JPWO2011034020A1 - electronic microscope - Google Patents

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Abstract

本発明の電子顕微鏡は、内部の真空度を維持すると共に浮遊磁場を遮蔽する筐体内において、パルス信号によって制御される圧電アクチュエータ(51,61)を駆動対象物(43)の位置調整に用いることを特徴とする。これにより、圧電アクチュエータを筐体内に配置しても像障害の発生を抑制することができるようになり、更に、駆動に金属ロッドを使用した場合のような複雑な構造を回避することもできるようになった。The electron microscope of the present invention uses a piezoelectric actuator (51, 61) controlled by a pulse signal to adjust the position of a drive object (43) in a housing that maintains an internal vacuum and shields a stray magnetic field. It is characterized by. As a result, even if the piezoelectric actuator is arranged in the housing, it is possible to suppress the occurrence of image obstruction, and it is possible to avoid a complicated structure such as when a metal rod is used for driving. Became.

Description

本発明は、電子顕微鏡に関する。  The present invention relates to an electron microscope.

従来の電子顕微鏡として、走査型電子顕微鏡(SEM:Scanning Electron Microscope)や透過型電子顕微鏡(TEM:Transmission Electron Microscope)が知られている(例えば、特許文献1,2参照)。これらの電子顕微鏡では、内部の真空度を維持すると共に浮遊磁場を遮蔽する筐体内に電子レンズ等が配置されている。  As a conventional electron microscope, a scanning electron microscope (SEM: Scanning Electron Microscope) and a transmission electron microscope (TEM: Transmission Electron Microscope) are known (for example, refer to Patent Documents 1 and 2). In these electron microscopes, an electron lens or the like is arranged in a housing that maintains the internal vacuum and shields stray magnetic fields.

特開2006−54094号公報JP 2006-54094 A 特開2006−127805号公報JP 2006-127805 A

ところで、従来の電子顕微鏡においては、試料や絞り等の位置調整が金属ロッドを介して筐体外から行われる。このように金属ロッドを使用するのは、試料や絞り等の位置調整にアクチュエータとしてマグネットモータを使用すると、筐体内の磁場に変動を生じさせ、深刻な像障害に繋がるからである。参考として、電子顕微鏡の許容浮遊磁場は100〜200nT(ナノテスラ)にまで制限される場合があり、このような場合には、マグネットモータを筐体外に配置したとしても、筐体内の磁場に変動を生じさせるおそれがある。  By the way, in the conventional electron microscope, position adjustments, such as a sample and a diaphragm, are performed from the outside of the casing through a metal rod. The reason why the metal rod is used in this way is that if a magnet motor is used as an actuator for adjusting the position of the sample, the diaphragm, etc., the magnetic field in the casing is changed, which leads to serious image failure. As a reference, the allowable stray magnetic field of the electron microscope may be limited to 100 to 200 nT (nano tesla). In such a case, even if the magnet motor is arranged outside the case, the magnetic field inside the case varies. May cause it.

しかしながら、金属ロッドを介して筐体外から試料や絞り等の遠隔操作を行うためには、筐体内の真空度を維持するために、複雑な気密構造が必要となる。また、操作距離が長くなることによる機械的誤差や温度変化による金属ロッドの熱膨張等に起因して、試料や絞り等の位置調整を高精度に行うことが困難である。  However, in order to perform a remote operation such as a sample or a diaphragm from the outside of the housing via the metal rod, a complicated airtight structure is required to maintain the degree of vacuum in the housing. In addition, it is difficult to adjust the position of the sample, the diaphragm, etc. with high accuracy due to a mechanical error due to a long operation distance, thermal expansion of the metal rod due to a temperature change, or the like.

そこで、本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、像障害の発生を抑制することができ、しかも、筐体内に配置された駆動対象物の位置調整を、簡易な構造でかつ目的に応じた速度及び精度で行うことができる電子顕微鏡を提供することを目的とする。  Therefore, the present invention has been made in view of such circumstances, and can suppress the occurrence of an image failure, and can adjust the position of a driving object disposed in a housing with a simple structure. And it aims at providing the electron microscope which can be performed with the speed and precision according to the objective.

上記目的を達成するために、本発明に係る電子顕微鏡は、試料の像を取得するために、電子レンズを用いて電子線を収束させ、試料に電子線を照射する電子顕微鏡であって、試料及び電子レンズを収容し、内部の真空度を維持すると共に浮遊磁場を遮蔽する筐体と、筐体内に配置された駆動対象物を駆動させる圧電アクチュエータと、を備え、圧電アクチュエータは、駆動対象物に一体的に組み込まれ、パルス信号によって制御されることを特徴とする。  In order to achieve the above object, an electron microscope according to the present invention is an electron microscope that converges an electron beam using an electron lens and irradiates the sample with an electron beam in order to acquire an image of the sample. And a housing that houses the electron lens and maintains the degree of vacuum inside and shields the stray magnetic field, and a piezoelectric actuator that drives the driving object disposed in the housing, the piezoelectric actuator comprising: And is controlled by a pulse signal.

本発明者は、像障害の発生を抑制する観点から、電気信号によって制御されるアクチュエータを駆動対象物の位置調整に使用すること(ましてや、そのようなアクチュエータを筐体内に配置すること)が全く想定されていない電子顕微鏡分野の技術常識下において、圧電アクチュエータを駆動源として駆動対象物の位置調整に使用することを案出した。同時に、本発明者は、圧電アクチュエータの制御信号としてパルス信号を使用すれば、圧電アクチュエータを筐体内に配置しても像障害の発生が抑制されて実用上問題のない画像が得られること、及び金属ロッドを使用した場合のような複雑な気密構造が不要となり、駆動対象物の高精度な位置調整が可能であることを見出した。よって、本発明に係る電子顕微鏡によれば、像障害の発生を抑制することができ、しかも、筐体内に配置された駆動対象物の位置調整を、簡易な構造でかつ目的に応じた速度及び精度で行うことができる。  The present inventor uses an actuator controlled by an electric signal to adjust the position of a driven object from the viewpoint of suppressing the occurrence of image obstruction (and, moreover, arranging such an actuator in a housing). Under the technical common sense in the field of electron microscope, which was not assumed, it was devised to use a piezoelectric actuator as a drive source for position adjustment of a drive object. At the same time, if the present inventor uses a pulse signal as the control signal of the piezoelectric actuator, the occurrence of image failure can be suppressed even when the piezoelectric actuator is arranged in the housing, and an image having no practical problem can be obtained. It has been found that a complicated airtight structure as in the case of using a metal rod is not required, and the position of the driven object can be adjusted with high accuracy. Therefore, according to the electron microscope according to the present invention, it is possible to suppress the occurrence of image obstruction, and to adjust the position of the driving object arranged in the housing with a simple structure and a speed according to the purpose. Can be done with precision.

本発明に係る電子顕微鏡においては、駆動対象物は、電子線を絞る絞り部材であることや、試料を支持する支持部材であることが好ましい。絞り部材や支持部材の駆動には、サイズの異なる絞りの切替えや種類の異なる試料の切替えのため粗動と、高精度な位置調整のための微動とが要求される。また、そのような粗微動を実現するための圧電アクチュエータの制御信号には、磁界を発生させない、或いは磁界を発生させたとしてもごく短時間となる信号が要求される。このような条件を満たす絞り部材や支持部材の駆動源として、パルス信号によって制御される圧電アクチュエータを使用することは極めて有効である。  In the electron microscope according to the present invention, the driven object is preferably a diaphragm member that narrows the electron beam or a support member that supports the sample. In order to drive the aperture member and the support member, coarse motion is required for switching apertures of different sizes and samples of different types, and fine motion for highly accurate position adjustment is required. In addition, a control signal of the piezoelectric actuator for realizing such coarse / fine movement requires a signal that does not generate a magnetic field or that takes a very short time even if a magnetic field is generated. It is extremely effective to use a piezoelectric actuator controlled by a pulse signal as a drive source for a diaphragm member and a support member that satisfy such conditions.

本発明に係る電子顕微鏡においては、パルス信号は、配線を介して筐体外から圧電アクチュエータに送信されることが好ましい。この構成によれば、筐体内の真空度を保持しつつ、筐体外から容易且つ確実に圧電アクチュエータを制御することができる。  In the electron microscope according to the present invention, the pulse signal is preferably transmitted from the outside of the housing to the piezoelectric actuator via the wiring. According to this configuration, the piezoelectric actuator can be controlled easily and reliably from outside the housing while maintaining the degree of vacuum in the housing.

本発明に係る電子顕微鏡においては、駆動対象物は、電子線を絞る絞り部材、及び試料を支持する支持部材の少なくとも一方であり、第1の像倍率で絞り部材又は支持部材を駆動させる場合には、圧電アクチュエータは、第1のパルス信号であるパルス信号によって制御され、第1の像倍率よりも高い第2の像倍率で絞り部材又は支持部材を駆動させる場合には、圧電アクチュエータは、第1のパルス信号よりも周波数及び振幅の少なくとも一方が小さい第2のパルス信号であるパルス信号によって制御されることが好ましい。これによれば、像倍率が高くなるほど、パルス信号の周波数及び振幅の少なくとも一方が小さくなるので、絞り部材又は支持部材を低速で移動させてそれらの位置調製を高精度に行うことができると共に、像障害の程度を低減することができる。  In the electron microscope according to the present invention, the driving object is at least one of a diaphragm member that narrows the electron beam and a support member that supports the sample, and when the diaphragm member or the support member is driven at the first image magnification. The piezoelectric actuator is controlled by a pulse signal that is the first pulse signal. When the diaphragm member or the support member is driven at a second image magnification higher than the first image magnification, the piezoelectric actuator It is preferable to control by a pulse signal which is a second pulse signal having at least one of frequency and amplitude smaller than that of the first pulse signal. According to this, as the image magnification increases, at least one of the frequency and amplitude of the pulse signal decreases, so that the position adjustment can be performed with high accuracy by moving the diaphragm member or the support member at a low speed, The degree of image obstruction can be reduced.

本発明に係る電子顕微鏡においては、駆動対象物は、電子線を絞る絞り部材、及び試料を支持する支持部材の少なくとも一方であり、第1の像倍率で絞り部材又は支持部材を駆動させる場合には、圧電アクチュエータは、第1の移動速度で絞り部材又は支持部材を移動させ、第1の像倍率よりも高い第2の像倍率で絞り部材又は支持部材を駆動させる場合には、圧電アクチュエータは、第1の移動速度よりも低い第2の移動速度で絞り部材又は支持部材を移動させることが好ましい。これによれば、像倍率が高くなるほど、絞り部材又は支持部材が低速で移動させられるので、絞り部材又は支持部材の位置調整を高精度に行うことができると共に、像障害の程度を低減することができる。  In the electron microscope according to the present invention, the driving object is at least one of a diaphragm member that narrows the electron beam and a support member that supports the sample, and when the diaphragm member or the support member is driven at the first image magnification. The piezoelectric actuator moves the diaphragm member or the support member at the first moving speed, and drives the diaphragm member or the support member at the second image magnification higher than the first image magnification. It is preferable to move the diaphragm member or the support member at a second movement speed lower than the first movement speed. According to this, as the image magnification is increased, the diaphragm member or the support member is moved at a low speed, so that the position adjustment of the diaphragm member or the support member can be performed with high accuracy and the degree of image obstruction can be reduced. Can do.

本発明に係る電子顕微鏡においては、駆動対象物は、電子線を絞る絞り部材であり、40〜60倍の像倍率で絞り部材を駆動させる場合には、圧電アクチュエータは、1〜2m/sの移動速度で絞り部材を移動させ、100〜200倍の像倍率で絞り部材を駆動させる場合には、圧電アクチュエータは、100〜200μm/sの移動速度で絞り部材を移動させ、3000〜5000倍の像倍率で前記絞り部材を駆動させる場合には、前記圧電アクチュエータは、5〜10μm/sの移動速度で前記絞り部材を移動させることが好ましい。これによれば、各像倍率の範囲において、絞り部材の位置調整、及び像の取得を実用上問題のないレベルで実現することができる。  In the electron microscope according to the present invention, the object to be driven is a diaphragm member that squeezes the electron beam. When the diaphragm member is driven at an image magnification of 40 to 60 times, the piezoelectric actuator is 1 to 2 m / s. When the diaphragm member is moved at a moving speed and the diaphragm member is driven at an image magnification of 100 to 200 times, the piezoelectric actuator moves the diaphragm member at a moving speed of 100 to 200 μm / s and is 3000 to 5000 times larger. When the diaphragm member is driven at an image magnification, the piezoelectric actuator preferably moves the diaphragm member at a moving speed of 5 to 10 μm / s. According to this, in the range of each image magnification, the position adjustment of the diaphragm member and the acquisition of the image can be realized at a level with no practical problem.

