JP4847900B2

JP4847900B2 - 走査型電子顕微鏡

Info

Publication number: JP4847900B2
Application number: JP2007059739A
Authority: JP
Inventors: 良一石井; 功長沖; 佳彦中山
Original assignee: Hitachi High Technologies Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2007-03-09
Filing date: 2007-03-09
Publication date: 2011-12-28
Anticipated expiration: 2027-03-09
Also published as: JP2008226521A

Description

本発明は、走査型電子顕微鏡に関する。

従来の走査型電子顕微鏡の真空排気機構として、特表２００２−５１６０１８号公報に記載のように、電子室、中間室、試料室の各部屋に対しそれぞれの真空排気用配管を有するよう構成したものがある。図３は、このような従来の走査型電子顕微鏡の真空排気機構を概略的に示す図である。この図を参照して従来の走査型電子顕微鏡の真空排気機構について説明する。

図３の走査型電子顕微鏡において、電子銃を収容する電子室８０と試料が配置される試料室６８との間に、電子銃から放出される電子ビームを試料に照射するレンズ組立体を収容する第１〜第３中間室８２、８４及び８６が配置される。真空ゾーンである電子室８０と中間室８２、８４及び８６は、差動ポンプシステムにより差動的に吸引され、差圧が与えられる。この従来の走査型電子顕微鏡の差動ポンプシステムにおいて、電子銃室８０は、超高真空ポンプ８８によって真空排気され、第１中間室８２は、超高真空ポンプ９０によって真空排気され、第２中間室８４は、高真空ポンプにつながる高真空ポンプ配管９２により真空排気される。また、第３中間室８６は、回転ポンプにつながる回転ポンプ配管９４により真空排気される。さらに、電子銃室８０と第１〜第３中間室の各室を、それぞれ差動的に吸引された真空ゾーンにするために、少なくとも４個の圧力制限アパーチャー（電子銃室８０と第１中間室８２の間の圧力制限アパーチャー７０、第１中間室８２と第２中間室８４の間の圧力制限アパーチャー７２、第２中間室８４と第３中間室８６の間の圧力制限アパーチャー７４、第３中間室８６と試料室６８の間の圧力制限アパーチャー７６）を有している。

特表２００２−５１６０１８号公報

上述した従来の走査型電子顕微鏡における試料室の真空排気方法は、一般的には、試料室直下に真空測定子と真空ポンプ（回転ポンプ）が取り付けられ、真空測定子の圧力をモニタしながら、所望の真空圧力に設定したニードルなどでフィードバックさせ、空気などの導入を制御しながら圧力を調整していた。試料室を、例えば１０（Ｐａ）から１０００（Ｐａ）と広い圧力調整範囲の低真空で使用したい場合、空気などを試料室に導入する際、ニードルでは流入量が小さく、必要圧力に到達するまでに時間がかかってしまうという問題があった。上記のような真空ゾーンを画成する方法で、特に試料室を吸引する場合に真空排気効率が低かった。また、回転ポンプが試料室専用に必要となるのでコストがかかり、その維持管理にも手間がかかっていた。

上述したことを鑑み、本発明は、広い圧力調整範囲で必要圧力に達するまでの時間を短縮すると共に、試料室専用の回転ポンプを必要としない走査型電子顕微鏡を提供することを目的とする。

本発明の走査型電子顕微鏡の真空排気装置は、電子銃を収容し、真空に排気する第１の真空排気手段に接続される電子銃室と、試料を収容する試料室と、前記電子銃室と前記試料室との間に配置され、前記電子銃が放射する電子ビームを前記試料に照射する電子光学系を収容し、圧力可変バルブを介して前記第１の真空排気手段より低真空に排気する第２の真空排気手段に接続される中間室とを備え、前記電子銃室と前記中間室、前記中間室と前記試料室とは、差動排気になるように各々圧力制御絞りを介して接続され、前記試料室と前記電子銃室、前記試料室と前記中間室とは、各々真空バルブを介して接続され、前記試料室は微少リークバルブを備えることを特徴とする。試料室を低真空で使用する場合、圧力可変バルブによって圧力を調節し、微少リークバルブを開き、真空バルブを閉じ、試料室と中間室との間の圧力制御絞りの開口率を、該圧力制御絞りを通る気体の実効排気速度が一定になるように調節する。このようにすることにより、必要圧力にすばやく到達することが可能になる。試料室を高真空で使用する場合、微少リークバルブを閉じ、真空バルブを開ける。

