JPH09501010A - 改良された環境型走査電子顕微鏡 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 慣用のＳＥＭの解像度と同等の解像度を達成する環境型走査電子顕微鏡が開示される。バイアスを加えられたリング電極（２８）が試料からの２次電子を検出するほか、後方散乱電子に由来する信号を低減し、かつ電子ビームによって発生させられる信号雑音を低減するために、バイアスを加えられた圧力制限開口電子検出器（５０）も備えられる。光学窓装置が備えられ、使用者は従来の環境型ＳＥＭ電子像（直径０．５ｍｍが限界である）を約７〜１０ｍｍに至る視野を包含する標本の光学的可視光観察に容易に切り換えることができる。更に、この環境型ＳＥＭの構造は、慣用のＳＥＭにおけるＥＤＸ検出器の取り出し角と同等なＸ線検出器（ＥＤＸ検出器）（１０２）の取り出し角を実現する。

Description

【発明の詳細な説明】 改良された環境型走査電子顕微鏡発明の背景 この発明は、環境型走査電子顕微鏡の分野に係り、更に詳しくは、気体環境に おいて標準的なＳＥＭの解像性能に到達する環境型（environmental ）走査電子 顕微鏡に関するものである。 背景を説明すると、環境型電子顕微鏡が標準的な走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）に 優る利点は、ＳＥＭにおける通常の真空環境では像を形成することが極めて困難 な、水分を含んだ試料あるいは非導電性試料（例えば、生体系材料、プラスチッ ク類、セラミック類、繊維類）の高解像電子像を結ぶ能力にある。環境型電子顕 微鏡は、高真空電子ビーム観察で通常必要とされるような乾燥、冷凍、もしくは 真空コーティングによって試料が変形されることがなく、試料の「自然な」状態 はそのまま保たれる。また、環境型電子顕微鏡の試料室でたいてい許容される比 較的高いガス圧は効果的に作用して、非導電性試料の表面に通常生成して高品質 な像形成を阻害する表面電荷を消衰させる。また、環境型走査電子顕微鏡は、通 常のＳＥＭ試料室で許容される蒸気圧とは掛け離れた比較的高い蒸気圧で起こる 流動性輸送、化学反応、溶解、水和作用、結晶化、その他の過程を直接に実時間 で観察することを可能にする。 米国特許第４，９９２，６６２号で開示されているように、米国特許第４，５ ９６，９２８号で提唱された環境型電子顕微鏡の当初の構想は、試料室を気体環 境に曝して、試料を液体中もしくは自然の状態に保持するための条件付与媒体と して作用させることであった。また、試料室の気体環境を２次電子信号の増幅媒 体として使用する方法が、米国特許第４，７８５，１８２号に開示されている。 米国特許第４，８２４，００６号の環境型ＳＥＭでは、試料を電子ビーム柱の 磁気対物レンズ内に完全に収容し、圧力制御と信号検出手段とを組み合せて、高 真空下において、前処理を施さないフルサイズ試料の電子ビーム観察が実現され た。米国特許第４，８２３，００６号の環境型ＳＥＭ設計は、圧力制御、電子ビ ーム集束、及び信号増幅に関する諸要求を同時に満足し、しかも試料の取扱いあ るいは顕微鏡の解像力に関して実用上の制限を生ずることもなかった。しかし、 米国特許第４，８２４，００６号の環境型ＳＥＭの弱点は、最終圧力制限開口に よって標本を観察できる視野が制限されることである。試料室から流出する気体 が電子柱の作用に影響を与えたり、１次電子ビームを吸収したりするのを防ぐた めには、圧力制限開口が必要である。この圧力制限開口も典型的には直径０．５ ミリメートルである。また、このことによって、視野は直径約０．５ミリメート ルに制限される。このように視野が制限されると、操作者は、標本の何処を観察 しているか、また観察したい領域はどこにあるのか、を知ることが困難になる。 したがって、正規の環境型走査電子顕微鏡電子像（直径略０．５ミリメートル 制限される）と、ＳＥＭの典型的な視野性能と同等な略７〜１０ｍｍの視野を含 む標本の光学的可視光観察とを、操作者が切り換えできる光学窓装置を具備した 環境型走査電子顕微鏡を実現することが望ましい。 米国特許第４，８９７，５４５号は、米国特許第４，８２６，００６号で開示 されたものよりも更に複雑な検出器配列を開示して、異なるバイアスを印加した １組の電極を用いて気体中のその他の信号（例えば、後方散乱電子）の検出を可 能にしている。米国特許第４，８９７，５４５号は、各種の電極を使用して、試 料室からの様々な信号を収集する手段を論じているが、一方の電極からの信号を 最適化するために他方の電極に印加すべき適切なバイアスについて論ずるには至 っていない。更に、米国特許第４，８９７，５４５号では、不要な信号の収集手 段として電極を使用したり、あるいは１次ビームによって生じた信号雑音を低減 させるために電極を使用したりする構想についてはなんら言及していない。した がって、信号の後方散乱電子成分、及び１次電子ビームによって生ずる信号雑音 を低減させることによって、２次電子検出能力を向上する環境型ＳＥＭの実現が 望ましい。 また、米国特許第４，８２４，００６号及び米国特許第４，８９７，５４５号 の環境型ＳＥＭの比較において、所望の２次電子の検出後における信号増幅を最 適化して、検出器雑音を信号それ自身に含まれる雑音以下に低減させるが、像を 形成するために適切な全信号帯域幅を保持できる環境型ＳＥＭの実現が望ましい ことが明らかになった。 大部分の最新形のＳＥＭは、標本の像を構築したりあるいは標本からＸ線デー タのような他の情報を収集したりするために、電子ビームが標本を覆うように走 査できる方法を用いている。これらの方法では、標本の像の幾何学的な歪みを許 容範囲内に抑えたまま、標本の大部分を走査できる。典型的なＳＥＭでは、電子 銃は比較的大きな（２０マイクロメートル）電子源を発生するが、標本の微小な 詳細部の像を描くためには、この電子群を所要の微小サイズに縮小する必要があ る。この縮小化は典型的には光学真空柱内の３つの電子レンズによって行われる 。電子群の小部分のみが、「ペンシルビーム」と便宜的にと呼ばれる最終ビーム として、標本に到達する（第１図の参照番号２を見よ）。 第２図に示すように、真空柱の縦軸に沿って１次ビームを走査させるために、 対物レンズ組立体５内に３及び４のような走査コイルが配置される。２組の走査 コイル３及び４を通って電流が流れると、ペンシルビームは第２図に示すように 偏向する。 第３図の従来の環境型ＳＥＭでは、２つの圧力制限開口６及び７によって、試 料室８内では高圧（例えば、略５トル）が保たれるが、走査コイル９ａ、９ｂの 領域では高真空（例えば、略０．０００１トル）が保たれるようにできる。これ らの圧力制限開口は通常は直径０．３ｍｍ〜０．５ｍｍであるから、前述のよう に、これらの開口が標本を観察する視野を直径約０．５ｍｍに制限する。対照的 に、典型的なＳＥＭでは同じ動作条件下で少なくとも１０倍の視野が可能になる 。したがって、視野を増した少なくとも２つの圧力制限開口を備えた環境型走査 電子顕微鏡用の走査コイル偏向機構の実現が望ましい。 更に、米国特許第４，８２４，００６号のような従来の環境型ＳＥＭでは、Ｘ 線検出器（ＥＤＸ検出器）の取り出し角は慣用のＳＥＭのＥＤＸ検出器の取り出 し角と同等ではない。第４図に示すように、慣用のＳＥＭでは、対物レンズ２０ ２の円錐状基底部２０１の効果によって、エネルギー分散形Ｘ線検出器（ＥＤＸ ）２０３はＥＤＸ検出器の柱体部を標本空間に張り出さないで取り出し角略３０ ％で標本表面から出たＸ線を収集できる。 しかし、環境型ＳＥＭでは、第５図に示すように、偏平な下方柱端部２０５を 持つ対物レンズ２０４と、ガスマニホルド２０６及び２０７（圧力制限開口を通 って流入するガスを排気するために使用される）は、同じ高さにある。環境型Ｓ ＥＭでは、標本とデータ収集デバイスとの間の作動距離は可能な限り短縮しなけ ればならないから、ＥＤＸ検出器が標本室内で占有できる空間は制約される。こ のようなわけで、第５図の環境型ＳＥＭの設計では、この作動距離を制限するた めに、標本室におけるＥＤＸ検出器２０８の取り出し角を略２０°に制限してい る。したがって、慣用のＳＥＭのＥＤＸ検出器の取り出し角と同等のＥＤＸ検出 器の取り出し角を備えた環境型ＳＥＭの実現が望まれる。発明の目的 ゆえに、本発明の目的は前述のような従来技術の欠点を解消する改良された環 境型走査電子顕微鏡を提供することである。 また、比較的高い蒸気圧で起こる液体輸送、化学反応、溶解、水和作用、結晶 化、その他の過程を直接に実時間で観察できるようにする改良された環境型走査 電子顕微鏡を提供することも、この発明の目的である。 この発明の別の目的は、試料の取扱いあるいは顕微鏡解像力についてはなんら の実用上の制限も設けないで、圧力制御、電子ビーム集束及び信号増幅に関する 所要の条件を同時に満たす改良された環境型走査電子顕微鏡を提供することであ る。 本発明の更に別の目的は、気体環境で標準的なＳＥＭ解像度に到達できる改良 された環境型走査電子顕微鏡を提供することである。 この発明の更に別の目的は、試料から出た信号の後方散乱電子成分を低減する とともに、１次ビームによって生ずる信号雑音を低減して、性能を向上した２次 電子検出器を具備する改良された環境型走査電子顕微鏡を提供することである。 この発明の更に別の目的は、試料の一層広い表面積に電子ビームが入射できる 改良された環境型走査電子顕微鏡を提供し、それによって、標準的ＳＥＭの試料 観察視野と同等に拡大された試料観察視野を更に提供することである。 この発明の更に別の目的は、２次電子検出器によって検出された信号用の改良 された増幅器を具備する改良された環境型走査電子顕微鏡を提供することである 。 この発明の更に別の目的は、大形試料を観察するための改良された方法を備え る改良された環境型走査電子顕微鏡を提供することである。 この発明の更に別の目的は、気体検出器を使用しながら同時に、試料の光学的 観察を可能にする走査電子顕微鏡を提供することである。 この発明の更に別の目的は、標準的なＳＥＭのＥＤＸ検出器の取り出し角と同 等にまでＥＤＸ検出器の取り出し角を向上した改良された環境型走査電子顕微鏡 を提供することである。 この発明の更に別の目的は、環境型走査電子顕微鏡用の電極検出器組立体であ って、電極が機械的に支持されている検出器組立体を提供することである。 この発明の更に別の目的は、環境型走査電子顕微鏡用の電極検出器組立体であ って、電極検出器によって検出された信号のそれぞれは、電極検出器組立体の他 の電極検出器によって検出された信号から分離できる検出器組立体を提供するこ とである。 