JPS647456B2 - - Google Patents

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ために、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イスタンスを変化させ
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にした
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３の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１
７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が配置されており、この試料
台１２に試料１１を載置するようになつている。
更にガイド筒１７の外側壁にはギヤ歯１８が形成
されており、このギヤ歯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つてガイド筒１７
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つている。また、図
には示してないが、試料１１とは所定の位置関係
をもつて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
鏡にあつては、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
動する構成となつているため、種々の問題が発生
し易かつた。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７，８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た
め、対物レンズ９を上下動させるに従つて、当該
対物レンズ９と走査コイル７，８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l₁と短か
い場合（第２図ａ）と、長い距離l₂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β₁，
β₂の大きさには β₂＜β₁ の関係が成り立ち、ワーキングデイスタンスを変
えるたびに距離ｌ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
が繁雑になつたり、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つた。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
ークと一体となつたガイド筒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
の外筐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
にあつては重量の大きな、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
り高分解能の像を望むことが困難である。又、フ
イールドエミツシヨンタイプの電子銃を使用する
にあたつ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
に耐振性を悪くする。さらに電子銃室の高真空排
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な
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つた対物レンズ移
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。また、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
つた第１の目的を達成できる走査型電子線装置を
提供することである。更に本発明の第４の目的は
フイールドエミツシヨン電子銃を使用した際にも
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、対物レンズと走
査コイルを一体的に組付けたことにより、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。また、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
組込んだ上、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、本体電子銃及び試料
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。したがつて、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
作のための高シール状態を維持できる。さらに、
他の態様においては、メインの二次電子線検出器
を試料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に採つた場
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かつて切開かれた
棚部２ｃが形成され、その内側部には内周面にネ
ジ部３５ａを形成した筒状のネジ部材３５が電子
線軸１３と同軸に配置してある。ネジ部材３５
は、上端部に半径方向外方へ張り出した円環状の
フランジ部３５ｂを有しており、このフランジ部
３５ｂを棚部２ｃに載置することにより腔４２内
に回転可能に懸架される。そしてフランジ部３５
ｂの上面にはその全周にわたつてギヤ歯４１が形
成され、このギヤ歯４１には顕微鏡主鏡筒２に挿
通された操作ロツド３６の先端に取付けられたギ
ア３７が噛合している。そして操作ロツド３６を
回転させるとギア３７の作動によつてネジ部材３
５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３２
ａ，３５ａを螺合させることによつて腔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が固定されている。対物レンズ３
０よりも上方の可動体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によつ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の動きを
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
査コイル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
レンズ３０の上方で二次電子線を検出し得るよう
にしている。

対物レンズ３０の下方は試料室３の室内空間と
なつており、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。

かかる構成を有するため、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によつて集束され、次に第１段の走査
コイル３４によつて偏向された後第２段の走査コ
イル３３により偏向され、更に、対物レンズ３０
によつて集束されて試料１１に照射する。この照
射により、試料１１からは二次電子線が発生しこ
の二次電子線はメイン二次電子線検出器３８又は
第２の二次電子線検出器３９によつて検出され
る。第３図においては、対物レンズ３０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と一体に下方へ移動させることができ
る。このように、対物レンズ３０を降下させたい
ときには、操作ロツド３６を回転させ、ギア３７
の作動によつてネジ部材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間でネジ送り作用が働き、
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、操作ロツド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、当該
可動体３２は上側ガイド部２ａ及び下側ガイド部
２ｂによつ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と同軸の状態を保つたまま
上下運動する。そして、上記対物レンズ３０の下
方への移動によつて対物レンズ中心は操作前より
も下方へ移動するが、対物レンズ３０は可動体３
２内に一体的に組込まれているため、対物レンズ
３０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。よつて、対物レンズ３０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３
０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り、可動体３２の
上下動によつて上記各レンズ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に対して上下動するようになつている。
この可動体３２は、上記第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には操作ロツ
ド３６の先端に取付けたギア３７が噛合し、操作
ロツド３６の回転操作によつて可動体３２を上下
動させるようになつている。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つている。

このように、下方部分に位置する対物レンズ３
０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にしつかり固定さ
れているから、電子銃４や真空操作用の排気管１
４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
性を保ちつつ相対的な摺動を行わせる必要はな
く、簡単な構造にすることができる。かかる態様
は、特に高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イールドエミツシ
ヨンタイプの電子顕微鏡に適用するとより一層効
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ため、試
料ステージの上下動は不要となり、その構造の単
純化にともなつ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種々
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り生ずる耐
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図は対物レンズ可動型の電子線装置の従来
例を示す図、第２図は第１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、７，３３……第１
段の走査コイル、８，３４……第２段の走査コイ
ル、９，３０……対物レンズ、１１……試料、３
２……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。

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。