[发明专利]放大观察设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种放大观察设备，其中可以利用诸如光学显微镜之类的光学观察装置获得光学图像的光学成像装置被添加到诸如扫描电子显微镜(SEM)之类的电子显微镜。

背景技术

例如，透射电子显微镜和扫描电子显微镜都是众所周知的带电粒子束设备，其中使用带电粒子束照射观察目标样本所获得的信号被检测以获得观察图像。在电子显微镜中，例如，电子行进方向自由偏转，并且图像形成系统如在光学显微镜中一样被设计为电光方式。电子显微镜的示例包括透射电子显微镜、反射电子显微镜、扫描电子显微镜、以及表面发射式电子显微镜(场离子显微镜)，透射电子显微镜使用电子透镜形成透过样本或样本的电子的图像，反射电子显微镜形成从样本表面反射的电子的图像，扫描电子显微镜中使用聚焦的电子束来扫描样本表面以使用来自每个扫描点的二次电子形成图像，表面发射式电子显微镜形成通过加热或离子照射从样本发射的电子的图像(例如，参见日本未审查专利公开No.9-97585)。

在作为电子显微镜的一个示例的扫描电子显微镜(SEM)中，使用诸如二次电子检测器和反射电子检测器之类的检测器来取出在用细电子束(电子探针)照射观察目标样本的过程中所产生的二次电子和反射电子，并将它们显示在诸如CRT和LCD之类的显示屏上，主要观察样本的表面模式。另一方面，在透射电子显微镜(TEM)中，电子束透过薄膜样本，此时样本中的原子所散射和衍射的电子被获得作为电子衍射图案或透射电子显微镜图像，并可以主要观察到物质的内部结构。

当使用电子束照射固态样本时，电子凭借电子能量透过固态样本。此时，电子与构成样本的原子核之间的相互作用产生弹性碰撞、弹性散射、以及与能量损耗相关的非弹性散射。非弹性散射激发样本元素的壳内(In-shell)电子或X射线，并且二次电子被发射以损耗对应于非弹性散射的能量。二次电子的发射量取决于碰撞角度。另一方面，由弹性散射向后散射以及再次从样本发射的反射电子的发射量对于原子序数是唯一的。在SEM中，利用二次电子和反射电子。在SEM中，使用电子照射样本，并且检测所发射的二次电子或反射电子来形成观察图像。其中检测器接收透过样本的光的扫描透射电子显微镜(STEM)也被已知为一种扫描电子显微镜。

尽管诸如SEM、TEM和STEM之类的电子显微镜有效地用于高放大率的观察中，但是电子显微镜不能很好地以低放大率进行显示。通常，电子显微镜可以执行最大放大率为几万倍至几十万倍或者几百万倍的显示。另一方面，电子显微镜可以执行最小放大率为几倍至几十倍的显示。例如，在SEM中，通常可以以约5倍至约50倍的最小放大率执行观察。在使用电子显微镜的观察中，由于从开始就以高放大率执行显示，因此观察视域变得非常窄。从而，很难执行视域搜索，以最终找到样本上要观察的部位。优选地，从广视域状态(即，以低放大率显示样本的状态)到窄视域状态(即，以高放大率显示样本的状态)逐渐执行视域搜索。

为了方便这种电子显微镜的视域搜索，已知的一种方法是利用其中使用可见波长的光或红外波长的光的光学显微镜以及光学观察设备(光学成像装置)(例如，参见日本未审查专利公开No.9-97585)。在使用光学成像装置的观察中，通常可以以相同大小(一比一)或更小的低放大率执行显示。使用光学成像装置以低放大率观察样本从而粗略地执行视域搜索之后，使用电子显微镜执行观察。为了实现此，电子显微镜与以低放大率执行显示的观察光学系统结合使用。基于使用CMOS照相机等的观察光学系统以低放大率执行的显示来执行视域搜索。然后，在观察光学系统切换为SEM等的电子束成像装置时以高放大率执行观察。

在日本未审查专利公开No.9-97585的结构中，如图27所示，设置在腔室内的样本台在两个成像装置之间移动，以从光学成像装置和电子束成像装置的成像装置以相同视域获得样本的图像。即，成像装置侧固定，样本侧被载物台驱动部分移动或倾斜，从而移动和改变观察图像的视域。例如，在从正上方聚焦一个样本来获得图像之后，改变成像装置与样本之间的角度，从而以倾斜的姿势获取图像。此时，由于每个成像装置与样本之间的焦距每次都随着角度的改变而变化，因此必须对焦点位置进行校正。当使用两个成像装置以关于样本的相同的倾斜角度获得样本的图像时，存储一个成像装置中所使用的角度，将样本台移动到另一成像装置侧，并且再现所述一个成像装置中所使用的角度以固定焦点位置。因此，需要非常麻烦的调节工作来使用两个成像装置获得相同的图像。