JPH08212959A

JPH08212959A - 電子顕微鏡

Info

Publication number: JPH08212959A
Application number: JP1926895A
Authority: JP
Inventors: Yutaro Yanagisawa; 雄太郎柳沢
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 1995-02-07
Filing date: 1995-02-07
Publication date: 1996-08-20

Abstract

(57)【要約】【目的】３次元観測ができる電子顕微鏡を提供する。【構成】電子銃１６から出射された電子線が細管２６
の内部を通って被測定試料Ｍに照射され、それにより放
出される２次電子等が光電子増倍器３７で検出される。
細管２６はピエゾ素子の圧縮歪みによりｚ方向に変形す
る第１の微調整機構２４に支持されている。被測定試料
Ｍは、ピエゾ素子の圧縮歪みによりｘ，ｙ，ｚ方向に変
形する第２の微調整機構２９に設けられた試料受皿３５
に載せられる。そして、第１，第２の微調整機構を制御
して被測定試料Ｍと細管２６の相対位置を調整すること
によって、被測定試料Ｍに対する電子線の照射位置を３
次元に走査し、中央制御部４０が光電子増倍器３７から
出力された信号Ｅと３次元の座標のデータに基いて３次
元画像をモニタ４に再生表示させることにより、３次元
観測を可能にする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、被測定試料の表面部分
のみならず、その深部をも精度よく観測することができ
る電子顕微鏡に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、高真空でなく数Ｔorr オーダーの
圧力中で、水分等を含む試料を測定する電子顕微鏡の典
型的な構造を、図８と共に説明すると、高真空ポンプ
（図示せず）によって室内が高真空状態に設定される容
器１と、低真空ポンプ（図示せず）によって室内が低真
空状態（数Ｔorr ）に設定される容器６が、小さな径の
穴５を接して差動排気されている。そして、高真空容器
１内の上部に電子銃２が設けられ、電子銃２から出射さ
れた電子線を磁界レンズ機構の集束レンズ３と対物レン
ズ４によって収束し、被測定試料Ｍに照射するようにな
っている。

【０００３】被測定試料Ｍは、容器１に密閉して連設さ
れた試料収容器６内に設置されている試料ステージ７の
試料受皿８上に載せられ、操作者がマイクロマニピュレ
ータ９を操作して試料ステージ７内の移動機構を微調整
し、試料受皿８の位置をｘ，ｙ，ｚ直交座標の任意方向
に適宜に移動することによって、被測定試料Ｍに対する
電子線αの照射位置を可変制御することができるように
なっている。更に、試料収容器６内は低真空ポンプ（図
示せず）によって排気される。

【０００４】このように被測定試料Ｍに対して電子線α
を照射すると、被測定試料Ｍの表面から主として２次電
子が放出され、試料収容器６の内部に設置されているシ
ンチレータ及び光電子増倍管１０等がこの２次電子を検
知し、電気信号Ｅに変換して出力する。そして、電気信
号Ｅは、前置増幅器１１で信号処理可能な電圧レベルま
で増幅され、計測部１２によってデジタルの映像データ
に変換されたり種々のデータ処理が行われた後、中央制
御部１３へ転送され、テレビジョンモニタ１４に画像情
報として再生表示される。

【０００５】尚、計測部１２、中央制御部１３及びテレ
ビジョンモニタ１４は所謂マイクロコンピュータシステ
ムとして構築されており、中央制御部１３が、電子銃２
と集束レンズ３及び対物レンズ４の動作を制御するよう
になっている。

【０００６】そして、従来の電子顕微鏡では、例えば、
水分を含む生の葡萄の一切片を２０ｎｍオーダーの分解
能で観測することができるという報告がある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
電子顕微鏡にあっては、被測定試料の内部（深部）を観
測することができない。即ち、２次電子はエネルギーが
数十ｅＶと非常に小さいので、被測定試料の内部で発生
した２次電子は、その表面に到達する前に内部で吸収さ
れてしまい、シンチレータ及び光電子増倍管によっても
鮮明な映像を得ることが困難である。よって、専ら、被
測定試料の表面形状（表面の凸凹）の映像を得ることが
できるのに止まっている。