この発明の更に別の目的は、環境型走査電子顕微鏡用の電極検出器組立体であ って、電子雑音の収集を低減するために静電シールドを備える検出器組立体を提 供することである。 この発明の更に別の目的は、環境型走査電子顕微鏡用の電極検出器組立体であ って、圧力制限開口を絶縁するが、支持構造体の絶縁材は１次ビームを乱さない ように「隠される」検出器組立体を提供することである。 この発明の更に別の目的は、環境型走査電子顕微鏡用の電極組立体であって、 電極の支持構造体は電気的に絶縁されて、電極によって収集される各種の信号が 相互結合しないようにする電極組立体を提供することである。 本発明の更に別の目的は、環境型走査電子顕微鏡用の電極検出器組立体であっ て、強固な（例えば、標本との接触その他の所要の条件によって生ずる機械的損 傷を最小化するに十分な強度を有する）電極構造体を備える検出器組立体を提供 することである。 この発明の更に別の目的は、環境型走査電子顕微鏡用の電極検出器組立体であ って、軽易にクリーニング可能であり、それによって含水もしくは汚染した標本 で実施された実験の残留物を除去できる検出器組立体を提供することである。 この発明の更に別の目的は、環境型走査電子顕微鏡用の電極検出器組立体であ って、比較的安価に交換できる検出器組立体を提供することである。 本発明のその他の様々な目的、利点および特徴は次の詳細な説明から容易に明 らかになろうが、その斬新な特徴は添付の請求の範囲に詳細に示してある。 発明の概要 この発明は、気体環境で標準的なＳＥＭ解像性能に到達する改良された環境型 走査電子顕微鏡に関するものである。 その好ましい実施態様では、電子顕微鏡は、電子ビームを発生し、そのビーム を観察対象の試料に指向するための電子銃を具備する。この環境型走査電子顕微 鏡の対物レンズ組立体内で、電子ビームは電子光学柱を通過して、差動的に排気 される開口柱に到る。差動的に排気される開口柱内で、電子ビームは集束し、最 終圧力制限開口の直径を横切るように走査する。 試料室は、対物レンズ組立体の下方に配置され、試料を圧力制限開口に正対さ せ気体環境で包まれた状態に保持して、試料の表面が電子の集束ビームに曝され るようにする。試料マウントは試料室の内部に設置され、試料を圧力制限開口の 略１〜２５ｍｍ下方に支持するように配置され、電子の集束ビームが試料と相互 作用できるようにする。 本発明の一般目的の一つによれば、この環境型ＳＥＭは電子検出器構造体を具 備してなり、この構造体は試料の表面から出た信号のうち後方散乱した電子成分 を低減し、かつ１次電子ビームによって生ずる信号雑音を低減する。更に詳細に 述べると、この構造体は、試料室内であってかつ試料の表面の上方において、圧 力制限開口と、最終圧力制限開口もしくはその直下に設けられてバイアスを印加 されるリング電極とが一体構造になった、バイアス印加圧力制限開口電極を備え る。このリング電極組立体は、略５０〜１００μｍ径の細いリング構造体で構成 され、金属、焦性黒鉛等のような導電性材料から作られる。リング電極は、適切 にバイアスをかけられて、標本の表面から出た２次電子からの所望の信号を収集 する。 この環境型ＳＥＭでは、圧力制限開口検出器電極は適切にバイアスをかけられ て、（１）１次電子と試料室内の気体との衝突によって生じた２次電子、（２） 圧力制限開口を通過した後方散乱電子と試料室内の気体との衝突によって生じた ２次電子、（３）標本と試料室のその他の部分との間の気体を通過した後方散乱 電子の衝突によって生じた２次電子、および（４）圧力制限開口に衝突した後方 散乱電子によって生じた２次電子、を含む有害な２次電子は圧力制限開口電極に よって途中で遮られて収集されるようになる。したがって、これらの有害な２次 電子信号成分はリング電極には収集されず、リング電極から導出された２次電子 像は一層純粋な２次電子像であり、一層低い雑音レベルを示すようにもなる。 本発明の別の一般目的によれば、この環境型ＳＥＭは、リング電極で収集され た信号を増幅するための改良された増幅器を具備する。この増幅器はリング電極 のバイアス電圧で浮かせてあり、増幅器の出力はビデオ表示装置に供給される。 増幅器は抵抗値Ｒの抵抗を含むフィードバック機構を備える。増幅器の出力信号 は増幅され、Ｒによって損失した高周波信号を復元するようにする。更に、増幅 器は、いわゆるバーチャルアースもしくは接地モードで動作する。 有利には、この増幅器はＶ１に極く近いリング電極の電圧を保つ。この設計に よって、増幅器の出力端における雑音も低減し、この環境型ＳＥＭの雑音の主源 はビームのショット雑音に由来するようになる。この雑音低減を達成するために は、抵抗Ｒは少なくとも１Ｍオームとなる。 本発明の環境型ＳＥＭでは、操作者が正規の環境型走査電子顕微鏡電子像（典 型的には直径０．５ｍｍに制限される）と略７〜１０ｍｍの視野をカバーする標 本の光学的可視光観察とを容易に切り換えることもできる。この環境型走査電子 顕微鏡の光学覗窓装置は（１）光源から試料を照射し試料の像を反射して試料の 継続的光学像を供給する光学像生成装置と、（２）光学像を環境型ＳＥＭ表示装 置および制御画面に表示できる光学的表示装置とを備える。 光学像生成装置では、比較的小形のミラーが磁界集束レンズに取り付けられて 試料に正対する。試料はミラー（および対物レンズの下面）の反射光で照射され る。ミラーは標本の像を得るためにも使用され、レンズを介して電荷結合素子（ 「ＣＣＤ」）ＴＶカメラに像を送り返す。カメラからのＴＶ信号は標準ＴＶモニ タに直接供給され、標本の継続的光学観察を実現する。この光学像生成装置によ って、実質的に「垂直俯瞰（top down）」観察に等しい標本の観察が可能になる 。 光学的表示装置は、影像表示領域と、操作者に操作および状態情報を表示する ためのメニュー表示領域とを有する表示画面を備える。影像表示領域には、リン グ電極によって受け取られた電子像あるいは光学像生成装置によって生成された 光学像のいずれでも表示できる。更に、影像表示領域では、標本の電子像が光学 像のなかに「親子画像（picture-in-picture）」表示として挿入されることも、 あるいはその逆も可能であって、操作者は標本の光学像と電子像とのうち選ばれ たほうに即座に切り換えることができる。 この環境型ＳＥＭでは、Ｘ線検出器（ＥＤＸ検出器）の取り出し角は、慣用の ＳＥＭのＥＤＸ検出器の取り出し角と同等である。略３０°の取り出し角を実現 するために、圧力制限開口組立体は最終磁極片から下方へ伸びて、試料が圧力制 限開口の下方略１〜２５ｍｍに配置されるようにする。 本発明の環境型ＳＥＭの更に有利な特徴は、試料の視野が拡大されており、標 準的ＳＥＭの視野と同等なことである。１次ビームが衝突する試料の表面積を増 すために、対物レンズ組立体は２つの圧力制限開口と焦点距離を短くした磁気レ ンズの筐体を通過する電子ビームを三重偏向させる走査組立体を備える。この設 計の結果として、環境型ＳＥＭは標本の視野を略７〜１０ｍｍにまで到達させて いる。 本発明の一般目的の一つによれば、環境型走査電子顕微鏡の改良された電極検 出器組立体も提供される。調査中の試料の表面から出た信号を収集する電極に機 械的強度を付与するために、この電子検出器組立体はプリント回路板の形態をと っている。プリント回路板は、試料から出た信号を収集するための収集電極を有 する検出器ヘッドを備えている。一つの実施態様では、これらの収集電極は、バ イアスをかけられて試料の表面から出た２次電子を収集するようにされたリング 信号電極と、バイアスをかけられて後方散乱および小角反射の電子から生ずる信 号を低減するようにされた電極パッドとを備える。 収集電極間の電気的漏洩を防ぐために、プリント回路板は、信号の絶縁手段と なり、信号をエッジコネクタに伝導する。電線はプリント回路板に埋め込まれた 導電路の形態をとる。 本発明の別の一般目的によれば、この電極検出器組立体は、電気雑音の捕捉を 低減するための静電シールド手段も提供する。静電シールドを達成するために、 プリント回路板の頂面および底面は金めっきされた銅被覆を備える。 別の好ましい実施態様では、検出器ヘッドは、信号リング電極からなる内側電 子検出器と、内側電子検出器の半径方向外側に配置されて複数の同心弧状セグメ ントからなる中間電子検出器と、中間電子検出器の半径方向外側に配置されて第 ２の複数の同心孤状セグメントからなる外側電子検出器を有してなる全体として 環状の電極組立体を備える。この構成では、信号リング電極は試料の表面からで た増幅された低エネルギー２次電子を主として収集する。中間電子検出器の第１ の複数の同心孤状セグメントは増幅された比較的高エネルギーの後方散乱電子信 号を主として収集する。第２の複数の同心孤状セグメントは増幅された低角後方 散乱電子信号を主として収集する。 本発明の電極検出器組立体では、プリント回路板は、試料の表面から生じた２ 次電子を収集するための検出器ヘッドと、その上に一体形成された最終圧力制限 開口の両方を備える。その結果として、圧力制限開口は異なる寸法に簡単に相互 交換可能であり、また、圧力制限開口／電極構造体を製造するコストは比較的安 価なので、使用者は各種の寸法の圧力制限開口をもつ組立体を１組と限らず入手 できる。 本発明の一般目的の一つによれば、この電極検出器組立体は、また、対物レン ズ組立体と試料室間の気密シールと、電極検出器組立体を環境型走査電子顕微鏡 から簡単に取り外す手段も提供する。そのような結果を得るために、真空シール 用リングが検出器本体に密に嵌合したプリント回路板から対物レンズ組立体まで 伸びて、対物レンズ組立体と試料室との間の気密シールを形成する。更に、この 真空シールリングはプリント回路板を適切に配置させ、それによって、環境型走 査電子顕微鏡の収集電極と検出器ヘッドの圧力制限開口とを一体構成にする。 試料室内には、プリント回路板コネクタも備えられ、検出器ヘッドから離隔し たプリント回路板の一端を受け止め、プリント回路板を環境型走査電子顕微鏡内 の所定の位置に保持する。プリント回路板を環境型走査電子顕微鏡から簡単に取 り外せるように、プリント回路板はプリント回路板コネクタにスナップ止めされ る。図面の簡単な説明 実施例を用いて行う次の詳細な説明は、以下に示す添付の図面と関連させて最 も良く理解できるであろうが、ここで説明する特定の実施態様のみに本発明を限 定する意図ではない。 第１図は、典型的なＳＥＭ柱体内の電子ビームの概略図である。 第２図は、典型的なＳＥＭ柱体内のビーム偏向の概略図である。 第３図は、２組の走査コイルと２つの圧力制限開口を有する環境型走査電子顕 微鏡の概略図である。 第４図は、最新形ＳＥＭに内蔵されたＸ線検出器構造体の概略図である。 