(57)【要約】【課題】環境磁場のシールド性を備えた電子線装置の構造を提供する。【解決手段】電子線を試料に収束させる磁界レンズを収納する鏡筒と、前記試料を収納する試料室容器とを備え、該試料室容器本体は、その材料として非磁性かつ導電性を有するアルミニウム合金を用い、側壁の肉厚は３５mm以上であり、該側壁と底壁とが一体構造であり、内側面の４つの角部にアールを付けた構造とした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子線を試料に収束させる磁界レンズを収納する鏡筒と、前記試料を収納する試料室容器とを備え、該試料室容器本体は、その材料として非磁性かつ導電性を有するアルミニウム合金を用い、側壁の肉厚は３５mm以上であり、該側壁と底壁とが一体構造であり、内側面の４つの角部にアールを付けた構造としたことを特徴とする電子線装置。
【請求項２】
請求項１において、前記試料室容器本体よりも肉厚の薄い磁性材を前記試料室容器本体の内壁に設けたことを特徴とする電子線装置。
【請求項３】
請求項２において、前記磁性材は純鉄またはパーマロイであることを特徴とする電子線装置。
【請求項４】
請求項１において、前記試料室容器本体の内壁が磁性めっき処理されていることを特徴とする電子線装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子線装置の試料室容器本体の構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子顕微鏡などの電子線装置の試料室容器は、その上部に電子銃や鏡筒等の重量物を搭載するため強度が要求され、試料室容器の外部の磁場の電子線の軌道への影響を避けるため環境磁場シールド材の使用が要求されることから、例えば、鉄材などの強度がある磁性材料が用いられている。ここで、環境磁場とは、電子線装置の周囲にある交流機器から発生する交流磁場や地磁気などの直流磁場を示す。
【０００３】
試料室容器に磁性材料を用いる理由は、外部より受けた環境磁場を、磁気抵抗の小さい磁性材料で吸収して通すことで、その中心に照射する電子ビームへの障害を防ぐためである。また、パーマロイなどの高透磁率材料で鏡筒全体を遮蔽する方法や対物レンズ周囲を遮蔽する方法も知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
鉄材やパーマロイなどを用いた試料室容器は、製造段階で材料焼鈍のための熱処理や、板材溶接接合などの製造工程が必要であり、製造コストが高くなる。環境磁場のシールド性能を向上させるため、磁性材料の中でも高透磁率材の純鉄やパーマロイなどを使用すると、材料費が高価となる。また、重量物なので、機械加工時や運搬時の作業性が悪く、危険でもある。
【０００５】
さらに、電子線装置の鏡筒や試料室容器の内部に電子線を通すことから、真空を安定して維持する必要があるが、鏡筒や試料室容器に鉄材を用いた場合、板材の溶接接合部からの真空リークの問題が発生するおそれがある。
【０００６】
【特許文献１】特許第２６６７７１４号公報（第２頁，第１図，第２図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、環境磁場のシールド性を備えた電子線装置の構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明の実施態様は、電子線を試料に収束させる磁界レンズを収納する鏡筒と、試料を収納する試料室容器とを備え、該試料室容器本体は、その材料として非磁性かつ導電性を有するアルミニウム合金を用い、該試料室容器本体の側壁の肉厚は３５mm以上であり、該側壁と底壁とが一体構造であり、内側面の４つの角部にアールを付けた構造としたことを特徴とする。
【０００９】
また、試料室容器本体よりも肉厚の薄い磁性材を試料室容器本体の内壁に設けたことを特徴とする。
【００１０】
また、磁性材は純鉄またはパーマロイであることを特徴とする。
【００１１】
また、試料室容器本体の内壁が磁性めっき処理されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、環境磁場のシールド性を備えた電子線装置の構造を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施例を図により説明する。図１に電子線装置の一例として電子顕微鏡の縦断面図を示す。電子線１は、電子銃が組み込まれた電子銃ユニット２の電子銃から照射されると共に、鏡筒３内に組み込まれている磁界レンズ４により制御され、試料室容器７内の観察試料５に到達する。観察試料５は図示しないテーブルに載置され、観察試料５の所望の位置に電子線１が照射されるようにテーブルを移動させる。
【００１４】
試料室容器７の一部、図では下部に真空排気装置８が設けられ、試料室容器７，鏡筒３，電子銃ユニット２の内部を真空に保ち、電子線１の照射の障害になる気体を排除する。
