JPH08273573A - 走査電子顕微鏡 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 試料表面のコンタミネーションを著しく軽減
することができる走査電子顕微鏡を実現する。 【構成】 冷却フィン３とこの冷却フィン３と熱接続さ
れた筒状部材７は、液体窒素温度に冷却される。この結
果、電子ビームが照射される試料２表面を覆うように冷
却フィン３と筒状部材７が設けられているため、試料室
内の残留ガスが試料表面に近付く経路は、冷却フィン３
に設けられた電子ビームの通過開口１０のみとなり、各
方面から試料表面に向かう残留ガスはほとんどが冷却フ
ィン３か筒状部材７に吸着され、試料２表面のコンタミ
ネーションは著しく軽減される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、試料のコンタミネーシ
ョンを著しく軽減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】最近の走査電子顕微鏡は、高分解能化が
進み、試料上でのプローブ径が小さくされ、また、電子
ビームの電流密度も高くされている。この場合、試料の
電子ビームの照射地点に試料室内に残っていたカーボン
系の残留ガスが多く吸着し、いわゆるコンタミネーショ
ンが発生する。このコンタミネーションが発生すると、
試料表面の真の形状が維持できなくなるばかりでなく、
コンタミネーション部分により、２次電子の発生が妨げ
られてしまい、正常な走査電子顕微鏡像の観察が困難と
なる。

【０００３】図１はコンタミネーションの発生を防止す
るようにした従来の走査電子顕微鏡の要部を示してい
る。図において１は対物レンズであり、対物レンズ１の
下部には試料２が配置されている。対物レンズ１と試料
２との間の空間には、液体窒素で冷却された冷却フィン
３が設けられている。対物レンズ１の上部の光軸から離
れた位置には、２次電子検出器４が配置されている。

【０００４】このような構成において、電子ビームは、
対物レンズ１上部のコンデンサレンズ（図示せず）と対
物レンズ１とによって集束され、試料２に照射される。
また、試料２に照射される電子ビームは、図示していな
い偏向コイルによって試料の特定領域上で２次元的に走
査される。試料２への電子ビームの照射によって発生し
た２次電子ｅは、対物レンズ１の磁界によって拘束さ
れ、光軸に沿って上方に取り出される。

【０００５】対物レンズ１上部に取り出された２次電子
は、２次電子検出器４に印加された吸引電圧によって２
次電子検出器４方向に引き寄せられ、検出器４によって
検出される。検出器４によって検出された信号は、試料
２へ照射される電子ビームの走査に同期した陰極線管に
供給され、その結果、陰極線管上に試料の特定領域の２
次電子像が表示される。ここで、試料表面へ向かう残留
ガスは、液体窒素温度に冷却された冷却フィン３により
吸着され、試料２のコンタミネーションを防止するよう
にしている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記した構成では、試
料への残留ガスの吸着を効率良く防止するために、試料
２と冷却フィン３との間の距離をできるだけ小さくする
ようにしている。しかしながら、試料２と冷却フィン３
との間の距離は、試料の移動や傾斜のためにそれを小さ
くするには限界がある。そのため、試料２と冷却フィン
３との間には、ガス分子から見て十分大きな隙間がある
ことになる。

【０００７】この結果、冷却フィン３を設けても、試料
２と冷却フィン３との間の隙間から残留ガスが試料表面
に回り込み、少なからずコンタミネーションが発生す
る。特に、試料２を下方に下げて観察する場合（ワーキ
ングディスタンスを大きくする場合）や、試料２を傾斜
させた場合には、より試料表面と冷却フィン３との間の
距離が離れてしまい、大きなコンタミネーションが発生
することになる。

【０００８】本発明は、このような点に鑑みてなされた
もので、その目的は、試料表面のコンタミネーションを
著しく軽減することができる走査電子顕微鏡を実現する
にある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明に基づく
走査電子顕微鏡は、電子ビームを集束するための対物レ
ンズと、対物レンズと試料との間に配置され、冷却され
る冷却フィンと、試料と共に移動し試料の上部方向に設
けられた弾力性のある筒状部材とを備えており、この筒
状部材の先端部は試料の高さ方向の位置変化や傾斜によ
っても常に少なくともその一部が冷却フィンと熱的に接
続されているように構成したことを特徴としている。

【００１０】請求項２の発明に基づく走査電子顕微鏡
は、筒状部材の先端部にホウキ状に切り込みを設けたこ
とを特徴としている。請求項３の発明に基づく走査電子
顕微鏡は、筒状部材には多数の隙間が設けられているこ
とを特徴としている。

