JP5426619B2

JP5426619B2 - 電子顕微鏡

Info

Publication number: JP5426619B2
Application number: JP2011160280A
Authority: JP
Inventors: 秀樹田中; 毅和久田
Original assignee: Hitachi High Technologies Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2011-07-21
Filing date: 2011-07-21
Publication date: 2014-02-26
Anticipated expiration: 2031-07-21
Also published as: JP2013026045A

Description

本発明は、電子顕微鏡に関する。

昨今の電子顕微鏡には、高い磁気シールド効果が求められている。そこで、特許文献１には、試料室の上壁面とカラムを高透磁率部材で接続した電子顕微鏡が開示されている。

特開平４−１７１６４５号公報

ところが、特許文献１に示す構造は、多量の高透磁率部材が必要であり、重量が増える問題がある。電子顕微鏡の軽量化を図るには、余分な磁気シールドの削減が効果的である。しかし、磁気シールド効果が十分でないと、環境磁場の変動に伴い、電子ビームの軌道空間が変動し、電子ビームの位置ずれやフォーカスずれ等が発生する。

本発明者は、かかる技術課題を鋭意検討した結果、より少ないシールド材にて十分な磁気シールド効果を実現できる電子顕微鏡の構造を提案する。具体的には、透磁率の高い方向がカラム軸の方向とは異なる異方性構造を、カラム及び若しくは電子レンズの一部全周に亘り、又は、カラム及び若しくは電子レンズの一部外壁の全周に沿うように配置する。

本発明によれば、環境磁場変動への耐性が強い、すなわち磁気シールド効果の高い電子顕微鏡を実現することができる。

上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

電子顕微鏡の概略構成を示す縦断面図。形態例に係る異方性構造とその周辺構造を説明する断面図。外部から侵入した磁束の流れを説明する図。異方性構造の具体例を説明する図。異方性構造の具体例を説明する図。強磁性部材の取り付け方法の一例を示す図。異方性構造の他の構造例を説明する図。強磁性部材の平面構造例を示す図。強磁性部材と非磁性部材の積層したカラム構造を説明する図。

以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態を説明する。なお、本発明の実施態様は、後述する形態例に限定されるものではなく、その技術思想の範囲において、種々の変形が可能である。

以下の説明において、「非磁性」とは、その比透磁率が0.99以上1.01以下である特性をいうものとし、「強磁性」とは、その比透磁率が1.01より大きい特性をいうものとする。

＜形態例１＞
図１に、各形態例に共通する電子顕微鏡の概略構成を示す。電子顕微鏡は、電子銃１から放出された電子を集束レンズ２、偏向レンズ３、対物レンズ４を用いて偏向及び集束し、試料９の所定領域に照射する機能を有する。この明細書では、集束レンズ２、偏向レンズ３、対物レンズ４のそれぞれを電子レンズともいう。電子レンズを保持するカラム５は、一般に、強磁性体で構成される。

試料９は、試料室容器７に収納される。試料室容器７とカラム５は対物レンズ４を挟んで接続されている。対物レンズ４、カラム５、試料室容器７は、全体として１つの真空容器を構成する。

電子ビームと試料９の位置関係は、試料ステージ８により調整される。試料ステージ８は、ＸＹ平面内で試料位置を調整するＸＹステージと、Ｚ方向について試料位置を調整するＺステージで構成される。なお、カラム軸１０は、偏向レンズ３が無偏向の場合の電子ビームの経路を示す。

電子ビームにより照射された試料９の表面からは反射電子や２次電子が放出される。電子顕微鏡は、このうち２次電子を２次電子検出部６で補足する。電子顕微鏡は、偏向レンズ３による電子ビームの偏向及び試料ステージ８の位置調整により、試料９の様々な部位を検査又は撮像する。なお、試料ステージ８を構成する部品のうち、試料容器７内で移動される部品は、非磁性部材で構成されることが望ましい。

図２に、電子顕微鏡に採用して好適な異方性構造１２の一例を示す。ここで、異方性とは、透磁率に関する異方性をいい、カラム軸１０とは透磁率の高い方向が異なることをいう。また、異方性構造とは、透磁率の高い方向がカラム軸１０の方向とは異なる構造をいう。

図２の場合、カラム５の下端付近（対物レンズ４とカラム５が接続される端部付近）で、カラム５は非磁性部材１１によって鉛直方向に２つに分割される。この形態例の場合、カラム５と非磁性部材１１はいずれも筒状であり、それらの内径と外径はいずれも同じである。異方性構造１２は、非磁性部材１１だけでなく、その周辺に位置するカラム５の外周面も覆うように配置される。

この構造により、カラム本体には、カラム軸１０に沿って、強磁性体−非磁性体−強磁性体が順番に出現する。すなわち、強磁性体は分割されており、強磁性体同士は接続されていない。

一方、異方性構造１２は、カラム軸１０に沿う方向の透磁率が低く、カラム軸１０に直交する面内における透磁率が高い構造を有している。異方性構造１２は、カラム５の全周に亘って配置される環状の部材である。なお、異方性構造１２と、カラム５及び非磁性部材１１とは隙間無く接続されている。

