(57)【要約】【課題】電子銃が真空に保たれる走査型電子顕微鏡装置を提供する。【解決手段】電子銃窓３５に加速電子を透過し大気に耐える金属膜、炭素膜、ダイヤモンド膜、ダイヤモンドライクカーボン膜を設け、密封容器３３内が真空に保たれる電子銃２を備える走査型電子顕微鏡装置１とする。【選択図】図１
2008262886.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部を真空に保つ真空容器と
電子銃と、該電子銃からでた電子線を試料に向かって案内する電子線照射手段と、
該電子線を走査する走査手段と、走査された該電子線の照射により試料から放出される電子を検出する電子検出手段と、を有する走査型電子顕微鏡装置において
対物レンズ絞りに穿たれた絞り窓、または、対物レンズ絞り付近に設けられた真空隔壁に穿たれた電子線照射窓が電子を透過し、かつ、該真空容器内部の真空圧と該真空容器外部の圧力の差圧に耐える薄膜により該絞り窓または電子線透過窓で封止され、封止された該絞り窓、または封止された該電子線透過窓の面積が該電子線を試料に対し走査可能とするに十分な広さをもつことを特徴とする走査型電子顕微鏡装置。
【請求項２】
内部を真空に保つ真空容器と電子銃と、該電子銃からでた電子線を試料に向かって案内する電子線照射手段と、該電子線を走査する走査手段と、走査された該電子線の照射により試料から放出される電子を検出する電子検出手段とを有する走査型電子顕微鏡装置において該電子銃から放出された該電子線を加速するアノード付近に設けられた真空隔壁に穿たれた電子線透過窓が、または真空隔壁に取り付けられた該アノードに穿たれた電子線透過窓が、
Ａ．真空隔壁の電子銃側の真空圧と電子銃と反対側の圧力の差圧に耐え、
Ｂ．電子を透過する
特性を兼ね備える薄膜で封止されていることを特徴とする走査型電子顕微鏡装置。
【請求項３】
内部を真空に保つ真空容器と電子銃と、該電子銃からでた電子線を試料に向かって案内する電子線照射手段と、該電子線を走査する走査手段と、走査された該電子線の照射により試料から放出される電子を検出する電子検出手段と、を有する走査型電子顕微鏡装置において以下４点を特徴とする密封容器
１．電子銃を内蔵し
２．該密封容器の真空隔壁に設けられた電子線透過窓が、
該密封容器の内部の真空圧と該密封容器の外部の圧力の差圧に耐え、真空封止          可能な、電子を透過する特性を兼ね備える薄膜で封止され
３．走査型電子顕微鏡装置から取り外し可能で、
４．走査型電子顕微鏡装置に真空シール材を使い取り付け可能
を具備することを特徴とする走査型電子顕微鏡装置。
【請求項４】
請求項１または請求項２または請求項３に記載の走査型電子顕微鏡装置において、
前記電子線を走査する走査手段が前記真空容器の外に設置されていることを特徴とする走査型電子顕微鏡装置。
走査型電子顕微鏡装置に取り外し可能な円筒の先端に電子線透過窓を配設し、円筒部の大気側に偏向コイルを設置したことを特徴とする走査型電子顕微鏡装置。
【請求項５】
請求項１または請求項２または請求項３または請求項４に記載の走査型電子顕微鏡装置において、前記電子線透過窓を出て試料に向かう電子線を取り囲む覆いが設置されていることを特徴とする走査型電子顕微鏡装置。
【請求項６】
請求項１または請求項２または請求項３または請求項４または請求項５に記載の走査型電子顕微鏡装置において、前記電子線透過窓を封止する前記薄膜が、金属、または、グラッシーカーボン、または、タイヤモンド、または、ダイヤモンドライクカーボン、または、誘電体、または、ドーピングされたダイヤモンド、またはドーピングされたダイヤモンドライクカーボン、またはドーピングされた誘電体のいずれか一種以上を組成とする真空タイトで、ヘリウムリークタイトな薄膜であることを特徴とする走査型電子顕微鏡装置。
【請求項７】
請求項１または請求項２または請求項３または請求項４または請求項５または請求項６に記載の走査型電子顕微鏡装置において、
前記真空容器、または前記密封容器内部にチタンゲッターポンプ、または、チタンサブリメーションポンプ、または、イオンポンプなどの溜め込み式ポンプ、または、非蒸発ゲッター材を配置し、前記真空容器、または前記密封容器内部を常時超高真空に保持することを特徴とする走査型電子顕微鏡装置。
