JP2017162557A - 電子顕微鏡 - Google Patents

Abstract

【課題】試料の形態観察と同時に物性値を計測することができる電子顕微鏡を提供する。【解決手段】電子顕微鏡１００は、試料Ｓに電子線を照射して、試料の観察を行う電子顕微鏡であって、レーザー光Ｌを発生させるレーザー光源２２と、レーザー光Ｌが試料Ｓに照射されることにより試料Ｓから発生する光を検出する光検出部３６と、を含む。【選択図】図２

Description

本発明は、電子顕微鏡に関する。

試料に電子線を照射して試料を観察しながら電子線以外の粒子線などを試料に照射するシステムが知られている。これまでに、電子線以外の粒子線としてイオンビームを用いたシステムが実用化されており、多くの研究成果が報告されている。このようなシステムは、例えば、原子炉の障壁や溶接部等のシミュレーション実験に用いられている。このようなシステムで得られた実験結果は、稼働中の原子力発電装置に使用されている材料の基礎データとなり、材料設計に役立てられている。

試料に電子線を照射して試料を観察しながらイオンビームを試料に照射するシステムとして、例えば、特許文献１には、対物レンズポールピースの上極にイオンビーム導入用の貫通孔を備えた透過電子顕微鏡が開示されている。

特開平１１−１３５０５５号公報

上述した特許文献１の電子顕微鏡では、イオンビームの照射によって生じる試料の挙動を形態観察することが可能となったが、材料に関する新たな知見を得るために、形態観察と同時に材料の物性値を計測することが可能な電子顕微鏡が望まれている。

本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、本発明のいくつかの態様に係る目的の１つは、試料の形態観察と同時に物性値を計測することができる電子顕微鏡を提供することにある。

（１）本発明に係る電子顕微鏡は、
試料に電子線を照射して、試料の観察を行う電子顕微鏡であって、
レーザー光を発生させるレーザー光源と、
前記レーザー光が前記試料に照射されることにより前記試料から発生する光を検出する光検出部と、
を含む。

このような電子顕微鏡では、試料に電子線を照射して試料を観察しながら、レーザー光を試料に照射して試料から発生する光を検出することができる。したがって、このような電子顕微鏡によれば、レーザー光と試料とを相互作用させた状態において、電子顕微鏡像による形態観察と同時に、試料の物性値を計測することができる。

（２）本発明に係る電子顕微鏡において、
前記試料で反射された前記レーザー光を検出して、前記レーザー光の照射領域の画像を取得する撮像部を含んでいてもよい。

このような電子顕微鏡では、レーザー光の照射領域を画像で確認することができる。

（３）本発明に係る電子顕微鏡において、
前記試料から発生する光を、前記光検出部に送る光ファイバーを含んでいてもよい。

このような電子顕微鏡では、試料の近傍において試料から発生する光を取り込むことができる。

（４）本発明に係る電子顕微鏡において、
前記試料と、前記試料から発生する光を取り込む前記光ファイバーの先端部と、の間の距離が変化するように、前記光ファイバーを移動させる光ファイバー移動部を含んでいてもよい。

このような電子顕微鏡では、例えば、試料の発光量に応じて、試料と光ファイバーの先端部との間の距離を適切な距離に調整することができる。また、このような電子顕微鏡では、例えば、試料から発生した光の検出を行う場合には、光ファイバーの先端部を試料の近傍に配置し、試料から発生した光の検出を行わない場合には、光ファイバーの先端部を試料の近傍から退避させることができる。

（５）本発明に係る電子顕微鏡において、
前記光ファイバーの先端部に設けられたボールレンズを含んでいてもよい。

このような電子顕微鏡では、試料で発生した光を、光ファイバーに効率よく取り込むことができる。

（６）本発明に係る電子顕微鏡において、
前記試料を移動可能に保持する試料ステージと、
前記試料ステージの座標ごとの前記レーザー光の強度情報が記憶されている記憶部と、を含んでいてもよい。

このような電子顕微鏡では、試料ステージの各座標におけるレーザー光の強度を知ることができる。したがって、このような電子顕微鏡では、例えば、観察している領域のレーザー光の強度の情報を得ることができる。

（７）本発明に係る電子顕微鏡において、
前記記憶部に記憶されている前記レーザー光の強度情報に基づいて、前記レーザー光の強度分布図を表示部に表示させる制御を行う表示制御部を含んでいてもよい。

このような電子顕微鏡では、レーザー光の強度分布を容易に把握することができる。

（８）本発明に係る電子顕微鏡において、
前記レーザー光の強度分布図上の位置を指定するための操作部を含み、
前記表示制御部は、前記操作部を介して指定された前記レーザー光の強度分布図上の位置に対応する前記試料ステージの座標を前記表示部に表示させる制御を行ってもよい。

このような電子顕微鏡では、例えば、表示部に表示されたレーザー光の強度分布図からレーザー光が所望の強度で照射されている領域を指定して、当該領域に対応する試料ステージの座標を表示部に表示させることができる。これにより、試料の所望の領域に、所望の強度のレーザー光を照射することができる。