【００１１】請求項４の発明に基づく走査電子顕微鏡
は、冷却フィンは対物レンズの側部にまで延長され、筒
状部材はこの対物レンズ側部の冷却フィンの延長部にお
いて熱接続されていることを特徴としている。

【００１２】請求項５の発明に基づく走査電子顕微鏡
は、冷却フィンと円筒部材に所望の電圧を印加するよう
に構成したことを特徴としている。

【００１３】

【作用】請求項１の発明に基づく走査電子顕微鏡は、試
料と共に移動する弾力性のある筒状部材が試料の上部に
設けられ、この筒状部材の先端部の少なくとも一部が、
試料の高さ方向の位置変化や傾斜によっても常に冷却フ
ィンと熱的に接続され、試料のコンタミネーションを冷
却フィンと筒状部材とによって防止する。

【００１４】請求項２の発明に基づく走査電子顕微鏡
は、筒状部材の先端部にホウキ状に切り込みを設け、筒
状部材を冷却フィンに対して移動可能とする。請求項３
の発明に基づく走査電子顕微鏡は、筒状部材に多数の隙
間が設けられ、筒状部材の内部の真空排気を効率良く行
う。

【００１５】請求項４の発明に基づく走査電子顕微鏡
は、冷却フィンが対物レンズの側部にまで延長され、筒
状部材はこの対物レンズ側部の冷却フィンの延長部にお
いて熱接続される。

【００１６】請求項５の発明に基づく走査電子顕微鏡
は、冷却フィンと円筒部材に所望の電圧を印加し、検出
する２次電子のエネルギーの選択を行う。

【００１７】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の一実施例を詳
細に説明する。図２は、本発明に基づく走査電子顕微鏡
の要部を示しており、図１の従来装置と同一ないしは類
似の構成要素には同一番号を付しその詳細な説明は省略
する。この実施例で、試料２は試料ホルダー５に取り付
けられているが、この試料ホルダー５は図示していない
試料ステージ上に配置される。試料ステージは水平方向
の移動や回転、傾斜ができるように構成されている。

【００１８】試料ホルダー５の外側には、熱絶縁材料で
形成された円筒部材６が固定されており、更に、この円
筒部材６の外側には、メッシュ状の筒状部材７が取り付
けられている。筒状部材７は銅等の熱伝導度の優れた材
料で形成されており、その先端部は弾力性を持つ構造と
されている。

【００１９】図３はこの筒状部材７の一例を示す斜視図
であり、筒状部材７の先端部７ａには軸方向に多数の切
り込みが設けられ、ホウキ状とされている。このホウキ
状の先端部は、図２に示すようにドーナツ状の冷却フィ
ン３に押し付けられ、先端部はラッパ状に開かれる。冷
却フィン３の一部は熱伝導棒８を介して、試料室外部に
設けられた液体窒素デュアー９に熱的に接続されてい
る。

【００２０】このような構成とすることにより、冷却フ
ィン３とこの冷却フィン３と熱接続された筒状部材７
は、液体窒素温度に冷却される。この結果、電子ビーム
が照射される試料２表面を覆うように冷却フィン３と筒
状部材７が設けられているため、試料室内の残留ガスが
試料表面に近付く経路は、冷却フィン３に設けられた電
子ビームの通過開口１０のみとなり、各方面から試料表
面に向かう残留ガスはほとんどが冷却フィン３か筒状部
材７に吸着され、試料２表面のコンタミネーションは著
しく軽減される。

【００２１】ここで、試料２を水平方向に移動させる場
合、筒状部材７も試料２と一緒に移動するが、筒状部材
７の先端部はホウキ状に弾力性を持たせてあるため、筒
状部材７の先端は滑らかに冷却フィンとの熱接続を保ち
ながら移動させることができる。また、試料２を傾斜さ
せた場合には、筒状部材７の先端の一部がより強く冷却
フィンに押し付けられるが、この力は、押し付けられた
筒状部材７の先端がより大きく開かれることによって吸
収され、試料２を傾斜させる上で筒状部材７が邪魔にな
ることはない。

【００２２】もちろん、試料傾斜を行っても筒状部材７
と冷却フィン３との熱接続が断たれることもない。ま
た、筒状部材７はメッシュ状に形成されているため、筒
状部材７の内側領域（試料２の表面上部領域）の真空排
気は、このメッシュの隙間から効率良く行うことがで
き、筒状部材７の内側領域の真空度が悪化することはな
い。

