DE112011105007B4

DE112011105007B4 - Probenhalter für ein Elektronenmikroskop und Probenuntersuchungsverfahren

Info

Publication number: DE112011105007B4
Application number: DE112011105007.0T
Authority: DE
Inventors: Kotaro Hosoya; Masaomi Ohno; Haruhiko Hatano
Original assignee: Hitachi High Tech Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2011-03-04
Filing date: 2011-11-02
Publication date: 2021-01-21
Anticipated expiration: 2031-11-03
Also published as: WO2012120728A1; CN103348439A; CN103348439B; WO2012120726A1; DE112011105007T5; US9159530B2; JP5584819B2; JPWO2012120726A1; KR20130126684A; US20140014835A1

Abstract

Probenhalter (17) für ein Elektronenmikroskop (1) zum Bestrahlen einer Probe (19), die sich in einer Vakuumprobenkammer (5) befindet, mit einem Elektronenstrahl und zum Aufnehmen eines Bildes der Probe, wobei der Probenhalter (17) aufweist:
eine Aufnahme (30), in der eine Substanz für eine Gasquelle (18) aufgenommen ist;
einen Probentisch (45), auf dem die Probe (19) angebracht ist; und
einen Mechanismus zum Zuführen von Gas, das in der Aufnahme (30) aus der Substanz gebildet wird, zu der auf dem Probentisch (17) befindlichen Probe (19)
dadurch gekennzeichnet, dass
der Probenhalter (17) ein erstes Abdeckelement (40) zum Abdecken der Aufnahme (30) aufweist, wobei an einer oberen Seite des ersten Abdeckelements (40) ein Vertiefungsbereich vorhanden ist, in dem der Probentisch (45) angeordnet ist und der einen Boden aufweist, durch den sich ein Durchgangsloch (41) erstreckt, das einen Durchmesser aufweist, der kleiner als der Innendurchmesser des Vertiefungsbereichs ist.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung mit einem geladenen Teilchenstrahl und insbesondere auf eine lokalisierte Vakuumtechnologie für das Elektronenmikroskop, um in der Nähe der Probe, auf die ein aus einer Elektronenkanone emittierter Elektronenstrahl gerichtet und fokussiert wird, Niedrigvakuumbedingungen aufrecht zu erhalten.
BESCHREIBUNG DES STANDES DER TECHNIK
Die Vorrichtung mit einem geladenen Teilchenstrahl richtet geladene Partikel als Sondenpartikel auf eine Probe, erfasst die von der Probe erzeugten Sekundärpartikel oder die geladenen Partikel, die die Probe durchquert haben, und gewinnt Informationen über eine mit Sonden bestrahlte Position auf der Probe. Es gibt verschiedene Arten von Vorrichtungen mit einem geladenen Teilchenstrahl wie Rasterelektronenmikroskope (Scanning Electron Microscope, SEM), bei denen als Sondenpartikel Elektronen verwendet werden, Rasterionenmikroskope (SIM), bei denen als Sondenpartikel Ionen verwendet werden, Focused-Ion-Beam-Mikroskope (FIB) und Vorrichtungen, bei denen mehrere der oben genannten Vorrichtungen kombiniert sind.
Bei der oben beschriebenen Vorrichtung mit einem geladenen Teilchenstrahl wird eine Probe in eine Probenkammer eingebracht, in der eine so hohe Hochvakuumatmosphäre herrscht, dass der Druck niedriger als 10^-2 Pa ist. Die Hochvakuumatmosphäre in der Probenkammer wird durch Absaugen der Probenkammer zum Entfernen von Gas, das die Sondenpartikel blockieren könnte, geschaffen.
Wenn eine Probe, die nicht leitfähig ist, mit der Vorrichtung mit einem geladenen Teilchenstrahl, wie sie oben beschrieben wurde, untersucht wird, lädt sich die Probe durch den eingestrahlten Partikelstrahl auf. Wenn sich die Probe auflädt, wird ein erster geladener Teilchenstrahl gekrümmt, was zu einer Verschiebung des bestrahlten Bereichs und zu einem durch die Aufladung bewirkten anormalen Kontrast führt. Somit erhält man keine korrekte Information über die Oberfläche der Probe.
Es gibt eine Einrichtung, um die Probenkammer in einer relativ niedrigen Vakuumatmosphäre von mehreren Pa bis mehreren Tausend Pa zu halten und die aufgeladene Probe mit Ionen zu neutralisieren, die von Gasmolekülen stammen, die mit dem Strahl geladener Teilchen und den Sekundärelektronen kollidieren. JP2002134057A offenbart ein Rasterelektronenmikroskop, bei dem einem Probenraum Gas zugeführt wird, um eine elektrostatische Aufladung einer nicht leitfähigen Probe während der Untersuchung zu verhindern.
