專利名稱：電子顯微鏡的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及臺式電子顯微鏡。
背景技術(shù)：
近年來，在半導(dǎo)體領(lǐng)域，在作為檢查大量的晶片、器件的裝置的電子顯微鏡的基礎(chǔ)上，又產(chǎn)生了希望能夠?qū)?yīng)多品種小產(chǎn)量的器件的檢查裝置的需求。在這樣的領(lǐng)域中，與使用以往的大型電子顯微鏡相比，配置多臺的省空間的電子顯微鏡，根據(jù)任務(wù)情況變更其配置或分擔，以適應(yīng)隨機應(yīng)變的情況的更有利于整體成本的做法正在增加。因此，近年來，業(yè)內(nèi)強烈要求能有一種省空間化的電子顯微鏡和不進行煩雜的操作地、可移動性優(yōu)異的電子顯微鏡。此外，在普遍看好其今后將擴大電子顯微鏡的使用的醫(yī)療·食品行業(yè)，也不斷要求利用電子顯微鏡進行的迅速的檢查·診斷。其最好的情況是將電子顯微鏡運抵現(xiàn)場，在現(xiàn)場進行檢查。
預(yù)料小型的電子顯微鏡今后在定制半導(dǎo)體制造領(lǐng)域、醫(yī)療·食品行業(yè)的需求會很高。并且，作為小型的電子顯微鏡，例如有在1970年代產(chǎn)品化的電子顯微鏡(商品名稱為顯微電視)。此外，在下述的公開專利文獻1中，還記載有從電子源到被測樣品保持架的高度為200mm左右的電子顯微鏡的概略構(gòu)成。
公開專利文獻1美國公開專利第5442183號說明書。
但是，上述的產(chǎn)品化的電子顯微鏡如果包括真空容器、真空泵、顯示裝置等則重達約84kg的重量。即，在目前的電子顯微鏡中，因裝置尺寸和重量的關(guān)系其搬運成為較大的障礙，實現(xiàn)現(xiàn)場檢查變得相當困難。
進而，在這樣的檢查裝置中，還需要有較短的起動時間。這是因為在移往現(xiàn)場的過程中未必就有電源，所以，縮短從大氣開放狀態(tài)到可以進行檢測的起動時間在實用化方面是至關(guān)重要的一點。
上述的顯微電視的情況雖然是比較小型的電子顯微鏡，但在重量方面不易于搬運，起動時間也存在問題。同樣地，在上述公開專利文獻1記載的電子顯微鏡中，雖然關(guān)于電子源、真空容器、被測樣品保持架是小型的，但有關(guān)考慮了搬運或者可搬運性的構(gòu)成則幾乎沒有記述，因此，可以認為將之用于這樣的用途比較困難。
加之，雖然在產(chǎn)業(yè)界的各個領(lǐng)域正在使用電子顯微鏡，但對電子顯微鏡的用戶、特別是初學者而言，存在不少因?qū)ρb置不習慣所帶來的心理負擔。這是阻礙擴大用戶的原因之一。因此，從人力資源的有效利用這一點來看，人們也強烈要求能夠提高任何人都可以進行使用這樣的功能，即對用戶友好性。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明之第1目的是提供與以往相比輕便、省空間且可搬運性優(yōu)異的電子顯微鏡。
本發(fā)明的第2目的是提供起動時間短的電子顯微鏡。
本發(fā)明的第3目的是提供具有減輕用戶心理負擔的對用戶友好功能的電子顯微鏡。
達成本發(fā)明的第1目的的第1裝置的特征在于一體化被安裝在真空容器上的電子源、真空泵、被測樣品室以及電子射線檢測器和控制電子射線的軌跡的電子透鏡、基于通過電子射線檢測器得到的信號顯示圖像的顯示器、控制電源，且真空容器、電子源、真空泵、電子射線檢測器、電子透鏡以及控制電源設(shè)置在顯示器的背面，被檢測樣品的取放口設(shè)置在顯示器的下方。


圖1是說明涉及實施例1的電子顯微鏡的圖；
圖2是說明涉及實施例1的電子顯微鏡的真空排氣系統(tǒng)的圖；圖3是說明連接真空容器的真空配管和真空泵的接合部的圖；圖4是說明涉及實施例2的電子顯微鏡的真空排氣形態(tài)的圖；圖5是使用了碳納米管的電子源的最前端部分的電子顯微鏡觀察照片；圖6所示是圖5的一例電子源的電子發(fā)射特性圖；圖7是說明涉及實施例4的電子顯微鏡的圖；圖8所示是涉及實施例5的電子顯微鏡的隔音材料、真空容器(鏡筒)、真空計等的構(gòu)成的上面圖。
