JP5978075B2 - 試料観察方法および電子顕微鏡 - Google Patents

Description

本発明は、試料観察方法および電子顕微鏡に関する。

ＭＤＳ（Ｍｉｎｉｍｕｍ Ｄｏｓｅ Ｓｙｓｔｅｍ、電子線損傷低減法）は、ＴＥＭ（透過電子顕微鏡）の操作方法の一つとして一般的に用いられている（例えば特許文献１参照）。ＭＤＳは、電子顕微鏡像を少ない電子線照射量でＣＣＤカメラまたはフィルム等に記録する為に利用される手法である。ＭＤＳでは、撮影視野への電子線照射量を抑えるために、撮影視野を探す場合、焦点合わせをする場合、そして撮影を行う場合で異なる顕微鏡の光学条件を採用している。それぞれの光学条件をサーチモード（撮影視野探しの時に用いる）、フォーカスモード（焦点合わせの時に用いる）、そしてフォトモード（撮影の時に用いる）と呼ぶ。

それぞれのモードの光学条件について説明する。サーチモードは、撮影視野を探すために低倍率を実現するモードである。サーチモードでは、フォトモードの領域（撮影視野）への電子線照射量を抑えるために、照射レンズ系によって試料上の電子線の径を大きくする。また、サーチモードでは、サーチモードで決定した撮影視野とフォトモードで実際に撮影した視野とが一致するように、サーチモードでの視野中心とフォトモードでの視野中心とが正確に一致していることが要求される。

フォーカスモードは、フォーカス合わせを精密に行うために、フォトモードと同一もしくは高倍率の条件を採用する。フォーカスモードでは、フォトモードの領域と異なる試料上の領域が選択される。フォーカスモードでは、例えば、試料より上（電子線の上流側）に配置されたアライメントコイル（ＣＬアライメントコイル等）を用いて照射領域をフォトモードの領域（撮影視野）からずらす。また、フォーカスモードでは、電子線がフォトモードの領域（撮影視野）にかからないように、照射系レンズが調整される。

フォトモードでは、撮影に適した大きな電子線照射量が採用される。例えば、フォトモードでは、試料が壊れない範囲で最大の電子線照射量が採用される。一般的にタンパク質やウィルスの破壊が起こらない電子線照射量は、１００ｅ⁻／Å^２以下である。フォトモードでは、サーチモードで探した撮影視野の撮影を行うことができる。

次に、ＭＤＳによって電子顕微鏡像を撮影する方法について説明する。まず、サーチモードで撮影したい視野を探す。次にフォトモードに移り、対物レンズの励磁量等を調整する。最終的に透過電子顕微鏡像を撮影するときには、フォトモードに移ることになるが、アライメントコイルで電子線を大きく振り、試料に電子線が当たらない状態（ビームブランキング状態）でフォトモードに移る。そして、検出器のシャッターを切る直前にビームブランキング状態を解除する。これにより、電子線による試料損傷を少なくして、撮影を行うことができる。

特開昭５６−１３００６６号公報

ＭＤＳでは、サーチモードでの視野とフォトモードでの視野との対応は厳密に行われる
必要がある。フォトモードでは、観察者が視野を確認することはできず、サーチモードによって撮影視野が決まるためである。サーチモードでの視野とフォトモードでの視野との対応がとれていない場合、サーチモードで決定した撮影視野とフォトモードで実際に撮影した視野とが一致せずに、試料の所望の領域の撮影ができない場合がある。

しかしながら、サーチモードとフォトモードでは、倍率差が一般的に大きいことから、視野対応をとることは難しい。これは、低倍率の視野でも高倍率の視野でも同一対象物だと認識できるユニークな構造が一般的な試料のなかには存在しないことが多いためである。

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よれば、サーチモードでの視野とフォトモードでの視野の対応を容易にとることができる試料観察方法および電子顕微鏡を提供することができる。

（１）本発明に係る試料観察方法は、
電子線を発生させる電子線源と、
前記電子線を試料に照射するための照射レンズ系と、
前記試料を保持する試料ステージと、
前記試料を透過した前記電子線で結像するための結像レンズ系と、
前記照射レンズ系および前記結像レンズ系を制御する制御部と、
を含み、
撮影視野を探すためのサーチモード、および前記サーチモードよりも高い倍率で撮影を行うためのフォトモードを用いて電子顕微鏡像を取得する電子顕微鏡による試料観察方法であって、
前記フォトモードにおける前記照射レンズ系および前記結像レンズ系の第１条件を設定する工程と、
前記サーチモードにおける前記照射レンズ系および前記結像レンズ系の第２条件を設定する工程と、
前記サーチモードにおける倍率よりも高く前記フォトモードにおける倍率よりも低い倍率の前記電子顕微鏡像が取得されるように、前記制御部が、前記第１条件および前記第２
条件に基づいて、前記照射レンズ系および前記結像レンズ系を制御する工程と、
を含む。

このような視野観察方法によれば、サーチモードにおける倍率とフォトモードにおける倍率の間の倍率の電子顕微鏡像を容易に取得することができる。したがって、サーチモードにおける倍率とフォトモードにおける倍率の間の倍率の電子顕微鏡像に基づいて、サーチモードでの視野とフォトモードでの視野の対応を容易にとることができる。

（２）本発明に係る試料観察方法において、
前記サーチモードにおける倍率よりも高く前記フォトモードにおける倍率よりも低い倍率の前記電子顕微鏡像に基づいて、前記サーチモードでの視野と前記フォトモードでの視野との間のずれを補正する工程をさらに含んでいてもよい。

