观察装置以及光轴调整方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及能够对试样在大气压或者比大气压稍低的负压状态的规定的气体氛围中进行观察的显微镜技术。
【背景技术】
[0002]为了对物体的微小的区域进行观察，使用扫描式电子显微镜(SEM)、透射式电子显微镜(TEM)等。通常，在这些装置中，对用于供试样配置的框体进行真空排气，将试样氛围形成真空状态并对试样进行拍摄。然而，生物化学试样、液体试样等因真空而受损，或者导致状态变化。另一方面，欲利用电子显微镜对上述的试样进行观察的需求较大，所以近年来，开发有能够对观察对象试样在大气压下进行观察的SEM装置、试样保持装置等。
[0003]这些装置原理上在电子光学系统与试样之间设置能够供电子线透射的隔膜或者微小的贯通孔而隔开真空状态与大气状态，在试样与电子光学系统之间设置隔膜这点均共通。
[0004]例如，在专利文献I中，公开有如下的SEM，即将电子光学镜筒的电子源侧配置为向下，并且将物镜侧配置为向上，在电子光学镜筒末端的电子线的出射孔上经由O型圈设置能够供电子线透射的隔膜。在该文献所记载的发明中，将观察对象试样直接载置于隔膜上，从试样的下表面照射一次电子线，对反射电子或者二次电子进行检测而进行SEM观察。试样保持于由设置于隔膜的周围的环状部件与隔膜构成的空间内，并且在该空间内充满水等液体。
[0005]专利文献1:日本特开2009-158222号公报(美国专利申请公开第2009/0166536号说明书)
【发明内容】
[0006]发明所要解决的课题
[0007]以往的带电粒子线装置均为专用于大气压下或者与大气压大致相等的压力的气体氛围下的观察而制造的装置，不存在能够使用通常的高真空型带电粒子显微镜而简便地进行大气压或者与大气压大致相等的压力的气体氛围下的观察的装置。
[0008]例如，专利文献I所记载的SEM为构造非常特殊的装置，无法执行通常的高真空氛围中的SEM观察。
[0009]并且，在专利文献I的方法中，未公开有相对于试样的相同的位置同时地进行基于带电粒子线与光的观察的技术。
[0010]解决课题的方案
[0011]本发明是鉴于上述的问题而完成的，其目的在于提供一种不对以往的高真空型带电粒子显微镜的结构变更较大，而能够对试样在大气氛围、或者真空下、或者所希望的气体氛围下进行观察，并且能够通过带电粒子线显微镜以及光学显微镜进行试样的观察的复合型的显微镜装置。
[0012]为了解决上述课题，例如采用权利要求书所记载的结构。
[0013]本申请包括多个解决上述课题的机构，但若列举其一个例子，则其特征在于，具备:带电粒子光学镜筒，其将一次带电粒子线照射至试样；真空泵，其对上述带电粒子光学镜筒的内部进行抽真空；能够装卸的隔膜，其配置为对载置有上述试样的空间与上述带电粒子光学镜筒进行隔离，并供上述一次带电粒子线透射或者通过；以及光学显微镜，其相对于上述隔膜以及上述试样配置于上述带电粒子光学镜筒的相反的一侧，并在上述带电粒子光学镜筒的光轴的延长线上具有光轴的至少一部分。
[0014]发明效果
[0015]根据本发明，能够提供一种不对以往的高真空型带电粒子显微镜的结构变更较大，而能够对试样在大气氛围、或者真空下、或者所希望的气体氛围下进行观察，并且能够通过带电粒子线显微镜以及光学显微镜进行试样的观察的复合型的显微镜装置。
[0016]上述以外的课题、结构以及效果能够根据以下的实施方式的说明更加清楚。
【附图说明】
[0017]图1是实施例1的带电粒子显微镜的整体结构图。
[0018]图2是隔膜的详细图。
[0019]图3是实施例1的带电粒子显微镜的光源的说明图。
[0020]图4是对隔膜的位置调整进行说明的图。
