电子显微镜 【技术领域】
本发明涉及台式电子显微镜。
背景技术
近年来，在半导体领域，在作为检查大量的晶片、器件的装置的电子显微镜的基础上，又产生了希望能够对应多品种小产量的器件的检查装置的需求。在这样的领域中，与使用以往地大型电子显微镜相比，配置多台的省空间的电子显微镜，根据任务情况变更其配置或分担，以适应随机应变的情况的更有利于整体成本的做法正在增加。因此，近年来，业内强烈要求能有一种省空间化的电子显微镜和不进行烦杂的操作地、可移动性优异的电子显微镜。此外，在普遍看好其今后将扩大电子显微镜的使用的医疗·食品行业，也不断要求利用电子显微镜进行的迅速的检查·诊断。其最好的情况是将电子显微镜运抵现场，在现场进行检查。
预料小型的电子显微镜今后在定制半导体制造领域、医疗·食品行业的需求会很高。并且，作为小型的电子显微镜，例如有在1970年代产品化的电子显微镜(商品名称为显微电视)。此外，在下述的公开专利文献1中，还记载有从电子源到被测样品保持架的高度为200mm左右的电子显微镜的概略构成。
【公开专利文献1】
美国公开专利第5442183号说明书。
但是，上述的产品化的电子显微镜如果包括真空容器、真空泵、显示装置等则重达约84kg的重量。即，在目前的电子显微镜中，因装置尺寸和重量的关系其搬运成为较大的障碍，实现现场检查变得相当困难。
进而，在这样的检查装置中，还需要有较短的起动时间。这是因为在移往现场的过程中未必就有电源，所以，缩短从大气开放状态到可以进行检测的起动时间在实用化方面是至关重要的一点。
上述的显微电视的情况虽然是比较小型的电子显微镜，但在重量方面不易于搬运，起动时间也存在问题。同样地，在上述公开专利文献1记载的电子显微镜中，虽然关于电子源、真空容器、被测样品保持架是小型的，但有关考虑了搬运或者可搬运性的构成则几乎没有记述，因此，可以认为将之用于这样的用途比较困难。
加之，虽然在产业界的各个领域正在使用电子显微镜，但对电子显微镜的用户、特别是初学者而言，存在不少因对装置不习惯所带来的心理负担。这是阻碍扩大用户的原因之一。因此，从人力资源的有效利用这一点来看，人们也强烈要求能够提高任何人都可以进行使用这样的功能，即对用户友好性。
【发明内容】
因此，本发明之第1目的是提供与以往相比轻便、省空间且可搬运性优异的电子显微镜。
本发明的第2目的是提供起动时间短的电子显微镜。
本发明的第3目的是提供具有减轻用户心理负担的对用户友好功能的电子显微镜。
达成本发明的第1目的的第1装置的特征在于：一体化被安装在真空容器上的电子源、真空泵、被测样品室以及电子射线检测器和控制电子射线的轨迹的电子透镜、基于通过电子射线检测器得到的信号显示图像的显示器、控制电源，且真空容器、电子源、真空泵、电子射线检测器、电子透镜以及控制电源设置在显示器的背面，被检测样品的取放口设置在显示器的下方。
【附图说明】
图1是说明涉及实施例1的电子显微镜的图；
图2是说明涉及实施例1的电子显微镜的真空排气系统的图；
图3是说明连接真空容器的真空配管和真空泵的接合部的图；
图4是说明涉及实施例2的电子显微镜的真空排气形态的图；
图5是使用了碳纳米管的电子源的最前端部分的电子显微镜观察照片；
图6所示是图5的一例电子源的电子发射特性图；
图7是说明涉及实施例4的电子显微镜的图；
图8所示是涉及实施例5的电子显微镜的隔音材料、真空容器(镜筒)、真空计等的构成的上面图。
【具体实施方式】
图1所示是涉及本实施例的电子显微镜的概略。
涉及本实施例的电子显微镜的特征在于：具有电子显微镜框架11和设置在电子显微镜框架11上的显示器10，且在上述电子显微镜框架11的内部具有(内藏)被一体化了的真空容器14、对真空容器14进行真空排气的真空泵12、安装在真空容器上方的电子源13、安装在真空容器下方的可以从电子显微镜框架11突出出来的被测样品室16、检测来自设置在被测样品室16的被测样品的电子射线的检测器15。
