CN102473577A - 扫描电子显微镜 - Google Patents

Abstract

本发明想要解决的课题在于，在将电子显微镜主体、排气系统、包括电源及空气冷却风扇的控制系统设置在一个底板上的台式电子显微镜中，获得更高分辨率的图像。本发明是将电子显微镜主体、对电子显微镜主体的内部进行排气的排气系统、及上述电子显微镜主体的控制系统配置在由底板及罩包围而成的空间内部的电子显微镜，其特征在于，上述控制系统配置在上述底板上，在上述底板上具有开口部，上述电子显微镜主体借助于通过上述开口部的缓冲器设置在设置有上述底板的地面上。通过防止由空气冷却风扇等装置内部产生的振动传播到电子显微镜主体，能够获得更高分辨率的观察图像。

Description

扫描电子显微镜

技术领域

本发明涉及扫描电子显微镜的防振技术，尤其涉及与台式扫描电子显微镜相关的防振技术。

背景技术

以往，能获得高放大倍数的扫描电子显微镜(Scanning ElectronMicroscope：SEM)利用集中的电子射线扫描试样，由此检测从试样飞出的电子，能够利用该检测出的信号将试样的扫描电子图像显示在图像显示装置上。这些电子显微镜从用于产生电子束的电子枪的性质出发，需要数十千伏的高压电。另外，为了获得稳定的电子束，电子显微镜内必须保持为真空。因此，由于高电压的产生装置、真空泵及电子显微镜自身必须是耐压结构等，因此装置容易大型化，且需要专用的房间。因此，一般是设置在清洁间或测量室等大型的结构。另外，在利用电子显微镜观察试样的场合，需要防止试样图像劣化的防振技术。

图2表示现有的电子显微镜的防振结构。电子显微镜通常是相当大型的装置，电子显微镜主体和控制电子显微镜主体的控制装置及显示观察图像的监视器由不同的支座保持。在图2所示的结构中，包括电子枪201、透镜系统203、试样室202及试样载置台204的电子显微镜主体205固定在负荷板206上，包括该负荷板206的整个系统通过缓冲器207安装在第一支座208上。通过做成这样的结构，来自地面的振动难以传播到电子显微镜主体205。

另外，用于对电子显微镜主体内进行真空排气的主泵209与试样室202下部连接，对试样室202进行真空排气。另一方面，从主泵209的排气路径通过配管210也与电子枪201连接，电子枪201及透镜系统203的内部也进行真空排气。防振用缓冲器211介于主泵209和试样室202之间。通过该结构，能够减少由泵产生的振动向电子显微镜主体205的传播。在专利文献1中公开了这种结构的一个例子。

另一方面，显示观察图像的监视器212保持在第二支座213上。在第二支座213的内部保持有电子显微镜主体205的控制部214及实施监视器212所显示的观察图像的图像处理的计算机215。普遍在控制部214及计算机215上设置冷却用风扇，对电子显微镜主体205来说，这些也成为振动源。通过由不同的支座分离地保持成为振动源的主泵209、控制部214及计算机215，能够减少向电子显微镜主体205传播的振动量，作为结果，能够获得没有由振动产生的干扰的良好的观察图像。

根据近年来的小型化技术，提出了能设置在工件台或作业台上而使用的小型的电子显微镜装置。这种台式电子显微镜由于设置在桌子上的特性，无法在不同的支座上分离地设置成为振动源的电子显微镜主体的控制部及真空泵，不得不配置在同一机箱内。图3表示简单地将电子显微镜主体的控制部及真空泵设置在同一机箱内的台式电子显微镜的结构例。电子显微镜主体305构成为包括电子枪301、透镜系统303、试样室302及试样载置台304等。电子显微镜主体305固定在支撑整个系统的底板312上，在其间配置有防振用的缓冲器313。底板312自身由支脚部317支撑。另外，对电子显微镜主体内进行真空排气的主泵309与透镜系统303的上部连接，在其间设有防振用的缓冲器314。另外，在支撑整体的底板312上搭载有包括电源及基板的控制系统315。在控制系统315中具备空气冷却用的风扇等。包括电子枪301、透镜系统303、试样室302及试样载置台304的电子显微镜主体305及控制系统315由罩316覆盖。