[0021]图5是对光学显微镜的位置调整进行说明的图。
[0022]图6是对使试样沿光轴方向移动时的各图像进行说明的图。
[0023]图7是实施例2的带电粒子显微镜的整体结构图。
[0024]图8是实施例3的带电粒子显微镜的整体结构图。
[0025]图9是拉出实施例3的带电粒子显微镜的试样工作台的图。
[0026]图10是对卸下实施例3的隔膜等的状态进行说明的图。
[0027]图11是实施例4的带电粒子显微镜的整体结构图。
[0028]图12是实施例5的带电粒子显微镜的整体结构图。
[0029]图13是实施例6的带电粒子显微镜的整体结构图。
[0030]图14是实施例7的带电粒子显微镜的整体结构图。
【具体实施方式】
[0031]以下，使用附图对各实施方式进行说明。
[0032]以下，作为观察装置的一个例子，对带电粒子线显微镜进行说明。但是，这仅为本发明的一个例子，本发明不限定于以下进行说明的实施方式。本发明也能够应用于扫描电子显微镜、扫描离子显微镜、扫描透射电子显微镜、这些显微镜与试样加工装置的复合装置、或者应用这些的解析检查装置。另外，在本说明书中，所谓“大气压”意味着大气氛围或者规定的气体氛围，亦即大气压或者稍微的负压状态的压力环境。具体而言为约15Pa(大气压)?13Pa左右。
[0033]另外，在本说明书中，所谓“光学显微镜”广泛包括用于使用光对对象物的状态进行观察的装置。
[0034]实施例1
[0035]在本实施例中，对基本的实施方式进行说明。图1表示本实施例的带电粒子显微镜的整体结构图。图1所示的带电粒子显微镜主要由带电粒子光学镜筒2、将带电粒子光学镜筒支承于装置设置面的第一框体(以下，也会称为真空室)7、插入第一框体7而使用的第二框体(以下，也会称为配件)121、配置于第二框体内的试样工作台5、用于从图中下侧对试样6进行观察的光学显微镜250、以及对这些部件进行控制的控制系统构成。在使用带电粒子显微镜时，带电粒子光学镜筒2与第一框体的内部被真空泵4真空排气。真空泵4的起动以及停止动作也被控制系统控制。在附图中，真空泵4仅示出一个，但也可以为两个以上。在本实施例中，将配件从上述真空室的开口部插入并固定于真空室而使用，该配件能够相对于带电粒子显微镜所具备的真空室将内部的压力维持为比该真空室的压力高的状态并且对试样进行收纳。真空室的开口部例如设置于上述真空室的侧面或者底面。另外，上述的配件在配件内部具备对供一次带电粒子线透射或者通过的隔膜进行保持的功能，由此确保真空室与配件内部的压力差。
[0036]带电粒子光学镜筒2由产生带电粒子线的带电粒子源0、对已产生的带电粒子线进行集束并导向镜筒下部而作为一次带电粒子线对试样6进行扫描的光学透镜I等的要素构成。带电粒子光学镜筒2设置为向第一框体7内部突出，并经由真空密封部件123固定于第一框体7。在带电粒子光学镜筒2的端部配置有对通过上述一次带电粒子线的照射而能够获得的二次带电粒子(二次电子或者反射电子等)进行检测的检测器3。
[0037]本实施例的带电粒子显微镜作为控制系统，具备供装置使用者使用的计算机35、与计算机35连接并进行通信的上位控制部36、根据从上位控制部36被发送的命令进行真空排气系统、带电粒子光学系统等的控制的下位控制部37。计算机35具备显示装置的操作画面(GUI)的监视器、键盘、鼠标等输入操作画面的输入机构。上位控制部36、下位控制部37以及计算机35分别由通信线43、44连接。
[0038]下位控制部37是收发用于对真空泵4、带电粒子源0、光学透镜I等进行控制的控制信号的部位，进一步将检测器3的输出信号转换成数字图像信号并向上位控制部36发送。在附图中，将来自检测器3的输出信号经由前置放大器等信号放大器154与下位控制部37连接。若不需要放大器，则也可以不存在。
