Inneren der Relaiseinheit gemäß dem in 3B detailliert dargestellten Beispiel zeigt.
5 ist eine Gesamtaußenansicht eines Elektronenmikroskops gemäß einer zweiten Ausführungsform.
6 ist ein erläuterndes Diagramm, das die Positionierung einer Relaiseinheit gemäß der zweiten Ausführungsform zeigt.
7 ist eine Gesamtaußenansicht eines Elektronenmikroskops gemäß einer dritten Ausführungsform.
8 ist ein Diagramm, das die relativen Positionen einer Probenhalterung und von Objektivlinsen in dem Elektronenmikroskop gemäß der dritten Ausführungsform zeigt.
AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
(Erste Ausführungsform)
Im Folgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen detailliert erläutert. Eine beispielhafte Gestaltung eines Elektronenmikroskops mit einer seitlich einführbaren Probenhalterung (Probenhalterung) wird in der Beschreibung der Ausführungsformen erläutert.
1 ist eine schematische Ansicht einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die ein Elektronenmikroskop zeigt, das zum Beladen eines Probenhalters, welcher sich an einem Ende der Probenhalterung befindet, mit einer Probe ausgebildet ist, wobei über die Probenhalterung eine Spannung an den Probenhalter angelegt werden kann.
Eine Kammer 1 für elektronenoptische Linsen, in der die Probe mit einem primären Elektronenstrahl bestrahlt wird und geladene Sekundärpartikel nach dem Erfassen der durch die Bestrahlung mit dem primären Elektronenstrahl erzeugten, elektrisch geladenen Sekundärpartikel als Bildsignal ausgegeben werden, wird von einer oberen Fläche eines Unterbaus 2 getragen. An der Kammer 1 für elektronenoptische Linsen ist eine Probenbühne 3 zum Bewegen der Probe angebracht, und die Probenhalterung 4 zum Anlegen einer Hochspannung an den auf der Probenhalterung 4 befestigten Probenhalter wird in die Probenbühne 3 eingeführt.
Für die Zufuhr der an die Probe anzulegenden Spannung ist innerhalb des Unterbaus eine Hochspannungsquelle 7 angeordnet, sodass eine Bedienperson die Hochspannungsquelle 7 nicht direkt berühren kann.
Die von der Hochspannungsquelle 7 erzeugte Spannung wird zunächst über ein Spannungskabel 8 von der Hochspannungsquelle 7 in eine auf dem Unterbau 2 angeordnete Relaiseinheit 6 eingespeist. Dann wird die Spannung von der Relaiseinheit 6 über ein Spannungskabel 5 zur Probenhalterung 4 geführt und an die auf dem Probenhalter befindliche Probe angelegt. Die Relaiseinheit 6 umfasst einen Anschluss zur Aufnahme des Spannungskabels 5, wobei das Spannungskabel 5 bei Betrachtung der Probe unter Anwendung des Verzögerungsverfahrens mit der Relaiseinheit 6 verbunden ist.
2A zeigt, wie die Probenhalterung 4 in die Probenbühne 3 eingebracht wird. Die Probenhalterung 4 ist an der seitlich befestigten Probenbühne angebracht, die an der Kammer 1 für elektronenoptische Linsen über eine Vakuumdurchführung seitlich in die Kammer für elektronenoptische Linsen eingesetzt ist. Die Probenhalterung 4 umfasst einen Griff 11, einen O-Ring 12 zum Einführen in die Kammer 1 für elektronenoptische Linsen, wenn sie unter Hochvakuum gesetzt ist, einen Führungsstift 14 zum Führen in der Richtung, in der die Probenhalterung 4 eingeführt wird, den Probenhalter 15 zur Befestigung der Probe 13 daran und einen Schaft 16 zum Isolieren des Probenhalters 15 von der Probenhalterung 4 und der Kammer 1 für elektronenoptische Linsen.