如上所述，在简单地将现有的电子显微镜的结构要素集中在同一机箱内的场合，普遍采用利用缓冲器吸收来自地板的振动及由泵产生的振动的结构。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本实开昭61-79450号公报

发明内容

要解决的课题

在图3所示的结构的台式电子显微镜中，控制系统315固定在底板312上。因此，存在由空气冷却用风扇产生的、无法利用缓冲器313完全防振的振动传播到电子显微镜主体的情况。其结果，成为图像障碍而显示在观察图像上。

本发明所要解决的课题在于，在将电子显微镜主体、排气系统、包括电源及空气冷却风扇的控制系统设置在同一底板上的台式电子显微镜中，实现比以往提高了防振性能的台式电子显微镜。

解决课题的方法

根据本发明的技术思想的一个侧面，通过将支撑电子显微镜主体的缓冲器延伸到比支撑电子显微镜主体和控制系统的底板的高度方向的位置靠设置有电子显微镜的设置面侧，解决上述课题。更具体地说，在底板上设置开口，通过将上述缓冲器延伸到比该开口靠下侧，能够比以往提高防振性能。缓冲器可以直接与设置面接触，也可以通过某种部件与设置面接触。

发明效果

由于能够使缓冲器的长度比以往长，因此如果电子显微镜主体的尺寸(尤其是高度)相同，则能够使固有振动频率比以往低。因此，能比以往更宽地获取振动频率的除振频带，其结果，与以往相比提高了防振性能。

附图说明

图1表示实施例一的电子显微镜的防振结构。

图2表示现有的电子显微镜的结构。

图3表示现有的台式电子显微镜的结构。

图4是实施例一的电子显微镜的电子光学柱镜筒架的内部结构图。

图5是实施例一的电子显微镜的防振结构的变形例。

图6是实施例二的电子显微镜的防振结构。

图7是实施例二的电子显微镜的俯视图。

图8是未兼用缓冲器和支脚部的场合的扫描电子显微镜的布局的俯视图。

具体实施方式

下面，对实施方式进行说明。

实施例一

在本实施例中，说明通过设在底板的开口，使缓冲器直接与地面接触的结构的台式扫描电子显微镜的结构例。

首先，下面使用图4对电子显微镜主体的结构进行说明。本实施例的扫描电子显微镜主体由电子枪1、透镜系统3及试样室2等结构要素构成。虽然未图示，但在试样室2内部还容纳有试样载置台。在装置使用时，进行真空排气以使装置内部成为规定的真空度以上。当对电子源17施加高压时，放射出电子束18。被放射出的电子束18利用维纳尔电极19的电位而受到集中作用，使轨道弯曲，在维纳尔电极19和阳极电极20之间产生第一交叉21。电子束18继续在由维纳尔电极19和阳极电极20间的电位差(加速电压)进行加速的状态下通过阳极电极20，由第一聚光透镜22受到集中作用。其结果，在第一聚光透镜22和第二聚光透镜23之间形成第二交叉24。通过第二交叉24的位置的电子束18由第二聚光透镜23受到集中作用，在第二聚光透镜23和物镜25间形成第三交叉26。通过第三交叉26的位置的电子束18以扩散某程度的状态通过物镜光圈27，其结果，只有一部分电子束入射到物镜25。入射到物镜25的电子束被集中，照射到试样台28的表面。照射到试样表面的电子束18产生在试样表面弹回的反射电子及从试样表面飞出的二次电子等。虽然省略图示，但在试样室2内(物镜的下面)设置有检测器，具有检测这些反射电子及二次电子，并作为检测信号进行信号输出的功能。检测信号在经过放大电路及AD转换器后，作为图像信号传送到监视器，作为图像进行显示。被显示的图像的画质由于装置的振动、干扰或污物等原因而受到影响。

图1是表示本实施例的扫描电子显微镜的整体结构的剖视图。在本实施例的台式电子显微镜中，包括电子枪1、透镜系统3、试样室2及试样载置台4的电子显微镜主体5未固定在支撑整体的底板12上，而是通过防振用缓冲器13之类的具有振动吸收性的支撑部件，直接设置在作为装置设置面的地板上。为此，在底板12上设有开口部108，缓冲器13通过该开口部与地面接触。未图示，但缓冲器13设在底板的角部四个部位，电子显微镜主体5相对于设置面被四点支撑。另外，底板12自身相对于设置面由支脚部106支撑。

