説明

走査電子顕微鏡

【課題】本発明の目的は、導入ガスを整流し効率よく排気する機構を備えた走査電子顕微鏡を提供する。
【解決手段】本発明では、電子源と、前記電子源から放出する一次電子線を収束するための収束レンズと、前記一次電子線を観察試料上にフォーカスするための対物レンズと、前記一次電子線の照射によって試料から発生した二次電子を検出する検出器によって構成される走査電子顕微鏡において、前記試料にガスを噴射するガス導入部と、当該噴射されたガスを排気する排気管を備え、当該排気管は、前記試料に衝突したガスを排気管内で整流するガス整流機構を有することを特徴とする走査電子顕微鏡を提供する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は走査電子顕微鏡に関し、特に試料近傍を低真空雰囲気にして観察する低真空走査電子顕微鏡に関するものである。
【背景技術】
【0002】
1〜3000Pa程度の真空度が得られる低真空走査電子顕微鏡は、観察試料を配置する試料室と、電子銃と、電子光学系とを複数の差動排気用オリフィスと低真空専用の真空排気機構とによって別々に差動排気され、電子銃室及び電子光学系を高真空状態に保ちながら、試料室を低真空化することができる。試料室内を低真空雰囲気にすることによって、導電性のない試料も観察することができるようになる。ただし、低真空走査電子顕微鏡は、高真空の試料室内で試料を観察する一般的な走査電子顕微鏡に比べ低真空化の機構が複雑で(特許文献1)高価であり、安価な低真空化技術が望まれている。
【0003】
その他の低真空化の技術として、試料近傍に穴径が数mmから数百μm程度のガス導入ノズルを配置し、試料の微小な観察領域を低真空化し、導入ガスを試料近傍の排気装置で排気し、試料観察領域を低真空化する方法が知られている。導入ノズルについては特許文献2のような方式がある。このノズル式低真空化技術を用いた装置は、コンパクトで、安価である。しかしながら、導入ガスは、ランダムに拡散するために、導入ノズルの近傍に排気装置を配置しても、排気できる気体分子は一部であり、多くの気体分子は高真空側に拡散し、電子光学系が配置された高真空側の真空に大きな影響を与える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2007−141633号公報
【特許文献2】特開2002−134057号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明の目的は、導入ガスを整流し効率よく排気する機構を備えた走査電子顕微鏡を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明では、電子源と、前記電子源から放出する一次電子線を収束するための収束レンズと、前記一次電子線を観察試料上にフォーカスするための対物レンズと、前記一次電子線の照射によって試料から発生した二次電子を検出する検出器によって構成される走査電子顕微鏡において、前記試料にガスを噴射するガス導入部と、当該噴射されたガスを排気する排気管を備え、当該排気管は、前記試料に衝突したガスを排気管内で整流するガス整流機構を有することを特徴とする走査電子顕微鏡を提供する。
【発明の効果】
【0007】
本発明によれば、導入ガスの拡散による高真空側への影響を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1】本発明によるガス導入機構をより詳細に示す断面図および平面図である。
【図2】本発明による走査電子顕微鏡の構成の一例を示す概略図である。
【図3】本発明によるガス導入機構の他の例を示す断面図および平面図である。
【図4】本発明によるガス導入機構のさらに他の例を示す断面図および平面図である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【0010】
図2は本発明による走査電子顕微鏡の構成の一例を示す概略図である。
【0011】
走査電子顕微鏡1は、電子銃室2と、電子光学系鏡体部3と、試料室4とを備える。
【0012】