【請求項８】
請求項１または請求項２または請求項３または請求項４または請求項５または請求項６または請求項７に記載の走査型電子顕微鏡装置において、前記電子検出手段が前記真空室の外部に設置された円盤状カソード電極で該円盤状カソード電極と試料もしくは試料台の間にバイアスを印加するバイアス電源が設けられ試料からの二次電子を該円盤状カソード電極に導き、該円盤状カソード電極はいくつかに分割され、分割された周辺部の円盤状カソード電極は絶縁増幅器に接続されて二次電子を検出する構造をとることを特徴とする走査型電子顕微鏡装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】本発明は、走査型電子顕微鏡装置に係り、特に、試料部の圧力と走査型電子顕微鏡装置の真空度がことなることを可能にする走査型電子顕微鏡装置に関する。
【背景技術】
【０００２】光学式顕微鏡では見ることのできない微細な表面の観測を行うことのできる走査型電子顕微鏡装置（ＳＥＭ：Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）が広く一般に使用されている。【０００３】ＳＥＭは電子線によって物質表面を走査し、表面からの反射電子や二次電子によって物質表面の形状や構成を観察する手法である。【０００４】ＳＥＭやＳＥＭに使用される検出器については次のような文献がある。【０００５】
【非特許文献】
【非特許文献２】走査型電子顕微鏡  ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｒｅｍｕｓ．ｄｔｉ．ｎｅ．ｊｐ／￣ＫＫＫＫｗｉｎｇ／
【非特許文献２】電子工学基礎論  第６章  特殊電子管  小池雄二郎監修  近代科学社
【０００６】電子銃は高真空でないと寿命が短いため、ＳＥＭで観察する時、試料は超高真空にまで排気された試料室に置かれ、観察されている。【０００７】しかし、近年生体の観察用にいくつかの新しいＳＥＭが使用されるようになってきた。【０００８】すなわち、試料を電子線は透過し液体を通さない膜で包む方法（例えば、特許文献１）や、差動排気により試料室と走査型電子顕微鏡装置本体を分離する方法（例えば、特許文献２）や、電子を通し大気圧に堪える膜を使い試料室と電子顕微鏡装置本体を分離し差動排気する方法（例えば、特許文献３）などが開示されている。【０００９】
【特許文献】
【特許文献１】特表２００５−５２９３４１号公報
【特許文献２】特開２００６−１９０５７８号公報
【特許文献３】特開２００６−１４７４３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】しかしながら、従来の方法にはそれぞれ次のような問題がある。【００１１】まず、試料を特殊なカプセルに包む方法においては、試料交換ごとに試料をカプセルに入れ、さらに試料室を大気に戻して試料を交換し真空引きをするという二重の手間がかかる。【００１２】また、差動排気を行う方法においては、電子銃に多少とも大気が入り、真空度が落ちて電子銃の寿命が短くなり、高電圧もかかりにくくなるという問題がある。電子顕微鏡のような超高真空機器は一度低真空にすると、もとの超高真空に戻すのは大変な時間を要し、性能がだんだん劣化する。【００１３】最近は電子顕微鏡の電子線エミッターに、フィラメント方式から、カーボンナノチューブ、或いはタングステンナノチューブによる電子線エミッターが使用されてきた。このことは従来の高温フィラメント・エミッターに比べ、寿命が長く、低温のため温度変動による電極の精度の狂いが無く、常に高精度を保持できる。しかしこれ等低温電子線エミッターを使用するには超高真空を保持することが絶対条件である。【００１４】また、コロジオン膜を使い差動排気する方法においては、コロジオン膜がＨｅリークタイトではなく電子顕微鏡の鏡筒部を真空に保持できず常に排気が必要であること。
