(57)【要約】【課題】可視光カメラでの撮像を容易に行える電子顕微鏡を提供する。【解決手段】電子顕微鏡は、試料を裁置する試料台３３と、試料台３３に裁置された試料に対して電子線を照射し電子線観察像を結像するための電子線撮像部とを備える。この電子顕微鏡は、少なくともＸＹ平面上を移動可能な前記試料台３３上に装着される、可視光観察像撮像用の可視光撮像部を備え、可視光撮像部は試料台３３に装着された状態で、試料台３３上に裁置される試料の可視光観察像を撮像可能な位置及び角度に調整されている。これによって、試料台３３上に固定された可視光撮像部は、試料台３３の移動に拘わらず試料との相対位置が変化しないため、常時所望の位置を撮像することが可能となり、試料の可視光観察像を容易に撮像できる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料を裁置する試料台と、前記試料台に裁置された試料に対して電子線を照射し電子線観察像を結像するための電子線撮像部とを備える電子顕微鏡であって、さらに
少なくともＸＹ平面上を移動可能な前記試料台上に装着される、可視光観察像撮像用の可視光撮像部を備え、
前記可視光撮像部は前記試料台に装着された状態で、試料台上に裁置される試料の可視光観察像を撮像可能な位置及び角度に調整されてなることを特徴とする電子顕微鏡。
【請求項２】
請求項１に記載の電子顕微鏡であって、
前記可視光撮像部が、前記試料台上の所定の位置に装着するための一方向に延長された保持機構を備えており、前記試料台は、前記保持機構を装着するための装着機構を備えていることを特徴とする電子顕微鏡。
【請求項３】
請求項２に記載の電子顕微鏡であって、
前記保持機構が棒状に延長されてなり、棒状の保持機構によって離間された前記可視光撮像部と前記試料台に裁置される試料との距離を、前記可視光撮像部の合焦距離と略一致させてなることを特徴とする電子顕微鏡。
【請求項４】
請求項２または３に記載の電子顕微鏡であって、
前記可視光撮像部が前記試料台に装着された状態で、可視光撮像部の光軸が試料台の中心と一致するよう構成されてなることを特徴とする電子顕微鏡。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載の電子顕微鏡であって、
前記保持機構を前記試料台と脱着可能に構成してなることを特徴とする電子顕微鏡。
【請求項６】
電子銃に加速電圧を印加して電子線を試料に照射し、試料から放出される二次電子または反射電子を１以上の検出器で検出しながら試料表面の所望の走査領域を走査することで、電子線観察像を結像し表示可能な電子顕微鏡であって、
試料を裁置する少なくともＸＹ平面上を移動可能な試料台と、
前記試料台に裁置された試料に対して電子線を照射し電子線観察像を結像するための電子線撮像部と
前記試料台上に装着される、可視光観察像撮像用の可視光撮像部とを備え、
前記可視光撮像部は、前記試料台上の所定の位置に装着するための一方向に延長された棒状の保持機構を備えており、
前記試料台は、前記棒状の保持機構を脱着可能に挿入するための挿入穴を備えており、
前記棒状の保持機構を前記試料台の挿入穴に装着した状態で、試料台上に裁置される試料の可視光観察像を撮像可能な位置及び角度に調整され、かつ棒状の保持機構によって離間された前記可視光撮像部と前記試料台に裁置される試料との距離が、前記可視光撮像部の合焦距離と略一致されるよう構成されてなることを特徴とする電子顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、走査型、透過型等の電子顕微鏡に関し、詳細には可視光観察像を撮像するための可視光撮像部を接続可能な電子顕微鏡に関する。
【背景技術】
【０００２】
