JPH08250058A - 走査形電子顕微鏡 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 アンチコンタミネーショントラップを有する
走査形電子顕微鏡において、対物レンズに冷却板を固定
することにより、位置調整の省略、冷却板の大型化によ
る走査像の分解能向上、および大形試料の大傾斜角対応
をはかる。 【構成】 冷却板１６は断熱材を介して対物レンズ６の
磁極間に設けたスペーサ２５に固定する。この冷却板１
６は、熱導体材３０を介して液体窒素容器２８に接続さ
れて冷却され、試料７付近の残留ガス分子を吸着するこ
とで試料７のコンタミネーションを防止する。また、冷
却板１６を試料傾斜側の一部を切り取った非対称形状と
して試料７の傾斜角を大きくとれるようにし、試料から
発生する信号を検出器に通過させる信号取り出し穴を備
えることで、冷却板を付けたままＥＤＸ検出器を使用で
きるようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子線照射により試料
から発生する信号を検出して走査像を得る走査形電子顕
微鏡に係わり、特に電子線照射による試料のコンタミネ
ーションを防止して高倍率で高分解能像を得るのに好適
な走査形電子顕微鏡に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子顕微鏡の試料には、試料付近の真空
雰囲気中に浮遊している有機ガス分子あるいは電子線照
射によって試料から放出されたガス分子が付着し、それ
が電子線照射を受けて重合することによってコンタミネ
ーションが生じる。走査電子顕微鏡の倍率が高くなるほ
ど、試料の単位面積当たりの電子線照射量が増大してコ
ンタミネーションの量が多くなり、またコンタミネーシ
ョンによって試料表面に形成される膜の厚さと観察すべ
き試料の表面構造の寸法が同程度になるため、高分解能
観察時においてはコンタミネーションの影響が甚大であ
る。

【０００３】このように、電子顕微鏡の高分解能化にお
いて試料に対するコンタミネーションの防止は重要な課
題であり、以前よりアンチコンタミネーショントラップ
を用いた防止策が施されてきた。

【０００４】しかし従来においては、特開昭４８−８７
７６７号公報などに記載されているように、冷却板が対
物レンズから独立していたため、冷却前後の温度変化に
より冷却板が伸縮し、冷却板に設けられた電子線通過の
ための穴の位置が光軸からずれてしまう。そのため、冷
却板の冷却後に電子線通過穴の位置を調整するか、アン
チコンタミネーションの効果を犠牲にして穴径を十分大
きくとる必要があった。また、アンチコンタミネーショ
ントラップは大気中への取りはずしを行うことを前提と
して作製されていたため、冷却板の大きさに制限があっ
た。一方、特開昭５１−１２２３７２号公報や特開昭５
４−１５４２６１号公報には、冷却板によって試料の周
囲を囲む方法が示されている。この方法はアンチコンタ
ミネーショントラップとしての効果は大きいものの、試
料の大きさが制限されるという問題がある。

【０００５】また、特開平５−８２０６２号公報には、
冷却板を断熱体を介して対物レンズに接触させ、冷却板
の端部をバネで対物レンズの周辺部材に保持する方法が
示されている。しかし、この方法はバネによる固定方法
を採用しているため、冷却板の正確な位置決めが困難で
ある。また、冷却板は形状を大きくできるものの、レン
ズ周辺部材にバネで保持する構造のため対物レンズの下
方全体を覆うことになり、観察する試料を傾斜するとき
に冷却板の制約でワーキングディスタンスが長くなって
分解能が低下する問題があった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上述
した従来技術の欠点をなくし、観察試料の大きさを制限
することなく、試料傾斜角を大きくした状態においても
試料汚染の影響を受けずに高倍率／高分解能観察がで
き、また、像観察以外のＥＤＸ分析（エネルギー分散Ｘ
線分析）等においても試料汚染防止機能を働かせたまま
操作ができる走査形電子顕微鏡を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では、対物レンズの磁極間に非磁性部材を設
け、これに断熱材を介して冷却板を固定することによ
り、冷却板と対物レンズの一体化をはかった。そして、
冷却板の試料傾斜側の一部を切り取る形状にした。さら
に、冷却板の一部に試料から発生する信号、すなわちＸ
線、二次電子、反射電子等の信号の取り出し穴を設け
た。

【０００８】

【作用】本発明によれば、冷却板を対物レンズに固定し
たため、冷却板の電子線通過穴を位置調整する必要がな
くなり、温度変化による冷却板と対物レンズの位置ずれ
もなくなる。また、対物レンズと冷却板を一体化し、取
りはずし不要とすることで、冷却板を従来よりも大形化
でき、電子線通過穴も必要以上に大きくする必要がない
ため、トラップ効果が向上する。また、冷却板を対物レ
ンズに対して断熱することによって、冷却板を効率良く
冷却できるようになる。