Das Spannungskabel 5 erstreckt sich von dem Griff 11, wobei an einem Ende des Kabels ein BNC-Verbinder A (Stecker) 17 zum Anschluss der Relaiseinheit angeordnet ist. Die über den BNC-Verbinder A 17 angelegte Hochspannung wird an den Probenhalter 15 über eine Hochspannungsleitung 18 angelegt, die im Inneren des Halters, einschließlich Griff, verläuft, wobei die Hochspannung als Verzögerungsspannung auf den primären Elektronenstrahl 19 wirkt. Wie in 2A dargestellt ist, ist die Länge L der Probenhalterung 4 von einer Endfläche des Griffes 11 bis zu einer Endfläche des Probenhalters 15 größer als die Länge ”l” des Spannungskabels 5; das bedeutet, dass zwischen den beiden Abmessungen die Beziehung ”L > l” besteht.
Wenn die Länge L der Probenhalterung 4 und die Länge ”l” des Spannungskabels 5 wie oben beschrieben die Beziehung ”L > l” erfüllen, erfordert das Anbringen der Probenhalterung 4 an der Probenbühne 3, dass die Probenhalterung 4 angebracht wird, bevor das Spannungskabel 5 mit der Relaiseinheit 6 verbunden wird. Der Grund hierfür ist, dass die Probenhalterung 4 nicht an der Probenbühne 3 angebracht werden kann, wenn die Verbindung des Spannungskabels 5 mit der Relaiseinheit 6 zuvor hergestellt wird, da die Länge des Spannungskabels 5 geringer ist als die der Probenhalterung.
Damit L und ”l” die Beziehung ”L > l” erfüllen, erfordert die Lage der Relaiseinheit 6 auf dem Untergestell geeignete Maßnahmen. 2B zeigt eine Draufsicht auf das Elektronenmikroskop mit in Position eingeführter Probenhalterung 4. Wie dargestellt ist die Probenhalterung 4 so angeordnet, dass ein Ende eine im Wesentlichen zentrale Position in der Kammer 1 für elektronenoptische Linsen einnimmt, wobei das andere Ende oder der Anschluss zwischen dem Griff 11 und dem Spannungskabel 5 aus der Kammer 1 für elektronenoptische Linsen mit der Länge des Griffes 11 nach außen hervorragt. Die Beziehung ”L > l” ist erfüllt, wenn die Relaiseinheit 6 (oder genauer der Anschluss zum Verbinden mit dem Kabel) an dem Unterbau so positioniert ist, dass sie innerhalb eines Kreises mit dem Radius L liegt, dessen Zentrum an einem Projektionspunkt der oben genannten hervorstehenden Position projiziert auf den Unterbau liegt.
In der Praxis muss das Spannungskabel 5 einen gewissen Spielraum aufweisen. Zur Erfüllung der Beziehung ”L > l” ist es daher erforderlich, die Relaiseinheit 6 deutlich in der Nähe der Kammer 1 für elektronenoptische Linsen anzuordnen.
Als Nächstes werden unter Bezugnahme auf die 3 und 4 Details der Relaiseinheit 6 beschrieben.
3A ist ein erläuterndes Diagramm, das ein Beispiel für die Peripherie der Relaiseinheit der ersten Ausführungsform detailliert darstellt. 3A zeigt insbesondere eine elektrische Verdrahtung zwischen elektrischen Verbindungen innerhalb der Relaiseinheit 6 und der Probenhalterung 4. Die Relaiseinheit 6 umfasst einen Schalter 24 zur Erfassung der Verbinderbefestigung, und die Hochspannungsquelle 7 im Inneren des Unterbaus umfasst eine Spannungsversorgung 31. Die Spannungsversorgung 31 ist eine Vorrichtung zur Bereitstellung elektrischer Energie für die Erzeugung von Hochspannung. Die Hochspannungsquelle 7 ist eine Vorrichtung zur Bereitstellung von Hochspannung, die Hochspannung auf der Basis einer Versorgungsspannung von der Spannungsversorgung 31 erzeugt, wobei die Hochspannungsquelle 7 zusammen mit oder getrennt von der Spannungsversorgung 31 angeordnet ist.
Eine elektrische Verbindung zwischen der Probenhalterung 4 und der Hochspannungsquelle 7 wird von der Hochspannungssteuereinrichtung 32 gesteuert, die als Hochspannungssteuereinheit arbeitet.