今日、微小物体を拡大する拡大観察装置として、光学レンズを使った光学顕微鏡やデジタルマイクロスコープ等の他、電子レンズを使った電子顕微鏡が利用されている。電子顕微鏡は、電子の進行方向を自由に屈折させ、光学顕微鏡のような結像システムを電子光学的に設計したものである。電子顕微鏡には、試料や標本を透過した電子を電子レンズを用いて結像する透過型の他、試料表面で反射した電子を結像する反射型、収束電子線を試料表面上に走査して各走査点からの二次電子を用いて結像する走査型電子顕微鏡、加熱あるいはイオン照射によって試料から放出される電子を結像する表面放出型（電界イオン顕微鏡）等がある。
【０００３】
走査型電子顕微鏡（Scanning Electron Microscopy：ＳＥＭ）は、対象となる試料に細い電子線（電子プローブ）を照射した際に発生する二次電子や反射電子を、二次電子検出器、反射電子検出器等それぞれの検出器を用いて取り出し、ブラウン管やＬＣＤ等の表示画面上に表示して、主として試料の表面形態を観察する装置である。一方、透過型電子顕微鏡（Transmission Electron Microscope：ＴＥＭ）は、薄膜試料に電子線を透過させ、その際に試料中で原子により散乱、回折された電子を電子回折パターンまたは透過電顕像として得ることによって主に物質の内部構造を観察できる。
【０００４】
電子線が固体試料に照射されたとき、電子のエネルギーによって固体中を透過するが、その際に試料を構成する原子核や電子との相互作用によって弾性的な衝突、弾性散乱やエネルギー損失を伴う非弾性散乱を生じる。非弾性散乱によって試料元素の殻内電子を励起したり、Ｘ線等を励起したり、また二次電子を放出し、それに相当するエネルギーを損失する。二次電子は衝突する角度によって放出される量が異なる。一方、弾性散乱によって後方に散乱し、試料から再び放出される反射電子は、原子番号に固有の量が放出される。ＳＥＭはこの二次電子や反射電子を利用する。ＳＥＭは電子を試料に照射し、放出される二次電子や反射電子を検出して観察像を結像している。
【０００５】
一般に、ＳＥＭやＴＥＭ等の電子顕微鏡は光学顕微鏡やデジタルマイクロスコープ等他の拡大観察装置に比べ、設定・調整項目が多く、その操作手順が分かり難い。そのためＳＥＭの操作を支援する技術も開発されているが、一般にはＳＥＭの操作は熟練した専門のオペレータが行うことが多い。
【０００６】
このようなＳＥＭやＴＥＭ等の電子顕微鏡で撮像された観察像は、荷電粒子線を利用するため、光学顕微鏡やデジタルマイクロスコープ等の可視光を使った他の拡大観察装置と異なり、色情報を持っていない。また電子顕微鏡では一般に拡大率が大きくなるため、観察対象の広域図を用意した方が観察に便利な場合がある。そこで、電子顕微鏡による観察を行う前に、光学式のカメラ等により可視光観察像を取得することが行われている（例えば特許文献１）。例えばＳＥＭ画像の観察中に、可視光観察像を操作画面上に表示させたり写真を貼り付けておくことにより、現在どのような試料を観察しているのかを確認できる。また可視光観察像を広域図として使用し、現在撮像中のＳＥＭの観察位置を知ることもでき、あるいはＳＥＭで観察した白黒画像をカラー化するための色情報を得る目的等にも利用できる。
【０００７】
このような可視光によるカメラ画像を得る方法としては、以下の方法が挙げられる。
（１）試料を裁置した試料台を収納する試料室の側面に、試料室内部の撮影用カメラを取り付ける。この試料室内部カメラは、主にＸＹＺＲＴ軸の５方向に移動可能なＸＹＺＲＴ軸ステージである試料台の移動や検出器の出し入れ等によって、試料室の内壁や対物レンズに試料台や試料が衝突しないかどうかを監視するために設けられたものであるが、この可視光カメラを利用して試料自体を可視光観察像を撮像する。撮像の際には、試料面がカメラから見えるように、すなわち可能な限りカメラと試料が正対するように、試料台の各軸を調整する。これによって試料室内部カメラで試料の可視光像を取得する。
（２）電子線の光軸と可視光カメラの光軸が同軸となるようにする。この場合は、電子線光軸の途中に鏡を斜めに配置することで、カメラの光軸を折り返して電子線光軸と同軸とする。
【０００８】
