JP6309195B2

JP6309195B2 - 走査型電子顕微鏡および検査装置

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Publication number: JP6309195B2
Application number: JP2013029047A
Authority: JP
Inventors: 山田　恵三; 恵三山田
Original assignee: Holon Co Ltd
Current assignee: Holon Co Ltd
Priority date: 2013-02-18
Filing date: 2013-02-18
Publication date: 2018-04-11
Anticipated expiration: 2033-02-18
Also published as: JP2014157772A

Description

本発明は、大気中に配置された試料の表面の拡大画像を生成する走査型電子顕微鏡および検査装置に関するものである。

近年、試料の全体サイズは大きいが、その構成物の微細構造を非破壊状態で観察したい場合が増加している。例えば、テレビなどに使う液晶パネルの第５世代の基板は一辺が３ｍもあるが、その上に作られている回路はサブミクロンであり、それを観察するためには電子顕微鏡が必要となる。

しかしながら、電子顕微鏡は電子ビームを走行させて画像を生成するために真空中でしか使えない。そのため、大きな液晶パネルの基板ガラスを真空チャンバー内に入れる必要がある。もちろん世の中には３ｍを超える真空チャンバーは存在するが、基板の隅々まで観察しようとすれば、基板の移動スペースも必要で、チャンバーの大きさは５ｍを超える非常に大型のものになり、作るのも大変だが設置するのも大変になる。現在の電子顕微鏡技術を用いた検査装置は実際、以上のような大型の装置である。

このような状況を鑑みた結果、従来、生物観察に使用されてきた膜隔離方式環境ＳＥＭの技術を利用する方式が存在する。環境ＳＥＭは従来の電子顕微鏡とは異なり、試料が大気圧、あるいはそれに近い圧力下でも電子顕微鏡を動作させることが出来る。生物用の環境ＳＥＭでは、水分を含んだままの試料を観察可能であるが、観察面は大気と真空を分離するための薄膜に接していることが必要である。これは、電子ビームは空気中では容易に空気と散乱を起こすため、電子ビームがぼけて太くなりかつ減衰するため、必要な感度や分解能が得られないからである。

生物試料が薄膜と接しているため、生物試料は水中、大気圧力中にあっても、生物試料と薄膜の間には空気がないため、散乱が起こらない。従って、高い分解能と感度を両立することが出来る。

上述したように、従来の膜隔離方式のＳＥＭでは、生物試料と隔膜との間に空気がないために、照射電子ビームおよび試料表面で生じる反射、２次電子が空気あるいは水で散乱、減衰することがなく、高い分解能と感度を両立できた。

しかしながら、空気中に普通に存在する試料（例えば大きな液晶パネルなどの試料）の場合には、隔膜と測定対象を接触した状態に保つことが出来ないため、照射電子ビームおよび反射、２次電子が試料上の空気により散乱、減衰して当該空気中に置かれた試料の表面を高分解能かつ高感度で観察する技術は存在しないという問題があった。

本発明は、前記不具合を解消し、普通に大気中に存在する試料を特別な前処理を必要としないで簡単に電子ビームを用いて光学顕微鏡を超える拡大画像観察できる装置を開示する。隔膜をもちいて電子ビームの鏡筒の大部分を高真空状態に保って安定にした上で、隔膜と試料との間の画像形成に最小限必要な空間の真空度を局所的に必要に応じて上げることで、電子ビームおよび反射電子、２次電子の散乱、減衰を防止し、使い勝手と高分解能と高感度を両立させるようにしている。

そのため、本発明は、大気中配置された試料の表面拡大画像を生成する走査型電子顕微鏡において、電子ビームを発生させて細く絞った電子ビームを出射すると共に出射した電子ビームを試料上で平面（２次元）走査させる手段、電子ビームが走行する部分を常に超高真空に真空排気した電子銃、照射電流量を変えるためのコンデンサレンズ、対物レンズ、電子ビーム走査手段、検出器から少なくとも構成される鏡筒と、鏡筒と試料との間に配置した隔膜と、大気中に配置された試料表面の画像生成対象となる一部分あるいは全部を覆って大気との分離を行う可変シールと、可変シール内の大気を真空排気する真空排気手段とを設け、鏡筒の隔膜を透過して出射された電子ビームを、可変シールで大気と分離されて真空排気手段により真空排気された試料上の画像生成対象の一部分に、あるいは試料に、照射しつつ平面走査したときに放出された２次電子、反射電子あるいは発生したＸ線を、鏡筒内あるいは可変シール内の真空中に取り込んで検出する前記検出器と、検出器で検出された２次電子、反射電子あるいはＸ線の信号をもとに画像を生成する画像生成手段とを備える。

この際、試料から放出された２次電子に、加速電圧を印加して加速した後に鏡筒内の真空中に取り込んで検出器で検出できるようにしている。

また、可変シールは、試料表面の画像生成対象となる一部分上あるいは全体上に、柔軟性材料の代表例であるシリコンゴムあるいはベローズで接触させて大気との分離を行うようにしている。

また、可変シールは、試料表面の画像生成対象となる一部分上あるいは全体上に、非接触かつ微小に浮上した浮上ヘッドを設けて大気との分離を行うようにしている。

また、可変シールで試料表面の画像生成対象となる一部分上あるいは全体上に接触の状態あるいは非接触かつ微小に浮上した状態をセンサで検出した後、あるいは距離測長器で距離を測定して接触の状態あるいは非接触かつ微小に浮上した状態に保持させた後、可変シール内を真空排気手段で排気するようにしている。

また、隔膜は、鏡筒を構成する対物レンズの電子ビームの入射側あるいは出射側あるいは対物レンズ内に設けるようにしている。

また、試料を移動、あるいは鏡筒を移動させて、試料上の異なる部分の画像を生成するようにしている。

また、鏡筒は真空封じするようにしている。

また、大気中の試料の全体を入れて覆う外周部材と可変シールで大気と分離し、可変シール内の試料表面の全体を真空排気するようにしている。

また、試料が回転し、回転する試料と可変シールとの間の距離を所定距離に浮上あるいは所定距離に保持させるようにしている。

また、取得された画像と、病原菌、ウィルスなどを含む微小生物の画像を予め登録したデータベースとを比較して微小生物の種別を抽出するようにしている。

本発明は、普通に大気中に存在する試料を特別な前処理を行うことなく、簡単に電子ビーム観察できる電子顕微鏡装置を開示し、隔膜をもちいて電子ビームの鏡筒の大部分を高真空状態に保って安定にした上で、隔膜と試料の間の空間の真空度を局所的に必要に応じて上げることで、電子ビームおよび発生した２次電子、反射電子、Ｘ線の散乱、減衰を防止し、高分解能と高感度を両立させることができる。

（１）本発明を利用すると試料全体を真空チャンバー（真空試料室）の中に入れる必要が無いので、試料の大きさに匹敵する大きな真空チャンバーが不要となり、観察対象の大きさに関わりなく、通常の大気中のどこの試料上の表面でも即座に電子顕微鏡で観察することが可能となる。可変シール１２と試料１５で形成される小さな部屋（可変シール室１４）を真空に引いて測定を行うため、測定時には普通の電子顕微鏡と同じ真空度が実現されるため非常に高画質の電子顕微鏡画像を得ることができる。可変シール室１４は非常に容量が小さいので、非常に高速に真空にすることが出来るため、直ぐに電子顕微鏡画像を見ることが出来る。可変シール室１４は観察時には真空なので、この中に電子、Ｘ線検出装置を設けることでさらに感度を上げることが出来る。

（２）可変シール室１４の真空度を適切に調節することで、生物試料のような濡れた試料も観察可能となる。従来の隔膜式顕微鏡では、生物と隔膜が接している場所（最表面）しか観察できなかったが、本方式では、生物のどの場所も普通の電子顕微鏡のように観察が可能である。ある程度の深さ方向の観察も可能。例えば、２つの角度の異なる画像から３次元観測を行うことが可能である。観察に必要な時間が極めて短いので、生物に損傷を与えることが少なくできる。

生物だけでなく、水や溶剤を含む材料の観察においても、材料の状態を普通に保ったまま観察が可能となる。例えば、レジスト材料などから溶剤や化学物質が観察によって飛び出し、縮んでしまう現象を防止できる。観察対象物が空気中に置かれるため、熱交換が容易である。生物や観察対象物を冷却装置を用いて瞬間的に冷却あるいはヒーターを用いて温めて観察することもできる。本発明の電子顕微鏡では大気部分と真空部分を隔膜１０によって遮断しているので、従来の環境電子顕微鏡と異なり濡れた試料１５から発生する水蒸気やガスが電子顕微鏡の性能維持のために超高真空を必要とする主要部分には入ってこないため、隔膜１０に電子ビームコラム保護作用が有り、電子顕微鏡を常に安定な状態に保つことができる。従って電子顕微鏡の寿命が非常に長い。観察時に可変シール室１４を真空に引くため、隔膜１０の両端に加わる圧力差が小さくなり、隔膜１０の平面度が保たれる。このため、隔膜１０が局面を持つことによる不要な電子散乱を避けることができる。また、膜の寿命を延ばすことができる。

（３）浮上ヘッドを利用したタイプでは、対物レンズ１１と試料１５との距離を常に一定に保つことが可能であり、非常に大きな平面形状の試料１５の上を電子顕微鏡を簡単に移動させて観察することが出来る。非接触なのでごみもつかない。対物レンズ１１と観察対象の試料１５との間の距離が自動的に正確に保たれるので、測定時に毎回オートフォーカスをかける必要がない。そのため、高速測定が出来る。鏡筒２１にＸＹステージ等自動移動手段を設けることで、欠陥検査装置が指定した位置の電子顕微鏡像を得ることが出来，オートレビューを実現できる。

