JP2674603B2 - 環境走査電子顕微鏡の対物レンズ組立体 - Google Patents
環境走査電子顕微鏡の対物レンズ組立体Info
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明の環境走査電子顕微鏡（ESEM,environmental s
canning electron microscope）に関するものである。
より詳細にいえば、本発明は環境走査電子顕微鏡のため
の電子光学装置と、差動排気装置と、作像信号検出装置
とを一体化した装置に関するものである。
canning electron microscope）に関するものである。
より詳細にいえば、本発明は環境走査電子顕微鏡のため
の電子光学装置と、差動排気装置と、作像信号検出装置
とを一体化した装置に関するものである。
［従来の技術］ 本発明の背景として、環境走査電子顕微鏡（ESEM）が
標準的な走査電子顕微鏡（SEM,scanning electron micr
oscope）より優れている点は、湿潤な試料または非導電
性の試料（例えば、生物体試料、プラスチツク、セラミ
ツクス、フアイバ）の高分解能電子顕微鏡像を得る性能
を有することが挙げられる。これらの試料の像を通常の
走査電子顕微鏡の真空環境下で得ることは、極めて困難
である。環境走査電子顕微鏡では試料をその「自然の」
状態に保持したままで観察することが可能であり、通常
の高真空電子ビームによる観察の場合に必要とされる、
乾燥化や、冷凍化、または真空被覆によつてもたらされ
る変化を受けることがない。また、環境走査電子顕微鏡
の試料室の中に、比較的高い気体圧力が容易に許される
ので、それは表面電荷の散逸に対して効果的に作用す
る。通常の場合には、非導電体試料の上に表面電荷が蓄
積し、それは高品質の像を得るための妨げとなる。ま
た、環境走査電子顕微鏡により、通常の走査電子顕微鏡
の試料室の中で許される圧力よりははるかに高い圧力に
おいて、比較的高い蒸気圧の下で起こる液体の輸送現象
や、化学反応、溶液現象、水和現象、結晶成長現象、お
よびその他の現象を、直接にかつリアルタイムで観察す
ることが可能である。
標準的な走査電子顕微鏡（SEM,scanning electron micr
oscope）より優れている点は、湿潤な試料または非導電
性の試料（例えば、生物体試料、プラスチツク、セラミ
ツクス、フアイバ）の高分解能電子顕微鏡像を得る性能
を有することが挙げられる。これらの試料の像を通常の
走査電子顕微鏡の真空環境下で得ることは、極めて困難
である。環境走査電子顕微鏡では試料をその「自然の」
状態に保持したままで観察することが可能であり、通常
の高真空電子ビームによる観察の場合に必要とされる、
乾燥化や、冷凍化、または真空被覆によつてもたらされ
る変化を受けることがない。また、環境走査電子顕微鏡
の試料室の中に、比較的高い気体圧力が容易に許される
ので、それは表面電荷の散逸に対して効果的に作用す
る。通常の場合には、非導電体試料の上に表面電荷が蓄
積し、それは高品質の像を得るための妨げとなる。ま
た、環境走査電子顕微鏡により、通常の走査電子顕微鏡
の試料室の中で許される圧力よりははるかに高い圧力に
おいて、比較的高い蒸気圧の下で起こる液体の輸送現象
や、化学反応、溶液現象、水和現象、結晶成長現象、お
よびその他の現象を、直接にかつリアルタイムで観察す
ることが可能である。
結像性能におけるこの技術的進歩は、広い学問分野に
おける研究者に対し、これまで観察することができなか
つたミクロな現象の世界を開いた。新しく開かれた世界
は、例えば、ただしそれらに限られるわけではないが、
薬品、生物学、食品、薬剤技術、地質学、複合材料、織
物、半導体、および法医学である。簡単にいえば、標準
的な走査電子顕微鏡で像を得ることが困難であつた試料
が関係しているすべての分野である。従来は（不可能で
はないにしても）実際的ではないとされていた、特別の
処理をしていないそのままの大きさの試料を、高い蒸気
圧下で電子ビームにより観察することは、本発明により
可能となる。本発明では、環境走査電子顕微鏡の電子ビ
ーム光学筒体の磁気対物レンズの中に、圧力制御装置と
信号検出装置が組み合わされて完全に収納される。この
ように電気機械設計を行なうことにより、圧力制御と、
電子ビーム結像と、信号増幅との要請を同時に満たすこ
とができ、かつ、試料の処理または電子顕微鏡の分解能
に実際上の支障が生ずることはない。
おける研究者に対し、これまで観察することができなか
つたミクロな現象の世界を開いた。新しく開かれた世界
は、例えば、ただしそれらに限られるわけではないが、
薬品、生物学、食品、薬剤技術、地質学、複合材料、織
物、半導体、および法医学である。簡単にいえば、標準
的な走査電子顕微鏡で像を得ることが困難であつた試料
が関係しているすべての分野である。従来は（不可能で
はないにしても）実際的ではないとされていた、特別の
処理をしていないそのままの大きさの試料を、高い蒸気
圧下で電子ビームにより観察することは、本発明により
可能となる。本発明では、環境走査電子顕微鏡の電子ビ
ーム光学筒体の磁気対物レンズの中に、圧力制御装置と
信号検出装置が組み合わされて完全に収納される。この
ように電気機械設計を行なうことにより、圧力制御と、
電子ビーム結像と、信号増幅との要請を同時に満たすこ
とができ、かつ、試料の処理または電子顕微鏡の分解能
に実際上の支障が生ずることはない。
［発明が解決しようとする課題］ 本発明の全体的な目的は、改良された環境走査電子顕
微鏡を得ることである。
微鏡を得ることである。
また、本発明の１つの目的は、比較的高い蒸気圧の下
で起こる。液体輸送現象、化学反応現象、溶液現象、水
和現象、結晶化現象、およびその他の現象を、直接にか
つリアルタイムで観測することができる、改良された環
境走査電子顕微鏡を得ることである。
で起こる。液体輸送現象、化学反応現象、溶液現象、水
和現象、結晶化現象、およびその他の現象を、直接にか
つリアルタイムで観測することができる、改良された環
境走査電子顕微鏡を得ることである。
本発明の他の目的は、圧力制御装置と信号検出装置が
環境走査電子顕微鏡の電子ビーム光学筒体の磁気対物レ
ンズの中に完全に収納される、改良された環境走査電子
顕微鏡を得ることである。
環境走査電子顕微鏡の電子ビーム光学筒体の磁気対物レ
ンズの中に完全に収納される、改良された環境走査電子
顕微鏡を得ることである。
本発明のさらに他の目的は、大きな信号収集効率と優
れた特性を有し、かつ、作動距離が小さく、それによ
り、試料の分解能がさらに改善された、改良された環境
走査電子顕微鏡を得ることである。
れた特性を有し、かつ、作動距離が小さく、それによ
り、試料の分解能がさらに改善された、改良された環境
走査電子顕微鏡を得ることである。
本発明のさらに他の目的は、圧力制御と電子ビーム結
像と信号増幅とに対する要請を同時に満した、かつ、試
料の処理または電子顕微鏡の分解能についての制限が事
実上ない、環境走査電子顕微鏡を得ることである。
像と信号増幅とに対する要請を同時に満した、かつ、試
料の処理または電子顕微鏡の分解能についての制限が事
実上ない、環境走査電子顕微鏡を得ることである。
本発明のさらに他の目的は、圧力制御装置と信号検出
器装置とが組み合わされ、かつ、環境走査電子顕微鏡の
電子光学筒体の磁気対物レンズの中に完全に収納され
る、環境走査電子顕微鏡を得ることである。
器装置とが組み合わされ、かつ、環境走査電子顕微鏡の
電子光学筒体の磁気対物レンズの中に完全に収納され
る、環境走査電子顕微鏡を得ることである。
本発明のさらに他の目的は、検出器が対物レンズ組立
体の中にそなえられた圧力制限開口部と一体化して作成
され、それにより、試料のまわりを高い圧力にすること
ができる、環境走査電子顕微鏡を得ることである。
体の中にそなえられた圧力制限開口部と一体化して作成
され、それにより、試料のまわりを高い圧力にすること
ができる、環境走査電子顕微鏡を得ることである。
本発明のさらに他の目的は、電子検出器が圧力制限開
口部と一体化して作成され、そのさい極板検出器が後方
散乱検出器と空間的に競合しない、改良された環境走査
電子顕微鏡を得ることである。
口部と一体化して作成され、そのさい極板検出器が後方
散乱検出器と空間的に競合しない、改良された環境走査
電子顕微鏡を得ることである。
本発明のなお別の目的は、単一段階電子検出器が圧力
制御開口部と一体化して作成され、この検出器がこの機
械の機械的構成を変えないで後方散乱検出器または環境
２次電子検出器のいずれでも像を得ることができる性能
を有する、改良された環境走査電子顕微鏡を得ることで
ある。
制御開口部と一体化して作成され、この検出器がこの機
械の機械的構成を変えないで後方散乱検出器または環境
２次電子検出器のいずれでも像を得ることができる性能
を有する、改良された環境走査電子顕微鏡を得ることで
ある。
本発明はこの他の目的および利点は添付図面を参照し
ての下記説明により明らかになるであろう。
ての下記説明により明らかになるであろう。
［課題を解決するための手段およびその作用］ 本発明は、全体的にいえば、改良された環境走査電子
顕微鏡に関するものである。より詳細にいえば、本発明
は環境走査電子顕微鏡のための電子光学装置と差動排気
装置と作像信号検出器との装置全体に関するものであ
る。
顕微鏡に関するものである。より詳細にいえば、本発明
は環境走査電子顕微鏡のための電子光学装置と差動排気
装置と作像信号検出器との装置全体に関するものであ
る。
本発明の１つの好ましい実施例において、電子顕微鏡
は、電子ビームを発生するための電子銃と、この電子ビ
ームを検査されるべき試料に向けて進めるための装置と
を有する。この電子顕微鏡の真空装置は２つの主要な部
分、すなわち、電子光学筒体と試料室、を有する。この
電子光学筒体は対物レンズ組立体を有する。対物レンズ
組立体は、電子ビームを結像させる装置と、この結像さ
れた電子ビームを試料の表面で走査させる装置とを有す
る。この電子ビーム走査装置は、電子銃で放射された電
子ビームを最終圧力制限開口部の直径にわたつて走査す
ることができる。試料室は電子光学筒の下に配置されて
おり、そして試料の表面が結像された電子ビームで照射
されるように、最終圧力制限開口部と整合して配置さ
れ、かつ、試料が気体で囲まれた状態に保たれる。
は、電子ビームを発生するための電子銃と、この電子ビ
ームを検査されるべき試料に向けて進めるための装置と
を有する。この電子顕微鏡の真空装置は２つの主要な部
分、すなわち、電子光学筒体と試料室、を有する。この
電子光学筒体は対物レンズ組立体を有する。対物レンズ
組立体は、電子ビームを結像させる装置と、この結像さ
れた電子ビームを試料の表面で走査させる装置とを有す
る。この電子ビーム走査装置は、電子銃で放射された電
子ビームを最終圧力制限開口部の直径にわたつて走査す
ることができる。試料室は電子光学筒の下に配置されて
おり、そして試料の表面が結像された電子ビームで照射
されるように、最終圧力制限開口部と整合して配置さ
れ、かつ、試料が気体で囲まれた状態に保たれる。
この環境走査電子顕微鏡の圧力制御は、対物レンズ組
