带电粒子束装置以及过滤部件

摘要

本发明的特征是在配置于非真空下的试料(6)与一次电子光学系统之间设有隔膜(10)的扫描电子显微镜中，具备过滤部件(200)，该过滤部件(200)至少在一次带电粒子束照射于试料的状态下配置在一次带电粒子束的路径上，使一次带电粒子束以及从试料得到的二次带电粒子透射或者通过，并且在隔膜破损了的情况下对飞散的飞散物的至少一部分进行遮蔽。由此，当在试料观察过程中隔膜损伤了的情况下，能够利用简单的结构没有时滞地防止因试料被吸入带电粒子光学镜筒内而产生的带电粒子光学系统、检测器的污染。

权利要求

1.一种带电粒子束装置，其特征在于，具备：

带电粒子光学镜筒，其向试料上照射一次带电粒子束；

箱体，其构成该带电粒子束装置的一部分，并利用真空泵对其内部进行真空排气；

隔膜，其能够维持上述真空排气了的箱体的内部的气密状态，而且使上述一次带电粒子束透射或者通过；以及过滤部件，其至少在上述一次带电粒子束照射于上述试料的状态下配置在该一次带电粒子束的路径上，使上述一次带电粒子束以及从上述试料得到的二次带电粒子透射或者通过，而且在上述隔膜破损了的情况下对飞散的飞散物的至少一部分进行遮蔽，上述过滤部件具有：使上述一次带电粒子束透射或者通过的开口部；以及形成于上述开口部的周边的网状部件。

2.根据权利要求1所述的带电粒子束装置，其特征在于，上述过滤部件以能够拆装的方式设置在保持上述隔膜的隔膜保持部件。

3.根据权利要求2所述的带电粒子束装置，其特征在于，上述隔膜保持部件具备用于将上述过滤部件与上述隔膜的位置关系配置于规定的位置的定位部。

4.根据权利要求1所述的带电粒子束装置，其特征在于，多个上述过滤部件排列地配置在上述带电粒子光学镜筒的光轴上。

5.根据权利要求1所述的带电粒子束装置，其特征在于，具有与上述开口部不同的孔，该孔使上述过滤部件与上述隔膜之间的空间与上述箱体内的空间连通，且在上述隔膜破损了的情况下，使从上述隔膜向上述带电粒子光学镜筒侧流入的气体的至少一部分向上述箱体内部放出。

6.一种过滤部件，设置于带电粒子束装置，

该带电粒子束装置具备：

带电粒子光学镜筒，其向试料上照射一次带电粒子束；

箱体，其构成该带电粒子束装置的一部分，并利用真空泵对其内部进行真空排气；以及隔膜，其能够维持上述被真空排气的箱体的内部的气密状态，而且使上述一次带电粒子束透射或者通过，上述过滤部件的特征在于，

该过滤部件至少在上述一次带电粒子束照射于上述试料的状态下配置在该一次带电粒子束的路径上，使上述一次带电粒子束以及从上述试料放出或者反射的二次带电粒子透射或者通过，而且在上述隔膜破损了的情况下对飞散的飞散物的至少一部分进行遮蔽，上述过滤部件具有：使上述一次带电粒子束透射或者通过的开口部；以及形成于上述开口部的周边的网状部件。

说明书

带电粒子束装置以及过滤部件

技术领域

[0001] 本发明涉及能够在大气压或者比大气压稍低的负压状态的规定的气体环境下进行观察的带电粒子束装置。

背景技术

[0002] 为了观察物体的微小的区域，使用扫描式电子显微镜(SEM)、透射式电子显微镜(TEM)等。一般而言，对在这些装置中用于配置试料的箱体进行真空排气，使试料环境为真空状态而对试料进行拍摄。然而，生物化学试料、液体试料等因真空而受到损伤，或者状态变化。另一方面，想利用电子显微镜观察这样的试料的需求变多，近几年，开发了能够在大气压下对观察对象试料进行观察的SEM装置、试料保持装置等。

[0003] 这些装置中，在原理上在电子光学系统与试料之间设置电子束能够透射的隔膜而分隔真空状态和大气状态，均在试料与电子光学系统之间设置隔膜这一点上是共通的。

[0004] 例如，专利文献1中公开了如下SEM：将电子光学镜筒的电子源侧配置为朝下，并且将物镜侧配置为朝上，在电子光学镜筒末端的电子束的出射孔上，经由O型圈设有电子束能够透射的隔膜。在该文献所记载的发明中，将包括观察对象试料的液体直接载置在隔膜上，从试料的下表面照射一次电子束，检测反射电子或者二次电子而进行SEM观察。试料保持在由配置于隔膜的周围的环状部件和隔膜构成的空间内，另外在该空间内充满水等液体。

[0005] 现有技术文献

[0006] 专利文献

[0007] 专利文献1：日本特开2009－238426号公报(美国专利申请公开第2009/0242762号说明书)

发明内容

[0008] 发明所要解决的课题

[0009] 在能够在大气压下进行观察的SEM装置中，当在试料观察过程中隔膜损伤了的情况下，因大气压下的试料侧与真空下的带电粒子光学镜筒侧之间的气压差，大气从试料侧向带电粒子光学镜筒流入。此时，在难以固定于试料台的试料、例如液体或凝胶状的试料、或者含水试料的情况下，存在试料被吸入带电粒子光学镜筒内的担忧，此时污染带电粒子光学系统、检测器从而成为带电粒子显微镜的性能降低、故障的原因。