（９）本発明に係る電子顕微鏡は、
試料に電子線を照射して、試料の観察を行う電子顕微鏡であって、
レーザー光を発生させるレーザー光源と、
前記試料で反射された光を検出して、前記レーザー光の照射領域の画像を取得する撮像部と、
を含む。

このような電子顕微鏡では、レーザー光の照射領域の画像を取得する撮像部を含むため、レーザー光の照射領域を画像で確認することができる。

第１実施形態に係る電子顕微鏡を模式的に示す図。 第１実施形態に係る電子顕微鏡を模式的に示す図。 光ファイバーの先端部の移動の様子を模式的に示す図。 光ファイバーの先端部の移動の様子を模式的に示す図。 チャンバーを電子顕微鏡の光学系の光軸に沿って見た模式図。 第２実施形態に係る電子顕微鏡を模式的に示す図。 第２実施形態に係る電子顕微鏡を模式的に示す図。 チャンバーを電子顕微鏡の光学系の光軸に沿って見た模式図。 第３実施形態に係る電子顕微鏡を模式的に示す図。 チャンバーを電子顕微鏡の光学系の光軸に沿って見た模式図。 第３実施形態に係る電子顕微鏡の変形例を模式的に示す図。 第４実施形態に係る電子顕微鏡を模式的に示す図。 レーザー光の強度分布図の一例を模式的に示す図。 レーザー光の強度分布図上のラインＡにおける強度を示すグラフ。 指定されたレーザー光の強度分布図上の位置に対応する試料ステージの座標が表示部に表示された状態を模式的に示す図。

以下、本発明の好適な実施形態について図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また、以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。

１． 第１実施形態
まず、第１実施形態に係る電子顕微鏡について図面を参照しながら説明する。図１および図２は、第１実施形態に係る電子顕微鏡１００を模式的に示す図である。なお、図１では、電子顕微鏡１００を構成する各部を簡略化して図示している。また、図２は、図１の領域ＩＩを図示している。また、図２では、試料ホルダー１３の図示を省略している。

電子顕微鏡１００は、試料Ｓに電子線を照射し、試料Ｓを透過した電子を検出して、試料Ｓの観察を行うことができる透過電子顕微鏡である。また、電子顕微鏡１００では、試料Ｓにレーザー光Ｌを照射して、レーザー光Ｌが試料Ｓに照射されることにより試料Ｓから発生する光を検出することができる。

電子顕微鏡１００は、図１に示すように、電子源１０と、照射レンズ系１１と、試料ステージ１２と、試料ホルダー１３と、対物レンズ１４と、中間レンズ１５と、投影レンズ１６と、像取得部１７と、レーザーユニット２０と、光検出ユニット３０と、を含む。

電子源１０は、電子を発生させる。電子源１０は、例えば、陰極から放出された電子を陽極で加速し電子線を放出する電子銃である。

照射レンズ系１１は、電子源１０で発生した電子線を集束して試料Ｓに照射する。試料室２において、試料Ｓに電子線が照射される。

試料ステージ１２は、試料Ｓを移動可能に保持する。試料ステージ１２は、試料ホルダー１３を介して、試料Ｓを保持している。試料ステージ１２は、試料ホルダー１３（試料Ｓ）を移動および静止させることができる。試料ステージ１２は、試料Ｓの位置決めを行うことができる。

試料Ｓを保持している試料ホルダー１３が試料ステージ１２の挿入部に挿入されることにより、試料Ｓが試料室２に収容される。図１では、試料ホルダー１３が試料室２に挿入されている状態を図示している。

試料室２は、試料Ｓが配置される空間である。試料室２において試料Ｓに電子が照射される。試料室２内は、真空排気装置（図示せず）により真空排気される。

対物レンズ１４は、試料を透過した電子で透過電子顕微鏡像（ＴＥＭ像）を結像するための初段のレンズである。

対物レンズ１４は、図２に示すように、コイル１４ａと、ヨーク１４ｂと、ポールピース１４ｃと、を含んで構成されている。対物レンズ１４は、コイル１４ａを励磁することによって発生した磁束を、ヨーク１４ｂを通じてポールピース１４ｃから空間に漏洩させる。ポールピース１４ｃの上極１４ｃ−１と下極１４ｃ−２との間には回転対称の強い磁場が発生し、電子線を集束させることができる。

試料Ｓは、図２に示すように、ポールピース１４ｃの上極１４ｃ−１と下極１４ｃ−２の間に配置される。そのため、対物レンズ１４を動作させると、試料Ｓには、強い磁場が印加される。試料Ｓは、試料ステージ１２（試料ホルダー１３）によってポールピース１４ｃの上極１４ｃ−１と下極１４ｃ−２の間に保持されている。

ポールピース１４ｃの上極１４ｃ−１には、レーザーユニット２０から射出されたレーザー光Ｌを通過させる貫通孔１４ｄ−１が設けられている。ポールピース１４ｃの上極１４ｃ−１には、さらに、光ファイバー３２が挿入される貫通孔１４ｄ−２が設けられている。