また、差動排気のためのオリフィスの幅が狭く電子線走査ができず、電子線の走査に代えて試料台自身を動かす必要があり、電子顕微鏡に振動が入り光学系の狂いや電子銃の寿命に問題が発生する。更に振動のため高電圧を高精度に維持することが困難になる。【００１５】本発明は、かかる問題点を解決するためなされたものであり、電子銃が大気にさらされず、差動排気も必要としない走査型電子顕微鏡装置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】
【００１６】本発明はかかる課題を克服する為になされたものである。すなわち、高真空を保持する電子加速鏡筒内の電子エミッターで、発生した電子を加速し、収束レンズや偏向レンズを通過した電子を、電子線透過膜を貫通させて、大気中又は低真空中又は雰囲気ガス中に電子を出す電子線透過膜付きの電子顕微鏡を提供する。【００１７】本発明に使用する電子線透過膜は鏡筒内部の真空圧と外部の圧力の差圧に耐え、真空封止可能な薄膜で、電子線透過窓を薄膜で封止することにより、電子線鏡筒は試料交換時にも常に高真空を保持できること着目しかかる課題を解決した。【００１８】すなわち、請求項１に記載の発明においては次のような構成とした。内部を真空に保つ真空容器と電子銃と、該電子銃からでた電子線を試料に向かって案内する電子線照射手段と、該電子線を走査する走査手段と、走査された該電子線の照射により試料から放出される電子を検出する電子検出手段と、を有する走査型電子顕微鏡装置において、対物レンズ絞りに穿たれた絞り窓、または、対物レンズ絞り付近に設けられた真空隔壁に穿たれた電子線照射窓は、電子線を透過し、かつ、該真空容器内部の真空圧と該真空容器外部の圧力の差圧に耐える薄膜により、該絞り窓または電子線透過窓で封止され、封止された該絞り窓、または封止された該電子線透過窓の面積が該電子線を試料に対し、走査可能とするに十分な広さをもつ構成をとる走査型電子顕微鏡装置とした。【００１９】このようにすると、試料室を大気圧や減圧状態にしても、電子銃は超高真空に保ったまま電子は試料を走査して一定範囲の像を得られるので好ましい。【００２０】また、請求項２に記載の発明においては次のような構成とした。
すなわち、内部を真空に保つ真空容器と、電子銃と、該電子銃から出た電子線を試料に向かって案内する電子線照射手段と、該電子線を走査する走査手段と、走査された該電子線の照射により試料から放出される電子を検出する電子検出手段とを有する走査型電子顕微鏡装置において、該電子銃から放出された該電子線を加速するアノード付近に設けられた、真空隔壁に穿たれた電子線透過窓が、または真空隔壁に取り付けられた該アノードに穿たれた電子線透過窓が、
Ａ．真空隔壁の電子銃側の真空圧と電子銃と反対側の圧力の差圧に耐え、
Ｂ．電子を透過する
特性を兼ね備える薄膜で封止された構成をとる走査型電子顕微鏡装置とした。
このようにすると、電子銃は常時真空に保たれ、電子銃の寿命が長くなる。【００２１】また、請求項３に記載の発明においては次のような構成とした。【００２２】すなわち、内部を真空に保つ真空容器と電子銃と、該電子銃からでた電子線を試料に向かって案内する電子線照射手段と、該電子線を走査する走査手段と、走査された該電子線の照射により試料から放出される電子を検出する電子検出手段と、を有する走査型電子顕微鏡装置において
以下４点を特徴とする密封容器
１．電子銃を内蔵し
２．該密封容器の真空隔壁に設けられた電子線透過窓が、
該密封容器の内部の真空圧と該密封容器の外部の圧力の差圧に耐え、真空封止          可能な、電子を透過する特性を兼ね備える薄膜で封止され
３．走査型電子顕微鏡装置から取り外し可能で、
４．走査型電子顕微鏡装置に真空シール材を使い取り付け可能
を備える構成をとる走査型電子顕微鏡装置とした。【００２３】このようにすると、電子銃の寿命が長くなり、寿命がきたときには密封容器ごと電子銃を交換できるので好ましい。【００２４】また、請求項４に記載の発明においては次のような構成とした。すなわち、請求項１または請求項２または請求項３に記載の走査型電子顕微鏡装置において、前記電子線を走査する走査手段が前記真空容器の外に設置されている構成をとる走査型電子顕微鏡装置とした。