[0010] 因此，需要防止隔膜损伤时的污染的保护机构。例如专利文献1中具备如下机构：其具有隔开试料侧和带电粒子光学镜筒侧的分隔部件，通过监视真空度来察知隔膜的损伤情况，并通过关闭分隔部件来防止试料向带电粒子光学镜筒流入。但是，需要追加分隔部件、分隔部件的驱动系统以及控制系统，从而存在装置结构复杂化这一问题。另外，从监视真空度变化起至分隔部件驱动系统动作的时间的时滞无法避免，存在在这期间产生污染这一问题。

[0011] 本发明是鉴于这样的问题而完成的，其目的在于提供一种带电粒子束装置，即、在能够在大气压下进行观察的SEM装置中，利用简单的结构能够没有时滞地防止带电粒子光学镜筒的污染。

[0012] 用于解决课题的方案

[0013] 为了解决上述课题，本发明是一种在非真空环境下放置试料的带电粒子束装置，其特征在于，具备过滤部件，该过滤部件至少在上述一次带电粒子束照射于上述试料的状态下配置在该一次带电粒子束的路径上，使上述一次带电粒子束以及从上述试料得到的二次带电粒子透射或者通过，并且在上述隔膜破损了的情况下对飞散的飞散物的至少一部分进行遮蔽。

[0014] 发明的效果如下。

[0015] 根据本发明，利用简单的结构，能够没有时滞且有效地减少试料对带电粒子光学镜筒产生的污染的可能性。

[0016] 通过以下的实施方式的说明，会清楚上述的以外的课题、结构以及效果。

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是过滤器周边的详细图。

[0019] 图3是过滤器的详细图。

[0020] 图4是过滤器周边的详细图。

[0021] 图5是过滤器的详细图。

[0022] 图6是过滤器周边的详细图。

[0023] 图7是过滤器周边的详细图。

[0024] 图8是过滤器周边的详细图。

[0025] 图9是过滤器周边的详细图。

[0026] 图10是实施例2的带电粒子显微镜的整体结构图。

[0027] 图11是实施例3的带电粒子显微镜的整体结构图。

[0028] 图12是实施例4的带电粒子显微镜的整体结构图。

具体实施方式

[0029] 以下，使用附图对各实施方式进行说明。

[0030] 以下，作为带电粒子束装置的一个例子，对带电粒子束显微镜进行说明。但是，这仅仅是本发明的一个例子，本发明不限定于以下即将说明的实施方式。本发明也能够适用于扫描电子显微镜、扫描离子显微镜、扫描透视电子显微镜、它们与试料加工装置的复合装置、或者应用了它们的解析、检查装置。

[0031] 并且，本说明书中的“大气压”是指大气环境或者规定的气体环境，是大气压或者稍低的负压状态的压力环境。具体而言约为105Pa(大气压)至103Pa左右。

[0032] 实施例1

[0033] ＜装置结构＞

[0034] 本实施例中，对基本的实施方式进行说明。图1中表示本实施例的带电粒子显微镜的整体结构图。

[0035] 图1所示的带电粒子显微镜主要由带电粒子光学镜筒2、与带电粒子光学镜筒2连接且对其进行支承的箱体(真空室)7、配置在大气环境下的试料载置台5、以及对它们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和第一箱体的内部由真空泵4进行真空排气。真空泵4的起动、停止动作也由控制系统进行控制。图中，仅表示一个真空泵4，但也可以是两个以上。带电粒子光学镜筒2以及箱体7通过利用未图示的柱等固定于基台270而被支承。

[0036] 带电粒子光学镜筒2由产生带电粒子束的带电粒子源8、使产生的带电粒子束聚集而向镜筒下部引导且作为一次带电粒子束而扫描试料6的光学透镜1等要素构成。带电粒子光学镜筒2以向箱体7内部突出的方式设置，经由真空密封部件123固定于箱体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束的照射而得到的二次带电粒子(二次电子或者反射电子)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而具备装置使用者所使用的计算机35、与计算机35连接来进行通信的上位控制部36、以及根据从上位控制部36送来的命令而进行真空排气系统、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、和键盘或鼠标等向操作画面进行输入的输入机构。上位控制部36、下位控制部37以及计算机35分别以通信线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8、光学透镜1等进行控制的控制信号的部位，并且将检测器3的输出信号变换为数字图像信号而向上位控制部36发送。图中，来自检测器3的输出信号经由前置放大器等增幅器154而与下位控制部37连接。若不需要增幅器则也可以没有。

[0039] 也可以在上位控制部36和下位控制部37中混有模拟电路、数字电路等，并且上位控制部36和下位控制部37也可以统一为一个。此外，图1所示的控制系统的结构仅仅是一个例子，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本实施例所想要实现的功能，也属于本实施例的SEM乃至带电粒子束装置的范畴。

[0040] 在箱体7连接有真空配管16，该真空配管16的一端与真空泵4连接，能够将内部维持为真空状态。同时，具备用于使箱体内部大气释放的泄漏阀14，在维护时等，能够使箱体7的内部大气释放。也可以没有泄漏阀14，也可以有两个以上。并且，箱体7的配置泄漏阀14的配置位置不限定于图1所示的场所，也可以配置于箱体7上的其它位置。