【０００８】本発明は、このような従来技術の課題に鑑
みて成されたものであり、被測定試料の表面のみならず
その内部をも観測することができる、即ち、被測定試料
を三次元で観測することができる電子顕微鏡を提供する
ことを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために本発明は、被測定試料に電子線を照射し、その
被測定試料の電子線照射部分から放出される２次電子等
を検出することにより、その被測定試料の形状を観察す
る電子顕微鏡において、前記電子線を中空内を通過させ
て前記被測定試料へ照射させる細管と、前記細管を支持
すると共に、前記電子線の出射方向に沿って前記細管の
位置を変化させる第１の微調整機構と、前記被測定試料
を載せる試料受皿を有し、前記試料受皿の位置を３次元
的に移動させることにより、前記被測定試料に対する前
記電子線の照射位置を変化させる第２の微調整機構と、
前記２次電子等を検出する光電子増倍手段と、前記光電
子増倍手段から出力される信号を、前記第１，第２の微
調整機構により設定される前記被測定試料の３次元座標
に対応して３次元表示する表示手段とを具備する構成と
した。

【００１０】また、前記第１，第２の微調整機構は、ピ
エゾ素子によって発生する圧縮歪みにより、前記前記細
管の位置と前記電子線の照射位置を変化させる構成とし
た。また、前記細管には、ガスや試薬等を前記被測定試
料に供給する供給通路を形成する構造とした。

【００１１】また、ガスや試薬等を前記被測定試料に供
給する配管を設ける構成とした。

【００１２】

【作用】細管を被測定試料（例えば、生態細胞や電解質
溶液）の所望の部分に注入し、この細管内を介して電子
線を照射すると、被測定試料から主として２次電子が放
出されて光電子増倍がこれを検出する。第１，第２の微
調整機構のピエゾ素子に所定の電圧を印加すると、圧縮
歪みによって、第１，第２の微調整機構が被測定試料の
位置と細管の位置を３次元で変更する。よって、第１，
第２の微調整機構により、被測定試料と細管の相対位置
を３次元的に変化させて、電子線を被測定試料に照射す
ることにより、３次元走査が可能となり、被測定試料を
３次元観察することができる。

【００１３】

【実施例】

（第１の実施例）本発明による電子顕微鏡の第１の実施
例を図１〜図３と共に説明する。図１に基づいて全体構
造を説明する。高真空ポンプ（図示せず）によって室内
が真空状態に設定される容器１５と、低真空ポンプ（図
示せず）によって低真空状態（数Ｔorr)に設定される試
料収容器２０が、小さな径の穴１９を介して接続される
と共に、この穴１９を介して差動排気が実現されてい
る。そして、高真空容器１５内の上部に電子銃１６が設
けられ、電子銃１６から出射された電子線を磁界レンズ
機構の集束レンズ１７と対物レンズ１８によって収束
し、穴１９を介して被測定試料Ｍに照射するようになっ
ている。

【００１４】試料収容器２０内には、図８に示したのと
同様、マイクロマニピュレータを操作する機械式の可動
ステージ２３が設けられ、可動ステージ２３の上には略
円筒状の第１の微調整機構２４が固着されている。

【００１５】第１の微調整機構２４の上端は上板２５に
よって密閉されており、上板２５の中央部分には、穴１
９に対向配置された約１０μｍ〜約１００μｍの内径を
有する細管２６が内側に向けて固着されている。また、
細管２６の下端は、約０．１μｍ〜約１０μｍの内径に
絞られてその先端部分が開口している。したがって、被
測定試料Ｍを計測するときは、第１の微調整機構２４の
内部が、細管２６の上記開口のみを介して試料収容器２
０の内部と僅かに連通する。

