走査電子顕微鏡
【課題】高真空と低真空を切り替え自在な真空排気系を備えた卓上型電子顕微鏡を実現する。
【解決手段】バックポンプ（補助排気ポンプ）で、本来とは別の空間を真空排気し、その真空の力により、シャフトがスライドする仕掛けを用意し、さらに同シャフトがスライドすることで別のシャフトが回転するような仕掛けを用意し、最終的にはシャフトの回転から、高真空側と低真空側の２つのバルブを切り替えられるような手法を取る。
【効果】試料室の真空状態を二段階に切り替え可能な卓上型顕微鏡を実現できる。
【解決手段】バックポンプ（補助排気ポンプ）で、本来とは別の空間を真空排気し、その真空の力により、シャフトがスライドする仕掛けを用意し、さらに同シャフトがスライドすることで別のシャフトが回転するような仕掛けを用意し、最終的にはシャフトの回転から、高真空側と低真空側の２つのバルブを切り替えられるような手法を取る。
【効果】試料室の真空状態を二段階に切り替え可能な卓上型顕微鏡を実現できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、テーブルや作業台に設置して使用される小型の走査電子顕微鏡に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から高倍率が得られる走査型電子顕微鏡（Scanning Electron Microscope：ＳＥＭ）は、試料を集束された電子ビ−ムで走査し、それによって試料から出てきた電子を検出して、その検出された信号を用いて画像表示装置に試料の走査電子像を表示することができる。これら電子顕微鏡は、電子線を発生させるのに用いられる電子銃の性質から、数十キロボルトの高電圧が必要である。また、安定した電子線のため、電子顕微鏡内は、真空に保たれていなければならない。したがって、高電圧の発生装置や真空ポンプ，電子顕微鏡自体は耐圧構造でなければならないなど、装置が大がかりになりがちで専用の部屋が必要なこともある。このため、クリーンルームや測定室などに設置される大型のものが一般的であった。しかし、近年の小型化技術により、テーブルや作業台に設置して使用される程度に小型の電子顕微鏡装置が開発されている。このような小型の電子顕微鏡装置に対しては、当然小型の真空排気系が要求される。
【０００３】
特開２００７−１７３１４９号公報（特許文献１）にはこのような小型の真空排気系の一例として、メインポンプに小型のターボ分子ポンプを採用した走査電子顕微鏡が開示されている。特許文献１に開示される電子顕微鏡においては、互いに真空排気圧力の異なる高真空用吸込口と低真空用吸込口および内部を予備排気するための排気口をメインポンプに設け、これらの高真空用吸込口および低真空用吸込口を高真空排気路または低真空排気路を介して鏡体または試料室に各々連通させることにより、高真空排気と低真空排気を同時に行うことができる真空排気系を実現している。このような高真空排気と低真空排気を同時に行うことができる真空排気系はスプリットフロー型と呼ばれ、電子銃室を高真空排気し、試料室を低真空排気する、低真空観察のみに対応した排気系構成となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１７３１４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の電子顕微鏡で採用される真空排気系は、１台のターボ分子ポンプの吸込口を低真空用吸込口と高真空用吸込口に分けて、これらを固定的に試料室と鏡体とに接続する方式であるため低真空観察のみに対応しており、高真空観察には対応できていない。
【０００６】
本発明は、低真空観察に加えて高真空観察も可能な走査型電子顕微鏡を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
メインポートとミドルポートの２つを備える真空排気ポンプを備える電子顕微鏡において、第１の配管で電子銃室とメインポートを接続し、試料室とミドルポートを第２の配管で接続し、上記第１の配管と第２の配管とを第３の配管で接続し、前記第１の配管と前記第３の配管との開閉および前記第２の配管と前記第３の配管との開閉を切り替えることにより、上記課題を解決する。
【発明の効果】
【０００８】
試料室の真空状態を少なくとも二段階に切り替え可能な卓上型顕微鏡を実現できる。
【０００９】
高真空雰囲気での観察は、特に加速電圧が低い場合に有効であり、低真空雰囲気では画像を形成する信号がロスしてしまうところを、高真空雰囲気とすると信号量のロスを著しく軽減でき、結果として、低加速観察でノイズの少ない良好な画像を観察できる。
【００１０】
低真空雰囲気での観察は、帯電しやすい試料の観察時に有効である。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施例１の卓上型ＳＥＭの全体構成図。
【図２】実施例２の卓上型ＳＥＭの要部構成図。
【図３】走査電子顕微鏡の鏡体および試料室の模式図。
【図４】実施例１の卓上型ＳＥＭの操作画面の一例。
【図５】実施例３の卓上型ＳＥＭの要部説明図。
【図６】従来の卓上型ＳＥＭの全体構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
（比較例）
はじめに従来の卓上型走査電子顕微鏡における真空排気系について説明する。図６に示すように、本卓上型顕微鏡は、電子銃室１及び電子線３０２の通路を含む鏡筒３からなる鏡体４と試料室２を有している。真空排気には、高真空排気と低真空排気を同時に行うことができる所謂スプリットフロー型のターボ分子ポンプ５を用いており、鏡体４をターボ分子ポンプ５の高真空排気用のメインポート６と接続し、試料室２を同ターボ分子ポンプ５の低真空排気用のミドルポート７と配管を介して接続している。また、補助排気用としてバックポンプ８が用意され、配管を介してターボ分子ポンプ５の排気口９に接続される。鏡体４と試料室２は、対物絞り２７により差動排気状態になっており、鏡体４側が高真空状態、試料室２側が低真空状態になっている。
【００１３】
Ｖ１電磁弁１０は試料交換を行う際に、装置内を大気開放するためのリークに用いられる。Ｖ２電磁弁１１は、例えば電子線３０２の照射により帯電し易い試料を観察する場合、通常の真空度では帯電してしまい、画質が著しく低下してしまう際に、試料室内に微小なＡｉｒを流し、試料室内圧力を上昇させて、観察試料の帯電現象を軽減させるために用いられる。Ｖ２電磁弁１１を開口させることで、その先に接続させているニードルバルブ１２から微小な流量のＡｉｒが試料室内に流れることで実現できている。Ｖ３電磁弁１３は装置の電源を切ったときなどに閉まるようになっており、ストップバルブの役割をしている。
【００１４】
（実施例１）
図１には、本実施例の卓上型走査電子顕微鏡の全体構成図を示す。図１に示す卓上型走査電子顕微鏡は、電子銃を内部に格納する電子銃室１、集束レンズや対物レンズなどを含むレンズ系を格納する鏡筒３，試料室２，主排気ポンプであるターボ分子ポンプ５、バックポンプであるロータリーポンプ（またはダイアフラムポンプ等），ターボ分子ポンプ５と電子銃室１，試料室２をつなぐ各種配管，各種配管に設けられたバルブ、これらバルブの開閉，電子銃あるいはレンズ系の動作あるいは真空ポンプの起動・停止を制御する制御用基板１０１などにより構成される。
