JPH10312767A - 透過型電子顕微鏡及びそれによる試料観察方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 撮影観察しようとする視野が電子線照射によ
って損傷を受けるのを防止する。 【解決手段】 撮影視野Ａとは別に焦点合わせ用の視野
Ａ′を設け、その焦点合わせ用の視野Ａ′を常に照射済
みの視野であるように設定する。このように常に照射済
みの位置で焦点合わせを行うことで、焦点合わせのため
に未照射の視野を照射することを回避し、電子線による
撮影視野Ａの試料損傷を防止することができる。また、
焦点合わせ用の視野の焦点変化量や非点収差補正量を自
動的に記録、保存し、必要に応じて同じ条件を再現する
ことによって、透過型電子顕微鏡の条件を自動的に制御
できるようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、透過型電子顕微鏡
による試料観察方法に関し、特に撮影記録しようとする
視野の電子線による損傷防止に適した試料観察方法及び
透過型電子顕微鏡に関する。

【０００２】

【従来の技術】透過型電子顕微鏡における試料の観察に
おいて、電子線の照射によって損傷を受け易い試料に対
しては、試料に対する電子線の照射量を減らしたり、電
子線照射による熱的な試料損傷を軽減する目的で試料を
冷却したりするなどの手段がとられている。しかし、撮
影しようとする試料を探す過程での電子線照射による損
傷は、電子線照射量を極力減少させ、ほとんど観察でき
ない程度の照射量にまで制限しなければ、試料の損傷は
まぬがれない。特に、感光材料などを観察する場合に
は、試料の性質が本来、電子線に対して敏感であるため
に、撮影まで電子線の照射を行なわずに、やみくもに電
子線を照射して、焦点合わせもせずに撮影するといった
方法がとられているが、この場合ほとんどがピンぼけと
なり、使用に堪えない像しか撮影できない。

【０００３】電子線照射による試料の損傷防止に関し、
特開昭５９−１０３２５６号公報には、走査電子顕微鏡
の焦点合わせの際に焦点合わせのタイミングを指定し
て、電子線によるダメージの発生を少なくする方法が記
載されている。特開平１−１５１１４６号公報には、試
料位置制御装置を装備した走査電子顕微鏡において試料
に大きなダメージを与えることなく観察する方法が記載
されている。また、特開平４−２６９６１３号公報に
は、荷電ビームの焦点合わせ方法に関して、測定点での
対物レンズの焦点距離を記憶し、その近傍での測定点の
焦点合わせ精度を向上させる方法が記載されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前記した特開昭５９−
１０３２５６号公報や特開平１−１５１１４６号公報
は、いずれも予め電子線を照射することによって試料の
位置確認等を行なうものであるために、その間の電子線
損傷を防止する手段は講じられていない。また、特開平
４−２６９６１３号公報は、観察位置で焦点合わせを行
なうために、電子線照射による損傷を受け易い試料を観
察する手段や、記憶した情報による電子顕微鏡本体の制
御に関する手段は講じられていない。本発明は、撮影観
察しようとする視野が電子線照射によって損傷を受ける
のを防止することのできる透過型電子顕微鏡を提供する
ことを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明においては、撮影
視野とは別に焦点合わせ用の視野を設け、その焦点合わ
せ用の視野を常に照射済みの視野であるように設定する
ことで、電子線による撮影視野の試料損傷を防止し、前
記目的を達成する。すなわち、常に照射済みの位置で焦
点合わせを行うことで、焦点合わせのために未照射の視
野を照射することを回避する。同時に、焦点合わせ用の
視野の焦点変化量や非点収差補正量を自動的に記録、保
存し、必要に応じて同じ条件を再現することによって、
透過型電子顕微鏡の条件を自動的に制御できるようにす
る。

【０００６】すなわち、試料を装填した試料ステージを
移動して視野探しを行う第１のステップと、撮影視野決
定ののち電子線偏向手段により撮影視野とは別の位置に
電子線を偏向して焦点合わせを行う第２のステップとを
含む透過型電子顕微鏡による試料観察方法において、第
２のステップにおける電子線の偏向方向が常に試料上の
照射済みの方向であるように電子線偏向手段を制御する
ことを特徴とする。

