JP2015222656A - 電子顕微鏡 - Google Patents

Abstract

【課題】電子顕微鏡において、振動による画像分解能の低下を抑制し、かつ、操作性を向上する装置を提供する。【解決手段】試料を支持する試料ホルダと、試料ホルダを支持する試料ステージと、試料ホルダの移動機構と、を備えた電子顕微鏡において、前記試料ステージの外周を覆い、かつ前記移動機構の一部を外部に露出するように構成される第１のカバー部材と、前記試料ホルダが有する保持部の外周を覆う第２のカバー部材と、を備え、前記移動機構と前記第１のカバー部材との間には隙間が形成され、前記第１のカバー部材と前記第２のカバー部材との間には壁部材を有することを特徴とする。【選択図】 図１

Description

本発明は、電子顕微鏡に関し、特に画像分解能を高めるとともにメンテナンス性の向上に寄与する装置に関する。

電子顕微鏡は、電子銃により放出される電子線を試料に照射し、試料のへの電子線描画や観察・分析等を行う装置である。中でも高い画像分解能を有する装置では、原子レベルのような微小物体も観察可能である。

電子顕微鏡に求められる性能として重要なものに、画像分解能がある。上述のように、微小物体を観察する場合の拡大倍率は非常に高いため、些細な外乱によって電子顕微鏡の各部位が加振され、電子銃と試料との間で相対変位が生ずる。結果として、観察画像に乱れ等の画像障害が発生し、画像分解能が低下する。画像障害の要因は様々であるが、電子顕微鏡の設置環境に起因するものとして、設置場所の床面から電子顕微鏡へ伝搬する振動や、 室内で発生する環境音、試料を支持する試料ホルダの熱膨張等が挙げられる。

特許文献１には、環境音による試料の振動や熱膨張による試料ドリフトへの対策として、電子顕微鏡において試料ホルダ全面を覆うカバーを設け、加圧手段によりカバー内部の気圧を大気圧よりも高くする技術について説明している。

特開２００７−６６８３２号公報

しかしながら、特許文献１に記載されたカバーの構成によれば、環境音により直接的に試料ホルダが加振されることを防止できる一方で、アクチュエータ等の試料の移動機構もカバー内に収容しているため、大型化を招く。カバーの大型化は環境音による受圧面積を増加させ、カバーと締結した電子顕微鏡に伝搬する振動が増加する。その振動が試料へ伝搬するため、結果として試料ホルダ以外の構造から試料へ伝搬する振動が増加することとなる。

また、アクチュエータの修理や故障による交換等といったメンテナンス時には、カバー全体を取り外す必要があるため、メンテナンス性が悪化する。

さらに、試料交換時には、操作者は試料ホルダを手で搬出、導入する必要がある。この際、手や指が試料ステージに接触すると、内部に配置された精密機器等がショートしたり誤動作し、故障の原因となる。

本発明は、上記課題に鑑み、画像分解能とメンテナンス性をともに向上させ、かつ試料ステージへの接触を防止する電子顕微鏡を提供することを目的とする。

本発明では、上記課題を解決するための一態様として、試料を支持する試料ホルダと、試料ホルダを支持する試料ステージと、試料ホルダの移動機構と、を備えた電子顕微鏡において、前記試料ステージの外周を覆い、かつ前記移動機構の一部を外部に露出するように構成される第１のカバー部材と、前記試料ホルダが有する保持部の外周を覆う第２のカバー部材と、を備え、前記移動機構と前記第１のカバー部材との間には隙間が形成され、前記第１のカバー部材と前記第２のカバー部材との間には壁部材を有することを特徴とする。

上記一態様によれば、画像分解能とメンテナンス性をともに向上させ、かつ試料ステージへの接触を防止することができる。

実施例１に係る試料ホルダを試料ステージへ導入したときの構成を示す図。 電子顕微鏡の構成の一例を示す図。 試料ホルダを試料ステージへ導入したときの基本構成を示す図。 試料ホルダを試料ステージから搬出したときの基本構成を示す図。 実施例１に係る第２のカバーを開放したときの構成を示す図。 実施例１に係る環境音の伝搬の様子を示す図。 実施例２に係る試料ホルダを試料ステージへ導入したときの構成を示す図。 実施例３に係る吸音部の構成を示す図。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、全体を通して、各図における同一の各構成部分には同一の符号を付して説明を省略することがある。