このようにすると、電子線透過窓の幅が狭くても、電子線の走査を実行して広い範囲の試料の像を得られるので好ましい。【００２５】電子線鏡筒の電子線下流部に取り外し可能な円筒を鏡筒に気密接続し、円筒の先端に電子走査できる大きさの電子線透過膜を接合し、円筒の外側に電子走査用のコイルを配設することで電子線走査を大気又は雰囲気中から行う。このことは真空内部の部品を少なくでき、高真空を保持し易い。
また、請求項５に記載の発明においては次のような構成とした。【００２６】すなわち、請求項１または請求項２または請求項３または請求項４に記載の走査型電子顕微鏡装置において、前記電子線透過窓を出て試料に向かう電子線を取り囲む覆いが設置されている構成をとる走査型電子顕微鏡装置とした。【００２７】このようにすると、電子線が大気を走り大気と衝突して出来る二次電子が外に漏れないので好ましい。
また、試料と電子線透過窓との距離を広げて、検出器を試料のそばに設置できるので好ましい。また、前記走査手段を大気側に設置できるので好ましい。【００２８】また、請求項６に記載の発明においては次のような構成とした。すなわち、請求項１または請求項２または請求項３または請求項４または請求項５に記載の走査型電子顕微鏡装置において、前記電子線透過窓を封止する前記薄膜が、金属、または、グラッシーカーボン、または、タイヤモンド、または、ダイヤモンドライクカーボン、または、誘電体、または、ドーピングされたダイヤモンド、またはドーピングされたダイヤモンドライクカーボン、またはドーピングされた誘電体のいずれか一種以上を組成とする真空タイトな、望ましくはヘリウムリークタイトな薄膜である構成をとる走査型電子顕微鏡装置とした。【００２９】このようにすると、試料室を大気圧にしたり減圧しても、電子銃が超高真空に保たれるので好ましい。【００３０】また、請求項７に記載の発明においては次のような構成とした。【００３１】すなわち、請求項１または請求項２または請求項３または請求項４または請求項５または請求項６に記載の走査型電子顕微鏡装置において、前記真空容器、または前記密封容器内部にチタンゲッターポンプ、または、チタンサブリメーションポンプ、または、イオンポンプなどの溜め込み式ポンプ、または、非蒸発ゲッター材を配置し、前記真空容器、または前記密封容器内部を常時超高真空に保持することを特徴とする走査型電子顕微鏡装置である構成をとる走査型電子顕微鏡装置とした。【００３２】このようにすると、真空容器外へ排気するターボポンプを必要とせず、真空度を高い状態に保てるので好ましい。【００３３】また、請求項８に記載の発明においては次のような構成とした。
すなわち、請求項１または請求項２または請求項３または請求項４または請求項５または請求項６または請求項７に記載の走査型電子顕微鏡装置において、
前記電子検出手段が前記真空室（電子線鏡筒）の外部に設置された円盤状カソード電極で該円盤状カソード電極と試料もしくは試料台の間にバイアスを印加するバイアス電源が設けられ試料からの二次電子を該円盤状カソード電極に導き、該円盤状カソード電極はいくつかに分割され、分割された周辺部の円盤状カソード電極は絶縁増幅器に接続されて二次電子を検出する構造となる構成をとる走査型電子顕微鏡装置とした。【００３４】このようにすると、大気圧や減圧状態で円盤状カソード電極に向かい加速される二次電子がガス分子との衝突で増殖し、検知可能な電流にまで増殖し円盤状カソード電極に到達する。このため破壊されやすく高価な二次電子倍増管が不要となるので好ましい。【００３５】試料容器には２次電子増幅用のクエンチングガス導入孔が設けられ一定のガス圧を保持するようにガス流量調整をする。
【発明の効果】
【００３６】本発明によれば、電子銃ならびに加速管ならびに電子収束部を常時高真空に保つため、電子顕微鏡に最適な電子線エミッターを使用でき、試料挿入の際の真空劣化による鏡筒の汚れが無いため、常に最高の性能を保持できメンテナンスが少なくなる。かつ大気圧から超高真空まで任意の圧力で試料にたいして電子線を走査し像を得ることが出来る故、生物試料や環境検査に使用できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】本願特許での原理の提示
まず、最適な実施例を実現するための計算と実験結果を以下の４項目について示す。
１．電子がほとんど散乱されずに一定圧力の大気や膜を走ることの出来る距離
