JP2007305499A

JP2007305499A - 差動排気走査形電子顕微鏡

Info

Publication number: JP2007305499A
Application number: JP2006134607A
Authority: JP
Inventors: Tomohisa Otaki; 智久大瀧; Kenichi Hirane; 賢一平根; Akihisa Takahata; 陽久高畑; Ryoichi Ishii; 良一石井
Original assignee: Hitachi High Technologies Corp; Hitachi High Tech Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2006-05-15
Filing date: 2006-05-15
Publication date: 2007-11-22
Anticipated expiration: 2026-05-15
Also published as: JP4855135B2

Abstract

【課題】電子光学系の各部品及び差動排気用オリフィスの保守点検が容易に行え、またパイプの芯出しの容易な差動排気走査形電子顕微鏡を提供する。
【解決手段】差動排気走査形電子顕微鏡は、電子線を発生する電子源を配置する電子銃室１と、試料を配置する試料室２とを、鏡筒部７で連絡し、この鏡筒部７には、内部を電子線が通過するインナーパイプ１４を設けると共に、少なくとも前記電子銃室１からの電子線の収束手段であるコンデンサレンズ８、１３と、試料室２内の試料に収束させる対物レンズ９とを備えている。そして、インナーパイプ１４は、電子銃室１側から試料室２上部までの一体の長さに形成すると共に、試料室２側に位置する先端部に差動排気用オリフィス兼用対物絞りユニット１６を取り付けている。インナーパイプ１４の電子銃室１側内には、コンデンサ絞りユニットとなるライナーチューブ１５を装着する。
【選択図】図１

Description

本発明は、差動排気走査形電子顕微鏡に係り、特に電子光学系の保守点検の容易な差動排気走査形電子顕微鏡に関すものである。

電子顕微鏡では、電子銃室及び試料室を含む装置内部を真空排気し、目標の真空圧力に到達したら図５に示す電子源３に高圧を印加する。高圧に印加された電子源３から放出される電子線４は、ウェネルト電極５の電位により、収束作用を受けて軌道を曲げられ、ウェネルト電極５とアノード電極６の間に第一のクロスオーバーＣＯＢ１を作る。加速電圧により加速された電子線４は、アノード電極５を通過し、コンデンサレンズ８により収束作用を受け、コンデンサレンズ８と対物レンズ９の間に第二のクロスオーバーＣＯＢ２を作る。

更に、対物絞り１１により制限された電子線４は、対物レンズ９により収束され、対物レンズ９の近辺に設ける差動排気用オリフィス１２を経て、試料台１０上の試料の表面に照射される。試料の表面に照射された電子線４は、試料表面で跳ね返る反射電子及び試料の表面から飛び出てくる二次電子等を発生させる。これら反射電子及び二次電子を、試料室内に設置されている検出器に取り込み、増幅回路を経て、またデジタル変換されてからディスプレイに送り込まれ、操作画面にて試料表面の画像として確認することができる。この画像の画質は、走査形電子顕微鏡の振動やノイズ及び汚れなどの因子に影響を受けることが知られている。

通常、走査形電子顕微鏡では、上部の電子銃室と下部の試料室とは鏡体部で連結され、電子銃室から試料室まで電子線が通るように配置するパイプは、電子銃室の開閉部において着脱自在に構成している。これによって、鏡体部を解体することなくパイプを取り出すことが可能となっており、パイプ内部及びパイプ内に装着されているコンデンサ絞り及び対物絞り等の散乱絞りの保守を行う際に、鏡体部を解体することなく行えるようにすることが知られている。

また、鏡体部内のパイプを下部の試料室側と上部の電子銃側とに分離し、上部パイプの径を小さくしてコンデンサレンズの起磁力を小さく抑え、レンズ自体を小型化して鏡体部を小型化できるようにし、下部パイプの径は上部パイプより径よりも大きくして、偏向領域を稼ぐことで低倍率での像観察を可能にすることも提案されている。この種の構造では、上部パイプのみを電子銃室の開閉部から着脱可能とし、上部パイプに装着されているコンデンサ絞り及び対物絞りの保守を容易にしている。上記したような走査形電子顕微鏡は、例えば特許文献１に記載されている。

しかも、電子銃室と資料室の真空度に差をつける従来の低真空の差動排気走査形電子顕微鏡における構造は、対物絞り１２とは別個に、小開口を形成する差動排気用オリフィスを有している。そして、対物絞り１２を対物レンズ９の近辺に配置し、また差動排気用オリフィスは、試料室の上面に位置する対物レンズのカバー部分に装着することが一般的で、これによって試料室内を低真空雰囲気に保つ構造としている。