また、本発明に係る電子顕微鏡においては、駆動対象物は、試料を支持する支持部材であり、40〜60倍の像倍率で支持部材を駆動させる場合には、圧電アクチュエータは、0.5〜1mm/sの移動速度で支持部材を移動させ、100〜200倍の像倍率で支持部材を駆動させる場合には、圧電アクチュエータは、100〜200μm/sの移動速度で支持部材を移動させ、3000〜5000倍の像倍率で支持部材を駆動させる場合には、圧電アクチュエータは、5〜10μm/sの移動速度で支持部材を移動させ、30000〜50000倍の像倍率で支持部材を駆動させる場合には、圧電アクチュエータは、0.5〜3μm/sの移動速度で支持部材を移動させ、50000倍を超える像倍率で支持部材を駆動させる場合には、圧電アクチュエータは、0.5μm/s未満の移動速度で支持部材を移動させることが好ましい。これによれば、各像倍率の範囲において、支持部材の位置調整、及び像の取得を実用上問題のないレベルで実現することができる。  In the electron microscope according to the present invention, the driving object is a supporting member that supports the sample. When the supporting member is driven at an image magnification of 40 to 60 times, the piezoelectric actuator is 0.5 to When the support member is moved at a moving speed of 1 mm / s and the support member is driven at an image magnification of 100 to 200 times, the piezoelectric actuator moves the support member at a moving speed of 100 to 200 μm / s, and 3000 When the support member is driven at an image magnification of ˜5000 times, the piezoelectric actuator moves the support member at a moving speed of 5 to 10 μm / s and drives the support member at an image magnification of 30,000 to 50,000 times. The piezoelectric actuator moves the support member at a moving speed of 0.5 to 3 μm / s and drives the support member at an image magnification exceeding 50000 times. Actuator, it is preferable to move the support member at a movement speed of less than 0.5 [mu] m / s. According to this, in the range of each image magnification, the position adjustment of the support member and the image acquisition can be realized at a level with no practical problem.

本発明によれば、像障害の発生を抑制することができ、しかも、筐体内に配置された駆動対象物の位置調整を、簡易な構造でかつ目的に応じた速度及び精度で行うことができる。  According to the present invention, it is possible to suppress the occurrence of image obstruction, and to adjust the position of a driving object disposed in a housing with a simple structure and at a speed and accuracy according to the purpose. .

本発明に係る電子顕微鏡の第1の実施形態である薄膜透過像観察試料ホルダを装備した走査型電子顕微鏡の縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view of the scanning electron microscope equipped with the thin film transmission image observation sample holder which is 1st Embodiment of the electron microscope which concerns on this invention. 図1の走査型電子顕微鏡の薄膜透過像観察試料ホルダの分解斜視図である。It is a disassembled perspective view of the thin film transmission image observation sample holder of the scanning electron microscope of FIG. 図2の試料ホルダのYZ平面に沿っての断面図である。It is sectional drawing along the YZ plane of the sample holder of FIG. 図2の試料ホルダのZX平面に沿っての断面図である。It is sectional drawing along ZX plane of the sample holder of FIG. 図2の試料ホルダのトップパーツ、Yパーツ及びXパーツの組立状態の下面図である。It is a bottom view of the assembly state of the top part, Y part, and X part of the sample holder of FIG. 図2の試料ホルダのトップパーツの下面図である。It is a bottom view of the top part of the sample holder of FIG. 図2の試料ホルダのYパーツの下面図である。It is a bottom view of Y parts of the sample holder of FIG. 図2の試料ホルダのXパーツの下面図である。It is a bottom view of X parts of the sample holder of FIG. 図2の試料ホルダの動作状態のYZ平面に沿って断面図である。It is sectional drawing along the YZ plane of the operation state of the sample holder of FIG. 図2の試料ホルダの動作状態のZX平面に沿っての断面図である。It is sectional drawing along ZX plane of the operation state of the sample holder of FIG. 図2の試料ホルダのトップパーツ、Yパーツ及びXパーツの動作状態の下面図である。It is a bottom view of the operation state of the top part of the sample holder of FIG. 2, Y part, and X part. 図2の試料ホルダに組み込まれる圧電アクチュエータの斜視図である。It is a perspective view of the piezoelectric actuator integrated in the sample holder of FIG. 図12の圧電アクチュエータの動作原理を示す図である。It is a figure which shows the principle of operation of the piezoelectric actuator of FIG. 図1の走査型電子顕微鏡の絞り部材駆動機構の分解斜視図である。It is a disassembled perspective view of the aperture member drive mechanism of the scanning electron microscope of FIG. 図14の絞り部材駆動機構のYZ平面に沿っての断面図である。It is sectional drawing along the YZ plane of the aperture member drive mechanism of FIG. 本発明に係る電子顕微鏡の第2の実施形態である透過型電子顕微鏡の縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view of the transmission electron microscope which is 2nd Embodiment of the electron microscope which concerns on this invention. 図16の透過型電子顕微鏡の支持部材駆動機構の分解斜視図である。FIG. 17 is an exploded perspective view of a support member driving mechanism of the transmission electron microscope of FIG. 16. 透過型電子顕微鏡用の絞り及び薄膜試料の双方の駆動機構のYZ平面に沿っての断面図である。It is sectional drawing along the YZ plane of the drive mechanism of both the aperture_diaphragm | restriction for transmission electron microscopes, and a thin film sample. 図16の透過型電子顕微鏡における試料及びグリッドと観察位置との位置調整について説明するための視野の図である。It is a figure of the visual field for demonstrating position adjustment with the sample and grid and observation position in the transmission electron microscope of FIG. 図16の透過型電子顕微鏡における試料及びグリッドと観察位置との位置調整について説明するための視野の図である。It is a figure of the visual field for demonstrating position adjustment with the sample and grid and observation position in the transmission electron microscope of FIG. 図16の透過型電子顕微鏡における試料及びグリッドと観察位置との位置調整ついて説明するための視野の図である。It is a figure of the visual field for demonstrating position adjustment with the sample and grid and observation position in the transmission electron microscope of FIG. 図16の透過型電子顕微鏡における絞り部材の位置調整について説明するための視野の図である。It is a figure of the visual field for demonstrating position adjustment of the aperture member in the transmission electron microscope of FIG. 本発明に係る電子顕微鏡の第3の実施形態であるバルク試料観察ホルダを装備した走査型電子顕微鏡の縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view of the scanning electron microscope equipped with the bulk sample observation holder which is 3rd Embodiment of the electron microscope which concerns on this invention. 図23の支持部材駆動機構のYZ平面に沿っての断面図である。FIG. 24 is a cross-sectional view along the YZ plane of the support member drive mechanism of FIG. 23.

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
[第1の実施形態:薄膜試料の透過2次電子像観察]
DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, in each figure, the same code | symbol is attached | subjected to the same or an equivalent part, and the overlapping description is abbreviate | omitted.
[First embodiment: Observation of transmission secondary electron image of thin film sample]

図1に示されるように、走査型電子顕微鏡1Aは、試料ホルダ20がボルト3によって固定された試料台4を備えている。試料ホルダ20は、観察対象となる試料Sを保持している。走査型電子顕微鏡1Aは、試料Sの像を取得するために、電子レンズを用いて電子線を収束させ、試料Sに電子線を照射する装置である。なお、試料台4は、手動によって位置調整が可能となっている。  As shown in FIG. 1, the scanning electron microscope 1 </ b> A includes a sample stage 4 to which a sample holder 20 is fixed by a bolt 3. The sample holder 20 holds a sample S to be observed. The scanning electron microscope 1A is an apparatus that converges an electron beam using an electron lens and irradiates the sample S with an electron beam in order to acquire an image of the sample S. Note that the position of the sample stage 4 can be manually adjusted.

軸線L上において試料台4と対向する位置には、試料台4に向かって電子線を出射する電子銃5、及び電子銃5から出射された電子線を試料台4に向かって加速させるアノード6が設置されている。軸線L上においてアノード6と試料台4との間には、電子線の中心線を軸線Lに位置合わせする軸合せコイル2、電子線を収束させる電子レンズとしての収束レンズ7及び対物レンズ8、並びに電子線を偏向させる偏向コイル9が設置されている。  On the axis L, at a position facing the sample table 4, an electron gun 5 that emits an electron beam toward the sample table 4, and an anode 6 that accelerates the electron beam emitted from the electron gun 5 toward the sample table 4. Is installed. Between the anode 6 and the sample stage 4 on the axis L, an alignment coil 2 for aligning the center line of the electron beam with the axis L, a converging lens 7 as an electron lens for converging the electron beam, and an objective lens 8, In addition, a deflection coil 9 for deflecting the electron beam is provided.

軸線L上において収束レンズ7と偏向コイル9との間には、収束レンズ7によって収束させられた電子線を絞る絞り部材(駆動対象物)11が設置されている。また、軸線L上において対物レンズ8と試料台4との間には、対物レンズ8によって収束させられた電子線を絞る絞り部材(駆動対象物)12が設置されている。各絞り部材11,12は、絞り部材駆動機構30によって駆動させられる。  On the axis L, between the converging lens 7 and the deflection coil 9, a diaphragm member (driving object) 11 that restricts the electron beam converged by the converging lens 7 is installed. In addition, on the axis L, between the objective lens 8 and the sample stage 4, a diaphragm member (driving object) 12 that restricts the electron beam converged by the objective lens 8 is installed. Each diaphragm member 11, 12 is driven by a diaphragm member drive mechanism 30.

更に、走査型電子顕微鏡1Aは、試料Sを透過した電子線の照射によって試料ホルダ20から発生させられた2次電子を検出する2次電子検出器13と、走査型電子顕微鏡1Aの全体を制御する制御装置14と、を備えている。制御装置14は、例えばパーソナルコンピュータであり、そのディスプレイには、試料Sの透過2次電子像等が表示される。  Further, the scanning electron microscope 1A controls the secondary electron detector 13 that detects secondary electrons generated from the sample holder 20 by irradiation of the electron beam transmitted through the sample S, and the entire scanning electron microscope 1A. And a control device 14 for performing the operation. The control device 14 is, for example, a personal computer, and a transmission secondary electron image of the sample S is displayed on the display.

試料ホルダ20、試料台4、電子銃5、アノード6、軸合せコイル2、収束レンズ7、対物レンズ8、偏向コイル9、各絞り部材11,12を駆動させる絞り部材駆動機構30、及び2次電子検出器13の2次電子検出部は、真空引きされる筐体15内に収容されている。筐体15の上部及び下部には、筐体15の内部を真空引きするための排気管16が設けられており、筐体15の中間部には、筐体15の内部を上部と下部とに仕切るための仕切弁17が設けられている。筐体15は、例えば鉄やアルミニウム合金からなり、内部の真空度を維持すると共に浮遊磁場を遮蔽する。  Sample holder 20, sample stage 4, electron gun 5, anode 6, alignment coil 2, converging lens 7, objective lens 8, deflection coil 9, diaphragm member driving mechanism 30 for driving each diaphragm member 11, 12, and secondary The secondary electron detector of the electron detector 13 is accommodated in a housing 15 that is evacuated. An exhaust pipe 16 for evacuating the inside of the housing 15 is provided at the upper and lower portions of the housing 15, and the inside of the housing 15 is divided into an upper portion and a lower portion at an intermediate portion of the housing 15. A gate valve 17 for partitioning is provided. The housing 15 is made of, for example, iron or aluminum alloy, and maintains the internal vacuum and shields the stray magnetic field.