【００１６】第１の微調整機構２４は、略円筒状のピエ
ゾ素子２７と、その外側壁に形成された電極２７ａ及び
その内側壁に形成された電極２７ｂを有しており、電圧
源を有する駆動部２８からの電圧Ｖａ，Ｖｂが電極２７
ａ，２７ｂに印加されると、ピエゾ素子２７がｚ方向へ
圧縮歪みを生じることにより、上板２５に固着されてい
る細管２６のｚ方向における高さを微調整する。

【００１７】第１の微調整機構２４の内側には、可動ス
テージ２３上に固着された第２の微調整機構２９が収容
されている。この微調整機構２９は、図２及び図３に示
すように、略円筒状のピエゾ素子３０と、その内側壁及
び外側壁に形成された複数の電極３１_x1，３１_x2，３１
_y1，３１_y2，３２_z1，３２_z2とを有しており、ピエゾ素
子３０の上端には被測定試料Ｍを載せるための試料受皿
３５が取り付けられている。より具体的には、電極３１
_x1，３１_x2，３１_y1，３１_y2は、ピエゾ素子３０の上方
の側壁に等間隔で設けられ、電極３２_z1，３２_z2は、ピ
エゾ素子３０の下方の内側壁と外側壁に同心円状に設け
られている。そして、これらの電極３１_x1，３１_x2，３
１_y1，３１_y2，３２_z1，３２_z2には、電圧源を有する駆
動部３６から出力される各電圧ｘ１，ｘ２，ｙ１，ｙ
２，ｚ１，ｚ２が、所定の配線を介して印加されるよう
になっている。

【００１８】ピエゾ素子３２_z1，３２_z2が設けられた部
分の要部縦断面を示す図３において、電極３２_z1，３２
_z2に電圧ｚ１，ｚ２を印加すると、それらの電圧の値に
応じてピエゾ素子３０がｚ方向へ圧縮歪みを生じるの
で、被測定試料Ｍを載せる試料受皿３５をｚ方向に任意
に移動させることができる。

【００１９】また、電極３１_x1，３１_x2，３１_y1，３１
_y2に電圧ｘ１，ｘ２，ｙ１，ｙ２を印加すると、それら
の電圧の値に応じてピエゾ素子３０がｘｙ平面の任意の
方向へ圧縮歪みを生じるので、試料受皿３５をｘｙ平面
の任意の位置へ移動させることができる。

【００２０】更に、これらの印加電圧ｘ１，ｘ２，ｙ
１，ｙ２，ｚ１，ｚ２を様々に組み合わせて変化させる
と、ピエゾ素子３０の変形する方向及び変形量を様々に
調節することができる。

【００２１】尚、説明の都合上、典型例として、ピエゾ
素子３０を述べたが、これに代えて従来例と同様に、周
知の粗動機構を適用しても良いことは言うまでもない。

【００２２】再び図１において、穴１９の近傍には、シ
ンチレータ及び光電子増倍管３７等が細管２６の内側に
対向して固着され、この光電子増倍管３７等は、電子線
αが照射されるのに応じて被測定試料Ｍから発生される
２次電子等を受けて、これを電気信号Ｅに変換して出力
する。そして、電気信号Ｅは、前置増幅器３８で信号処
理可能な電圧レベルまで増幅され、計測部３９によって
デジタルの映像データに変換されたり種々のデータ処理
が行われた後、中央制御部４０へ転送され、テレビジョ
ンモニタ４１に画像情報として再生表示される。

【００２３】尚、レンズ１７，１８に制御電流を供給す
る電力供給部４２、計測部３９、中央制御部４０、テレ
ビジョンモニタ４１、駆動部２８，３６は、所謂マイク
ロコンピュータシステムとして構築されており、中央制
御部４０が、操作者のキーボード入力情報に応じてこれ
らの各部の動作を制御する。

【００２４】次に、かかる構造を有する電子顕微鏡の動
作を、被測定試料Ｍの観測手順に対応付けて説明する。

【００２５】図１において、第１の微調整機構２４をｚ
軸方向の最も高い位置へ上げると共に、第２の微調整機
構２９をｚ軸方向の最も低い位置へ下げることにより、
細管２６と試料受皿３５の間を広げた後、試料収容器２
０の側壁と第１の微調整機構の側壁に夫々設けられてい
る扉（図示せず）を開いて、生体細胞の切片等の被測定
試料Ｍを試料受皿３５に載せる。このように操作する
と、細管２６と試料受皿３５との隙間間隔を十分に取る
ことができるので、被測定試料Ｍを容易に試料受皿３５
に載せることができる。

