JP6178296B2

JP6178296B2 - 電子線放射管

Info

Publication number: JP6178296B2
Application number: JP2014213536A
Authority: JP
Inventors: 輝昭大野
Original assignee: 株式会社テクネックス工房
Priority date: 2014-10-20
Filing date: 2014-10-20
Publication date: 2017-08-09
Anticipated expiration: 2034-10-20
Also published as: JP2016081802A

Description

本願発明は、電子線透過膜を有する走査型電子顕微鏡に使用される電子線放射管に関する。

特許文献１（特開２００４−２５３１８２号公報）は、イオンビームを照射して試料を加工する収束イオンビーム装置と、この収束イオンビーム装置により加工された箇所に電子ビームを照射する走査型電子顕微鏡と、この走査型電子顕微鏡による電子ビーム照射によって発生した二次電子を検出し、画像表示する不良解析装置において、上記走査型電子顕微鏡による電子ビーム照射と同時に、この電子ビーム照射位置よりも広い範囲に、上記収束イオンビーム装置による加工時のイオンビームの加速電圧よりも低い加速電圧にてイオンシャワーを照射するイオンシャワー装置とを備え、このイオンシャワーの照射により、上記走査型電子顕微鏡による電子ビーム照射によって上記試料表面がチャージアップするのを防止する不良解析装置を開示する。

特許文献２（特開２００６−１２７９０３号公報）は、試料表面のチャージアップの影響を十分に軽減し、安定した走査画像を得ることができる走査型電子顕微鏡を開示する。この走査型電子顕微鏡は、２つの電子銃を備え、一方の電子銃から放出される第１電子ビームが、他方の電子銃から放出された第２電子ビームより高いエネルギーを有するもので、これらエネルギーの異なる第１電子ビームと第２電子ビームを試料の同じ位置に走査させて照射するようにしたので、試料が絶縁物等の場合であっても、試料表面のチャージアップの影響を十分に軽減し、安定した走査画像を得ることができるものである。

特許文献３（特開２００６−２２８５９３号公報）は、基板の表面に位置する被観測体の観測面を走査型電子顕微鏡で観測した時に、走査型電子顕微鏡での観測に用いる電子線が蓄積され、観測面がチャージアップしてしまい、観測面に蓄積された電荷の影響により、観測面上に入射された電子が反射されることにより、観測像が白く光り、走査型電子顕微鏡による観測が困難になるという課題を解決するための断面観察方法を開示する。この観察方法は、収束イオンビームを用いて、被観測体の深さよりも深く、且つ被観測体を囲うような溝状の接地された導電体で被観測体の外周の少なくとも一部を囲むようにし、被観測体の観測面を走査型電子顕微鏡観測する際の電子線の照射により蓄積された電荷を効率的に導電体に逃がすことができるため、チャージアップによる断面像の乱れを抑制することができるものである。

特許文献４（特開２０１０−１５３２０６号公報）は、基材の表面に導電性膜の有無により微細パターンを形成した物体を走査型電子顕微鏡にて観察及び測定を行う際のチャージアップ検出方法を開示する。このチャージアップ検出方法は、前記物体上のパターン各部のフォーカス値を順次測定下結果、導電性膜リッチ領域と絶縁性部リッチ領域を跨ぐ境界付近で前記フォーカス値がリニアでない変化をするときにチャージアップが起こっていると判断するものである。

特開２００４−２５３１８２号公報特開２００６−１２７９０３号公報特開２００６−２２８５９３号公報特開２０１０−１５３２０６号公報

上述したように、走査型電子顕微鏡においては、通常試料に電子線を照射して発生する二次電子を観測しているが、絶縁体（非導電性）試料に電子線を照射した場合に、試料表面から放出される電子の量により徐々に負や正に帯電する。これによって、試料に入射する電子プローブが偏向されて像が歪んだり、試料から放出されて検出器に入射する二次電子の軌道が変わることで、不安定な異常コントラスが生じたり、像が白く浮き上がって見えるという不具合が生じる。

このために、試料上のチャージアップを防止するために、上述したチャージアップを防止若しくは抑制する方法が検討されてきた。また、走査型電子顕微鏡においては、このチャージアップの問題はその他の非導電性材料によって形成された部分についても生じる恐れがある。

