JP2009037966A - 走査電子顕微鏡 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、軸合せや強度の調整機能を省いたコンデンサレンズを使用した小型の走査電子顕微鏡において、散乱電子を制限して画像の分解能の低下を防止する。
【解決手段】本発明は、電子ビームが通過するインナーパイプ内部を真空とし、試料室との間に設けた対物絞りにより低真空観察が可能な走査電子顕微鏡において、対物絞りと試料との間にさらに第二の対物絞りを設けた２段対物絞りユニットをインナーパイプの端に設ける。また、２段対物絞りユニットを設けたインナーパイプと、対物絞りのみを設けた対物絞りユニットを設けたインナーパイプとを交換可能とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、走査電子顕微鏡に係り、特に小型の走査電子顕微鏡の対物絞りに関する。

従来知られている走査電子顕微鏡では、コンデンサレンズと対物レンズの間に絞りを設けて、画像形成に不要な電子ビームを遮蔽しているが、絞りの開口部の中心と電子ビームの軌道の中心軸とを一致させるために、絞りを半径方向に移動させる機構や、電子ビームの軸合せのためのアライメントコイルを設ける技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、高分解能が不要な小型の走査電子顕微鏡においては、軸合せや強度の調整機能を省いたコンデンサレンズを使用していることと、構造上、絞りの軸調整機構を設けることが出来ないため、インナーパイプ内で発生する散乱電子が制限されずに試料に入射されてしまい、画像の分解能が低下してしまう。また、絞りの軸調整のために部品を分解して位置合せを行う必要があり、煩雑であった。

特開２０００−４８７４９号公報

本発明は、軸合せや強度の調整機能を省いたコンデンサレンズを使用した走査電子顕微鏡において、散乱電子を制限して画像の分解能の低下を防止できる走査電子顕微鏡を提供することを目的とする。

上記目的を解決するために、本発明の一実施態様は、電子ビームが通過するインナーパイプ内部を真空とし、試料室との間に設けた対物絞りにより低真空観察が可能な走査電子顕微鏡において、対物絞りと試料との間にさらに第二の対物絞りを設けた２段対物絞りユニットをインナーパイプの端に設けたことを特徴とする。

さらに、２段対物絞りユニットを設けたインナーパイプと、対物絞りのみを設けた対物絞りユニットを設けたインナーパイプとを交換可能としたことを特徴とする。

本発明によれば、軸合せや強度の調整機能を省いたコンデンサレンズを使用した走査電子顕微鏡において、散乱電子を制限して画像の分解能の低下を防止できる走査電子顕微鏡を提供することができる。

本発明の実施例を、以下、図面を用いて説明する。図１は、通常の走査電子顕微鏡の主な構成を示す縦断面図であり、真空容器、電子ビームの偏向器、検出器は省略している。図１を用いて、走査電子顕微鏡の原理について説明する。走査電子顕微鏡の装置の内部を真空排気し、目標の真空圧力に到達したら電子源１に高電圧を印加する。電子源１から放出された電子ビーム２は、ウェネルト電極３の電位により収束作用を受け、軌道を曲げられてウェネルト電極３とアノード電極４との間に、第一のクロスオーバー５を作る。加速された電子ビーム２はアノード電極４を通過し、コンデンサレンズ６により収束作用を受け、コンデンサレンズ６と対物レンズ７との間に第二のクロスオーバー８を作る。コンデンサ絞り９により余分な電子が制限された電子ビーム２は、対物レンズ７により収束され、対物絞り１１に制限され、試料台１０の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ビーム２により、試料の表面で跳ね返る反射電子や試料表面から飛び出てくる二次電子等を発生させる。これら反射電子および二次電子を試料室内に設置されている検出器（図示せず）に取り込み、増幅回路を経て、デジタル信号に変換されてからディスプレイに送られ、試料表面の画像として表示される。この画像の画質は、装置の振動、ノイズ、電子ビームの広がりなどの因子によって影響を受ける。