对电子显微镜主体5内进行真空排气的主泵9通过防振用的缓冲器14与透镜系统3的上部连接。在底板12上设置有包括电子显微镜主体5及主泵9的电源、控制基板、或空气冷却用风扇等的控制系统15。为了包括电源、基板的控制系统15的冷却及主泵9的冷却，空气冷却用风扇是必须的。包括电子枪1、透镜系统3、试样室2及试样载置台4的电子显微镜主体5及控制系统15由罩16覆盖。罩16也由底板12支撑，但构成为不与电子显微镜主体5接触。

在图3所示的现有结构中，没有本实施例的开口部108，缓冲器13全部设置在底板12上。因此，在现有结构中，缓冲器13的长度只能为从试样室2的底面到底板12的上表面107(用单点划线表示的)的长度。对此，在本实施例的场合，由于能够越过上表面107而将缓冲器的长度延伸到设置面侧，因此能够减小缓冲器的固有振动频率。因此，与现有技术相比，能够扩大除振频带。

本实施例的电子显微镜的另一个结构特征在于，通过使电子显微镜主体5与底板12分离，直接支撑在设置面上，能够使在装置内部产生的振动与缓冲器13分离。装置内部的主要的振动源是主泵9和设在控制系统15上的空气冷却用风扇。真空排气是必要的，难以使主泵9与电子显微镜主体5分离，但如果是控制系统15，只要除了电线，即使与电子显微镜主体5分离也没关系。

如图2所示，就成为振动源之一的控制系统15而言，也有与电子显微镜主体5完全成为不同单元的方法。但是，在台式电子显微镜的场合，为了装置小型化，需要电子显微镜主体5和控制系统15一体配置在同一机箱内。因此，本实施例的结构在台式电子显微镜的场合是有效的。

实施例二

在图1的结构中，由于成为振动源的控制系统15与底板12分离，因此与以往相比，提高了防振性能。但是，由于电子显微镜主体5是完全未固定在底板12上的状态，因此在移动装置时，电子显微镜主体5无法追踪移动，为被拖动的状态。另外，由于受到某种冲击，存在电子显微镜主体5从缓冲器跃起来而落到底板12上的可能。因此，在本实施例中，为了解决上述问题，在底板下部设置用于使电子显微镜主体追踪底板的移动的追踪机构。下面，对该追踪机构的结构例进行说明。

图5表示从试样室侧观察本实施例的电子显微镜的主视图(省略机箱的图示)。为了方便说明，着重记载主要的结构要素，各结构要素的尺寸与图1所示的电子显微镜大致相同。

本实施例的追踪机构的基本特征在于，使用弹簧产生用于追踪的张力。在图5的结构例中，支撑电子显微镜主体5的缓冲器13在中途分离，中间设有板部件31。因此，板部件31在底板12的下侧与底板相离地配置。也可以不是分离缓冲器的结构，而是构成为简单地将缓冲器载置在板部件31上，并在缓冲器的下部设置第二支脚部500。在此，由于第二支脚部500期望相对于地板顺滑地移动，因此由摩擦系数小的聚四氟乙烯等氟化碳树脂或缩醛树脂构成。

在底板12和板部件31之间的空间设有弹簧29。另外，在板部件31上设有用于固定弹簧29的一端的销32。另一方面，弹簧29的另一端固定在设在底板12的底面上的销30上。由此，在底板12和支撑电子显微镜主体5的缓冲器13之间产生张力33，以使电子显微镜主体5追踪底板12的移动。此时，销30、销32及弹簧29的配置是以张力的平衡位置成为试样室2的底面的中心或重心的方式配置。由此，在弹簧的平衡位置，缓冲器13位于开口部108的中心，因此保持不与底板12接触的状态。由此，能够防止来自底板的振动的传播。

在图5中，表示纸面左右方向的追踪机构，就纸面进深方向而言，做成设置销和弹簧，在前后方向上也产生用于追踪的张力的结构。由此，由于张力作用在底板底面内的XY方向，因此电子显微镜主体5也能够追踪移动。