【０００７】前記第２のステップにおいて電子線を偏向
した位置に焦点合わせのための適当な試料が無い場合に
は、偏向した位置を基準にして焦点合わせ用の試料を探
すために電子線を偏向する。そして、撮影視野の試料上
での座標位置とリンクして焦点合わせのための観察条件
を自動的に記録する。この記録された観察条件を、次の
撮影視野の焦点合わせのときに読み出し、記録時の座標
位置と現在の座標位置を用いて外挿するなどして得た観
察条件を電子顕微鏡本体の制御に使用することで、焦点
合わせのための操作数を減少し、焦点合わせに要する時
間を短縮することができる。試料像の焦点合わせのため
の観察条件は、具体的には加速電圧、バイアス電圧、各
レンズの励磁電流、露出量などである。

【０００８】また、本発明は、電子線発生手段と、電子
線発生手段から発生された電子線を偏向する電子線偏向
手段と、試料を装填する試料ステージと、試料ステージ
を駆動する試料ステージ制御手段と、電子線偏向手段及
び試料ステージ制御手段を制御する制御装置とを含み、
視野探しを行うとき撮影視野とは別の位置に電子線を偏
向して焦点合わせを行う機能を有する透過型電子顕微鏡
において、制御装置は、焦点合わせの際に、試料ステー
ジ制御手段による試料ステージの移動情報をもとに、電
子線の偏向方向が試料上の照射済みの方向となるように
電子線偏向手段を制御することを特徴とする。

【０００９】制御装置は、偏向した位置を基準にして予
め定められたパターンで電子線が偏向されるように電子
線偏向手段を制御する機能を有し、撮影視野から電子線
を偏向した位置に焦点合わせのための適当な試料が無い
場合に、偏向した位置を基準にして再び電子線を偏向し
て焦点合わせ用の試料を探すようにすることができる。

【００１０】また、制御装置は、撮影視野の試料上での
座標位置とリンクして焦点合わせのための観察条件を記
録装置に自動的に記録する機能、及び記録された観察条
件を読み出して電子顕微鏡本体の制御を行う機能を有す
ることが好ましい。試料像の焦点合わせのための観察条
件は、具体的には加速電圧、バイアス電圧、各レンズの
励磁電流、露出量などである。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。図１は、本発明による透過型電子
顕微鏡の一例を示す模式図である。電子顕微鏡鏡体１の
電子銃２より放出された電子線３は、照射レンズ４によ
り収束されて、試料ステージ９上の試料５に照射され
る。試料５を透過した電子線３は、対物レンズ６及び拡
大レンズ７によって拡大される。拡大レンズ７により拡
大された電子線３は、蛍光板８に投影される。バイアス
電圧やビーム電流、露出条件などの観察及び撮影時の諸
条件は、電圧制御装置１１、照射レンズ制御装置１２、
対物レンズ制御装置１４、拡大レンズ制御装置１６、露
光量検出装置１７に接続した制御装置１８に入力され
る。制御装置１８には、入力装置１９及び記録装置２０
が接続されている。

【００１２】試料ステージ９は、試料ステージ制御装置
１０によって位置制御される。試料ステージ制御装置１
０は制御装置１８の制御下にあり、制御装置１８に接続
された記憶装置２０にはステージ制御装置１０によって
移動された試料の座標、すなわち試料移動の履歴が記憶
される。また、鏡体１には電子線３を偏向するための上
部偏向コイル２１及び下部偏向コイル２２が設けられて
いる。これらの偏コイル２１，２２は、制御装置１８の
制御下におかれた上部偏向コイル制御装置１３及び下部
偏向コイル制御装置１５によって制御される。

【００１３】次に、試料ステージ９上の試料５を撮影す
る手順の一例を図２のフローチャートを用いて説明す
る。試料ステージ制御装置１０によって試料ステージ９
を動かして、撮影視野を探す（ステップ１）。撮影視野
を探し出したならば、入力装置１９で制御装置１８に指
示する。すると、予め上部偏向コイル制御装置１３に入
力しておいた偏向量に基づいて、上部偏向コイル２１に
よって電子線３が焦点合わせ用の視野に偏向される（ス
テップ２）。

【００１４】焦点合わせ用の視野での電子線の試料への
照射面積、電子線の照射量などの観察条件は、前もって
各制御装置を介して制御装置１８に入力されており、上
部偏向コイル制御装置１３による電子線３の偏向と同期
して、それらの条件が電子顕微鏡上に再現される。ま
た、それまでの視野移動の方向の情報が試料ステージ制
御装置１０を介して制御装置１８に入力されており、制
御装置１８は、その視野移動の情報に基づいて、電子線
３の偏向方向が既に電子線が照射された試料上の視野と
なるように上部偏向コイル制御装置１３を制御する。

