JP5875500B2 - 電子ビーム顕微装置 - Google Patents
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Description
図1は、本発明に係る透過型電子顕微鏡(TEM)の全体構成図である。なお、以下の実施例では、電子ビーム顕微装置の一例として透過型電子顕微鏡の構成に関して説明するが、真空中で電子線を照射する他の電子ビーム顕微装置についても同様の構成、作用、効果が得られることは明白である。
図2は、試料ステージ6の断面図である。鏡体1の側面には、球面受け36が固定されており、球面受け36は、球形支点37と接触している。試料ステージ6は、エアーロック室(エアーロック機構)600を備える。エアーロック室600は、エアーロックバルブ34と外筒38とで囲まれる空間によって構成される。エアーロック室600は、鏡体1を大気解放することなく、鏡体1を真空にした状態で試料ホルダ2を鏡体1内に導入できるものである。また、エアーロック室600は、球形支点37の中心を軸として首振り運動をし、その結果として、試料ホルダ2の先端に搭載された試料3をZ方向(鉛直方向)およびY方向(紙面垂直方向)に移動させることが可能となる。
次に、試料ホルダ2を鏡体1内へ導入する動作について説明する。試料3を取付けた試料ホルダ2を図2に示す位置まで導入する場合、試料ホルダ2の位置は、試料ホルダ2に取付けられたガイドピン5によって決定される。試料ホルダ2が導入されると、図示しない真空ポンプにて内筒33内を真空排気する。内筒33内の真空度が鏡体1内の真空度と同程度になった後、試料ホルダ2の長手方向を軸として回転させる。このとき、内筒33及びスライダ筒30がともに回転し、内筒33の左端に設けられた傘歯車41がエアーロックバルブ34を開ける。その後、図2に示すように、試料ホルダ2のホルダ段差部2aとホルダ突き当て部40が接触するまで試料ホルダ2をX方向のマイナス側へ移動させる。通常、この位置が、試料移動機構の原点である。
次に、試料ステージ6の試料ホルダ2及び第2の試料ステージ7の試料ホルダ701を鏡体1に導入する際の真空排気系の動作について説明する。図4は、第1実施例に係る透過型電子顕微鏡(TEM)の真空排気系を説明する図である。
図5は、第1実施例に係る透過型電子顕微鏡(TEM)のステージ制御系を説明する図である。透過型電子顕微鏡100は、制御系として、主制御ユニット57と、第1ステージコントローラ53と、第2ステージコントローラ58とを備える。主制御ユニット57は、パーソナルコンピュータやワークステーションなどの情報処理装置によって構成されている。主制御ユニット57は、CPU(Central Processing Unit)などの中央演算処理装置と、メモリと、ハードディスク(記憶装置)と、キーボードなどの入力装置と、ディスプレイなどの出力装置とを備える。なお、主制御ユニット57は、透過型電子顕微鏡100の全体を制御するものであり、例えば、検出器55によって検出された信号を取り込んで画像化し、出力装置に画像を表示することもできる。
次に、鏡体1内での試料ステージ6の試料ホルダ2と第2の試料ステージ7の試料ホルダ701との衝突防止機能について説明する。図6Aは、第1実施例に係る透過型電子顕微鏡(TEM)の試料ステージ6の外筒38の上面図である。
図7は、第2実施例に係る透過型電子顕微鏡(TEM)の第2の試料ステージ7を説明する図である。第2の試料ステージ7は、鏡体1内に導入可能な筒状部材703を備え、筒状部材703の先端は、EDX検出器704を備える。EDX検出器704は、エアーロック室700を介して鏡体1内に導入される。
図8は、第3実施例に係る透過型電子顕微鏡(TEM)の第2の試料ステージ7を説明する図である。第2の試料ステージ7は、鏡体1内に導入可能な筒状部材703を備え、筒状部材703の先端は、ガス導入用ノズル705を備える。ガス導入用ノズル705は、エアーロック室700を介して鏡体1内に導入される。本実施例によれば、試料ステージ6から導入した試料3に対して、第2の試料ステージ7から導入したガス導入用ノズル705によってガスを吹き付け、その反応をTEM観察することが可能となる。
図9A及び図9Bは、第4実施例に係る透過型電子顕微鏡(TEM)の第2の試料ステージ7を説明する図である。図9Aは、透過型電子顕微鏡の試料面を側方から見た図であり、図9Bは、コールドブロックの断面図である。例えば、試料を冷却して観察する場合に、試料ホルダに冷媒(液体窒素)タンクを備え、試料近傍まで導いた良熱伝導にて試料の熱を奪い、試料冷却をする方式がとられている。ここで、熱伝導による冷却のみでは試料冷却が不十分な場合があるため、試料周辺に冷却された部材(コールドブロック)を設置し、試料への放射熱を低減する手法も合わせて実施されている。
