JP6199333B2

JP6199333B2 - 走査型電子顕微鏡

Info

Publication number: JP6199333B2
Application number: JP2015076593A
Authority: JP
Inventors: 輝昭大野
Original assignee: 株式会社テクネックス工房
Priority date: 2015-04-03
Filing date: 2015-04-03
Publication date: 2017-09-20
Anticipated expiration: 2035-04-03
Also published as: JP2016197531A

Description

本発明は、電子透過膜を具備する走査型電子顕微鏡において、前記電子透過膜への炭化物の付着、いわゆるコンタミネーションを防止する構造を有する走査型電子顕微鏡に関する。

特許文献１（特開２０００−２３１８９５号公報）に開示される走査型電子顕微鏡は、微細パターン寸法測定を行う際に問題となっていたコンタミネーションの付着及びチャージアップという問題を解決するために、試料に照射される電子ビームを部分的に遮断する部分遮断アパーチャーを備えることを特徴とするものである。また、この特許文献１には、電子ビーム照射により、主としてＳＥＭ試料室内のハイドロカーボンが原因で寸法測定を行いたい部分にコンタミネーションが付着することが問題となることが記載されている。

特許文献２（特開２００７−２５５９５０号公報）は、分析時間の短縮を図れるとともに分析対象体表面のコンタミネーションの発生を抑制して分析精度の向上を図れる電子顕微鏡装置とともに用いられる分析装置を開示する。この分析装置は、電子顕微鏡装置が電子線を照射した際に分析対象体から放射され且つ前記電子顕微鏡装置での解析に用いるエネルギー線とは別のエネルギー線に関するデータを一時的に記憶するデータ記憶部と、電子線照射条件に変化が生じたか否かを監視する電子線照射条件変化監視部と、前記分析対象体の分析を前記別のエネルギー線を利用して行う際に、前記電子線照射条件変化監視部を参照し前記電子線照射条件に変化が生じていないとの監視結果を得た場合には、前記データ記憶部に一時的に記憶している前記別のエネルギー線に関するデータを読み出して、前記分析対象体の分析に用いるエネルギー線分析部とを具備するものである。

特許文献３（特開２０１０−１０３０７２号公報）は、電子顕微鏡において、電子線を照射している試料部へ蓄積していくコンタミネーションを軽減させるためベーキングが必要になった際に、大掛かりな電顕筺体の分解やメンテナンスを必要とせず、簡単且つ安全に、試料室周りのベーキングを実施できる機構を提供するものであり、対物レンズボールピースの部分表面、および前記対物レンズポールピースを装着する試料室の真空領域に面する部分表面を、発光源からの照射される放射熱を用いて加熱することで、前記部分表面に付着して分子を焼出する電子顕微鏡試料室用ベーキング機構を開示する。

特許文献４（特開２０１３-２６１５２号公報）に開示される電子顕微鏡は、電子銃からの電子線を試料に照射する電子線光学系と、試料からの電子を検出する電子検出器とを有し、この電子検出器が、セラミックシンチレータと、このセラミックシンチレータからの光を電流に変換する光電変換素子とを有し、前記セラミックシンチレータは、蛍光体を焼結して形成したセラミック蛍光体を含み、このセラミック蛍光体の厚さが、２００〜３００μｍであることを特徴とし、これによって、試料ダメージ及びコンタミネーションの増加を増加させることなく、加速電子の使用範囲を比較的大きくするものである。

特開２０００−２３１８９５号公報特開２００７−２５５９５０号公報特開２０１０−１０３０７２号公報特開２０１３−２６１５２号公報

上述した特許文献から明らかなように、真空下で物質に電子ビームを照射する電子顕微鏡は、雰囲気中に含まれる炭化物が試料に付着し、電子ビームによる重合反応によって最終的に炭化するコンタミネーションという不具合を有するものであり、上述した特許文献に開示された発明は、試料上のコンタミネーションを防止するために成されたものである。

しかしながら、本発明者は、このコンタミネーションが、交換型電子銃部品の一端に設けられた電子線透過膜にも堆積し、これによって時間の経過と共に電子線透過膜の膜厚が増大することから、電子ビームの透過率が下がることを確認した。この交換型電子銃部品は、例えば本発明者による特願２０１４−２１３５３６によって開示される電子線放射管であり、この電子線放射管において、電子線透過膜は、気圧差に耐えられる範囲で極力薄いことが望まれ、その厚さは数ナノメートルの場合もある。このような薄膜では、コンタミネーションの問題は重要である。

