JP2005005056A - 走査電子顕微鏡 - Google Patents

Abstract

【課題】生物試料のカソードルミネッセンス像観察において褪色現象を無くし、２次電子像との同時観察を可能とする。
【解決手段】対物レンズ４の下面に配置されたカソードルミネッセンス検出用集光ミラー１０を、低真空雰囲気２次電子増幅用電極と兼用する。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、低真空雰囲気下で生物、特に染色体試料や含水試料のカソードルミネッセンス像と２次電子像を観察できる走査電子顕微鏡に関する。
【０００２】
【従来の技術】
低真空雰囲気型走査電子顕微鏡（以下、低真空雰囲気型ＳＥＭという）は、試料室と電子銃室を差動排気方式とし、観察試料を挿入する試料室と電子銃室を別々に排気する専用の排気装置を有し、試料室を低真空化可能な構造としており、電子銃部を高真空状態、試料室内を低真空雰囲気状態として試料の像を観察できる。高真空下での２次電子検出器は試料より発生した２次電子を検出器に取入れるため約１０ｋＶ程度の後段印加電圧を検出器に印加しているが、試料室が低真空雰囲気（１０〜１，０００Ｐａ）である場合は、２次電子検出器の後段印加電圧により試料室内で放電現象が発生してしまう。このため、低真空雰囲気ＳＥＭ用検出器として反射電子検出器が装備されてきたが、試料より発生した反射電子が残留気体分子により散乱を受けてしまうため反射電子検出器では１０〜３００Ｐａ程度の領域でしか鮮明な画像が得ることができない。
【０００３】
しかし、最近、低真空雰囲気の試料室内残留気体分子を利用して２次電子を増幅させ、吸収電流として取り込み、画像を形成する検出器の利用が進んでいる。この原理については、”Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｉｍａｇｉｎｇ Ｉｎ ｔｈｅ Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ”， Ｓｃａｎｎｉｎｇ ２０， ４３６−４４１ （１９９８）に記載されている。この手法を用いることにより３００〜１，０００Ｐａ程度の領域で鮮明な画像が得られる。この検出器の具体例としては、試料より発生した２次電子を捕集するために、対物レンズ周辺に＋数１００Ｖの電圧を印加する電極を設置する。試料より発生した２次電子は電極方向に加速され、残留気体分子と衝突する。２次電子と衝突した残留気体分子はイオン化し、イオン化した２次電子情報を持った（＋）イオンは、電極により試料方向にドリフトし、吸収電流として検出される。検出された（＋）イオンは２次電子の情報を持っていることから、この吸収電流から得られた画像は２次電子像と等価な画像となる。
【０００４】
また、カソードルミネッセンス像は、試料より発生した微弱な光を集光ミラーにより集光した後、オプティカルファイバーなどによって検出器に伝達することにより得られる。一般に集光ミラーは、透過カソードルミネッセンス検出器の場合を除き、試料上方（対物レンズ下）に設置される。従って、カソードルミネッセンス像を観察する場合は、２次電子増幅用の電極と、試料の間に集光ミラーが位置することになる。このため、２次電子増幅用の電極による電界が試料上では弱くなり十分に２次電子が増幅できなくなる。この結果、低真空雰囲気下では鮮明な２次電子像が観察出来なくなる。このため、２次電子像観察時は電界を弱めないように集光ミラーを試料上より移動させて観察していた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術では、カソードルミネッセンスを検出するために集光ミラーにより低真空雰囲気下で２次電子を増幅させるための電界が弱められてしまうためカソードルミネッセンス像と２次電子像を同時に検出できない。このため下記の問題が発生する。
【０００６】
カソードルミネッセンス像は試料中の発光の分布を表す像であり、その特性上、試料の形状を表す像ではない。従って、試料中の発光部位を正確に判断するためには、形状を正確に表す２次電子像および、２次電子像と同一視野のカソードルミネッセンス像の併用が不可欠であり、１視野につきカソードルミネッセンス像と２次電子像の２つの像が必要である。しかし、従来技術では、カソードルミネッセンス像と２次電子像を同時に検出できないため、２つの画像取得のために電子線を試料上で少なくとも２回以上走査しなければならない。また、各々の画像取得の際には必ず集光ミラーの移動操作が伴うことになる。
【０００７】
このため、電子線照射によるダメージに弱い試料の場合には、画像取得が困難となる問題がある。特に、生体試料等、極端に電子線照射によるダメージに弱い試料の場合には、１回の電子線走査でカソードルミネッセンスが発生しなくなる、あるいは形状が変化する場合があり、従来技術では像を得ることができないという問題がある。
