(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子線を発生させる電子銃と、前記電子銃及び偏向レンズを収納する鏡筒と、前記電子線を収束させて試料に照射する対物レンズと、前記鏡筒の下に位置して前記試料を収納する試料室を形成する試料室容器と、前記試料室容器の内部に設けられた試料室磁気シールドと、前記対物レンズの周囲を囲む筒形の対物レンズ磁気シールドと、を備える電子顕微鏡であって、
前記試料室容器の上部壁となる上板と前記試料室磁気シールドの上部シールドに、前記電子線の進行方向で対向する第１、第２の穴が設けられ、
前記対物レンズは、前記穴のうち前記試料室容器の上板に設けられた前記第１の穴の内側で保持され、前記対物レンズの下端は、前記試料室容器の上板の下端よりも低い位置に、かつ前記試料室磁気シールドの上部シールドに設けられた前記第２の穴の位置またはこの位置に接近した位置に配置され、
前記試料は、前記試料室磁気シールドの内側で前記第２の穴に臨む位置に設置され、
前記対物レンズ磁気シールドは、前記第１の穴の内側に位置して、その下端が前記試料室磁気シールドの上部シールドと接続される、
ことを特徴とする電子顕微鏡。
【請求項２】
請求項１記載の電子顕微鏡であって、
前記試料室磁気シールドは、前記上部シールドが前記電子線の照射方向に対して垂直に配置される電子顕微鏡。
【請求項３】
請求項１記載の電子顕微鏡であって、
前記試料室磁気シールドは、前記上部シールドが下に凸であり下端に穴を有する円錐または多角錐の側面の形状である電子顕微鏡。
【請求項４】
請求項１記載の電子顕微鏡であって、
前記対物レンズ磁気シールドは、前記電子銃側の端の位置が、前記対物レンズの前記電子銃側の端の位置よりも、前記電子銃側にある電子顕微鏡。
【請求項５】
請求項４記載の電子顕微鏡であって、
前記対物レンズ磁気シールドは、前記試料側の端から前記電子銃側の端までが１つの部品から構成される電子顕微鏡。
【請求項６】
請求項４記載の電子顕微鏡であって、
前記対物レンズ磁気シールドは、前記試料側の端から前記電子銃側の端までが複数の部品から構成される電子顕微鏡。
【請求項７】
請求項１または４記載の電子顕微鏡であって、
前記試料室磁気シールドの上部シールドは、前記試料室容器の上板と、前記電子線の照射方向に、前記対物レンズの前記試料側の先端の位置に応じて定まる所定の間隔を隔てて配置される電子顕微鏡。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか１項記載の電子顕微鏡であって、
前記試料室磁気シールドと前記対物レンズ磁気シールドの接続箇所に、強磁性体からなり、前記対物レンズ磁気シールドに沿うリング状部材を有する電子顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子顕微鏡に関し、特に、磁気シールド効果の高い電子顕微鏡に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子顕微鏡において、試料室容器や鏡筒を軽量化するために、アルミ合金などを用いることが特許文献１や特許文献２に示されている。これらの特許文献では、供に磁気シールドの重要性が示されており、磁気シールドの配置に関しては、試料室容器や鏡筒の内面に強磁性体を配置することを示している。
【０００３】
特許文献３が示す電子顕微鏡では、強磁性体からなる対物レンズが試料室空間の中央にある試料の近辺へ突き出ている。この構成は、顕微鏡として高い分解能を得るためのものである。
【０００４】
従来、特許文献３に示されたような試料室空間の内部へ突き出た対物レンズを持つ電子顕微鏡においても、磁気シールドは、特許文献１や特許文献２に示されたように、試料室容器の内面に沿うようにして配置されてきた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭６１−５９８２５号公報
