DE112013005107T5 - Mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitende Vorrichtung, Probentischeinheit und Probenbeobachtungsverfahren - Google Patents

Mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitende Vorrichtung, Probentischeinheit und Probenbeobachtungsverfahren Download PDF

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Yusuke Ominami
Mami Konomi
Hiroyuki Suzuki
Shinsuke Kawanishi
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Abstract

Mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitende Vorrichtung, welche mit Folgendem versehen ist: einer Säule (2) mit optischen Linsen für geladene Teilchen, welche einen Strahl primärer geladener Teilchen erzeugt, einem Gehäuse (7), dessen Inneres durch eine Vakuumpumpe (4) evakuiert wird, einer ersten Membran (10), die einen Teil des Gehäuses (7) bildet und in der Lage ist, im Innenraum des Gehäuses (7) einen luftdichten Zustand aufrechtzuerhalten, und einer zweiten Membran (50), die zwischen der ersten Membran (10) und der Probe (6) angeordnet ist, wobei ein durch die Säule (2) mit optischen Linsen für geladene Teilchen erzeugter Strahl primärer geladener Teilchen von der ersten Membran (10) und der zweiten Membran (50) durchgelassen wird oder dadurch hindurchtritt und dann auf die Probe (6) eingestrahlt wird, die in Kontakt mit der zweiten Membran (50) steht.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitende Vorrichtung, welche eine Beobachtung einer Probe in einer vorgegebenen Gasatmosphäre mit einem Luftdruck oder einem etwas geringeren Druck als einem Luftdruck ermöglicht.
  • STAND DER TECHNIK
  • Ein Mikroskop in der Art eines Rasterelektronenmikroskops (SEM) oder eines Transmissionselektronenmikroskops (TEM) wird zur Beobachtung eines mikroskopischen Bilds eines Objekts verwendet. Im Allgemeinen weisen diese Mikroskope ein Gehäuse auf, das eine evakuierte Probe und die sich in einem Vakuumzustand befindende Atmosphäre um die Probe aufnimmt, um ein Bild der Probe zu erfassen. Der Vakuumzustand kann eine Probe in der Art einer biochemischen Probe oder einer flüssigen Probe jedoch beschädigen oder den Zustand der Probe ändern. Es gibt dagegen einen großen Bedarf an der Beobachtung solcher Proben unter Verwendung eines Elektronenmikroskops, und es wurde in den letzten Jahren eine Vorrichtung in der Art eines SEM und eines Probenhalters entwickelt, wodurch die Beobachtung einer Zielprobe bei einem Luftdruck ermöglicht wird.
  • Im Prinzip weisen diese Vorrichtungen eine für einen Elektronenstrahl durchlässige Membran zwischen einem elektronenoptischen System und der Probe auf, um das Gehäuse in einen Vakuumraum und einen Atmosphärenraum zu unterteilen. Daher weisen diese Vorrichtungen eine gemeinsame Konfiguration auf, bei der sich die Membran zwischen dem elektronenoptischen System und der Probe befindet.
  • Beispielsweise offenbart Patentdokument 1 ein SEM, das eine Säule mit elektronenoptischen Linsen aufweist, wobei eine Elektronenquelle davon unten angeordnet ist und eine Objektivlinse davon oben angeordnet ist und sie mit einer Membran versehen ist, die einen Elektronenstrahl über einen O-Ring an einer Elektronenstrahlemissionsöffnung an einem Ende der Säule für elektronenoptische Linsen durchlassen kann. Die in Patentdokument 1 beschriebene Erfindung gibt die eine beobachtete Probe enthaltende Flüssigkeit direkt auf die Membran, strahlt einen Primärelektronenstrahl auf die untere Fläche der Probe ein und detektiert reflektierte Elektronen oder Sekundärelektronen, um die SEM-Beobachtung auszuführen. Die Probe wird in einem Raum gehalten, der durch die Membran und ein um die Membran herum angeordnetes ringförmiges Element definiert ist, wobei dieser Raum ferner mit einer Flüssigkeit in der Art von Wasser gefüllt ist.
  • ZITATLISTE
  • Patentliteratur
  • KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Technische Probleme
  • Die herkömmliche SEM-Vorrichtung und der herkömmliche Probenhalter weisen eine gemeinsame Konfiguration auf, wobei die Probe und die Membran in Kontakt miteinander stehen. Daher ist es erforderlich, die Membran, welche das Vakuum und die Atmosphäre trennt, jedes Mal dann auszutauschen, wenn die Probe ausgetauscht wird.
  • Beispielsweise muss beim SEM aus Patentdokument 1 das ringförmige Element mit der Membran, woran eine Probe montiert ist, entfernt werden, wenn die Probe ausgetauscht wird, und es muss dabei der Vakuumzustand der Säule 2 mit optischen Linsen für geladene Teilchen auf einen atmosphärischen Zustand geändert werden. Daher stellt Patentdokument 1 nicht die SEM-Vorrichtung bereit, wodurch die Probe mit hohem Durchsatz ausgetauscht werden kann.
  • Ferner ist selbst bei einem Verfahren zum Beobachten der Probe, die nicht in Kontakt mit der Membran steht, das Austauschen der Membran bei jedem Austausch der Probe erforderlich, weil im natürlichen Zustand der Probe, falls diese flüssig ist, eine Oberflächenspannung erzeugt wird, die einen nicht parallelen Zustand zwischen der Oberfläche der Probe und der Membran hervorruft und verhindert, dass die Probe beobachtet wird, es sei denn, dass die Membran und die Probe so weit aufeinander zu bewegt werden, dass sie einander berühren.
  • Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um die vorstehend erwähnten Probleme zu lösen und ein Probenbeobachtungsverfahren und eine mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitende Vorrichtung bereitzustellen, wodurch ein Austausch von Proben, die in eine Atmosphäre eingebracht sind, die einen Luftdruck oder in etwa einen Luftdruck aufweist, mit hohem Durchsatz ermöglicht wird.
  • Mittel zum Lösen der Probleme
  • Zum Lösen der vorstehenden Probleme sieht die vorliegende Erfindung ein Probenbeobachtungsverfahren und eine mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitende Vorrichtung vor, welche versehen ist mit einer ersten Membran, die in der Lage ist, einen luftdichten Zustand eines evakuierten Gehäuses aufrechtzuerhalten und zu ermöglichen, dass ein Strahl primärer geladener Teilchen von der ersten Membran durchgelassen wird oder durch diese hindurchtritt, und mit einer zweiten Membran, die zwischen der ersten Membran und einer Probe angeordnet ist und es ermöglicht, dass der Strahl primärer geladener Teilchen von der zweiten Membran durchgelassen wird oder durch diese hindurchtritt, und wodurch der Strahl primärer geladener Teilchen durch die zweite Membran auf die Probe eingestrahlt wird.
  • Wirkung der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung kann ein Probenbeobachtungsverfahren und eine mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitende Vorrichtung bereitstellen, wodurch ein Austausch einer Probe, die sich in einer Atmosphäre mit einem Luftdruck oder im Wesentlichen dem gleichen Druck befindet, mit hohem Durchsatz ermöglicht wird.
  • Probleme, Konfigurationen und Wirkungen, die von den vorstehend beschriebenen verschieden sind, werden durch die nachstehenden Beschreibungen von Ausführungsformen spezifiziert.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
  • Es zeigen:
  • 1 eine allgemeine Konfiguration eines mit geladenen Teilchen arbeitenden Mikroskops gemäß Ausführungsform 1,
  • die 2A und 2B detaillierte Ansichten eines Verfahrens zum Montieren einer Probe,
  • 3 eine detaillierte Ansicht der Umgebung einer Membran, der Probe und eines Detektors,
  • 4 eine detaillierte Ansicht der Umgebung der Membran, der Probe und des Detektors,
  • die 5A, 5B und 5C jeweils eine detaillierte Ansicht eines als Beispiel dienenden Kontaktverhinderungselements,
  • 6 eine detaillierte Ansicht der Umgebung der Membran, der Probe und des Detektors,
  • die 7A, 7B und 7C jeweils ein Konfigurationsbeispiel der Membranen, der Proben und eines Probentisches,
  • 8 eine detaillierte Ansicht der Umgebung der Membran, der Probe und des Detektors,
  • 9 eine detaillierte Ansicht der Umgebung der Membran, der Probe und des Detektors,
  • 10 eine detaillierte Ansicht der Umgebung der Membran, der Probe und des Detektors,
  • 11 eine detaillierte Ansicht der Umgebung der Membran, der Probe und des Detektors,
  • 12 eine allgemeine Konfiguration eines mit geladenen Teilchen arbeitenden Mikroskops gemäß Ausführungsform 2,
  • 13 eine allgemeine Konfiguration eines mit geladenen Teilchen arbeitenden Mikroskops gemäß Ausführungsform 3,
  • 14 eine allgemeine Konfiguration eines mit geladenen Teilchen arbeitenden Mikroskops gemäß Ausführungsform 3 und
  • die 15A und 15B eine allgemeine Konfiguration eines mit geladenen Teilchen arbeitenden Mikroskops gemäß Ausführungsform 4.
  • BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Jede Ausführungsform wird nun mit Bezug auf die Zeichnung beschrieben.
  • Nachstehend wird ein mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitendes Mikroskop als ein Beispiel einer mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitenden Vorrichtung beschrieben. Hierbei handelt es sich jedoch lediglich um eine als Beispiel dienende Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, und die Erfindung ist nicht als auf die nachstehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt anzusehen. Die vorliegende Erfindung kann auf eine Vorrichtung in der Art eines Rasterelektronenmikroskops, eines Rasterionenmikroskops, eines Rastertransmissionselektronenmikroskops, eine zusammengesetzte Vorrichtung davon mit einer Probenbearbeitungsvorrichtung und eine Analyse- oder Inspektionsvorrichtung, die eine Anwendung der vorstehenden Vorrichtungen ist, angewendet werden.
  • Der hier verwendete Begriff ”ein Luftdruck” bedeutet eine Druckumgebung einer Luftatmosphäre oder einer vorgegebenen Gasatmosphäre bei einem Luftdruck oder einem etwas geringeren Druck als einem Luftdruck, insbesondere von etwa 105 Pa (ein Luftdruck) bis etwa 103 Pa.
  • <<Ausführungsform 1>>
  • <Vorrichtungskonfiguration>
  • Diese Ausführungsform beschreibt ein Beispiel mit einer Grundstruktur. 1 zeigt eine Ansicht einer allgemeinen Konfiguration eines mit geladenen Teilchen arbeitenden Mikroskops gemäß dieser Ausführungsform.
  • Das in 1 dargestellte mit geladenen Teilchen arbeitende Mikroskop umfasst hauptsächlich eine Säule mit optischen Linsen für geladene Teilchen, ein Gehäuse (eine Vakuumkammer) 7, die mit der Säule 2 mit optischen Linsen für geladene Teilchen verbunden ist und diese trägt, einen Probentisch 5, der in einer Luftatmosphäre angeordnet ist, und ein Steuersystem, welches die vorstehend erwähnten Komponenten steuert. Wenn das mit geladenen Teilchen arbeitende Mikroskop verwendet wird, werden die Innenräume der Säule 2 mit optischen Linsen für geladene Teilchen und des Gehäuses 7 durch eine Vakuumpumpe 4 evakuiert. Das Einschalten und Ausschalten des Betriebs der Vakuumpumpe 4 werden auch durch das Steuersystem gesteuert. 1 zeigt nur eine der Vakuumpumpen 4, es können jedoch auch zwei oder mehr Vakuumpumpen bereitgestellt werden. Es wird angenommen, dass die Säule 2 mit optischen Linsen für geladene Teilchen und das Gehäuse 7 Pfeiler oder dergleichen (nicht dargestellt) aufweisen, die durch einen Stand 270 getragen werden.
