JP3688160B2

JP3688160B2 - 走査電子顕微鏡

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Authority: JP
Inventors: 哲哉澤畠; 佐藤　　貢
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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、走査電子顕微鏡に関し、特に試料の拡大像（高倍率像）と全体像（低倍率像）を効率よく観察するのに好適な走査電子顕微鏡に関する。
【０００２】
【従来の技術】
走査電子顕微鏡においては、従来より高い分解能の走査像を得るために、例えば対物レンズの磁極間に試料を配置して走査像を得るインレンズ方式に代表されるように、対物レンズを非常に短い焦点距離で使用している。対物レンズを短焦点で使用し高倍率で試料の観察を行う場合、対物レンズに起因する歪みや走査領域周辺での一次電子線のビーム径拡大を防止するために、一次電子線走査のための偏向コイルを光軸に沿って２段に配置し、一次電子線の偏向支点が対物レンズの主面近傍になるようにして、一次電子線を走査するレンズ制御方法とする（高倍率モード）。一方、こうした高倍率での観察に移行する前段階としての低い倍率での視野探し、及び試料の全体像などを低倍率で観察する場合は、一次電子線を広い領域（倍率の低い状態）まで走査できるように対物レンズの励磁電流を０又は、弱励磁状態にし、偏向コイルを１段、あるいは、偏向支点と試料面との距離を高倍率モードよりも長くなるように設定された２段の偏向コイルで一次電子線を試料上で走査するレンズ制御方法とする（低倍率モード）。このように、観察倍率によって２つの倍率モードを切り替えて高い倍率から低い倍率まで広い倍率範囲での観察を行えるようにしていた。
【０００３】
さて、走査電子顕微鏡を用いた試料のＸ線分析では、一次電子線の走査範囲（視野）より発生するＸ線を検出し、Ｘ線スペクトルにより視野内の構成元素を同定したり、構成元素が視野内でどのように分布しているか（Ｘ線マッピング像）等の情報を収集する。特にＸ線マッピング像では高倍率観察による試料の局所的な元素マッピングから低倍率観察による試料の全体的な元素マッピングまでが求められている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
走査電子顕微鏡においてＸ線観察を行う場合、試料の近傍にＸ線検出器を配置することができれば、Ｘ線の取り出し角を大きくすることができ高効率なＸ線分析を行うことができる。しかし、Ｘ線と同じく一次電子線の照射により試料から発生する反射電子がＸ線検出器の検出面に入射すると誤差や故障の原因となるため、これを避けなければならない。
【０００５】
インレンズ方式のように試料が対物レンズ磁場の中に配置される場合、対物レンズを強励磁で使用する高倍率モードでは、対物レンズ磁場によって反射電子の軌道はＸ線検出器の検出面よりそれるため、Ｘ線分析が可能となる。しかし、対物レンズの励磁電流を０もしくは弱励磁にする低倍率モードでは、反射電子の軌道をＸ線検出器の検出面よりそらすほどの対物レンズ磁場を発生させることができないため、Ｘ線分析が困難であった。
【０００６】
低倍率モードにおいてＸ線観察を行う手段としては、Ｘ線検出器を移動させて反射電子の軌道を避ける手段や、検出面に磁石を配置して反射電子の軌道をそらす手段等があるが、インレンズ方式では構造上採用が困難である。
【０００７】
本発明の目的は、試料像（二次電子像）の観察に適した従来の低倍率モードに加え、Ｘ線観察可能な低倍率モードを設定し、これらを切り替えることによって、広い視野でのＸ線分析、特にＸ線マッピング像を得ることのできる走査電子顕微鏡を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために本発明では、対物レンズ電流を０もしくは弱励磁に設定する第一低倍率モードと、対物レンズ電流を使用する加速電圧の平方根に比例する大きさの電流値に変化させて設定する第二低倍率モードとを設け、通常の試料像（二次電子像）の観察時には第一低倍率モードに、Ｘ線分析時には第二低倍率モードに替えるようにした。