立体の中で全体的に行なわれる。電子光学筒体ライナ管
の下端は、２つの「中間」真空領域、すなわち、２つの
「中間」内部通路のうちの最初の「中間」真空領域の管
壁になつている。これらの２つの「中間」真空領域は、
２つの非磁性体隔壁と、１つの最終磁気レンズ磁極とに
よつて定められる。これらの真空領域は、いずれも対物
レンズ磁気容器の中に密封して配置される。これらの真
空領域には、半径方向に整合した複数個の排気口があけ
られていて、これらの真空領域が外部排気装置に連結さ
れる。電子ビームは電子光学筒体の中心軸に沿つて下方
に進み、そして２つの真空領域を通過して、試料表面に
衝突する。試料は試料室の環境の中にある。電子ビーム
は２つの圧力制限開口部を通過する。これらの圧力制限
開口部はいずれも取りはずし可能な開口部台に整合して
取り付けられる。通常の走査電子顕微鏡では試料室の真
空度は0.0001トルまたはそれ以下に保たれなければなら
ないが、それとは異つて、この環境走査電子顕微鏡は、
上部の電子光学筒体領域の真空度は大きく劣化させるこ
となく、試料室の圧力を20トル（室温における水蒸気の
飽和分圧）に保つことができる。
立体の中で全体的に行なわれる。電子光学筒体ライナ管
の下端は、２つの「中間」真空領域、すなわち、２つの
「中間」内部通路のうちの最初の「中間」真空領域の管
壁になつている。これらの２つの「中間」真空領域は、
２つの非磁性体隔壁と、１つの最終磁気レンズ磁極とに
よつて定められる。これらの真空領域は、いずれも対物
レンズ磁気容器の中に密封して配置される。これらの真
空領域には、半径方向に整合した複数個の排気口があけ
られていて、これらの真空領域が外部排気装置に連結さ
れる。電子ビームは電子光学筒体の中心軸に沿つて下方
に進み、そして２つの真空領域を通過して、試料表面に
衝突する。試料は試料室の環境の中にある。電子ビーム
は２つの圧力制限開口部を通過する。これらの圧力制限
開口部はいずれも取りはずし可能な開口部台に整合して
取り付けられる。通常の走査電子顕微鏡では試料室の真
空度は0.0001トルまたはそれ以下に保たれなければなら
ないが、それとは異つて、この環境走査電子顕微鏡は、
上部の電子光学筒体領域の真空度は大きく劣化させるこ
となく、試料室の圧力を20トル（室温における水蒸気の
飽和分圧）に保つことができる。
さらに、２次電子作像検出器が開口部担体と一体化し
て作成される。この一体化された開口部台と電子検出器
との組立体の全体が、磁気対物レンズ磁極に取り付けら
れた非磁性体のブツシングの中にねじによつてねじ込ま
れる。完全にねじ込まれた時、この開口部担体は磁極と
差動排気装置の下部隔壁との両方を照射し、かつ同時
に、２つの圧力制限開口部がそれらの正しい位置に取り
付けられる。開口部担体の上部の圧力制限開口部には、
上部の真空領域から、１次電子ビームが入射し、一方、
一体化された下部開口部と検出器極板は、検査される試
料と対面する。この開口部担体の主体部分には複数個の
穴があけられていて、それにより、開口部の間の領域が
より低い中間真空領域の圧力レベルに十分に保たれる。
上部開口部は開口部担体を直接に加工することによつて
作成されるけれども、下部開口部は、検出器をアースさ
れたレンズ磁極から電気的に分離するために、絶縁体ブ
ツシングの中に取り付けられなければならない。
て作成される。この一体化された開口部台と電子検出器
との組立体の全体が、磁気対物レンズ磁極に取り付けら
れた非磁性体のブツシングの中にねじによつてねじ込ま
れる。完全にねじ込まれた時、この開口部担体は磁極と
差動排気装置の下部隔壁との両方を照射し、かつ同時
に、２つの圧力制限開口部がそれらの正しい位置に取り
付けられる。開口部担体の上部の圧力制限開口部には、
上部の真空領域から、１次電子ビームが入射し、一方、
一体化された下部開口部と検出器極板は、検査される試
料と対面する。この開口部担体の主体部分には複数個の
穴があけられていて、それにより、開口部の間の領域が
より低い中間真空領域の圧力レベルに十分に保たれる。
上部開口部は開口部担体を直接に加工することによつて
作成されるけれども、下部開口部は、検出器をアースさ
れたレンズ磁極から電気的に分離するために、絶縁体ブ
ツシングの中に取り付けられなければならない。
試料から放出される２次電子は、検出器に加えられた
バイアス電圧によつて生ずる電界により、検出器極板表
面に向つて加速される。この検出器に加えられるバイア
ス電圧の典型的な大きさは正電圧の数100ボルトであ
る。試料の表面は、気体中の可動帯電体の作用により、
実効的にゼロ電位（アース電位）に保たれる。加速され
た電子と気体分子との衝突により、自由電子が放出され
て付加され、そしてこれらの付加自由電子自身も検出器
に向けて加速される。気体の圧力と電界の大きさとを適
切に制御された状態におくことにより、気体で増倍され
て検出器の極板に到達する電子電流は、２次電子信号そ
れ自身の比例増幅関数であることを示すことができ、そ
してこの電子電流の大きさが電子顕微鏡像を観察しそし
て記録するためのビデオ信号をうるのに用いられる。検
出器極板に収集された電流は検出器バイアス電圧に保た
れている電流増幅器に送られ、そしてさらにアースされ
たビデオ回路に全帯域幅にわたつて送られる。
バイアス電圧によつて生ずる電界により、検出器極板表
面に向つて加速される。この検出器に加えられるバイア
ス電圧の典型的な大きさは正電圧の数100ボルトであ
る。試料の表面は、気体中の可動帯電体の作用により、
実効的にゼロ電位（アース電位）に保たれる。加速され
た電子と気体分子との衝突により、自由電子が放出され
て付加され、そしてこれらの付加自由電子自身も検出器
に向けて加速される。気体の圧力と電界の大きさとを適
切に制御された状態におくことにより、気体で増倍され
て検出器の極板に到達する電子電流は、２次電子信号そ
れ自身の比例増幅関数であることを示すことができ、そ
してこの電子電流の大きさが電子顕微鏡像を観察しそし
て記録するためのビデオ信号をうるのに用いられる。検
出器極板に収集された電流は検出器バイアス電圧に保た
れている電流増幅器に送られ、そしてさらにアースされ
たビデオ回路に全帯域幅にわたつて送られる。
開口部担体と２次電子作像検出器との組立体は、主体
部分と、絶縁体部分と、バイアスされた環状極板検出器
とを有する。主体部分は上部圧力制限開口部、すなわ
ち、第１圧力制限開口部と、この上部圧力制限開口部と
は反対端に作成された空洞、すなわち、導管とを有す
る。主体部分の上部圧力制限開口部には、電子光学筒ラ
イナ管から電子ビームが入射する。開口部担体の下部圧
力制限開口部、すなわち、第２圧力制限開口部は、板状
検出器と一体化して作成される。これらの２つの開口部
（すなわち、第１圧力制限開口部と第２圧力制限開口
部）により、対物レンズ組立体は電子光学筒体の真空領
域と試料室の高い圧力の領域とを分離する。電極は第２
圧力制限開口部と一致しており、そして試料と対面して
いるので、試料から放射された２次電子は電極に収集さ
れる。このように設計することにより、電流後方散乱コ
レクタは妨害されずに動作することができ、一方、通常
の２次電子放射パターンとその漏斗効果を利用すること
ができる。
部分と、絶縁体部分と、バイアスされた環状極板検出器
とを有する。主体部分は上部圧力制限開口部、すなわ
ち、第１圧力制限開口部と、この上部圧力制限開口部と
は反対端に作成された空洞、すなわち、導管とを有す
る。主体部分の上部圧力制限開口部には、電子光学筒ラ
イナ管から電子ビームが入射する。開口部担体の下部圧
力制限開口部、すなわち、第２圧力制限開口部は、板状
検出器と一体化して作成される。これらの２つの開口部
（すなわち、第１圧力制限開口部と第２圧力制限開口
部）により、対物レンズ組立体は電子光学筒体の真空領
域と試料室の高い圧力の領域とを分離する。電極は第２
圧力制限開口部と一致しており、そして試料と対面して
いるので、試料から放射された２次電子は電極に収集さ
れる。このように設計することにより、電流後方散乱コ
レクタは妨害されずに動作することができ、一方、通常
の２次電子放射パターンとその漏斗効果を利用すること
ができる。
［実施例］ 下記の詳細な説明は例示のためのものであつて、本発
明がそれに限定されることを意味するものではない。下
記の詳細な説明は添付図面を参照することによつて最も
よく理解することができる。
明がそれに限定されることを意味するものではない。下
記の詳細な説明は添付図面を参照することによつて最も
よく理解することができる。
第１図は「標準的」走査電子顕微鏡の図面である。電
子ビームは電子銃で発生し、電子光学筒体１を通つて進
む。この電子ビームは磁界レンズ３と磁界レンズ４を通
る。これらの磁界レンズは電子ビームを結像させるため
のレンズである。その後、電子ビームは試料室８の中に
入り、試料９に入射する。試料９は試料台５の上に保持
されている。
子ビームは電子銃で発生し、電子光学筒体１を通つて進
む。この電子ビームは磁界レンズ３と磁界レンズ４を通
る。これらの磁界レンズは電子ビームを結像させるため
のレンズである。その後、電子ビームは試料室８の中に
入り、試料９に入射する。試料９は試料台５の上に保持
されている。
ガス雰囲気中にある試料の検査を行なうことができる
環境走査電子顕微鏡のための本発明による新規な対物レ
ンズ組立体が第２図に示されている。電子銃から放射さ
れた電子ビームは、環境走査電子顕微鏡の事実上円筒状
の対物レンズ磁気容器14を通る。磁気容器14は鉄で作成
されることが好ましい。この電子ビームは「１次電子ビ
ーム」と呼ぶことにし、参照番号19で全体的に示されて
いる。１次電子ビームが加速された後、発散する傾向を
有する。対物レンズ磁気容器14の中に配置されたレンズ
銅巻線20が１次電子ビーム19を結像するのに用いられ
る。このコイルは軸上に配置された真空のライナ管22を
取り巻いている。このライナ管22は対物レンズ磁気容器
14の中に配置されている。上部走査コイル21と下部走査
コイル23は、ライナ管22の近傍の動径方向に配置され
る。ライナ管の近傍で上部走査コイル21の上に、無非点
収差コイル25が配置される。この無非点収差コイルは１
次電子ビームの形状を補正する。ライナ管22はライナ管
放出開口部24を有する。電子ビームはこの放出開口部24
を通り、そして走査と結像を行なう。
環境走査電子顕微鏡のための本発明による新規な対物レ
ンズ組立体が第２図に示されている。電子銃から放射さ
れた電子ビームは、環境走査電子顕微鏡の事実上円筒状
の対物レンズ磁気容器14を通る。磁気容器14は鉄で作成
されることが好ましい。この電子ビームは「１次電子ビ
ーム」と呼ぶことにし、参照番号19で全体的に示されて
いる。１次電子ビームが加速された後、発散する傾向を
有する。対物レンズ磁気容器14の中に配置されたレンズ
銅巻線20が１次電子ビーム19を結像するのに用いられ
る。このコイルは軸上に配置された真空のライナ管22を
取り巻いている。このライナ管22は対物レンズ磁気容器
14の中に配置されている。上部走査コイル21と下部走査
コイル23は、ライナ管22の近傍の動径方向に配置され
る。ライナ管の近傍で上部走査コイル21の上に、無非点