このような視野観察方法によれば、サーチモードでの視野とフォトモードでの視野の対応を容易にとることができる。

（３）本発明に係る試料観察方法において、
前記電子顕微鏡像を取得する工程では、前記サーチモードにおける倍率よりも高く前記フォトモードにおける倍率よりも低い倍率であって、互いに異なる倍率の複数の前記電子顕微鏡像が取得されるように、前記制御部が、前記照射レンズ系および前記結像レンズ系を制御してもよい。

このような視野観察方法によれば、サーチモードにおける倍率とフォトモードにおける倍率の間の倍率であって、互いに異なる倍率の複数の電子顕微鏡像を、容易に取得することができる。したがって、この複数の電子顕微鏡像に基づいて、サーチモードでの視野とフォトモードでの視野の対応を、より容易にとることができる。

（４）本発明に係る電子顕微鏡は、
撮影視野を探すためのサーチモード、および前記サーチモードよりも高い倍率で撮影を行うためのフォトモードを用いて電子顕微鏡像を取得する電子顕微鏡であって、
電子線を発生させる電子線源と、
前記電子線を試料に照射するための照射レンズ系と、
前記試料を保持する試料ステージと、
前記試料を透過した前記電子線で結像するための結像レンズ系と、
前記照射レンズ系および前記結像レンズ系を制御する制御部と、
を含み、
前記制御部は、前記サーチモードにおける倍率よりも高く前記フォトモードにおける倍率よりも低い倍率の前記電子顕微鏡像が取得されるように、前記サーチモードにおける前記照射レンズ系および前記結像レンズ系の条件、および前記フォトモードにおける前記照射レンズ系および前記結像レンズ系の条件に基づいて、前記照射レンズ系および前記結像レンズ系を制御する。

このような電子顕微鏡によれば、サーチモードにおける倍率とフォトモードにおける倍率の間の倍率の電子顕微鏡像を容易に取得することができる。したがって、サーチモードにおける倍率とフォトモードにおける倍率の間の倍率の電子顕微鏡像に基づいて、サーチモードでの視野とフォトモードでの視野の対応を容易にとることができる。

（５）本発明に係る電子顕微鏡において、
前記制御部は、前記サーチモードにおける倍率よりも高く前記フォトモードにおける倍率よりも低い倍率であって、互いに異なる倍率の複数の前記電子顕微鏡像が取得されるように、前記照射レンズ系および前記結像レンズ系を制御してもよい。

このような電子顕微鏡によれば、サーチモードにおける倍率とフォトモードにおける倍率の間の倍率であって、互いに異なる倍率の複数の電子顕微鏡像を、容易に取得することができる。したがって、この複数の電子顕微鏡像に基づいて、サーチモードでの視野とフォトモードでの視野の対応を、より容易にとることができる。

（６）本発明に係る電子顕微鏡において、
前記結像レンズ系によって結像された前記電子顕微鏡像を移動させるための偏向装置を含み、
前記制御部は、前記サーチモードでの視野と前記フォトモードでの視野との間のずれが補正されるように、前記サーチモードにおける倍率よりも高く前記フォトモードにおける倍率よりも低い倍率の前記電子顕微鏡像に基づいて前記偏向装置を制御してもよい。

このような電子顕微鏡によれば、サーチモードでの視野とフォトモードでの視野の対応を、より容易にとることができる。

本実施形態に係る電子顕微鏡の構成を説明するための図。 本実施形態に係る試料観察の手順の一例を示すフローチャート。 フォトモードにおける電子線の状態を説明するための図。 サーチモードにおける電子線の状態を説明するための図。 フォーカスモードにおける電子線の状態を説明するための図。 スルーマグシリーズの一例を示す図。 本実施形態に係る電子顕微鏡の撮影手順について説明するための図。 本実施形態に係る電子顕微鏡の撮影手順について説明するための図。 本実施形態に係る電子顕微鏡の撮影手順について説明するための図。

以下、本発明の好適な実施形態につ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． 電子顕微鏡
まず、本実施形態に係る電子顕微鏡について説明する。図１は、本実施形態に係る電子顕微鏡１００の構成を説明するための図である。

電子顕微鏡１００は、図１に示すように、電子線源２と、光学系３と、試料ホルダー８と、シャッター２０と、シャッター駆動部２１と、撮像装置２２と、処理部３０と、操作部４０と、表示部４２と、記憶部４４と、情報記憶媒体４６と、を含んで構成されている。電子顕微鏡１００は、さらに、駆動回路５，７，１１，１３，１５，１７，１９を含んで構成されている。

また、光学系３は、照射レンズ系３ａと、ＣＬアライメントコイル６と、結像レンズ系３ｂと、イメージシフトコイル１２と、ＰＬアライメントコイル１８と、を含んで構成されている。照射レンズ系３ａは、集束レンズ４を含んで構成されている。結像レンズ系３ｂは、対物レンズ１０と、中間レンズ１４と、投影レンズ１６と、を含んで構成されている。

電子顕微鏡１００は、例えば透過電子顕微鏡である。電子顕微鏡１００は、ＭＤＳ（電子線損傷低減法）によって、電子顕微鏡像の撮影を行うことができる。すなわち、電子顕微鏡１００は、撮影視野を探すために低倍率を実現するサーチモード、撮影視野とは異なる領域でフォーカス合わせ（焦点あわせ）を行うためのフォーカスモード、およびサーチモードで探した撮影視野の電子顕微鏡像を取得するためのフォトモードを用いて、電子顕微鏡像を取得する。

