JP2004055261A

JP2004055261A - Electron microscope

Info

Publication number: JP2004055261A
Application number: JP2002209445A
Authority: JP
Inventors: Kojin Kondo; 近藤　行人; Mitsuhide Matsushita; 松下　光英; Mitsuaki Osaki; 大崎　光明
Original assignee: Jeol Ltd
Current assignee: Jeol Ltd
Priority date: 2002-07-18
Filing date: 2002-07-18
Publication date: 2004-02-19
Anticipated expiration: 2022-07-18
Also published as: JP4050948B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electron microscope allowing anyone to easily set a beam shower mode with optimum conditions and return each parameter to an original analysis mode or observation mode correctly in a short time after a beam shower operation finishes. <P>SOLUTION: Parameter values set in a shower mode are stored in an M1 area of a memory 45 connected to a computer 44. In an M2 area, the other storage area of the memory 45, parameters set immediately before changing to a shower mode are stored. A mouse 47 is used to move a pointer 52 to the location of a beam shower button S and the mouse is clicked. This operation places the electron microscope into a beam shower mode. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一次電子ビームを試料に照射し、試料を透過した電子、試料表面から反射した電子、試料の２次励起により発生した電子に基づいて試料像を得るようにした電子顕微鏡に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子顕微鏡では、電子銃から発生し加速された電子ビームを、コンデンサレンズ、対物レンズにより試料上に細く集束している。この試料を透過、散乱した電子を中間レンズと投影レンズにより結像し、結像位置に蛍光板を配置し蛍光板上に拡大投影された像を観察している。また、蛍光板に代え、結像位置にＣＣＤカメラのごときＴＶカメラを配置し、ＴＶカメラのスクリーンに投影された像を映像信号に変換し、この映像信号を陰極線管などの表示装置に供給し、表示装置によって像を観察することも行われている。
【０００３】
また、別のタイプの電子顕微鏡、すなわち、走査透過電子顕微鏡では、電子銃から発生し加速された電子ビームを、コンデンサレンズ、対物レンズにより試料上に細く集束すると共に、試料上の所定範囲を電子ビームで走査するようにしている。試料に電子ビームを照射することによってこの試料を透過した電子を検出し、この検出信号を一次電子ビームの走査に応じてディスプレイに供給し、試料の走査透過電子顕微鏡像を表示するようにしている。
【０００４】
更に、走査透過電子顕微鏡においては、試料の走査２次電子像や反射電子像を得ることができる。この場合、電子銃から発生し加速された電子ビームを、コンデンサレンズ、対物レンズにより試料上に細く集束すると共に、試料上の所定範囲を電子ビームで走査するようにしている。この試料に一次電子ビームを照射することによって生じた２次励起により、試料から発生した２次電子を検出し、この検出信号を一次電子ビームの走査に応じてディスプレイに供給すれば、試料の走査２次電子像を表示することができる。また、試料から反射された反射電子を検出し、この検出信号を一次電子ビームの走査に応じてディスプレイに供給すれば、試料の走査反射電子像を表示することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記した電子顕微鏡において、試料の観察を走査像モードのように細く絞った電子ビームを試料上の所定の領域で走査すると、電子ビーム近傍に存在しているカーボン等の分子または原子が電子ビームの電荷によって生じる電界によって引き寄せられ、試料面上に堆積することが知られている。このような現象は、通常試料汚染と呼ばれている。
【０００６】
この試料汚染が生じると、像のコントラストや分解能が低下したり、電子ビームを試料に照射し、試料からの特性Ｘ線を検出して試料の元素分析を行おうとした場合には、分析結果に試料以外の元素が混入したりする。
【０００７】
このような試料汚染を防ぐためには、いくつかの方法が提案され、実行に移されているが、この中で比較的に手軽に実行できる方法として、ビームシャワー法が採用されている。この方法は、観察したい視野を含む広い領域に対して、強い電子ビーム（電流密度の大きい電子ビーム）を照射することで試料汚染を低減する方法である。
【０００８】
このビームシャワー法による試料汚染低減の原理は、強い電子ビームを試料に照射すると、試料上の汚染の元になる原子や分子が電子のエネルギーによって重合すると考えられている。すなわち、分子や原子が重合することによって、分子や原子が結びつくので、拡散を防ぐ効果があると考えられている。
【０００９】
このビームシャワーの操作は、試料の分析を行う前に実行されるが、電子顕微鏡の各パラメータをビームシャワー法の条件に設定することは、オペレータが手動で行なうようにしている。また、このビームシャワーによる試料汚染現象の効果は、電子顕微鏡が走査モード（ＳＥＭモード）となっていたり、透過電子顕微鏡における大きな電子ビームを用いるモード（ＴＥＭモード）の両モードにおいて顕著に現れる。
【００１０】
しかしながら、ＳＥＭモードでは、試料の局所に大きな電流密度の電子ビームが照射されるために、瞬間的にその局所部分が電子ビームの照射を受けることによって損傷するような試料には用いることができない。ただし、ＳＥＭモードでは、電子ビームを走査して試料の分析や表面状態の観察を行っているので、試料の分析・観察状態からビームシャワーモードへの切り替えは、いずれも電子ビームを走査するモードであるために、簡単に行なうことができる利点を有する。
【００１１】
一方、ＴＥＭモードでは、試料に一様な電子ビームが照射されるので、瞬間的に大きな電流密度の電子ビームの照射によって損傷を受ける試料に対しては有効な方法である。このような点から、ビームシャワーを行なうに当たっていずれのモードを選択するかは、オペレータが分析や観察する試料によって、経験的に実行されている。
【００１２】
上記したように、電子顕微鏡を用いて試料の分析や観察を行っている途中で試料汚染を低減するために、ビームシャワーを実行する場合には、オペレータが電子顕微鏡の各パラメータをビームシャワーモード用に設定しなければならない。このパラメータの設定はオペレータにとっては煩わしい操作であり、この操作にかかる時間は無視できない長さである。
【００１３】
また、このパラメータの設定は豊富な経験が必要であり、必然的に初心者のオペレータにとっては、条件設定の操作を行なうことが困難となる。更に、試料の分析や観察を行っている途中でビームシャワーを行った場合、ビームシャワー動作が終了した後には、電子顕微鏡の各パラメータを元の分析や観察のモードに戻さなければならないが、これを行なうにも無視できない時間を要し、また正確に元の条件に設定する時に間違いが生じることも多い。
【００１４】
本発明は、このような点に鑑みてなされたもので、その目的は、ビームシャワーモードの設定を誰もが最適な条件で簡単に行なうことができ、また、ビームシャワー動作が終了した後には、電子顕微鏡の各パラメータを元の分析や観察のモードに短時間に正確に戻すことができる電子顕微鏡を実現するにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明に基づく電子顕微鏡は、試料に照射される電子ビームの量を通常の観察時より多くするビームシャワーモードに設定するためのモード切り換え手段を有しており、モード切り換え手段によってビームシャワーモードが選択された場合には、電子ビームの試料への照射系レンズであるコンデンサレンズの励磁強度とコンデンサレンズアパーチャの孔径とをあらかじめ記憶されていた値に自動的に設定可能に構成し、ビームシャワーモードによって試料の汚染を防止する。
【００１６】
請求項２に基づく発明では、ビームシャワーモードにおける試料への電子ビームの照射をＴＥＭモードで行なうか、ＳＥＭモードで行なうかの選択ができるように構成した。
【００１７】
請求項３に基づく発明では、電子ビームの照射系をビームシャワーモードにする際、直前の電子ビームの照射系の条件を記憶し、ビームシャワーモードが終了した際には、記憶された条件に照射系を自動的に設定するように構成した。
【００１８】
