JPS5952513B2 - 走査形電子顕微鏡の試料微動装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は走査形電子顕微鏡の試料微動装置の改良に関す
るものである。

物体の表面構造を観察および分析する走査形電子顕微鏡
（以後ＳＥＭと記す）やその類似装置は応用範囲が拡大
すると共にそれに適応させるための改良が要求されるよ
うになった。

その最も重要な問題の一つが試料の大形化に対処する改
良である。

第１図は従来のＳＥＭにおける試料微動機構の動作と試
料室の大きさを説明する図である。

外径寸法りである円板状の試料１の全表面を観察する場
合、試料微動装置のＸ、 Ｙ方向の移動によってｌａ、
ｌｂ、ＩＣおよび１ｄの位置まで試料１を移動させなけ
ればならないので、試料室２は少なくとも直径２Ｄの円
形空間を持っていなければならない。

もし、直径が２倍の試料を観測する時は４倍の面積の試
料室を必要とし、真空排気系の能力および試料微動機構
が大型高価なものになると共に、検出器３の位置が試料
面より遠くなり検出感度が低下するという問題点が生じ
ていた。

第２図は従来のＳＥＭの試料微動装置の正面図で、試料
１はＹ方向移動台５の上に、Ｙ方向移動台５はＸ方向移
動台４の上に設置されている。

これらの移動台は試料室壁１８に設けたＯリング１５を
介して挿入されたＸ駆動軸１３、Ｘ駆動軸７を回転させ
ることによって、真空状態にある試料室２外より移動さ
せることができる。

８はＸ駆動軸７の操作つまみであり、操作つまみ８を正
回転させるとＸ駆動軸７が左右に移動しＸ方向移動台４
を押す。

操作つまみ８を逆回転させれば、Ｘ駆動軸７とは反対側
に設けた押ばねによってＸ方向移動台４は右方に戻る。

一方、操作つまみ１４を回転させるとユニバーサルジヨ
イント１２が回転してスプライン継手１１およびユニバ
ーサルジヨイント１０を回転させる。

ユニバーサルジヨイント１０の先端にある軸１６はＸ方
向移動台４上に設置した軸受９に嵌合して支持され、そ
の先端の図示されていない小歯車はＹ方向移動台５のラ
ック部と噛み合っている。

したがって、操作っまみ１４を回転させることによって
Ｙ方向移動台５を紙面に垂直なＹ方向に移動させること
ができる。

このような従来の試料微動装置は、試料が大形になるに
従って試料移動台の移動量は第１図で説明した様に大と
なる。

特に、Ｘ駆動軸７のねじ部が長くなって外部に突出し、
Ｙ方向の駆動系に用いられるスプライン継手も長くなり
操作に時間を要すると共に、動作が不円滑になり易い。

また、当然これらの試料微動装置を収容した試料室２は
大容量のものとなり、真空状態にするには時間を要し、
前記のように検出器３と試料１との距離が遠ざかり検出
感度の低下を来すという欠点が生じていた。

本発明は、比較的小容量の試料室で大型の試料を観察す
るに好適な小型な試料微動装置を提供することを目的と
し、その特徴とするところは、Ｘ方向の直線移動機構と
回転機構との組合せによって、試料室を大形化すること
なく試料の全範囲を観察できるようにしたことにある。

第３図は本発明の試料微動機構の動作と試料室の大きさ
を説明する図であり、第１図と同一部分には同じ符号を
付しである。

直径りの円形試料１は視野中心Ａ点より偏心した位置に
設置され、Ｘ方向にＤ／２だけ動かすと破線で示す１Ｃ
の位置に移動する。

点Ｂは試料１の回転中心であり、Ｂ点を中心とした回転
と上記Ｘ方向へＤ／２の偏位を試料１に与えれば、試料
の全範囲を観察することかで゛きる。

このときの試料室の寸法は、幅はＤ、長さは１．５Ｄあ
れば十分で、極めて小型の試料室２となる。

また、検知器３は観察中心Ａに近いので検出感度が向上
する。

更にＸ方向の移動距離は従来は±Ｄだけ必要であったも
のがＤ／２だけで済むので移動機構は小型になるという
利点をもっている。

しかるにこの試料微動機構は、Ｘ方向に試料１を移動さ
せなからＢを中心として試料台を回転させると、試料視
野の単位回転量当りの移動距離が変化する。

第４図は第３図の試料微動機構における試料視野の単位
回転量当りの移動距離の変化、したがって移動速度の変
化を説明する図で、試料１がＡ位置にあるときＢを中心
としてθ角回転させたときは円弧γだけ視野は移動する
。

しかるに試料１がＡ′位置に移動したときは同じθ角回
転してもどしか移動しない。

即ち、Ｘ方向に試料位置が移動するときは試料視野の移
動速度が大きく異なることになる。

このことはＳＥＭによる観察・分析においては好ましい
ことではないので、この欠点を次のようにして解決した
。

第５図は本発明の一実施例であるＳＥＭの試料微動装置
の動作を説明する図で、第３図と同一部分には同じ符号
を付しである。

この装置は視野中心点Ａの真下に回転駆動体２０を設置
して試料台を回転させるようにしたものであり、この回
転駆動体２０はＸ方向の駆動機構とは全く無関係にＡ点
下の試料台下面に接触し回転している。