【０００８】
また、上記カソードルミネッセンス像と２次電子像は正確に同一視野であることが望ましい。同一視野の像を得るためには、電子線の照射位置ドリフト、試料の位置ドリフトの影響をできるだけ抑える必要があり、高倍率の像になるほどこれらの影響を抑えることが重要となる。しかし、従来技術では１つの視野につき必ず複数回の電子線走査が必要であるため、電子線の位置ドリフトがあると電子線の走査ごとに視野が変ってしまうことになる。
【０００９】
また、集光ミラーの有無で電子線照射位置はわずかにずれるため、集光ミラーの移動操作を伴う従来技術では正確に同一視野の画像を得ることはできない。また、チャージアップし易い試料を観察する場合は、チャージアップにより電子線照射位置ずれが発生するため、複数回の電子線走査が必要である従来技術では画面像間で視野ずれが発生し易くなる。試料台への固定が困難で、両面粘着テープなどの不安定な固定方法を採らざるを得ない試料の場合、試料自体の位置が時間経過とともにずれる場合があり、この場合も従来技術では画面像間で視野ずれが発生し易くなる。さらに、従来技術は複数回の電子線走査が必要であるため、画像取得に時間がかかること、必ず集光ミラーの移動操作が伴うことも使い勝手の点から問題がある。
【００１０】
本発明の目的は、上記した従来技術の欠点を無くし、低真空雰囲気下においてカソードルミネッセンス検出用の集光ミラーを引出すこと無くカソードルミネッセンス像と２次電子像観察を同時に観察できる装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明では、カソードルミネッセンス検出用の集光ミラーを２次電子像観察用（２次電子増幅用）の電極と兼用することによって上記目的を達成する。
すなわち、本発明の走査電子顕微鏡は、電子銃と、電子銃から発生された電子線を試料上に走査するための偏向コイルと、低真空雰囲気下で電子線の照射により試料から発生した２次電子を増幅するための電極と、電子線の照射により試料から発生したカソードルミネッセンスを集光するための集光ミラーを備え、２次電子を増幅するための電極が集光ミラーを兼ねることを特徴とする。
【００１２】
カソードルミネッセンスに基づく信号と前記２次電子に基づく信号とは、同時にデジタル画像化し表示することができる。また、カソードルミネッセンスに基づいて形成した画像と、２次電子に基づいて形成した画像とをリアルタイムで重ね合わせて表示するのが好ましい。
【００１３】
試料の２次電子像は、吸収電流に基づいて形成してもよいし、２次電子を増幅するための電極に入射した２次電子の検出信号に基づいて形成してもよい。試料のカソードルミネッセンス像は、集光ミラーで集光したカソードルミネッセンスを分光器で分光した検出信号に基づいて形成することができる。
【００１４】
【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、本発明による低真空雰囲気型ＳＥＭの一例を示す概略図であり、カソードルミネッセンス検出用の集光ミラーを反射面を鏡面とした金属製のミラーとし、２次電子増幅用電極を兼用するようにしたものである。図２は、試料と集光ミラーの付近の拡大図である。
【００１５】
電子銃１から取り出された電子ビーム２は、収束レンズ３によって収束され、走査電源５に接続された偏向コイル６によって試料７上で走査される。電子線の照射によって試料７からは、２次電子、反射電子、特性Ｘ線、光などの信号が発生する。通常、高真空ＳＥＭでは観察時には２次電子を２次電子検出器８で検出するが、低真空雰囲気型ＳＥＭは試料室圧力を１０Ｐａ〜１，０００Ｐａ程度と低真空にするために２次電子検出器に用いる後段加速電圧の高電圧が印加できない。このため、検出する信号は残留気体分子を利用した２次電子または、反射電子となる。試料から発生した２次電子９は、電極電源１８から＋数１００Ｖの電圧が印加されている光検出用の集光ミラー１０側に加速される。加速された２次電子９は低真空雰囲気中の残留気体分子１１と衝突し、（＋）イオン１２が発生する。発生した（＋）イオン１２は反射ミラー（電極）１０に印加された＋数１００Ｖの電圧により電極とは反対側の試料７方向に加速される。また、２次電子９はさらに電極により電極方向に加速され、残留気体分子１１との衝突を繰り返し、階層的に（＋）イオン１２が発生し、発生した（＋）イオン１２は試料７の方向に加速される。試料７の方向に加速された（＋）イオン１２は、最終的に試料７に吸収されて試料電流として検出される。検出された２次電子信号（吸収電流）は吸収電流用電流−電圧変換回路２６で電圧に変換され吸収電流信号増幅器１３で増幅され、増幅された信号は映像信号選択回路１４を通してＣＲＴ１５の輝度変調端子に入力され、２次電子信号（吸収電流）による走査像が観察できるようになっている。
