电子显微镜的制作方法
【专利摘要】本发明提供能够安装具有安全性（触电防止机构）且考虑操作性的高电压施加试样架。本发明的特征在于，具有：具有对装填试样的试样台施加电压的功能的试样架、供给要施加在上述试样台的电压的电压源、以及一端与上述试样架连接的电压电缆，并且，连接上述电压电缆的另一端的转接器设置于支撑电子显微镜的镜筒的台架上。
【专利说明】电子显微镜【技术领域】
[0001]本发明涉及电子显微镜，尤其涉及具备能够对试样安全地施加高电压的系统的电子显微镜。
【背景技术】
[0002]电子显微镜利用磁透镜使从电子枪放射的一次电子射线聚焦于试样上，检测来自试样的二次带电粒子，得到试样的放大图像。扫描电子显微镜除了在此功能之上还增加如下功能:利用设置于物镜的上方的磁场式或电场式的偏转器，在试样上扫描一次电子射线。
[0003]—般而言,在扫描电子显微镜中，使试样处于接地电位并观察试样，但还存在对试样施加电压并观察试样图像的情况。尤其在最近，普遍采用减速法(Deceleration法)。这是一种如下方法:对试样施加几百~几kV左右的负电压(减速电压)，使一次电子射线在试样正前面减速并观察试样图像。
[0004]在减速法中，若将一次电子射线利用电子枪加速后的电压(加速电压)设为Vacc，将对试样施加的电压(减速电压)设为Vr，则在一次电子射线到达试样的时刻的电压(照射电压，还称作射击能)Vi用Vi=Vacc-Vr表示。若使用减速法,则与不使用减速法的情况(使试样处于接地电位的情况)相比，即使照射电压相同，也能够得到图像质量高的图像。例如，在Vacc=lkV、Vr=0.5kV时、与Vacc=0.5kV、Vr=OV时，照射电压Vi均为0.5kV，但前者能够改善分辨率(能清晰地看见试样图像的程度)。另外，通过使用减速方法，还能够以比能够用电子枪实现的最低加速电压(例如Vacc=0.5kV)还低的照射电压(例如Vi=0.1kV)观察试样图像。由此，能够以高分辨率实现试样的最表面的形态观察。此外，在利用减速法观察时，具有抑制试样带电或减轻试样损坏等各种效果。
`[0005]扫描电子显微镜根据物镜与试样的配置关系，能够分类为凸镜型、半凹镜型、凹镜型这三种。在凸镜型的扫描电子显微镜中，试样配置于从物镜的透镜磁场完全分离的位置，在凹镜型中，试样配置于物镜的透镜磁场中。半凹镜型处于凸镜型与凹镜型的中间，试样配置于物镜的透镜磁场的一部分泄漏的位置。以上三种扫描电子显微镜之中，在能够取得高分辨率的图像这方面，能够最有效地应用物镜的透镜功率的凹镜型的扫描电子显微镜最为有利。
[0006]使用凹镜型的物镜的扫描电子显微镜(以下，凹镜SEM)中，根据将试样配置于透镜磁场中的要求，需要将试样配置于透镜磁极之间。从而，将试样装填于专用的试样架的前端并插入到物镜内，观察放大图像。
[0007]然而，减速法是对试样施加与一次电子射线的加速电压相同水平(相同等级)的电压的观察方法，在将装填于专用的试样架的前端的试样插入到物镜的磁极之间的性质上，由于存在放电或安全性的问题等，因此以往在凹镜SEM中未采用减速法。
[0008]另一方面，虽然电压不像减速电压那样高，但以其他目的对试样架施加电压的技术，从以往就主要用于透射电子显微镜或扫描透射电子显微镜领域。例如，专利文献I公开了如下发明:以装载于试样架上的多个试样的辨别为目的而在试样架上装载存储器，用电缆连接存储器的驱动电源即外部电源与试样架。
[0009]作为确保此时的安全性的对策，在专利文献I中在导入高电压的连接器上设置电缆连接传感器，该电缆连接传感器用于判断是否连接了电缆。由此，在电缆连接传感器不检测电缆连接状态的情况、或者电子显微镜的主体侧不能识别试样架上的存储器的情况下，禁止向试样架施加电压。
[0010]现有技术文献
[0011]专利文献
[0012]专利文献1:日本特开2005 - 327710号公报(美国专利第7381968号)