中間レンズ１５および投影レンズ１６は、対物レンズ１４によって結像された像をさらに拡大し、像取得部１７に結像させる。電子顕微鏡１００では、対物レンズ１４、中間レンズ１５、および投影レンズ１６によって、結像系が構成されている。

像取得部１７は、結像系によって結像された透過電子顕微鏡像（ＴＥＭ像）を取得する。像取得部１７は、例えば、ＣＣＤカメラやＣＭＯＳカメラ等のデジタルカメラを用いてＴＥＭ像を取得する。

レーザーユニット２０は、レーザー光Ｌを試料Ｓに照射する。レーザーユニット２０は、図２に示すように、レーザー光源２２と、レーザー光学系２４と、制御部２６と、を含んで構成されている。レーザーユニット２０は、チャンバー４に取り付けられている。

レーザー光源２２は、レーザー光Ｌを発生させる。レーザー光源２２は、例えば、固体レーザーや、ファイバーレーザー等である。レーザー光Ｌの波長は特に限定されず、赤外線や、可視光線、紫外線であってもよい。また、レーザー光源２２は、フェムト秒レーザー発振器であってもよい。これにより、試料Ｓにフェムト秒レーザーパルスを照射するこ
とができる。レーザー光源２２は、制御部２６によって制御される。

レーザー光学系２４は、レーザー光源２２から射出されたレーザー光Ｌを集束する。例えば、レーザー光学系２４によって、レーザー光源２２から射出された直径数ｍｍ程度のレーザー光Ｌを集束して、直径１ｍｍ以下のレーザー光Ｌとする。

レーザー光学系２４は、レーザー光Ｌの照射位置を調整するアライメント機構を有している。レーザー光学系２４のアライメント機構によってレーザー光Ｌのアライメントを行うことにより、直径１ｍｍ以下の微小なレーザー光Ｌを、貫通孔１４ｄ−１を通過させて試料Ｓに照射することができる。レーザー光学系２４のアライメント機構は、装置の外部からレーザー光Ｌのアライメントができるように構成されている。

光検出ユニット３０は、レーザーユニット２０から射出されたレーザー光Ｌが試料Ｓに照射されることにより試料Ｓから発生する光を検出する。そして、光検出ユニット３０は、検出された光からスペクトルを生成する。光検出ユニット３０は、チャンバー４に取り付けられている。

レーザー光Ｌが照射されることにより試料Ｓから発生する光は、例えば、レーザー光Ｌと試料Ｓとの相互作用により発生した光である。レーザー光Ｌと試料Ｓとの相互作用により発生した光を検出することにより、試料Ｓが持つ性質を表す物性値を計測することができる。

光検出ユニット３０は、光ファイバー３２と、光ファイバー移動部３４と、制御部３５と、光検出部３６と、を含んで構成されている。

光ファイバー３２は、レーザー光Ｌの照射により試料Ｓから発生した光を、光検出部３６に送る。光ファイバー３２の先端部は、試料Ｓの近傍に配置され、試料Ｓから発生した光を取り込む。光ファイバー３２は、例えばステンレス製の管の中に挿入されていてもよい。光ファイバー３２の先端部には、ボールレンズ３１が設けられている。ボールレンズ３１は、試料Ｓから発生した光を集光して光ファイバー３２に入射させる。

光ファイバー移動部３４は、試料Ｓと光ファイバー３２の先端部との間の距離が変化するように、光ファイバー３２を移動させる。光ファイバー移動部３４は、制御部３５によって制御される。

図３および図４は、光ファイバー３２の先端部の移動の様子を模式的に示す図である。

電子顕微鏡１００では、試料Ｓから発生した光の検出を行う場合には、光ファイバー移動部３４によって、図３に示すように光ファイバー３２の先端部を試料Ｓの近傍に配置することができる。

また、試料Ｓから発生した光の検出を行わない場合には、光ファイバー移動部３４によって、図４に示すように光ファイバー３２の先端部を試料Ｓの近傍から退避させることができる。図４に示す例では、光ファイバー移動部３４によって、光ファイバー３２の先端部を試料Ｓの近傍からポールピース１４ｃの上極１４ｃ−１に設けられた貫通孔１４ｄ−２内まで退避させている。

また、試料Ｓから発生した光の検出を行う場合には、光ファイバー移動部３４によって、試料Ｓと光ファイバー３２の先端部との間の距離を調整することができる。光検出部３６でレーザー光Ｌを検出してレーザー光Ｌの強度をモニターしつつ、光ファイバー移動部
３４で光ファイバー３２を移動させることで、光ファイバー３２の先端部を最適な位置に配置することができる。

光ファイバー移動部３４は、例えば、モーター等によって光ファイバー３２を移動させる。なお、光ファイバー移動部３４は、ユーザーが手動で光ファイバー３２を装置の外部から移動できるように構成されていてもよい。

光検出部３６は、レーザー光Ｌが照射されることにより試料Ｓから発生する光を検出する。光検出部３６は、図２に示すように、信号変換装置３６ａと、ＡＤ変換器３６ｂと、計測装置３６ｃと、を含んで構成されている。