【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詳細に説明する。図１は、本発明に基づく走査透過電子顕微鏡の一例を示したもので、この顕微鏡では、電子ビームを試料上で走査し、試料表面からの２次電子に基づく走査電子顕微鏡像と、同じく電子ビームを試料上で走査し、試料を透過した電子に基づく走査透過電子顕微鏡像と、電子ビームを走査せず、試料を透過した電子に基づく透過電子顕微鏡像の複数の像を選択的に観察ができるように構成されている。
【００１９】
図において、電子顕微鏡カラム１の上部に配置された電子銃２から発生した電子ビームＥＢは、加速管３によって加速される。加速管３によって例えば５０ｋＶに加速された電子ビームは、第１のコンデンサレンズ４と第２のコンデンサレンズ５によって集束される。
【００２０】
コンデンサレンズ４、５によって集束された電子ビームの中心部分は、コンデンサレンズ絞り６の開口を通り、電子ビームの外側の収差の大きい部分を絞り５によって遮蔽するようにしている。なお、コンデンサレンズ絞り６には、複数の径の異なった開口が設けられており、顕微鏡の各種モードに応じていずれかの適切な径の開口が光軸上に配置されるように構成されている。加速管３とコンデンサレンズ４との間には、電子銃２から発生し、加速管３によって加速された電子ビームの軸ずれを補正するための一対のアライメントコイル７，８が配置されている。
【００２１】
コンデンサレンズアパチャー６の開口を通過した電子ビームは、コンデンサミニレンズ９によって電子ビームのフォーカスの微調整がなされた後、対物レンズ１０の磁場中に配置された試料１１に照射される。コンデンサレンズ絞り６と試料１１との間には、コンデンサレンズの非点収差を補正するための非点収差補正レンズ１３、コンデンサレンズ４、５によって集束された電子ビームの軸ずれを補正するためのアライメントコイル１４、１５が配置されている。なお、アライメントコイル１４、１５は、走査像観察モードの際には、電子ビームの２次元走査用のコイルとしても動作する。
【００２２】
対物レンズ１０による試料１１の前方磁場は、電子ビームのフォーカスに寄与し、試料１１の後方磁場は、後段の中間レンズ１６、１７、１８と投影レンズ１９とによって結像レンズ系を構成する。なお、対物レンズ１０の前方には、対物レンズ絞り２０が配置されており、電子ビームの外側の収差の大きい部分を絞り２０によって遮蔽するようにしている。
【００２３】
なお、対物レンズ絞り２０には、複数の径の異なった開口が設けられており、顕微鏡の各種モードに応じていずれかの適切な径の開口が光軸上に配置されるように構成されている。また、対物レンズ１０と視野制限絞り２１との間には、対物レンズ１０の磁場の微調整をするための対物ミニレンズ２２が配置されている。
【００２４】
更に、対物レンズ絞り２０の下部には、対物レンズ１０の非点収差を補正するための非点収差補正レンズ２３、イメージシフトコイル２４、２５が設けられている。また、投影レンズ１９の後段には、電子ビームの軸合わせ用のアライメントコイル２６が配置されている。
【００２５】
試料１１の上部には、２次電子検出器２７が設けられている。この２次電子検出器は、走査電子顕微鏡像観察モードの際に動作させられるもので、例えば、シンチレータと光電子増倍管より構成される検出器が用いられ、試料からの２次電子を加速してシンチレータに導くようにされている。
【００２６】
また、結像レンズ系の後段には、上から順番に、ＣＣＤカメラのごとき第１のＴＶカメラ２８、暗視野像観察用検出器２９、明視野像観察用検出器３０、ＣＣＤカメラのごとき第２のＴＶカメラ３１が配置されている。第１のＴＶカメラ２８は、駆動機構３２によって光軸上に挿脱可能に構成されている。また、暗視野像観察用検出器２９、明視野像観察用検出器３０は、それぞれ駆動機構３３、３４によって光軸上に挿脱可能に構成されている。更に、第２のＴＶカメラ３１は、駆動機構３５によって光軸上に挿脱可能に構成されている。
【００２７】
カラム１内のレンズ、すなわち、コンデンサレンズ４、５、コンデンサレンズミニレンズ９、対物レンズ１０、対物レンズミニレンズ２２、中間レンズ１６、１７、１８、投影レンズ１９および非点収差補正レンズ１３、２３には、レンズ電源３６から励磁電流が供給される。また、前記電子銃２と加速管３には、高電圧電源３７から所望の高電圧が印加される。
【００２８】
更に、電子銃アライメントコイル７、８、コンデンサレンズアライメントコイル１４、１５、イメージシフトコイル２４、２５、投影レンズアライメントコイル２６には、アライメント電源３８からそれぞれ所望の電流が流され、それに伴って各コイルにより発生した磁場により電子ビームは適宜軸ズレが補正され、また像の位置が移動させられる。
【００２９】
また、２次電子検出器２７の駆動機構３２、第１のＴＶカメラ２８の駆動機構３３ａ、暗視野像観察用検出器２９の駆動機構３４、明視野像観察用検出器３０の駆動機構３５、第２のＴＶカメラ３１の駆動機構３３ｂは、検出器駆動電源３９からの駆動電圧により、選択的に駆動され、特定の検出器のみが光軸に配置されるか、光軸に接近させられるように構成されている。
【００３０】
また、第１のＴＶカメラ２８および第２のＴＶカメラ３１からの透過電子顕微鏡像信号取得のためのＴＶ電源４０が備えられており、また、２次電子検出器２７、暗視野像観察用検出器２９、明視野像観察用検出器３０からの走査像信号は、増幅器４１に供給される。
【００３１】
また、カラム１内の光軸に沿って配置される絞り６、２０、２１は、絞り駆動電源４２によって駆動され、光軸上の各絞りの開口の大きさは最適なものに選択される。
【００３２】
前記レンズ電源３６、高電圧電源３７、アライメント電源３８、検出器位置駆動電源３９、ＴＶカメラ用電源４０、検出器信号増幅器４１、絞り駆動電源４２は、インターフェース４３を介してコンピュータ４４に接続されている。この結果、レンズ電源３６、高電圧電源３７、アライメント電源３８、検出器駆動電源３９、ＴＶカメラ用電源４０、信号増幅器４１、絞り駆動電源４２は、コンピュータ４４によって制御されることになる。
【００３３】
コンピュータ４４には、メモリー４５が接続されているが、このメモリー４５には、各レンズ強度、検出器の選択、絞りの開口の選択などが、電子顕微鏡の観察モード、電子銃の加速電圧や倍率に応じてテーブルの形式で記憶されている。
【００３４】
例えば、電子銃の加速電圧を変化させた場合には、選択された加速電圧で電子ビームが最適に試料１１にフォーカスされ、試料を透過した電子像が例えば指定された倍率となるように、第１のＴＶカメラ２８のスクリーン上に最適に投影されるような各レンズ強度があらかじめ記憶されている。
【００３５】
コンピュータ４４には、キーボード４６、マウス４７、コントロールパネル４８、ディスプレイ４９が接続されており、キーボード４６、マウス４７によってコンピュータ４４への指令や各種の条件設定を行なうことができるように構成されている。また、ディスプレイ４９の画面には、像表示領域５０、装置の制御のためのＧＵＩ（グラフィックユーザーインターフェイス）５１、マウス４７やキーボード４６によって画面上を移動するポインター５２が表示されている。また、当然のことながら、コンピュータ４４内には、電子顕微鏡の各種構成要素を指定されたモードや条件に応じてコントロールするためのソフトウェア５３が備えられている。このような構成の動作を次に説明する。
【００３６】
さて、図１に示した走査透過電子顕微鏡は、透過電子顕微鏡像の観察と、走査電子顕微鏡像の観察と、透過走査電子顕微鏡像の観察とを行なうことができる。透過電子顕微鏡像を観察する場合、キーボード４６やマウス４７を用いて、ディスプレイ４９に表示されているＧＵＩ５１中の例えば、ＴＥＭの表示がされている領域にポインター５２を位置させ、マウス４７をクリックするなどして、ＴＥＭモードを選択する。
【００３７】
ＴＥＭモードが選択されると、コンピュータ４４は検出器駆動電源３９を制御し、駆動機構３２により２次電子検出器２７を光軸から遠くに退避させ、駆動機構３４により暗視野像検出器２９を、駆動機構３５により明視野像検出器３０を光軸上から退避させる。そして、駆動機構３３ａと３３ｂによって、第１のＴＶカメラ２８か第２のＴＶカメラ３１のいずれか一方を光軸上に配置し、他方を光軸から退避させる。
【００３８】
この第１のＴＶカメラ２８は広視野観察用に比較的低い倍率の像を観察する際に主として用いられるもので、投影レンズ１９に近い位置に配置される。また、第２のＴＶカメラ３１は、高分解能のＴＶカメラが用いられ、比較的高い倍率で像の観察を行う際に用いられる。この２種のＴＶカメラのいずれを用いるかは、コンピュータ４４のディスプレイ４９のＧＵＩ５１によって選択することができる。
【００３９】
例えば、広視野の電子顕微鏡像を観察する場合には、第１のＴＶカメラ２８が光軸上に配置され、第２のＴＶカメラ３１は光軸から退避させられる。この状態で、コンピュータ４４はコンデンサレンズ４、５、対物レンズ１０の励磁電流を制御し、比較的太い径（１ｎｍ）のプローブが試料１１に照射されるように制御する。また、中間レンズ１６〜１８と投影レンズ１９の励磁電流を制御し、試料１１を透過した電子による像が第１のＴＶカメラ２８のスクリーン上に結像されるように制御する。
【００４０】
このように各レンズを制御して電子銃２からの電子ビームを試料１１に照射すれば、第１のＴＶカメラ２８のスクリーン上には試料の特定広視野の透過電子顕微鏡像が投影される。ＴＶカメラ２８のスクリーン上に投影された像は映像信号として読み出され、透過電子顕微鏡像取得のためのＴＶ電源４０を介してコンピュータ４４に送られる。コンピュータ４４に供給された映像信号は、ディスプレイ４９に供給され、ディスプレイ４９の画面の像表示領域５０上には、広領域の倍率の比較的低い透過電子顕微鏡像が表示される。