【００１５】
試料室容器７はその上部が開放されているので、外気と遮断するための試料室上板６にて蓋がされる。電子銃ユニット２，鏡筒３は試料室上板６に載置される。
【００１６】
電子銃ユニット２の天井や側壁，鏡筒３の側壁，試料室上板６，試料室容器７の側壁および底壁は、環境磁場による電子線１への障害を防ぐため、従来は、鉄などの磁性材料が使用されていた。また、試料室上板６は電子銃ユニット２，鏡筒３の重量物を支え、自身の変形を防ぐために、ある程度の厚さを有する鉄などが使用されていた。また、試料室容器７も試料室上板６などの重量物を支えるため、ある程度の厚さを有する鉄などが使用されていた。
【００１７】
これに対して、本発明は、試料室容器７として、後述するように、図４（ａ），図４
（ｂ）に示すような、アルミニウムとこれより厚さが薄い磁性材料との組み合わせ、またはアルミニウムの表面に磁性材料をコーティングした構造を採用するものである。
【００１８】
図２は、本発明に関係する原理の実験を示す斜視図である。また、図３は、本発明に関係する原理の実験の結果を示す関係図である。
【００１９】
図２において、材質がアルミニウム合金で肉厚ｔの中空円筒形状の実験筒９の内部にホール素子１０を挿入するとともに、実験筒９の外部から磁場発生コイル１２によって交流磁場１１を与え、交流磁場１１の値とホール素子１０で検出される磁場の値とを比較してどのくらいの減衰効果があるかをみるものである。この時の、実験筒９の肉厚ｔは、2.5
mmと３０mmとした。
【００２０】
図３にこの実験の結果を示す。横軸は交流磁場１１の値、縦軸はホール素子１０での検出磁場の値である。特性線１３は実験筒９の肉厚ｔが２.５mm の場合、特性線１４は肉厚ｔが３０mmの場合である。
【００２１】
特性線１３で示す実験筒９の肉厚ｔが２.５mm の場合は、印加された交流磁場１１とホール素子１０で検出される交流磁場との関係は、ほぼＹａ＝Ｘａの関係となって交流磁場１１の減衰がなく、明らかに交流磁場に対するシールド性能が低いことを示している。これに対し、特性線１４で示す実験筒９の肉厚ｔが３０.０mm の場合は、Ｙｂ＝αＸａ（αは定数であり、α＜１）の関係となって、交流磁場１１がα倍減衰することがわかった。
【００２２】
これにより、アルミニウムのような非磁性材であっても、肉厚の違いより交流磁場のシールド性能を向上できることがわかる。アルミニウムは非磁性材であるばかりでなく、高い導電率を有する材料である。アルミニウムによって交流磁場を減衰できた理由は、アルミニウムが受けた交流磁場により渦電流が発生し、これによりできる逆方向（逆位相）の磁場で反射，減衰させたためであると考えられる。
【００２３】
図９は、図１に示した試料室容器７に用いたアルミニウム合金の肉厚と交流磁場の透過率との関係を示す関係図である。本関係図は、図３に示した実験結果に基づき、シミュレーションで求めたものである。肉厚が１０mmを超えると交流磁場の透過率はほぼ７０％から急激な低下はなく、したがって、肉厚が１０mm以上であれば３０％の減衰率を確保できることがわかる。本発明の実施例では、強度を考慮した結果、試料室容器７の肉厚として３５mmを採用した。なお、実験によれば、肉厚３５mmの鉄材の透過率は７５％であり、アルミニウムの方が若干勝っていることがわかった。
【００２４】
したがって、非磁性かつ比較的高い導電率を備えたアルミニウム合金を電子銃ユニット，鏡筒，試料室上板，試料室容器に用いることによって、環境磁場を鉄材と同等以上に防止できることがわかる。
【００２５】
図４は、他の実施例を示し、図１に示した試料室容器７の構造の一例であって、図４
（ａ）は上面図、図４（ｂ）は縦断面図である。試料室容器本体１５の材質をアルミニウム合金とし、その内壁に試料室容器本体１５よりも肉厚の薄い鉄材やパーマロイなどの磁性透過率が比較的高い板１７を設ける。図３ないし図９で説明したように、交流磁場はアルミニウムで減衰できるが、地磁気などの直流磁場は減衰できないので、直流磁場を減衰する目的で、磁性材料と組み合わせた構造を採用する。
【００２６】
試料室容器本体１５の肉厚は、図９に示した結果から１０mm以上とする。また、板１７の肉厚は、直流磁場をシールド可能で、強度が不要であることから１mm程度とした。
【００２７】
このような、アルミニウムのような非磁性材料かつ高い導電率の材料と、これより肉厚の薄い鉄材などの磁性材料とを組み合わせた複合構造の他、試料室容器本体１５の内側に、例えば、鉄，ニッケル，コバルトなどの成分を有した液で行う磁性めっき処理を用いた複合構造としても、同様の効果を得ることができる。さらに、この磁性めっき処理を試料室容器本体１５の内部ばかりでなく外部も処理することにより、高い磁場シールド効果を得ることができる。
【００２８】
以上は、試料室容器本体１５に関して説明したが、図１に示す電子銃ユニット２，鏡筒３，試料室上板６についても、同様の構成とすることによって、環境磁場シールド性を得ることができる。