【发明内容】
[0013]发明要解决的问题
[0014]在对凹镜型SM采用减速法的情况下，在将试样架插入到物镜内的观察方式的基础上，不得不在试样架上连接高压电缆并施加减速电压。扫描电子显微镜的电源一般容纳于台架的内部，或者一般设置成与主体部分开的电源单元。从而，在采用减速法的凹镜型SEM中，不得不将较长的高压电缆从台架内部或其他的元件围绕至试样架进行连接。
[0015]另一方面，在凹镜型SEM中，由于即使在观察过程中也能够从扫描电子显微镜主体拔出试样架，因此若将这种较长的电源电缆与试样架连接，则有可能导致高压电缆缠绕在装置的操作员身上，在操作中误将试样架从扫描电子显微镜主体拔出。
[0016]若将试样架在施加高电压的状态下拔出，则存在操作员触电的危险，或在电子光学镜筒内部产生放电，还存在破坏装置的可能性。
[0017]在专利文献I中，将开始施加电压前的试样架(连接器)与电缆的连接状态视为问题，而对于装置处于运转中的安全性不特别视为问题。但是，由于在用凹镜SEM实施减速法的情况下，对试样架施加比以往相比非常大的电压，因此需要对操作员的安全性比以往更细心谨慎地进行研究。
[0018]本发明的目的是提供一种如下电子显微镜:在对将试样架插入到电子光学镜筒中进行观察的扫描电子显微镜采用减速方式的情况下，即使在装置运转过程中，也能比以往更安全地进行扫描电子显微镜的操作。
[0019]用于解决问题的手段
[0020]为了解决上述问题，本发明的特征在于，具有:具有对装填试样的试样台施加电压的功能的试样架；供给施加在上述试样台的电压的电压源；以及一端与上述试样架连接的电压电缆，并且，连接上述电压电缆的另一端的转接器，设置于支撑电子显微镜的镜筒的台架或罩内。
[0021]在该情况下，优选上述电压电缆的长度比上述试样架的长度短。从而，若在上述台架或罩内，在将上述试样架插入到电子光学镜筒中的状态下从端部将上述转接器配置在半径比试样架的长度还小的圆的内部，则能够使电压电缆的长度比试样架的长度还短。
[0022]发明的效果
[0023]由于在台架或罩内设置转接器，因此不需要从电源围绕高压电缆，所以能够降低在装置运转过程中误将试样架拔出的危险性。
[0024]另外，通过将电压电缆的长度设定为比上述试样架的长度还短，能够防止在施加减速电压的状态下向电子光学镜筒插入试样架。
[0025]如上所述，根据本发明能够提供如下电子显微镜:在对将试样架插入到电子光学镜筒中进行观察的扫描电子显微镜采用减速方式的情况下，触电的危险比以往还少。
【专利附图】
【附图说明】
[0026]图1是实施例1的电子显微镜的整体外观图。
[0027]图2A是表示实施例1的试样架与试样载物台的说明图。
[0028]图2B是表示在插入实施例1的试样架的状态下的转接器的配置的俯视图。
[0029]图3A是表示实施例1的转接器周边的详细例子的说明图。
[0030]图3B是表示实施例1的转接器周边的其他详细例子的说明图。
[0031]图4是表示图3B所示的详细例子的转接器内部的配线结构的透视图。
[0032]图5是实施例2的电子显微镜的整体外观图。
[0033]图6是表示实施例2的转接器的配置的说明图。
[0034]图7是实施例3的电子显微镜的整体外观图。
[0035]图8是表示在实施例3的电子显微镜中的试样架与物镜的位置关系的图。【具体实施方式】
[0036]以下，参照附图，对本发明的实施例进行详细说明。在本实施例中，对具有侧面引入式试样架的电子显微镜的结构例进行说明。
[0037]图1是本发明的一个实施例的概略图，是在试样架前端的试样台上装填试样，且能够经由试样架对试样台施加电压的电子显微镜。
[0038]电子光学镜筒I被支撑于台架2的上表面,该电子光学镜筒I对试样照射一次电子射线，并且检测出通过一次电子射线照射而得到的二次带电粒子并作为图像信号而输出。并且，在电子光学镜筒I上安装有用于使试样位置移动的试样载物台3，装载试样的高电压施加用的试样架4插入到此试样载物台3中。