【００２６】次に、ピエゾ素子２７，３０の電極２７
ａ，２７ｂ，３１_x1，３１_x2，３１_y1，３１_y2，３
２_z1，３２_z2に印加される電圧Ｖａ，Ｖｂ，ｘ１，ｘ
２，ｙ１，ｙ２，ｚ１，ｚ２を制御することによって、
細管２６の下端と被測定試料Ｍの対向位置を微調整す
る。

【００２７】例えば、被測定試料Ｍの表面を観測する場
合には、細管２６の下端を被測定試料Ｍの表面に僅かに
接触する程度に微調整し、被測定試料Ｍの内部（深部）
を観測したい場合には、細管２６の下端を被測定試料Ｍ
の当該部位に到達するまで差し込むように微調整する。
そして、細管２６の先端は開口しているものの、その内
径は極めて小さいので、被測定試料Ｍが細管２６の内部
へ殆ど侵入せず、よって所望の観測部位まで細管２６の
先端を挿入することができる。

【００２８】次に、上記扉を閉じて試料収容器２０内を
密閉した後、高真空ポンプの動作とＨｅガスの供給及び
低真空ポンプの動作を開始させることにより、容器１５
内を高真空状態、試料収容器２０内を低圧状態にする。

【００２９】次に、電力供給部４２からレンズ１７，１
８に電流を供給すると同時に、電子線銃１６から電子線
αを出射させ、穴１９及び細管２６の開口を介して被測
定試料Ｍに極微小面積の電子線αを照射する。この電子
線αの照射に応じて被測定試料Ｍからは主として２次電
子が放出され、この２次電子等がシンチレータ及び電子
増倍管３７等で電気信号Ｅに変換される。そして、電気
信号Ｅは、前置増幅器３８及び計測部３９を介して中央
制御部４０へ転送され、モニタ４１に画像情報として表
示される。

【００３０】尚、被測定試料Ｍに対する電子線αの照射
位置（三次元座標）は、中央制御部４０が駆動部２８，
３６に対して指令した座標データと等価であるので、中
央制御部４０は、計測された電気信号Ｅの電圧レベル等
をその三次元座標を基準にしてプロット表示する。

【００３１】更に、被測定試料Ｍの観測部位を変更する
場合には、電極２７ａ，２７ｂ，３１_x1，３１_x2，３１
_y1，３１_y2の印加電圧Ｖａ，Ｖｂ，ｘ１，ｘ２，ｙ１，
ｙ２を制御して、ピエゾ素子２７に圧縮歪みを生じさせ
ることにより、細管２６の下端と被測定試料Ｍの間を一
旦離した後、再びこれらの電極２７ａ，２７ｂ，３
１_x1，３１_x2，３１_y1，３１_y2の印加電圧Ｖａ，Ｖｂ，
ｘ１，ｘ２，ｙ１，ｙ２を制御することによって、細管
２６と被測定試料Ｍの対向位置又は注入位置を変更す
る。そして、この変更位置に対応して得られる電子信号
Ｅは、上記三次元座標の移動位置の情報として三次元表
示される。

【００３２】このように、この実施例によれば、被測定
試料Ｍに照射するための電子線αの照射位置を三次元で
調整することができる。即ち、ピエゾ素子の圧縮歪みを
巧みに利用して、被測定試料Ｍを三次元走査することが
できる。そして、計測された電気信号Ｅをこれらのピエ
ゾ素子の制御情報に基づいて座標設定するので、モニタ
４１に被測定試料Ｍの立体映像を得ることができるとい
う優れた効果を発揮する。