Der Schalter 24 zur Erfassung der Verbinderbefestigung arbeitet als Verbindungsdetektor synchron mit der Spannungsversorgung 31 der Hochspannungsquelle 7. Wenn der Schalter 24 zur Erfassung der Verbinderbefestigung aktiviert ist (keine Befestigung erfasst), unterbricht die Hochspannungssteuereinrichtung 32 die elektrische Verbindung zwischen der Spannungsversorgung 31 der Hochspannungsquelle 7 und dem BNC-Verbinder oder der Probenhalterung 4.
Die Hochspannungssteuereinrichtung 32 arbeitet zudem synchron mit einer Vakuumüberwachungseinrichtung 33, die die Vakuumsituation der Probenbühne 3 überwacht und die elektrische Verbindung zwischen der Spannungsversorgung 31 der Hochspannungsquelle 7 und der Probenhalterung 4 unterbricht, wenn das Vakuumniveau einen Schwellwert nicht erreicht. Hierdurch wird verhindert, dass die Verzögerungsspannung angelegt wird, wenn das Vakuumniveau in dem Einführkanal für die Probenhalterung 4 oder der Kammer für elektronenoptische Linsen unzureichend ist, wodurch ein mit einer Entladung zusammenhängender Störfall verhindert wird.
Der Schalter zur Erfassung der Verbinderbefestigung 24 kann synchron mit der Hochspannungssteuereinrichtung 32 arbeiten.
Selbst wenn das Spannungskabel 5 vor dem Anbringen der Probenhalterung 4 mit der Relaiseinheit 6 verbunden wird, unterbricht die Vakuumüberwachungseinrichtung 33 die elektrische Verbindung der Hochspannungssteuereinrichtung 32, da die Probenhalterung 4 nicht an der Probenbühne 3 angebracht ist. Wenn die Probenhalterung 4 dagegen aus der Probenbühne 3 entfernt wird, ist es erforderlich, das Spannungskabel 5 zuvor von der Relaiseinheit 6 zu trennen. Dadurch wird verhindert, dass die Probenhalterung 4 aus der Probenbühne 3 entfernt wird, solange Hochspannung an der Probenhalterung 4 anliegt.
Bei der in 3A dargestellten Gestaltung wird die Verzögerungsspannung, wie oben beschrieben wurde, nicht an dem Kabelanschluss der Relaiseinheit 6 angelegt, wenn das Spannungskabel 5 nicht korrekt an der Relaiseinheit 6 angeschlossen ist, sodass ausgeschlossen wird, dass aufgrund eines unrichtigen elektrischen Anschlusses zwischen Relaiseinheit 6 und Spannungskabel 5 ein Unfall aufgrund eines elektrischen Schlags vorkommt.
3B ist ein erläuterndes Diagramm, das ein anderes Beispiel für die Peripherie der Relaiseinheit der ersten Ausführungsform detailliert darstellt, und 4 ist eine perspektivische Ansicht, die eine elektrische Verschaltung im Inneren der Relaiseinheit gemäß dem in 3B detailliert dargestellten Beispiels zeigt.
Die 3B und 4 zeigen Beispielkonfigurationen der Relaiseinheit, die zur weiteren Verbesserung der Sicherheit einen Hochspannungsschutz aufweisen. Zunächst wird im Folgenden das Erscheinungsbild der Beispielkonfigurationen beschrieben.
4 ist eine perspektivische Ansicht der Relaiseinheit mit Hochspannungsschutz. Der BNC-Verbinder A 17 an dem Spannungskabel 5 wird über ein Loch in dem Hochspannungsschutz 21 mit einem BNC-Verbinder B (Buchse) 22 der Relaiseinheit 6 verbunden. Ein an dem Hochspannungsschutz 21 angebrachter Drehknopf 25 weist ein vorderes Ende auf, das als vordere Schraubverbindung 26 dient, wobei durch eine Rotation des Drehknopfes 25 die vordere Schraubverbindung 26 direkt in eine Schraubverbindung 27 der Relaiseinheit 6 eingreifen kann, sodass der Hochspannungsschutz 21 an der Relaiseinheit 6 befestigt wird.
