觀察裝置以及光軸調整方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及能夠對試樣在大氣壓或者比大氣壓稍低的負壓狀態(tài)的規(guī)定的氣體氛圍中進行觀察的顯微鏡技術。
【背景技術】
[0002]為了對物體的微小的區(qū)域進行觀察，使用掃描式電子顯微鏡(SEM)、透射式電子顯微鏡(TEM)等。通常，在這些裝置中，對用于供試樣配置的框體進行真空排氣，將試樣氛圍形成真空狀態(tài)并對試樣進行拍攝。然而，生物化學試樣、液體試樣等因真空而受損，或者導致狀態(tài)變化。另一方面，欲利用電子顯微鏡對上述的試樣進行觀察的需求較大，所以近年來，開發(fā)有能夠對觀察對象試樣在大氣壓下進行觀察的SEM裝置、試樣保持裝置等。
[0003]這些裝置原理上在電子光學系統(tǒng)與試樣之間設置能夠供電子線透射的隔膜或者微小的貫通孔而隔開真空狀態(tài)與大氣狀態(tài)，在試樣與電子光學系統(tǒng)之間設置隔膜這點均共通。
[0004]例如，在專利文獻I中，公開有如下的SEM，即將電子光學鏡筒的電子源側配置為向下，并且將物鏡側配置為向上，在電子光學鏡筒末端的電子線的出射孔上經由O型圈設置能夠供電子線透射的隔膜。在該文獻所記載的發(fā)明中，將觀察對象試樣直接載置于隔膜上，從試樣的下表面照射一次電子線，對反射電子或者二次電子進行檢測而進行SEM觀察。試樣保持于由設置于隔膜的周圍的環(huán)狀部件與隔膜構成的空間內，并且在該空間內充滿水等液體。
[0005]專利文獻1:日本特開2009-158222號公報(美國專利申請公開第2009/0166536號說明書)

【發(fā)明內容】

[0006]發(fā)明所要解決的課題
[0007]以往的帶電粒子線裝置均為專用于大氣壓下或者與大氣壓大致相等的壓力的氣體氛圍下的觀察而制造的裝置，不存在能夠使用通常的高真空型帶電粒子顯微鏡而簡便地進行大氣壓或者與大氣壓大致相等的壓力的氣體氛圍下的觀察的裝置。
[0008]例如，專利文獻I所記載的SEM為構造非常特殊的裝置，無法執(zhí)行通常的高真空氛圍中的SEM觀察。
[0009]并且，在專利文獻I的方法中，未公開有相對于試樣的相同的位置同時地進行基于帶電粒子線與光的觀察的技術。
[0010]解決課題的方案
[0011]本發(fā)明是鑒于上述的問題而完成的，其目的在于提供一種不對以往的高真空型帶電粒子顯微鏡的結構變更較大，而能夠對試樣在大氣氛圍、或者真空下、或者所希望的氣體氛圍下進行觀察，并且能夠通過帶電粒子線顯微鏡以及光學顯微鏡進行試樣的觀察的復合型的顯微鏡裝置。
[0012]為了解決上述課題，例如采用權利要求書所記載的結構。
[0013]本申請包括多個解決上述課題的機構，但若列舉其一個例子，則其特征在于，具備:帶電粒子光學鏡筒，其將一次帶電粒子線照射至試樣；真空泵，其對上述帶電粒子光學鏡筒的內部進行抽真空；能夠裝卸的隔膜，其配置為對載置有上述試樣的空間與上述帶電粒子光學鏡筒進行隔離，并供上述一次帶電粒子線透射或者通過；以及光學顯微鏡，其相對于上述隔膜以及上述試樣配置于上述帶電粒子光學鏡筒的相反的一側，并在上述帶電粒子光學鏡筒的光軸的延長線上具有光軸的至少一部分。
[0014]發(fā)明效果
[0015]根據(jù)本發(fā)明，能夠提供一種不對以往的高真空型帶電粒子顯微鏡的結構變更較大，而能夠對試樣在大氣氛圍、或者真空下、或者所希望的氣體氛圍下進行觀察，并且能夠通過帶電粒子線顯微鏡以及光學顯微鏡進行試樣的觀察的復合型的顯微鏡裝置。
[0016]上述以外的課題、結構以及效果能夠根據(jù)以下的實施方式的說明更加清楚。
【附圖說明】
[0017]圖1是實施例1的帶電粒子顯微鏡的整體結構圖。
[0018]圖2是隔膜的詳細圖。
[0019]圖3是實施例1的帶電粒子顯微鏡的光源的說明圖。
[0020]圖4是對隔膜的位置調整進行說明的圖。