Auch die Elektronenstrahlvorrichtung mit Atmosphärensteuerung, die diese Einrichtung aufweist, erfordert jedoch, dass das Innere der Elektronenkanone in einer Hochvakuumatmosphäre (etwa 10^-8 Pa) gehalten wird, auch wenn in der Probenkammer ein Niedrigvakuum vorliegt, und muss daher mit einem Vakuumsystem ausgestattet sein, das ein differentielles Pumpsystem aufweist. Da bei der Elektronenstrahlvorrichtung mit Atmosphärensteuerung die gesamte Probenkammer homogen bei Niedrigvakuum gehalten wird, legt der Strahl geladener Teilchen zum Durchqueren der Niedrigvakuumzone eine relativ lange Distanz zurück. Infolgedessen kollidieren fokussierte Sondenpartikel beim Durchqueren der Objektivlinse mit vielen Gasmolekülen und werden gestreut, wodurch sich eine schlechtere Auflösung und eine Verschlechterung der räumliche Auflösung bei einer Röntgenstrahlanalyse ergibt.
In JP2005-268224A (US-Patent US 6 979 822 B1 wird ein anderes Verfahren vorgeschlagen, um eine Kollision der Sondenpartikel mit einer großen Zahl von Gasmolekülen zu verhindern. Bei diesem Verfahren wird eine Düse bereitgestellt, durch die Gas aus einer externen Gasquelle geblasen wird, wobei das aus der Düse austretende Gas in eine Zone unmittelbar über der Probe strömt, um die Zone bei einem relativ niedrigen Vakuum zu halten.
Auch bei einer Elektronenstrahlvorrichtung mit Atmosphärensteuerung, die mit einem mehrfach differentiellen Vakuumpumpsystem ausgestattet ist, ist es zur Verbesserung der Auflösung wichtig, zu verhindern, dass die Sondenpartikel gestreut werden. Insbesondere wenn eine wasserhaltige Probe direkt betrachtet wird, ist es erforderlich, den Druck in der Probekammer bei etwa 2000 Pa zu halten, was in etwa dem Sättigungsdampfdruck entspricht. Da die Sondenpartikel gestreut werden, ist es schwierig, eine Abbildung mit einer hohen Auflösung zu erhalten. Es gibt eine weitere Methode, um die Streuung zu verhindern. Bei diesem Verfahren wird bei der oben beschriebenen Elektronenstrahlvorrichtung mit Atmosphärensteuerung eine Kühlstufe angebracht, wobei eine Probe mit der Kühlstufe auf eine Temperatur von etwa 0 °C heruntergekühlt wird, um den Sättigungsdampfdruck zu erniedrigen, und dann untersucht wird.
Aus US 2009/0242763 A1 ist eine Vorrichtung zum Untersuchung einer Probe mittels eines geladenen Teilchenstrahls bekannt, bei der in einer Vakuumkammer ein Probenträger in Form einer Zelle angebracht ist. Die Probe sowie eine Gasquelle befinden sich am Boden der Zelle; über eine Öffnung an ihrer Oberseite dringt der Teilchenstrahl in die Zelle ein und tritt das Gas aus ihr aus.
US 5 097 134 A offenbart einen Rasterelektronenmikroskop mit einem Probenhalter, der unterhalb der Probe einen Behälter für eine Salzlösung sowie sich vom Behälter zur Probe erstreckende Kapillaren zum Feuchthalten der Probe aufweist.
KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
TECHNISCHE PROBLEMSTELLUNG
Wenn sich eine Probe auflädt, während eine Oberfläche der Probe mit einer Vorrichtung mit einem geladenen Teilchenstrahl wie beispielsweise einem REM untersucht wird, kann das resultierende Probenbild einen anormal hohen Kontrast aufweisen und ein als Sonde verwendeter Strahl geladener Teilchen kann sich verschieben. Es gibt ein Verfahren, um dieses anormale Verhalten zu unterbinden, bei dem Gas ausschließlich in Richtung einer Stelle auf der Probe geblasen wird, auf die der Strahl von sondierenden geladenen Teilchen auftrifft.