従来の走査型電子顕微鏡に使用される電子線放射管において、電子レンズ内に貫通するように、真空密閉されたパイプを挿入する場合、電子のチャージアップ現象を回避するために非磁性の金属性パイプを使用することが考えられる。通常、高電圧が印加されるカソード近傍は、絶縁の観点からガラス材が使用されることが好ましい。この場合、ガラス材と金属材という異種材料を接合するという課題が生じる。

この課題は、技術的に解決される可能性があるが、製作の複雑さと製造コストを考えると現状では得策ではない。密閉容器全体をガラス材で覆う構造の方が現在のガラス加工技術で製作でき低コストで製作できる。この場合、電子のチャージアップの課題が残る。

このため、本発明は、密閉容器が主にガラス材で構成され、さらに容器内部で電子によるチャージアップを防止する構造を有する電子線放射管を提供することを目的とするものである。

このため、本発明は、被観察体が収納される真空容器に着脱自在に装着される電子線放射管であって、前記被観察体に照射される電子線を発射する電子銃が配置される電子線生成部と、前記電子銃から発射された電子線が通過する絞り開口部が形成される所定数の絞り部が、所定の間隔で配置された円筒状の電子線経路部とによって構成され、前記電子線生成部及び前記伝染経路部はその内部が真空に形成される電子線放射管において、前記電子線生成部と前記電子線経路部は、非導電性材料、特にガラス材によって一体に密閉形成されること、前記電子線生成部と電子線経路部との接合部分近傍の前記電子線生成部の内側表面の所定の領域が、導電処理されること、前記電子線経路部が、前記電子銃に対面する端部に電子線入射開口部を有し、その反対側端部に電子線透過膜によって閉塞された電子線出射開口部を有すること、且つ、前記電子線入射開口部から前記電子線出射開口部との間で、それぞれ絞り部で分割されるそれぞれの空間であって前記電子線経路部の内周側面には、導電性であり且つ非磁生体である材料からなる電子線散乱防止部材が配されることを特徴とする電子線放射管にある。

この発明において、前記電子線生成部と前記電子線経路部は、非導電性材料、特にガラス材によって一体に密閉形成され、その後真空引きされて、その内部が真空状態に保持されるものである。このように、電子線放射管全体を非導電性材料、特にガラス材で覆う構造の方が、従来のガラス加工技術で製造できるので低コストを達成することができるものである。

さらに、前記電子線経路部が、前記電子銃に対面する端部に電子線入射開口部を有し、その反対側端部に電子線透過膜によって閉塞された電子線出射開口部を有するものである。前記電子線経路部の電子線出射開口部は、電子線透過膜によって閉塞されているので、電子線経路部の真空状態を保持できるものである。

さらにまた、前記電子線入射開口部から前記電子線出射開口部との間で、それぞれ絞り部で分割されるそれぞれの空間であって前記電子線経路部の内周側面には、導電性であり且つ非磁生体である材料からなる電子線散乱防止部材が配されるものである。これによって、電子線経路部の周囲を画成する非導電性材料に発生するチャージアップ現象を、電子線散乱防止部材によって防止することができるものである。

また、前記絞り部にて分割される空間に配置される少なくとも１つの前記電子線散乱防止部材は、導電性であり且つ非磁生体である材料からなるスプリングコイルであることが望ましい。前記電子線散乱防止部材は、導電性であり且つ非磁生体である材料からなるパイプであっても良いが、この場合は、内面加工を施し故意に表面を粗くし、壁面に電子が当たって生じる反射電子や二次電子を防止する必要がある。このため、本発明では、導電性であり且つ非磁生体である金属製のスプリングを用いることが望ましいものである。さらに、電子線散乱防止部材の最も電子銃に近い部分には、スプリングコイルを押さえる意味において上述したパイプを用いても良いものである。

また、スプリングコイルの１つを圧縮バネで構成することによって、複数のスプリングと複数の絞り部を、圧縮バネの復元力で固定できることから、組み立て作業が非常に簡単になるものである。

前記絞り開口部が形成される絞り部は、モリブデンによって形成されることが望ましい。モリブデンは耐熱性があることから、絞り部には適していると言える。

さらに、電子線放射管の使用前には、前記電子線出射開口部の前面は、前記非導電性材料によって切断可能に閉塞されることが望ましい。

また、本発明は、上述した電子線放射管を使用した走査型電子顕微鏡である。

以上のように、本発明によれば、たとえばガラス材等の非導電性材料によって電子線放射管全体を覆うようにしたことから、低コストで製造することが可能となるものである。また、ガラス材等によって形成することによって生じるチャージアップ現象による不具合は、電子線放射管の電子線経路部の内周側面に、スプリングコイル等の電子線散乱防止材を配置することによって製造容易に防止することができるものである。

