帶電粒子線裝置用部件、帶電粒子線裝置以及隔膜部件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及帶電粒子線裝置，特別地涉及能夠在非真空狀態(tài)下對試樣進行觀察的帶電粒子線裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]為了對物體的微小區(qū)域的部分以放大的方式進行觀察，而使用掃描式電子顯微鏡(Scanning Electron Microscope:SEM)、透身寸式電子顯微鏡(Transmiss1n ElectronMicroscope:TEM)等帶電粒子線裝置。在這些帶電粒子線裝置中，在設(shè)置為氣密的真空室內(nèi)配置試樣(被觀察試樣)，在將真空室的內(nèi)部的壓力減壓為真空的狀態(tài)下，換句話說在真空狀態(tài)下，通過配置于真空室內(nèi)的電子光學(xué)系統(tǒng)邊照射電子束邊對試樣進行觀察。
[0003]另一方面，存在欲對生物化學(xué)領(lǐng)域的含有水分的試樣或者液體試樣等、在真空狀態(tài)下受損的試樣或者變質(zhì)的試樣邊照射電子束邊進行觀察的要求。因此，近年來，開發(fā)有能夠在大氣壓下等非真空狀態(tài)下邊照射電子束邊對試樣進行觀察的SEM。
[0004]在上述的SEM中，通過能夠供電子束透射的隔膜或者微小的貫通孔對供電子光學(xué)系統(tǒng)配置的真空室與供試樣配置的空間進行隔離，從而將供試樣配置的空間維持為大氣壓下等非真空狀態(tài)，并且將真空室的內(nèi)部形成真空狀態(tài)。
[0005]例如，在日本特開2009-158222號公報(專利文獻I)記載有如下技術(shù)，即對于SEM而言，在真空室的帶電粒子光學(xué)鏡筒的上方的部分設(shè)置形成有試樣保持膜(隔膜)的試樣保持體，從而將真空腔室內(nèi)部形成真空狀態(tài)。在專利文獻I所記載的SEM中，經(jīng)由試樣保持膜對在大氣壓下保持于試樣保持膜的試樣照射電子束，對從試樣產(chǎn)生的反射電子以及二次電子進行檢測，從而對其進行觀察。
[0006]另一方面，在日本特表2010-509709號公報(專利文獻2)記載有如下技術(shù)，即對于在非真空環(huán)境下對物體進行觀察的SEM而言，在真空環(huán)境與在真空環(huán)境的下方供物體配置的非真空環(huán)境之間設(shè)置有供電子束通過的孔徑(Aperture)(隔膜元件)。在專利文獻2所記載的SEM中，在掃描透射式電子顯微鏡(Scanning Transmiss1n Electron Microscope:STEM)模式下，控制為使用配置于孔徑的周圍的高度決定動作距離的隔離物，來獲得最大分辨率。
[0007]現(xiàn)有技術(shù)文獻
[0008]專利文獻
[0009]專利文獻1:日本特開2009-158222號公報
[0010]專利文獻2:日本特表2010-509709號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]發(fā)明要解決的課題
[0012]根據(jù)本發(fā)明人的研宄，明確接下來的事情。
[0013]在具有與上述專利文獻I所記載的SEM相同的構(gòu)造的SEM中，需要將試樣重新載置于隔膜幾次直至欲觀察的部分載置于隔膜。另外，在隔膜破損的情況下，存在試樣進入配置于下方的帶電粒子光學(xué)鏡筒的情況。