【特許文献２】特開２００４−２１４１１０号公報
【特許文献３】特開平４−１７１６４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述したように、従来の電子顕微鏡では、磁気シールドは試料室容器の内面に沿って配置されている。この磁気シールドは、試料室空間の内部へ突き出た対物レンズを持つ構成の電子顕微鏡に対しては、効果が弱い。そのため、環境磁場の変動に伴い電子ビーム軌道空間の磁場強度が変動し、電子ビームの位置がずれたり、電子顕微鏡のフォーカスがずれたりする。
【０００７】
本発明は、試料室空間に突き出た対物レンズを有する構造であっても、磁気シールド機能を高めることが可能な電子顕微鏡を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明による電子顕微鏡は、以下のような基本的特徴を有する。
【０００９】
電子線を発生させる電子銃と、前記電子銃及び偏向レンズを収納する鏡筒と、前記電子線を収束させて試料に照射する対物レンズと、前記鏡筒の下に位置して前記試料を収納する試料室を形成する試料室容器と、前記試料室容器の内部に設けられた試料室磁気シールドと、前記対物レンズの周囲を囲む筒形の対物レンズ磁気シールドとを備える。前記試料室容器の上部壁となる上板と前記試料室磁気シールドの上部シールドには、前記電子線の進行方向で対向する第１、第２の穴が設けられる。前記対物レンズは、前記穴のうち前記試料室容器の上板に設けられた前記第１の穴の内側で保持される。前記対物レンズの下端は、前記試料室容器の上板の下端よりも低い位置に、かつ前記試料室磁気シールドの上部シールドに設けられた前記第２の穴の位置またはこの位置に接近した位置に配置される。前記試料は、前記試料室磁気シールドの内側で前記第２の穴に臨む位置に設置される。前記対物レンズ磁気シールドは、前記第１の穴の内側に位置して、その下端が前記試料室磁気シールドの上部シールドと接続される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明により、磁気シールド機能が高く、環境磁場変動への耐性が強い電子顕微鏡を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】一般的な電子顕微鏡の構成の概略を示す断面図。
【図２】実施例１における電子顕微鏡の試料室周辺の断面図。
【図３】実施例１における電子顕微鏡の試料室周辺の斜視図（図２とは断面が異なる）。
【図４】比較例における電子顕微鏡の試料室周辺の断面図。
【図５】実施例２における電子顕微鏡の試料室周辺の断面図。
【図６】実施例３における電子顕微鏡の試料室周辺の断面図。
【図７】実施例４における電子顕微鏡の試料室周辺の断面図。
【図８】実施例５における電子顕微鏡の試料室周辺の断面図。
【図９】実施例６における電子顕微鏡の試料室周辺の断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１は、一般的な電子顕微鏡の構成の概略を示す断面図である。電子顕微鏡は、電子銃１で発生した電子線を、レンズ（偏向レンズと対物レンズ）２で偏向・収束し、試料４に照射する機能を有する。電子銃１やレンズ２などを収納して保持する鏡筒３には、磁気シールド効果を有するものが多い。試料４は、真空容器である試料室容器５に収納される。試料４は、電子線が照射されると２次電子を放出する。この２次電子が２次電子検出部（図示せず）で捕捉されることにより、試料４の検査や撮像が行われる。試料４が駆動ステージ（図示せず）により試料室容器５の中を移動することで、試料４の様々な位置に対する検査・撮像が可能となる。駆動ステージを構成する部品のうち移動する部品は、非磁性部材で構成されることが望ましい。