信号変換装置３６ａには、光ファイバー３２が接続されている。信号変換装置３６ａは、光ファイバー３２から送られた光を電気信号（電圧信号）に変換する。

ＡＤ変換器３６ｂは、信号変換装置３６ａからの電気信号をデジタル化する。

計測装置３６ｃは、ＡＤ変換器３６ｂでデジタル化された信号を受け付けて、光強度を計測する処理や、スペクトルを生成する処理を行う。また、計測装置３６ｃは、計測された光強度の情報や、スペクトルを表示部（図示せず）に表示させる処理を行う。

なお、光検出ユニット３０（光検出部３６）は、レーザー光Ｌの照射により試料Ｓから発生する光の検出に加えて、電子線の照射により試料Ｓから発生する光の検出を行ってもよい。

図５は、チャンバー４を電子顕微鏡１００の光学系の光軸に沿って見た模式図である。なお、図５では、チャンバー４、レーザーユニット２０、および光検出ユニット３０以外の部材の図示を省略している。

図５に示すように、レーザーユニット２０および光検出ユニット３０は、電子顕微鏡１００の光学系の光軸を中心として対称な位置に配置されている。なお、電子顕微鏡１００の光学系の光軸上には、試料Ｓが配置される。

電子顕微鏡１００では、電子源１０で発生した電子線を照射レンズ系１１によって試料Ｓに照射し、対物レンズ１４、中間レンズ１５、投影レンズ１６によって試料Ｓを透過した電子で透過電子顕微鏡像（ＴＥＭ像）を結像する。ＴＥＭ像は、像取得部１７によって取得される。

また、電子顕微鏡１００では、レーザー光源２２で発生したレーザー光Ｌを試料Ｓに照射して、レーザー光Ｌが試料Ｓに照射されることにより試料Ｓから発生する光を、光検出部３６で検出する。これにより、試料Ｓから発生した光のスペクトルや強度を計測することができる。

電子顕微鏡１００では、ＴＥＭ像の取得、レーザー光Ｌの照射、およびレーザー光Ｌの照射により試料Ｓから発生する光の検出を同時に行うことができる。すなわち、電子顕微鏡１００では、試料Ｓに電子線を照射して試料Ｓを観察しながら、レーザー光Ｌを試料Ｓに照射して試料Ｓから発生する光を検出することができる。

なお、上述した実施形態では、光ファイバー３２をポールピース１４ｃに設けられた貫通孔１４ｄ−２を通して試料Ｓの近傍に配置したが、例えば光ファイバー３２を試料ホルダー１３の先端部に取り付けて、光ファイバー３２の先端部を試料Ｓの近傍に配置しても
よい。

電子顕微鏡１００は、例えば、以下の特徴を有する。

電子顕微鏡１００は、レーザー光Ｌを発生させるレーザー光源２２と、レーザー光Ｌが試料Ｓに照射されることにより試料Ｓから発生する光を検出する光検出部３６と、を含む。そのため、電子顕微鏡１００では、上述したように、試料Ｓに電子線を照射して試料Ｓを観察しながら、レーザー光Ｌを試料Ｓに照射して試料Ｓから発生する光を検出することができる。これにより、電子顕微鏡１００では、レーザー光Ｌと試料Ｓとを相互作用させた状態において、ＴＥＭ像による形態観察と同時に、試料Ｓの物性値を計測することができる。したがって、電子顕微鏡１００によれば、材料とレーザー光との相互作用に関する様々な知見を得ることができ、例えば原子炉材料や、航空宇宙関連の材料等に関する基礎データの取得が可能となる。

電子顕微鏡１００は、レーザー光Ｌの照射により試料Ｓから発生する光を、光検出部３６に送る光ファイバー３２を含む。そのため、試料Ｓの近傍において試料Ｓから発生する光を取り込むことができる。したがって、電子顕微鏡１００によれば、検出感度を高めることができる。

電子顕微鏡１００は、試料Ｓと、光ファイバー３２の先端部と、の間の距離が変化するように、光ファイバー３２を移動させる光ファイバー移動部３４を含む。そのため、電子顕微鏡１００では、例えば試料Ｓの発光量に応じて、試料Ｓと光ファイバー３２の先端部との間の距離を適切な距離に調整することができる。具体的には、試料Ｓの発光量が少ない場合には、光ファイバー３２の先端部と試料Ｓとの間の距離を小さくして光検出部３６で検出される信号強度を増加させることができる。また、試料Ｓの発光量が多い場合には、信号強度とともにバックグラウンドノイズが増加してしまうため、試料Ｓと光ファイバー３２の先端部との間の距離を大きくしてバックグラウンドノイズを低減しつつ適切な信号強度とすることができる。

また、電子顕微鏡１００は、光ファイバー移動部３４を含むため、試料Ｓから発生した光の検出を行う場合には、光ファイバー３２の先端部を試料Ｓの近傍に配置し、試料Ｓから発生した光の検出を行わない場合には、光ファイバー３２の先端部を試料Ｓの近傍から退避させることができる。これにより、電子線が光ファイバー３２に照射されることによって光ファイバー３２（およびボールレンズ３１）がチャージアップし、ＴＥＭ像に影響を与えることを防ぐことができる。また、試料Ｓに電子線が照射されることにより試料Ｓから発生するＸ線（特性Ｘ線等）による光ファイバー３２（およびボールレンズ３１）の劣化を低減できる。