Um das Aufladen einer zu betrachtenden Probe zu verhindern, wird die nähere Umgebung der Probe vorzugsweise auf einem möglichst geringen Vakuumniveau gehalten, wobei der Abstand zwischen der Probe und einem Ende einer Düse, durch die Gas eingeblasen wird, verkürzt werden muss. Bei Verkürzung des Abstands besteht die Gefahr, dass die Probe versehentlich mit der Düse kollidiert, wenn die Probe in jede Richtung verschoben werden kann. Wenn die Probe in Z-Richtung bewegt wird, muss zudem die Lage der Düse beim Bewegen der Probe verändert werden.
Ganz gleich, welches Verfahren aus der Palette zwischen einem Verfahren, bei dem die gesamte Probenkammer auf Niedrigvakuum gehalten wird, und einem Verfahren, bei dem Gas in die Nähe der Probe geblasen wird, angewandt wird, ist es erforderlich, die Vorrichtung mit einem geladenen Teilchenstrahl abzuändern oder ein mittelgroßes System einschließlich eines Mechanismus zum Zuführen von Gas aus einer externen Gasquelle in das Innere der Probenkammer, eines Mechanismus zum Einstellen der Gasflussrate und eines Mechanismus zum Verfahren der Düse hinzuzufügen.
Wenn die Probe, so wie sie ist, untersucht wird, kann verhindert werden, dass eine wasserhaltige Probe austrocknet, indem eine Elektronenstrahlvorrichtung mit Atmosphärensteuerung und eine Kühlstufe verwendet werden. Da es jedoch erforderlich ist, den Druck in der Probenkammer auf mehreren Hundert Pa zu halten, wenn die Probe gekühlt wird, kann nicht verhindert werden, dass die Sondenpartikel gestreut werden, und es ist nicht möglich, eine Untersuchung ohne Beeinflussung durch Streuung durchzuführen. Wenn die Probe mit einem Peltier-Element oder Kühlwasser gekühlt wird, wird der Vorrichtung mit einem geladenen Teilchenstrahl zudem ein mittelgroßes System hinzugefügt, wodurch die Bedienung der Vorrichtung mit einem geladenen Teilchenstrahl möglicherweise kompliziert wird.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung mit einem geladenen Teilchenstrahl, einen Probenhalter und ein Probenuntersuchungsverfahren anzugeben, bei denen es einfacher ist, die nähere Umgebung einer Probe beim Kühlen der Probe bei einem niedrigeren Vakuum zu halten als bei den gegenwärtigen Vorrichtungen mit einem geladenen Teilchenstrahl, Probenhaltern und Probenuntersuchungsverfahren.
LÖSUNG DER PROBLEMSTELLUNG
Die Aufgabe wird gelöst durch einen Probenhalter, ein Elektronenmikroskop und ein Verfahren jeweils gemäß den unabhängigen Ansprüchen. Unteransprüche sind auf bevorzugte Weiterentwicklungen gerichtet.
WIRKUNG DER ERFINDUNG
Es ist gemäß der vorliegenden Erfindung einfacher als bei den gegenwärtigen Vorrichtungen die nähere Umgebung der Probe beim Kühlen der Probe auf einem niedrigen Vakuumniveau zu halten.
Figurenliste

1 ist eine schematische Abbildung, die den Gesamtaufbau einer Vorrichtung mit einem geladenen Teilchenstrahl gemäß Beispiel 1 zeigt.
2 ist eine schematische Abbildung, die den Gesamtaufbau einer Probenkammer veranschaulicht.
3A ist eine Draufsicht auf ein Abdeckelement.
3B ist eine Querschnittsansicht des Abdeckelements.
3C ist eine vergrößerte Querschnittsansicht eines in dem Abdeckelement ausgebildeten Vertiefungsbereichs.
4 zeigt verschiedene Beispiele für Durchgänge mit unterschiedlichen Lochdurchmessern.
5 zeigt eine Abdeckung, bei der ein oberer Deckel angebracht ist.
6 zeigt ein modifiziertes Beispiel der Abdeckung.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORM
Im Folgenden werden Beispiele für Rasterelektronenmikroskope (Scanning Electron Microscope (SEM)), auf die die vorliegende Erfindung angewandt wird, als Beispiele für die Vorrichtung mit einem geladenen Teilchenstrahl im Detail erläutert.