（４）封じきり型の電子顕微鏡（鏡筒２１など）は大型真空ポンプが無いため、小型軽量で手で簡単に持つことが可能なので、観察対象の試料１５に押し付けることによって簡単にどこでも高分解能の電子顕微鏡画像を見ることが出来る。ハンディータイプの顕微鏡では、例えば、医療応用が可能であり、測定したい場所に存在する病原菌やウイルスを培養する必要なく生物活動が行われているその場で特定可能であり、医療活動を加速し、迅速な対応ができる。患者を早期に助けられる。一般家庭で用いて、台所やトイレ等水回りの清潔度が目で確認できるため、安心して生活できる。冷蔵庫等に保存した食品に関しても、その表面を観察することで、微生物発生や病原菌の有無を判断できるため、より安全に食事をすることができる。逆に、有用菌であることが判明した場合は、見た目は悪いが食することが出来るので、材料を無駄に捨てることを防止でき環境に優しい。

本発明は、普通に大気中に存在する試料を手を加えることなくそのまま簡単に電子ビームを用いた走査型電子顕微鏡で観察できる装置を開示し、隔膜１０をもちいて電子ビームの鏡筒２１を高真空状態に保って安定にした上で、隔膜１０と試料１５との間に画像形成に最低限必要な局所的に真空引き可能な微小空間である可変シール室１４を作り、可変シール室１４の真空度を必要に応じて上げることで、電子ビームの散乱、減衰を防止し、使い勝手、高分解能と高感度を両立させることを実現した。

図１は、本発明の１実施例構成図を示す。

図１において、鏡筒２１は、電子ビーム発生、電子ビーム量調節、集束後、隔膜１０を透過して試料１５上を２次元走査するとともに、試料１５が放出した２次電子を必要に応じて加速して隔膜１０を透過して当該鏡筒２１内に取り込んで電子検出装置８で検出するものであって、１から１１などの機能から構成されるものである。

電子銃１は、電子ビーム２を発生させて加速して放出する公知のものである。

電子ビーム２は、電子銃１から放出される電子ビームである。

ブランキング装置３は、電子ビーム２を高速に遮断したり、通過させたりするものである。

ブランキングアパチャー４は、ブランキング装置３が電子ビーム２を軸外に偏向したときに遮断するためのものである。

コンデンサーレンズ５は、電子銃１から放出された電子ビーム２を集束するものである。

対物アパチャー６は、軸近傍の所定開き角内の電子ビーム２のみを試料１５に照射させるための絞りである。コンデンサーレンズとともに照射電流を制御する。

偏向装置７は、細く絞られた電子ビーム２を、試料１５の上で平面走査するための偏向装置である。

電子検出装置８は、細く絞った電子ビーム２を試料１５に照射しつつ平面走査したときに当該試料１５から放出された２次電子を必要に応じて加速した当該２次電子を、あるいは当該試料１５で反射した反射電子を、隔膜１０から（隔膜１０を透過させて）真空中に取り込んで検出するものである。電子検出装置は半導体検出装置やシンチレータなどの場合には可変シール室１４の中にあっても良い。

ＥＤＸ９は、Ｘ線のエネルギーを検出するもの（Ｘ線検出器）である。

隔膜１０は、鏡筒２１と、可変シール室１４とを真空的に隔離し、電子ビーム２、電子（反射電子、２次電子）、Ｘ線などを通過させるための薄い膜である。

対物レンズ１１は、電子ビーム２を細く絞って試料１５上に照射するものである。

可変シール１２は、試料１５の所定領域を覆って接触したり、近接したりして大気と隔離するためのものである（後述する）。

近接センサー１３は、可変シール１２が試料１５の表面に接触したり、近づいたことをあるいは距離を検出するものである。

可変シール室１４は、可変シール１２と試料１５とによって外部の大気圧を隔離した内部の真空排気する非常に体積の小さな部屋である。

試料１５は、観察対象の試料（例えば数ｍ角の液晶パネル基板などの試料）である。

電磁弁（１）１６は、隔膜１０と試料１５との間に形成された空間（可変シール室１４）を、真空ポンプ１８で真空に排気するものである。なお、可変シール室１４を真空排気して所定圧力に到達するまでは、電磁弁（２）１７を閉して鏡筒２１の真空が低下しないように制御する。

電磁弁（２）１７は、鏡筒２１と、真空ポンプ１８との間を開あるいは閉に制御して当該鏡筒２１を真空排気する電磁弁である。

真空ポンプ１８は、鏡筒２１、可変シール室１４を真空排気するための真空ポンプである。

次に、図１の構成の動作を説明する。

（１）図１の装置は、電子ビーム２を発生するための電子銃１、電子ビーム２をオンオフするためのブランキング装置３、ブランキングアパチャー４、発生した電子ビーム２を集束してその量を決めるためにコンデンサレンズ５と対物アパチャー６があり、鏡筒２１と可変シール室１４（大気の場合）を分離するための隔膜１０、隔膜１０を通過した電子ビーム２をスポットに絞るための対物レンズ１１、電子ビーム２を走査するための電子ビーム偏向装置７、試料１５の表面と隔膜１０の間に出来る空間（可変シール室１４）を仕切るための可変シール１２、可変シール１２が試料１５に押し付けられていることを検出する近接センサ１３あるいはスイッチ、可変シール１２と試料１５および隔膜１０で作られる部屋（可変シール室１４）の真空を作り出すための真空ポンプ１８および電磁弁１６，１７、試料１５に電子ビーム２を照射したさいに生じる電子、Ｘ線を検出するための電子検出装置８、Ｘ線検出装置（ＥＤＸ９）等から成り立っている。

（２）隔膜１０は、炭素単体あるいは有機材料からなるものが利用可能である。隔膜１０は大気圧に耐える必要があるため、その厚みは、隔膜１０のサイズによって大きく変わるが、数ｎｍから数百ｎｍの範囲が実用的である。また、サイズは数ミクロンから数ｍｍ位のものが使用できる。隔膜１０の材料の代表例としてはダイヤモンド、ＤＬＣ、グラフェン、カーボンナノチューブ、タンパク質、金属薄膜や無機材料の薄膜も利用できる。例えば、アルミやチタン、シリコンやその窒化物、ＳｉＯ２、ＳｏＯ，ＳｉＮあるいはセラミック材料が利用できる。もちろんこれらを複合して利用しても良い。有機材料としてはポリアミド、ポリイミド、ポリアミド-イミド、ポリエチレン、ポリピロール、コロディオン、パーロディオン(PARLODION)（登録商標）、カプトン (KAPTON)（登録商標）、フォームバー(FORMVAR)（登録商標）、ビニレック(VINYLEC)（登録商標）、ブットバール(BUTVAR) （登録商標）、ピオロフォーム(PIOLOFORM)（登録商標）で構成される群から選ばれた材料を有する。隔膜１０の破損を防止するため、可変シール室１４の出口あるいは隔膜１０の近傍に隔膜を保護するための保護部材、あるいはシャッター等が配置されていても良い。顕微鏡を使用しないときは閉じておき、使用する際に開く。

（３）電子銃１には通常の高圧電源を必要とするタングステンやサーマルフィールドエミッターやコールドフィールドエミッター、あるいはフォトカーソード等を利用することが出来る。

図２は、本発明の説明図（その１）を示す。図２は、図１の隔膜１０の構成例を示し、試料１５の表面に、可変シール１２が接触する部分を、シリコンゴム、柔軟シール、オーリングで形成した例をそれぞれ示す。

図２の（ａ）は、可変シール１２の試料１５への接触部分をシリコンゴムで形成した例を示す。シリコンゴムは、柔軟性があり、試料１５、例えば数ｍ角の液晶パネル基板上に柔軟性のシリコンゴム（板状）で接触して真空シールし、当該可変シール１２の外側（大気圧）と、内側（真空ポンプ１８で真空排気）とを真空的に隔離あるいは若干のリークがあっても内側の圧力を低下させて試料１５で反射した反射電子（あるいは試料１５から放出された２次電子（必要あれば加速電極を設けて加速した２次電子））が走行して隔膜１０を透過して鏡筒２１の真空内に到達可能な圧力（１００００Pa）以下に低下できればよい（図３参照）。出来るだけ観察対象と隔膜の距離を近づけることが高画質取得には有効である。可変シール１２の潰れた時の厚みを数ミクロンから数十ミクロンと出来るだけ小さくして発生した電子の散乱を防止することもできる。液晶基板を観察する際は、ＥＢテスターで行われておるように、基板に形成された回路に種々の電圧を静的あるいは動的に加えて実際に動作させ、その時に得られる電位コントラスト画像を取得しても良い。複数の鏡筒２１を利用すればより高速に画像取得を行うことが出来る。

図２の（ｂ）は、可変シール１２の試料１５への接触部分を柔軟シールで形成した例を示す。この柔軟シールは、内部に空間があり、柔軟性を向上させたものであって、試料１５の表面に凹凸がある場合に適する。

図２の（ｃ）は、可変シール１２の試料１５への接触部分をオーリングで形成した例を示す。図示のオーリングは、試料１５の表面の平面性が良好な場合に完全なシールが可能となり、可変シール１２の内側の可変シール室１４を真空ポンプ１８で容易に真空排気することが可能となる。隔膜１０が破壊しないように隔膜１０と測定対象の試料１５との間の最小限間隔が維持できるように例えば、隔膜１０と測定対象の試料１５との間には数ミクロンのスペーサーを入れておくことが望ましい。

図２の（ａ）から（ｃ）に示すように、試料１５の表面の状況に応じて適切な可変シール１２の試料１５への接触部分を選択することにより、可変シール１２の内側部分を、外部の大気圧から完全に隔離、あるいはリークがあっても真空ポンプで内部を排気して所定の圧力以下にして試料１５で反射した反射電子、試料１５から放出された２次電子（あるいは必要あれば図示外の加速電極を設けて加速した２次電子）、Ｘ線）を、既述した図１の隔膜１０を透過させて電子検出装置８（あるいはＸ線はＥＤＸ９）で検出することが可能となる。