Wenn der BNC-Verbinder A 17 an dem BNC-Verbinder B 22 montiert (damit verbunden) wird, wird eine Schalterplatte 23 zur Aktivierung des Schalters 24 zur Erfassung der Verbinderbefestigung betätigt. Zudem wird beim Anbringen der vorderen Schraubverbindung 26 an der Schraubverbindung 27 ein Stift 28 an dem Hochspannungsschutz 21 in ein Loch eingeführt, das direkt über der Schraubverbindung 27 ausgebildet ist, wodurch ein Schalter 29 zur Erfassung der Hochspannungsschutzbefestigung aktiviert wird, der an der Relaiseinheit 6 als ein zweiter Schalter dient.
3B zeigt die elektrische Verdrahtung zwischen den elektrischen Verbindungen innerhalb der Relaiseinheit 6 und der Probenhalterung 4. Der Schalter 29 zur Erfassung der Hochspannungsschutzbefestigung arbeitet synchron mit der Hochspannungssteuereinrichtung 32, die den Status der Hochspannungsquelle 7 und weiterer Hochspannungsbereiche steuert. Wenn der Schalter 29 zur Erfassung der Hochspannungsschutzbefestigung aktiviert ist (die Befestigung des Hochspannungsschutzes wird nicht erfasst), wird die elektrische Verbindung zwischen der Hochspannungsquelle 7 und dem betreffenden BNC-Verbinder durch die Hochspannungssteuereinrichtung 32 unterbrochen.
Bei den in den 3b und 4 gezeigten Konfigurationen ist es erforderlich, dass der Schalter 24 zur Erfassung der Verbinderbefestigung und der Schalter 29 zur Erfassung der Hochspannungsschutzbefestigung die Befestigung der jeweiligen relevanten Bereiche feststellen und die Vakuumüberwachungseinrichtung 33 erfasst, dass die Probenhalterung 4 in die Probenbühne 3 eingeführt ist und das Vakuum ein bestimmtes Niveau erreicht hat. Zum jetzigen Zeitpunkt geben die Spannungsversorgung 31 der Hochspannungsquelle 7 und die Hochspannungssteuereinrichtung 32 eine gewünschte Hochspannung aus der Hochspannungsquelle 7 aus. Wenn die ausgegebene Hochspannung den BNC-Verbinder A 17 über das Spannungskabel 8 erreicht, wird die Hochspannung zu der Probenhalterung 4 geführt.
In Folgenden wird nun ein Fall beschrieben, bei dem der BNC-Verbinder A 17 des von der Probenhalterung 4 kommenden Spannungskabels 5 von der Relaiseinheit getrennt wird, während Hochspannung an der Probenhalterung 4 anliegt. Bevor der BNC-Verbinder A 17 abgeklemmt wird, ist es erforderlich, den Hochspannungsschutz 21 von der Relaiseinheit 6 zu entfernen. Wenn der Hochspannungsschutz 21 nicht befestigt ist, wird die Hochspannungssteuereinrichtung 32 abgeschaltet, wodurch wiederum die Hochspannung abgeschaltet wird. Der Hochspannungsschutz 21 ist mit Schraubverbindungen befestigt, sodass zum Entfernen eine bestimmte Zeit nötig ist. Daher wird in der Zeitspanne, in der die Schraubverbindung gelöst wird, das elektrische Potential an der Probenhalterung 4 abgeführt. Dadurch kann eine mögliche Gefährdung durch Kontakt mit Hochspannung führenden Bereichen während der Trennung des BNC-Verbinders A 17 vermindert werden.
