(57)【要約】【課題】本発明の目的は、導入ガスを整流し効率よく排気する機構を備えた走査電子顕微鏡を提供する。【解決手段】本発明では、電子源と、前記電子源から放出する一次電子線を収束するための収束レンズと、前記一次電子線を観察試料上にフォーカスするための対物レンズと、前記一次電子線の照射によって試料から発生した二次電子を検出する検出器によって構成される走査電子顕微鏡において、前記試料にガスを噴射するガス導入部と、当該噴射されたガスを排気する排気管を備え、当該排気管は、前記試料に衝突したガスを排気管内で整流するガス整流機構を有することを特徴とする走査電子顕微鏡を提供する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子源と、前記電子源から放出する一次電子線を収束するための収束レンズと、前記一次電子線を観察試料上にフォーカスするための対物レンズと、前記一次電子線の照射によって試料から発生した二次電子を検出する検出器によって構成される走査電子顕微鏡において、
前記試料にガスを噴射するガス導入部と、当該噴射されたガスを排気する排気管を備え、当該排気管は、前記試料に衝突したガスを排気管内で整流するガス整流機構を有することを特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項２】
前記ガス整流機構は、前記試料と前記ガス導入部の噴射口の法線との交点を焦点とするように配置された凹面形状であることを特徴とする請求項１に記載の走査電子顕微鏡。
【請求項３】
前記ガス導入部の噴射口は、前記一次電子線の試料の照射位置に向くように配置することを特徴とする請求項１に記載の走査電子顕微鏡。
【請求項４】
前記ガス導入部の噴射口を複数備えること特徴とする請求項１の走査電子顕微鏡。
【請求項５】
前記ガス整流機構の水平方向と高さ方向を調節する調節手段を備えることを特徴とする請求項１記載の走査電子顕微鏡。
【請求項６】
前記ガス導入部と前記ガス整流機構を使用位置と退避位置の間で移動させる移動手段を備えることを特徴とする請求項１の走査電子顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は走査電子顕微鏡に関し、特に試料近傍を低真空雰囲気にして観察する低真空走査電子顕微鏡に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
１〜３０００Ｐａ程度の真空度が得られる低真空走査電子顕微鏡は、観察試料を配置する試料室と、電子銃と、電子光学系とを複数の差動排気用オリフィスと低真空専用の真空排気機構とによって別々に差動排気され、電子銃室及び電子光学系を高真空状態に保ちながら、試料室を低真空化することができる。試料室内を低真空雰囲気にすることによって、導電性のない試料も観察することができるようになる。ただし、低真空走査電子顕微鏡は、高真空の試料室内で試料を観察する一般的な走査電子顕微鏡に比べ低真空化の機構が複雑で（特許文献１）高価であり、安価な低真空化技術が望まれている。
【０００３】
その他の低真空化の技術として、試料近傍に穴径が数mmから数百μｍ程度のガス導入ノズルを配置し、試料の微小な観察領域を低真空化し、導入ガスを試料近傍の排気装置で排気し、試料観察領域を低真空化する方法が知られている。導入ノズルについては特許文献２のような方式がある。このノズル式低真空化技術を用いた装置は、コンパクトで、安価である。しかしながら、導入ガスは、ランダムに拡散するために、導入ノズルの近傍に排気装置を配置しても、排気できる気体分子は一部であり、多くの気体分子は高真空側に拡散し、電子光学系が配置された高真空側の真空に大きな影響を与える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１４１６３３号公報