【００４１】
なお、比較的倍率の高い高分解能の透過電子顕微鏡像を観察する場合には、駆動機構３３ａによって第１のＴＶカメラ２８が光軸上から退避させられ、駆動機構３３ｂによって第２のＴＶカメラ３１が光軸上に配置される。その際には、中間レンズ１６〜１８、投影レンズ１９のレンズ強度が調整され、電子像がカラム１の下部に配置された第２のＴＶカメラ３１のスクリーン上に結像されるように制御される。
【００４２】
ＴＶカメラ３１のスクリーン上に投影された像は映像信号として読み出され、透過電子顕微鏡像取得のためのＴＶ電源４０を介してコンピュータ４４に送られる。コンピュータ４４に供給された映像信号は、ディスプレイ４９に供給され、ディスプレイ４９の画面の像表示領域５０上には、倍率の高い高分解能の透過電子顕微鏡像が表示される。なお、第１のＴＶカメラ２８を用いて得られた像は試料の視野探しのために用いられ、第２のＴＶカメラ３１を用いて得られた像は視野探しの結果得られた試料の所望領域の高分解能の像となる。
【００４３】
次に、走査電子顕微鏡像と透過走査電子顕微鏡像を観察する際の操作について説明する。走査電子顕微鏡像あるいは走査透過電子顕微鏡像を観察する場合、キーボード４６やマウス４７を用いて、ディスプレイ４９に表示されているＧＵＩ５１中の例えば、ＳＥＭあるいはＳＴＥＭの表示がされている領域にポインター５２を位置させ、マウス４７をクリックするなどして、ＳＥＭあるいはＳＴＥＭモードを選択する。
【００４４】
このＳＥＭモードが選択されると、コンピュータ４４は検出器駆動電源３９を制御し、駆動機構３２によって２次電子検出器２７を光軸に近い位置に移動させ、暗視野像検出器２９、明視野像検出器３０を光軸上から退避させる。そして、第１のＴＶカメラ２８と第２のＴＶカメラ３１も光軸から退避させる。
【００４５】
この状態で、コンピュータ４４はコンデンサレンズ４、５、対物レンズ１０の励磁電流を制御し、比較的細い径（０．２ｎｍ程度）のプローブが試料１１に照射されるように制御する。このように各レンズを制御して電子銃２からの電子ビームを試料１１に照射すると共に、コンデンサレンズアライメントコイル１４、１５に電子ビームの２次元走査信号を供給すれば、試料１１の所定領域で電子ビームが２次元的に走査される。
【００４６】
試料上の電子ビームの２次元走査に基づいて試料１１の表面から発生した２次電子は、２次電子検出器２７に導かれて検出される。検出された２次電子信号は、映像信号として増幅器４１を介してコンピュータ４４に供給される。コンピュータ４４に供給された映像信号は、ディスプレイ４９に供給され、その結果、像表示領域５０には、走査電子顕微鏡像が表示されることになる。
【００４７】
次に、ＳＴＥＭモードが選択されると、コンピュータ４４は検出器駆動電源３９を制御し、駆動機構３２によって２次電子検出器２７を光軸から遠くに離し、駆動機構３３ａ、３３ｂを駆動して、暗視野像検出器２９、明視野像検出器３０のいずれか一方を光軸上に配置し、他方を光軸上から退避させる。そして、第１のＴＶカメラ２８と第２のＴＶカメラ３１も光軸から退避させる。
【００４８】
この状態で、コンピュータ４４はコンデンサレンズ４、５、対物レンズ１０の励磁電流を制御し、比較的細い径（０．２ｎｍ程度）のプローブが試料１１に照射されるように制御する。このように各レンズを制御して電子銃２からの電子ビームを試料１１に照射すると共に、コンデンサレンズアライメントコイル１４、１５に電子ビームの２次元走査信号を供給すれば、試料１１の所定領域で電子ビームが２次元的に走査される。
【００４９】
試料上の電子ビームの２次元走査に基づいて試料１１を透過した電子は、光軸上に配置された暗視野像用検出器２９か明視野像用検出器３０のいずれかによって検出される。検出された透過電子信号は、映像信号として増幅器４１を介してコンピュータ４４に供給される。コンピュータ４４に供給された映像信号は、ディスプレイ４９に供給され、その結果、像表示領域５０には、明視野か暗視野の走査透過電子顕微鏡像が表示されることになる。
【００５０】
図２にＴＥＭモードとＳＥＭおよびＳＴＥＭモードの時の各レンズ強度と光路を参考として示している。図２において実線がＴＥＭモードの時のレンズ強度と光路を示しており、点線がＳＥＭおよびＳＴＥＭモードの時のレンズ強度と光路を示している。図中ＣＬはコンデンサレンズであり、図１の装置の２段のコンデンサレンズを１段で示している。また、ＯＬｐｒｅは対物レンズ１０による試料の前方磁場を示しており、ＯＬｐｏｓｔは、対物レンズ１０による試料の後方磁場を示している。
【００５１】
更に、ＩＬ１は中間レンズで、図１に示した装置の２段の中間レンズを１段で示している。ＩＬ２＋ＰＬは、図１における３段目の中間レンズと投影レンズの合成レンズを示している。この図から明らかなように、ＳＥＭ・ＳＴＥＭモードでは、ＴＥＭモードに比べて対物レンズ１０のレンズ強度が強くされ、中間レンズ系のレンズ強度は弱くされている。
【００５２】
以上説明したように、図１の装置では、透過電子顕微鏡像、走査電子顕微鏡像、走査透過電子顕微鏡像の観察が可能である。本発明では、ディスプレイ４９のＧＵＩ５１にシャワーモードに入るためのボタンが配置されている。このシャワーモードのボタン領域にポインター５２を位置させ、マウス４７によりクリックすると、これに連動して、各レンズの励磁強度があらかじめ記憶してある値に設定され、また、アパーチャの孔径も変化させられる。
【００５３】
図３にはコンピュータ４４、ディスプレイ４９、メモリー４５、マウス４７部分の詳細を示している。ディスプレイ４９のＧＵＩ５１の表示領域には、各種の条件設定のための表示ボタンＣ１、Ｃ２、…、Ｃｎと共に、シャワーモードの設定ボタンＳが設けられている。なお、例えば、Ｃ１はＳＴＭモード、ＳＴＥＭモード、ＴＥＭモードを選択する条件設定ボタンとされている。
【００５４】
コンピュータ４４に接続されたメモリー４５内はいくつかの記憶領域に分けられており、その中のＭ１領域には、シャワーモードの際に設定すべきパラメータの値、例えば、コンデンサレンズ４（ＣＬ１）とコンデンサレンズ５（ＣＬ２）の値、コンデンサレンズアパーチャ６（ＣＬＡｐ）の特定の孔径（絞りの大きさ）の番号を示す数字、コンデンサレンズアライメントコイル１３（ＣＬＡ１）とコンデンサレンズアライメントコイル１４（ＣＬＡ２）の値、ビームシャワーを行なうモード（図３のケースではＳＥＭモード）が記憶されるように構成されている。
【００５５】
また、メモリー４５内の別の記憶領域Ｍ２領域には、シャワーモードに移る直前のパラメータの値、例えば、コンデンサレンズ４（ＣＬ１）とコンデンサレンズ５（ＣＬ２）の値、コンデンサレンズアパーチャ６（ＣＬＡｐ）の特定の孔径（絞りの大きさ）の番号を示す数字、コンデンサレンズアライメントコイル１３（ＣＬＡ１）とコンデンサレンズアライメントコイル１４（ＣＬＡ２）の値、ビームシャワーを行なうモード（図３のケースではＴＥＭモード）が記憶されるように構成されている。
【００５６】
さて、透過電子顕微鏡像の観察を行う場合、マウスを用いてポインター５２をディスプレイ４９の画面上で移動させ、ＧＵＩ５１の各条件設定ボタンＣ１からＣｎの内、所望の観察を行うに当たって必要とする条件に関した設定ボタン上にポインター５２を位置させ、マウス４７をクリックする。
【００５７】
例えば、観察に必要な条件とは、観察モードの選択、倍率値、電子ビームの加速電圧、電子ビームの電流密度等である。これらの条件設定のためのボタン上に順にポインター５２を移動させ、マウス４７をクリックすると、制御ソフトウェア５３は、クリックされた条件の設定画面をディスプレイ４９上に表示する。この条件設定画面は特に図示していないが、この画面上でモードの選択や倍率などの値の入力をマウス４７やキーボード４６を用いて行なう。このようにして、所望の観察モードやその観察の際の各種条件が選択され、また入力されるが、それらのデータは、制御ソフトウェア５３のコントロールの下にメモリー４５に記憶される。
【００５８】
例えば、ＴＥＭモードを選択して各種の条件の設定を行なった後、観察実行の指示を、例えばキーボード４６を用いて行なえば、制御ソフトウェア５３は記憶された条件に基づいて、インターフェース４３を介して各電源を制御することから、レンズ強度等は所望の値に設定され、アパーチャの孔径や検出器の選択が行なわれる。その結果、ディスプレイ４９の像表示領域には、所望の倍率の透過電子顕微鏡像が表示されることになる。
【００５９】
ここで、試料１１の表面の汚染を防止するため、試料１１の観察画面領域より広い領域に強い電子ビームを照射し、汚染の元となる原子や分子を重合により結び付け、試料汚染を軽減させる場合、マウス４７によってポインター５２をビームシャワーボタンＳの位置に移動させ、マウスをクリックする。この動作によって、透過電子顕微鏡はビームシャワーモードとなる。なお、ビームシャワーモードに設定するため、ＧＵＩ５１にビームシャワーボタンＳを設け、このボタンをマウスでクリックするようにしたが、制御パネル４８上に設けられた専用ボタンにより、ビームシャワーモードの設定を行なっても良い。
【００６０】
このようにして、ビームシャワーモードの選択を行なうと、ディスプレイ４９の画面には、図４に示すようなビームシャワーの条件設定と開始画面が表示される。この画面で設定される条件としては、ビームシャワーのモードをＴＥＭモードかＳＥＭモードとするかの選択（Ｍｏｄｅ　Ｓｅｌｅｃｔ）、ビームシャワーにより、電子ビームを照射する領域（倍率）の設定（Ｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎ　Ａｒｅａ）、コンデンサレンズアパーチャの孔径の選択、更には、スポットサイズ（Ｓｐｏｔ　Ｓｉｚｅ）、ビームシャワー時間（Ｂｅａｍ　Ｓｈｏｗｅｒ　Ｔｉｍｅ）、電子ビームのドーズレート（Ａ／ｃｍ^２）、電子ビームのトータルドーズ量（Ｃ／ｃｍ^２）などの設定である。