【００１５】
はじめに、図３を用いて電子銃室１および鏡筒３内部の詳細について説明する。電子銃室１，試料室２および鏡筒３を含む装置内部を真空排気し、目標の真空圧力に到達したら電子源３０１に高圧を印加する。高圧に印加された電子源３０１から電子線３０２が放出される。放出された電子線３０２はウェネルト電極３０３の電位により、収束作用を受け、軌道を曲げられてウェネルト電極３０３とアノード電極３０４の間に第一のクロスオーバー３０５を作る。さらに、加速電圧により加速された電子線３０２はアノード電極３０４を通過し、第一のコンデンサレンズ３０６により収束作用を受け、第一のコンデンサレンズ３０６と第二のコンデンサレンズ３０７の間に第二のクロスオーバー３０８を作る。クロスオーバー３０８を通過した電子線３０２は、第二のコンデンサレンズ３０７により収束作用を受け、第二のコンデンサレンズ３０７と対物レンズ３０９の間に第三のクロスオーバー３１０を作る。対物絞り３１１は最終的に試料表面に到達する電子線の量を制限する部材で、第二のクロスオーバー３０８あるいは第三のクロスオーバー３１０の高さ方向位置を変えることにより、対物絞り３１１を通過する電子線量を調整する。対物絞り３１１を通過した電子線３０２は対物レンズ３０９により収束され、試料台３１２の表面に照射される。図示されてはいないが、本実施例の卓上型走査電子顕微鏡は鏡筒３内に電子線を走査偏向するための走査偏向器も備えている。また、以下の説明では、電子銃室１と鏡筒３をあわせて鏡体４と呼ぶ場合もある。
【００１６】
試料表面に照射された電子線３０２は試料表面で跳ね返ってくる反射電子および試料表面から飛び出てくる二次電子等を発生させる。これら反射電子および二次電子は試料室内に設置されている検出器に取り込まれ、増幅回路を経て、デジタル変換されてから何らかの画像表示手段に送り込まれ、画像表示手段上に表示される操作画面にて試料表面の画像として確認することができる。ＳＥＭ画像の画質はその装置の振動，ノイズおよび試料室の真空度などの因子に影響を受ける。
【００１７】
以上の増幅回路，デジタル変換などの処理は制御用基板１０１で行われる。制御用基板１０１は、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）１０２およびメモリ１０３を備えており、画像生成処理の他、鏡体４や真空ポンプの起動・停止、あるいは真空バルブの開閉といった各種の処理をフレキシブルに実行できる。制御用基板１０１は、信号線１０７を介してパーソナルコンピュータ１０４に接続され、かつ信号線１０８を介し電子銃室１および鏡筒３と接続されている。パーソナルコンピュータ１０４は操作画面への入力手段であるキーボードの他にディスプレイも備わっており、上記デジタル変換された反射電子信号および二次電子信号は、このディスプレイに表示される。
【００１８】
電子銃室１の側面には配管１４が接続されており、ターボ分子ポンプ５のメインポート（主排気ポート）６に接続されている。配管１４の途中からは配管１６ａが分岐しており、試料室２に接続されている。配管１６ａは試料室２の天井面に接続される。配管１６ａの途中からは、更に配管１６ｂが分岐し、ターボ分子ポンプ５のミドルポート７に接続されている。メインポートはミドルポートよりも排気速度が大きく、排気能力が高い。バックポンプ８は配管３０を介して排気口９に接続される。
【００１９】
配管１４と配管１６ａの分岐部（以下、分岐部１５とする）、配管１６ａと配管１６ｂの分岐部（以下、分岐部１７）は、メインポート６から見ると、分岐部１５が分岐部１７よりも上流側に設けられる。また、ミドルポート７から見ると、分岐部１５が分岐部１７よりも下流側に設けられる。
【００２０】
図１に示される本実施例の真空排気系の場合、図５に示した比較例の真空排気系に比べて、鏡体４とメインポート６とを結ぶ高真空排気系配管に試料室２を排気するための分岐部１５が設けられ、更に上記試料室２の排気系配管にミドルポート７と接続するための分岐部１７が設けられている点で相違する。分岐部１５により鏡体４と試料室２を同時に高真空排気することが可能となり、分岐部１７により試料室２を低真空排気することが可能になる。
【００２１】
試料室２の高真空状態と低真空状態とを切り替えるためには、メインポート６と試料室２を結ぶ排気経路およびミドルポート７と試料室２とを結ぶ排気経路に、何らかの流路切り替え手段を設ける。図１に示す例ではバルブ１８とバルブ１９を設けているが、高真空側のバルブ１８は（電子銃室１とメインポート６の途中の）分岐部１５と（試料室２までの配管途中の）分岐部１７の間に設置し、低真空側のバルブ１９は分岐部１７とターボ分子ポンプ５のミドルポート７の間に設置する。
【００２２】
バルブ１８とバルブ１９は、バルブ開閉機構１００によって開閉され、バルブ１８が開くときはバルブ１９を閉じ、バルブ１９が開くときはバルブ１８が閉じるようにする。これにより試料室２の真空度を切り替えられるようにする。
【００２３】
例えば、試料室２が高真空、即ちバルブ１８が開いていてバルブ１９が閉じた状態で画像を観察しているときに、試料室２を低真空にする場合は、バルブ１８を閉じ、バルブ１９を開くことで試料室２はターボ分子ポンプ５のミドルポート７と繋がり、低真空排気に切り替えることができる。
【００２４】
逆に、試料室２が低真空、即ちバルブ１８が閉じていてバルブ１９が開いている状態で画像を観察しているときに、試料室２を高真空にする場合は、いきなりバルブ切り替えを行うと試料室が低真空であるためバルブ１８が開くことで電子銃の真空圧力が上がってしまい、電子源３０１の寿命等に大きく影響を与えてしまうことが懸念される。従って、この場合は画像観察を一旦中断し、電子源からの電子線放出をＯＦＦしてから、バルブ切り替えを行う。鏡体４及び試料室２の真空が十分に安定してから再び電子線放出を開始し、画像観察を再開させる。
【００２５】
また、低真空観察時にＶ２電磁弁１１を開口することで、ニードルバルブ１２からの微小な流量のＡｉｒを試料室２内に導入し、試料室２内の圧力を上昇させることも可能となるため、全部で三段階の真空モードでの画像観察が可能になる。ここで注意すべきはＶ２電磁弁が開いているときにバルブ１８を開いて高真空排気してもニードルバルブ１２から絶え間なくＡｉｒが流入してくるため一向に高真空は得られない。従って、制御用基板１０１は、Ｖ２電磁弁１１の開口時には高真空への切り替えができないようにする制御を行う。
【００２６】
上記の排気シーケンス制御、例えば、ターボ分子ポンプ５の起動・停止、Ｖ１電磁弁１０〜Ｖ２電磁弁１１の開閉および開閉のタイミングあるいはバルブ開閉機構１００の駆動・停止は制御用基板１０１により実行される。このため、ターボ分子ポンプ５，Ｖ１電磁弁１０〜Ｖ２電磁弁１１およびバルブ開閉機構１００は、各々信号線１０６，１０７，１０８で制御用基板１０１と接続されている。
【００２７】
上記のような排気系のシステムにより、ＳＥＭ観察時の真空モードを少なくとも二段階に、すなわちＳＥＭ観察時の試料室２内の圧力を、ターボ分子ポンプ５のメインポート６の排気能力相当の高真空状態、ミドルポート７の排気能力相当の中真空状態に切り替えることが可能となる。更にニードルバルブ１２を設ければ、試料室２内の真空度が中真空状態よりも低い低真空状態を含む三段階の真空モード切り替えが実現され、従来よりも幅広い画像観察が可能な卓上型走査電子顕微鏡を実現できる。
