JPH04286843A - 走査形電子顕微鏡及びその類似装置の可動絞り装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本説明は電子線装置に係り、特に
走査形電子顕微鏡及びその類似装置に使用するのに好適
な電子ビームの可動絞り装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子線装置、特に走査形電子顕微鏡や、
電子線描画装置等では、電子線をできるだけ細く絞って
試料面あるいは対象物に照射するために、Ｍｏなどのご
く薄い金属板が電子ビーム用絞りとして用いられている
。一般には電子光学系を最適照射角や照射電流に設定す
る必要性から、複数個の異なる孔径を有する薄い金属板
が用いられ、最適使用条件が設定できるように電子ビー
ム光軸から出し入れ調整可能な可動絞りが取り付けられ
る。さて、このような絞りに電子ビームが照射されると
絞りや絞りの近傍に存在するハイドロカーボン系などの
ガスが電子ビームと反応して、絞り孔のまわりに付着す
る。これをコンタミネーションと称しているが、このコ
ンタミネーションが絞り孔の周辺に付着するとチャージ
アップが生じたり、孔の真円度が悪くなって、電子ビー
ム変動や非点収差の増大をひきおこす。特に電子光学系
の最終段電磁レンズ（対物レンズ）の近傍に配置される
対物レンズ絞りでは、このコンタミネーションの影響が
、スポットサイズすなわち分解能を決める決定的な要因
になりうる。

【０００３】従来技術では、電子ビーム用絞りはハイド
ロカーボン系の残留ガスの少ないドライバキューム系の
中に固定されて配置されるか、又は対物レンズ絞りのよ
うに複数個の絞り孔をもつ薄い金属板を光軸上から移動
可能とし、１つの絞り孔が汚れたら別の孔に変える方法
をとっていた。ところが、絞り孔にいったんコンタミネ
ーションが付着したら使えなくなるわけで、電子線装置
本体から可動絞りを取り外してクリーニングする必要が
あった。その際、電子線装置本体の少なからぬ部分も大
気にさらすことになり、再排気しても数時間は、装置内
からの放出ガスが枯れない状態となることも多い。これ
は結局、観察しようとする試料や、せっかくクリーニン
グしたばかりの絞りへのコンタミネーション再発生の原
因になりうる。従来技術では、電子ビーム照射中は常に
可動絞りを加熱しておく方法もあるが、絞りの加熱によ
る熱ドリフトが発生して電子ビームを絞りにくくするこ
とがある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は上述し
た従来技術の欠点をなくし、電子線装置本体を大気にさ
らすことなく、容易に可動絞りを交換又はクリーニング
することのできる絞り装置を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明では、電子線装置本体とは真空的に連通し
、かつエアーロック手段によって電子線装置本体から遮
断できる予備室と、該予備室を排気できる手段とを設け
、電子線装置本体を大気にさらすことなく、該予備室に
可動絞りを移動し、かつ交換できるよう構成する。さら
に該予備室には、可動絞りに直接電流を流して加熱し、
絞りをいちいちとり外すことなく、クリーニングを行え
る手段を付設する。又は、該予備室に真空外部よりガラ
ス部材を付設し、このガラス部材を通して可動絞り部分
に熱線を照射しうる手段を設ける。さらに他の実施例に
あっては、該予備室内に可動絞りを輻射熱によって脱ガ
ス・クリーニングするための発熱体を設けるか、又は熱
電子源を設けて絞り面の熱電子衝撃により脱ガス・クリ
ーニングを行うよう構成する。これらの手段により、電
子線本体を大気にさらすことなく、短時間のうちに、可
動絞りの交換、あるいは絞り板のクリーニングを行える
ようにしたものである。

【０００６】

【作用】このように構成することにより、請求項１では
、電子線装置本体を大気にさらすことなく、可動絞りを
新しいクリーニングされたものと容易に交換することが
できるようになる。また請求項２では、予備室で絞り板
を直接加熱によってクリーニングすることができ、かつ
、電子線装置本体をクリーニング時の放出ガスや蒸発物
質で汚染することなく、絞り板をクリーニングできるよ
うになる。