[0039]另一方面，在台架2的内部配置有用于供给施加于试样上的电压的高电压源7，并设置成操作员不能直接接触。
[0040]从高电压源7发生的电压，经由从高电压源7延伸的电压电缆8，导入到设置于台架2上的转接器6中，从此经由电压电缆5导入到试样架4中，对试样台上的试样施加电压。在转接器6上具有与电压电缆5连接的连接端子，在减速观察时在转接器6上连接电缆而使用。
[0041]图2A表不试样架4插入到试样载物台3中的状态。试样架4安装在从电子光学镜筒I的侧面经由真空馈通而插入到镜筒内部的侧面引入型试样载物台3上。另外，试样架4由如下部分构成:夹钳11 ;用于插入到高真空状态的电子光学镜筒I内部的O形圈12 ；用于引导试样架4的插入方向的导向销14 ;装载试样13的试样台15 ;以及用于使试样台15从试样架4及电子光学镜筒I绝缘的轴6。
[0042]另外，电压电缆5从夹钳11延伸，并在其端部设有用于连接转接器6的BNC连接器A (阳侧端子)17。从BNC连接器A17部施加的高电压经由电压电缆5，并利用位于包含夹钳的架内部的电压导入线18而供给到试样台15，从而对于一次电子射线19作为减速电压起作用。在此，如图2A所示，从试样架4的夹钳端面至试样台15的端面的长度L、与电压电缆5的长度I，存在L>I的关系。
[0043]如上所述，在试样架的主体部的长度L与电压电缆5的长度I满足L>I的关系的情况下，在试样载物台3上安装试样架4时，需要首先在安装试样架4之后，将电压电缆5与转接器6连接。这是因为，由于电压电缆5的长度比试样架主体部的长度还短，因此若首先将电压电缆5与转接器6连接，则不能在试样载物台3上安装试样架4。
[0044]为了使上述L与I满足L>I的关系，需要考虑转接器6在台架2上的配置。图2B表示在插入试样架4的状态下的电子显微镜的俯视图。如图所示，试样架4的一端大致到达电子光学镜筒I的中央部，另一个端部、即夹钳11的电压电缆5的连接部配置于从电子光学镜筒I向外侧突出与夹钳11的长度相当的量的位置。若转接器6(严密而言与电缆连接的连接端子的位置)以包含于以向该突出位置的台架的投影点作为中心的半径L的圆的内部的方式配置于台架上，则满足上述L>I的关系。
[0045]实际上，由于需要使电压电缆5具有某种程度的松弛，因此为了满足L>I的关系，需要非常靠近电子光学镜筒I而配置转接器6。
[0046]下面，用图3及图4对转接器6进行详细说明。
[0047]图3A是表示实施例1的转接器周边的详细例子的说明图。尤其，图3A表示转接器6的内部配线与试样架4的接线图。在转接器6内设置连接器安装检测开关24，另一方面，在配置于台架2内部的高电压源7上设置电源31。此外，电源31是用于产生高电压的电力供给装置。另外，高电压源7是基于来自电源31的供给而产生高电压的高电压供给装置，可以与电源31—体地设置，还可以分别设置。[0048]试样架4与高电压源7的导通，利用作为高电压控制部的高电压控制单元32控制。
[0049]作为连接器检测部的连接器安装检测开关24与高电压源7的电源31连动而工作，若连接器安装检测开关24动作(不对安装进行检测)，则利用高电压控制单元32切断高电压源?的电源31与BNC连接器即试样架4的导通。
[0050]另外，高电压控制单元32还与监视试样载物台3的真空状态的真空监视单元33连动，在试样载物台3中插入试样架4、且真空度未达到阈值的情况下，利用高电压控制单元32切断高电压源7与试样架4的导通地构成。由此，能够防止在试样架4的插入路径或电子光学镜筒I的内部处于不充分的真空度的状态下施加减速电压。从而，能够防止放电事故。
[0051]此外，连接器安装检测开关24还可以与高电压控制单元32连动。