Wie oben beschrieben wurde, kann die Hochspannung selbst dann abgeschaltet werden, wenn in der Konfiguration von 3A eine Hochspannung an die Probenhalterung 4 angelegt ist, indem der Verbinder A 17 abgeklemmt wird. In diesem Fall kann die an der Probenhalterung 4 gespeicherte elektrische Ladung durch Entladung an einem Körperteil der Bedienperson, wie einer Hand, immer noch einen elektrischen Schlag verursachen. Bei der Konfiguration der 3B kann die Hochspannung dagegen unterbrochen werden, in dem der Hochspannungsschutz 21 entfernt wird, bevor der Verbinder A 17 abgeklemmt wird. Durch die Unterbrechung der Hochspannung kann die Ladung an der Probenhalterung 4 abgeführt und dadurch ein elektrischer Schlag verhindert werden. Nach der Unterbrechung der Hochspannung nach Entfernen des Hochspannungsschutzes 21 kann kurz gesagt durch eine Zeitdifferenz von der Unterbrechung bis zum Entfernen des Verbinders A 17 die Ladung an der Probenhalterung 4 abgeführt werden, wodurch ein elektrischer Schlag verhindert wird.
Bei dem oben beschriebenen Aufbau kann ein Kontakt mit einem Hochspannung führenden Bereich vermieden werden, wenn die Probenhalterung 4 in die Probenbühne 3 eingeführt und daraus entfernt wird. Es kann auch bei einer solchen Probenhalterung, die die direkte Berührung einer Bedienperson mit sich bringt oder erfordert, ein sicheres System zum Anlegen von Hochspannung an den Probenhalter 15 bereitgestellt werden.
Auch wenn in den 3A und 3B ein Beispiel eines elektrischen Anschlussplans für die Relaiseinheit 6 gezeigt wird, können Elemente, mit denen der Schalter zur Erfassung der Verbinderbefestigung und der Schalter zur Erfassung der Hochspannungsschutzbefestigung synchron arbeiten, gleich sein und sie sind nicht auf die Beispiele beschränkt. Schalterstrukturen und Teile der Relaiseinheit 6 sind in 4 dargestellt, die Schalter sind jedoch nicht auf mechanische Schalterarten beschränkt, sie können auch von Magnetsensoren oder optischen Schaltern gebildet werden.
(Zweite Ausführungsform)
5 ist eine Gesamtaußenansicht eines Elektronenmikroskops gemäß einer zweiten Ausführungsform. Zusätzlich zu den Funktionen, die denen des in der ersten Ausführungsform beschriebenen Elektronenmikroskops entsprechen, umfasst das Elektronenmikroskop der zweiten Ausführungsform eine Abdeckung 41, die die Kammer 1 für die elektronenoptischen Linsen und den Unterbau 2 verkleidet.
In Elektronenmikroskopen kann der primäre Elektronenstrahl durch eine besondere Luftströmung, die entweder von Umgebungsgeräuschen oder einer Klimatisierung herrührt, oszillieren, was dazu führt, dass in dem Bild der Probe ein Störsignal auftritt. Zudem kann eine Expansion/Kontraktion der Kammer für elektronenoptische Linsen oder der Bühne aufgrund einer Änderung der Umgebungstemperatur zu einem Drift (einer Zerstörung) des Bildes der Probe führen. Diese Phänomene treten erheblich öfter während der Aufnahme höher auflösender Bilder auf. Dadurch, dass wie in 5 gezeigt eine Abdeckung 41 vorgesehen ist, wird eine Änderung in der Luftströmung aufgrund von Umgebungsgeräuschen oder einer Klimatisierung und eine Änderung der Umgebungstemperatur verhindert und die nachteiligen Auswirkungen dieser Änderungen werden demnach wirksam beseitigt. Das Anbringen der Abdeckung ist daher für eine Strahlverzögerung mit dem Verzögerungsverfahren geeignet, das häufig zur Aufnahme von Bildern mit hoher Vergrößerung durchgeführt wird.