図３は、本発明の説明図（その２）を示す。横軸は圧力を表し、縦軸は電子の飛行距離を示し、既述した図１，図２の可変シール１２で大気圧と隔離した可変シール室１４内の圧力と、電子（反射電子、２次電子）の走行距離（飛行距離）の関係例を示す。図示のように圧力に応じて電子（反射電子、２次電子）の飛行距離が変化するので、既述した図１の試料１５の表面から隔膜１０を通過するまでの可変シール室１４内の飛行距離をこれら電子が走行できるように所定圧力以下であるときに、鏡筒２１内の真空中に配置した電子検出装置８で検出・増幅し、画像を生成することが可能となる。このため、本発明は、隔膜と測定対象の距離が数ｍｍの時は反射電子は、例えば１０００Ｐａ以下、２次電子は例えば０．０１Ｐａ以下が望ましい。２次電子の場合には、０．０１Ｐａ以下が確保できないときは、図示外の加速電極（図１の光軸上で、試料１５と隔膜１０との間に配置した中心に穴のある円盤状の電極に正の所定電圧を印加した加速電極あるいは隔膜１０に正の電圧を印加）を設けて２次電子を加速して隔膜１０を通過できるように当該加速電極の電圧を調整する必要がある。逆に隔膜１０と測定対象の試料１５との間の距離を数ミクロンにまで近づければ、可変シール室１４の内部の真空をそれほど低く保たなくても反射、２次電子、Ｘ線信号を容易に検出することができる。画像取得のためには、試料１５の表面から放出される信号（２次電子、反射電子、Ｘ線など）の他に、試料１５に生じる電流（例えば吸収電流）を利用して画像を取得しても良い。

次に、図４のフローチャートの順番に従い、図１から図３の構成の動作を詳細に説明する。

図４は、本発明の動作説明フローチャートを示す。

図４において、Ｓ１は、電子ビームを発生させる。これは、既述した図１の電子銃１で電子ビーム２を発生させる。

Ｓ２は、対物アパチャーを通過する。これは、Ｓ１で発生された電子ビーム２がブランキング装置３で偏向されないときは対物アパチャー６を当該電子ビーム２が通過し、ブランキング装置３で偏向されたときは対物アパチャー６で当該電子ビーム２の通過が阻止される。

Ｓ３は、偏向する。これは、Ｓ２で対物アパチャー６を通過した電子ビーム２が、偏向装置７によって偏向される。

Ｓ４は、対物レンズで細く絞る。これは、Ｓ３で偏向装置７で偏向された電子ビーム２は、対物レンズ１１で細く絞る。

Ｓ５は、隔膜を通過する。Ｓ４で細く絞られた電子ビーム２が図１の隔膜１０を通過する。

Ｓ６は、可変シールのシールを開始する。これは、既述した図１の可変シール１２と、試料１５の表面とを近づける操作を開始する（可変シール１２を下方向に移動させる、あるいは試料１５を上方向に移動させる）。

Ｓ７は、スイッチＯＮか判別する。これは、図１の近接センサ１３によって、可変シール１２が試料１５の表面に接触（あるいは所定距離に浮動）してスイッチがＯＮ（シール状態が完了した状態）か判別する。ＹＥＳの場合には、図１の可変シール１２が試料１５の表面へのシールが完了したと判明したので、Ｓ８に進む。ＮＯの場合には、Ｓ７を繰り返し、可変シール１２が試料１５の表面にシール完了まで待機する。

Ｓ８は、真空引きする。これは、Ｓ７のＹＥＳで可変シール１２のシールが完了したと判明したので、当該可変シール１２の内部の空間（可変シール室１４）を、真空ポンプ１８で真空排気する。

Ｓ９は、電子ビームを照射する。これは、Ｓ９で図１の可変シール室１４の内部が大気圧から真空に排気されたので、対物レンズ１１で細く絞られた隔膜１０を透過した電子ビーム２を試料１５の表面に照射しつつ平面走査する。

Ｓ１０は、２次電子、反射電子、更にＸ線を発生する。これは、Ｓ９で細く絞られた電子ビーム２が平面走査された試料１５の表面から反射電子が反射し、更に、２次電子、Ｘ線が放出される。

Ｓ１１は、２次電子、反射電子、Ｘ線を検出する。これは、Ｓ１０で細く絞られた電子ビーム２が平面走査された試料１５の表面から反射された反射電子、放出された２次電子、Ｘ線について、図１の可変シール室１４内の空間（真空ポンプ１８で真空排気した空間）を走行して隔膜１０を透過して真空である鏡筒２１内の電子検出装置８、ＥＤＸ９でそれぞれ検出・増幅し、画像を生成する。この際、可変シール室１４の内部の空間は、真空ポンプ１８で真空排気され、反射電子の場合には図３で既述したように１０００Ｐａ以下、２次電子の場合には０．０１Ｐａ以下の場合にはほとんど減衰することなく飛行して隔膜１０を通過して鏡筒２１の真空中に取り込み検出することが可能となる。尚、２次電子の場合には、０．０１Ｐａ以下がえられない場合には、図３で既述したように加速電極を設けて２次電子を加速して鏡筒２１の真空中に取り込み検出できるように加速電極に印加する電圧を調整すればよい。

次に、図４の動作を更に具体的に説明する。

（１）電子銃１で１ＫＶから数十ＫＶの電子ビーム２が発生されるとまずブランキング装置３を通過する。ブランキングを行うと電子ビーム２は対物アパチャー６の開口部とは別の方向に曲げられるため、対物アパチャー６を通過できず電子ビーム２は試料１５には照射されない。ブランキング装置３を通過した電子ビーム２はコンデンサーレンズ５で一旦絞られる。絞られた電子ビーム２は対物アパチャー６に照射され、その一部分が通過する。試料１５が存在しない場合は、ブランキング装置３によって電子ビーム２をカットする。

（２）可変シール１２に試料１５が押し付けられているとセンサー１３あるいはスイッチで感知すると、隔膜１０と試料１５と可変シール１２で囲まれた領域（可変シール室１４）を真空に引くため電磁弁（１）１６が開き、必要な真空度に保たれる。可変シール１２はシリコンゴムのような密着性の良い柔らかい材料で出来ている。押し付けた際に対物レンズ１１と試料１５の距離が一定になるように押し込み距離は一定になるようにしてある。真空度が所定の値になったら、ブランキングを停止する。

（３）電子ビーム２は隔膜１０を通過し、対物レンズ１１によってスポット状に絞られ試料１５の表面を走査する。対物レンズ１１と試料１５が作る空間（可変シール室１４）は真空状態なので、通常のＳＥＭと同様に試料１５の表面で発生した２次電子、反射電子、Ｘ線等の信号は真空中を伝播して隔膜１０を透過した後、ＭＣＰ等の電子検出装置８．ＥＤＸ９によって検出される。

（４）電子ビーム２の走査タイミングと同期して信号を検出し並び替えることにより試料１５の表面の拡大画像を得ることが出来る。この画像を利用してオートフォーカス（対物レンズ１１の内側に配置した空芯のダイナミックコイルにフォーカス電流を流してオートフォーカス）を行い、より鮮明な画像が得られるように電子ビーム２の焦点距離を自動調整する。この状態で再度画像取り込みを行い、ジャストフォーカスの画像を取得する（空心コイルの代わりに静電レンズを用いても良い）。

（５）電子銃１や電子検出装置８等は動作するためには超高真空中にある必要がある。鏡筒２１のほとんどの部分が常に超高真空に引かれているため、電子ビーム２の発生部分や電子検出装置８等は安定した真空中に保持され性能が保たれている。測定時に非常に狭い空間（可変シール室１４）の空気（大気圧）を真空ポンプ１８などで真空にすれば良いので、ほぼ瞬間に目的とする真空度（０．０１から１０００Ｐａ程度（図３参照））に達成できる。この程度の真空が保てれば、照射する電子ビーム２は大きな散乱を受けることなく試料１５の表面に到達するとともに、試料１５の表面で発生した電子は減衰することなく、電子検出装置８にて検出できる。本発明による分解能は数ｎｍ程度を実現可能であり、試料１５上の測定したい場所にぐっと可変シール１２を押し付けると直ぐにその場所の電子顕微鏡画像を観察することができる。可変シール室１４と観察対象の試料１５とが接する部分には滑りが良くなるように、滑り部材や小型ローラーを配置しても良い。

図５は、本発明の他の実施例構成図を示す。図５は、図１に比して、隔膜１０の位置を対物レンズ１１の下側に配置した他の実施例構成図を示す。このようにすると、対物レンズ１１の空間の分だけ真空に引く体積が減少でき、測定時に隔膜１０と可変シール１２および試料１５で形成される空間（可変シール室１４）の体積を激減できる。これにより測定対象の試料１５に可変シール１２を接触（あるいは浮動）させてから測定可能になるまでの時間を減らすことができる。また、高真空になっている領域が試料１５に近づくため、試料１５の表面で発生した２次電子、反射電子あるいはＸ線等の信号をより収率高く検出することが出来るようになる。隔膜１０と測定対象の試料１５と間の距離が短いほうが良いので、隔膜１０を可変シール室１４の内部まで飛び出させる構造にしても良い。

図６は、本発明の他の動作説明フローチャートを示す。図６は、図５の構成の動作説明フローチャートであって、Ｓ２１からＳ３１は、既述した図４のＳ１からＳ１１にそれぞれ対応するものであり、このうちＳ２４とＳ２５と図４のＳ５とＳ４とが逆である他は同一であるので説明を省略する。