【００２８】
（実施例２）
実施例１ではバルブ切り替え機構でバルブ１８及びバルブ１９を切り替えることによりＳＥＭ観察時の真空モードを三段階に切り替え可能な卓上型走査電子顕微鏡の構成について説明したが、卓上型電子顕微鏡の場合、バルブ１８及びバルブ１９の開閉方式が問題になる。
【００２９】
真空バルブの最も一般的な方式は電磁式または空圧式であるが、開閉方式を電磁式にすれば、バルブの動作時に鏡体近傍で磁場が発生することになる。従って電子線３０２への影響は免れず、真空モードの切り替え時に観察画像のシフトなどが発生する懸念がある。また、空圧式でバルブを動作させようとした場合、磁場の影響はなくなるが、コンプレッサーが必要になる。卓上型電子顕微鏡のコンセプトは、あくまで簡単に設置ができ、軽量，シンプル且つ低電力で動作できることなので、コンプレッサーの使用は装置のコンセプトからは好ましくない。
【００３０】
そこで本実施例では、より卓上型電子顕微鏡に適したバルブ方式を採用した機構を使用した卓上型走査電子顕微鏡の構成例について説明する。
【００３１】
図２には、本実施例の卓上型走査電子顕微鏡の構成図を示す。パーソナルコンピュータや筐体といった構成は、実施例１と共通なので、図２では図１と共通する構成は省略して示している。
【００３２】
本実施例では、バルブ１８とバルブ１９として弁体が弁軸周りに回転するいわゆるバタフライバルブに類似する構造のバルブを採用している。バルブ１８とバルブ１９は、環状の弁体Ａ２２および弁体Ｂ２３の側面に真空シール部材が備えられ、かつ弁体Ａ２２および弁体Ｂ２３が弁軸であるシャフトＡ２０及びシャフトＢ２１に固定された構造を有している。両シャフトには、例えば傘歯車が取り付けられ、シャフトの回転により、弁体Ａ２２及び弁体Ｂ２３が連動して回転できるようにする。このとき、片方の弁体が配管を塞いでいるとき、もう片方のシール材は配管に対して開いた状態になるようにしておく。これにより、バルブ１８とバルブ１９を連動して切り替えることが可能となる。
【００３３】
シャフトＡ２０及びシャフトＢ２１を回転させるための駆動源としては、本実施例では真空ポンプにより形成される負圧と大気圧との圧力差を利用したバルブ開閉機構を採用する。図２の例では、円筒容器３６の内部に配置されたピストン２８と押しバネ２９が対応する。円筒容器３６は、円筒容器内部を真空排気するための真空排気ポート３５と、容器内部を大気開放するための大気開放ポート３４を備える。ピストン２８の外周側側面には円筒容器３６内部と外部との真空シールのため、真空シール部材３７が形成されている。
【００３４】
駆動源の駆動力をシャフトＡ２０及びシャフトＢ２１に伝達する伝達機構としては、ピストン２８の直線運動を回転運動に変換するピニオンギヤ２４とラック２５が対応する。弁体Ｂ２３が取り付けられたシャフトＢ２１の先端にピニオンギヤ２４を取り付け、同ピニオンギヤとラック２５を噛み合わせ、ラック２５の動きによってシャフトＢ２１が回転できるようにする。ラック２５にはシャフトＣ２６が接続されている。シャフトＣ２６は更にピストン２８に連結されており、ピストン２８は円筒容器３６の内壁を真空シール状態を維持しながらスライドできるようになっている。
【００３５】
大気開放ポート３４が開放され、ピストン２８の両側に圧力差が生じていない場合、ピストン２８は、円筒容器３６内のシャフトＣ２６に取り付けられている押しバネ２９により図２の紙面右方向に押されている。この際、弁体Ａ２２と弁体Ｂ２３の配置関係は、弁体Ａ２２が配管１６ａを閉じ、弁体Ｂ２３が配管１６ｂに対して開いた状態になるよう設定されている。その結果として、弁体Ａ２２が配管を塞ぎ、弁体Ｂ２３が配管に対して開いた状態を保つことになる。
【００３６】
一方、大気開放ポート３４が閉止され、真空排気ポート３５が開くと円筒容器３６内部が真空排気される。円筒容器３６内の圧力が一定以下になると、紙面右方向から大気圧がピストン２８に及ぼす力が押しバネ２９の弾性力を上回り、ピストン２８は紙面左方向に押される。このピストンの直線運動がピニオンギヤ２４によって回転運動に変換され、シャフトＡ２０及びシャフトＢ２１が回転する。これにより、弁体Ａ２２が配管１６ａに対して開き、弁体Ｂ２３が配管１６ｂを閉じる。
【００３７】
次に、真空モードの切り替えシーケンスについて説明する。本実施例の場合、真空排気ポート３５は配管３２によりバックポンプ８と接続されており、配管３２の途中にはＶ４電磁弁３１が設けられている。配管３２は、バックポンプ８と排気口９を結ぶ配管３０に接続されており、配管３２と配管３０の接続部の上流側（ターボ分子ポンプ５側）にはＶ３電磁弁１３が設けられている。また、大気開放ポート３４から伸びる配管にはＶ５電磁弁３３が設けられている。また本実施例では、Ｖ１電磁弁１０〜Ｖ３電磁弁１３，ニードルバルブ１２およびＶ４電磁弁３１、Ｖ５電磁弁３３は、信号線１０６ないし１０７で制御用基板１０１と接続されており、開閉タイミングは制御用基板１０１により自動制御される。
【００３８】
初期状態として、試料室２内が中真空状態あるいはニードルバルブ１２が開いてＡｉｒが流入している低真空状態にある場合を考える。このとき、バルブ１８が閉止状態、バルブ１９が開放状態にあるので円筒容器３６内は大気圧状態であり、Ｖ４電磁弁３１は閉じていて、Ｖ５電磁弁３３は開いている。真空動作中であるので、Ｖ１電磁弁１０は閉止、中真空状態であればＶ２電磁弁１１は閉止され、低真空状態であればＶ２電磁弁１１は開いている状態である。
【００３９】
低真空あるいは中真空の状態から高真空の状態に移行させる手順として、制御用基板１０１は、一旦画像観察を中断し、電子源のエミッションをＯＦＦにする制御を実行する。理由は実施例１で説明した通りである。
【００４０】
次に、Ｖ２電磁弁１１を閉止し、その後Ｖ４電磁弁３１を開き、Ｖ５電磁弁３３を閉じ、更にＶ３電磁弁１３を閉じるシーケンスを実行する。この処理によりバックポンプ８により円筒容器３６内が真空排気され、ピストン２８が大気圧により押されて徐々に図２の紙面左側へ移動する。Ｖ３電磁弁１３の閉止処理は、円筒容器３６内の空気が排気口９からターボ分子ポンプ５に逆流することを防止するための処理であり、Ｖ５電磁弁３３の閉止後、一時的に実行される処理である。制御用基板１０１は、円筒容器３６内の真空が安定するころを見計らって再びＶ３電磁弁１３を開く。以上のように、本実施例のＶ３電磁弁１３はメインポンプへの逆流防止弁として動作する。
【００４１】
ピストン２８が左側へシフトすることで、シャフトＣ２６，ラック２５も左側へシフトし、ピニオンギヤ２４を回転させる。ピニオンギヤ２４の回転によりシャフトＡ２０及びシャフトＢ２１が回転し、弁体Ａ２２が配管１６ａに対して開き、弁体Ｂ２３は配管１６ｂを塞ぐ。これにより、試料室２がターボ分子ポンプ５のメインポート６に連絡され、試料室を高真空排気することが可能となる。
【００４２】