【００６１】
これらの設定された値は、メモリー４５内の領域Ｍ１に記憶されるが、図３におけるメモリー４５内の記憶領域Ｍ１には、コンデンサレンズアパーチャの孔径の番号などは直接その値が記憶されるものの、設定された電子ビームのスポットサイズや電子ビームのドーズ量等は、そのものが記憶されるのではなく、それらのサイズやドーズ量となるような、コンデンサレンズＣＬ１、ＣＬ２等の励磁強度が計算されて記憶されている。
【００６２】
上記各条件の設定が終了した後、スタート（Ｓｔａｒｔ）ボタンをクリックすると、現在設定されている倍率、モード、コンデンサレンズの強度、コンデンサレンズアパーチャの孔径などのデータが、メモリー４５内の領域Ｍ２に記憶される。それと同時に、メモリー領域Ｍ２に記憶されたビームシャワーモードの各種設定値や条件のデータが読み出され、それらのデータは、インターフェース４３を介して各レンズの電源等に供給される。
【００６３】
この結果、電子光学系はビームシャワーモードに設定され、試料１１の所定の領域には強い電子ビームが照射され、電子ビームの照射された試料表面の原子や分子は、重合により拡散が抑制されることになる。このとき、図３の例では、観察モードがＴＥＭモードであり、ビームシャワーモードの際にはＳＥＭモードとされている。したがって、試料１１の所定の領域には、細く絞られた強い電子ビームが照射され、コンデンサレンズアライメントコイル１４、１５には、試料１１の設定された領域を電子ビームで走査するための走査信号が供給される。
【００６４】
装置がビームシャワーモードに設定されて、ビームの試料１１への照射が開始されると、ディスプレイ４９の画面上には、図５に示すようなビームシャワーが終了するまでの時間とその経過を示すウィンドウが表示される。なお、図５の画面上でＳｔｏｐボタンをクリックすると、ビームシャワーを途中で中断させることができる。
【００６５】
ビームシャワー時間は、コンピュータ４４内に設けられたタイマーによって測定されており、設定されたビームシャワー時間となると、あらかじめ記憶領域Ｍ２に記憶されているデータが読み出され、観察モード、倍率、アライメント、コンデンサレンズアパーチャの孔径の大きさ等のデータに基づいて、顕微鏡はビームシャワーモードに入る直前の条件に直ちに戻される。したがって、像の観察は、試料汚染が著しく軽減された状態で行なうことが可能となる。
【００６６】
ここで、コンデンサレンズＣＬ１（４）、ＣＬ２（５）の励磁強度を変えることにより、試料１１に照射される電子ビーム径（電子ビームの量に対応）を変化させることができることを図６の光線図を用いて説明する。図６においては、第１のコンデンサレンズＣＬ１（４）と第２のコンデンサレンズＣＬ２（５）と、対物レンズ１０による試料１１の前方磁場ＯＬｐｒｅと、対物レンズ１０による試料１１の後方磁場ＯＬｐｏｓｔが示されている。なお、６はコンデンサレンズアパーチャである。
【００６７】
試料１１に照射される電子ビームの量は、図示されている角度αの大きさによって制限され、その量は、αの２乗に比例する。もし、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、第１のコンデンサレンズＣＬ１の励磁強度を強くし、第２のコンデンサレンズＣＬ２の励磁を小さくすれば、結果として角度αは小さくなり、試料１１面上に照射される電子ビームの量は少なくなる。
【００６８】
また、図６（ｃ）に示すように、コンデンサレンズアパーチャ６の孔径を大きくすれば、試料１１に照射される電子ビームの量は多くなる。このように、電子ビームの照射径の絞り（アパーチャ）やコンデンサレンズの設定値を可変とすることでビームシャワーモードに適した照射電流を設定することができる。
【００６９】
更に、設定された電子ビーム量に対して、あらかじめ測定しておいた電子ビーム源の輝度や、ＣＬ１／ＣＬ２の励磁に対する焦点距離やアパーチャの大きさによって、試料１１面上に照射される電流量が計算できる。そして計算された電流量の値により、単位面積当たりの照射電流密度を計算することができる。
【００７０】
また、設定された電子ビームの照射時間により、このモードで照射される電子ビームの単位面積当たりのトータルの照射電流量を計算することができる。このような値を例えば、ディスプレイ４９に表示することによって、オペレータは、適正なビームシャワー条件を定量的に把握することができる。
【００７１】
以上本発明の実施の形態を説明したが、本発明はこの実施の形態に限定されず幾多の変形が可能である。例えば、像の観察をＴＥＭモードで行い、ビームシャワーモードのときには、ＳＥＭモードとして試料の汚染の防止を行なうようにしたが、ビームシャワーモードをＴＥＭモードで行なうこともできる。また、オペレータがビームシャワー条件の設定に迷った場合に、電子ビームの照射系を標準的なビームシャワー条件に設定できるように、ＧＵＩ５１にデフォルト値を設定するボタンを設け、このボタンをクリックすることにより、標準的な条件に電子ビームの照射系を設定できるように構成すれば、初心者でも簡単にビームシャワー法によって試料の汚染防止処理を行なうことができる。
【００７２】
また、ビームシャワーの際の電子ビームの照射領域について、現在観察を行っている倍率において、ビームシャワーを行ないたい時には、自動倍率ボタンをチェック、すなわち、モードの切り換えによって倍率が変化しないようにすれば、オペレータは、電子ビームの照射領域に迷うことなく自動的にビームシャワーを行なうことができる。図３のメモリー領域Ｍ２に記憶されているデータの場合は、自動的に倍率を一定としている。その一方で、ビームシャワーモードの際の倍率設定をマニュアルで行なうことができるように構成しておけば、オペレータは、任意の領域でビームシャワーを実行することができる。
【００７３】
【発明の効果】
請求項１の発明に基づく電子顕微鏡は、試料に照射される電子ビームの量を通常の観察時より多くするビームシャワーモードに設定するためのモード切り換え手段を有しており、モード切り換え手段によってビームシャワーモードが選択された場合には、電子ビームの試料への照射系レンズであるコンデンサレンズの励磁強度とコンデンサレンズアパーチャの孔径とをあらかじめ記憶されていた値に自動的に設定可能に構成したので、電子顕微鏡の操作に不慣れなオペレータでも、簡単に電子顕微鏡のモードをビームシャワーモードとし、試料の汚染を防止することができる。その結果、誰もが試料の汚染の影響が著しく軽減した状態で透過電子顕微鏡像や走査電子顕微鏡像の観察や試料の分析を実行することができる。
【００７４】
請求項２に基づく発明では、ビームシャワーモードにおける試料への電子ビームの照射をＴＥＭモードで行なうか、ＳＥＭモードで行なうかの選択ができるように構成したので、装置の操作性を向上させることができる。
【００７５】
請求項３に基づく発明では、電子ビームの照射系をビームシャワーモードにする際、直前の電子ビームの照射系の条件を記憶し、ビームシャワーモードが終了した際には、記憶された条件に照射系を自動的に設定するように構成したので、ビームシャワーモードが終了した後に再び前の観察条件に装置の各パラメータの設定をやり直すことが不用となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に基づく方法を実施する電子顕微鏡の一例として走査透過電子顕微鏡を示す図である。
【図２】ＳＥＭモードとＴＥＭモードのレンズ強度と光路を示す図である。
【図３】コンピュータ、メモリー、ディスプレイの動作を説明するための図である。
【図４】ディスプレイに表示されたビームシャワーの条件設定と開始画面の一例を示す図である。
【図５】ビームシャワー中の表示画面の一例を示す図である。
【図６】コンデンサレンズの励磁強度を変えることにより、試料に照射される電子ビーム径を変化させることができることを説明するための光線図である。
【符号の説明】
１　カラム
２　電子銃
３　加速管
６、２０、２１　絞り
７、８　電子銃アライメントコイル
１０　対物レンズ
１１　試料
１３、２３　非点補正レンズ
１４、１５　コンデンサレンズアライメントコイル
１６、１７、１８　中間レンズ
１９　投影レンズ
２４、２５　イメージシフトコイル
２６　投影レンズアライメントコイル
２７、２９、３０　検出器
２８、３１　ＴＶカメラ
３２ａ、３２ｂ　ＴＶカメラ駆動機構
３３、３４、３５　検出器駆動機構
３６　レンズ電源
３７　高電圧電源
３８　アライメントコイル用電源
３９　検出器駆動電源
４０　ＴＥＭ像のためのＴＶ電源
４１　走査像用信号増幅器
４２　絞り駆動電源
４３　インターフェース
４４　コンピュータ
４５　メモリー
４６　キーボード
４７　マウス
４８　コントロールパネル
４９　ディスプレイ
５０　像表示領域
５１　ＧＵＩ
５２　ポインター[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an electron microscope that irradiates a sample with a primary electron beam and obtains a sample image based on electrons transmitted through the sample, electrons reflected from the surface of the sample, and electrons generated by secondary excitation of the sample.