ここで、電子顕微鏡の設置環境に起因する外部磁場が電子顕微鏡に印加された場合を考える。カラム５は、強磁性体であるので磁束１３を良く通す。なお、図２においては、便宜上、磁束１３に進行方向があるものとし、その方向を矢印で示している。

図２に示すように、カラム５の上方から誘導された磁束１３は、カラム本体に沿って流れ、対物レンズ４の方向に誘導される。すなわち、図中、上方から下方へと誘導される。しかし、非磁性部材１１は、大きな磁気抵抗であるため磁束が侵入しづらい。さらに、異方性構造１２は、カラム軸１０に対して直交する面内において高い透磁率を有している。従って、磁束１３は、非磁性部材１１の辺りから異方性構造１２の方向に曲がり、そのままカラム５の外側へと誘導される。

外側に誘導された磁束１３は、強磁性体からなる試料室容器７又は試料室容器７が有する磁気シールドへと向かい、対物レンズ４に向かうことはない。この結果、カラム５の全体が強磁性体の連続体で構成されている場合と比べ、対物レンズ４に向かう磁束１３を低減することができる。このことは、本形態例を適用した電子顕微鏡は、外部磁場変動に対する磁気シールド効果が高いことを意味する。

図３に、本形態例で使用する異方性構造１２をＸＹ平面で切断した図を示す。なお、図３は、非磁性部材１１より上方位置でカラム５を切断した図である。また、本図では、磁束１４はカラム５に沿って印加されるのではなく、電子顕微鏡の外部から異方性構造１２に直接誘導された磁束の流れを概念的に表している。

図３に示すように、透磁率に関する異方性構造１２は、紙面内（ＸＹ平面内）で磁束１４を通し易い。このため、異方性構造１２に外部から侵入した磁束１４は、異方性構造１２の内部へと進み、侵入してきた方向とは反対の方向に通り抜けることになる。このことは、本形態例に係る電子顕微鏡は、外部磁場変動に対して磁気シールド効果が高いことを意味する。

＜形態例２＞
図４に、異方性構造１２の構造例を示す。図４も、電子顕微鏡をカラム軸１０に沿って破断して示している。形態例２の場合も、非磁性部材１１と異方性構造１２は、対物レンズ４の上方位置に配置されている。ただし、本形態例の場合、異方性部材１２は、非磁性部材１１の表面と当該非磁性部材１１に対して上方のカラム５を覆うように配置されている。また、この形態例の場合、異方性構造１２は、カラム軸１０の延長方向に間隔を空けて配置された複数枚（本図では６枚）の強磁性部材１５で構成される。ここで、強磁性部材１５は何れも同形状であり、カラム５の全周に亘って連続している。また、複数枚の強磁性部材１５は等間隔で配置されている。

強磁性部材１５には、例えば１ｍｍ厚のパーマロイ板を使用する。また、６枚の強磁性部材１５のうち鉛直方向上方の数個（図４では２枚）はカラム５の外壁に接続しておくことが望ましい。カラム５と強磁性部１５との間の磁気抵抗を抑制し、両者間の磁束誘導をスムーズにするためである。

＜形態例３＞
図５に、異方性構造１２の他の構造例を示す。図５に示す構造は、図４に示す異方性構造１２の変形例である。図４に示す構造例との違いは、強磁性部材１５が非磁性部材１１と対物レンズ４の間に位置するカラム５の領域にも設けられる点と、強磁性部材１５とカラム５との間には非磁性部材１６が設けられている点である。すなわち、強磁性部材１５がカラム５と直接接続されない構造を採用する点である。

図３で説明したように、外部から侵入した磁束は、リング形状の強磁性部材１５の内部に沿って流れ、反対側から外部へ放出される。ただし、図５に示すように、非磁性部材１６を強磁性部材１５とカラム５の間に挿入することにより、対物レンズ４への外部磁束の流入をより確実に防ぐことができる。

＜形態例４＞
図６の（ａ）及び（ｂ）に、カラム５の表面への取り付けに適した強磁性部材１５の構造例を示す。強磁性部材１５は１枚板から作るのが理想である。ただし、その場合、強磁性部材１５をカラム５に隙間無く設置することが困難になる。そこで、図６の（ａ）に示すように、強磁性部材１５を複数枚（本図では４枚）用意し、それらを円周方向に連結してカラム５を取り囲むように設置する方法を提案する。このように、強磁性部材１５を複数枚の部品に分割されている場合、鉛直方向の任意の高さ位置に、カラム５の全周を取り囲む異方性構造１２を容易に配置することできる。

ここで、強磁性部材１５を互いに連結する方法には、図６の（ｂ）に示すように、鉛直方向に強磁性部材１５同士を重ね合わせる方法の他、カラム５の半径方向に強磁性部材１５同士を重ね合わせる方法を用いても良い。このような取り付け手法を用いれば、鉛直方向に一定の間隔を空けて複数の強磁性部材１５を簡単に設置することができる。