電子顕微鏡１００では、光学系３が、鏡筒１の内部に収容されている。鏡筒１の内部は、排気装置（図示せず）によって減圧排気されている。

電子線源２は、電子線Ｌを発生させる。電子線源２は、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。電子線源２として、公知の電子銃を用いることができる。

集束レンズ（コンデンサーレンズ）４は、電子線源２で発生した電子線Ｌを試料Ｓに照射するためのレンズである。集束レンズ４は、複数のレンズ（図示せず）で構成されていてもよい。集束レンズ４は、試料Ｓに照射される電子線Ｌの量（電子線照射量）を調整することができる。集束レンズ４の励磁電流は、集束レンズ駆動回路５から供給される。集束レンズ駆動回路５は、制御部３２からの制御信号に基づいて、集束レンズ４に励磁電流を供給する。図示の例では、集束レンズ４によって、試料Ｓに電子線Ｌを照射するための照射レンズ系３ａが構成されている。

ＣＬ（Ｃｏｎｄｅｎｓｅｒ Ｌｅｎｓ）アライメントコイル６は、集束レンズ４の後段に配置されている。なお、ここでは、「後段」という文言を、例えば、「特定のもの（以下「Ａ」という）は、他の特定のもの（以下「Ｂ」という）の「後段」に配置されている」などと用いている。この例のような場合には、Ａは、Ｂよりも電子線Ｌの下流側に位置していることを意味している。ＣＬアライメントコイル６は、電子線Ｌを偏向させるための磁界を作るコイルである。図示の例では、ＣＬアライメントコイル６は、２つのコイル６ａ，６ｂで構成されている。ＣＬアライメントコイル６は、電子線Ｌを２次元的に偏向させて、試料Ｓ上の電子線照射位置を制御することができる。ＣＬアライメントコイル６の励磁電流は、ＣＬアライメントコイル駆動回路７から供給される。ＣＬアライメントコイル駆動回路７は、制御部３２からの制御信号に基づいて、ＣＬアライメントコイル６に励磁電流を供給する。

試料ホルダー８は、ＣＬアライメントコイル６と対物レンズ１０との間に配置されている。試料ホルダー８は、試料Ｓを保持することができる。また、試料ホルダー８は、試料Ｓを水平方向（電子線Ｌの進行方向に対して直交する方向）や、垂直方向（電子線Ｌの進行方向に沿う方向）に移動させたり、試料Ｓを傾斜させたりすることができる。

対物レンズ１０は、ＣＬアライメントコイル６の後段に配置されている。対物レンズ１０は、試料Ｓを透過した電子線Ｌで結像するための初段のレンズである。対物レンズ１０は、試料Ｓの電子線Ｌによる透過波を拡大して電子顕微鏡像（初段拡大像）を形成するためのレンズである。ここで、電子顕微鏡像とは、電子顕微鏡で得ることができる像をいい、明視野像、暗視野像、格子像等を含む試料像（試料の拡大像）、および電子回折で得られる回折パターン等を含む。対物レンズ１０の励磁電流は、対物レンズ駆動回路１１から供給される。対物レンズ駆動回路１１は、制御部３２からの制御信号に基づいて、対物レンズ１０に励磁電流を供給する。

イメージシフトコイル１２は、対物レンズ１０の後段に配置されている。イメージシフトコイル１２は、電子線Ｌを偏向させるための磁界を作るコイルである。イメージシフトコイル１２は、電子線Ｌを２次元的に偏向させて、イメージシフト（撮像装置２２上における視野の移動）を行うことができる。イメージシフトコイル１２の励磁電流は、イメージシフトコイル駆動回路１３から供給される。イメージシフトコイル駆動回路１３は、制御部３２からの制御信号に基づいて、イメージシフトコイル１２に励磁電流を供給する。

中間レンズ１４は、イメージシフトコイル１２の後段に配置されている。中間レンズ１４は、対物レンズ１０により作られた像（初段拡大像）をさらに拡大するためのレンズである。中間レンズ１４の励磁電流は、中間レンズ駆動回路１５から供給される。中間レンズ駆動回路１５は、制御部３２からの制御信号に基づいて、中間レンズ１４に励磁電流を供給する。

投影レンズ１６は、中間レンズ１４の後段に配置されている。投影レンズ１６は、中間レンズ１４で拡大された像をさらに拡大し、撮像装置２２上に結像するためのレンズである。投影レンズ１６の励磁電流は、投影レンズ駆動回路１７から供給される。投影レンズ駆動回路１７は、制御部３２からの制御信号に基づいて、投影レンズ１６に励磁電流を供給する。図示の例では、対物レンズ１０、中間レンズ１４、および投影レンズ１６によって、試料Ｓを透過した電子線Ｌで結像するための結像レンズ系３ｂが構成されている。

ＰＬ（Ｐｒｏｊｅｃｔｏｒ Ｌｅｎｓ）アライメントコイル１８は、投影レンズ１６の後段に配置されている。ＰＬアライメントコイル１８は、電子線Ｌを偏向させるための磁界を作るコイルである。ＰＬアライメントコイル１８は、電子線Ｌを２次元的に偏向させ
て、撮像装置２２上の電子顕微鏡像および電子線を移動させることができる。ＰＬアライメントコイル１８の励磁電流は、ＰＬアライメントコイル駆動回路１９から供給される。ＰＬアライメントコイル駆動回路１９は、制御部３２からの制御信号に基づいて、ＰＬアライメントコイル１８に励磁電流を供給する。