走査電子顕微鏡1は、電子銃室2内に電子銃21をさらに備え、電子光学系鏡体部3内に、収束レンズ31と、対物レンズ32と、偏向コイル33とをさらに備える。電子銃21から放射られた電子ビーム22は、収束レンズ31及び対物レンズ32によって収束され、走査電源(図示せず)に接続された偏向コイル33によって試料41上で走査される。走査電子顕微鏡1は、電子銃室2及び電子光学系鏡体部3用の真空ポンプ23も備える。
【0013】
走査電子顕微鏡1は、ガス導入装置5をさらに備える。ガス導入装置5は、例えば試料室4のオプションポートに取り付けられ、ガスタンク51と、中継用チューブ52と、ガスコントロールバルブ53と、ガス導入ノズル54とを備える。ガス導入ノズル54のノズル口は、試料41の観測位置に向くように配置される。ガス導入ノズル54は、ガス導入量を調整するガスコントロールバルブ53と中継用チューブ52とを介して、ガスの入ったガスタンク51に接続されている。ガスタンク51は、中継用チューブ52との接続部以外は密封され、ガスコントロールバルブ53が開くことにより、試料室より高圧のガスタンク51内よりガスがガス導入ノズル54から試料上に導入される。ガスタンク51内のガスは、空気,酸素,窒素,アルゴンなどの各種ガスである。
【0014】
ガス導入装置5は、ガス導入ノズル54のガス導入口の近傍にガス整流機構55をさらに備える。ガス導入ノズル54とガス整流機構55は、結合し可動時には同一方向に、同量移動する。ガス整流機構55の実施形態は、特徴点の一つであり、後に詳述する。
【0015】
ガス導入装置5は、ガス排気管58と、真空ポンプ59とを備える。ガス排気管58は、ガス整流機構55とガス導入ノズル54と結合しており、ガス排気管58の可動によりガス整流機構55とガス導入ノズル54とを位置調節できる。ガス排気管58内は、ガス整流機構55により整流された整流ガス60が通る。整流ガス60は、真空ポンプ59によって大気中へと排気される。
【0016】
ガス導入装置は、ガス排気管58と真空ポンプ59の間にベローズ61を備える。ベローズ61は、ガス排気管58へ真空ポンプの可動による振動の伝達を防いでいる。
【0017】
ガス導入装置5は、ガス導入ノズル54とガス整流機構55とを試料上と退避位置の間で移動させる移動機構56と、ガス導入ノズル54とガス整流機構55と水平方向と高さ方向に微調節する位置微調節機構57とをさらに備える。ガス導入ノズル54とガス整流機構55とは、通常は退避位置に引き出され、試料から離れた場所にあり、観察時の試料移動等に制限を与えることは無い。位置微調節機構57は、ガス導入ノズル54を試料上に配置する際に、水平X,Y方向,高さZ方向の3軸方向において位置調節することができる。これにより、試料の高さに応じてガス導入ノズル54と試料間隔と位置とを調節できる。
【0018】
図1は、図2の走査電子顕微鏡1が備えるガス整流機構55をより詳細に示す断面図および平面図である。ガス整流機構55は、金属などの導電材料で凹面鏡の形状を有するように形成される。ガス整流機構55は、対物レンズ32の下方のポールピース101と試料41との間でポールピース101に接近し、試料41の真上に配置される。ガス整流機構55は、その凹面鏡の焦点が試料41と電子ビーム22の交点になるように配置される。ガス整流機構55は、電子ビーム22の通過を可能にする円形の開口部151が設けられている。ガス導入ノズル54は、そのガス導入口の法線と試料41との交点が電子ビーム22の光線上になるように配置する。また、ガス整流機構55は、試料41に面した部分に開口部152(一点鎖線)を有する。二次電子は、開口部152及び開口部151を通過し、二次電子検出器62で検出される。
【0019】
本実施形態の特徴は、ガス整流機構55の凹面鏡形状による導入ガス171の整流作用である。導入ガス171は、ガス導入ノズル54内部では粘性流領域の真空度である。ガス導入ノズル54の導入口は試料近傍にあり、導入ガス171の気体分子が試料41と衝突する領域では粘性流である。試料41の表面は微視的に凹凸があり、導入ガス171の気体分子は、衝突後にランダムに拡散する拡散ガス172となる。拡散ガス172は、拡散によって粘性流領域の真空度から分子流領域の真空度へと拡散する。その拡散ガス172の気体分子は、ガス整流機構55の凹面鏡部に衝突する。衝突した拡散ガス172の気体分子は、ガス排気管58方向に整流された整流ガス60となる。整流ガス60は、真空ポンプ59によって排気される。