高真空の状態から中真空の状態に移行させる際には、制御用基板１０１は、Ｖ４電磁弁３１を閉じ、Ｖ５電磁弁３３を開くシーケンスを実行する。この処理により、円筒容器３６内に大気が導入され、押しバネ２９の復元力によりピストン２８が元の位置に戻る。その結果、弁体Ａ２２が配管１６ａを閉止し、弁体Ｂ２３が配管１６ｂに対して開いた状態になり、試料室２はターボ分子ポンプ５のミドルポート７と連絡されて、中真空排気に切り替わる。更に試料室２内の真空度を落とすには、Ｖ２電磁弁１１を空けてニードルバルブ１２からＡｉｒを試料室２内に導入する。
【００４３】
観察時の真空モード切り替えの容易のため、パーソナルコンピュータ１０４のディスプレイ上に図４に示すような操作画面を表示させる。図４に示す操作画面４００には観察条件ボタン４０１が表示されており、マウス１０５でこのボタンをクリックするとプルダウンメニュー４０２がポップアップ表示される。プルダウンメニュー４０２には観察条件の一つとして真空モードを設定する真空モードボタン４０３が含まれており、このボタンを更にクリックすると複数の真空モードが表示されたプルダウンメニュー４０４がポップアップ表示される。図中、例えば真空モードＡは高真空状態、真空モードＢは中真空状態、真空モードＣは低真空状態に対応する。装置ユーザは、表示された真空モードから所望のボタンを選んでチェックマークを入れ、これにより真空モードの切り替え設定操作が完了する。制御用基板１０１は、設定された真空モードに従って、真空モードの切り替えシーケンスを実行する。
【００４４】
このように、バックポンプ８による真空排気を利用してバルブを開閉させることで、電磁式バルブ，空圧バルブを用いることなく真空モード切り替えが可能となり、卓上型顕微鏡のコンセプトに合致したよりシンプルな装置を実現することを可能とできる。
【００４５】
（実施例３）
本実施例では、図１に示した卓上型電子顕微鏡において、配管の配置を変えた変形例について説明する。
【００４６】
図５には、本実施例の卓上型走査電子顕微鏡の構成例を示す。図２と同様、図５では図１との共通部分は省略して示す。図５に示す構成では、試料室２の側面に配管３９を接続し、バルブ１９を介してミドルポート７と接続している。図１においては配管１６ａを試料室２の天井面に設けたが、本実施例では、分岐部１５から延びる配管３８は配管３９の途上に接続している。バルブ１８は配管３８と配管３９の接続部近傍に設けられる。
【００４７】
このような配管の配置でも実施例１と同様の真空排気経路の切り替えが可能であるが、図５に示す装置の場合、配管３９を試料室２の横から伸ばす配置上、実施例１あるいは２に比べて装置を覆う筐体の設置面積が大きくなる傾向がある。従って、卓上型の装置としては、図５に示す構成よりも図１あるいは図２に示す構成の方が優れている。
【符号の説明】
【００４８】
０ 筐体
１ 電子銃室
２ 試料室
３ 鏡筒
４ 鏡体
５ ターボ分子ポンプ
６ メインポート
７ ミドルポート、
８ バックポンプ
９ 排気口
１０ Ｖ１電磁弁
１１ Ｖ２電磁弁
１２ ニードルバルブ
１３ Ｖ３電磁弁
１４，１６，３０，３２ 配管
１５，１７ 分岐部
１８，１９ バルブ
２０ シャフトＡ
２１ シャフトＢ
２２ 弁体Ａ
２３ 弁体Ｂ
２４ ピニオンギヤ
２５ ラック
２６ シャフトＣ
２７，３１１ 対物絞り
２８ ピストン
２９ 押しバネ
３１ Ｖ４電磁弁
３３ Ｖ５電磁弁
３４ 大気開放ポート
３５ 真空排気ポート
３６ 円筒容器
３７ 真空シール部材
１００ バルブ開閉機構
１０１ 制御用基板
１０２ ＦＰＧＡ
１０３ メモリ
１０４ パーソナルコンピュータ
１０５ マウス
１０６，１０７ 信号線
３０１ 電子源
３０２ 電子線
３０３ ウェネルト電極
３０４ アノード電極
３０５，３０８，３１０ クロスオーバー
３０６，３０７ コンデンサレンズ
３０９ 対物レンズ
３１２ 試料台
３１３ 試料
【技術分野】
【０００１】
本発明は、テーブルや作業台に設置して使用される小型の走査電子顕微鏡に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から高倍率が得られる走査型電子顕微鏡（Scanning Electron Microscope：ＳＥＭ）は、試料を集束された電子ビ−ムで走査し、それによって試料から出てきた電子を検出して、その検出された信号を用いて画像表示装置に試料の走査電子像を表示することができる。これら電子顕微鏡は、電子線を発生させるのに用いられる電子銃の性質から、数十キロボルトの高電圧が必要である。また、安定した電子線のため、電子顕微鏡内は、真空に保たれていなければならない。したがって、高電圧の発生装置や真空ポンプ，電子顕微鏡自体は耐圧構造でなければならないなど、装置が大がかりになりがちで専用の部屋が必要なこともある。このため、クリーンルームや測定室などに設置される大型のものが一般的であった。しかし、近年の小型化技術により、テーブルや作業台に設置して使用される程度に小型の電子顕微鏡装置が開発されている。このような小型の電子顕微鏡装置に対しては、当然小型の真空排気系が要求される。
【０００３】
特開２００７−１７３１４９号公報（特許文献１）にはこのような小型の真空排気系の一例として、メインポンプに小型のターボ分子ポンプを採用した走査電子顕微鏡が開示されている。特許文献１に開示される電子顕微鏡においては、互いに真空排気圧力の異なる高真空用吸込口と低真空用吸込口および内部を予備排気するための排気口をメインポンプに設け、これらの高真空用吸込口および低真空用吸込口を高真空排気路または低真空排気路を介して鏡体または試料室に各々連通させることにより、高真空排気と低真空排気を同時に行うことができる真空排気系を実現している。このような高真空排気と低真空排気を同時に行うことができる真空排気系はスプリットフロー型と呼ばれ、電子銃室を高真空排気し、試料室を低真空排気する、低真空観察のみに対応した排気系構成となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１７３１４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の電子顕微鏡で採用される真空排気系は、１台のターボ分子ポンプの吸込口を低真空用吸込口と高真空用吸込口に分けて、これらを固定的に試料室と鏡体とに接続する方式であるため低真空観察のみに対応しており、高真空観察には対応できていない。
【０００６】
本発明は、低真空観察に加えて高真空観察も可能な走査型電子顕微鏡を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
メインポートとミドルポートの２つを備える真空排気ポンプを備える電子顕微鏡において、第１の配管で電子銃室とメインポートを接続し、試料室とミドルポートを第２の配管で接続し、上記第１の配管と第２の配管とを第３の配管で接続し、前記第１の配管と前記第３の配管との開閉および前記第２の配管と前記第３の配管との開閉を切り替えることにより、上記課題を解決する。
【発明の効果】
【０００８】
試料室の真空状態を少なくとも二段階に切り替え可能な卓上型顕微鏡を実現できる。
【０００９】
高真空雰囲気での観察は、特に加速電圧が低い場合に有効であり、低真空雰囲気では画像を形成する信号がロスしてしまうところを、高真空雰囲気とすると信号量のロスを著しく軽減でき、結果として、低加速観察でノイズの少ない良好な画像を観察できる。