【０００７】請求項３では真空外部よりガラス部材を通
して絞りの孔部分に熱線を集中照射して、クリーニング
できるようになる。

【０００８】請求項４では、予備室内で可動絞りを片面
又は両側から発熱体からの輻射熱でクリーニングできる
ようになる。

【０００９】請求項５では、予備室内で可動絞りを熱電
子衝撃によりクリーニングできるようになる。

【００１０】

【実施例】以下で図面を参照しながら本発明の実施例を
説明する。

【００１１】図１は、本発明を電界放射形走査電子顕微
鏡の対物レンズ可動絞り装置に適用した場合の一実施例
を示す図である。電子銃は超高真空容器１内にあって電
子源となるポイントフィラメント陰極２と静電レンズを
成す２つの陽極３，４から形成される。第１陽極３は電
界放射電子流５を引き出すためのもの、第２陽極４は加
速用のものである。Ｖ１は電界放射電子流引き出し電圧
６，Ｖ０は加速電圧７である。第１陽極孔を通過した放
射電子流８は第１陽極と第２陽極との間で形成される静
電レンズにより、収束作用を受け、第２陽極下方で細い
電子ビーム９となる。この電界放射形電子銃は従来の熱
電子銃に比べて約１０３倍という高い輝度が得られるの
で、走査電子顕微鏡にとっては有力な電子銃であり、さ
らに、多段電磁レンズ系を付加することにより超高分解
能の顕微鏡像が得られる。図１はコンデンサレンズ１０
と対物レンズ１１の２段の電磁レンズを付加した場合に
ついて示したものである。このような電界放射形電子銃
を有する多段電磁レンズ系においては通常２つの可動絞
り装置が設けられる。一つは第２陽極４とコンデンサレ
ンズ１０との間に設けられる中間絞り装置１２であり、
もう一つは偏向コイル１３と試料１４との間に設けられ
る対物絞り装置１５である。中間絞り装置１２は、電子
銃からの電子ビーム８を細く絞ると同時に、電子ビーム
の一部を検出して、割算増幅器（図示せず）に導き電子
ビームに付随する微小変動（チップノズと称される）を
キャンセルするのに使われる。また、対物絞り装置１５
は対物レンズ１１により試料上に電子ビームスポットを
結ばせる際の最適照射角を設定するのに用いられる。さ
て、このような絞り上には、電子ビームの照射により、
周囲のガス分子が付着し、いわゆるコンタミネーション
が生ずる。絞り孔の周辺にこのようなコンタミネーショ
ンが生ずると、電子が帯電し、非点収差が発生したり、
散乱電子線が多くなって、分解能の著しい低下やザラツ
キの多い走査像になるなどの悪影響を及ぼす。このため
、これらの絞りは、時々、電子線の光軸から取り除き、
クリーニングする必要がある。特に対物絞りの場合は、
近くに観察用試料１４や、該試料を載せ、視野移動させ
るための試料ステージ１６などからの放出ガス、特にハ
イドロカーボン系の有機ガスを発生する部材が多いので
、このコンタミネーションの発生頻度が高い。このため
従来技術では、絞りを装置外に取り出して真空蒸着装置
内で焼き出しクリーニングするか、又は、鏡体内に置い
たまま、絞りを常時加熱状態にしておいて、ガス分子の
付着を少なくする方法がとられている。しかし前述した
ように、前者の方法では、絞りを真空外に取り出す際に
鏡体内を大気にさらすことになるので残留ガスが多くな
り、像観察にとって好ましくない。せっかく絞りをクリ
ーニングしても鏡体内の残留ガスにより、再コンタミネ
ーションが早くなるだけでなく、像観察時の試料のコン
タミネーションも多くなるからである。特に、電界放射
形走査電子顕微鏡のように、超高分解能の走査像を観察
する装置では、像質の低下や分解能の低下は著しい。ま
た、絞りを常時加熱する方式は、加熱の際の熱的なドリ
フトがなかなかおさまらないことや、いったん付着した
コンタミネーションはとりきれないといった問題が残っ
ている。そこで本発明の実施例では、対物絞り装置１５
は像観察時には電子ビーム光軸上にセットし、クリーニ
ング時には、予備室１７に引き出せるようになっている
。該予備室１７は、装置本体の鏡体とは、エアークロッ
ク装置１８によって真空的に遮断したり、連通したりで
きるようになっている。すなわち、予備室に引き出した
ときは、エアークロック装置１８を閉じ、予備室を大気
圧状態にして、対物絞り全体を予備室から取外せるよう
になっている。該対物絞り装置１５は、中心部に１個又
は複数個の微小な孔径を有するモリブデン等の薄膜状金
属板（厚さ数十ミクロンミリメートル）からなる絞り板
１９と、これを押える押え２０と、絞り板を載置し摺動
軸２１につながる絞りホールダ２２、絞り装置全体を予
備室に装着するフランジ２３及び真空に維持するための
Ｏリング２４，２５、前記摺動軸上に付けられたストッ
パ用ピン２６などから構成されている。また、予備室に
は、絞り装置をホールドしておくためのストッパ２７と
該予備室を排気したり、リークしたりするための排気手
段が設けられている。該排気手段は、例えば開閉用バル
ブ２８，ターボ分子ポンプ２９，封止バルブ３０，リー
クバルブ３１，フォアライントラップ３２、及びロータ
リーポンプ３３などより構成されている。これにより、
クリーニング済みの絞り装置を予備室にセットした後、
再排気し、所定の真空度に達した後、エアーロック装置
１８を開ける。しかる後、対物絞りを電子ビーム光軸に
まで挿入すれば、鏡体内を大気にさらすことなく直ちに
、電子ビームを出して、試料１４からの２次電子３４な
どの信号を、検出器３５，偏向回路３６，ＣＲＴ３７な
どにより、良好な走査電子顕微鏡像として観察できるよ
うになる。なお、この実施例では、絞り装置の真空封止
をＯリングで行っているが、前記摺動軸２１とフランジ
２３をベロースでつないでもよく、ドライバキュー系に
するという観点からはむしろその方が好ましい。なお、
本実施例では電界放射形電子銃を有する走査形電子顕微
鏡に適用した例について説明したが、熱電子形電子銃を
有する走査形電子顕微鏡に対しても同様に適用できる。