第５図は、従来技術の環境型走査電子顕微鏡に内蔵されたＸ線検出器用の構造 体の概略図である。 第６図は、環境型走査電子顕微鏡の電子の軌跡の例を示す概略図である。 第７図は、好ましい電子走行軌跡を示す本発明の環境型走査電子顕微鏡の好ま しい一実施態様の概略図である。 第８図は、本発明の環境型走査電子顕微鏡に関連して使用される改良された信 号増幅装置の概略図である。 第９図は、本発明の環境型走査電子顕微鏡に内蔵される光学装置の平面図であ る。 第１０図は本発明の環境型走査電子顕微鏡に内蔵される光学装置の側面図であ る。 第１１図は第１０図の光学装置の拡大側面図である。 第１２図は本発明の環境型走査電子顕微鏡の画像表示装置の表示画面である。 第１３ａ−ｄ図は第１２図の表示画面に関する４つの可能な画像組合せの概略 図である。 第１４図は本発明の環境型走査電子顕微鏡に内蔵されるＸ線検出器組立体の概 略図である。 第１５図は本発明の教示によって試料の視野が拡大された環境型走査電子顕微 鏡の一実施態様の概略図である。 第１６図は本発明の教示による環境型走査電子顕微鏡用の電極検出器組立体の 底面図である。 第１７図は第１６図の電極検出器組立体の平面図である。 第１８図は第１６および１７図の電極検出器組立体を用いた環境型走査電子顕 微鏡の好ましい一実施態様の概略図である。 第１９図は第１６および１７図の電極検出器組立体を用いた環境型走査電子顕 微鏡の別の概略図である。 第２０図は第１９図の環境型走査電子顕微鏡の一部の拡大概略図であって、特 に本発明の本体検出器と電極検出器組立体との間のシーリングを示す。 第２１図は米国特許第４，８９７，５４５号の環状電極検出器組立体の正面図 である。 第２２図は本発明の教示による環境型走査電子顕微鏡用の電極検出器組立体の 別の好ましい実施態様の底面図である。 第２３図は第２２図の電極検出器組立体を用いた環境型走査電子顕微鏡の概略 図である。 第２４図は環境型走査電子顕微鏡内に機械的に支持された本発明の教示による 電極検出器組立体の別の概略図である。 第２５および２６図は環境型走査電子顕微鏡から本発明の電極検出器の取り外 しを示す概略図である。 第２７図は環境型走査電子顕微鏡に用いられる本発明の電極検出器組立体を示 す別の概略図であって、更に詳しくは、それによって与えられる高電圧絶縁のた めの離間空間を示す。 第２８図は本発明の教示による環境型走査電子顕微鏡用の電極検出器組立体の 底面図であって、電極検出器組立体内の高電圧絶縁の離隔空間を示す。 好ましい実施態様の詳細な説明 さて、第６図を参照すると、調査すべき標本の表面から生ずる２次電子および 後方散乱電子を発生し、増幅し、検出するためのデバイスを備えた環境型走査電 子顕微鏡が示してある。電子のビーム１２が、電子銃（図示せず）によって対物 レンズ組立体１１の電子光学柱１０を通って放射される。真空光学柱１０は下端 部に最終圧力制限開口１４を備えている。この圧力制限開口１４は開口担体１５ の下端に形成される。この開口担体１５は、１９９２年７月１日出願の米国特許 出願番号０７／９０８，８７０号で論じられており、その内容を本明細書に援用 する。この開口担体は最終圧力制限開口１４の上方に、電子光学柱１０と直接連 通する第２の圧力制限開口１７を有する。好ましくは、最終圧力制限開口１４は 略５００ミクロンの直径を有する。電子ビームは、電子ビームの強さを制御する ために用いられる磁気レンズ１６および１８を通過する。集束手段２０は、真空 柱に隣接する対物レンズ組立体１１の内部に位置し、最終圧力制限開口１４を通 るように電子のビームを指向することができる。 その後でビームは最終圧力制限開口１４を通って試料室２２内に指向され、そ こで試料ステージ２６上に支持された試料２４に衝突する。試料マウントすなわ ちステージ２６は試料室２２の内部に設置され、最終圧力制限開口の略１〜２５ ｍｍ、好ましくは１〜１０ｍｍ、下方に試料２４を支持するように配置され、電 子のビームが試料と相互作用できるようにする。試料室は光学真空柱１０の下方 に配置され、圧力略１〜５０トルの気体、好ましくは窒素もしくは水蒸気の環境 内において圧力制限開口と正対する位置に試料２４を保持することができ、それ によって電子銃から放射されて圧力制限開口１４を通るように指向された荷電粒 子ビームに試料の表面が曝されるようにする。 第６図に示すように、試料室内では最終圧力制限開口１４と試料２４との間に リング検出器２８が備えられる。このリング電極検出器は好ましくは細いリング で形成され金属で作られる。好ましい実施態様では、リング検出器の線径は略５ ０〜１０００ミクロンである。リング検出器２８の直径は圧力制限開口１４の直 径よりも僅かに大きく、圧力制限開口１４の直下に隔離して配置される。 １次ビーム１２が試料２４に衝突すると、第６図に示すように、２次電子３５ と、３７、３８、および３９のような後方散乱電子とが、試料から放出される。 例示のため、第６図では、リング電極２８には略＋５００Ｖのバイアス電圧が印 加される。圧力制限開口１４を構成する衝突検出器３０はバイアスをかけてない 。この構成で、リング電極２８の高正電圧が原因となって、２次電子３５が試料 から放出され、それらの２次電子が試料室２６内の気体環境の気体分子に衝突す るまで加速されるようになる。気体環境との多重衝突が原因となって、他の電子 が 放出され、同様にリング電極２８に向けて加速される。一般的には、多数のこの ような衝突があり、ついには何百何千の電子の雲がリング電極２８に到達する。 しかし、リング電極２８の主たる目的は、試料２４から出た２次電子によって誘 発された電子を収集することである。 しかし、第６図に示したように、２次電子は他の原因による気体衝突によって も発生する；すなわち： ａ）１次ビーム１２と試料室の気体環境との衝突、これらの２次電子は第６図 では参照番号４３で表してある； ｂ）圧力制限開口１４を通過する後方散乱電子３７と試料室２２の気体環境と の衝突、これらの２次電子は参照番号４５と見出しを付けて表してある； ｃ）試料２４と試料室のその他の部位との間の気体環境を通過する後方散乱電 子３８の衝突、これらの２次電子は参照番号４７で表してある；および ｄ）圧力制限開口１４に衝突し、参照番号４９で示される２次電子を発生する 後方散乱電子３９である。 これらの衝突によって発生するすべての２次電子は試料室の気体環境における 気体増殖によって増幅され、所望の２次電子信号を増加する。しかし、４３、４ ５、４７および４９のような後方散乱電子に由来する２次電子は、リング検出器 ２８によって受け取られた２次電子像に有害な後方散乱成分を付加する。その上 、１次ビーム１２と試料室の気体環境との衝突によって生成した２次電子４３は 有害な背景雑音成分の原因となる。 したがって、信号品質を高めるために、本発明の環境型走査電子顕微鏡は性能 を向上した２次電子検出器を組み入れて、第６図にある信号４３、４５、４７お よび４９のような信号の後方散乱電子成分を低減させ、更に信号４３のような１ 次電子によって生成される信号雑音を低減させる。第７図に示す本発明の実施態 様では、リング電極２８は略２００〜２０００ボルト、好ましくは５００ボルト の電位にバイアスをかけられる。それに加えて、圧力制限開口電極５０は、圧力 制限開口を画定する衝突検出器に一体に形成され、２００〜２０００ボルトの電 位のバイアスがかけられる。好ましい実施態様では、リング電極２８と圧力制限 開口電極５０とに同一電位のバイアスをかけるのが望ましいことが分かった。 例えば、リング電極２８と圧力制限開口電極５０とが共に５００ボルトのバイ アスをかけられるとすれば、所望の２次電子３５は試料室２２の気体環境内で加 速され増幅されて、やはりリング電極２８によって収集される更に多くの２次電 子３６を発生する。しかし、この構造では、有害な２次電子の大部分は圧力制限 開口電極５０で遮られる。更に詳述すれば、後方散乱電子３７との衝突によって 発生する２次電子４５は、圧力制限開口電極５０の正電位表面に吸引される。更 に、１次ビーム１２と試料室２２の気体環境との衝突によって発生した多数の２ 次電子も圧力制限開口電極５０に吸引される。また、後方散乱電子３９と圧力制 限開口５０との衝突によって発生した２次電子４９はもはや加速されて圧力制限 開口から逸走することはなく、気体増幅作用は起こらない。したがって、大部分 の有害な信号成分はリング電極２８によって収集されず、それゆえに、リング電 極２８から出る画像信号は一層低い雑音レベルを有する一層純粋な２次電子像で ある。このようにして、この設計は、標準的なＳＥＭの解像特性と同等な約４０ ｎｍという試料の影像解像力を提供することが分かった。 代替的な実施態様として、不要な２次電子を収集するために、第２のリング電 極２９が最終圧力制限開口１４の上方の開口担体１５の内部に配置されてもよい （第７図を見よ）。この電極２９も細いリングで形成され金属で作られる。 第８図に示すように、本発明の環境型走査電子顕微鏡は、リング検出器電極２ ８から出る信号用の性能を向上した増幅器組立体５２も具備する。この環境型走 査電子顕微鏡では、リング電極２８からの信号電流は、いわゆるバーチャルアー スモードで使用される電流増幅器５４に流れる。前述のように、リング電極２８ と圧力制限開口５０は典型的には同一直流バイアス（Ｖ１）（第７図の例では、 略５００Ｖ）で最良に動作する。この電圧は試料室内で十分な気体増殖作用を得 るに要する電圧に設定される。第８図のバーチャルアース増幅器は、リング電極 ２８に印加されるバイアス電圧を基準として浮かせた電源で動作させる。増幅器 の他の入力端（５６と指定された＋入力端）もバイアス電圧に接続される。５８ で示されるような増幅器の出力は、慣用の設計の光結合増幅器システム（図示せ ず）を用いて、通常の接地電位を基準とするように変換される。 この増幅器は、抵抗値Ｒを有する抵抗６０の形態のフィードバック系を備える 。 その結果として、増幅器５４の出力は ＩｓＲ＋Ｖ１ によって表され、Ｉｓは リング電極２８によって収集される電流であり、Ｖ１は増幅器に印加されるバイ アス電圧である。その結果として、増幅器５４はリング電極２８の電圧をＶ１に 極く近くなるように保持する。 所要の信号（ＩｓＲ）に加えて、増幅器５４の出力には雑音も存在する。この 雑音は多数の原因によって発生する；すなわち：（ａ）信号電流Ｉｓ中のショッ ト雑音、（ｂ）増幅器で発生する雑音、および（ｃ）抵抗６０からのジョンソン 雑音である。本発明の環境型ＳＥＭを使用して、試料の最良解像度を得るために 標本の最小スポットサイズ得ようとする場合には、影像雑音を最小化するように 像は比較的緩慢な走査速度で走査されなければならない。典型的には、略１〜２ 分の時間が費やされる。 