したがって、本発明は、電子線透過膜に付着するコンタミネーションを軽減することのできる走査型電子顕微鏡を提供することにある。

本発明は、所定の位置に試料が配置される圧力調整可能な試料室と、該試料室に対して着脱自在であり、試料に対して電子線を発射する電子銃を具備する電子銃部品と、電子銃から発射される電子線を制御するための電子光学部品群とを少なくとも具備する走査型電子顕微鏡において、前記電子銃部品の電子線放出部に設けられる電子線透過膜の位置を、前記電子銃部品を通過する電子線の焦点位置からずらしたことにある。

これによって、電子線による照射電流密度が最大となる位置から、電子線透過膜の位置が外れるため、電子線透過膜での電流密度が低下するため、コンタミネーションの付着を抑制することができるものである。

また、本発明は、前記電子銃部品の電子線放出部に設けられる電子線透過膜を加熱する加熱手段を設けたことにある。

本発明によれば、電子線透過膜を加熱する加熱手段を設けたことによって、電子線透過膜を、加熱することができるため、コンタミネーションの付着を防止できるものである。

尚、前記電子線透過膜を有する走査型電子顕微鏡については、本発明者による特願２０１３−１７１９９３（特開２０１５−４１５０６号公報）に開示された走査型電子顕微鏡であり、また本発明による特願２０１４−２１３５３６に開示される電子線放射管を具備する走査型電子顕微鏡であることが好ましいものである。特に特開２０１５−４１５０６号公報に開示される発明では、電子線透過膜を、レンズの焦点位置に配置するものであるが、これに対して本発明は電子線透過膜をレンズの焦点位置からずらすこと（数ｍｍが望ましい）によって、電子線透過膜の電流密度を低下させ、電子線透過膜でのコンタミネーションの付着を防止するようにしたものである。

さらに、本発明は、前記加熱手段が、前記電子銃部品の電子線放出部に嵌合する嵌合部と、該嵌合部に連設され、前記電子線放出部に囲設される熱伝導部と、該熱伝導部に設けられる加熱ヒータと、前記熱伝導部の温度を検出する温度センサーと、該温度センサーからの信号に基づいて前記加熱ヒータを制御して前記熱伝導部の温度を調整する温度調整部とによって構成されることが好ましいものである。

これによって、温度センサーからの信号に基づいて加熱ヒータを制御できるために、熱伝導部の温度を、コンタミネーションが付着しない温度、例えば１５０℃前後に設定できるので、電子線透過膜へのコンタミネーションの付着を防止できるものである。

本発明によれば、着脱自在な電子線放射管を具備する走査型電子顕微鏡において、電子線放射管の先端に位置する電子線放出部に設けられる電子線透過膜の位置をレンズの焦点位置からずらすことによって電流密度を低下させる共に、電子線透過膜を加熱手段によって加熱するようにしたことから、コンタミネーションの付着を確実に防止できるものであり、これによって、コンタミネーションの蓄積に起因する電子線放射管から放射される電子線の透過率の低減を防止又は抑制できるため、電子顕微鏡の精度の低減を抑制できると共に、電子線放射管の寿命を延ばすことができるものである。

本発明の実施例に係る走査型電子顕微鏡の概略説明図である。本発明の実施例に係る走査型電子顕微鏡の加熱手段の構成を示した一部拡大説明図である。

以下、本発明の実施例について、図面により説明する。

本発明の実施例に係る走査型電子顕微鏡１は、例えば図１に示すように、試料（被観察体）２が所定の位置に設置され、真空ポンプ３によってその内部の圧力が調整される試料室４と、前記試料２に対して電子線を放出する電子銃部品（ここでは、電子線放射管）５と、電子線の焦点を調整するための電子光学部品群６と、図示しない検出機構とによって少なくとも構成される。さらに、本発明に係る走査型電子顕微鏡１には、電子線放射管５の先端に位置する電子線放出部５０に装着される加熱機構７が設けられる。