２．電子を透過し一定の圧力に耐えることの出来る膜の厚み
３．試料から放出される電子を検出器に導くための電圧と検出器の幅
４．電子線を透過し、大気圧に耐え、気体の透過を許さない薄膜を電子透過窓などの硬い枠に貼り付ける方法【００３８】この計算と実験結果を前提にして実施例を説明するが、実施例においてこの実験と計算結果にいちいち言及はしない。【００３９】（電子がほとんど散乱されずに一定圧力の大気や膜を走ることの出来る距離）【００４０】表１は１１ＫｅＶから２００ＫｅＶまでの未散乱電子到達距離および炭素膜が入射エネルギーを５％失う距離を示す。【００４１】ここで未散乱到達距離とは電子が膜中の分子と衝突しても、９５％以上の電子が入射軸中心から５ｎｍ以上散乱されない距離をいう。【００４２】ただし、この５ｎｍという値は実際の値より一桁以上大きく十分な安全を見込んだ値である。【００４３】また５ｎｍという値は個々の電子が入射した点から変位する量を示している。【００４４】表１    単位を記載していない値はミクロンｍである。【００４５】
2008262886.tif 000003
【００４６】このようにカーボン膜やアルミ膜であれば電子線を散乱なく通し、かつ真空封止可能な膜の厚みが５ミクロンｍや２．５ミクロンｍとなる。【００４７】この厚みで大気圧に耐える面積は次のようになる。
７＊１０＾１０Ｎ／ｍ＾２＝Ｐａ【００４８】（ＳＥＭ像を得るため検知器に二次電子などを収集させる印加電圧）【００４９】低速電子の大気での平均自由行程は、０．５ミクロンｍとなるため、平均自由行程の距離で電子が１．５ｅＶ加速するためには、試料と検出器の距離が７ｍｍの時には、２０ＫＶの印加電圧が必要である。【００５０】この電界強度では電子の衝突により電子のガス増幅がおこっても、大気圧放電にまではいたらない。【００５１】さらに電界強度をあげても放電しないようにするにはＳＦ６や四塩化炭素のような絶縁ガスを試料と検出器の間に充填させる必要がある。【００５２】平均自由行程で４．５ｅＶ加速する場合、試料と検出器の距離は２．３ｍｍに縮めることが出来る。【００５３】この２０ＫＶの電圧印加では、炭素膜の膜厚が０．５ミクロンｍであればほとんどの電子は膜を透過する。【００５４】なぜなら電子のエネルギーは途中の散乱でガスを励起したりイオン化する場合以外はポテンシャルエネルギーを溜め込むので、何割かの電子は２０ＫｅＶ程度のエネルギーでもって検出器に設けられた膜を通過し、検出器の内部に入り込む。［００６５］
この手法では蛍光物質を励起して光をだし、この光を光電子倍増管により増幅して信号を検知する検出器に適用可能である。【００５５】このように蛍光物質を炭素膜の真空側に置くことも可能であるが、蛍光物質を光透過型の膜に塗布し、蛍光物質を大気側に置くことも出来る。【００５６】この場合印加電圧をさらに下げることが出来る。【００５７】ダイヤモンドや石英膜はもちろん、グラッシーカーボン膜も０・５ミクロンｍの膜は光を多少とも透過することが出来る。【００５８】また誘電体も０・５ミクロンｍの膜は光を多少とも透過するだけでなく、近年透明なものが市場に出回っているので使用可能である。
この電界により試料に入射する電子は影響をほとんど受けないようするには、試料の電界が影響を受けないように、試料の電位を基準に検出器の電位を決めればよい。【００５９】しかし、そうしなくても、試料に入射する電子ビームの中心軸を中心にして軸対象に電界がかかるようにすれば、試料に入射する電子は多少加速または減速されても問題を引き起こさない。
また、蛍光物質で電子を光に変えず０．５μｍ程度の膜を介して直接光電子増倍管に加速された二次電子を入射させてもよい。【００６０】（薄膜を電子透過窓などの硬い枠に貼り付ける方法）
ロウ材を使い膜と枠を金属接合させればよい。拡散接合も可能である。【００６１】以下本発明を図面に示す実施例により説明する。【００６２】図１は、本発明に係る第一の実施例を示し、１は走査型電子顕微鏡装置、２は電子銃である。【００６３】図１−ａは該電子銃の説明の図で、３０はフィールドエミッターチップ、３２は第一アノード、３３は密封容器、３４は第二アノード、３５は電子銃窓である。電子銃窓３５は電子線透過膜３６で真空封止されている。【００６４】第二アノード３４と密封容器３３は絶縁物を介して真空タイトに接合されているか、該密封容器を絶縁物で作成するとよい。【００６５】第一アノード３２やフィールドエミッターチップ３０も密封容器３３と絶縁されるようにする。