収差コイル25が配置される。この無非点収差コイルは１
次電子ビームの形状を補正する。ライナ管22はライナ管
放出開口部24を有する。電子ビームはこの放出開口部24
を通り、そして走査と結像を行なう。
小さな開口部を使うことにより、真空領域を圧力が順
次に増大する領域に分離し、かつ、それらの間で電子ビ
ーム路に妨害を与えないようにこれらの領域を保持する
ことは、よく知られている技術である。差動排気として
通常呼ばれているこの方法は、広く利用されており、そ
してほぼ全部の電子顕微鏡に対し程度の差はあつても用
いられている。第２図に示されているように、環境走査
電子顕微鏡のための対物レンズ組立体は、その圧力制御
装置の作成と、差動排気された領域内に保持される圧力
の大きさとの両方において、他に例をみない独特のもの
である。
次に増大する領域に分離し、かつ、それらの間で電子ビ
ーム路に妨害を与えないようにこれらの領域を保持する
ことは、よく知られている技術である。差動排気として
通常呼ばれているこの方法は、広く利用されており、そ
してほぼ全部の電子顕微鏡に対し程度の差はあつても用
いられている。第２図に示されているように、環境走査
電子顕微鏡のための対物レンズ組立体は、その圧力制御
装置の作成と、差動排気された領域内に保持される圧力
の大きさとの両方において、他に例をみない独特のもの
である。
まず、第２図に示されているように、電子ビームは、
真空ライナ管22の高真空中から差動排気開口部装置28の
中へ進む。この開口部装置28は真空ライナ管22と通じて
いる。差動排気開口部装置28は一連の内部通路、すなわ
ち、一連の「中間」真空領域を通る。電子ビームは低圧
領域30から高圧領域32へと進む。
真空ライナ管22の高真空中から差動排気開口部装置28の
中へ進む。この開口部装置28は真空ライナ管22と通じて
いる。差動排気開口部装置28は一連の内部通路、すなわ
ち、一連の「中間」真空領域を通る。電子ビームは低圧
領域30から高圧領域32へと進む。
圧力の異なる領域を作り出しかつそれらを分離するた
めに、少なくとも２個の、全体的には環状の、非磁性体
材料の隔壁と、磁気最終レンズ磁極または隔壁とが、軸
上の異なる位置に取り付けられる。これらの隔壁は前記
容器の内側に突き出ている。具体的にいえば、これら
は、全体的に環状で非磁性体で作成された第１隔壁34と
第２隔壁36、および環状の最終磁気レンズ磁極38であ
る。これらの隔壁は、おのおの中央開口部39a,39bおよ
び39cを有する。電子ビームはこれらの開口部を通過す
る。低圧の領域、すなわち、第１「中間」真空領域30が
全体的に環状の第１隔壁34と第２隔壁36との間に配置さ
れる。それよりも圧力の高い領域、すなわち、第２「中
間」真空領域32は全体的に環状の第２隔壁36と最終磁極
38との間に配置される。
めに、少なくとも２個の、全体的には環状の、非磁性体
材料の隔壁と、磁気最終レンズ磁極または隔壁とが、軸
上の異なる位置に取り付けられる。これらの隔壁は前記
容器の内側に突き出ている。具体的にいえば、これら
は、全体的に環状で非磁性体で作成された第１隔壁34と
第２隔壁36、および環状の最終磁気レンズ磁極38であ
る。これらの隔壁は、おのおの中央開口部39a,39bおよ
び39cを有する。電子ビームはこれらの開口部を通過す
る。低圧の領域、すなわち、第１「中間」真空領域30が
全体的に環状の第１隔壁34と第２隔壁36との間に配置さ
れる。それよりも圧力の高い領域、すなわち、第２「中
間」真空領域32は全体的に環状の第２隔壁36と最終磁極
38との間に配置される。
この対物レンズ組立体は、また、この容器14内にこれ
らの隔壁を取はずし可能に固定しかつ各圧力領域を密封
する装置を有する。第１隔壁、すなわち、上部非磁性体
隔壁34は磁性体で作成された上部環状保持部品、すなわ
ち、上部リング42に取り付けられかつそれに密封され
る。このリング42は、磁気容器14の内側に配置された環
状の磁性体カラーと、締具43によつて、１つの端部にお
いて接触している。上部非磁性体隔壁34は上部リング42
の内側に延長されている。同じように、第２隔壁、すな
わち、全体的に環状の下部非磁性体隔壁36は、上部リン
グの下部分41bに、締具44によつて、取り付けられかつ
それに密封される。この第２環状隔壁36はまた上部環状
リング42の内側に延長されている。最終磁極38は、磁性
材料で作成された下部環状リング47に取り付けられかつ
それと密封される。下部環状リング47は第１リング42
と、締具49によつて、接触する。種々の圧力領域を相互
に密封するために、44a,44b,44c,44d,44e,44f,44gおよ
び44hのような複数個のＯリングが用いられる。したが
つて、この構造の場合、真空領域30と真空領域32の両方
が対物レンズ磁気容器14の中に完全に収納され、かつ、
この磁気容器14に対して密封される。けれども、これら
の隔壁は、磁気容器の中で取りはずし可能に取り付けら
れているから、それらは、簡単にかつ効率的に、取りは
ずして洗浄を行なうことができる。
らの隔壁を取はずし可能に固定しかつ各圧力領域を密封
する装置を有する。第１隔壁、すなわち、上部非磁性体
隔壁34は磁性体で作成された上部環状保持部品、すなわ
ち、上部リング42に取り付けられかつそれに密封され
る。このリング42は、磁気容器14の内側に配置された環
状の磁性体カラーと、締具43によつて、１つの端部にお
いて接触している。上部非磁性体隔壁34は上部リング42
の内側に延長されている。同じように、第２隔壁、すな
わち、全体的に環状の下部非磁性体隔壁36は、上部リン
グの下部分41bに、締具44によつて、取り付けられかつ
それに密封される。この第２環状隔壁36はまた上部環状
リング42の内側に延長されている。最終磁極38は、磁性
材料で作成された下部環状リング47に取り付けられかつ
それと密封される。下部環状リング47は第１リング42
と、締具49によつて、接触する。種々の圧力領域を相互
に密封するために、44a,44b,44c,44d,44e,44f,44gおよ
び44hのような複数個のＯリングが用いられる。したが
つて、この構造の場合、真空領域30と真空領域32の両方
が対物レンズ磁気容器14の中に完全に収納され、かつ、
この磁気容器14に対して密封される。けれども、これら
の隔壁は、磁気容器の中で取りはずし可能に取り付けら
れているから、それらは、簡単にかつ効率的に、取りは
ずして洗浄を行なうことができる。
第１環状隔壁と第２環状隔壁は、アルミニウムで作成
されることが好ましい。ライナ管開口部24の近くの真空
ライナ管部分は、上部隔壁34の環状中央ブツシング48に
よつて、対物レンズ磁気容器14の中心軸に沿つて保持さ
れる。中央ブツシング48にＯリング48aがそなえられて
いて、それによりライナ管22が磁気容器14の中心軸上に
さらに保持される。
されることが好ましい。ライナ管開口部24の近くの真空
ライナ管部分は、上部隔壁34の環状中央ブツシング48に
よつて、対物レンズ磁気容器14の中心軸に沿つて保持さ
れる。中央ブツシング48にＯリング48aがそなえられて
いて、それによりライナ管22が磁気容器14の中心軸上に
さらに保持される。
差動排気された開口部装置28の中の気体分子の総数を
限定することにより、そして隣接する圧力領域の間の気
体の流量を制御することにより、電子ビームは、気体分
子との衝突によつて大きな変動を受けることなく、差動
排気された開口部装置を通過することができる。真空ポ
ンプ装置（図示されていない）により、磁気容器内に必
要な真空度が保持される、外部の排気装置に各真空領域
または内部の排気路を連結するために、対物レンズ磁気
容器14には多数の排気口45および46が軸上で相互に間隔
をもつように特別に配置される。低圧領域30と排気路が
連絡するように、上部環状リング42の中に、複数個の周
辺に配置された半径方向の排気口45がそなえられる。同
じように、高圧領域32の中の圧力を保持するために、下
部環状リング47は複数個の周辺に配置された半径方向の
排気口46を有する。これらの排気口46は対応する外部排
気装置と連絡している。
限定することにより、そして隣接する圧力領域の間の気
体の流量を制御することにより、電子ビームは、気体分
子との衝突によつて大きな変動を受けることなく、差動
排気された開口部装置を通過することができる。真空ポ
ンプ装置（図示されていない）により、磁気容器内に必
要な真空度が保持される、外部の排気装置に各真空領域
または内部の排気路を連結するために、対物レンズ磁気
容器14には多数の排気口45および46が軸上で相互に間隔
をもつように特別に配置される。低圧領域30と排気路が
連絡するように、上部環状リング42の中に、複数個の周
辺に配置された半径方向の排気口45がそなえられる。同
じように、高圧領域32の中の圧力を保持するために、下
部環状リング47は複数個の周辺に配置された半径方向の
排気口46を有する。これらの排気口46は対応する外部排
気装置と連絡している。
電子ビームが正しく焦点を結ぶように、磁性体鉄容器
14を真空ライナ管22の近くまで延長するために、第１隔
壁34は角度をもつて配置された部分51aを有する。この
部分51aは鉄容器14の周辺の角度付部分55と突き合わせ
接触をする。この角度付部分55の端部は光学ライナ開口
部24と事実上整合している。第２環状隔壁36および最終
磁極38を、第１隔壁34のこの円筒形角度付部分51aと一
致させるために、第２隔壁36は角度付部分51bを有し、
かつ、最終磁極38は角度付部分51cを有する。第２図に
示されているように、差動排気装置（すなわち、隔壁、
最終磁極、環状リング、および排気口）は、対物レンズ
磁気容器の隔壁の中央開口部に対して、対称的に配置さ
れる。
14を真空ライナ管22の近くまで延長するために、第１隔
壁34は角度をもつて配置された部分51aを有する。この
部分51aは鉄容器14の周辺の角度付部分55と突き合わせ
接触をする。この角度付部分55の端部は光学ライナ開口
部24と事実上整合している。第２環状隔壁36および最終
磁極38を、第１隔壁34のこの円筒形角度付部分51aと一
致させるために、第２隔壁36は角度付部分51bを有し、
かつ、最終磁極38は角度付部分51cを有する。第２図に
示されているように、差動排気装置（すなわち、隔壁、
最終磁極、環状リング、および排気口）は、対物レンズ
磁気容器の隔壁の中央開口部に対して、対称的に配置さ
れる。
電子ビーム19は光学ライナ管の中心に沿つて下方に進
み、そして２つの真空領域30および32を通り、そして試
料77の表面に衝突する。試料は試料室50の環境の中にあ
る。電子ビームは２つの圧力制限開口部52および53を通
る。この２つの圧力制限開口部52および53は、取りはず
し可能な２つの開口部を有する開口部担体と２次電子検
出器との組立体54の中で、整合して保持される。これら
の２つの開口部は開口部担体54の反対端に作成されてお
り、そして試料室50の高い圧力とライナ管22の真空とを
分離している。
み、そして２つの真空領域30および32を通り、そして試
料77の表面に衝突する。試料は試料室50の環境の中にあ