具體實施例方式
圖1所示是涉及本實施例的電子顯微鏡的概略。
涉及本實施例的電子顯微鏡的特征在于具有電子顯微鏡框架11和設(shè)置在電子顯微鏡框架11上的顯示器10，且在上述電子顯微鏡框架11的內(nèi)部具有(內(nèi)藏)被一體化了的真空容器14、對真空容器14進行真空排氣的真空泵12、安裝在真空容器上方的電子源13、安裝在真空容器下方的可以從電子顯微鏡框架11突出出來的被測樣品室16、檢測來自設(shè)置在被測樣品室16的被測樣品的電子射線的檢測器15。
真空泵12是對真空容器(鏡筒)14進行真空排氣的裝置，經(jīng)由真空配管在一處或者多處位置與真空容器14相連接。電子源13是發(fā)射測試樣品所需要的電子射線的裝置，作為電子源13的具體的例子，例如使用安裝了銳利地加工了其最前端的鎢、硼化鑭(LaB6)、碳納米管等的電子源。此外，在真空容器14中設(shè)置有控制來自電子源13的電子射線的軌跡的電子透鏡，經(jīng)由該透鏡聚焦的電子射線被照射到放置在被測樣品室16內(nèi)的被測樣品上。檢測器15是檢測來自被測樣品的電子射線(二次電子或者反射電子)的裝置，顯示器10利用配置在電子顯微鏡框架11內(nèi)部的信號處理電路對來自檢測器的信號進行信號處理并進行顯示。這里，被測樣品室16是用于在其內(nèi)部配置被測樣品的樣品室，被測樣品的交換通過向圖的前方突出被測樣品室16進行。這里，雖然在圖1中顯示器10的設(shè)置可以作為電子顯微鏡框架的一部分進行開閉，但也可以不能進行開閉地固定設(shè)置在電子顯微鏡框架11上(固定式)。不過，為了能夠在電子顯微鏡框架內(nèi)部形成空間，哪一種都需要配置液晶顯示裝置等薄型的顯示器，特別是液晶顯示裝置或有機EL(電致發(fā)光)顯示器等在省電方面也非常有效。這里，除了上述設(shè)備之外，還在位于圖1的電子顯微鏡框架11內(nèi)的顯示器10的背面的空間實際安裝了真空泵的電源、透鏡系統(tǒng)的控制電源、信號處理電路、系統(tǒng)整體的控制電路等。利用該構(gòu)成，可以使所有的部件一體化而不是像以往那樣由許多電纜連接了的部件所構(gòu)成的電子顯微鏡。此外，在本實施例中，通過使用空冷的渦輪分子泵，還可以省去冷卻配管，形成可搬運性優(yōu)異的電子顯微鏡。這里，安裝在鏡筒部分的真空泵排氣容量是50公升/秒左右。由此，可以不需要冷卻配管，且能夠縮短起動時間。
圖2所示是涉及本實施例的電子顯微鏡的真空排氣系統(tǒng)的詳細構(gòu)成。
圖2給出的是圖1的真空排氣系統(tǒng)的具體的構(gòu)成，圖2的真空排氣系統(tǒng)具有真空容器14、設(shè)置在真空容器14上方的電子源13和設(shè)置在真空容器14下方的被測樣品室16。
電子源13是LaB6，真空容器(鏡筒)14是內(nèi)徑80mm、長度160mm的SUS容器。在電子源13的下方，真空容器14中設(shè)置有電容器透鏡20和物鏡21，例如利用φ0.5mm的節(jié)流孔形成在被測樣品室16和電子源之間動作并進行排氣的構(gòu)成。被測樣品室16設(shè)置有用于進行被測樣品的位置的微調(diào)整的載物臺，可以在X、Y、Z方向做±5mm的移動，其中央部分可以進行近60度的傾斜。
此外，在本實施例的電子顯微鏡中，還對有關(guān)由真空泵造成的振動進行了探討并解決了該問題。本實施例中沒有冷卻配管，且為了縮短起動時間使用了渦輪分子泵以及連接在其排壓側(cè)的旋轉(zhuǎn)泵或者膜片泵，但相反地，這些泵所產(chǎn)生的振動對測量有不少的不良影響，故存在可能帶來大幅度降低分解能力的危險。特別地，由于連接于真空容器(鏡筒)14的渦輪分子泵會直接將振動傳遞給真空容器(鏡筒)14，所以，需要有其振動對策。因此，如圖13所示的那樣，在真空泵12和真空容器(鏡筒)14的真空連接部分配置有皺紋管26和緩沖材料30，采用了緩沖材料30吸收真空泵12的振動的構(gòu)造。由此，可以實現(xiàn)數(shù)十納米的分解能力，并同時兼?zhèn)湟惑w化帶來的省空間化、可搬運性和性能確保。