【0020】
図3は、他の実施例である。図3は、ガス導入ノズル54をガス排気管58の対面に配置した例である。ガス整流機構55は、ガス整流機構55の凹面鏡の焦点部から拡散した拡散ガス172を整流でき、図1と同様に導入ガス171を排気できる。
【0021】
図4は、他の実施例である。図4は、複数のガス導入ノズル54を備えた走査電子顕微鏡1の例である。図4は、ガス導入ノズル54が2本の場合の例である。それぞれのガス導入ノズル54は、そのガス導入口の法線と試料41との交点が電子ビーム22の光線上になるように配置される。各のガス導入ノズル54からの導入ガス171は、図1で説明と同様に整流され真空ポンプ59より排気される。ただし、ガス導入ノズル54が複数ある場合、それぞれガス導入ノズル54より導入される導入ガス171の流量は、ガス導入ノズル54の個数分の一になる。また、ガス導入ノズル54の導入口から直線で延びた長さをk、導入口の真空度をaとおくと、kが長くaが分子流領域の真空度(分子同士の衝突がほとんどない程度の真空度)に近い場合は、直進性の高い導入ガス171を得ることができる。複数のガス導入ノズル54を備えた走査電子顕微鏡1は、1つの導入ノズル54を備えた走査電子顕微鏡1に比べガス導入量が少なくでき、導入口の真空度を下げて、直進性の高いガスを得ることができ、試料41の表面の所定の位置にガス導入できる。
【符号の説明】
【0022】
1 走査電子顕微鏡
2 電子銃室
3 電子光学系鏡体部
4 試料室
21 電子銃
22 電子ビーム
31 収束レンズ
32 対物レンズ
33 偏向コイル
41 試料
42 ステージ
43,59 真空ポンプ
51 ガスタンク
52 中継用チューブ
53 ガスコントロールバルブ
54 ガス導入ノズル
55 ガス整流機構
56 移動機構
57 位置微調節機構
58 ガス排気管
60 整流ガス
61 ベローズ
62 二次電子検出器
101 ポールピース
151,152 開口部
171 導入ガス
172 拡散ガス

【特許請求の範囲】
【請求項1】
電子源と、前記電子源から放出する一次電子線を収束するための収束レンズと、前記一次電子線を観察試料上にフォーカスするための対物レンズと、前記一次電子線の照射によって試料から発生した二次電子を検出する検出器によって構成される走査電子顕微鏡において、
前記試料にガスを噴射するガス導入部と、当該噴射されたガスを排気する排気管を備え、当該排気管は、前記試料に衝突したガスを排気管内で整流するガス整流機構を有することを特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項2】
前記ガス整流機構は、前記試料と前記ガス導入部の噴射口の法線との交点を焦点とするように配置された凹面形状であることを特徴とする請求項1に記載の走査電子顕微鏡。
【請求項3】
前記ガス導入部の噴射口は、前記一次電子線の試料の照射位置に向くように配置することを特徴とする請求項1に記載の走査電子顕微鏡。
【請求項4】
前記ガス導入部の噴射口を複数備えること特徴とする請求項1の走査電子顕微鏡。
【請求項5】
前記ガス整流機構の水平方向と高さ方向を調節する調節手段を備えることを特徴とする請求項1記載の走査電子顕微鏡。
【請求項6】
前記ガス導入部と前記ガス整流機構を使用位置と退避位置の間で移動させる移動手段を備えることを特徴とする請求項1の走査電子顕微鏡。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【公開番号】特開2011−34695(P2011−34695A)
【公開日】平成23年2月17日(2011.2.17)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2009−177193(P2009−177193)
【出願日】平成21年7月30日(2009.7.30)
【出願人】(501387839)株式会社日立ハイテクノロジーズ (4,325)
【Fターム(参考)】