【０００９】
すなわち、本発明による走査電子顕微鏡は、電子源と、電子源から放出された一次電子線を集束する第一の集束レンズと、第一の集束レンズで集束された一次電子線の不要領域を除去する対物レンズ絞りと、対物レンズ絞りを通過した一次電子線を集束する第二の集束レンズと、第二の集束レンズで集束された一次電子線を試料に集束するための対物レンズと、一次電子線を試料上に走査する偏向手段と、電子線照射によって試料から放出された二次電子を検出する二次電子検出器と、試料から放出されたＸ線を検出するＸ線検出器とを備える走査電子顕微鏡において、走査像の倍率が予め設定された値より大きいときは対物レンズで一次電子線を試料上にフォーカスする（高倍率モード）とともに走査像の倍率が予め設定された値より小さいときは第二の集束レンズで一次電子線を試料上にフォーカスする（低倍率モード）機能を有し、低倍率モードのとき、対物レンズの励磁電流を一次電子線の加速電圧によらず一定値とする第一低倍率モードと、励磁電流を一次電子線の加速電圧の関数として変化させる第二低倍率モードとが選択可能であることを特徴とする。
【００１０】
対物レンズ絞りは、一次電子線の試料上での集束角度（開口）を制限する。また、プローブ電流の制御は第一の集束レンズの集束条件を制御して行われる。第一の集束レンズあるいは第二の集束レンズは、一段のレンズで構成されていてもよいし複数段のレンズによって構成されていてもよい。
試料は対物レンズのレンズ磁界中に配置される。この種の対物レンズとしては、インレンズと呼ばれるタイプの対物レンズあるいはシュノーケルレンズと呼ばれるタイプの対物レンズがある。
【００１１】
第一低倍率モードは対物レンズの励磁電流を０又は弱励磁に設定する。換言すると、第一低倍率モードは対物レンズの励磁電流を二次電子の検出効率が低下しない最小の対物レンズ励磁電流、又は観察倍率に対して最大視野が得られる対物レンズ励磁電流に設定する。また、第二低倍率モードにおける対物レンズの励磁電流は、一次電子線の加速電圧の平方根に比例するように設定する。
【００１２】
第一低倍率モードと第二低倍率モードは、低倍率観察における観察倍率の設定値に連動して自動的に切り替えるように構成することができる。第一低倍率モードは第二低倍率モードに比べて対物レンズ励磁電流が少なく、明るさ領域が広い（より低い倍率での観察が可能）。従って、走査電子顕微鏡に予め観察倍率の閾値を設定しておき、所望の観察倍率が閾値より低い場合には第一低倍率モード、閾値より高いときには第二低倍率モードに切り換えるようにすれば、観察倍率範囲が広くなる。例えば、像回転角補正が容易である点、Ｘ線観察が可能である点から、通常の低倍率観察時は第二低倍率モードを選択し、更に低倍率で観察を行いたい場合に自動的に第一低倍率モードに切り換えるような利用法が可能である。
【００１３】
また、試料像の明るさ及びコントラストの設定値を、高倍率モード、第一低倍率モード、第二低倍率モードでそれぞれ独立に記憶する記憶手段を有し、倍率モードの切り替えに連動して各倍率モードの明るさ及びコントラスト設定値を記憶手段に記憶された値に自動的に設定するように構成するのが好ましい。
【００１４】
偏向手段は一次電子線の走査方向を制御する機能を有し、高倍率モード、第一低倍率モード、第二低倍率モードの切り替えに連動して走査方向を制御するのが好ましい。偏向手段による走査方向の制御は、は試料上での一次電子線の走査方向が試料ステージのＸ方向とほぼ一致するよう制御するのが好ましい。
【００１５】
本発明による走査電子顕微鏡を用いて試料観察を行う場合、第一低倍率モードにおける対物レンズ励磁電流設定値を通常は弱励磁とし、試料の走査像を記録するときは０に切り替えるようにすることができる。試料の走査像記録は、ディスプレイに表示された像を撮影することによって、あるいは走査像の画像をファイルとして記憶したり、出力することによって行われる。
本発明による走査電子顕微鏡を用いて試料観察を行う場合、低倍率モードでのＸ線マッピング像の観察は第二低倍率モードにて行う。
【００１６】