[0014]另一方面，在具有與上述專利文獻2所記載的SEM相同的構(gòu)造的SEM中，由于不是將試樣保持為載置于隔膜的構(gòu)造，因此不需要使試樣重新載置于隔膜。但是，為了以高倍率對焦，需要使保持于試樣工作臺的試樣與隔膜元件接近，從而隔膜與試樣容易接觸，隔膜容易破損?；蛘?，在將隔膜元件安裝于帶電粒子線裝置時，或者在更換隔膜元件時，隔膜與其他的部件容易接觸，隔膜容易破損。
[0015]另外，存在焦距因存在于隔膜元件與試樣之間的氣體的組成或者壓力的變化而變動的情況。因此，每次對觀察圖像進行拍攝，均需要對隔膜元件與試樣的距離進行調(diào)整，從而隔膜與試樣進一步容易接觸，隔膜進一步容易破損。
[0016]然而，在上述專利文獻2所記載的SEM中，配置于孔徑的周圍的隔離物將隔膜與試樣的距離保持為恒定，從而無法防止隔膜與試樣接觸。
[0017]如上，在隔膜與試樣容易接觸的情況下，隔膜容易破損，從而無法以高分辨率穩(wěn)定地對觀察圖像進行拍攝，因此帶電粒子線裝置的性能降低。
[0018]因此，本發(fā)明提供一種在能夠在非真空狀態(tài)下對試樣進行觀察的帶電粒子線裝置中，防止隔膜與試樣或者其他的部件接觸，從而能夠以高分辨率穩(wěn)定地對觀察圖像進行拍攝的帶電粒子線裝置。
[0019]解決課題的方案
[0020]基于代表性的實施方式的帶電粒子線裝置用部件使用于帶電粒子線裝置，并具有安裝于第一框體的第二框體以及設(shè)置于第二框體的隔膜元件。在隔膜元件形成有隔膜，在將第二框體安裝于第一框體時，在被第一框體與第二框體劃分的真空室的內(nèi)部的壓力相比外部的壓力被減壓了的狀態(tài)下，該隔膜對真空室的內(nèi)部與外部氣密地進行隔離，并且使帶電粒子線透射。在隔膜元件以位于比隔膜更靠試樣工作臺側(cè)的方式形成有防止試樣與隔膜接觸的緩沖膜。
[0021]另外，基于代表性的實施方式的帶電粒子線裝置具有安裝于真空室的壁部的隔膜元件。在隔膜元件形成有隔膜，在真空室的內(nèi)部的壓力相比外部的壓力被減壓了的狀態(tài)下，該隔膜對真空室的內(nèi)部與外部氣密地進行隔離，并且使帶電粒子線透射。在隔膜元件以位于比隔膜更靠試樣工作臺側(cè)的方式形成有防止試樣與隔膜接觸的緩沖膜。
[0022]并且，基于代表性的實施方式的隔膜元件安裝于帶電粒子線裝置的真空室的壁部。在該隔膜元件形成有隔膜，在將隔膜元件安裝于真空室的壁部時，在真空室的內(nèi)部的壓力相比外部的壓力被減壓了的狀態(tài)下，該隔膜對真空室的內(nèi)部與外部氣密地進行隔離，并且使帶電粒子線透射。在隔膜元件以位于比隔膜更靠試樣工作臺側(cè)的方式形成有防止試樣與隔膜接觸的緩沖膜。
[0023]發(fā)明效果
[0024]根據(jù)代表性的實施方式，在能夠在非真空狀態(tài)下觀察試樣的帶電粒子線裝置中，防止隔膜與試樣或者其他的部件接觸，從而能夠以高分辨率穩(wěn)定地對觀察圖像進行拍攝。
【附圖說明】
[0025]圖1是實施方式I的帶電粒子線裝置的整體結(jié)構(gòu)圖。
[0026]圖2是表示實施方式I的帶電粒子線裝置中的隔膜元件以及試樣工作臺的周邊的構(gòu)造的圖。
[0027]圖3是實施方式I的隔膜元件的主要部分剖視圖。
[0028]圖4是從試樣側(cè)觀察實施方式I的隔膜元件的俯視圖。
[0029]圖5是從試樣側(cè)觀察實施方式I的第一變形例的隔膜元件的俯視圖。
[0030]圖6是從試樣側(cè)觀察實施方式I的第二變形例的隔膜元件的俯視圖。
[0031]圖7是從試樣側(cè)觀察實施方式I的第三變形例的隔膜元件的俯視圖。