特開昭５１−１１０９６４号公報

しかしながら、差動排気用オリフィスを有する低真空の差動排気走査形電子顕微鏡では、パイプ部分等の保守を容易に行える構成になっているが、対物絞りや試料室の上面の近辺に装着している差動排気用オリフィスの保守のためには、鏡体部をある程度解体しないと、対物絞り及び差動排気用オリフィスを取り出すことができず、保守点検に時間を要してしまい、経済的に行うことができない問題があった。

本発明の目的は、電子光学系の各部品及び差動排気用オリフィスの保守点検が容易に行え、性能を維持できる差動排気走査形電子顕微鏡を提供することにある。

また本発明の他の目的は、保守点検時等においても、パイプの芯出しの容易な差動排気走査形電子顕微鏡を提供することにある。

本発明の差動排気走査形電子顕微鏡では、電子線を発生する電子源を配置する電子銃室と、試料を配置する試料室とを、鏡筒部で連絡し、前記鏡筒部には、内部を電子線が通過するインナーパイプを設けると共に、少なくとも前記電子銃室からの電子線を試料室内の試料に収束させる収束手段を備えて構成する際に、前記インナーパイプは、前記電子銃室から前記試料室上部までの一体の長さに形成すると共に、前記試料室側の先端部に差動排気用オリフィス兼用対物絞りユニットを取り付けて構成したことを特徴とする。

また、本発明の差動排気走査形電子顕微鏡では、電子線を発生する電子源を配置する電子銃室と、試料を配置する試料室とを、鏡筒部で連絡し、前記鏡筒部には、内部を電子線が通過するインナーパイプを設けると共に、少なくとも前記電子銃室からの電子線を試料室内の試料に収束させる収束手段を備えて構成する際に、前記インナーパイプは、前記電子銃室から前記試料室上部までの一体の長さに形成すると共に、前記試料室側の先端部に差動排気用オリフィス兼用対物絞りユニットを取り付け、前記鏡筒部の上端に、前記電子銃室の容器部を水平方向に移動させてインナーパイプの芯出しを行う位置調整機構を設けて構成したことを特徴とする。

好ましくは、前記位置調整機構は、鏡筒部の周囲に配置する複数本の位置調整ねじから構成したことを特徴とする。

また好ましくは、前記差動排気用オリフィス兼用対物絞りユニットは、前記インナーパイプの下端部に装着する絞りホルダと、前記絞りホルダ内へ着脱自在に設けるオリフィスを形成した対物絞り部材とにより構成したことを特徴とする。

更に好ましくは、前記インナーパイプの上方内に、コンデンサ絞りユニットとなるライナーチューブを装着して構成したことを特徴とする。

また好ましくは、前記インナーパイプ及びライナーチューブは、前記電子銃室内に配置するアノード電極により押圧固定して構成したことを特徴とする。

本発明のように差動排気走査形電子顕微鏡を構成すれば、鏡体部を解体することなく、電子銃室の開閉部よりインナーパイプ及び差動排気用オリフィスを兼ねた対物絞りユニットを取り出せるから、保守が非常に容易にしかも短時間に行え、経済的に行うことができる。

また、鏡筒部の上端に複数の位置調整ねじからなる調整機構を設けて差動排気走査形電子顕微鏡を構成すれば、保守点検時等の組立ての際においても、パイプの芯出しを短時間に容易に行うことができる。

本発明の差動排気走査形電子顕微鏡では、電子線を発生する電子源を配置する電子銃室と、試料を配置する試料室とを、鏡筒部で連絡し、前記鏡筒部には、内部を電子線が通過するインナーパイプを設けると共に、前記電子銃室からの電子線を試料室内の試料に収束させる収束手段を備えている。そして、前記インナーパイプは、前記電子銃室から前記試料室上部までの一体の長さに形成すると共に、前記試料室側に位置する先端部に差動排気用オリフィス兼用対物絞りユニットを取り付けている。

本発明の差動排気走査形電子顕微鏡は、図１の実施例に示すように、上方の電子銃室１と、下方の試料を配置する試料室２とは、鏡筒部２０で連結している。電子銃室１は、容器部１Ａとこれに開閉可能に取り付ける容器カバー１Ｂとから機密に構成し、鏡筒部７の上端に配置して固定する。この電子銃室１内には、図２に示す電子線４を発生する電子源３やウェネルト電極５等を配置している。

鏡筒部７内には、この例では上方より順に、電子線を収束させる永久磁石等を用いた収束手段となる第一のコンデンサレンズ８及び第二のコンデンサレンズ１３、電子線を試料室内の試料に収束させる対物レンズ９、更には電子線４を偏向させる偏向手段を配置している。

