JPH04280053A - 走査電子顕微鏡 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子プローブマイクロ
アナライザなどの、試料の走査電子像と光学像とを観察
することができる機能を有した走査電子顕微鏡に関する
。

【０００２】

【従来の技術】電子プローブマイクロアナライザ（ＥＰ
ＭＡ）では、電子ビームを試料に照射し、電子ビームの
照射点から発生した２次電子，反射電子，Ｘ線などを検
出し、試料の定性，定量分析を行っている。このＥＰＭ
Ａでは、試料の分析点を探したり、確認するために、試
料の光学像を観察する必要があり、そのため、通常の走
査電子顕微鏡の構成に加え、光学顕微鏡の構成が備えら
れている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このようなＥＰＭＡで
、反射電子像や２次電子像などの走査像を観察する場合
、光学顕微鏡像を得るための照明光が走査像に影響を与
えないように照明光を切って観察を行っていた。この理
由は、反射電子検出器や２次電子検出器の検出信号に、
照明光に基づくノイズ成分が重畳してしまうからである
。また、光学顕微鏡用の照明光源は、交流か、または安
定化されていない電源に接続されていることが常であっ
た。すなわち、装置としては、走査電子像と光学像との
同時観察に対する配慮がなされていない。このことから
、次のような問題点が生じている。まず第１に、光学像
と走査像とを対比しながらの同時観察または分析を行う
ことができず、操作性が悪い。第２に、大型の試料に対
してＸ線の他に反射電子，２次電子などの同時広域マッ
ピングを行う場合、光学像を観察しながらでは、このマ
ッピングができない。第３に、従来の光源を用いた場合
には、あえて光学像と走査像を同時観察しようとする場
合、プローブ電流を増し、増幅系の利得を下げる必要が
あった。第４に、プローブ電流の大小に応じて、増幅系
の利得は、自動的に変化させても照明光のオンオフは連
動しなかったため、操作性が悪かった。

【０００４】本発明は、このような点に鑑みてなされた
もので、その目的は、走査電子像と光学像とを同時に観
察することができる走査電子顕微鏡を実現するにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明に基づく走査電子
顕微鏡は、電子ビームを試料上に集束するための集束レ
ンズと、試料上の電子ビームの照射位置を走査するため
の走査手段と、試料への電子ビームの照射に基づいて発
生した反射電子又は２次電子を検出する検出器と、反射
電子又は２次電子検出信号を増幅等する処理回路と、処
理回路からの信号が供給されるモニタ手段と、光源と、
光源からの光を試料に導くための光学系と、該光の試料
への照射に基づく光学像を観察する観察手段とを備えた
電子顕微鏡において、該光源として直流安定化電源を用
い、また、該処理回路は、反射電子又は２次電子信号の
直流信号成分のレベルを任意に設定できる機能を有して
いることを特徴としている。

【０００６】

【作用】本発明に基づく走査電子顕微鏡は、光源として
直流安定化電源を用い、反射電子又は２次電子検出信号
を増幅等する処理回路において、反射電子又は２次電子
信号の直流信号成分のレベルを任意に設定できるように
し、反射電子又は２次電子検出信号に含まれる光に基づ
くノイズの影響を著しく軽減し、走査電子像と光学像と
の同時観察を可能とする。

【０００７】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。図１は、本発明に基づくＥＰＭＡの一実施
例を示しており、図示していない電子銃から発生した電
子ビームＥＢは、集束レンズ１，対物レンズ（最終段集
束レンズ）２によって試料３上に集束される。試料３の
上部には、電子ビームの照射によって発生した反射電子
を検出するための反射電子検出器４，２次電子を検出す
るための２次電子検出器５が配置されている。また、図
示していないが、試料への電子ビームの照射によって発
生した特性Ｘ線を検出するための検出器も設けられてい
る。反射電子検出器４の出力信号は、増幅器６を介して
陰極線管の如きモニタ７に供給される。また、２次電子
検出器５の出力信号は、増幅器８を介してモニタ７に供
給される。なお、該増幅器６は、入力信号の直流信号成
分のレベルを任意に調整できる機能を有している。モニ
タ７には、試料３に照射される電子ビームを走査するた
めの走査信号が供給され、この結果、モニタ７上には走
査反射電子像か２次電子像が表示される。