図６においてＳ２４は、隔膜を通過する。

Ｓ２５は、対物レンズで細く絞る。これらＳ２４、Ｓ２５は、図１に比して、図５の構成図で隔膜１０を対物レンズ１１の下側に配置したために順番が変わったものであり、図４のＳ５、Ｓ４と同一である。

図７は、本発明の説明図（その３）を示す。図７は、試料１５の上にシートを配置して当該シートに観察穴を設けて当該観察穴の部分に、既述した可変シール１２を被せて接触させることにより、当該観察穴の部分のみを真空排気して画像を取得することが可能となる。ここで、観察穴は、図７では１個設けたが、必要に応じて観察する場所に任意の個数を設けてその箇所に順次可変シール１２を位置づけて被せて接触させ、真空排気して画像を取得することが可能となる。また観察穴を設けたシートを、試料１５上の観察対象の場所に移動させて当該観察穴に可変シール１２を被せて接触させ、真空排気して画像を取得するようにしてもよい。これにより、可変シール１２が直接に試料１５に接触することなくシート（例えば柔軟なシリコンシート、テフロン（登録商標）シート）を介して試料１５の表面に接触でき、試料１５の表面への傷やごみを付着させる危険性をなくすことが可能となる。

尚、可変シール１２を被せて試料１５に接触し、可変シール１２の内部を真空排気したときの圧力は、完全に真空である必要がなく、可変シール１２と試料１５との間のリークがあっても図３で既述したように、反射電子を検出する場合には１０００Ｐａ以下、２次電子を検出する場合には０．０１Ｐａ以下と真空排気できればよい。シートを数ミクロンと極端に薄くすることも可能で、このようにすれば、余り真空に引かなくても反射電子や２次電子を検出できるようになる。

図８は、本発明の他の実施例構成図を示す。図８は、浮上ヘッド２４を設けた他の実施例構成図を示し、当該浮上ヘッド２４により対物レンズ１と観察対象の試料１５との距離が厳密に一定になり、かつ、試料１５と非接触状態に保つための装置を開示する。尚、１から１１，１８は図５の１から１１，１８と同一であるので説明を省略する。

図８において、電磁弁（１）１６、電磁弁（２）１７は、隔膜１０の下側と上側とをそれぞれ開、閉にしたりする電磁弁である。

加圧ポンプ２３は、空気などの気体を加圧して浮上ヘッド２４から試料１５に向けて放出させるためのポンプである。

浮上ヘッド２４は、当該浮上ヘッド２４と試料１５の表面との距離を所定の微小値に保持するための加圧された気体（例えば空気、窒素、酸素、水素、ヘリウム）を放出するためのものである。

センサ２５は、浮上ヘッド２４と試料１５との間の距離が所定値に保持されたか検出するものである。

ＸＹステージ１５１は、試料１５をＸ，Ｙ方向に距離測定手段１５２で測定した情報をもとに精密に移動するものである。

距離測定手段１５２は、レーザ干渉計などの距離を精密に測定するものである。

次に、図８の構成について詳細に説明する。

（１）図８は、ＬＣＤ基板や半導体ウェハーあるいは大きな鉄鋼材料等を観察するのに適している。図８の浮上ヘッド２４はエアーベアリングなどの原理を利用したものである。加圧ポンプ２３からの加圧ガスを浮上ヘッド２４から測定対象の試料１５に向けて放出し、浮上ヘッド２４と試料１５との空間を非接触的に生成する。ホバークラフトのようにスカートと呼ばれるゴム製のエアクッション用側壁を用いても良いし、試料１５の平面との接触部分にカーボン製多孔質材料を用いて、加圧ガスを放出することもできる。

（２）試料１５はＸＹステージ１５１等によって電子ビーム２の照射位置を制御できるようになっており、ＸＹステージ１５１の位置はレーザー距離測定装置などの距離測定手段１５２などにより監視されている。ＰＣ等から図示外のステージ制御装置に対して所望の座標を指示することで、ＸＹステージ１５１は移動を行い、指定した位置に電子ビーム２が照射される。これにより、例えば、欠陥検査装置等が出力する欠陥位置データを元に，自動的に欠陥場所の画像を取得してオートレビューを掛けることが出来る。指定された試料１５上位置において電子顕微鏡拡大画像を取得しそれをもとに欠陥の種類を分類する。

（３）ここでは、試料１５をＸＹステージ１５１にて移動する例を示しているが、試料サイズに対して電子ビーム２の鏡筒２１の方が小さい場合には、鏡筒２１の方にＸＹおよびＺ軸移動手段を設け、測定対象の試料１５の所望の位置に移動し画像を取得することが望ましい。このようにすれば、画像取得装置のサイズを著しく小さくすることが可能でコストダウンやフロアーの節約に繋がる。

図９は、本発明の他の実施例構成図を示す。図９は、図８に加え、更に、浮上ヘッド２４を支持板１５５に固定し、当該支持板１５５と、支持台座１５３の上に配置した支持支柱１５４と、摺動面１５６などで摺動可能にし、大きなサイズの試料１５の表面をステップアンドリピートで画像を取得できる構成にしたものであって、１から１１、１８、２２から２５、１５１，１５２は、図８の同一番号のものと同一であるので説明を省略する。

図９において、支持台座１５３は、支持支柱１５４を支持するものである。

支持支柱１５４は、支持板１５５を摺動可能な形態で支持するものであって、摺動面１５６（例えばオイルレスベアリング）を有するものである。

支持板１５５は、浮上ヘッド２４を固定するものである。

（１）以上の図９の構成にすることにより、浮上ヘッド１４から加圧空気を試料１５に向けて放出して近接センサ２５で所定距離が保持されていることを監視しつつ当該試料１５を、ＸＹステージ１５１で任意の場所に移動し、電子ビームを細く絞って試料１５の表面に照射しつつ平面走査し、そのときに放出された２次電子、Ｘ線、反射された反射電子を隔膜１０を通過して電子検出装置８、ＥＤＸ９で検出・増幅し、画像を生成することができる。浮上ヘッドに供給する空気の圧力あるいは流量を変化させることで、測定対象表面と隔膜の距離を自由に変更することが出来る。

（２）更に、支持板１３５の摺動面１５６を摺動させてＸＹステージ１５１で移動範囲を超えた場所に移動させた後、上記（１）を繰り返すことにより、長尺の試料１５の任意の部分の画像を取得することが可能となる。

図１０は、本発明の説明図（その４）を示す。図１０は、図９の支持板１３５の摺動面１５６で摺動させて当該支持板１３５上に固定された浮上ヘッド２４、鏡筒２１などを一体として任意の場所に移動させる構成例を示す。

図１０において、支持板１５５は、鏡筒２１を３方から支える図示の板から構成され、支持支柱１５４上の摺動面１５６で任意の場所に摺動（移動）できるように構成されたものである。この摺動（移動）する際、浮上ヘッド２４から噴出された気体の圧力や流量を調節することにより試料１５との間の距離が所定値に保持され、近接センサ２５で監視されている。図示の状態では、摺動面１５６は、左右方向に移動可能である。

図１１は、本発明の説明図（その５）を示す。図１１は、図９の支持板１３５の摺動面１５６で摺動させて当該支持板１３５上に固定された浮上ヘッド２４、鏡筒２１などを一体として任意の場所に移動させる他の構成例を示す。

図１１において、支持板１３５上に固定された浮上ヘッド２４、鏡筒２１などは、図示のＹ方向の摺動面１５７、更に、その下にＸ方向の摺動面１５８を設けた（２階構造で設けた）例を示す。図示のように、Ｙ方向、Ｘ方向の摺動面１５７，１５８を２階構造で設けたことにより、支持板１３５上に固定された浮上ヘッド２４、鏡筒２１などをＹ，Ｘの任意の場所に摺動させることが可能となる。

次に、図１２のフローチャートの順番に従い、図８から図１１の構成の動作を詳細に説明する。

図１２は、本発明の他の動作説明フローチャートを示す。

図１２において、Ｓ４１は、電子ビームを発生させる。これは、既述した図８の電子銃１で電子ビーム２を発生させる。

Ｓ４２は、対物アパチャーを通過する。これは、Ｓ４１で発生された電子ビーム２がブランキング装置３で偏向されないときは対物アパチャー６を当該電子ビーム２が通過し、ブランキング装置３で偏向されたときは対物アパチャー６で当該電子ビーム２の通過が阻止される。

Ｓ４３は、偏向する。これは、Ｓ４２で対物アパチャー６を通過した電子ビーム２が、偏向装置７によって偏向される。

Ｓ４４は、隔膜を通過する。これは、Ｓ４３で偏向された電子ビーム２が隔膜１０を通過する。

Ｓ４５は、対物レンズで細く絞る。これは、Ｓ４４で隔膜を通過した電子ビーム２は、対物レンズ１１で細く絞る。

Ｓ４６は、浮上ヘッドを浮上させる。これは、図８の浮上ヘッド２４から、加圧ポンプ２３で加圧された気体（例えば空気）を試料１５の面上に噴射して当該浮上ヘッド２４を浮上させ、センサー２５で監視して試料１５から所定距離に保持させる。空気圧が無いときに隔膜を破壊しないように、隔膜と測定対象物の間には数ミクロン以上のスペーサーを入れておくと良い。あるいは、空気圧とは別に測定対象表面と電子ビームコラムの距離が一定に保てるようにZ軸移動機構を電子ビームコラム側あるいは測定対象側に設けておくことが望ましい。

Ｓ４７は、試料の真上か判別する。これは、Ｓ４５で浮上ヘッド２４を浮上させ、センサ２５により試料１５の真上の所定距離に浮上しているか判別する。ＹＥＳの場合には、Ｓ４８に進む。ＮＯの場合には、Ｓ４７を繰り返す。

