JP4865421B2

JP4865421B2 - 環境制御型電子線装置

Info

Publication number: JP4865421B2
Application number: JP2006176574A
Authority: JP
Inventors: 政司木村; 宏征鈴木; 幸太郎細谷
Original assignee: Hitachi High Technologies Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2006-06-27
Filing date: 2006-06-27
Publication date: 2012-02-01
Anticipated expiration: 2026-06-27
Also published as: JP2008010177A

Description

本発明は真空度を制御する差動排気機能を備えた例えば走査型電子顕微鏡等の環境制御型電子線装置に係り、特に、対物レンズ先端部に差動排気絞りを備えた環境制御型電子線装置に関する。

電子線装置、特に、試料室内の真空度を低真空から高真空まで制御可能な環境制御型電子線装置では、電子源部を高真空あるいは超高真空に設定する必要があるのに対し、試料室内部を低真空に制御する必要があり、そのために、電子源部と試料室との間に差動排気絞りを設けている。

そして、最小限の排気設備で電子源部と試料室との間の差圧を大きくしたり、一次電子線の散乱を防いだりするために、電子源部から試料室内の試料に最も近い差動排気絞りまでの圧力を可能な限り低い圧力に設定することが望ましく、差動排気絞りを電子線の偏向支点である対物レンズの主面に配置する必要がある。

対物レンズ先端部に差動排気絞りを備えた環境制御型電子線装置は、例えば特許文献１に示すように、既に提案されている。

特表２００２−５１６０１８号公報

上記差動排気絞りは、試料室内が低真空の場合にのみ必要となり、高真空以上の場合には、その差動排気絞りによって電子線の照射電流が制限され低倍率時の視野も制限されてしまうので不要となる。

しかしながら、前記差動排気絞りは、対物レンズの主面に配置されているので、試料室内を高真空にしたときは、一旦試料室内を大気圧に戻して試料室内を開放し、試料室内の試料保持台を撤去した後に前記差動排気絞りを対物レンズから取外す方法をとっていた。

また、試料室内を低真空に戻す際には、一旦取外した差動排気絞りを対物レンズに装着せずに試料室内を低真空に戻す誤操作を生じさせる危険もある。

さらに、高倍率観察時には、差動排気絞りの位置を下降させて試料に近づけ一次電子線の散乱を低減させることがあるが、差動排気絞りの下降作業は、試料室を大気圧にした後の差動排気絞りの交換作業となるために、交換後の視野探しが困難になる問題もある。

本発明の目的は、試料室内を大気圧に戻すことなく差動排気絞りの対物レンズからの着脱が行える環境制御型電子線装置を提供することにある。

本発明は上記目的を達成するために、差動排気絞りを上下方向に昇降させる昇降機構と、降下後の前記差動排気絞りを水平方向に移動させる水平移動機構とを設け、これら昇降機構と水平移動機構の操作部を試料室外に設けたのである。

本発明は上記構成とすることで、試料室内を真空に保ったまま昇降機構によって差動排気絞りを対物レンズの下方に移動させ試料に接近させることができると共に、高真空時には下降させた差動排気絞りを電子線の照射範囲外に移動させることができるので、試料室内を大気圧に戻すことなく差動排気絞りの対物レンズからの着脱が行える環境制御型電子線装置を得ることができる。

以下本発明による環境制御型電子線装置の一実施の形態を図１〜図４に示す走査型電子顕微鏡に基づいて説明する。

図４に示すように、走査型電子顕微鏡１は、大きくは、頂部に設置した電子銃室２と、その下方に設置した集束レンズ室３と、その下方に設置した中間室４と、その下方に設置した対物レンズ室５と、その下方に設置した試料室６とより構成され、前記電子銃室２内には電子銃７が設置され、集束レンズ室３内には集束レンズ８が設置され、対物レンズ室５内には対物レンズ９が設置されている。また、この対物レンズ９の下方部に対応する試料室６内には絞りユニット１０が設置され、その下方には試料保持台１１が設置されている。そして各室は、排気系を構成する真空ポンプ１２〜１５を作動させることで、超高真空、高真空、低真空に保持される。そして、各真空ポンプ１２〜１５と各室を連通する管路やバイパス管路の途中に弁Ｂ１〜Ｂ７を設け、これらを操作手順にしたがって開閉することで、各室内を必要な真空度あるいは大気圧にすることができる。

次に、対物レンズ９に対する絞りユニット１０の具体的設置構成を図１及び図２に基づいて説明する。

前記対物レンズ９は、対物レンズ室５と試料室６との仕切壁１６を貫通して試料室６内に先端部を望ませている。そして、前記絞りユニット１０は、前記対物レンズ９の主面９Ａに位置する差動排気絞り１７と、この差動排気絞り１７を保持する絞りホルダ１８と、この絞りホルダ１８を一端部に保持する支持腕部材１９とを備えている。