【００１２】図２は、本発明の他の一実施例を示すもの
で、予備室１７と対物絞り装置１５の部分について示し
た構成概略図であり請求項２に対応する。以下、図１と
ほぼ同一部材を意味するものは同一符番で示すものとす
る。本実施例では、予備室１７に加熱ヒーター３８とシ
ャッター装置３９，電流導入端子４０及び観察用窓４１
を設け、加熱ヒーター３８の一端は絞り押え２０ａの先
端に接続し、他端は電流導入端子４０を介してもう一方
の絞り押え２０ｂに接続する。そして真空外部より、加
熱電源４２より加熱ヒーター３８及び絞り板１９に直列
に電流を流して、絞り板を直接加熱する。シャッター装
置３９は加熱の最初にヒーター３８からの蒸発物によっ
て絞り板１９や予備室内が汚染されるのを防止する。 （ヒーターが清浄ならこのシャッターはなくてもよい。 ）また、観察窓４１を通して、加熱強度やクリーニング
の度合いをチェックする。予備室１７と鏡体（電子線装
置本体）４３の間は、加熱中はエアーロック装置１８に
よりエアーロックされるか又は、鏡体側に汚染物質やガ
ス分子が飛散しない程度に遮断される。もちろん、加熱
中は、ターボ分子ポンプ２９又は、油拡散ポンプやクラ
イオポンプ、ソープションポンプなどの排気手段によっ
て排気される。本実施例では、絞り装置からいちいち絞
り板を取り外さなくても予備室で絞り板のクリーニング
を繰り返し行える。また、加熱ヒーターによる輻射熱と
、絞り自身に電流が流れることによる直接加熱の相乗効
果によりクリーニングでき、消費電力も従来の蒸着装置
による加熱焼き出し方法に比べて少なくてすむという利
点がある。