  • Die Säule 2 mit optischen Linsen für geladene Teilchen umfasst Komponenten in der Art einer Quelle 8 für einen Strahl geladener Teilchen, welche einen Strahl geladener Teilchen erzeugt, und einer optischen Linse 1, welche den erzeugten Strahl geladener Teilchen fokussiert und zum Boden von dieser führt und die Probe 6 unter Verwendung des Strahls geladener Teilchen, der als ein Strahl primärer geladener Teilchen geführt wird, abtastet. Die Säule 2 mit optischen Linsen für geladene Teilchen ist so installiert, dass sie in einen Innenraum des Gehäuses 7 vorsteht, und sie ist durch ein Vakuumdichtungselement 123 am Gehäuse 7 befestigt. Am Ende der Säule 2 mit optischen Linsen für geladene Teilchen ist ein Detektor 3 angeordnet, um durch die Bestrahlung mit dem Strahl primärer geladener Teilchen erhaltene sekundäre geladene Teilchen (Sekundärelektronen oder reflektierte Elektronen) zu detektieren.
  • Das mit geladenen Teilchen arbeitende Mikroskop gemäß der vorliegenden Ausführungsform umfasst als Steuersystem einen Computer 35, der von einem Benutzer der Vorrichtung verwendet wird, eine Steuereinrichtung 36 höherer Ebene, die mit dem Computer 35 verbunden ist und eine Kommunikation ausführt, und eine Steuereinrichtung 37 niedrigerer Ebene zum Steuern von Systemen in der Art eines Evakuierungssystems und einer Optik für geladene Teilchen gemäß Befehlen, die von der Steuereinrichtung 36 höherer Ebene gesendet werden. Der Computer 35 ist mit einem Bildschirm versehen, der ein Bedienungsfenster (eine GUI) der Vorrichtung anzeigt, und mit Mitteln für die Eingabe in das Bedienungsfenster in der Art einer Tastatur und einer Maus versehen. Die Steuereinrichtung 36 höherer Ebene, die Steuereinrichtung 37 niedrigerer Ebene und der Computer 35 sind durch Kommunikationsleitungen 43 und 44 miteinander verbunden.
  • Die Steuereinrichtung 37 niedrigerer Ebene ist eine Einheit zum Senden und Empfangen von Steuersignalen für das Steuern von Komponenten in der Art der Vakuumpumpe 4, der Quelle 8 für einen Strahl geladener Teilchen und der optischen Linse 1 und ferner zum Umwandeln eines Ausgangssignals des Detektors 3 in ein digitales Bildsignal und zum Senden des digitalen Bilds zur Steuereinrichtung 36 höherer Ebene. In 1 durchläuft das Ausgangssignal vom Detektor 3 einen Signalverstärker 154 in der Art eines Vorverstärkers und kommt zur Steuereinrichtung 37 niedrigerer Ebene. Möglicherweise muss kein Verstärker installiert werden, falls dies nicht erforderlich ist.
  • Eine Steuereinrichtung 36 höherer Ebene und eine Steuereinrichtung 37 niedrigerer Ebene können mit verschiedenen Schaltungstypen in der Art einer analogen und einer digitalen Schaltung gemischt werden, oder sie können auch zu einer einzigen Schaltung vereinigt sein. Es sei bemerkt, dass die in 1 dargestellte Konfiguration des Steuersystems lediglich als Beispiel dient und dass Modifikationen von Teilen in der Art der Steuereinrichtung, eines Ventils, der Vakuumpumpe und der Verdrahtung zur Kommunikation, welche Funktionen implementieren, welche in der vorliegenden Ausführungsform spezifiziert sind, zur Kategorie des SEM oder der mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitenden Vorrichtung gehören, wie gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.
  • Das Gehäuse 7 ist mit einem Vakuumrohr 16 verbunden, wobei ein Ende mit der Vakuumpumpe 4 verbunden ist und demgemäß in der Lage ist, darin ein Vakuum zu halten. Gleichzeitig weist das Gehäuse 7 ein Leckventil 14 auf, um darin eine Atmosphäre freizugeben, beispielsweise für die Wartung der Vorrichtung. Das Leckventil 14 kann fortgelassen werden, oder es können zwei oder mehr Leckventile installiert werden. Ferner kann das Leckventil 14 nicht darauf beschränkt sein, an einem in 1 dargestellten Ort angeordnet zu werden, sondern an einer anderen Position des Gehäuses 7.
  • An einer Bodenfläche des Gehäuses 7 ist eine erste Membran 10 direkt unterhalb der Säule 2 mit optischen Linsen für geladene Teilchen bereitgestellt. Die erste Membran 10 kann es dem vom unteren Ende der Säule 2 mit optischen Linsen für geladene Teilchen emittierten Strahl primärer geladener Teilchen ermöglichen, durch sie hindurchzutreten oder von ihr durchgelassen zu werden. Der Strahl primärer geladener Teilchen tritt durch die erste Membran 10, um schließlich die auf einer Probenplattform 52 montierte Probe 6 zu erreichen. Der durch die erste Membran 10 gebildete geschlossene Raum kann evakuiert werden. Demgemäß wird gemäß dieser Ausführungsform der evakuierte Raum durch die erste Membran 10 luftdicht gehalten, wodurch es ermöglicht wird, dass die Säule 2 mit optischen Linsen für geladene Teilchen in einem Vakuumzustand gehalten wird und dass die Probe 6 in der auf dem Luftdruck gehaltenen Atmosphäre beobachtet wird. Zusätzlich kann die Probe 6 während der Beobachtung frei ausgetauscht werden.
  • <Erste Membran>
  • Die erste Membran 10 wird als Film auf einem Stand 9 gebildet oder im Vakuum als Dampf darauf abgeschieden. Die erste Membran 10 kann beispielsweise aus einem Kohlenstoffmaterial, einem organischen Material, einem metallischen Material, aus Siliciumnitrid, aus Siliciumcarbid oder aus Siliciumoxid bestehen. Der Stand 9 ist ein beispielsweise aus Silicium oder einem Metallmaterial bestehendes Element. Die erste Membran 10 kann dafür ausgelegt sein, mehrere Fenster aufzuweisen, die in mehreren Abschnitten angeordnet sind. Die Dicke der Membran, welche den Strahl primärer geladener Teilchen durchlassen oder hindurchtreten lassen kann, reicht in etwa von Nanometern bis zu Mikrometern. Die erste Membran muss in der Lage sein, eine Beschädigung infolge einer Druckdifferenz zu vermeiden, die durch Trennen eines Raums in einen Luftdruckraum und einen Vakuumraum hervorgerufen wird. Daher ist die Fläche der ersten Membran 10 so bemessen, dass sie etwa einige Dutzend Quadratmikrometer bis höchstens einige Quadratmillimeter aufweist. Die Form der ersten Membran 10 kann eine beliebige Form in der Art eines Rechtecks sowie eines Quadrats sein.
  • Der Stand 9, der die erste Membran 10 trägt, ist auf einem Membranhalteelement 155 bereitgestellt. Wenngleich dies nicht gezeigt ist, kann der Stand 9 durch einen Klebstoff, ein doppelseitiges Klebeband oder dergleichen, was als Vakuumdichtung verwendet werden kann, mit dem Membranhalteelement 155 verbunden sein. Zwischenstehend mit dem Membranhalteelement 155 ist ein Vakuumdichtungselement 124 angeordnet und abnehmbar an einer unteren Fläche des Gehäuses 7 befestigt. Die erste Membran 10 ist sehr dünn und weist eine Dicke im Bereich von Nanometern bis Mikrometern auf, um zu ermöglichen, dass ein Strahl geladener Teilchen durchgelassen wird, und sie kann daher durch Alterungsverschlechterung oder bei der Vorbereitung einer Beobachtung beschädigt werden. Zusätzlich lassen sich die erste Membran 10 und der Stand 9, um sie zu tragen, nur schwer direkt handhaben, falls sie zu klein sind. Demgemäß sind die erste Membran 10 und der Stand 9 gemäß dieser Ausführungsform mit dem Membranhalteelement 155 vereinigt und können durch das Membranhalteelement 155 gehandhabt werden, statt den Stand 9 direkt zu handhaben, wodurch es sehr einfach gemacht wird, die erste Membran 10 und den Stand 9 zu handhaben (insbesondere auszutauschen). Das heißt, dass, wenn die erste Membran 10 beschädigt ist, das Austauschen des gesamten Membranhalteelements 155 das Zurückgewinnen der ersten Membran 10 erlauben kann. Selbst wenn es erforderlich sein sollte, die erste Membran 10 direkt auszutauschen, kann dies durch Entfernen des gesamten Membranhalteelements 155 aus einer Vorrichtung heraus und durch Austauschen sowohl der ersten Membran 10 als auch des Stands 9 außerhalb der Vorrichtung erfolgen.
  • Der im Gehäuse 7 bereitgestellte Raum unterhalb der ersten Membran 10 ist mit einem Probentisch 5 versehen, der in der Atmosphäre mit einem Luftdruck angeordnet ist. Der Probentisch 5 ist mit wenigstens einem Z-Achsen-Antriebsmerkmal mit einer Höheneinstellfunktion versehen, wodurch die Probe 6 der Membran 10 angenähert werden kann. Es ist auch leicht verständlich, dass der Probentisch 5 mit einem XY-Achsen-Antriebsmerkmal versehen werden kann, welches die Probe in der in der Zeichnungsebene liegenden Richtung bewegt.
  • <Zweite Membran>
  • Ein Stand 51, der mit der Probe 6 montiert werden kann und mit der zweiten Membran 50 versehen ist, ist zwischen der ersten Membran 10 und dem Probentisch 5 angeordnet. Die Probe 6 und die zweite Membran 50 sind auf einer Probenplattform auf dem Probentisch 5 angeordnet. Die zweite Membran 50 wird durch den Stand 51 getragen. Mit anderen Worten ist die Oberfläche (Beobachtungsfläche) der auf den Probentisch 5 gelegten Probe 6 von der zweiten Membran 50 bedeckt. Das heißt, dass der Strahl primärer geladener Teilchen auf die Probe eingestrahlt wird, die in Kontakt mit der Oberfläche auf der Seite in der Nähe der Probenplattform (der Fläche, die der Fläche entgegengesetzt ist, welche der ersten Membran zugewandt ist) der zweiten Membran 50 steht. Dementsprechend ist die zweite Membran 50 so ausgelegt, dass sie abnehmbar ist und es ermöglicht, dass der Strahl geladener Teilchen von ihr durchgelassen wird oder durch sie hindurchtritt.
  • Die Probenplattform, die Stände und die zweite Membran und dergleichen werden gemeinsam als ”Probentischeinheit” bezeichnet, welche nur einige dieser Elemente aufweisen kann.
  • Gemäß der nachstehend beschriebenen Ausführungsform kann die bevorzugte Probe 6 eine Probe sein, die beispielsweise eine Flüssigkeit in der Art einer wässrigen Lösung, eines organischen Lösungsmittels, von Öl, eines Sols, eines Gels oder eines Gelees enthält, eine biologische oder Bioprobe in der Art einer Zelle, eines Bakteriums, einer Blutzelle oder eines Virus sein oder eine mit Nano-/Mikroteilchen oder Nanodrähten beispielsweise aus einem organischen Stoff und Metall, gemischte Probe sein. Hier bedeutet eine ”flüssige” Probe oder eine ”flüssigkeitsartige” Probe, wie vorstehend beispielhaft angegeben, einen allgemeinen Namen insgesamt formloser Proben, d. h. anderer Proben als jener mit einer festen Oberfläche. Die nachstehende Beschreibung nimmt eine solche flüssigkeitsartige Probe als ein Beobachtungsziel an, sofern nichts anderes erwähnt wird.