【００１０】
低真空雰囲気での観察は、帯電しやすい試料の観察時に有効である。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施例１の卓上型ＳＥＭの全体構成図。
【図２】実施例２の卓上型ＳＥＭの要部構成図。
【図３】走査電子顕微鏡の鏡体および試料室の模式図。
【図４】実施例１の卓上型ＳＥＭの操作画面の一例。
【図５】実施例３の卓上型ＳＥＭの要部説明図。
【図６】従来の卓上型ＳＥＭの全体構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
（比較例）
はじめに従来の卓上型走査電子顕微鏡における真空排気系について説明する。図６に示すように、本卓上型顕微鏡は、電子銃室１及び電子線３０２の通路を含む鏡筒３からなる鏡体４と試料室２を有している。真空排気には、高真空排気と低真空排気を同時に行うことができる所謂スプリットフロー型のターボ分子ポンプ５を用いており、鏡体４をターボ分子ポンプ５の高真空排気用のメインポート６と接続し、試料室２を同ターボ分子ポンプ５の低真空排気用のミドルポート７と配管を介して接続している。また、補助排気用としてバックポンプ８が用意され、配管を介してターボ分子ポンプ５の排気口９に接続される。鏡体４と試料室２は、対物絞り２７により差動排気状態になっており、鏡体４側が高真空状態、試料室２側が低真空状態になっている。
【００１３】
Ｖ１電磁弁１０は試料交換を行う際に、装置内を大気開放するためのリークに用いられる。Ｖ２電磁弁１１は、例えば電子線３０２の照射により帯電し易い試料を観察する場合、通常の真空度では帯電してしまい、画質が著しく低下してしまう際に、試料室内に微小なＡｉｒを流し、試料室内圧力を上昇させて、観察試料の帯電現象を軽減させるために用いられる。Ｖ２電磁弁１１を開口させることで、その先に接続させているニードルバルブ１２から微小な流量のＡｉｒが試料室内に流れることで実現できている。Ｖ３電磁弁１３は装置の電源を切ったときなどに閉まるようになっており、ストップバルブの役割をしている。
【００１４】
（実施例１）
図１には、本実施例の卓上型走査電子顕微鏡の全体構成図を示す。図１に示す卓上型走査電子顕微鏡は、電子銃を内部に格納する電子銃室１、集束レンズや対物レンズなどを含むレンズ系を格納する鏡筒３，試料室２，主排気ポンプであるターボ分子ポンプ５、バックポンプであるロータリーポンプ（またはダイアフラムポンプ等），ターボ分子ポンプ５と電子銃室１，試料室２をつなぐ各種配管，各種配管に設けられたバルブ、これらバルブの開閉，電子銃あるいはレンズ系の動作あるいは真空ポンプの起動・停止を制御する制御用基板１０１などにより構成される。
【００１５】
はじめに、図３を用いて電子銃室１および鏡筒３内部の詳細について説明する。電子銃室１，試料室２および鏡筒３を含む装置内部を真空排気し、目標の真空圧力に到達したら電子源３０１に高圧を印加する。高圧に印加された電子源３０１から電子線３０２が放出される。放出された電子線３０２はウェネルト電極３０３の電位により、収束作用を受け、軌道を曲げられてウェネルト電極３０３とアノード電極３０４の間に第一のクロスオーバー３０５を作る。さらに、加速電圧により加速された電子線３０２はアノード電極３０４を通過し、第一のコンデンサレンズ３０６により収束作用を受け、第一のコンデンサレンズ３０６と第二のコンデンサレンズ３０７の間に第二のクロスオーバー３０８を作る。クロスオーバー３０８を通過した電子線３０２は、第二のコンデンサレンズ３０７により収束作用を受け、第二のコンデンサレンズ３０７と対物レンズ３０９の間に第三のクロスオーバー３１０を作る。対物絞り３１１は最終的に試料表面に到達する電子線の量を制限する部材で、第二のクロスオーバー３０８あるいは第三のクロスオーバー３１０の高さ方向位置を変えることにより、対物絞り３１１を通過する電子線量を調整する。対物絞り３１１を通過した電子線３０２は対物レンズ３０９により収束され、試料台３１２の表面に照射される。図示されてはいないが、本実施例の卓上型走査電子顕微鏡は鏡筒３内に電子線を走査偏向するための走査偏向器も備えている。また、以下の説明では、電子銃室１と鏡筒３をあわせて鏡体４と呼ぶ場合もある。
【００１６】
試料表面に照射された電子線３０２は試料表面で跳ね返ってくる反射電子および試料表面から飛び出てくる二次電子等を発生させる。これら反射電子および二次電子は試料室内に設置されている検出器に取り込まれ、増幅回路を経て、デジタル変換されてから何らかの画像表示手段に送り込まれ、画像表示手段上に表示される操作画面にて試料表面の画像として確認することができる。ＳＥＭ画像の画質はその装置の振動，ノイズおよび試料室の真空度などの因子に影響を受ける。
【００１７】
以上の増幅回路，デジタル変換などの処理は制御用基板１０１で行われる。制御用基板１０１は、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）１０２およびメモリ１０３を備えており、画像生成処理の他、鏡体４や真空ポンプの起動・停止、あるいは真空バルブの開閉といった各種の処理をフレキシブルに実行できる。制御用基板１０１は、信号線１０７を介してパーソナルコンピュータ１０４に接続され、かつ信号線１０８を介し電子銃室１および鏡筒３と接続されている。パーソナルコンピュータ１０４は操作画面への入力手段であるキーボードの他にディスプレイも備わっており、上記デジタル変換された反射電子信号および二次電子信号は、このディスプレイに表示される。
【００１８】
電子銃室１の側面には配管１４が接続されており、ターボ分子ポンプ５のメインポート（主排気ポート）６に接続されている。配管１４の途中からは配管１６ａが分岐しており、試料室２に接続されている。配管１６ａは試料室２の天井面に接続される。配管１６ａの途中からは、更に配管１６ｂが分岐し、ターボ分子ポンプ５のミドルポート７に接続されている。メインポートはミドルポートよりも排気速度が大きく、排気能力が高い。バックポンプ８は配管３０を介して排気口９に接続される。
【００１９】
配管１４と配管１６ａの分岐部（以下、分岐部１５とする）、配管１６ａと配管１６ｂの分岐部（以下、分岐部１７）は、メインポート６から見ると、分岐部１５が分岐部１７よりも上流側に設けられる。また、ミドルポート７から見ると、分岐部１５が分岐部１７よりも下流側に設けられる。
【００２０】
図１に示される本実施例の真空排気系の場合、図５に示した比較例の真空排気系に比べて、鏡体４とメインポート６とを結ぶ高真空排気系配管に試料室２を排気するための分岐部１５が設けられ、更に上記試料室２の排気系配管にミドルポート７と接続するための分岐部１７が設けられている点で相違する。分岐部１５により鏡体４と試料室２を同時に高真空排気することが可能となり、分岐部１７により試料室２を低真空排気することが可能になる。
【００２１】
試料室２の高真空状態と低真空状態とを切り替えるためには、メインポート６と試料室２を結ぶ排気経路およびミドルポート７と試料室２とを結ぶ排気経路に、何らかの流路切り替え手段を設ける。図１に示す例ではバルブ１８とバルブ１９を設けているが、高真空側のバルブ１８は（電子銃室１とメインポート６の途中の）分岐部１５と（試料室２までの配管途中の）分岐部１７の間に設置し、低真空側のバルブ１９は分岐部１７とターボ分子ポンプ５のミドルポート７の間に設置する。