ここで、上述した試料ホルダ20について、図2〜図11を参照して説明する。なお、各図に示されるように、X軸、Y軸、Z軸を設定する。以下、X軸方向において一方の側を左側とし、その反対側を右側とする。また、Y軸方向において2次電子検出器13側を前側とし、その反対側を後側とする。更に、Z軸方向において電子銃5側を上側とし、その反対側を下側とする。  Here, the sample holder 20 described above will be described with reference to FIGS. As shown in each figure, the X axis, the Y axis, and the Z axis are set. Hereinafter, one side in the X-axis direction is the left side, and the opposite side is the right side. Further, in the Y-axis direction, the secondary electron detector 13 side is a front side, and the opposite side is a rear side. Furthermore, the electron gun 5 side in the Z-axis direction is the upper side, and the opposite side is the lower side.

図2〜5に示されるように、試料ホルダ20は、例えばアルミニウム合金からなる直方体状のベース21を備えている。ベース21の前面には、断面V字状の切欠き部22が形成されており、ベース21において切欠き部22上に突き出した部分には、断面円形状の電子線通過孔23が形成されている。なお、ベース21の上面の四隅には、ネジ穴24が形成されており、ベース21の下面には、試料台4の挿通孔を介してボルト3が螺合されるネジ穴25が形成されている。  As shown in FIGS. 2 to 5, the sample holder 20 includes a rectangular parallelepiped base 21 made of, for example, an aluminum alloy. A cutout portion 22 having a V-shaped cross section is formed on the front surface of the base 21, and an electron beam passage hole 23 having a circular cross section is formed in a portion protruding from the cutout portion 22 in the base 21. Yes. Screw holes 24 are formed at the four corners of the upper surface of the base 21, and screw holes 25 into which the bolts 3 are screwed through the insertion holes of the sample table 4 are formed at the lower surface of the base 21. Yes.

ベース21において切欠き部22を画定し且つ電子線通過孔23と対向する傾斜面は、電子線通過孔23を通過した電子線が照射されることで2次電子を発生する2次電子発生面(2次電子発生部)29となっている。2次電子発生面29は、例えばアルミニウム合金の研磨面である。  The inclined surface that defines the notch 22 in the base 21 and faces the electron beam passage hole 23 is a secondary electron generation surface that generates secondary electrons when irradiated with the electron beam that has passed through the electron beam passage hole 23. (Secondary electron generating section) 29. The secondary electron generating surface 29 is, for example, a polished surface of an aluminum alloy.

図2〜6に示されるように、ベース21の上面には、例えばアルミニウム合金からなる直方体キャップ状のトップパーツ26が固定されている。トップパーツ26は、その四隅に形成された挿通孔27を介してベース21のネジ穴24にボルトが螺合されることにより、ベース21に取り付けられる。トップパーツ26には、Z軸方向においてベース21の電子線通過孔23と対向するように電子線通過孔28が形成されており、電子線通過孔28の上側部分は、径方向に拡幅されている。電子線通過孔28の拡幅部28aの底面には、薄膜状の試料Sを支持するグリッド31が配置されており、グリッド31は、拡幅部28aに嵌合する円環状の押え部材32によって固定されている。  As shown in FIGS. 2 to 6, a rectangular parallelepiped cap-shaped top part 26 made of, for example, an aluminum alloy is fixed to the upper surface of the base 21. The top part 26 is attached to the base 21 by screwing bolts into the screw holes 24 of the base 21 through the insertion holes 27 formed at the four corners. An electron beam passage hole 28 is formed in the top part 26 so as to face the electron beam passage hole 23 of the base 21 in the Z-axis direction, and the upper part of the electron beam passage hole 28 is widened in the radial direction. Yes. A grid 31 that supports the thin film sample S is disposed on the bottom surface of the widened portion 28a of the electron beam passage hole 28. The grid 31 is fixed by an annular pressing member 32 that fits into the widened portion 28a. ing.

トップパーツ26の下面には、下側だけでなく前側にも開口した断面長方形状の収容凹部33が形成されている。収容凹部33は、左側及び右側に拡幅されている。なお、収容凹部33の左側には切欠き部34が形成されており、収容凹部33の後側には切欠き部35が形成されている。  On the lower surface of the top part 26, an accommodating recess 33 having a rectangular cross section that is opened not only on the lower side but also on the front side is formed. The accommodating recess 33 is widened on the left side and the right side. A notch 34 is formed on the left side of the housing recess 33, and a notch 35 is formed on the rear side of the housing recess 33.

図2〜5,7に示されるように、トップパーツ26の収容凹部33内には、例えばアルミニウム合金からなる直方体環状のYパーツ36が配置されている。Yパーツ36には、左側に突出する突出部36a、及び右側に突出する突出部36bが一体的に設けられている。突出部36aは、トップパーツ26の収容凹部33の左側の拡幅部33a内に配置されており、一方、突出部36bは、トップパーツ26の収容凹部33の右側の拡幅部33b内に配置されている。これにより、Yパーツ36は、ベース21及びトップパーツ26に対してY軸方向に所定の範囲で往復動可能となる。  As shown in FIGS. 2 to 5, a rectangular parallelepiped annular Y part 36 made of, for example, an aluminum alloy is disposed in the housing recess 33 of the top part 26. The Y part 36 is integrally provided with a protruding portion 36a protruding leftward and a protruding portion 36b protruding rightward. The protruding portion 36 a is disposed in the widened portion 33 a on the left side of the receiving recess 33 of the top part 26, while the protruding portion 36 b is disposed in the widened portion 33 b on the right side of the receiving recess 33 of the top part 26. Yes. Accordingly, the Y part 36 can reciprocate within a predetermined range in the Y-axis direction with respect to the base 21 and the top part 26.

Yパーツ36の突出部36aの上面に形成された凹部内には、パルス信号によって駆動を制御される圧電アクチュエータ51の圧電体52がシリコーン等の弾性接着剤によって固定されている。圧電アクチュエータ51の支軸53の両端部は、突出部36aから前側及び後側に向かって突出し、トップパーツ26の拡幅部33aの前側及び後側に形成された凹部33c内に固定されている。なお、圧電アクチュエータ51の配線54は、例えばフレキシブルプリント基板(FPC:Flexible Printed Circuits)等であり、トップパーツ26の切欠き部34を介して試料ホルダ20外に延在させられている。  In a recess formed on the upper surface of the protrusion 36a of the Y part 36, a piezoelectric body 52 of a piezoelectric actuator 51 whose drive is controlled by a pulse signal is fixed by an elastic adhesive such as silicone. Both ends of the support shaft 53 of the piezoelectric actuator 51 protrude from the protrusion 36a toward the front side and the rear side, and are fixed in recesses 33c formed on the front side and the rear side of the widened portion 33a of the top part 26. The wiring 54 of the piezoelectric actuator 51 is, for example, a flexible printed circuit (FPC) or the like, and extends outside the sample holder 20 via the notch 34 of the top part 26.

Yパーツ36には、Z軸方向から見た場合に電子線通過孔23,28を含むように断面長方形状の開口部37が形成されている。開口部37の下側部分は、前側及び後側に拡幅されている。なお、開口部37の後側には切欠き部38が形成されている。  The Y part 36 has an opening 37 having a rectangular cross section so as to include the electron beam passage holes 23 and 28 when viewed from the Z-axis direction. The lower part of the opening 37 is widened to the front side and the rear side. A notch 38 is formed on the rear side of the opening 37.

図2〜5,8に示されるように、Yパーツ36の開口部37内には、例えばアルミニウム合金からなる直方体板状のXパーツ41が配置されている。Xパーツ41には、前側に突出する突出部41a、及び後側に突出する突出部41bが一体的に設けられている。突出部41aは、Yパーツ36の開口部37の前側の拡幅部37a内に配置されており、一方、突出部41bは、Yパーツ36の開口部37の後側の拡幅部37b内に配置されている。これにより、Xパーツ41は、ベース21及びトップパーツ26に対してX軸方向に所定の範囲で往復動可能となる。  As shown in FIGS. 2 to 5, a rectangular parallelepiped plate-shaped X part 41 made of, for example, an aluminum alloy is disposed in the opening 37 of the Y part 36. The X part 41 is integrally provided with a protruding portion 41a protruding to the front side and a protruding portion 41b protruding to the rear side. The protruding portion 41 a is disposed in the widened portion 37 a on the front side of the opening 37 of the Y part 36, while the protruding portion 41 b is disposed in the widened portion 37 b on the rear side of the opening 37 of the Y part 36. ing. Thereby, the X part 41 can reciprocate within a predetermined range in the X-axis direction with respect to the base 21 and the top part 26.

Xパーツ41の上面に形成された凹部内には、パルス信号によって駆動を制御される圧電アクチュエータ61の圧電体62がシリコーン等の弾性接着剤によって固定されている。圧電アクチュエータ61の支軸63の両端部は、Xパーツ41から左側及び右側に向かって突出し、Yパーツ36の開口部37の左側及び右側に形成された凹部37c内に固定されている。なお、圧電アクチュエータ61の配線64は、例えばフレキシブルプリント基板等であり、Yパーツ36の切欠き部38及びトップパーツ26の切欠き部35を介して試料ホルダ20外に延在させられている。  In a recess formed on the upper surface of the X part 41, a piezoelectric body 62 of a piezoelectric actuator 61 whose drive is controlled by a pulse signal is fixed by an elastic adhesive such as silicone. Both end portions of the support shaft 63 of the piezoelectric actuator 61 protrude from the X part 41 toward the left side and the right side, and are fixed in recesses 37 c formed on the left side and the right side of the opening 37 of the Y part 36. Note that the wiring 64 of the piezoelectric actuator 61 is, for example, a flexible printed circuit board or the like, and extends outside the sample holder 20 via the notch portion 38 of the Y part 36 and the notch portion 35 of the top part 26.

Xパーツ41には、Z軸方向においてベース21の電子線通過孔23及びトップパーツ26の電子線通過孔28と対向し、且つZ軸方向から見た場合にYパーツ36の開口部37に含まれるように、断面長円形状の電子線通過孔42が形成されており、電子線通過孔42の上側部分は、径方向に拡幅されている。電子線通過孔42の拡幅部42aの底面には、試料Sを透過した電子線を絞る絞り部材43が配置されており、絞り部材43は、拡幅部42aに嵌合する長円環状の押え部材44によって固定されている。絞り部材43は、例えばモリブテンからなる箔状の部材であり、X軸方向に沿って並設された2種類の径のアパーチャ43a,43bを有している。  The X part 41 faces the electron beam passage hole 23 of the base 21 and the electron beam passage hole 28 of the top part 26 in the Z-axis direction, and is included in the opening 37 of the Y part 36 when viewed from the Z-axis direction. As shown in the figure, an electron beam passage hole 42 having an oval cross section is formed, and the upper portion of the electron beam passage hole 42 is widened in the radial direction. On the bottom surface of the widened portion 42a of the electron beam passage hole 42, a throttle member 43 for narrowing the electron beam that has passed through the sample S is disposed. The throttle member 43 is an oval holding member that fits into the widened portion 42a. 44 is fixed. The diaphragm member 43 is a foil-like member made of, for example, molybdenum, and has two types of apertures 43a and 43b arranged in parallel along the X-axis direction.

以上のように構成された試料ホルダ20においては、図9〜11に示されるように、圧電アクチュエータ51にパルス信号が送信されて圧電アクチュエータ51が動作することにより、ベース21及びトップパーツ26に対してYパーツ36がY軸方向に所定の範囲で往復動を行う。また、圧電アクチュエータ61にパルス信号が送信されて圧電アクチュエータ61が動作することにより、ベース21及びトップパーツ26に対してXパーツ41がX軸方向に所定の範囲で往復動を行う。これにより、試料Sに対する視野絞りとして、絞り部材43のアパーチャ43a又はアパーチャ43bを選択することが可能となる。また、選択されたアパーチャ43a又はアパーチャ43bを試料Sの全領域に合わせることが可能となる。  In the sample holder 20 configured as described above, as shown in FIGS. 9 to 11, a pulse signal is transmitted to the piezoelectric actuator 51 and the piezoelectric actuator 51 is operated, whereby the base 21 and the top part 26 are moved. The Y part 36 reciprocates within a predetermined range in the Y-axis direction. Further, when the pulse signal is transmitted to the piezoelectric actuator 61 and the piezoelectric actuator 61 operates, the X part 41 reciprocates in a predetermined range in the X axis direction with respect to the base 21 and the top part 26. Accordingly, it is possible to select the aperture 43a or the aperture 43b of the diaphragm member 43 as the field diaphragm for the sample S. In addition, the selected aperture 43a or aperture 43b can be matched to the entire region of the sample S.

