JPS58128646A - 熱分解した黒鉛材を有する電子光学装置 - 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】 （発明の背景） 本発明は電子光学装置に係り、より特定するとこの型式
の装置の改良に係るものである。

電子走査顕微鏡または電子探針Ｘ線分析器では、被観測
試料または被分析試料は、電子銃で発生された上偏向さ
れて試料を走査する１こめに集束される電子ビームの電
子による衝撃に支配される。

電子ビームの全通路にわたって、その間近に据え付けら
れた部分は初期電子によって衝突され、後方散乱され１
こ寄生電子は有意なビームを妨害し、観測とＸ＋ｔｊ１
分析の両用の装置の空間分解能に制約ケもたら丁。この
後方散乱は、より特定すると、ビームのコンデンサ・ブ
ロックを貫通する電子銃と保護管のアノードの位置で、
さらに、ビームの最終集束レンズの前方にある偏向ブロ
ックの位置で発生する。

この問題？：節分的に解決するために、この型式の装置
には、有意なビームの妨害を抑制することができるよう
に、これらの寄生電子を除（ためにスクリーンを選択し
１こ場所でさらされるようにしたものもある。

本発明は、ビームを妨害する寄生電子の数を、保護スク
リーンが通常は金属、１ことえはステンレス鋼まｆコは
銅合金、でつくられるこの型式の装置に存在する（寄生
電子）数と対比して、かなり減少させる改良された電子
光学装置に係る。

（発明の要約） 本発明は、電子銃、その銃からくる電子ビームに対する
コンデンサ・ブロック、そのコンデンサ・ブロックから
くるビームに対する偏向と集束ブロック、および有意信
号検量装置から構成されており、コンデンサ・ブロック
の内側でビームを取り囲んで（・ろ管状のスクリーンと
偏向ブロックが、気密の真空状態となっている外方都と
熱分解した黒鉛から形成された内方部でできている電子
光学装置を提供するものでル）る。

（好適な実施態様の説明） 本発明の電子光学装置は、電子ビームの通路の全長にわ
１こって、ビームの間近に据え付けられｆこスクリーン
と管が、少なくとも部分的に熱分解した黒鉛で形成され
て、寄生電子の発生を減少するようにしであるものであ
る。

この物質は、事実、特殊な特性を有し、組合セで使用す
ると、この物質が本適用にとって特に良（適合するよう
にすることができる。

これらの第１の特性は、黒鉛が、ビームの近（に据え付
けられ１こスクリーンと管を形成する１こめに通常使わ
れる材料、ｆことえばステンレス鋼または銅合金よりも
かなり小さい電子後方散乱係数を有することである。電
子後方散乱係数Ｒ（％）は、実際に、物質の原子番号と
ともに減少する。図１はこのＲの変化をＺの関数として
示し、ステンレス鋼（電子銃、管、およびスクリーンの
アノードを形成するｆこめに一般的に使われる物質）、
金（Ａｕ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）
、銅（Ｃｕ）およびニッケル（Ｎｉ）に対する相対的位
置をその曲線上に示しである。

しかし、電子光学装置のこれらの部分を形成するには、
選択する物質の熱力学的特性が適切であることもまた欠
くことができない。事実、この型式の装置では熱応力が
高くなり、単純な工業用黒鉛の溶着では熱力学的安定性
を十分にはあられさない。

熱分解しＴ二黒鉛は決定的な利点を有する。「配回され
Ｔこ」黒鉛とも呼ばれろこの黒鉛は、本質的には気圧１
ｔｉｌ＋御上で非常に高温に熱せられた材料の表面上で
炭化水素ガスを熱分解して得られる結晶黒鉛である。入
手できる層の厚さは分解過程の時間に依存する。溶着が
生ずる条件は人手する層の構造と機械的特性に影響を与
える。

熱学的な見地からは、この材質は熱衝撃に対して高い抵
抗を有し、大きな安定性がある。さらに、熱分解しＴこ
黒鉛には高い熱放射能力がある。

ざらにまｆこ、その機械抵抗は非常に大きく、他の材質
に生ずるのとは反対に、温度の上昇とともに増大する。

マイクロ・ゾローブ（微量分析装置）ま１こは走査式電
子式顕微鏡のタイプの電子装置中にこの材質で形成され
１ハあるいは、被覆さ才し１こ部分を導入−［れば、こ
れらの装置の分解能を改良することかできる。