[0041] 在箱体下表面，且在成为上述带电粒子光学镜筒2的正下方的位置具备隔膜10。该隔膜10能够使从带电粒子光学镜筒2的下端放出的一次带电粒子束透射或者通过，一次带电粒子束通过隔膜10而最终到达搭载于试料台52的试料6。由隔膜10构成的封闭空间能够进行真空排气。由此，在本实施例中，由于维持通过隔膜10进行真空排气的空间的气密状态，所以能够将带电粒子光学镜筒2维持为真空状态，并且能够维持大气压地观察试料6。并且，在观察过程中，能够自由更换试料6。

[0042] 在基台9上成膜或者蒸镀隔膜10。隔膜10是碳材料、有机材料、金属材料、氮化硅、碳化硅、氧化硅等。基台9例如是硅、金属部件之类的部件。也可以是配置有多个隔膜10部的多窗。能够使一次带电粒子束透射或者通过的隔膜的厚度为几nm～几μm程度。隔膜需要在用于分离大气压和真空的差压下不破损。因此，隔膜10的面积是几十μm至最大为几mm程度的大小。隔膜10的形状也可以不是正方形，而是长方形等之类的形状。关于形状可以是任意的形状。

[0043] 在隔膜保持部件155上具备支承隔膜10的基台9。虽未图示，但基台9和隔膜保持部件155通过能够真空密封的粘合剂、双面胶带等粘合。隔膜保持部件155经由真空密封部件124能够拆装地固定于箱体7的下表面侧。由于在带电粒子束透射的要求方面，隔膜10的厚度为几nm～几μm程度以下而非常薄，所以存在经时劣化或者在观察准备时破损的可能性。
并且，在隔膜10以及对其进行支承的基台9较小的情况下，直接处理是非常困难的。因此，如本实施例那样，使隔膜10以及基台9与隔膜保持部件155一体化，不直接而能够经由隔膜保持部件155处理基台9，由此隔膜10以及基台9的操作(尤其是更换)变得非常容易。也就是说，在隔膜10破损了的情况下，连同隔膜保持部件155更换即可，即使在万一不得不直接更换隔膜10的情况下，向装置外部取出隔膜保持部件155，也能够在装置外部进行连同隔膜10或者基台9的更换。

[0044] 由于隔膜10非常薄，所以因试料的接触、经时恶化而破损。在当观察时或者观察准备时隔膜10破损了的情况下，因大气压下的试料6侧与真空下的带电粒子光学镜筒2内之间的气压差，大气从试料6侧的空间向带电粒子光学镜筒2内流入。此时，在难以固定于试料台52的试料、例如粉体、液体、凝胶状的试料、含水试料的情况下，存在试料被吸入带电粒子光学镜筒2内的担忧。因被吸入了的试料而带电粒子光学镜筒2内、检测器3被污染，从而成为带电粒子显微镜的性能降低、故障的原因。

[0045] 在本结构中，在隔膜10的正上方具备过滤器200。过滤器200固定在隔膜保持部件155上。过滤器200使一次带电粒子束以及二次带电粒子通过或者透射，而且遮蔽试料等特定的异物(也称作飞散物)的至少一部分。对过滤器200的构造在后面进行说明，例如能够使用网状物等。

[0046] 为了防止污染而也能够设置阀，但不能避免装置结构的复杂化、阀的动作的延迟。如上述那样，通过在隔膜10正上方总是配置过滤器200，能够以简单的结构而没有时滞地进行保护以免受到污染。此处，“总是”是指，至少在向试料照射一次带电粒子束的状态下成为在该一次带电粒子束的路径上配置有过滤器的状态。“在一次带电粒子束的路径上配置”是指，例如在隔膜与带电粒子光学镜筒之间、或者隔膜与检测器之间配置的状态。

[0047] 在箱体7所具备的隔膜10的下部具备在大气环境下配置的试料载置台5。在试料载置台5具备Z轴驱动机构，该Z轴驱动机构具有至少能够使试料6向隔膜10接近的高度调整功能。当然，也可以具备在试料面内方向上移动的XY驱动机构。

[0048] 在以下说明的实施例中，适宜的试料6是含有液体的试料。例如是水溶液、有机溶剂、油、溶胶，凝胶、冻胶等液体的试料、或者含有这些液体的固体。在本说明书中，试料是“液体”或者“液态”，如上述中举出的例子那样，一般对没有定形性的试料、即表面为固体的试料以外的试料进行统称。以下，只要没有特别限定，将这样的液态试料作为观察对象进行说明。但是，该记载不限定本发明的适用范围，对于粉体等“液体”以外的试料的情况也有效。并且，飞散物不限定于出自试料，广泛包括因隔膜破损了的情况下的气压差而被吸入真空空间的物体。

[0049] 图2中表示过滤器200周边的详细图。图示中，作为过滤器200的一个例子，使用具有圆形的孔201、202的板进行说明。一次带电粒子束71通过位于光轴上的孔201，向试料6侧照射。二次带电粒子72通过孔202而到达检测器3。另一方面，在隔膜10损伤而液体试料向箱体7内部侵入了的情况下，试料的过半部分被过滤器200的板面吸附或者弹开。试料的一部分到达孔201、202开口部，但由于使孔径充分小，所以试料因液体的表面张力、粘性而不会通过孔201、202，停止于孔201、202内部、图示下侧。如上所述，实现透射一次带电粒子束以及二次带电粒子、且遮蔽异物的过滤器200。