シャッター２０は、電子線Ｌの経路に設けられている。シャッター２０は、撮像装置２２に対して、撮影時にのみ電子線Ｌが照射されるように、撮影時の露光時間中のみ開き、それ以外の時は閉じて電子線Ｌを遮ることができる。シャッター２０の開閉は、シャッター駆動部２１によって行われる。シャッター駆動部２１は、制御部３２からの制御信号に基づいて、シャッター２０の開閉を行う。

撮像装置２２は、電子線Ｌを検出するための検出器を有している。検出器は、例えば、２次元的に配置されたＣＣＤを有するＣＣＤカメラである。撮像装置２２は、電子顕微鏡像を検出し、この電子顕微鏡像の情報を、例えば画像生成部３４に出力する。画像生成部３４は、この情報に基づいて電子顕微鏡像の画像を生成し、生成した電子顕微鏡像の画像を表示部４２に表示させる。

操作部４０は、ユーザーが操作情報を入力するためのものであり、入力された操作情報を処理部３０に出力する。操作部４０の機能は、キーボード、マウス、タッチパネル型ディスプレイなどのハードウェアにより実現することができる。

表示部４２は、処理部３０（画像生成部３４）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４２は、例えば、処理部３０により生成された電子顕微鏡像を表示する。

記憶部４４は、処理部３０のワーク領域となるもので、その機能はＲＡＭなどにより実現できる。情報記憶媒体４６（コンピュータにより読み取り可能な媒体）は、プログラムやデータなどを格納するものであり、その機能は、光ディスク（ＣＤ、ＤＶＤ）、光磁気ディスク（ＭＯ）、磁気ディスク、ハードディスク、或いはメモリ（ＲＯＭ）などにより実現できる。処理部３０は、情報記憶媒体４６に格納されるプログラムに基づいて本実施形態の種々の処理を行う。情報記憶媒体４６には、処理部３０の各部としてコンピューターを機能させるためのプログラムを記憶することができる。記憶部４４および情報記憶媒体４６には、各モード（サーチモード、フォーカスモード、フォトモード）における光学系３の条件のデータを記憶することができる。また、記憶部４４および情報記憶媒体４６には、後述するスルーマグシリーズのデータを記憶することができる。

処理部３０は、電子顕微鏡１００を構成する光学系３を制御する処理や、シャッター２０を制御する処理、撮像装置２２を制御する処理、電子顕微鏡像の画像を生成する処理などの処理を行う。処理部３０の機能は、各種プロセッサ（ＣＰＵ、ＤＳＰ等）、ＡＳＩＣ（ゲートアレイ等）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３０は、制御部３２と、画像生成部３４と、を含む。

制御部３２は、電子顕微鏡１００の光学系３を制御する。制御部３２は、例えば、ユーザーによってモード（サーチモード、フォーカスモード、フォトモード）が選択されると、選択されたモードの光学条件となるように、光学系３を制御する。制御部３２は、記憶部４４に記憶された各モードにおける光学系３の条件に基づいて、制御信号を生成し、生成された制御信号を各駆動回路５，７，１１，１３，１５，１７，１９，２１に出力する。

また、制御部３２は、サーチモードにおける倍率とフォトモードにおける倍率の間の倍
率の電子顕微鏡像が取得されるように、サーチモードにおける光学系３の条件およびフォトモードにおける光学系３の条件に基づいて、光学系３を制御する。ここで、サーチモードにおける倍率とフォトモードにおける倍率の間の倍率とは、サーチモードにおける倍率よりも高い倍率であって、フォトモードにおける倍率よりも低い倍率をいう。

制御部３２は、サーチモードにおける倍率とフォトモードにおける倍率の間の倍率であって、互いに倍率の異なる複数の電子顕微鏡像（後述する図６に示すスルーマグシリーズ）が取得されるように光学系３を制御してもよい。また、制御部３２は、自動的に電子顕微鏡像が撮影されるように、シャッター２０および撮像装置２２を制御することができる。取得された電子顕微鏡像は、記憶部４４に記憶される。

画像生成部３４は、撮像装置２２からの情報に基づいて電子顕微鏡像の画像を生成する。

２． 試料観察方法
次に、本実施形態に係る試料観察方法について説明する。図２は、本実施形態に係る試料観察の手順の一例を示すフローチャートである。

まず、フォトモードにおける光学系３の条件（第１条件）を設定する（ステップＳ１０）。ステップＳ１０では、ユーザーが、フォトモードにおける光学系３の条件を記憶部４４（または情報記憶媒体４６）に記憶させる。具体的には、ユーザーは、例えば、倍率、試料Ｓに照射する電子線量を決める照射レンズ系３ａの条件、電子顕微鏡１００の電圧軸や電流軸等の軸調整を行うためのアライメントコイルの条件などを設定する。また、ステップＳ１０において、コマフリー軸の調整を行ってもよい。ユーザーによって設定されたフォトモードにおける光学系３の条件は、記憶部４４（または情報記憶媒体４６）に記憶される。記憶部４４に記憶されたフォトモードにおける光学系３の条件は、例えば、ユーザーが操作部４０を用いて表示部４２に表示されたフォトモードボタンをクリックすることにより、呼び出して再現することができる。