なお、圧電アクチュエータ51,61は、パルス信号によって駆動を制御されるものであり、ニュースケールテクノロジーズ(New Scale Technologies)社のスクイグル(SQUIGGLE:登録商標)モータ、特に、マイクロスクイグルモータシリーズが好適である。図12に示されるように、スクイグルモータ100は、ボルト(以下、「スクリュー」と称する)101(支軸53,63に相当する)に螺合している四角柱伏のナット(以下、「コア」と称する)102の外側の4面のそれぞれにピエゾ素子103(圧電体52,62に相当する)が貼り付けられて構成されている。  The piezoelectric actuators 51 and 61 are driven by pulse signals, and a SQUIGGLE (registered trademark) motor of New Scale Technologies, particularly a micro squiggle motor series is suitable. is there. As shown in FIG. 12, the squiggle motor 100 includes a square pillar nut (hereinafter referred to as “a screw”) 101 (hereinafter referred to as “screw”) 101 (corresponding to the support shafts 53 and 63). The piezoelectric element 103 (corresponding to the piezoelectric bodies 52 and 62) is attached to each of the four outer surfaces of the core 102).

スクイグルモータ100においては、各ピエゾ素子103に位相の異なるパルス信号が入力されることにより、図13に示されるように、2つの節Jを有して一方向に回転するフラフープのような廻旋運動(図13の二点鎖線を参照)がコア102に起こる。これにより、コア102が螺合しているスクリュー101が従動的に一方向に回転させられ、その回転軸方向の一方にスクリュー101が移動制御される。各ピエゾ素子103に入力するパルス信号の位相を変更して、コア102の廻旋運動を逆転させれば、スクリュー101の回転方向が逆転するので、スクリュー101の逆方向への移動が可能となる。より詳細な動作原理については、米国特許第6,940,209号、米国特許第7,170,214号、米国特許第7,309,943号、米国特許第7,339,306号が参照可能である。また、http://www.newscaletech.com/も参照可能である。  In the squiggle motor 100, when a pulse signal having a different phase is input to each piezo element 103, a rotation such as a hula hoop having two nodes J and rotating in one direction as shown in FIG. A movement (see the two-dot chain line in FIG. 13) occurs in the core 102. Thereby, the screw 101 with which the core 102 is screwed is rotated in one direction in a passive manner, and the screw 101 is controlled to move in one direction of the rotation axis. If the phase of the pulse signal input to each piezo element 103 is changed to reverse the rotational movement of the core 102, the rotational direction of the screw 101 is reversed, so that the screw 101 can be moved in the reverse direction. Refer to US Pat. No. 6,940,209, US Pat. No. 7,170,214, US Pat. No. 7,309,943, US Pat. No. 7,339,306 for more detailed operation principle. It is. You can also refer to http://www.newscaletech.com/.

スクイグルモータ100の外形寸法は、例えばSQL−1.8で、1.82mm×1.82mm×12mmの角柱状である。このような形状は、電子顕微鏡の筐体内に設置される駆動対象物に一体的に組み込むのに極めて好都合な形状である。また、スクイグルモータ100の駆動対象物への組付けは、前述のように、2つの節Jを有してフラフープのような廻旋運動をコア102に起こす必要があることから、駆動対象物に強固に固定せずに、例えば弾性接着剤により動きが許容される状態で行われる。  The external dimension of the squiggle motor 100 is, for example, SQL-1.8 and is a prismatic shape of 1.82 mm × 1.82 mm × 12 mm. Such a shape is a very convenient shape to be integrated into a driving object installed in the housing of the electron microscope. In addition, as described above, the squiggle motor 100 is assembled to the driving target because the core 102 needs to have a rotating motion like a hula hoop having two nodes J as described above. For example, the movement is allowed by an elastic adhesive without being firmly fixed.

続いて、上述した絞り部材駆動機構30について説明する。図14,15に示されるように、絞り部材駆動機構30は、ベース21が長方形板状である点、トップパーツ26が試料Sを支持していない点、及びXパーツ41が絞り部材11(12)を支持している点で、試料ホルダ20と主に相違している。以下、試料ホルダ20との主な相違点について説明する。  Next, the diaphragm member driving mechanism 30 described above will be described. As shown in FIGS. 14 and 15, the diaphragm member driving mechanism 30 is configured such that the base 21 has a rectangular plate shape, the top part 26 does not support the sample S, and the X part 41 includes the diaphragm member 11 (12 ) Is mainly different from the sample holder 20. Hereinafter, main differences from the sample holder 20 will be described.

絞り部材駆動機構30において、ベース21は、例えばアルミニウム合金からなる直方体板状の部材である。ベース21には、断面円形状の電子線通過孔23が形成されており、その四隅には、ネジ穴24が形成されている。  In the diaphragm member driving mechanism 30, the base 21 is a rectangular parallelepiped plate member made of, for example, an aluminum alloy. An electron beam passage hole 23 having a circular cross section is formed in the base 21, and screw holes 24 are formed at four corners thereof.

トップパーツ26には、Z軸方向においてベース21の電子線通過孔23と対向するように断面円形状の電子線通過孔28が形成されている。トップパーツ26は、その四隅に形成された挿通孔27を介してベース21のネジ穴24にボルトが螺合されることにより、ベース21に取り付けられる。  An electron beam passage hole 28 having a circular cross section is formed in the top part 26 so as to face the electron beam passage hole 23 of the base 21 in the Z-axis direction. The top part 26 is attached to the base 21 by screwing bolts into the screw holes 24 of the base 21 through the insertion holes 27 formed at the four corners.

Xパーツ41には、Z軸方向においてベース21の電子線通過孔23及びトップパーツ26の電子線通過孔28と対向し、且つZ軸方向から見た場合にYパーツ36の開口部37に含まれるように、断面長円形状の電子線通過孔42が形成されており、電子線通過孔42の上側部分は、径方向に拡幅されている。電子線通過孔42の拡幅部42aの底面には、電子線を絞る絞り部材11(12)が配置されており、絞り部材11(12)は、拡幅部42aに嵌合する長円環状の押え部材44によって固定されている。絞り部材11(12)は、例えばモリブテンからなる箔状の部材であり、X軸方向に沿って並設された2種類の径のアパーチャ11a,11b(12a,12b)を有している。  The X part 41 faces the electron beam passage hole 23 of the base 21 and the electron beam passage hole 28 of the top part 26 in the Z-axis direction, and is included in the opening 37 of the Y part 36 when viewed from the Z-axis direction. As shown in the figure, an electron beam passage hole 42 having an oval cross section is formed, and the upper portion of the electron beam passage hole 42 is widened in the radial direction. An aperture member 11 (12) for narrowing the electron beam is disposed on the bottom surface of the widened portion 42a of the electron beam passage hole 42. The aperture member 11 (12) is an oval presser that fits into the widened portion 42a. It is fixed by the member 44. The diaphragm member 11 (12) is a foil-like member made of, for example, molybdenum, and has two types of apertures 11a and 11b (12a and 12b) arranged in parallel along the X-axis direction.

以上のように構成された絞り部材駆動機構30においては、圧電アクチュエータ51にパルス信号が送信されて圧電アクチュエータ51が動作することにより、ベース21及びトップパーツ26に対してYパーツ36がY軸方向に所定の範囲で往復動を行う。また、圧電アクチュエータ61にパルス信号が送信されて圧電アクチュエータ61が動作することにより、ベース21及びトップパーツ26に対してXパーツ41がX軸方向に所定の範囲で往復動を行う。これにより、軸線Lに位置合わせすべき絞り部材11(12)のアパーチャ11a(12a)又はアパーチャ11b(12b)の選択や、選択されたアパーチャ11a(12a)又はアパーチャ11b(12b)の軸線Lに対する位置調整が可能となる。  In the diaphragm member drive mechanism 30 configured as described above, a pulse signal is transmitted to the piezoelectric actuator 51 and the piezoelectric actuator 51 operates, so that the Y part 36 moves in the Y-axis direction with respect to the base 21 and the top part 26. And reciprocating within a predetermined range. Further, when the pulse signal is transmitted to the piezoelectric actuator 61 and the piezoelectric actuator 61 operates, the X part 41 reciprocates in a predetermined range in the X axis direction with respect to the base 21 and the top part 26. As a result, the aperture 11a (12a) or the aperture 11b (12b) of the aperture member 11 (12) to be aligned with the axis L, or the axis 11 of the selected aperture 11a (12a) or aperture 11b (12b) is selected. Position adjustment is possible.

圧電アクチュエータ51,61に対するパルス信号の送信は、図1に示されるように、圧電アクチュエータ51,61の配線54,64に接続されたUSBケーブル等の配線19を介して、筐体15外の制御装置14から行われる。これにより、筐体15内の真空度を保持しつつ、筐体15外から容易且つ確実に圧電アクチュエータを制御することができる。  As shown in FIG. 1, transmission of pulse signals to the piezoelectric actuators 51 and 61 is controlled outside the housing 15 via a wiring 19 such as a USB cable connected to the wirings 54 and 64 of the piezoelectric actuators 51 and 61. From the device 14. Thereby, the piezoelectric actuator can be controlled easily and reliably from the outside of the housing 15 while maintaining the degree of vacuum in the housing 15.

なお、走査型電子顕微鏡1Aにおいては、電子銃5から電子線が出射されると、グリッド31によって支持された試料Sを透過し且つ選択されたアパーチャ43a又はアパーチャ43bを通過した電子線が2次電子発生面29に照射され、それにより、2次電子発生面29から2次電子が発生させられる。2次電子発生面29から発生させられた2次電子は、2次電子検出器13によって検出され、それにより、試料Sの透過像が制御装置14のディスプレイに表示される。このとき、試料Sによる散乱電子が絞り部材43によって遮断されるため、高分解能で試料Sを観察することができる。従って、走査型電子顕微鏡1A及び試料ホルダ20によれば、試料Sの略全域についてその透過像を取得することが可能となる。  In the scanning electron microscope 1A, when an electron beam is emitted from the electron gun 5, the electron beam that has passed through the sample S supported by the grid 31 and has passed through the selected aperture 43a or aperture 43b is secondary. The electron generation surface 29 is irradiated, whereby secondary electrons are generated from the secondary electron generation surface 29. The secondary electrons generated from the secondary electron generating surface 29 are detected by the secondary electron detector 13, whereby a transmission image of the sample S is displayed on the display of the control device 14. At this time, since scattered electrons from the sample S are blocked by the diaphragm member 43, the sample S can be observed with high resolution. Therefore, according to the scanning electron microscope 1 </ b> A and the sample holder 20, it is possible to acquire a transmission image of substantially the entire area of the sample S.