【００１３】
以下の各実施例で説明する図において、図１と同一の符号は、図１と同一または共通する要素を示す。また、電子線の照射方向に沿って、試料４から電子銃１へ向かう方向を上方向、電子銃１から試料４へ向かう方向を下方向と定義する。以下、物体の上下方向の位置関係については、この定義に従う。
【００１４】
本発明による電子顕微鏡の主要な特徴は、以下の通りである。試料を試料室容器の内部に設けられた試料室磁気シールドで囲み、対物レンズの周囲を筒形の対物レンズ磁気シールドで囲む。試料室磁気シールドは、その上部（上部シールド）の下端が、対物レンズの下端と同じ高さ、またはほぼ同じ高さになるように配置する。対物レンズ磁気シールドは、試料室磁気シールドと接続する。
【００１５】
本発明による電子顕微鏡の特徴をより詳細に述べると、次の通りである。試料室容器の上部壁となる上板には、第１の穴が設けられ、試料室磁気シールドの上部シールドには、第２の穴が設けられており、第１の穴と第２の穴は、電子線の進行方向で対向する。対物レンズは、第１の穴の内側で保持され、対物レンズの下端は、試料室容器の上板の下端よりも低い位置に、かつ第２の穴の位置またはこの位置に接近した位置に配置される。試料は、試料室磁気シールドの内側で、第２の穴に臨む位置に設置される。対物レンズ磁気シールドは、第１の穴の内側に位置して、その下端が試料室磁気シールドの上部シールドと接続される。
【００１６】
以下、本発明による電子顕微鏡の実施の形態を、実施例により説明する。以下の実施例では、前述した本発明の目的及び特徴以外の事項も開示しており、各実施の形態の特徴及び効果については、その都度説明する。なお、以下で用いる非磁性とは、その比透磁率が０．９９以上１．０１以下である特性、強磁性とは、その比透磁率が１．０１より大である特性とする。
【００１７】
また、対物レンズの形状は、以下の実施例及び図で説明する形状に限らない。以下の実施例では、磁気シールドが難しい代表的な形状の対物レンズを例示する。
【実施例１】
【００１８】
図２と図３に、本発明の一実施例による電子顕微鏡の概略を示す。図２は、実施例１における電子顕微鏡の試料室周辺の断面図であり、図３は、実施例１における電子顕微鏡の試料室周辺の斜視図である。図３は、断面位置が図２とは異なる。
【００１９】
電子顕微鏡を構成するレンズのうち、対物レンズ６は、一般的に、試料４の上方に配置され、電子線の照射方向を軸方向とするおよそ回転対称の形状であり、鉄などの強磁性体で作成される。電子顕微鏡の撮像分解能を高めるため、図２に示すような形状の対物レンズ６が用いられる。この対物レンズ６の特徴は、試料４に近くなるように、下端（試料４側の先端）が試料室容器５の内部空間（試料室空間）に突き出ていることである。
【００２０】
試料室容器５は、一般的に、上部（電子銃側）の容器壁に穴がある箱型の形状であり、この穴に位置する対物レンズ６と合わせて試料４を囲んでいる。以下、上部（電子銃側）の容器壁を「試料室容器上板１０」と称する。対物レンズ６の下端は、試料室容器５の内部空間に突き出ているため、試料室容器上板１０の下端よりも低い位置（試料４側の位置）に配置される。前述のように、軽量化のためには、アルミ合金などの非磁性体で試料室容器５を作成する必要がある。
【００２１】
試料室容器５の中には、試料を囲む試料室磁気シールド７が配置される。試料室磁気シールド７は、鉄−ニッケル合金などの強磁性体の薄板からなり、箱型の形状である。以下、試料室磁気シールド７の上部（電子銃側）を、上部シールド９と称する。上部シールド９には、対物レンズ６と接触しないように穴を設けておき、この穴の位置に対物レンズ６の下端が配置される。従って、試料室磁気シールド７は、対物レンズ６の下端と合わせて試料４を囲んでいる。上部シールド９の下端の高さ方向（電子線の照射方向）の位置は、対物レンズ６の下端（先端）と同じ位置、またはほぼ同じ位置となるように配置する。