図３は、フォトモードにおける電子線Ｌの状態を説明するための図である。フォトモードでは、撮影に適した電子線照射量が設定される。例えば、フォトモードでは、試料Ｓが壊れない範囲で最大の電子線照射量が設定される。

次に、サーチモードにおける光学系３の条件（第２条件）を設定する（ステップＳ１１）。ステップＳ１１では、ユーザーが、サーチモードにおける光学系３の条件を記憶部４４（または情報記憶媒体４６）に記憶させる。具体的には、ユーザーが、例えば、倍率、照射レンズ系３ａの条件、電子顕微鏡１００の軸調整を行うためのアライメントコイルの条件などを設定する。ユーザーによって設定されたサーチモードにおける光学系３の条件は、記憶部４４（または情報記憶媒体４６）に記憶させる。記憶部４４に記憶されたサーチモードにおける光学系３の条件は、例えば、ユーザーが操作部４０を用いて表示部４２に表示されたサーチモードボタンをクリックすることにより、呼び出して再現することができる。

図４は、サーチモードにおける電子線Ｌの状態を説明するための図である。ここで、サーチモードでは、例えばディフラクションモードでシャドーイメージを作る。ディフラクションモードとは、中間レンズ１４を対物レンズ１０の後焦点にフォーカスさせてディフラクション（電子回折）を観察するためのモードである。シャドーイメージを作るためには、中間レンズ１４の励磁を変化させて、ディフラクションの透過波のスポット（０次回折スポット）をディスク状にする。そのディスク内に現れる構造は、試料Ｓの低倍率の拡大像になっている。サーチモードにおいて、シャドーイメージを用いることにより、一般
的に低倍率観察で用いられるＬｏｗＭａｇモードと異なり、対物レンズ１０の励磁をＭａｇモードと同じにできる。これにより、レンズの励磁変化にともなう熱ドリフトを抑制することができる。ステップＳ１１では、中間レンズ１４の励磁を、視野探しを行うために十分と思える広い視野が得られる様に設定する。また、電子線照射量を抑えるために照射レンズ系３ａ（集束レンズ４）の励磁を、試料Ｓ上の電子線Ｌの径が大きくなるように設定する。サーチモードにおける倍率は、フォトモードにおける倍率よりも低い倍率となるように設定される。

次に、フォーカスモードにおける光学系３の条件を設定する（ステップＳ１２）。ステップＳ１２では、ユーザーが、フォーカスモードにおける光学系３の条件を記憶部４４（または情報記憶媒体４６）に記憶させる。具体的には、フォーカスモードでは、フォトモードの視野（撮影視野）範囲を避けるように視野を設定する。

図５は、フォーカスモードにおける電子線Ｌの状態を説明するための図である。フォーカスモードでは、フォーカスモードの視野をフォトモードの視野と異なるものにするために、図５に示すように、試料Ｓよりも電子線Ｌの上流側にあるＣＬアライメントコイル６を試料Ｓ上の電子線照射領域がフォトモードと異なる領域になるように設定する。

ただし、これでは、撮像装置２２上で像を取得することができないため、試料Ｓよりも電子線Ｌの下流側にあるイメージシフトコイル１２を電子顕微鏡像が撮像装置２２上に形成されるように設定する。また、フォーカスモードにおける倍率を、フォーカス合わせ、すなわち、対物レンズ１０の焦点合わせが行い易い倍率に設定する。例えば、フォーカスモードにおける倍率を、フォトモードにおける倍率以上に設定する。記憶部４４に記憶されたフォーカスモードにおける光学系３の条件は、例えば、ユーザーが操作部４０を用いて表示部４２に表示されたフォーカスモードボタンをクリックすることにより、呼び出して再現することができる。

次に、レンズヒステリシスの影響の確認を行う（ステップＳ１３）。ステップＳ１３では、ユーザーが、モード（フォトモード、サーチモード、フォーカスモード）を順次切り替えて、各モードにおいて、電子線Ｌのずれや、視野中心のずれがないかを確認する。ユーザーがレンズヒステリシスの撮影に与える影響があると判断した場合（ステップＳ１４でＮｏの場合）、ステップＳ１０に戻って、再度、ステップＳ１１、Ｓ１２、Ｓ１３を行う。レンズヒステリシスの撮影に与える影響がなくなるまで、ステップＳ１０〜Ｓ１３を繰り返す。

ユーザーがレンズヒステリシスの影響がないと判断した場合（ステップＳ１４でＹＥＳの場合）、スルーマグシリーズを取得する（ステップＳ１５）。

ステップＳ１５では、制御部３２が、サーチモードにおける倍率とフォトモードにおける倍率の間の倍率の電子顕微鏡像が取得されるように、記憶部４４に記憶されたサーチモードにおける光学系３の条件、およびフォトモードにおける光学系３の条件に基づいて、電子顕微鏡１００の光学系３を制御する。ここでは、制御部３２は、サーチモードにおける倍率とフォトモードにおける倍率の間の倍率であって、互いに異なる倍率の複数の電子顕微鏡像（スルーマグシリーズ）が取得されるように、電子顕微鏡１００の光学系３を制御する。以下、サーチモードにおける倍率とフォトモードにおける倍率の間の倍率であって、互いに異なる倍率の一連の電子顕微鏡像を「スルーマグシリーズ」という。

図６は、サーチモードにおける倍率とフォトモードにおける倍率の間の倍率であって、互いに異なる倍率を持つ４つの電子顕微鏡像から構成されているスルーマグシリーズを示す図である。