電子顕微鏡１００は、光ファイバー３２の先端部に設けられたボールレンズ３１を含む。そのため、電子顕微鏡１００では、試料Ｓで発生した光を、光ファイバー３２に効率よく取り込むことができる。

２． 第２実施形態
次に、第２実施形態に係る電子顕微鏡について図面を参照しながら説明する。図６および図７は、第２実施形態に係る電子顕微鏡２００を模式的に示す図である。なお、図６では、電子顕微鏡２００を構成する各部を簡略化して図示している。また、図７は、図６の領域ＶＩＩを図示している。また、図７では、試料ホルダー１３の図示を省略している。

以下、第２実施形態に係る電子顕微鏡２００において、第１実施形態に係る電子顕微鏡１００の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説
明を省略する。

上述した電子顕微鏡１００は、図１および図２に示すように、光検出ユニット３０を含んで構成されていた。

これに対して、電子顕微鏡２００は、図６および図７に示すように、光検出ユニット３０を含まずに撮像ユニット４０を含む点で、電子顕微鏡１００と異なる。

撮像ユニット４０は、図７に示すように、撮像部４２と、画像表示部４４と、を含んで構成されている。

撮像部４２は、試料Ｓで反射されたレーザー光Ｌを検出して、レーザー光Ｌの照射領域の画像を取得する。これにより、レーザー光Ｌが試料Ｓのどの領域に照射されているのかをリアルタイムで確認することができる。撮像部４２は、例えば、ＣＣＤカメラやＣＭＯＳカメラ等のデジタルカメラである。

撮像部４２は、光軸４１がポールピース１４ｃの上極１４ｃ−１に設けられた貫通孔１４ｄ−２を通るように配置されている。すなわち、撮像部４２は、貫通孔１４ｄ−２を通して試料Ｓのレーザー光Ｌの照射領域を撮影することができる。

画像表示部４４は、撮像部４２で撮影された画像を取得して、表示部に表示させる処理を行う。

また、画像表示部４４は、撮像部４２で撮影された画像を加工する処理を行ってもよい。例えば、撮像部４２の取り付け位置によっては、電子顕微鏡２００の光学系の光軸に沿った方向から見たレーザー光Ｌの照射領域と、撮像部４２で撮影されたレーザー光Ｌの照射領域と、が異なる見え方をしてしまう場合がある。例えば電子顕微鏡２００の光学系の光軸に沿った方向から見た場合のレーザー光Ｌの照射領域が円であっても、撮像部４２で撮影されたレーザー光Ｌの照射領域は楕円状になってしまう場合がある。このような場合に、画像表示部４４は、表示部７２に表示される画像が、電子顕微鏡２００の光学系の光軸に沿った方向から見た状態となるように、撮像部４２で撮影された画像を補正してもよい。

図８は、チャンバー４を電子顕微鏡２００の光学系の光軸に沿って見た模式図である。なお、図８では、チャンバー４、レーザーユニット２０、および撮像ユニット４０以外の部材の図示を省略している。

図８に示すように、レーザーユニット２０および撮像ユニット４０は、電子顕微鏡２００の光学系の光軸を中心として、対称な位置に配置されている。

電子顕微鏡２００では、電子源１０で発生した電子線を照射レンズ系１１によって試料Ｓに照射し、対物レンズ１４、中間レンズ１５、投影レンズ１６によって試料Ｓを透過した電子で透過電子顕微鏡像（ＴＥＭ像）を結像する。ＴＥＭ像は、像取得部１７によって取得される。

また、電子顕微鏡２００では、レーザー光源２２で発生したレーザー光Ｌを試料Ｓに照射し、撮像ユニット４０によって試料Ｓで反射されたレーザー光Ｌを検出してレーザー光Ｌの照射領域の画像を取得することができる。これにより、レーザー光Ｌの照射領域を画像で確認することができる。

電子顕微鏡２００では、ＴＥＭ像の取得、レーザー光Ｌの照射、およびレーザー光Ｌの照射領域の画像の取得を同時に行うことができる。すなわち、電子顕微鏡２００では、試料Ｓに電子線を照射して試料Ｓを観察しながら、レーザー光Ｌの照射領域の観察を行うことができる。

電子顕微鏡２００は、例えば、以下の特徴を有する。

電子顕微鏡２００は、レーザー光Ｌを発生させるレーザー光源２２と、試料Ｓで反射されたレーザー光Ｌを検出して、レーザー光Ｌの照射領域の画像を取得する撮像部４２と、を含む。そのため、電子顕微鏡２００では、上述したように、試料Ｓに電子線を照射して試料Ｓを観察しながら、レーザー光Ｌの照射領域を画像で確認することができる。したがって、電子顕微鏡２００では、レーザー光Ｌと試料Ｓとを相互作用させた状態において、ＴＥＭ像による形態観察と同時に、レーザー光Ｌの照射領域の確認を行うことができる。