[0050] 如上所述，在孔201、202部，也能够利用液体的表面张力、粘性来困阻试料，以下对更加有效果的结构进行说明。

[0051] 使用图3，对过滤器200的结构进行说明。图3是从带电粒子光学镜筒2侧观察过滤器200的图。过滤器通过或者透射一次带电粒子束以及二次带电粒子，并且遮蔽试料等特定的异物。在图1、图2中使用了具有两个孔201、202的部件，但由于反射电子束或者二次电子束的通过路径无数，所以在过滤器中被遮蔽的电子存在多个，从而S/N比降低。通过具备两个以上多个使反射电子或者二次电子通过的孔202能够改善S/N比(图3(a))。由于增加孔的个数，所以试料到达孔开口部的可能性变高，但如上所述通过以孔径等的调整来使开口面积最优，能够防止试料的侵入。

[0052] 孔201、202的形状以及尺寸也可以分别不同。并且，图示中以圆孔进行了说明，但孔形状不限定于圆形，也可以说是其它形状。为了遮蔽异物，孔开口面积尽量小较好。另一方面，当孔开口面积小时，一次带电粒子束以及二次带电粒子被遮蔽而有S/N比变差的担忧。由于一次带电粒子束71在过滤器200上通过的范围限定为装置固有的值，所以通过使通过一次带电粒子束的孔201的形状、尺寸为与上述范围的矩形等形状相符的孔，能够不遮蔽一次带电粒子束71而保持良好的S/N比，并且也能够最大限度地遮蔽异物。

[0053] 并且，作为过滤器200，能够使用网状物(图3(b))。与使用具有孔的板的情况相同，带电粒子束通过网状物的开口部，液体被网状物困阻。在使用具有孔的板的情况下，即使欲无数地增加孔的个数，也会因机械加工等的制约而受到孔尺寸、孔间隔等的限制。通过使用网状物能够容易地增加孔数。也可以仅在过滤器的一部分具有网状物构造。

[0054] 也可以在过滤器200的网状物中央附近设置通过一次带电粒子束的孔201(图3(c))。由此，能够在网状物不遮挡视场的情况下观察试料。

[0055] 也能够对过滤器200表面实施表面处理。表面处理方法与作为遮蔽对象的试料相符地选择即可。例如在含有水的试料情况下，通过对过滤器200实施亲水性的处理，能够有效地困阻试料。上述是一个例子，在含有水的试料的情况下，通过使过滤器200具有疏水性，也能够期待排斥水的效果。即，通过与试料的物性(粘度、表面张力等)相符地分开使用亲水性、疏水性的表面处理，能够提高困阻的效果。此处所说的表面处理当然是指通过镀层、涂装、化学合成处理等在表面形成其它物质的被膜，也包括调整表面粗糙度等机械式性质。

[0056] 并且，从通过电子束的要求看，存在过滤器200的带电对一次或者二次电子束产生影响的可能性，从而优选过滤器200具有导电性。对于非导电性材料的过滤器200，也能够通过金属、碳的蒸镀等来改进导电性。

[0057] 图4中表示使用过滤器保持部件205的结构图。过滤器200在附着试料后需要进行清洗或者更换，通过以能够容易地取下的方式进行安装，由此维护时的便利性变得良好。在本结构中，过滤器200经由过滤器保持部件205并通过未图示的双面胶带、尼龙搭扣、铆钉等以能够自由取下的方式固定在隔膜保持部件155上。在维护时连同安装有隔膜10和过滤器200的隔膜保持部件155取下，在装置外部从隔膜保持部件155取下过滤器200进行清洗或更换。当在过滤器200附着试料而需要维护的情况下，即是隔膜10也损伤。在本结构中，能够同时一次取下需要维护的隔膜10和过滤器200，从而能够便利性良好地实施维护。当然，过滤器200和过滤器保持部件205也可以形成为一体，在能够便利性良好地处理过滤器200的情况下，也可以不使用过滤器保持部件205而将过滤器200直接固定于隔膜保持部件155。

[0058] 隔膜10的面积如上所述地非常小，并且过滤器200的开口也为了有效地困阻试料而较小，从而若隔膜10和过滤器200的开口位置错开，则存在变得无法通过一次带电粒子束的情况。因此，在将过滤器200安装于薄膜保持部件155时，需要使过滤器200的开口位置与隔膜10的视场范围一致。在本结构中，在隔膜保持部件155具有定位部155a，以便以规定的位置规定过滤部件与隔膜保持部件之间的位置关系。定位部155a例如是具有L字状的构造的找位肋等。通过向定位部155a推压或嵌入安装有过滤器200的过滤器保持部件205，能够使隔膜10与过滤器200的位置一致。当然，过滤器200和过滤器保持部件205也可以形成为一体，在期望充分的位置精度的情况下，也可以不使用过滤器保持部件205而将过滤器200直接固定于隔膜保持部件155。

[0059] 图5中表示过滤器200的详细结构。图5(a)是从带电粒子光学镜筒2侧观察过滤器200的图，图5(b)～图5(d)是图5(a)的A－A向视图。此处，作为一个例子使用如下结构进行说明：作为过滤器，而使用在中央具有孔201的网状物(图5(a))。在本结构中，在过滤器保持部件205的中央部设置梁205a，在作为过滤器保持部件205的中心的位置设置孔205b。以使该孔205b与过滤器中央的孔201的中心一致的方式，使用未图示的粘合剂、双面胶带、铆钉类等将过滤器200机械式地固定于过滤器保持部件205。

[0060] 在过滤器更换时、保管时等，过滤器200的网状物等容易因外力变形，而有产生孔201位置偏离等的担忧。通过如本结构那样使用梁205a来支撑过滤器200，能够防止过滤器
200的变形。