[0032]圖8是實施方式I的隔膜元件的制造工序中的主要部分剖視圖。
[0033]圖9是實施方式I的隔膜元件的制造工序中的主要部分剖視圖。
[0034]圖10是實施方式I的隔膜元件的制造工序中的主要部分剖視圖。
[0035]圖11是實施方式I的隔膜元件的制造工序中的主要部分剖視圖。
[0036]圖12是實施方式I的隔膜元件的制造工序中的主要部分剖視圖。
[0037]圖13是實施方式I的隔膜元件的制造工序中的主要部分剖視圖。
[0038]圖14是實施方式I的隔膜元件的制造工序中的主要部分剖視圖。
[0039]圖15是表示實施方式I的第四變形例的隔膜元件的主要部分剖視圖。
[0040]圖16是表示實施方式I的第五變形例的隔膜元件的主要部分剖視圖。
[0041]圖17是表示實施方式I的第六變形例的隔膜元件的主要部分剖視圖。
[0042]圖18是表示實施方式I的第七變形例的隔膜元件的主要部分剖視圖。
[0043]圖19是表示基于實施方式I的帶電粒子線裝置的觀察工序的一部分的流程圖。
[0044]圖20是表示實施方式2的帶電粒子線裝置中的隔膜元件以及試樣工作臺的周邊的構(gòu)造的圖。
[0045]圖21是從試樣側(cè)觀察實施方式2的配件的俯視圖。
[0046]圖22是沿著圖21的B-B線的主要部分剖視圖。
[0047]圖23是實施方式3的帶電粒子線裝置的整體結(jié)構(gòu)圖。
[0048]圖24是實施方式4的掃描式電子顯微鏡的整體結(jié)構(gòu)圖。
[0049]圖25是表不基于實施方式4的掃描式電子顯微鏡的觀察工序的一部分的流程圖。
[0050]圖26是實施方式4的觀察工序的掃描式電子顯微鏡的整體結(jié)構(gòu)圖。
[0051]圖27是實施方式5的掃描式電子顯微鏡的整體結(jié)構(gòu)圖。
【具體實施方式】
[0052]在以下的實施方式中，為了方便，在存在需要時，分割成多個部分或者實施方式進行說明，但除了特別地明確的情況之外，這些部分或者實施方式不是相互無關(guān)，而是一方處于另一方的一部分或者全部的變形例、詳細(xì)、補足說明等的關(guān)系。
[0053]另外，在以下的實施方式中，在言及要素的個數(shù)等(包括個數(shù)、數(shù)值、量、范圍等)的情況下，除了特別地明確的情況以及原理上限定于清楚特定的個數(shù)的情況等之外，不限定于其特定的個數(shù)，可以為特定的個數(shù)以上，也可以是以下。
[0054]并且，在以下的實施方式中，其構(gòu)成要素(也包括要素步驟等)，除了特別地明確的情況以及考慮為原理上為清楚必須的情況等之外，不言而喻未必為必須的。相同地，在以下的實施方式中，在言及構(gòu)成要素等的形狀、位置關(guān)系等時，除了特別地明確的情況以及考慮為原理上不清楚的情況等之外，實際上包括與其形狀等近似或者類似的情況等。該情況在上述數(shù)值以及范圍內(nèi)也相同。
[0055]以下，基于附圖對本發(fā)明的實施方式詳細(xì)地進行說明。此外，在用于對實施方式進行說明的全部附圖中，對具有相同的功能的部件標(biāo)注相同的附圖標(biāo)記，并省略其反復(fù)的說明。另外，在以下的實施方式中，除了特別地需要時以外，作為原則不重復(fù)相同或者相同的部分的說明。
[0056]并且，在實施方式中使用的附圖中，即便為剖視圖，也存在為了容易觀察附圖，而省略陰影線的情況。另外，即便為俯視圖，也存在為了容易觀察附圖，而附加陰影線的情況。