實施例2下面對涉及本實施例的電子顯微鏡進行說明。圖4所示是涉及本實施例的電子顯微鏡的真空排氣系統(tǒng)的圖。這里，其以外的構(gòu)成與實施例1大致相同。
圖4的真空排氣系統(tǒng)具有真空容器(鏡筒)14、電子源13、被測樣品室16和以真空容器14為中心對稱配置的真空泵40、41。此外，在真空容器14中設(shè)置有物鏡。這里，真空容器14中使用的是排氣容量30～40公升/秒的渦輪分子泵。
涉及本實施例的電子顯微鏡著眼于渦輪分子泵的振動特性是由旋轉(zhuǎn)構(gòu)造帶來的旋轉(zhuǎn)的振動，如圖4所示的那樣，以真空容器(鏡筒)14為中心對稱位置地安裝了等同的真空泵40和41。由此可以使之相互抵消振動。通過該構(gòu)造可以抑制振動，且該情況下也可以同時兼?zhèn)湟惑w化帶來的省空間化、可搬運性的實現(xiàn)和性能確保。
實施例3在涉及本實施例的桌上式電子顯微鏡中，作為電子源使用了碳納米管。其以外的構(gòu)成與實施例2相同。該電子源如圖5的照片那樣，是在鎢電極的前端安裝了直徑20nm左右、長度1μm的碳納米管的電子源，因為納米管的直徑很細，故可以得到高亮度的電子射線。因此，不需要電容式透鏡，只用物鏡就可以得到所需要的電子射線。該1段透鏡構(gòu)成的情況，鏡筒長130mm左右即可，可以進一步進行真空容器(鏡筒)的集約化。
圖6所示是測量了本實施例的電子源的特性的結(jié)果。在本實施例中，由于作為電子源使用了碳納米管，故可以確認在300V電壓附近就開始了發(fā)射電子射線。在通常的鎢電極中需要外加kV量級的電壓，故不得不使電源高電壓化，但在使用了碳納米管的電子源的情況中，由于可以用低電壓得到規(guī)定強度的電子射線，故以伴隨電源的低電壓化的絕緣構(gòu)造的簡單化為主，可以達成電源的大幅度的小型化。
以上，在本實施例的桌上式顯微鏡中，在電子顯微鏡框架11內(nèi)藏(一體化)了電源以及控制系統(tǒng)，整個電子顯微鏡可以收容在大約50cm×50cm×50cm(長+寬+高之和為150cm)以下的空間中，此外，其重量本身也已經(jīng)能夠達到25kg以下。另外，在電子顯微鏡框架11的外部也沒有復(fù)雜的電纜布線，實現(xiàn)了省空間且可搬運性優(yōu)異的電子顯微鏡。
實施例4圖7是對本實施例的電子顯微鏡的真空排氣計進行詳細說明的圖。在本實施例中，例舉的是使用了保有2處(多個位置)真空排氣孔的真空泵40、41的實施例。其以外的構(gòu)成與實施例1大致相同。
被測樣品室16中介于真空配管45進行真空排氣，利用電子射線通過的節(jié)流孔47和閥門48實質(zhì)地真空隔離開被測樣品室16和電子源13。由此，電子源13可以保持在高真空，通過開閉閥門48，可以在保持了電子源13的真空的狀態(tài)下進行樣品的交換。特別地，在電子源側(cè)，與為了發(fā)射電子源而需要某種程度的真空相反，在被測樣品室側(cè)，有時也期望是低于樣品的測試條件的低真空(在樣品中存在水分的情況等)。即，通過采用這樣的構(gòu)成，可以提供更為良好的測量環(huán)境。這里，具體地，作為具有排氣能力不同的多個真空排氣口的渦輪分子泵，有效的做法是在被測樣品室側(cè)設(shè)置低排氣能力的真空排氣口，在電子源側(cè)設(shè)置高排氣能力的真空排氣口。
此外，由于如果使用碳納米管電子源的話在10-5Pa左右的真空度下就能得到足夠的電子射線，所以，如果取真空容器14的內(nèi)徑為80mm并如圖7那樣設(shè)置2臺35公升/秒左右的渦輪分子泵，則電子顯微鏡即使從開放大氣狀態(tài)開始，在10分鐘內(nèi)就可以起動，在只交換樣品的情況下，5分鐘以內(nèi)就可以開始測量。這里，通過使用碳納米管作為電子源，即使是細小的節(jié)流孔47也能夠充分地獲得向樣品照射電子的效果。
以上，相對于以往的電子顯微鏡在大氣開放后的起動需要很長的時間，利用本實施例則可以在短時間內(nèi)進行電子顯微鏡的起動，在通常的樣品交換中也不會產(chǎn)生問題。