【００２２】
バルブ１８とバルブ１９は、バルブ開閉機構１００によって開閉され、バルブ１８が開くときはバルブ１９を閉じ、バルブ１９が開くときはバルブ１８が閉じるようにする。これにより試料室２の真空度を切り替えられるようにする。
【００２３】
例えば、試料室２が高真空、即ちバルブ１８が開いていてバルブ１９が閉じた状態で画像を観察しているときに、試料室２を低真空にする場合は、バルブ１８を閉じ、バルブ１９を開くことで試料室２はターボ分子ポンプ５のミドルポート７と繋がり、低真空排気に切り替えることができる。
【００２４】
逆に、試料室２が低真空、即ちバルブ１８が閉じていてバルブ１９が開いている状態で画像を観察しているときに、試料室２を高真空にする場合は、いきなりバルブ切り替えを行うと試料室が低真空であるためバルブ１８が開くことで電子銃の真空圧力が上がってしまい、電子源３０１の寿命等に大きく影響を与えてしまうことが懸念される。従って、この場合は画像観察を一旦中断し、電子源からの電子線放出をＯＦＦしてから、バルブ切り替えを行う。鏡体４及び試料室２の真空が十分に安定してから再び電子線放出を開始し、画像観察を再開させる。
【００２５】
また、低真空観察時にＶ２電磁弁１１を開口することで、ニードルバルブ１２からの微小な流量のＡｉｒを試料室２内に導入し、試料室２内の圧力を上昇させることも可能となるため、全部で三段階の真空モードでの画像観察が可能になる。ここで注意すべきはＶ２電磁弁が開いているときにバルブ１８を開いて高真空排気してもニードルバルブ１２から絶え間なくＡｉｒが流入してくるため一向に高真空は得られない。従って、制御用基板１０１は、Ｖ２電磁弁１１の開口時には高真空への切り替えができないようにする制御を行う。
【００２６】
上記の排気シーケンス制御、例えば、ターボ分子ポンプ５の起動・停止、Ｖ１電磁弁１０〜Ｖ２電磁弁１１の開閉および開閉のタイミングあるいはバルブ開閉機構１００の駆動・停止は制御用基板１０１により実行される。このため、ターボ分子ポンプ５，Ｖ１電磁弁１０〜Ｖ２電磁弁１１およびバルブ開閉機構１００は、各々信号線１０６，１０７，１０８で制御用基板１０１と接続されている。
【００２７】
上記のような排気系のシステムにより、ＳＥＭ観察時の真空モードを少なくとも二段階に、すなわちＳＥＭ観察時の試料室２内の圧力を、ターボ分子ポンプ５のメインポート６の排気能力相当の高真空状態、ミドルポート７の排気能力相当の中真空状態に切り替えることが可能となる。更にニードルバルブ１２を設ければ、試料室２内の真空度が中真空状態よりも低い低真空状態を含む三段階の真空モード切り替えが実現され、従来よりも幅広い画像観察が可能な卓上型走査電子顕微鏡を実現できる。
【００２８】
（実施例２）
実施例１ではバルブ切り替え機構でバルブ１８及びバルブ１９を切り替えることによりＳＥＭ観察時の真空モードを三段階に切り替え可能な卓上型走査電子顕微鏡の構成について説明したが、卓上型電子顕微鏡の場合、バルブ１８及びバルブ１９の開閉方式が問題になる。
【００２９】
真空バルブの最も一般的な方式は電磁式または空圧式であるが、開閉方式を電磁式にすれば、バルブの動作時に鏡体近傍で磁場が発生することになる。従って電子線３０２への影響は免れず、真空モードの切り替え時に観察画像のシフトなどが発生する懸念がある。また、空圧式でバルブを動作させようとした場合、磁場の影響はなくなるが、コンプレッサーが必要になる。卓上型電子顕微鏡のコンセプトは、あくまで簡単に設置ができ、軽量，シンプル且つ低電力で動作できることなので、コンプレッサーの使用は装置のコンセプトからは好ましくない。
【００３０】
そこで本実施例では、より卓上型電子顕微鏡に適したバルブ方式を採用した機構を使用した卓上型走査電子顕微鏡の構成例について説明する。
【００３１】
図２には、本実施例の卓上型走査電子顕微鏡の構成図を示す。パーソナルコンピュータや筐体といった構成は、実施例１と共通なので、図２では図１と共通する構成は省略して示している。
【００３２】
本実施例では、バルブ１８とバルブ１９として弁体が弁軸周りに回転するいわゆるバタフライバルブに類似する構造のバルブを採用している。バルブ１８とバルブ１９は、環状の弁体Ａ２２および弁体Ｂ２３の側面に真空シール部材が備えられ、かつ弁体Ａ２２および弁体Ｂ２３が弁軸であるシャフトＡ２０及びシャフトＢ２１に固定された構造を有している。両シャフトには、例えば傘歯車が取り付けられ、シャフトの回転により、弁体Ａ２２及び弁体Ｂ２３が連動して回転できるようにする。このとき、片方の弁体が配管を塞いでいるとき、もう片方のシール材は配管に対して開いた状態になるようにしておく。これにより、バルブ１８とバルブ１９を連動して切り替えることが可能となる。
【００３３】
シャフトＡ２０及びシャフトＢ２１を回転させるための駆動源としては、本実施例では真空ポンプにより形成される負圧と大気圧との圧力差を利用したバルブ開閉機構を採用する。図２の例では、円筒容器３６の内部に配置されたピストン２８と押しバネ２９が対応する。円筒容器３６は、円筒容器内部を真空排気するための真空排気ポート３５と、容器内部を大気開放するための大気開放ポート３４を備える。ピストン２８の外周側側面には円筒容器３６内部と外部との真空シールのため、真空シール部材３７が形成されている。
【００３４】
駆動源の駆動力をシャフトＡ２０及びシャフトＢ２１に伝達する伝達機構としては、ピストン２８の直線運動を回転運動に変換するピニオンギヤ２４とラック２５が対応する。弁体Ｂ２３が取り付けられたシャフトＢ２１の先端にピニオンギヤ２４を取り付け、同ピニオンギヤとラック２５を噛み合わせ、ラック２５の動きによってシャフトＢ２１が回転できるようにする。ラック２５にはシャフトＣ２６が接続されている。シャフトＣ２６は更にピストン２８に連結されており、ピストン２８は円筒容器３６の内壁を真空シール状態を維持しながらスライドできるようになっている。
【００３５】
大気開放ポート３４が開放され、ピストン２８の両側に圧力差が生じていない場合、ピストン２８は、円筒容器３６内のシャフトＣ２６に取り付けられている押しバネ２９により図２の紙面右方向に押されている。この際、弁体Ａ２２と弁体Ｂ２３の配置関係は、弁体Ａ２２が配管１６ａを閉じ、弁体Ｂ２３が配管１６ｂに対して開いた状態になるよう設定されている。その結果として、弁体Ａ２２が配管を塞ぎ、弁体Ｂ２３が配管に対して開いた状態を保つことになる。
【００３６】
一方、大気開放ポート３４が閉止され、真空排気ポート３５が開くと円筒容器３６内部が真空排気される。円筒容器３６内の圧力が一定以下になると、紙面右方向から大気圧がピストン２８に及ぼす力が押しバネ２９の弾性力を上回り、ピストン２８は紙面左方向に押される。このピストンの直線運動がピニオンギヤ２４によって回転運動に変換され、シャフトＡ２０及びシャフトＢ２１が回転する。これにより、弁体Ａ２２が配管１６ａに対して開き、弁体Ｂ２３が配管１６ｂを閉じる。
【００３７】
