JPH0689686A - 走査型電子顕微鏡 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】小型試料室と大型試料室の２つの試料室を備え
た走査型電子顕微鏡において、小型試料室を大型試料室
と同時に使用する場合においても、小型試料室の真空度
をより高くして、分解能の高い観察を行うことを目的と
する。 【構成】前記小型試料室と前記大型試料室との間の隔壁
にオリフィスを設けると共に、該小型試料室及び該大型
試料室の夫々に、該小型試料室及び該大型試料室の真空
度を上げる真空ポンプを設けるように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、小型試料室と大型試
料室の２段の試料室を備えた走査電子顕微鏡に係り、前
記２段の試料室を切替えて使用する場合において、第１
の試料室における分解能をより高くして使用することが
できる走査電子顕微鏡に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の２段の試料室を備えた走査型電子
顕微鏡としては、例えば、図３に示すような小型試料の
高分解能像と大型試料の像とを切替えて観察できるよう
にしたものがある。この走査型電子顕微鏡は電子銃１、
集束レンズ２、第１走査コイル３、第２走査コイル４、
小型試料観察用の第１対物レンズ５ａ，小型試料用の第
１試料台５ｂ，小型試料用の第１二次電子検出器５ｃ，
これらの第１対物レンズ５ａ，第１試料台５ｂや第１二
次電子検出器５ｃなどを内部に有する小型試料室５が設
けられ、また大型試料観察用の第２対物レンズ６ａ，大
型試料用の第２試料台６ｂ，大型試料用の第２二次電子
検出器６ｃ，これら第２対物レンズ６ａ，第２試料台６
ｂや第２二次電子検出器６ｃなどを内部に有する第２試
料室６が設けられている。

【０００３】電子銃１から射出された電子線束は、集束
レンズ２によって縮小され、この電子線束を第１走査コ
イル３、第２走査コイル４を用いて２段偏向して二次元
的に走査し、この電子線束をさらに第１対物レンズ５ａ
または第２対物レンズ６ａにより約１０ｎｍ程度に縮小
して試料表面上に焦点合わせをし、試料表面から発生す
る二次電子をそれぞれ第１二次電子検出器５ｃ、第２二
次電子検出器６ｃを用いて電気信号にし、それを増幅し
てＣＲＴにより二次的な走査像を観察するようにしてい
た。

【０００４】小型試料を観察するときは、第１対物レン
ズ５ａ，第１試料台５ｂ及び第１の２次電子検出器５ｃ
を使用する。この場合小型試料は、第３図に示すように
第１対物レンズ５ａの磁場の中心に含まれ、第１試料台
５ｂの移動範囲を大きくする必要がないので、電子光学
的なレンズの収差が小さく、小型試料の高分解能像を得
ることができる。大型試料を観察するときは、第２対物
レンズ６ａ、第２試料台６ｂ及び第２の２次電子検出器
６ｃを使用する。なお、この場合、第１試料台５ｂは抜
き去り、第１対物レンズ５ａと第２対物レンズ６ａの電
源を切り替える必要がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところでこのような従
来の走査型電子顕微鏡にあっては、大型試料を観察する
場合には、第１試料台５ｂを有する小型試料室５と第２
試料台６ｂを有する大型試料室６は、ほぼ同じ真空度と
なる。しかし小型試料を観察する場合には、一般に高分
解能を目的として試料観察を行うため、真空度を極力高
くしておくことが望ましい。万一真空度が悪いと、電子
ビームによる試料の観察中にコンタミネーション（試料
面上にカーボンが析出すること）が起こり、高い分解能
を得ることができないという問題があった。特に近年フ
ィールドエミッションの電子銃が使われるようになった
ため、分解能が向上してますます高い真空度が要求され
るようになっている。

【０００６】また小型試料を観察する場合には、小型試
料室５と大型試料室６とを遮断し、真空を引く容積を小
さくする。しかし大型試料の観察と切替えて使用するよ
うな場合には、大型試料室６の真空度とほぼ同じ真空度
となっているため、小型試料室５のみ遮断して真空度を
上げようとしても、真空壁にガス吸着が起きており、直
ちには高い真空度を上げることができないという問題が
ある。