≪装置全体の構成≫
図２は、本実施の形態に係る電子顕微鏡の一例として透過電子顕微鏡（ＴＥＭ：Transmission electron microscope）の構成を示す図である。

ＴＥＭ本体１００は、電子銃１０１と照射レンズ１０３と対物レンズ１０４、投射レンズ１０５で構成される。試料２１は、試料ホルダ２０に取り付けられており、試料ホルダ２０はＴＥＭ本体１００の側面に設けられた試料ステージ３０から内部へ導入される。投射レンズ１０５の下方には検出器１０６が設けられる。なお、本図において制御部１０７は各々の構成部に接続され、装置全体を制御するものとしたが、構成部ごとに独立した制御部を備えるように構成することもできる。また、ＴＥＭ本体１００は外部の真空ポンプ１０８と接続され、試料室１０内を真空状態に保つ。

電子銃１０１より放出された電子線１０２は、照射レンズ１０３により収束され、試料２１に照射される。試料２１を透過した電子は対物レンズ１０４により結像され、その像は投射レンズ１０５により拡大され、検出器１０６上に画像が投影される。投影された画像は、制御部１０７を介し、図示しない出力装置により表示される。

ここで、図３は、試料ホルダを試料ステージへ導入したときの基本構成を示す図であり、図４は、試料ホルダを試料ステージから搬出したときの基本構成を示す図である。図３、４においては、後述する第１のカバー部材５０、第２のカバー部材５１、壁部材５２については図示していない。図４に示すように、搬出された試料ホルダ２０の先端に保持された試料２１を交換する。その後、再度試料ホルダ２０を試料ステージ３０から試料室１０へ導入し、図３に示すように配置する。試料ホルダ２０を導入後、試料室１０内は上述の真空ポンプ１０８によって真空状態となるよう排気され、試料２１の観察を開始する。
≪試料ホルダ、試料ステージの構成≫
図１は、本実施の形態に係る試料ホルダを試料ステージへ導入したときの構成を示す図である。

試料ホルダ２０は試料ステージ３０に支持されている。試料２１を保持する試料ホルダ２０の先端部は、試料室１２の壁を貫通して、かつ気密をとるように設置されている。試料ホルダ２０には、試料ステージ３０を介してアクチュエータ４０が備えられている。アクチュエータ４０は、アクチュエータ接続部４１により試料ステージ３０に接続される。試料ホルダ２０の移動機構であるアクチュエータ４０を操作することにより、試料２１の位置を調節することができる。

試料２１を交換する際には、試料ホルダの保持部である試料ホルダグリップ部２２を手で保持し、試料ホルダ２０を引き抜いて試料ステージ３０から搬出する。

本図に示すように、試料ステージ３０の外周部、及びアクチュエータ４０の一部は、試料室１０に固定された第１のカバー部材５０により覆われる。第１のカバー部材５０は、アクチュエータ４０の一部を外部に露出させ、かつ、アクチュエータ４０との間に隙間６０を形成するように構成される。

ここで、アクチュエータ４０の外部に露出される部分の大きさは特に限定されないが、少なくとも、アクチュエータ４０のアクチュエータ接続部４１とは反対側の端部は、外部に露出されるものとする。

また、アクチュエータ４０と第１のカバー部材５０との間に形成された隙間６０の大きさは特に限定されないが、少なくとも、試料２１の位置調整を行うのに必要なアクチュエータ４０の動作範囲が、第１のカバー部材５０と接触しない程度の大きさを必要とする。なお、この隙間６０は、必ずしも空間である必要はない。すなわち、試料２１の位置調整のためにアクチュエータ４０を動作させる際に、アクチュエータ４０とカバー５０とを直接的に接触させない、という条件を満たせば、隙間６０は、例えばスポンジやゴム等で構成されていてもよい。あるいは、アクチュエータ４０が移動しない場合には、隙間６０を設ける必要は無い。