【特許文献２】特開２００２−１３４０５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、導入ガスを整流し効率よく排気する機構を備えた走査電子顕微鏡を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明では、電子源と、前記電子源から放出する一次電子線を収束するための収束レンズと、前記一次電子線を観察試料上にフォーカスするための対物レンズと、前記一次電子線の照射によって試料から発生した二次電子を検出する検出器によって構成される走査電子顕微鏡において、前記試料にガスを噴射するガス導入部と、当該噴射されたガスを排気する排気管を備え、当該排気管は、前記試料に衝突したガスを排気管内で整流するガス整流機構を有することを特徴とする走査電子顕微鏡を提供する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、導入ガスの拡散による高真空側への影響を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明によるガス導入機構をより詳細に示す断面図および平面図である。
【図２】本発明による走査電子顕微鏡の構成の一例を示す概略図である。
【図３】本発明によるガス導入機構の他の例を示す断面図および平面図である。
【図４】本発明によるガス導入機構のさらに他の例を示す断面図および平面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００１０】
図２は本発明による走査電子顕微鏡の構成の一例を示す概略図である。
【００１１】
走査電子顕微鏡１は、電子銃室２と、電子光学系鏡体部３と、試料室４とを備える。
【００１２】
走査電子顕微鏡１は、電子銃室２内に電子銃２１をさらに備え、電子光学系鏡体部３内に、収束レンズ３１と、対物レンズ３２と、偏向コイル３３とをさらに備える。電子銃２１から放射られた電子ビーム２２は、収束レンズ３１及び対物レンズ３２によって収束され、走査電源（図示せず）に接続された偏向コイル３３によって試料４１上で走査される。走査電子顕微鏡１は、電子銃室２及び電子光学系鏡体部３用の真空ポンプ２３も備える。
【００１３】
走査電子顕微鏡１は、ガス導入装置５をさらに備える。ガス導入装置５は、例えば試料室４のオプションポートに取り付けられ、ガスタンク５１と、中継用チューブ５２と、ガスコントロールバルブ５３と、ガス導入ノズル５４とを備える。ガス導入ノズル５４のノズル口は、試料４１の観測位置に向くように配置される。ガス導入ノズル５４は、ガス導入量を調整するガスコントロールバルブ５３と中継用チューブ５２とを介して、ガスの入ったガスタンク５１に接続されている。ガスタンク５１は、中継用チューブ５２との接続部以外は密封され、ガスコントロールバルブ５３が開くことにより、試料室より高圧のガスタンク５１内よりガスがガス導入ノズル５４から試料上に導入される。ガスタンク５１内のガスは、空気，酸素，窒素，アルゴンなどの各種ガスである。
【００１４】
ガス導入装置５は、ガス導入ノズル５４のガス導入口の近傍にガス整流機構５５をさらに備える。ガス導入ノズル５４とガス整流機構５５は、結合し可動時には同一方向に、同量移動する。ガス整流機構５５の実施形態は、特徴点の一つであり、後に詳述する。
【００１５】
ガス導入装置５は、ガス排気管５８と、真空ポンプ５９とを備える。ガス排気管５８は、ガス整流機構５５とガス導入ノズル５４と結合しており、ガス排気管５８の可動によりガス整流機構５５とガス導入ノズル５４とを位置調節できる。ガス排気管５８内は、ガス整流機構５５により整流された整流ガス６０が通る。整流ガス６０は、真空ポンプ５９によって大気中へと排気される。
【００１６】
ガス導入装置は、ガス排気管５８と真空ポンプ５９の間にベローズ６１を備える。ベローズ６１は、ガス排気管５８へ真空ポンプの可動による振動の伝達を防いでいる。
【００１７】
ガス導入装置５は、ガス導入ノズル５４とガス整流機構５５とを試料上と退避位置の間で移動させる移動機構５６と、ガス導入ノズル５４とガス整流機構５５と水平方向と高さ方向に微調節する位置微調節機構５７とをさらに備える。ガス導入ノズル５４とガス整流機構５５とは、通常は退避位置に引き出され、試料から離れた場所にあり、観察時の試料移動等に制限を与えることは無い。位置微調節機構５７は、ガス導入ノズル５４を試料上に配置する際に、水平Ｘ，Ｙ方向，高さＺ方向の３軸方向において位置調節することができる。これにより、試料の高さに応じてガス導入ノズル５４と試料間隔と位置とを調節できる。
