JPH01163594A - 赤外線イメージ加熱による高温観察炉 - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、例えば半導体製造技術や各種の素材の高温観
察に利用される赤外線イメージ加熱による高温観察炉に
関するものである。

［従来の技術］ 従来の高温顕微鏡における加熱装置としては、いわゆる
内熱式のものが知られており、通常、ザンプルの周囲お
よび底部を囲んでサンプルボルタ上にヒータを設け、こ
のヒータを耐火物または電気絶縁物に収納すると共にこ
の耐火物または電気絶縁物中に温度測定用の熱電対を設
け、サンプルの下から加熱するようにされている。そし
てこのように構成した組立体を石英カラスまたはパイレ
ックスカラスの囲いで覆って特定の雰囲気で包みサンプ
ル表面の汚染や酸化を防止するようにしている。

しかしながら、このような内熱式の加熱装置では、最近
の超長作動距離をもつ対物レンズでもサンプル表面まで
の距離が１０　＋ｎＩｒ１程度であるなめ、非常に限ら
れた空間内にヒータや温度測定用の熱電対を装置する必
要があり、そのなめ構造が複雑となり、また主としてサ
ンプルの下からしか加熱するとかできないのでサンプル
にお番′フる温度勾配及び分布か悪く、しかも加熱によ
り蒸発したサンプル物質以外の物質〈例えばヒータやそ
のホルタの物質）で石英カラスまたはパイレックスカラ
スの囲いの内面を汚し、測定に支障を来すことになる。

さらにこの種の加熱装置は反射式顕微鏡の場合にはよい
力板下からの透過光式の場合には加熱部に穴をあける必
要があり、構造が益々複雑となる。

このような欠点を解決するため本出願人は先に特願昭６
１−２９６６０９号において、顕微鏡の対物レンズに隣
接しかつその先軸を囲んでランプハウジングを設（す、
このランプハウジンクか内部に加熱用の赤外線ランプを
収容する加熱室を備え、また上記ランプハウジングの加
熱室を貫通し′ζ上記対物レンズに対して位置決めされ
かつ内部を真空排気され得るサンプルに対する保護管を
設け、上記加熱室内に設けた赤外線ランプからの赤外線
か上記保護管を通してサンプルに向かって入射するよう
に上記ランプハウジングの加熱室の内壁を構成した赤外
線イメージ加熱による高温観察炉を提案しな。

この装置では、サンプルを加熱する赤外線ランプから放
出される赤外線の一部は保護管を通して直接加熱すべき
サンプルに入射し、残りの部分はランプハウジングの加
熱室の内壁で反射しサンプルの実質的に全方向から入射
するようにされ、その結果、サンプルは赤外線ランプか
らの赤外線によって外熱式に全体から一様に加熱するこ
とができ、上述の欠点を解消することができた。

［発明が解決しようとする問題点］ ところで、先に提案した高温観察炉では、炉内に石英製
の保護管を通し、この保護管内に試料を挿入できるよう
にすると共に保護管の一部すなわち顕微鏡の光軸の通る
部分を平面状にして観察窓としているが、１１００℃以
上の高温では石英は変色して透明度が火われ、しかも１
１００°Ｃ以」−の真空下では石英は軟化し始め変形す
る。そのため１１００°Ｃ以上の高温での雰囲気を生成
する条件と観察する上での光学的条件との双方を満足す
ることかできないという問題点がある。

また上述のような石英製の保護管に光学的条件を満たず
すなわち均質で平行、平面でありかつ極力色収差のでな
いように薄い観察窓を形成することは比較的困難であり
、観察解１象度の点でも問題がある。

さらに、炉内に配置′された赤外線ランプは高温にさら
されるため、ランプ寿命の点でも問題があり、より高温
で長時間使用ししかもランプ寿命を仲ばず観点からも赤
外線ランプをより効率的に冷却すべきであるという技術
的課題かある。

そこで、本発明は、先に提案した高温観察炉に伴う問題
点や技術的課題を解決して１１００℃以上の温度でも真
空下で満足に使用観測できる赤外線イメージ加熱による
高温観察炉を提供することにある。

［問題点を解決するための手段］ 」１記の目的を３Ｉ成するために、本発明による赤外線
イメージ加熱による高温観察炉においては、先に提案し
た装置における観察窓を備えた石英製の保護管を用いる
代わりに、炉内を透明な仕切り用石英板によって光源室
と加熱室とに仕切り、上記加熱室を気密構造にすると共
に、上記透明な仕切り用石英板を光源室内の赤外線光源
からの赤外線密度の低い位置に位置決めし、そして顕微
鏡の対物レンズの光軸の通る炉壁部分に観察窓を設りる
ことを特徴としている。