また、試料ホルダブリップ部２２は、第２のカバー部材５１によって覆われる。第２のカバー部材５１は、第１のカバー部材５０に開閉可能に接続される。

第１のカバー部材５０は、試料ホルダグリップ部２２を内部に収容しないように、壁部材５２によって仕切られている。この壁部材５２は、試料ステージ３０の試料ホルダブリップ部２２側の面を覆うように構成され、試料ホルダグリップ部２２を除く試料ホルダ２０の本体を、試料ステージ３０内に導入あるいは搬出する際に必要な径（図中矢印で示す）を有する孔５４が設けられている。

図５は、本実施の形態に係る第２のカバーを開放したときの構成を示す図である。本図に示すように、第１のカバー部材５０と第２のカバー部材５１との接触部分にヒンジ部５３を取り付け、このヒンジ５３部を中心として、第２のカバー部材が開閉可能な構成とする試料ホルダ２０の導入または搬出の際には、本図に示すように第２のカバー部材５１を開放した状態とする。

また、試料ホルダ２０を試料ステージ３０に導入し、試料２１を観察等する際は、第２のカバー５１は閉じた状態とし、この状態により形成される内部空間３００を密閉する。

上述した例では、第２のカバー部材５１はヒンジ部５３を介して開閉可能なド構成としたが、必ずしもこれに限られない。例えば、第１のカバー部材５０から取り外し可能な蓋型の構成を有する第２のカバー部材５１を配置してもよい。すなわち、第１のカバー部材５０と第２のカバー部材５１との間に、Ｏリング等の部材を取り付け、このＯリングを介して第１のカバー部材５０と第２のカバー部材５１とを取り外し可能に構成することもできる。第２のカバー部材５１を蓋型に構成した場合においても、試料ホルダ２０を試料ステージ３０に導入または搬出する際には第２のカバー部材５１を開けた状態とし、また、試料ホルダ２０を試料ステージ３０に導入したのちに、試料２１を観察等する際には、第２のカバー部材５１は閉じた状態とする。第２のカバー部材５１が閉じた状態においては、内部空間３００は密閉される。

上述の構成によれば、図１に示したように、アクチュエータ４０の一部は第１のカバー部材５０の外部に露出している。このため、第１のカバー部材５０の大きさはアクチュエータ４０の大きさに依存せず、任意に設定することができる。すなわち、第１のカバー部材５０の大きさは、試料ステージ３０の外部を覆い、かつ、外部空間２００に存在する環境音による受圧面積を抑制するように設定できる。この構成により、環境音の重圧による第１のカバー部材５０自体の振動を低減できるので、第１のカバー部材５０から試料室１０を経由して試料２１へ伝搬する振動を低減できる。結果として、画像分解能を向上することができる。

また、図６は本実施の形態に係る環境音の伝搬の様子を示す図である。本図に示すように、アクチュエータ４０の一部を第１のカバー部材５０の外部に露出し、かつ、アクチュエータ４０と第１のカバー部材５０の間には隙間６０を形成している。この隙間６０は、第１のカバー部材５０と試料ステージ３０によって形成された流路７０の入口部となる。環境音は、外部空間２００から隙間６０へ流入し、流路７０へ進行しようとするが、この流入する環境音の一部は壁部材５２に衝突することで外部空間２００の方向へ反射される。この反射により、結果として隙間６０へ流入する環境音、及び流路７０を介して内部空間３００へ流入するは減少する。

このように、内部空間３００へ流入する環境音を減少させることにより、試料ホルダグリップ部２２が内部空間３００に流入した環境音から受ける振動を低減することができる。その結果、試料ホルダグリップ部２２から試料２１へ伝搬する振動を低減し、画像分解能を向上することができる。

また、図４にて示したように、試料２１を交換する際には、操作者は試料ステージ３０に支持された試料ホルダ２０の試料ホルダグリップ部２２を手で掴み、試料ホルダ２０を試料ステージ３０の外へ引き抜く必要がある。このとき、試料ホルダグリップ部２２と試料ステージ３０との間に手や指が接触し、試料ステージ３０に配置された精密基板等が誤動作あるいは故障する原因となりうる。