前記試料室は、メインバルブを介して前記電子銃室より低真空に排気する手段に接続されるようにしてもよい。この場合には、試料室を低真空で使用する場合、圧力可変バルブによって圧力を調節し、微少リークバルブを開き、メインバルブを閉じ、真空バルブを閉じ、試料室と中間室との間の圧力制御絞りの開口率を、該圧力制御絞りを通る気体の実効排気速度が一定になるように調節する。このようにすることにより、必要圧力にすばやく到達することが可能になる。試料室を高真空で使用する場合、微少リークバルブを閉じ、メインバルブを開け、真空バルブを開ける。

好適には、前記第２の真空排気手段は、前記試料室を１０乃至１０００Ｐａの真空に排気する能力を有する。

本発明によれば、広い圧力調整範囲で必要圧力に達するまでの時間を短縮すると共に、試料室専用の回転ポンプを必要としない走査型電子顕微鏡が実現する。

以下、本発明の実施例を図面に基づき詳細に説明する。

図１は、本発明の走査型電子顕微鏡の一実施形態の構成を示す図である。本走査型電子顕微鏡は、電子銃を収容する電子銃室１と、試料を配置する試料室３と、電子銃室１と試料室３との間に配置され、電子銃が放射する電子ビームを試料に照射するための電子光学系を収容する中間室２を備える。電子銃室１には超高真空ポンプ４が接続される。中間室２には圧力可変バルブ１０を介して高真空ポンプ５が接続される。高真空ポンプ５には予備排気用の回転ポンプ６が接続される。中間室２は、大気開放用のベントバルブ１２に至る配管にも接続される。電子銃室１と中間室２の間には圧力制限絞り７が設けられ、中間室２と試料室３の間には圧力制限絞り８が設けられ、各室が所望の差動排気になるように構成されている。さらに、試料室３と、電子銃室１及び中間室２との間は、真空バルブ９を介して接続される。試料室３には、微少リークバルブ１１も設けられる。使用時、電子銃室１は高真空ポンプ４で排気され、中間室２は高真空ポンプ５で排気される。高真空ポンプ５は、回転ポンプ６で予備排気され真空維持している。ベントバルブ１２を開くことによって、走査型電子顕微鏡の装置全体の大気開放が可能となっている。

このような走査型電子顕微鏡において、試料室３を低真空(例えば、１０Ｐａ〜１０００Ｐａ)で使用する場合、圧力可変バルブ１０によって圧力を調節し、真空バルブ９を閉じ、微少リークバルブ１１を開く。中間室２が圧力可変バルブ１０を通して高真空ポンプ５で真空排気されることにより、空気等のガスが、微少リークバルブ１１を経て試料室３に流れ、さらに圧力制限絞り８を経て中間室２に流れる。このガスが圧力制限絞り８を通る際、実効排気速度が一定になるように圧力制限絞り８の開口率を調節する。

試料室３を高真空で使用する場合、微少リークバルブ１１を閉じ、真空バルブ９を開き、圧力可変バルブ１０を全開にする。このようにすると、試料室３は超高真空ポンプ４と高真空ポンプ５によって真空排気され、高真空が維持される。

図２は、本発明の走査型電子顕微鏡の他の実施形態の構成を示す図である。図１と同じ要素は同じ符号で示す。この実施形態の走査型電子顕微鏡は、図１の実施形態と同様に、電子銃を収容する電子銃室１と、試料を配置する試料室３と、電子銃室１と試料室３との間に配置され、電子銃が放射する電子ビームを試料に照射するための電子光学系を収容する中間室２を備える。電子銃室１には超高真空ポンプ４が接続される。中間室２には圧力可変バルブ１０を介して高真空ポンプ５が接続される。高真空ポンプ５には予備排気用の回転ポンプ６が接続される。中間室２は、大気開放用のベントバルブ１２に至る配管にも接続される。電子銃室１と中間室２の間には圧力制限絞り７が設けられ、中間室２と試料室３の間には圧力制限絞り８が設けられ、各室が所望の差動排気になるように構成されている。さらに、試料室３と、電子銃室１及び中間室２との間は、真空バルブ９を介して接続される。試料室３には、微少リークバルブ１１も設けられる。使用時、電子銃室１は超高真空ポンプ４で排気され、中間室２は高真空ポンプ５で排気される。高真空ポンプ５は、回転ポンプ６で予備排気され真空維持している。ベントバルブ１２を開くことによって、走査型電子顕微鏡の装置全体の大気開放が可能となっている。図２の実施形態では、さらに、試料室３はメインバルブ１３を介して高真空ポンプ５に接続される。