進而，在上述構(gòu)成的情況下，可以形成在真空排氣系統(tǒng)為數(shù)百瓦、即使加上透鏡系統(tǒng)、整體控制系統(tǒng)也僅在1500W以下的構(gòu)成，用100V系統(tǒng)的商用電力便可以動作。即，通過來自普通的房屋電源插口的電力就可以使電子顯微鏡動作，不存在伴隨以往的電子顯微鏡的配置更替而產(chǎn)生的煩雜的布線裝換作業(yè)。
實施例5電子顯微鏡的用戶遍及各種各樣的領(lǐng)域，與之相伴，人們強烈要求提供初學者也可以使用的電子顯微鏡。作為向操作人員傳遞步驟或者裝置的狀態(tài)的手段，雖然可以使用圖像或者聲音等形式，但在電子顯微鏡中進行這些方面的考慮時，存在著非常困難的問題。即，存在真空泵、特別是低壓側(cè)的真空泵的噪聲妨礙通過聲音向操作人員傳遞信息的現(xiàn)象，需要有相應(yīng)的對策。因此，如圖8所示的那樣，在低壓側(cè)的真空泵50的周圍配置了隔音材料，由此，使利用聲音的信息傳遞成為了可能。
此外，一般在電子顯微鏡中，由于被測樣品室的大氣開放時間或者所測量的樣品不同，其降低真空所需的時間也不同，故用戶(特別是不足夠熟練的用戶)會感到降低真空的等待時間過長，會因情況而感到不安，常?？偛荒軓男枰獎窀娴臓顟B(tài)中擺脫出來。從提高每個人的工作效率的角度出發(fā)，也需要電子顯微鏡能夠具有可以減少這樣的心理負擔的功能。因此，在被測樣品室16中設(shè)置了真空計53，通過根據(jù)其信息在顯示器上顯示真空被降低到了哪里，設(shè)計了可以減少操作人員的心理負擔的功能。
另外，基于來自真空計53的信息判斷降低真空狀態(tài)(起動狀態(tài))的情況，并通過播放預(yù)先組入到控制電路中的音樂或者用顯示器顯示圖像，可以減輕操作人員所感覺到的負擔。
進而，通過將電子顯微鏡框架的一部分進行透明著色，可以拂去以往的黑盒子的電子顯微鏡的印象，構(gòu)成使用戶感到友好的系統(tǒng)。
與以往相比，利用以上的本發(fā)明可以得到省空間、輕量且可搬運性優(yōu)異的電子顯微鏡，也可以得到起動時間短的電子顯微鏡，進而，還可以得到能夠減輕用戶的心理負擔的、具有對用戶友好的功能的電子顯微鏡。
權(quán)利要求
1.一種電子顯微鏡，其特征在于具有電子顯微鏡框架和設(shè)置在電子顯微鏡框架上的顯示器，在上述電子顯微鏡框架內(nèi)部具有并一體化了真空容器、對該真空容器進行真空排氣的真空泵、安裝在該真空容器上方的電子源、安裝在上述真空容器下方并可以從上述電子顯微鏡框架突出出來的被測樣品室、以及檢測來自設(shè)置在該被測樣品室的樣品的電子射線的檢測器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所記述的電子顯微鏡，其特征在于上述真空泵是渦輪分子泵。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所記述的電子顯微鏡，其特征在于上述真空泵和上述真空容器之間具有緩沖材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所記述的電子顯微鏡，其特征在于上述真空泵是渦輪分子泵，且上述真空泵和上述真空容器之間具有緩沖材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所記述的電子顯微鏡，其特征在于具有多個上述真空泵，且以上述真空容器為中心對稱地配置上述多個真空泵。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所記述的電子顯微鏡，其特征在于上述電子源是具有碳納米管的電子源。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所記述的電子顯微鏡，其特征在于上述電子顯微鏡的長、寬、高3邊合計為150cm以下，重量為25kg以下。