In der vorliegenden Ausführungsform umfasst die Abdeckung 41 eine erste Tür 42, die zum Entfernen der Probenhalterung 4 aus der Probenbühne 3 verwendet wird, und eine zweite Tür 43, die für den Zugang zu der Kammer 1 für die elektronenoptischen Linsen von vorne für Wartungsarbeiten verwendet wird, wie beispielsweise der mechanischen Justierung der elektronenoptischen Achse. Die Relaiseinheit 6 ist innerhalb der Abdeckung und möglichst an dem Unterbau 2 in der Nähe der Türe 42 angeordnet. Das Öffnen der ersten Tür 42 ermöglicht die Verbindermontage und weitere Arbeitsgänge. Das Spannungsversorgungskabel 5 von der Probenhalterung 4 wird mit dem BNC-Verbinder B 22 der Relaiseinheit 6 verbunden. Die Relaiseinheit 6 wird auf dem Unterbau 2 in geeigneter Weise so platziert, dass eine Einbaufläche des BNC-Verbinders B 22 parallel zu der ersten Tür 42 oder der zweiten Tür 43 in der Abdeckung 41 (d. h., zu einer offenen Fläche der Tür, wenn die Tür geöffnet ist) verläuft, um die Arbeitseffizienz beim Anbringen/Entfernen des Verbinders und weiteren Arbeitsgängen zu verbessern. In dem Beispiel der 5 ist die Relaiseinheit 6 so angeordnet, dass die Einbaufläche des BNC-Verbinders B 22 zu der zweiten Tür 43 zeigt und in einer Lage in der Nähe der Tür 42 angebracht ist, sodass der Verbinder von der Tür 42 aus leicht zugänglich ist und in einfacher Weise mit der Relaiseinheit 6 verbunden und von ihr entfernt werden kann. Auch wenn die Relaiseinheit 6 in 5 kastenförmig ist, kann die Relaiseinheit 6 wie in den in 6 gezeigten Beispielen in eine innerhalb der Abdeckung 41 gebildete Wand eingebettet sein. Der BNC-Verbinder B 22 zeigt in 6(a) zwar in die gleiche Richtung wie der in 5 dargestellte BNC-Verbinder B 22, der BNC-Verbinder B 22 kann jedoch auch zu einer oberen Fläche der Relaiseinheit 6, wie in 6(b) dargestellt ist, zeigen.
(Dritte Ausführungsform)
In einer dritten Ausführungsform wird ein Beispiel eines Aufbaus eines Innerhalb-der-Linsen-REMs beschrieben.
7 ist eine Gesamtaußenansicht eines Elektronenmikroskops gemäß dieser Ausführungsform. Zusätzlich zu den Funktionen, die denen des in der ersten Ausführungsform beschriebenen Elektronenmikroskops entsprechen, umfasst das Elektronenmikroskop der dritten Ausführungsform eine Abdeckung 41, die die Kammer 1 für die elektronenoptischen Linsen und den Unterbau 2 verkleidet.
Die Abdeckung 41 umfasst eine erste Tür 42, die zum Entfernen der Probenhalterung 4 von der Probenbühne 3 verwendet wird, und eine zweite Tür 43, die für den Zugang zu der Kammer 1 für die elektronenoptischen Linsen von vorne für Wartungsarbeiten verwendet wird, wie beispielsweise der mechanischen Justierung der elektronenoptischen Achse. Die Abdeckung 41 weist ferner eine dritte Tür 44 auf, um während der Wartungsarbeiten durch die zweite Tür 43 die Bestätigung an einem Bedienbildschirm 45 zu erleichtern. Wenn die Anzeigeeinheit mit dem Bedienbildschirm 45 verwendet wird, wird die Anzeigeeinheit auf einem in 7 mit einer gestrichelten Linie dargestellten Tisch angebracht, und die Ausrichtung des Bildschirms kann wie in der Figur gezeigt in geeigneter Weise verändert werden. Durch Öffnen der dritten Tür 44 kann eine Bedienperson, wenn sie wie in 7 durch einen Pfeil dargestellt durch die zweite Tür 43 auf die REM-Kammer zugreift, eine Sichtbestätigung an dem Bildschirm erhalten.
Die Relaiseinheit 6 wird in der Nähe der ersten Tür 42 auf den Unterbau gelegt, und der Verbinder wird beispielsweise mit der Relaiseinheit verbunden.