【００３３】（第２の実施例）次に、第２の実施例を図
４と共に説明する。尚、同図において図１〜図３と同一
又は相当する部分を同一符号で示す。この実施例と第１
の実施例との相違点は、試料収容器２０の構造にあり、
被測定試料Ｍに対して細管２６を三次元移動させるため
の走査機構と電子線αを照射するための機構及び信号処
理機構は第１の実施例と共通である。

【００３４】図４において当該実施例の特徴部分を説明
すると、試料収容器２０の一端に形成された貫通孔を通
して細管２６の内側まで延びる細い配管４３が設けら
れ、観測の際には、試料収容器２０の外部から配管４３
を介して被測定試料Ｍに各種のガスや試薬等を供給する
ことができるようになっている。例えば、観測の最中に
被測定試料Ｍの表面の蒸発を抑制するためのガスや溶液
や試薬等を、被測定試料Ｍに添加するようにしたり、電
子線αにより被測定試料Ｍがイオン化するのを抑制する
ためのＮａ⁺イオンを含む導電性溶液等を供給する等に
使用される。

【００３５】このように、この実施例によれば、最適な
観測条件を得るための試薬等を添加しながら観測でき、
更に、第１の実施例で説明した如く、ピエゾ素子の圧縮
歪みを巧みに利用して、被測定試料Ｍを三次元走査し
て、計測された電気信号Ｅをこれらのピエゾ素子の制御
情報に基づいて座標設定するので、被測定試料Ｍを立体
的に観測することができるという優れた効果を発揮す
る。

【００３６】（第３の実施例）次に、第３の実施例を図
５と共に説明する。尚、同図において図１〜図３と同一
又は相当する部分を同一符号で示す。更に、図５におい
て、図４と同一又は相当する部分を同一符号で示す。よ
って、被測定試料Ｍに対して細管２６を三次元移動させ
るための走査機構と電子線αを照射するための機構及び
信号処理機構は第１の実施例と共通である。

【００３７】図５において当該実施例の特徴部分を述べ
ると、細管２６の内側壁に導電性の薄膜層４４が塗布さ
れており、図示されていない電源回路から出力電圧を印
加することによって、薄膜層４４を所定極性に帯電させ
るようになっている。

【００３８】この実施例によれば、被測定試料Ｍがイオ
ン性質物質の場合に、薄膜層４４の帯電によって被測定
試料Ｍの電離を抑制することができるので、電子線αを
被測定試料Ｍに照射したときに生じる２次電子の減少を
低減することができ、シンチレータ及び電子増倍器３７
による検出感度の向上を図ることができる。

【００３９】（第４の実施例）次に、第４の実施例を図
６及び図７と共に説明する。尚、図６及び図７において
図１〜図３と同一又は相当する部分を同一符号で示す。
更に、図６及び図７において、図４と同一又は相当する
部分を同一符号で示す。よって、被測定試料Ｍに対して
細管２６を三次元移動させるための走査機構と電子線α
を照射するための機構及び信号処理機構は第１の実施例
と共通である。

【００４０】この実施例の特徴は、図１に示す細管２６
と異なる構造の細管４５を適用した点にある。即ち、図
６及び図７に示すように、第１の微調整機構２４の上部
に設けられた細管４５には、ガスや試薬等を供給するた
めの細い供給通路４６，４７が形成されており、試料収
容器２０の一端に形成された貫通孔を通して密閉して嵌
め込まれた供給配管４８，４９の先端が、細管４５の外
側壁から上記の供給通路４６，４７に連通されている。
尚、供給配管４８，４９は可撓性を有し、第１の微調整
機構２４がｚ方向に伸縮することの妨げとならないよう
になっている。

【００４１】そして、観測の際には、試料収容器２０の
外部から供給配管４８，４９を介して被測定試料Ｍに各
種のガスや試薬等を供給することができるようになって
いる。例えば、観測の最中に被測定試料Ｍの表面の蒸発
を抑制するためのガスや溶液や試薬等を、被測定試料Ｍ
に添加するようにしたり、電子線αにより被測定試料Ｍ
がイオン化するのを抑制するためのＮａ⁺イオンを含む
導電性溶液等を供給する等に使用される。