しかしながら、上記の方法ではいずれも以下のような問題が生じる。すなわち（１）の方法では、試料室内部の観察用カメラと試料撮影用カメラを併用するため、両方の用途にとって好適なカメラアングルの位置に配置するのが難しく、その両立が困難であるという問題があった。多くの場合、試料室内部観察時は広い視野角すなわち低倍率が、一方試料撮影時は狭い視野角すなわち高倍率が各々必要となるため、カメラをズームレンズ式とする等、カメラの倍率を可変とする機構が必要となり、構成が複雑となる。あるいは、中間的な倍率に固定された固定レンズを使うこととなるが、この場合は両方の用途に好適な倍率とすることが難しい。また、試料台から可視光カメラの設置されている試料室の外壁までの距離が長くなるため、可視光カメラの微妙な位置ズレでも画像の位置ズレに大きく影響することとなる。このため、可視光カメラの設置には極めて正確な位置決めが要求され、手間がかかるという問題もあった。さらに、可視光カメラでの撮影時は試料の観察面がカメラから見えるように試料台の各軸を操作しなければならない。この試料台の操作は可視光カメラによる撮影のために行われるので、カメラ撮影後は再びＳＥＭ観察に適した位置に戻すような試料台の操作が必要となり、個別の位置合わせ作業が煩雑になるという問題があった。
【０００９】
また（２）の方法では、構造的に複雑で試料室の真空空間内に配置する必要があるため、コストがかかるという問題があった。電子線の光学系の途中にミラーを配置するので、荷電粒子線装置自体の性能に影響が出たり、試料室内のスペースが狭くなったりする。特に電子線対物レンズと試料の間（ＷＤ）に同軸光学系を入れると、試料を対物レンズに十分近づけることができなくなり、性能を発揮し難くなる。
【特許文献１】特開平１−１４７５１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
以上のように、従来の電子顕微鏡では、カメラは試料室内部で固定されているものの、撮像対象である資料を載せた試料台が移動するため、試料台の現在位置によってカメラがどの位置を撮像しているのかを把握することが困難であるという構造上の問題があり、カメラの撮像位置の把握、位置合わせ等の作業に手間がかかるという欠点があった。本発明は、従来のこのような問題点を解決するためになされたものである。本発明の主な目的は、可視光カメラでの撮像を容易に行うことのできる電子顕微鏡を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の目的を達成するために、本発明の電子顕微鏡は、試料を裁置する試料台と、試料台に裁置された試料に対して電子線を照射し電子線観察像を結像するための電子線撮像部とを備える電子顕微鏡であって、さらに、少なくともＸＹ平面上を移動可能な前記試料台上に装着される、可視光観察像撮像用の可視光撮像部を備え、可視光撮像部は試料台に装着された状態で、試料台上に裁置される試料の可視光観察像を撮像可能な位置及び角度に調整されている。これによって、試料台上に固定された可視光撮像部は、試料台の移動に拘わらず試料との相対位置が変化しないため、常時所望の位置を撮像することが可能となり、試料の可視光観察像を容易に撮像できる。
【００１２】
また、本発明の他の電子顕微鏡は、可視光撮像部が、試料台上の所定の位置に装着するための一方向に延長された保持機構を備えており、試料台は、保持機構を装着するための装着機構を備えている。これにより、可視光撮像部の保持機構と試料台の装着機構によって、可視光撮像部を試料台に位置決めされた状態で装着できる。
【００１３】
さらに、本発明の他の電子顕微鏡は、保持機構が棒状に延長されてなり、棒状の保持機構によって離間された可視光撮像部と試料台に裁置される試料との距離を、可視光撮像部の合焦距離と略一致させている。これにより、試料台の位置に拘わらず可視光撮像部と試料との距離は合焦距離に維持されるため、焦点を合致させるための調整作業を省力化して可視光観察像の撮像を容易にできる。