抵抗Ｒからの雑音を最小にするためには、抵抗値を好ましくは少なくとも１Ｍ オームとする。この高抵抗値は増幅器５４の周波数応答性を制限し、早い走査速 度で適切な影像を得ることは困難となる。適切な影像を得るためには、ブースタ 付高周波応答による別の増幅器（図示せず）が用いられ、入力端における損失を 補償する。以前の環境型ＳＥＭでは、高速走査に適切な高周波応答性を得るため に、増幅器は低抵抗（５０ｋオーム）を使用した。しかし、この抵抗は有害なレ ベルのジョンソン雑音を発生した。したがって、第８図の増幅器システム５２も 前述のように雑音の主な原因は電子ビーム１２中のショット雑音であるように設 計された。 本発明の別の一般目的によれば、本発明の環境型走査電子顕微鏡は光学顕微鏡 を使用して大形標本を観察するという進歩した方法を備える。この光学覗窓装置 によれば使用者は通常の環境型ＳＥＭ電子像（典型的には直径０．５ｍｍに制限 される）を略７〜１０ｍｍに至る視野をカバーする標本の光学的可視光観察に容 易に切り換えることができ、試料の光学的観察が可能な実質的に性能を向上した ＳＥＭを達成する。標本の著しく広い観察を可能にするほか、この光学覗窓装置 は有利にはフルカラーの標準的光学像である標本の影像を提供する。更に、以下 に更に詳細に説明するように、この光学覗窓装置は顕微鏡の電子柱内を覗き込む かのような標本の観察を可能にする。 この環境型走査電子顕微鏡は、気体検出器（すなわち、試料室の気体環境に浸 された検出器）の既存の特性を利用しており、検出器は試料室２２内の光の影響 を受けるおそれがない。これとは対照的に、慣用のＳＥＭにおいて２次電子結像 に用いられる標準的なＥｖｅｒｈａｒｄｔ−Ｔｈｏｒｎｌｅｙ検出器は、可視ス ペクトルに敏感な光電子増倍管を使用し、それゆえに、可視光をＳＥＭ試料室内 に導入することは不可能である。また、ＳＥＭで使用される後方散乱電子検出器 は同様に光に敏感である。 この環境型走査電子顕微鏡の光学覗窓装置の２つの主要な構成品は次の通りで ある： （ａ）第９図から第１１図に示すように、試料の継続的光学観察を実現するた めに光源から試料を照射し、ビデオユニットに試料の像を反射するための光学像 生成装置；および （ｂ）第１２図および第１３ａ−ｄ図に示すように、ＴＶカメラからの像を正 規の環境型ＳＥＭ表示装置および制御画面に表示できるようにするビデオ切換え 信号もしくはビデオ表示装置。 さて第９図および第１０図を参照すると、この環境型ＳＥＭでは、試料２４は ５軸（ＸＹＺ、傾斜および回転）の移動を与える自動ステージ２６に載せられて 試料室２２内に配置される。環境型ＳＥＭの試料室２２の外部筐体６４を通って 伸びるビューポート６２も備えられ、操作者が調査中に試料を直接観察できるよ うにする。 第１０図および第１１図で最も良く分かるように、光学覗窓装置の光学像生成 装置は磁界集束レンズの最終磁極片６８の下面に取り付けられた比較的小型のミ ラー６６、もしくは最終磁極片の光学研磨された反射面を具備する。この配置で ミラー６６は試料２４に正対する。試料はミラー６６（および／もしくは次に示 すように、対物レンズ６８の下面）の反射光によって照明される。ミラーは試料 ２４の像をレンズ組立体を介して比較的小型のＣＣＤ ＴＶカメラに転送するた めにも使用される。カメラからのＴＶ信号は標準ＴＶモニタに直接転送でき、試 料の継続的な光学観察を可能にする。 さらに詳細に説明すると、第１０図および第１１図に示すように、光源７０は 光ファイバ束７２次いで鉛ガラス窓７４に結合される。鉛ガラス窓７４は真空シ ールを成し、試料から出た電子ビーム１２によって生ずるすべてのＸ線を吸収す る。次に光線はレンズ７６によって集束され、ミラー６６で反射されて、試料２ ４に入射する。好ましい実施態様では、第１１図に示すように、ミラー６６は本 発明の環境型ＳＥＭの気体検出器に近接して配置される。さらに別の好ましい実 施態様で、対物レンズ６８の下面すなわち最終磁極片７７は十分に研磨される場 合には、ミラー６６は省略でき、光ビームは最終磁極片７７で反射されて試料に 入射する。 試料２４の像はミラー６６で反射されてレンズ組立体８０に返送される。像は レンズ８０を通って復路を通過した後、２組のプリズム８２および８４を通過し て、その後で像のビデオ表示を行うＣＣＤ撮像集積回路８６に到達する。第１１ 図で最も良く分かるように、第１のプリズム８２は本発明の光学装置の内部に配 置され、像は入射方向から１８０°反転して反射される。したがって、像はプリ ズム８２によって、２つの反射点８２ａおよび８２ｂで反射される。像はプリズ ム８２の反射点８２ｂで反射された後プリズム８４に入射し、反射点８４ａで直 角に一回だけ反射されてＣＣＤ撮像集積回路８６に向かう。試料と画像ＣＣＤと の間の偶数回の反射によって反転しない像が得られる。 普通なら、試料からオフセットされたミラーを使用するので、試料の好ましく ない斜め観察が起こる。本発明の光学覗窓装置では、試料の「垂直俯瞰」観察に 実質的に等価な試料の観察ができるような角度で、レンズ８０およびＣＣＤ撮像 チップが取り付けられる。その上に、使用者が顕微鏡の正面から電子光学柱を見 下ろして標本を見ているかのように像が形成される位置に、ＣＣＤチップ８６が 取り付けられる。好ましい実施態様では、ＣＣＤ撮像チップ８６は動作上はＣＣ Ｄ ＴＶカメラに接続され、カメラからのＴＶ信号は直接標準ＴＶモニタもしく はビデオレコーダに転送されて、試料の継続的光学観察を行えるようにする。 第１２図に示す光学覗窓装置のビデオ表示組立体は、メニュー表示領域９０と 影像表示領域９２を含むＶＧＡ表示画面８８を備える。メニュー表示領域９０は 操作者に操作および状態情報を表示する。 第１３ａ図および第１３ｂ図に示すように、影像表示領域９２はリング電極２ ８からの処理された電子像と前述の光学像生成装置によって作成された光学像の いずれかを表示できる。本発明の光学表示組立体のさらに別の有利な特性は、試 料の様々な電子像と光学像を同時に見ることができるように「親子画像」表示と して影像表示領域に電子像もしくは光学像を挿入できることである。第１３ｃ図 に示すように、「親子画像」表示として影像表示領域の電子像９４の中に光学像 ９８が挿入されている。第１３ｄ図では、「親子画像」表示として影像表示領域 ９２の光学像９６の中に電子像２００が挿入されている。このようにして、第１ ３ｃ図の光学像９８と第１３ｄ図の電子像１００のいずれかの縮小変形もしくは 選択された部分が他の像の中に表示できる。電子回路が第１３ａ−ｄ図で示した 組合せの間で影像を即座に切り換えるように作られることは、当業者には容易に 理解される。 第１４図に示すように、本発明の環境型ＳＥＭの好ましい実施態様では、Ｘ線 検出器（ＥＤＸ検出器）１０２は略３０°の慣用のＳＥＭにおける取り出し角と 同等な取り出し角を有して、試料の表面から放出されるＸ線を収集する。この所 望の取り出し角を得るために、圧力制限開口組立体１０４は、真空柱を試料室か ら分離する対物レンズ１０８の最終磁極片１０６から下方に向かって伸びる。こ の延伸された圧力制限開口組立体は、圧力制限開口１０５から試料１０３に至る 気体行程長を略１〜２５ｍｍ、更に好ましくは１〜１０ｍｍに保つために用いら れる。その結果として、対物レンズ１０８の最終磁極片１０６から試料１０３に 至る距離が増して、第１４図で角度αによって示される略３０°の増大した取り 出し角を有するＥＤＸ検出器が実現する。 好ましい実施態様では、本発明の環境型走査電子顕微鏡は慣用のＳＥＭで得ら れる視野と同等な拡大された試料の視野も提供する。第１５図でさらに詳細に示 すように、圧力制限開口１１８および１２０を貫通する電子ビームを指向する３ 組の走査コイル１１０、１１２、および１１４と、短焦点距離の磁気レンズ１１ ６を用いることによって、拡大された視野が得られる。さらに、走査コイルの組 １１０および１１２は圧力制限開口１１８の上方に配置され、走査コイルの組１ １４は圧力制限開口１１８と最終圧力制限開口１２０の間に配置される。 走査コイルや圧力制限開口の補助がなければ、電子ビームから発散する電子は １１６のような磁気レンズの作用によって試料２４の上に集束される。線束の縁 部の電子はレンズの作用によってかなり偏向される。しかし、第１５図の環境型 ＳＥＭの磁気レンズ１１６のように、レンズ巻線の電流を増すことによってレン ズの焦点距離が短縮されると、線束は磁気レンズに近接した点を通るようになる 。第１５図の環境型走査電子顕微鏡に関する短焦点距離レンズの影響を以下に更 に詳しく説明する。 動作時には、第１の組の走査コイル１１０が電子ビーム１２を角βで示される ように、上方の圧力制限開口１１８に比較的近接して配置された第２の組の走査 コイル１１２に向かうように角度的には外向きに偏向する。第２の組の走査コイ ル１１２は、角Φで示されるように、電子ビームを上方の圧力制限開口１１２を 通って第３の組の走査コイル１１４に向かうように角度的には内向きに偏向する 。第３の組の走査コイル１１４は、ビームを角度的には内向きに偏向し、見かけ の軌跡が電子源の像から出るようにする。磁界集束レンズ１１６は短焦点距離を 有しているから、レンズ集束作用は点１２４でビームを曲げて、ビームが下方の 圧力制限開口１２０を通過するようにする。３組の走査コイル１１０、１１２、 および１１４と短焦点距離の磁界集束レンズ１１６の組合せによって、ビームは 角変位の効果で試料２４の一層大きな表面積（例えば、半径１０ｍｍ）に衝突す るようになる。その結果として、試料の視野は拡大され、試料の一層大な表面積 から放出される２次電子およびその他の使用可能な情報（Ｘ線、イオン、その他 ）が検出できる。 本発明の結果として、気体環境で標準的なＳＥＭ解像性能に到達する環境型走 査電子顕微鏡が設計された。このように、出願人は、本明細書で示すように、適 切に変形されたＳＥＭを使用して、水蒸気の存在下で水蒸気がビームスポット径 の有意な劣化をもたらすことなく試料を観察できることを説明し、画像雑音が電 子ビームのショット雑音に限定され、何らの計測上の制限もない検出器および信 号処理系を製作した。 本発明の別な一般目的によれば、性能を向上した電子検出器組立体であって、 電極は機械的に支持され、電極構造体は強固であって試料との衝突によって構造 体に生ずる損傷を最小にし、支持構造体は電気的に絶縁されて試料から放出され る様々な信号が相互結合することなく、電極構造体は軽易にクリーニング可能で あり、それによって含水もしくは汚染した試料で実施された実験の残留物を除去 できる組立体を提供することである。 