【００２２】
対物レンズ６の下端が試料室容器５の内部空間に突き出ているため、試料室磁気シールド７の上部シールド９と試料室容器５の試料室容器上板１０との間には、空間ができる。すなわち、上部シールド９は、試料室容器上板１０と上下方向（電子線の照射方向）に所定の間隔を隔てて配置される。この所定の間隔は、対物レンズ６の下端の位置に応じて定めることができる。
【００２３】
対物レンズの周囲には、対物レンズ磁気シールド８が配置される。対物レンズ磁気シールド８は、対物レンズ６を囲み、電子線の照射方向を軸方向とする筒のような形状を持ち、その下端は試料室磁気シールド７の上部シールド９と接続している。対物レンズ磁気シールド８も、鉄−ニッケル合金などの強磁性体の薄板から構成し、対物レンズ６と接触させないことが望ましい。
【００２４】
本実施例では、図２に示したように、対物レンズ６の先端が電子線の照射方向に対して比較的鋭角な角度で試料室空間（試料室容器５の内部空間）に突き出ているため、試料室磁気シールド７の上部シールド９を、鏡筒３の中心軸に向かって伸ばし、対物レンズ６に接近させることが可能である。この場合、上部シールド９に設ける穴は、対物レンズ磁気シールド８の直径よりも小さくなる。
【００２５】
なお、試料４は水平方向（電子線の照射方向に対して垂直方向）への移動が一般的であるため、本実施例では、試料室磁気シールド７の上部シールド９が水平（電子線の照射方向に対して垂直）に配置された場合を示した。
【００２６】
図４は、本実施例との比較例における電子顕微鏡の試料室周辺の断面図である。比較例として、試料室磁気シールド７の上部シールド９の高さ方向の位置が、対物レンズ６の上部に位置する電子顕微鏡を図４に示す。
【００２７】
対物レンズ６は強磁性体で作られているため、試料室空間よりも磁束が通りやすい。よって、磁気シールド（試料室磁気シールド７や対物レンズ磁気シールド８）から試料室内部に漏れてくる磁束は、対物レンズ６に向かう磁束１１となる。この結果、環境磁場の変化に伴う電子ビーム軌道の磁場変化が生じやすくなる。
【００２８】
一方、本実施例では、図２に示すように、対物レンズ６の近辺に強磁性体の磁気シールド（対物レンズ磁気シールド８や上部シールド９）を配置しているため、対物レンズ６に向かう磁束１１を比較的少なくできる。
【００２９】
有限要素法を用いた磁場解析シミュレーションを用いて、試料室磁気シールド７の上部シールド９を、対物レンズ６の下端の位置に配置した場合と、これより１５０ｍｍ上方に配置した場合を比較した。環境磁場の変化に伴う磁場変化を、試料直上の電子ビーム軌道位置で評価した結果、上部シールド９を対物レンズ６の下端の位置に配置した場合の方が、磁場変化が２０％程度少なくなり、磁気シールド特性が優れていることが確認できた。
【実施例２】
【００３０】
以下に示す各実施例では、実施例１との相違点のみを説明する。また、以下で説明する図において、図２と同一の符号は、図２と同一または共通する要素を示す。
【００３１】
図５は、実施例２における電子顕微鏡の試料室周辺の断面図である。本実施例では、対物レンズ６の先端が水平（電子線の照射方向に対して垂直）に近い角度で試料室空間（試料室容器５の内部空間）に突き出ている。すなわち、実施例１と比べ、対物レンズ６の先端が比較的水平になって試料室空間へ突き出ている例である。
【００３２】
実施例１では、試料室磁気シールド７の上部シールド９に設ける穴は、対物レンズ磁気シールド８の直径よりも小さかったが、本実施例の場合、上部シールド９に設ける穴は、対物レンズ磁気シールド８の直径とほぼ等しくなる。
【００３３】
このように、本発明での対物レンズ磁気シールド８と上部シールド９は、上部シールド９の穴の直径を変えることにより、対物レンズ６の先端の形状によらず、どのような電子顕微鏡にも適用可能である。
