JPS5978435A - 走査型電子線装置 - 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】 本発明は、走査型電子線装置における試料と対物レンズ
との間の距離を可変する構造に関するものである。

走査型電子顕微鏡等の電子線装置において、試料の観察
或はＸ線分析を行うに当り、観察倍率を変化させたり好
適な分析状態にするだめに、試料ステージを上下運動さ
せて対物レンズと試料との間の距離即ちワーキングディ
スタンスを変化させる方式が採用されていたが、この様
な方式を採ると試料ステージの構造が複雑化し、耐振性
、移動精度、製造費等で問題になる点に着目し、これに
かえて対物レンズを上下運動させるよう圧した改良例が
従来において提案されている。かかる従来例としては例
えば第１図に示すようなものがある。

これは、走査型電子顕微鏡について適用した例を示して
いるが、この電子顕微鏡は、上端部に電子銃４を取付け
、この下方部分に集束レンズ５，６及び走査コイル７．
８からなる顕微鏡主鏡筒２と、顕微鏡主鏡筒２の下側に
配置され試料台１２及び二次電子線検出器１５を備えた
試料室３及び顕微鏡主鏡筒２と試料室３０間に設けられ
た対物レンズ９とから成る。対物レンズ９は、顕微鏡主
鏡筒２の下端部に形成された案内スリーブ２２及び試料
台１２に係合し、上下動可能なガイド筒１７の中に保持
されている。また、対物レンズ９の下方には試料台１２
が配置されておυ、この試料台１２に試料１１を載置す
るようになっている。更にガイド筒１７の外側壁にはギ
ア歯１８が形成されておシ、このギア歯１８には試料室
３の側壁に回転可能に支持されたギア１９が噛合してい
る。このギア１９外部から回転運動させることが出来、
このギアの回転運動によってガイド筒１１を昇降させ、
これに伴い対物レンズ９を上下動させることが出来る。

そして、試料室３内には二次電子検出器１５が設置され
、試料から発生する二次電子線を検出するようになって
いる。また、図には示してないが、試料１１とは所定の
位置関係をもってＸ線検出器、或は反射電子検出器等を
取付けたものもある。

しかしながら、この様な従来の走査型電子顕微鏡にあっ
ては、対物レンズ９を試料１１に遠近させて倍率を変化
することができるが、顕微鏡主鏡筒２の下端部分におい
て対物レンズ９のみが上下動する構成となっているだめ
、種々の問題が発生し易かった。そのうちの先ず第１点
は、電子線を走査するための走査コイル１．８は、対物
レンズ９とは別に、顕微鏡主鏡筒に固定されているだめ
、対物レンズ９を上下動させるに従って、当該対物レン
ズ９と走査コイルγ、８との間隔が変化し、偏向の連動
比を対物レンズ９の移動ごとに変化させる必要がある。

即ち、第２図に示すように、走査コイルと対物レンズと
の距離がＩＩｌと短かい場合（第２図（ａ））と、長い
距離看２である場合（第２図（ｂ））とでは、第１走査
コイルの偏向角αを同じとした場合、第２走査コイルの
偏向角βｌ、β２の大きさにはｈ〈β】 の関係が成り立ち、ワーキングディスタンスを変えるた
びに距離ｐが変化しαとβとの間の比を変える必要があ
る。このため、電子顕微鏡の操作性が繁雑になったり、
これを作動させるための電気回路が複雑になるという問
題があった。

第２点は、対物レンズ９を上下方向に摺動させるために
、顕微鏡主鏡筒２側には充分な深さの案内スリーブ２２
がとれず、このため、対物レンズ９のヨークと一体とな
ったガイド筒１７を下方へ延設して試料台１２に摺接さ
せなければならないから、試料移動機構に大きな制約を
うけ、対物レンズ９の外筺部分がいたずらに大きくなる
ことである。又、別の従来例としては、試料に対して電
子銃レンズ系を含む鏡筒全体を遠近できるようなものが
ある。しかしながらこのような走査型電子顕微鏡にあっ
ては重量の大きな、重心の高い鏡筒をしつかり試料室に
固定することができないことと、特に電子銃の高圧ケー
ブルが最も高い位置に接続されているために外乱、振動
に対して非常に弱くなυ高分解能の像を望むことが困難
である。又、フィールドエミッションタイプの電子銃を
使用するＫあたっては超高真空を必要とするためイオン
ポンプ等を電子銃室に直接取りつけるが、可動する鏡筒
に重いポンプを直接取りつけねばならずさらに制振性を
悪くする。さらに電子銃室の筒真空排気構造も固定でき
ないのでパツキンと排気管の摺動等の機構となり、高真
空シールの点で問題がある。