[0021]圖5是對光學顯微鏡的位置調整進行說明的圖。
[0022]圖6是對使試樣沿光軸方向移動時的各圖像進行說明的圖。
[0023]圖7是實施例2的帶電粒子顯微鏡的整體結構圖。
[0024]圖8是實施例3的帶電粒子顯微鏡的整體結構圖。
[0025]圖9是拉出實施例3的帶電粒子顯微鏡的試樣工作臺的圖。
[0026]圖10是對卸下實施例3的隔膜等的狀態(tài)進行說明的圖。
[0027]圖11是實施例4的帶電粒子顯微鏡的整體結構圖。
[0028]圖12是實施例5的帶電粒子顯微鏡的整體結構圖。
[0029]圖13是實施例6的帶電粒子顯微鏡的整體結構圖。
[0030]圖14是實施例7的帶電粒子顯微鏡的整體結構圖。
【具體實施方式】
[0031]以下，使用附圖對各實施方式進行說明。
[0032]以下，作為觀察裝置的一個例子，對帶電粒子線顯微鏡進行說明。但是，這僅為本發(fā)明的一個例子，本發(fā)明不限定于以下進行說明的實施方式。本發(fā)明也能夠應用于掃描電子顯微鏡、掃描離子顯微鏡、掃描透射電子顯微鏡、這些顯微鏡與試樣加工裝置的復合裝置、或者應用這些的解析檢查裝置。另外，在本說明書中，所謂“大氣壓”意味著大氣氛圍或者規(guī)定的氣體氛圍，亦即大氣壓或者稍微的負壓狀態(tài)的壓力環(huán)境。具體而言為約15Pa(大氣壓)?13Pa左右。
[0033]另外，在本說明書中，所謂“光學顯微鏡”廣泛包括用于使用光對對象物的狀態(tài)進行觀察的裝置。
[0034]實施例1
[0035]在本實施例中，對基本的實施方式進行說明。圖1表示本實施例的帶電粒子顯微鏡的整體結構圖。圖1所示的帶電粒子顯微鏡主要由帶電粒子光學鏡筒2、將帶電粒子光學鏡筒支承于裝置設置面的第一框體(以下，也會稱為真空室)7、插入第一框體7而使用的第二框體(以下，也會稱為配件)121、配置于第二框體內的試樣工作臺5、用于從圖中下側對試樣6進行觀察的光學顯微鏡250、以及對這些部件進行控制的控制系統(tǒng)構成。在使用帶電粒子顯微鏡時，帶電粒子光學鏡筒2與第一框體的內部被真空泵4真空排氣。真空泵4的起動以及停止動作也被控制系統(tǒng)控制。在附圖中，真空泵4僅示出一個，但也可以為兩個以上。在本實施例中，將配件從上述真空室的開口部插入并固定于真空室而使用，該配件能夠相對于帶電粒子顯微鏡所具備的真空室將內部的壓力維持為比該真空室的壓力高的狀態(tài)并且對試樣進行收納。真空室的開口部例如設置于上述真空室的側面或者底面。另外，上述的配件在配件內部具備對供一次帶電粒子線透射或者通過的隔膜進行保持的功能，由此確保真空室與配件內部的壓力差。
[0036]帶電粒子光學鏡筒2由產生帶電粒子線的帶電粒子源0、對已產生的帶電粒子線進行集束并導向鏡筒下部而作為一次帶電粒子線對試樣6進行掃描的光學透鏡I等的要素構成。帶電粒子光學鏡筒2設置為向第一框體7內部突出，并經由真空密封部件123固定于第一框體7。在帶電粒子光學鏡筒2的端部配置有對通過上述一次帶電粒子線的照射而能夠獲得的二次帶電粒子(二次電子或者反射電子等)進行檢測的檢測器3。
[0037]本實施例的帶電粒子顯微鏡作為控制系統(tǒng)，具備供裝置使用者使用的計算機35、與計算機35連接并進行通信的上位控制部36、根據(jù)從上位控制部36被發(fā)送的命令進行真空排氣系統(tǒng)、帶電粒子光學系統(tǒng)等的控制的下位控制部37。計算機35具備顯示裝置的操作畫面(GUI)的監(jiān)視器、鍵盤、鼠標等輸入操作畫面的輸入機構。上位控制部36、下位控制部37以及計算機35分別由通信線43、44連接。
[0038]下位控制部37是收發(fā)用于對真空泵4、帶電粒子源0、光學透鏡I等進行控制的控制信號的部位，進一步將檢測器3的輸出信號轉換成數(shù)字圖像信號并向上位控制部36發(fā)送。在附圖中，將來自檢測器3的輸出信號經由前置放大器等信號放大器154與下位控制部37連接。若不需要放大器，則也可以不存在。