る。電子ビームは２つの圧力制限開口部52および53を通
る。この２つの圧力制限開口部52および53は、取りはず
し可能な２つの開口部を有する開口部担体と２次電子検
出器との組立体54の中で、整合して保持される。これら
の２つの開口部は開口部担体54の反対端に作成されてお
り、そして試料室50の高い圧力とライナ管22の真空とを
分離している。
開口部担体は第２隔壁の中央開口部と最終磁極の中に
配置され、電子ビームが、真空ライナ管22から内部通路
30および32の中へ、そしてさらにこの環境走査電子顕微
鏡の試料室50の中へ進むことを可能にし、かつ、気体分
子が試料室から内部通路30および32へ侵入するのを制限
することができる。さらに詳細にいえば、真空ライナ管
22の中の電子ビームは、第１隔壁34の中央開口部39aの
中に配置されたライナ管開口部24を通つて進む。このラ
イナ管開口部24の寸法は、電子ビームが真空ライナ管か
ら低圧領域、すなわち、上部内部通路30へ進むことがで
きる大きさの寸法を有する。開口部担体54の上部開口部
52は第２環状隔壁36の中央開口部39bの中に配置され、
そしてのその寸法は、電子ビームが下部内部通路、すな
わち、高圧領域32の中へ進むことができ、かつ、気体分
子が下部内部通路から上部内部通路30へ進むのを制限す
る大きさの寸法を有する。開口部担体54の下部開口部53
は、最終磁極38の中央開口部（25c;第４図参照）と事実
上整合して配置され、そして電子ビームがこの環境走査
電子顕微鏡の試料室50に進むことができると共に、気体
分子が試料室から下部内部通路32へ侵入するのを制限す
る。
配置され、電子ビームが、真空ライナ管22から内部通路
30および32の中へ、そしてさらにこの環境走査電子顕微
鏡の試料室50の中へ進むことを可能にし、かつ、気体分
子が試料室から内部通路30および32へ侵入するのを制限
することができる。さらに詳細にいえば、真空ライナ管
22の中の電子ビームは、第１隔壁34の中央開口部39aの
中に配置されたライナ管開口部24を通つて進む。このラ
イナ管開口部24の寸法は、電子ビームが真空ライナ管か
ら低圧領域、すなわち、上部内部通路30へ進むことがで
きる大きさの寸法を有する。開口部担体54の上部開口部
52は第２環状隔壁36の中央開口部39bの中に配置され、
そしてのその寸法は、電子ビームが下部内部通路、すな
わち、高圧領域32の中へ進むことができ、かつ、気体分
子が下部内部通路から上部内部通路30へ進むのを制限す
る大きさの寸法を有する。開口部担体54の下部開口部53
は、最終磁極38の中央開口部（25c;第４図参照）と事実
上整合して配置され、そして電子ビームがこの環境走査
電子顕微鏡の試料室50に進むことができると共に、気体
分子が試料室から下部内部通路32へ侵入するのを制限す
る。
第３図と第４図にさらに詳細に示されているように、
２つの開口部を有する開口部担体と２次電子検出器との
組立装置54は、主体部分56と、絶縁体60と、環状でバイ
アスされた板状検出器62とを有する。主体部分56は、そ
の端部63に第１圧力制限開口部、すなわち、上部圧力制
限開口部52と、開口部52の下の上端部に作成された空洞
64とを有する。主体部分56は非磁性体のステンレス・ス
チールで作成されることが好ましく、そしてその外側表
面は波形をしていて多数の凹所を有することが好まし
い。主体部分56はまた複数個の穴61を有する。これらの
穴61は高圧領域32と空洞64とに通じていて、空洞64の内
部はほぼ高圧領域32の圧力に保たれる。
２つの開口部を有する開口部担体と２次電子検出器との
組立装置54は、主体部分56と、絶縁体60と、環状でバイ
アスされた板状検出器62とを有する。主体部分56は、そ
の端部63に第１圧力制限開口部、すなわち、上部圧力制
限開口部52と、開口部52の下の上端部に作成された空洞
64とを有する。主体部分56は非磁性体のステンレス・ス
チールで作成されることが好ましく、そしてその外側表
面は波形をしていて多数の凹所を有することが好まし
い。主体部分56はまた複数個の穴61を有する。これらの
穴61は高圧領域32と空洞64とに通じていて、空洞64の内
部はほぼ高圧領域32の圧力に保たれる。
絶縁体60は中空円筒の形に作成され、そして入口開口
部67と出口開口部68と有する。絶縁体60は、主体部分56
の開口部65の中に挿入されて保持される。絶縁体60は、
アセタール樹脂（商品名：デルリン〔デュポン社〕）、
フルオロカーボン樹脂（商品名：テフロン〔デュポン
社〕）、ナイロン、石英、またはセラミツクで作成され
ることが好ましい。環状でバイアスされた板状の検出器
62の中心軸は電子ビームの軸と一致しており、そして検
出器62は基板部分69とステム部分70とを有する。このス
テム部分70は絶縁体60の流出口68の中に挿入されて保持
され、そして基板部分69は開口部を有し、この開口部が
開口部担体54の下部開口部53である。検出器極板はステ
ンレス・スチールで作成されることが好ましく、そして
基板部分の直径は約3.81ミリメートル（約0.150イン
チ）であることが好ましい。このように構成する場合、
検出器極板と開口部担体は一体化して構成される。
部67と出口開口部68と有する。絶縁体60は、主体部分56
の開口部65の中に挿入されて保持される。絶縁体60は、
アセタール樹脂（商品名：デルリン〔デュポン社〕）、
フルオロカーボン樹脂（商品名：テフロン〔デュポン
社〕）、ナイロン、石英、またはセラミツクで作成され
ることが好ましい。環状でバイアスされた板状の検出器
62の中心軸は電子ビームの軸と一致しており、そして検
出器62は基板部分69とステム部分70とを有する。このス
テム部分70は絶縁体60の流出口68の中に挿入されて保持
され、そして基板部分69は開口部を有し、この開口部が
開口部担体54の下部開口部53である。検出器極板はステ
ンレス・スチールで作成されることが好ましく、そして
基板部分の直径は約3.81ミリメートル（約0.150イン
チ）であることが好ましい。このように構成する場合、
検出器極板と開口部担体は一体化して構成される。
この好ましい実施例のように設計すれば、開口部担体
54は中央開口部39bおよび39cの中に取りはずし可能に保
持することができ、そして開口部52および開口部53は光
学ライナ管開口部24の中の電子ビームと整合している。
環状隔壁36の中央開口部39bの中に開口部担体54を保持
するために、全体的に環状である隔壁36が端部71および
端部72を有し、これらの端部に、主体部分56の端部63が
挿入されて保持される。同じように、環状隔壁36の基板
部分73および74は主体部分56の凹所75の上に保持され
る。このようにして、開口部52は、真空ライナ管22のラ
イナ管放出開口部24と整合して配置される。
54は中央開口部39bおよび39cの中に取りはずし可能に保
持することができ、そして開口部52および開口部53は光
学ライナ管開口部24の中の電子ビームと整合している。
環状隔壁36の中央開口部39bの中に開口部担体54を保持
するために、全体的に環状である隔壁36が端部71および
端部72を有し、これらの端部に、主体部分56の端部63が
挿入されて保持される。同じように、環状隔壁36の基板
部分73および74は主体部分56の凹所75の上に保持され
る。このようにして、開口部52は、真空ライナ管22のラ
イナ管放出開口部24と整合して配置される。
さらに、この組立体全体54が非磁性体76（第４図を見
よ）の中にねじによりねじ込まれる。このブツシングは
青銅で作成されることが好ましい。また、このブツシン
グは対物レンズ磁極38に永久的に取り付けられる。完全
に組み立てられると、開口部担体は差動排気装置の隔壁
36と磁極38との両方に対し密封を行ない、そして２つの
圧力制限開口部の両方が、同時に、それらの正しい位置
に取り付けられる。上部開口部52には上部真空領域30か
ら１次電子ビームが入射する。一方、下部開口部53と検
出器極板62は検査される試料と対面している。開口部担
体の主体部分には複数個の開口部61があけられていて、
上部開口部と下部開口部との間の領域の圧力は高圧領域
32の圧力と同じに保たれる。上部開口部52は開口部担体
54に直接に機械加工を行なうことによつて作成すること
ができるが、出口開口部は、バイアスされた検出器をア
ースされたレンズ磁極から隔離するために、絶縁体ブツ
シング60の中に取り付けられなければならない。
よ）の中にねじによりねじ込まれる。このブツシングは
青銅で作成されることが好ましい。また、このブツシン
グは対物レンズ磁極38に永久的に取り付けられる。完全
に組み立てられると、開口部担体は差動排気装置の隔壁
36と磁極38との両方に対し密封を行ない、そして２つの
圧力制限開口部の両方が、同時に、それらの正しい位置
に取り付けられる。上部開口部52には上部真空領域30か
ら１次電子ビームが入射する。一方、下部開口部53と検
出器極板62は検査される試料と対面している。開口部担
体の主体部分には複数個の開口部61があけられていて、
上部開口部と下部開口部との間の領域の圧力は高圧領域
32の圧力と同じに保たれる。上部開口部52は開口部担体
54に直接に機械加工を行なうことによつて作成すること
ができるが、出口開口部は、バイアスされた検出器をア
ースされたレンズ磁極から隔離するために、絶縁体ブツ
シング60の中に取り付けられなければならない。
電子ビームがライナ管開口部24を出た後、電子ビーム
は、低圧領域30と高圧領域32とを通る。電子ビームは、
ライナ管開口部24と、開口部担体54の主体部分56の上部
開口部52との間の、低圧領域30を通る。この電子ビーム
はさらに進んで、開口部担体54の上部開口部52と、下部
開口部53との間にある、主体部分の空洞64の高圧領域32
を通る。このようにして、開口部担体の開口部52と開口
部53は、高い圧力の試料室と真空のライナ管22とを分離
する。
は、低圧領域30と高圧領域32とを通る。電子ビームは、
ライナ管開口部24と、開口部担体54の主体部分56の上部
開口部52との間の、低圧領域30を通る。この電子ビーム
はさらに進んで、開口部担体54の上部開口部52と、下部
開口部53との間にある、主体部分の空洞64の高圧領域32
を通る。このようにして、開口部担体の開口部52と開口
部53は、高い圧力の試料室と真空のライナ管22とを分離
する。
より大きな解像度を得るために、検出器極板は電極と
して動作し、試料台50aの上の試料の表面から放射され
た２次電子を収集する。この構成の場合、検出器極板62
は開口部53と一体化して作成され、それにより信号収集
効率を最大にすることができ、かつ、最終圧力制限開口
部の下方の一定範囲の距離（作動距離）のところに試料
を配置することができる。けれども、試料が最終圧力制
限開口部53から約4mmないし10mmの距離にある時、最良
の解像度の得られることがわかつた。
して動作し、試料台50aの上の試料の表面から放射され
た２次電子を収集する。この構成の場合、検出器極板62
は開口部53と一体化して作成され、それにより信号収集
効率を最大にすることができ、かつ、最終圧力制限開口