【００１３】図３は、本発明の他の一実施例を示す概略
図であり、請求項３に対応する。熱源４４と凸レンズ状
のガラス窓４５を通して絞り板１９の上に熱線をフォー
カスさせ、絞りの加熱脱ガスを行えるようにしたもので
ある。熱源４４としては赤外線あるいはレーザービーム
光を用いてもよい。本実施例では、予備室を大気にさら
すことなく、真空外から必要とする絞り面のみ集中的に
クリーニングを行える利点がある。

【００１４】図４は、本発明の他の一実施例を示す概略
図であり、請求項４に対応するものである。本実施例で
は絞り板１９の上下両側から加熱ヒーター３８ａ、３８
ｂを配置し、加熱電源４２ａ、４２ｂより電流を流して
輻射熱により絞り板１９の加熱脱ガスを行えるようにし
たものである。本実施例では、絞り板の両側を同時にク
リーニングできる利点がある。

【００１５】図５は、本発明の他の一実施例を示す概略
図であり、請求項５に対応する。本実施例では、絞り板
１９の表面を熱電子衝撃によって行うため、熱電子源４
６、加熱電源４７，高圧導入部４８，熱電子衝撃用高電
圧電源ＶＢ４９を設けている。本実施例では、熱電子源
からの輻射熱と熱電子流５０による熱電子衝撃の双方の
効果により絞り板１９のクリーニングを行える利点があ
る。

【００１６】

【発明の効果】以上述べたごとく、本発明によれば、電
子線装置本体を大気にさらすことなく、可動絞りのクリ
ーニングを容易に行うことができ、実用に供してその効
果顕著である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す構成概略図である。

【図２】本発明の他の一実施例を示す可動絞り装置と予
備室の部分を示す図である。

【図３】本発明の他の実施例を示す図である。

【図４】本発明の他の実施例を示す図である。

【図５】本発明の他の実施例を示す図である。

【符号の説明】

１１…対物レンズ、１５…対物絞り装置、１７…予備室
、１８…エアーロック装置、１９…絞り板、２０，２０
ａ，２０ｂ…絞り押さえ、２１…摺動軸、２８…開閉バ
ルブ、２９…ターボ分子ポンプ、３３…油回転ポンプ、
３８，３８ａ，３８ｂ…加熱ヒーター、４１…観察窓、
４２，４２ａ，４２ｂ…加熱電源、４３…鏡体、４４…
熱源、４５…ガラス窓、４６…熱電子源、４７…加熱電
源、４９…熱電子衝撃用高電圧電源、５０…熱電子流。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電子線の通路から出し入れできる可動絞り
   を備えた電子線装置において、電子線装置本体とは真空
   的に連通し、かつエアーロック手段によって遮断できる
   予備室と、該予備室を排気する手段とを設け、電子線装
   置本体を大気にさらすことなく、該予備室に可動絞りを
   移動し、かつ交換できるよう構成したことを特徴とする
   走査形電子顕微鏡及びその類似装置の可動絞り装置。
2. 【請求項２】前記予備室は、可動絞りに電流を流して加
   熱する手段を備えていることを特徴とする請求項１に記
   載の可動絞り装置。
3. 【請求項３】前記予備室は、真空外部よりガラス部材を
   通して可動絞り部分に熱線を照射しうる手段を備えてい
   ることを特徴とする請求項１記載の可動絞り装置。
4. 【請求項４】前記予備室に、可動絞りを輻射熱によって
   脱ガスするための発熱体を配設したことを特徴とする請
   求項１記載に可動絞り装置。
5. 【請求項５】前記予備室に熱電子源を設け、可動絞り面
   の熱電子衝撃を行うよう構成したことを特徴とする請求
   項１記載の可動絞り装置。