对于电子显微镜主体5落到底板12上之类的问题，在试样室2的下部侧面设置凸缘501，在该凸缘上设置销34。同时，在底板12上设置底架35，底架的上表面与凸缘501相对地配置。在底架35上设置供销34插入的孔36，此时，将孔36的大小做成不与销34接触的程度的大小。由此，在电子显微镜主体5向上跃起时，由于利用底架35定位，因此能够解决电子显微镜主体5落到底板12上之类的问题。

另外，在图5的说明中，销34垂直地固定在设于试样室2的下部侧面的凸缘501上，但也可以构成为不形成凸缘而将销34横向地固定在试样室2的侧面，在底板12上垂直地立起开口的板状部件，将销横向地插入该孔中。

实施例三

在实施例一中，对使支撑电子显微镜主体的缓冲器直接与地面接触的台式电子显微镜的结构进行了说明。但是，在简单地将缓冲器设置在装置设置面上的方式中，产生底板和电子显微镜主体的追踪的问题，需要实施例二那样的追踪机构。因此，在本实施例中，对有效地利用能够使缓冲器的长度比以往长的本发明的优点，且不产生实施例一那样的追踪的问题的结构进行说明。

首先，对本实施例的防振结构进行说明。另外，由于电子光学柱镜筒架的内部结构与实施例一相同，因此省略说明。

图6表示本实施例的台式电子显微镜的截面结构。包括电子枪601、透镜系统602、主排气泵603、试样室605及试样载置台605的电子显微镜主体606不固定在底板611上，只有控制系统613和机箱610固定在底板611上的结构与实施例一相同。对电子显微镜主体606的内部进行真空排气的主排气泵603通过防振用缓冲器612与透镜系统602的上部连接。控制系统613构成为包括电子光学柱镜筒架(由电子枪601及透镜系统602构成)或主排气泵603的电源及控制基板、或空气冷却用风扇等。以上的电子显微镜主体606及控制系统613全部容纳在机箱614内。

电子显微镜主体606由四个防振用缓冲器608支撑。在此，在底板611上至少形成四个开口孔607，上述四个防振用缓冲器608分别贯通该开口孔。另一方面，在四个开口孔607的下部分别设有第二支脚部609，与底板611螺钉固定。在第二支脚部609的底部安装有第二支脚部支承部件629。第二支脚部支承部件通过做成能够减轻振动的影响的部件，能够难以受到外部振动的影响。

本实施例的防振结构的特征在于，将防振用缓冲器608不与地面直接接触地固定在设于底板611的下表面的第二支脚部609上。由于防振用缓冲器608和第二支脚部609的固定面当然位于比底板611靠下侧，因此与在底板611的上表面固定防振用缓冲器608的现有技术相比，能够延长防振用缓冲器608的长度。在本实施例的场合，在第二支脚部609的内表面设置凹部，在凹部的内壁面固定防振用缓冲器608，因此与不制造凹部地在第二支脚部609的上表面固定防振用缓冲器608相比，能够延长第二支脚部609的长度。同时，第二支脚部609固定在底板611上，并且防振用缓冲器608也固定在底板611上，因此不会产生实施例一那样的追踪的问题。

另外，在以上的说明中，第二支脚部609构成为与底板611为不同部件，并利用螺钉固定，但明显的是，通过利用冲压等方法从底板锻造第二支脚部，一体成形底板和第二支脚部，也能够起到本实施例的作用效果。但是，为了即使不与作为振动源的机箱10完全分离，也产生能够减轻内部振动的影响的效果，优选第二支脚部609和底板611由不同部件构成。

另外，与实施例一相同，即使在本实施例的结构中，内部振动也向设置面分散地传播。即，从冷却风扇等产生的内部振动首先从底板611传播到第二支脚部609，一部分经由第二支脚部支承部件传播到地面。剩下的传播到防振用缓冲器608，利用防振用缓冲器减震之后，传播到包括上述电子枪601、透镜系统602、主排气泵603、试样室604及试样载置台605的电子显微镜主体606。

对此，在图3所示的现有的台式显微镜的结构中，搭载电子显微镜主体303的缓冲器313固定在底板312上。因此，从冷却风扇等产生的内部振动从底板312通过缓冲器313传播到电子显微镜主体303，因此与本实施例的结构相比，容易受到从内部产生的振动的影响。由此，在本实施例的结构中，能够比以往减少在内部产生的振动的影响。