また、本発明による走査電子顕微鏡は、電子源と、電子源から放出された一次電子線を集束する第一の集束レンズと、第一の集束レンズで集束された一次電子線の不要領域を除去する対物レンズ絞りと、対物レンズ絞りを通過した一次電子線を集束する第二の集束レンズと、試料の位置に磁界を発生することができ第二の集束レンズで集束された一次電子線を試料に集束するための対物レンズと、一次電子線を試料上に走査する電子線偏向手段と、電子線照射によって試料から発生されたＸ線を検出するＸ線検出器とを備え、試料のＸ線マッピング像を得ることのできる走査電子顕微鏡において、走査像の倍率が予め設定された値よりも大きいときは対物レンズで一次電子線を試料上にフォーカスして走査し、走査像の倍率が予め設定された値よりも小さいときは、第二の集束レンズで一次電子線を試料上にフォーカスして走査するとともに対物レンズの励磁電流を弱励磁として試料からの反射電子がＸ線検出器に入射するのを防止することを特徴とする。ここで、走査像の倍率が予め設定された値よりも小さいとき、対物レンズの励磁電流を一次電子線の加速電圧の平方根に比例させて変化させる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施例を用いて、詳細に説明する。
図１は、本発明による走査電子顕微鏡の一例を示す概略図である。電子源１内の陰極２と第一陽極３との間には、高圧制御電源１１により引き出し電圧が印加され、陰極２から一次電子線５が放出される。この一次電子線５は、高圧制御電源１１により、陰極２と第二陽極４との間に印加された電圧で加速されて、後段のレンズ系に進行する。一次電子線５は、その後、レンズ制御電源１３から給電される第一の集束レンズ６（Ｃ１レンズ）にて集束され、対物レンズ絞り７を通過することにより、ビームの不要な領域が除去される。対物レンズ絞り７を通過した一次電子線５は、レンズ制御電源１５から給電される第二の集束レンズ８（Ｃ２レンズ）にて集束された後、対物レンズ駆動電源１８で駆動される対物レンズ１０によって試料２６上に集束される。Ｃ２レンズ８と対物レンズ１０との間には、走査電源１６によって駆動される二段の偏向コイル９ａ，９ｂが配置されており、この偏向コイル９ａ，９ｂにより、一次電子線５は試料２６上を２次元的に走査される。ビームアライメントコイル制御電源１２によって駆動されるビームアライメントコイル２２は、一次電子線の軌道を磁気的に修正する（光軸の調整）ためのコイルであり、非点補正コイル制御電源１４によって駆動される非点補正コイル２３は、非点収差による像の歪みを磁気的に修正するためのコイルである。
【００１８】
試料２６から発生する二次電子２４は、対物レンズ１０を通過し、対物レンズ上部に配置した直交電磁界発生器２７で二次電子検出器側に偏向されて、二次電子検出器２５で検出される。直交電磁界発生器２７では、光軸と電界、磁界とが互いに直交する場が作られており、一次電子線に対しては偏向作用を与えずに、また、一次電子線５と逆向きに進行する二次電子２４に対しては、二次電子検出器２５の方向に偏向するように電界と磁界の強さが設定されている。二次電子検出器２５の検出信号は信号増幅器４１で増幅され、信号処理手段２０を経てＣＲＴ２１上に試料像として表示されるとともに、必要に応じて画像メモリ２８に画像信号として記憶される。
【００１９】
通常の高分解能観察（高倍率モード）では、このように対物レンズ１０により一次電子線５を試料上に集束するが、特に対物レンズ１０と試料２６との距離が短い高分解能観察条件においては、偏向支点から試料２６までの距離も短くなるため、高倍率モードで得られる最大観察視野（走査領域）を広くできない。このため、更に観察視野を広げたい場合には、偏向コイルを一段走査に切り替えて試料２６上の走査領域を拡大する。このとき、対物レンズ１０の励磁が高倍率モードのように強励磁では、レンズ収差のために表示画像が大きく歪むために、対物レンズ１０の励磁を０もしくは弱励磁状態にして、Ｃ２レンズ８を用いて一次電子線５を試料上に集束させる（第一低倍率モード）。
【００２０】
