CN102668013B - 扫描电子显微镜 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种能够抑制柱镜筒架的温度上升，且维持分解能等性能，并同时实现装置的小型化的扫描电子显微镜。该扫描电子显微镜利用会聚透镜使从电子源放出的电子线会聚而向试料上照射，并对来自试料的二次电子进行检测，从而观察试料，所述扫描电子显微镜的特征在于，所述会聚透镜具有电磁线圈型及永久磁铁型这两种。

Description

扫描电子显微镜
技术领域
本发明涉及扫描电子显微镜，其将从电子源放出的电子线向试料上照射，并对来自试料的二次电子等进行检测，从而观察试料。
背景技术
近些年，从重视操作性及对环境的考虑的观点出发，进行专门化成小型化的扫描电子显微镜的开发。因此，要求柱镜筒架所具备的会聚透镜的小型化。通常，为了尝试电磁线圈型的会聚透镜的小型化，需要减少线圈线的匝数，或减小线圈线的直径。
若保持线圈线的直径不变而减少匝数，则当然能够实现电磁线圈的小型化，但磁场强度减少。另一方面，若保持匝数不变而减少线圈线的直径，则能够在维持磁场强度的状态下实现小型化，但线圈线的电阻值上升，发热量增大。若无法维持磁场强度，则无法使照射到试料上的电子线的点径变小，从而无法维持扫描电子显微镜的分解能。另外，若因发热量的增大而柱镜筒架表面温度上升，则无法满足IEC等各种规格，在性能方面产生温度偏差引起的像的偏移或焦点错动。因此，为了使电磁线圈型的会聚透镜小型化，需要解决磁场强度的减少、发热量的增大这样的问题。
为了解决这样的问题，例如在专利文献1中，公开了取代电磁线圈型的会聚透镜，而采用比电磁线圈型小型的永久磁铁线圈型的会聚透镜的结构。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2008-204749号公报
然而，上述专利文献1由于不使用电磁线圈型的会聚透镜，而全部使用永久磁铁线圈型的会聚透镜，因此尝试追加会聚透镜，并变更励磁条件。即，专利文献1在变更探测电流或点径时，需要进行会聚透镜的拆装，从而操作性差，且产生光轴的错动。
发明内容
本发明鉴于这样的状况而提出，其目的在于提供一种能够抑制柱镜筒架的温度上升，且维持分解能等性能，并同时实现装置的小型化的扫描电子显微镜。
为了解决上述课题，本发明将多个电磁线圈型的会聚透镜中的一部分向永久磁铁型的会聚透镜变更。
即，本发明的扫描电子显微镜利用会聚透镜使从电子源放出的电子线会聚而向试料上照射，并对来自试料的二次电子、反射电子、其它的信号进行检测，从而观察试料，其中，所述会聚透镜具有电磁线圈型及永久磁铁型这两种。
在该情况下，最上段的会聚透镜可以为永久磁铁型。另外，可以在永久磁铁型的会聚透镜的下部、同轴及上部中的至少一部分处具有对电子线的光轴进行修正的偏转器。
发明效果
根据本发明的扫描电子显微镜，能够抑制柱镜筒架的温度上升，且维持分解能等性能，并同时实现装置的小型化。由此，能够提高装置的操作性，并能够使操作简单化。并且，由于能够抑制装置的消耗电力，因此能够实现考虑到环境的扫描电子显微镜。
附图说明
图1是通常的扫描电子显微镜的简要结构图。
图2是本发明的扫描电子显微镜的简要结构图。
图3是本发明的扫描电子显微镜的简要结构图。
图4是表示本发明的扫描电子显微镜的偏转器(下段)进行的校准的说明图。
图5是表示本发明的扫描电子显微镜的偏转器(中段)进行的校准的说明图。
图6是表示本发明的扫描电子显微镜的偏转器(上段)进行的校准的说明图。
具体实施方式
本发明涉及向试料照射电子线并对来自试料表面的二次电子等进行检测，从而获取试料表面的图像的扫描电子显微镜。以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。但是，应该注意本实施方式只不过为用于实现本发明的一例，没有对本发明的技术范围进行限定。另外，在各图中，对通用的结构标注同一参照符号。
<通常的扫描电子显微镜>
图1是通常的扫描电子显微镜的简要结构图。通常的扫描电子显微镜具备：放出电子线2的电子源1；产生负的电压的维纳尔电极3；产生正的电压的正极电极4；对被加速后的电子线2进行会聚的第一会聚透镜6及第二会聚透镜7；对向试料照射的点径进行调整的物镜12；对通过物镜12的电子线2进行限制的物镜光圈11；载置试料的试料台10。