本発明は上記の様な従来の問題点に着目して７１ｉ：さ
れたもので、その第１の目的は、対物レンズ試料室の構
成を大型、複雑化することなく、さらに振動に強く、試
料移動精度が高い構造の簡単な試料ステージを提供する
ように図った対物レンズ移動型の走査型電子線装置を提
供することである。また、本発明の第２の目的は、上記
移動型の対物レンズを上下動させた場合において、対物
レンズが移動しても二つの走査コイル間の励磁連動比を
一定に保つことが出来操作性を向上させた第１の目的を
達成できる走査型の電子顕微鏡を提供することである。

まだ、本発明の第３の目的は、対物レンズを試料に最接
近させた場合でも、試料から発生する二次電子線を有効
に検出し得るように図った第１の目的を達成できる走査
型電子線装置を提供することであ２）。更に本発明の第
４の目的はフィールドエミッション電子銃を使用した際
ＶＣも第１の目的を達成できる走査型電子線装置を提供
することである。

本発明は、上記目的を達成するために、走査型電子線装
置の対物レンズと走査コイルとを一体的に組付け、且つ
、これらのレンズ及びコイルを試料台に対して可動とし
た点に第１の特徴を有する。この走査型電子線装置では
、対物し／ズと走査コイルとを一体的に組付けたことに
よシ、その分だけ可動体全体の長さ寸法を大きく取るこ
とが出来、電子線装置主鏡筒との間で案内ストロークを
大きくすることが出来る。このため、対物レンズは、装
置の電子線軸に正しく軸合せした状態で保持され、しか
も対物レンズの上下動に際してガタつきを抑えることが
できる。まだ、−上記態様に関連して上記対物レンズと
走査コイルとを一体的に組込んだ一ヒ、偏向コイルの上
方に配置された集束レンズをも対物レンズ等に一体的に
組込み、対物レンズ、走査コイル、集束レンズを電子線
装置の主鏡筒に対して可動にすることもできる。これら
、対物レンズ、偏向コイル、集束レンズを一体化した可
動レンズ鏡筒は電子線装置主鏡筒の内側壁に摺接しなが
ら上下動し、本体電子４（及び試料室は固定、対物レン
ズ、走査コイル、集束レンズ等は可動にすることができ
る。したがって、電子銃設置部分において、電子線装置
主鏡筒には排気管及び真空ポンプが接続固定されている
が、この排気管接続部分では電子線装置の主鏡筒が排気
管に対して相対的に摺動することはなく、高真空操作の
だめの高シール状態を維持できる。

さらに、他の態様においでは、メインの二次電子線検出
器を試別室の所定の位置に配置するのみならず、対物レ
ンズと一体的に第二の二次電子線検出器を取付け、対物
レンズ上方から二次電子を検出出来るようにしている。

このように構成すれば、対物レンズを降下させて試料に
最も近い位置を採った場合でも、試料から発生する二次
電子線を第二の二次電子線検出器により高感度検出を行
わせることができる。

以下、本発明を添付図面に示す実施例に基づいて説明す
る。

第３図は、本発明を走査型電子顕微鏡に適用した第１の
実施例を示す図である。この実施例に係る走査型電子顕
微鏡４０は、上端部に電子銃４を取付け、この電子銃４
の下方部分に集束レンズ５，６を取付固定している顕微
鏡主鏡筒２と、顕微鏡主鏡筒２の下側に配置され、試料
台１２を収容する一方、メイン二次電子線検出器３８を
支持した試料室３とを有する。顕微鏡主鏡筒２の下端部
分には比較的大径の腔４２が形成され、この腔４２の上
方部分と下方部分には上側ガイド部２ａと下側ガイド部
２ｂとが設けられている。