[0039]在上位控制部36与下位控制部37中，模拟电路、数字电路等也可以混杂存在，另外上位控制部36与下位控制部37也可以统一为一个。此外，图1所示的控制系统的结构只不过为一个例子，控制单元、阀、真空泵或者通信用的布线等的变形例只要满足在本实施例中意图的功能，则属于本实施例的SEM乃至带电粒子线装置的范畴。
[0040]在第一框体7连接有一端连接于真空泵4的真空配管16，从而能够将内部维持为真空状态。同时，具备用于对框体内部进行大气开放的泄漏阀14，从而在维护时等，能够对第一框体7的内部进行大气开放。泄漏阀14可以不存在，也可以为两个以上。另外，第一框体7中的泄漏阀14的配置位置不限定于图1所示的位置，也可以配置于第一框体7上的其他的位置。并且，第一框体7在侧面具备开口部，通过该开口部插入有上述第二框体121。
[0041]第二框体121由立方体形状的主体部131以及对接部132构成。若后所述，主体部131的立方体形状的侧面中的至少一侧面成为开放面9。主体部131的立方体形状的侧面中的设置有隔膜保持部件155的面以外的面也可以由第二框体121的壁构成，也可以在第二框体121本身不存在壁而组装于第一框体7的状态下由第一框体7的侧壁构成。主体部131具有通过上述的开口部插入第一框体7内部，从而在组装于第一框体7的状态下对作为观察对象的试样6进行收纳的功能。对接部132构成与第一框体7的设置有开口部的侧面侧的外壁面对接的对接面，并经由真空密封部件126固定于上述侧面侧的外壁面。第二框体121也可以固定于第一框体7的侧面、或者内壁面、或者带电粒子光学镜筒的任一个。由此，能够将第二框体121整体嵌合于第一框体7。上述的开口部利用本来具备于带电粒子显微镜的真空试样室的试样的搬入搬出用的开口而制造最简便。换句话说，若以与本来打开的孔的大小一致的方式制造第二框体121，在孔的周围安装真空密封部件126，则装置的改造也可以为必要最小限度。另外，第二框体121也能够从第一框体7卸下。
[0042]第二框体121的侧面为在大气空间与能够供至少试样出入的大小的面连通的开放面，收纳于第二框体121的内部(图的比虚线更靠右侧；以下，称为第二空间)的试样6在观察中配置于大气压状态。此外，图1为与光轴平行方向的装置剖视图，因此图示了开放面9仅为一面，若被图1的纸面进深方向以及近前方向的第一框体的侧面真空密封，则第二框体121的开放面9不限定为一面。只要在将第二框体121组装于第一框体7的状态下，至少开放面为一面以上即可。通过第二框体的开放面，试样能够在第二框体(配件)内部与外部之间搬入以及搬出。
[0043]在第二框体121的上表面侧设置有隔膜10。在第一框体7连接有真空泵4，从而能够对由第一框体7的内壁面与第二框体的外壁面以及隔膜10构成的封闭空间(以下，称为第一空间)进行真空排气。由此，在本实施例中，通过隔膜10将第一空间11维持为高真空，另一方面，将第二空间12维持为大气压或者与大气压大致相等的压力的气体氛围，因此在装置的动作中，能够将带电粒子光学镜筒2、检测器3维持为真空状态，并且能够将试样6维持为大气压。
[0044]在能够局部地维持为大气氛围的环境单元格的现有技术中，存在能够进行大气压/气体氛围下的观察，但仅能够对能够插入单元格的尺寸的试样进行观察，而无法进行大型试样的大气压/气体氛围下的观察的问题。另外，在环境单元格的情况下，也存在为了对不同的试样进行观察，必须从SEM的真空试样室取出环境单元格，更换试样再次搬入真空试样室内，从而试样更换较繁琐的问题。另一方面，根据本实施例的方式，开放第二框体121的一侧面，在作为较宽广的大