Ｓ４８は、真空引きする。これは、Ｓ４７のＹＥＳで浮上ヘッド２４が試料１５の真上の所定距離に浮上していることが判明したので、図８、図９の電磁弁（２）１７を閉、電磁弁（１）１６を開にして隔膜１０の下側の浮上ヘッド２４の内側の空間を真空排気し、所定圧力（例えば既述した図３で説明したように反射電子を検出して画像を生成する場合には１０００Ｐａ以下、２次電子を検出して画像を生成する場合には０．０１Ｐａ以下に真空排気する。そして、真空排気したら、電子弁（２）１７を開し、鏡筒２１を真空排気する。

尚、真空ポンプ１８を別に設け、電磁弁（１）１６を介して単独に浮上ヘッド２４の内側を真空排気するようにしてもよい。隔膜１０と観察対象の試料１５との間の距離は短いほうが電子散乱を受けにくいので、浮上ヘッドの中に隔膜１０を張り出して設けても良い。このようにすれば、真空をそれほど引かなくても試料１５の表面で発生した２次電子、反射電子、Ｘ線を検出することが出来る。

同様に、試料表面で発生した電子は必ずしも隔膜を通過する必要はなく、観察対象と検出器の距離が短いほうが電子は散乱を受けにくいので、浮上ヘッド内部に検出器を設けても良い。比較的低真空でも動作する電子検出器としては半導体電子検出器例えばPNダイオードやアバランシェダイオード、トランジスタなどが使用できる。

Ｓ４９は、電子ビームを照射する。これは、Ｓ４８で図８、図９の浮上ヘッド２４の内側の空間が大気圧から真空に排気されたので、対物レンズ１１で細く絞られた隔膜１０を透過した電子ビーム２を試料１５の表面に照射しつつ平面走査する。

Ｓ５０は、２次電子、反射電子、更にＸ線を発生する。これは、Ｓ４９で細く絞られた電子ビーム２が平面走査された試料１５の表面から反射電子が反射し、更に、２次電子、Ｘ線が放出される。

Ｓ５１は、２次電子、反射電子、Ｘ線を検出する。これは、Ｓ５０で細く絞られた電子ビーム２が平面走査された試料１５の表面から反射された反射電子、放出された２次電子、Ｘ線について、図８、図９の浮上ヘッド２４の内側の空間（真空ポンプ１８で真空排気した空間）を走行して隔膜１０を透過して真空である鏡筒２１内の電子検出装置８、ＥＤＸ９でそれぞれ検出・増幅し、画像を生成する。この際、浮上ヘッド２４の内側の空間は、真空ポンプ１８で真空排気され、反射電子の場合には図３で既述したように１０００Ｐａ以下、２次電子の場合には０．０１Ｐａ以下の場合にはほとんど減衰することなく飛行して隔膜１０を通過して鏡筒２１の真空中に取り込み検出することが可能となる。尚、２次電子の場合には、０．０１Ｐａ以下がえられない場合には、図３で既述したように加速電極を設けて２次電子を加速して鏡筒２１の真空中に取り込み検出できるように加速電極に印加する電圧を調整すればよい。

次に、図１２の動作を更に具体的に説明する。

（１）前述したのと同じように電子ビーム２が電子銃１で発生され、ブランキング装置３を通過して対物レンズ１１で細く絞られた後、試料１５の表面に偏向装置７により走査される。試料１５に細く絞った電子ビーム２を照射する場合、浮上ヘッド２４の直下に試料１５があるかどうかを判断して、試料１５がある場合には、浮上ヘッド２４に圧縮ガスを送り込み、浮上ヘッド２４を試料１５の表面から所定距離に浮かすとともに、電子ビーム２が通過する場所（浮上ヘッド２４の内側の空間）を真空に引く。空気圧が無いときに隔膜１０を破壊しないように、隔膜１０と測定対象物の試料１５との間には数ミクロン以上のスペーサーを入れておくと良い。あるいは、空気圧とは別に測定対象の試料１５の表面と鏡筒２１の距離が一定に保てるようにＺ軸移動機構を鏡筒２１側あるいは測定対象の試料１５側に設けておくことが望ましい。

（２）浮上ヘッド２４は圧縮ガスの力によって決定される浮上ヘッド２４と試料１５との間のギャップ距離を正確な値に保つ。例えば５ミクロン等に保つことが出来る。このようにギャップを保った状態で電子ビーム２を試料１５に走査し発生した２次電子、反射電子あるいはＸ線を走査タイミングに同期して検出装置（電子検出装置８、ＥＤＸ９）で検出する。

（３）測定対象の試料１５と対物レンズ１１との距離が非接触で正確に一定に保たれているため、試料１５である例えばガラス基板のどの位置に移動してもフォーカスを取り直すことなく同じように画像を取得することが出来る。非接触なので、試料１５であるガラス等の表面を汚したり、傷つけたりすることもない。５ミクロンと非常に狭いギャップを実現可能なので、電子ビーム２の散乱を受けずに当該電子ビーム２を照射することが出来る。

（４）尚、真空に引く浮上ヘッド２４の内側の空間に水素あるいはヘリウムガスを流しても良い。空気と比較して水素、ヘリウムガスは散乱断面積が小さいため、同じエネルギーの電子ビーム２を利用しても小さな散乱で済むため、スポットサイズを小さくすることが可能でかつ、試料１５の表面で発生する信号電子の減衰も小さいため、画像の質を上げることが出来る。

図１３は、本発明の他の動作説明フローチャートを示す。図１３は、図８、図９の浮上ヘッド２４の高さを所望の高さに自動調整する場合の動作説明フローチャートを示す。ここで、図１３のＳ６１からＳ６５は図１２のＳ４１からＳ４５と同一であるので説明を省略する。

図１３において、Ｓ６６は、高さを検出する。これは、図８、図９の浮上ヘッド２４の高さを、センサー２５あるいは当該浮上ヘッド２４に装着した図示外のセンサーで、試料１５の表面との間の距離（浮上ヘッド２４の高さに相当）を検出する。

Ｓ６７は、所望の高さか判別する。これは、Ｓ６６で検出した試料１５と浮上ヘッド３４との間の距離（高さ）が予め設定した所望の高か判別する。ＹＥＳの場合には、Ｓ６９に進む。ＮＯの場合には、Ｓ６８で自動高さ調整、例えば浮上ヘッド２４から試料１５に向けて噴射する気体の圧力を調整（加圧ポンプ２３で調整）して自動高さ調整する。そして、Ｓ６６を繰り返す。尚、圧力と高さとの関係曲線を予め実験で求めて記憶しておき、当該記憶した関係曲線をもとに概略の所望高さとなるように圧力調整する。

Ｓ６９は、測定する。これは、Ｓ７のＹＥＳで所望の高さであると判明したので、既述した図１２のＳ４８からＳ５１を実行し、画像を取得して当該画像をもとに試料１５上のパターンなどの測定（測長）あるいは検査を行う。

以上のＳ６１からＳ６９によって、図８、図９の浮上ヘッド２５を試料１５の所望の高さに常時維持した状態で、試料１５の画像を取得することが可能となる。

図１４は、本発明の他の実施例構成図を示す。図１４は、図８、図９の薄膜１０を、対物レンズ１１の下側に配置し、浮上ヘッド２４の内側の空間の容積を小さくし、迅速かつ簡単に真空排気できるようにした構成例を示す。その他は、図８、図９と構成が同一であるので説明を省略する。

図１５は、本発明の他の動作説明フローチャートを示す。図１５は図１４の動作説明フローチャートを示し、Ｓ７１からＳ７３、Ｓ７６からＳ８１は既述した図１２のＳ４１からＳ４３、Ｓ４６からＳ５１と同一であるので説明を省略する。また、Ｓ７４、Ｓ７５は、図１２のＳ４４、Ｓ４５と逆である（隔膜１０を対物レンズ１１の下側に配置したことにより、逆となったものである）。

図１５において、Ｓ７４は、対物レンズで細く絞る。

Ｓ７５は、隔膜を通過する。これは、Ｓ７４で対物レンズで細く絞られた電子ビーム２が隔膜１０を通過する。

図１６は、本発明の他の実施例構成図を示す。図１６は、鏡筒２１を真空封じきりした例を示す。真空封じ切りは真空管で行われているものが使用でき、ガラス容器や金属容器を用いて常時真空を実現する。

図１６において、真空ポンプ８１は、電磁弁８２を介して可変シール室１４を真空排気するものである。

電磁弁８２は、可変シール室１４を真空ポンプ８１に接続して真空排気するための真空弁である。

スイッチ１３１は、可変シール１２が試料１５の表面に接触したことを検出する検出器である。

次に、図１７のフローチャートの順番に従い、図１６の構成の動作を詳細に説明する。

図１７は、本発明の他の動作説明フローチャートを示す。

図１７において、Ｓ９１は、電子ビームを発生させる。これは、既述した図１６真空封じきりの鏡筒２１内の電子銃１で電子ビーム２を発生させる。

Ｓ９２は、対物アパチャーを通過する。これは、Ｓ９１で発生された電子ビーム２がブランキング装置３で偏向されないときは対物アパチャー６を当該電子ビーム２が通過し、ブランキング装置３で偏向されたときは対物アパチャー６で当該電子ビーム２の通過が阻止される。

Ｓ９３は、偏向する。これは、Ｓ９２で対物アパチャー６を通過した電子ビーム２が、偏向装置７によって偏向される。

Ｓ９４は、対物レンズで細く絞る。これは、Ｓ９３で偏向装置７で偏向された電子ビーム２は、対物レンズ１１で細く絞る。

Ｓ９５は、隔膜を通過する。Ｓ９４で細く絞られた電子ビーム２が図１６の真空封じきりの鏡筒２１の隔膜１０を通過する。

Ｓ９６は、可変シールのシールを開始する。これは、既述した図１６の可変シール１２と、試料１５の表面とを近づける操作を開始する（可変シール１２を下方向に移動させる、あるいは試料１５を上方向に移動させる）。