真空泵12是对真空容器(镜筒)14进行真空排气的装置，经由真空配管在一处或者多处位置与真空容器14相连接。电子源13是发射测试样品所需要的电子射线的装置，作为电子源13的具体的例子，例如使用安装了锐利地加工了其最前端的钨、硼化镧(LaB6)、碳纳米管等的电子源。此外，在真空容器14中设置有控制来自电子源13的电子射线的轨迹的电子透镜，经由该透镜聚焦的电子射线被照射到放置在被测样品室16内的被测样品上。检测器15是检测来自被测样品的电子射线(二次电子或者反射电子)的装置，显示器10利用配置在电子显微镜框架11内部的信号处理电路对来自检测器的信号进行信号处理并进行显示。这里，被测样品室16是用于在其内部配置被测样品的样品室，被测样品的交换通过向图的前方突出被测样品室16进行。这里，虽然在图1中显示器10的设置可以作为电子显微镜框架的一部分进行开闭，但也可以不能进行开闭地固定设置在电子显微镜框架11上(固定式)。不过，为了能够在电子显微镜框架内部形成空间，哪一种都需要配置液晶显示装置等薄型的显示器，特别是液晶显示装置或有机EL(电致发光)显示器等在省电方面也非常有效。这里，除了上述设备之外，还在位于图1的电子显微镜框架11内的显示器10的背面的空间实际安装了真空泵的电源、透镜系统的控制电源、信号处理电路、系统整体的控制电路等。利用该构成，可以使所有的部件一体化而不是像以往那样由许多电缆连接了的部件所构成的电子显微镜。此外，在本实施例中，通过使用空冷的涡轮分子泵，还可以省去冷却配管，形成可搬运性优异的电子显微镜。这里，安装在镜筒部分的真空泵排气容量是50公升/秒左右。由此，可以不需要冷却配管，且能够缩短起动时间。
图2所示是涉及本实施例的电子显微镜的真空排气系统的详细构成。
图2给出的是图1的真空排气系统的具体的构成，图2的真空排气系统具有真空容器14、设置在真空容器14上方的电子源13和设置在真空容器14下方的被测样品室16。
电子源13是LaB6，真空容器(镜筒)14是内径80mm、长度160mm的SUS容器。在电子源13的下方，真空容器14中设置有电容器透镜20和物镜21，例如利用φ0.5mm的节流孔形成在被测样品室16和电子源之间动作并进行排气的构成。被测样品室16设置有用于进行被测样品的位置的微调整的载物台，可以在X、Y、Z方向做±5mm的移动，其中央部分可以进行近60度的倾斜。
此外，在本实施例的电子显微镜中，还对有关由真空泵造成的振动进行了探讨并解决了该问题。本实施例中没有冷却配管，且为了缩短起动时间使用了涡轮分子泵以及连接在其排压侧的旋转泵或者膜片泵，但相反地，这些泵所产生的振动对测量有不少的不良影响，故存在可能带来大幅度降低分解能力的危险。特别地，由于连接于真空容器(镜筒)14的涡轮分子泵会直接将振动传递给真空容器(镜筒)14，所以，需要有其振动对策。因此，如图13所示的那样，在真空泵12和真空容器(镜筒)14的真空连接部分配置有皱纹管26和缓冲材料30，采用了缓冲材料30吸收真空泵12的振动的构造。由此，可以实现数十纳米的分解能力，并同时兼备一体化带来的省空间化、可搬运性和性能确保。
【实施例2】
下面对涉及本实施例的电子显微镜进行说明。图4所示是涉及本实施例的电子显微镜的真空排气系统的图。这里，其以外的构成与实施例1大致相同。
图4的真空排气系统具有真空容器(镜筒)14、电子源13、被测样品室16和以真空容器14为中心对称配置的真空泵40、41。此外，在真空容器14中设置有物镜。这里，真空容器14中使用的是排气容量30～40公升/秒的涡轮分子泵。
涉及本实施例的电子显微镜着眼于涡轮分子泵的振动特性是由旋转构造带来的旋转的振动，如图4所示的那样，以真空容器(镜筒)14为中心对称位置地安装了等同的真空泵40和41。由此可以使之相互抵消振动。通过该构造可以抑制振动，且该情况下也可以同时兼备一体化带来的省空间化、可搬运性的实现和性能确保。
【实施例3】
在涉及本实施例的桌上式电子显微镜中，作为电子源使用了碳纳米管。其以外的构成与实施例2相同。该电子源如图5的照片那样，是在钨电极的前端安装了直径20nm左右、长度1μm的碳纳米管的电子源，因为纳米管的直径很细，故可以得到高亮度的电子射线。因此，不需要电容式透镜，只用物镜就可以得到所需要的电子射线。该1段透镜构成的情况，镜筒长130mm左右即可，可以进一步进行真空容器(镜筒)的集约化。