另外，根据本实施例，与假设将电子显微镜主体606载置在底板611上时相比，能够降低防振用缓冲器608和电子显微镜主体606的固定面。因此，能够使装置整体的重心位置比以往低。如果电子显微镜主体606的高度与以往相比没有变化，则机箱614的高度方向的尺寸也减小相当于防振用缓冲器608和电子显微镜主体606的固定面之差的尺寸。

作为本实施例的具备防振结构的电子显微镜的另一个特征，可以列举，支撑电子显微镜主体的防振用缓冲器和支撑底板的支脚部具有相同的支撑点。图7和图8表示第一支脚部和第二支脚部的配置的俯视图。图7对应于支撑防振用缓冲器和底板的支脚部具有相同的支撑点的场合的配置，图8对应于没有相同的支撑点的场合的配置。

在图7中，参照编号701所示的矩形表示底板，包括电子枪的电子光学柱镜筒架与试样室位于该底板701上。虽然未图示，但机箱固定在底板701上。以虚线表示的矩形703表示电子显微镜主体的底面(相当于试样室)向底板701的投影面。将试样搬出或搬入试样室的试样搬入搬出面设在资料室的正面侧(图7的纸面下侧)。电子光学柱镜筒架位于702的位置。控制系统在底板701上配置在电子显微镜主体的相反侧。706表示冷却用风扇。矩形705是控制机构的底面向底板701的投影面。主排气泵位于底板701的大致中心附近。

在控制机构的投影面705的内部配置有一组沿底板701的宽度方向配置的一对第一支脚部708。在相同的电子显微镜主体的投影面703的内部配置有两组一对第二支脚部707。

在图8的场合，在底板701的四角配置第一支脚部708和第二支脚部707，但必须需要在电子显微镜主体的下部配置具有振动吸收性的支撑部件，如本发明，在防振用缓冲器贯通底板并延伸到设置面的结构的场合，由于防振用缓冲器与支脚部干涉，因此如图8所示，无法增大试样室的宽度。

另一方面，在本实施例的场合，如图6的单点划线所示，防振用缓冲器608和第二支脚部609固定在同轴上。即，防振用缓冲器608承受负荷的位置和第二支脚部60承受负荷的位置在电子显微镜的设置面内相同。如图7，防振用缓冲器608配置在一对第二支脚部707的位置，防振用缓冲器与支脚部不会干涉。因此，与图8的结构相比，能够将试样室的宽度增大到整个底板的宽度。

另外，在实施例一～三所示的各实施例的装置的结构要素中，由于电子显微镜主体的重量最重，因此在底板面内的装置整体的重心位置位于比底板的中心(图7的单点划线的交点)靠电子显微镜主体侧。因此，在各实施例中，使支承底板的支脚部的个数在电子显微镜主体侧比控制系统侧多。在图7的例子中，在控制系统侧配置一组一对第一支脚部708，在电子显微镜主体侧配置两组一对第二支脚部707。由此，使对支撑底板701的各支脚部的负荷平均化。

符号说明

1、201、301、601-电子枪，2、202、302、604-试样室，3、203、303、602-透镜系统，4、204、304、605-试样载置台，5、205、305、606-电子显微镜主体，9、209、309-主泵，12、312、611、701-底板，13、14、207、211、313、314、612-缓冲器，17-电子源，18-电子束，19-维纳尔电极，20-阳极电极，21-第一交叉，22-第一聚光透镜，23-第二聚光透镜，24-第二交叉，25-物镜，26-第三交叉，27-物镜光圈，28-试样台，29-弹簧，30、32、34-销，31-板，33-张力，35-底架，36-设在底架上的孔，106、317、616-支脚部，107-底板的上表面，108-开口部，206-负荷板，208-第一支座，210-配管，212-监视器，213-第二支座，214-控制部，215-计算机，315、613-控制系统，316、614-罩，500、609-第二支脚部，501-凸缘，603、704-主排气泵，607-开口孔，608-防振用缓冲器，610-机箱，615-第一支脚部，629-第二支脚部支承部件，702-电子枪的位置，703-扫描电子显微镜主体向底板的投影面，705-控制机构向底板的投影面，706-冷却用风扇的位置，707-一对第二支脚部，708、709-一对第一支脚部。