以上説明したように、走査型電子顕微鏡1Aでは、筐体15内において絞り部材11,12,43がYパーツ36及びXパーツ41を介して圧電アクチュエータ51,61によって駆動させられる。このように、パルス信号によって制御される圧電アクチュエータを駆動対象物の位置調整に使用すれば、その圧電アクチュエータを筐体15内に配置しても像障害の発生が抑制されて実用上問題のない画像が得られ、また、金属ロッドを使用した場合のような複雑な気密構造が不要となり、駆動対象物の高精度な位置調整が可能となる。つまり、走査型電子顕微鏡1Aによれば、像障害の発生を抑制することが可能となり、しかも、筐体15内に配置された駆動対象物の位置調整を簡易な構造で高精度に行うことが可能となる。
[第2の実施形態:透過電子顕微鏡による試料と絞りの移動]
As described above, in the scanning electron microscope 1 </ b> A, the diaphragm members 11, 12, and 43 are driven by the piezoelectric actuators 51 and 61 through the Y part 36 and the X part 41 in the housing 15. In this way, if a piezoelectric actuator controlled by a pulse signal is used for position adjustment of an object to be driven, even if the piezoelectric actuator is arranged in the casing 15, the occurrence of an image failure is suppressed and there is no practical problem. An image can be obtained, and a complicated airtight structure as in the case where a metal rod is used is not required, so that the position of the driven object can be adjusted with high accuracy. That is, according to the scanning electron microscope 1 </ b> A, it is possible to suppress the occurrence of an image failure, and furthermore, the position adjustment of the driving object arranged in the housing 15 can be performed with a simple structure and high accuracy. It becomes possible.
[Second Embodiment: Movement of Sample and Aperture by Transmission Electron Microscope]

図16に示されるように、透過型電子顕微鏡1Bは、観察対象となる試料Sを支持する支持部材駆動機構40を備えている。透過型電子顕微鏡1Bは、試料Sの像を取得するために、電子レンズを用いて電子線を収束させ、試料Sに電子線を照射する装置である。  As shown in FIG. 16, the transmission electron microscope 1B includes a support member drive mechanism 40 that supports a sample S to be observed. The transmission electron microscope 1B is a device that converges an electron beam using an electron lens and irradiates the sample S with an electron beam in order to acquire an image of the sample S.

軸線L上において支持部材駆動機構40と対向する位置には、支持部材駆動機構40に向かって電子線を出射する電子銃5、及び電子銃5から出射された電子線を支持部材駆動機構40に向かって加速させるアノード6が設置されている。軸線L上においてアノード6と支持部材駆動機構40との間には、電子線を収束させる電子レンズとしての収束レンズ7が設置されている。一方、軸線L上において支持部材駆動機構40に対し電子銃5と反対側には、蛍光板71が設置されている。軸線L上において支持部材駆動機構40と蛍光板71との間には、電子線を偏向させる偏向コイル9、電子線像を拡大する中間レンズ72、及び電子線像を蛍光板71に投射する投射レンズ73が設置されている。蛍光板71で生じた蛍光像は、カメラ等によって撮像され、制御装置14のディスプレイに表示される。  On the axis L, at a position facing the support member drive mechanism 40, the electron gun 5 that emits an electron beam toward the support member drive mechanism 40, and the electron beam emitted from the electron gun 5 to the support member drive mechanism 40 An anode 6 is installed for acceleration. On the axis L, between the anode 6 and the support member drive mechanism 40, a converging lens 7 is installed as an electron lens for converging the electron beam. On the other hand, on the axis L, a fluorescent plate 71 is installed on the side opposite to the electron gun 5 with respect to the support member drive mechanism 40. On the axis L, between the support member drive mechanism 40 and the fluorescent plate 71, the deflection coil 9 that deflects the electron beam, the intermediate lens 72 that enlarges the electron beam image, and the projection lens 73 that projects the electron beam image onto the fluorescent plate 71. Is installed. The fluorescent image generated on the fluorescent plate 71 is captured by a camera or the like and displayed on the display of the control device 14.

軸線L上において収束レンズ7と支持部材駆動機構40との間には、コンデンサ絞りとしての絞り部材(駆動対象物)74が設置されている。また、軸線L上において支持部材駆動機構40と偏向コイル9との間には、対物絞りとしての絞り部材(駆動対象物)75が設置されている。更に、軸線L上において偏向コイル9と中間レンズ72との間には、視野絞りとしての絞り部材(駆動対象物)76が設置されている。各絞り部材74〜76は、絞り部材駆動機構30によって駆動させられる。なお、絞り部材75を駆動させる絞り部材駆動機構30は、支持部材駆動機構40と一体的に構成されている。  On the axis L, between the converging lens 7 and the support member drive mechanism 40, a diaphragm member (drive object) 74 as a condenser diaphragm is installed. Further, on the axis L, between the support member drive mechanism 40 and the deflection coil 9, a diaphragm member (drive object) 75 as an objective diaphragm is installed. Further, on the axis L, between the deflection coil 9 and the intermediate lens 72, a diaphragm member (driving object) 76 as a field diaphragm is installed. The diaphragm members 74 to 76 are driven by the diaphragm member drive mechanism 30. The diaphragm member driving mechanism 30 that drives the diaphragm member 75 is configured integrally with the support member driving mechanism 40.

更に、透過型電子顕微鏡1Bは、透過型電子顕微鏡1Bの全体を制御する制御装置14を備えている。制御装置14は、例えばパーソナルコンピュータであり、そのディスプレイには、試料Sの透過像等が表示される。  Further, the transmission electron microscope 1B includes a control device 14 that controls the entire transmission electron microscope 1B. The control device 14 is, for example, a personal computer, and a transmission image of the sample S is displayed on the display.

支持部材駆動機構40、電子銃5、アノード6、収束レンズ7、偏向コイル9、蛍光板71、中間レンズ72、投射レンズ73、及び各絞り部材74〜76を駆動させる絞り部材駆動機構30は、真空引きされる筐体15内に収容されている。筐体15の所定の部位には、筐体15の内部を真空引きするための排気管16が設けられている。筐体15は、例えば鉄やアルミニウム合金からなり、内部の真空度を維持すると共に浮遊磁場を遮蔽する。  The support member drive mechanism 40, the electron gun 5, the anode 6, the converging lens 7, the deflection coil 9, the fluorescent plate 71, the intermediate lens 72, the projection lens 73, and the stop member drive mechanism 30 that drives the stop members 74 to 76 are vacuum. It is accommodated in the case 15 to be pulled. An exhaust pipe 16 for evacuating the inside of the housing 15 is provided at a predetermined portion of the housing 15. The housing 15 is made of, for example, iron or aluminum alloy, and maintains the internal vacuum and shields the stray magnetic field.

ここで、上述した支持部材駆動機構40について説明する。図17,18に示されるように、支持部材駆動機構40は、Xパーツ41が試料Sを支持している点で、第1の実施形態の絞り部材駆動機構30と主に相違している。以下、第1の実施形態の絞り部材駆動機構30との主な相違点について説明する。  Here, the above-described support member drive mechanism 40 will be described. As shown in FIGS. 17 and 18, the support member drive mechanism 40 is mainly different from the diaphragm member drive mechanism 30 of the first embodiment in that the X part 41 supports the sample S. Hereinafter, main differences from the diaphragm member driving mechanism 30 of the first embodiment will be described.

Xパーツ41には、Z軸方向においてベース21の電子線通過孔23及びトップパーツ26の電子線通過孔28と対向し、且つZ軸方向から見た場合にYパーツ36の開口部37に含まれるように、断面円形状の電子線通過孔77が形成されており、電子線通過孔77の上側部分は、径方向に拡幅されている。電子線通過孔77の拡幅部77aの底面には、薄膜状の試料Sを支持するグリッド31が配置されており、グリッド31は、拡幅部77aに嵌合する円環状の押え部材78によって固定されている。  The X part 41 faces the electron beam passage hole 23 of the base 21 and the electron beam passage hole 28 of the top part 26 in the Z-axis direction, and is included in the opening 37 of the Y part 36 when viewed from the Z-axis direction. As shown, an electron beam passage hole 77 having a circular cross section is formed, and the upper portion of the electron beam passage hole 77 is widened in the radial direction. A grid 31 that supports the thin film sample S is disposed on the bottom surface of the widened portion 77a of the electron beam passage hole 77, and the grid 31 is fixed by an annular pressing member 78 that fits into the widened portion 77a. ing.

以上のように構成された支持部材駆動機構40においては、圧電アクチュエータ51にパルス信号が送信されて圧電アクチュエータ51が動作することにより、ベース21及びトップパーツ26に対してYパーツ36がY軸方向に所定の範囲で往復動を行う。また、圧電アクチュエータ61にパルス信号が送信されて圧電アクチュエータ61が動作することにより、ベース21及びトップパーツ26に対してXパーツ41がX軸方向に所定の範囲で往復動を行う。これにより、軸線Lに対する試料Sの位置調整が可能となる。同様に、絞り部材駆動機構30によって、軸線Lに対する各絞り部材74〜76のアパーチャの位置調整が可能となる。  In the support member drive mechanism 40 configured as described above, a pulse signal is transmitted to the piezoelectric actuator 51 and the piezoelectric actuator 51 operates, so that the Y part 36 moves in the Y-axis direction with respect to the base 21 and the top part 26. And reciprocating within a predetermined range. Further, when the pulse signal is transmitted to the piezoelectric actuator 61 and the piezoelectric actuator 61 operates, the X part 41 reciprocates in a predetermined range in the X axis direction with respect to the base 21 and the top part 26. As a result, the position of the sample S with respect to the axis L can be adjusted. Similarly, the aperture member driving mechanism 30 can adjust the position of the apertures of the aperture members 74 to 76 with respect to the axis L.

そして、圧電アクチュエータ51,61に、ニュースケールテクノロジーズ(New Scale Technologies)社のスクイグル(SQUIGGLE:登録商標)モータ、特に、マイクロスクイグルモータシリーズを使用することで、絞り部材駆動機構30及び支持部材駆動機構40の小型化(特に薄型化)を実現することができ、絞り部材駆動機構30と支持部材駆動機構40とを一体的に構成しても、電子レンズ中のポールピース間という非常に狭い空間に配置することが可能となる。
[第2の実施形態における試料移動手順]
And, by using a SQUIGGLE (registered trademark) motor of New Scale Technologies for the piezoelectric actuators 51 and 61, particularly a micro squiggle motor series, the diaphragm member drive mechanism 30 and the support member drive. The mechanism 40 can be reduced in size (particularly thinned), and even if the diaphragm member driving mechanism 30 and the support member driving mechanism 40 are integrally configured, a very narrow space between pole pieces in the electron lens is formed. It becomes possible to arrange in.
[Sample moving procedure in the second embodiment]

次に、透過型電子顕微鏡1Bにおける試料S及びグリッド31と観察位置との調整について説明する。まず、図19(a)に示されるように、40〜60倍の像倍率で、直径3mmのシートメッシュであるグリッド31の全体を観察する。グリッド31には、薄膜状の試料Sが張られている。続いて、図19(b)に示されるように、40〜60倍の像倍率で試料S及びグリッド31と観察位置とを観察しながら、観察希望部位Aが視野の中心Cに位置するように、支持部材駆動機構40によって試料S及びグリッド31が駆動させられる。  Next, adjustment of the sample S and the grid 31 and the observation position in the transmission electron microscope 1B will be described. First, as shown in FIG. 19A, the entire grid 31 that is a sheet mesh having a diameter of 3 mm is observed at an image magnification of 40 to 60 times. A thin film sample S is stretched on the grid 31. Subsequently, as shown in FIG. 19B, while observing the sample S and the grid 31 and the observation position at an image magnification of 40 to 60 times, the observation desired site A is positioned at the center C of the visual field. The sample S and the grid 31 are driven by the support member driving mechanism 40.

40〜60倍の像倍率で試料S及びグリッド31を駆動させる場合には、移動距離が最大で3mm(グリッド31の直径相当)となるので、圧電アクチュエータ51,61は、0.5〜1mm/sの移動速度で試料S及びグリッド31を移動させることが好ましい。このとき、圧電アクチュエータ51,61は、周波数F1のパルス信号PS1によって制御される。  When the sample S and the grid 31 are driven at an image magnification of 40 to 60 times, the movement distance is 3 mm (corresponding to the diameter of the grid 31) at the maximum, so that the piezoelectric actuators 51 and 61 are 0.5 to 1 mm / It is preferable to move the sample S and the grid 31 at a moving speed of s. At this time, the piezoelectric actuators 51 and 61 are controlled by a pulse signal PS1 having a frequency F1.