【実施例３】
【００３４】
図６は、実施例３における電子顕微鏡の試料室周辺の断面図である。本実施例では、試料駆動ステージ（図示せず）により、試料４の傾きが可変となる。
【００３５】
磁気シールドと傾いた試料４との干渉を避けるために、従来は、図４に示した比較例の試料室のように、磁気シールドで囲まれる空間を大きく確保していた。
【００３６】
本実施例では、試料室磁気シールド７の上部シールド９を、下に凸であり下端に穴を有する円錐または多角錐の側面の形状とすることで、傾いた試料４との干渉を防ぐ。上部シールド９は、最も対物レンズ６に近いところ（円錐または多角錐の形状の下端）では、高さ方向の位置を対物レンズ６の下端の位置と等しくする。そして、対物レンズ磁気シールド８を試料室磁気シールド７の上部シールド９と接続する。このような構成にすることで、高い磁気シールド特性が得られる。
【実施例４】
【００３７】
図７は、実施例４における電子顕微鏡の試料室周辺の断面図である。本実施例では、対物レンズ６の支持構造を示す。
【００３８】
図７に示すように、対物レンズ６は、カラム（電子銃やレンズなど）１２で支持し、さらに、カラム１２は、支持用フランジ１３を介して試料室容器上板１０で支持する。支持用フランジ１３は、試料室容器上板１０の上部に設ける。カラム１２と支持用フランジ１３は、間に空間ができるように配置する。支持用フランジ１３を上下方向（電子線の照射方向）に長くすることで、支持用フランジ１３とカラム１２の接点の位置は、対物レンズ６の上端の位置よりも十分高くなる。
【００３９】
対物レンズ磁気シールド８は、上部が支持用フランジ１３とカラム１２の間の空間に位置し、下部は試料室磁気シールド７の上部シールド９と接続する。対物レンズ磁気シールド８の上端の位置は、対物レンズ６の上端の位置よりも上方である。また、対物レンズ磁気シールド８は、１つの強磁性体の薄板から構成することができる。
【００４０】
このような構成にすることで、対物レンズ磁気シールド８は、対物レンズ６の上端よりも上方の位置から下端の位置まで一体物として、対物レンズ６をシールドすることが可能となり、高い磁気シールド効果が得られる。
【実施例５】
【００４１】
図８は、実施例５における電子顕微鏡の試料室周辺の断面図である。本実施例では、実施例４と異なる対物レンズ６の支持構造を示す。
【００４２】
図８に示すように、対物レンズ６は、非磁性フランジ１５と強磁性フランジ１４を介して、試料室容器上板１０に支持される。具体的には、強磁性フランジ１４は、試料室容器上板１０の穴に配置し、非磁性フランジ１５は、強磁性フランジ１４に配置して対物レンズ６を支持する。さらに、対物レンズ磁気シールド８と上部対物レンズ磁気シールド１６を、強磁性フランジ１４に接続するように配置する。
【００４３】
上部対物レンズ磁気シールド１６は、対物レンズ磁気シールド８と同様に、鉄−ニッケル合金などの強磁性体の薄板から構成する。対物レンズ磁気シールド８と強磁性フランジ１４と上部対物レンズ磁気シールド１６は、同じ強磁性体の材料から構成してもよく、異なる強磁性体の材料から構成してもよい。
【００４４】
強磁性フランジ１４は、対物レンズ磁気シールド８と上部対物レンズ磁気シールド１６と接続しているので、対物レンズ磁気シールド８、強磁性フランジ１４、及び上部対物レンズ磁気シールド１６が、連続した強磁性体からなる形状となる。さらに、非磁性フランジ１５により対物レンズ６と強磁性フランジ１４が接触せず、従って対物レンズ６と磁気シールドが接触していないため、この構成は高い磁気シールド効果を有する。また、この構成には、電子顕微鏡を組み立てやすいという効果もある。
【００４５】
なお、本実施例では、対物レンズ磁気シールド８、強磁性フランジ１４、及び上部対物レンズ磁気シールド１６を別々の部品として示したが、このうちの一部または全部を一体物で作成してもよい。
