[发明专利]电子显微镜

说明书

技术领域

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

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。

一般而言，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。

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=1kV、Vr=0.5kV时、与Vacc=0.5kV、Vr=0V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。

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。

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。

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。

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1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。

作为确保此时的安全性的对策，在专利文献1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。

现有技术文献

专利文献

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

发明要解决的问题

在对凹镜型SEM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。

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。

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。

在专利文献1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。