(Beispiel 1)
1 ist eine schematische Abbildung, die den Gesamtaufbau einer Vorrichtung mit einem geladenen Teilchenstrahl gemäß dem vorliegenden Beispiel zeigt. Kurz zusammengefasst besteht ein Rasterelektronenmikroskop 1 aus einer Elektronenkanonenkammer 2, die oben an dem Rasterelektronenmikroskop 1 angebracht ist, einer Fokussierlinsenkammer 3, die unterhalb der Elektronenkanonenkammer 2 befestigt ist, einer Objektivlinsenkammer 4, die unterhalb der Fokussierlinsenkammer 3 befestigt ist, und einer Probenkammer 5 unterhalb der Objektivlinsenkammer 4. In der Elektronenkanonenkammer 2 ist eine Elektronenquelle 6 angebracht. In der Fokussierlinsenkammer 3 ist eine Fokussierlinse 7 angebracht. In der Objektivlinsenkammer 4 befindet sich eine Objektivlinse 8. Zudem befindet sich in der Objektivlinsenkammer 4 ferner auch eine Sekundärelektronendetektionseinrichtung 20 zum Erfassen von an der Probe erzeugten Sekundärelektronen.
In der Probenkammer 5 befindet sich ein Antriebsmechanismus zum Bewegen einer Probe in die Richtungen XYTZR sowie eine Probenwechselkammer 10, durch die eine Probe oder dergleichen aus einer Probenkammer 5 oder in diese hinein gebracht wird, ohne dass die Probenkammer 5 der Atmosphäre ausgesetzt wird. Der Antriebsmechanismus entspricht einer Probenfeinverstellungseinrichtung 9, die einen XY-Abschnitt, einen Neigungsabschnitt (T-Abschnitt), einen Höhenverstellabschnitt (Z-Abschnitt) und einen Rotationsabschnitt (R-Abschnitt) umfasst. Jede Kammer ist mit einem Vakuumpumpensystem (beispielsweise Ionenpumpen 11, 12, einer Turbomolekularpumpe 13 und einer Drehschieberpumpe 14) verbunden und kann auf einem Ultrahochvakuum oder einem Hochvakuum gehalten werden, d. h. einem Druck unter Atmosphärendruck.
Auf der Probenfeinverstellungseinrichtung 9 ist ein Probenhalter 17 angebracht, der mit einer Gasquelle 18 (beispielsweise Wasser) befüllt ist. Falls es sich bei der Gasquelle um Wasser handelt, verdampft die Gasquelle bei etwa 2000 Pa und wird zu Wasserdampf. Zudem enthält Wasserdampf Sauerstoff und eignet sich zum Entfernen von Kontaminierungen. Wenn der Innendruck des Probenhalters 17 auf etwa 2000 Pa sinkt, während der Druck in der mit der Turbomolekularpupe 13 evakuierten Probenkammer abnimmt, bildet sich aus dem Wasser Wasserdampf, der durch ein in dem Probenhalter 17 angeordnetes Durchgangsloch austritt. Als Alternative zu Wasser kann ein Material, auf dem ein beliebiges Gas adsorbiert ist und das leicht dampfförmiges oder sublimiertes Gas abgibt, als Gasquelle 18 verwendet werden.
Im Inneren des Probenhalters 17 befindet sich ein Durchlass, der so ausgebildet ist, dass aus dem Durchgangsloch austretendes Gas zu einer Probe 19 geführt wird und lokal eine Niedrigvakuumbedingung geschaffen wird (das bedeutet, dass in der näheren Umgebung der Probe ein Druck herrscht, der höher ist als der Innendruck der Probenkammer). Infolgedessen kann man ein Bild einer Probe erhalten, die keine starken Aufladungen aufweist. Der Druck des in der Nähe der Probe gebildeten Niedrigvakuums kann durch Änderung der Größe des Durchgangslochs zwischen mehreren Pa und mehreren Tausend Pa variiert werden.
Die Probenwechselkammer 10 und eine Probenwechselstange 22 werden für einen Mechanismus zum Ein- und Ausführen des Probenhalters 17 in die bzw. aus der Probenkammer 5 verwendet, ohne dass die Probenkammer der Atmosphäre ausgesetzt wird. Die Probenwechselkammer 10 ist mit einer Leitung verbunden, die mit der Drehschieberpumpe 14 verbunden ist. In der Leitung, die mit der Probenwechselkammer 10 verbunden ist, befindet sich ein Ventil 15. Die Probenwechselkammer 10 wird der Atmosphäre ausschließlich über das Ventil 15 ausgesetzt.
Der Probenhalter 17 ist mit einem Anschluss 33 sowie einem Grundgehäuse ausgestattet. Der Probenhalter 17 wird über den Anschluss 33 gewechselt, ohne dass die Probenkammer 5 der Atmosphäre ausgesetzt wird, indem die Probenwechselkammer 10 und die Probenwechselstange 22 verwendet werden.