一方、前記支持腕部材１９の他端部は、試料室６の頂部と外部を仕切る仕切壁１６Ｓを貫通して上方に延在する操作軸２０の下端部に連結されている。この操作軸２０の仕切壁１６Ｓの貫通部は、軸封手段によって試料室６内の真空を破壊しないように構成されている。そして、操作軸２０の上端部には摘み２１が設けられており、作業者が、この摘み２１を上下動させることで、操作軸２０は上下し、また、摘み２１を回転させることで操作軸２０は回転できるように構成されている。尚、摘み２１は、差動排気絞り１７が対物レンズ９の主面９Ｓに位置しているときには、仕切壁１６Ｓから離れた上方に位置している。

上記構成の走査型電子顕微鏡１において、電子銃７から放出された電子線２２は、集束レンズ８で収束され、その後、対物レンズ９で試料保持台１１上の試料２３に対して焦点を合わせられ、試料２３の観測が行われる。

このような試料２３の観察時において、試料室６内を高真空にして対物レンズ９の主面９Ａに位置する差動排気絞り１７を取外す際は、摘み２１を矢印Ａ方向に押し下げる。摘み２１の押し下げにより、支持腕部材１９を介して連結された絞りホルダ１８も矢印ａ方向に下降し、絞りホルダ１８に保持された差動排気絞り１７は、対物レンズ９から離れて図１に破線で示すように、試料２３側に移動する。その後、摘み２１を矢印Ｂ方向、例えば、反時計回りに回動させることで、支持腕部材１９に保持された絞りホルダ１８も、図２に示す矢印ｂ方向に回動し、絞りホルダ１８に保持された差動排気絞り１７は、対物レンズ９の中心、云い代えれば、試料２３から離れた位置に移動する。差動排気絞り１７が試料２３から離れた位置に退避できたなら、その状態で試料に観察を始めてもよいが、観察のために試料室６内の他の観測機器を移動させる必要がある場合には、他の観察機器との干渉を無くすために、摘み２１を元の高さあるいは元の高さよりも高い位置に引き上げて、図１に示すように、仕切壁１６Ｓの内側に接近させた待機させる。

以上のように、摘み２１の上下及び回動操作によって差動排気絞り１７を対物レンズ９の主面９Ｓから取外して邪魔のならない位置に退避させることができるので、従来のような試料室６内の真空を大気圧に戻してから試料室６内を開放し、その状態で、対物レンズ９から差動排気絞り１７を取外すという、厄介な作業を無くすことができる。また、従来において、差動排気絞りの着脱後に、大気圧から必要な真空度に確保するのに長時間を要していたが、本発明によれば、真空を破ることがないので、短時間に必要とする真空度を得ることができる。

尚、試料室６内を低真空に戻して試料２３の観察を行う場合には、摘み２１の操作を上述の操作とは逆に順序で行い、低真空に戻すだけでよく、従来のように、取外した差動排気絞りを対物レンズに装着し忘れるなどの事故は皆無とすることができる。

以上の実施の形態において、差動排気絞り１７を対物レンズ９から取外すために必要な支持腕部材１９の下方向のストロークＳ１を確保するため、摘み２１の下方向のストロークＳ２を一致させることで、支持腕部材１９が必要以上に下降して試料２３へ衝突するのを防止することができる。

また、通常時における試料２３の観察は、差動排気絞り１７を対物レンズ９の主面９Ａ内に配置して広領域の観察を行うが、高倍率の観察を行う場合には、図３に示すように、摘み２１を矢印Ａ１方向に下降させることで、差動排気絞り１７を矢印ａ１方向に下降させて試料２３に接近させる。このように、差動排気絞り１７を試料２３に接近させることで、電子線２２の散乱を最小限にすることができ、高倍率の観察を行うことができる。尚、矢印Ａ１方向への下降距離は、図１に示すストロークＳ１の範囲内で自由に設定することができる。

ところで以上の説明は、支持腕部材１９に対して一つの差動排気絞り１７を設け、これを対物レンズ９から着脱するものであるが、支持腕部材１９に対して複数の差動排気絞りを設けてもよい。

例えば、図５の変形例に示すように、平面的に見て支持腕部材１９を操作軸２０に対して扇型に形成し、この扇型の外周位置に、仕様の異なる二種の差動排気絞り１７Ａ，１７Ｂを保持した絞りホルダ１８Ａ，１８Ｂを設けたのである。そして、摘み２１を下降させて矢印Ｃ方向に回動させた後、再度上昇させることで、破線で示すように、対物レンズ９に対する差動排気絞り１７Ａ，１７Ｂを入れ替えることができる。