［作　　　　　用］ 本発明の赤外線イメージ加熱による高温観察炉において
は、炉内を光源室と加熱室とに仕切る透明な仕切り用石
英板は、赤外線密度の低い位置に位置しており、温度が
窩くならないようにされている。また光源室の熱気を排
出したり冷却カスパージにより光源室の温度上昇を抑制
し、赤外線光源の保護が行われ得る。さらに、観察窓は
外部に接しており、昇温抑制作用をもつと共に、顕微鏡
の対物レンズに隣接して位置しているので口径を小さく
でき、窓を極力薄くできる。また観察窓を偏心回転円板
で構成することにより常に観察窓面をきれいな状態で使
用することが可能となる。

［実　　施　　例］ 以下、添（＝Ｉ図面を参照して本発明の実施例について
説明する。

第１図には本発明の一実施例による赤外線イメージ加熱
による高温観察炉を概略的に示し、１は炉本体てあり、
この炉本体１は例えはアルミニュームから成ることかで
き、その内部には楕円の一方の焦点を通り、楕円の長軸
と交わる線を回転軸として得られる回転体状の炉室２か
形成され、その内壁には金めつきが施されている。また
炉本体１には炉室２を囲んで冷却媒体流路３．４が設Ｃ
−ｔられ、これらの冷却媒体流路３．４は図示してない
適当な冷却媒体供給源に連結され、炉本体１を冷却する
。

炉室２の上方壁の中央部分は平面状に形成され、その中
心開口部５に石英から成る観察窓６が外側から取付は部
材７によって気密に取付Ｃｊられており、この観察窓６
は図示したように顕微鏡の対物レンズ８に対向してしか
も顕微鏡の光軸に対して偏心して回動可能に位置決めさ
れている。また上方壁の中央部分における中心開口部５
と反対側の上方壁の中央部分には外部にのびる熱排気口
９か設けられている。

炉室２内の下方部分には楕円の他方の焦点が描く軌跡上
にリング状の赤外線光源１０が配置され、この赤外線光
源１０は外部から付勢されて、直接または炉室２の内壁
で反射して後で説明する試料に向かって全方向から赤外
線を入射する。

赤外線光源１０の直ぐ上には顕微鏡の光軸に直交して透
明な仕切り用石英板１１が挿置され、炉室２を赤外線光
源１０の配置された光源室２ａと上方の加熱室２ｂとに
仕切っている。この場合、イ１切り用石英板１１は、好
ましくは赤外線光源１０からの赤外線の密度の低い位置
に位置決めさ）１得る。また、仕切り用石英板１１は当
然、加熱室２ｂを真空排気する際に生じ得る差圧に耐え
る構造にされている。

また、炉本体１には、試料ボルダ１２を加熱室２ｂ内へ
通ず通路１３および加熱室２ｂ内を真空排気する真空排
気通路１４が顕微鏡の光軸に直交した軸線に沿って設け
られている。

炉本体１の外ｆｆ１ｌにはカス導入口１５が設ζｊられ
、このカス導入口１５は通路１３に連通しており、所要
のカスを加熱室２１〕内に充填できようにされている。

試料ホルタ１２はその先端に観察ずべき試ｆｌ１６を保
持し、そして通路１３を通って加熱室２ｂ内に挿入した
り加熱室２ｂから引出すことができるようにされている
。また試料ホルタ１２は加熱室２ｂ内に挿入した時、試
料１６が顕微鏡の光軸上に位置するように寸法法めされ
ている。また試料ホルタ１２の先端の試料１６を支持し
ている部分には熱電対（図示してない）が取付けられ、
試ｆ１１Ｇの温度を測定するようにされており、この熱
電対の出力信号は光源室２ａ内の赤外線光源１０の（＝
ｆ勢を制御するのに用いられ得る。

このように構成した図示装置の動作において、まず通路
１３を通って加熱室２１）内に試料ホルタ１２を挿入し
、加熱室２１〕内の所定の位置に試料１６を挿置する。

加熱室２ｂ内は真空排気通路１４を介して図示してない
真空排気系により排気される。そして真空排気後、加熱
室２１）にはカス導入口１５および通路１３を通って所
要のカスか導入される。

光源室２ａ内に配置されたリンク状の赤外線光源１０は
外部より給電され、赤外線を放射する。この場合、赤外
線の一部は仕切り用石英板１１を通って直接加熱室２ｂ
内の試料１６に入射し、残りの部分は光源室２ａおよび
加熱室２ｂの内壁で反射して試料１６に入射する。これ
により試料１６は実質的にその全表面から均一にしかも
急速に所望の温度まで加熱され得ることになる。この場
合は１３００℃程度まで利用できる。光源室２ａ内に溜
まった熱気は熱排気口９を介して排出される。