電子銃の回路図は電界放出型は図３に、熱電子放出型は図３−ａに示してある。【００６６】いずれも良く知られたものなので説明は省略する。【００６７】再び図１に戻り図１−ａの電子銃２を走査型電子顕微鏡装置１に取り付ける説明をする。【００６８】電子銃２の密封容器３３をシール３１を使い真空封止しながらボルトで真空容器３にとりつける。【００６９】図１の５は第一集束レンズ、６は第二集束レンズ、７は走査コイル、８は対物レンズ、９は対物レンズ絞りで、１０は対物レンズ絞り９に穿たれた絞り窓である。【００７０】絞り窓１０を電子線透過膜１３６で真空封止することが出来る。【００７１】絞り窓１０を電子線透過膜１３６で封止した場合、電子銃窓３５を真空封止する必要はなくなるが、フィールドエミッターチップ３０の保護のため電子線透過膜３６でさらに真空封止すると安全性は増す。【００７２】絞り窓１０を電子線透過膜１３６で真空封止する場合、排気ポート１５から排気後、バルブ２８を閉めポンプ類を取り外すことが出来る。【００７３】これに対し、絞り窓１０を電子線透過膜１３６で真空封止しない場合、排気ポート１５にバックポンプ２１で排気される高真空ポンプ２０をつなぎ差動排気する必要が出てくる。【００７４】なお、非蒸発ゲッター３７が真空容器３に内蔵されている場合、高真空ポンプ２０で排気中に非蒸発ゲッター３７からガスが出る。非蒸発ゲッター３７からガスが出きった後、バルブ２８を締める必要がある。このようにすると、非蒸発ゲッター３７が不純ガスを吸蔵し、真空容器３の内部は超高真空に保たれ。【００７５】なお、図１−ａや図２や図２−ａで示される電子銃にも非蒸発ゲッターを封じるのが良いが、図面が分かりにくくなるので省略した。非蒸発ゲッター材としては鉄、アルミ、ジルコニュウム、バリウム、コバルトなどがある。非蒸発ゲッターは良く知られているのでこれ以上の説明は省略する。【００７６】試料１２を大気圧の下で観測する場合、必ずしも試料室２２は必要ないが、入射電子１１の入射に伴う二次電子、反射電子、オージェ電子１３を検出器１４にひきつけるために印加する、１ＫＶから５０ＫＶの電圧により放電が起こるのを防ぐため、ＨｅやＳＦ６などの放電しにくいガスを導入して試料室２２を満たすには、試料室２２があるほうが好ましい。【００７７】１７はこのような不活性ガスをガスボンベ１９からマスフローコントローラ１８を介して試料室２２に流し込むガス導入管である。【００７８】  もちろん、試料室２２に油回転ポンプやオイルフリーのネジ溝式ポンプ、高真空ポンプを使い必要な圧力にまで低下させることが出来る。【００７９】  図１の２４は試料室排気ポートで、２５は高真空ポンプ、２６はバックポンプであり、試料室２２の圧力を下げるための排気系を示している。【００８０】このように試料室２２の圧力を下げて試料を観察する場合、絞り窓１０を封止する電子線透過膜３６の膜厚は薄くすることが出来る。【００８１】ただし、試料１２を取り替えるため試料室２２を大気にする場合、薄い膜が大気圧で破壊されないよう、絞り窓１０を図示されていないバルブを閉じて保護する必要がある。【００８２】また、バルブの代わりに試料室２２と真空容器３の図示��れない導通管を開いて差圧を生じないように大気圧に戻すようにしても良い。【００８３】電子線透過膜は以上に述べた電子銃窓３５、絞り窓１０だけでなく、第一集束レンズ５と第二集束レンズ６の中間位置や、第二集束レンズ６と走査コイル７の中間に真空隔壁をもうけて該真空隔壁に電子線透過窓を穿ち、該電子線透過窓を電子線透過膜で真空シールしてもよい。このシールに関する実施例を図４に示した。【００８４】図４のａからｈの位置に真空隔壁３０１と該真空隔壁に穿たれた電子銃透過窓３０２を設け電子線透過膜３６で真空シールしても良い。【００８５】この場合、電子銃２の側はゲッター材などで不純ガスを吸着するだけで十分だが、試料室２２の側は低真空ポンプまたは高真空ポンプで差動排気するのが好ましい。【００８６】  ただ、走査型電子顕微鏡装置１をコンパクトにすれば、電子線の散乱が少なくなるため、必ずしも差動排気を必要としない場合もある。