また、電子顕微鏡２００では、レーザー光Ｌの照射領域の画像を取得することができるため、レーザー光Ｌが試料Ｓのどの領域に照射されているのかをリアルタイムで確認することができる。これにより、レーザー光Ｌを試料Ｓの所望の領域に照射するためのアライメントを容易に行うことができる。

３． 第３実施形態
次に、第３実施形態に係る電子顕微鏡について図面を参照しながら説明する。図９は、第３実施形態に係る電子顕微鏡３００を模式的に示す図である。なお、図９では、電子顕微鏡３００を構成する各部を簡略化して図示している。図１０は、チャンバー４を電子顕微鏡２００の光学系の光軸に沿って見た模式図である。なお、図１０では、チャンバー４、レーザーユニット２０、光検出ユニット３０、および撮像ユニット４０以外の部材の図示を省略している。

以下、第３実施形態に係る電子顕微鏡３００において、第１実施形態に係る電子顕微鏡１００および第２実施形態に係る電子顕微鏡２００の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。

上述した電子顕微鏡１００は、図１および図２に示すように、光検出ユニット３０を含んで構成されていた。また、上述した電子顕微鏡２００では、図６および図７に示すように、撮像ユニット４０を含んで構成されていた。

これに対して、電子顕微鏡３００は、図９および図１０に示すように、光検出ユニット３０および撮像ユニット４０の両方を含んで構成されている。

図１０に示すように、レーザーユニット２０、光検出ユニット３０、および撮像ユニット４０は、電子顕微鏡３００の光学系の光軸を中心として対称な位置に配置されている。すなわち、レーザーユニット２０、光検出ユニット３０、および撮像ユニット４０は、光軸まわりに１２０度おきに配置されている。このとき、図示はしないが、対物レンズ１４のポールピース１４ｃの上極１４ｃ−１には、レーザー光Ｌが通過する貫通孔、光ファイバー３２を通す貫通孔、および試料Ｓのレーザー光Ｌの照射領域を撮影するための貫通孔が設けられていてもよい。

電子顕微鏡３００では、電子源１０で発生した電子線を照射レンズ系１１によって試料Ｓに照射し、対物レンズ１４、中間レンズ１５、投影レンズ１６によって試料Ｓを透過した電子で透過電子顕微鏡像（ＴＥＭ像）を結像する。ＴＥＭ像は、像取得部１７によって取得される。

また、電子顕微鏡３００では、レーザー光源２２で発生したレーザー光Ｌを試料Ｓに照射して、レーザー光Ｌが試料Ｓに照射されることにより試料Ｓから発生する光を、光検出部３６で検出する。これにより、試料Ｓから発生した光のスペクトルや強度の情報を得ることができる。

また、電子顕微鏡３００では、レーザー光源２２で発生したレーザー光Ｌを試料Ｓに照射し、撮像部４２によって試料Ｓで反射されたレーザー光Ｌを検出して、レーザー光Ｌの照射領域の画像を取得することができる。これにより、レーザー光Ｌの照射領域を画像で確認することができる。

電子顕微鏡３００では、ＴＥＭ像の取得、レーザー光Ｌの照射、レーザー光Ｌの照射により試料Ｓから発生する光の検出、およびレーザー光Ｌの照射領域の画像の取得を同時に行うことができる。すなわち、電子顕微鏡３００では、試料Ｓに電子線を照射して試料Ｓを観察しながら、レーザー光Ｌを試料Ｓに照射して試料Ｓから発生する光の検出、およびレーザー光Ｌの照射領域の観察を行うことができる。

なお、図１１に示すように、電子顕微鏡３００は、レーザーユニット２０、光検出ユニット３０、および撮像ユニット４０に加えて、さらに、試料ＳにイオンビームＩを照射するためのイオンビーム源５０を含んで構成されていてもよい。図１１に示すように、レーザーユニット２０、光検出ユニット３０、撮像ユニット４０、およびイオンビーム源５０は、電子顕微鏡３００の光学系の光軸を中心として対称な位置に配置されてもよい。

このような電子顕微鏡３００では、ＴＥＭ像の取得、レーザー光ＬおよびイオンビームＩの照射、試料Ｓから発生する光の検出、およびレーザー光Ｌの照射領域の画像の取得を同時に行うことができる。

４． 第４実施形態
次に、第４実施形態に係る電子顕微鏡について図面を参照しながら説明する。図１２は、第４実施形態に係る電子顕微鏡４００を模式的に示す図である。なお、図１２では、電子顕微鏡４００を構成する各部を簡略化して図示している。

以下、第４実施形態に係る電子顕微鏡４００において、第３実施形態に係る電子顕微鏡３００の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。

上述した電子顕微鏡３００は、図９および図１０に示すように、レーザーユニット２０、光検出ユニット３０、および撮像ユニット４０を含んで構成されていた。

これに対して、電子顕微鏡４００では、図１２に示すように、処理部６０と、操作部７０と、表示部７２と、記憶部７４と、をさらに含む点で、電子顕微鏡３００と異なる。

電子顕微鏡４００では、表示部７２にレーザー光Ｌの強度分布図を表示させることができ、操作部７０を介して指定されたレーザー光Ｌの強度分布図上の位置に対応する試料ステージ１２の座標を表示部７２に表示させることができる。