Wenn der Probenhalter unter Verwendung der Probenwechselstange 22 ausgetauscht wird, wird zunächst die Höhe des Probenhalters 17 durch die Probenfeinverstellungseinrichtung 9 so eingestellt, dass sich der Anschluss 33 auf der selben Höhe befindet wie eine Bewegungsachse (entspricht der strichpunktierten Linie in 1) der Probenwechselstange 22. Zunächst wird die Probenwechselstange 22 in Richtung rechts von 1 bewegt, um in den Anschluss 33 einzugreifen. Dann wird der Probenhalter 17 mit Hilfe des XY-Abschnitts in Richtung der Probenwechselkammer 10 bewegt und schließlich mit der Probenwechselstange 22 in die Probenwechselkammer 10 gezogen. Danach wird die Probenwechselkammer 10 der Atmosphäre ausgesetzt, nachdem ein Absperrventil 21 geschlossen und das Ventil 15 geöffnet wurde. Dabei bleibt ein Ventil 16, das in einer Leitung angebracht ist, die die Turbomolekularpumpe 13 mit der Drehschieberpumpe 14 verbindet, geschlossen.
Als nächstes wird der Aufbau des Probenhalters 17 unter Bezugnahme auf 2, 3 und 4 erläutert.
Wie aus 2 hervorgeht, besteht der Probenhalter 17 im Wesentlichen aus einer Aufnahme 30 und einer Abdeckung (Abdeckungselement) 40, wobei der Aufnahmeteil von einem Teil zur Befestigung der Probe getrennt werden kann. Dieser trennbare Aufbau soll dazu dienen, dass der Probenhalter wiederholt mit der Gasquelle 18 befüllt werden kann und ein Reinigen der Aufnahme 30 im Inneren möglich ist.
Die Aufnahme 30 und die Abdeckung 40 weisen beide eine säulenförmige Form kurzer Höhe auf und besitzen jeweils Anschlussbereiche 34, 49, die aneinander angepasst sind. Eine Gewinderille 31 ist jeweils an der äußeren Umfangsseite des Anschlussbereichs 49 und der äußeren Umfangsseite des Anschlussbereichs 34 ausgebildet. Dadurch kann die Abdeckung 40 von der Aufnahme 30 abgenommen werden, indem die Abdeckung 40 gedreht wird.
Das Innere der Aufnahme 30 ist mit der Gasquelle 18 befüllt und mit einem O-Ring 32 versehen, der bei angebrachter Abdeckung 40 als Vakuumdichtelement fungiert.
In 3A bis 3C ist der Aufbau der Abdeckung 40 im Detail dargestellt. 3A ist eine Draufsicht auf die Abdeckung 40. 3B stellt eine Querschnittsansicht der Abdeckung 40 dar. 3C stellt eine vergrößerte Querschnittsansicht eines in dem Abdeckelement 40 ausgebildeten Vertiefungsbereichs dar.
Wie aus 3A bis 3C hervorgeht, ist im zentralen Bereich der Abdeckung 40 ein vertiefter Bereich ausgebildet. Der Vertiefungsbereich bildet einen Bereich, auf dem die Probe angebracht wird und der gleichzeitig eine Gaszufuhrfunktion hat, um aus der Aufnahme 30 aufsteigendes Gas zur Probe zu führen.
Es ist ein Durchgangsloch 41 vorhanden, das durch den Boden des Vertiefungsbereichs hindurch ausgebildet ist, wobei das aus der Aufnahme 30 aufsteigende Gas durch das Durchgangsloch 41 hindurchströmt. Oberhalb des Durchgangslochs 41 befindet sich ein Probentisch 45. Es sind vier Löcher 47 vorhanden, die durch den peripheren Bereich des Probenhalters 45 hindurchführen und mit dem Durchgangsloch 41 verbunden sind. Das nach dem Durchströmen des Durchgangslochs 41 nach oben gelangende Gas strömt durch die Löcher 47 nach oben.
Zwischen dem Probentisch 45 und dem Durchgangsloch 41 ist ein Flussbegrenzungselement 42 angeordnet, das eine ringförmige Gestalt aufweist und die durch das Durchgangsloch 41 zugeführte Gasmenge beschränkt. Durch das Flussbegrenzungselement 42 führt ein Loch, wobei die Größe des Loches in der Praxis einen Durchmesser vom mehreren µm bis mehreren mm aufweist. Zum Befestigen des Flussbegrenzungselements 42 ist auf dem Flussbegrenzungselement 42 ein Flussbegrenzungselementhalter 43 angeordnet. Im Zentralbereich des Flussbegrenzungselementhalters 43 ist ein Loch 46 angeordnet, das durch den Flussbegrenzungselementhalter 43 hindurchführt. Durch das Loch 46 kann Gas, das durch das Flussbegrenzungselement 42 strömt, nach oben gelangen.