【００８７】  なお走査コイル７や集束レンズ５、６，８は磁場式、静電式などいろいろな方式が可能である。静電式にはアインツェルレンズ、メッシュレンズなど色々な方式があり、磁場式には４重極型、６重極型などがある。これらは一例であり本願特許の実施形態はこれらに限定されるものではない。また収束レンズの数は必要に応じて増減させることが出来る。【００８８】図２は第二の実施例を示す図で、第二アノード３４とは別に電子銃窓３５の穿たれた窓サポート４３を設けている。【００８９】図９は第三の実施例で、走査コイル７に加え、第二の走査コイル２３が追加されている。該第二の走査コイル２３により曲げられた電子は走査コイル７により絞り窓１０を通過するように最初と逆方向に曲げられる。【００９０】このようにすると絞り窓１０の面積が小さくても、電子ビーム５００の光軸中心が絞り窓１０の中心を透過して試料１２を走査できる。【００９１】電子ビームの光軸中心が絞り窓１０の中心を通れば、絞り窓１０の面積が狭くても、倍率、解像度や輝度のよいＳＥＭの画像が得られる事になる。【００９２】本実施例ではふたつの走査コイルを別々の場所に設置しているが、次の図５のように走査コイル二個を隣接させてもよい。【００９３】図５は狭い絞り窓１０をどの位置におけばよいかを示している。
この図は電子ビームをＸ方向に走査する駆動回路とＸ方向に駆動された電子ビームを示し、Ｙ方向は省略している。【００９４】８１は入射する電子ビームの光軸で、電子銃側偏向コイル８２ａで曲げられた電子ビームは次の試料側偏向コイル８２ｂで逆方向に曲げられ、対物レンズ８により絞られ、電子線収束位置９２に光軸中心が来る。【００９５】対物レンズ絞り９に設けられた絞り窓１０をこの電子線収束位置９２に合わせると絞り窓１０の面積を最小に出来る。【００９６】しかし、電子ビームの加速電圧や電子が走査される範囲の差により電子線収束位置９２は      変わるので、
Ａ．該電子線収束位置９２の平均位置や
Ｂ．精度が最も要求される拡大倍率の高い状態での電子線収束位置９２
に絞り窓１０をおくと良い。【００９７】また、条件により電子線収束位置９２が変化するのに応じ、絞り窓１０の位置を変える駆動機構を設け、電子線収束位置９２の位置の変位に応じて絞り窓１０の位置を変化させても良い。【００９８】図６は第四の実施例で、大気中走査コイル２９は試料室２２に内蔵されている。【００９９】この場合も絞り窓１０の面積が小さくても光軸中心が絶えず絞り窓１０の中心を通り、電子ビームを走査しても解像度や倍率、輝度が落ちることはない。【０１００】図７は第５の実施例で入射電子１１が大気中の分子と衝突して出てくる二次電子を吸収するための入射電子カバー１６を示している。【０１０１】このようにすると大気と衝突して出てくる二次電子の悪影響を防ぐことが出来る。
図８は第６の実施例で、電子銃２の加速電極の役割をする第二アノード３４が真空隔壁３８にリークタイトに取り付けられ、該第二アノードには電子銃窓３５が穿たれている。
該電子銃窓には電子線透過膜３６がリークタイトに金属接合されている。【０１０２】図１０は第７の実施例で、電子スキャン磁石を持つ電子顕微鏡３の電子下流端に真空タイトの電子線透過窓で資料室２２と隔離されており、試料室２２には円盤型カソード電極９３で、試料を照射した電子線による相互作用で試料から発生する電子を、バイアス電圧７８を印加することで２次電子が増幅される。試料からの電子を絶縁増幅器で増幅し、偏向コイルと同期させＣＲＴモニター９５で観察するものである。【０１０３】試料室２２にはボンベ１９からバルブ２８を介してクエンチングガスを導入することで２次電子が増幅される。【０１０４】電子増幅用のクエンチングガスとしてヘリウムガス、アルゴンガス、ＣＨ４やＳＦ６ガスを封入するか循環フローさせる方式が望ましい。
【産業上の利用可能性】
【０１０５】ここで開示した走査型電子顕微鏡装置は電子銃の寿命が長く、試料が大気圧から超高真空の任意の圧力のいずれの圧力であっても電子線を走査して試料を観察でき、排気系も必要に応じて省略でき装置の使いやすさと装置価格の減少、ランニングコストの低下、設置面積の減少、持ち運び可能になるなど、半導体、生物試料に限らず広範囲な分野で使用可能となり、従来の走査型電子顕微鏡装置のみならず、光学顕微鏡の一部市場にも進出できるものと期待されている。