【実施例６】
【００４６】
図９は、実施例６における電子顕微鏡の試料室周辺の断面図である。本実施例では、試料室磁気シールド７の上部シールド９と対物レンズ磁気シールド８との接続箇所に、強磁性リング１７を配置する。
【００４７】
強磁性リング１７は、対物レンズ磁気シールド８と同軸であり、対物レンズ磁気シールド８に沿うようにして、対物レンズ磁気シールド８の外側、内側、または外側と内側の両方に配置できる。図９は、外側と内側の両方に配置した場合を示している。強磁性リング１７を配置することで、上部シールド９と対物レンズ磁気シールド８の接続箇所で漏れる磁束を軽減し、磁気シールド効果をさらに高めることができる。
【００４８】
強磁性リング１７は、対物レンズ磁気シールド８と同様に、鉄−ニッケル合金などの強磁性体の薄板から構成する。強磁性リング１７と対物レンズ磁気シールド８と上部シールド９は、同じ強磁性体の材料から構成してもよく、異なる強磁性体の材料から構成してもよい。
【００４９】
なお、本実施例では、上部シールド９、対物レンズ磁気シールド８、及び強磁性リング１７を別々の部品として示したが、このうちの一部または全部を一体物で作成してもよい。
【実施例７】
【００５０】
前述したように、上部シールド９の下端の高さ方向（電子線の照射方向）の位置は、対物レンズ６の下端（先端）と同じ位置、またはほぼ同じ位置となるように配置する。従って、上部シールド９と接続している対物レンズ磁気シールド８の下端の位置も、対物レンズ６の下端と同じ位置、またはほぼ同じ位置である。
【００５１】
本実施例では、対物レンズ磁気シールド８の下端の位置を具体的に説明する。対物レンズ磁気シールド８の下端は、対物レンズ６の下端から、３ミリメートル以内の上方（電子銃に近づく方向）に配置するのが最も望ましい。ただし、この配置が困難ならば、対物レンズ６の下端から、１０ミリメートル以内の上方へ配置するのが望ましい。少なくとも、対物レンズ６の下端から、３０ミリメートル以内の上方に配置する必要がある。
【実施例８】
【００５２】
一般的に、対物レンズ６の形状が軸対称形状であることから、対物レンズ磁気シールド８は、円筒形状となる。しかし、対物レンズ磁気シールド８の形状は、円筒形状に限定されない。例えば、一枚板を丸めて対辺を接合し、接合箇所がオーバーラップしているような、ほぼ円筒形状であってもよく、多角形の筒であってもよい。
【００５３】
実施例６で述べた強磁性リング１７は、対物レンズ磁気シールド８が円筒形状でない場合も、対物レンズ磁気シールド８に沿う形状とする。すなわち、対物レンズ磁気シールド８の形状に合わせて、強磁性リング１７の形状を変更する。例えば、対物レンズ磁気シールド８が多角形の筒である場合には、強磁性リング１７を多角形のリング状とする。
【００５４】
また、一般的に、試料室容器５が箱型の形状であることから、試料室磁気シールド７は、箱型の形状となる。しかし、試料室磁気シールド７の形状は、箱型形状に限定されない。例えば、上下に蓋の付いた円筒形状や多角形の箱型形状であってもよい。ただし、対物レンズ６との干渉は避ける必要がある。
【符号の説明】
【００５５】
１…電子銃、２…レンズ、３…鏡筒、４…試料、５…試料室容器、６…対物レンズ、７…試料室磁気シールド、８…対物レンズ磁気シールド、９…上部シールド、１０…試料室容器上板、１１…対物レンズに向かう磁束、１２…カラム、１３…支持用フランジ、１４…強磁性フランジ、１５…非磁性フランジ、１６…上部対物レンズ磁気シールド、１７…強磁性リング。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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