[0002]
[Prior art]
In an electron microscope, an electron beam generated and accelerated from an electron gun is finely focused on a sample by a condenser lens and an objective lens. Electrons transmitted and scattered through the sample are imaged by an intermediate lens and a projection lens, a fluorescent plate is arranged at the image forming position, and an image enlarged and projected on the fluorescent plate is observed. In addition, instead of the fluorescent screen, a TV camera such as a CCD camera is arranged at an image forming position, an image projected on a screen of the TV camera is converted into a video signal, and the video signal is supplied to a display device such as a cathode ray tube. Observing an image with a display device is also performed.
[0003]
In another type of electron microscope, that is, a scanning transmission electron microscope, an electron beam generated and accelerated from an electron gun is finely focused on a sample by a condenser lens and an objective lens, and a predetermined range on the sample is electron-scanned. It scans with a beam. By irradiating the sample with an electron beam, electrons transmitted through the sample are detected, and this detection signal is supplied to a display in accordance with the scanning of the primary electron beam to display a scanning transmission electron microscope image of the sample. .
[0004]
Further, in a scanning transmission electron microscope, a scanned secondary electron image or a reflected electron image of a sample can be obtained. In this case, the electron beam generated and accelerated from the electron gun is narrowly focused on the sample by the condenser lens and the objective lens, and a predetermined range on the sample is scanned by the electron beam. Secondary electrons generated from the sample are detected by secondary excitation generated by irradiating the sample with the primary electron beam, and the detection signal is supplied to a display in accordance with the scanning of the primary electron beam, thereby scanning the sample. A secondary electron image can be displayed. Further, by detecting the reflected electrons reflected from the sample and supplying the detection signal to a display in accordance with the scanning of the primary electron beam, a scanned reflected electron image of the sample can be displayed.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
In the above-mentioned electron microscope, when the observation of the sample is scanned in a predetermined area on the sample by narrowing the electron beam in a scanning image mode, molecules or atoms such as carbon existing in the vicinity of the electron beam are generated by the electron beam. It is known that it is attracted by an electric field generated by electric charges and deposits on a sample surface. Such a phenomenon is usually called sample contamination.
[0006]
If this sample contamination occurs, the contrast and resolution of the image will be reduced, or if the sample is irradiated with an electron beam to detect characteristic X-rays from the sample and perform elemental analysis of the sample, the analysis results Elements other than the sample are mixed.
[0007]
In order to prevent such sample contamination, several methods have been proposed and put into practice. Among them, a beam shower method has been adopted as a method that can be performed relatively easily. In this method, a large area including a visual field to be observed is irradiated with a strong electron beam (an electron beam having a large current density) to reduce sample contamination.
[0008]
The principle of reducing the sample contamination by the beam shower method is considered that when a strong electron beam is applied to the sample, atoms or molecules that cause contamination on the sample are polymerized by the energy of the electrons. That is, it is considered that the molecules and atoms are linked by polymerizing the molecules and the atoms, which has an effect of preventing diffusion.
[0009]
This operation of the beam shower is performed before the sample is analyzed. However, setting each parameter of the electron microscope to the condition of the beam shower method is manually performed by an operator. The effect of the sample contamination caused by the beam shower is remarkably exhibited in both the scanning mode (SEM mode) of the electron microscope and the mode using a large electron beam (TEM mode) in the transmission electron microscope.
[0010]
However, in the SEM mode, since a local portion of the sample is irradiated with an electron beam having a large current density, it cannot be used for a sample in which the local portion is instantaneously damaged by being irradiated with the electron beam. However, in the SEM mode, the sample is analyzed and the surface state is observed by scanning the electron beam. Therefore, switching from the sample analysis / observation state to the beam shower mode is performed in the electron beam scanning mode. This has the advantage that it can be done easily.
[0011]
On the other hand, in the TEM mode, since a uniform electron beam is irradiated to the sample, it is an effective method for a sample which is instantaneously damaged by irradiation of an electron beam having a large current density. From such a point, which mode is selected in performing the beam shower is empirically executed depending on a sample to be analyzed or observed by the operator.
[0012]
As described above, when performing a beam shower in order to reduce sample contamination while analyzing or observing a sample using an electron microscope, the operator sets each parameter of the electron microscope for the beam shower mode. Must be set to The setting of these parameters is a troublesome operation for the operator, and the time required for this operation is not negligible.
[0013]
In addition, setting of these parameters requires abundant experience, and it is inevitably difficult for a novice operator to perform a condition setting operation. Furthermore, if the beam shower is performed during the analysis or observation of the sample, the parameters of the electron microscope must be returned to the original analysis or observation mode after the beam shower operation is completed. It takes a considerable amount of time to perform the operation, and mistakes often occur when setting the original conditions accurately.
[0014]
The present invention has been made in view of such a point, and an object thereof is that anyone can easily perform setting of a beam shower mode under optimum conditions, and after the beam shower operation is completed. Another object of the present invention is to realize an electron microscope that can accurately return each parameter of the electron microscope to the original analysis or observation mode in a short time.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
The electron microscope according to the first aspect of the present invention has a mode switching unit for setting a beam shower mode in which the amount of the electron beam irradiated on the sample is larger than that in a normal observation. When the shower mode is selected, the excitation intensity of the condenser lens, which is an irradiation lens of the electron beam to the sample, and the hole diameter of the condenser lens aperture can be automatically set to values stored in advance, The beam shower mode prevents contamination of the sample.
[0016]
According to the invention based on claim 2, the sample is irradiated with the electron beam in the beam shower mode in a TEM mode or in a SEM mode.
[0017]
In the invention according to claim 3, when the electron beam irradiation system is set to the beam shower mode, the conditions of the immediately preceding electron beam irradiation system are stored, and when the beam shower mode ends, the stored conditions are applied to the stored conditions. The system was configured to be set automatically.
[0018]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 shows an example of a scanning transmission electron microscope according to the present invention. In this microscope, an electron beam is scanned on a sample, and a scanning electron microscope image based on secondary electrons from the sample surface is obtained. The beam is scanned over the sample, and multiple images of the scanning transmission electron microscope image based on the electrons transmitted through the sample and the transmission electron microscope image based on the electrons transmitted through the sample without scanning the electron beam can be selectively observed. It is configured to be able to.