【０００８】上記したのは、電子ビーム像を得るための
構成の一部であるが、この構成に加えて、光学顕微鏡像
を得る構成が備えられている。すなわち、電子ビームの
光路に沿ってミラー９が配置されているが、ミラー９は
、中心に電子ビーム通過孔が穿たれている。ミラー９に
は、光源１０から発生し、照明用のレンズ系１１を通っ
た光が、ハーフミラー１２によって反射されて照射され
る。ミラー９によって反射された光は、反射対物レンズ
１３によって集束され、試料３に照射される。試料３に
よって反射された光は、照射光とは逆に、反射対物レン
ズ１３を経て、ミラー９によって反射された後、ハーフ
ミラー１２を透過し、テレビカメラの撮像面に入射し、
テレビモニタ上で光学顕微鏡像が観察できる。なお、こ
のテレビカメラとテレビモニタによる観察系１４は接眼
レンズに切換えて用いることができる。このような光学
顕微鏡の構成に加え、更に、透過光学顕微鏡像を得るた
めの構成も備えられている。光源１５は、透過照明用に
設けられており、光源１５からの光は、透過照明用のレ
ンズ１６を通り、ミラー１７によって反射され、透過照
明用集束レンズ１８によって集束され、試料３の底部に
光が照射される。試料を透過した光は、対物レンズ１３
，ミラー９，ハーフミラー１２を経てテレビカメラとテ
レビモニタの系１４に導かれる。なお、１９は制御装置
であり、制御装置１９は、電子ビームの集束レンズ１の
電源２０、光源１０，１５の電源２１，２２、２次電子
検出器５の電源２３を制御する。このような構成の動作
は次の通りである。

【０００９】まず、走査電子像を観察する場合、電子ビ
ームＥＢは、集束レンズ１と対物レンズ２によって試料
３上に細く集束される。この試料３上に集束される電子
ビームは、図示していない偏向手段によって２次元的に
走査される。試料３への電子ビームの照射によって発生
した反射電子は、反射電子検出器４によって検出され、
また、２次電子は、２次電子検出器５によって検出され
る。反射電子検出信号は、増幅器６を介してモニタ７に
、また、２次電子検出信号は、増幅器８を介してモニタ
７に供給される。モニタ７は、反射電子検出信号か２次
電子検出信号などを切り換えて輝度信号とし、試料の走
査電子像を表示する。一方、光学像を得る場合には、光
源１０からの光をレンズ系１１，ハーフミラー１２，ミ
ラー９，反射対物レンズ１３を介して試料３に落射照明
する。試料３によって反射した光は、逆の光路を辿って
テレビカメラの受光面に導かれ、テレビカメラとテレビ
モニタの系１４によって試料３の光学像を観察すること
ができる。また、透過型の光学顕微鏡像を得る場合には
、光源１５からの光が用いられ、この光は、レンズ系１
６，ミラー１７，集束レンズ１８を介して試料３の裏側
に照射される。試料３を透過した光は、落射照明時と同
様な結像系を経て接眼レンズ１４に導かれ、光学像の観
察が行われる。

【００１０】上記光源１０，１５の電源２１，２２（な
お、１つの電源で共用することも可能）は、直流安定化
電源が使用されており、交流成分（リップル）を著しく
低減している。このため、光源１０からの光を試料３に
照射し、光学像を観察しつつ電子ビームＥＢを試料３に
照射し、試料３から発生した反射電子を検出し、この検
出信号に基づいて走査反射電子像をモニタ７上に表示す
る場合、反射電子検出器４は、図２の（ｂ）に示す反射
電子検出信号と共に試料３への照明光の光量に応じた光
電流を出力することになる。この光電流は、光源１０の
電源２１が直流安定化電源であるために、図２の（ａ）
に示すように直流となる。この２種の信号（図２の（ａ
）と（ｂ））が重畳した信号は、増幅器６に供給される
が、この増幅器６では、信号の直流レベルを任意に調整
することができるので、この機能により、入力信号の直
流レベルをキャンセルしたり所定のレベルに設定するこ
とができる。この結果、モニタ７に供給される信号は、
光電流に基づく信号の影響がないかもしくは極めて軽減
されたものとなり、実質的に反射電子に基づく信号のみ
によって像が表示される。図２の（ｃ）は、増幅器６内
において直流信号レベルがキャンセルされた信号を示し
ており、この信号は、増幅され、図２の（ｄ）の信号と
されてモニタ７に供給される。従って、試料３に照射さ
れる電子ビームのプローブ電流が少ない場合であっても
、走査電子像と光学像との同時観察が可能となる。 次に、２次電子検出器は一級に光学顕微鏡の光が入りに
くい位置に配置されている。従って観察倍率で１万倍程
度が可能なプローブ電流では、照明光として直流光を用
いている限り、前記の反射電子信号の場合と同様に照明
光の影響はキャンセルされ、光学像と２次電子像が同時
に観察できる。