8 zeigt relative Positionen der Probenhalterung und von Objektivlinsen in dem Elektronenmikroskop nach dem Einführen in die Kammer 1 für die elektronenoptischen Linsen gemäß der dritten Ausführungsform. Die Objektivlinsen mit Polstücken befinden sich in der Kammer 1 für die elektronenoptischen Linsen. Die Polstücke umfassen jeweils einen unteren Magnetpol 51 und einen oberen Magnetpol 52. Die Probenbühne 3 ist ferner seitlich an der Kammer 1 für die elektronenoptischen Linsen angeordnet und die Probenhalterung 4 mit einer Probe 13, die sich auf dem Halter in Position befindet, wird zwischen den unteren Magnetpol 51 und den oberen Magnetpol 52 jeder Objektivlinse gebracht. Mit dem Innerhalb-der-Linsen-REM kann daher mit kurzem Fokus eine starke Anregung erfolgen, sodass es für eine hochauflösende Untersuchung von Proben geeignet ist. Die Hochspannung, die die Hochspannungsquelle 7 zu diesem Zeitpunkt erzeugt hat, wird durch das Spannungskabel 5 über die Spannungsleitung 18 innerhalb der Probenhalterung 4 zu dem Probenhalter 15 geführt und wirkt auf den primären Elektronstrahl 19 ein.
Auf diese Weise ermöglicht das in einem der Beispiele der 5 bis 7 beschriebene Elektronenmikroskop eine hochauflösende Untersuchung mit dem Verzögerungsverfahren, das bei einer niedrigen Bestrahlungsspannung sowohl sicher als auch einfach durchzuführen ist. Zudem ermöglicht die Kombination mit dem Innerhalb-der-Linsen-REM, wie in dem Beispiel der 8, eine ultrahochauflösende Untersuchung mit dem Verzögerungsverfahren, das bei einer niedrigen Bestrahlungsspannung durchgeführt wird.
Bezugszeichenliste

1: Kammer für elektronenoptische Linsen
2: Unterbau
3: Seitlich angebrachte Probenbühne (Probenbühne)
4: Probenhalterung
5: Spannungskabel (Spannungsversorgungskabel)
6: Relaiseinheit
7: Hochspannungsquelle
8: Spannungskabel
11: Griff
12: O-Ring
13: Probe
14: Führungsstift
15: Probenhalter
16: Schaft
17: Verbinder A (BNC-Verbinder A)
18: Hochspannungsleitung
19: Primärer Elektronenstrahl
21: Hochspannungsschutz
22: BNC-Verbinder B
23: Schalterplatte
24: Schalter zur Erfassung der Verbinderbefestigung
25: Drehknopf
26: Vordere Schraubverbindung (Schraubverbindung am vorderen Ende des Drehknopfes)
27: Schraubverbindung
28: Stift
29: Schalter zur Erfassung der Hochspannungsschutzbefestigung
31: Spannungsversorgung
32: Hochspannungssteuereinrichtung (Hochspannungssteuereinheit)
33: Vakuumüberwachungseinrichtung
41: Abdeckung
42: Erste Tür
43: Zweite Tür
44: Dritte Tür
45: Bedienbildschirm
51: Oberer Magnetpol
52: Unterer Magnetpol

Claims

Elektronenmikroskop, das aufweist: eine Kammer für elektronenoptische Linsen, in der eine Probe mit einem primären Elektronenstrahl bestrahlt wird, durch die Bestrahlung mit dem primären Elektronenstrahl erzeugte geladene Sekundärpartikel erfasst werden und auf der Basis der Ergebnisse der Erfassung der geladenen Sekundärpartikel ein Bildsignal ausgegeben wird; einen Unterbau, der die Kammer für elektronenoptische Linsen trägt; eine Probenhalterung, die einen Probenhalter zum Anbringen der Probe an dem Halter umfasst und bei der eine Funktion darin besteht, eine Spannung an den Probenhalter anzulegen; eine Spannungsquelle, die die an den Probenhalter angelegte Spannung liefert; ein Spannungskabel, das mit einem seiner Enden mit der Probenhalterung verbunden ist; und eine Relaiseinheit, mit der das andere Ende des Spannungskabels verbunden ist, wobei die Relaiseinheit auf dem Unterbau angeordnet ist.