電子銃室１と試料室２とは、各コンデンサレンズ８、１３や対物レンズ９の中心部を通って挿入する１本のインナーパイプ１４で連絡している。しかも、インナーパイプ１４が貫通する電子銃室１及び試料室２部分は、それぞれＯリング等でシールして真空状態を維持できるようにしている。

インナーパイプ１４は、電子源３より放出された電子線４を試料室２まで通過させるものであり、図３（ａ）に示すように上端部にアノード電極６を取り付け、しかも下端部には差動排気用オリフィス兼用対物絞りユニット１６を装着している。インナーパイプ１４の下端部に設ける差動排気用オリフィス兼用対物絞りユニット１６は、例えば図３（ｂ）の拡大図及び（ｃ）の分解図に示すように、インナーパイプ１４の下端部に装着する中空の絞りホルダ１７の内部に、順にスペーサ１８、オリフィスを形成した対物絞り部材１９、押さえ材２０を配置し、着脱自在に取り付けて構成する。このように構成したので、後述する如く差動排気用オリフィス兼用対物絞りユニット１６は、その保守点検を極めて容易に行うことができる。

また、インナーパイプ１４の上端部には、アノード電極６を着脱可能に取り付けており、しかもインナーパイプ１４の電子銃室１側の上方内には、ライナーチューブ１５を挿入している。このライナーチューブ１５は、筒状の部品で内部に二段のコンデンサ絞り（図示せず）を含んでいるユニットである。アノード電極６は、インナーパイプ１４及びライナーチューブ１５を、電子銃室１側から押さえつける役割も兼ねさせている。こようにすると、インナーパイプ１４及びライナーチューブ１５の固定に、別の部材を用いる必要がなく、構造が簡単で分解や組立てを容易に行うことができる。

本発明の差動排気走査形電子顕微鏡では、試料の低真空での観察を可能な上記構成としており、差動排気用オリフィス兼用対物絞りユニット１６を使用して、電子銃室１と試料室２の圧力差を持たせている。また、差動排気用オリフィス兼用対物絞りユニット１６の位置は、対物レンズ９の主面であり偏向支点である試料室２の上部に設置している。

本発明の構成の差動排気走査形電子顕微鏡においても公知のものと同様に、電子銃室１及び試料室２等の内部を真空排気し、目標の真空圧力に到達したら図２に示す電子源３に高圧を印加し、電子源３から電子線４が放出させる。放出された電子線４は、ウェネルト電極５の電位により、収束作用を受けて軌道を曲げられ、ウェネルト電極５とアノード電極６の間に第一のクロスオーバーＣＯＢ１を作る。加速電圧により加速された電子線４は、アノード電極６を通過し、インナーパイプ１４及びライナーチューブ１５内に突入して、第一のコンデンサレンズ８により収束作用を受け、第一のコンデンサレンズ８と第二のコンデンサレンズ１５の間に第二のクロスオーバーＣＯＢ２を作る。更に、第二のコンデンサレンズ１５により収束作用を受け、第二のコンデンサレンズ１５と対物レンズ９の間に第三のクロスオーバーＣＯＢ３を作る。その後電子線４は、対物レンズ９により収束され、かつ差動排気オリフィス兼用対物絞りユニット１６により制限されて試料台１２の試料表面に照射することになる。

走査形電子顕微鏡におけるインナーパイプ１４及び差動排気用オリフィス兼用対物絞りユニット１６の保守点検の時期は、例えば半年程度使用して画質が劣化してきたと感じられた場合、又は交換時期のメッセージが操作画面上にて現れたとき等であり、保守点検の際には次に述べる手順で実施する。

保守を行うため、インナーパイプ１４を取り出すときは、まず真空状態の各部内を大気圧にし、次に図４のように電子銃室１の容器カバー１Ｂを開け、アノード電極６を取り外し、ライナーチューブ１５を取り出してから、その後インナーパイプ１４の取り出しを順に実施する。

差動排気用オリフィス兼用対物絞りユニット１６を保守点検や交換する場合は、上記の手順でインナーパイプ１４の取り出しを行い、先端に装着されている対物絞りユニット１９を取り外し、インナーパイプ１４の下端に固着したユニット本体１７から内部挿入部材１８を取り外し、必要な場合には新部品との交換を実施する。

再組立ての場合には、インナーパイプ１４を再び元の状態に装着し、次にライナーチューブ１５を図１のように、インナーチューブ１７の上部内に装着してから、アノード電極６を固定し、電子銃室１を閉める。電子銃室１内や試料室２内等の真空排気の完了後、高電圧を印加して電子線４を試料に照射し、操作画面にて観察像を確認しながら、電子線の軸調整を行って光軸を中心に一致させ、一連の作業を終了する。