[0052]另外，即使首先将电压电缆5与转接器6连接，由于在试样载物台3中未放入试样架4，因此也处于利用真空监视单元33切断高电压控制单元32的状态。另外，与此相反，在从试样载物台3拆卸试样架4的情况下，需要在从转接器6拆卸电压电缆5之后，从试样载物台3拆卸试样架4。由此，在对试样架4施加高电压的状态下，不能进行从试样载物台3拆卸试样架4的操作。
[0053]如上所述，在图3A所示的结构中，由于在电压电缆5未恰当地与转接器6连接的情况下，不对转接器6的电缆连接端子施加减速电压，因此能够防止由转接器6与电压电缆5的连接不良引起的触电事故。
[0054]图3B是表示实施例1的转接器周边的其他的详细例子的说明图。另外，图4是表示图3B所示的详细例子的转接器内部的配线结构的透视图。
[0055]图3B及图4表示通过设置高压保护件而进一步提高安全性的转接器的结构。首先，从本结构例的外观进行说明。
[0056]图4表示具有高压保护件的转接器的透视图。设置于电压电缆5上的BNC连接器A17，穿过高压保护件21的孔，与转接器6的BNC连接器B (阴侧端子)22连接。设置于高压保护件21上的捏手25的前端部成为前端螺纹26，通过转动捏手25，使前端螺纹26与转接器6侧的螺纹27嵌合，从而能够将高压保护件21固定于转接器6上。
[0057]若BNC连接器A17插入(连接)到BNC连接器B22中，则开关板23被推压，使连接器安装检测开关24进行动作。另外，通过在螺纹27上安装前端螺纹26，从而设置于高压保护件21上的销28插入到螺纹27上部的孔中，使转接器6的第二开关即高压保护件安装检测开关29进行动作。
[0058]图3B表示转接器6的内部配线与试样架4的接线图。高压保护件安装检测开关29与控制高电压源7和其他高电压使用部的状态的高电压控制单元32连动，若高压保护件安装检测开关29动作(未对安装进行检测)，则高电压控制单元32切断高电压源7与BNC连接器的导通地构成。
[0059]在图3B及图4所示的结构的情况下，需要由连接器安装检测开关24及高压保护件安装检测开关29这两个开关对安装进行检测，并且试样架4插入到试样载物台3中，真空监视单元33检测抽真空进行至一定水平的情况。此时，高电压源7的电源31与高压控制单元32进行动作，从高电压源7输出所需的高电压，并经由电压电缆8到达BNC连接器A17,从此将高电压导入到试样架4中。
[0060]下面，对如下情况进行说明:在施加高电压的状态下，进行从转接器6拆卸从试样架4延伸的电压电缆5的BNC连接器A17的操作。在拆卸BNC连接器A17之前，必须拆卸设置于转接器6上的高压保护件21。在未安装高压保护件21的状态下，由于高压控制单元32被切断，因此高电压被断开。另外，由于高压保护件21的固定方法为螺纹式，因此拆卸需要时间。由此，在试样架4上带电的电位也在拆卸螺纹的时间内被除去。根据以上状态，能够降低当拆卸BNC连接器A17时与高电压接触的危险性。
[0061]如上所述，在上述图3A的结构中，即使在对试样架4施加高电压的状态下也能通过拆卸连接器A17来切断高电压，但在该情况下，试样架4所带的电荷有可能向操作员的手等进行放电(电击)。对此，在图3B所示的结构中，通过在拆卸连接器A17之前拆卸高压保护件21，能够切断高电压。由此，能够除去试样架4的带电，因此能够防止电击。S卩，通过拆卸高压保护件21而切断高电压，之后，利用拆卸连接器A17为止的时间的时滞而除去试样架4的带电，从而能够防止电击。
[0062]根据以上结构，在进行将试样架4安装在试样载物台3的操作、以及拆卸操作时，能够避免与高电压部接触。从而，即使在操作员直接触手的试样架4的方式中，也能够提供用于对试样台15施加高电压的安全的系统。
[0063]此外，在图3A、图3B中，表示了转接器6的接线图的一个实施例，但连接器安装检测开关与高压保护件安装检测开关的连动部分还可以是相同的部位，并不局限于该事例。另外，在图4中，记载了转接器6的开关结构和部件，但开关不限于机械式的开关，还可以使用磁传感器或光学式开关来形成。[0064]实施例2