操作部７０は、ユーザーによる操作に応じた操作信号を取得し、処理部６０に送る処理を行う。操作部７０は、表示部７２に表示されたレーザー光Ｌの強度分布図上の位置を指定するために用いられる。操作部７０の機能は、例えば、ボタン、キー、タッチパネル型ディスプレイ、マイクなどにより実現できる。

表示部７２は、処理部６０によって生成された画像を表示するものであり、その機能は、ＬＣＤ、ＣＲＴなどにより実現できる。表示部７２には、レーザー光Ｌの強度分布図や、レーザー光Ｌの強度分布図上の位置に対応する試料ステージ１２の座標などが表示される。

記憶部７４は、処理部６０が各種の計算処理や制御処理を行うためのプログラムやデータ等を記憶している。また、記憶部７４は、処理部６０の作業領域として用いられ、処理部６０が各種プログラムに従って実行した算出結果等を一時的に記憶するためにも使用される。記憶部７４の機能は、ハードディスク、ＲＡＭなどにより実現できる。記憶部７４には、試料ステージ１２の座標ごとのレーザー光Ｌの強度情報が記憶されている。

処理部６０は、レーザー光Ｌの強度分布図を表示部７２に表示させる制御や、指定されたレーザー光Ｌの強度分布図上の位置に対応する試料ステージ１２の座標を表示部７２に表示させる制御などの処理を行う。処理部６０の機能は、各種プロセッサ（ＣＰＵ、ＤＳＰ等）などのハードウェアや、プログラムにより実現できる。処理部６０は、表示制御部６２を含む。

表示制御部６２は、記憶部７４に記憶されている試料ステージ１２の座標ごとのレーザー光Ｌの強度情報に基づいて、レーザー光Ｌの強度分布図を表示部７２に表示させる制御を行う。ここで、試料ステージ１２の座標は、例えば、電子顕微鏡４００の光学系の光軸と直交する平面内（水平方向）における２次元的な位置を表す。

図１３は、レーザー光Ｌの強度分布図の一例を模式的に示す図である。図１３に示すレーザー光Ｌの強度分布図では、同じ光強度が同じである点を結んだ等値線によって光強度の分布を表している。図１４は、図１３に示すレーザー光Ｌの強度分布図上のラインＡにおける強度を示すグラフである。図１４に示すグラフでは、横軸はラインＡ上の試料ステージ１２の座標を表し、縦軸はレーザー光Ｌの強度を表している。

表示制御部６２は、記憶部７４に記憶されている試料ステージ１２の座標ごとのレーザー光Ｌの強度情報を読み出して、図１３に示すレーザー光Ｌの強度分布図を生成し、表示部７２に表示させる制御を行う。また、表示制御部６２は、操作部７０を介してラインＡが指定された場合に、図１４に示すグラフを生成し、表示部７２に表示させる制御を行う。

また、表示制御部６２は、操作部７０を介して指定されたレーザー光Ｌの強度分布図上の位置に対応する試料ステージ１２の座標を表示部７２に表示させる制御を行う。

図１５は、指定されたレーザー光Ｌの強度分布図上の位置に対応する試料ステージ１２の座標が表示部７２に表示された状態を模式的に示す図である。

図１５に示すように、ユーザーが操作部７０を操作してポインターＰでレーザー光Ｌの強度分布図上の位置を指定すると、表示制御部６２は、操作部７０からの操作信号に基づいて、ポインターＰで指定された位置に対応する試料ステージ１２の座標をウィンドウＷに表示させる制御を行う。ウィンドウＷには、図１５に示すように、ポインターＰで指定された位置に対応する試料ステージ１２の座標と、その座標におけるレーザー光Ｌの強度と、が表示される。

次に、試料ステージ１２の座標ごとのレーザー光Ｌの強度の測定方法について説明する。

まず、試料ホルダー１３の先端部にフォトセンサーを組み込む。そして、フォトセンサーが組み込まれた試料ホルダー１３を電子顕微鏡４００に導入する。これにより、フォトセンサーが試料室２に配置される。

次に、レーザーユニット２０（レーザー光源２２）でレーザー光Ｌを発生させて、試料Ｓにレーザー光Ｌを照射する。そして、フォトセンサーでレーザー光Ｌの強度を計測しながら、試料ステージ１２で試料ホルダー１３を移動させて、試料ステージ１２の各座標でのレーザー光Ｌの強度を測定する。例えば、電子顕微鏡４００において、観察可能な視野が、一辺が２ｍｍの正方形の領域であった場合、０．１ｍｍ間隔でレーザー光Ｌの強度を測定する。

このようにして、試料ステージ１２の座標ごとのレーザー光Ｌの強度を測定することができる。測定された試料ステージ１２の座標ごとのレーザー光Ｌの強度は、記憶部７４に記憶される。