図２は、本発明を取り入れ１こ電子顕微鏡の概要図を示
している。

この型式の装置は主に次の４つの部位；電子ビームを発
生する′電子ｇ１０、ｍ刀に自意なビームを供給するこ
とができるように初期ビームが通常高い強度還元を受け
るコンデンサ・ブロック２０、被分析試料を走査するた
めにこのビームを偏向し１こ上でこの試料−しに焦点を
合わせろ偏向ブロック；幻、および最後に、被分析試料
をゲ２の電子検出装置とともに内部に備え付ける部室と
からなる。

電子銃は主に、真空密閉中のフィラメント１１、ウェー
ネルト１２とアノード１、およびここでは詳細を記述し
ていない電源手段とからなる。図３はこの銃の主要要素
１１，１２．１を示している。アノードはビームの通路
を通す中央に穴をもった円盤である。フィラメントによ
って放射されろ強度■。

の′電子ビーム力ある部分は、コンデンサ・ブロックに
向けて発信される（Ｉ、はこのブロックの入力における
ビームの電子強度である）。・別の部分はアノード１に
衝突し、それ自身部分的に後方散乱される。本発明の装
置の最も改良されたものでは、このアノード１が熱分解
した黒鉛から作られており、たとえばステンレス鋼のア
ノードによって後方散乱され１こ強度に比較して典型的
に５倍の程度の再放射電子ビーム■、の強度をがなり減
少する。

アノードによって受信される電子流が、試料の分析後の
ピコ・アンペアのオーダの検出され１コ第２電子放射電
流に対して１ま１こは数マイクロ・アンペアと高いので
、アノードは通常は数１０マイクロ・アンペアまでの寄
生電子を発生し、これをトラップによって除去すること
は困難である。熱分解した黒鉛で作られγこアノードは
、初期「清浄」ビームと低位の空間電荷へとつながって
おり、銃の品質を改良する。

図２と３に示し１こ改良点は、これも熱分解し１こ黒鉛
層で作られ１こスクリーン６を電子銃の内側面上に形成
することである。

図４により一層の詳細を示し１こコンデンサ・ブロック
２０では、強度■、の銃からの初期ビームが、電磁レン
ズ２３　、２４によって集光され、１ピコ・アンペアと
２，３百ナノ・アンペアの間の強度■８をもつ有意なビ
ームと保護管上の隔膜からの電子後方散乱に起因する寄
生電子とを供給する１こめに、単数ま１こは複数のリミ
ッタ隔膜２１，２５．２６を通過する。

本発明の本質的な特徴に基づいて、保護管２は熱分解し
１こ黒鉛から構成される装置のこの位置での寄生電子率
をかなり減少する。実際に、この管も気密な真空状態で
なげればならないことを考慮すると、この管は金属製の
外方部２２と熱分解し１こ黒鉛ででき１こ内方部２とか
らなる７、リミッタ隔膜もま１こ熱分解しムニ黒鉛で有
利に形成してもよい。

図４では、隔膜５と２６はこの材質で形成し１こものと
１２で示しである。

図５により一層の詳細を示した偏向ブロック５では、ビ
ームは減衰は受けないが変位コイル３２と３３による継
続する偏向だけは受ける。偏向なしのビームと偏向あり
の（ハツチを施し１コ）ビームが示されている。この装
置には、コンデンサ・ブロックを離れ１こ残留寄生電子
をトラップ（遮断）する管状スクリーンがこの位置にあ
る。本発明の第２の本質的な特徴に基づいて、この管状
スクＩＪ−ンは、コンデンサの保護管のように、金属製
の外力部分：３１と熱分解しＴ二黒鉛の内方部分３とか
ら形成されている、。

実施態様の１つでは、この種のｇ＆器は図５中に油分的
に示しである可視光観測手段をもさらに含まれている。

良好な状態で観測を行なうたぬには、光イレンズ３７　
、３８によって集束される可視光線ビームＦｖを内側で
通す偏向ブロックの管状スクリーンが低位の反射力を有
することが望ましい。熱分解した黒鉛は、黒色物体に近
いので、反射防止被膜を施したものと有利に置き替えて
、ガスを放出し、装置中の真空状態を低減させることが
できる６、それから、偏向されγこ電子ビームは、集束
レンズ３５によって台４３で支えられ１こ試料４２の上
に焦点を合せられろ。