図２は、本発明の一実施例を示し、図１と同じく、走査電子顕微鏡の主な構成を示す縦断面図であり、真空容器、電子ビームの偏向器、検出器は省略している。また、図３は、小型走査電子顕微鏡の具体的な構成を示す縦断面図である。また、図４は、インナーチューブの縦断面図である。図２において、図１からの変更点は、対物絞り１１と試料台１０との間に、第二の対物絞り２１を設けたことである。図１に示したコンデンサ絞り９を設けることによって、余分な電子を遮断できるが、本発明の対象である小型走査電子顕微鏡では、軸調整が困難で完全に遮断できないため、さらなる遮断手法が必要である。第二の対物絞り２１はこの余分な電子を遮断して、試料に到達しないようにできる。図３において、本発明の一実施例である走査電子顕微鏡は、電子源１が設置される電子源室１６と、真空容器１８と、試料台１０を内蔵する試料室１７とから構成され、真空容器１８内にコンデンサレンズ６および第二のコンデンサレンズ１２と、対物レンズ７が固定され、上部ふた１９の開閉により、インナーパイプ１４が出し入れできる構成となっている。インナーパイプ１４には電子源１を取り付けたライナーチューブ１５が差し込まれて、電子ビームの軌道が形成される。高真空に保つ領域は電子源室１６、インナーパイプ１４の内部でよく、試料の低真空観察を可能なものとするために、対物絞り１１は、電子源室１６と試料室１７の間に圧力差を持たせるための差動排気オリフィスの機能を兼ねている。

インナーパイプ１４は、アノード電極４の下部から試料室１７の上部まで伸びている筒状の部品である。また、ライナーチューブ１５は筒状の部品であり、コンデンサ絞りを装着する場合にはこれに装着される。図４において、インナーパイプ１４の先端には、対物絞り１１が組み込まれた対物絞りユニット２０が組み込まれる。

インナーパイプ１４により、試料の低真空観察を可能なものとしているが、電子ビームの散乱量が、一般の走査電子顕微鏡と比較し大きくなるため、散乱電子が試料に当らないようにする必要がある。図５は、対物絞りユニットの縦断面図である。図４に示した対物絞りユニット２０の代わりに、図５に示す２段対物絞りユニット２２を取り付ける。対物絞り１１と試料との間に第二の対物絞り２１をスペーサ２３を介して一体の２段対物絞りユニット２２となるように構成する。２段対物絞りユニット２２は、インナーパイプ１４の先端に組み込まれている対物絞りユニット２０を取り外し、同位置に組み込むことが可能である。第二の対物絞り２１の穴径は、１段目の対物絞り１１の穴径と比較して大きいため、試料室及び電子源室の真空度に影響を与えない。また、第二の対物絞り２１は、散乱電子の遮蔽を目的としているため、厚さを薄くする必要が無く、一般的な加工技術で製作することができる。

対物絞りを２段の構成としたので、散乱電子を十分に遮蔽することができ、試料上での電子ビームの広がりを抑えることが可能となる。その結果、画像の分解能の低下を防ぐことができる。

第二の対物絞り２１の穴径を小さくしていくと、分解能やＸ線分析の精度が向上するが、観察範囲が縮小していく。また、観察範囲を大きくすると、分解能やＸ線分析の精度が悪くなる。上記を両立することは困難であるが、以下の方法で、両方の要望に応えることができる。インナーパイプ１４を２組準備し、１組には１段の対物絞りユニット２０を、もう１組には２段対物絞りユニット２２を組み込んでおき、使用方法によって使い分ける。例えば、視野範囲を大きくしたい場合は対物絞りユニット２０を組み込んだインナーパイプ１４を用い、高い分解能での観察やＸ線分析を行う場合は２段対物絞りユニット２２を組み込んだインナーパイプ１４を用いるようにする。

以上述べたように、本発明の実施例によれば、軸合せや強度の調整機能を省いたコンデンサレンズを使用した小型の走査電子顕微鏡において、散乱電子を制限して画像の分解能の低下やＸ線分析の精度の低下を防止できる走査電子顕微鏡を提供することが可能となる。

通常の走査電子顕微鏡の主な構成を示す縦断面図。 本発明の一実施例の走査電子顕微鏡の主な構成を示す縦断面図。 走査電子顕微鏡の具体的な構成を示す縦断面図。 インナーチューブの縦断面図。 対物絞りユニットの縦断面図。

符号の説明

２…電子ビーム、６…コンデンサレンズ、７…対物レンズ、１１…対物絞り、１４…インナーパイプ、１５…ライナーチューブ、２０…対物絞りユニット、２１…第二の対物絞り、２２…２段対物絞りユニット。

Claims (2)

1. 電子ビームが通過するインナーパイプ内部を真空とし、試料室との間に設けた対物絞りにより低真空観察が可能な走査電子顕微鏡において、
   前記対物絞りと前記試料との間にさらに第二の対物絞りを設けた２段対物絞りユニットを前記インナーパイプの端に設けたことを特徴とする走査電子顕微鏡。
2. 請求項１記載の走査電子顕微鏡において、
   前記２段対物絞りユニットを設けたインナーパイプと、前記対物絞りのみを設けた対物絞りユニットを設けたインナーパイプとを交換可能としたことを特徴とする走査電子顕微鏡。

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