[0057]此外，在以下進行說明的各實施方式中，列舉將帶電粒子線裝置應(yīng)用于由作為一次帶電粒子線而使用了電子束的掃描式電子顯微鏡(SEM)構(gòu)成的帶電粒子線顯微鏡的情況為例進行說明。但是，各實施方式能夠應(yīng)用于作為一次帶電粒子線將離子束向試樣照射，從而對二次地產(chǎn)生的二次電子、反射電子進行檢測的SIM(Scanning 1n Microscope)或者使用了離子束的離子顯微鏡等其他的各種帶電粒子線裝置。另外，以下進行說明的各實施方式能夠在不脫離本發(fā)明的主旨的范圍內(nèi)適當(dāng)?shù)亟M合。
[0058](實施方式I)
[0059]<帶電粒子線裝置的結(jié)構(gòu)>
[0060]參照附圖對作為本發(fā)明的一實施方式的帶電粒子線裝置進行說明。如上所述，以下，對將帶電粒子線裝置應(yīng)用于SEM的例子進行說明。
[0061]圖1是實施方式I的帶電粒子線裝置的整體結(jié)構(gòu)圖。
[0062]如圖1所示，在帶電粒子線裝置I設(shè)置有帶電粒子光學(xué)鏡筒2以及框體3。真空室4被帶電粒子光學(xué)鏡筒2以及框體3劃分。
[0063]帶電粒子光學(xué)鏡筒2例如以帶電粒子光學(xué)鏡筒2的下部向框體3的內(nèi)部突出的方式設(shè)置于框體3的上側(cè)。帶電粒子光學(xué)鏡筒2經(jīng)由密封部件(O型圈)5安裝于框體3，從而被帶電粒子光學(xué)鏡筒2以及框體3劃分的真空室4設(shè)置為氣密。
[0064]在被帶電粒子光學(xué)鏡筒2以及框體3劃分的真空室4的外部設(shè)置有真空泵(排氣部)6。真空泵6通過真空配管7連接于帶電粒子光學(xué)鏡筒2以及框體3。S卩，真空泵6連接于真空室4。
[0065]在使用帶電粒子線裝置I時，真空室4被真空泵6排氣，從而能夠?qū)⒄婵帐?的內(nèi)部的壓力減壓為真空。即，真空室4被真空泵6排氣，從而能夠?qū)⒄婵帐?的內(nèi)部的壓力維持為與真空室4的外部的壓力相比被減壓的狀態(tài)。
[0066]此外，真空泵(排氣部)6僅示出了一個，但也可以為兩個以上。
[0067]在框體3設(shè)置有泄漏閥8。泄漏閥8用于對被帶電粒子光學(xué)鏡筒2以及框體3劃分的真空室4進行大氣開放。通過泄漏閥8，能夠在維護時等對框體3的內(nèi)部進行大氣開放。泄漏閥8也可以不存在，也可以為兩個以上。另外，框體3的泄漏閥8的配置位置不限定于圖1所示的場所。即，泄漏閥8也可以配置于框體3的其他的位置。
[0068]在帶電粒子光學(xué)鏡筒2的內(nèi)部設(shè)置有帶電粒子源9以及帶電粒子光學(xué)系統(tǒng)10。帶電粒子源9產(chǎn)生帶電粒子線。在帶電粒子線裝置I為SEM時，帶電粒子源9為產(chǎn)生電子束的電子源，例如由包括燈絲的電子槍構(gòu)成。帶電粒子光學(xué)系統(tǒng)10由光學(xué)透鏡11等要素構(gòu)成。帶電粒子光學(xué)系統(tǒng)10對由帶電粒子源9產(chǎn)生的帶電粒子線進行集束并將其向試樣12照射，從而作為一次帶電粒子線在試樣12上進行掃描。即，帶電粒子光學(xué)系統(tǒng)10將由帶電粒子源9產(chǎn)生的帶電粒子線以掃描的方式照射至試樣12。
[0069]在帶電粒子光學(xué)鏡筒2中的向框體3的內(nèi)部突出的部分設(shè)置有檢測器13。檢測器13向試樣12照射一次帶電粒子線，從而對從試樣12釋放的(產(chǎn)生的)二次帶電粒子(二次電子或者反射電子)進行檢測。檢測器13能夠以對以例如數(shù)keV?數(shù)十keV的能量飛來的帶電粒子進行放大的方式對其進行檢測。檢測器13優(yōu)選較薄且平坦，因此作為檢測器13，例如能夠使用由硅等半導(dǎo)體材料制作的半導(dǎo)體檢測器、能夠在玻璃面或者內(nèi)部將基于帶電粒子的信號轉(zhuǎn)換成光的閃爍器等。