【００１５】続いて、焦点合わせ用の視野で、焦点合わ
せと非点収差補正を行う（ステップ３）。この時の焦点
変化量と非点収差補正量は、焦点合わせ用視野のＸＹ座
標の情報と同期して、対物レンズ制御装置１４及び非点
収差補正装置を介して制御装置１８に入力され、記憶装
置２０に記憶される（ステップ４）。焦点合わせが完了
したら、下部偏向コイル２２によって撮影視野に電子線
３が偏向されて（ステップ５）、露光が開始される（ス
テップ６）。露光条件は、予め露光検出装置１７を介し
て制御装置１８に接続された記憶装置２０に記録されて
おり、露光開始と同期して、適正な露出条件が再現でき
るように調整されている。

【００１６】以上のようにして第１番目の撮影視野の撮
影が終了したら、続いて第２番目の撮影視野を探して、
同様に撮影を行う。第２番目の視野を撮影する場合に
は、上述した第１番目の視野撮影時の焦点変化量や非点
収差補正量を基に、外挿法により、焦点合わせや非点収
差補正が行なえるようにする。すなわち、第１番目の視
野撮影時の焦点変化量や非点収差補正量から第２番目の
撮影視野に対して外挿された条件が制御装置１８の指令
により対物レンズ制御装置１４及び非点収差補正装置に
設定され、それを初期状態として、第２番目の撮影視野
の焦点合わせ用の視野で焦点合わせ及び非点収差補正を
行う。

【００１７】図３を用いて、偏向コイル２１，２２によ
る電子線３の偏向方法を説明する。試料ステージ制御装
置１０により試料ステージ９を動かして試料ステージ９
上の試料５を観察中に、撮影希望の視野（位置Ａ）を探
し出せたならば、外部に取り付けたキースイッチなどに
より電子線偏向を指示する。すると、電子線３は上部偏
向コイル２１により偏向されて、焦点合わせ用の視野
（位置Ａ′あるいは位置Ａ″）に移動する。対物レンズ
制御装置１４により対物レンズ６を制御して焦点合わせ
が完了すると、下部偏向コイル２２により、撮影視野位
置Ａに電子線３が偏向される。電子線３の偏向量は、上
部偏向コイル制御装置１３及び下部偏向コイル制御装置
１５で設定できるようになっている。

【００１８】図４に、試料面上での電子線の移動のよう
すを示す。試料５が装着された試料ステージ９を、試料
ステージ制御装置１０により、ＸＹ座標方向に移動する
と、蛍光板８上に試料５を保持するメッシュとともに観
察試料が投影される。図示した矢印のように、ＸＹ座標
に従って試料ステージ９を移動して観察中、撮影したい
視野（撮影視野位置Ａ）が見つかった場合には、電子線
３は直ちに上部偏向コイル２１によって焦点合わせのた
めの視野（位置Ａ′）に偏向される。

【００１９】制御装置１８は、この位置Ａ′が必ず電子
線３で照射済みの方向となるように、試料ステージ制御
装置１０から入力された試料ステージ９の移動履歴の情
報をもとに上部偏向コイル制御装置１３に指令して電子
線３の偏向方向を制御する。通常は、この偏向方向は撮
影視野位置Ａに電子線照射を行う直前に電子線照射を行
った方向とするのが好ましい。これに同期して、各視野
位置は試料ステージ制御装置１０を介して、制御装置１
８に自動的に入力される。焦点合わせのための視野（位
置Ａ′）で焦点合わせが完了すると、外部に取り付けた
キースイッチなどにより撮影開始を指示する。すると、
下部偏向コイル制御装置１５によって、撮影視野位置Ａ
に電子線３が振り戻され、撮影が行われる。

【００２０】撮影視野位置Ａから偏向された焦点合わせ
のための視野（位置Ａ′）に焦点合わせのための適当な
試料が見つからなかった場合には、外部に取り付けたキ
ースイッチ等を操作することにより、制御装置１８は電
子線制御装置に指令して、位置Ａ′を基準にして電子線
を予め定められたパターンに従って偏向して焦点合わせ
の視野を探す。

【００２１】図５は、位置Ａ′を基準とする電子線偏向
パターンの一例を説明する図である。図中、破線は試料
ステージの移動による視野移動を示し、実線は電子線の
偏向パターンを示す。図５（ａ）は位置Ａ′から試料ス
テージによる試料移動の方向に沿って更に逆に辿るパタ
ーン、図５（ｂ）は位置Ａ′を中心に電子線を螺旋状に
走査するパターン、図５（ｃ）は位置Ａ′を中心とする
一定半径の円上を走査するパターン、図５（ｄ）は位置
Ａ′から試料移動の方向と逆方向にジグザグ状に走査す
るパターンであるが、これ以外にも任意のパターンを設
定することができる。