また、Ｘ線分析では、試料２６より発生するＸ線３２は試料近傍に配置されたＸ線検出器３３の検出面に入射し、Ｘ線検出器３３の検出信号は信号増幅器４２で増幅され、信号処理手段２０を経てＣＲＴ２１上にＸ線スペクトル及びＸ線マッピング像として表示される。通常の高分解能観察では二次電子像の観察時と同じくレンズ制御を高倍率モードとするが、高倍率モードで得られる最大観察視野より広い視野でＸ線観察を行う場合は、対物レンズ１０の励磁電流を加速電圧の平方根に比例する電流値に設定して、Ｃ２レンズ８を用いて一次電子線５を試料上に集束させる（第二低倍率モード）。
【００２１】
前記各電源１１〜１８はＣＰＵ１９により制御される。ＣＰＵ１９は信号処理手段２０も制御する。また、ＣＰＵ１９には、高倍率モード専用のメモリ（記憶領域）２９及び低倍率モード専用のメモリ（記憶領域）３０が接続されている。高倍率モード専用のメモリ２９には、高倍率モードで試料像を観察する際の試料像の明るさ及びコントラストに対する信号増幅器４１及び信号処理手段２０の設定値が格納され、低倍率モード専用のメモリ３０には第一低倍率モードで試料像を観察する際の試料像の明るさ及びコントラストに対する信号増幅器４１及び信号処理手段２０の設定値、及び第二低倍率モードで試料像を観察する際の試料像の明るさ及びコントラストに対する信号増幅器４１及び信号処理手段２０の設定値がそれぞれ格納されている。
【００２２】
次に、第一低倍率モードと第二低倍率モードについて説明する。図２は低倍率モードにおける対物レンズ励磁電流と二次電子検出効率／明るさ領域との関係を示す図、図３は対物レンズ磁場の有無と反射電子の軌道を示す図、図４は反射電子がＸ線検出面に入射した時にＸ線検出器で検出されるＸ線スペクトルの説明図である。
【００２３】
一般的に、レンズ制御において対物レンズの励磁電流を変化させると、二次電子の検出信号量と像の明るさ領域は図２のように変化する。二次電子の検出信号量は試料像の明るさを表し、対物レンズ電流を大きくするほど、対物レンズ磁場の巻き上げ効果によって検出信号量が増え、明るい像が得られるが、ある電流値で集束に達する。一方、像の明るさ領域は像の最低倍率を決定するもので、励磁電流が０の時には最も広視野で明るさムラのない試料像が得られが、対物レンズ電流が大きくなると明るさ領域は小さくなり像の周辺が暗くなる。
【００２４】
そのため、第一低倍率モードでの対物レンズ励磁電流値は、二次電子の検出信号量が集束する電流値の中で明るさ領域を最も大きくできる電流値に設定する。また、試料像の撮影などに特化する場合は、明るさ領域が最大となるように対物レンズ励磁電流の電流値を０に設定する。対物レンズ励磁電流の電流値が０のとき二次電子検出信号量は少ないが、試料像を撮影するだけであれば、露出時間を長くしたり、信号蓄積時間を長く設定することで二次電子検出信号量の少なさをカバーできるからである。
【００２５】
これに対して、第二低倍率モードは、Ｘ線分析用の低倍率モードであり、第一低倍率モードでの対物レンズ励磁電流値より大きな電流値領域で電流値を変化させる。Ｘ線分析時には、反射電子の軌道をＸ線検出器の検出面からそらすために反射電子のエネルギー（＝加速電圧）に応じた対物レンズ磁場を発生させてやる必要があり、加速電圧の平方根に比例して電流値を設定する。
【００２６】
通常の低倍率モード（第一低倍率モード）では、図３（ｂ）に示すように対物レンズ１０の磁場がないか、もしくは微弱であるために、試料２６より発生する反射電子３５がＸ線検出器３３の検出面に入射する。このとき、Ｘ線検出器３３で検出されるＸ線スペクトルは図４のようになり、反射電子３５の入射が検出誤差や故障の原因となるためにＸ線分析を行うのは困難である。従って、Ｘ線分析用の低倍率モードでは、図３（ａ）に示すように、反射電子３５をＸ線検出器３３の検出面からそらす対物レンズ励磁電流を電流値とし、これを最小の電流値とすることで明るさ領域を確保する。一次電子線の加速電圧が高いほど対物レンズ励磁電流を大きくしなければならないので、そのぶん明るさ領域は小さくなる。
【００２７】
また、走査電子顕微鏡による通常の二次電子像の観察では、同一試料観察時の加速電圧が一定となることが多いのに対し、Ｘ線観察時は加速電圧を変化させて観察することが必要になる。これは、試料を構成する元素のうち軽元素は低加速の一次電子線の照射によってＸ線を発生するが、重元素では高加速の一次電子線の照射が必要になる。そのため、同一試料であっても、どのような元素に着目するかによって一次電子線の加速電圧を変えながら観察を行う必要があるからである。