【００１１】上述した動作説明は、走査電子像と光学像
とを同時観察する場合であるが、高分解能の２次電子像
（数万倍から１０万倍以上）を得る場合には、次のよう
に動作する。高分解能の２次電子像を観察する場合、制
御装置１９には高分解能用のプローブ電流値が設定され
、更に、制御装置１９に接続したスイッチ１９ａにより
、２次電子像モード（ＳＥＩ）が選択される。このプロ
ーブ電流の設定により、集束レンズ１の電源２０は制御
され、レンズ系の倍率が下げられ、結果として少ないプ
ローブ電流が得られる。このプローブ電流が少なくなっ
たことから、発生する２次電子量も少なくなるため、２
次電子検出器１０としての光電子増倍管の利得を高く設
定しなければならない。この場合、照明光は、時間的変
動が少ないためにキャンセルすることができ、モニタ７
に表示される２次電子像にはこの照明光の影響はないも
のの、検出器１０としての光電子増倍管の許容出力信号
には上限がある。一方、集束レンズ１の電源２０と２次
電子検出器（光電子増倍管）５の電源２３とは連動して
おり、電源２０を制御してプローブ電流を変化させた場
合、それに伴い、２次電子強度も変化するが、モニタ７
上の像のコントラストが変化しないよう電源２３から検
出器５へ供給される信号増幅電圧を制御するようにして
いる。このため、集束レンズ１の励磁が強くされ高分解
能領域に入ったとき、プローブ電流は弱くなり、更に２
次電子信号も弱くなる。この時、電源２３から検出器５
への電圧は高くされ、信号の増幅率は大きくされる。 この際、照明光が試料３に照射されていると試料の種類
によってはこの照明光に基づく散乱光が光電子増倍管に
入り込み、この光によって光電子増倍管の出力電圧を飽
和させたり、あるいは、増倍管の寿命に影響を及ぼすこ
とになってしまう。そのため、本実施例では、２次電子
像観察の際に、高分解能領域に入った場合には、光源１
０あるいは１５を切るように制御装置１９は電源２１あ
るいは２２を制御する。このようにして、高分解能で２
次電子像を観察する際には、光学像の観察がストップさ
れる。この状態で光学像を観察したい場合には、制御装
置１９の選択スイッチ１９ｂの光学像スイッチを押す。 そうすると、制御装置１９によって電源２１が制御され
、光源１０から光が発生される。そして、制御装置は電
源２３を制御し、２次電子増倍管１２の機能を停止させ
る。すなわち、２次電子像の高分解能観察領域では、２
次電子像と光学像とを同時に観察することができない場
合があるので、制御装置１９は、２次電子像か光学像の
いずれかの像しか観察できないように各電源を制御する
。

【００１２】以上本発明の一実施例を詳述したが、本発
明はこの実施例に限定されない。例えば、増幅器６にお
いては、入力信号の直流レベルを手動で任意に変え得る
ように構成したが、この直流レベルを自動的に設定する
ようにしても良い。すなわち、信号系の一部から参照用
の信号を取り出し、この参照信号のレベルに応じて増幅
器６における直流信号成分を自動的に加減算することも
可能である。また、光源１０あるいは１５からの光を更
に安定化するため、光の一部をセンサーでモニタし、検
出した光信号を電源２１あるいは２２にフィードバック
することは好ましい。更に、２次電子検出器５の出力信
号がある基準値を越えたら、電源２３の出力電圧を降下
させたり、あるいは、２次電子検出器５の機能を停止さ
せるか又は照明光を停止するように構成しても良い。

【００１３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に基づく走
査電子顕微鏡は、光源として直流安定化電源を用い、反
射電子又は２次電子検出信号を増幅等する処理回路にお
いて、反射電子信号の直流信号成分のレベルを任意に設
定できるようにしたので、反射電子又は２次電子検出信
号に含まれる光に基づくノイズの影響を著しく軽減し、
走査反射電子像と光学像との同時観察を可能とする。ま
た、大型の試料であっても、光学像を観察しながらＸ線
のほかに反射電子などの同時広域マッピンピングを行う
ことが可能となる。高分解能の２次電子観察モードにお
いては、自動的に試料への光の照射を停止することがで
きるので、装置の操作性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に基づくＥＰＭＡの一実施例を示す図で
ある。

【図２】図１の実施例を説明するために用いた信号波形
図である。

【符号の説明】

１…集束レンズ ２…対物レンズ ３…試料 ４…反射電子検出器 ５…２次電子検出器 ６，８…増幅器 ９，１７…ミラー １０，１５…光源 １１，１６…レンズ系 １２…ハーフミラー １３…反射対物レンズ １４…テレビカメラとテレビモニタの系又は接眼レンズ
系 １８…集束レンズ １９…制御装置 ２０，２１，２２，２３…電源

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　電子ビームを試料上に集束するための
   集束レンズと、試料上の電子ビームの照射位置を走査す
   るための走査手段と、試料への電子ビームの照射に基づ
   いて発生した反射電子又は２次電子を検出する検出器と
   、反射電子又は２次電子検出信号を増幅等する処理回路
   と、処理回路からの信号が供給されるモニタ手段と、光
   源と、光源からの光を試料に導くための光学系と、該光
   の試料への照射に基づく光学像を観察する観察手段とを
   備えた電子顕微鏡において、該光源として直流安定化電
   源を用い、また、該処理回路は、反射電子又は２次電子
   信号の直流信号成分のレベルを任意に設定できる機能を
   有していることを特徴とする走査電子顕微鏡。