[0061] 由于在过滤器200中心具有孔201，所以不妨碍一次带电粒子束的通过，但存在试料从该孔201侵入的可能性。在本结构中，由于在孔201部周围具有过滤器保持部件205的梁205a部分，所以利用梁205a部分的孔205b内表面的摩擦等流体力学的阻力能够防止试料的侵入(图5(b))。从孔的入口至出口的距离L越长则流体力学的阻力越大，防止试料的侵入的效果越大。这尤其在粘度高的试料例如凝胶等的情况下有效。

[0062] 因梁205a部分，二次电子束或者反射电子束被遮挡，从而S/N比降低。通过使梁205a部分的厚度T局部变薄，也能够改善S/N比。图5(c)中表示了过滤器保持部件205的梁
205a中的夹持孔205b的中央部比其它部分薄的例子。如图5(c)所示，通过使中心附近的梁为薄壁能够改善S/N比。并且，图5(d)中，表示了梁205a中夹持孔205b的中央部与过滤器保持部件205的外周部之间相比中央部和外周部为薄壁的例子。如图5(d)所示，通过仅使中心的孔205b周边为厚壁，使其周围为薄壁，能够保持上述的距离L地抑制试料从孔201侵入，并且能够改善S/N比。

[0063] 以上说明了利用过滤器保持部件205和隔膜保持部件155的嵌合等来进行过滤器200和隔膜10的找位，但为此需要过滤器200与过滤器保持部件205的轴合而为一。在本结构中，通过使过滤器保持部件205中心的孔205b与过滤器200的中心一致，而能够容易地使轴一致。此处，作为一个例子，对于过滤器200使用网状物的结构进行了说明，但当然也能够适用于其它种类的过滤器。

[0064] 作为过滤器200，具有孔的板、网状物等是适宜的，对其它种类的过滤器进行说明。图6中表示使用通过或者透射带电粒子束、尤其二次带电粒子的薄膜210的结构。图示中，薄膜210固定于隔膜保持部件155，但也可以与上述过滤器200相同，薄膜经由过滤器保持部件(未图示)固定于隔膜保持部件155。在薄膜210中央，具有通过或者透射一次带电粒子束的孔201。过滤器通过使用透射带电粒子束的薄膜210，相比具有孔的板、网状物，能够抑制S/N比的降低。

[0065] 与隔膜10相同，在基台210a上成膜或者蒸镀薄膜210(图6(a))。薄膜210是碳材料、有机材料、金属材料、氮化硅、碳化硅、氧化硅等。基台210a例如是硅、金属部件之类的部件。也可以是配置有多个薄膜210部的多窗。能够使一次带电粒子束透射或者通过的薄膜的厚度为几nm～几μm程度，因试料的附着而有薄膜210a破损的可能性。为了强化薄膜210，也可以在薄膜表面具备栅状的加强件210b(图6(b))。加强件210b也可以在与薄膜210相同的工序中成形，也可以通过粘合等在薄膜210机械式地连接加强件210b。由此，能够成为强度更高的薄膜210。

[0066] 另外，通过以包围孔201周围的方式配置加强件210b，能够利用上述流体力学的阻力来有效地防止试料的侵入。

[0067] 至此对各种过滤器进行了说明，但也可以将它们多个组合来使用。图7中表示使用了薄膜的过滤器250(以下为薄膜过滤器)和使用了网状物的过滤器251(以下为网状过滤器)的组合例。在薄膜保持部件155上经由过滤器保持部件250a固定薄膜过滤器250，另外经由过滤器保持部件251a固定网状过滤器251。即，薄膜过滤器250和网状过滤器251排列地配置。在试料从隔膜破损部侵入了的情况下，首先被薄膜过滤器250困阻。当因试料继续的侵入等而薄膜过滤器250损伤后，利用网状过滤器251对试料进行困阻。综上，通过组合多个过滤器，能够更加稳定地防止试料的侵入。以薄膜过滤器250和网状过滤器251为例进行了说明，但也可以组合其它的过滤器，当然也能够组合多个同种的过滤器。并且，不限定于两层，也可以配置三层以上过滤器。综上，能够稳定地防止试料的侵入。

[0068] 图8中表示具备通气孔的装置的结构图。在隔膜10破损时，因带电粒子光学镜筒2侧与试料6侧之间差压而大气流入，这与上述相同。流入了的大气通过孔201、202部而向带电粒子光学镜筒2流入。此时，在孔201、202部困阻的试料被流入的大气吹飞，而有向带电粒子光学镜筒2内侵入的担忧。在本结构中，也可以在远离光轴53的部位设置通气孔203。通气孔203以使被隔膜10和过滤器200所夹的空间与箱体7的内部连通的方式设于过滤器本身以外的场所。例如，设于隔膜保持部件155。在隔膜破损了的情况下因差压而从隔膜侧向带电粒子光学镜筒侧流入的气体的至少一部分通过该通气孔203向箱体内放出。放出后的气体因真空泵而立即排出。通过使通气孔203的开口面积相对于孔201、202充分大，来减少上述差压，从而能够防止在孔201、202部中困阻的试料向带电粒子光学镜筒2侵入。也可以在通气孔203附近，具有通过空气且遮蔽液体的遮蔽部件204。此时，利用部件204能够对从通气孔203侵入的液体进行困阻。