【００１４】
さらにまた、本発明の他の電子顕微鏡は、可視光撮像部が試料台に装着された状態で、可視光撮像部の光軸が試料台の中心と一致するよう構成されている。これによって、可視光撮像部を試料台に装着することで光軸の調整が行われ、位置合わせ作業を省力化して可視光観察像の撮像を容易にできる。
【００１５】
さらにまた、本発明の他の電子顕微鏡は、保持機構を試料台と脱着可能に構成している。これによって、可視光観察像の撮像時に可視光撮像部を固定した保持機構を試料台にセットして撮像し、保持機構を試料台から外せば通常の電子線観察像の撮像に速やかに復帰でき、作業性に優れた電子顕微鏡が実現される。
【００１６】
さらにまた、本発明の他の電子顕微鏡は、電子銃に加速電圧を印加して電子線を試料に照射し、試料から放出される二次電子または反射電子を１以上の検出器で検出しながら試料表面の所望の走査領域を走査することで、観察像を結像し表示可能な電子顕微鏡であって、試料を裁置する少なくともＸＹ平面上を移動可能な試料台と、試料台に裁置された試料に対して電子線を照射し電子線観察像を結像するための電子線撮像部と、試料台上に装着される、可視光観察像撮像用の可視光撮像部とを備え、可視光撮像部は、試料台上の所定の位置に装着するための一方向に延長された棒状の保持機構を備えており、試料台は、棒状の保持機構を脱着可能に挿入するための挿入穴を備えており、棒状の保持機構を試料台の挿入穴に装着した状態で、試料台上に裁置される試料の可視光観察像を撮像可能な位置及び角度に調整され、かつ棒状の保持機構によって離間された可視光撮像部と試料台に裁置される試料との距離が、可視光撮像部の合焦距離と略一致されるよう構成されている。これにより、可視光撮像部の保持機構と試料台の挿入穴に挿入することで、可視光撮像部を試料台に位置決めされた状態で装着でき、可視光撮像部は、試料台の移動に拘わらず試料との相対位置が変化しないため、常時所望の位置を撮像することが可能となり、試料の可視光観察像を容易に撮像できる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の電子顕微鏡によれば、可視光観察像の撮像を容易に行え、荷電粒子線による電子線観察像の撮影、観察に資することができる。それは、可視光観察像を撮像する可視光撮像部を試料台に固定することにより、可視光観察像撮像時の位置合わせ作業を省力化できるからである。特に可視光撮像部は、試料台の位置によらず常時所定の位置を観察できるため、試料台の位置によらず、また試料台の位置を意識することなく、常時適切な状態で可視光観察像を撮像することができる。これによって、可視光観察像の取得を容易に行え、電子顕微鏡による観察に資することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するための電子顕微鏡を例示するものであって、本発明は電子顕微鏡を以下のものに特定しない。また、本明細書は特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。特に実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。
【００１９】
本明細書において電子顕微鏡とこれに接続される操作、制御、入出力、表示、その他の処理等のためのコンピュータ、プリンタ、外部記憶装置その他の周辺機器との接続は、例えばＩＥＥＥ１３９４、ＲＳ−２３２ｘ、ＲＳ−４２２、ＲＳ−４２３、ＲＳ−４８５、ＵＳＢ等のシリアル接続、パラレル接続、あるいは１０ＢＡＳＥ−Ｔ、１００ＢＡＳＥ−ＴＸ、１０００ＢＡＳＥ−Ｔ等のネットワークを介して電気的に接続して通信を行う。接続は有線を使った物理的な接続に限られず、ＩＥＥＥ８０２．１ｘ、ＯＦＤＭ方式等の無線ＬＡＮやＢｌｕｅｔｏｏｔｈ等の電波、赤外線、光通信等を利用した無線接続等でもよい。さらに観察像のデータ保存や設定の保存等を行うための記録媒体には、メモリカードや磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、半導体メモリ等が利用できる。