本装置の最終部位では、有効強度■。でもって試料を照
射する電子ビームが、試料の特性であろ強１ｉ　ｌ５ｅ
ｃの第２電子の放射を生じさせ、検出装置旧によって検
出きれる有意信号を形成する。し２かし試料・１２かも
後方散乱され１こ初期電子の後方散乱の１こめと、それ
からビーム軸上の最終部表面によって、強度ＩＲの寄生
電子も検出器によって受信さえして有意信号を妨害する
。さらに、ある実施態様では、液体窒素の温度にまで冷
却され１こスクリーン４を集束レンズ３５と被測体間に
置いて、装置中の真空状態を改良し、ビームの衝撃効果
のもとで生じる炭化水素溶着による被測体の汚染を減じ
るようにしである。試料とスクリーン間の多重電子再放
出は寄生信号の発生を検出器中に生じさせる。

本発明の装置の補足的な特徴に基づいた、「汚染防止」
スクリーンと呼ばれるスクリーン４もま１こ熱分解した
黒鉛でできていて、寄生信号をかなり減少ｊる。このス
クリーンは、ビームのそばで装置の最終部の正確な形状
を呈する中央に穴のあいた円盤まγこはビーム軸のまわ
りを回転する小ドームであってもよい。

検出器＃４１は、コレクタ（集光）極４４、シンチレー
タ４５、および図に示されていない光電子増倍管に結合
され１こ光線誘導器４６によって、図示した実施態様で
は形成されている。コレクタ極４４の目的は、有意信号
を形成する第２電子を獲得する電界を生成することであ
り、この第２電子は、それ自体非常にはっきりと傾げら
れ１こシンチレータによって引き寄せられる。さらにま
１こ、被測体とその環境によって後方散乱された電子は
この極に到達し、この極はこの電子を部分的に後方散乱
して、あるものがシンチレータにまで到達して寄生信号
を形成する。

、ニーのＮ号の強度を減少するには、コレクツ極４１も
また熱分解しγこ黒鉛で作成する。

本発明は図面を参照して説明した本装置に限定するもの
ではなく、上記で記述し１こ要素に、熱分解した黒鉛か
らなる他のスクリーンまたはリミッタ隔膜を感知できる
後方散乱現象が発生して装置の正しい動作を妨害するお
それのある電子ビームの通路に沼って追加しても本発明
の範囲内にある。

【図面の簡単な説明】

図１は数種の物質について、電子の後方散乱係数の値を
それらの原子番号の平均の関数として第１近似で与えた
曲線である。 図２は本発明に基づく電子装置の実施態様の１つの全体
線図である。 図３と図４と図５は、図２に示した装置の詳細な線図で
ある。 １０；電子銃 ２０；コンデンサ・ブロック 側；偏向ブロック

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１１電子銃、その銃から（るビームに対するコンデン
   サ・ブロック、そのコンデンサ・ブロックから（るビー
   ムに対する偏向と集束ブロック、および有意信号検出装
   置から構成されており、管状スクリーンがコンデンサ・
   ブロックの内側でビームを取り囲んでいて、偏向ブロッ
   クが気密の真空状態となっている外方部と熱分解した黒
   鉛から形成された内方部でできている電子光学装置。 （２）を子銃のアノードが、ビームの通路孔として穴を
   あげられた熱分解した黒鉛でできた回転部分となってい
   る特許請求の範囲第１項記載の電子光学装置。 （３）電子銃の側壁の内面が熱分解した黒鉛層で少なく
   とも部分的に被膜を施された特許請求の範囲第２項記載
   の電子光学装置。 （４）電子ビームに対する集束レンズが、熱分解した黒
   鉛でできた汚染防止スクリーンによって扱測体の台から
   分離されている特許請求の範囲第３項記載の電子光学装
   置。 （５）　　コンデンサ管が、選択した寸法の穴をあけら
   れ、熱分解した黒鉛でできた円盤の形状をした少なくと
   も１つのリミッタ隔膜で構成されている特許請求の範囲
   第４項記載の電子光学装置。 （６）有意信号検出装置が熱分解した黒鉛でできた第２
   の電子コレクタ極で構成された特許請求の範囲第５項記
   載の装置。