【００２３】図４は本発明の他の実施例を示す図であ
り、図２の実施例と異なる点は、冷却フィン３と筒状部
材７とに可変電源１１から所望の電圧を印加できるよう
に構成した点である。冷却フィン３と筒状部材７とに、
例えば、所定の負の電圧を印加すれば、試料２から発生
し、冷却フィン３の開口１０を通って２次電子検出器４
に向かう２次電子のエネルギーを選択することができ、
所定のエネルギーの走査電子顕微鏡像を観察することが
可能となる。

【００２４】図５は本発明の他の実施例を示す図であ
り、図２の実施例と異なる点は、冷却フィン３の一部３
ａを対物レンズ１の側部にまで延長させ、筒状部材７の
一部をこの冷却フィンの延長部３ａで熱接続させた点で
ある。このように構成することにより、試料２を大きく
傾斜させた場合でも、試料２のサイズが大きくても、冷
却フィン３と筒状部材７との熱接続を維持させることが
できる。

【００２５】以上本発明の実施例を説明したが、本発明
はこの実施例に限定されない。例えば、筒状部材をメッ
シュ状に形成したが、円筒状の部材に多数の隙間を穿つ
ようにしても良い。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１の発明に
基づく走査電子顕微鏡は、電子ビームを集束するための
対物レンズと、対物レンズと試料との間に配置され、冷
却される冷却フィンと、試料と共に移動し試料の上部方
向に設けられた弾力性のある筒状部材とを備えており、
この筒状部材の先端部は試料の高さ方向の位置変化や傾
斜によっても常に少なくともその一部が冷却フィンと熱
的に接続されているように構成したので、試料室内の残
留ガスが試料表面に近付くメインの経路は、冷却フィン
に設けられた電子ビームの通過開口となり、各方面から
試料表面に向かう残留ガスはほとんどが冷却フィンか筒
状部材に吸着され、試料表面のコンタミネーションは著
しく軽減される。

【００２７】請求項２の発明に基づく走査電子顕微鏡
は、筒状部材の先端部にホウキ状に切り込みを設けたの
で、試料と筒状部材とを冷却フィンに対して自由に移動
させることができる。

【００２８】請求項３の発明に基づく走査電子顕微鏡
は、筒状部材には多数の隙間が設けられていることか
ら、筒状部材の内部（試料表面領域）の真空排気を効率
良く行うことができる。

【００２９】請求項４の発明に基づく走査電子顕微鏡
は、冷却フィンは対物レンズの側部にまで延長され、筒
状部材はこの対物レンズ側部の冷却フィンの延長部にお
いて熱接続されていることから、試料を大きく傾斜させ
た場合でも、試料のサイズが大きくても、冷却フィンと
筒状部材との熱接続を良好に維持させることができる。

【００３０】請求項５の発明に基づく走査電子顕微鏡
は、冷却フィンと円筒部材に所望の電圧を印加するよう
に構成したので、試料から発生し、冷却フィンの開口を
通って２次電子検出器に向かう２次電子のエネルギーを
選択することができ、所定のエネルギーの走査電子顕微
鏡像を観察することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の走査電子顕微鏡の要部を示す図である。

【図２】本発明の一実施例の走査電子顕微鏡の要部を示
す図である。

【図３】図２の実施例に用いられている筒状部材の斜視
図である。

【図４】本発明の他の実施例の走査電子顕微鏡の要部を
示す図である。

【図５】本発明の更に他の実施例の走査電子顕微鏡の要
部を示す図である。

【符号の説明】

１ 対物レンズ ２ 試料 ３ 冷却フィン ４ ２次電子検出器 ５ 試料ホルダー ６ 円筒部材 ７ 筒状部材 ８ 熱伝導棒 ９ 液体窒素デュアー

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電子ビームを集束するための対物レンズ
   と、対物レンズと試料との間に配置され、冷却される冷
   却フィンと、試料と共に移動し試料の上部方向に設けら
   れた弾力性のある筒状部材とを備えており、この筒状部
   材の先端部は試料の高さ方向の位置変化や傾斜によって
   も常に少なくともその一部が冷却フィンと熱的に接続さ
   れているように構成した走査電子顕微鏡。
2. 【請求項２】 筒状部材の先端部はホウキ状に切り込み
   が設けられている請求項１記載の走査電子顕微鏡。
3. 【請求項３】 筒状部材には多数の隙間が設けられてい
   る請求項１記載の走査電子顕微鏡。
4. 【請求項４】 冷却フィンは対物レンズの側部にまで延
   長されて設けられており、筒状部材はこの対物レンズ側
   部の冷却フィンの延長部において熱接続されている請求
   項１〜請求項３記載の走査電子顕微鏡。
5. 【請求項５】 冷却フィンと円筒部材には所望の電圧が
   印加される請求項１〜請求項４記載の走査電子顕微鏡。