【００２０】
以下の実施例ではＳＥＭについて説明する。但し、本発明はＴＥＭやその他の電子顕微鏡関連装置においても利用できる。本発明を具現化した一実施例に係るＳＥＭについて、図１に基づいて説明する。ＳＥＭは一般に加速電子の電子線を発生させ試料に到達させるまでの光学系と、試料を配置する試料室（チャンバ）と、試料室内を真空にするための排気系と、像観察のための操作系で構成される。図１の電子顕微鏡１００は、このような部材により荷電粒子線による電子線観察像の観察を行うための電子線撮像部４２の構成を示している。また、図１のコンピュータ１にインストールされた電子顕微鏡の操作プログラムで、電子顕微鏡の像観察条件の設定や各種操作を行い、観察像の表示を行う表示部２８に表示する。
【００２１】
光学系は、加速電子の電子線を発生させる電子銃７、加速電子の束を絞り込んで細束化するレンズ系、試料から発生する二次電子や反射電子を検出する検出器を備える。図１に示す走査型電子顕微鏡１００は、光学系として電子線を照射する電子銃７と、電子銃７から照射される電子線がレンズ系の中心を通過するように補正するガンアライメントコイル９と、電子線のスポットの大きさを細く絞る収束レンズ１２であるコンデンサレンズと、収束レンズ１２で収束された電子線を試料２０上で走査させる電子線偏向走査コイル１８と、走査に伴い試料２０から放出される二次電子を検出する二次電子検出器２１と、反射電子を検出する反射電子検出器２２を備える。
【００２２】
試料室３１には、試料台３３、試料導入装置、Ｘ線検出用分光器等が備えられる。試料台３３（ステージ）はＸ、Ｙ、Ｚ移動、回転、傾斜機能を備える。排気系は、加速電子の電子線が気体成分通過中に極力エネルギーを失うことなく試料に到達するために必要で、ロータリーポンプ、油拡散ポンプが主として用いられる。
【００２３】
操作系は二次電子像、反射電子像、Ｘ線像等を表示、観察しながら照射電流の調整、焦点合わせ等を行う。二次電子像等の出力は、アナログ信号であれば写真機によるフィルム撮影が一般的であったが、近年は画像をデジタル信号に変換した出力が可能となり、データの保存や画像処理、印刷等の多種多様な処理が可能である。図１のＳＥＭは、二次電子像や反射電子像等の観察像を表示する表示部２８と印刷のためのプリンタ２９を備える。また操作系は、像観察条件として少なくとも加速電圧またはスポットサイズ（入射電子線束の直径）を設定するために必要な設定項目の設定手順を誘導（ガイダンス）する誘導手段を備える。
【００２４】
図１に示すＳＥＭは、コンピュータ１と接続され、コンピュータ１を電子顕微鏡１００の操作を行うコンソールとして使用し、また必要に応じて像観察条件や画像データを保存したり、画像処理や演算を行う。図１に示すＣＰＵやＬＳＩ等で構成される中央演算処理部２は、走査型電子顕微鏡１００を構成する各ブロックを制御する。電子銃高圧電源３を制御することにより、フィラメント４、ウェーネルト５、アノード６からなる電子銃７より電子線を発生させる。電子銃７から発生された電子線８は、必ずしもレンズ系の中心を通過するとは限らず、ガンアライメントコイル９をガンアライメントコイル制御部１０によって制御することで、レンズ系の中心を通過するように補正を行う。次に、電子線８は収束レンズ制御部１１によって制御される収束レンズ１２であるコンデンサコイルによって細く絞られる。収束された電子線８は、電子線８を偏向する非点収差補正コイル１７、電子線偏向走査コイル１８、対物レンズ１９、および電子線８のビーム開き角を決定する対物レンズ絞り１３を通過し、試料２０に至る。非点収差補正コイル１７は非点収差補正コイル制御部１４によって制御され、走査速度等を制御する。同様に電子線偏向走査コイル１８は電子線偏向走査コイル制御部１５によって、対物レンズ１９は対物レンズ制御部１６によって、それぞれ制御され、これらの作用によって試料上を走査する。