图6所示是测量了本实施例的电子源的特性的结果。在本实施例中，由于作为电子源使用了碳纳米管，故可以确认在300V电压附近就开始了发射电子射线。在通常的钨电极中需要外加kV量级的电压，故不得不使电源高电压化，但在使用了碳纳米管的电子源的情况中，由于可以用低电压得到规定强度的电子射线，故以伴随电源的低电压化的绝缘构造的简单化为主，可以达成电源的大幅度的小型化。
以上，在本实施例的桌上式显微镜中，在电子显微镜框架11内藏(一体化)了电源以及控制系统，整个电子显微镜可以收容在大约50cm×50cm×50cm(长+宽+高之和为150cm)以下的空间中，此外，其重量本身也已经能够达到25kg以下。另外，在电子显微镜框架11的外部也没有复杂的电缆布线，实现了省空间且可搬运性优异的电子显微镜。
【实施例4】
图7是对本实施例的电子显微镜的真空排气计进行详细说明的图。在本实施例中，例举的是使用了保有2处(多个位置)真空排气孔的真空泵40、41的实施例。其以外的构成与实施例1大致相同。
被测样品室16中介于真空配管45进行真空排气，利用电子射线通过的节流孔47和阀门48实质地真空隔离开被测样品室16和电子源13。由此，电子源13可以保持在高真空，通过开闭阀门48，可以在保持了电子源13的真空的状态下进行样品的交换。特别地，在电子源侧，与为了发射电子源而需要某种程度的真空相反，在被测样品室侧，有时也期望是低于样品的测试条件的低真空(在样品中存在水分的情况等)。即，通过采用这样的构成，可以提供更为良好的测量环境。这里，具体地，作为具有排气能力不同的多个真空排气口的涡轮分子泵，有效的做法是在被测样品室侧设置低排气能力的真空排气口，在电子源侧设置高排气能力的真空排气口。
此外，由于如果使用碳纳米管电子源的话在10-5Pa左右的真空度下就能得到足够的电子射线，所以，如果取真空容器14的内径为80mm并如图7那样设置2台35公升/秒左右的涡轮分子泵，则电子显微镜即使从开放大气状态开始，在10分钟内就可以起动，在只交换样品的情况下，5分钟以内就可以开始测量。这里，通过使用碳纳米管作为电子源，即使是细小的节流孔47也能够充分地获得向样品照射电子的效果。
以上，相对于以往的电子显微镜在大气开放后的起动需要很长的时间，利用本实施例则可以在短时间内进行电子显微镜的起动，在通常的样品交换中也不会产生问题。
进而，在上述构成的情况下，可以形成在真空排气系统为数百瓦、即使加上透镜系统、整体控制系统也仅在1500W以下的构成，用100V系统的商用电力便可以动作。即，通过来自普通的房屋电源插口的电力就可以使电子显微镜动作，不存在伴随以往的电子显微镜的配置更替而产生的烦杂的布线装换作业。
【实施例5】
电子显微镜的用户遍及各种各样的领域，与之相伴，人们强烈要求提供初学者也可以使用的电子显微镜。作为向操作人员传递步骤或者装置的状态的手段，虽然可以使用图像或者声音等形式，但在电子显微镜中进行这些方面的考虑时，存在着非常困难的问题。即，存在真空泵、特别是低压侧的真空泵的噪声妨碍通过声音向操作人员传递信息的现象，需要有相应的对策。因此，如图8所示的那样，在低压侧的真空泵50的周围配置了隔音材料，由此，使利用声音的信息传递成为了可能。
此外，一般在电子显微镜中，由于被测样品室的大气开放时间或者所测量的样品不同，其降低真空所需的时间也不同，故用户(特别是不足够熟练的用户)会感到降低真空的等待时间过长，会因情况而感到不安，常常总不能从需要劝告的状态中摆脱出来。从提高每个人的工作效率的角度出发，也需要电子显微镜能够具有可以减少这样的心理负担的功能。因此，在被测样品室16中设置了真空计53，通过根据其信息在显示器上显示真空被降低到了哪里，设计了可以减少操作人员的心理负担的功能。
另外，基于来自真空计53的信息判断降低真空状态(起动状态)的情况，并通过播放预先组入到控制电路中的音乐或者用显示器显示图像，可以减轻操作人员所感觉到的负担。
进而，通过将电子显微镜框架的一部分进行透明着色，可以拂去以往的黑盒子的电子显微镜的印象，构成使用户感到友好的系统。
与以往相比，利用以上的本发明可以得到省空间、轻量且可搬运性优异的电子显微镜，也可以得到起动时间短的电子显微镜，进而，还可以得到能够减轻用户的心理负担的、具有对用户友好的功能的电子显微镜。