部の下方の一定範囲の距離（作動距離）のところに試料
を配置することができる。けれども、試料が最終圧力制
限開口部53から約4mmないし10mmの距離にある時、最良
の解像度の得られることがわかつた。
試料77から放射された２次電子78は、バイアス電圧に
よつて生ずる電界によつて、検出器の極板表面に向かっ
て加速される。このバイアス電圧の典型的な値は正電圧
の数百ボルトである。試料表面は、気体中の可動荷電体
の作用により、実効的にゼロ電位（アース電位）に保た
れる。加速された電子と気体分子との間の衝突により、
自由電子が放出されて付加される。この付加された自由
電子も検出器極板へ向けて加速される。気体の圧力と電
界の大きさとを適切に制御することにより、気体で増倍
された電子電流が検出器極板に到達し、それにより２次
電子信号それ自身の線形増幅機能が得られる。この２次
電子信号から、電子像を観察しかつ記録するためのビデ
オ信号を得ることができる。検出器極板に集められた電
流は電流増幅器80に送られる。電流増幅器80は、検出器
バイアス電圧器79により、検出器と同じ電位に保たれ
る。電流増幅器80は、アースされたビデオ回路82に、全
帯域幅における結合されなければならない。ビデオ装置
82は表示装置83に接続される。
よつて生ずる電界によつて、検出器の極板表面に向かっ
て加速される。このバイアス電圧の典型的な値は正電圧
の数百ボルトである。試料表面は、気体中の可動荷電体
の作用により、実効的にゼロ電位（アース電位）に保た
れる。加速された電子と気体分子との間の衝突により、
自由電子が放出されて付加される。この付加された自由
電子も検出器極板へ向けて加速される。気体の圧力と電
界の大きさとを適切に制御することにより、気体で増倍
された電子電流が検出器極板に到達し、それにより２次
電子信号それ自身の線形増幅機能が得られる。この２次
電子信号から、電子像を観察しかつ記録するためのビデ
オ信号を得ることができる。検出器極板に集められた電
流は電流増幅器80に送られる。電流増幅器80は、検出器
バイアス電圧器79により、検出器と同じ電位に保たれ
る。電流増幅器80は、アースされたビデオ回路82に、全
帯域幅における結合されなければならない。ビデオ装置
82は表示装置83に接続される。
開口部52と開口部53は電子ビームを通過させるのに十
分の大きさを持つているが、圧力のより高い下の領域か
ら圧力のより低い上の領域への気体の漏洩を事実上制限
する程度に小さな寸法を有している。この好ましい実施
例では、上の開口部52の直径は50ミクロンから1000ミク
ロンの範囲内にあることが好ましく、そして最後の開口
部53の直径は50ミクロンから1000ミクロンの範囲内にあ
ることが好ましい。
分の大きさを持つているが、圧力のより高い下の領域か
ら圧力のより低い上の領域への気体の漏洩を事実上制限
する程度に小さな寸法を有している。この好ましい実施
例では、上の開口部52の直径は50ミクロンから1000ミク
ロンの範囲内にあることが好ましく、そして最後の開口
部53の直径は50ミクロンから1000ミクロンの範囲内にあ
ることが好ましい。
真空領域30と真空領域32のおのおのは、それぞれ固有
の外部排気装置によつて、別々に排気される。これらの
固有の外部排気装置は、関与する開口部に漏洩する気体
量を排出して、要求された圧力に保持することができ
る。レンズ磁気容器14の中に配置される差動排気装置の
すべての部分は非磁性体で作成され、したがつて、これ
らの部分が結像用臨界磁界の生成に影響を与えることは
ない。
の外部排気装置によつて、別々に排気される。これらの
固有の外部排気装置は、関与する開口部に漏洩する気体
量を排出して、要求された圧力に保持することができ
る。レンズ磁気容器14の中に配置される差動排気装置の
すべての部分は非磁性体で作成され、したがつて、これ
らの部分が結像用臨界磁界の生成に影響を与えることは
ない。
0.0001トルまたはそれ以下の真空度に保持しなければ
ならない通常の走査電子顕微鏡とは異つて、本発明の環
境走査電子顕微鏡では、試料室の圧力を20トル（室温で
の水蒸気の飽和分圧）以上の保持することができ、か
つ、上部の電子光学筒体内部の真空度を大幅に低下させ
ることはない。第３の圧力制限開口部（開口部52および
開口部53以外の開口部）と第３差動排気装置を付加して
そなえることにより、試料室を大気圧（760トル）また
はそれ以上の圧力にさえ保持することが可能であろう。
ならない通常の走査電子顕微鏡とは異つて、本発明の環
境走査電子顕微鏡では、試料室の圧力を20トル（室温で
の水蒸気の飽和分圧）以上の保持することができ、か
つ、上部の電子光学筒体内部の真空度を大幅に低下させ
ることはない。第３の圧力制限開口部（開口部52および
開口部53以外の開口部）と第３差動排気装置を付加して
そなえることにより、試料室を大気圧（760トル）また
はそれ以上の圧力にさえ保持することが可能であろう。
この構成の場合の１つの重要な利点は、レンズの下の
圧力制御装置の場合によくあるように作動距離（レンズ
と試料との間の距離）が長いことによる電子光学特性の
劣化が、この一体化された差動排気装置の場合にはない
ことである。さらに、作像検出器と最終圧力制限開口部
53とを一体化することにより差動距離を極めて短くする
ことができるので、１次電子ビームが試料に衝突する前
に圧力の高い試料室領域を通るさいに受ける散乱が少な
い。
圧力制御装置の場合によくあるように作動距離（レンズ
と試料との間の距離）が長いことによる電子光学特性の
劣化が、この一体化された差動排気装置の場合にはない
ことである。さらに、作像検出器と最終圧力制限開口部
53とを一体化することにより差動距離を極めて短くする
ことができるので、１次電子ビームが試料に衝突する前
に圧力の高い試料室領域を通るさいに受ける散乱が少な
い。
どの電子顕微鏡の場合にも、高い圧力下で動作しうる
２次電子作像用検出器をそなえることが重要である。こ
の問題について一定の論争が常にあるけれども、現在
は、走査ビームと試料との相互作用によつて生ずる２次
電子ビーム束はすべての走査電子顕微鏡像の大部分を生
成するのに用いられており、そしてこの２次電子ビーム
束は高分解能情報を担つているものとされている。環境
走査電子顕微鏡の試料室内に雰囲気気体があるので、高
真空の走査電子顕微鏡に用いられる従来のエバハート・
ソーンレイ（Everhart−Thornley）作像用検出器は使え
ない。その理由は、そのシンチレータの表面上に必要と
される数キロボルトのバイアス電圧によつて、気体内に
電気的絶縁破壊が起こるからである。けれども、電子顕
微鏡で用いられる電子ビーム電流が極めて小さい（ピコ
アンペア）、および信号の大きさも極めて小さいため
に、工学上の観点から、エバハート・ソーンレイ検出器
のシンチレータ光電子増倍管で得ることができるのと同
様の作像用信号の雑音増幅が強く要望される。
２次電子作像用検出器をそなえることが重要である。こ
の問題について一定の論争が常にあるけれども、現在
は、走査ビームと試料との相互作用によつて生ずる２次
電子ビーム束はすべての走査電子顕微鏡像の大部分を生
成するのに用いられており、そしてこの２次電子ビーム
束は高分解能情報を担つているものとされている。環境
走査電子顕微鏡の試料室内に雰囲気気体があるので、高
真空の走査電子顕微鏡に用いられる従来のエバハート・
ソーンレイ（Everhart−Thornley）作像用検出器は使え
ない。その理由は、そのシンチレータの表面上に必要と
される数キロボルトのバイアス電圧によつて、気体内に
電気的絶縁破壊が起こるからである。けれども、電子顕
微鏡で用いられる電子ビーム電流が極めて小さい（ピコ
アンペア）、および信号の大きさも極めて小さいため
に、工学上の観点から、エバハート・ソーンレイ検出器
のシンチレータ光電子増倍管で得ることができるのと同
様の作像用信号の雑音増幅が強く要望される。
前記の一体化された開口部と検出器の組立装置で得ら
れる像は、次のパラメータ、すなわち、開口部バイアス
と、気体圧力と、与えられた気体または気体の混合体に
対する試料と開口部との距離に正しい値を選定した時に
のみ、２次電子信号（SE,secondary electron signal）
に対応する。これらのパラメータに異なる数値の組を選
定した場合には、後方散乱電子信号（BSE,backscattere
d electron signal）に対応する像を生ずることが可能
であることが示された。さらに、これらのパラメータの
値を変えることにより、後方散乱電子信号と２次電子信
号とが混つたものに対応する信号を生ずることが可能で
ある。その誤動作のために、この装置は環境走査電子顕
微鏡における気体検出器装置（GDD,gaseous detector d
evice）と云われている。
れる像は、次のパラメータ、すなわち、開口部バイアス
と、気体圧力と、与えられた気体または気体の混合体に
対する試料と開口部との距離に正しい値を選定した時に
のみ、２次電子信号（SE,secondary electron signal）
に対応する。これらのパラメータに異なる数値の組を選
定した場合には、後方散乱電子信号（BSE,backscattere
d electron signal）に対応する像を生ずることが可能
であることが示された。さらに、これらのパラメータの
値を変えることにより、後方散乱電子信号と２次電子信
号とが混つたものに対応する信号を生ずることが可能で
ある。その誤動作のために、この装置は環境走査電子顕
微鏡における気体検出器装置（GDD,gaseous detector d
evice）と云われている。
気体の圧力と加えられた電界とが一定の条件下にある
時、気体中の電流は、気体分子とのつぎつぎのイオン化
衝突によりカスケード的に付加自由電子を生じて、増大
することがわかつている。電子ビーム軸を中心軸とする
本発明のバイアスされた環状極板検出器により、２次電
子信号の最高でかつ最も容易に制御された利得増倍率の
得られることが示された。差動排気装置の最終圧力制限
開口部と検出器薄板とを一体化することにより、検出器
極板の寸法を小さくすることができ、かつ、大きな後方
散乱検出器との干渉を避けることができる。このことは
明らかに、好ましい収集構造と、非常に短い作動距離に
おける効率的な動作とによるものである。本発明の環境
走査電子顕微鏡によつて得られる像は、典型的な側方取
り付けエバーハト・ソーンレイ検出器を用いて得られる
像と品質において同じであり、かつ、バイアスされた極
板が電子ビームを中心軸として完全に対称的に配置され
ているので、「影」のない２次電子像が得られるという
利点をさらに有する。この利点はある応用では重要な利
点である。この利点と、（雰囲気気体中の可動イオンに
よる）表面電荷の完全な散逸という利点とにより、特別
な作成法またはアースをすることなしに、ガラスや、プ
ラスチツク、または被覆されていない半導体材料のよう
な材料を、容易に観察することができる。
時、気体中の電流は、気体分子とのつぎつぎのイオン化
衝突によりカスケード的に付加自由電子を生じて、増大
することがわかつている。電子ビーム軸を中心軸とする