このような走査型電子顕微鏡において、試料室３を低真空（例えば、１０Ｐａ〜１０００Ｐａ）で使用する場合、圧力可変バルブ１０によって圧力を調節し、メインバルブ１３を閉じ、真空バルブ９を閉じ、微少リークバルブ１１を開く。中間室２が圧力可変バルブ１０を通して高真空ポンプ５で真空排気されることにより、空気等のガスが、微少リークバルブ１１を経て試料室３に流れ、さらに圧力制御絞り８を経て中間室２に流れる。このガスが圧力制限絞り８を通る際、実効排気速度が一定になるように圧力制限絞り８の開口率を調節する。

試料室３を高真空で使用する場合、メインバルブ１３を開放し、微少リークバルブ１１を閉じ、真空バルブ９を開き、圧力可変バルブ１０を全開にする。このようにすると、試料室３は超高真空ポンプ４と高真空ポンプ５によって真空排気され、高真空が維持される。

本発明は、走査型電子顕微鏡に利用可能である。

本発明の走査型電子顕微鏡の一実施形態の構成を示す図である。本発明の走査型電子顕微鏡の他の実施形態の構成を示す図である。従来の走査型電子顕微鏡の真空排気機構の構成を示す図である。

符号の説明

１電子銃室
２中間室
３試料室
４、８８、９０超高真空ポンプ
５高真空ポンプ
６回転ポンプ
７、８圧力制限絞り
９真空バルブ
１０圧力可変バルブ
１１微少リークバルブ
１２ベントバルブ
１３メインバルブ
６８試料室
７０電子銃室圧力制限絞り
７２第１中間室圧力制限絞り
７４第２中間室圧力制限絞り
７６試料室圧力制限絞り
８０電子銃室
８２第１中間室
８４第２中間室
８６第３中間室
９２高真空ポンプ配管
９４回転ポンプ配管

Claims

電子銃を収容し、真空に排気する第１の真空排気手段に接続される電子銃室と、
試料を収容する試料室と、
前記電子銃室と前記試料室との間に配置され、前記電子銃が放射する電子ビームを前記試料に照射する電子光学系を収容し、圧力可変バルブを介して前記第１の真空排気手段より低真空に排気する第２の真空排気手段に第１の配管にて接続される中間室とを備え、
前記電子銃室と前記中間室、前記中間室と前記試料室とは、差動排気になるように各々圧力制御絞りを介して接続され、
前記試料室と前記電子銃室、前記試料室と前記中間室とは、前記第１の配管とは個別に設けられる第２の配管に各々真空バルブを介して接続され、
前記試料室はリークバルブを備えることを特徴とする走査型電子顕微鏡。
電子銃を収容し、真空に排気する第１の真空排気手段に接続される電子銃室と、
試料を収容する試料室と、
前記電子銃室と前記試料室との間に配置され、前記電子銃が放射する電子ビームを前記試料に照射する電子光学系を収容し、圧力可変バルブを介して前記第１の真空排気手段より低真空に排気する第２の真空排気手段に接続される中間室とを備え、
前記電子銃室と前記中間室、前記中間室と前記試料室とは、差動排気になるように各々圧力制御絞りを介して接続され、
前記試料室と前記電子銃室、前記試料室と前記中間室とは、各々真空バルブを介して接続され、
前記試料室はリークバルブを備え、
前記試料室を第１の真空状態で使用する場合、前記真空バルブを閉じ、前記圧力可変バルブ及び前記リークバルブを開き、前記試料室を、前記中間室を介して前記第２の真空排気手段により排気し、
前記試料室を前記第１の真空状態よりも高真空な第２の真空状態で使用する場合、前記圧力可変バルブ及び前記真空バルブを開き、前記リークバルブを閉じ、前記試料室を、前記中間室を介して前記第２の真空排気手段により排気しつつ前記電子銃室を介して前記第１の真空排気手段により排気することを特徴とする走査型電子顕微鏡。
前記試料室は、メインバルブを介して前記第２の真空排気手段に接続されることを特徴とする請求項１又は２に記載の走査型電子顕微鏡。
前記第２の真空排気手段は、前記試料室を１０乃至１０００Ｐａの真空に排気する能力を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の走査型電子顕微鏡。