したがって、回転駆動軸２１が等速度で回転していると
きは回転駆動体２０の回転速度に従って試料視野が移動
するので、常に一定速度で視野移動を行なわせることが
可能となる。

第６図は第５図の試料微動装置を示す試料室の断面図で
、第２図と同じ部分には同一符号を付しである。

試料室２の上部に取付けた対物レンズ３４によって収束
された電子ビーム３３は試料１の視野中心Ａを照射して
いる。

試料１はＸ方向移動台４の上に設置されており、Ｘ方向
移動台４の下面でＡ点の真下には小円板状の回転駆動体
２０が接触している。

この回転駆動体２０は試料室壁１８を気密に貫通した回
転駆動軸２１で回転させられる。

また、Ｘ方向移動台４はＸ駆動軸７を回転することによ
って試料１をＸ方向に移動させる。

第６図の平面図は第５図に示すようにＸ方向に長い小容
積の試料室とすることが可能で、同一容積の試料室で従
来よりも大型の試料の観察が可能となる。

この様にに構成された本実施例のＳＥＭの試料微動装置
は、Ｘ方向の移動機構と視野中心真下の試料移動台に接
触する回転機構とによって、試料が移動しても常に一定
速度で試料面を走査することができると共に、試料微動
機構を小型にして小容積の試料室とし、検知器と試料の
視野との距離を短縮して大型の試料でも高感度で観察分
析することが可能にするという効果をもっている。

第７図は本発明の他の実施例である試料微動機構の動作
を説明する図で、第６図の試料微動機構の動作を付加し
たものである。

回転駆動体２０の回転軸をＸ方向移動台４の傾斜中心と
しているので、傾斜角ψが変化しても上記試料微動機構
には何等影響を及ぼすことはない。

この方法によれば試料１を検出器３側に傾むけた状態で
試料のＸ方向および回転微動が可能であり、詳斜面より
発生する２次電子線を効率良く検知することができる。

第８図は第７図の試料傾斜微動装置を示す試料室の断面
図で、第６図と同一部分には同じ符号が付されている。

この図は傾斜機構と共に試料１と対物レンズ３４との間
隔が調節できるＺ移動機構も示している。

試料室壁１８に大きな開口部を設け、これを気密に封止
している面板２５に試料微動傾斜装置を取付けている。

この面板２５はつまみ２８を回転させることによって圧
縮ばね２９の力により円滑に上下方向（Ｚ方向）に微動
させられ、電子ビーム３３の収束点と試料面とが合致す
るようとこ調節することが可能となる。

試料の傾斜は、回転駆動軸２１の外面に挿入された傾斜
駆動軸２４を傾斜つまみ２３で回転することによって行
なわれる。

傾斜駆動軸２４め先端はＸ方向移動台４と係合しており
、第７図に示すごとく試料１を傾斜させることになる。

第９図は第８図の変形例である試料傾斜微動装置の要部
説明図である。

第７図のごとく傾斜中心を回転駆動軸２１と一致させる
と、傾斜時の移動量が大である。

第９図はこの欠点を改良すると共に試料１の傾斜方向を
第７図とは９０°異なるＸ方向に傾斜させるようにした
もので、Ｘ方向移動台４の側面に回転駆動体２０が接触
している点を中心とした傾斜ラック３６を取付け、これ
に傾斜駆動軸２４で回転させるピニオン３５を噛み合わ
せている。

したがって、試料１の表面と傾斜中心との距離が短縮さ
れ傾斜時の視野の移動量が縮少されるという利点がある
。

以上本実施例の試料微動傾斜装置は、試料の全域に亘っ
て視野を移動させると共に傾斜させて観察することがで
きるという効果を有している。

またこの装置は前記実施例と同様に小型であるので比較
的大型の試料が観測できるという効果を有することは勿
論である。

本発明のＳＥＭの試料微動装置は、比較的小容積の試料
室で大形の試料全域を高感度で走査観察することができ
るという顕著な効果を持っている。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のＳＥＭにおける試料微動機構の動作と試
料室の大きさを説明する図、第２図は従来の試料微動装
置の正面図、第３図は本発明の試料微動機構の動作と試
料室の大きさを説明する図、第４図は第３図の試料微動
機構における試料視野の移動距離の変化を説明する図、
第５図は本発明の一実施例である試料微動機構の動作を
説明する図、第６図は第５図の試料微動装置を示す試料
室の断面図、第７図は本発明の他の実施例である試料傾
斜微動機構の動作を説明する図、第８図は第７図の試料
傾斜微動装置を示す試料室の断面図、第９図は第８図の
変形例である試料傾斜微動装置の要部説明図である。 １・・・試料、３・・・検出器、４・・・Ｘ方向移動台
、２０・・・回転駆動体、２１・・・回転駆動軸、２４
・・・傾斜駆動軸、３３・・・電子ビーム、３５・・・
ピニオン、３６・・・傾斜ラック。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 収束した電子ビームが照射される試料が設置された
   移動台と、該移動台を前記電子ビームに対して実質的に
   直角な方向に移動する手段と、前記移動台を、該移動台
   の予め定められた回転軸を中心として回転させる手段と
   を備え、該回転手段は回転駆動体を含み、該回転駆動体
   はその回転中心が前記電子ビームの延長線上にあるよう
   に前記移動台の下面に接触している走査形電子顕微鏡の
   試料微動装置。