本発明のバイアスされた環状極板検出器により、２次電
子信号の最高でかつ最も容易に制御された利得増倍率の
得られることが示された。差動排気装置の最終圧力制限
開口部と検出器薄板とを一体化することにより、検出器
極板の寸法を小さくすることができ、かつ、大きな後方
散乱検出器との干渉を避けることができる。このことは
明らかに、好ましい収集構造と、非常に短い作動距離に
おける効率的な動作とによるものである。本発明の環境
走査電子顕微鏡によつて得られる像は、典型的な側方取
り付けエバーハト・ソーンレイ検出器を用いて得られる
像と品質において同じであり、かつ、バイアスされた極
板が電子ビームを中心軸として完全に対称的に配置され
ているので、「影」のない２次電子像が得られるという
利点をさらに有する。この利点はある応用では重要な利
点である。この利点と、（雰囲気気体中の可動イオンに
よる）表面電荷の完全な散逸という利点とにより、特別
な作成法またはアースをすることなしに、ガラスや、プ
ラスチツク、または被覆されていない半導体材料のよう
な材料を、容易に観察することができる。
このように電気機械設計を行なうことにより、圧力制
御と、電子ビーム結像と、信号像幅と、一方において、
試料処理に関して実際的でない制限がないことと、電子
顕微鏡の分解能と、についての要請が同時に満される。
御と、電子ビーム結像と、信号像幅と、一方において、
試料処理に関して実際的でない制限がないことと、電子
顕微鏡の分解能と、についての要請が同時に満される。
本発明を好ましい実施例に基づいて具体的に説明した
けれども、当業者にとつては、本発明の範囲内において
種々の変更、修正を行なうことができることは容易にわ
かるであろう。例えば、対物レンズ組立体はただ１つの
内部通路、すなわち、ただ１つの「中間」真空領域を有
することもできる。この構成の場合、内部通路は（34の
ような）非磁性体環状開口部と（38のような）最終磁極
との間に配置されるであろう。この非磁性体隔壁の中央
部の開口部が電子光学筒体のライナ管の直径を定める。
（54のような）開口部担体が、非磁性体隔壁の中央部の
開口部と最終磁極との間に、取りはずし可能に取り付け
られる。この好ましい実施例によれば、この開口部担体
の上部開口部は、真空ライナ放出開口部と事実上連続し
た非磁性体環状隔壁の中央部の開口部の中に配置され
る。次に、下部開口部が最終磁極の中央開口部と事実上
整合して配置される。開口部担体の穴は内部領域と連絡
していて、それにより、開口部担体の空洞が内部通路の
圧力に保たれる。このような装置は２つの「中間」真空
領域を有する環境走査電子顕微鏡で得られる試料分解能
を得ることはできないが、典型的な走査電子顕微鏡で得
られる分解能よりはよい分解能が得られる。
けれども、当業者にとつては、本発明の範囲内において
種々の変更、修正を行なうことができることは容易にわ
かるであろう。例えば、対物レンズ組立体はただ１つの
内部通路、すなわち、ただ１つの「中間」真空領域を有
することもできる。この構成の場合、内部通路は（34の
ような）非磁性体環状開口部と（38のような）最終磁極
との間に配置されるであろう。この非磁性体隔壁の中央
部の開口部が電子光学筒体のライナ管の直径を定める。
（54のような）開口部担体が、非磁性体隔壁の中央部の
開口部と最終磁極との間に、取りはずし可能に取り付け
られる。この好ましい実施例によれば、この開口部担体
の上部開口部は、真空ライナ放出開口部と事実上連続し
た非磁性体環状隔壁の中央部の開口部の中に配置され
る。次に、下部開口部が最終磁極の中央開口部と事実上
整合して配置される。開口部担体の穴は内部領域と連絡
していて、それにより、開口部担体の空洞が内部通路の
圧力に保たれる。このような装置は２つの「中間」真空
領域を有する環境走査電子顕微鏡で得られる試料分解能
を得ることはできないが、典型的な走査電子顕微鏡で得
られる分解能よりはよい分解能が得られる。
本発明の特許請求の範囲は前記実施例の他にこのよう
な種々の変更実施例を包含するものであることは断つて
おく。
な種々の変更実施例を包含するものであることは断つて
おく。
第１図は本発明を適用することができる先行技術による
走査電子顕微鏡の正面立体図、第２図は環境走査電子顕
微鏡に用いられる対物レンズ組立体の好ましい実施例の
正面図、第３図は２つの開口部をそなえた開口部担体と
２次電子作像検出器との組立体の好ましい実施例の正面
分解拡大図、第４図は第２図の線３−３に沿つて垂直横
断面図。 ［符号の説明］ 14……対物レンズ磁気容器 22……真空ライナ管 20……磁気結像装置 45……上部排気口 46……下部排気口 34……環状上部隔壁 36……環状下部隔壁、環状中間隔壁 38……最終磁性体環状隔壁 39b,39c……開口部装置 54……開口部担体 42,47……環状リング 62……電子検出器 48……中央ブツシング 24……上部開口部装置 52……中間開口部装置 53……下部開口部装置 56……主体部分 61……排気口 60……絶縁体装置 76……ブツシング 67……入口開口部 68……出口開口部 69……基板部分（開口部保持装置） 70……ステム部分 80……電流増幅器
走査電子顕微鏡の正面立体図、第２図は環境走査電子顕
微鏡に用いられる対物レンズ組立体の好ましい実施例の
正面図、第３図は２つの開口部をそなえた開口部担体と
２次電子作像検出器との組立体の好ましい実施例の正面
分解拡大図、第４図は第２図の線３−３に沿つて垂直横
断面図。 ［符号の説明］ 14……対物レンズ磁気容器 22……真空ライナ管 20……磁気結像装置 45……上部排気口 46……下部排気口 34……環状上部隔壁 36……環状下部隔壁、環状中間隔壁 38……最終磁性体環状隔壁 39b,39c……開口部装置 54……開口部担体 42,47……環状リング 62……電子検出器 48……中央ブツシング 24……上部開口部装置 52……中間開口部装置 53……下部開口部装置 56……主体部分 61……排気口 60……絶縁体装置 76……ブツシング 67……入口開口部 68……出口開口部 69……基板部分（開口部保持装置） 70……ステム部分 80……電流増幅器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジョージ シー．ルイス アメリカ合衆国 マサチューセッツ州 サッドベリィ，ホースポンド ロード 103 (56)参考文献 特開 昭56−38756（ＪＰ，Ａ)
Claims (41)
- 【請求項１】（イ） 中心軸上に配置された真空ライナ
管と、前記ライナ管内を通過する電子ビームを磁気的に
結像する装置とを有し、かつ、前記中心軸上で相互に離
れた位置に配置された上部排気口および下部排気口を有
する、事実上円筒形の対物レンズ磁気容器と、 （ロ） 前記中心軸上の異なる位置において前記磁気容
器に取り付けられおよび前記磁気容器の内側に延長さ
れ、かつ、前記上部排気口および前記下部排気口とおの
おの連絡している少なくとも２つの内部通路を定める、
非磁性体材料で構成された少なくとも２つの環状隔壁お
よび１つの最終磁性体環状隔壁と、 （ハ） 前記隔壁の中央部の開口部内に配置されて前記
電子ビームを前記真空ライナ管から前記内部通路の中へ
進めそしてさらに環境走査電子顕微鏡の試料室の中へ進
め、かつ、気体分子が前記試料室から前記内部通路へ通
過するのを制限する、開口部装置と、 を有する環境走査電子顕微鏡の対物レンズ組立体。 - 【請求項２】請求項１において、２つの開口部が前記隔
壁の前記中央開口部の中に取りはずし可能にかつ密封可
能に取り付けられた開口部担体の中にそなえられてい
る、前記対物レンズ組立体。 - 【請求項３】請求項２において、前記開口部担体が前記
対物レンズ組立体の下部分の中にねじによりねじ込むこ
とによって取り付けられた、前記対物レンズ組立体。 - 【請求項４】請求項１において、２つの前記内部通路の
それぞれが異なる圧力の気体を有する、前記対物レンズ
組立体。 - 【請求項５】請求項４において、２つの前記非磁性体環
状隔壁の間の前記内部通路が圧力の低い領域である、前
記対物レンズ組立体。 - 【請求項６】請求項４において、前記非磁性体隔壁のう
ちの１つの隔壁と前記最終磁性体隔壁との間の前記内部
通路が圧力の高い領域である、前記対物レンズ組立体。 - 【請求項７】（イ） 中心軸上に配置された真空ライナ
管と、前記ライナ管内を通過する電子ビームを磁気的に
結像する装置とを有する、事実上円筒形の対物レンズ磁
気容器と、 （ロ） 前記磁気容器とその下端部において突き合わせ
接触しかつ相互に軸方向に配置された少なくとも２つの
排気口を有する、磁性体材料で構成された環状リング
と、 （ハ） 前記中心軸上の異なる位置において前記環状リ
ングに取り付けられおよび前記リングの内側に延長さ
れ、かつ、前記環状リング内の前記排気口のうちの１つ
の排気口とおのおのが連絡している少なくとも２つの内
部通路を定める、非磁性体材料で構成された少なくとも
２つの環状隔壁および１つの最終磁性体環状隔壁と、 （ニ） 前記隔壁の中央部の開口部内に配置されて前記
電子ビームを前記ライナ管から前記内部通路の中へ進め
そしてさらに前記環境走査電子顕微鏡の試料室の中へ進
め、かつ、気体分子が前記試料室から前記内部通路へ通
過するのを制限する、開口部装置と、 を有する環境走査電子顕微鏡の対物レンズ組立体。 - 【請求項８】請求項７において、２つの開口部が前記隔
壁の前記中央開口部の中に取りはずし可能にかつ密封可
能に取り付けられた開口部担体の中にそなえられてい
る、前記対物レンズ組立体。 - 【請求項９】請求項８において、前記開口部担体が前記
対物レンズ組立体の下部分の中にねじによってねじ込む
ことによって取り付けられた、前記対物レンズ組立体。 - 【請求項１０】（イ） 中心軸上に配置された真空ライ
ナ管と、前記ライナ管内を通過する電子ビームを磁気的
に結像する装置とを有する、事実上円筒形の対物レンズ
磁気容器と、 （ロ） 前記磁気容器とその下端部において突き合わせ
接触しかつ相互に軸方向に配置された少なくとも２つの
排気口を有する、磁性体材料で構成された環状リング
と、 （ハ） 前記中心軸上の異なる位置において前記環状リ
ングに取り付けられおよび前記リングの内側に延長さ
れ、かつ、前記環状リング内の前記排気口のうちの１つ
の排気口とおのおのが連絡している少なくとも２つの内
部通路を定める、非磁性体材料で構成された少なくとも
２つの環状隔壁および１つの最終磁性体環状隔壁と、 （ニ） 前記環状隔壁の中央部の開口部に取りはずし可
能にかつ密閉可能に取り付けられた開口部担体と電子検
出器の組立体であって、前記開口部担体が電子ビームの
通路のためと環境走査電子顕微鏡の前記試料室および前
記内部通路の中へのおよびそれらの外への気体の通路の
ための開口部と、前記開口部担体の下部分と関連した電
子検出器装置とを有し、かつ、前記検出器装置が前記開
口部担体の本体から絶縁されていることと、 を有する環境走査電子顕微鏡の対物レンズ組立体。 - 【請求項１１】（イ） 中心軸上に配置された真空ライ
ナ管と、前記ライナ管内を通過する電子ビームを磁気的
に結像する装置とを有する、事実上円筒形の対物レンズ