[0039]在上位控制部36與下位控制部37中，模擬電路、數(shù)字電路等也可以混雜存在，另外上位控制部36與下位控制部37也可以統(tǒng)一為一個。此外，圖1所示的控制系統(tǒng)的結構只不過為一個例子，控制單元、閥、真空泵或者通信用的布線等的變形例只要滿足在本實施例中意圖的功能，則屬于本實施例的SEM乃至帶電粒子線裝置的范疇。
[0040]在第一框體7連接有一端連接于真空泵4的真空配管16，從而能夠將內部維持為真空狀態(tài)。同時，具備用于對框體內部進行大氣開放的泄漏閥14，從而在維護時等，能夠對第一框體7的內部進行大氣開放。泄漏閥14可以不存在，也可以為兩個以上。另外，第一框體7中的泄漏閥14的配置位置不限定于圖1所示的位置，也可以配置于第一框體7上的其他的位置。并且，第一框體7在側面具備開口部，通過該開口部插入有上述第二框體121。
[0041]第二框體121由立方體形狀的主體部131以及對接部132構成。若后所述，主體部131的立方體形狀的側面中的至少一側面成為開放面9。主體部131的立方體形狀的側面中的設置有隔膜保持部件155的面以外的面也可以由第二框體121的壁構成，也可以在第二框體121本身不存在壁而組裝于第一框體7的狀態(tài)下由第一框體7的側壁構成。主體部131具有通過上述的開口部插入第一框體7內部，從而在組裝于第一框體7的狀態(tài)下對作為觀察對象的試樣6進行收納的功能。對接部132構成與第一框體7的設置有開口部的側面?zhèn)鹊耐獗诿鎸拥膶用?，并經由真空密封部?26固定于上述側面?zhèn)鹊耐獗诿妗５诙蝮w121也可以固定于第一框體7的側面、或者內壁面、或者帶電粒子光學鏡筒的任一個。由此，能夠將第二框體121整體嵌合于第一框體7。上述的開口部利用本來具備于帶電粒子顯微鏡的真空試樣室的試樣的搬入搬出用的開口而制造最簡便。換句話說，若以與本來打開的孔的大小一致的方式制造第二框體121，在孔的周圍安裝真空密封部件126，則裝置的改造也可以為必要最小限度。另外，第二框體121也能夠從第一框體7卸下。
[0042]第二框體121的側面為在大氣空間與能夠供至少試樣出入的大小的面連通的開放面，收納于第二框體121的內部(圖的比虛線更靠右側；以下，稱為第二空間)的試樣6在觀察中配置于大氣壓狀態(tài)。此外，圖1為與光軸平行方向的裝置剖視圖，因此圖示了開放面9僅為一面，若被圖1的紙面進深方向以及近前方向的第一框體的側面真空密封，則第二框體121的開放面9不限定為一面。只要在將第二框體121組裝于第一框體7的狀態(tài)下，至少開放面為一面以上即可。通過第二框體的開放面，試樣能夠在第二框體(配件)內部與外部之間搬入以及搬出。
[0043]在第二框體121的上表面?zhèn)仍O置有隔膜10。在第一框體7連接有真空泵4，從而能夠對由第一框體7的內壁面與第二框體的外壁面以及隔膜10構成的封閉空間(以下，稱為第一空間)進行真空排氣。由此，在本實施例中，通過隔膜10將第一空間11維持為高真空，另一方面，將第二空間12維持為大氣壓或者與大氣壓大致相等的壓力的氣體氛圍，因此在裝置的動作中，能夠將帶電粒子光學鏡筒2、檢測器3維持為真空狀態(tài)，并且能夠將試樣6維持為大氣壓。
[0044]在能夠局部地維持為大氣氛圍的環(huán)境單元格的現(xiàn)有技術中，存在能夠進行大氣壓/氣體氛圍下的觀察，但僅能夠對能夠插入單元格的尺寸的試樣進行觀察，而無法進行大型試樣的大氣壓/氣體氛圍下的觀察的問題。另外，在環(huán)境單元格的情況下，也存在為了對不同的試樣進行觀察，必須從SEM的真空試樣室取出環(huán)境單元格，更換試樣再次搬入真空試樣室內，從而試樣更換較繁瑣的問題。另一方面，根據(jù)本實施例的方式，開放第二框體121的一側面，在作為較寬廣的大