【００１８】
図１は、図２の走査電子顕微鏡１が備えるガス整流機構５５をより詳細に示す断面図および平面図である。ガス整流機構５５は、金属などの導電材料で凹面鏡の形状を有するように形成される。ガス整流機構５５は、対物レンズ３２の下方のポールピース１０１と試料４１との間でポールピース１０１に接近し、試料４１の真上に配置される。ガス整流機構５５は、その凹面鏡の焦点が試料４１と電子ビーム２２の交点になるように配置される。ガス整流機構５５は、電子ビーム２２の通過を可能にする円形の開口部１５１が設けられている。ガス導入ノズル５４は、そのガス導入口の法線と試料４１との交点が電子ビーム２２の光線上になるように配置する。また、ガス整流機構５５は、試料４１に面した部分に開口部１５２（一点鎖線）を有する。二次電子は、開口部１５２及び開口部１５１を通過し、二次電子検出器６２で検出される。
【００１９】
本実施形態の特徴は、ガス整流機構５５の凹面鏡形状による導入ガス１７１の整流作用である。導入ガス１７１は、ガス導入ノズル５４内部では粘性流領域の真空度である。ガス導入ノズル５４の導入口は試料近傍にあり、導入ガス１７１の気体分子が試料４１と衝突する領域では粘性流である。試料４１の表面は微視的に凹凸があり、導入ガス１７１の気体分子は、衝突後にランダムに拡散する拡散ガス１７２となる。拡散ガス１７２は、拡散によって粘性流領域の真空度から分子流領域の真空度へと拡散する。その拡散ガス１７２の気体分子は、ガス整流機構５５の凹面鏡部に衝突する。衝突した拡散ガス１７２の気体分子は、ガス排気管５８方向に整流された整流ガス６０となる。整流ガス６０は、真空ポンプ５９によって排気される。
【００２０】
図３は、他の実施例である。図３は、ガス導入ノズル５４をガス排気管５８の対面に配置した例である。ガス整流機構５５は、ガス整流機構５５の凹面鏡の焦点部から拡散した拡散ガス１７２を整流でき、図１と同様に導入ガス１７１を排気できる。
【００２１】
図４は、他の実施例である。図４は、複数のガス導入ノズル５４を備えた走査電子顕微鏡１の例である。図４は、ガス導入ノズル５４が２本の場合の例である。それぞれのガス導入ノズル５４は、そのガス導入口の法線と試料４１との交点が電子ビーム２２の光線上になるように配置される。各のガス導入ノズル５４からの導入ガス１７１は、図１で説明と同様に整流され真空ポンプ５９より排気される。ただし、ガス導入ノズル５４が複数ある場合、それぞれガス導入ノズル５４より導入される導入ガス１７１の流量は、ガス導入ノズル５４の個数分の一になる。また、ガス導入ノズル５４の導入口から直線で延びた長さをｋ、導入口の真空度をａとおくと、ｋが長くａが分子流領域の真空度（分子同士の衝突がほとんどない程度の真空度）に近い場合は、直進性の高い導入ガス１７１を得ることができる。複数のガス導入ノズル５４を備えた走査電子顕微鏡１は、１つの導入ノズル５４を備えた走査電子顕微鏡１に比べガス導入量が少なくでき、導入口の真空度を下げて、直進性の高いガスを得ることができ、試料４１の表面の所定の位置にガス導入できる。
【符号の説明】
【００２２】
１  走査電子顕微鏡
２  電子銃室
３  電子光学系鏡体部
４  試料室
２１  電子銃
２２  電子ビーム
３１  収束レンズ
３２  対物レンズ
３３  偏向コイル
４１  試料
４２  ステージ
４３，５９  真空ポンプ
５１  ガスタンク
５２  中継用チューブ
５３  ガスコントロールバルブ
５４  ガス導入ノズル
５５  ガス整流機構
５６  移動機構
５７  位置微調節機構
５８  ガス排気管
６０  整流ガス
６１  ベローズ
６２  二次電子検出器
１０１  ポールピース
１５１，１５２  開口部
１７１  導入ガス
１７２  拡散ガス
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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