[0069] 作为遮蔽部件204，通过空气且遮蔽液体的材料是适宜的，例如可以举出海绵、多孔材料、布或纸的吸水材料等。

[0070] 使用图9对过滤器200的配置进行说明。至此，对于在薄膜保持部件155上固定过滤器200的结构进行了说明，但在功能方面，过滤器200配置于薄膜10与检测器3之间即可，也可以是固定于箱体7上的结构(图9(a))、固定于带电粒子光学镜筒2或者检测器3的结构(图9(b))、经由支承部件252固定于箱体7的结构(图9(c))。

[0071] 在经由支承部件252固定于箱体7的情况下，也可以利用真空密封部件253保持真空，并且连同支承部件252而将过滤器200固定为能够从箱体7外部进行拆装。也可以在支承部件252设置把手252a。在该情况下，能够从箱体7外部的侧面等容易地进行过滤器200的拆装作业，从而能够提高维护性。

[0072] 实施例2

[0073] 以下，对于能够在大气下简单地对一般的带电粒子束装置进行试料观察的装置结构，进行说明。图10中表示本实施例的带电粒子显微镜的整体结构图。与实施例1相同，本实施例的带电粒子显微镜也由带电粒子光学镜筒2、相对于装置设置面支承该带电粒子光学镜筒的箱体(真空室)7、试料载置台5等构成。上述各要素的动作、功能或者附加于各要素的附加要素与实施例1基本相同，从而省略详细的说明。

[0074] 在本结构中，具备以插入于箱体7(以下为第一箱体)的方式使用的第二箱体(配件)121。第二箱体121由长方体形状的主体部131和配合部132构成。如后文所述，主体部131的长方体形状的侧面中的至少一个侧面成为开放面15。主体部131的长方体形状的侧面中设置有隔膜保持部件155的面以外的面也可以由第二箱体121的壁构成，在第二箱体121本身没有壁且设置于第一箱体7的状态下也可以由第一箱体7的侧壁构成。第二箱体121的位置固定于第一箱体7的侧面或者内壁面或者带电粒子光学镜筒。主体部131具有对作为观察对象的试料6进行储存的功能，通过上述的开口部而插入第一箱体7内部。配合部132构成与第一箱体7的设有开口部的侧面侧的外壁面配合的配合面，经由真空密封部件126固定于上述侧面侧的外壁面。由此，第二箱体121整体嵌合于第一箱体7。上述的开口部最简单是利用带电粒子显微镜的真空试料室原本所具备的试料的搬入、搬出用的开口来制造。也就是说，若与原本开设的孔的大小相符地制造第二箱体121，并在孔的周围安装真空密封部件126，则装置的改造为所需要的最小限度即可。并且，第二箱体121也能够从第一箱体7取下。

[0075] 第二箱体121的侧面是以至少能够取出放入试料的大小的面来与大气空间连通的开放面15，储存于第二箱体121的内部(比附图的虚线靠右侧；以下为第二空间)的试料6在观察过程中处于大气压状态。此外，由于图12是与光轴平行的方向的装置剖视图，所以开放面15仅图示了一面，但若利用图12的纸面深度方向以及近前方向的第一箱体的侧面进行真空密封，则第二箱体121的开放面15不限定于一面。在第二箱体121设置于第一箱体7的状态下开放面至少为一面以上即可。另一方面，在第一箱体7连接有真空泵4，能够对由第一箱体7的内壁面、第二箱体的外壁面以及隔膜10构成的封闭空间(以下为第一空间)进行真空排气。通过以将第二空间的压力保持为比第一空间的压力大的方式配置隔膜，由此在本实施例中，能够对第二空间进行压力方面的隔离。即，利用隔膜10将第一空间11维持为高真空，另一方面，第二空间12维持为大气压或者与大气压大致同等的压力的气体环境，从而在装置的动作过程中，能够将带电粒子光学镜筒2、检测器3维持为真空状，并且能够将试料6维持为大气压。并且，由于第二箱体121具有开放面，所以在观察过程中，能够自由更换试料6。

[0076] 在第二箱体121的上表面侧，且在第二箱体121整体嵌合于第一箱体7的情况下成为上述带电粒子光学镜筒2的正下方的位置具备隔膜10。该隔膜10能够使从带电粒子光学镜筒2的下端放出的一次带电粒子束透射或者通过，一次带电粒子束通过隔膜10而最终到达试料6。

[0077] 在第二箱体121的内部配置有试料载置台5等，能够使试料6自由移动。

[0078] 在本装置中，也与实施例1相同地具有保护带电粒子光学镜筒内部以免受到污染的过滤器200。与实施例1相同，在薄膜10与检测器3之间具有过滤器200。在本结构中，对于过滤器200的设置位置而言，也与实施例1相同，在维护性方面，优选在隔膜保持部件155上，但也能够配置于第二箱体121或者箱体7、检测器3、带电粒子光学镜筒2。关于过滤器的结构与实施例1相同，从而省略详细的说明。

[0079] 实施例3

[0080] 图11中表示本实施例的带电粒子显微镜的整体结构图。与实施例1、2相同，本实施例的带电粒子显微镜也由带电粒子光学镜筒2、相对于装置设置面而支承该带电粒子光学镜筒的第一箱体(真空室)7、以插入于第一箱体7的方式使用的第二箱体(配件)121、以及控制系统等构成。上述各要素的动作、功能或者附加于各要素的附加要素与实施例1或2基本相同，从而省略详细的说明。