磁気容器と、 （ロ） １つの端部において前記磁気容器と突き合わせ
接触をしかつ複数個の排気口を周縁に配置して有する磁
性体材料で構成された上部環状リング、および前記第１
リングと突き合わせ接触をしかつ複数個の排気口を周縁
に配置して有する磁性体材料で構成された下部リング
と、 （ｉ） 前記上部リングの上部分に取り付けられかつ密
封されおよびその内側に延長され、かつ、前記真空ライ
ナ管が取り付けられている中央ブッシングを有する、非
磁性体材料で構成された環状上部隔壁と、 （ii） 前記上部リングの下部分に取り付けられかつ密
封されおよびその内側に延長された、非磁性体材料で構
成された環状中間隔壁と、 （iii） 前記下部リングに取り付けられおよび密封さ
れおよびその内側に延長され、かつ、前記対物レンズ組
立体の最終磁極を構成する、 磁性体材料で構成された環状下部隔壁と、 前記上部隔壁と前記中間隔壁とが前記上部リング内の複
数個の前記排気口と周縁において連絡している上部内部
通路を定め、および前記中間隔壁と前記下部隔壁とが前
記下部リング内の複数個の前記排気口と周縁において連
絡している下部内部通路を定め、 （ハ）（ｉ） 前記上部隔壁の中央部の開口部の中に配
置されかつ電子ビームが前記真空ライナ管から前記上部
内部通路へ通過できる寸法を有する上部開口部装置と、 （ii） 前記中間隔壁の中央部の開口部の中に配置され
かつ前記電子ビームが前記下部内部通路の中へ通過でき
る寸法でおよび気体が前記下部内部通路から前記上部内
部通路へ通過するのを制限する寸法を有する中間開口部
装置と、 （iii） 前記下部隔壁の中央部の開口部の中に配置さ
れかつ前記電子ビームが環境走査電子顕微鏡の前記試料
室の中へ通過できる寸法および気体が前記試料室から前
記下部内部領域へ通過するのを制限する寸法を有する下
部開口部装置と、 を有する環境走査電子顕微鏡の対物レンズ組立体。 - 【請求項１２】請求項11において、前記中間開口部装置
と前記下部開口部装置とが前記中間隔壁と前記下部隔壁
との中央部の前記開口部の中に取りはずし可能にかつ密
封して取り付けられた開口部担体の中にそなえられた、
前記対物レンズ組立体。 - 【請求項１３】請求項（12）において、前記開口部担体
が前記環状下部隔壁の中にねじによりねじ込まれて取り
付けられた、前記対物レンズ組立体。 - 【請求項１４】請求項11において、前記中間開口部装置
の直径が50ミクロンから1000ミクロンである、前記対物
レンズ組立体。 - 【請求項１５】請求項11において、前記下部開口部装置
の直径が50ミクロンから1000ミクロンである、前記対物
レンズ組立体。 - 【請求項１６】（イ） 内部に導管を有し、かつ、対物
レンズ組立体の中の凹所の中に取りはずし可能にかつ密
封されて取り付けられた、主体部分と、 （ロ） 前記導管の下端にそなえられ、かつ、電子ビー
ムを通過させることができる寸法でありおよび気体が環
境走査電子顕微鏡の前記試料室から下部開口部の上の領
域へ通過するのを制限する寸法を有する、前記下部開口
部と、 （ハ） 前記下部開口部の上の前記主体部分の中にあっ
て、前記導管から前記対物レンズ組立体の中の下部内部
通路の中へ連絡する排気口と、 （ニ） 前記導管の中で前記下部開口部の上に配置され
および前記排気口の上に配置され、かつ、電子ビームが
通過することができる寸法でおよび気体が前記導管から
前記対物レンズ組立体の中の上部通路へ通過するのを制
限する寸法を有する、上部開口部と、 を有する環境走査電子顕微鏡の対物レンズ組立体の中に
用いられる開口部担体。 - 【請求項１７】（イ） 内部に導管を有し、かつ、対物
レンズ組立体の凹所の中に取りはずし可能におよび密封
し取り付けられた、主体部分と、 （ロ） 前記導管の下端にそなえられ、かつ、電子ビー
ムを通過させることができる寸法でありおよび気体が環
境走査電子顕微鏡の前記試料室から下部開口部の上の領
域へ通過するのを制限することができる寸法を有する、
前記下部開口部と、 （ハ） 前記下部開口部の上の前記主体部分の中にあっ
て、前記導管から前記対物レンズ組立体の中の下部内部
通路の中へ連絡する排気口と、 （ニ） 前記導管の中で前記下部開口部の上に配置され
および前記排気口の上に配置され、かつ、電子ビームが
通過することができる寸法でおよび気体が前記導管から
前記対物レンズ組立体の中の上部内部通路へ通過するの
を制限する寸法を有する、上部開口部と、 （ホ） 前記主体部分の下端に配置されかつ前記主体部
分から絶縁装置によって分離された、電子検出器と、 を有する環境走査電子顕微鏡の対物レンズ組立体に用い
られる開口部担体と電子検出器の組立体。 - 【請求項１８】請求項17において、前記絶縁体装置が前
記主体部分の下端の凹所の中に取り付けられたブッシン
グであり、かつ、前記検出器が前記絶縁体ブッシングの
中に取り付けられおよび保持された保持装置を有する金
属極板である、前記開口部担体と電子検出器の組立体。 - 【請求項１９】請求項17において、前記絶縁体装置がア
セタール樹脂で作成される、前記開口部担体と電子検出
器の組立体。 - 【請求項２０】請求項17において、前記絶縁体装置がフ
ルオロカーボン樹脂で作成される、前記開口部担体と電
子検出器の組立体。 - 【請求項２１】請求項17において、前記絶縁体装置が入
口開口部と出口開口部とを有し、かつ、前記入口開口部
が挿入されて前記導管の中に保持される、前記開口部担
体と電子検出器の組立体。 - 【請求項２２】請求項21において、前記電子検出器が基
板部分とステム部分とを有し、かつ、前記ステム部分が
前記絶縁体装置の前記出口開口部の中に取り付けられお
よび保持される、前記開口部担体と電子検出器の組立
体。 - 【請求項２３】（イ） 中心軸上に配置された真空ライ
ナ管と、前記ライナ管内を通過する電子ビームを磁気的
に結像する装置とを有する、事実上円筒形の対物レンズ
磁気容器と、 （ロ） 下端において前記磁気容器と突き合わせ接触し
かつ相互に軸方向に配置された少なくとも２つの排気口
を有する、磁性体材料で構成された環状リングと、 （ハ） 前記中心軸上の異なる位置において前記環状リ
ングに取り付けられおよび前記リングの内側に延長さ
れ、かつ、前記環状リング内の前記排気口のうちの１つ
の排気口とおのおのが連絡している少なくとも２つの内
部通路を定める、非磁性材料で構成された少なくとも２
つの環状隔壁および１つの最終環状磁性体隔壁と、 （ニ）（ｉ） 内部に導管を有し、かつ、前記対物レン
ズ組立体の凹所の中に取りはずし可能におよび密封して
取り付けられた、主体部分と、 （ii） 前記導管の下端にそなえられ、かつ、電子ビー
ムを通過させることができる寸法でありおよび気体が環
境走査電子顕微鏡の前記試料室から下部開口部の上の領
域へ通過するのを制限することができる寸法を有する、
前記下部開口部と、 （iii） 前記下部開口部の上の前記主体部分の中にあ
って、前記導管から前記対物レンズ組立体の中の下部内
部通路の中へ連絡する排気口と、 （iv） 前記導管の中で前記下部開口部の上に配置され
および前記排気口の上に配置され、かつ、電子ビームが
通過することができる寸法でありおよび気体が前記導管
から前記対物レンズ組立体の中の上部通路へ通過するの
を制限する寸法を有する、上部開口部と、 で構成された前記隔壁のうちの１つの隔壁と前記最終環
状磁極の中央部の開口部の中に取はずし可能にかつ密封
された開口部担体と電子検出器との組立体と、を有する
環境走査電子顕微鏡に用いられる対物レンズ組立体と開
口部担体の組立体。 - 【請求項２４】（イ） 中心軸上に配置された真空ライ
ナ管と、前記ライナ管を通過する電子ビームを磁気的に
結像する装置とを有する、事実上円筒形の対物レンズ磁
気容器と、 （ロ） １つの端部において前記磁気容器と突き合わせ
接触をしかつ複数個の排気口が周縁に配置された上部環
状リングと、および前記第１リングと突き合わせ接触を
しかつ複数個の排気口を周縁に配置された磁性体材料で
構成された下部リングと、 （ｉ） 前記上部リングの上部分に取り付けられかつ密
封されおよびその内側に延長され、かつ、前記真空ライ
ナ管が取り付けられている中央ブッシングを有する、非
磁性体材料で構成された環状上部隔壁と、 （ii） 前記上部リングの下部分に取り付けられかつ密
封されおよびその内側に延長された、非磁性体材料で構
成された環状中間隔壁と、 （iii） 前記下部リングに取り付けられかつ密封され
およびその内側に延長され、かつ、前記対物レンズ組立
体の最終磁極となる、磁性体材料で構成された環状下部
隔壁と、 前記上部隔壁と前記中間隔壁とにより前記上部リングの
中の複数個の排気口とその周縁において連絡する上部内
部通路が定まり、および前記中間隔壁と前記下部隔壁と
により前記下部リングの中の複数個の排気口とその周縁
において連絡する下部内部通路が定まり、 （ハ）（ｉ） 内部に導管を有し、かつ、前記対物レン
ズ組立体の凹所の中に取りはずし可能におよび密封して
取り付けられた、主体部分と、 （ii） 前記導管の下端にそなえられ、かつ、電子ビー
ムが通過することができる寸法でありおよび気体が環境
走査電子顕微鏡の前記試料室から下部開口部の上の領域
へ通過するのを制限することができる寸法を有する、前
記下部開口部と、 （iii） 前記下部開口部の上の前記主体部分の中にあ
って、前記導管から前記対物レンズ組立体の中の下部内
部通路の中へ連絡する排気口と、 （iv） 前記導管の中で前記下部開口部の上に配置され
および前記排気口の上に配置され、かつ、電子ビームが
通過することができる寸法を有しおよび気体が前記導管
から前記対物レンズ組立体の中の上部内部通路へ通過す
るのを制限する、上部開口部と、 （ｖ） 前記主体部分の下端に配置されかつ前記主体部
分から絶縁装置によって分離された、電子検出器と、 を有する前記環状下部隔壁と前記中間隔壁との中央部の
開口部の中に取はずし可能にかつ密封された開口部担体
と電子検出器との組立体と、 を有する環境走査電子顕微鏡に用いられる対物レンズ組
立体と開口部担体と検出器との組立体。 - 【請求項２５】（イ） 電子ビームを発生しかつ前記電
子ビームを試料に向けて進める装置と、 （ロ）（ｉ） 中心軸上に配置された真空ライナ管と、
前記ライナ管を通過する電子ビームを磁気的に結像する
装置とを有する、事実上円筒形の対物レンズ磁気容器
と、 （ii） その下端部において前記磁気容器と突き合わせ
接触をしかつ相互に軸方向に配置された少なくとも２つ
の排気口を有する、磁性体材料で構成された環状リング
と、 （iii） 前記中心軸上の異なる位置において前記環状
リングに取り付けられおよび前記リングの内側に延長さ
れ、かつ、前記環状リング内の前記排気口のうちの１つ
の排気口とおのおのが連絡している少なくとも２つの内
部通路を定める、非磁極体材料で構成された少なくとも
２つの環状隔壁および最終磁性体隔壁と、 （iv） その中に導管を有し、かつ、前記対物レンズ組
立体の凹所の中に取はずし可能に取り付けられおよび密
封された主体部分と、 前記導管の下端にそなえられ、かつ、電子ビームが通過
できる寸法を有しおよび気体が環境走査電子顕微鏡の前
記試料室から下部開口部の上の領域へ通過するのを制限