[0019]
In the figure, an electron beam EB generated from an electron gun 2 arranged above an electron microscope column 1 is accelerated by an acceleration tube 3. The electron beam accelerated to, for example, 50 kV by the accelerating tube 3 is focused by the first condenser lens 4 and the second condenser lens 5.
[0020]
The central portion of the electron beam converged by the condenser lenses 4 and 5 passes through the opening of the condenser lens aperture 6, and the outside of the electron beam with a large aberration is blocked by the aperture 5. The condenser lens stop 6 is provided with a plurality of apertures having different diameters, and is configured such that an aperture having any appropriate diameter is arranged on the optical axis according to various modes of the microscope. I have. A pair of alignment coils 7 and 8 are disposed between the accelerating tube 3 and the condenser lens 4 to correct the axial deviation of the electron beam generated from the electron gun 2 and accelerated by the accelerating tube 3.
[0021]
The electron beam that has passed through the opening of the condenser lens aperture 6 is finely adjusted in focus of the electron beam by the condenser mini lens 9, and then is irradiated on the sample 11 arranged in the magnetic field of the objective lens 10. Between the condenser lens stop 6 and the sample 11, an astigmatism correction lens 13 for correcting astigmatism of the condenser lens, and an axis shift of the electron beam focused by the condenser lenses 4, 5 for correcting the axial deviation. Alignment coils 14 and 15 are arranged. Note that the alignment coils 14 and 15 also operate as coils for two-dimensional scanning of the electron beam in the scanning image observation mode.
[0022]
The forward magnetic field of the sample 11 by the objective lens 10 contributes to the focusing of the electron beam, and the rear magnetic field of the sample 11 forms an imaging lens system by the intermediate lenses 16, 17, and 18 and the projection lens 19 at the subsequent stage. An objective lens stop 20 is disposed in front of the objective lens 10, and a portion having a large aberration outside the electron beam is shielded by the stop 20.
[0023]
The objective lens aperture 20 is provided with a plurality of apertures having different diameters, and is configured such that an aperture having any appropriate diameter is arranged on the optical axis according to various modes of the microscope. I have. An objective mini-lens 22 for finely adjusting the magnetic field of the objective lens 10 is disposed between the objective lens 10 and the field limiting aperture 21.
[0024]
Further, below the objective lens aperture 20, an astigmatism correction lens 23 for correcting astigmatism of the objective lens 10 and image shift coils 24 and 25 are provided. An alignment coil 26 for aligning an electron beam axis is disposed downstream of the projection lens 19.
[0025]
A secondary electron detector 27 is provided above the sample 11. This secondary electron detector is operated in the scanning electron microscope image observation mode. For example, a detector composed of a scintillator and a photomultiplier tube is used to accelerate secondary electrons from a sample. Lead to the scintillator.
[0026]
Further, at the subsequent stage of the imaging lens system, a first TV camera 28 such as a CCD camera, a detector 29 for dark-field image observation, a detector 30 for bright-field image observation 30, and a Two TV cameras 31 are arranged. The first TV camera 28 is configured to be insertable into and removable from the optical axis by a driving mechanism 32. The detector 29 for observing a dark-field image and the detector 30 for observing a bright-field image are configured to be insertable into and removable from the optical axis by driving mechanisms 33 and 34, respectively. Further, the second TV camera 31 is configured to be able to be inserted and removed on the optical axis by a driving mechanism 35.
[0027]
Lenses in column 1, namely condenser lenses 4, 5, condenser lens mini lens 9, objective lens 10, objective lens mini lens 22, intermediate lenses 16, 17, 18, projection lens 19, and astigmatism correction lenses 13, 23 Is supplied with an excitation current from the lens power supply 36. A desired high voltage is applied to the electron gun 2 and the acceleration tube 3 from a high voltage power supply 37.
[0028]
Further, a desired current flows from the alignment power supply 38 to the electron gun alignment coils 7 and 8, the condenser lens alignment coils 14 and 15, the image shift coils 24 and 25, and the projection lens alignment coil 26. The axis deviation of the electron beam is appropriately corrected by the magnetic field generated by the above, and the position of the image is moved.
[0029]
Further, a driving mechanism 32 for the secondary electron detector 27, a driving mechanism 33a for the first TV camera 28, a driving mechanism 34 for the detector 29 for dark field image observation, a driving mechanism 35 for the detector 30 for bright field image observation, The drive mechanism 33b of the second TV camera 31 is selectively driven by a drive voltage from a detector drive power supply 39 so that only a specific detector is arranged on the optical axis or is brought close to the optical axis. Is configured.
[0030]
Further, a TV power supply 40 for acquiring transmission electron microscope image signals from the first TV camera 28 and the second TV camera 31 is provided, and a secondary electron detector 27 and a detection for dark field image observation are provided. The scanning image signals from the detector 29 and the bright-field image observation detector 30 are supplied to an amplifier 41.
[0031]
The apertures 6, 20, and 21 arranged along the optical axis in the column 1 are driven by an aperture drive power supply 42, and the aperture size of each aperture on the optical axis is selected to be optimal.
[0032]
The lens power supply 36, high voltage power supply 37, alignment power supply 38, detector position drive power supply 39, TV camera power supply 40, detector signal amplifier 41, and aperture drive power supply 42 are connected to a computer 44 via an interface 43. I have. As a result, the computer 44 controls the lens power supply 36, high voltage power supply 37, alignment power supply 38, detector drive power supply 39, TV camera power supply 40, signal amplifier 41, and aperture drive power supply 42.
[0033]
A memory 45 is connected to the computer 44. In the memory 45, the lens strength, the selection of the detector, the selection of the aperture of the aperture, and the like are determined by the observation mode of the electron microscope, the acceleration voltage and the magnification of the electron gun. Is stored in the form of a table in accordance with.
[0034]
For example, when the accelerating voltage of the electron gun is changed, the electron beam is optimally focused on the sample 11 at the selected accelerating voltage, and the electron image transmitted through the sample has, for example, a specified magnification. The lens intensities that are optimally projected on the screen of one TV camera 28 are stored in advance.
[0035]
A keyboard 46, a mouse 47, a control panel 48, and a display 49 are connected to the computer 44, and commands and instructions for the computer 44 and various conditions can be set by the keyboard 46 and the mouse 47. . On the screen of the display 49, an image display area 50, a GUI (graphic user interface) 51 for controlling the apparatus, and a pointer 52 that moves on the screen with a mouse 47 and a keyboard 46 are displayed. Naturally, the computer 44 includes software 53 for controlling various components of the electron microscope in accordance with designated modes and conditions. The operation of such a configuration will now be described.
[0036]
The scanning transmission electron microscope shown in FIG. 1 can observe a transmission electron microscope image, observe a scanning electron microscope image, and observe a transmission scanning electron microscope image. When observing a transmission electron microscope image, the pointer 52 is positioned in, for example, a region where a TEM is displayed in the GUI 51 displayed on the display 49 using the keyboard 46 and the mouse 47, and the mouse 47 is clicked. For example, the TEM mode is selected.
[0037]
When the TEM mode is selected, the computer 44 controls the detector drive power supply 39, causes the drive mechanism 32 to retract the secondary electron detector 27 far from the optical axis, and drives the dark field image detector 29 by the drive mechanism 34. The bright-field image detector 30 is retracted from the optical axis by the drive mechanism 35. Then, one of the first TV camera 28 and the second TV camera 31 is arranged on the optical axis by the driving mechanisms 33a and 33b, and the other is retracted from the optical axis.
[0038]
The first TV camera 28 is mainly used when observing an image having a relatively low magnification for wide-field observation, and is arranged at a position close to the projection lens 19. The second TV camera 31 is a high-resolution TV camera, and is used when observing an image at a relatively high magnification. Which of the two types of TV cameras to use can be selected by the GUI 51 on the display 49 of the computer 44.
[0039]
For example, when observing a wide-field electron microscope image, the first TV camera 28 is arranged on the optical axis, and the second TV camera 31 is retracted from the optical axis. In this state, the computer 44 controls the excitation currents of the condenser lenses 4 and 5 and the objective lens 10 so that the sample 11 is irradiated with a probe having a relatively large diameter (1 nm). Further, the excitation current of the intermediate lenses 16 to 18 and the projection lens 19 is controlled so that an image formed by the electrons transmitted through the sample 11 is formed on the screen of the first TV camera 28.
[0040]
By controlling each lens in this way and irradiating the sample 11 with the electron beam from the electron gun 2, a transmission electron microscope image of a specific wide field of view of the sample is projected on the screen of the first TV camera 28. The image projected on the screen of the TV camera 28 is read as a video signal and sent to the computer 44 via the TV power supply 40 for acquiring a transmission electron microscope image. The video signal supplied to the computer 44 is supplied to a display 49, and a transmission electron microscope image having a wide area and a relatively low magnification is displayed on an image display area 50 of the screen of the display 49.