接着，参照图1，对通常的扫描电子显微镜的原理进行说明。装置内部被进行真空排气，当达到目标的真空压力后，对电子源1施加高压。从被施加成高压的电子源1放出电子线2。放出的电子线2在维纳尔电极3的电位的作用下受到会聚作用，从而轨道弯曲而在维纳尔电极3与正极电极4之间产生第一交叉(crossover)5。之后，被维纳尔电极3加速后的电子线2通过正极电极4，在第一会聚透镜(电磁线圈型)6的作用下受到会聚作用，从而在第一会聚透镜6与第二会聚透镜(电磁线圈型)7之间产生第二交叉8。进而，在第二会聚透镜(电磁线圈型)7与物镜12之间产生第三交叉9。电子线2在物镜12的作用下会聚，并被物镜光圈11限制，而向载置在试料台10上的试料表面照射。照射到试料表面上的电子线2产生在试料表面弹回的反射电子及从试料表面飞出的二次电子等。将上述的反射电子及二次电子取入到设置在试料室内的检测器，经过放大电路，并进行数据转换后送入显示器，从而能够在操作画面上作为试料表面的图像来确认。需要说明的是，物镜光圈11也可以设置在图1所示的位置以外的位置。
<本实施方式的扫描电子显微镜>
图2及图3是本实施方式的扫描电子显微镜的简要结构图。本实施方式的扫描电子显微镜与先前叙述的通常的扫描电子显微镜相比，不同之处在于将第一会聚透镜6或第二会聚透镜7替换为永久磁铁型的会聚透镜13、14。由于永久磁铁型的会聚透镜小型且轻量，因此与图3那样在第二会聚透镜上配置永久磁铁型相比，如图2那样在第一会聚透镜处配置永久磁铁型的透镜使重心更为降低，因此优选。这是由于若重心降低，则装置的稳定性增加，从而不易受到外界干扰(振动)的影响。
首先，对第一会聚透镜13采用永久磁铁型的情况(图2)进行说明。在该情况下，与上述的通常的扫描电子显微镜同样，被维纳尔电极3加速后的电子线2通过正极电极4，并在第一会聚透镜(永久磁铁型)13的作用下受到会聚作用，从而在第一会聚透镜(永久磁铁型)13与第二会聚透镜(电磁线圈型)7之间产生第二交叉8。
但是，永久磁铁型的第一会聚透镜13不能像电磁线圈型那样进行电流控制，从而无法任意变更第二交叉8的上下位置。然而，对于在第二会聚透镜(电磁线圈型)7与物镜12之间产生的第三交叉9的上下位置而言，能够通过对第二会聚透镜(电磁线圈型)7进行电流控制来变更。
接着，对第二会聚透镜14采用永久磁铁型的情况(图3)进行说明。在该情况下，被维纳尔电极3加速后的电子线2也通过正极电极4，并在第一会聚透镜(电磁线圈型)6的作用下受到会聚作用，从而在第一会聚透镜6与第二会聚透镜(永久磁铁型)14之间产生第二交叉8。该第二交叉8的上下位置能够通过第一会聚透镜(电磁线圈型)6的电流控制进行变更，然而，对于在第二会聚透镜14与物镜12之间得到的第三交叉9的上下位置而言，由于无法对永久磁铁型的第二会聚透镜14进行电流控制，因此无法任意变更。因而，为了对试料上的探测电流的点径进行调整，需要通过第一会聚透镜(电磁线圈型)6的电流控制来进行。
如以上说明的那样，在本实施方式中，将沿着电子线2的起动而配置的多个电磁线圈型的会聚透镜中的一部分向永久磁铁型的会聚透镜变更。
通过这样的结构，能够维持对试料上的点径及探测电流进行调整的功能，并且实现扫描电子显微镜的小型化、操作的简单化。同时，能够削减至少一个的电磁线圈型的会聚透镜的发热量，从而能够实现有利于环境的扫描电子显微镜。
<本实施方式的扫描电子显微镜的校准>
图4～6是表示本实施方式的扫描电子显微镜的偏转器进行的校准的说明图。当维纳尔电极3或正极电极4的加速电压发生变化时，通过永久磁铁型的会聚透镜13或14后的电子线2的交叉的上下位置发生变化。
在高加速电压的情况下，电子线2受到强的加速而容易直线前进，因此成为长焦点且不易引起光轴错动。然而，在低加速电压的情况下，电子线2成为短焦点且容易引起光轴错动。为了对该光轴错动进行修正，在本实施方式中，在永久磁铁型的会聚透镜的下部(下侧)(图4)、同轴(与会聚透镜相同的中心轴)(图5)或上部(上侧)(图6)配置偏转器15。
在图4、5中，向发生光轴错动以后的电子线2作用修正磁场来对光轴错动进行修正，与此相对，在图6中，预先向电子线作用与光轴错动方向反方向的修正磁场来对光轴错动进行修正。另外，在图5中，在将偏转器15配置在与永久磁铁型的会聚透镜13、14同轴上的结构上，必然使永久磁铁型的会聚透镜的孔径变大，从而可能使磁场强度减少。因此，在偏转器的控制上及结构上，图4为最优选的实施方式。需要说明的是，图4～6的偏转器为磁场式，但也可以为电场式。另外，也可以组合多个图4～6的偏转器。