Ｓ９７は、スイッチＯＮか判別する。これは、図１６のスイッチ１３１によって、可変シール１２が試料１５の表面に接触（あるいは所定距離に浮動）してスイッチがＯＮ（シール状態が完了した状態）か判別する。ＹＥＳの場合には、図１６の可変シール１２が試料１５の表面へのシールが完了したと判明したので、Ｓ９８に進む。ＮＯの場合には、Ｓ９７を繰り返し、可変シール１２が試料１５の表面にシール完了まで待機する。

Ｓ９８は、真空引きする。これは、Ｓ９７のＹＥＳで可変シール１２のシールが完了したと判明したので、当該可変シール１２の内部の空間（可変シール室１４）を、真空ポンプ８１で真空排気する。

Ｓ９９は、電子ビームを照射する。これは、Ｓ９８で図１６の可変シール室１４の内部が大気圧から真空に排気されたので、対物レンズ１１で細く絞られた隔膜１０を透過した電子ビーム２を試料１５の表面に照射しつつ平面走査する。隔膜１０は出来るだけ測定対象の試料１５の表面から近くなるように配置する。対物レンズ１１から外に飛び出した部分に配置しても良い。この場合、隔膜１０の直ぐ外に可変シール室１４を設ける。但し測定対象の試料１５と接触して破壊しないように、数ミクロン程度のスペーサーを可変シール室１４に入れておくことが望ましい。

Ｓ１００は、２次電子、反射電子、更にＸ線を発生する。これは、Ｓ９９で細く絞られた電子ビーム２が平面走査された試料１５の表面から反射電子が反射し、更に、２次電子、Ｘ線が放出される。

Ｓ１０１は、２次電子、反射電子、Ｘ線を検出する。これは、Ｓ１００で細く絞られた電子ビーム２が平面走査された試料１５の表面から反射された反射電子、放出された２次電子、Ｘ線について、図１６の可変シール室１４内の空間（真空ポンプ８１で真空排気した空間）を走行して隔膜１０を透過して真空である鏡筒２１内の電子検出装置８、ＥＤＸ９でそれぞれ検出・増幅し、画像を生成する。この際、可変シール室１４の内部の空間は、真空ポンプ１８で真空排気され、反射電子の場合には図３で既述したように１０００Ｐａ以下、２次電子の場合には０．０１Ｐａ以下の場合にはほとんど減衰することなく飛行して隔膜１０を通過して鏡筒２１の真空中に取り込み検出することが可能となる。尚、２次電子の場合には、０．０１Ｐａ以下がえられない場合には、図３で既述したように加速電極を設けて２次電子を加速して鏡筒２１の真空中に取り込み検出できるように加速電極に印加する電圧を調整すればよい。シール室内部に電子、X線検出器を設けることも出来る。

以上のように、鏡筒２１を真空封じきりにしたことにより、電子銃１および電子検出装置８などは常に真空中に存在し、外気と接触する必要が全くない。そのため、よく知られた真空管と同じようにガラス等で真空に封じ切ってしまう事ができる。封じ切りを行うためには、適当な真空度に引いた後に封じ切りを行い、その後チタンゲッターポンプ等を用いて高真空にし、かつ当該ゲッター作用により後の放出されるガスを吸着して真空を保持するように工夫しておく。必要に応じて、ゲッターポンプを内蔵し、真空度が劣化した際には再びゲッターポンピングを行って真空度を回復することが出来る。これにより、外部（大気）とやり取りが必要なのは照射電子（電子ビーム２）と試料表面で生じた電子（２次電子、反射電子）およびＸ線である。これらの電子，Ｘ線は隔膜１０を介してやり取りが可能である。図１６に示すように、電子銃１の室内に関しては従来のような大きなイオンポンプ等を持っていない、その代わり、電子銃１および電子ビーム２が通過する主要部はガラスあるいは金属ケースから出来た機密容器にて真空に保たれている。測定対象の試料１５と対物レンズ１１および可変シール１２で作られる空間（可変シール室１４）は測定時に簡易ポンプで真空（真空ポンプ８１）に引かれ、必要な真空度に保持される。この状態で電子ビーム２を試料１５に照射および電子、Ｘ線の検出が行われ画像が取得される。

図１８は、本発明の他の実施例構成図を示す。図１８は、試料１５として円筒状のロール（測定試料）上の画像を取得する場合の構成図を示す。

図１８の（ａ）は正面図を示し、図１８の（ｂ）は側面図を示す。

図１８において、ロール（測定試料）２１０は、既述した試料１５に対応するものであって、ここでは、円筒状のロールであり、当該ロール２１０の円筒外面に転写する微細なパターンを形成したものである。

エアーベアリング２１１は、円筒であって、ここでは、ロール２１０の外側に、間隙２１２の２倍だけ大きいサイズの直径を有する円筒であり、内部のロール２１０が回転すると、間隙２１２を円周状で一定に保持するように当該ロール２１０を移動・保持するものである。観察対象を支える周辺円筒部は部分的に穴が空いていても良い。

間隙（エアーギャップ）２１２は、エアーベアリング２１１によりローラ２１０が保持される間隙であって、図１から図１８で説明した可変シール１２と試料１５（ロール２１０）の表面との間の微小な間隙である。

可変シール室１４１は、既述した可変シール１２とローラ２１０（試料１５）との間の空間である可変シール室１４に対応し、真空ポンプ２１８で真空排気して図３で既述したように反射電子を検出する場合には１０００Ｐａ以下、２次電子を検出する場合には０．０１Ｐａ以下に真空排気する空間である。

回転軸２１３は、ロール２１０を回転させる回転軸である。

回転制御装置２１４は、回転軸２１３に取り付けて円筒状のロール２１０を所定速度で回転制御すると共に、図示外のエンコーダを装備して微小回転角度を精密に測定しつつ回転させるものである。

台２１５は、全体を保持する台である。

軸方向移動装置２１６は、回転軸２１３の方向にロール２１０を精密に移動させるものである。

支持部２１７は、回転軸２１３を支持するものである。

真空ポンプ２１８は、可変シール室１４１の内部を真空排気するものである。

次に、図１９のフローチャートの順番に従い、図１８の構成の動作を詳細に説明する。

図１９において、Ｓ１１１は、ロールをセットする。これは、予めロール２１０の表面に微細なパターンを形成した当該ロール２１０を図１８の支持部２１７が保持する回転軸２１３にセット、あるいは回転軸２１３が固定されたロール２１０を支持部２１７にセットする。

Ｓ１１２は、エアベアリングを始動する。これは、Ｓ１１１でセットされたローラ２１０を回転させ、図１８の（ｂ）のエアーベアリング２１によって当該回転するローラ２１０と、その外周に設けたエアーベアリング２１１との間隙２１２を、円周上でほぼ一定になるように保持させることを開始させる。そして、真空ポンプ２１８で可変シール室１５１を真空排気する。

Ｓ１１３は、電子ビームを発生する。これは、図１８の鏡筒２１内の電子銃１で電子ビーム２を発生させる。そして、細く絞った電子ビーム２を隔膜１０を透過させてローラ２１０の表面に照射しつつローラ２１０の軸方向に線走査すると共に同期してローラ２１０を回転させる。

Ｓ１１４はグローバルアライメントする。これは、Ｓ１１３で細く絞った電子ビーム２を図１８のローラ２１０の表面に線走査しながら当該ローラ２１０を連続一定回転させ、そのときに発生した２次電子、反射電子、Ｘ線を既述した鏡筒２１内の電子検出装置８、ＥＤＸ９で検出・増幅し、ローラ２１０の回転に同期してローラ２１０上の拡大画像を生成し、当該拡大画像として、ローラ２１０上に予め設けたグローバルアライメントのマークを検出し、当該マークをもとに拡大画像と、ＣＡＤデータ（設計データ）との対応関係を求める（座標変換式を算出する）。

Ｓ１１５は、測定位置を指定する。これは、Ｓ１１４で拡大画像とＣＡＤデータとの座標変換式が算出できたので、ＣＡＤデータ上で測定位置を指定する。

Ｓ１１６は、軸を回転する。

Ｓ１１７は、軸方向に移動する。これらＳ１１６、Ｓ１１７は、Ｓ１１５でＣＡＤデータ上で指定された測定位置に電子ビーム２が照射されるように、図１８のローラ２１０の軸を回転角度を指定、およびローラ２１０の軸方向の移動距離を指定する。

Ｓ１１８は、電子ビームを照射する。Ｓ１１６およびＳ１１７で指定されたローラ２１０の移動距離、かつローラ２１０の回転角度となったときに電子ビーム２を照射し、Ｓ１１５で指定された測定位置を電子ビーム２で照射する。

Ｓ１１９は、２次電子、反射電子、Ｘ線を発生させる。これは、Ｓ１１８で電子ビームをローラ２１０の測定位置に照射したことに対応して、２次電子、反射電子、Ｘ線が放出される。

Ｓ１２０は、２次電子、反射電子、Ｘ線を検出する。これは、既述したように、Ｓ１１９で放出された２次電子、反射電子を鏡筒２１内部の電子検出装置８、Ｘ線をＥＤＸ９で検出・増幅する。

Ｓ１２１は、画像を取得する。これは、Ｓ１２０で検出・増幅した信号を、ローラ２１０の回転角度に同期して取得して拡大画像（ローラ２１０の測定位置の２次電子画像、反射電子画像、Ｘ線画像）を取得する。