【００２９】
また、図１に示した真空排気装置８で真空排気するための真空排気口１８が試料室容器本体１５に設けられており、図では丸孔形状としているが、真空排気装置８側から磁場の侵入が予測される場合には、孔の大きさを小さくして複数個設けることによって、磁場シールド効果をもたせてもよい。
【００３０】
試料室容器本体１５はアルミニウム合金を深彫り削り出し加工にて製造することによって、側壁と底壁とを一体構造にでき、鉄材の場合に用いられる溶接が不要となるので、真空リークを防止することができる。また、試料室容器本体１５の内部の角部１６をアール形状とすることによって、応力集中を防いで強度を確保できる。
【００３１】
図５から図８は、シミュレーションにより作成した等磁力線図であり、図５は試料室容器がない場合、図６は純鉄製の試料室容器を磁場内に置いた場合、図７はアルミニウム合金製の試料室容器を磁場内に置いた場合、図８はアルミニウム合金製の試料室容器本体とパーマロイ製の板とを組み合わせた試料室容器を磁場内に置いた場合である。
【００３２】
図５において、励磁コイル１９により発生した磁力を表す磁力線２０を環境磁場と定義する。ここで、環境磁場は、電子機器などから発生する交流磁場と、地磁気などの直流磁場が重複したものである。この環境磁場の中に肉厚３５mmの純鉄製の試料室容器２１を置いた場合、図６に示すように、磁力線２０は、材料内部に吸収され、通過して抜けることで、試料室容器２１内に影響を与えないようにできる。その結果、試料室容器２１内の電子線への悪影響を防止できる。
【００３３】
図７に、肉厚３５mmのアルミニウム合金製の試料室容器２２の場合を示す。磁力線２０の一部、すなわち交流磁場を、渦電流により発生する逆方向（逆位相）の磁場で反射，減衰させることができる。しかし、反射しきれない磁力線２０の一部、すなわち交流磁場の一部と直流磁場は、試料室容器２２内に若干侵入してしまい、電子線へ悪影響を及ぼすおそれがある。そこで、図８に示すように、アルミニウム合金製の試料室容器本体２３の内側に肉厚１mmの鉄材やパーマロイなどの高い透磁率材の板２４を組み合わせ、複合構造の試料室容器とすることによって、反射しきれない磁力線２０を吸収し、あるいは通過させるようにし、図６に示した純鉄の場合と同様の効果を得ることができる。
【００３４】
図８では板２４の場合を示したが、このかわりに、例えば、鉄，ニッケル，コバルトなどの成分を有した液で行う磁性めっき処理を試料室容器本体２３の内部と外部に施すことで、さらに大きな効果を得ることができる。
【００３５】
このように、電子線を用いる装置の試料室容器を、非磁性と比較的高い導電率とを備えた材料に磁性材料、または磁性めっきを組み合わせた複合構造とすることにより、交流磁場と直流磁場とからなる環境磁場を効率よくシールドさせることができ、電子線に障害を与えないようにすることができる。
【００３６】
また、非磁性材料を深彫り削り出し加工により、側面と底面を一体構造とすることによって、溶接の場合の真空リークの問題をなくすることができる。また、内側面の４つの角部にアールを付けた構造として、応力集中を避けて強度を確保することができる。
【００３７】
さらに、鉄材の場合は、焼鈍の熱処理，板材の溶接が必要であったが、加工性の良好なアルミニウム材を使用することにより、熱処理工程，溶接工程が不要となり、製造工程の短縮と時間の短縮がはかれ、製造コストの低減ができる。また、アルミニウムは鉄材より軽量なので、運搬作業性が向上するとともに、作業安全面でも効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】電子顕微鏡の縦断面図。
【図２】本発明に関係する原理の実験を示す斜視図。
【図３】本発明に関係する原理の実験の結果を示す関係図。
【図４】試料室容器の構造の一例を示す上面図、縦断面図。
【図５】シミュレーションにより作成した等磁力線図。
【図６】シミュレーションにより作成した等磁力線図。
【図７】シミュレーションにより作成した等磁力線図。
【図８】シミュレーションにより作成した等磁力線図。
【図９】試料室容器に用いたアルミニウム合金の肉厚と交流磁場の透過率との関係を示す関係図。
【符号の説明】
【００３９】
１…電子線、２…電子銃ユニット、３…鏡筒、４…磁界レンズ、５…観察試料、６…試料室上板、７，２１，２２…試料室容器、８…真空排気装置、９…実験筒、１０…ホール素子、１１…交流磁場、１２…磁場発生コイル、１３，１４…特性線、１５，２３…試料室容器本体、１６…角部、１７，２４…板、１８…真空排気口、１９…励磁コイル、２０…磁力線。
【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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