しかし、図１にて上述したように、本実施の形態では壁部材５２によって試料ステージ３０の試料ホルダグリップ部２２側の面を覆っている。よって、操作者が試料ホルダグリップ部２２を保持した際、手や指は試料ホルダグリップ部２２と壁部材５２の間に存在することとなる。すなわち、操作者の手や指を試料ステージ３０に直接的に接触することなく、試料ホルダ２０を試料ステージ３０へ導入し、または搬出することができる。

結果として、試料ステージ３０に配置された精密基板等に接触することがなく、精密基板等の誤動作や故障等の発生を抑制する。

このように、壁部材５２は環境音による試料ホルダグリップ部２２への振動を低減するだけでなく、試料ステージ３０への手や指の接触による試料ステージ３０の誤動作や故障等を防止できる。

また、試料２１の観察時には、第２のカバー部材５１は閉じた状態となっている。そのため、第２のカバー部材と壁部材５２にとによって形成される内部空間３００は、ＴＥＭの外部空間２００における空調等による温度変化の影響を受けず、安定する。これにより、試料ホルダグリップ部２２の熱膨張を抑制し、試料２１のドリフトを抑制する。

また、上述の通りアクチュエータ４０の一部は第１のカバー部材５０から外部に露出するように構成されるため、第１のカバー部材５０を取り外すことなく、アクチュエータ４０の修理や交換等といったメンテナンスを容易に実施できる。

そして、上述の通り第１のカバー部材５０は試料ステージ３０の外部を覆っているため、外部空間２００に浮遊する埃等が試料ステージ３０に配置された精密基板等に付着するのを防止し、試料ステージ３０のショートや故障等の発生を防ぐ。

なお、第２のカバー部材５１は、自由に開閉できないようロック機構を備えてもよい。例えば、第１のカバー部材５０と第２のカバー部材５１の間にロック機構を取り付け、第２のカバー部材５１が閉じた状態では、電気的な信号によりロック機構が作動し、第２のカバー部材５１を閉じた状態を維持することで、自由に開けることができない。一方、第２のカバー部材５１を開ける際には、電気的な信号によりロック機構が解除され、第２のカバー部材５１を開放することで、自由に開けることができるようにする。このロック機構は、第２のカバー部材５１を、図５に示したようにヒンジ部５３を介して開閉可能とする構造とした場合、あるいは第１のカバー部材５０に対して着脱可能な蓋型とする構成とした場合のいずれにも適用できる。

本実施の形態では、第１のカバー部材５０、第２のカバー部材５１、及び壁部材５２によって覆われた空間内において、吸音部を設ける構成について説明する。

図７は、本実施の形態に係る試料ホルダを試料ステージへ導入したときの構成を示す図である。本図に示すように、第１のカバー部材５０の試料ステージ３０を覆っている面、第２のカバー部材５１の試料ホルダグリップ部２２を覆っている面、及び壁部材５２の流路７０側及び内部空間３００側の面において、グラスウールやウレタンフォームに代表される吸音部８０を配置する。吸音部８０以外の構成は、上述の実施例１と同様であるので、詳細な説明は省略する。

上述の構成によれば、隙間６０から流路７０へ流入する環境音は、第１のカバー部材５０に配置された吸音材８０と衝突を繰り返しながら壁部材５２へ流入する。このとき、環境音が有する振動エネルギが吸音材８０で熱エネルギに変換され消失する。よって、環境音は減音しながら流路７０を通過し、壁部材５２へ向かう。

環境音は壁部材５２の面に設置した吸音材８０と壁部材５２に衝突して減音し、その一部は隙間６０の方向へ反射され、残りが内部空間３００に流入する。結果として、内部空間３００へ流入する環境音は減音する。内部空間３００へ流入した環境音は、第２のカバー部材５１と壁部材５２に配置された吸音部８０と衝突を繰り返し、その度に減音する。よって、内部空間３００に存在する環境音は、吸音部８０が無い場合と比べて減音する。結果として、試料ホルダグリップ部２２が内部空間３００に存在する環境音から受ける振動、及び、試料２１の振動を低減し、画像分解能の向上に寄与する。

なお、図７では第１のカバー部材５０と第２のカバー部材５１と壁部材５２において、流路７０側あるいは内部空間３００側の一方またはその両方と接する全ての面に吸音材８０を設置した場合について説明したが、吸音部８０を設置する面は、第１のカバー部材５０、第２のカバー部材５１、壁部材５２の面の一部でもよい。