【０００７】この発明はこのような従来の課題に着目し
てなされたもので、大型試料の観察から小型試料の観察
に切替えた場合であっても、常に小型試料室５の真空度
を高くして分解能の高い観察ができるようにした走査型
電気顕微鏡を得ることを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の課題を
解決するための手段として、その構成を、電子銃に近い
側から、小型試料観察用の第１対物レンズ及び小型試料
室と、大型試料観察用の第２対物レンズ及び大型試料室
とを配置し、前記第１対物レンズの近傍に設けられた第
１試料台と、前記第２対物レンズの近傍に設けられた第
２試料台とを有する電子顕微鏡を、前記小型試料室と前
記大型試料室との間の隔壁にオリフィスを設けると共
に、該小型試料室及び該大型試料室の夫々に前記第１試
料台及び第２試料台近傍の真空度を上げる真空ポンプを
設けるように構成することとした。また、前記オリフィ
スは前記第１対物レンズの下側磁極部近傍にあり、その
下側に前記第２対物レンズ用の走査コイルが設けられる
こととした。

【０００９】

【作用】次に本発明の作用を説明する。小型試料室と大
型試料室との間にオリフィスが設けられているため、該
小型試料室と該大型試料室との間の空気の出入が制限さ
れ、両者の間の真空度に差ができる。しかも該小型試料
室及び該大型試料室の夫々に真空ポンプが設けられてい
るから、前記第１試料台及び第２試料台近傍の真空度は
常に一定の差を保持する。

【００１０】さらに前記オリフィスは前記第１対物レン
ズの下側磁極部近傍にあり、その下側に前記第２対物レ
ンズ用の走査コイルが設けられているので、第２試料台
の試料の広い範囲を走査することができる。

【００１１】

【実施例】以下、この発明を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の構成図で、走査型電子顕微鏡１０には、
電子銃１１があり、電子銃１１に近い側から、集束レン
ズ１２、その絞り１３、第１及び第２の走査コイル１４
が設けられ、その下に小型試料観察用の第１対物レンズ
１５とこれと一体になった小型試料室１６が設けられて
いる。その下には大型試料観察用の第２対物レンズ１７
があり、第２対物レンズ１７を含むようにして、小型試
料室１６の下部に、大型試料室１８が配置されている。
また第１対物レンズ１５の近傍の、小型試料室１６内に
は、第１試料台２１が設けられ、第２対物レンズ１７の
近傍の、大型試料室１８内には、第２試料台２２が設け
られる。

【００１２】そして、小型試料室１６を形成する第１対
物レンズ１５の下部と、小型試料室１６の下部の大型試
料室１８との間に隔壁１９には、直径１ｍｍ長さ２０ｍ
ｍのオリフィス２０を設ける。図２にオリフィス２０付
近の拡大した断面図を示す。また第１試料台２１を有す
る小型試料室１６内を真空にするための、真空イオンポ
ンプ２６が設けられ、第２試料台２２を有する大型試料
室１８を真空にするための、真空用油拡散ポンプ２９及
びロータリポンプ３０が設けられる。

【００１３】また、図２に示すように、オリフィス２０
は第１対物レンズ１５の下側磁極部３１の近傍にあり、
オリフィス２０のすぐ下側に、第２対物レンズ１７用の
第４走査コイル３２が設けられる。その他、第１対物レ
ンズ１５の上側磁極部３３の上方には、第１二次電子検
出器３４が設けられており、第２対物レンズの下方の第
２試料台２２の側方には、第２二次電子検出器３５が設
けられている。なお第２対物レンズ１７の内部に、第２
対物レンズ１７用の第３走査コイル３６が設けられ、そ
の下に第２対物レンズ１７の絞り３７が設けられてい
る。

【００１４】なお、電子銃１１の周囲も高い真空に保持
する必要があり、そのため電子銃室４０を真空にするイ
オンポンプ４１が設けられており、電子銃室４０と、鏡
体の一部を形成する小型試料室１６の第１対物レンズ１
５の上部室２５との間の隔壁４２には、オリフィス４３
が設けられている。