[0081] 在本实施例的带电粒子显微镜的情况下，利用盖部件122能够对形成第二箱体121的至少一侧面的开放面进行覆盖，能够实现各种功能。以下对其进行说明。

[0082] ＜关于试料载置台＞

[0083] 本实施例的带电粒子显微镜中，在盖部件122具备作为通过变更试料位置来使观察视场移动的机构的试料载置台5。在试料载置台5，具备朝向面内方向的XY驱动机构以及朝向高度方向的Z轴驱动机构。在盖部件122安装有作为支承试料载置台5的底板的支承板107，试料载置台5固定于支承板107。支承板107以朝向盖部件122的对置于第二箱体121的对置面而朝向第二箱体121的内部延伸的方式安装。从Z轴驱动机构以及XY驱动机构分别延伸出支轴，与各个盖部件122所具有的操作旋钮108以及操作旋钮109连接。装置使用者通过操作这些操作旋钮108以及109，来对试料6在第二箱体121内的位置进行调整。

[0084] ＜关于试料附近环境＞

[0085] 在本实施例的带电粒子显微镜中，具备向第二箱体内供给置换气体的功能、或者能够形成与第一空间11、装置外部的外部空气不同的气压状态的功能。从带电粒子光学镜筒2的下端放出后的带电粒子束在维持为高真空的第一空间通过，并通过隔膜10，向试料6照射带电粒子束。在大气空间内，电子束因气体分子而散射，从而平均自由行程变短。也就是说，若隔膜10与试料6之间的距离较大，则一次带电粒子束或者因带电粒子束照射而产生的二次电子、反射电子或透射电子等不能到达试料以及检测器3。另一方面，带电粒子束的散射概率与气体分子的质量数、密度成比例。因此，若利用质量数比大气轻的气体分子置换第二空间、或者稍微进行抽真空，则电子束的散射概率降低，从而带电粒子束能够到达试料。并且，也可以不对第二空间的整体进行这些操作，至少对第二空间中的带电粒子束的通过路径、即隔膜10与试料6之间的空间的大气进行气体置换或者抽真空即可。

[0086] 根据以上的理由，在本实施例的带电粒子显微镜中，在盖部件122设有气体供给管100的安装部(气体导入部)。气体供给管100通过连结部102与储气瓶103连结，由此向第二空间12内导入置换气体。在气体供给管100的中途配置有气体控制用阀101，能够对在管内流动的置换气体的流量进行控制。因此，从气体控制用阀101向下位控制部37延伸出信号线，装置使用者在显示于计算机35的监视器上的操作画面中能够控制置换气体的流量。并且，气体控制用阀101也可以通过手动来操作而开闭。

[0087] 作为置换气体的种类，若是氮气、水蒸气等比大气轻的气体则能够预见图像S/N的改善效果，但若是质量更轻的氦气、氢气，则图像S/N的改善效果较大。

[0088] 由于置换气体是轻元素气体，所以容易滞留于第二空间12的上部，而下侧难以进行置换。因此，在盖部件122且在比气体供给管100的安装位置靠下侧设置连通第二空间的内外的开口。例如图11中，在压力调整阀104的安装位置设置开口。由此，被从气体导入部导入了的轻元素气体按压而大气气体从下侧的开口排出，从而能够有效地以气体对第二箱体121内进行置换。此外，该开口也可以兼作后述的粗排气端口。

[0089] 也可以设置压力调整阀104来代替上述的开口。该压力调整阀104具有如下功能：若第二箱体121的内部压力成为1大气压以上则自动地开阀。通过具备有这样的功能的压力调整阀，而在轻元素气体的导入时，若内部压力成为1大气压以上，则自动地打开而向装置外部排出氮气、氧气等大气气体成分，从而能够使装置内部充满轻元素气体。此外，若还有在带电粒子显微镜具备图示的储气瓶或者真空泵103的情况，则也有装置使用者在事后进行安装的情况。

[0090] 并且，即使是氦气、氢气之类的轻元素气体，也存在电子束散射较大的情况。在该情况下，使储气瓶103为真空泵即可。而且，通过稍微进行抽真空，能够使第二箱体内部为极低真空状态(即极近大气压的压力的环境)。也就是说，能够使隔膜10与试料6之间的空间为真空。例如，在第二箱体121或者盖部件122设置真空排气端口，稍微对第二箱体121内进行真空排气。也可以之后导入置换气体。对于该情况下的真空排气而言，使残留于第二箱体121内部的大气气体成分减少至一定量以下即可，从而不需要进行高真空排气，粗排气足够。

[0091] 这样，在本实施例中，能够将载置有试料的空间控制为大气压(约105Pa)至约103Pa的任意的真空度。在现有的所谓的低真空扫描电子显微镜中，由于电子束柱与试料室连通，所以若降低试料室的真空度使之成为接近大气压的压力，则电子束柱中的压力也联动地发生变化，从而难以将试料室控制为大气压(约105Pa)～103Pa的压力。根据本实施例，由于利用薄膜隔离第二空间和第一空间，所以能够自由地控制由第二箱体121以及盖部件122围起的第二空间12内的环境的压力以及气体种类。因此，能够将试料室控制为至今难以控制的大气压(约105Pa)～103Pa的压力。另外，不仅能够进行大气压(约105Pa)下的观察，还能够连续地变化为其附近的压力来观察试料的状态。

[0092] 并且，虽未图示，气瓶103部也可以是复合地连结有储气瓶和真空泵的复合气体控制单元等。

[0093] 本实施例的结构与至上述为止说明的结构相比，具有第二箱体内部的第二空间12被封闭这一特征。因此，可提供能够向隔膜10与试料6之间导入气体、或者能够进行真空排气的带电粒子束装置。