【００１６】
また、反射ミラー１０に収集された２次電子は２次電子用電流−電圧変換回路２８で電圧に変換され２次電子信号増幅器２７で増幅され、増幅された信号は映像信号選択回路１４を通してＣＲＴ１５の輝度変調端子に入力され、２次電子信号による走査像が観察できるようになっている。つまり、試料の２次電子信号に基づく走査像としては、吸収電流による走査像又は反射ミラー（電極）１０に入射した２次電子による走査像を映像信号選択回路１４で選択してＣＲＴ１５に表示できるようになっている。
【００１７】
また、電子線の照射によって試料７からは光が発生する。この光は対物レンズ４と試料７の間に位置する２次電子増幅用の電極を兼用した集光ミラー１０で集光され、集光ミラー１０下方に設置したオプティカルファイバー１６を介して分光計１７に送られる。分光計１７からのアナログ信号はアナログ／デジタル変換器２０より画像メモリ２１を介して画像演算手段２２に入力され、表示用メモリ２３を介してＣＲＴ１９にカソードルミネッセンス像が表示される。また、映像信号選択回路１４によって選択された低真空雰囲気型ＳＥＭの２次電子像、反射電子像等の画像信号は、アナログ／デジタル変換器２４より画像メモリ２５を介して画像演算手段２２に入力され、表示用メモリ２３を介してＣＲＴ１９に表示される。画像演算手段２２によりカソードルミネッセンス像と２次電子像をリアルタイムで重ね合わせ、ＣＲＴ１９に表示することができる。
【００１８】
図３は、本発明の低真空雰囲気型ＳＥＭによる観察像の例を示す図である。図３（ａ）は試料の２次電子像の例、図３（ｂ）はカソードルミネッセンス像の例、図３（ｃ）は２次電子像とカソードルミネッセンス像の重ね合わせ像の例である。２次電子像は試料の形状情報を有するが、カソードルミネッセンスの情報を含まない。また、カソードルミネッセンス像には試料における発光の分布が表れているが、試料の形状についての情報が欠けている。そして、図３（ｃ）に示すように試料の２次電子像とカソードルミネッセンス像を重ね合わせて表示することにより、試料の形状とカソードルミネッセンスの分布を同時に観察することができ、試料中のどの部位が発光しているかを正確に知ることができる。このように、本発明の低真空雰囲気ＳＥＭは、生物、特に染色体試料や含水試料のカソードルミネッセンス像と２次電子像を一度に取得し、２つの像を重ね合わせて表示することができる。
【００１９】
【発明の効果】
本発明によれば、検出したカソードルミネッセンスに基づいて形成した像と、２次電子に基づいて形成した像を同時にデジタル画像化し、重ね合わせて表示することができる。さらに、集光ミラーの抜差しすることなくカソードルミネッセンス像と２次電子像を取得できるので、操作性を向上し、観察試料が褪色することなく同じ視野を取得することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による低真空雰囲気型ＳＥＭの一例を示す概略図。
【図２】試料と集光ミラーの付近の拡大図。
【図３】本発明の低真空雰囲気型ＳＥＭによる観察像の例を示す図。
【符号の説明】
１…電子銃、２…電子ビーム、３…収束レンズ、４…対物レンズ、５…走査電源、６…偏向コイル、７…試料、８…２次電子検出器、９…２次電子、１０…集光ミラー、１１…残留気体分子、１２…（＋）イオン、１３…吸収電流用信号増幅器、１４…映像信号選択回路、１５…ＣＲＴ、１６…オプティカルファイバー、１７…分光器、１８…電極電源、１９…ＣＲＴ、２０…アナログ／デジタル変換器、２１…画像メモリ、２２…画像演算手段、２３…表示用メモリ、２４…アナログ／デジタル変換器、２５…画像メモリ、２６…吸収電流用電流−電圧変換回路、２７…２次電子用信号増幅器、２８…２次電子用電流−電圧変換回路

Claims (3)

1. 電子銃と、前記電子銃から発生された電子線を試料上に走査するための偏向コイルと、低真空雰囲気下で前記電子線の照射により試料から発生した２次電子を増幅するための電極と、前記電子線の照射により試料から発生したカソードルミネッセンスを集光するための集光ミラーとを備える走査電子顕微鏡において、
   前記２次電子を増幅するための電極が前記集光ミラーを兼ねていることを特徴とする走査電子顕微鏡。
2. 請求項１記載の走査電子顕微鏡において、前記カソードルミネッセンスに基づく信号と前記２次電子に基づく信号とを同時にデジタル画像化し表示することを特徴とする走査電子顕微鏡。
3. 請求項１記載の走査電子顕微鏡において、画像表示装置を備え、前記画像表示装置に、前記カソードルミネッセンスに基づいて形成した画像と、前記２次電子に基づいて形成した画像とをリアルタイムで重ね合わせて表示することを特徴とする走査電子顕微鏡。

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