以上のＳ１１１からＳ１２１により、測定対象のローラ２１０を図１８の装置にセットし、当該ローラ２１０を回転させてエアーベアリング２１１により所定間隔２１２に保持させた状態で、可変シール室１４１を真空排気した後、鏡筒２１から細く絞った電子ビーム２をローラ２１０の測定位置に照射しつつローラ２１０を回転させ、発生された２次電子、反射電子、Ｘ線を検出器で検出・増幅し、ローラ２１０の回転角度に当該検出・増幅した信号を同期させて拡大画像を取得することが可能となる。この際、ローラ２１０は大気圧中に配置し、電子ビーム２を照射する部分のみをエラーベアリングで狭い間隙２１２に保持して内部の可変シール室１４１内を真空ポンプ２１８で真空排気することにより、良好な２次電子画像、反射電子画像、Ｘ線画像を取得することが可能となる。

更に、図１８について詳細に説明する。

（１）図１８の構成は、測定対象物が円柱状のロール２１０であることに特徴がある。円柱状なので、静圧気体軸受機構を用いることが出来る。円柱を取り囲むエアベアリング２１１の表面からはガスが噴射され、測定対象の円筒（ロール２１０）とは精密に一定の間隔に維持される。この状態で円筒（ロール２１０）をぐるぐる回しながら、電子ビーム２を照射し、画像を取得する。円筒の電子ビーム２の照射位置は円筒回転機構によって正確に測定されており、その座標を用いて、円筒の任意の所望の位置に照射することが出来る。円筒回転機構には回転位置を測定するためのレーザー干渉回転角測定装置や円筒の軸方向の位置を知るためのレーザー距離測定装置が設けられている。

（２）円筒上のある測定点を指定するためには、まず、円筒上に存在するアライメントパターン（図１９のＳ１１４）を測定し、その位置と測定装置座標を合わせる。一旦位置合わせが終了すると、回転装置および軸方向移動装置が出力する距離及び回転データを用いて、試料上の位置を定めることが出来る。

図２０は、本発明の他の実施例構成図を示す。図１８がロール２１０を浮上させたのに対して、当該図２０は、鏡筒２１あるいは当該鏡筒２１の下部に設けた可変シール室１４１の高さ方向の位置調整（Ｚ軸）を行い、ロール（測定試料）２１０の表面から所定距離だけ可変シール１２を浮上させる構成図を示す。

図２０において、可変シール室１４１は、鏡筒２１と一緒に上下方向（Ｚ軸方向）に移動可能に構成されたものであって、ＸＹＺテーブル２１９に搭載されたものである。尚、可変シール室１４１のみを上下方向に移動可能にしてもよい（Ｚ軸方向のみ可変シール室１４１で移動可能にする）。

ＸＹＺテーブル２１９は、鏡筒２１および可変シール室１４１を、ロール２１０に対してＸ、Ｙ、Ｚ方向に移動させるものであって、距離測定装置２２０によって精密に測定しながら移動させるものである。

距離測定装置２２０は、レーザ干渉計などの精密に距離（Ｘ，Ｙ，Ｚ方向）を測定するものである。

以上の構成を持たせることにより、ロール２１０を一定速度で回転させ、距離測定装置２２０でロール２１０と可変シール室１４１の下部との間の距離（Ｚ軸方向距離）を測定して所望の浮上量となるように、ＸＹＺテーブル２１９でＺ軸方向の距離を精密に調整することにより、可変シール室１４１の下部がロール２１０の表面から非接触かつ所望距離（例えば数ミクロンないし数十ミクロン）に保持することが可能となる。この状態で、真空ポンプ２１８で可変シール室１４１の内部を真空排気し、鏡筒２１からの細く絞った電子ビーム２を回転するロール２１０の表面に走査し、そのときに発生した２次電子、反射電子、Ｘ線を鏡筒２１内の既述した電子検出装置８、ＥＤＸ９で検出・増幅し、ローラ２１０の回転に同期して当該ローラ２１０の表面の画像を生成することが可能となる。コラムの本数は必要に応じて複数本にしても良い。複数本にすればその分だけ検査速度を向上することが出来る。画像取得は、回転を止めて逐次的に行っても良い。特にレビュー動作の場合には高精細画像が必要なため、ステップアンドリピート方式が望ましい。

図２１は、本発明の説明図（その６）を示す。図２１は、試料１５やローラ２１０の表面に可変シール室１４の下部を浮上させるときのヘッド面積と、負荷との関係線分を示す。Ｘ軸はヘッド面積を表し、Ｙ軸はそのときの負荷（荷重）を表す。図示の線分は、空気圧力５Ｂａｒ、４．８ｓｌ／ｍｉｎの場合の例を示す。図示線分の下側が、浮上ヘッドによって浮上させることが可能な荷重を表す。

以上のように、図２１の線分の下側となるように、可変シール室１４と鏡筒２１を含めた全体の荷重（あるいは可変シール室１４のみ）が可変シール室１４の下部の部分（浮上ヘッド）の面積を決めることにより、可変シール室１４（更に、鏡筒２１を含めて）を浮上させることが可能となる。

図２２は、本発明の他の実施例構成図を示す。図２２は、ハンディ型の鏡筒２１の下部に真空ヘッド１４２を設け、当該真空ヘッド１４２を試料１５に押し当て、そのときに発生した２次電子、反射電子を鏡筒２１内に取り込んで検出し、拡大画像を生成する構成図を示す。

図２２において、鏡筒２１は、既述した鏡筒２１を小型化したものであって、電子銃１、電子検出装置８、対物レンズ１１、隔膜１０などから構成されるものである。

真空ヘッド１４２は、既述した可変シール室１４に代わるものであって、当該真空ヘッド１４２を試料１５の表面に押し当てた状態で図示外の小型の真空ポンプで真空排気するものである。手で測定対象表面に押し付けるので、隔膜１０を破壊しないように隔膜１０と測定対象物の試料１５との間の最小間隔を決定できるスペーサーを設けておくことが望ましい。

ＰＣ４１は、パソコンであって、プログラムに従い各種処理（例えば画像処理部、画像入力部、コラム制御部などの制御、処理）を行ったり、画像をディスプレイに表示したりなどするものである。

画像・特徴データベース４２は、ウィルスなどの画像を予め検索可能な状態（特徴、キーワードを付与した状態）で登録したものである。

次に、図２３のフローチャートの順番に従い図２２の構成の動作を詳細に説明する。

図２３は、本発明の他の動作説明フローチャートを示す。

図２３において、Ｓ１３１は、画像を取得する。これは、図２２の鏡筒２１の先端に装着した真空ヘッド１４２を、測定しようとする試料１５の部分に押し当て、必要に応じて図示外の真空ポンプで当該真空ヘッド１４の内部を真空排気し、細く絞った電子ビーム２を試料１５の表面に照射しつつ平面走査し、そのときに発生した２次電子、反射電子を隔膜１０を通って鏡筒２１の真空内に取り込み、電子検出装置８で検出・増幅し、画像を取得する。一般的には対物レンズと測定対象の距離が不安定なので、フォーカスが常に合っているとは限らない。そこで、速度の早いオートフォーカスを本発明では実装している。対物レンズと測定対象間距離をリアルタイムで測定して焦点を変更する手段を有する。具体的には測定対象と対物レンズの距離をリアルタイムに測定する距離センサーを利用して対物レンズの焦点距離をリアルタイムに制御し、フォーカスを追随させる。あるいは対物レンズの強さを複数変えた状態で電子ビームを２次元走査して得られた画像を解析してジャストフォーカスのレンズ強度を見つけ、それを用いて画像を取得する方法もある。

Ｓ１３２は、画像特徴を抽出する。これは、Ｓ１３１で取り込んだ図２２の試料１５の表面の画像から、当該画像の特徴を抽出する（図２４を用いて後述する）。

Ｓ１３３は、データベースと照会する。これは、Ｓ１３２で抽出した画像の特徴をもとに、後述する図２４のデータベース４２に照会する。

Ｓ１３４は、対象を検索する。これは、Ｓ１３３で照会を受けて、画像・特徴データベース４２（図２４）を検索し、一致、類似するものを抽出する。

Ｓ１３５は、対象を特定する。これは、Ｓ１３４で検索し、最も一致、類似したものを検索対象として特定する。

Ｓ１３６は、結果を表示する。

以上によって、Ｓ１３１で取得した画像をもとに、当該画像の特徴を抽出し、データベース４２を検索して一致、最も類似するものを検索対象として特定、結果を表示することが可能となる。

次に、図２２、図２３について具体的に説明する。

（１）本構成は、いわゆるハンディーＳＥＭといわれるものであって、手で持って自由に観察が出来るものを示している。大きさは、小型の懐中電灯程度、封じきりの電子銃１を用いる。電子源にはＭＥＭＳを利用して作られたフィールドエミッターやフォトエミッターを利用する。これらは数Ｖの低電圧動作が出来るので、手で持って利用するのに便利である。もちろん従来のＷ熱陰極やＴＦＥを用いても構わない。

（２）発生した電子ビーム２は加速されて、対物レンズ１１により必要とされるビームスポット径に絞られる。ここで利用される対物レンズ１１としては、希土類磁石であるサマリウムコバルト磁石とかネオジウム磁石、プラセオジム磁石などを高透磁率ポールピースとともに利用できる。これらは、電気を使用しない上、発熱もしないので、ハンディーＳＥＭには都合が良い。対物レンズ１１の焦点距離を変えるためには、静電レンズや小型の電磁石レンズとを組み合わせて利用することが考えられる。あるいは、加速電圧や測定対象の電位を適切な値にすることによって行われる。

（３）対物レンズ１１によって絞られた電子ビーム２は偏向装置によって適切な走査が行えるようにした後に、隔膜１０を通過する。隔膜１０と測定対象の試料１５との間には測定時にのみ真空に引くことができる真空ヘッド１４２がついており、必要な真空に維持する。真空ヘッドは人が測定対象物に押し付けて接触させるため、破損防止手段を有する。具体的には大気圧と真空を隔てる隔膜の大気圧側にスペーサーを設け、測定対象物と隔膜の距離が最低限の間隔が維持されるようにする。