【００２２】

【発明の効果】本発明によると、試料像撮影のための焦
点合わせを常に照射済の視野で行うことができるので、
電子線による試料の損傷を防止することができる。ま
た、焦点合わせ用の視野での焦点変化量や非点収差補正
量を記録装置に記録、保存し、必要に応じて電子顕微鏡
本体上に再現することが可能になり、焦点合わせのため
の操作数及び時間を短縮することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による透過型電子顕微鏡の一例を示す概
略図。

【図２】撮影までの動作手順の一例を示すフローチャー
ト図。

【図３】偏向コイルによる電子線の偏向方法の詳細を説
明する図。

【図４】試料面上での電子線の移動状態を説明する図。

【図５】焦点合わせ用の試料を探すための偏向パターン
を説明する図。

【符号の説明】

１…電子顕微鏡鏡体、２…電子銃、３…電子線、４…照
射レンズ、５…試料、６…対物レンズ、７…拡大レン
ズ、８…蛍光板、９…試料ステージ、１０…試料ステー
ジ制御装置、１１…電圧制御装置、１２…照射レンズ制
御装置、１３…上部偏向コイル制御装置、１４…対物レ
ンズ制御装置、１５…下部偏向コイル制御装置、１６…
拡大レンズ制御装置、１７…露光量検出装置、１８…制
御装置、１９…入力装置、２０…記録装置、２１…上部
偏向コイル、２２…下部偏向コイル

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 試料を装填した試料ステージを移動して
   視野探しを行う第１のステップと、撮影視野決定ののち
   電子線偏向手段により前記撮影視野とは別の位置に電子
   線を偏向して焦点合わせを行う第２のステップとを含む
   透過型電子顕微鏡による試料観察方法において、 前記第２のステップにおける電子線の偏向方向が常に試
   料上の照射済みの方向であるように前記電子線偏向手段
   を制御することを特徴とする透過型電子顕微鏡による試
   料観察方法。
2. 【請求項２】 請求項１記載の透過型電子顕微鏡による
   試料観察方法において、 前記第２のステップにおいて電子線を偏向した位置に焦
   点合わせのための適当な試料が無い場合には、前記偏向
   した位置を基準にして焦点合わせ用の試料を探すために
   電子線を偏向することを特徴とする透過型電子顕微鏡に
   よる試料観察方法。
3. 【請求項３】 請求項１又は２記載の透過型電子顕微鏡
   による試料観察方法において、 前記撮影視野の試料上での座標位置とリンクして焦点合
   わせのための観察条件を自動的に記録することを特徴と
   する透過型電子顕微鏡による試料観察方法。
4. 【請求項４】 請求項３記載の透過型電子顕微鏡による
   試料観察方法において、 前記記録された観察条件を読み出し、電子顕微鏡本体の
   制御を行うことを特徴とする透過型電子顕微鏡による試
   料観察方法。
5. 【請求項５】 電子線発生手段と、前記電子線発生手段
   から発生された電子線を偏向する電子線偏向手段と、試
   料を装填する試料ステージと、試料ステージを駆動する
   試料ステージ制御手段と、前記電子線偏向手段及び前記
   試料ステージ制御手段を制御する制御装置とを含み、視
   野探しを行うとき撮影視野とは別の位置に電子線を偏向
   して焦点合わせを行う機能を有する透過型電子顕微鏡に
   おいて、 前記制御装置は、前記焦点合わせの際に、前記試料ステ
   ージ制御手段による前記試料ステージの移動情報をもと
   に、前記電子線の偏向方向が試料上の照射済みの方向と
   なるように前記電子線偏向手段を制御することを特徴と
   する透過型電子顕微鏡。
6. 【請求項６】 請求項５記載の透過型電子顕微鏡におい
   て、 前記制御装置は、前記偏向した位置を基準にして予め定
   められたパターンで電子線が偏向されるように前記電子
   線偏向手段を制御する機能を有することを特徴とする透
   過型電子顕微鏡。
7. 【請求項７】 請求項５又は６記載の透過型電子顕微鏡
   において、 前記制御装置は、前記撮影視野の試料上での座標位置と
   リンクして焦点合わせのための観察条件を自動的に記録
   する機能を有することを特徴とする透過型電子顕微鏡。
8. 【請求項８】 請求項７記載の透過型電子顕微鏡におい
   て、 前記制御装置は、前記記録された観察条件を読み出して
   電子顕微鏡本体の制御を行う機能を有することを特徴と
   する透過型電子顕微鏡。