試料２０上を電子線８が走査することにより、試料２０から二次電子、反射電子等の情報信号が発生され、この情報信号は二次電子検出器２１、反射電子検出器２２によりそれぞれ検出される。検出された二次電子の情報信号は二次電子検出増幅部２３を経て、また反射電子の情報信号は反射電子検出器２２で検出されて反射電子検出増幅部２４を経て、それぞれＡ／Ｄ変換器２５、２６によりＡ／Ｄ変換され、画像データ生成部２７に送られ、画像データとして構成される。この画像データはコンピュータ１に送られ、コンピュータ１に接続されたモニタ等の表示部２８にて表示され、必要に応じてプリンタ２９にて印刷される。排気系ポンプ３０は、試料室３１内部を真空状態にする。排気系ポンプ３０に接続された排気制御部３２が真空度を調整し、試料２０や観察目的に応じて高真空から低真空まで制御する。
【００２５】
電子銃７はあるエネルギーをもった加速電子を発生させるソースとなる部分で、Ｗ（タングステン）フィラメントやＬａＢ６フィラメントを加熱して電子を放出させる熱電子銃の他、尖状に構成したＷの先端に強電界を印加して電子を放出させる電界放射電子銃がある。レンズ系には、収束レンズ、対物レンズ、対物レンズ絞り、電子線偏向走査コイル、非点収差補正コイル等が装着されている。収束レンズは電子銃で発生した電子線をさらに収斂して細くする。対物レンズは最終的に電子プローブを試料に焦点合わせするためのレンズである。対物レンズ絞りは収差を小さくするために用いられる。検出器には、二次電子を検出する二次電子検出器と反射電子を検出する反射電子検出器がある。二次電子はエネルギーが低いのでコレクタにより捕獲され、シンチレータにより光電子に変換されて、光電子倍増管で信号増幅される。一方、反射電子の検出にはシンチレータあるいは半導体型が用いられる。
（試料台３３）
【００２６】
観察位置の位置決めは、試料２０を載置した試料台３３を物理的に移動させて行う。この場合は観察位置決め手段が試料台３３で構成される。試料台３３は試料２０の観察位置を調整可能なように様々な方向への移動、調整が可能である。移動、調整の方向は、試料台３３の観察位置を移動、調整させるため、試料台３３の平面方向であるＸ軸およびＹ軸方向、Ｒ軸（回転）方向への移動および微調整が可能である他、試料の傾斜角度を調整するために試料台３３のＴ軸方向の調整、ならびに対物レンズと試料との距離（ワーキングディスタンス）を調整するために試料台３３のＺ軸方向の調整が可能である。
【００２７】
観察像の位置決めや観察視野の移動には、試料台を物理的に移動させる方法に限られず、例えば電子銃から照射される電子線の走査位置をシフトさせる方法（イメージシフト）も利用できる。あるいは両者を併用する方法も利用できる。あるいはまた、広い範囲で一旦画像データを取り込み、データをソフトウェア的に処理する方法も利用できる。この方法では、一旦データが取り込まれてデータ内で処理されるため、ソフトウェア的に観察位置を移動させることが可能で、試料台の移動や電子線の走査といったハードウェア的な移動を伴わないメリットがある。予め大きな画像データを取り込む方法としては、例えば様々な位置の画像データを複数取得し、これらの画像データをつなぎ合わせることで広い面積の画像データを取得する方法がある。あるいは、低倍率で画像データを取得することによって、取得面積を広く取ることができる。
（可視光撮像部４４）
【００２８】