それによって、圧力制限開口と一体形成された検出器ヘッド、各種の信号が相 互結合しないように電気的に絶縁された支持構造体、および環境型走査電子顕微 鏡内の電極検出器組立体を機械的に支持する支持構造体を具備する環境型走査電 子顕微鏡のために電子検出器組立体が設計された。 第１６図の好ましい実施態様に示すように、電極検出器組立体１３０は、調査 すべき試料から出た信号を収集するための収集電極１３６および１３８を有する 検出器ヘッド１３４を備えたプリント回路板１３２の形態である。前述の原理に よれば、内側信号リング電極１３６は適切にバイアスをかけられて、試料の表面 から出た２次電子を収集する。この信号リング電極１３６は好ましくは３本の支 持脚１４０ａ、１４０ｂ、および１４０ｃによって印刷回路板１３２の検出器ヘ ッド１３４から下向きに支持される。検出器ヘッド１３４は適切にバイアスをか けた電極パッド１３８も備えて、試料の表面から発して後方散乱および小角反射 された電子に由来する信号を低減するようにする。また、検出器ヘッドは参照番 号１４２で示すように、斜め下方に傾いており、前述のように光学的観察装置に よる試料の観察を妨げないようにする。 第１６図に示すように、この電極検出器組立体では最終圧力制限開口１４４が 、プリント回路板１３２の検出器ヘッド１３４の信号リング電極１３６の内側に 形成される。更に、第１７図に示すように、この最終圧力制限開口は逆円錐状リ ング１４６の端部に形成され、好ましくは銅で作られて検出器ヘッドの上面に取 り付けられる。その結果として、信号リング１３６および電極パッド１３８のよ うな収集電極は検出器ヘッド上の最終圧力制限開口１４４と一体に形成される。 本発明の電極検出器組立体は不要な信号を拾う接続線なしで信号リング１３６ との電気的接続を与える。この結果を得るために適当な絶縁が本発明の電極検出 器組立体に施されて、電極１３６と１３８の間の電気的漏洩を防ぐ。第１６図に 示すように、この絶縁はプリント回路板支持構造体自身の形態によって成される 。複数の導電路１４８、１５０、および１５２がプリント回路板１３２に埋め込 ま れる。導電路１５０は電極パッド１３８に接続される。導電路１５２は相殺の目 的で電気雑音を収集して、信号との雑音干渉混信から電子的減算を行うための信 号を収集するようにする。最後に導電路１５４は接地接続である。これらの導電 路１４８、１５０および１５２はそれぞれエッジコネクタ１５６、１５８および １６０に接続される。次いで、これらのエッジコネクタは、収集電極によって受 け取られた情報を増幅するために、導電路によって運ばれた信号を増幅器（図示 せず）に転送する。更に、これらの導電路の各々は露出部分を有しているが、銅 を有害な気体もしくは酸化から保護するように金で電気めっきされている。 プリント回路板１３２の上面および下面は、第１６図および第１７図に示すよ うに、金めっきされた銅被覆１６４および１６６を備える。この銅被覆は電気シ ールドとなって、埋込み導電路における信号の電気雑音の収集を低減させ、絶縁 回路板の導電性外被となる。標準めっきされたスルーホール１６５は外被１６４ および１６６を相互に結合するために用いられる。２つの表面１６４および１６ ６はエッジコネクタ１６２を介して接地に接続される。更に、標準めっきされた スルーホール１８２が備えられ、このスルーホールは銅面１６４および１６６を プリント回路板１３２の両面に結合する（第２０図参照）。 第１７図に示すように、プリント回路板は「Ｄ」字状の絶縁リング１６８も含 んでおり、以下に更に詳しく説明するように、このリングはプリント回路板に接 着されて対物レンズ組立体と試料室の間の真空シールをもたらす。 第１８図から第２０図にかけて、プリント回路板技術を用いた電極検出器組立 体を使用する環境型走査電子顕微鏡が示してある。第１８図で最も良く分かるよ うに、プリント回路板１３２は試料室１７０内にほぼ水平に配置される。電子ビ ーム１７６が通過できるような経路を設けた検出器本体１７２は、対物レンズ組 立体１７４に取り付けられる。この検出器本体１７２は本出願と同一の譲受人に 譲渡された米国特許第４，８２３，００６号で開示された開口担体と類似である が、本願では検出器ヘッドは検出器本体の下方部分を形成する点が異なっている 。 以下で更に詳しく説明するように、この検出器本体１７２は対物レンズ１７４ を貫通するように挿入されて、圧力制限開口１４４の中心が正しい位置にくるよ うに調整する際の補助となる。この構成で、信号収集リング電極１３６はプリン ト回路板１３６から下方に延びて、観察中の試料１７８に正対する。その結果と して、１次ビーム１７６はプリント回路板の最終圧力制限開口１４４を通り抜け て、試料１７８に衝突する。こうして、試料の表面から放射された２次電子は適 切にバイアスをかけられた信号リング電極１３６によって収集される。 回路板１３２と検出器本体１７２周辺の間に気密シールを施すために、真空シ ールリング１６８がプリント回路板に接着され、検出器本体１７２から下方に伸 びる環状フランジ１８０に嵌合される。真空シールリングは、圧力制限開口１４ ４を環境型走査電子顕微鏡内の適切な位置に配置して電子ビーム１７６が試料１ ７８に適切に衝突するようにする際の補助も行う。 本発明の別の一般目的によれば、プリント回路板の絶縁表面は１次ビームを乱 さないように「隠される」。第２０図で最も良く分かるように、プリント回路板 の頂面に取り付けられた銅リング１７１は十分な幅を有しており、圧力制限開口 １４４の外側に伸びて１次ビーム１７６がプリント回路板の絶縁表面に衝突しな いようにする。 更に、以下に更に詳しく説明するように、最終圧力制限開口１４４を形成する 逆円錐部分１４６は様々な寸法に変更可能であり、プリント回路板は容易に取り 外されて、各種の寸法が挿入されて異なる目的に応じて異なる寸法の圧力制限開 口が与えられる。したがって、圧力制限開口／電極構造体を製作するコストは十 分に安価であり、使用者は各種の寸法の圧力制限開口をもつ組立体を１組と限ら ず入手できる。 別の好ましい実施態様では、電極パッド１４６から受信された信号は、実際の 後方散乱電子信号検出器として使用されてもよい。電極パッド１４６がそのよう に使用される場合には、プリント回路板上にあって電極パッド１４６に近接する 電圧面が、２次電子検出器信号環状電極１４４によって収集されない後方散乱電 子信号を収集する。したがって、本発明の電極検出器組立体では、収集パッド１ ４６は単に「不要な後方散乱電子信号および１次ビーム雑音」のみを収集するこ とはない。 本願と同一の譲受人に譲渡された米国特許第４，８９７，５４５号では、異な るタイプの電子信号を拾う多数の電極を標本に近接して配置することによって気 体電子検出器が改良された。本願の第２１図は、このような検出器を示す。この 検出器は、米国特許第４，８９７，５４５号で開示されたものであるが、低エネ ルギー２次電子（電極Ｘ）、高エネルギー反射電子（電極ＣおよびＤ）、および 低角反射電子（電極ＡおよびＢ）のように異なるタイプの電子を分離できるよう にした。前記の特許で開示されるように、これらの異なるタイプの電子の各々は 標本に関する異なる情報を伝える。 本願の第２２図は、環境型走査電子顕微鏡に使用するためにプリント回路板技 術を用いた電極検出器組立体１８４を示すが、この電極検出器組立体は検出器ヘ ッドに多数の電極を含んで米国特許第４，８９７，５４５号に開示された検出器 と類似な方法によって各種のタイプの電子信号を拾う。以下に更に詳しく説明す るように、第２２図のこの電極検出器組立体は、検出器ヘッド、適当な絶縁、お よび本願の第１６図および第１７図の実施態様で示したような支持構造体を更に 備えている。 電極検出器組立体１８４の検出器ヘッド１８６は、好ましくは銅製の３つの電 極１９０、１９２および１９４を備える。内側電子検出器１９０は信号リングと して形成され、検出器ヘッド内に形成された圧力制限開口の半径方向外側に配置 される。この信号リング電極１９０は標本の表面から発して増幅された低エネル ギー２次電子を収集する。中間電子検出器１９２は、内側電子検出器１９０の半 径方向外側に配置され、１９２ａおよび１９２ｂのような第１の複数の同心分割 略偏平弧状セグメントから形成される。中間電子検出器は、主として試料の表面 から出て増幅された高エネルギー２次電子信号と後方散乱電子信号の混合信号を 収集する。混合信号に含まれる信号の相対的な強度は、圧力、試料距離および使 用される電極バイアスといったパラメータに依存する。外側電子検出器１９４は 中間電子検出器１９２の半径方向外側に配置され、第２の複数の同心分割略偏平 弧状セグメント１９４ａおよび１９４ｂで形成される。外側電子検出器１９４は 、標本の表面形状（topography）を示す増幅された低角後方散乱反射信号を収集 する。 第２２図に示すように、表面形状のような幅広いスペクトルの撮像能力を備え るためには、中間リング電子検出器１９２の同心弧状セグメント１９２ａおよび １９２ｂ、および外側電子検出器１９４の同心弧状セグメント１９４ａおよび１ ９４ｂは好ましくは相互に概略直角な向きにある。弧状セグメントの片方の出力 を他の片方の出力から電子的に減算することによって、通常は典型的な後方散乱 電子検出器に関連してなされる方法で、Ｚ−コントラスト抑圧による表面形状の 陰影効果が得られる。導電体はやはりプリント回路板に埋め込まれ、支持構造体 は電気的に絶縁されて、各種の信号が相互結合しないようにされる。第２２図に 示すように、導電路１９６、１９８、２００、２０２および２０４は収集電極１ ９０、１９２および１９４によって受信された信号を、それぞれ２０６、２０８ 、２１０、２１２および２１４のようなエッジコレクタに運ぶ。好ましい実施態 様では、導電路２００は信号リング電極１９０に接続される。導電路１９８およ び２０４は、中間電子検出器１９２の同心弧状セグメント１９２ａおよび１９２ ｂにそれぞれ接続される。導電路１９６および２０２は、外側電子検出器１９４ の同心弧状セグメント１９４ａおよび１９４ｂに接続される。 第２３図に示すように、標本２１７の表面から出る２次電子信号２１６は、信 号リング電極１９０に衝突するが、その際に高角反射電子２２０は中間電子検出 器の同軸弧状セグメント１９２ａもしくは１９２ｂのどちかに衝突する。低角反 射電子２２０は、外側電子検出器１９４の同軸弧状セグメント１９４ａおよび１ ９４ｂに衝突する。 １３０（第１５図）および１８４（第２２図）のような電極検出器組立体は、 本願の第２４図ないし第２６図に示すように、環境型走査電子顕微鏡内に機械的 に支持される。前述のように、真空シールリング１６８はプリント回路板から上 方へ向けて伸びて、本体コネクタすなわち開口担体１７２と密に嵌合して気密シ ールをなすとともに、圧力制限開口１４４を適切な位置に配置する。