  • Um eine Probe zu beobachten, die eine Flüssigkeit enthält, kann das Flüssigkeitströpfchen der auf die Probenplattform gelegten Probe direkt beobachtet werden. Dieser Ansatz ist jedoch mit verschiedenen nachstehend beschriebenen Problemen verbunden. Erstens ergibt sich das Problem, dass das Flüssigkeitströpfchen mit einer Kugelform auf der Probenplattform außer an einem Spitzenabschnitt der Tröpfchenprobe nicht beobachtet werden kann. Dies liegt daran, dass die mittlere freie Weglänge des Strahls geladener Teilchen in der Luft zu kurz ist, damit der Strahl geladener Teilchen leicht das gesamte Tröpfchen erreicht. Zweitens verformen sich die Tröpfchen so leicht, dass selbst eine geringe Vibration die Tröpfchenprobe verformen kann. Ferner besteht das Risiko, dass die Probe versehentlich in Kontakt mit der ersten Membran 10 gelangen könnte und die erste Membran 10 zerstören könnte und in das Gehäuse 7 eindringen könnte, das sich in einem Vakuumzustand befindet. Diese Probleme werden wahrscheinlich gelöst, indem die flüssige Probe zu einem dünnen Tröpfchen gedehnt wird, diese Lösung macht die eine Flüssigkeit enthaltende Probe jedoch trocken. Dagegen kann das Verfahren zum Anordnen der zweiten Membran 50 gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Möglichkeit in höchstem Maße verringern, dass das Tröpfchen austrocknet, indem die Membran verwendet wird, die den Strahl geladener Teilchen durchlassen kann und eine flache Tröpfchenform erzwingen kann, wodurch die Probe sehr einfach und mit hohem Durchsatz in die Nähe der ersten Membran gebracht werden kann.
  • 2 zeigt ein Verfahren zum Anordnen der Probe unter Verwendung der zweiten Membran 50. Wenn die eine Flüssigkeit enthaltende Probe 6 in Kontakt mit der unteren Fläche der zweiten Membran 50 gelangt, wird die Probenform entlang der Membranoberfläche flach. Das heißt, dass das Verfahren erreicht wird, indem die eine Flüssigkeit enthaltende Probe 6 beispielsweise durch Auftropfen, wie in 2A beschrieben, auf der Probenplattform 52 angebracht wird und der mit der zweiten Membran 50 versehene Stand 51 so montiert wird, dass die Probe 6 direkt unterhalb der zweiten Membran 50 angeordnet wird, wie in 2B dargestellt ist. Dies ermöglicht es, dass die Probe in dem durch die zweite Membran 50, den Stand 51 und die Probenplattform 52 gebildeten Raum gehalten wird und dass die obere Fläche der eine Flüssigkeit enthaltenden Probe 6 (die durch den Strahl primärer geladener Teilchen bestrahlte Fläche) eben ist. Es sei bemerkt, dass ein hydrophiles Material (nicht dargestellt) auf die untere Fläche der zweiten Membran 50, wie in 1 dargestellt, oder auf die Probenplattform 52 aufgebracht oder durch Dampfabscheidung darauf angeordnet werden kann, um die Haftung der eine Flüssigkeit enthaltenden Probe 6 zu verbessern. Weil die zweite Membran 50 erzwingt, dass die beobachtete Fläche der eine Flüssigkeit enthaltenden Probe eben ist, kann sie leicht in die Nähe der ersten Membran 10 und der zweiten Membran 50 gebracht werden. Zusätzlich kann der Stand 51 mehrere Millimeter dick sein oder eine sehr dünne Folie mit einer Dicke in der Art einiger hundert Nanometer sein. Die Dicke der zweiten Membran 50 kann keine Probleme hervorrufen, solange ihre Form beibehalten wird. Zusätzlich kann kein Stand 51 bereitgestellt werden, solange nur die Form der Probe gesteuert werden kann, wie vorstehend beschrieben.
  • Hier werden mit Bezug auf 3 Einzelheiten der Umgebung der ersten Membran 10 und der zweiten Membran 50 beschrieben. In 3 wird angenommen, dass die Positionen einer optischen Achse 53 der Säule mit optischen Linsen für geladene Teilchen, einer Mittelachse 54 der ersten Membran und einer Mittelachse 55 der zweiten Membran gleich sind. Mit anderen Worten sind diese drei Achsen so eingestellt, dass sie zusammenfallen. Die Einstellung der optischen Achse 53 der Säule mit optischen Linsen für geladene Teilchen und der Mittelachse 54 der ersten Membran kann erfolgen, indem das Membranhalteelement 155 in horizontaler Richtung in 3 und in senkrechter Richtung zur Papieroberfläche aus 3 bewegt wird. Diese Bewegung kann unter Verwendung einer Aufspannvorrichtung, durch manuelle Betätigung sowie durch Bereitstellen eines Eingriffs, so dass die Mittelachse 54 der ersten Membran mit der optischen Achse 53 der Säule mit optischen Linsen für geladene Teilchen übereinstimmt, wenn das Membranhalteelement 155 angebracht wird, erfolgen. Die Einstellung der Mittelachse 54 der ersten Membran und der Mittelachse 55 der zweiten Membran kann durch Betätigen des Probentisches 5, welcher die zweite Membran hält, unter Verwendung des XY-Achsen-Antriebsmerkmals, das auf dem Probentisch 5 bereitgestellt ist, erfolgen.
  • Der von der Säule mit optischen Linsen für geladene Teilchen emittierte Strahl primärer geladener Teilchen wird durch den Innenraum 11 des Gehäuses 7 auf die erste Membran 10 gestrahlt. Wie vorstehend beschrieben, ist die erste Membran 10 so dünn, dass der Strahl primärer geladener Teilchen von der Membran durchgelassen wird oder durch diese hindurchtritt. Der Strahl primärer geladener Teilchen, der von der ersten Membran 10 durchgelassen wurde oder durch diese hindurchgetreten ist, durchläuft einen Atmosphärenraum zwischen der ersten Membran 10 und der zweiten Membran 50. Der Strahl geladener Teilchen wird durch den Atmosphärenraum gestreut. Die mittlere freie Weglänge des Strahls geladener Teilchen in der Atmosphäre hängt von der Energie des Strahls geladener Teilchen ab und reicht von einigen Mikrometern bis zu einem Millimeter oder weniger. Daher ist der Abstand zwischen der ersten Membran 10 und der zweiten Membran 50 vorzugsweise möglichst klein. Der Abstand zwischen der ersten Membran 10 und der zweiten Membran 50 kann verringert werden, indem die Z-Achse des Probentisches 5 reguliert wird. Wenngleich dies nicht dargestellt ist, kann eine Detektionseinheit zum elektrischen Detektieren eines Kontakts der ersten Membran 10 mit der zweiten Membran 50 bereitgestellt sein.
  • Als nächstes wird der Strahl primärer geladener Teilchen auf die zweite Membran 50 eingestrahlt. Die zweite Membran 50 ist dünn genug, um den Strahl primärer geladener Teilchen ähnlich der ersten Membran durchzulassen, und insbesondere in etwa einige Nanometer bis Mikrometer dick. Zusätzlich braucht die zweite Membran 50 nicht den Atmosphärenraum und den Vakuumraum zu trennen, und sie braucht daher nicht so stark zu sein wie die erste Membran 10. Daher kann die zweite Membran 50 ferner dünner sein als die erste Membran 10 und auch eine größere Fensterfläche aufweisen. Die größere Fensterfläche der zweiten Membran verglichen mit jener der ersten Membran 10 verhindert, dass die gesamte Probe 6 von der Säule mit optischen Linsen für geladene Teilchen betrachtet wird, das Bewegen des vorstehend beschriebenen XY-Antriebsmerkmals des Probentisches ermöglicht es jedoch, dass alle Teile der Probe, welche direkt unterhalb der zweiten Membran 50 liegen, betrachtet werden. Das Bewegen des Probentisches, auf dem die zweite Membran 50 montiert ist, ermöglicht es, dass die Positionsbeziehung zwischen der ersten Membran 10 und der zweiten Membran 50 in einem Zustand geändert wird, in dem sie nicht in Kontakt stehen. Ferner können, wie nachstehend beschrieben, mehrere zweite Membranen 50 in vertikaler Richtung des Fensters der ersten Membran 10 (beispielsweise direkt darunter) angeordnet werden und kann die Fensterfläche der zweiten Membranen 50 kleiner gemacht werden als die Fläche der ersten Membran 10, um gleichzeitig mehrere Proben zu beobachten. In diesem Fall wird der Strahl primärer geladener Teilchen, der von der ersten Membran 10 durchgelassen wurde oder durch diese hindurchgetreten ist, gleichzeitig auf einen Teil der mehreren zweiten Membranen 50 oder die gesamten mehreren zweiten Membranen 50 eingestrahlt. Falls daher die Probenplattform, auf der sich die zweite Membran befindet, und die zu beobachtenden Proben in das Gesichtsfeld des Fensters der ersten Membran 10 bewegt werden, können die mehreren Proben im gleichen Gesichtsfeld beobachtet werden. Hier bezieht sich der Begriff ”Fenster” auf einen Bereich, von dem der Strahl primärer geladener Teilchen durchgelassen wird oder durch den er hindurchtritt.
  • Der Strahl geladener Teilchen, der von der zweiten Membran 50 durchgelassen wurde oder durch diese hindurchgetreten ist, wird auf die Probe 6 eingestrahlt und erzeugt sekundäre geladene Teilchen in der Art von Sekundärelektronen oder reflektierten Elektronen. Diese sekundären geladenen Teilchen können vom im Gehäuse 7 angeordneten Detektor 3 detektiert werden. Es sei bemerkt, dass dieser Detektor nicht notwendigerweise im Gehäuse 7 angeordnet ist, sondern sich im Atmosphärenraum in der Nähe der ersten Membran 10 befinden kann, wenngleich dies nicht dargestellt ist. Ferner werden auch Photonen in der Art von Röntgenstrahlen und Kathodenlumineszenzlicht freigesetzt, wenn der Strahl geladener Teilchen auf die Probe 6 eingestrahlt wird. Dementsprechend kann ein Detektor, der solche Photonenstrahlen detektieren kann, im Atmosphärenraum im Gehäuse 7 oder in der Nähe der ersten Membran 10 bereitgestellt werden. Zusätzlich kann, wie nachstehend beschrieben, der Detektor der sekundären geladenen Teilchen und Photonen direkt unter der Probe 6 angeordnet werden. Überdies ist die Streuwahrscheinlichkeit des Strahls geladener Teilchen proportional zur Massenzahl und zur Dichte der Gasmoleküle. Dementsprechend können sich Gasmoleküle, deren Massenzahl geringer ist als jene der Atmosphäre, zwischen der ersten Membran 10 und der zweiten Membran 50 befinden. Es wurde herausgefunden, dass für einen Typ eines solchen alternativen Gases ein Gas, das leichter als Luft ist, wie Stickstoff oder Wasserdampf, die Wirkung hat, das Signal-Rausch-Verhältnis des Bilds zu verbessern und dass ferner ein Gas mit einer viel leichteren Masse, wie Helium- und Wasserstoffgas, das Signal-Rausch-Verhältnis des Bilds stärker verbessert.
  • Im Stand der Technik befindet sich eine Probe in Kontakt mit einer Membran, die sich zwischen einem Vakuumraum und einem Atmosphärenraum befindet, so dass der Vakuumraum auf einen atmosphärischen Zustand zurückgeführt werden muss, um die Probe auszutauschen. Andererseits wird gemäß dem Verfahren dieser Ausführungsform die flüssige Probe 6 von der zweiten Membran bedeckt, wodurch es leicht wird, die Probe 6 in die Nähe der ersten Membran zu bringen. Selbst wenn die Probe 6 bis an die Grenze in die Nähe der ersten Membran 10 gebracht wird, verhindert die zweite Membran 50, die sich zwischen der Probe 6 und der ersten Membran befindet, einen direkten Kontakt der Probe 6 mit der ersten Membran 10. Daher kann ein einfaches Austauschen der Probe bei hohem Durchsatz erfolgen, ohne dass die zwischen den Vakuum- und Atmosphärenräumen angeordnete erste Membran entfernt wird.