Elektronenmikroskop nach Anspruch 1, worin die Länge des Spannungskabels geringer ist als die Länge der Probenhalterung.
Elektronenmikroskop nach Anspruch 1, worin ein Anschluss zum Verbinden des Spannungskabels mit der Relaiseinheit an dem anderen Ende des Kabels angeordnet ist.
Elektronenmikroskop nach Anspruch 1, worin die Relaiseinheit eine Einrichtung zum Erfassen des Anschlusses des Kabels umfasst.
Elektronenmikroskop nach Anspruch 1, worin die Relaiseinheit einen ersten Schalter umfasst, um eine elektrische Verbindung zwischen dem Probenhalter und der Spannungsquelle herzustellen und zu unterbrechen.
Elektronenmikroskop nach Anspruch 5, worin die Relaiseinheit einen zweiten Schalter umfasst, der die Spannungsquelle aktiviert und deaktiviert.
Elektronenmikroskop nach Anspruch 5, worin die Relaiseinheit einen ersten BNC-Anschluss umfasst; und das Spannungskabel einen zweiten BNC-Anschluss an einem Endabschnitt des Kabels aufweist, wobei der Endabschnitt zu der Relaiseinheit zeigt, wenn das Kabel mit der Relaiseinheit verbunden wird.
Elektronenmikroskop nach Anspruch 7, worin der zweite Schalter an der Rückseite des BNC-Verbinders der Relaiseinheit angeordnet ist; der erste Schalter in der Nähe des BNC-Verbinders der Relaiseinheit angeordnet ist; und ringförmige Aufsätze zur Befestigung der BNC-Anschlüsse der Relaiseinheit und des Spannungskabels vorgesehen sind, sodass der erste Schalter und der zweite Schalter aktiviert werden können.
Elektronenmikroskop nach Anspruch 1, das ferner aufweist: eine polyedrische Abdeckung, die die Kammer für elektronenoptische Linsen und den Unterbau abdeckt; und eine an einer Seite der Abdeckung angeordnete Tür.
Elektronenmikroskop nach Anspruch 9, das ferner aufweist: eine erste Tür und eine zweite Tür, die jede an unterschiedlichen Seiten der Abdeckung angebracht sind.
Elektronenmikroskop nach Anspruch 9, worin eine Verbindungsfläche, die an der Relaiseinheit zur Aufnahme des Spannungskabels vorgesehen ist, eine Fläche ist, die von der Rückseite der Relaiseinheit verschieden ist.
Rasterelektronenmikroskop, das aufweist: eine Kammer für elektronenoptische Linsen, in der eine Probenoberfläche mit einem primären Elektronenstrahl abgetastet wird, durch das Abrastern mit dem primären Elektronenstrahl erzeugte geladene Sekundärpartikel erfasst werden und auf der Basis der Ergebnisse der Erfassung der geladenen Sekundärpartikel ein Bildsignal ausgegeben wird; einen Unterbau, der die Kammer für elektronenoptische Linsen trägt; eine Probenhalterung, die einen Probenhalter zum Anbringen der Probe an dem Halter umfasst und bei der eine Funktion darin besteht, eine Spannung an den Probenhalter anzulegen; eine Spannungsquelle, die die an den Probenhalter angelegte Spannung liefert; ein Spannungskabel, das mit einem seiner Enden mit der Probenhalterung verbunden ist; und eine Relaiseinheit, mit der das andere Ende des Spannungskabels verbunden ist, wobei die Relaiseinheit auf dem Unterbau angeordnet ist.
Rasterelektronenmikroskop nach Anspruch 12, worin die Probenhalterung eine seitlich angebrachte Probenbühne beinhaltet, die an der Kammer für elektronenoptische Linsen über eine Vakuumdurchführung seitlich in den Linsentubus geführt ist.
Rasterelektronenmikroskop nach Anspruch 12, worin die Kammer für elektronenoptische Linsen Objektivlinsen vom Innerhalb-der-Linsen-Typ umfasst.