信号ヘッド から遠隔したほうのプリント回路板の端部は、２３２のような試料室１７０内に 設けられたプリント回路板コネクタにスナップ止めされる。プリント回路板コネ クタ２３２においては、１５６、１５８、１６０もしくは１６２（第１６図）あ るいは２０６、２０８、２１０、２１２および２１４（第２２図）のようなエッ ジコネクタが適当な結線に接続され、結線は信号を増幅器（図示せず）に運んで 収集電極が受け取った情報を増幅するようにする。プリント回路板コネクタ２３ ２はレンズ１７４で支持され、ケーブル結線２３４および２３６によって試料室 １７０に接続される。また、試料室の真空特性を保持するために、接続ケーブル ２３４と２３６の間には真空シールコネクタ２３８が設けられる。したがって、 このようにして、シールリング１７１およびＰＣＢコネクタ２３２はともに共働 して、プリント回路板を環境型走査電子顕微鏡内で所望の向きに機械的に支持す る。 第２５図および第２６図には、環境型走査電子顕微鏡からのプリント回路板の 取り外しが示してある。第２５図で、プリント回路板１３２は最初に矢印ａの向 きに回動されて、真空シールリング１７１が本体検出器すなわち開口担体１７２ の下方延伸フランジ１８０から外される。その後で、プリント回路板１３２とプ リント回路コネクタ２３２とのスナップ止めが外され、プリント回線板が解放さ れて、プリント回路板は矢印ｂの方向に移動され、環境型走査電子顕微鏡から取 り外される。その結果として、圧力制限開口は別の寸法に簡単に交換できるよう になるし、また圧力制限開口／電極構造体を製作するコストは十分安価になって 使用者は異なる寸法の圧力制限開口を備えた組立体を１組と限らず入手できるよ うになる。 第２７図および第２８図は、本願のプリント回路板検出器によってつくられる 高電圧用の離隔空間を詳細に示す。プリント回路板１３２と本体検出器１８０と の嵌合構造の結果として、高電圧用の離隔空間がつくられる（第２７図の高さｃ および長さｄを見よ）。この電圧隔離は第２８図にも反映されており、参照番号 ２４０として示されている。逆向き部分１４６および銅リング１７１は、高圧の バイアスをかけられており、検出器本体１８０は略０ボルトにバイアスがかけら れている。 この電極検出器組立体に使用される材料の結果として、真空環境におけるガス 放出は最小化され、電極構造体は高温実験に伴う高温に対して耐性を有し、機械 的に安定で、かついずれの金属表面も環境型走査電子顕微鏡で使用される気体環 境に対して耐性を有する。更に、プリント回路板は極めて正確に機械加工できる し高温で使用することもできる。 また、好ましい実施態様では、プリント回路板は主としてガラス繊維およびエ ポキシで作られる。しかし、ガラス繊維およびエポキシは多層セラミック基板に 置換されてもよい。 本発明の電極検出器組立体の設計の結果として、比較的安価なプリント回路板 構造体が使用され、電極は機械的に支持され、信号収集のために埋込み導電路が 備えられ、１次ビームに対して露出する絶縁体はなく、支持構造体は強固であっ て試料で構造体を打撃したために生ずる損傷を最小化し、構造体は簡単にクリー ニングでき、かつ安価に交換できる。 本発明を特定の好ましい実施態様を参照して詳しく説明したが、本発明の趣旨 および範囲を逸脱することなく、種々な変更および変形が可能なことを当業者に は容易に理解できよう。添付の請求の範囲は、前述した事柄および各種の他の類 似の変更および変形を含むものと解釈されるべきである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＪＰ (72)発明者 アームストロング，アレン イー. アメリカ合衆国 02173 マサチューセッ ツ州レキシントン，ロビンソン ロード 34

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 環境型走査電子顕微鏡であって、 （ａ）試料に向けて電子ビームを発生し指向するための手段、 （ｂ）試料の表面から出る２次電子信号を検出するための手段、および （ｃ）後方散乱電子に由来する信号を低減するための手段および前記電子ビー ムによって発生させられた信号雑音を低減するための手段 を含んでなる環境型走査電子顕微鏡。 ２． 試料の表面から出る２次電子信号を検出するための前記手段が、細いリ ング電極から形成される請求項１記載の環境型走査電子顕微鏡。 ３． 前記の細いリング電極が略５０ないし１０００ミクロンの線径を有する 線である請求項２記載の環境型走査電子顕微鏡。 ４． 前記リング電極が導電性材料から作られる請求項２記載の環境型走査電 子顕微鏡。 ５． 前記リング電極が２０ないし２０００ボルトの間にバイアスを加えられ る請求項２記載の環境型走査電子顕微鏡。 ６． 前記リング電極が略５００ボルトにバイアスを加えられる請求項５記載 の環境型走査電子顕微鏡。 ７． 請求項１記載の環境型走査電子顕微鏡において、前記電子ビームは真空 柱の下端で圧力制限開口を貫通し、かつ後方散乱電子に由来する信号を低減する ための前記手段および前記電子ビームによって発生させられた信号雑音を低減す るための手段が前記圧力制限開口に一体的に形成されてバイアスを加えられる電 極である環境型走査電子顕微鏡。 ８． 前記圧力制限開口が略２００ないし２０００ボルトにバイアスを加えら れる請求項７記載の環境型走査電子顕微鏡。 ９． 前記圧力制限開口電極が略５００ボルトにバイアスを加えられる請求項 ８記載の環境型走査電子顕微鏡。 １０． 環境型走査電子顕微鏡であって、 （ａ）下端に圧力制限開口を有する真空柱、 （ｂ）真空柱内に配置されて荷電粒子を放射する荷電粒子ビーム源、 （ｃ）真空柱内に配置されて、荷電粒子ビーム源から放射された荷電粒子ビー ムを前記圧力制限開口を貫通するように指向する集束手段、 （ｄ）前記圧力制限開口の下方に配置された試料室であって、略１ないし５０ トルの圧力の気体内に封入された試料を圧力制限開口と正対する位置に保持して 、荷電粒子ビーム源から放射され前記圧力制限開口を貫通するように指向された 荷電粒子ビームに標本の表面が曝されるようにする試料室、 （ｅ）試料の表面から出る２次電子信号を検出するように、前記資料室と前記 圧力制限開口の間に設置されてバイアスを加えられるリング検出器、および （ｆ）前記圧力制限開口と一体的に形成されて、後方散乱電子に由来する信号 を低減し、かつ前記電子ビームによって発生させられた雑音を低減するようにバ イアスを加えられる圧力制限開口、 を含んでなる環境型走査電子顕微鏡。 １１． 前記リング電極が略５０ないし１０００ミクロンの線径を有する金属 線である請求項１０記載の環境型走査電子顕微鏡。 １２． 前記リング電極および前記圧力制限開口電極が同一電位にバイアスを 加えらる請求項１０記載の環境型走査電子顕微鏡。 １３． 前記リング電極および前記圧力制限開口電極が略２００ないし２００ ０ボルトの間にバイアスを加えられる請求項１０記載の環境型走査電子顕微鏡。 １４． 前記リング電極および前記圧力制限開口電極が略５００ボルトに電位 偏倚される請求項１０記載の環境型走査電子顕微鏡。 １５． 環境型走査電子顕微鏡であって、 （ａ）試料に向けて電子ビームを発生して指向するための手段、 （ｂ）試料を気体環境内に保持する試料室、および （ｃ）試料の表面から出た２次電子信号を検出するための手段、および （ｄ）後方散乱電子に由来する信号を低減するための手段および前記電子ビー ムによって発生させられた信号雑音を低減するための手段、 を含んでなる環境型走査電子顕微鏡。 １６． 試料の表面から出た２次電子信号を検出するための前記手段が細いリ ング電極で形成される請求項１５記載の環境型走査電子顕微鏡。 １７． 前記の細いリング電極が略５０ないし１０００ミクロンの線径を有す る線である請求項１６記載の環境型走査電子顕微鏡。 １８． 前記リング電極が導電性材料から作られる請求項１６記載の環境型走 査電子顕微鏡。 １９． 前記リング電極が２００ないし２０００ボルトの間にバイアスを加え られる請求項１６記載の環境型走査電子顕微鏡。 ２０． 前記リング電極が略５００ボルトにバイアスを加えられる請求項１９ 記載の環境型走査電子顕微鏡。 ２１． 請求項１５記載の環境型走査電子顕微鏡において、前記電子ビームが 真空柱の下端にある圧力制限開口を貫通するように指向され、かつ後方散乱電子 に由来する信号を低減するための前記手段および前記電子ビームによって発生さ せられた信号雑音を低減するための前記手段が前記圧力制限開口に一体形成され てバイアスを加えられる電極である環境型走査電子顕微鏡。 ２２． 前記圧力制限開口電極が略２００ないし２０００ボルトにバイアスを 加えられる請求項２１記載の環境型走査電子顕微鏡。 ２３． 前記圧力制限開口電極が略５００ボルトにバイアスを加えられる請求 項２２記載の環境型走査電子顕微鏡。 ２４． 環境型走査電子顕微鏡であって、 （ａ）試料に向けて電子ビームを発生し指向させるための手段、 （ｂ）細いバイアスを加えられたリング電極の形態であって、試料の表面から 出た２次電子信号を検出するための手段、 （ｃ）後方散乱電子に由来する信号を低減するための手段および前記電子ビー ムによって発生させられた信号雑音を低減するための手段、 および （ｄ）前記リング電極で収集された信号を受信する増幅器を含んで、前記リン グ電極によって収集された信号を増幅するための手段であって、前記増幅器が前 記リング電極のバイアス電圧に浮かされ、前記増幅器の出力が画像 表示手段に供給されるようにしたリング電極によって収集された信号を増幅する ための手段、 を含んでなる環境型走査電子顕微鏡。 ２５． 前記増幅器がフィードバック手段を含む請求項２４記載の環境型走査 電子顕微鏡。 ２６． 前記フィードバック手段が抵抗値Ｒ、好ましくは１Ｍオームより大き な抵抗値、を有する抵抗を含む請求項２５記載の環境型走査電子顕微鏡。 ２７． Ｒの影響による高周波信号損失を回復するように前記増幅器の出力信 号が増幅される請求項２６記載の環境型走査電子顕微鏡。 ２８． 前記増幅器がいわゆるバーチャルアースモードで動作する請求項２４ 記載の環境型走査電子顕微鏡。 ２９． 操作者が試料の実質部分を調査できるようにする環境型走査電子顕微 鏡であって、 （ａ）下端に圧力制限開口を有する真空柱、 （ｂ）前記圧力制限開口を通して試料に向けて電子的手段を発生して指向する ための手段、 （ｃ）前記圧力制限開口の下方に配置され、圧力制限開口に正対するように気 体内に封入された試料を保持する資料室、 （ｄ）前記真空柱と前記試料室とを分離し、前記圧力制限開口を画定する磁界 集束レンズ、および （ｅ）試料の継続的な光学観察を行うために、光源から前記試料を照明して、 前記試料の前記像をビデオ手段に反射するための光学像生成手段を含む光学覗窓 装置、 を含んでなる環境型走査電子顕微鏡。 ３０． 前記光学像生成手段が前記磁界集束レンズに取り付けられて前記試料 に正対する反射鏡手段を含む請求項２９記載の環境型走査電子顕微鏡。 ３１． 前記ビデオ手段が前記ミラー手段からの標本の像を撮像してＴＶ信号 を表示モニタに伝送するＴＶカメラ含んで、試料の継続的光学的観察を行えるよ うにする請求項３０記載の環境型走査電子顕微鏡。 ３２． 前記光学ビデオ装置の光は光ファイバ束および鉛ガラス窓を通して伝 送された後に前記ミラー手段に到達し、前記鉛ガラス窓が真空シールを形成する とともに前記電子ビームが前記試料内で発生したＸ線を吸収するようした請求項 ３０記載の環境型走査電子顕微鏡。 ３３． 前記鉛ガラス窓を通過した光が、第１のレンズで集束された後、前記 ミラー手段から前記試料に向けて反射されるようにする請求項３２記載の環境型 走査電子顕微鏡。 ３４． 前記ミラー手段が試料の像を第２のレンズに向けて反射した後、前記 の試料の像がビデオ手段に到達するようにする請求項３０記載の環境型走査電子 顕微鏡。 ３５． 前記ビデオ手段がＣＣＤチップを含む請求項３４記載の環境型走査電 子顕微鏡。 ３６． 前記第２のレンズおよび前記ＣＣＤ撮像チップが実質的に垂直俯瞰観 察に等価な前記標本の像が得られる角度で装着される請求項３５記載の環境型走 査電子顕微鏡。 ３７． 標本の像が、前記第２のレンズと前記ビデオ手段との間で、少なくと も１個のプリズムを通過するようにする請求項３４記載の環境型走査電子顕微鏡 。 ３８． 試料の光学観察を可能にする環境型走査電子顕微鏡であって、 （ａ）圧力制限開口を下端に有する真空柱、 （ｂ）前記制限開口を通して試料に向けて電子的手段を発生して指向するため の手段、 （ｃ）前記圧力制限開口の下方に配置され、気体内に封入された試料を圧力制 限開口に正対するように保持する試料室、 （ｄ）前記真空柱と前記試料室とを分離し、前記圧力制限開口を画定する磁界 集束レンズ、および （ｅ）前記試料を照明し、前記試料の前記像をビデオ手段に向けて反射して、 試料の継続的光学観察を可能にするための光学像生成手段を含む光学覗窓装置、 を含んでなる環境型走査電子顕微鏡。 ３９． 前記光学像生成装置が、前記磁界集束レンズおよび前記磁界集束手段 に装着されたミラー手段を含み、前記試料に正対する、請求項３８記載の環境型 走査電子顕微鏡。 ４０． 前記光学ビデオ装置の光が、光ファイバ束および鉛ガラス窓を通して 伝送された後、前記ミラー手段に到達し、前記鉛ガラス窓が真空シールを形成す るとともに前記試料内で前記電子ビームによって発生させられたＸ線を吸収する ようにする請求項３９記載の環境型走査電子顕微鏡。 ４１． 前記鉛ガラスを通過した光が第１のレンズによって集束された後、前 記試料に向けてミラー手段で反射される請求項４０記載の環境型走査電子顕微鏡 。 ４２． 前記ミラー手段が標本の像を第２のレンズに向けて反射した後、前記 の標本の像が前記ビデオ手段に到達する、請求項３９記載の環境型走査電子顕微 鏡。 ４３． 前記ビデオ手段がＣＣＤ撮像チップを含む請求項４２記載の環境型走 査電子顕微鏡。 ４４． 前記第２のレンズおよび前記ＣＣＤ撮像チップが実質的に垂直俯瞰観 察と等価な試料の像が得られる角度で装着される請求項４３記載の環境型走査電 子顕微鏡。 ４５． 標本の像が、前記第１のレンズと前記ビデオ手段との間で、少なくと も１個のプリズムを通過する請求項４２記載の環境型走査電子顕微鏡。 ４６． 環境型走査電子顕微鏡であって、 （ａ）試料に向けて電子ビームを発生して指向するための手段、 （ｂ）試料の電子像を得るために、試料の表面から出た２次電子信号を検出す るための手段、 （ｃ）前記試料の光学像を生成するための光学像生成手段を含む光学覗窓装置 、および （ｄ）操作者に対して操作および状態情報を表示するために影像表示領域およ びメニュー表示領域を有し、前記電子像もしくは前記光学像のいずれかが前記影 像表示領域に表示されることができる表示画面を含む表示手段、 を含んでなる環境型走査電子顕微鏡。 ４７． 前記影像表示領域において、電子像が前記光学像の中に親子画像表示 として挿入されることができる請求項４６記載の環境型走査電子顕微鏡。 ４８． 前記影像表示領域において、光学像が前記電子像の中に親子画像表示 として挿入されることができる請求項４６記載の環境型走査電子顕微鏡。 ４９． 環境型走査電子顕微鏡であって、 （ａ）試料に向けて電子ビームを発生して指向するための手段、 （ｂ）試料の電子像を得るために、試料の表面から出る２次電子信号を検出す るための手段、 （ｃ）試料の光学像を生成するための光学像生成手段を含む光学覗窓装置、お よび （ｄ）操作者に対して操作および状態情報を表示するための影像表示領域およ びメニュー表示領域を有し、前記電子像もしくは前記光学像のいずれかが前記影 像表示領域に表示されることができる表示画面を含む表示手段、 を含んでなる環境型走査電子顕微鏡。 ５０． 前記影像表示領域において、電子像が前記光学像の中に親子画像表示 として挿入されることができる請求項４９記載の環境型走査電子顕微鏡。 ５１． 前記影像表示領域において、光学像が前記電子像の中に親子画像表示 として挿入されることができる請求項４９記載の環境型走査電子顕微鏡。 ５２．環境型走査電子顕微鏡であって、 （ａ）試料に向けて電子ビームを発生して指向する手段、 （ｂ）下端に圧力制限開口組立体を有する真空柱、 （ｃ）前記試料が内部に載置されて、前記試料の表面が前記電子ビームに曝さ れるようにできる試料室、 （ｄ）前記試料室の内部に装着されて、前記試料の表面から出たＸ線信号に基 づいてＸ線情報を発生するようにするＸ線検出器であって、略３０°の取り出し 角を有するＸ線検出器、 を含んでなる環境型走査電子顕微鏡。 ５３． 請求項５２記載の環境型走査電子顕微鏡において、前記真空柱と前記 試料室が磁界集束レンズの最終磁極片によって分離され、かつ前記圧力制限開口 組立体が前記最終磁極片から下方に伸びて、試料が前記圧力制限開口組立体の下 方略１ないし２５ｍｍに配置されるようにする環境型走査電子顕微鏡。 ５４． 環境型走査電子顕微鏡であって、 （ａ）試料室内に収納された試料に向けて電子ビームを発生して指向するため の手段、および （ｂ）前記電子ビームが前記試料の表面に衝突するまでに前記電子ビームを三 重偏向させるための走査手段を有し、レンズ集束作用を生ずるための短焦点距離 の磁気レンズ筐体を更に含んで、前記走査手段と前記磁気レンズ筐体が、共働し て、少なくとも７ｍｍ程度の試料の視野を実現するようにする対物レンズ組立体 、 を含んでなる環境型走査電子顕微鏡。 ５５． 請求項５４記載の環境型走査電子顕微鏡において、前記対物レンズ組 立体は少なくとも２つの圧力制限開口を含み、かつ前記走査手段は少なくとも３ 組の走査コイルを含み、第１および第２の組の前記走査コイルは前記圧力制限開 口の双方の上方に配置され、第３の組の前記走査コイルは前記圧力制限開口の中 間に配置されるようにする環境型走査電子顕微鏡。 ５６． 請求項５５記載の環境型走査電子顕微鏡において、前記第１の組の前 記走査コイルは電子ビームを角度的には外向きに偏向させ、第２の組は電子ビー ムを角度的には内向きに方向変更させて第１の前記圧力制限開口を通過するよう にし、第３の組はレンズ集束作用と共働して電子ビームを角度的には内向きに偏 向させて第２の圧力制限開口を通って前記試料室内に向かうようにし、それによ って、電子ビームが調査中の試料の比較的大きな表面積に衝突するようにする環 境型走査電子顕微鏡。 ５７． 調査対象の試料から出る信号を収集するための収集電極手段を表面に 有する検出器ヘッドを含むプリント回路板を含んでなる環境型走査電子顕微鏡用 の電子検出器。 ５８． 前記検出器ヘッドがバイアスを加えられる信号リング電極を含み、試 料の表面から出た２次電子を収集するようにする請求項５７記載の電子検出器。 ５９． 前記検出器ヘッドがバイアスを加えられる電極パッドを含み、試料の 表面から出た後方散乱電子および低角反射電子に由来する信号を低減するように した請求項５７記載の電子検出器。 ６０． 前記プリント回路板が絶縁手段を含んで、前記収集電極手段の電極間 の電気的漏洩を防止するようにする請求項５７記載の電子検出器。 ６１． 前記絶縁手段がプリント回路板に埋め込まれた導電手段を含んで、前 記収集電極手段によって受信された信号をエッジコレクタ手段へ運ぶようにした 請求項６０記載の電子検出器。 ６２． 前記導電手段が複数の導電路を含む請求項６１記載の電子検出器。 ６３． 前記導電路が電気めっきされた露出部分を有する請求項６２記載の電 子検出器。 ６４． 前記エッジコネクタ手段が信号を増幅器手段へ運んで、収増幅器手段 が受け取った情報を増幅するようにする請求項６１記載の電子検出器。 ６５． 請求項５７記載の電子検出器であって、静電雑音の混信を低減するよ うに静電遮蔽手段を更に含む環境型走査電子顕微鏡。 ６６． 前記プリント回路板が主としてガラス繊維およびエポキシから形成さ れる請求項５７記載の電子検出器。 ６７． 電子ビームが試料室内に支持された調査対象の試料に衝突する環境型 走査電子顕微鏡のための電子検出器であって、前記検出器が （ａ）試料から出た信号を収集するための収集電極手段を持った検出器ヘッド 、 （ｂ）前記収集電極手段の電極間の電気漏洩を防止するための絶縁手段、 （ｃ）静電雑音の混信を低減するための静電遮蔽手段、および （ｄ）環境型走査電子顕微鏡内部に前記プリント回路板を支持するための支持 手段、 を有するプリント回路板を含んでなる電子検出器。 ６８． 請求項６７記載の電子検出器であって、信号との雑音干渉混信から電 子的減算のための信号を収集するように雑音収集手段を更に含む電子検出器。 ６９． 前記検出器ヘッドが一体的に形成された圧力制限開口を含み、その中 を電子ビームが通過できるようにする請求項６７記載の電子検出器。 ７０． 前記検出器ヘッドが、試料の表面から出た２次電子信号を検出するた めの手段および後方散乱電子および低角反射電子に由来する信号を低減するため の手段を含む請求項６７記載の電子検出器。 ７１． ２次電子信号を検出するための前記手段がバイアスを加えられた信号 リング電極である請求項７０記載の電子検出器。 ７２． 後方散乱電子および低角反射電子に由来する信号を低減するための前 記手段がバイアスを加えられた電極パッドを含む請求項７０記載の電子検出器。 ７３． 