本発明の差動排気走査形電子顕微鏡の構造では、電子銃室１及び電子光学系を含む鏡筒部７を解体することなく大気圧開放後に電子銃室１の容器カバー１Ｂを開け、アノード電極６及びライナーチューブ１５を取外せば、インナーパイプ１４を一気に引き抜くことができ、インナーパイプ１４先端に装着した差動排気用オリフィス兼用対物絞りユニット１６の保守点検が、極めて容易に行える。また、インナーパイプ１４が、アノード電極６から試料室２の上部までを１本で構成しているため、インナーパイプ１４の芯出しが簡単なので電子線の光軸が容易に出せ、電子銃室１側の軸調整のみで試料室２までの電子線４の軸を一致させることができる。

本発明の差動排気走査形電子顕微鏡では、分解後の再組立ての際に、インナーパイプ１４の芯出しを行って電子線の光軸の調整を容易にするため、図１に示すように、鏡筒部７の上端部に簡易な位置調整機構２１を設けている。位置調整機構２１は、例えば複数本の位置調整ねじを用い、鏡筒部７の上端部の周囲４に螺着し、この位置調整ねじを電子銃室１の容器部１Ａに係合させて構成する。

組立て時における電子線の光軸の調整は、上述した如くインナーパイプ１４とライナーチューブ１５及びアノード電極６等を装着後、位置調整機構２１を操作して電子銃室１の容器部１Ａを水平方向に位置調整を行うようにすれば、インナーパイプ１４の芯出しが短時間に簡単に行え、電子線の軸と限りなく同軸となる位置合せができる。

本発明の一実施例である差動排気走査形電子顕微鏡を示す概略縦断面図である。図1の電子光学系を示す構成図である。インナーパイプの縦断面図と下部の部分構成図と分解図である。本発明の差動排気走査形電子顕微鏡における分解手順図である。従来の差動排気走査形電子顕微鏡における電子光学系を示す構成図である。

符号の説明

１…電子銃室、１Ａ…容器部、１Ｂ…容器カバー、２…試料室、７…鏡筒部、８…第一のコンデンサレンズ、９…対物レンズ、１１…対物絞り、１２…試料台、１３…第二のコンデンサレンズ、１４…インナーパイプ、１５…ライナーチューブ、１６…差動排気オリフィス兼用対物絞り、１７…絞りホルダ、１８…スペーサ、１９…対物絞り部材、２０…押さえ材、２１…位置調整機構。

Claims

電子線を発生する電子源を配置する電子銃室と、試料を配置する試料室とを、鏡筒部で連絡し、前記鏡筒部には、内部を電子線が通過するインナーパイプを設けると共に、少なくとも前記電子銃室からの電子線を試料室内の試料に収束させる収束手段を備えた差動排気走査形電子顕微鏡において、前記インナーパイプは、前記電子銃室から前記試料室上部までの一体の長さに形成すると共に、前記試料室側の先端部に差動排気用オリフィス兼用対物絞りユニットを取り付けて構成したことを特徴とする差動排気走査形電子顕微鏡。
電子線を発生する電子源を配置する電子銃室と、試料を配置する試料室とを、鏡筒部で連絡し、前記鏡筒部には、内部を電子線が通過するインナーパイプを設けると共に、少なくとも前記電子銃室からの電子線を試料室内の試料に収束させる収束手段を備えた差動排気走査形電子顕微鏡において、前記インナーパイプは、前記電子銃室から前記試料室上部までの一体の長さに形成すると共に、前記試料室側の先端部に差動排気用オリフィス兼用対物絞りユニットを取り付け、前記鏡筒部の上端に、前記電子銃室の容器部を水平方向に移動させてインナーパイプの芯出しを行う位置調整機構を設けて構成したことを特徴とする差動排気走査形電子顕微鏡。
請求項２において、前記位置調整機構は、鏡筒部の周囲に配置する複数本の位置調整ねじから構成したことを特徴とする差動排気走査形電子顕微鏡。
請求項１から３のいずれかにおいて、前記差動排気用オリフィス兼用対物絞りユニットは、前記インナーパイプの下端部に装着する絞りホルダと、前記絞りホルダ内へ着脱自在に設けるオリフィスを形成した対物絞り部材とにより構成したことを特徴とする差動排気走査形電子顕微鏡。
請求項１から４のいずれかにおいて、前記インナーパイプの上方内に、コンデンサ絞りユニットとなるライナーチューブを装着して構成したことを特徴とする差動排気走査形電子顕微鏡。
請求項５において、前記インナーパイプ及びライナーチューブは、前記電子銃室内に配置するアノード電極により押圧固定して構成したことを特徴とする差動排気走査形電子顕微鏡。