本発明の実施例に係る電子線放射管の構造を示した概略説明図である。本発明の実施例に係る電子線放射管の一部拡大説明図である。本発明の電子線放射管を用いた電子顕微鏡の概略説明図である。

本発明は、走査型電子顕微鏡の一部を構成する電子線放射管に関するものであり、
以下、本発明の実施例について、図面により説明する。

本発明に係る電子線放射管１は、例えば図１に示すように、電子銃２０が配置される電子線生成部２と、電子銃２０から放射された電子線が通過する電子線経路部３とによって構成される。特に、本発明に係る電子線放射管１は、前記電子線生成部２と電子線経路部３とがガラス材によって全体的に覆われて、密閉されていることを特徴とし、前記電子線生成部２と電子線経路部３との内部は、真空状態に保持されるものである。

前記電子線放射管１の電子線生成部２は、電極２１に接続され熱電子を発生させるフィラメント２２と、負の電圧を発生し、前記フィラメント２２に発生する電子を収束するウェネルト電極２３と、正の電圧を発生して電子を引っ張るアノード電極２４とによって構成され、アノード電極２４に形成された貫通孔２５を介して、前記電子線経路部３に電子線を放出するものである。また。前記電子線生成部２から前記電子線経路部３への移行部分近傍であって、前記電子線生成部２の内側表面には、導電処理２６が施されているものである。導電処理として例えばアルミ蒸着でも良いが、アノード電極が導電処理部全体を覆うような形状であっても良い。これによって、アノード電極２４の近傍に散乱する電子によるガラス材のチャージアップ現象を防止できるものである。

前記アノード電極２４の貫通孔２５に対峙して配置される電子線経路部３は、円筒状に形成され、前記電子線生成部２側に電子線入射開口部３１を有し、その反対側に電子線透過膜３２によって遮蔽された電子線出射開口部３３を有する。また、電子顕微鏡に装着前の電子線放射管１においては、前記電子線出射開口部３３は、その前面に所定の空間３４が画成されるようにガラス材料によって遮蔽された遮蔽部３５を具備する。尚、前記電子線透過膜３２は、無機系接着剤によって前記電子線出射開口部３３を閉鎖するように前記電子線経路部３の端部に配置される。

また、前記電子線入射開口部３１と前記電子線出射開口部３３の間は、所定の位置に絞り部３６，３７，３８が形成される。この絞り部３６，３７，３８のそれぞれには絞り開口部３６ａ，３７ａ，３８ａが形成され、所定量の電子線が通過するようになっている。本図では絞り部が３箇所であるが、必要に応じて何箇所あっても良い。

またそれぞれの絞り部３６，３７，３８によって分割される空間４１，４２，４３，４４には、電子線散乱防止部材５０，５１，５２，５３，５４が設けられる。前記空間４１に設けられる電子線散乱防止部材５０、５１において、電子線散乱防止部材５０は金属製パイプであり、電子線散乱防止部材５１は金属製スプリングコイルである。また、電子線散乱防止部材５２，５３，５４は、電子線散乱防止部材５１と同様に金属製スプリングコイルである。これらの金属製パイプ及び金属製スプリングコイルは、導電性であり且つ非磁生体であることが望ましい。またステンレス材で形成する場合には、磁気焼鈍して磁性を取り除いておく必要がある。

このように、前記電子線経路部３の内部は、前記電子線入射開口部３１から電子線出射開口部３３に至るまで、複数の電子線散乱防止部材５０，５１，５２，５３，５４と絞り部３６，３７，３８とによって構成されるものである。このため、前記金属製スプリングコイルの少なくとも１つを圧縮バネで構成することによって、上述した部品をスプリングの復元力で固定することができるため、組み立てが非常に簡単になるものである。ここで、電子線散乱防止部材５０と、アノード電極２４とを嵌合する構造にすることによって、組み立て時に部品の中心を出しやすいという効果がある。

また、前記電子線放射管１は、図２で示すように、前記電子線放射管１を長時間保管する場合に、前述したようにガラス材料による前記遮蔽部３５を設けて大気圧との差圧による負荷が電子線透過膜３２にかからないようにして電子線放射管１の内部の真空状態を良好な状態に保持するようにしたものである。これによって、電子顕微鏡に装着する場合には、ガラス材料からなる前記遮蔽部３５をガラス切り等によって切断して前記電子線透過膜３２が配された電子線出射開口部３３を被観察体に対して露出させるものである。