ところで、仕様の異なる二種の差動排気絞り１７Ａ，１７Ｂとは、絞り径の異なる二つの絞りとしても、高さが異なる二つの絞りとしてもよく、さらには標準仕様の径と高さを有する絞りと特別仕様の径と高さを有する絞りとしてもよい。

以上のように、径の異なる絞りとした場合には、試料室６内の設定真空度を絞りの径によって変更することができ、高さが異なる絞りとした場合には、絞りの高さの変更で電子線の散乱を制御することができる。

このほか、異なる仕様の複数の差動排気絞りを設ける以外に、図６の他の変形例に示すように、扇型の支持腕部材１９の外周位置に、差動排気絞り１７を保持した絞りホルダ１８と、ファラデーカップ２４を設けたり、ファラデーカップ２４の代わりに反射電子検出器を設けたりしてもよい。さらに、差動排気絞り１７を保持した絞りホルダ１８と、ファラデーカップ２４と、反射電子検出器とを操作軸２０を中心とした同一円弧上や同心円弧上に並べて設置し、摘み２１を下降させて矢印Ｄ方向に回動させた後、再度上昇させることで、破線で示すように、対物レンズ９に対する差動排気絞り１７やファラデーカップ２４、さらには反射電子検出器を必要に応じて入れ替えることができる。

このように、差動排気絞り１７に他の機器を併設することで、不足なりがちな試料室内の空間を有効に使用することができる。

ところで以上説明した実施の形態及び各変形例において、本発明の差動排気絞りを上下方向に昇降させる昇降機構とは、支持腕部材１９と操作軸２０が該当し、降下後の差動排気絞りを水平方向に移動させる水平移動機構とは、同じ支持腕部材１９と操作軸２０が該当し、これら昇降機構と水平移動機構の操作部とは、操作軸２０の上端に設けた摘み２１が該当する。

本発明による環境制御型電子線装置の一実施の形態を示す走査型電子顕微鏡の試料室内の絞りユニットの縦断面図。図１の絞りユニットの水平方向の動作を示す平面図。絞りユニットの上下方向の動作を示す図１相当図。走査型電子顕微鏡の全体概略構成図。絞りユニットの変形例を示す図２相当図。絞りユニットの他の変形例を示す図２相当図。

符号の説明

１…走査型電子顕微鏡、２…電子銃室、３…集束レンズ室、４…中間室、５…対物レンズ室、６…試料室、７…電子銃、８…集束レンズ、９…対物レンズ、１０…絞りユニット、１１…試料保持台、１２〜１５…真空ポンプ、１６，１６Ｓ…仕切壁、１７，１７Ａ，１７Ｂ…差動排気絞り、１８，１８Ａ，１８Ｂ…絞りホルダ、１９…支持腕部材、２０…操作軸、２１…摘み、２２…電子線、２３…試料、２４…ファラデーカップ、Ｂ１〜Ｂ７…弁。

Claims

電子線を下方に放出する電子銃と、電子銃から放出された電子線を収束させる集束レンズと、この集束レンズの下方に位置する対物レンズと、この対物レンズの下方に位置し前記電子線の照射を受ける試料を固定する試料室と、この試料室内の真空度を制御する排気系と、前記対物レンズの下端部に着脱可能に設けられた差動排気絞りとを備えた環境制御型電子線装置において、前記差動排気絞りは異なる仕様の複数の差動排気絞りからなり、複数の差動排気絞りを上下方向に昇降させる昇降機構と、降下した複数の差動排気絞りを水平方向に移動させる水平移動機構とを設け、これら昇降機構と水平移動機構の操作部を前記試料室外に設けたことを特徴とする環境制御型電子線装置。
異なる仕様の複数の差動排気絞りは、絞り径が異なっていることを特徴とする請求項１記載の環境制御型電子線装置。
異なる仕様の複数の差動排気絞りは、絞りの高さが異なっていることを特徴とする請求項１記載の環境制御型電子線装置。
異なる仕様の複数の差動排気絞りは、標準仕様の絞りと特別仕様の絞りであることを特徴とする請求項１記載の環境制御型電子線装置。
電子線を下方に放出する電子銃と、電子銃から放出された電子線を収束させる集束レンズと、この集束レンズの下方に位置する対物レンズと、この対物レンズの下方に位置し前記電子線の照射を受ける試料を固定する試料室と、この試料室内の真空度を制御する排気系と、前記対物レンズの下端部に着脱可能に設けられた差動排気絞りとを備えた環境制御型電子線装置において、前記差動排気絞りを保持する絞りホルダと、この絞りホルダを一端に保持する支持腕部材と、下端部に前記支持腕部材の他端部を連結し前記試料室の仕切壁を貫通して上方に延在する操作軸と、前記試料室の外側で前記操作軸を上下方向に昇降させると共に水平方向に回動させる摘みとを設けたことを特徴とする環境制御型電子線装置。