することができる寸法を有する、前記下部開口部と、 前記主体部分の中で前記下部開口部の上にそなえられ、
かつ、前記導管から前記対物レンズ組立体の中の下部内
部通路へ通ずる、排気口と、 前記導管の中で前記下部開口部の上に配置されおよびそ
の中の前記排気口の上に配置され、かつ、電子ビームが
通過できる寸法を有しおよび気体が前記導管から前記対
物レンズ組立体の中の上部通路へ通過するのを制限する
ことができる寸法を有する、上部開口部と、 を有する、前記磁性体隔壁の中央部の開口部と前記非磁
性体隔壁のうち１つの隔壁との中に取はずし可能にかつ
密封された、開口部担体と電子検出器の組立体と、 を有する対物レンズ組立体と開口部担体の組立体と、 （ハ） 前記対物レンズの下に配置され、かつ、試料の
表面が結像した電子ビームで照射されるように気体で囲
まれた前記試料を前記下部開口部と整合して保持するこ
とができる、試料室と、 （ニ） 前記試料室の中に取り付けられ、かつ、結像し
た電子ビームと試料とが相互作用することができるよう
に試料を保持することができる、試料台と、 （ホ） 前記相互作用によって発生する電子を検出する
ように配置された電子検出器装置と、 を有する、環境走査電子顕微鏡。 - 【請求項２６】請求項25において、前記検出器によって
検出された情報を記録するための装置をさらに有する、
環境走査電子顕微鏡。 - 【請求項２７】請求項25において、前記記録装置が前記
検出器装置が収集した電流を受け取る電流増幅器を有
し、かつ、前記電流増幅器が検出器バイアス電圧に保持
されておりおよびアースされたビデオ回路に全帯域幅で
結合している、環境走査電子顕微鏡。 - 【請求項２８】環境走査顕微鏡に用いられる対物レンズ
組立体であって、 前記組立体は、縦方向に形成された中央穴と、当該中央
穴を通して電子線を進める手段と、 前記中央穴の縦の方向に交差する方向で、当該中央穴の
内側に延在し、当該中央穴内に位置決めされる中央開口
部（39b,39c）が各々形成された２つのほぼ環状の隔壁
（36,38）を有し、 当該隔壁は、他の中央穴の部分とは異なる圧力のガスを
保持する内部通路（32）を規定し、 さらに、前記隔壁の中央開口部間に位置し、少なくとも
２つの圧力制限開口部（52,53）を有し、当該圧力制限
開口部が前記中央穴に位置し、かつ前記電子線が前記圧
力制限開口部を通過する様構成された開口部担体（54）
とを有し、 当該開口部担体（54）は、取り外し可能に前記隔壁に取
り付けられたことを特徴とする対物レンズ組立体。 - 【請求項２９】請求項28において、前記２つの隔壁の一
方が最終磁極をなし、前記開口部担体が前記最終磁極に
取りはずし可能に取り付けられる、対物レンズ組立体。 - 【請求項３０】環境走査顕微鏡に用いられる対物レンズ
組立体であって、 前記組立体は、縦方向に形成された中央穴と、当該中央
穴を通して電子線を進める手段と、 前記中央穴の縦の方向に交差する方向で、当該中央穴の
内側に延在し、当該中央に位置決めされる中央開口部
（39a,39b,39c）が各々形成された３つのほぼ環状の隔
壁（34,36,38）を有し、 当該隔壁は、他の中央穴の部分とは異なる圧力であっ
て、相互に異なる圧力のガスを保持する２つの内部通路
（30,32）を規定し、 前記組立体内に設けられ、少なくとも２つの圧力制限開
口部（52,53）を有し、当該圧力制限開口部が前記中央
穴に位置し、かつ前記電子線が前記圧力制限開口部を通
過する様構成された開口部担体（54）とを有し、 当該開口部担体は、当該開口部担体の連通孔（61）を通
して、前記異なる圧力で加圧された開口システムの少な
くとも一つの（32）圧力室と連絡可能な空洞（64）を有
していることを特徴とする対物レンズ組立体。 - 【請求項３１】請求項第30項に記載の対物レンズ組立体
であって、前記異なる圧力で加圧された開口システム
は、前記中央穴の縦の方向に交差する方向で、当該中央
穴の内側に延在し、当該中央穴内に位置決めされる中央
開口部（39b,39c）が各々形成された少なくとも２つの
環状の隔壁（36,38）を有し、前記開口部担体が前記２
つの環状の隔壁との間に配置されていることを特徴とす
る対物レンズ組立体。 - 【請求項３２】対物レンズ組立体を有する環境走査顕微
鏡であって、 前記組立体は、縦方向に形成された中央穴と、当該中央
穴を通して電子線を進める手段と、 前記中央穴の縦の方向に交差する方向で、当該中央穴の
内側に延在し、当該中央穴内に位置決めされる中央開口
部（39b,39c）が各々形成された２つのほぼ環状の隔壁
（36,38）を有し、 当該隔壁は、他の中央穴の部分とは異なる圧力のガスを
保持する内部通路（32）を規定し、 さらに、前記隔壁の中央開口部間に位置し、少なくとも
２つの圧力制限開口部（52,53）を有し、当該圧力制限
開口部が前記中央穴に位置し、かつ前記電子線が前記圧
力制限開口部を通過する様構成された開口部担体（54）
とを有し、 当該開口部担体（54）は、取り外し可能に前記隔壁に取
り付けられたことを特徴とする環境走査顕微鏡。 - 【請求項３３】対物レンズ組立体を有する環境走査顕微
鏡であって、 前記組立体は、縦方向に形成された中央穴と、当該中央
穴を通して電子線を進める手段と、 前記組立体内に設けられ、前記電子線が通る一連の圧力
室（30,32）を規定する、異なる圧力で加圧された開口
システムと、 前記組立体内に設けられ、少なくとも２つの圧力制限開
口部（52,53）を有し、当該圧力制限開口部が前記中央
穴に位置し、かつ前記電子線が前記圧力制限開口部を通
過する様構成された開口部担体（54）とを有し、 当該開口部担体は、当該開口部担体の連通孔（61）を通
して、前記異なる圧力で加圧された開口システムの少な
くとも一つの（32）圧力室と連絡可能な空洞（64）を有
していることを特徴とする環境走査顕微鏡。 - 【請求項３４】電子ビームが通る導管と、前記導管の両
端に配置された２つの圧力制限開口部と、真空環境と連
絡することができる前記導管内の排気口装置とを有す
る、環境走査電子顕微鏡の真空環境の中に挿入し得る開
口部担体。 - 【請求項３５】電子ビームが通る導管と、前記導管の両
端に配置された２つの圧力制限開口部と、真空環境と連
絡することができる前記導管内の排気口装置とを有し、
かつ、前記圧力制限開口部のうちの１つの圧力制限開口
部と一体化して作成された電子検出器装置とを有する、
環境走査電子顕微鏡の真空環境の中に挿入し得る開口部
担体。 - 【請求項３６】（イ） 中心軸上に配置された真空ライ
ナ管と、前記ライナ管内を通過する電子ビームを磁気的
に結像する装置と、排気口とを有する、事実上円筒形の
対物レンズ磁気容器と、 （ロ） 前記中心軸上の異なる位置において前記磁気容
器に取り付けられおよび前記磁気容器の内側に延長さ
れ、かつ、前記排気口と連絡している内部通路を定め
る、非磁性体材料の環状隔壁および最終磁性体環状隔壁
と、 （ハ） 前記隔壁の中央部の開口部の中に配置され、か
つ、前記電子ビームを前記真空ライナ管から前記内部通
路の中へ通過することおよび環境走査電子顕微鏡の前記
試料室の中へ通過することを可能にし、かつ、気体分子
が前記試料室が前記内部通路へ通過するのを制限する、
開口部装置と、 を有する環境走査電子顕微鏡の対物レンズ組立体。 - 【請求項３７】（イ） 中心軸上に配置された真空ライ
ナ管と、前記ライナ管内を通過する電子ビームを磁気的
に結像する装置とを有する、事実上円筒形の対物レンズ
磁気容器と、 （ロ） 前記磁気容器の下端部において前記磁気容器と
突き合わせ接触をしかつ排気口を有する、磁性体材料で
構成された環状リングと、 （ハ） 前記中心軸上の異なる位置において前記磁気容
器に取り付けられおよび前記磁気容器の内側に延長さ
れ、かつ、前記排気口と連絡している内部通路を定め
る、非磁性体材料の環状隔壁および最終磁性体環状隔壁
と、 （ハ） 前記隔壁の中央部の開口部の中に取りはずし可
能に取り付けられかつ密封された開口部担体および電子
検出器の組立体であって、前記開口部担体が環境走査電
子顕微鏡の前記試料室および前記内部通路の中へおよび
それらから外へ電子ビームと気体を通過させることがで
きる開口部と、前記開口部担体の下端部に電子検出器と
を有し、および前記電子検出器が前記開口部担体の本体
から絶縁されている、前記開口部担体および電子検出器
の組立体と、 を有する環境走査電子顕微鏡の対物レンズ組立体。 - 【請求項３８】環境走査顕微鏡に用いられる対物レンズ
組立体であって、 前記組立体は、縦方向に形成された中央穴と、当該中央
穴を通して電子線を進める手段と、 前記中央穴の縦の方向に交差する方向で、当該中央穴の
内側に延在し、当該中央穴内に位置決めされる中央開口
部（39a,39b,39c）が各々形成された３つのほぼ環状の
隔壁（34,36,38）を有し、 当該隔壁は、他の中央穴の部分とは異なる圧力であっ
て、相互に異なる圧力のガスを保持する２つの内部通路
（30,32）を規定し、 さらに、前記３つの隔壁の隣接する２つの隔壁の中央開
口部間に位置し、少なくとも２つの圧力制限開口部（5
2,53）を有し、当該圧力制限開口部が前記中央穴に位置
し、かつ前記電子線が前記圧力制限開口部を通過する様
構成された開口部担体（54）とを有し、 当該開口部担体（54）は、取り外し可能に前記２つの隔
壁に取り付けられたことを特徴とする対物レンズ組立
体。 - 【請求項３９】請求項38において、前記２つの隔壁の一
方が最終磁極をなし、前記開口部担体が前記最終磁極に
取りはずし可能に取り付けられる、対物レンズ組立体。 - 【請求項４０】請求項第30項に記載の対物レンズ組立体
であって、前記異なる圧力で加圧された開口システム
は、前記中央穴の縦の方向に交差する方向で、当該中央
穴の内側に延在し、当該中央穴内に位置決めされる中央
開口部（39a,39b,39c）が各々形成された３つの環状に
隔壁（34,36,38）を有し、前記開口部担体が前記２つの
環状の隔壁との間に配置されていることを特徴とする対
物レンズ組立体。 - 【請求項４１】対物レンズ組立体を有する環境走査顕微
鏡であって、 前記組立体は、縦方向に形成された中央穴と、当該中央
穴を通して電子線を進める手段と、 前記中央穴の縦の方向に交差する方向で、当該中央穴の
内側に延在し、当該中央穴内に位置決めされる中央開口
部（39a,39b,39c）が各々形成され，前記中央開口部が
前記中央穴に位置し、前記電子線が前記圧力制限開口部
を通過する様に構成された３つのほぼ環状の隔壁（34,3
6,38）を有し、 当該隔壁は、他の中央穴の部分とは異なり、相互に圧力
の異なるガスを保持する２つの内部通路（30,32）を規
定し、 さらに、前記３つの隔壁の中の２つの隣接する隔壁の中
央開口部間に位置し、少なくとも２つの圧力制限開口部
（52,53）を有し、当該圧力制限開口部が前記中央穴に
位置する様構成された開口部担体（54）とを有し、 当該開口部担体（54）は、取り外し可能に前記２つの隔
壁に取り付けられたことを特徴とする環境走査顕微鏡。
Applications Claiming Priority (2)
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