Wenn eine relativ große Gasmenge strömen soll, wird die Gasflussrate ohne Verwendung des Flussbegrenzungselements 42 einfach dadurch angepasst, dass der Durchmesser des Durchgangslochs 41 verändert wird. Da der Durchmesser eines Durchgangslochs 41 jedoch nach seiner Herstellung nicht veränderlich ist, ist es erforderlich, mehrere Abdeckungen 40 mit Durchgangslöchern vorzusehen, deren Durchmesser sich voneinander unterscheiden, um unterschiedliche Gasflussraten zu erhalten. Das Flussbegrenzungselement 42 wird vorzugsweise verwendet, auch wenn es grundsätzlich nicht erforderlich ist. Wenn mehrere Flussbegrenzungselemente 42 mit unterschiedlichen Durchmessern wie in 4 dargestellt vorab hergestellt werden, kann die Gasflussrate ganz einfach dadurch variiert werden, dass das Flussbegrenzungselement 42 durch ein für das Vakuumniveau, bei dem die Untersuchung durchgeführt wird, geeignetes ausgetauscht wird.
Wenn eine Probe 19 durch eine andere zu untersuchende Probe ersetzt wird oder wenn das Flussbegrenzungselement 42 gegen eine anderes ausgetauscht wird, müssen der Probentisch 45 oder das Flussbegrenzungselement 42 aus dem Vertiefungsbereich entfernt werden. Hierzu sind an der inneren Umfangsseite des Vertiefungsbereichs eine Innengewinderille 44 und an den äußeren Seiten von Probentisch und Flussbegrenzungselementhalter 43 eine Außengewinderille ausgebildet. Ein Hebe- und Senkmechanismus des Probentisches 45 hat die zusätzliche Funktion einer Höhenjustierung der Probe 19 so, dass ein oberster Bereich der Probe 19 auf die selbe Höhe wie eine obere Seite der Abdeckung 40 eingerichtet werden kann, wenn die Probe 19 gegen eine andere mit einer unterschiedlichen Höhe ausgetauscht wird. Zudem sind mehrere Löcher (oder Vertiefungen) vorhanden, die in einem peripheren Bereich des Flussbegrenzungselements ausgebildet sind und sich von den Löchern 46 unterscheiden, wobei der Flussbegrenzungselementhalter 43 abgenommen werden kann, indem ein geeignetes Werkzeug wie beispielsweise eine Pinzette in eines der mehreren Löcher eingebracht wird und der Flussbegrenzungselementhalter 43 entlang der Gewinderille gedreht wird. Da der Probentisch 45 mehrere Löcher 47 aufweist, die ihn wie in 3A gezeigt durchdringen, werden diese Löcher 47 dazu benutzt, den Probentisch 45 aus dem Vertiefungsbereich zu entfernen.
Andere Hebe- und Senkmechanismen als die Gewinderille können verwendet werden, wobei der Mechanismus, der die Gewinderille verwendet, den einfachsten Hebe- und Senkmechanismus für den Probentisch 45 und den Flussbegrenzungselementhalter 43 darstellt. Wenn das Flussbegrenzungselement 42 eine solche Größe aufweist, dass es in den Vertiefungsbereich passt und eine mit einem Gewinde versehen Seitenfläche aufweist, ist alternativ hierzu kein Flussbegrenzungselementhalter 43 erforderlich.
Insgesamt ist wie in 3B und 3C dargestellt ein Gasdurchlass 48 so ausgebildet, dass Gas durch diesen in die nähere Umgebung der Probe strömt. Auf diese Weise wird die nähere Umgehung der Probe mit einer minimalen Gasmenge auf einem Niedrigvakuum gehalten, ohne dass Gas von außen zugeführt werden muss.
(Beispiel 2)
Dieses Beispiel erläutert einen Aufbau, mit dem die nähere Umgebung der Probe 19 effizienter unter Niedrigvakuum gehalten werden kann. Wie in 5 gezeigt ist, ist an der Oberseite der in 3A, 3B, 3C dargestellten Abdeckung 40 ein oberer Deckel 50 (zweites Deckelelement) mit Schrauben oder dergleichen befestigt. Ein zentrales Loch 51 erstreckt sich durch das obere Deckelelement 50, das einen Durchmesser aufweist, der kleiner ist als der Durchmesser des Probentisches 45 bzw. der Durchmesser des Vertiefungsbereichs an der Abdeckung 40. Da der Durchmesser des Durchgangslochs 51 kleiner als der Durchmesser des Probentisches 45 ist, kann Gas, das von unterhalb der Probe 19 aufsteigt, nicht problemlos über die Probe 19 hinaus strömen. Wenn die Probe 19 in einem Gasdurchlass 52 platziert wird, wird die nähere Umgebung der Probe 19 demnach bei gleicher Gasflussrate auf einem niedrigerem Vakuumniveau gehalten als im Falle von Beispiel 1.