（４）例えば、このハンディーＳＥＭは医療現場や家庭におけるウイルス、細菌チェックに使うことができる。もちろん観察対象は生物に限ったものではなく、磁性粒子やパーティクル、土壌、等測定対象は身の回りにあるもの全てである。ここでは、形状に特徴のある１つの観察対象としてウイルス、細菌の例で示す。通常、ウイルスの存在や細菌の存在を知るためには、生物学的培養を行ってその数を増やした後でなければ、知ることは出来ない。従って、知るまでに多くの時間が掛かる。一方、本発明のハンディーＳＥＭを用いれば、ウイルス、細菌は直接目で確認することが可能である。従って、その場でウイルスや細菌の有無を確認することができる。さらには、ウイルスや細菌の幾何学的特徴を用いて、データベース４２と比較することにより、容易にウイルスや細菌の種類を分類することができる。これにより、迅速に病原菌やウイルスあるいは有用菌を特定することが可能となり、従来よりも迅速に適切な医療行為が出来るようになる。

（５）もちろん観察する前に、金、白金、オスミニウム、ルテニウム、タングステン、モリブデン、ウラン等による重金属染色、有機染色処理や特定のウイルスや菌に反応する薬剤を反応させて、特徴を浮かび上がらせる増感処理を行っても良い。

上記信号の他に、観察対象によっては電子ビーム照射によって電流が流れるものがあり、その電流を測定することで、画像化することも出来る。測定対象に針を立てて電流を検出しても良いし、測定対象を導電性の板の上に配置してその導電性板に生じる電流を測定しても良い。この電流を測定するためには微小電流増幅器を利用し、電圧信号に変換した後にコンピュータに導入し、前記信号と同様に画像処理を行い、表示を行う。あるいは分類のためのデータとして活用する。

（６）後述する図２４は本発明に利用する写真のデータベース４２の例である。データベース４２には基本となる細菌やウイルスの電子顕微鏡写真が種別に蓄積されており、それと新たに取得した写真の近似度（一致度、類似度）を計算し、一番近いものを選択してくる。公知のデーターマイニングソフト（データマイニングエンジン４３）としてはＮＡＳＡＪｅｔＰｒｏｐｕｌｓｉｏｎＬａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓおよびＣａｌＴｅｃｈによって開発された「ＣｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙＳｃａｌａｂｌｅＴｅｍｐｌａｔｅＭａｔｃｈｉｎｇ（コンティニュアスリー・スケーラブル・テンプレート・マッチング）」と呼ばれるコンピュータープログラムが知られている。視覚的認識を達成する部分のデータマイニング部分は、当分野で公知であり、ＮＡＳＡのＪｅｔＰｒｏｐｕｌｓｉｏｎＬａｂｏｒａｔｏｒｙによって開発された「ＤｉａｍｏｎｄＥｙｅ（ダイヤモンド・アイ）」として公知のコンピュータープログラムを利用できる。他にも大きさの異なった者同士をパターンマッチング出来るソフトウエアーやトポロジーベースのマッチングが出来るソフトウエアー、時間軸の関数として幾何形状を表現した関数を用いたマッチングなど色々用いることが出来る。

図２４は、本発明の説明図（その７）を示す。図２４は、（ａ）から（ｉ）のような各種微小生物の電子顕微鏡写真をデータベース化（写真と、その当該写真の画像の特徴を抽出した情報などを一緒にして一致・類似検索しやすいようにデータベース化）したものを模式的に示す。

（ａ）：赤痢菌の写真（画像）とその特徴
（ｂ）：Ｏ１５７の写真（画像）とその特徴
（ｃ）：エボラウイルスの写真（画像）とその特徴
（ｄ）：大腸菌の写真（画像）とその特徴
（ｅ）：インフルエンザウイルスの写真（画像）とその特徴
（ｆ）：ラッサウイルスの写真（画像）とその特徴
（ｇ）：コレラ菌の写真（画像）とその特徴
（ｈ）：破傷風の写真（画像）とその特徴
（ｉ）：ＨＶウイルスの写真（画像）とその特徴

本発明の１実施例構成図である。本発明の説明図（その１）である。本発明の説明図（その２）である。本発明の動作説明フローチャートである。本発明の他の実施例構成図である。本発明の他の動作説明フローチャートである。本発明の説明図（その３）である。本発明の他の実施例構成図である。本発明の他の実施例構成図である。本発明の説明図（その４）である。本発明の説明図（その５）である。本発明の他の動作説明フローチャートである。本発明の他の動作説明フローチャートである。本発明の他の実施例構成図である。本発明の他の動作説明フローチャートである。本発明の他の実施例構成図である。本発明の他の動作説明フローチャートである。本発明の他の実施例構成図である。本発明の他の動作説明フローチャートである。本発明の他の実施例構成図である。本発明の説明図（その６）である。本発明の他の実施例構成図である。本発明の他の動作説明フローチャートである。本発明の説明図（その７）である。

１：電子銃
２：電子ビーム
３：ブランキング装置
４：ブランキングアパチャー
５：コンデンサーレンズ
６：対物アパチャー
７：偏向装置
８：電子検出装置
９：ＥＤＸ
１０：隔膜
１１：対物レンズ
１２：可変シール
１３、２５：近接センサ
１３１：スイッチ
１４、１４１：可変シール室
１４２：真空ヘッド
１５：試料
１５１：ＸＹステージ
１５２：距離測定手段
１５３：支持台座
１５４：支持支柱
１５５：支持板
１５６、１５８：摺動面
１６，１７：電磁弁
１８：真空ポンプ
２１：鏡筒
２１０：ロール（測定試料）
２１１：エアーベアリング
２１２：間隙（エアーギャップ）
２１３：回転軸
２１４：回転制御装置
２１５：台
２１６：軸方向移動装置
２１７：支持部
２１８：真空ポンプ
２２０：距離測定装置
２３：加圧ポンプ
２４：浮上ヘッド
２５：センサー（近接センサー）
４１：ＰＣ
４２：データベース
４３：データマイニングエンジン

Claims

大気中に配置された試料の表面の拡大画像を生成する走査型電子顕微鏡において、
電子ビームを発生させて細く絞った電子ビームを出射すると共に当該出射した電子ビームを試料上で平面走査させる、電子ビームが走行する部分を真空排気した電子銃、コンデンサレンズ、対物レンズ、走査手段、検出器から少なくとも構成される鏡筒と、
前記鏡筒を構成する前記対物レンズの電子ビームの入射側と前記試料との間であって、該鏡筒を構成する対物レンズの電子ビームの入射側あるいは出射側あるいは当該対物レンズ内に配置した隔膜と、
前記大気中に配置された試料の表面の画像生成対象となる一部分あるいは全部を覆って大気との分離を行う、前記対物レンズの出射側の該対物レンズの先端部と該試料の表面の画像生成対象となる一部分あるいは全部とをシールする可変シールと、
前記対物レンズの出射側の該対物レンズの先端部と該試料の表面の画像生成対象となる一部分あるいは全部とからなる可変シール内の空間、および該可変シールが接する対物レンズの電子ビームの出射側の先端部と該対物レンズの電子ビームの入射側あるいは出射側あるいは該対物レンズ内に配置した隔膜との間の空間からなる狭い空間を、測定時あるいは観察時に、目的とする真空度に真空排気する真空排気手段とを設け、
前記鏡筒の隔膜を透過して出射された電子ビームを、前記可変シールで大気と分離されて前記真空排気手段により真空排気された前記試料上の画像生成対象の一部分に、あるいは前記試料に、照射しつつ平面走査したときに放出された２次電子あるいは反射された反射電子あるいは発生したＸ線を、前記鏡筒内の真空中に取り込んで検出する前記検出器と、
前記検出器で検出された２次電子あるいは反射電子あるいはＸ線の信号あるいは試料に流れる電流をもとに画像を生成する画像生成手段と
を備えたことを特徴とする走査型電子顕微鏡。
前記試料から放出された２次電子を、加速電圧を印加して加速して前記鏡筒内の真空中に取り込んで検出器で検出することを特徴とする請求項１記載の走査型電子顕微鏡。
前記可変シールは、前記試料の表面の画像生成対象となる一部分上あるいは前記試料上に、柔軟性材料あるいはベローズで接触させて大気との分離を行うことを特徴とする請求項１あるいは請求項２記載の走査型電子顕微鏡。
前記可変シールは、前記試料の表面の画像生成対象となる一部分上あるいは前記試料上に、非接触かつ微小に浮上した浮上ヘッドを設けて大気との分離を行うことを特徴とする請求項１あるいは請求項２記載の走査型電子顕微鏡。
前記可変シールで前記試料の表面の画像生成対象となる一部分上あるいは試料上に接触の状態あるいは非接触かつ微小に浮上した状態をセンサで検出した後、あるいは距離測長器で距離を測定して接触の状態あるいは非接触かつ微小に浮上した状態に保持させた後、当該可変シール内を前記真空排気手段で排気することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の走査型電子顕微鏡。
前記試料を移動、あるいは前記鏡筒を移動させて、前記試料上の異なる部分の画像を生成することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の走査型電子顕微鏡。
前記鏡筒は真空封じしたことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載の走査型電子顕微鏡。
前記大気中の試料の全体を入れて覆う外周部材と前記可変シールで大気と分離し、当該可変シール内の試料表面の全体を真空排気することを特徴とする請求項１から請求項７のいずれかに記載の走査型電子顕微鏡。
前記試料が回転し、当該回転する試料と前記可変シールとの間の距離を所定距離に浮上あるいは所定距離に保持させたことを特徴とする請求項１から請求項８のいずれかに記載の走査型電子顕微鏡。
請求項１から請求項９で取得された画像と、病原菌、ウィルスなどを含む微小生物の画像を予め登録したデータベースとを比較して微小生物の種別を抽出することを特徴とする走査型電子顕微鏡を用いた検査装置。