前記絶縁手段がプリント回路板に埋め込まれた導電手段を含んで、前 記収集電極手段によって受信された信号をエッジコネクタ手段へ運ぶようにした 請求項７０記載の電子検出器。 ７４． 前記導電手段が複数の導電路を含む請求項７３記載の電子検出器。 ７５． 前記導電路のうちの少なくとも１つは２次電子信号を検出するための 前記手段に接続される請求項７４記載の電子検出器。 ７６． 前記導電路のうちの少なくとも１つは後方散乱電子および低角反射電 子に由来する信号を低減するための前記手段に接続される請求項７４記載の電子 検出器。 ７７． 前記導電路のうちの少なくとも１つは電気雑音を相殺目的で収集する ための手段を提供する請求項７４記載の電子検出器。 ７８． 前記導電路のうちの少なくとも１つは接地接続される請求項７４記載 の電子検出器。 ７９． 前記検出器ヘッドは全体として環状の電極組立体を含む請求項６７記 載の電子検出器であって、前記の環状の電極組立体が、信号リング電極から形成 された内側電子検出器、前記内側電子検出器の半径方向外側に配置されて第１の 複数の同心弧状セグメントから形成された中間電子検出器、および前記中間電子 検出器の半径方向外側に配置されて第２の複数の同心弧状セグメントから形成さ れた外側電子検出器を有する電子検出器。 ８０． 前記信号リング電極は試料から出て増幅された低エネルギー２次電子 を主として収集する請求項７９記載の電子検出器。 ８１． 前記中間電子検出器の前記第１の複数の同心弧状セグメントが、増幅 された後方散乱電子信号を主として収集する請求項７９記載の電子検出器。 ８２． 前記第２の複数の同心弧状セグメントが増幅された低角後方散乱反射 信号を主として収集する請求項７９記載の電子検出器。 ８３． 前記第１の複数の同心弧状セグメントが前記第２の複数の同心弧状セ グメントに対して全体として直角をなして配置されて、方向性表面形状コントラ ストを得るようにする請求項７９記載の電子検出器。 ８４． 前記絶縁手段が前記プリント回路板に埋め込まれた導電手段を含み、 前記収集電極手段によって受信された信号をエッジコネクタに運ぶようにする請 求項７９記載の電子検出器。 ８５． 前記導電手段が複数の導電路を含む請求項８４記載の電極検出器。 ８６． 前記導電路のうちの少なくとも１つは前記信号リング電極に接続され る請求項８５記載の電子検出器。 ８７． 前記導電路のうちの少なくとも１つは前記第１の複数の同心弧状セグ メントに接続される請求項８５記載の電子検出器。 ８８． 前記導電路のうちの少なくとも１つは前記第２の複数の同心弧状セグ メントに接続される請求項８５記載の電子検出器。 ８９． 請求項６７記載の電子検出器において、前記支持手段が前記プリント 回路板から伸びる真空シールリングを含み、前記真空シールリングが環境型走査 電子顕微鏡の検出器本体と密に嵌合して、気密シールを形成し、かつプリント回 路板を環境型走査電子顕微鏡内に適切に配置するようにする電子検出器。 ９０． 標本の表面から出た２次電子を収集するための検出器ヘッドを有する プリント回路板および一体的に形成された最終圧力制限開口を含んでなる環境型 走査電子顕微鏡用の電子検出器。 ９１． 請求項９０記載の電子検出器であって、前記プリント回路板に一体的 に形成されて後方散乱電子および低角反射電子に由来する信号を低減するための 手段を更に含む電子検出器。 ９２． 環境型走査電子顕微鏡であって、 （ａ）試料に向けて電子ビームを発生して指向する手段、 （ｂ）気体環境内に封入された試料を保持する試料室、 （ｃ）前記試料から出た信号を収集するための収集電極手段を表面に有する検 出器ヘッドを含むプリント回路板を含んでなる検出器組立体、 を含んでなる環境型走査電子顕微鏡。 ９３． 前記検出器ヘッドがバイアスされた信号リング電極を含んで、試料の 表面から出た２次電子を収集するようにする請求項９２記載の環境型走査電子顕 微鏡。 ９４． 前記検出器ヘッドがバイアスを加えられた電極パッドを含んで、試料 の表面から出た後方散乱電子および低角反射電子に由来する信号を低減するよう にする請求項９２記載の環境型走査電子顕微鏡。 ９５． 前記プリント回路板が絶縁手段を含んで、前記収集電極手段の電極間 の電気漏洩を防止するようにする請求項９２記載の環境型走査電子顕微鏡。 ９６． 前記絶縁手段がプリント回路板に埋め込まれた導電手段を含んで、前 記収集電極手段によって受信された信号をエッジコネクタ手段へ運ぶようにする 請求項９５記載の環境型走査電子顕微鏡。 ９７． 前記導電手段が複数の導電路を含む請求項９４記載の環境型走査電子 顕微鏡。 ９８． 請求項９２記載の環境型走査電子顕微鏡であって、電子雑音の混信を 低減するように静電遮蔽手段を更に含む環境型走査電子顕微鏡。 ９９． 環境型走査電子顕微鏡であって、 （ａ）試料に向けて電子ビームを発生して指向するための手段、 （ｂ）気体環境内に封入された試料を保持する試料室、および （ｃ）プリント回路板を含む電子検出器手段であって、 （１）試料から出た信号を収集するための収集電極手段を有する検出器ヘ ッド、 （２）前記収集電極手段の電極間の電気漏洩を防止するための絶縁手段、 （３）電子雑音の混信を低減するための静電遮蔽手段、 （４）前記プリント回路板を環境型走査電子顕微鏡内に支持するための支 持手段、 を有する検出器ヘッド、 を含んでなる環境型走査電子顕微鏡。 １００．前記検出器ヘッドが一体的に形成された圧力制限開口を含んで、電子 ビームが通過できるようにする請求項９９記載の環境型走査電子顕微鏡。 １０１．請求項９９記載の環境型走査電子顕微鏡において、前記検出器ヘッド が試料の表面から出た２次電子信号を検出するための手段ならびに後方散乱電子 および低角反射電子に由来する信号を低減するための手段を含む環境型走査電子 顕微鏡。 １０２．２次電子信号を検出するための前記手段はバイアスを加えられた信号 リング電極である請求項１０１記載の環境型走査電子顕微鏡。 １０３．後方散乱電子および低角反射電子に由来する信号を低減するための前 記手段はバイアスを加えられた電極パッドである請求項１０１記載の環境型走査 電子顕微鏡。 １０４．前記絶縁手段はプリント回路板に埋め込まれた導電手段を含み、前記 収集電極によって受信された信号をエッジコネクタ手段へ運ぶようにする請求項 １０１記載の環境型走査電子顕微鏡。 １０５．前記導電手段が複数の導電路を含む請求項１０４記載の環境型走査電 子顕微鏡。 １０６．前記導電路のうちの少なくとも１つは２次電子信号を検出するための 前記手段に接続される請求項１０５記載の電子検出器。 １０７．前記導電路のうちの少なくとも１つは後方散乱電子および低角反射電 子に由来する信号を低減するための前記手段に接続される請求項１０５記載の電 子検出器。 １０８．前記電導路のうちの少なくとも１つは相殺目的での電気雑音の収集の ための手段を提供する請求項１０５記載の電子検出器。 １０９．前記電導路のうちの少なくとも１つは接地接続される請求項１０５記 載の環境型走査電子顕微鏡。 １１０．請求項９９記載の環境型走査電子顕微鏡において、前記検出器ヘッド が全体として環状の電極組立体を含み、前記の環状の電極組立体が、信号リング 電極で形成される内側電子検出器、前記内側電子検出器の半径方向外側に配置さ れて第１の複数の同心弧状セグメントから形成される中間電子検出器、および前 記中間電子検出器の半径方向外側に配置されて第２の複数の同心弧状セグメント から形成される外側電子検出器を有するようにする環境型走査電子顕微鏡。 １１１．前記信号リング電極が試料の表面から出た増幅された低エネルギー２ 次電子を主として収集する請求項１１０記載の環境型走査電子顕微鏡。 １１２．前記中間電子検出器の前記第１の複数の同心弧状セグメントが増幅さ れた高エネルギー後方散乱電子信号を主として収集する請求項１１０記載の環境 型走査電子顕微鏡。 １１３．前記第２の複数の同心弧状セグメントが増幅された低角後方散乱反射 信号を主として収集する請求項１１０記載の環境型走査電子顕微鏡。 １１４．前記第１の複数の同心弧状セグメントが前記第２の複数の同心弧状セ グメントに対して全体として直角に配置されて、方向性表面形状コントラストを 得るようにする請求項１１０記載の環境型走査電子顕微鏡。 １１５．前記絶縁手段がプリント回路板に埋め込まれた導電手段を含んで、前 記収集電極によって受信された信号をエッジコネクタ手段へ運ぶようにする請求 項１１０記載の環境型走査電子顕微鏡。 １１６．前記導電手段が複数の電路を含む請求項１１５記載の環境型走査電子 顕微鏡。 １１７ 前記導電路のうちの少なくとも１つは前記信号リング電極に接続され る請求項１１６記載の環境型走査電子顕微鏡。 １１８．前記導電路のうちの少なくとも１つは前記第１の複数の同心弧状セグ メントに接続される請求項１１６記載の環境型走査電子顕微鏡。 １１９．前記電導路のうちの少なくとも１つは前記第２の複数の同心弧状セグ メントに接続される請求項１１６記載の環境型走査電子顕微鏡。 １２０．請求項９９記載の環境型走査電子顕微鏡であって、電子ビームが通過 する同心開口を有する対物レンズ組立体および組立体の中央開口に解放可能に緊 締された開口担体を更に含む環境型走査電子顕微鏡。 １２１．請求項１２０記載の環境型走査電子顕微鏡において、前記支持手段が 前記プリント回路板から伸びる真空シールリングを含み、前記真空シールリング が前記開口担体と密に嵌合されて前記対物レンズ組立体と前記試料室の間の気密 シールをなすようにするとともに前記プリント回路板を環境型走査電子顕微鏡内 で適切に配置するようにする環境型走査電子顕微鏡。 １２２．請求項９９記載の環境型走査電子顕微鏡において、プリント回路板コ ネクタが前記試料室内に設けられて、前記検出器ヘッドから遠隔した前記プリン ト回路板の端部を受容して、前記プリント回路板を環境型走査電子顕微鏡内に適 切に配置するようにし、前記プリント回路板が前記プリント回路板コネクタにス ナップ止めされて、前記プリント回路板が環境型走査電子顕微鏡から容易に取り 外せるようにする環境型走査電子顕微鏡。 １２３．環境型走査電子顕微鏡であって、 （ａ）試料に向かって電子ビームを発生して指向するための手段、 （ｂ）気体環境に封入された試料を保持する試料室、および （ｃ）試料の表面から出た２次電子を収集するための検出器ヘッドおよび一体 的に形成された最終圧力制限開口を有するプリント回路板から形成される検出器 組立体、 を含んでなる環境型走査電子顕微鏡。 １２４．請求項１２３記載の環境型走査電子顕微鏡であって、前記プリント回 路板上に一体的に形成されて後方散乱電子および低角反射電子に由来する信号を 低減するための手段を更に含む環境型走査電子顕微鏡。