Da das obere Deckelelement der Reduzierung der Gasflussrate dient, wird das Vakuumniveau in einer Kammer unterhalb des oberen Deckels 50 zudem niedrig gehalten, wobei die in die Probenkammer strömende Gasmenge ebenfalls gering gehalten wird, wodurch verhindert wird, dass sich das Vakuumniveau der Probenkammer 5 verschlechtert.
6 zeigt ein abgewandeltes Beispiel der Abdeckung 40. Die Abdeckung 60 weist Durchgangslöcher 61 auf, die sich von einer Innenwand der Abdeckung 60 horizontal so weg erstrecken, dass das aus den Durchgangslöchern 61 austretende Gas zur Probe 19 hin strömt. Die Abdeckung 60 ist für eine Probe geeignet, die so groß ist, dass sie sich über die Gasdurchlasslöcher hinaus erstreckt und von unterhalb der Probe ausströmendes Gas blockiert. Da das Gas, das unterhalb strömt, direkt in Richtung Probe strömt, stellt dies einen weiteren Vorteil dar, wenn die nähere Umgebung der Probe unter Niedrigvakuum gehalten werden soll. Wenn der obere Deckel 50 wie in 5 dargestellt auf der in 6 gezeigten Abdeckung 60 befestigt wird, kann eine Untersuchung an einer großen Probe ferner zudem bei einem noch niedrigeren Vakuumniveau ermöglicht werden.
Bezugszeichenliste

1: Rasterelektronenmikroskop
2: Elektronenkanone
3: Fokussierlinsenkammer
4: Objektivlinsenkammer
5: Probenkammer
6: Elektronenquelle
7: Fokussierlinse
8: Objektivlinse
9: Probenfeinverstellungseinrichtung
10: Probenwechselkammer
11, 12: Ionenpumpe
13: Turbomolekularpumpe
14: Drehschieberpumpe
15, 16: Ventil
17: Probenhalter
18: Gasquelle
19: Probe
22: Probenwechselstange
30: Aufnahme
31, 44: Gewinderille
32: O-Ring
33: Anschluss
40, 60: Abdeckung
42: Flussbegrenzungselement
43: Flussbegrenzungselementhalter
45: Probentisch
46, 47: Loch
48, 52: Gasdurchlass
50, 72: Oberer Deckel
51: Zentralloch

Claims

Probenhalter (17) für ein Elektronenmikroskop (1) zum Bestrahlen einer Probe (19), die sich in einer Vakuumprobenkammer (5) befindet, mit einem Elektronenstrahl und zum Aufnehmen eines Bildes der Probe, wobei der Probenhalter (17) aufweist: eine Aufnahme (30), in der eine Substanz für eine Gasquelle (18) aufgenommen ist; einen Probentisch (45), auf dem die Probe (19) angebracht ist; und einen Mechanismus zum Zuführen von Gas, das in der Aufnahme (30) aus der Substanz gebildet wird, zu der auf dem Probentisch (17) befindlichen Probe (19) dadurch gekennzeichnet, dass der Probenhalter (17) ein erstes Abdeckelement (40) zum Abdecken der Aufnahme (30) aufweist, wobei an einer oberen Seite des ersten Abdeckelements (40) ein Vertiefungsbereich vorhanden ist, in dem der Probentisch (45) angeordnet ist und der einen Boden aufweist, durch den sich ein Durchgangsloch (41) erstreckt, das einen Durchmesser aufweist, der kleiner als der Innendurchmesser des Vertiefungsbereichs ist.
Probenhalter (17) für ein Elektronenmikroskop (1) nach Anspruch 1, der ferner aufweist: ein Flussbegrenzungselement (42), das innerhalb des Vertiefungsbereichs und unter dem Probentisch (45) angeordnet ist; und einen Flussbegrenzungselementhalter (43) zum Befestigen des Flussbegrenzungselements (42) an einer vorgegebenen Stelle in dem Vertiefungs bereich, dadurch gekennzeichnet, dass ein Durchgangsloch (46) vorhanden ist, das sich durch das Flussbegrenzungselement (42) hindurch erstreckt.