続いて、図20(a)に示されるように、100〜200倍の像倍率となるように視野を拡大する。これにより、視野の中心Cを中心として像が拡大される。この像の拡大により、観察希望部位Aが視野の中心Cからずれていることを確認した場合、図20(b)に示されるように、100〜200倍の像倍率で試料S及びグリッド31と視野中心とを観察しながら、観察希望部位Aが視野の中心Cに位置するように、支持部材駆動機構40によって試料S及びグリッド31が精密に駆動させられる。  Subsequently, as shown in FIG. 20A, the field of view is enlarged so that the image magnification is 100 to 200 times. Thereby, the image is enlarged around the center C of the visual field. When it is confirmed that the desired observation site A is deviated from the center C of the field of view by enlarging the image, as shown in FIG. 20B, the sample S and the grid 31 are arranged at an image magnification of 100 to 200 times. While observing the center of the visual field, the sample S and the grid 31 are precisely driven by the support member driving mechanism 40 such that the desired observation site A is positioned at the center C of the visual field.

100〜200倍の像倍率で試料S及びグリッド31を駆動させる場合には、圧電アクチュエータ51,61は、100〜200μm/sの移動速度で試料S及びグリッド31を移動させることが好ましい。このとき、圧電アクチュエータ51,61は、周波数F1よりも低い(小さい)周波数F2のパルス信号PS2によって制御される。  When the sample S and the grid 31 are driven at an image magnification of 100 to 200 times, it is preferable that the piezoelectric actuators 51 and 61 move the sample S and the grid 31 at a moving speed of 100 to 200 μm / s. At this time, the piezoelectric actuators 51 and 61 are controlled by a pulse signal PS2 having a frequency F2 lower (smaller) than the frequency F1.

続いて、図21(a)に示されるように、3000〜5000倍の像倍率となるように視野を拡大する。これにより、視野の中心Cを中心として像が拡大される。この像の拡大により、観察希望部位Aが視野の中心Cからずれていることを確認した場合、3000〜5000倍の像倍率で試料S及びグリッド31と観察位置とを観察しながら、観察希望部位Aが視野の中心Cに位置するように、支持部材駆動機構40によって試料S及びグリッド31が更に精密に駆動させられる。  Subsequently, as shown in FIG. 21A, the field of view is enlarged so that the image magnification is 3000 to 5000 times. Thereby, the image is enlarged around the center C of the visual field. When it is confirmed that the observation desired part A is shifted from the center C of the visual field by enlarging the image, the observation desired part is observed while observing the sample S and the grid 31 and the observation position at an image magnification of 3000 to 5000 times. The sample S and the grid 31 are driven more precisely by the support member driving mechanism 40 so that A is positioned at the center C of the visual field.

3000〜5000倍の像倍率で試料S及びグリッド31を駆動させる場合には、圧電アクチュエータ51,61は、5〜10μm/sの移動速度で試料S及びグリッド31を移動させることが好ましい。このとき、圧電アクチュエータ51,61は、周波数F2よりも低い(小さい)周波数F3のパルス信号PS3によって制御される。なお、観察目的によっては、グリッド31のメッシュを構成するバーを越えて隣の窓に移動するときもあるので、そのようなときには、50μm/s程度の移動速度が必要になる場合もある。  When the sample S and the grid 31 are driven at an image magnification of 3000 to 5000 times, the piezoelectric actuators 51 and 61 preferably move the sample S and the grid 31 at a moving speed of 5 to 10 μm / s. At this time, the piezoelectric actuators 51 and 61 are controlled by a pulse signal PS3 having a frequency F3 lower (smaller) than the frequency F2. Note that, depending on the observation purpose, there is a case where it moves to the next window beyond the bar constituting the mesh of the grid 31. In such a case, a moving speed of about 50 μm / s may be required.

続いて、必要に応じて、図21(b)に示されるように、30000〜50000倍の像倍率となるように視野を拡大する。これにより、視野の中心Cを中心として像が拡大される。この像の拡大により、観察希望部位Aが視野の中心Cからずれていることを確認した場合、30000〜50000倍の像倍率で試料S及びグリッド31を観察しながら、観察希望部位Aが視野の中心Cに位置するように、支持部材駆動機構40によって試料S及びグリッド31が駆動させられる。  Subsequently, as required, as shown in FIG. 21 (b), the field of view is enlarged so that the image magnification is 30000 to 50000 times. Thereby, the image is enlarged around the center C of the visual field. When it is confirmed that the desired observation site A is deviated from the center C of the visual field by enlarging this image, the desired observation site A is in the visual field while observing the sample S and the grid 31 at an image magnification of 30000 to 50000 times. The sample S and the grid 31 are driven by the support member drive mechanism 40 so as to be positioned at the center C.

30000〜50000倍の像倍率で試料S及びグリッド31を駆動させる場合には、圧電アクチュエータ51,61は、0.5〜3μm/sの移動速度で試料S及びグリッド31を移動させることが好ましい。このとき、圧電アクチュエータ51,61は、周波数F3よりも低い(小さい)周波数F4のパルス信号PS4によって制御される。  When the sample S and the grid 31 are driven at an image magnification of 30000 to 50000 times, the piezoelectric actuators 51 and 61 preferably move the sample S and the grid 31 at a moving speed of 0.5 to 3 μm / s. At this time, the piezoelectric actuators 51 and 61 are controlled by a pulse signal PS4 having a frequency F4 lower (smaller) than the frequency F3.

所望の像倍率で観察希望部位Aを視野に捉えられれば、観察希望部位Aの観察や写真撮影を行い、以降、視野の拡大や試料S及びグリッド31の移動を繰り返す。なお、50000倍を超える像倍率で試料S及びグリッド31を駆動させる場合には、圧電アクチュエータ51,61は、0.5μm/s未満の移動速度で試料S及びグリッド31を移動させることが好ましい。このとき、圧電アクチュエータ51,61は、周波数F4よりも低い(小さい)周波数F5のパルス信号PS5によって制御される。
[第2の実施形態における絞り位置調整手順]
If the desired observation site A can be captured in the field of view with the desired image magnification, the desired site of observation A is observed and photographed, and thereafter, the expansion of the visual field and the movement of the sample S and the grid 31 are repeated. When the sample S and the grid 31 are driven at an image magnification exceeding 50000 times, the piezoelectric actuators 51 and 61 preferably move the sample S and the grid 31 at a moving speed of less than 0.5 μm / s. At this time, the piezoelectric actuators 51 and 61 are controlled by a pulse signal PS5 having a frequency F5 lower (smaller) than the frequency F4.
[Aperture Position Adjustment Procedure in Second Embodiment]

次に、透過型電子顕微鏡1Bにおける絞り部材75の位置調整について説明する。なお、対物絞りとしての絞り部材75は、図22(a)に示されるように、X軸方向に沿って並設された直径300μmのアパーチャ75a及び直径60μmのアパーチャ75bを有している。アパーチャ75aは広視野用であり、アパーチャ75bは高分解能用であって、これらは必要に応じて切り替えられ、更に芯出しされて使用される。  Next, position adjustment of the diaphragm member 75 in the transmission electron microscope 1B will be described. As shown in FIG. 22A, the diaphragm member 75 as the objective diaphragm has an aperture 75a having a diameter of 300 μm and an aperture 75b having a diameter of 60 μm arranged in parallel along the X-axis direction. The aperture 75a is for a wide field of view, and the aperture 75b is for a high resolution. These are switched as necessary and further centered for use.

まず、図22(a)に示されるように、40〜60倍の像倍率で、絞り部材75並びに試料S及びグリッド31の全体を観察する。このとき、絞り部材75とグリッド31とは殆ど重ねられていない。続いて、上述したように観察希望部位Aを視野の中心Cに位置させる。その後、図22(b)に示されるように、40〜60倍の像倍率で試料S及びグリッド31を観察しながら、アパーチャ75aの中心が視野の中心Cに位置するように、絞り部材駆動機構30によって絞り部材75が駆動させられる。  First, as shown in FIG. 22A, the diaphragm member 75, the sample S, and the entire grid 31 are observed at an image magnification of 40 to 60 times. At this time, the diaphragm member 75 and the grid 31 are hardly overlapped. Subsequently, the desired observation site A is positioned at the center C of the visual field as described above. Thereafter, as shown in FIG. 22B, the aperture member drive mechanism is arranged so that the center of the aperture 75a is positioned at the center C of the visual field while observing the sample S and the grid 31 at an image magnification of 40 to 60 times. The diaphragm member 75 is driven by 30.

40〜60倍の像倍率で絞り部材75を駆動させる場合には、X軸方向への移動距離が最大で5mm程度となるので、X軸方向への駆動用の圧電アクチュエータ61は、1〜2mm/sの移動速度で絞り部材75を移動させることが好ましい。一方、Y軸方向へは芯出しのみの駆動となり、その移動距離は最大で1mm以下であるので、Y軸方向への駆動用の圧電アクチュエータ51は、100μm/s程度の移動速度で絞り部材75を移動させることが好ましい。このとき、圧電アクチュエータ51,61は、周波数F1のパルス信号PS1によって制御される。  When the diaphragm member 75 is driven at an image magnification of 40 to 60 times, the moving distance in the X-axis direction is about 5 mm at the maximum, so that the piezoelectric actuator 61 for driving in the X-axis direction is 1 to 2 mm. It is preferable to move the diaphragm member 75 at a moving speed of / s. On the other hand, the driving is only centering in the Y-axis direction, and the moving distance is 1 mm or less at the maximum. Therefore, the piezoelectric actuator 51 for driving in the Y-axis direction has a diaphragm member 75 at a moving speed of about 100 μm / s. Is preferably moved. At this time, the piezoelectric actuators 51 and 61 are controlled by a pulse signal PS1 having a frequency F1.

続いて、100〜200倍の像倍率となるように視野を拡大する。これにより、視野の中心Cを中心として像が拡大される。この像の拡大により、アパーチャ75aの中心が視野の中心Cからずれていることを確認した場合、100〜200倍の像倍率で絞り部材75を観察しながら、アパーチャ75aの中心が視野の中心Cに位置するように、絞り部材駆動機構30によって絞り部材75が駆動させられる。  Subsequently, the field of view is enlarged so that the image magnification is 100 to 200 times. Thereby, the image is enlarged around the center C of the visual field. When it is confirmed that the center of the aperture 75a is deviated from the center C of the field of view by enlarging the image, the center of the aperture 75a is the center C of the field of view while observing the diaphragm member 75 at an image magnification of 100 to 200 times. The diaphragm member 75 is driven by the diaphragm member driving mechanism 30 so as to be positioned at the position.

100〜200倍の像倍率で絞り部材75を駆動させる場合には、圧電アクチュエータ51,61は、100〜200μm/s程度の移動速度で絞り部材75を移動させることが好ましい。このとき、圧電アクチュエータ51,61は、周波数F1よりも低い(小さい)周波数F2のパルス信号PS2によって制御される。なお、3000〜5000倍の像倍率で絞り部材75を駆動させる場合には、圧電アクチュエータ51,61は、5〜10μm/s程度の移動速度で絞り部材75を移動させることが好ましい。このとき、圧電アクチュエータ51,61は、周波数F2よりも低い(小さい)周波数F3のパルス信号PS3によって制御される。  When the diaphragm member 75 is driven at an image magnification of 100 to 200 times, the piezoelectric actuators 51 and 61 preferably move the diaphragm member 75 at a movement speed of about 100 to 200 μm / s. At this time, the piezoelectric actuators 51 and 61 are controlled by a pulse signal PS2 having a frequency F2 lower (smaller) than the frequency F1. When the diaphragm member 75 is driven at an image magnification of 3000 to 5000 times, it is preferable that the piezoelectric actuators 51 and 61 move the diaphragm member 75 at a moving speed of about 5 to 10 μm / s. At this time, the piezoelectric actuators 51 and 61 are controlled by a pulse signal PS3 having a frequency F3 lower (smaller) than the frequency F2.

更に高い像倍率で試料Sを観察しようとする場合には、絞り部材駆動機構30によって広視野用のアパーチャ75aから高分解能用のアパーチャ75bに切り替えられ、アパーチャ75bの中心が視野の中心Cに位置するように、絞り部材駆動機構30によって絞り部材75が駆動させられる。  In order to observe the sample S at a higher image magnification, the aperture member driving mechanism 30 switches the aperture 75a for wide field of view to the aperture 75b for high resolution, and the center of the aperture 75b is positioned at the center C of the field of view. Thus, the diaphragm member 75 is driven by the diaphragm member driving mechanism 30.

