JPS6316538A - 電子顕微鏡内の真空度測定方法及びその装置及び電子顕微鏡 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、電子顕微鏡に係り、特に試料部の真空度を測
定するのに好適な電子顕微鏡に関する。

〔従来の技術〕

電子顕微鏡においては、電子銃の動作及び解像度の良い
観察をするために、鏡体内の真空度を常に測定する必要
がある。従来の真空度測定装置は鏡体内の総合的な真空
度の測定を目的として設置され、第６図に示す通り、真
空度測定装置１７を鏡体１から引出したパイプの位置に
設置して鏡体内の全域の真空度を測定している。尚、１
６は真空ポンプである。

第７図により従来の真空度測定設置の動作原理を示す（
実験物理学講座４「真空技術」（共立出版）参照）、従
来の装置は、陽極８、磁石９．二枚の陰極１０、高電圧
源１１、微少電流計１２より構成される。高圧電源１１
により印加された高電圧により、大量の熱電子が発生す
る。この熱電子は二枚の陰極１０の間の空間で中性ガス
（イオン化される前のガス）と衝突し、更に大量の熱電
子を発生する。この熱電子を陽極８が作る電位と磁石９
が作る磁界により、二枚の陰極１０の間の空間に閉込め
る。外部から中性ガスが入射すると、中性ガスは、閉込
められた熱電子によりイオン化される。イオン化された
ガスの質量は熱電子と比較して充分に重いので、二枚の
陰極１０の間の空間の、電位、磁界には影響されずに陰
極に達する。

その結果、イオンの電流を微少電流計にて測定すること
により、真空度が決定できる。真空度Ｐとイオン電流Ｉ
の関係は、 Ｉ＝ｃＰ　　　　　　（ｋ＝１〜２） （ただし、Ｃは定数） で与えられる。従来の真空度測定装置の特徴は、熱電子
を発生させるための高電圧源１１と、熱電子の閉込めの
ための磁石９が必要なことである。

なお、従来この種の真空度測定装置としては、特開昭５
７−６６３３０号、同５７−６６３３１号等に記載のも
のがある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

電子顕微鏡では、真空度の劣化は主として試料からのガ
ス放出に起因すると考えられている。従って電子顕微鏡
によるａ察と同時に試料の表面状態についての情報を得
る手段として真空度測定装置を積極的に利用することが
考えられる。しかし、従来の電子顕微鏡では前述のよう
に鏡体内の全域の真空度のみを測定しており、試料部近
傍の真空度を直接測定した例はない、すなわち、従来の
電子顕微鏡の真空度測定装置において測定された真空度
は、！１体内のすべての部品からの放出ガスの圧力を測
定しているので、試料部のみの真空度を精密には測定し
ていない、また鏡体内の構造、特にパイプ類の直径、長
さに排気抵抗が依存するために、場所により真空度が異
なる。従って、精密に試料部の真空度を得るためには、
鏡体内の構造を考慮した補正をしなければならないとい
うに問題がある。

また、電子顕微鏡の鏡体内に第７図に示した従来の真空
度測定装置を設置した場合には、熱電子発生のための高
電圧源１１と熱電子の閉込めのための磁石９が必要であ
ることから、鏡体内に余分な高電圧と磁場が加えられて
いるという問題がある。特に、熱電子の閉込めのための
磁場は、電子顕微鏡本体の磁場と、はぼ同じ程度の強さ
が必要であり、鏡体内に従来の真空度測定装置を設置す
ることにより、電子顕微鏡の、像の乱れ、分解能の劣化
など性能が著しく低下することが予想される。

また、放電の防止という条件から、ｌＩ！）極８と陰極
１０の間隔を狭くするのにも限界があるので装置全体の
小型化が困難である。このため、従来の真空度測定装置
を鏡体的試料部に設置できないので試料部近傍の真空度
を直接測定することはできない。

本発明の目的は、電子顕微鏡の性能を低化させずに試料
部近傍等の電子顕微鏡内の真空度の測定を可能にするこ
とにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、陽極および該陽極の両側に設けられた陰極
よりなる電極群を電子顕微鏡内の真空度測定箇所に配置
し、前記電極群と前記電子顕微鏡のレンズ系を形成する
磁場により熱電子を前記電極群の間に閉じ込め、該閉じ
込められた熱電子によりイオン化されたガスを収集しイ
オン電流を測定することにより達成される。