次に、真空モードの切り替えシーケンスについて説明する。本実施例の場合、真空排気ポート３５は配管３２によりバックポンプ８と接続されており、配管３２の途中にはＶ４電磁弁３１が設けられている。配管３２は、バックポンプ８と排気口９を結ぶ配管３０に接続されており、配管３２と配管３０の接続部の上流側（ターボ分子ポンプ５側）にはＶ３電磁弁１３が設けられている。また、大気開放ポート３４から伸びる配管にはＶ５電磁弁３３が設けられている。また本実施例では、Ｖ１電磁弁１０〜Ｖ３電磁弁１３，ニードルバルブ１２およびＶ４電磁弁３１、Ｖ５電磁弁３３は、信号線１０６ないし１０７で制御用基板１０１と接続されており、開閉タイミングは制御用基板１０１により自動制御される。
【００３８】
初期状態として、試料室２内が中真空状態あるいはニードルバルブ１２が開いてＡｉｒが流入している低真空状態にある場合を考える。このとき、バルブ１８が閉止状態、バルブ１９が開放状態にあるので円筒容器３６内は大気圧状態であり、Ｖ４電磁弁３１は閉じていて、Ｖ５電磁弁３３は開いている。真空動作中であるので、Ｖ１電磁弁１０は閉止、中真空状態であればＶ２電磁弁１１は閉止され、低真空状態であればＶ２電磁弁１１は開いている状態である。
【００３９】
低真空あるいは中真空の状態から高真空の状態に移行させる手順として、制御用基板１０１は、一旦画像観察を中断し、電子源のエミッションをＯＦＦにする制御を実行する。理由は実施例１で説明した通りである。
【００４０】
次に、Ｖ２電磁弁１１を閉止し、その後Ｖ４電磁弁３１を開き、Ｖ５電磁弁３３を閉じ、更にＶ３電磁弁１３を閉じるシーケンスを実行する。この処理によりバックポンプ８により円筒容器３６内が真空排気され、ピストン２８が大気圧により押されて徐々に図２の紙面左側へ移動する。Ｖ３電磁弁１３の閉止処理は、円筒容器３６内の空気が排気口９からターボ分子ポンプ５に逆流することを防止するための処理であり、Ｖ５電磁弁３３の閉止後、一時的に実行される処理である。制御用基板１０１は、円筒容器３６内の真空が安定するころを見計らって再びＶ３電磁弁１３を開く。以上のように、本実施例のＶ３電磁弁１３はメインポンプへの逆流防止弁として動作する。
【００４１】
ピストン２８が左側へシフトすることで、シャフトＣ２６，ラック２５も左側へシフトし、ピニオンギヤ２４を回転させる。ピニオンギヤ２４の回転によりシャフトＡ２０及びシャフトＢ２１が回転し、弁体Ａ２２が配管１６ａに対して開き、弁体Ｂ２３は配管１６ｂを塞ぐ。これにより、試料室２がターボ分子ポンプ５のメインポート６に連絡され、試料室を高真空排気することが可能となる。
【００４２】
高真空の状態から中真空の状態に移行させる際には、制御用基板１０１は、Ｖ４電磁弁３１を閉じ、Ｖ５電磁弁３３を開くシーケンスを実行する。この処理により、円筒容器３６内に大気が導入され、押しバネ２９の復元力によりピストン２８が元の位置に戻る。その結果、弁体Ａ２２が配管１６ａを閉止し、弁体Ｂ２３が配管１６ｂに対して開いた状態になり、試料室２はターボ分子ポンプ５のミドルポート７と連絡されて、中真空排気に切り替わる。更に試料室２内の真空度を落とすには、Ｖ２電磁弁１１を空けてニードルバルブ１２からＡｉｒを試料室２内に導入する。
【００４３】
観察時の真空モード切り替えの容易のため、パーソナルコンピュータ１０４のディスプレイ上に図４に示すような操作画面を表示させる。図４に示す操作画面４００には観察条件ボタン４０１が表示されており、マウス１０５でこのボタンをクリックするとプルダウンメニュー４０２がポップアップ表示される。プルダウンメニュー４０２には観察条件の一つとして真空モードを設定する真空モードボタン４０３が含まれており、このボタンを更にクリックすると複数の真空モードが表示されたプルダウンメニュー４０４がポップアップ表示される。図中、例えば真空モードＡは高真空状態、真空モードＢは中真空状態、真空モードＣは低真空状態に対応する。装置ユーザは、表示された真空モードから所望のボタンを選んでチェックマークを入れ、これにより真空モードの切り替え設定操作が完了する。制御用基板１０１は、設定された真空モードに従って、真空モードの切り替えシーケンスを実行する。
【００４４】
このように、バックポンプ８による真空排気を利用してバルブを開閉させることで、電磁式バルブ，空圧バルブを用いることなく真空モード切り替えが可能となり、卓上型顕微鏡のコンセプトに合致したよりシンプルな装置を実現することを可能とできる。
【００４５】
（実施例３）
本実施例では、図１に示した卓上型電子顕微鏡において、配管の配置を変えた変形例について説明する。
【００４６】
図５には、本実施例の卓上型走査電子顕微鏡の構成例を示す。図２と同様、図５では図１との共通部分は省略して示す。図５に示す構成では、試料室２の側面に配管３９を接続し、バルブ１９を介してミドルポート７と接続している。図１においては配管１６ａを試料室２の天井面に設けたが、本実施例では、分岐部１５から延びる配管３８は配管３９の途上に接続している。バルブ１８は配管３８と配管３９の接続部近傍に設けられる。
【００４７】
このような配管の配置でも実施例１と同様の真空排気経路の切り替えが可能であるが、図５に示す装置の場合、配管３９を試料室２の横から伸ばす配置上、実施例１あるいは２に比べて装置を覆う筐体の設置面積が大きくなる傾向がある。従って、卓上型の装置としては、図５に示す構成よりも図１あるいは図２に示す構成の方が優れている。
【符号の説明】
【００４８】
０ 筐体
１ 電子銃室
２ 試料室
３ 鏡筒
４ 鏡体
５ ターボ分子ポンプ
６ メインポート
７ ミドルポート、
８ バックポンプ
９ 排気口
１０ Ｖ１電磁弁
１１ Ｖ２電磁弁
１２ ニードルバルブ
１３ Ｖ３電磁弁
１４，１６，３０，３２ 配管
１５，１７ 分岐部
１８，１９ バルブ
２０ シャフトＡ
２１ シャフトＢ
２２ 弁体Ａ
２３ 弁体Ｂ
２４ ピニオンギヤ
２５ ラック
２６ シャフトＣ
２７，３１１ 対物絞り
２８ ピストン
２９ 押しバネ
３１ Ｖ４電磁弁
３３ Ｖ５電磁弁
３４ 大気開放ポート
３５ 真空排気ポート
３６ 円筒容器
３７ 真空シール部材
１００ バルブ開閉機構
１０１ 制御用基板
１０２ ＦＰＧＡ
１０３ メモリ
１０４ パーソナルコンピュータ
１０５ マウス
１０６，１０７ 信号線
３０１ 電子源
３０２ 電子線
３０３ ウェネルト電極
３０４ アノード電極
３０５，３０８，３１０ クロスオーバー
３０６，３０７ コンデンサレンズ
３０９ 対物レンズ
３１２ 試料台
３１３ 試料
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一次電子線を発生する電子銃を格納する電子銃室と当該一次電子線を観察対象物に導くレンズ系とを含んで構成される鏡体と、前記観察対象物を格納する試料室とを備える走査電子顕微鏡において、
第１の吸気口、当該第１の吸気口よりも排気速度の小さな第２の吸気口および排気口とを有する真空ポンプと、
前記電子銃室と前記第１の吸気口とを接続する第１の配管と、
前記試料室と前記第２の吸気口とを接続する第２の配管と、
前記第１の配管と第２の配管とを結ぶ第３の配管と、
前記第１の配管と前記第３の配管の開閉および前記第２の配管と前記第３の配管の開閉を切り替えることにより、前記試料室内の真空度を切り替え可能なことを特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項２】