  • <Transmissionsdetektor>
  • Als nächstes wird mit Bezug auf 4 eine Konfiguration zum Ausführen einer Beobachtung eines Transmissionsbilds der Probe 6 ausgeführt. Auf der Seite der Probe 6, die der zweiten Membran 50 entgegengesetzt ist, ist ein zweiter Detektor 59 bereitgestellt, der einen Strahl geladener Teilchen detektieren kann, welcher von der Probe 6 durchgelassen wurde. Der Detektor 59 ist eine detektierende Komponente, die einen Strahl geladener Teilchen detektieren und verstärken kann, welcher mit einer Energie von einigen keV bis einigen zehn keV darin eintritt. Die detektierende Komponente umfasst beispielsweise einen Halbleiterdetektor aus einem Halbleitermaterial in der Art von Silicium und ein Element in der Art eines Szintillators, lumineszenter Materialien und eines Yttrium-Aluminium-Granat-(YAG)-Elements, die in der Lage sind, ein Signal geladener Teilchen auf einer Glasoberfläche oder darin in Licht umzuwandeln. Ein Signal vom Detektor 59 wird durch einen Draht 60 zu einem Vorverstärker 61 gesendet. Das Signal vom Vorverstärker 61 wird durch einen Draht (nicht dargestellt) zur Steuereinrichtung 37 niedrigerer Ebene gesendet und als ein Signal zur Erzeugung eines Bilds verwendet. Wenngleich der Vorverstärker in 4 auf dem Atmosphärenraum angeordnet ist, kann er sich auch im Gehäuse 7 oder auf dem Probentisch 5 befinden. Wenn der Detektor 59 eine detektierende Komponente ist, welche ein Signal geladener Teilchen in Licht umwandelt, ist der Draht 60 eine optische Übertragungsleitung und ist der Vorverstärker 61 ein optisch-elektrischer Signalverstärker, der in der Lage ist, ein optisches Signal in ein elektrisches Signal zu verstärken.
  • <Kontaktverhinderungselement>
  • Als nächstes wird mit Bezug auf 5 eine Konfiguration beschrieben, die ein Kontaktverhinderungselement aufweist, um zu verhindern, dass die Membran durch einen Kontakt der ersten Membran 10 mit der zweiten Membran 50 (oder einen Kontakt der Membranen mit den Ständen) beschädigt wird. 5 zeigt nur eine Umgebung der Membranen und lässt andere Elemente in der Art der Säule 2 mit optischen Linsen für geladene Teilchen und des Gehäuses 7 fort. 5A zeigt, wie das Kontaktverhinderungselement 56 in der Umgebung der zweiten Membran 50 bereitgestellt ist. Das Kontaktverhinderungselement 56 kann sich im Außenbereich der Membranen oder irgendwo auf den Membranen befinden. Die vorstehend erwähnte Anordnung des Kontaktverhinderungselements 56 kann es verhindern, dass die Membranen einander berühren, selbst wenn die zweite Membran 50 dichter zur ersten Membran 10 gebracht wird, so dass ein Benutzer das Z-Achsen-Antriebsmerkmal des Probentisches 5 sorgenfrei betätigen kann. Dieses Kontaktverhinderungselement 56 kann durch Filmbildung oder Dampfabscheidung hergestellt werden, wenn die zweite Membran 50 hergestellt wird. Das Material für das Kontaktverhinderungselement 56 ist beispielsweise ein organischer Film, ein Metallfilm oder dergleichen. Die Dicke des Kontaktverhinderungselements 56 beträgt in etwa einige Dutzend Nanometer bis zu 100 Mikrometer oder weniger. Dieses Kontaktverhinderungselement 56 ist auf der zweiten Membran 50 in 5A bereitgestellt, es kann jedoch auch auf der ersten Membran 10 bereitgestellt werden oder auf beiden Membranen bereitgestellt werden. Das Kontaktverhinderungselement 56 kann den minimalen Annäherungsabstand zwischen der ersten Membran 10 und der zweiten Membran 50 begrenzen und verhindern, dass sich die Membranen bis auf den begrenzten Abstand oder darunter annähern.
  • Als ein anderes Material für das Kontaktverhinderungselement kann ein Folienmaterial, dessen Dicke bekannt ist, später auf der ersten Membran 10 oder der zweiten Membran 50 angeordnet werden, wobei es sich um ein Verfahren zum Anordnen eines Folienmaterials, beispielsweise einer Aluminiumfolie, in der Nähe der ersten Membran 10 oder der zweiten Membran 50 handelt. Diese Anordnung ermöglicht es, dass das Folienmaterial montiert wird, nachdem die Membran 10 und die Membran 50 hergestellt wurden, und sie ermöglicht demgemäß leichte Änderungen der Dicke und des Materials des Kontaktverhinderungselements 56 selbst, nachdem das Kontaktverhinderungselement 56 einmal montiert wurde.
  • 5B zeigt einen Zustand, in dem das Kontaktverhinderungselement 57 auf der Probenplattform 52 montiert wird. Wenn die zweite Membran 50 in die Nähe der ersten Membran 10 gebracht wird, berührt das Kontaktverhinderungselement 57 das Membranhalteelement 155, welches verhindert, dass die Membranen einander berühren. Das Kontaktverhinderungselement 57 kann beispielsweise ein Schraubgewinde sein, das an der Probenplattform 52 befestigt werden kann, indem es in ein Gewindeloch geschraubt wird, das an der Probenplattform 52 bereitgestellt ist. In 5B wird das Kontaktverhinderungselement 57 an der Probenplattform 52 montiert, es kann jedoch auch am Membranhalteelement 155 oder sowohl an der Probenplattform 52 als auch am Membranhalteelement 155 bereitgestellt werden.
  • Wie in 5C dargestellt ist, kann das Kontaktverhinderungselement 57 auch ein rotierendes Kugellager 58 aufweisen, das an einem Spitzenende davon angebracht ist. In diesem Fall berührt dieses Kugellager 58 das Membranhalteelement 155. Wenn das Kugellager 58 am Spitzenende des Kontaktverhinderungselements 57 angebracht wird, kann die Probe in horizontaler Richtung und in der zur Papierebene aus 5C senkrechten Richtung in einem Zustand bewegt werden, in dem das Kontaktverhinderungselement 57 in Kontakt mit dem Membranhalteelement 155 ist. Hier ist ein am Spitzenende des Kontaktverhinderungselements 57 angebrachtes Element nicht auf das Kugellager beschränkt, solange die Konfiguration mit dem Element ermöglicht, dass die Probenplattform in der zur optischen Achse der Säule mit optischen Linsen für geladene Teilchen senkrechten Richtung in einem Zustand bewegt wird, in dem der Abstand zwischen der Probenplattform und dem Membranhalteelement 155 (oder zwischen der Probenoberfläche und der Membran) durch das Kontaktverhinderungselement 57 konstant gehalten wird. Dieses Element wird als ein Feineinstellelement bezeichnet. Falls die Reibung zwischen dem Kontaktverhinderungselement 57 und dem Membranhalteelement 155 klein ist, braucht dieses Feineinstellelement kein Kugellager zu sein. Beispielsweise kann eine Verringerung der Reibung erreicht werden, indem ein Material mit einem kleineren Reibungskoeffizienten unter organischen Materialien in der Art fluorbasierter Harze, wie typischerweise Polytetrafluorethylen, verwendet wird oder indem die Kontaktfläche minimiert wird, um das Gleiten zwischen dem Kontaktverhinderungselement 57 und dem Membranhalteelement 155 zu verbessern.
  • <Anordnung mehrerer zweiter Membranen>
  • Wenngleich die vorstehend beschriebenen Zeichnungen nur eine zweite Membran 50 auf der Probenplattform 52 zeigen, kann mehr als eine der zweiten Membranen 50 im Atmosphärenraum angeordnet werden, wie in 6 dargestellt ist. Wie in diesem Fall kann ein sehr hoher Durchsatz von Beobachtungen und Analysen vieler Proben unter Verwendung des Strahls geladener Teilchen ausgeführt werden, falls ein Plattenelement in der Art der Probenplattform oder des Probentisches mit mehreren Probenmontagestellen versehen wird und falls verschiedene Probentypen durch Bewegen des Plattenelements unter der Membran 50 angeordnet werden können. Diese Beobachtungen und Analysen können nicht nur die sekundären geladenen Teilchen unter Verwendung des Detektors 3 detektieren, sondern auch die Photonenstrahlen in der Art der vorstehend erwähnten Röntgenstrahlen und Strahlen durchgelassener geladener Teilchen (in der Zeichnung nicht dargestellt), was unter Verwendung der mehreren Detektoren zu getrennten Zeiten oder gleichzeitig erfolgen kann. Falls der Probentisch 5 ferner mit einer automatischen Beförderungseinrichtung versehen wird, lässt sich natürlich ein viel höherer Durchsatz erreichen. Als Beispiel des automatischen Beförderungsmerkmals wird der Probentisch 5 mit einem Merkmal in der Art eines Elektromotors versehen, um die gewünschte zweite Membran 50 automatisch unter die erste Membran 10 zu befördern.
  • Ferner beschreibt 6 den Zustand, in dem die zweiten Membranen 50 nur in der horizontalen Richtung der Zeichnung angeordnet sind, mehrere zweite Membranen 50 jedoch zweidimensional in einer Ebene der Probenplattform 52 angeordnet werden können, wie in 7A dargestellt ist, oder der einzige Stand 51 nur von den mehreren zweiten Membranen 50 und den mehreren Proben geteilt werden kann. In dem in 7B dargestellten Fall ist die Ansicht von der Bodenfläche des Stands 51 in 7B 7C, worin mehrere Probenmontagestellen gezeigt sind, wodurch das Montieren der Probe 6 sehr wirksam wird. Dieser Fall ermöglicht es, dass jede der Proben im auf den Kopf gestellten Zustand des Stands 51 auf jede der Membranen gelegt wird, wie in 7C dargestellt ist, und dass der Stand 51 umgedreht wird und auf der Probenplattform 52 montiert wird. Dadurch können die Proben zwischen der Probenplattform 52 und der zweiten Membran 50 versiegelt werden. Das ein Flüssigkeitsleck verhindernde Element in der Art von Gummi (nicht dargestellt) kann zwischen der Probenplattform 52 und dem Stand 51 angeordnet werden. Zusätzlich kann das Kontaktverhinderungselement 56 oder 57, wie vorstehend beschrieben, bereitgestellt werden, um den Kontakt der ersten Membran 10 mit der zweiten Membran 50 und die Beschädigung davon zu verhindern, wenngleich dies nicht dargestellt ist. Ferner zeigt 6 nur eine zweite Membran 50, die unterhalb der ersten Membran 10 angeordnet ist, es können jedoch auch mehrere der zweiten Membranen 50, deren Fensterfläche jeweils viel kleiner ist als jene der ersten Membran 10, unterhalb der ersten Membran 10 angeordnet werden. Dieser Fall ermöglicht gemeinsame Beobachtungen und Analysen mehrerer Proben unterhalb der mehreren zweiten Membranen 50.