図10は、第5実施例に係る透過型電子顕微鏡(TEM)の第2の試料ステージ7を説明する図である。TEM観察時には、観察画像のコントラストを高めるために不要な散乱電子を除去する絞りユニットを試料の直下に挿入する必要がある。以下では、絞りユニットの構成について説明する。
図11は、第6実施例に係る透過型電子顕微鏡(TEM)の第2の試料ステージ7を説明する図である。従来より、透過型電子顕微鏡における試料観察時に、ビーム照射領域にカーボン膜(コンタミネーション)が堆積し、透過像のコントラストが低下してしまうという課題があった。これを回避するために、電子顕微鏡へ試料を導入する前に、プラズマを試料に照射し、試料上に付着した炭化水素系のガス成分を除去する方法がとられている。以下では、プラズマを試料に照射する構成について説明する。
図12及び図13は、第7実施例に係る透過型電子顕微鏡(TEM)を説明する図である。図12は、試料面を上方から見た図であり、図13は、試料台を拡大した図である。以下では、電子顕微鏡の観察において、試料ステージ6から導入した試料3を参照試料にして、第2の試料ステージ7から導入した試料を観察する構成について説明する。
2 :試料ホルダ
3 :試料
6 :試料ステージ
7 :第2の試料ステージ
8 :予備排気経路
9 :試料室真空排気ポート
10 :EDX検出器
11a、11b、11c、11d、11e :ポート
12 :コールドブロック
20 :回転筒
21 :Z駆動用リニア機構
22 :Zバネ
23 :ベアリング
24 :ベース
25 :てこ機構
29 :X駆動用リニア機構
30 :スライダ筒
32 :ベローズ
33 :内筒
34 :エアーロックバルブ
36 :球面受け
37 :球形支点
38 :外筒
39 :ホルダガイド溝
40 :ホルダ突き当て部
41 :傘歯車
50 :架台
51 :電子銃
53 :第1ステージコントローラ
54 :電子レンズ
55 :検出器
56、59 :トラックボール
57 :主制御ユニット
58 :第2ステージコントローラ
60 :ターボ分子ポンプ
61 :スクロールポンプ
62、63、64、65、66 :バルブ
67 :エアーロックバルブ
71、76 :試料回転ホルダ
72、73、74、75 :傘歯車
77、78 :回転軸
79、80 :試料台
81、82 :試料
100 :透過型電子顕微鏡
101 :ゲート
105 :対物ポールピース
107 :電子ビーム
111、112 :絞り
120 :エリアセンサ発光部
121 :エリアセンサ受光部
600、700 :エアーロック室
701 :試料ホルダ
702 :試料
703 :筒状部材
704 :EDX検出器
705 :ガス導入用ノズル
706 :コールドブロック
707 :絞りユニット
708 :プラズマクリーナ
Claims (8)
- 真空排気可能な鏡体と、
電子ビームを生成する電子銃と、
前記電子ビームを収束する電磁レンズと、
試料を搭載する試料ホルダと、前記鏡体を大気解放することなく前記試料ホルダを前記鏡体内に導入できる第1のエアーロック機構とを有するステージと、
前記電子ビームと前記試料とが相互作用した結果として生じる信号を検出する検出器と、
を備え、
前記鏡体は、前記試料ホルダに搭載された前記試料と概同一平面に、第2のエアーロック機構を備える開口部を備え、前記第2のエアーロック機構が、前記鏡体を大気解放することなく所定の部材を前記鏡体内に導入できるように構成されており、
前記所定の部材は、前記所定の部材および前記試料ホルダがともに前記鏡体内に導入された際に、前記試料の観察もしくは分析に用いる構成要素であることを特徴とする電子ビーム顕微装置。 - 請求項1に記載の電子ビーム顕微装置において、
前記所定の部材は、前記電子ビームと前記試料とが相互作用した結果として生じる信号を検出する第2の検出器であることを特徴とする電子ビーム顕微装置。 - 請求項2に記載の電子ビーム顕微装置において、
前記第2の検出器が、前記試料の上方の位置まで挿入されるように構成されていることを特徴とする電子ビーム顕微装置。 - 請求項1に記載の電子ビーム顕微装置において、
前記所定の部材は、前記試料に対してガスを吹付けるガス導入機構であることを特徴とする電子ビーム顕微装置。 - 請求項1に記載の電子ビーム顕微装置において、
前記所定の部材は、前記試料を冷却する冷却部材であることを特徴とする電子ビーム顕微装置。 - 請求項5に記載の電子ビーム顕微装置において、
前記冷却部材は、前記電子ビームを通過させる孔を有する円筒部材であり、前記円筒部材が、前記試料の周囲を覆うように配置されることを特徴とする電子ビーム顕微装置。 - 請求項1に記載の電子ビーム顕微装置において、
前記所定の部材は、前記試料からの散乱電子を除去する絞り機構であることを特徴とする電子ビーム顕微装置。 - 請求項1に記載の電子ビーム顕微装置において、
前記所定の部材は、前記試料にプラズマを照射するプラズマ照射機構であることを特徴とする電子ビーム顕微装置。
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