請求項１に記載の走査電子顕微鏡において、
前記第１の配管と前記第３の配管との導通を開閉する第１のバルブと、
前記第２の配管と前記第３の配管との導通を開閉する第２のバルブとを備えることを特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項３】
請求項２に記載の走査電子顕微鏡において、
前記第１のバルブの開閉および第２のバルブの開閉を連動して切り替えるバルブ開閉機構を備えた走査電子顕微鏡。
【請求項４】
請求項３に記載の走査電子顕微鏡において、
前記バルブ開閉機構が、真空と大気圧の圧力差を使用するものであることを特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項５】
請求項４に記載の走査電子顕微鏡において、
前記第１のバルブの開閉および第２のバルブの開閉を連動して切り替えるバルブ開閉機構を備え、
当該バルブ開閉機構は、
内部が真空排気可能で一方が開口をなす円筒容器と、
当該円筒容器内に押しバネにより支持される、真空シール部材を備えたピストンと、
当該円筒容器内の圧力と大気圧との圧力差により生じる前記ピストンの直線運動を回転運動に変換するピニオンギヤと、
当該ピニオンギヤの回転運動を前記第１のバルブおよび第２のバルブの弁軸に伝達する傘歯車とを備えたことを特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項６】
請求項５に記載の走査電子顕微鏡において、
前記円筒容器は、当該円筒容器内部を大気開放するための大気開放用ポートと、当該円筒容器内部を真空排気するための真空排気用ポートを備えたことを特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項７】
請求項５に記載の走査電子顕微鏡において、
前記真空ポンプの排気口に第４の配管を介して接続されるバックポンプを備え、
前記真空排気用ポートが第５の配管を介して前記第４の配管に接続されることを特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項８】
請求項７に記載の走査電子顕微鏡において、
前記第４の配管と第５の配管の接続部よりも前記真空ポンプ側に設けられた、前記真空ポンプの排気口からの逆流防止弁を備えたことを特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項９】
請求項１に記載の走査電子顕微鏡において、
前記試料室内の真空度の切り替えシーケンスを実行するコンピュータを備えたことを特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項１】
一次電子線を発生する電子銃を格納する電子銃室と当該一次電子線を観察対象物に導くレンズ系とを含んで構成される鏡体と、前記観察対象物を格納する試料室とを備える走査電子顕微鏡において、
第１の吸気口、当該第１の吸気口よりも排気速度の小さな第２の吸気口および排気口とを有する真空ポンプと、
前記電子銃室と前記第１の吸気口とを接続する第１の配管と、
前記試料室と前記第２の吸気口とを接続する第２の配管と、
前記第１の配管と第２の配管とを結ぶ第３の配管と、
前記第１の配管と前記第３の配管の開閉および前記第２の配管と前記第３の配管の開閉を切り替えることにより、前記試料室内の真空度を切り替え可能なことを特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項２】
請求項１に記載の走査電子顕微鏡において、
前記第１の配管と前記第３の配管との導通を開閉する第１のバルブと、
前記第２の配管と前記第３の配管との導通を開閉する第２のバルブとを備えることを特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項３】
請求項２に記載の走査電子顕微鏡において、
前記第１のバルブの開閉および第２のバルブの開閉を連動して切り替えるバルブ開閉機構を備えた走査電子顕微鏡。
【請求項４】
請求項３に記載の走査電子顕微鏡において、
前記バルブ開閉機構が、真空と大気圧の圧力差を使用するものであることを特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項５】
請求項４に記載の走査電子顕微鏡において、
前記第１のバルブの開閉および第２のバルブの開閉を連動して切り替えるバルブ開閉機構を備え、
当該バルブ開閉機構は、
内部が真空排気可能で一方が開口をなす円筒容器と、
当該円筒容器内に押しバネにより支持される、真空シール部材を備えたピストンと、
当該円筒容器内の圧力と大気圧との圧力差により生じる前記ピストンの直線運動を回転運動に変換するピニオンギヤと、
当該ピニオンギヤの回転運動を前記第１のバルブおよび第２のバルブの弁軸に伝達する傘歯車とを備えたことを特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項６】
請求項５に記載の走査電子顕微鏡において、
前記円筒容器は、当該円筒容器内部を大気開放するための大気開放用ポートと、当該円筒容器内部を真空排気するための真空排気用ポートを備えたことを特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項７】
請求項５に記載の走査電子顕微鏡において、
前記真空ポンプの排気口に第４の配管を介して接続されるバックポンプを備え、
前記真空排気用ポートが第５の配管を介して前記第４の配管に接続されることを特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項８】
請求項７に記載の走査電子顕微鏡において、
前記第４の配管と第５の配管の接続部よりも前記真空ポンプ側に設けられた、前記真空ポンプの排気口からの逆流防止弁を備えたことを特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項９】
請求項１に記載の走査電子顕微鏡において、
前記試料室内の真空度の切り替えシーケンスを実行するコンピュータを備えたことを特徴とする走査電子顕微鏡。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−１６０３８４（Ｐ２０１２−１６０３８４Ａ）
【公開日】平成２４年８月２３日（２０１２．８．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２０２９７（Ｐ２０１１−２０２９７）
【出願日】平成２３年２月２日（２０１１．２．２）
【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）】
【公開日】平成２４年８月２３日（２０１２．８．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月２日（２０１１．２．２）
【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）】
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