【００４２】このように、この実施例によれば、最適な
観測条件を得るための試薬等を添加しながら観測でき、
更に、第１の実施例で説明した如く、ピエゾ素子の圧縮
歪みを巧みに利用して、被測定試料Ｍを三次元走査し
て、計測された電気信号Ｅをこれらのピエゾ素子の制御
情報に基づいて座標設定するので、被測定試料Ｍを立体
的に観測することができるという優れた効果を発揮す
る。

【００４３】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明によれ
ば、細管を被測定試料（例えば、生態細胞や電解質溶
液）の所望の部分に注入し、この細管内を介して電子線
を照射すると、被測定試料から主として２次電子が放出
されて光電子増倍がこれを検出する。更に、第１，第２
の微調整機構のピエゾ素子に所定の電圧を印加すると、
圧縮歪みによって、第１，第２の微調整機構が被測定試
料の位置と細管の位置を３次元で変更する。よって、第
１，第２の微調整機構により、被測定試料と細管の相対
位置を３次元的に変化させて、電子線を被測定試料に照
射することにより、３次元走査が可能となり、被測定試
料を３次元観察することができる電子顕微鏡を提供する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による電子顕微鏡の第１の実施例の全体
構造を示す説明図である。

【図２】第１の実施例における第２の調整機構の構造を
示す斜視図である。

【図３】第２の調整機構の要部構造を示す縦断面図であ
る。

【図４】第２の実施例の要部構造を示す縦断面図であ
る。

【図５】第３の実施例の要部構造を示す縦断面図であ
る。

【図６】第４の実施例の要部構造を示す縦断面図であ
る。

【図７】第４の実施例の要部構造を更に示す斜視図であ
る。

【図８】電子顕微鏡の従来例の構造を示す説明図であ
る。

【符号の説明】

１５…容器、１６…電子銃、１７，１８…レンズ、１９
…穴、２０…試料収容器、２１…ガス供給ポート、２２
…排出ポート、２３…可動ステージ、２４…第１の微調
整機構、２５…上板、２６…細管、２７，３０…ピエゾ
素子、２７ａ，２７ｂ，３１_x1，３１_x2，３１_y1，３１
_y2，３２_z1，３２_z2…電極、２８，３６…駆動部、２９
…第２の微調整機構、３５…試料受皿３５、３７…光電
子増倍管３７、３８…前置増幅器、３９…計測部、４０
…中央制御部、４１…モニタ、４２…電力供給部、４３
…配管、４４…薄膜層、４５…細管、４６，４７…供給
通路、４８，４９…供給配管４８，４９。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被測定試料に電子線を照射し、その被測
定試料の電子線照射部分から放出される２次電子等を検
出することにより、その被測定試料の形状を観察する電
子顕微鏡において、前記電子線を中空内を通過させて前記被測定試料へ照射
させる細管と、前記細管を支持すると共に、前記電子線の出射方向に沿
って前記細管の位置を変化させる第１の微調整機構と、前記被測定試料を載せる試料受皿を有し、前記試料受皿
の位置を３次元的に移動させることにより、前記被測定
試料に対する前記電子線の照射位置を変化させる第２の
微調整機構と、前記２次電子等を検出する光電子増倍手段と、前記光電子増倍手段から出力される信号を、前記第１，
第２の微調整機構により設定される前記被測定試料の３
次元座標に対応して３次元表示する表示手段と、を具備
することを特徴とする電子顕微鏡。
【請求項２】前記第１，第２の微調整機構は、ピエゾ
素子によって発生する圧縮歪みにより、前記前記細管の
位置と前記電子線の照射位置を変化させることを特徴と
する請求項１に記載の電子顕微鏡。
【請求項３】前記細管は、ガスや試薬等を前記被測定
試料に供給する供給通路が形成されていることを特徴と
する請求項１に記載の電子顕微鏡。
【請求項４】ガスや試薬等を前記被測定試料に供給す
る配管が設けられていることを特徴とする請求項１に記
載の電子顕微鏡。