[0070]并且，在本實施方式I的帶電粒子線裝置I設(shè)置有控制部15以及個人計算機16作為控制系統(tǒng)14?？刂撇?5對真空泵(排氣部)6以及帶電粒子光學(xué)系統(tǒng)10等進行控制。個人計算機16具備顯示用于對帶電粒子線裝置I進行操作的操作畫面(GraphicalUser Interface:⑶I)的監(jiān)視器、以及鍵盤、鼠標(biāo)等用于供使用者輸入操作畫面的指令的輸入部。個人計算機16通過通信線與控制部15連接。此外，控制部15內(nèi)置有模擬電路、數(shù)字電路，從而將真空泵6、帶電粒子源9、光學(xué)透鏡11以及檢測器13的輸出信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字圖像信號，并向個人計算機16發(fā)送。
[0071]如圖1所示，檢測器13也可以經(jīng)由例如前置放大器等放大器17連接于控制部15，此時，來自檢測器13的輸出信號經(jīng)由例如放大器17發(fā)送至控制部15。或者，若不需要放大器17，則來自檢測器13的輸出信號也可以不經(jīng)由放大器17發(fā)送至控制部15。
[0072]此外，圖1所示的控制系統(tǒng)14的結(jié)構(gòu)只不過為一個例子。因此，控制部15、設(shè)置于真空配管7的中途的閥(省略圖示)、真空泵6或者各通信線等的變形例只要不脫離本實施方式I的主旨，則屬于本實施方式I的帶電粒子線裝置的范圍。
[0073]<真空室的外部>
[0074]圖2是表示實施方式I的帶電粒子線裝置中的隔膜元件以及試樣工作臺的周邊的構(gòu)造的圖。
[0075]在框體3設(shè)置有隔膜元件(隔膜部件)18a。在圖1以及圖2所示的例子中，在框體3的下面部(真空室4的壁部)3a的位于帶電粒子光學(xué)鏡筒2的下方的部分設(shè)置有隔膜元件18a。對隔膜元件18a的詳細(xì)的構(gòu)造進行后述，但隔膜元件18a包括使一次帶電粒子線透射或者通過的隔膜(薄膜、膜部)19，從而對真空室4的內(nèi)部的空間與真空室4的外部的空間氣密地進行隔離。
[0076]在框體3的下面部3a的位于帶電粒子光學(xué)鏡筒2的下方的部分形成有用于使一次帶電粒子線透射或者通過的開口部3b，以關(guān)閉開口部3b的方式安裝有隔膜元件18a。在隔膜元件18a的中央部形成有用于使一次帶電粒子線透射或者通過的隔膜(膜部)19。隔膜元件18a的隔膜19的周圍的部分被粘合部件21粘合于框體3的下面部3a的開口部3b的周圍的部分，從而安裝于框體3的下面部3a。
[0077]粘合部件21優(yōu)選對隔膜元件18a與框體3的下面部3a之間氣密地進行密封。粘合部件21在使用帶電粒子線裝置I時，在真空室4的內(nèi)部的壓力與真空室4的外部的壓力相比被減壓的狀態(tài)下，對隔膜元件18a與框體3的下面部3a之間氣密地進行密封。另外，粘合部件21在維護帶電粒子線裝置I時，即便在使真空室4的內(nèi)部返回大氣壓的狀態(tài)下，也以隔膜元件18a不從框體3的下面部3a剝落的方式粘合。作為具有上述的密封力以及粘合力的粘合部件21，能夠使用包括例如硅橡膠、銀膏、真空潤滑脂、環(huán)氧樹脂或者硅酮樹脂等材料的部件。
[0078]