  • <Flüssigkeitseinbringungskanal>
  • Als nächstes wird ein Verfahren beschrieben, um es zu ermöglichen, dass die Probe 6 in einem Probenhalteraum montiert wird, der als Teil davon mit der zweiten Membran versehen ist, und zwar sogar in einem Zustand, in dem der Abstand zwischen der ersten Membran 10 und der zweiten Membran 50 fest ist. 8 zeigt eine Öffnung 62, durch welche die Probe 6 direkt unterhalb der Probenplattform 52 eingebracht und bereitgestellt werden kann (in einer Fläche, die der zweiten Membran entgegengesetzt ist). Wenn die Probe 6 in einem Zustand, in dem die Probenplattform 52 auf den Probentisch gelegt ist, direkt unterhalb der zweiten Membran 50 angeordnet werden soll, kann der Probentisch mit einer in der Zeichnung nicht dargestellten Öffnung versehen sein. Diese Konfiguration ermöglicht es, die Probe 6 in einem Zustand zu montieren, in dem der Abstand zwischen der ersten Membran 10 und der zweiten Membran 50 fest ist und der Strahl geladener Teilchen auf die zweite Membran 50 eingestrahlt wird. Diese Konfiguration ist für den Fall nützlich, in dem die Probe 6 außerhalb der Vorrichtung eingestellt werden soll und durch den Strahl sekundärer geladener Teilchen oder den Photonenstrahl in der Art eines Röntgenstrahls unmittelbar beobachtet und analysiert werden soll. Auch kann die Probe durch die Öffnung 62 außerhalb der Vorrichtung eingebracht werden, wobei die Probenplattform 52, mit der der Stand 51 eng verbunden oder gebondet ist, aus der Vorrichtung entfernt wird.
  • 9 zeigt einen Flusskanal 63, in dem die Flüssigkeit strömt, die innerhalb des die zweite Membran 50 tragenden Stands 51 bereitgestellt wird. In 9 ist der Flusskanal durch den Stand 51, die Probenplattform 52 und die zweite Membran 50 gebildet, er ist jedoch nicht darauf beschränkt und kann durch einen Abschnitt gebildet werden, der in einem mit der zweiten Membran 50 vereinigten Element enthalten ist. Die Verwendung des Flusskanals 63 ermöglicht es, die flüssige Probe beispielsweise in Richtung des Pfeils in 9 strömen zu lassen. Überdies ist es, wie in 9 dargestellt ist, auch möglich, einen Flüssigkeitsabfuhr-Flusskanal sowie die Flüssigkeitseinbringungsöffnung bereitzustellen. Diese Konfiguration ermöglicht das Einbringen der Probe in seitlicher Richtung des Stands 51 und ermöglicht es damit, die Probe einfacher mit höherem Durchsatz als in der Konfiguration aus 8 einzubringen. Wenngleich dies in 9 nicht dargestellt ist, kann ein Probenbeförderungskanal in der Art einer Düse zum Einbringen der Probe in den Flusskanal 63 bereitgestellt werden.
  • 10 zeigt eine Konfiguration mit mehreren Proben in Kontakt mit dem Flusskanal 63 und der zweiten Membran 50. In diesem Fall ist die Richtung der Einbringung der Proben die zur Papierebene in 10 senkrechte Richtung. Bei einer solchen Konfiguration ermöglichen mehrere der zweiten Membranen 50 mit einer kleineren Fensterfläche als jene der ersten Membran 10 gemeinsame Beobachtungen und Analysen der durch mehrere der Flusskanäle 63 fließenden Proben.
  • <Optisches Mikroskop>
  • Als nächstes zeigt 11 eine Konfiguration mit einem optischen Mikroskop 64 unterhalb der Probenplattform 52. Das optische Mikroskop 64 befindet sich auf der zur zweiten Membran 50 entgegengesetzten Seite über der Probe. Es wird angenommen, dass die jeweiligen Positionen der optischen Achse 53 der Säule mit optischen Linsen für geladene Teilchen, der Mittelachse 54 der ersten Membran, der Mittelachse 55 der zweiten Membran und der optischen Achse 65 des optischen Mikroskops 64 im Wesentlichen miteinander übereinstimmen. Es wird auch angenommen, dass der Probentisch 5 (nicht dargestellt) in einer Konfiguration angeordnet ist, welche keine zum optischen Mikroskop 64 laufenden optischen Strahlen unterbricht. Diese Konfiguration ermöglicht Beobachtungen und Analysen der Probe 6 mit dem optischen Mikroskop 64 sowie dem mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitenden Mikroskop. In diesem Fall muss die Probenplattform 52 jedoch für optische Strahlen, die zum optischen Mikroskop gerichtet sind, transparent sein. Das transparente Material schließt transparentes Glas, transparenten Kunststoff, transparente Kristalle und dergleichen ein. Ein üblicherer Probentisch schließt einen transparenten Probentisch in der Art eines Objektträgerglases (oder Präparationsglases) und einer Schale (oder Petrischale) ein. Es sei darauf hingewiesen, dass die vorstehende Beschreibung aus Gründen der Zweckmäßigkeit den Begriff ”Mikroskop” verwendet, dass es jedoch möglich ist, mit dem optischen Mikroskop das Verhalten der Probe, auf die der Strahl geladener Teilchen eingestrahlt wird, zu beobachten oder mit dem mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitenden Mikroskop das Verhalten der Probe, auf die Licht vom optischen Mikroskop eingestrahlt wird, zu beobachten.
  • <Andere Konfigurationen>
  • Zusätzlich kann in der Umgebung der zweiten Membran eine Vorrichtung in der Art einer Heizung oder einer Spannungsanlegeeinheit, die in der Lage ist, in der Probe ein elektrisches Feld zu erzeugen, angeordnet werden. Diese Anordnung ermöglicht Beobachtungen einer Zustandsänderung der allmählich erwärmten oder gekühlten Probe oder einer Zustandsänderung der Probe, an die ein elektrisches Feld angelegt wird. Wenngleich sich die vorstehende Beschreibung auf die Anordnung der zwei Typen von Membranen einschließlich der ersten und der zweiten Membran bezieht, kann die Anzahl der Membranen auch drei oder größer sein. Beispielsweise kann die Säule 2 mit optischen Linsen für geladene Teilchen mit einer darin ausgebildeten Membran versehen sein. Die vorliegende Erfindung definiert keine Grenze für die Anzahl der Membranen. Überdies gehört ein SEM oder eine mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitende Vorrichtung, welches oder welche die von dieser Ausführungsform vorgesehenen Merkmale erfüllt, zur durch diese Ausführungsform definierten Kategorie.
  • <<Ausführungsform 2>>
  • Als nächstes erklärt die vorliegende Beschreibung eine Konfiguration einer Vorrichtung, welche eine einfache Beobachtung einer Probe bei einem Luftdruck unter Verwendung einer typischen mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitenden Vorrichtung ermöglicht. 12 zeigt eine allgemeine Konfiguration eines mit geladenen Teilchen arbeitenden Mikroskops gemäß Ausführungsform 2. Ähnlich Beispiel 1 umfasst das mit geladenen Teilchen arbeitende Mikroskop gemäß der vorliegenden Ausführungsform auch die Säule 2 mit optischen Linsen für geladene Teilchen, das Gehäuse (die Vakuumkammer) 7, welches die Säule mit optischen Linsen für geladene Teilchen in Bezug auf eine Vorrichtungsinstallationsfläche unbeweglich trägt, den Probentisch 5 und dergleichen. Die Arbeitsweise und die Funktion jeder dieser Komponenten oder zusätzlicher Elemente, die zu jeder Komponente hinzugefügt sind, gleichen im Wesentlichen jenen in Beispiel 1, und es wird daher auf eine detaillierte Beschreibung davon verzichtet.
  • Diese Konfiguration umfasst ein zweites Gehäuse (Anbaueinheit) 121, das für die Verwendung in das Gehäuse 7 (nachstehend erstes Gehäuse) eingefügt wird. Das zweite Gehäuse 121 weist einen Körperabschnitt 131 mit einer rechteckigen Form und einen Passabschnitt 132 auf. Zumindest eine der Seiten mit der rechteckigen Form des Körperabschnitts 131 ist eine offene Fläche 15, wie später beschrieben wird. Von den Seiten, welche die rechteckige Form des Körperabschnitts 131 bilden, können andere Seiten als die Seite, auf der das Membranhalteelement 155 angeordnet ist, durch Seitenwände des zweiten Gehäuses 121 oder durch Seitenwände des ersten Gehäuses 7 in einem Zustand, in dem das zweite Gehäuse 121 selbst für diese Seiten keine Wände aufweist und das zweite Gehäuse 121 in das Gehäuse 7 aufgenommen ist, gebildet sein. Das zweite Gehäuse 121 ist fest an der Seitenfläche oder der Innenwandfläche des ersten Gehäuses 7 oder der Säule mit optischen Linsen für geladene Teilchen angeordnet. Der Körperabschnitt 131 weist ein Merkmal zum Aufnehmen der zu beobachtenden Probe 6 auf und wird durch eine Öffnung des ersten Gehäuses 7 in das erste Gehäuse 7 eingeführt. Der Passabschnitt 132 weist eine Passfläche auf, die an die Außenwandfläche der mit der Öffnung des ersten Gehäuses 7 versehenen Seite angepasst ist und durch ein Vakuumdichtungselement 126 an der Außenwandfläche der vorstehend erwähnten Seitenfläche befestigt wird. Hierdurch wird das gesamte zweite Gehäuse 121 in Eingriff mit dem ersten Gehäuse 7 gebracht. Der zweckmäßigste Weg für das Erzeugen der vorstehend beschriebenen Öffnung besteht in der Verwendung einer Öffnung für das Montieren und Abnehmen der Probe, wobei diese Öffnung ursprünglich in der Vakuumprobenkammer des mit geladenen Teilchen arbeitenden Mikroskops bereitgestellt ist. Das heißt, dass die erforderliche Modifikation der Vorrichtung minimal ist, wenn das zweite Gehäuse 121 mit einer Größe hergestellt wird, die jener der ursprünglich gebildeten Öffnung entspricht und die Vakuumdichtungselemente 126 am Außenbereich der Öffnung angebracht werden. Zusätzlich ist das zweite Gehäuse 121 vom ersten Gehäuse 7 abnehmbar.
  • Die Seitenfläche des zweiten Gehäuses 121 ist die offene Fläche 15, die über eine Fläche mit einer Größe, die zumindest das Montieren und Abnehmen der Probe ermöglicht, mit dem Atmosphärenraum in Verbindung steht, und die in das zweite Gehäuse 121 aufgenommene Probe 6 (rechts der gepunkteten Linie in 12, nachstehend als zweiter Raum bezeichnet) befindet sich während einer Beobachtung in der Luftdruckatmosphäre. Weil 12 zusätzlich eine Schnittansicht der Vorrichtung in der zur optischen Achse parallelen Richtung ist, zeigt sie nur eine Seite als die offene Fläche 15. Falls der Raum 11 jedoch durch die Seitenflächen des ersten Gehäuses in Tiefenrichtung und in der Richtung zum vorderen Teil der Papierebene vakuumgedichtet ist, ist die Anzahl der offenen Flächen 15 des zweiten Gehäuses 121 nicht auf eins beschränkt. Es ist zumindest eine offene Fläche erforderlich, wenn das zweite Gehäuse 121 in das erste Gehäuse 7 aufgenommen ist. Gleichzeitig ist das erste Gehäuse 7 mit einer Vakuumpumpe 4 verbunden, wodurch eine Evakuierung eines geschlossenen Raums ermöglicht wird, der durch die Innenwandfläche des ersten Gehäuses 7, die Außenwandfläche des zweiten Gehäuses und die Membran 10 gebildet ist (nachstehend als erster Raum bezeichnet). Die Anordnung der Membranen, um den Druck im zweiten Raum größer zu halten als im ersten Raum, ermöglicht es gemäß dieser Ausführungsform, dass der zweite Raum in Bezug auf den Druck isoliert wird. Das heißt, dass der erste Raum 11 durch die Membran 10 auf einem Hochvakuum gehalten wird, während der zweite Raum 12 in einer Gasatmosphäre mit einem Luftdruck oder fast einem Luftdruck gehalten wird, weshalb die Säule 2 mit optischen Linsen für geladene Teilchen und der Detektor 3 in einem Vakuumzustand gehalten werden können und die Probe 6 während des Betriebs der Vorrichtung auf einem Luftdruck gehalten werden kann. Zusätzlich weist das zweite Gehäuse 121 eine offene Fläche auf, welche es ermöglicht, dass die Probe 6 während der Beobachtung ohne Einschränkung ausgetauscht wird.