前記電子線放射管５は、例えば特願２０１４−２１３５３６において開示されるように、前記試料２に照射される電子線を発射する電子銃５１が配置される電子線生成部５２と、電子線が通過する所定数の絞り部５３が所定の間隔で配置された円筒状の電子線経路部５４によって構成され、前記電子線生成部５２及び電子線経路部５４が、非導電性材料によって一体に密閉形成され、内部が真空に形成されるものである。また、前記電子線経路部５４の先端に位置する電子線放出部５０の端部の開口部５５には、電子線透過膜５６が設けられ、前記電子線生成部５２及び電子線経路部５４の真空が保持されるようになっているものである。また、本発明において、前記電子線透過膜５６は、前記電子光学部品群６による前記電子線経路部５４の開口部５５を通過する電子線の焦点位置から前後数ｍｍの範囲外れた位置に設けられるものであり、これによって電子線透過膜５６の位置での電子線による電流密度を下げることができるので、電子線透過膜５６でのコンタミネーションの付着を防止又は抑制することができるものである。

また、本発明に係る走査型電子顕微鏡１において、前記電子線放射管５は、前記試料室４から延出する支持筒４０及び４１に対して着脱自在である。

前記電子光学部品群６は、前記支持筒４１の外側に環状に配置されるアライメントコイル６１と、それに続いて前記支持筒４０の内部に配置される磁界型第１コンデンサレンズ６２と、さらに前記電子線放出部５０の周縁に配置される磁界型第２コンデンサレンズ６３と、前記試料室４内に配置される偏向コイル６４と、対物レンズ６５とによって構成される。また、前記磁界型第２コンデンサレンズ６３は、位置調整機構８によってＸ，Ｙ，Ｚ方向で微調整ができるようになっているものである。

また、本発明に係る走査型電子顕微鏡１の特徴である加熱機構７は、例えば図１及び図２に示すように、前記電子線放射管５の電子線放出部５０に嵌合する嵌合部７１と、この嵌合部７１に連設され、前記電子線放出部５０に囲設される熱伝導部７２と、該熱伝導部７２に設けられる加熱ヒータ７３と、前記熱伝導部７２の温度を検出する温度センサー７４と、該温度センサー７４からの信号に基づいて前記加熱ヒータ７３を制御して前記熱伝導部７２の温度を調整する温度調整部７５とによって構成される。尚、温度センサー７４としては、熱電対に基づくものが一般的である。

また、電子線経路９を画成する円筒部７７が前記対物レンズ６５上に設けられ、前記円筒部７７の上部には、セラミックスペーサ７６を介して前記熱伝導部７２が載置される。また、前記熱伝導部７２は、セラミックネジ７８によって前記円筒部７７に固定される。また、前記電子線経路９には、散乱電子除去用電極７９が配されるものである。

以上の構成により、温度センサー７４からの信号に基づいて温度調整部７５によって加熱ヒータ７３が所定の温度、例えば１５０℃前後まで加熱される。これによって電子線透過膜５６及び電子線透過膜５６近傍の温度を、所定の温度まで上昇させることできるので、電子線透過膜５６の位置の調整（電子線透過膜５６の位置を焦点位置からずらせること）と相まって電子線透過膜５６へのコンタミネーションの付着を防止できるものである。

１走査型電子顕微鏡
２試料
３真空ポンプ
４試料室
５電子銃部品（電子線放射管）
６電子光学部品群
７加熱機構
８位置調整機構
９電子線経路
４０，４１支持筒
５０電子線放出部
５１電子銃
５２電子線生成部
５３絞り部
５４電子線経路部
５５開口部
５６電子線透過膜
６１アライメントコイル
６２磁界型第１コンデンサレンズ
６３磁界型第２コンデンサレンズ
６４偏向コイル
６５対物レンズ
７１嵌合部
７２熱伝導部
７３加熱ヒータ
７４温度センサー
７５温度調整部
７６セラミックスペーサ
７７円筒部
７８セラミックネジ
７９錯乱電子除去用電極

Claims

所定の位置に試料が配置される圧力調整可能な試料室と、該試料室に対して着脱自在であり、試料に対して電子線を発射する電子銃を具備する電子銃部品と、電子銃から発射される電子線を制御するための電子光学部品群とを少なくとも具備する走査型電子顕微鏡において、
前記電子銃部品の電子線放出部に設けられる電子線透過膜の位置を、前記電子銃部品を通過する電子線の焦点位置からずらしたこと、
前記電子線透過膜を加熱する加熱手段を設けること、
該加熱手段が、前記電子銃部品の電子線放出部に嵌合する嵌合部と、該嵌合部に連設され、前記電子線放出部に囲設される熱伝導部と、該熱伝導部に設けられる加熱ヒータと、前記熱伝導部の温度を検出する温度センサーと、該温度センサーからの信号に基づいて前記加熱ヒータを制御して前記熱伝導部の温度を調整する温度調整部とによって構成されることを特徴とする走査型電子顕微鏡。