〔作　用〕

電子顕微鏡内には、対物レンズ系や収束レンズ系などを
構成するための磁場が存在する。従って、前記電極群を
電子顕ｖｌＩ鏡内の真空度測定箇所に配置することによ
って、これらの電極群と電子顕微鏡の磁場とによって真
空度を測定するための熱電子を閉じ込めることが出来る
。この熱電子によってイオン化されたガスを収集して測
定すれば、電子顕微鏡の性能を低化させずに電子顕微鏡
内の試料部近傍等の局所的な真空度を測定することが可
能となる。すなわち、イオン化されたガスの景はイオン
電流として微少電流計等で測定され、イオン電流とガス
の圧力は一定の法則で表わせるので。

試料部近傍等の圧力つまり真空度が測定可能となる。

熱電子を発生させるには、前記電極群に高電圧を印加す
ることによっても可能であるが、電子顕微鏡の１！祭用
の電子ビームを前記電極群の陰極に衝突させて発生させ
ることによって電子顕微鏡の性能を低下させずに、且つ
簡易に真空度を測定することが可能となる。

さらに、試料部近傍の真空度を測定する場合には、前記
電極群を、対物レンズポールピースと試料ホールダステ
ージの間に陽極を配置し対物レンズポールピースと試料
ホールダステージを陰極として構成すれば、試料から放
出された後イオン化されたガスの量を測定することが出
来るので、電子顕微鏡の性能を低下させずに、且つ簡易
に試料部近傍の真空度を測定することが可能となる６［
実施例］ 以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。

第１図は、本発明による電子顕微鏡試料部真空度測定装
置の縦断面図である。同図において、この真空度測定装
置は従来の透過型電子顕微鏡内に陽極を付加した構成に
なっている。本実施例では。

真空度測定装置は、陽極３、鏡体から陽極を絶縁する絶
縁体４．陰極として使用する対物レンズポールピース２
及び試料ホールダステージ５、イオン収集用電源６、イ
オン電流測定用の微少電流計７により構成されている。

イオン収集用電源６は５０〜２００Ｖの定電圧源であり
、微少電流計７は、マイクロアンメータを使用する。陰
極として使用する対物レンズポールピース２及び試料ホ
ールダステージ５は鏡体部分においてイオン収集用電源
６と共に接地されている。陽極３は、絶縁体４により鏡
体から絶縁され、イオン収集用電源６のプラス端子から
電圧を供給される。この結果。

陽極３と陰極間に電圧が印加される。

次に本装置の動作原理を述べる前に用語の定義をする。

電子雲形成系とは、測定対象の中性ガスをイオン化する
ための電子の濃密な層を形成する系を意味する。電子雲
形成系は、電子ビームの衝突により発生した熱電子を閉
込める電圧と磁場の発生装置から構成される。電圧は、
鏡体内で電子ビームと同軸位置に設置された陽極と、そ
の陽極の上下一対の陰極に外部電源から印加される。磁
場は、電子顕微鏡本体の磁場（例えば対物レンズ系や収
東レンズ系を形成する磁場）を利用する。

またイオン電流測定系とは、イオン化されたガスの収集
及びイオン電流を測定する系を意味する。

イオン電流測定系は、イオン収集電圧の発生装置とイオ
ン電流の測定装置から構成される６イオン収集電圧の発
生装置は、電子雲形成系と同一の陽極、陰極および外部
電源から構成される。イオン電流の測定装置は微少電流
測定器を使用する。

本装置の動作原理を第１図により説明する。

電子顕微鏡本体で約２００ｋＶまで加速された電子ビー
ムが試料ホールダステージ５に衝突し大量の二次電子を
電子雲の領域に放出する。電子雲形成系において、二次
電子は、中性ガスと衝突し更に大量の熱電子を発生する
。電子雲形成系において、上記の熱電子は、電子顕微鏡
本体から対物レンズポールピース２に与えられた磁場と
、陽極及び陰極の間の電位により、試料ホールダステー
ジ５から対物レンズポールピース２の間の空間に閉込め
られる。その結果、電子雲形成系において。

電子の濃密な空間が存在する。測定対象の中性ガスは、
この電子雲形成系においてイオン化される。

イオン化されたガスは熱電子と比較して質量が充分重い
ので、磁界、電位には影響されずにイオン電流測定系に
よって陰極に達し、その電流が測定される。この時、イ
オン電流工とガスの圧力ＰはＩ＝ｃ−Ｐ　　（ｋ　＝１
〜２） （ただし、Ｃは定数） の関係が成立するので、試料部近傍の真空度の測定が可
能となる。本実施例においてイオン収集用電圧を２００
Ｖとする場合、イオン電流値工としては、真空度Ｐ＝１
０−’〜１０−６においては工＝０．１μＡ〜１μＡが
得られる。本実施例では。