[0065]图5表示本实施例的电子显微镜的外观整体图。本实施例的电子显微镜除了具有与在实施例1中说明的电子显微镜的功能相同的功能之外，还设置有包围电子光学镜筒I及台架2的罩41。
[0066]在电子显微镜中，有时由于周边的噪音和由空调引起的空气的流动，一次电子射线被摆动，成为噪音而显示在试样图像上。另外，有时周围的气温发生变化而电子光学镜筒和载物台进行伸缩，从而在试样图像上发生漂移(图像的流动)。在取得高倍率图像时，这些现象更加明显。如图5所示，通过设置罩41，能够抑制噪音、空调、气温的变化，因此能够去除这些弊病。从而，当实施取得高倍率图像的情况多的减速法时，适合设置罩。
[0067]在本实施例中，在罩41上设置有第一门42和第二门43,第一门42用于从试样载物台3取出试样架4，第二门43用于从电子光学镜筒I的正面接近，并进行机械式的电子光学轴的调整等的维护。转接器6设置于罩41内，优选设置于第一门42附近的台架2上，通过打开该第一门42，进行连接器的安装等。在此，从试样架4延伸的电压供给电缆5与转接器6的BNC连接器B22连接。优选的是，为了提高连接器的装卸等的操作性，转接器6以BNC连接器B22的安装面与罩41中的第一门42或第二门43的安装面(打开门时的敞开面)平行的方式配置在台架2上就可以。在图5所示的例子中，由于转接器6以BNC连接器B22的安装面与第二门43相对的方式配置，并且设置于第一门42附近，因此能够容易从第一门42进行连接器向转接器6的连接及拆卸。此外，在图5中，转接器6成为箱状，但如图6所示的例子，转接器6还可以埋入到设置于罩41内的壁面中。并且，图6 (a)的BNC连接器B22的方向与图5所示的BNC连接器B22的方向相同，但如图6 (b)所示，BNC连接器B22还可以朝向转接器6的上表面。
[0068]实施例3
[0069]在本实施例中，对凹镜SEM的结构例进行说明。
[0070]图7表示本实施例的电子显微镜的外观整体图。本实施例的凹镜型扫描电子显微镜除了具有与在实施例1中说明的电子显微镜的功能相同的功能之外，还设有包围电子光学镜筒I及台架2的罩41。
[0071]在罩41上设置有第一门42和第二门43,第一门42用于从试样载物台3取出试样架4，第二门43用于从电子光学镜筒I的正面接近，并进行机械式的电子光学轴的调整等维护。并且，用第二门43进行维护时，设置第三门44以容易确认操作画面45。操作画面45装载于图7中的用虚线所示的台上进行使用，如图所示能够适当地改变画面的方向。从而，若敞开第三门44，则如图7中箭头所示，当经由第二门43接近SEM主体时，操作员能够目视操作画面。
[0072]转接器6设置于第一门42附近的台架2上，进行连接器的安装等。
[0073]图8表示在将本实施例的试样架插入到电子光学镜筒I内部的状态下的试样架与物镜的配置关系。在电子光学镜筒I内设置具有极片的物镜。极片由上磁极51与下磁极52构成。另外，在电子光学镜筒I的侧面设置试样载物台3，在物镜的上磁极51与下磁极52之间安装装填试样13的试样架4。如此，凹镜SEM能够在短焦点的状态下实现强励磁，因此适合于试样的高分辨率观察。在该状态下由高电压源7发生的高电压，经由电压电缆5利用位于试样架4内部的电压导入线18供给到试样台15，对一次电子射线19起作用。[0074]如此，利用图5至图7的实施例所述的电子显微镜，能够安全且方便地实现采用减速法的在低照射电压下的高分辨率观察。另外，难以受到装置周边的噪音和空调的影响，能够实现稳定的高倍率观察。并且，通过如图8的实施例那样与凹镜SEM组合，能够实现采用减速法的在低照射电压下的超高分辨率观察。
[0075]附图标记说明