【００２８】
一次電子線は対物レンズ磁場の中をらせん軌道を描きながら進み、試料上に集束される。ここで加速電圧を変化させたり、励磁電流を変化させると、一次電子線の軌道が変化し像の回転が起こる。しかし、励磁ＩＮ／√Ｖ（Ｉ：励磁電流、Ｎ：コイル巻数、Ｖ：加速電圧）を一定に保てば、一次電子線の軌道は変化しないため、像回転の制御は容易となる。コイル巻数Ｎは対物レンズに固有の一定値であるので、励磁電流Ｉを加速電圧Ｖの平方根に比例して変化させることにより、常に励磁を一定に保つことが出来る。同様に、倍率の制御においても一次電子線の走査を行う偏向コイルの電流を加速電圧Ｖの平方根に比例して変化させることによって制御が容易となる。
【００２９】
ここで、対物レンズの励磁について簡単に補足説明する。高倍率モード時は、対物レンズ１０の発生する磁場によって一次電子線５の焦点を試料２６上に結ぶよう制御している。このとき対物レンズ１０には強い励磁電流が流れ、短い焦点を結ぶことが出来るため、高倍率観察が可能となる。このような対物レンズ１０の励磁を強励磁と呼ぶ。
【００３０】
第一低倍率モード時は、対物レンズ１０の励磁電流を０もしくは弱励磁にして、対物レンズ１０に最も近い集束レンズ（第二集束レンズ８）によって、一次電子線５の焦点を試料２６上に結ぶよう制御している。これによって明るさ領域が大きくなり、広視野による観察（低倍率観察）が可能となる。このとき対物レンズ１０に流れる励磁電流は高倍率モード時にくらべて小さく、一次電子線５を試料上に集束することは出来ない。第二低倍率モード時は、対物レンズ１０の励磁電流を加速電圧Ｖの平方根に比例して変化するよう制御する。励磁電流は第一低倍率モード時よりは大きいが、高倍率モード時より小さく、第一低倍率モード時と同様、対物レンズ１０では一次電子線５を試料１０上に集束することは出来ない（弱励磁）。第二低倍率モードでは、第一低倍率モード時より大きな励磁電流によって発生する対物レンズ磁場により、Ｘ線検出器３３のＸ線検出面への反射電子３５の入射を制限することが出来る。
【００３１】
図５は、Ｘ線分析手順の一例を示すフローチャートである。試料観察に当たっては、まずステップ１１において第一低倍率モードに入り、Ｃ２レンズ（第二集束レンズ）条件の設定、軸調整、フォーカス調整、明るさ・コントラストの調整を行う。明るさの調整は二次電子検出器２５の信号増幅器４１の設定値をメモリ３０に予め記憶されている第一低倍率モード用の値に設定することによって行い、コントラストの調整は信号処理手段２０の設定値をメモリ３０に予め記憶されている第一低倍率モード用の値に設定することによって行う。次に、ステップ１２に進んで低倍率での視野探しを行う。
【００３２】
観察視野が決まると、ステップ１３に進んで高倍率モードへの切り替えを行う。高倍率モードでは、２段の偏向器９ａ，９ｂを用い、対物レンズ１０を強励磁で使用する。高倍率モードに移行すると、ステップ１４に進んでＣ２レンズ条件の設定、軸調整、フォーカス調整、明るさ・コントラストの調整を行う。明るさの調整は二次電子検出器２５の信号増幅器４１の設定値をメモリ２９に予め記憶されている高倍率モード用の値に設定することによって行い、コントラストの調整は信号処理手段２０の設定値をメモリ２９に予め記憶されている高倍率モード用の値に設定することによって行う。
【００３３】
高倍率モードに切り替わると、ステップ１５において高倍率での走査電子顕微鏡像を観察する。また、ステップ１６において、高倍率でのＸ線分析を行う。具体的には、試料の局所領域のＸ線スペクトル観察、及び局所的Ｘ線マッピング像の観察を行う。
【００３４】
次に、ステップ１７に進み、第二低倍率モードへ切り替える。第二低倍率モードでは、偏向器を１段にして使用するとともに、対物レンズ１０を励磁電流が一次電子線５の加速電圧の平方根に比例するように変化させた弱励磁状態で使用する。第二低倍率モードに移行すると、ステップ１８に進んでＣ２レンズ条件の設定、軸調整、フォーカス調整、明るさ・コントラストの調整を行う。明るさの調整は二次電子検出器２５の信号増幅器４１の設定値をメモリ３０に予め記憶されている第二低倍率モード用の値に設定することによって行い、コントラストの調整は信号処理手段２０の設定値をメモリ３０に予め記憶されている第二低倍率モード用の値に設定することによって行う。