実施例２では、環境音を吸音する吸音部８０は単層で構成される場合について説明した。本実施の形態では、実施例２における吸音部８０に代えて、複数の材料を積層して構成された吸音部８４を用いる場合について説明する。

図８は、本実施の形態に係る吸音部８４の構成を示す図である。本図において、吸音部８４は複数の吸音材料８１〜８３を積層することによって構成される。ここで、吸音材料８１〜８３は同種材料、異種材料のいずれの組み合わせであってもよく、あるいは、一部のみに異種材料を使用するようにしてもよい。

他の構成は、上述の実施例１と同様であるので、詳細な説明は省略する。

上述の構成のように、吸音特性の異なる複数の吸音材料８１〜８３を積層させることで、その吸音部８４全体の吸音特性の設計が可能となる。すなわち、環境音の周波数に対応する最適な吸音材料を選定し、これらを組み合わせて積層することで、吸音部８４を構成する。この吸音部８４を図７に示した単層の吸音部８０と置換することで、内部空間３００に存在する環境音を効果的に低減し、試料ホルダグリップ部２２の振動を抑える。なお、吸音部８４を設置する面は、第１のカバー部材５０、第２のカバー部材５１、壁部材５２の面の一部でもよい。

１０・・・試料室
２０・・・試料ホルダ
２１・・・試料
２２・・・試料ホルダグリップ部（保持部）
３０・・・試料ステージ
４０・・・アクチュエータ
４１・・・アクチュエータ接続部
５０・・・第１のカバー
５１・・・第２のカバー
５２・・・壁部材
５３・・・ヒンジ部
５４・・・孔
６０・・・隙間
７０・・・流路
８０・・・吸音部
８１・・・第１の吸音材料
８２・・・第２の吸音材料
８３・・・第３の吸音材料
８４・・・複数の吸音材料の積層により構成される吸音部
１００・・・ＴＥＭ本体
１０１・・・電子銃
１０２・・・電子線
１０３・・・収束レンズ
１０４・・・対物レンズ
１０５・・・投射レンズ
１０６・・・検出器
１０７・・・制御部
１０８・・・真空ポンプ
２００・・・外部空間
３００・・・内部空間

Claims (7)

1. 試料を支持する試料ホルダと、
   前記試料ホルダを支持する試料ステージと、
   前記試料ホルダの移動機構と、を備えた電子顕微鏡において、
   前記試料ステージの外周を覆い、かつ前記移動機構の一部を外部に露出するように構成される第１のカバー部材と、
   前記試料ホルダが有する保持部の外周を覆う第２のカバー部材と、を備え、前記移動機構と前記第１のカバー部材との間には隙間が形成され、前記第１のカバー部材と前記第２のカバー部材との間には壁部材を有することを特徴とする電子顕微鏡。
2. 請求項１に記載された電子顕微鏡において、前記第１のカバー部材と前記第２のカバー部材との接触部にヒンジ部を設け、前記第２のカバー部材は当該ヒンジ部を介して前記第１のカバー部材に対して開閉可能に連結されることを特徴とする電子顕微鏡。
3. 請求項１に記載された電子顕微鏡において、前記第２のカバー部材は、前記第１のカバー部材に対して着脱可能に連結されることを特徴とする電子顕微鏡。
4. 請求項１に記載された電子顕微鏡において、第１のカバー部材、前記第２のカバー部材、前記壁部材のうちの少なくともいずれかにおいて、内側に吸音部を配置することを特徴とする電子顕微鏡。
5. 請求項２に記載された電子顕微鏡において、前記第１のカバー部材と前記第２のカバー部材との連結をロックするロック機構を有することを特徴とする電子顕微鏡。
6. 請求項３に記載の電子顕微鏡において、前記第１のカバー部材と前記第２のカバー部材との連結をロックするロック機構を有することを特徴とする電子顕微鏡。
7. 請求項４に記載された電子顕微鏡において、前記吸音部は、複数の吸音材料を積層することにより構成されること特徴とする電子顕微鏡。