腔４２の中間部には半径方向外方に向がって切開かれた
棚部２ｃが形成され、その内側部には内周面にネジ部３
５ａを形成した筒状のネジ部材３５が電子線軸１３と同
軸に配置しである。ネジ部材３５は、上端部に半径方向
外方へ張シ出した円環状のフシンジ部３５ｂを有してお
シ、この７ラン２部３５ｂを棚部２ｃに載置することに
ょシ腔４２内に回転可能に懸架される。そして７ラン２
部３５ｂの上面にはその全周にわたってギア歯４１が形
成され、このギア歯４１には顕微鏡主鏡筒２に挿通され
た操作ロッド３６の先端に取付けられたギア３７が噛合
している。そして操作ロッド３６を回転させるとギア３
７の作動によってネジ部材３５がその軸を中心として回
転する。

一方、腔４２の内部には、当該腔４２内で上下方向に移
動する可動体３２が配置されている。可動体３２は、上
端部外周面に上記ネジ部３５ａに対応するネジ部３２ａ
が形成され、両ネジ部３２ａ　、　３５ａを螺合させる
ことによって腔４２内に吊設されている。そして、可動
体３２の下端には対物レンズ３０が固定さ扛ている。対
物レンズ３０よシも上方の可動体３２内部には第１段の
走査コイル３３と第２段の走査コイル３４とが設けられ
ている。そして、可動体３２は上部が上側ガイド部２ａ
存昏≠゛　　　　　・′　　　によって保持されると共
に、下部においては外周面が下側ガイド部２ｂに摺接し
、電子線軸１３と同軸となるよう芯合せされる。なお、
可動体３２と固定体（例えば顕微鏡主鏡筒２）との間に
は、キーとキー溝の如き可動体３２の動きケ上下動のみ
に規制、当該可動体３２自身の回転を防ぐ規制部材が設
けられる。

また、この実施例においては、第１段の走査コイル３３
と第２段の走査ごイル３４との間において、可動体３２
内に第２の二次電子線検出器３９が挿通固定され、対物
し／ズ３０の上方で二次電子線を検出し得るようにしで
いる。

対物レンズ３０の下方は試料室３０室内空間となっでお
シ、この中には試料台１２が固定配置され、当該試料台
１２上に試料１１が載置される。

かかる楢成合有するだめ、対物レンズ３０を所定の高さ
位置に保持して試料１１の観察を行うとき、電子銃４か
ら発射された照射電子線は集束レンズ５，６によって集
束され、次に第１段の走査コイル３４によって偏向され
た後第２段の走査コイル３３によシ偏向され、更に、対
物レンズ３０によって集束されて試料１１に照射する。

この照射により、試料１１からは二次電子線か発生しこ
の二次電子線はメイン二次電子線検出器３８又は第２の
二次゛逗子線検出器３９によって検出される。

第３図においては、対物レンズ３ｏは、当該対物レンズ
３０が採り得る位置のうち、最上部の位置に設定されて
いる。ところが、この対物レンズ３０は上述した取付構
造から明らかなように、可動体３２と一体（（下方へ移
動させることができる。

このように、対物レンズ３ｏを降下させたいときには、
操作ロッド３６を回転させ、ギア３７の作動によってネ
ジ部材３５を回転させる。すると、ネジ部材３５と可動
体３２との間では双方のネジ部３２ａ。

３５ａ間でネジ送シ作用が働き、可動体３２が下方へ移
動して対物レンズ３０は試料１１に接近する。

また、操作ロッド３６を上記とは逆向きに回転させると
、可動体３２は上方へ移動する。これら可動体３２の上
下移動中、尚該可動体３２は上側ガイド部２ａ及び下側
ガイド部２ｂによって位置規制されているため、ガタつ
きは生じず電子線軸１３と同軸の状態を保ったまま上下
運動する。そして、上記対物レンズ３ｏの下方への移動
によって対物レンズ中心は操作前よシも下方へ移動する
が、対物レンズ３ｏは可動体３２内に一体的に組込まれ
ているため、対物レンズ３ｏと走査コイル３３　、３４
との間は一定の距離寸法に保たれている。

よって、対物レンズ３ｏの移動に伴う走査コイル３３と
走査コイル３４との間の励磁の連動比は何ら変更させる
必要はなく、照射電子線が常に対物レンズ中心を通るよ
うにすることができる。