【００３５】
次にステップ１９に進み、低倍率でのＸ線分析、すなわち試料の全体的Ｘ線マッピング像を観察する。この第二低倍率モードでは、試料から発生された反射電子が弱励磁された対物レンズ１０のレンズ磁界によってそらされてＸ線検出器３３に入射しないため、従来のようにＸ線検出器が故障したり、検出信号にノイズが入ることなく低倍率における元素マッピング像を観察することができる。
【００３６】
ところで、倍率モードの切り替えによって対物レンズ１０の励磁を変化させると、対物レンズによって一次電子線の走査方向に回転作用を受け、像が回転してしまう。図６は、対物レンズ励磁電流と像回転との関係を表す図である。本発明では、対物レンズの励磁に連動して対物レンズによる像回転をキャンセルするよう走査方向を制御して、一次電子線走査方向と試料ステージのＸ方向とを対応させる。
【００３７】
第二低倍率モードは励磁ＩＮ／√Ｖ（Ｉ：励磁電流、Ｎ：コイル巻数、Ｖ：加速電圧）を一定にした条件で使用するので、対物レンズ磁場内で一次電子線の軌道は変化せず、像の回転は生じない。高倍率モードも励磁ＩＮ／√Ｖを一定とする条件で使用すれば像回転は生じないが、励磁を一定としない条件で使用すると対物レンズ電流値等を変化させたとき像回転が生じる。また、第一低倍率モードは対物レンズの励磁電流を一定にする条件で使用するため、一次電子線の加速電圧を変えると像回転が生じる。従って、励磁ＩＮ／√Ｖを一定としない観察モードにおいては、偏向コイル９ａ，９ｂのＸ偏向コイルとＹ偏向コイルに流す偏向電流比を調整することで一次電子線の走査方向を像回転をキャンセルできる方向とし、試料上での一次電子線の走査方向を常に試料ステージのＸ方向に一致させる。
【００３８】
【発明の効果】
本発明によると、試料像（二次電子像）の観察用とＸ線分析用にそれぞれに適した複数の低倍率モードを設定することで、効率のよい低倍率観察が可能となる。特に、これまで困難であったＸ線分析時における低倍率モードの使用が可能となり、広い視野でのＸ線マッピング像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による走査電子顕微鏡の一例を示す概略図。
【図２】低倍率モードにおける対物レンズ励磁電流と二次電子検出効率／明るさ領域との関係図。
【図３】対物レンズ磁場の有無と反射電子の軌道を示す説明図。
【図４】反射電子がＸ線検出面に入射した時にＸ線検出器で検出されるＸ線スペクトルの説明図。
【図５】Ｘ線分析手順の一例を示すフローチャート。
【図６】対物レンズ励磁の変化によって起こる像回転を説明する図。
【符号の説明】
１…電子源、２…陰極、３…第一陽極、４…第二陽極、５…一次電子線、６…Ｃ１レンズ、７…対物レンズ絞り、８…Ｃ２レンズ、９…偏向コイル、１０…対物レンズ、１１…高圧制御電源、１２…ビームアライメントコイル制御電源、１３…Ｃ１レンズ制御電源、１４…非点補正コイル制御電源、１５…Ｃ２レンズ制御電源、１６…走査電源、１８…対物レンズ制御電源、１９…ＣＰＵ、２０…信号処理手段、２１…ＣＲＴ、２２…ビームアライメントコイル、２３…非点補正コイル、２４…二次電子、２５…二次電子検出器、２６…試料、２７…直交電磁界発生器、２８…画像メモリ、２９…高倍率モード専用の記憶領域、３０…低倍率モード専用の記憶領域、３１…焦点位置、３２…Ｘ線、３３…Ｘ線検出器、３５…反射電子、４１，４２…信号増幅器

Claims

電子源と、前記電子源から放出された一次電子線を集束する第一の集束レンズと、前記第一の集束レンズで集束された一次電子線の不要領域を除去する対物レンズ絞りと、前記対物レンズ絞りを通過した一次電子線を集束する第二の集束レンズと、前記第二の集束レンズで集束された一次電子線を試料に集束するための対物レンズと、一次電子線を試料上に走査する偏向手段と、電子線照射によって試料から放出された二次電子を検出する二次電子検出器と、試料から放出されたＸ線を検出するＸ線検出器とを備える走査電子顕微鏡において、