  • Die obere Fläche des zweiten Gehäuses 121 ist an einer Position, die direkt unterhalb der Säule 2 mit optischen Linsen für geladene Teilchen ist, wenn das zweite Gehäuse 121 ganz in das erste Gehäuse 7 eingefügt ist, mit der ersten Membran 10 versehen. Die erste Membran 10 kann den vom unteren Ende der Säule 2 mit optischen Linsen für geladene Teilchen emittierten Strahl primärer geladener Teilchen durchlassen oder von diesem durchquert werden. Der Strahl primärer geladener Teilchen erreicht schließlich die Probe 6, nachdem er von der ersten Membran 10 durchgelassen wurde oder durch diese hindurchgetreten ist.
  • Wie vorstehend beschrieben, ermöglicht die Installation der mit der Membran versehenen Anbaueinheit die Probenbeobachtung bei einem Luftdruck oder in einer Gasatmosphäre unter Verwendung einer typischen im Vakuum betriebenen mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitenden Vorrichtung. Ferner ermöglicht das vorstehend erwähnte Flüssigkeitseinbringungsmerkmal eine Beobachtung der Probe, die sich bei einem Luftdruck oder in einer Gasatmosphäre befindet und in einem Flüssigkeits-infiltrierten Zustand ist. Zusätzlich kann die Größe der Anbaueinheit gemäß der vorliegenden Ausführungsform leicht erhöht werden, weil die Anbaueinheit von einem Typ ist, der durch die Seitenfläche der Probenkammer eingeführt wird.
  • Das zweite Gehäuse 121 ist mit dem sich darin befindenden Probentisch 5 versehen. Auf dem Probentisch 5 ist die Probenplattform 52 angeordnet, auf der der Probenstand 51 angeordnet ist, welcher mit der zweiten Membran 50 versehen ist. Mit Bezug auf 12 wird eine Konfiguration einer Vorrichtung beschrieben, die mit einer Flüssigkeitseinbringungs-/Abgabeeinheit 300 versehen ist, welche die eine Flüssigkeit enthaltende Probe 6 in einen Zustand einbringen kann, in dem sich die erste Membran 10 in der Nähe der zweiten Membran 50 befindet. Diese Konfiguration ist mit der Flüssigkeitseinbringungs-/Abgabeeinheit 300 und der Öffnung 62 unterhalb der auf dem Probentisch 5 angeordneten Probe innerhalb des zweiten Gehäuses 121 versehen. Die durch die Flüssigkeitseinbringungs-/Abgabeeinheit 300 eingebrachte Flüssigkeit wird durch die Öffnung 62 zur Probe 6 gesendet. Die Flüssigkeitseinbringungs-/Abgabeeinheit 300 kann unter Verwendung eines Materials in der Art eines Metalls, eines Klebstoffs, eines Bands oder dergleichen am Probentisch 5 oder am zweiten Gehäuse 121 befestigt werden. Auch kann die Probenplattform 52 unter Verwendung irgendeines Elements am Probentisch 5 befestigt werden. Die Probe 6 oder die Probenplattform 52 kann leicht durch die offene Fläche 15 in das Innere des zweiten Gehäuses 121 transportiert werden.
  • Die Flüssigkeitseinbringungs-/Abgabeeinheit 300 ist beispielsweise eine Rohrleitung in der Art einer Düse oder eines Strohhalms, welche eine Flüssigkeit übertragen kann, und sie kann fest oder abnehmbar am Probentisch 5 befestigt sein. Zusätzlich kann die Funktion der Flüssigkeitseinbringungs-/Abgabeeinheit 300 durch ein löffelartiges Werkzeug implementiert werden, das einige Tröpfchen einer Flüssigkeit aufnehmen kann. Beispielsweise wird die Probe durch folgende Schritte mit der Flüssigkeit versehen: Zuerst wird die Flüssigkeit außerhalb der Vorrichtung auf einen Löffel gegeben, als nächstes wird der die Flüssigkeit aufnehmende Löffel in die Nähe der Probe gebracht, und die Flüssigkeit wird dann von unterhalb der Probe in Kontakt mit der Probe gebracht. Es ist auch der folgende Weg möglich: Zuerst wird die Flüssigkeit außerhalb der Vorrichtung in Kontakt mit der Unterseite der Probe entgegengesetzt zu der durch den Strahl geladener Teilchen bestrahlten Seite gebracht, als nächstes wird die Probe auf dem Probentisch angeordnet, die Probe wird dann unterhalb der Membran angeordnet, und der Strahl geladener Teilchen wird dann auf die Probe eingestrahlt. Solange die Flüssigkeit von der Unterseite (beispielsweise von der Bodenfläche oder der Seitenfläche der Probe) der Probenoberfläche, welche mit dem Strahl geladener Teilchen bestrahlt wird, in die Probe eingebracht wird, kann die Flüssigkeit in einer beliebigen Weise eingebracht werden.
  • Es sei bemerkt, dass die Konfiguration aus 12 ein erklärendes Diagramm der Konfiguration der Vorrichtung ist, die auf der Grundlage der Konfiguration aus 8 ausgelegt ist, dass die Flüssigkeitseinbringungs-/Abgabeeinheit 300 und die Öffnung 62 jedoch entbehrlich sind und dass die Probe wie vorstehend beschrieben durch die folgenden Schritte montiert werden kann: Zuerst wird die Probe auf der Probenplattform montiert, dann wird die zweite Membran 50 auf der Probe bereitgestellt, und die Probenplattform wird dann in das Innere des zweiten Gehäuses 121 getragen.
  • Die vorstehende Beschreibung bezieht sich auf die Anordnung der zweiten Membran 50 innerhalb des zweiten Gehäuses 121 gemäß der zweiten Ausführungsform. Es sei bemerkt, dass sich die zweite Membran 50, ihr Stand und die Flüssigkeitseinbringungs-/Abgabeeinheit 300 auch an anderen Orten befinden können und in einer anderen Weise als in der vorstehenden Beschreibung angeordnet sein können und dass ein SEM oder eine mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitende Vorrichtung, welches oder welche die von dieser Ausführungsform vorgesehenen Funktionen erfüllt, zur Kategorie des SEM oder der mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitenden Vorrichtung gemäß dieser Ausführungsform gehört.
  • <<Ausführungsform 3>>
  • 13 zeigt eine allgemeine Konfiguration eines mit geladenen Teilchen arbeitenden Mikroskops gemäß Ausführungsform 3. Ähnlich den Beispielen 1 und 2 umfasst das mit geladenen Teilchen arbeitende Mikroskop gemäß der vorliegenden Ausführungsform auch die Säule 2 mit optischen Linsen für geladene Teilchen, das erste Gehäuse (die Vakuumkammer) 7, welches (welche) die Säule 2 mit optischen Linsen für geladene Teilchen in Bezug auf eine Vorrichtungsinstallationsfläche unbeweglich trägt, das zweite Gehäuse (die Anbaueinheit) 121, das für die Verwendung in das erste Gehäuse 7 eingeführt wird, und das Steuersystem und dergleichen. Die Arbeitsweise und die Funktion jeder dieser Komponenten oder zusätzlicher Elemente, die zu jeder Komponente hinzugefügt sind, gleichen im Wesentlichen jenen aus den Beispielen 1 und 2, und es wird daher auf eine detaillierte Beschreibung davon verzichtet.
  • Das mit geladenen Teilchen arbeitende Mikroskop gemäß der vorliegenden Ausführungsform soll die offene Fläche aufweisen, die zumindest eine Seitenfläche des mit einem Abdeckelement 122 bedeckten zweiten Gehäuses 121 bildet, wodurch die Implementation verschiedener Funktionen ermöglicht wird, wie nachstehend beschrieben.
  • <Probentisch>
  • Das mit geladenen Teilchen arbeitende Mikroskop gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist mit einem Probentisch 5 als Mittel zum Bewegen eines Beobachtungsgesichtsfelds durch Ändern der Probenposition auf dem Abdeckelement 122 versehen. Der Probentisch 5 hat ein XY-Achsen-Antriebsmerkmal in der mit der Zeichnungsebene abschließenden Richtung und ein Z-Achsen-Antriebsmerkmal in Richtung der Vorrichtungshöhe. Das Abdeckelement 122 weist eine Tragplatte 107 auf, die daran als eine Bodenplatte angebracht ist, um den Probentisch 5 zu tragen, der an der Tragplatte 107 befestigt ist. Die Tragplatte 107 ist so angebracht, dass sie sich durch das Innere des zweiten Gehäuses 121 zur dem Abdeckelement 122 entgegengesetzten Fläche des zweiten Gehäuses 121 erstreckt. Vom Z-Achsen-Antriebsmerkmal und vom XY-Achsen-Antriebsmerkmal erstrecken sich Zweigschäfte, die mit Handhabungsknöpfen 108 bzw. 109 versehen sind, welche am Abdeckelement 122 bereitgestellt sind. Ein Vorrichtungsbenutzer betätigt diese Handhabungsknöpfe 108 und 109, um die Position der Probe 6 im zweiten Gehäuse 121 einzustellen.
  • <Die Proben umgebende Atmosphäre>
  • Das mit geladenen Teilchen arbeitende Mikroskop gemäß der vorliegenden Ausführungsform hat die Funktion, ein alternatives Gas in die zweite Umhüllung einzubringen, oder die Funktion, einen Druckzustand zu erzeugen, der von jenem der Außenluft im ersten Raum 11 und außerhalb der Vorrichtung verschieden ist. Ein vom unteren Ende der Säule 2 mit optischen Linsen für geladene Teilchen emittierter Strahl geladener Teilchen durchläuft den in einem Hochvakuumzustand gehaltenen ersten Raum und dann die erste Membran 10 und tritt in einem Zustand eines Luftdrucks oder einem Zustand eines geringeren Vakuums (verglichen mit dem ersten Raum) in den zweiten Raum ein und tritt dann durch die zweite Membran 50 und wird auf die Probe 6 eingestrahlt. Weil ein Elektronenstrahl im Atmosphärenraum durch Gasmoleküle gestreut wird, wird die mittlere freie Weglänge kürzer. Das heißt, dass, falls der Abstand zwischen der Membran 10 und der Probe 6 groß ist, die Sekundärelektronen, die reflektierten Elektronen, die durchgelassenen Elektronen oder dergleichen, die durch Einstrahlen des Strahls primärer geladener Teilchen oder des Strahls geladener Teilchen erzeugt werden, die Probe und den Detektor 3 nicht erreichen können. Bei einem anderen Aspekt ist die Streuwahrscheinlichkeit des Strahls geladener Teilchen proportional zur Massenzahl und zur Dichte von Gasmolekülen. Falls die Atmosphäre des zweiten Raums demgemäß durch Gasmoleküle ersetzt wird, die eine geringere Massenzahl als die Luft aufweisen, oder leicht evakuiert wird, nimmt die Streuwahrscheinlichkeit der Elektronenstrahlen ab und kann der Strahl geladener Teilchen die Probe erreichen. Alternativ ist es ausreichend, wenn die Atmosphäre zumindest auf einem Weg des Strahls geladener Teilchen im zweiten Raum, d. h. dem Atmosphärenraum zwischen der ersten Membran 10 und der zweiten Membran 50 an Stelle des gesamten zweiten Raums durch Gas ersetzt oder evakuiert werden kann.