【図面の簡単な説明】
【０１０６】
【図１】本発明の実施例１に係る走査型電子顕微鏡装置の概略図である。
【図１ａ】本発明の実施例で電子銃室の出口に電子線透過窓を取り付けた例。
【図２】本発明の実施例２に係る電子銃の概略図である。
【図２ａ】本発明の実施例２に係る第２アノードに電子透過窓を取り付ける。
【図３】電子銃の回路図である。
【図３ａ】ウエーネルト電極を装備した場合の電子銃の回路図である。
【図４】電子線透過膜で真空シールする位置を説明する概略図である。
【図５】本発明の実施例３に係る走査型電子顕微鏡装置の概略図である。
【図６】本発明の実施例４に係る走査型電子顕微鏡装置の概略図である。
【図７】本発明の実施例５に係る走査型電子顕微鏡装置の概略図である。
【図８】本発明の実施例６に係る走査型電子顕微鏡装置の概略図である。
【図９】本発明の実施例３に係る走査型電子顕微鏡装置の概略図である。
【図１０】本発明の実施例７に係る走査型電子顕微鏡装置の概略図である。
【符号の説明】
【０１０７】ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈ：  真空隔壁と電子線透過膜で真空シールされた電子銃透過窓を設置可能な場所
１走査型電子顕微鏡装置
２電子銃
３真空容器
５第一集束レンズ
６第二集束レンズ
７走査コイル
８対物レンズ      ９０
９対物レンズ絞り  ９１
１０絞り窓  ８５
１１入射電子
１２試料    ８９
１３二次電子、反射電子、オージェ電子
１４検出器
１５排気ポート
１６入射電子カバー
１７ガス導入管
１８マスフローコントローラ
１９ガスボンベ
２０高真空ポンプ
２１バックポンプ
２２試料室
２３第二の走査コイル
２４試料室排気ポート
２５高真空ポンプ
２６バックポンプ
２７試料取り出しポート
２８バルブ
２９大気中走査コイル
３０フィールドエミッターチップ
３１シール
３２第一アノード
３３密封容器
３４第二アノード
３５電子銃窓
３６電子線透過膜
３７非蒸発ゲッター材
３８真空隔壁
３９対物レンズ絞り真空隔壁
４３窓サポート
６０電界放出型電子銃
６４仮想光源
６５フラッシング回路
６６引出電圧回路
６７エミッション
６８加速電圧回路
７１カソードフィラメント
７２ウェーネルト
７３クロスオーバポイント
７４アノード
７５フィラメント回路
７６フィラメント電流
７７加速電圧
７８バイアス回路
７９エミッションメーター
８１電子ビームの光軸中心
８２ａ電子銃側偏向コイル
８２ｂ試料側偏向コイル
８３低倍率電子線経路
８４高倍率電子線経路
８５倍率設定昇圧回路
８６Ｘ方向電子銃側走査信号発生回路
８７Ｘ方向試料室側走査信号発生回路
８８陰極線管（ＣＲＴ）
９２電子線収束位置
９３ピックアップ電極
９４絶縁増幅器
９５ブラウン管ＣＲＴモノター
１００試料台
１０１電子電流
１２８バルブ
１３６電子線透過膜
６００電子ビーム
３０１真空隔壁
３０２電子線透過窓
５００電界放出電子
【図１】
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【図２】
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【図２−ａ】
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【図３】
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【図３−ａ】
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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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【図１０】
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