[0094] ＜其它方式＞

[0095] 如上所述，在本实施例中，试料载置台5以及其操作旋钮108、109、气体供给管100、压力调整阀104全部集中地安装于盖部件122。因此，装置使用者能够相对于第一箱体的相同的面进行上述操作旋钮108、109的操作、试料的更换作业、或者气体供给管100、压力调整阀104的操作。由此，相比上述构成物分散地安装于试料室的其它的面的结构的带电粒子显微镜，操作性非常高。

[0096] 除以上说明的结构之外，也可以设置对第二箱体121与盖部件122之间的接触状态进行检测的接触监视器，来对第二空间是封闭或者打开进行监视。

[0097] 并且，也可以除二次电子检测器、反射电子检测器之外，还设置X射线检测器、光检测器，而能够进行EDS分析、荧光线的检测。作为X射线检测器、光检测器的配置，也可以配置于第一空间11或者第二空间12中任一个。

[0098] 在本实施例的装置中，也与实施例1、2相同地具有保护带电粒子光学镜筒内部以免受到污染的过滤器200。与实施例1、2相同，在薄膜10与检测器3之间具有过滤器200。在本结构中，过滤器200的设置位置也与实施例1、2相同，在维护性方面，优选为隔膜保持部件155，但也能够配置于第二箱体121或者箱体7、检测器3、带电粒子光学镜筒2。关于过滤器的结构与实施例1、2相同，从而省略详细的说明。

[0099] 以上，根据本实施例，除实施例1、2的效果之外，还能够从大气压导入置换气体。并且，能够进行与第一空间不同的压力的环境下的试料观察。并且，通过取下隔膜而使第一空间与第二空间连通，实现除能够进行大气或者规定的气体环境下的观察之外、还能够进行与第一空间相同的真空状态下的试料观察的SEM。

[0100] 实施例4

[0101] 在本实施例中，对作为实施例1的变形例的带电粒子光学镜筒2相对于隔膜10位于下侧的结构进行说明。图12(a)中表示本实施例的带电粒子显微镜的结构图。省略真空泵、控制系统等进行图示。另外，作为真空室的箱体7、带电粒子光学镜筒2通过柱、支撑件等支承于装置设置面。各要素的动作、功能或者附加于各要素的附加要素与上述的实施例基本相同，从而省略详细的说明。

[0102] 具备配置于大气环境下的试料载置台5。试料6固定于试料台52或者向试料台52滴下，试料台52固定于试料载置台5。在试料载置台5具备Z轴驱动机构，该Z轴驱动机构具有能够至少使试料6向隔膜10接近的高度调整功能。当然，也可以具备在试料面内方向上移动的XY驱动机构。通过操作旋钮108等能够使各轴驱动机构任意地动作。

[0103] 本装置中，在薄膜保持部件155正下方、即薄膜10与检测器3之间具有过滤器200。关于过滤器的结构与实施例1～3相同，从而省略详细的说明。

[0104] 图12(b)中表示试料保持使用隔膜10a的结构例。试料6保持在隔膜10a上，隔膜10a经由基台9部分固定于试料台52。根据本结构，能够一边防止试料6的落下一边进行观察。

[0105] 如图12(c)所示的结构例那样，试料6也可以配置在隔膜10上。在本结构中，由于试料6预先与隔膜10接触，所以不需要使试料6向隔膜10接近的操作，从而操作性变得良好。

[0106] 此外，本发明不限定于上述的实施例，包括各种变形例。例如，为了容易理解地说明本发明，对上述的实施例详细地进行了说明，不限定于必需具备说明的全部的结构。并且，能够将某实施例的结构的一部分置换为其它实施例的结构，并且，也能够在某实施例的结构中加入其它实施例的结构。并且，对于各实施例的结构的一部分而言，能够进行其它结构的追加、削除、置换。并且，也可以通过例如在集成电路中设计等来以硬件实现上述的各结构、功能、处理部、处理手段等的一部分或者全部。并且，也可以构成为，处理器解析、执行实现各个功能的程序，来以软件实现上述的各结构、功能等。

[0107] 实现各功能的程序、工作表、文件等的信息能够存储于存储器、硬盘、SSD(Solid State Drive)等记录装置、或者IC卡、SD卡、光盘等记录介质。

[0108] 并且，控制线、信息线表示认为说明上需要，不限定于必需表示产品上全部的控制线、信息线。实际上，也可以认为大致全部的结构相互连接。

[0109] 符号的说明

[0110] 1—光学透镜，2—带电粒子光学镜筒，3—检测器，4—真空泵，5—试料载置台，6—试料，7—箱体，8—带电粒子源，9—基台，10—隔膜，11—第一空间，12—第二空间，14—泄漏阀，15—开放面，16—真空配管，17—载置台支承台，19—盖部件用支承部件，20—底板，35—计算机，36—上位控制部，37—下位控制部，43、44—通信线，52—试料台，53—带电粒子束的光轴，100—气体供给管，101—气体控制用阀，102—连结部，103—储气瓶或者真空泵，104—压力调整阀，107—支承板，108、109—操作旋钮，121—第二箱体，122—盖部件，
123、124、125、126—真空密封部件，131—主体部，132—配合部，154—信号增幅器，155—隔膜保持部件，155a—定位部，200—过滤器，201、202—孔，203—通气孔，204—部件，205—过滤器保持部件，205a—梁，205b—孔，210—薄膜，210a—基台，210b—加强件，250—薄膜过滤器，250a—过滤器保持部件，251—网状过滤器，251a—过滤器保持部件，252—支承部件，
252a—把手。