  • Aus den vorstehenden Gründen ist das mit geladenen Teilchen arbeitende Mikroskop gemäß der vorliegenden Ausführungsform mit einem Anbringungsabschnitt für ein Gaszufuhrrohr 100 (einen Gaseinlass) am Abdeckelement 122 versehen. Das Gaszufuhrrohr 100 ist über einen Koppler 102 mit einem Gaszylinder 103 verbunden, wodurch das alternative Gas in den zweiten Raum 12 eingebracht wird. In der Mitte des Gaszufuhrrohrs 100 ist ein Gassteuerventil 101 angeordnet, welches das Steuern der Durchflussrate des im Rohr strömenden alternativen Gases ermöglicht. Demgemäß erstreckt sich eine Signalleitung vom Gassteuerventil 101 zur Steuereinrichtung 37 niedrigerer Ebene, so dass ein Vorrichtungsbenutzer die Durchflussrate des alternativen Gases steuern kann, während er eine Bedienungsbildschirmanzeige betrachtet, die auf einem Bildschirm eines Computers 35 angezeigt wird. Zusätzlich kann das Gassteuerventil 101 durch manuelle Betätigung geöffnet und geschlossen werden.
  • Für den Typ des alternativen Gases wurde herausgefunden, dass ein Gas, das leichter als Luft ist, wie Stickstoff oder Wasserdampf, eine Verbesserung des Signal-Rausch-Verhältnisses des Bilds bewirkt und dass ein Gas mit einer viel geringeren Masse, wie Helium- und Wasserstoffgas, das Signal-Rausch-Verhältnis des Bilds stärker verbessert.
  • Das alternative Gas ist ein Gas eines leichten Elements und neigt daher dazu, sich leicht im oberen Teil des zweiten Raums 12 anzusammeln, und der untere Teil ist schwer zu ersetzen. Demgemäß ist das Abdeckelement 122 mit einer Öffnung zur Verbindung der Innenseite und der Außenseite des zweiten Raums unterhalb des Anbringungsabschnitts des Gaszufuhrrohrs 100 versehen. Beispielsweise zeigt 13 eine Öffnung, die an einer Anbringungsposition des Druckregulierventils 104 bereitgestellt ist. Dies ermöglicht es, dass das Atmosphärengas durch das über den Gaseinlass eingebrachte Gas eines leichten Elements gedrückt wird und über die Öffnung an der Unterseite abgegeben wird, wodurch ein wirksamer Gasaustausch im zweiten Gehäuse 121 ermöglicht wird. Zusätzlich kann diese Öffnung auch zusammen als eine nachstehend beschriebene Grobauslassöffnung verwendet werden.
  • Das Druckregulierventil 104 kann an Stelle der vorstehenden Öffnung bereitgestellt werden. Dieses Druckregulierventil 104 hat die Funktion, sich automatisch zu öffnen, wenn der Innendruck des zweiten Gehäuses 121 größer oder gleich einem Luftdruck wird. Indem das Druckregulierventil mit einer solchen Funktion versehen wird, wird das automatische Öffnen zum Ausstoß der Atmosphärengaskomponenten in der Art von Stickstoff und Sauerstoff aus der Vorrichtung und zum Füllen des Inneren der Vorrichtung mit dem Gas eines leichten Elements ermöglicht, wenn der Innendruck des zweiten Gehäuses 121 beim Einleiten des Gases leichter Elemente größer oder gleich einem Luftdruck wird. Es sei bemerkt, dass der Gaszylinder oder die Vakuumpumpe 103, wie in 13 dargestellt, im mit geladenen Teilchen arbeitenden Mikroskop bereitgestellt werden kann oder vom Benutzer der Vorrichtung angebracht werden kann, nachdem die Vorrichtung installiert wurde.
  • Zusätzlich streut selbst ein Gas eines leichten Elements in der Art von Helium oder Wasserstoff den Elektronenstrahl manchmal in hohem Maße. In diesem Fall kann die starke Streuung durch Austauschen des Gaszylinders 103 durch eine Vakuumpumpe gelöst werden. Dies ermöglicht es, dass sich das Innere des zweiten Gehäuses durch leichtes Evakuieren in einem extrem geringen Vakuumzustand befindet (d. h. bei einer Atmosphäre mit einem Druck in der Nähe eines Luftdrucks). Mit anderen Worten ermöglicht dies, dass sich der Raum zwischen der ersten Membran 10 und der zweiten Membran 50 in einem Vakuumzustand befindet. Beispielsweise ist das zweite Gehäuse 121 oder das Abdeckelement 122 mit einem Evakuierungsstutzen versehen, um das Innere des zweiten Gehäuses 121 leicht zu evakuieren. Anschließend kann das alternative Gas eingeleitet werden. Das Evakuieren ist in diesem Fall nur erforderlich, um die innerhalb des zweiten Gehäuses 121 verbleibenden Atmosphärengaskomponenten auf ein vorgegebenes Maß oder darunter zu verringern, so dass keine Hochvakuumevakuierung erforderlich ist und demgemäß lediglich eine Grobevakuierung notwendig ist. Die Evakuierung des zweiten Raums erfordert das Bereitstellen eines Vakuumdichtungselements 66 zwischen dem Stand 51 und der Probenplattform 52. Dieses Vakuumdichtungselement kann mit einem Klebstoff oder dergleichen mit dem Stand 51 und der Probenplattform 52 verbunden werden, oder die Druckzustände auf der Innenseite der zweiten Membran können von jenen des zweiten Gehäuses 121 unter Verwendung eines O-Rings oder einer Dichtung, die in 13 nicht dargestellt sind, getrennt werden. Wenngleich dies nicht dargestellt ist, kann ferner eine Konfiguration gebildet werden, bei der ein Presskontakt zwischen dem Stand 51 und der Probenplattform 52 unter Verwendung eines Metallmaterials, einer Schraube oder dergleichen gebildet wird, um einen luftdichten Zustand stabil aufrechtzuerhalten.
  • Die vorstehend erwähnte Anordnung der beiden Membranen in Gestalt der ersten Membran 10 und der zweiten Membran 50 ermöglicht es, dass die Probenbeobachtung und das Austauschen der Probe von der Montage bis zur Beobachtung der Probe 6 viel schneller erfolgen und der Durchsatz erheblich höher ist als im Stand der Technik.
  • Wie vorstehend beschrieben wurde, kann diese Ausführungsform den Atmosphärendruck des Raums, in dem die Probe angeordnet ist, auf einen beliebigen Vakuumgrad von einem Luftdruck (etwa 105 Pa) bis etwa 103 Pa regeln. Beim herkömmlichen so genannten Grobvakuum-Rasterelektronenmikroskop ist es schwierig, den Atmosphärendruck der Probenkammer zwischen einem Luftdruck (etwa 105 Pa) und etwa 103 Pa zu regeln, weil die Verbindung zwischen der Elektronenstrahlsäule und der Probenkammer eine Änderung des Drucks in der Elektronenstrahlsäule zusammen mit einem Verringern des Vakuumgrads in der Probenkammer auf einen Druck in der Nähe eines Luftdrucks bewirkt. Weil gemäß dieser Ausführungsform der zweite Raum durch einen Dünnfilm vom ersten Raum getrennt ist, können der Druck und der Gastyp der Atmosphäre im zweiten Raum 12, welcher vom zweiten Gehäuse 121 und vom Abdeckelement 122 umgeben ist, frei geregelt werden. Demgemäß ermöglicht diese Ausführungsform das Regeln des Atmosphärendrucks in der Probenkammer im Bereich von einem Luftdruck (etwa 105 Pa) bis etwa 103 Pa, was sich im Stand der Technik nur schwer stabil beibehalten ließ. Zusätzlich ermöglicht diese Ausführungsform die Beobachtung des Probenzustands, während der Atmosphärendruck um einen Luftdruck kontinuierlich geändert wird.
  • Wenngleich dies nicht dargestellt ist, kann der Gaszylinder 103 eine Einheit in der Art eines Mischgasreglers sein, welche einen Gaszylinder in einer komplexen Weise mit einer Vakuumpumpe verbindet. Wenngleich dies nicht dargestellt ist, kann sich innerhalb des zweiten Gehäuses 121 ein Heizmerkmal befinden, um die Probe 6 unterhalb der zweiten Membran 50 zu erwärmen.
  • <Flüssigkeits- oder Gaseinbringungs-/Abgabeeinheit>
  • 14 zeigt als nächstes eine Konfiguration, um die Probe in einen Zustand zu versetzen, in dem sie von der zweiten Membran 50 bedeckt ist, um sie vom Luftraum außerhalb der Vorrichtung zu trennen. Wie gemäß der vorhergehenden Ausführungsform umfasst diese Konfiguration eine Flüssigkeitseinbringungs-/Abgabeeinheit 300 in der Umgebung des Probentisches 5 und der Probe 6. Die Flüssigkeitseinbringungs-/Abgabeeinheit 300 ist mit dem Abdeckelement 122 verbunden. Durch Bereitstellen des Verbindungsteils 310 am Abdeckelement 122 wird es weiter erleichtert, einen Flüssigkeitseinbringungs-/Abgaberegler in der Art einer Pumpe oder einer Spritze zum Einbringen von Flüssigkeit in die Vorrichtung und zum Abgeben von Flüssigkeit aus der Vorrichtung anzubringen. Wie vorstehend beschrieben, kann sich der Innenraum des zweiten Gehäuses in einem vorgesehenen Zustand eines Gases oder in einem Grobvakuumzustand befinden. Demgemäß ist das Vakuumdichtungselement 66 nicht nur zwischen dem Stand 51 und der Probenplattform 52, wodurch die zweite Membran 50 getragen wird, sondern auch zwischen der Probenplattform 52 und dem Probentisch 5 bereitgestellt. Wenngleich dies nicht dargestellt ist, kann eine Konfiguration verwendet werden, bei der ein Metallelement oder eine Schraube einen Kontakt zwischen dem Stand 51 und der Probenplattform 52 und einen Kontakt zwischen der Probenplattform 52 und dem Probentisch 5 zusammenpresst, um den luftdichten Zustand stabil aufrechtzuerhalten.
  • Ein Merkmal der Konfiguration dieser Ausführungsform besteht verglichen mit der vorstehend beschriebenen Konfiguration darin, dass der zweite Raum 12 innerhalb des zweiten Gehäuses geschlossen ist. Dies kann demgemäß eine mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitende Vorrichtung bereitstellen, die beispielsweise in der Lage ist, das Gas in den Raum zwischen der ersten Membran 10 und der zweiten Membran 50 einzuleiten oder daraus zu evakuieren.
  • <Andere>
  • Wie vorstehend beschrieben wurde, werden der Probentisch 5, die Handhabungsknöpfe 108 und 109 davon, das Gaszufuhrrohr 100, das Druckregulierventil 104 und der Verbindungsteil 310 alle für die Installation in das Abdeckelement 122 aufgenommen. Demgemäß kann ein Benutzer der Vorrichtung die Handhabungsknöpfe 108 und 109 betätigen, die Proben austauschen oder das Gaszufuhrrohr 100 und das Druckregulierventil 104 steuern und das Einbringen/Abgeben der Flüssigkeit regeln, während er dieselbe Oberfläche des ersten Gehäuses betrachtet. Demgemäß ist die Bedienbarkeit verglichen mit dem mit geladenen Teilchen arbeitenden Mikroskop stark verbessert, das dafür ausgelegt ist, mit den vorstehend erwähnten Komponenten verbunden zu werden, die getrennt auf den verschiedenen Seiten der Probenkammer angeordnet sind.
  • Zusätzlich zur vorstehend beschriebenen Konfiguration kann eine Kontaktüberwachungseinrichtung zum Überwachen des Kontaktzustands zwischen dem zweiten Gehäuse 121 und dem Abdeckelement 122 bereitgestellt werden, um zu prüfen, ob der zweite Raum geschlossen oder offen ist.
  • Ferner können zusätzlich zum Sekundärelektronendetektor und zum Detektor für reflektierte Elektronen ein Röntgendetektor und ein Lichtdetektor bereitgestellt werden, um eine EDS-Analyse und -Detektion von Fluoreszenzstrahlen zu ermöglichen. Der Röntgendetektor und der Lichtdetektor können sich entweder im ersten Raum 11 oder im zweiten Raum 12 befinden.