＜形態例５＞
図７に、異方性構造１２の他の構造例を示す。図７の場合も、電子顕微鏡をカラム軸１０に沿って破断して示している。図７に示す構造は、図４に示す異方性構造１２の変形例である。図４に示す構造例の場合には、複数枚の強磁性部材１５がいずれも同じ形状（厚み及び半径が同じ）であり、かつ、それらが等間隔に配置されていた。しかし、図７に示すように、強磁性部材１５の大きさ（強磁性部材１５が円盤形状の場合はその半径１６）、厚さ１７、配置間隔１８はいずれも異なっていても良い。

＜形態例６＞
前述までの形態例の場合には、強磁性部材１５の外観が円盤状である場合について説明した。しかし、強磁性部材１５の外形状は、図８に示すような四角形その他の多角形でも良いし、それ以外の任意の形状でも良い。

また、カラム５の周辺には、電子顕微鏡の様々な装置が配置されており、異方性構造１２の設置スペースも限られている。従って、図８に示すように、強磁性部材１５の一部に切り欠けを設けた形状を採用しても良い。ただし、どのような形状を採用する場合でも、強磁性部材１５はカラム軸１０を周回する方向に連続体とすべきである。

＜形態例７＞
前述の各形態例の場合には、強磁性部材１５をカラム５の外周面に配置する場合について説明した。

しかしながら、カラム５の外周に異方性構造１２を配置できる空間が無い場合も考えられる。そのような場合には、カラム５や対物レンズ４を構成する本体の一部分を異方性構造１２で構成しても良い。図９に、この種の構造の一例を示す。図９は、非磁性部材１１と強磁性部材１５を交互に積層してカラム５や対物レンズ４の筐体の一部を構成する例を示している。

＜他の形態例＞
前述の形態例の場合には、異方性構造１２の配置領域と非磁性部材１１の配置領域がカラム軸１０の延長方向について一部で重複する場合について説明した。しかしながら、異方性構造１２の配置領域と非磁性部材１１の配置領域の間に重複領域が存在しなくても良い。例えばカラム５の上端側と下端側とで離れていても良い。

また、前述の形態例の場合には、主に、対物レンズ４の近傍位置に異方性構造１２を配置する場合について説明した。しかし、集束レンズ２や偏向レンズ３の近傍位置に異方性構造１２を配置しても良い。また、全ての電子レンズの近傍に異方性構造１２を配置しても良い。

なお、本発明は上述した形態例に限定されるものでなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上述した形態例は、本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある形態例の一部を他の形態例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の形態例の構成を加えることも可能である。また、各形態例の構成の一部について、他の構成を追加、削除又は置換することも可能である。

１…電子銃
２…集束レンズ
３…偏向レンズ
４…対物レンズ
５…カラム
６…二次電子検出部
７…試料室容器
８…試料ステージ
９…試料
１０…カラム軸
１１…非磁性部材
１２…異方性構造
１３…磁束
１４…磁束
１５…強磁性部材
１６…強磁性部材の半径
１７…強磁性部材の厚さ
１８…強磁性部材同士の間隔

Claims

電子銃と、
電子レンズと、
前記電子銃及び電子レンズを保持するカラムと、
透磁率に関し、前記カラムを鉛直方向に分割する少なくとも１つの非磁性部材と、
前記カラム及び若しくは前記電子レンズの一部全周に亘り配置される、又は、前記カラム及び若しくは前記電子レンズの一部外壁の全周に沿って配置される、透磁率の高い方向が前記カラム軸の方向とは異なる異方性構造と
を有することを特徴とする電子顕微鏡。
請求項１に記載の電子顕微鏡において、
前記異方性構造は、前記カラム軸に沿う方向に対する透磁率が低く、前記カラム軸と直交する面内における透磁率が高い
ことを特徴とする電子顕微鏡。
請求項１に記載の電子顕微鏡であって、
前記異方性構造の配置領域と前記非磁性部材の配置領域は、前記カラムの軸方向について、少なくとも一部で重複する
ことを特徴とする電子顕微鏡。
請求項１に記載の電子顕微鏡であって、
前記異方性構造は、前記電子レンズの周辺を取り囲むように配置される
ことを特徴とする電子顕微鏡。
請求項１に記載の電子顕微鏡であって、
前記異方性構造は、強磁性部材と非磁性部材とが前記カラムの軸方向に交互に配置される
ことを特徴とする電子顕微鏡。
電子源と、
電子レンズと、
前記電子銃及び電子レンズを保持するカラムと、
前記カラムと共に真空容器を構成する試料室と、
電子ビームに対して試料を相対的に移動するステージと、
前記試料から放出される２次電子を捕捉する２次電子検出部と、
透磁率に関し、前記カラムを鉛直方向に分割する少なくとも１つの非磁性部材と、
前記カラム及び若しくは前記電子レンズの一部全周に亘り配置される、又は、前記カラム及び若しくは前記電子レンズの一部外壁の全周に沿って配置される、透磁方向が前記カラム軸とは異なる異方性構造と
を有する電子顕微鏡。