第４図は、上記実施例と同様の技術的思想に基づいた本
発明の第２の実施例を示す図である。

この実施例においては、可動体５０は対物レンズ３０と
走査コイル３３．３４のみならず集束レンズ５゜６をも
一体的に組込んで成シ、可動体３２の上下動によって上
記各レンズ５，６，３０及び走査コイル３３．３４のい
ずれもが一体的に顕微鏡主鏡筒２忙対して上下動するよ
うになっている。この可動体３２は、Ｆ記第１の実施例
において述べたと同様、顕微鏡主鏡筒２に形成した棚部
２ｃにネジ部材３５を設置し、そのねじ部３５ａに可動
体３２のねじ部３２ａを螺合させて支持されると共に、
ねじ部材３５のギア部４１には操作ロッド３６の先端に
取付けたギア３Ｔが噛合し、操作ロッド３６の回転操作
によって可動体３２を上下動させるようになってしる。

また、可動体３２に組込まれた第１段の走査コイル３３
と第２段の走査コイル３４との間には、第２の二次電子
線検出器３９が固定され対物レンズ３０上方で二次゛電
子線の検出を行うようになっている。

このように、下方部分に位置する対物レンズ３０から上
方に位置する集束レンズ５，６までが顕微鏡主鏡筒２内
で上下運動するが、これに対して顕微鏡主鏡筒２自身は
試料室３にしっか）固定されているから、電子銃４や真
空操作用の排気管１４部分は全く変位することはない。

このため、排気管１４と顕微鏡主鏡筒２との接続部で高
シール性を保らつつ相対的な摺動を行わぜる必要はなく
、簡単な構造にすることができる。

かかる態様は、特に關真空排気用にイオンポンプを電子
銃部分に取付けなければならないフィー／Ｌ／　トエミ
ッションタイプの電子顕微鏡に適用するとよシ一層効果
的である。

以上説明したように、本発明によれば、対物レンズと走
査コイルとを一体化して電子線装置主鏡筒内に上下移動
可能に配置し、操作部材の作動により試料に対して遠近
させるようにしただめ、試料ステージの上下動は不要と
なシ、その構造の単純化にともなって耐振性及び移動精
度の向上がはかられ、さらに製造費の低減が達成出来る
等積々の効果が得られる。

しかも従来対物レンズのみの上下動による場合における
二段の走査コイル間の連動比の変化を必要とせず、又鏡
筒全体を上下動する場合における、試料室と鏡筒の固定
の不安定さよシ生ずる耐振性の悪さ及び鏡筒高真空の保
持の困難さも解決できて、高性能で操作性のよい構造簡
単な走査型電子線装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は対物レンズＯＪ動型の電子線装置の従来例を示
す図、第２図は２１１図の従来例の欠点を示す対物レン
ズ部分の電子線図、第３図は本発明の第１の実施例に係
る電子線装置の断面図、第４図は本発明の第２の実施例
に係る電子線装置の断面図である。 ２・・・顕微鏡主鏡筒　　３・・・試料室４・・・電子
銃　　　　　５．６・・・集束レンズγ、３３・・・第
１段の走査コーイル ８．３４・・・第２段の走査コイル ９．３０・・・対物レンズ　１１・・・試料３２・・・
可動体 ３８・・・メイン二次電子線検出器 ３９・・・第２の二次電子線検出器 第３図 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）電子銃と、電子銃の下方に設置した集束レンズと、
   集束レンズの下方に設置した走査コイル及び対物レンズ
   と、対物レンズの下方に設置した試料室と、試料室に設
   置した二次電子等の検出装置とを有して成り、電子銃支
   持部を試料室に対して固定支持する一方、対物レンズと
   走査コイルとを一体化して試料に対して遠近方向に可動
   としたことを特徴とする走査型電子線装置。 ２）対物レンズ、走査コイル、及び集束レンズを一体化
   して試料に対して遠近方向に可動としたことを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の走査型電子線装置。 ３）対物レンズ上方で、二次電子線を検出する第２の二
   次電子線検出器を、対物レンズ、走査コイル、集束レン
   ズと一体化して試料に対して遠近方向に可動としたこと
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の走査型電子線
   装置。