【０００９】さらに、冷却板形状を試料傾斜側の一部分
を切り取った形にしたため冷却板の存在が試料傾斜を妨
げることがなく、短いワーキングディスタンスで大形の
試料を傾斜することができる。また、冷却板に信号取り
出し穴を設けることでアンチコンタミネーショントラッ
プとＸ線検出器（ＥＤＸ検出器）などの信号検出器を同
時に使用できるようになる。

【００１０】

【実施例】以下、図面を参照し、本発明の一実施例につ
いて詳細に説明する。図１は本発明の一実施例の概略断
面図である。陰極１と第一陽極２に印加される電圧Ｖ１
により陰極１から放出された一次電子線３は第二陽極４
に印加される電圧Ｖacc により加速されて後段のレンズ
系に進行する。この一次電子線３は、レンズ制御電源１
７で制御された集束レンズ５でいったん収束され、対物
レンズ絞り１５でビームの照射角を制限されて、対物レ
ンズ６により試料ステージ１８に載置された試料７上に
細く絞られ、二段の偏向コイル８および９で試料７上を
二次元的に走査される。試料７の一次電子線照射点から
発生した二次電子信号１１は対物レンズ６の磁界に巻き
上げられて二次電子検出器１０に検出される。一方、試
料７から発生した特性Ｘ線１２は試料室１３の内部に設
けられたＥＤＸ検出器１４に検出される。

【００１１】ところで、試料室１３の内部は高真空に保
たれているが、いくらか残留ガス分子が残っている。ま
た、電子線照射によって試料７からもガス分子が放出さ
れる。これらのガス分子は試料７に一次電子線３が照射
されることにより分解・重合され、試料７の表面に付着
して試料表面の微細構造を覆う、いわゆるコンタミネー
ションを生じる。コンタミネーションが生じると試料の
微細構造のコントラストが低下し、高分解能観察が困難
となる。この残留ガス分子を吸着して試料表面付近のガ
ス分子を減少させて試料のコンタミネーションを防止す
るために、冷却された冷却板１６を対物レンズ６の下部
と試料７の間に配置する。

【００１２】図２は、対物レンズに対して冷却板を固定
する構造の一実施例を示す部分断面図である。対物レン
ズ６は内側磁路２１と外側磁路２２と対物レンズコイル
２３から構成され、磁路ギャップに発生する磁界のレン
ズ作用で一次電子線３を細く絞る。ここで、内側磁路２
１と外側磁路２２の電子線通路に、内側磁路２１と外側
磁路２２ではさみ込むようにして非磁性材のスペーサ２
５を固定する。スペーサ２５は、中心に電子線通過穴３
１を有する。このスペーサ２５に、電子線通過穴３２を
有する冷却板１６をスペーサ２５と断熱した状態で固定
する。スペーサ２５への冷却板１６の固定は任意の方法
で行うことができ、例えば図３に示すように、断熱材２
６ａ，２６ｂを介してねじ２７によって固定することが
できる。断熱材２６ａは冷却板１６とスペーサ２５の間
を断熱し、断熱材２６ｂは冷却板１６とねじ２７の間を
断熱する。冷却板１６は、試料室１３の真空外に設けら
れた液体窒素容器２８の冷却棒２９と熱導体材３０を介
して接続されており、効率良く冷却される。そして、冷
却された冷却板１６が試料７付近の残留ガスを吸着し、
試料７のコンタミネーションを防止する。

【００１３】図４は、冷却板１６の一例の平面図であ
る。本実施例の冷却板１６は、試料傾斜側が対物レンズ
６の傾斜した外形線より突出することがないように一部
を直線的に切り取った略半円形の形状を有し、電子線通
過穴３２とともに信号取り出し穴３３を有する。円弧状
部分は円弧に限らず任意の形状とすることができるが、
冷却板１６を固定した対物レンズ６を試料室１３の上部
の対物レンズ取り付け穴に挿入して組み立てることを考
慮すると、この対物レンズ取り付け穴より少し小さな円
弧状とするのが好ましい。