Claims (14)

1.一种扫描电子显微镜，包括电子光学柱镜筒架和试样室的扫描电子显微镜主体与该扫描电子显微镜主体的控制机构配置在同一机箱内，该扫描电子显微镜的特征在于，

具备：配置在上述机箱、上述扫描电子显微镜主体及上述控制机构的下部的底板；

设在上述底板的上述控制机构侧的底面上的第一支脚部；

设在上述底板的上述扫描电子显微镜侧的开口；以及

以固定在上述扫描电子显微镜主体的底面、并且贯通上述开口的方式配置的缓冲器。

2.根据权利要求1所述的扫描电子显微镜，其特征在于，

构成为，上述缓冲器与上述设置面直接接触。

3.根据权利要求1所述的扫描电子显微镜，其特征在于，

具备设在上述开口的下部的第二支脚部，

上述缓冲器固定在第二支脚部的内壁面。

4.根据权利要求1所述的扫描电子显微镜，其特征在于，

具备用于使上述扫描电子显微镜主体追踪上述底板或上述机箱的移动的追踪机构。

5.根据权利要求4所述的扫描电子显微镜，其特征在于，

上述追踪机构具备：

与上述缓冲器固定，并且与上述底板分离地设在该底板的上述设置面侧的板部件；

设在上述板部件与底板之间的弹簧；以及

将该弹簧固定在上述底板的底面及上述板部件的表面的固定机构。

6.根据权利要求1所述的扫描电子显微镜，其特征在于，

具备：设在上述底板的上表面侧、并且具有开口的底架；以及

安装在上述试样室上、并且插入上述开口的销。

7.一种扫描电子显微镜，包括电子光学柱镜筒架和试样室的扫描电子显微镜主体与该扫描电子显微镜主体的控制机构配置在同一机箱内，该扫描电子显微镜的特征在于，

具备：配置在上述机箱、上述扫描电子显微镜主体及上述控制机构的下部的底板；

设在上述底板的上述控制机构侧的底面上的第一支脚部；

设在上述底板的上述扫描电子显微镜侧的底面上的第二支脚部；以及

固定在上述扫描电子显微镜主体的底面、并且与上述第二支脚部固定在同轴上的缓冲器。

8.根据权利要求7所述的扫描电子显微镜，其特征在于，

上述缓冲器通过设在上述底板上的贯通孔与上述缓冲器的内壁面固定。

9.根据权利要求7所述的扫描电子显微镜，其特征在于，

上述第二支脚部与上述底板由不同部件构成。

10.根据权利要求7所述的扫描电子显微镜，其特征在于，

上述第二支脚部是与上述底板一体成型的部件。

11.根据权利要求7所述的扫描电子显微镜，其特征在于，

还具备设在上述第二支脚部的底面上的支承部件。

12.根据权利要求7所述的扫描电子显微镜，其特征在于，

在上述扫描电子显微镜主体的下表面至少配置四个上述缓冲器，

在上述底板的上述控制机构侧下表面至少配置两个上述第一支脚部。

13.一种扫描电子显微镜，包括电子光学柱镜筒架和试样室的扫描电子显微镜主体与该扫描电子显微镜主体的控制机构配置在同一机箱内，该扫描电子显微镜的特征在于，

具备：配置在上述扫描电子显微镜主体及上述控制机构的下部的底板；以及

配置在上述底板的底面上的多个支脚部，

该多个支脚部中的配置在上述扫描电子显微镜主体的下表面的支脚部具有振动吸收性，

另外，就上述支脚部的个数而言，在上述底板的上述扫描电子显微镜主体侧的个数比在上述控制机构侧的个数多。

14.根据权利要求13所述的扫描电子显微镜，其特征在于，

具备：与上述一对支脚部对应地设置在上述底板的上述扫描电子显微镜主体的下表面侧的贯通孔；以及

固定在上述扫描电子显微镜主体的底面上的多个缓冲器，

由该多个缓冲器通过上述贯通孔与上述支脚部的内壁面固定，使该支脚部具有振动吸收性。

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