Probenhalter (17) für ein Elektronenmikroskop (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Flussbegrenzungselement (42) eine ringförmige Platte ist, durch die sich das Durchgangsloch (46) erstreckt.
Probenhalter (17) für ein Elektronenmikroskop (1) nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Flussrate des zur Probe (19) geführten Gases verändert wird, indem das Flussbegrenzungselement (42) durch ein anderes Flussbegrenzungselement (42) ersetzt wird, das ein Durchgangsloch (46) aufweist, dessen Durchmesser sich vom dem Durchmesser des zu ersetzenden Flussbegrenzungselements (42) unterscheidet.
Probenhalter (17) für ein Elektronenmikroskop (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, das ferner einen Hebe- und Senkmechanismus aufweist, um den Probentisch (45) oder das Flussbegrenzungselement (42) in dem Vertiefungsbereich auf und ab zu bewegen.
Probenhalter (17) für ein Elektronenmikroskop (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Hebe- und Senkmechanismus durch eine Gewinderille gebildet wird, die an einem peripheren Bereich des Probentisches (45) oder des Flussbegrenzungselements (42) ausgebildet ist, sowie einer Gewinderille (44), die an einer Innenwand des Vertiefungsbereichs ausgebildet ist.
Probenhalter (17) für ein Elektronenmikroskop (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, der ferner ein zweites Deckelelement (50) aufweist, das an der Oberseite des ersten Abdeckelements (40) angebracht werden kann, wobei sich ein Durchgangsloch durch das zweite Deckelelement erstreckt, dessen Durchmesser kleiner ist als der Durchmesser des Probentisches.
Probenhalter (17) für ein Elektronenmikroskop (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, der ferner einen Anschluss (33) aufweist, der direkt an einer Probenfeinverstellungseinrichtung (9) des Elektronenmikroskops (1) angebracht werden kann.
Elektronenmikroskop (1), das aufweist: eine Vakuumprobenkammer (15), in der eine Probe (19) angebracht wird; einen elektronenoptischen Linsentubus (3, 4, 7, 8), dessen Funktion darin besteht, einen Elektronenstrahl auf die Probe (19) zu richten; einen Detektor zum Erfassen von Sekundärelektronen oder rückgestreuten Elektronen, die durch Bestrahlen mit dem Elektronenstrahl erhalten werden; und einen Probenhalter (17), der bei Anordnung in der Vakuumprobenkammer (15) verwendet wird; wobei der Probenhalter (17) aufweist: eine Aufnahme (30), in der eine Substanz für eine Gasquelle (18) aufgenommen ist; einen Probentisch (45), auf dem eine Probe (19) angebracht ist; und einen Mechanismus zum Zuführen von Gas, das in der Aufnahme aus der Substanz gebildet wurde, zu der auf dem Probenhalter (17) befindlichen Probe (19) dadurch gekennzeichnet, dass der Probenhalter (17) weiterhin ein erstes Abdeckelement (40) zum Abdecken der Aufnahme (30) aufweist, wobei an einer oberen Seite des ersten Abdeckelements (40) ein Vertiefungsbereich vorhanden ist, in dem der Probentisch (45) angeordnet ist und der einen Boden aufweist, durch den sich ein Durchgangsloch (41) erstreckt, das einen Durchmesser aufweist, der kleiner als der Innendurchmesser des Vertiefungsbereichs ist.
Verfahren zum Aufnehmen eines Bildes einer Probe (19) mit einem Elektronenmikroskop (1) gemäß Anspruch 9, wobei das Verfahren umfasst: Einbringen einer Substanz für eine Gasquelle (18) in die Aufnahme (30) und Abdecken der Aufnahme (30) mit dem ersten Abdeckelement (40); Anbringen einer Probe (19) auf dem Probentisch (45) des Probenhalters (17), der in dem Vertiefungsbereich angeordnet ist; Verdampfen der Substanz in der Aufnahme (30) infolge des in der Vakuumkammer (5) herrschenden Vakuums; Zuführen des so erzeugten Gases durch das Durchgangsloch (41) in den Vertiefungsbereich unter Erhalt eine Druckes an einer Stelle der Probe (19), der höher ist als der Innendruck der Probenkammer; Bestrahlen der Probe (19) mit einem Elektronenstrahl, Erfassen der Sekundärelektronen oder rückgestreuten Elektronen, die an der Probe gebildet werden; und Erzeugen eines Bildes der Probe (19) aus den erfassten Elektronen.