[0041]
When observing a transmission electron microscope image with a relatively high magnification and a high resolution, the first TV camera 28 is retracted from the optical axis by the driving mechanism 33a, and the second TV camera 31 is moved by the driving mechanism 33b. Are arranged on the optical axis. At that time, the lens intensities of the intermediate lenses 16 to 18 and the projection lens 19 are adjusted, and control is performed so that an electronic image is formed on the screen of the second TV camera 31 arranged below the column 1. You.
[0042]
The image projected on the screen of the TV camera 31 is read out as a video signal and sent to the computer 44 via the TV power supply 40 for acquiring a transmission electron microscope image. The video signal supplied to the computer 44 is supplied to a display 49, and a high-resolution high-resolution transmission electron microscope image is displayed on an image display area 50 on the screen of the display 49. The image obtained by using the first TV camera 28 is used for searching for the visual field of the sample, and the image obtained by using the second TV camera 31 is used for searching the sample obtained by the visual field search. A high-resolution image of the area is obtained.
[0043]
Next, an operation for observing a scanning electron microscope image and a transmission scanning electron microscope image will be described. When observing the scanning electron microscope image or the scanning transmission electron microscope image, the pointer 52 is moved to an area where the SEM or STEM is displayed in the GUI 51 displayed on the display 49 by using the keyboard 46 or the mouse 47. Position and click the mouse 47 to select the SEM or STEM mode.
[0044]
When the SEM mode is selected, the computer 44 controls the detector drive power supply 39, moves the secondary electron detector 27 to a position close to the optical axis by the drive mechanism 32, and outputs the dark field image detector 29, the bright field The image detector 30 is retracted from the optical axis. Then, the first TV camera 28 and the second TV camera 31 are also retracted from the optical axis.
[0045]
In this state, the computer 44 controls the exciting currents of the condenser lenses 4 and 5 and the objective lens 10 so that the probe having a relatively small diameter (about 0.2 nm) is irradiated on the sample 11. As described above, by controlling each lens to irradiate the sample 11 with the electron beam from the electron gun 2 and supplying a two-dimensional scanning signal of the electron beam to the condenser lens alignment coils 14 and 15, a predetermined area of the sample 11 can be obtained. The electron beam is scanned two-dimensionally.
[0046]
Secondary electrons generated from the surface of the sample 11 based on the two-dimensional scanning of the electron beam on the sample are guided to the secondary electron detector 27 and detected. The detected secondary electron signal is supplied to the computer 44 via the amplifier 41 as a video signal. The video signal supplied to the computer 44 is supplied to the display 49, and as a result, the image display area 50 displays a scanning electron microscope image.
[0047]
Next, when the STEM mode is selected, the computer 44 controls the detector drive power supply 39, moves the secondary electron detector 27 away from the optical axis by the drive mechanism 32, and drives the drive mechanisms 33a and 33b. , One of the dark-field image detector 29 and the bright-field image detector 30 is arranged on the optical axis, and the other is retracted from the optical axis. Then, the first TV camera 28 and the second TV camera 31 are also retracted from the optical axis.
[0048]
In this state, the computer 44 controls the exciting currents of the condenser lenses 4 and 5 and the objective lens 10 so that the probe having a relatively small diameter (about 0.2 nm) is irradiated on the sample 11. As described above, by controlling each lens to irradiate the sample 11 with the electron beam from the electron gun 2 and supplying a two-dimensional scanning signal of the electron beam to the condenser lens alignment coils 14 and 15, a predetermined area of the sample 11 can be obtained. The electron beam is scanned two-dimensionally.
[0049]
Electrons transmitted through the sample 11 based on the two-dimensional scanning of the electron beam on the sample are detected by either the dark-field image detector 29 or the bright-field image detector 30 arranged on the optical axis. The detected transmitted electron signal is supplied to the computer 44 via the amplifier 41 as a video signal. The video signal supplied to the computer 44 is supplied to a display 49, and as a result, a bright field or dark field scanning transmission electron microscope image is displayed in the image display area 50.
[0050]
FIG. 2 shows each lens intensity and optical path in the TEM mode, the SEM mode and the STEM mode for reference. In FIG. 2, a solid line indicates the lens intensity and the optical path in the TEM mode, and a dotted line indicates the lens intensity and the optical path in the SEM and STEM modes. In the figure, CL is a condenser lens, and the two-stage condenser lens of the apparatus of FIG. OLpre indicates a forward magnetic field of the sample by the objective lens 10, and OLpost indicates a rear magnetic field of the sample by the objective lens 10.
[0051]
Further, IL1 is an intermediate lens, which indicates a two-stage intermediate lens of the apparatus shown in FIG. 1 in one stage. IL2 + PL indicates a combined lens of the third-stage intermediate lens and projection lens in FIG. As is clear from this figure, in the SEM / STEM mode, the lens strength of the objective lens 10 is increased and the lens strength of the intermediate lens system is weaker than in the TEM mode.
[0052]
As described above, the apparatus of FIG. 1 enables observation of a transmission electron microscope image, a scanning electron microscope image, and a scanning transmission electron microscope image. In the present invention, a button for entering the shower mode is arranged on the GUI 51 of the display 49. When the pointer 52 is positioned in the button area of the shower mode and clicked with the mouse 47, the excitation intensity of each lens is set to a value stored in advance and the aperture diameter of the aperture is changed in conjunction with this. .
[0053]
FIG. 3 shows details of the computer 44, the display 49, the memory 45, and the mouse 47. In the display area of the GUI 51 of the display 49, a shower mode setting button S is provided together with display buttons C1, C2,..., Cn for setting various conditions. For example, C1 is a condition setting button for selecting the STM mode, the STEM mode, and the TEM mode.
[0054]
The memory 45 connected to the computer 44 is divided into several storage areas. In the M1 area, parameter values to be set in the shower mode, such as the condenser lens 4 (CL1), are stored. The value of the condenser lens 5 (CL2), the numeral indicating the number of the specific hole diameter (the size of the aperture) of the condenser lens aperture 6 (CLAp), the condenser lens alignment coil 13 (CLA1) and the condenser lens alignment coil 14 (CLA2) It is configured to store a value and a mode for performing a beam shower (SEM mode in the case of FIG. 3).
[0055]
In another storage area M2 in the memory 45, values of parameters immediately before shifting to the shower mode, for example, values of the condenser lens 4 (CL1) and the condenser lens 5 (CL2), a condenser lens aperture 6 (CLAp) , A number indicating the number of a specific hole diameter (aperture size), values of the condenser lens alignment coil 13 (CLA1) and the condenser lens alignment coil 14 (CLA2), and a mode in which a beam shower is performed (TEM mode in the case of FIG. 3) Is stored.
[0056]
By the way, when observing the transmission electron microscope image, the pointer 52 is moved on the screen of the display 49 using a mouse, and among the condition setting buttons C1 to Cn of the GUI 51, conditions necessary for performing a desired observation. The pointer 52 is positioned on the setting button related to the mouse and the mouse 47 is clicked.
[0057]
For example, conditions necessary for observation include selection of an observation mode, a magnification value, an acceleration voltage of an electron beam, a current density of an electron beam, and the like. When the pointer 52 is sequentially moved on these condition setting buttons and the mouse 47 is clicked, the control software 53 displays a setting screen of the clicked condition on the display 49. Although this condition setting screen is not particularly shown, the selection of a mode and the input of values such as the magnification are performed using the mouse 47 and the keyboard 46 on this screen. In this way, a desired observation mode and various conditions for the observation are selected and input. The data is stored in the memory 45 under the control of the control software 53.
[0058]
For example, after selecting the TEM mode and setting various conditions, if an instruction to execute observation is given using, for example, the keyboard 46, the control software 53 will operate via the interface 43 based on the stored conditions. Since each power supply is controlled, the lens strength and the like are set to desired values, and the aperture diameter of the aperture and the detector are selected. As a result, a transmission electron microscope image at a desired magnification is displayed in the image display area of the display 49.
[0059]
Here, in order to prevent contamination of the surface of the sample 11 by irradiating a strong electron beam to an area wider than the observation screen area of the sample 11 to combine atoms and molecules that cause the contamination by polymerization to reduce sample contamination. Then, the pointer 52 is moved to the position of the beam shower button S by the mouse 47, and the mouse is clicked. With this operation, the transmission electron microscope enters the beam shower mode. In order to set the beam shower mode, a beam shower button S is provided on the GUI 51, and this button is clicked with a mouse. However, the beam shower mode is set by a dedicated button provided on the control panel 48. May be.