通常，永久磁铁型的会聚透镜在制造过程中部件件数多，难以抑制各个的不均。因此，使用了永久磁铁型的会聚透镜的扫描电子显微镜容易引起光轴错动，在装置的性能上存在问题。因此，在本实施方式中，为了解决该问题，而设置对光轴错动进行修正的偏转器15。
这样，通过对偏转器15施加消除光轴错动的电场或磁场，来对电子线2进行修正，从而能够得到成为正常轨道的电子线16。由此，不利用加速电压就能够获取良好的图像。
<总结>
根据本实施方式的扫描电子显微镜，将电磁线圈型的会聚透镜中的一部分向永久磁铁型的会聚透镜变更。
这样，通过电磁线圈型的会聚透镜，能够维持对试料上的点径及探测电流进行调整的功能，并且实现扫描电子显微镜的小型化、操作的简单化。同时，能够削减至少一个的电磁线圈型的会聚透镜的发热量，从而能够实现有利于环境的扫描电子显微镜。
另外，根据本实施方式的扫描电子显微镜，在永久磁铁型的会聚透镜的下部、同轴或上部配置偏转器。
这样，能够对电子线的光轴错动进行修正，不利用加速电压就能够获取良好的图像。
如以上说明的那样，本实施方式的扫描电子显微镜与现有型的扫描电子显微镜相比，专门化成小型化，因此其使用用途当然与现有型同样地作为专门的研究·检查用，还能够遍及多个方面，甚至还作为学校教育的一环、个人的兴趣用。
需要说明的是，在本实施方式中，说明了在维持扫描电子显微镜的性能的状态下进行小型化的方法，但若保持装置自身的大小，则不言而喻能够提高扫描电子显微镜的性能，如实现磁场强度的提高、分解能的提高、发热量的减少等。
符号说明：
1电子源
2电子线
3维纳尔电极
4正极电极
5第一交叉
6第一会聚透镜(电磁线圈型)
7第二会聚透镜(电磁线圈型)
8第二交叉
9第三交叉
10试料台
11物镜光圈
12物镜
13第一会聚透镜(永久磁铁型)
14第二会聚透镜(永久磁铁型)
15偏转器

Claims (5)

1.一种扫描电子显微镜，其利用会聚透镜使从电子源放出的电子线会聚而向试料上照射，并对来自试料的二次电子或反射电子进行检测，从而观察试料，所述扫描电子显微镜的特征在于，具备：
使加速电压变化的维纳尔电极或正极电极；
对所述电子线进行限制的物镜光圈，
所述会聚透镜具有电磁线圈型会聚透镜及永久磁铁型会聚透镜这两种，
所述永久磁铁型会聚透镜配置在所述扫描电子显微镜内，对从所述电子源放出的所述电子线进行会聚，
所述电磁线圈型会聚透镜配置在所述扫描电子显微镜内的所述永久磁铁型会聚透镜的下段，对通过所述永久磁铁型会聚透镜会聚后的所述电子线进行会聚，
所述电磁线圈型会聚透镜进行控制，以使在所述电磁线圈型会聚透镜与物镜之间形成的交叉的位置在上下方向上变更，从而对所述试料上的点径及探测电流进行调整。
2.根据权利要求1所述的扫描电子显微镜，其特征在于，
最上段的所述会聚透镜为永久磁铁型。
3.根据权利要求1或2所述的扫描电子显微镜，其特征在于，
在所述永久磁铁型会聚透镜的下部、同轴及上部中的至少一部分处具有对所述电子线的光轴进行修正的偏转器。
4.一种扫描电子显微镜，其利用会聚透镜使从电子源放出的电子线会聚而向试料上照射，并对来自试料的二次电子或反射电子进行检测，从而观察试料，所述扫描电子显微镜的特征在于，具备：
使加速电压变化的维纳尔电极或正极电极；
对所述电子线进行限制的物镜光圈，
所述会聚透镜具有电磁线圈型会聚透镜及永久磁铁型会聚透镜这两种，
所述电磁线圈型会聚透镜配置在所述扫描电子显微镜内，对从所述电子源放出的所述电子线进行会聚，
所述永久磁铁型会聚透镜配置在所述扫描电子显微镜内的所述电磁线圈型会聚透镜的下段，对通过所述电磁线圈型会聚透镜会聚后的所述电子线进行会聚，
所述电磁线圈型会聚透镜进行控制，以使在所述电磁线圈型会聚透镜与物镜之间形成的交叉的位置在上下方向上变更，从而对所述试料上的点径及探测电流进行调整。
5.根据权利要求4所述的扫描电子显微镜，其特征在于，
在所述永久磁铁型的会聚透镜的下部、同轴及上部中的至少一部分处具有对所述电子线的光轴进行修正的偏转器。
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