本発明に係る走査型電子顕微鏡１００は、たとえば図３に示すように、所定の位置に試料１０１が配置される圧力調整可能な真空容器１０２と、該真空容器１０２から延出する電子線放射管装着部１０３と、該電子線放射管装着部１０３に着脱自在に装着される上述した電子線放射管１と、前記電子銃から放出される電子を試料に照射するための電子光学部品群２００とを具備する。また、電子線放射管１と電子線放射管装着部１０３との間は、密閉シール１０４が配され真空容器１０２と外気との間が密閉されるものである。

以上の構成の走査型電子顕微鏡１００において、電子銃２０から照射された電子線は、磁気型コンデンサレンズ２０１，２０２，２０３及び真空容器１０２内に配置される偏向コイル２０４及び対物レンズ２０５からなる電子光学部品群２００によってフォーカスが調整され、被観察体１０１に照射される。また、電子線のフォーカス位置を電子線透過膜３２に正確に一致させるために調整ネジ２０６，２０７が設けられる。

本発明に係る電子線放射管１では、電子線経路部３もガラス材料によって形成されるが、電子線経路部３の内周表面については、導電性である電子線散乱防止部材５０，５１，５２，５３，５４が配置されていることから、電子線経路部３内でのチャージアップ現象を防止できるものである。また、さらに電子線散乱防止部材が被磁性体であること、若しくは磁性を取り除いた金属材料により形成されることから、磁力による電子線の偏向を防止できるものである。

また、本発明に係る走査型電子顕微鏡１００では、電子線放射管１が着脱自在であることから、消耗品である電子線放射管１を安価で簡単に製造することが可能であるので、走査型電子顕微鏡１００のランニングコストを低減させることができるものである。

１電子線放射管
２電子線生成部
３電子線経路部
２０電子銃
２１電極
２２フィラメント
２３ウェネルト電極
３１電子線入射開口部
３２電子線透過膜
３３電子線出射開口部
３４空間
３５遮蔽部
３６，３７，３８絞り部
３６ａ，３７ａ，３８ａ絞り開口部
４１，４２，４３，４４空間
５０，５１，５２，５３，５４電子線散乱防止部材
１００電子顕微鏡
１０１被観察体
１０２真空容器
１０３電子線放射管装着部
１０４密閉シール

Claims

被観察体が収納される真空容器に着脱自在に装着される電子線放射管であって、前記被観察体に照射される電子線を発射する電子銃が配置される電子線生成部と、前記電子銃から発射された電子線が通過する絞り開口部が形成される所定数の絞り部が、所定の間隔で配置された円筒状の電子線経路部とによって構成され、前記電子線生成部及び前記電子線経路部はその内部が真空に形成される電子線放射管において、
前記電子線生成部と前記電子線経路部は、非導電性材料によって一体に密閉形成されること、
前記電子線生成部と電子線経路部との接合部分近傍の前記電子線生成部の内側表面の所定の領域が、導電処理されること、
前記電子線経路部が、前記電子銃に対面する端部に電子線入射開口部を有し、その反対側端部に電子線透過膜によって閉塞された電子線出射開口部を有すること、
前記電子線入射開口部から前記電子線出射開口部との間で、それぞれ絞り部で分割されるそれぞれの空間であって前記電子線経路部の内周側面には、導電性であり且つ非磁生体である材料からなる電子線散乱防止部材が配されること、且つ、
前記絞り部にて分割される空間に配置される少なくとも１つの前記電子線散乱防止部材は、導電性であり且つ非磁生体である材料からなるスプリングコイルであることを特徴とする電子線放射管。
前記絞り開口部が形成される絞り部は、モリブデンによって形成されることを特徴とする請求項１に記載の電子線放射管。
前記電子線出射開口部は、その前面に所定の空間が画成されるように非導電性材料によって遮蔽された遮蔽部を有し、電子顕微鏡に装着する場合に、前記遮蔽部を切断して前記電子線透過膜が配された電子線出射開口部を被観察体に対して露出させることを特徴とする請求項１又は２に記載の電子線放射管。
請求項１〜３のいずれか１つに記載の電子線放射管が装着されたことを特徴とする電子顕微鏡。