なお、表示制御部６２は、測定された試料ステージ１２の座標ごとのレーザー光Ｌの強度から強度分布図を生成する際において、上記測定でレーザー光Ｌの強度情報が得られていない試料ステージ１２の座標については、直線近似、または多項式近似等による近似値を用いてもよい。

電子顕微鏡４００は、例えば、以下の特徴を有する。

電子顕微鏡４００は、試料ステージ１２の座標ごとのレーザー光Ｌの強度情報が記憶されている記憶部７４を含む。そのため、電子顕微鏡４００では、試料ステージ１２の各座標におけるレーザー光Ｌの強度を知ることができる。したがって、電子顕微鏡４００では、観察している領域のレーザー光Ｌの強度の情報を得ることができる。

電子顕微鏡４００は、記憶部７４に記憶されているレーザー光Ｌの強度情報に基づいて、レーザー光Ｌの強度分布図を表示部７２に表示させる制御を行う表示制御部６２を含む。そのため、電子顕微鏡４００では、レーザー光Ｌの強度分布を容易に把握することができる。

電子顕微鏡４００は、レーザー光Ｌの強度分布図上の位置を指定するための操作部７０を含み、表示制御部６２は、操作部７０を介して指定されたレーザー光Ｌの強度分布図上の位置に対応する試料ステージ１２の座標を表示部７２に表示させる制御を行う。そのため、電子顕微鏡４００では、例えば、表示部７２に表示されたレーザー光Ｌの強度分布図からレーザー光Ｌが所望の強度で照射されている領域を指定して、当該領域に対応する試料ステージ１２の座標を表示部７２に表示させることができる。そして、表示部７２に表示された試料ステージ１２の座標に試料Ｓの所望の領域を移動させることにより、試料Ｓの所望の領域に、所望の強度のレーザー光Ｌを照射することができる。

なお、上述した実施形態及び変形例は一例であって、これらに限定されるわけではない。例えば各実施形態及び各変形例は、適宜組み合わせることが可能である。

本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法および結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した
構成を含む。

２…試料室、４…チャンバー、１０…電子源、１１…照射レンズ系、１２…試料ステージ、１３…試料ホルダー、１４…対物レンズ、１４ａ…コイル、１４ｂ…ヨーク、１４ｃ…ポールピース、１４ｃ−１…上極、１４ｃ−２…下極、１４ｄ−１…貫通孔、１４ｄ−２…貫通孔、１５…中間レンズ、１６…投影レンズ、１７…像取得部、２０…レーザーユニット、２２…レーザー光源、２４…レーザー光学系、２６…制御部、３０…光検出ユニット、３１…ボールレンズ、３２…光ファイバー、３４…光ファイバー移動部、３５…制御部、３６…光検出部、３６ａ…信号変換装置、３６ｂ…ＡＤ変換器、３６ｃ…計測装置、４０…撮像ユニット、４１…光軸、４２…撮像部、４４…画像表示部、５０…イオンビーム源、６０…処理部、６２…表示制御部、７０…操作部、７２…表示部、７４…記憶部、１００…電子顕微鏡、２００…電子顕微鏡、３００…電子顕微鏡、４００…電子顕微鏡

Claims (9)

1. 試料に電子線を照射して、試料の観察を行う電子顕微鏡であって、
   レーザー光を発生させるレーザー光源と、
   前記レーザー光が前記試料に照射されることにより前記試料から発生する光を検出する光検出部と、
   を含む、電子顕微鏡。
2. 請求項１において、
   前記試料で反射された前記レーザー光を検出して、前記レーザー光の照射領域の画像を取得する撮像部を含む、電子顕微鏡。
3. 請求項１または２において、
   前記試料から発生する光を、前記光検出部に送る光ファイバーを含む、電子顕微鏡。
4. 請求項３において、
   前記試料と、前記試料から発生する光を取り込む前記光ファイバーの先端部と、の間の距離が変化するように、前記光ファイバーを移動させる光ファイバー移動部を含む、電子顕微鏡。
5. 請求項３または４において、
   前記光ファイバーの先端部に設けられたボールレンズを含む、電子顕微鏡。
6. 請求項１ないし５のいずれか１項において、
   前記試料を移動可能に保持する試料ステージと、
   前記試料ステージの座標ごとの前記レーザー光の強度情報が記憶されている記憶部と、を含む、電子顕微鏡。
7. 請求項６において、
   前記記憶部に記憶されている前記レーザー光の強度情報に基づいて、前記レーザー光の強度分布図を表示部に表示させる制御を行う表示制御部を含む、電子顕微鏡。
8. 請求項７において、
   前記レーザー光の強度分布図上の位置を指定するための操作部を含み、
   前記表示制御部は、前記操作部を介して指定された前記レーザー光の強度分布図上の位置に対応する前記試料ステージの座標を前記表示部に表示させる制御を行う、電子顕微鏡。
9. 試料に電子線を照射して、試料の観察を行う電子顕微鏡であって、
   レーザー光を発生させるレーザー光源と、
   前記試料で反射された光を検出して、前記レーザー光の照射領域の画像を取得する撮像部と、
   を含む、電子顕微鏡。

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