以上説明したように、透過型電子顕微鏡1Bにおいては、絞り部材75等(試料S及びグリッド31、絞り部材74,76等を含む)を駆動させるときの像倍率が高くなるほど、圧電アクチュエータ51,61を制御するためのパルス信号の周波数が低く(小さく)なる。つまり、像倍率が高くなるほど、絞り部材75等が低速で移動させられる。そのため、高像倍率下において絞り部材75等の位置調製を高精度に行うことができる。更に、パルス信号については、像倍率が高くなるほど、単位時間当たりの電圧印加時間の割合が減少するので、高像倍率下において像障害の程度(例えば画像全体に占めるノイズの割合)を低減することができる。  As described above, in the transmission electron microscope 1B, the piezoelectric actuators 51 and 61 increase as the image magnification increases when the diaphragm member 75 and the like (including the sample S and the grid 31, the diaphragm members 74 and 76, and the like) are driven. The frequency of the pulse signal for controlling the frequency becomes low (small). That is, as the image magnification increases, the diaphragm member 75 and the like are moved at a lower speed. Therefore, the position of the diaphragm member 75 and the like can be adjusted with high accuracy under a high image magnification. Furthermore, for pulse signals, the higher the image magnification, the lower the ratio of voltage application time per unit time, so the degree of image disturbance (for example, the ratio of noise in the entire image) is reduced under high image magnification. Can do.

なお、像倍率に対する移動速度の好適な値は次のとおりである。すなわち、40〜60倍の像倍率で絞り部材75を駆動させる場合には、圧電アクチュエータ51,61は、1〜2m/sの移動速度で絞り部材75を移動させ、100〜200倍の像倍率で絞り部材75を駆動させる場合には、圧電アクチュエータ51,61は、100〜200μm/sの移動速度で絞り部材75を移動させ、3000〜5000倍の像倍率で絞り部材75を駆動させる場合には、圧電アクチュエータ51,61は、5〜10μm/sの移動速度で絞り部材75を移動させることが好ましい。これによれば、各像倍率の範囲において、絞り部材71の位置調整、及び像の取得を実用上問題のないレベルで実現することができる。  The preferred value of the moving speed with respect to the image magnification is as follows. That is, when the diaphragm member 75 is driven at an image magnification of 40 to 60 times, the piezoelectric actuators 51 and 61 move the diaphragm member 75 at a moving speed of 1 to 2 m / s, and an image magnification of 100 to 200 times. When the diaphragm member 75 is driven, the piezoelectric actuators 51 and 61 move the diaphragm member 75 at a moving speed of 100 to 200 μm / s and drive the diaphragm member 75 at an image magnification of 3000 to 5000 times. The piezoelectric actuators 51 and 61 preferably move the diaphragm member 75 at a moving speed of 5 to 10 μm / s. According to this, in the range of each image magnification, the position adjustment of the diaphragm member 71 and the acquisition of the image can be realized at a level with no practical problem.

また、40〜60倍の像倍率で試料S及びグリッド31を駆動させる場合には、圧電アクチュエータ51,61は、0.5〜1mm/sの移動速度で試料S及びグリッド31を移動させ、100〜200倍の像倍率で試料S及びグリッド31を駆動させる場合には、圧電アクチュエータ51,61は、100〜200μm/sの移動速度で試料S及びグリッド31を移動させ、3000〜5000倍の像倍率で試料S及びグリッド31を駆動させる場合には、圧電アクチュエータ51,61は、5〜10μm/sの移動速度で試料S及びグリッド31を移動させることが好ましい、更に、30000〜50000倍の像倍率で試料S及びグリッド31を駆動させる場合には、圧電アクチュエータ51,61は、0.5〜3μm/sの移動速度で試料S及びグリッド31を移動させ、50000倍を超える像倍率で試料S及びグリッド31を駆動させる場合には、圧電アクチュエータ51,61は、0.5μm/s未満の移動速度で試料S及びグリッド31を移動させることが好ましい。これによれば、各像倍率の範囲において、試料S及びグリッド31の位置調整、及び像の取得を実用上問題のないレベルで実現することができる。  When the sample S and the grid 31 are driven at an image magnification of 40 to 60 times, the piezoelectric actuators 51 and 61 move the sample S and the grid 31 at a moving speed of 0.5 to 1 mm / s, and 100 When the sample S and the grid 31 are driven at an image magnification of ˜200 times, the piezoelectric actuators 51 and 61 move the sample S and the grid 31 at a moving speed of 100 to 200 μm / s to obtain an image of 3000 to 5000 times. When the sample S and the grid 31 are driven at a magnification, the piezoelectric actuators 51 and 61 preferably move the sample S and the grid 31 at a moving speed of 5 to 10 μm / s, and further, an image of 30000 to 50000 times. When the sample S and the grid 31 are driven at a magnification, the piezoelectric actuators 51 and 61 move at a moving speed of 0.5 to 3 μm / s. When the sample S and the grid 31 are moved and the sample S and the grid 31 are driven at an image magnification exceeding 50,000 times, the piezoelectric actuators 51 and 61 are moved at a moving speed of less than 0.5 μm / s. Is preferably moved. According to this, in the range of each image magnification, the position adjustment of the sample S and the grid 31 and the image acquisition can be realized at a level with no practical problem.

また、圧電アクチュエータ51,61には、最大で3mm以上の移動距離、0.5μm/s〜2mm/sの範囲で像倍率に応じて制御可能な移動速度、及び位置ホールド機能を有することが要求される。更に、圧電アクチュエータ51,61には、高さ10mm程度でかつ奥行き及び幅共に20mm程度である対物レンズポールピースのギャップに挿入することができるサイズが要求される。このような要求を満足するアクチュエータとしては、例えば、ニュースケールテクノロジーズ(New Scale Technologies)社のスクイグル(SQUIGGLE:登録商標)モータ、SQL−RV−1.8がある。
[第3の実施形態:走査電子顕微鏡によるバルク試料の2次電子と反射電子像の観察]
In addition, the piezoelectric actuators 51 and 61 are required to have a moving distance of 3 mm or more at the maximum, a moving speed that can be controlled according to the image magnification in the range of 0.5 μm / s to 2 mm / s, and a position hold function. Is done. Further, the piezoelectric actuators 51 and 61 are required to have a size that can be inserted into the gap of the objective lens pole piece having a height of about 10 mm and a depth and width of about 20 mm. As an actuator that satisfies such a requirement, for example, there is a SQUIGGLE (registered trademark) motor, SQL-RV-1.8 manufactured by New Scale Technologies.
[Third Embodiment: Observation of Secondary Electron and Reflected Electron Image of Bulk Sample by Scanning Electron Microscope]

図23に示されるように、走査型電子顕微鏡1Cは、試料ホルダ20に代えて支持部材駆動機構50が試料台4に取り付けられている点で、第1の実施形態の走査型電子顕微鏡1Aと主に相違している。そして、支持部材駆動機構50は、図24に示されるように、絞り部材11(12)に代えて試料載置台50aをXパーツ41が支持している点で、図14,15に示される絞り部材駆動機構30と主に相違している。以下、絞り部材駆動機構30との主な相違点について説明する。  As shown in FIG. 23, the scanning electron microscope 1C is different from the scanning electron microscope 1A of the first embodiment in that a support member driving mechanism 50 is attached to the sample stage 4 instead of the sample holder 20. Mainly different. As shown in FIG. 24, the support member drive mechanism 50 is a diaphragm shown in FIGS. 14 and 15 in that the X part 41 supports the sample mounting table 50a instead of the diaphragm member 11 (12). Mainly different from the member driving mechanism 30. Hereinafter, main differences from the diaphragm member driving mechanism 30 will be described.

トップパーツ26には、試料載置台50aからZ軸方向に延在する脚部50bが貫通する開口26aが形成されている。脚部50bは、試料載置台50aと一体的に形成されており、Xパーツ41の拡幅部42a内に嵌合されて固定されている。  The top part 26 has an opening 26a through which a leg 50b extending in the Z-axis direction passes from the sample mounting table 50a. The leg portion 50 b is formed integrally with the sample mounting table 50 a and is fitted and fixed in the widened portion 42 a of the X part 41.

このように構成された支持部材駆動機構50においては、圧電アクチュエータ51にパルス信号が送信されて圧電アクチュエータ51が動作することにより、ベース21及びトップパーツ26に対してYパーツ36がY軸方向に所定の範囲で往復動を行う。また、圧電アクチュエータ61にパルス信号が送信されて圧電アクチュエータ61が動作することにより、ベース21及びトップパーツ26に対してXパーツ41がX軸方向に所定の範囲で往復動を行う。これにより、試料載置台50aに載置された試料Sの軸線Lに対する位置調整が可能となる。なお、開口26aは、Yパーツ36及びXパーツ41の動作範囲において脚部50bがトップパーツ26に接触しないように形成されている。  In the support member drive mechanism 50 configured as described above, a pulse signal is transmitted to the piezoelectric actuator 51 and the piezoelectric actuator 51 operates, whereby the Y part 36 is moved in the Y-axis direction with respect to the base 21 and the top part 26. Reciprocates within a predetermined range. Further, when the pulse signal is transmitted to the piezoelectric actuator 61 and the piezoelectric actuator 61 operates, the X part 41 reciprocates in a predetermined range in the X axis direction with respect to the base 21 and the top part 26. Thereby, the position adjustment with respect to the axis L of the sample S mounted on the sample mounting table 50a becomes possible. The opening 26 a is formed so that the leg portion 50 b does not contact the top part 26 in the operation range of the Y part 36 and the X part 41.

以上のように構成された走査型電子顕微鏡1Cにおいては、試料Sに対して電子線が走査され、それによって励起された2次電子や反射電子が有する形態情報がモニタに描画される。そして、走査型電子顕微鏡1Cにおいても、第2の実施形態の透過型電子顕微鏡1Bと同様に、段階的に像倍率を高くしつつ、各像倍率において試料S及びグリッド31等(絞り部材11,12等を含む)の位置調整が行われる。そして、試料S及びグリッド31等を駆動させるときの像倍率が高くなるほど、圧電アクチュエータ51,61を制御するためのパルス信号の周波数が低く(小さく)なる。つまり、像倍率が高くなるほど、試料S及びグリッド31等が低速で移動させられる。そのため、高像倍率下において試料S及びグリッド31等の位置調製を高精度に行うことができる。更に、パルス信号については、像倍率が高くなるほど、単位時間当たりの電圧印加時間の割合が減少するので、高像倍率下において像障害の程度(例えば画像全体に占めるノイズの割合)を低減することができる。  In the scanning electron microscope 1C configured as described above, the electron beam is scanned with respect to the sample S, and morphological information of secondary electrons and reflected electrons excited thereby is drawn on the monitor. Also in the scanning electron microscope 1C, similarly to the transmission electron microscope 1B of the second embodiment, the image magnification is increased stepwise while the sample S, the grid 31 and the like (the diaphragm member 11, (Including 12 etc.) is adjusted. The frequency of the pulse signal for controlling the piezoelectric actuators 51 and 61 becomes lower (smaller) as the image magnification when driving the sample S, the grid 31, and the like becomes higher. That is, as the image magnification increases, the sample S, the grid 31, and the like are moved at a lower speed. Therefore, the position adjustment of the sample S, the grid 31 and the like can be performed with high accuracy under a high image magnification. Furthermore, for pulse signals, the higher the image magnification, the lower the ratio of voltage application time per unit time, so the degree of image disturbance (for example, the ratio of noise in the entire image) is reduced under high image magnification. Can do.