[0076]I 一电子光学镜筒，2 —台架，3 —侧面引入型试样载物台(试样载物台)，4 一试样架，5 —电压电缆(电压供给电缆)，6 —转接器，7 —闻电压源，8 —电压电缆，11 一夹钳，12 —O形圈，13 —试样，14 —导向销，15 —试样台，16 —轴，17 —连接器A (BNC连接器A)，18 —
电压导入线，19--次电子射线，21 —闻压保护件，22 — BNC连接器B, 23 一开关板，24 一
连接器安装检测开关，25 —捏手，26 —前端螺纹(捏手前端螺纹)，27 —螺纹，28 —销，29 —高压保护件安装检测开关，31 —电源，32 —高电压控制单元(高压控制单元)，33 —真空监视单兀，41 一罩,42 —第一门，43 一第二门，44 一第三门，45 一操作画面，51 —上磁极,52 一下磁极。`
【权利要求】
1.一种电子显微镜,具有电子光学镜筒和支撑该电子光学镜筒的台架，上述电子光学镜筒对试样照射一次电子射线，检测出通过照射该一次电子射线而得到的二次带电粒子并作为图像信号而输出， 上述电子显微镜的特征在于，具有: 具有放置上述试样的试样台，并具有对该试样台施加电压的功能的试样架； 供给施加在上述试样台的电压的电压源；以及 一端与上述试样架连接的电压电缆， 而且，连接上述电压电缆的另一端的转接器设置于上述台架上。
2.根据权利要求1所述的电子显微镜，其特征在于， 上述电压电缆的长度比上述试样架的长度短。
3.根据权利要求1所述的电子显微镜，其特征在于， 在上述电压电缆的另一端部具有与上述转接器连接的连接端子。
4.根据权利要求1所述的电子显微镜，其特征在于， 上述转接器具有检测上述电缆的连接的检测单元。
5.根据权利要求1所述的电子显微镜，其特征在于， 上述转接器具有用于对上述试样台与上述电压源的导通进行通断的第一开关。
6.根据权利要求5所述的电子显微镜，其特征在于， 上述转接器具有对上述电压源的起动进行通断的第二开关。
7.根据权利要求5所述的电子显微镜，其特征在于， 具有设置于上述转接器及上述电压电缆的上述转接器侧的端部的BNC端子。
8.根据权利要求7所述的电子显微镜，其特征在于， 上述第二开关设置于上述转接器侧的BNC端子的根部， 上述第一开关设置于上述转接器侧的BNC端子的附近， 而且，通过具有对上述转接器及上述电压电缆的BNC端子进行紧固的环状的盖，从而能够接通上述第一开关及第二开关地构成。
9.根据权利要求1所述的电子显微镜，其特征在于， 具有: 覆盖上述电子光学镜筒及台架的多面体形状的罩；以及 设置于该罩的侧面的门。
10.根据权利要求9所述的电子显微镜，其特征在于， 在上述罩的侧面设有第一门及第二门。
11.根据权利要求9所述的电子显微镜，其特征在于， 设置于上述转接器上的与上述电压电缆连接的连接面，设置于与上述门相对的上述转接器的背面以外的面。
12.—种扫描电子显微镜,具有电子光学镜筒和支撑该电子光学镜筒的台架，上述电子光学镜筒对试样扫描一次电子射线，检测出通过扫描该一次电子射线而得到的二次带电粒子并作为图像信号而输出， 上述扫描电子显微镜的特征在于，具有: 具有放置上述试样的试样台，并具有对该试样台施加电压的功能的试样架；供给施加在上述试样台的电压的电压源；以及 一端与上述试样架连接的电压电缆， 而且，连接上述电压电缆的另一端的转接器设置于上述台架上。
13.根据权利要求12所述的扫描电子显微镜，其特征在于， 上述试样架是从上述电子光学镜筒的侧面经由真空馈通而插入到镜筒内部的侧面引入型载物台。
14.根据权利要求12所述的扫描电子显微镜，其特征在于， 上述电子光学镜筒 具有凹镜型的物镜。
【文档编号】H01J37/28GK103688335SQ201280035541
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2012年5月16日 优先权日:2011年7月19日
【发明者】小柏刚, 赤津昌弘 申请人:株式会社日立高新技术