走査像の倍率が予め設定された値より大きいときは前記対物レンズで一次電子線を試料上にフォーカスする（高倍率モード）とともに走査像の倍率が予め設定された値より小さいときは前記第二の集束レンズで一次電子線を試料上にフォーカスする（低倍率モード）機能を有し、前記低倍率モードのとき、前記対物レンズの励磁電流を一次電子線の加速電圧によらず一定値とする第一低倍率モードと、励磁電流を一次電子線の加速電圧の関数として変化させる第二低倍率モードとが選択可能であることを特徴とする走査電子顕微鏡。
請求項１記載の走査電子顕微鏡において、試料は前記対物レンズのレンズ磁界中に配置されることを特徴とする走査電子顕微鏡。
請求項１又は２記載の走査電子顕微鏡において、前記第一低倍率モードは前記対物レンズの励磁電流を０又は弱励磁に設定することを特徴とする走査電子顕微鏡。
請求項１又は２記載の走査電子顕微鏡において、前記第一低倍率モードは前記対物レンズの励磁電流を二次電子の検出効率が低下しない最小の対物レンズ励磁電流、又は観察倍率に対して最大視野が得られる対物レンズ励磁電流に設定することを特徴とする走査電子顕微鏡。
請求項１〜４のいずれか１項記載の走査電子顕微鏡において、前記第二低倍率モードにおける対物レンズの励磁電流を一次電子線の加速電圧の平方根に比例するように設定することを特徴とする走査電子顕微鏡。
請求項１〜５のいずれか１項記載の走査電子顕微鏡において、前記第一低倍率モードと第二低倍率モードを観察倍率の設定値に連動して自動的に切り替えることを特徴とする走査電子顕微鏡。
請求項１〜６のいずれか１項記載の走査電子顕微鏡において、試料像の明るさ及びコントラストの設定値を、高倍率モード、第一低倍率モード、第二低倍率モードでそれぞれ独立に記憶する記憶手段を有し、倍率モードの切り替えに連動して各倍率モードの明るさ及びコントラスト設定値を前記記憶手段に記憶された値に自動的に設定することを特徴とする走査電子顕微鏡。
請求項１〜７のいずれか１項記載の走査電子顕微鏡において、前記偏向手段は一次電子線の走査方向を制御する機能を有し、高倍率モード、第一低倍率モード、第二低倍率モードの切り替えに連動して走査方向を制御することを特徴とする走査電子顕微鏡。
請求項８記載の走査電子顕微鏡において、前記偏向手段は試料上での一次電子線の走査方向が試料ステージのＸ方向とほぼ一致するよう制御することを特徴とする走査電子顕微鏡。
請求項１〜９のいずれか１項記載の走査電子顕微鏡を用いた試料観察方法において、前記第一低倍率モードにおける対物レンズ励磁電流設定値を通常は弱励磁とし、試料の走査像を記録するときは０に切り替えることを特徴とする試料観察方法。
請求項１〜９のいずれか１項記載の走査電子顕微鏡を用いた試料観察方法において、前記第二低倍率モードで試料のＸ線マッピング像を観察することを特徴とする試料観察方法。
電子源と、前記電子源から放出された一次電子線を集束する第一の集束レンズと、前記第一の集束レンズで集束された一次電子線の不要領域を除去する対物レンズ絞りと、前記対物レンズ絞りを通過した一次電子線を集束する第二の集束レンズと、試料の位置に磁界を発生することができ前記第二の集束レンズで集束された一次電子線を試料に集束するための対物レンズと、一次電子線を試料上に走査する電子線偏向手段と、電子線照射によって試料から発生されたＸ線を検出するＸ線検出器とを備え、試料のＸ線マッピング像を得ることのできる走査電子顕微鏡において、
走査像の倍率が予め設定された値よりも大きいときは前記対物レンズで一次電子線を試料上にフォーカスして走査し、走査像の倍率が予め設定された値よりも小さいときは、前記第二の集束レンズで一次電子線を試料上にフォーカスして走査するとともに、前記試料からの反射電子が前記Ｘ線検出器に入射するのを制限する磁場を発生するように、前記対物レンズを励磁することを特徴とする走査電子顕微鏡。
請求項１２記載の走査電子顕微鏡において、前記走査像の倍率が予め設定された値よりも小さいとき前記対物レンズの励磁電流を一次電子線の加速電圧の平方根に比例させて変化させることを特徴とする走査電子顕微鏡。