なお、走査型電子顕微鏡1Cにおいては、比較的低い像倍率で試料S及びグリッド31を観察しながら試料S及びグリッド31を移動させる場合には、比較的速い走査モード(例えばTVモード:30フレーム/s)での走査が行われる。そして、観察や写真撮影をする場合には、高精細走査モードでの走査が行われる。これにより、観察時や写真撮影時には、S/Nの良い画像を得られる。
[第3の実施形態における試料移動手順]
In the scanning electron microscope 1C, when the sample S and the grid 31 are moved while observing the sample S and the grid 31 at a relatively low image magnification, a relatively fast scanning mode (for example, TV mode: 30 frames / second). Scanning at s) is performed. When observation or photography is performed, scanning in the high-definition scanning mode is performed. Thereby, an image having a good S / N can be obtained at the time of observation or photography.
[Sample moving procedure in the third embodiment]

次に、走査型電子顕微鏡1Cにおける試料Sの観察位置調整について説明する。まず、図23に示されるように、試料Sは観察位置を低倍率から徐々に必要な倍率まで倍率を上げながら観察される。まず、40〜60倍の像倍率で、最大数ミリの試料S全体から観察位置を定めて視野も中心に移動される。このときの試料移動距離は数mm、移動速度は0.5〜1mm/sで移動させられる。次に像倍率を上げ、目的の像倍率まで徐々に拡大され、100〜200倍の像倍率では100〜200μm/sの移動速度、3000〜5000倍の像倍率では5〜10μm/sの移動速度、30000〜50000倍の像倍率では0.5〜3μm/sの移動速度、50000倍を超える像倍率では0.5μm/s未満の移動速度で移動させられる。  Next, observation position adjustment of the sample S in the scanning electron microscope 1C will be described. First, as shown in FIG. 23, the sample S is observed while gradually increasing the observation position from a low magnification to a necessary magnification. First, with the image magnification of 40 to 60 times, the observation position is determined from the entire sample S of several millimeters at the maximum, and the visual field is also moved to the center. The sample moving distance at this time is several mm, and the moving speed is 0.5-1 mm / s. Next, the image magnification is increased, and the image is gradually enlarged to the target image magnification. When the image magnification is 100 to 200 times, the moving speed is 100 to 200 μm / s. When the image magnification is 3000 to 5000 times, the moving speed is 5 to 10 μm / s. The image is moved at a moving speed of 0.5 to 3 μm / s at an image magnification of 30000 to 50000 times, and at a moving speed of less than 0.5 μm / s at an image magnification of more than 50000 times.

最後に、像倍率に対する移動速度の好適な値を以下の表1にまとめる。
Finally, suitable values of the moving speed with respect to the image magnification are summarized in Table 1 below.

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、圧電アクチュエータによって駆動させられる駆動対象物としては、試料を支持する支持部材、及び電子線を絞る絞り部材の他に、筐体内において試料を解剖するためのプローブ等がある。特に、駆動対象物が支持部材や絞り部材である場合は、高精度な位置調整が必要とされることから、それを駆動させるために、パルス信号によって制御される圧電アクチュエータを使用することは極めて有効である。  The present invention is not limited to the embodiment described above. For example, the driving object driven by the piezoelectric actuator includes a probe for dissecting the sample in the housing, in addition to the support member for supporting the sample and the diaphragm member for narrowing the electron beam. In particular, when the object to be driven is a support member or a diaphragm member, high-accuracy position adjustment is required. Therefore, it is extremely difficult to use a piezoelectric actuator controlled by a pulse signal to drive it. It is valid.

また、駆動対象物を駆動させるときの像倍率が高くなるほど、圧電アクチュエータ51,61を制御するためのパルス信号の周波数を小さくすることに限定されず、当該像倍率が高くなるほど、当該パルス信号の振幅を小さくしてもよいし、或いは、当該パルス信号の周波数及び振幅の両方を小さくしてもよい。つまり、当該像倍率が高くなるほど、当該パルス信号において単位時間当たりの電圧印加時間の割合が減少するように、当該パルス信号の周波数及び振幅の少なくとも一方を小さくすればよい。  Further, the higher the image magnification when driving the object to be driven, the lower the frequency of the pulse signal for controlling the piezoelectric actuators 51 and 61 is not limited, and the higher the image magnification is, the higher the image magnification. The amplitude may be reduced, or both the frequency and amplitude of the pulse signal may be reduced. That is, as the image magnification increases, at least one of the frequency and amplitude of the pulse signal may be reduced so that the ratio of the voltage application time per unit time in the pulse signal decreases.

本発明によれば、像障害の発生を抑制することができ、しかも、筐体内に配置された駆動対象物の位置調整を、簡易な構造でかつ目的に応じた速度及び精度で行うことができる。  According to the present invention, it is possible to suppress the occurrence of image obstruction, and to adjust the position of a driving object disposed in a housing with a simple structure and at a speed and accuracy according to the purpose. .

1A,1C…走査型電子顕微鏡、1B…透過型電子顕微鏡、7…収束レンズ(電子レンズ)、8…対物レンズ(電子レンズ)、11,12,43,74〜76…絞り部材(駆動対象物)、15…筐体、19…配線、31…グリッド(駆動対象物)、51,61…圧電アクチュエータ、54,64…配線、S…試料。  DESCRIPTION OF SYMBOLS 1A, 1C ... Scanning electron microscope, 1B ... Transmission electron microscope, 7 ... Converging lens (electronic lens), 8 ... Objective lens (electronic lens), 11, 12, 43, 74-76 ... Diaphragm member (drive object) ), 15, housing, 19, wiring, 31, grid (driving object), 51, 61, piezoelectric actuator, 54, 64, wiring, S, sample.

Claims (8)

試料の像を取得するために、電子レンズを用いて電子線を収束させ、前記試料に前記電子線を照射する電子顕微鏡であって、
前記試料及び前記電子レンズを収容し、内部の真空度を維持すると共に浮遊磁場を遮蔽する筐体と、
前記筐体内に配置された駆動対象物を駆動させる圧電アクチュエータと、を備え、
前記圧電アクチュエータは、前記駆動対象物に一体的に組み込まれ、パルス信号によって制御されることを特徴とする電子顕微鏡。
An electron microscope that converges an electron beam using an electron lens to irradiate the sample with the electron beam in order to obtain an image of the sample,
A housing for accommodating the sample and the electron lens, maintaining an internal vacuum and shielding a stray magnetic field;
A piezoelectric actuator that drives a driving object disposed in the housing, and
2. The electron microscope according to claim 1, wherein the piezoelectric actuator is integrated into the driving object and controlled by a pulse signal.
前記駆動対象物は、前記電子線を絞る絞り部材であることを特徴とする請求項1記載の電子顕微鏡。  The electron microscope according to claim 1, wherein the driving object is a diaphragm member that squeezes the electron beam. 前記駆動対象物は、前記試料を支持する支持部材であることを特徴とする請求項1記載の電子顕微鏡。  The electron microscope according to claim 1, wherein the driven object is a support member that supports the sample. 前記パルス信号は、配線を介して前記筐体外から前記圧電アクチュエータに送信されることを特徴とする請求項1記載の電子顕微鏡。  The electron microscope according to claim 1, wherein the pulse signal is transmitted from outside the housing to the piezoelectric actuator via a wiring. 前記駆動対象物は、前記電子線を絞る絞り部材、及び前記試料を支持する支持部材の少なくとも一方であり、
第1の像倍率で前記絞り部材又は前記支持部材を駆動させる場合には、前記圧電アクチュエータは、第1のパルス信号である前記パルス信号によって制御され、
前記第1の像倍率よりも高い第2の像倍率で前記絞り部材又は前記支持部材を駆動させる場合には、前記圧電アクチュエータは、前記第1のパルス信号よりも周波数及び振幅の少なくとも一方が小さい第2のパルス信号である前記パルス信号によって制御されることを特徴とする請求項1記載の電子顕微鏡。
The drive object is at least one of a diaphragm member for narrowing the electron beam and a support member for supporting the sample,
When driving the diaphragm member or the support member at a first image magnification, the piezoelectric actuator is controlled by the pulse signal which is a first pulse signal,
When the diaphragm member or the support member is driven at a second image magnification higher than the first image magnification, the piezoelectric actuator has at least one of frequency and amplitude smaller than the first pulse signal. The electron microscope according to claim 1, wherein the electron microscope is controlled by the pulse signal which is a second pulse signal.
前記駆動対象物は、前記電子線を絞る絞り部材、及び前記試料を支持する支持部材の少なくとも一方であり、
第1の像倍率で前記絞り部材又は前記支持部材を駆動させる場合には、前記圧電アクチュエータは、第1の移動速度で前記絞り部材又は前記支持部材を移動させ、
前記第1の像倍率よりも高い第2の像倍率で前記絞り部材又は前記支持部材を駆動させる場合には、前記圧電アクチュエータは、前記第1の移動速度よりも低い第2の移動速度で前記絞り部材又は前記支持部材を移動させることを特徴とする請求項1記載の電子顕微鏡。
The drive object is at least one of a diaphragm member for narrowing the electron beam and a support member for supporting the sample,
When driving the diaphragm member or the support member at a first image magnification, the piezoelectric actuator moves the diaphragm member or the support member at a first movement speed,
When the diaphragm member or the support member is driven at a second image magnification higher than the first image magnification, the piezoelectric actuator moves at a second movement speed lower than the first movement speed. The electron microscope according to claim 1, wherein the diaphragm member or the support member is moved.
前記駆動対象物は、前記電子線を絞る絞り部材であり、
40〜60倍の像倍率で前記絞り部材を駆動させる場合には、前記圧電アクチュエータは、1〜2m/sの移動速度で前記絞り部材を移動させ、
100〜200倍の像倍率で前記絞り部材を駆動させる場合には、前記圧電アクチュエータは、100〜200μm/sの移動速度で前記絞り部材を移動させ、
3000〜5000倍の像倍率で前記絞り部材を駆動させる場合には、前記圧電アクチュエータは、5〜10μm/sの移動速度で前記絞り部材を移動させることを特徴とする請求項1記載の電子顕微鏡。
The driving object is a diaphragm member that squeezes the electron beam,
When driving the diaphragm member at an image magnification of 40 to 60 times, the piezoelectric actuator moves the diaphragm member at a moving speed of 1 to 2 m / s,
When driving the diaphragm member at an image magnification of 100 to 200 times, the piezoelectric actuator moves the diaphragm member at a movement speed of 100 to 200 μm / s,
2. The electron microscope according to claim 1, wherein when the diaphragm member is driven at an image magnification of 3000 to 5000 times, the piezoelectric actuator moves the diaphragm member at a moving speed of 5 to 10 [mu] m / s. .
前記駆動対象物は、前記試料を支持する支持部材であり、
40〜60倍の像倍率で前記支持部材を駆動させる場合には、前記圧電アクチュエータは、0.5〜1mm/sの移動速度で前記支持部材を移動させ、
100〜200倍の像倍率で前記支持部材を駆動させる場合には、前記圧電アクチュエータは、100〜200μm/sの移動速度で前記支持部材を移動させ、
3000〜5000倍の像倍率で前記支持部材を駆動させる場合には、前記圧電アクチュエータは、5〜10μm/sの移動速度で前記支持部材を移動させ、
30000〜50000倍の像倍率で前記支持部材を駆動させる場合には、前記圧電アクチュエータは、0.5〜3μm/sの移動速度で前記支持部材を移動させ、
50000倍を超える像倍率で前記支持部材を駆動させる場合には、前記圧電アクチュエータは、0.5μm/s未満の移動速度で前記支持部材を移動させることを特徴とする請求項1記載の電子顕微鏡。
The drive object is a support member that supports the sample,
When driving the support member at an image magnification of 40 to 60 times, the piezoelectric actuator moves the support member at a moving speed of 0.5 to 1 mm / s,
When driving the support member at an image magnification of 100 to 200 times, the piezoelectric actuator moves the support member at a moving speed of 100 to 200 μm / s,
When driving the support member at an image magnification of 3000 to 5000 times, the piezoelectric actuator moves the support member at a moving speed of 5 to 10 μm / s,
When driving the support member at an image magnification of 30000 to 50000 times, the piezoelectric actuator moves the support member at a moving speed of 0.5 to 3 μm / s,
2. The electron microscope according to claim 1, wherein when the support member is driven at an image magnification exceeding 50,000 times, the piezoelectric actuator moves the support member at a moving speed of less than 0.5 μm / s. .
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