【００１４】観察試料面は微細構造の観察目的に応じ
て、多面方向から観察される。そのために試料ステージ
１８は水平方向（Ｘ，Ｙ）、試料回転方向（Ｒ）、垂直
方向（Ｚ）および試料傾斜方向（Ｔ）に移動できるよう
になっている。冷却板１６の試料傾斜側の一部を切り取
る非対称形状にすることで、図２に仮想線で示すよう
に、冷却板１６が試料７の傾斜を妨害することがなく、
大きな試料を大傾斜角にしても冷却板１６によるワーキ
ングディスタンスの制約がないため、試料汚染されるこ
となしに高分解能像が得られる効果がある。また、冷却
板１６の一部に信号取り出し穴３３を設けることによ
り、試料汚染防止機能を働かせたまま、ＥＤＸ検出器に
よる元素分析ができる効果がある。ＥＤＸ検出器以外に
も、反射電子検出器、二次電子検出器等の検出器を信号
取り出し穴３３に臨ませることで、一次電子線３の走査
によって試料７から発せられた各種の試料信号を検出す
ることができる。

【００１５】本実施例の冷却板は従来の冷却板と異なり
対物レンズに固定して使用するものであるため、対物レ
ンズに固定した後で電子線通過穴の位置を調整する必要
が無く、また冷却板が冷却前後で伸縮しても電子線通過
穴が電子線光路からずれることがない。したがって、電
子線通過穴は必要最小限の大きさとすることができ、電
子線照射位置近傍で試料対向面積を大きくとることがで
きるので、残留ガス吸着効率を向上することができる。
図３で説明した対物レンズは、内側磁路より外側磁路の
方が試料側に延びているタイプの対物レンズであるが、
本発明は他のタイプの対物レンズに対しても適用可能で
ある。

【００１６】図５は、本発明を他のタイプの対物レンズ
に適用した例を示すものである。図５に示した対物レン
ズは、内側磁路４１の下端が外側磁路４２の下端より試
料７側に突出している。このようなタイプの対物レンズ
に対しても前述と同様に本発明を適用して磁極間に非磁
性材のスペーサ４５を配置し、そのスペーサに冷却板１
６を固定することができる。冷却板１６は、図４に示し
たように試料傾斜側を切除し、信号取り出し穴３３を設
けたものとすることで、電子線通過穴は必要最小限の大
きさとすることができ残留ガス吸着効率を向上すること
ができる、試料の傾斜角度を大きくとることができる、
二次電子検出器１０の他にＥＤＸ検出器や反射電子検出
器等の試料信号検出器をアンチコンタミネーショントラ
ップと同時に使用することができる等、前記実施例と同
様の効果を得ることができる。

【００１７】

【発明の効果】本発明によると、冷却板を対物レンズに
固定することによって、煩雑な位置調整を省略すること
ができる。また、冷却板を大型化して冷却能力を高める
ことができ、それによってコンタミネーションを効果的
に防止し、試料の微細構造を高分解能で観察することが
できる。さらに、冷却板を試料傾斜側の一部分を切り取
った形状にすることにより、観察する試料の傾斜角を大
きく取ることができ、冷却板に電子線通過のための穴の
ほかに信号取り出し穴を設けることによって、アンチコ
ンタミネーショントラップとＥＤＸ検出器等の検出器を
同時に使用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す概略断面図。

【図２】対物レンズ部の部分断面図。

【図３】冷却板の固定部分の詳細図。

【図４】冷却板の一例の平面図。

【図５】他の適用例の断面図。

【符号の説明】

１…陰極、２…第一陽極、３…一次電子線、４…第二陽
極、５…集束レンズ、６…対物レンズ、７…試料、８，
９…偏向コイル、１０…二次電子検出器、１１…二次電
子信号、１２…特性Ｘ線、１３…試料室、１４…ＥＤＸ
検出器、１５…対物レンズ絞り、１６…冷却板、１７…
レンズ制御電源、１８…試料ステージ、２１，４１…内
側磁路、２２，４２…外側磁路、２３，４３…対物レン
ズコイル、２５，４５…スペーサ、２６ａ，２６ｂ…断
熱材、２７…ねじ、２８…液体窒素容器、２９…冷却
棒、３０…熱導体材、３１，３２…電子線通過穴、３３
…信号取り出し穴

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 細く絞った一次電子線を対物レンズの下
   方に配置した試料上で二次元走査し、該試料から発生し
   た信号を検出して走査像を得る走査形電子顕微鏡におい
   て、前記対物レンズの磁極間に非磁性部材を取り付け、
   該非磁性部材に断熱材を介して試料汚染防止用の冷却板
   を保持したことを特徴とする走査形電子顕微鏡。
2. 【請求項２】 前記冷却板は、試料傾斜側の一部を切り
   取った非対称形状であることを特徴とする請求項１記載
   の走査形電子顕微鏡。
3. 【請求項３】 前記冷却板は、一次電子線を通過させる
   通過穴とともに試料から発生する信号を検出器に通過さ
   せる信号取り出し穴を備えていることを特徴とする請求
   項１又は２記載の走査形電子顕微鏡。