  • Wie vorstehend beschrieben, ermöglicht die vorliegende Ausführungsform zusätzlich zu den Wirkungen von Beispiel 1 und 2 das Einbringen eines alternativen Gases mit einem Druck, der von einem Luftdruck verschieden ist, und sie ermöglicht ferner die Probenbeobachtung in einer Atmosphäre, deren Druck von jenem des ersten Raums verschieden ist. Ferner wird durch Entfernen der Membranen, um den ersten Raum und den zweiten Raum in Verbindung zu bringen, ein SEM erreicht, das eine Beobachtung einer Probe im selben Vakuumzustand wie im ersten Raum zusätzlich zur Beobachtung bei einem Luftdruck und in einer spezifizierten Gasatmosphäre ermöglicht.
  • <<Ausführungsform 4>>
  • Diese Ausführungsform beschreibt eine Konfiguration, die eine Modifikation der ersten Ausführungsform ist und bei der sich die Säule 2 mit optischen Linsen für geladene Teilchen unterhalb der ersten Membran 10 befindet. 15A zeigt ein Konfigurationsdiagramm eines mit geladenen Teilchen arbeitenden Mikroskops gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Die Vakuumpumpe und das Steuersystem und dergleichen sind fortgelassen. Ferner wird angenommen, dass das Gehäuse 7, welches eine Vakuumkammer ist, und die Säule 2 mit optischen Linsen für geladene Teilchen von Pfeilern oder Trägern oder dergleichen getragen werden, so dass sie in Bezug auf die Vorrichtungsinstallationsfläche unbeweglich sind. Die Arbeitsweise und die Funktion jeder dieser Komponenten oder zusätzlicher Elemente, die zu jeder Komponente hinzugefügt sind, gleichen im Wesentlichen jenen in den vorstehend erwähnten Beispielen, und es wird daher auf eine detaillierte Beschreibung davon verzichtet.
  • Diese Vorrichtung ist mit einem Probentisch 5 versehen, welcher die zweite Membran 50, worauf die Probe 6 montiert ist, auf der ersten Membran 10 schließt. Diese Vorrichtungskonfiguration ermöglicht eine Beobachtung der Probenoberfläche auf der Unterseite der Probe 6 in 15A, d. h. der Kontaktfläche der zweiten Membran 50 mit der Probe 6. In dieser Konfiguration ist die Oberseite der Vorrichtung offen und ist die Oberfläche der zweiten Membran zum Boden der Vorrichtung gerichtet, wodurch es möglich ist, die Probe 6 unter Verwendung des Gewichts der Probe an der zweiten Membran zu montieren.
  • Wie in 15B dargestellt ist, kann der mit der zweiten Membran 50 versehene Stand 51 direkt an der ersten Membran 10 (in Richtung des Pfeils in 15B) montiert werden. Diese Konfiguration erfordert nicht unbedingt den Probentisch 5 und ermöglicht eine sichere Anordnung des mit der zweiten Membran 50 versehenen Stands 51 durch Anordnen eines Kontaktverhinderungselements 56 mit einer definierten Dicke in der Art eines Dünnfilms oder eines entfernbaren Folienmaterials zwischen der ersten Membran 10 und der zweiten Membran 50. Das Ändern der Positionsbeziehung zwischen der ersten Membran 10 und der zweiten Membran 50 wird durch Bewegen des Stands 51 in horizontaler Richtung und in der zur Papieroberfläche in der Zeichnung senkrechten Richtung erreicht. Der Stand 51 kann von Hand oder durch eine Aufspannvorrichtung oder durch Bewegen eines Probentisches mit einem Bewegungsmittel nur in XY-Richtung bewegt werden.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Optische Linse
    2
    Säule mit optischen Linsen für geladene Teilchen
    3
    Detektor
    4
    Vakuumpumpe
    5
    Probentisch
    6
    Probe
    7
    Gehäuse
    8
    Quelle geladener Teilchen
    9
    Stand
    10
    Erste Membran
    11
    Erster Raum
    12
    Zweiter Raum
    13
    Spitzenabschnitt der Tröpfchenprobe
    14
    Leckventil
    15
    Offene Fläche
    16
    Vakuumrohr
    17
    Tischträgerstand
    18
    Verstrebungen
    19
    Tragelement für das Abdeckelement
    20
    Bodenplatte
    35
    Computer
    36
    Steuereinrichtung höherer Ebene
    37
    Steuereinrichtung niedrigerer Ebene
    43, 44, 45
    Kommunikationsleitung
    50
    Zweite Membran
    51
    Stand
    52
    Probenplattform
    53
    Optische Achse des Strahls geladener Teilchen
    54
    Mittelachse der ersten Membran
    55
    Mittelachse der zweiten Membran
    56
    Kontaktverhinderungselement
    57
    Kontaktverhinderungselement
    58
    Kugellager
    59
    Detektor
    60
    Draht oder optischer Übertragungsweg
    61
    Vorverstärker oder optoelektrischer Signalverstärker
    62
    Öffnung
    63
    Flusskanal
    64
    Optisches Mikroskop
    65
    Optische Achse des optischen Mikroskops
    66
    Vakuumdichtungselement
    100
    Gaszufuhrrohr
    101
    Gassteuerventil
    102
    Koppler
    103
    Gaszylinder oder Vakuumpumpe
    104
    Druckregulierventil
    107
    Tragplatte
    108, 109
    Handhabungsknopf
    121
    Zweites Gehäuse
    122, 130
    Abdeckelement
    123, 124, 125, 126, 128, 129
    Vakuumdichtungselement
    131
    Körperabschnitt
    132
    Passabschnitt
    154
    Signalverstärker
    155
    Membranhalteelement
    204
    Probenpositionssteuerknopf
    300
    Flüssigkeitseinbringungs-/Abgabeeinheit

Claims (15)

  1. Mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitende Vorrichtung, welche Folgendes umfasst: eine Säule mit optischen Linsen für geladene Teilchen, welche einen Strahl primärer geladener Teilchen auf eine Probe einstrahlt, ein Gehäuse, das einen Teil der mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitenden Vorrichtung bildet und einen durch eine Vakuumpumpe evakuierten Innenraum aufweist, eine erste Membran, die in der Lage ist, einen luftdichten Zustand des evakuierten Innenraums aufrechtzuerhalten und zu ermöglichen, dass der Strahl primärer geladener Teilchen davon durchgelassen wird oder dadurch hindurchtritt, eine zweite Membran, die zwischen der ersten Membran und der Probe angeordnet ist und es ermöglicht, dass der Strahl primärer geladener Teilchen davon durchgelassen wird oder dadurch hindurchtritt, wobei der Strahl primärer geladener Teilchen auf die Probe eingestrahlt wird, welche in Kontakt mit der zweiten Membran steht.
  2. Mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitende Vorrichtung nach Anspruch 1, welche einen Probentisch umfasst, der mit der zweiten Membran und der Probe montiert werden kann, wobei die Positionsbeziehung zwischen der ersten Membran und der zweiten Membran in einem Zustand geändert werden kann, in dem die erste Membran und die zweite Membran nicht in Kontakt miteinander stehen.
  3. Mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitende Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Probe in einen Probenaufnahmeraum eingeführt ist, von dem ein Teil durch die zweite Membran gebildet ist, wobei der Abstand zwischen der ersten Membran und der zweiten Membran fest ist.
  4. Mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitende Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei mehrere zweite Membranen auf einer Probenplattform oder einem Probentisch angeordnet sind.
  5. Mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitende Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Fensterfläche der zweiten Membran kleiner ist als jene der ersten Membran.
  6. Mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitende Vorrichtung nach Anspruch 1, welche Folgendes umfasst: ein optisches Mikroskop, welches auf der anderen Seite in Bezug auf die zweite Membran über der Probe angeordnet ist.
  7. Probentischeinheit, welche für eine Probenbeobachtungsvorrichtung verwendet wird, wobei die Probenbeobachtungsvorrichtung Folgendes aufweist: eine erste Membran, die es ermöglicht, dass der Strahl primärer geladener Teilchen davon durchgelassen wird oder dadurch hindurchtritt, wobei die Probe unter Verwendung der Probenbeobachtungsvorrichtung beobachtet wird, indem der Strahl primärer geladener Teilchen in einem Zustand auf die Probe eingestrahlt wird, in dem der Raum, in dem sich die Probe befindet, durch die erste Membran isoliert ist, so dass der Druck in dem Raum größer gehalten wird als der Druck innerhalb der Säule mit optischen Linsen für geladene Teilchen, wobei die Probentischeinheit Folgendes umfasst: eine zweite Membran, die es ermöglicht, dass der Strahl primärer geladener Teilchen durchgelassen wird oder durch sie hindurchtritt, ein Halteelement, welches die zweite Membran hält, eine Probenplattform, auf der das die zweite Membran haltende Halteelement montiert ist, wobei die Probe in einem Raum gehalten ist, der durch die zweite Membran, das Halteelement und die Probenplattform gebildet ist.
  8. Probentischeinheit nach Anspruch 7, welche Folgendes umfasst: ein Element zum Begrenzen des minimalen Abstands zwischen der ersten Membran und der zweiten Membran.
  9. Probentischeinheit nach Anspruch 7, wobei mehrere zweite Membranen auf der Probenplattform angeordnet sind.
  10. Probentischeinheit nach Anspruch 7, wobei die Probenplattform, welche die Probe hält, eine Öffnung zum Einbringen der Probe in einer der zweiten Membran entgegengesetzten Fläche aufweist.
  11. Probentischeinheit nach Anspruch 7, wobei das Probenhalteelement einen Flusskanal für die Probe aufweist.
  12. Probenbeobachtungsverfahren, welches Folgendes umfasst: einen Schritt, in dem ein Strahl primärer geladener Teilchen von einer ersten Membran durchgelassen wird oder durch diese hindurchtritt, wobei der Strahl primärer geladener Teilchen durch eine Säule mit optischen Linsen für geladene Teilchen eingestrahlt wird und die erste Membran einen Raum, in dem sich die Probe befindet, und einen Raum innerhalb der Säule mit optischen Linsen für geladene Teilchen voneinander isoliert, so dass der Druck in dem Raum, in dem sich die Probe befindet, größer gehalten wird als der Druck innerhalb der Säule mit optischen Linsen für geladene Teilchen, einen Schritt, in dem der Strahl primärer geladener Teilchen, der von der ersten Membran durchgelassen wurde oder durch diese hindurchgetreten ist, von einer zweiten Membran durchgelassen wird oder durch diese hindurchtritt, einen Schritt, in dem der Strahl primärer geladener Teilchen, der von der zweiten Membran durchgelassen wurde oder durch diese hindurchgetreten ist, auf die Probe in Kontakt mit der zweiten Membran eingestrahlt wird, und einen Schritt, in dem ein von der Probe, auf welche der Strahl primärer geladener Teilchen eingestrahlt wird, erzeugtes Signal detektiert wird.
  13. Probenbeobachtungsverfahren nach Anspruch 12, wobei die Positionsbeziehung zwischen der ersten Membran und der zweiten Membran geändert wird, indem ein die zweite Membran und die Probe haltender Probentisch bewegt wird, wobei die erste Membran und die zweite Membran nicht in Kontakt miteinander stehen.
  14. Probenbeobachtungsverfahren nach Anspruch 12, wobei die Probe in einen Raum eingebracht wird, von dem ein Teil durch die zweite Membran gebildet ist, wobei der Abstand zwischen der ersten Membran und der zweiten Membran fest ist.
  15. Probenbeobachtungsverfahren nach Anspruch 12, wobei mehrere zweite Membranen bereitgestellt werden, die mehreren zweiten Membranen auf einer Probenplattform angeordnet werden und die Probenplattform so bewegt wird, dass einige oder alle der mehreren zweiten Membranen durch den Strahl primärer geladener Teilchen bestrahlt werden, der von der ersten Membran durchgelassen wurde oder durch diese hindurchgetreten ist.
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