ステップＳ１５では、ユーザーが操作部４０を用いて表示部４２に表示されたスルーマグシリーズ取得ボタンをクリックする。これを受けて、制御部３２は、記憶部４４に記憶されたサーチモードにおける倍率の情報とフォトモードにおける倍率の情報を取得する。そして、制御部３２は、この倍率情報に基づいて、スルーマグシリーズを構成する電子顕微鏡像の倍率を決定する。このとき、制御部３２は、スルーマグシリーズを構成する電子顕微鏡像の倍率を、サーチモードにおける倍率とフォトモードにおける倍率の間の倍率であって、互いに異なる倍率となるように決定する。例えば、サーチモードにおける倍率が２，０００倍、フォトモードにおける倍率が５０，０００倍であった場合、制御部３２は、スルーマグシリーズを構成する電子顕微鏡像の倍率を、例えば、５，０００倍、１０，０００倍、２０，０００倍、４０，０００倍に決定する。制御部３２は、決定した倍率の電子顕微鏡像が取得されるように光学系３を制御する。そして、制御部３２は、倍率ごとに自動的に電子顕微鏡像が撮影されるように、シャッター２０および撮像装置２２を制御する。取得された一連の電子顕微鏡像（スルーマグシリーズ）は、記憶部４４に記憶される。記憶部４４に記憶されたスルーマグシリーズは、例えば、ユーザーが操作部４０を用いて表示部４２に表示されたスルーマグシリーズボタンをクリックすることにより、呼び出すことができる。

なお、スルーマグシリーズを構成する電子顕微鏡像の数や倍率は特に限定されない。例えば、スルーマグシリーズを構成する電子顕微鏡像の数や倍率を、ユーザーが設定してもよいし、サーチモードにおける倍率およびフォトモードにおける倍率に応じて、予め設定されていてもよい。また、スルーマグシリーズの撮影は、制御部３２によってスルーマグシリーズが取得されるように光学系３が制御された後に、ユーザーが電子顕微鏡１００のシャッターボタン（図示せず）を押すことで行ってもよい。

また、ステップＳ１５では、制御部３２がディフラクションモードで中間レンズ１４の励磁を変えることによって倍率を変えて、スルーマグシリーズを取得してもよい。また、制御部３２がフォトモードにおける光学系３の条件から中間レンズ１４の励磁を変えることによって倍率を変えて、スルーマグシリーズを取得してもよい。なお、制御部３２は、例えば、スルーマグシリーズを構成する一連の電子顕微鏡像を取得する際に、倍率以外の条件は変更しない。例えば、スルーマグシリーズを構成する一連の電子顕微鏡像は、試料ホルダー８による試料Ｓの移動は行わずに取得される。スルーマグシリーズは、視野を固定し、倍率のみを変えて取得された一連の電子顕微鏡像であるともいえる。

次に、サーチモードでの視野とフォトモードでの視野の対応をとる（ステップＳ１６）。ここで、サーチモードでの視野とフォトモードでの視野の対応をとるとは、サーチモードでの視野とフォトモードでの視野との間のずれを補正することをいう。すなわち、例えば、サーチモードでの視野の位置（例えば視野の中心の位置）と、フォトモードでの視野の位置（例えば視野の中心の位置）とを一致させることをいう。また、例えば、サーチモードで視野の中心に位置していた対象物が、フォトモードでも視野の中心に位置するように調整することをいう。サーチモードでの視野とフォトモードでの視野の対応をとることにより、サーチモードで決定した視野と、フォトモードで撮影する視野とを一致させることができる。

ステップＳ１６では、スルーマグシリーズを用いて、サーチモードでの視野とフォトモードでの視野の対応をとる。例えば、ユーザーがスルーマグシリーズを参照して、試料Ｓの所定の箇所（例えば図６の矢印で示す箇所）が、サーチモードでの視野とフォトモードでの視野で同じ位置（例えば視野中心）にくるように、ＰＬアライメントコイル１８を用いて調整する。このときのＰＬアライメントコイル１８の条件は、記憶部４４に記憶される。スルーマグシリーズを用いて、サーチモードでの視野とフォトモードでの視野の対応
をとることにより、サーチモードにおける倍率の画像とフォトモードにおける倍率の画像とで、直接、視野対応をとる場合と比べて、容易に視野対応をとることができる。

なお、ステップＳ１６の後に、レンズヒステリシスの影響により、サーチモードでの視野とフォトモードでの視野との間にずれが生じないか確認してもよい。レンズヒステリシスの影響によるずれが生じている場合には、再度、ステップＳ１５を行う。

次に、サーチモードで撮影視野を探す（ステップＳ１７）。ステップＳ１７では、ユーザーがサーチモードを選択すると、制御部３２がステップＳ１１で設定されたサーチモードにおける光学系３の条件に基づいて、光学系３を制御する。これにより、電子顕微鏡１００では、図４に示すサーチモードの光学条件が再現される。

電子顕微鏡１００では、図４に示すように、サーチモードに設定されると、集束レンズ４によって、試料Ｓ上における電子線Ｌの径が広げられる。これにより、試料Ｓに照射される電子線量が少ない条件で、撮影視野を探すことができる。電子顕微鏡１００において、サーチモードでは、例えば、シャドーイメージが使用される。