[0060]
When the beam shower mode is selected in this way, the screen of the display 49 displays a beam shower condition setting and start screen as shown in FIG. The conditions set on this screen include selection of the mode of the beam shower between the TEM mode and the SEM mode (Mode Select), setting of an area (magnification) for irradiating the electron beam by the beam shower (Irradiation Area), Selection of the hole diameter of the condenser lens aperture, furthermore, spot size (Spot Size), beam shower time (Beam Shower Time), dose rate of electron beam (A / cm) ² ), Total dose of electron beam (C / cm ² ).
[0061]
These set values are stored in the area M1 in the memory 45. In the storage area M1 in the memory 45 in FIG. 3, although the values such as the number of the hole diameter of the condenser lens aperture are directly stored, The excitation intensity of the condenser lenses CL1, CL2, etc. is calculated so that the set spot size of the electron beam, the dose amount of the electron beam, and the like are not stored, but the size and the dose amount. Is remembered.
[0062]
When the start button is clicked after the setting of each of the above conditions is completed, data such as the currently set magnification, mode, condenser lens strength, and condenser lens aperture diameter are stored in the area M2 in the memory 45. It is memorized. At the same time, data of various set values and conditions of the beam shower mode stored in the memory area M2 are read, and the data is supplied to the power supply of each lens via the interface 43.
[0063]
As a result, the electron optical system is set to the beam shower mode, a predetermined region of the sample 11 is irradiated with a strong electron beam, and the diffusion of atoms and molecules on the surface of the sample irradiated with the electron beam is suppressed by polymerization. Will be. At this time, in the example of FIG. 3, the observation mode is the TEM mode, and in the beam shower mode, the observation mode is the SEM mode. Therefore, a predetermined area of the sample 11 is irradiated with a narrow and strong electron beam, and the condenser lens alignment coils 14 and 15 receive a scanning signal for scanning the set area of the sample 11 with the electron beam. Supplied.
[0064]
When the apparatus is set to the beam shower mode and the irradiation of the sample 11 with the beam is started, the time until the beam shower ends as shown in FIG. A window will appear. When the Stop button is clicked on the screen in FIG. 5, the beam shower can be interrupted halfway.
[0065]
The beam shower time is measured by a timer provided in the computer 44, and when the set beam shower time is reached, data stored in advance in the storage area M2 is read, and the observation mode, magnification, alignment, The microscope is immediately returned to the condition immediately before entering the beam shower mode based on data such as the size of the hole diameter of the condenser lens aperture. Therefore, observation of an image can be performed in a state where sample contamination is significantly reduced.
[0066]
Here, it is shown that the diameter of the electron beam (corresponding to the amount of the electron beam) applied to the sample 11 can be changed by changing the excitation intensity of the condenser lenses CL1 (4) and CL2 (5). This will be described with reference to the drawings. 6, a first condenser lens CL1 (4) and a second condenser lens CL2 (5), a forward magnetic field OLpre of the sample 11 by the objective lens 10, and a rear magnetic field OLpost of the sample 11 by the objective lens 10 are shown. Have been. Reference numeral 6 denotes a condenser lens aperture.
[0067]
The amount of the electron beam applied to the sample 11 is limited by the size of the angle α shown in the figure, and the amount is proportional to the square of α. If the excitation intensity of the first condenser lens CL1 is increased and the excitation of the second condenser lens CL2 is decreased as shown in FIGS. 6A and 6B, the angle α decreases as a result, The amount of the electron beam irradiated on the surface of the sample 11 is reduced.
[0068]
Further, as shown in FIG. 6C, when the hole diameter of the condenser lens aperture 6 is increased, the amount of the electron beam applied to the sample 11 is increased. As described above, the irradiation current suitable for the beam shower mode can be set by changing the setting values of the aperture (aperture) of the irradiation diameter of the electron beam and the condenser lens.
[0069]
Further, for the set amount of electron beam, the amount of current applied to the surface of the sample 11 depends on the brightness of the electron beam source, the focal length for CL1 / CL2 excitation, and the size of the aperture, which are measured in advance. Can be calculated. The irradiation current density per unit area can be calculated from the calculated current amount.
[0070]
Further, the total irradiation current amount per unit area of the electron beam irradiated in this mode can be calculated from the set irradiation time of the electron beam. By displaying such values on the display 49, for example, the operator can quantitatively grasp the appropriate beam shower conditions.
[0071]
Although the embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to this embodiment, and various modifications can be made. For example, the observation of the image is performed in the TEM mode, and in the beam shower mode, the contamination of the sample is prevented as the SEM mode. However, the beam shower mode can be performed in the TEM mode. If the operator is unsure of the setting of the beam shower condition, a button for setting a default value is provided on the GUI 51 so that the electron beam irradiation system can be set to the standard beam shower condition, and this button is clicked. Accordingly, if the electron beam irradiation system can be set to standard conditions, even a beginner can easily perform the contamination prevention treatment of the sample by the beam shower method.
[0072]
Also, regarding the irradiation area of the electron beam at the time of the beam shower, when performing the beam shower at the magnification currently being observed, check the automatic magnification button, that is, if the magnification is not changed by switching the mode, The operator can automatically perform the beam shower without getting lost in the electron beam irradiation area. In the case of data stored in the memory area M2 in FIG. 3, the magnification is automatically kept constant. On the other hand, if the configuration is such that the magnification can be set manually in the beam shower mode, the operator can execute the beam shower in an arbitrary area.
[0073]
【The invention's effect】
The electron microscope according to the first aspect of the present invention has a mode switching unit for setting a beam shower mode in which the amount of the electron beam irradiated on the sample is larger than that in a normal observation. When the shower mode is selected, the excitation intensity of the condenser lens, which is the lens for irradiating the sample with the electron beam, and the hole diameter of the condenser lens aperture can be automatically set to previously stored values. Even if the operator is unfamiliar with the operation of the electron microscope, it is possible to easily set the mode of the electron microscope to the beam shower mode and prevent contamination of the sample. As a result, anyone can observe a transmission electron microscope image or a scanning electron microscope image and analyze the sample with the influence of contamination of the sample significantly reduced.
[0074]
According to the invention based on claim 2, since the electron beam irradiation on the sample in the beam shower mode can be selected to be performed in the TEM mode or the SEM mode, the operability of the apparatus can be improved. it can.
[0075]
In the invention according to claim 3, when the electron beam irradiation system is set to the beam shower mode, the conditions of the immediately preceding electron beam irradiation system are stored, and when the beam shower mode ends, the stored conditions are applied to the stored conditions. Since the system is configured to be set automatically, it is not necessary to reset the parameters of the apparatus to the previous observation conditions again after the end of the beam shower mode.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows a scanning transmission electron microscope as an example of an electron microscope for performing a method according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing lens intensities and optical paths in a SEM mode and a TEM mode.
FIG. 3 is a diagram for explaining operations of a computer, a memory, and a display.
FIG. 4 is a diagram showing an example of a beam shower condition setting and start screen displayed on a display.
FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a display screen during a beam shower.
FIG. 6 is a ray diagram for explaining that the diameter of an electron beam irradiated on a sample can be changed by changing the excitation intensity of a condenser lens.
[Explanation of symbols]
1 column
2 electron gun
3 Accelerator tube
6, 20, 21 aperture
7, 8 Electron gun alignment coil
10 Objective lens
11 samples
13,23 Astigmatism correction lens
14, 15 Condenser lens alignment coil
16, 17, 18 Intermediate lens
19 Projection lens
24, 25 Image shift coil
26 Projection lens alignment coil
27, 29, 30 detector
28, 31 TV camera
32a, 32b TV camera drive mechanism
33, 34, 35 Detector drive mechanism
36 Lens power supply
37 High voltage power supply
38 Power supply for alignment coil
39 Detector drive power supply
40 TV power supply for TEM image
41 Signal amplifier for scanning image
42 Aperture drive power supply
43 Interface
44 Computer
45 memory
46 keyboard
47 mouse
48 Control Panel
49 Display
50 image display area
51 GUI
52 pointer

Claims

When an electron microscope irradiates a sample with a primary electron beam and displays an image of the sample based on electrons transmitted through the sample or electrons generated from the surface of the sample, etc., the amount of electron beam irradiated on the sample is usually observed. A mode switching unit for setting a beam shower mode to be increased is provided. When the beam shower mode is selected by the mode switching unit, excitation of a condenser lens which is a lens for irradiating the sample with the electron beam is performed. An electron microscope configured such that the intensity and the hole diameter of the condenser lens aperture can be automatically set to values stored in advance.

2. The electron microscope according to claim 1, wherein the electron beam is irradiated on the sample in the beam shower mode in a TEM mode or a SEM mode.

When the electron beam irradiation system is set to the beam shower mode, the conditions of the immediately preceding electron beam irradiation system are stored, and when the beam shower mode ends, the irradiation system is automatically set to the stored conditions. The electron microscope according to claim 1 or 2, wherein:

3. The electron microscope according to claim 1, wherein a beam shower time can be set.