従来の装置と比較して、真空度測定装置のための高電圧
源と磁石を必要としないこと及び小型化が容易であり、
試料部近傍に設置可能であるという利点がある。

次に、本実施例において電子顕微鏡内に陽極を設置した
ことによる電子顕微鏡像への影響を考える。

電子顕微鏡などの高倍率の磁界レンズの場合。

像の収差りは Ｊ で与えられる（実験物理学講座２３「電子顕微鏡」Ｐ　
８２　＋−共立出版）。ここでＧは球面収差係数、Ａは
電子線の軌道からのズレ角、■は本装置の陽極に付加す
る電圧、■は電子顕微鏡の加速電圧、Ｊ及びｊは磁界レ
ンズの設定値及び制御用の電流値である。

本実施例において、陽極の電圧ｖ　＝　２００　Ｖ及し
てＤ＝０．１ｎｍに調整可能であり、２００Ｖ程度の電
圧変化には充分な調整範囲である６従って、陽極の設置
による電子顕微鏡像への影響は、完全に補正できる。

本実施例では、陰極として対物レンズポールピース２と
試料ホールダステージ５を使用したが。

前記構造物とは別の陰極を設置することによっても同じ
効果が得られることは明らかである。また、イオン収集
は、電子雲形成系と別の陽極、陰極を用いてもよい。

次に第２図〜第５図において他の変形例を示す。

第２図は、電子雲形成系の陽極の構造を円筒型に変更し
たものであり、基本的には前述の実施例と変わらないが
、電子の濃密な空間が増加することを及び電子雲の安定
性が増すことにより測定のＳ／Ｎ比及び安定性が向上す
るという利点を有する６本変形例のごとく円筒型の陽極
を用いた電子雲形成系を円筒型電子雲形成系と称する。

第３図は、試料ホーシダテーブル１３．陽極１４、絶縁
体１５から構成される電子雲形成系の変形を示している
。この変形例において電子雲形成系の陰極としては、電
子顕微鏡本体の対物レンズポールピースと試料ホールダ
テーブル１３を使用する。絶縁体１５は、陽極１４と試
料ホールダテーブル１３と間の絶縁体である。この変形
例では、基本的な試料部真空度測定の原理は変わらない
が、陽極１４を試料ホールダ側に設置することにより。

電子顕微鏡本体の改造の必要が無い、又はメンテナンス
が容易であるという利点を有する。本変形例のごとく試
料ホールダに陽極を設置した電子雲形成系を試料ホール
ダ型電子雲形成系と称する。

電子雲形成系と称する。また、試料ホールダ型電子雲形
成系を有する試料ホールダを試料部真空度測定機能付試
料ホールダと称する。

第４図は、試料ホールダテーブル１３、円筒型陽極１８
、絶縁体１５からなる試料ホールダ型電子雲形成系の変
形例である。この変形例は第３＠の変形例の陽極を円筒
型に変更したものであり。

試料ボールダ型電子雲形成系の利点に加えて、第２図の
円筒型電子雲形成系の利点を有する。

前述の実施例において、真空度測定装置は、試料部近傍
に設置しているが、本発明の真空度測定装置を第５図に
示す通りに電子顕微鏡の鏡体内の複数の場所に設置する
ことにより、鏡体的各部分の真空度の測定が可能となる
。Ｒ体内の複数の場所の真空度は、電子顕微鏡の電子ビ
ーム１９の安定性、形状に依存するので、第５図のごと
く本発明の真空度測定装置２１を複数の位置に設置する
ことにより、非接触の電子ビームのモニターになる。な
お、試料部以外に設置されている真空度測定装置２１の
陰極は、対物レンズポールピースと試料ホールダステー
ジとは別の一対の陰極を有している他は先の実施例と同
様である。