電子顕微鏡１００がサーチモードの条件に設定されると、ユーザーは、試料ホルダー８を操作して、試料Ｓを水平移動させながら、撮影に適した視野を探す。そして、ユーザーは、撮影に適した視野（撮影視野Ａ）を決定し、視野中心に移動させる。

次に、フォーカスモードでフォーカス合わせを行う（ステップＳ１８）。ステップＳ１８では、ユーザーがフォーカスモードを選択すると、制御部３２がステップＳ１２で設定されたフォーカスモードにおける光学系３の条件に基づいて、光学系３を制御する。これにより、電子顕微鏡１００では、図５に示すフォーカスモードの光学条件が再現される。

電子顕微鏡１００では、フォーカスモードに設定されると、図５に示すように、ＣＬアライメントコイル６が、電子線Ｌの照射領域を撮影視野Ａからずれた視野Ｂとなるように電子線Ｌを偏向させる。また、イメージシフトコイル１２が、電子顕微鏡像が撮像装置２２上に形成されるように電子線Ｌを偏向させる。これにより、フォーカスモードでは、撮影視野Ａを避けるような視野Ｂとなり、撮影視野Ａに電子線Ｌが照射されて撮影視野Ａに含まれる試料Ｓが損傷することを防ぐことができる。

電子顕微鏡１００がフォトモードに設定されると、ユーザーは、対物レンズ１０の励磁量を調整してフォーカス合わせ（焦点合わせ）を行う。また、ユーザーは、非点補正等の撮影に必要な操作を行ってもよい。

次に、フォトモードで撮影を行う（ステップＳ１９）。ステップＳ１９では、ユーザーがフォトモードを選択すると、制御部３２が記憶部４４に記憶されたフォトモードにおける光学系３の条件に基づいて、光学系３を制御する。これにより、電子顕微鏡１００では、図３に示すフォトモードの光学条件が再現される。

ここで、撮影の手順について説明する。図７〜図９は、電子顕微鏡１００の撮影手順について説明するための図である。

電子顕微鏡１００では、フォトモードに設定されると、制御部３２が光学系３をステップＳ１０で設定された条件となるように制御する。このとき、制御部３２は、ＣＬアライメントコイル６を、図７に示すように、電子線Ｌを大きく偏向させて、試料Ｓに電子線Ｌが照射されない状態（ビームブランキング状態）とする。ユーザーが、シャッターボタンを押すと、図８に示すように、ビームブランキング状態が解除される。その後、図９に示
すように、シャッター２０が開き、撮像装置２２が電子顕微鏡像を取得する。

以上の工程により、試料を観察することができる。

本実施形態に係る電子顕微鏡および試料観察方法は、例えば、以下の特徴を有する。

本実施形態に係る電子顕微鏡１００では、制御部３２が、サーチモードにおける倍率とフォトモードにおける倍率の間の倍率の電子顕微鏡像が取得されるように、サーチモードにおける光学系３の条件およびフォトモードにおける光学系３の条件に基づいて、光学系３を制御することができる。これにより、サーチモードにおける倍率とフォトモードにおける倍率の間の倍率の電子顕微鏡像を容易に取得することができる。したがって、当該電子顕微鏡像を用いて、サーチモードでの視野とフォトモードでの視野の対応を容易にとることができる。

ここで、ＭＤＳでは、サーチモードで撮影視野を決定するため、サーチモードでの視野とフォトモードでの視野の対応が取れていない場合、サーチモードで撮影視野を決定しても、決定した撮影視野とは異なる視野が撮影されてしまう。そのため、サーチモードでの視野とフォトモードでの視野の対応をとる必要がある。しかしながら、サーチモードとフォトモードでは、倍率差が大きいことから、視野対応をとることは難しい。電子顕微鏡１００によれば、サーチモードにおける倍率とフォトモードにおける倍率の間の倍率の電子顕微鏡像を容易に取得することができるため、当該電子顕微鏡像を用いて、サーチモードでの視野とフォトモードでの視野の対応を容易にとることができる。

本実施形態に係る電子顕微鏡１００では、制御部３２は、サーチモードにおける倍率とフォトモードにおける倍率の間の倍率であって、互いに異なる倍率の複数の電子顕微鏡像（スルーマグシリーズ）が取得されるように、電子顕微鏡の光学系３を制御する。これにより、サーチモードでの視野とフォトモードでの視野の対応を、より容易にとることができる。

本実施形態に係る試料観察方法では、サーチモードにおける倍率とフォトモードにおける倍率の間の倍率の電子顕微鏡像が取得されるように、制御部３２が、サーチモードにおける光学系３の条件およびフォトモードにおける光学系３の条件に基づいて、光学系３を制御する。これにより、サーチモードにおける倍率とフォトモードにおける倍率の間の倍率の電子顕微鏡像を容易に取得することができる。したがって、当該電子顕微鏡像を用いて、サーチモードでの視野とフォトモードでの視野の対応を容易にとることができる。

本実施形態に係る試料観察方法では、サーチモードにおける倍率とフォトモードにおける倍率の間の倍率であって、互いに異なる倍率の複数の前記電子顕微鏡像（スルーマグシリーズ）が取得されるように、光学系３を制御する。これにより、サーチモードでの視野とフォトモードでの視野の対応を、より容易にとることができる。

なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。

例えば、上述した実施形態では、サーチモードとフォトモードの視野対応をとるステップＳ１６では、ユーザーが、スルーマグシリーズを参照しながら、ＰＬアライメントコイル１８を用いて、視野対応をとっていた。これに対して、ステップ１６において、制御部３２が、サーチモードでの視野とフォトモードでの視野の間のずれが補正されるように、サーチモードにおける倍率とフォトモードにおける倍率の間の倍率の電子顕微鏡像に基づいて、偏向装置（例えば、ＰＬアライメントコイル１８）を制御してもよい。具体的には
、制御部３２が、フォトモードでの画像（視野）をスルーマグシリーズを取得した各倍率値を参照してアフィン変換し、これとサーチモードでの画像（視野）を相互相関演算することにより視野を比較してそのずれ量を算出する。そして、制御部３２が、サーチモードでの視野中心と、フォトモードでの視野中心が一致するように、算出結果に基づいて、ＰＬアライメントコイル（偏向装置）１８を制御する。これにより、自動的にサーチモードでの視野とフォーカスモードでの視野の対応をとることができる。

また、例えば、上述した実施形態では、サーチモード、フォーカスモード、フォトモードの３つのモードを用いて撮影を行ったが、サーチモードおよびフォトモードの２つのモードで撮影を行ってもよい。すなわち、サーチモードで視野探しを行った後、フォーカスモードに移らずに、直接、フォトモードに移り、撮影を行ってもよい。

なお、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…電子線源、３…光学系、３ａ…照射レンズ系、３ｂ…結像レンズ系、４…集束レンズ、５…集束レンズ駆動回路、６…ＣＬアライメントコイル、７…ＣＬアライメントコイル駆動回路、８…試料ホルダー、１０…対物レンズ、１１…対物レンズ駆動回路、１２…イメージシフトコイル、１３…イメージシフトコイル駆動回路、１４…中間レンズ、１５…中間レンズ駆動回路、１６…投影レンズ、１７…投影レンズ駆動回路、１８…ＰＬアライメントコイル、１９…ＰＬアライメントコイル駆動回路、２０…シャッター、２１…シャッター駆動部、２２…撮像装置、３０…処理部、３２…制御部、３４…画像生成部、４０…操作部、４２…表示部、４４…記憶部、４６…情報記憶媒体、１００…電子顕微鏡

Claims (6)

1. 電子線を発生させる電子線源と、
   前記電子線を試料に照射するための照射レンズ系と、
   前記試料を保持する試料ステージと、
   前記試料を透過した前記電子線で結像するための結像レンズ系と、
   前記照射レンズ系および前記結像レンズ系を制御する制御部と、
   を含み、
   撮影視野を探すためのサーチモード、および前記サーチモードよりも高い倍率で撮影を行うためのフォトモードを用いて電子顕微鏡像を取得する電子顕微鏡による試料観察方法であって、
   前記フォトモードにおける前記照射レンズ系および前記結像レンズ系の第１条件を設定する工程と、
   前記サーチモードにおける前記照射レンズ系および前記結像レンズ系の第２条件を設定する工程と、
   前記サーチモードにおける倍率よりも高く前記フォトモードにおける倍率よりも低い倍率の前記電子顕微鏡像が取得されるように、前記制御部が、前記第１条件および前記第２条件に基づいて、前記照射レンズ系および前記結像レンズ系を制御する工程と、
   を含む、試料観察方法。
2. 請求項１において、
   前記サーチモードにおける倍率よりも高く前記フォトモードにおける倍率よりも低い倍率の前記電子顕微鏡像に基づいて、前記サーチモードでの視野と前記フォトモードでの視野との間のずれを補正する工程をさらに含む、試料観察方法。
3. 請求項１または２において、
   前記電子顕微鏡像を取得する工程では、前記サーチモードにおける倍率よりも高く前記フォトモードにおける倍率よりも低い倍率であって、互いに異なる倍率の複数の前記電子顕微鏡像が取得されるように、前記制御部が、前記照射レンズ系および前記結像レンズ系を制御する、試料観察方法。
4. 撮影視野を探すためのサーチモード、および前記サーチモードよりも高い倍率で撮影を行うためのフォトモードを用いて電子顕微鏡像を取得する電子顕微鏡であって、
   電子線を発生させる電子線源と、
   前記電子線を試料に照射するための照射レンズ系と、
   前記試料を保持する試料ステージと、
   前記試料を透過した前記電子線で結像するための結像レンズ系と、
   前記照射レンズ系および前記結像レンズ系を制御する制御部と、
   を含み、
   前記制御部は、前記サーチモードにおける倍率よりも高く前記フォトモードにおける倍率よりも低い倍率の前記電子顕微鏡像が取得されるように、前記サーチモードにおける前記照射レンズ系および前記結像レンズ系の条件、および前記フォトモードにおける前記照射レンズ系および前記結像レンズ系の条件に基づいて、前記照射レンズ系および前記結像レンズ系を制御する、電子顕微鏡。
5. 請求項４において、
   前記制御部は、前記サーチモードにおける倍率よりも高く前記フォトモードにおける倍率よりも低い倍率であって、互いに異なる倍率の複数の前記電子顕微鏡像が取得されるように、前記照射レンズ系および前記結像レンズ系を制御する、電子顕微鏡。
6. 請求項４または５において、
   前記結像レンズ系によって結像された前記電子顕微鏡像を移動させるための偏向装置を含み、
   前記制御部は、前記サーチモードでの視野と前記フォトモードでの視野との間のずれが補正されるように、前記サーチモードにおける倍率よりも高く前記フォトモードにおける倍率よりも低い倍率の前記電子顕微鏡像に基づいて前記偏向装置を制御する、電子顕微鏡。
   

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