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所記述的電子顯微鏡，其特征在于上述真空泵是具有排氣能力不同的多個真空排氣口的渦輪分子泵，且在被測樣品室側(cè)設(shè)置了低排氣能力的真空排氣口，在電子源側(cè)設(shè)置了高排氣能力的真空排氣口。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所記述的電子顯微鏡，其特征在于功耗為1500W以下。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所記述的電子顯微鏡，其特征在于在上述真空泵的周圍設(shè)置了隔音材料。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所記述的電子顯微鏡，其特征在于設(shè)置了在抽真空的過程中進行音樂演奏或者圖像顯示，或者顯示真空狀態(tài)的功能。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所記述的電子顯微鏡，其特征在于一體化了的電子顯微鏡的外框的一部分被進行了透明著色化。
13.一種電子顯微鏡，其特征在于在電子顯微鏡框架中內(nèi)裝并一體化了真空容器、安裝在該真空容器中的電子源、真空泵、被測樣品室以及檢測器；控制電子射線的軌跡的電子透鏡；基于利用電子射線檢測器得到的信號顯示圖像的顯示器、控制電源。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所記述的電子顯微鏡，其特征在于上述真空泵是渦輪分子泵，且上述真空泵和上述真空容器之間具有緩沖材料。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所記述的電子顯微鏡，其特征在于具有多個上述真空泵，且以上述真空容器為中心對稱地配置上述多個真空泵。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所記述的電子顯微鏡，其特征在于上述電子源是具有碳納米管的電子源。
17.根據(jù)權(quán)利要求13所記述的電子顯微鏡，其特征在于上述真空泵是具有排氣能力不同的多個真空排氣口的渦輪分子泵，且在被測樣品室側(cè)設(shè)置了低排氣能力的真空排氣口，在電子源側(cè)設(shè)置了高排氣能力的真空排氣口。
18.根據(jù)權(quán)利要求13所記述的電子顯微鏡，其特征在于上述電子顯微鏡框架的一部分由透明著色的構(gòu)件構(gòu)成。
19.一種電子顯微鏡，其特征在于具有電子顯微鏡框架和設(shè)置在電子顯微鏡框架上的顯示器，且上述電子顯微鏡框架內(nèi)部具有并一體化了真空容器、以該真空容器為中心對稱地配置的多個渦輪分子泵、設(shè)置在該渦輪分子泵和上述真空容器之間的緩沖材料、作為被安裝在該真空容器上方的電子源的碳納米管、經(jīng)由節(jié)流孔和閥門安裝在上述真空容器下方并可以從上述電子顯微鏡框架突出出來的被測樣品室、以及檢測來自被設(shè)置在該被測樣品室的樣品的電子射線的檢測器。
全文摘要
提供一種省空間且具有可搬運性、起動時間短、減少用戶的心理負擔的電子顯微鏡。作為構(gòu)成要素，至少包括安裝在真空容器上的電子源、真空泵、被測樣品保持架以及電子射線檢測器、控制電子射線的軌跡的電子透鏡、基于通過電子射線檢測器得到的信號顯示圖像的顯示器、控制電源，且一體化這些要素，在顯示器的背面?zhèn)仍O(shè)置真空容器、電子源、真空泵、電子射線檢測器、電子透鏡以及控制電源，從位于顯示器的下方的部分進行被檢測樣品的取放。根據(jù)本發(fā)明，可以實現(xiàn)解決上述課題的、到處可以存放的用戶的心理負擔少的電子顯微鏡。
文檔編號H01J37/02GK1518049SQ0312310
公開日2004年8月4日 申請日期2003年4月17日 優(yōu)先權(quán)日2003年1月28日
發(fā)明者林原光男, 日高貴志夫, 堀內(nèi)壽晃, 藤枝正, 沼田義道, 鈴木修一, 一, 志夫, 晃, 道 申請人:株式會社日立制作所