第２図には本発明の別の実施例を示し、第１図の装置と
対応した部分は第１図で用いた符号と同じ符号で示す。

第２図の￥施例では炉室２は楕円球状に形成され、仕切
り用石英板１１は回転楕円状の炉室２を上下にほぼ１分
する位置に設けられている。下方の光源室２ａにはこの
実施例では楕円球の下方の焦点にスポット型の赤外線光
源１７が配置され、外部電源（図示してない）に接続さ
れている。

炉本体１の下方部分には光源室２ａ側の仕切り用石英板
１１の表面に沿って冷却ガスを導入する多数の孔（図面
にはその内の一つを符号１８で示す）が設けられ、これ
らの冷却カス導入用の孔は冷却カス供給管１９を介して
適当な冷却ガス源（図示してない）に接続されている。

なお、第２図において２０は通路１３を通って加熱室２
ｂ内へカスを導入するカス導入口であり、また、２１は
回転式観察窓６の上に装着された回転シャッタである。

図示装置の動作も第１図の実施例の装置と実質的に同じ
であるか、この場合には炉本体の高さが高くなり顕微鏡
にのせる条件が制約されるが、反射効率ずなわち反射効
率が良く、より高温を得ることができ、１７００℃程度
まて便用できる。

ところで、図示実施例では観察窓は石英から成っている
が、石英以外にも光学カラスのパイレックスやバイコー
ル等を使用してもよい。

［発明の効果］ 以上説明してきたように、本発明による高温観察炉にお
いては、炉室を仕切り用石英板で加熱室と光源室とに仕
切り、加熱室内に挿置された試料を光源室内に設けた赤
外線光源で外熱的に加熱するようにイ４成しているので
、冷却等の手段により光源室を加熱室より低い温度に抑
えることかでき、光源の寿命を仲ばずことができ、しか
も１１００℃以上の温度で真空雰囲気を作ることができ
る。また観察窓は比較的小さな［１径にでき、窓材を薄
く楢成することができると共に、外部に接しているので
、その温度上昇を抑えることができ、高温による窓材料
の変質や変形がなく、高解像度の観察か可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による高温観察炉の要部を示
す概略断面図、第２図は本発明の別の実施例による高温
観察炉の要部を示す概略断面図である。 図　　　中 １：炉本体　　　　　　２：炉室 ２ａ：光源室　　　　　　２ｂ＝加熱室３：冷却媒体流
路　　　４：冷却媒体流路６：観察窓　　　　　　８：
対物レンズ９：熱排出口　　　　　１０：赤外線光源１
１：仕切り用石英板　　１２：試料ホルダ１３：通路　
　　　　　　１４：真空排気通路１５：ガス導入口　　
　　１６：試料 １７：赤外線光源　　　　′１８：冷却カス導入用の孔
１９：冷却カス供給管　　２０：カス導入口２１：回転
シャッタ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、顕微鏡の対物レンズに隣接しかつその光軸を囲んで
   形成された炉内にサンプルを挿置し、炉内に設けた赤外
   線光源からの赤外線をサンプルに向かって集光入射させ
   、赤外線イメージ加熱によってサンプルの高温観察を行
   なうようにした高温観察炉において、炉内を透明な仕切
   り用石英板によって光源室と加熱室とに仕切り、上記加
   熱室を気密構造にすると共に、上記透明な仕切り用石英
   板を光源室内の赤外線光源からの赤外線密度の低い位置
   に位置決めし、また顕微鏡の対物レンズの光軸の通る炉
   壁部分に観察窓を設けたこと特徴とする赤外線イメージ
   加熱による高温観察炉。 ２、炉内の光源室に配置された赤外線光源が環状のもの
   である特許請求の範囲第１項に記載の赤外線イメージ加
   熱による高温観察炉。 ３、炉内の光源室に配置された赤外線光源がスポット状
   のものである特許請求の範囲第１項に記載の赤外線イメ
   ージ加熱による高温観察炉。 ４、サンプルを挿置する炉内の加熱室を真空排気系に連
   結した特許請求の範囲第１項に記載の赤外線イメージ加
   熱による高温観察炉。 ５、炉内の光源室が内部に溜まった熱気を排出する排出
   口を備えている特許請求の範囲第１項に記載の赤外線イ
   メージ加熱による高温観察炉。 ６、顕微鏡の対物レンズに隣接した炉壁部分に設けられ
   た観察窓が偏心回転円板から成る特許請求の範囲第１項
   に記載の赤外線イメージ加熱による高温観察炉。