［発明の効果］ 本発明は、電子顕微鏡内の試料部等の真空度測定箇所に
陽極および該陽極の両側に設けられた陰極よりなる電極
群を配置することによって、これらの電極群と電子顕微
鏡の磁場とによって真空度を測定するための熱電子を閉
じ込め、この熱電子によってイオン化されたガスを収集
、測定して真空度を測定しているので、電子顕微鏡の性
能を°低化させずに電子顕微鏡内の試料部近傍等の局所
的な真空度を測定することが可能となる。よって、従来
の電子顕微鏡内は不可能であった試料部近傍の真空度の
測定が１０−Ｇ〜ｌ　Ｏ−’ｔｏｒｒ、まで可能となる
効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の縦断面図、第２図〜第５図
はそれぞれ本発明の変形例を示す主要部の縦断面図、第
６図は、従来の電子顕微鏡の構成の一部及び真空度測定
の位置を示す縦断面図、第７図は従来の真空度測定の原
理の一例を示す説明図である。 １・・・・・・電子顕微鏡の本体チューブ、２・・・・
・・電子ｗｉ微微水本体対物視レンズポールピース、３
・・・・・・陽極板、４・・・・・・絶縁体、５・・・
・・・試料ホールダテーブル、６・・・・・・イオン収
集用定電源、７・・・・・・微少電流計、９・・・・・
・電子閉込め用磁石、１０・・・・・・電子発生及び電
子閉込め用陰極、１１・・・・・・電子発生及びイオン
収集用高電圧源、１２・・・・・・微少電流計、１３・
・・・・・試料ホールダテーブル、１４・・・・・・陽
極板、１５・・・・・・絶縁体、１６・・・・・・真空
ポンプ、１７・・・・・・従来の真空度測定装置、１８
・・・・・・円筒型陽極、１９・・・・・・電子ビーム
、２０・・・・・・電子顕微鏡本体の磁石、２１・・・
・・・本発明の真空度測定装置冶１　図 も７図 ス子−シ゛ １８円筒型電不企 又干−ヅ゛ 円

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、陽極および該陽極の両側に設けられた陰極よりなる
   電極群を電子顕微鏡内の真空度測定箇所に配置し、前記
   電極群と前記電子顕微鏡のレンズ系を形成する磁場によ
   り熱電子を前記電極群の間に閉じ込め、該閉じ込められ
   た熱電子によりイオン化されたガスを収集しイオン電流
   を測定することにより真空度を測定することを特徴とす
   る電子顕微鏡内の真空度測定方法。 ２、特許請求の範囲第１項において、前記熱電子は、電
   子顕微鏡の観察用の電子ビームを前記電極群の陰極に衝
   突させることにより発生させることを特徴とする電子顕
   微鏡内の真空度測定方法。 ３、特許請求の範囲第２項において、前記電極群は、対
   物レンズポールピースと試料ホールダステージの間に陽
   極を配置し、前記対物レンズポールピースと試料ホール
   ダステージを陰極として構成したことを特徴とする電子
   顕微鏡内の真空度測定方法。 ４、電子顕微鏡内の真空度測定箇所に配置された陽極お
   よび該陽極の両側に設けられた陰極と、前記陰極に電子
   ビームを衝突させ熱電子を発生させる装置と、前記陽極
   と陰極の間に存在する前記熱電子によりイオン化された
   ガスを前記陽極と陰極を介して収集し、イオン電流を測
   定する装置を有することを特徴とする電子顕微鏡内の真
   空度測定装置。 ５、特許請求の範囲第４項において、前記電子ビームは
   電子顕微鏡の観察用の電子ビームであることを特徴とす
   る電子顕微鏡内の真空度測定装置。 ６、特許請求の範囲第５項において、前記電極群を電子
   ビームの進路に沿って複数個設置し電子ビームのモニタ
   ーとしたことを特徴とする電子顕微鏡内の真空度測定装
   置。 ７、特許請求の範囲第４項において、前記陽極を円筒型
   の構造とし、該円筒の両側に前記陰極を設置したことを
   特徴とする電子顕微鏡内の真空度測定装置。 ８、電子顕微鏡の対物レンズポールピースと試料ホール
   ダステージを陰極とし、該陰極と陰極の間に設けられた
   陽極により電極群を構成し、前記陰極に電子顕微鏡の観
   察用の電子ビームを衝突させて発生せしめた前記陽極と
   陰極の間に存在する熱電子によりイオン化されたガスを
   前記陽極と陰極を介して収集しイオン電流を測定する装
   置を有することを特徴とする電子顕微鏡。 ９、特許請求の範囲第８項において、試料ホールダと陽
   極を絶縁物を介して一体構造としたことを特徴とする電
   子顕微鏡。 １０、特許請求の範囲第８項において、前記陽極を円筒
   型の構造とし、該円筒の両側に前記陰極を設置したこと
   を特徴とする電子顕微鏡。