【００１５】次に図１の実施例の作用を説明する。小型
試料室１６を形成する第１対物レンズ１５の下部と、大
型試料室１８との間には、オリフィス２０が設けられて
いるため、小型試料室１６と大型試料室１８との間の空
気の出入が制限され、両者の間の真空度が異なったもの
となる。しかも、第１試料台２１を有する小型試料室１
６を真空にするために、真空イオンポンプ２６が設けら
れ、第２試料台２２を有する大型試料室１８を真空にす
るために、真空用油拡散ポンプ２９及びロータリポンプ
３０が設けられており、小型試料室１６と大型試料室１
８との間のオリフィス２０と組み合わされて、第１試料
室１６と第２試料室１８の真空度は常に一定の差に保持
される。

【００１６】すなわち、オリフィス２０を通過する空気
の量よりも、真空イオンポンプ２６によって吸引される
空気の量の方が多いように設定されていることから、異
なる真空度が保持される。また、第２対物レンズ１７の
ところにエアロック弁に設ける必要はなくなる。

【００１７】また小型試料室１６と大型試料室１８と
は、オリフィス２０を介して接続しているから、電子銃
１１からの電子線は、オリフィス２０の中を通過して大
型試料室１８に到達することができる。さらにオリフィ
ス２０は第１対物レンズ１５の下側磁極部３１近傍にあ
り、その下側に第２対物レンズ１７用の走査コイル３２
を設けて、第２試料台２２上の試料３８を、なるべく広
い範囲で走査することができる。

【００１８】なお上記の実施例では走査型電子顕微鏡に
おいて、小型試料室１６と大型試料室１８を図に示すも
のとして説明したが、２段の試料室を有する走査型顕微
鏡であればその形状は限定されるものではない。また小
型試料室と前記大型試料室との間の隔壁も、図１に示し
たものに限定されるものではなく、オリフィスが設けら
れる位置も、第１対物レンズの近傍には限定されない。

【００１９】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、小型試料観察用の小型試料室と、大型試料観察用の
大型試料室とを配置した電子顕微鏡において、前記小型
試料室と前記大型試料室との間の隔壁にオリフィスを設
けると共に、該小型試料室及び該大型試料室の夫々に前
記第１試料台及び第２試料台近傍の真空度を上げる真空
ポンプを設けたので、大型試料の観察後に小型試料の観
察に切替えた場合であっても、大型試料室と小型試料室
との間の異なる真空度を設定することができ、小型試料
について、常に分解能の高い観察を可能にする。

【００２０】またオリフィスは小型試料室の前の第１対
物レンズの下側磁極部近傍にあり、その下側に大型試料
室の第２対物レンズ用の走査コイルが設けられることと
したので、大型試料室内の第２試料台の試料の、広い範
囲を走査することができるという効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の走査型電子顕微鏡の全体を、発明の構
成と共に示す断面図である。

【図２】図１においてオリフィスが設置されている付近
の拡大断面図である。

【図３】従来の２段の試料室を備えた走査型電子顕微鏡
の断面図である。

【符号の説明】

１１ 電子銃 １５ 第１対物レンズ １６ 小型試料室 １７ 第２対物レンズ １８ 大型試料室 ２０ オリフィス ２１ 第１試料台 ２２ 第２試料台 ２６ 真空ポンプ（イオンポンプ） ２９ 真空ポンプ（油拡散ポンプ） ３０ 真空ポンプ（ロータリポンプ） ３１ 第１対物レンズの下側磁極 ３２ 第２対物レンズ用走査コイル

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電子銃に近い側から、小型試料観察用の
   第１対物レンズ及び小型試料室と、大型試料観察用の第
   ２対物レンズ及び大型試料室とを配置し、前記第１対物
   レンズの近傍に設けられた第１試料台と、前記第２対物
   レンズの近傍に設けられた第２試料台とを有する電子顕
   微鏡において、 前記小型試料室と前記大型試料室との間の隔壁にオリフ
   ィスを設けると共に、該小型試料室及び該大型試料室の
   夫々に前記第１試料台及び第２試料台近傍の真空度を上
   げる真空ポンプを設けたことを特徴とする走査型電子顕
   微鏡。
2. 【請求項２】 請求項１において、前記オリフィスは前
   記第１対物レンズの下側磁極部近傍にあり、その下側に
   前記第２対物レンズ用の走査コイルが設けられているこ
   とを特徴とする走査型電子顕微鏡。