この電子顕微鏡１００は、上述した電子線撮像部４２を用いた電子線観察像の観察以外に、可視光による撮像を行う可視光撮像部を装着できる。可視光撮像部で撮像された可視光観察像は、ユーザが任意に利用でき、例えばＳＥＭ画像の観察中において観察対象の試料を確認したり、電子線観察像の広域画像に利用するといった電子線観察の補助的な目的で一般に利用されている。これら電子線を用いて撮像する電子線撮像部と、可視光を用いて撮像する可視光撮像部との複数の撮像系を、本実施の形態に係る電子顕微鏡１００は切換可能に構成している。図２に、このような電子線撮像部４２と可視光撮像部４４とを切り換え可能に構成した電子顕微鏡のブロック図を示す。可視光撮像部４４は、試料室３１内に常時設置して撮像切換制御部４６等により自動的に切り換える構成に限られず、必要時に試料室３１内に手動で設置して可視光観察像の撮像後はこれを取り外し、通常の電子線撮像部４２を用いた観察に切り換える構成が採用できる。手動による可視光撮像部４４の装着は、撮像部を試料室３１内に配置して機械的に自動で切り換える方式に比べて着脱の手間はかかるものの、非使用時に試料室３１内で可視光撮像部４４が邪魔になることもなく、また撮像部の自動切換のための機構も不要にできるために試料室３１内の構成を簡素化でき、安価かつ簡素な構成で実現できるという利点が得られる。以下、この着脱式の可視光撮像部４４を電子顕微鏡に装着する様子を、図３に基づいて説明する。
【００２９】
図３に示す電子顕微鏡３００は、試料室３１の前面を構成する正面のパネル５２を引き出し、試料室３１を外部に開放している。正面パネル５２は、一対のガイドロッド５４に従い引き出し自在に電子顕微鏡本体５０の正面に連結されている。試料室３１内は観察中は真空に減圧されるため、正面パネル５２の開放時には試料室３１内を常圧とする。正面パネル５２の内側、すなわち試料室３１の前面の側壁には、水平台５６が固定され、水平台５６上に試料台３３やその移動機構が設けられている。これにより、正面パネル５２を引き出すことで試料台３３も一緒に引き出すことができ、この状態で試料台３３に試料をセットする。図３の例では、試料は試料ホルダ（図示せず）に挿入され、試料ホルダを試料台３３にセットすることで試料が試料台３３に裁置される。試料台３３上には、試料ホルダをセットするための試料ホルダ保持部として、中心にホルダ保持穴５８（図４に示す）が形成されている。ホルダ保持穴５８は、試料ホルダを挿入できる大きさに構成される。
【００３０】
このように試料が試料台３３に裁置された状態で、可視光撮像部４４を試料台３３に装着して可視光観察像を撮像する。移動可能な試料台３３上に可視光撮像部４４を固定する構成によって、試料台３３の位置によらず可視光撮像部４４は常に試料台３３上の所定の位置に保持されることとなる。これによって、試料台３３の現在位置を意識することなく試料台３３に裁置された試料を確実に補足して、可視光観察像の撮像を容易に行える。従来の電子顕微鏡では、試料室内の側壁等固定位置に可視光撮像部を固定する方式であったため、固定された可視光撮像部で試料を撮像できるよう、試料台の位置を調整してやる必要があった。この方式では、試料台の現在位置を把握した上で、丁度可視光撮像部の視野に試料台上の試料が入るように計算して試料台の位置を調整する必要があり、極めて煩雑で面倒であった。特に、試料台は５軸、すなわちＸＹ平面、高さ方向のＺ軸、回転方向のＲ軸および傾斜のＴ軸という多くの移動パラメータを有しており、しかも拡大観察系であるため、撮像位置を合わせることは非常に手間のかかる作業であった。さらに可視光観察像の撮像後は、荷電粒子線撮像による観察のために、別の撮像部への位置合わせ作業を行わねばならない。電子線観察から一旦可視光観察像に切り換えた場合は、電子線撮像部での位置合わせから可視光撮像部への位置合わせを行った後、再度元の電子線撮像部での位置合わせを行う必要があり、一層の手間も時間もかかる。しかも電子線観察は一視野が数ミクロン単位といった極めて高い倍率で行われるため、たわみやがた等各部の誤差によって、正確に同じ位置が再現できるとは限らず、元の位置に復元しようとしても誤差のために視野が異なってしまうおそれがある。したがって、このような調整作業を可能な限り簡略化することが望ましい。これに対して、本実施の形態のように試料台３３上に可視光撮像部４４を固定する構成によれば、試料台３３が移動しても試料台３３と可視光撮像部４４の相対的な位置関係は変化しないため、上記のような位置合わせ作業を不要にでき、可視光観察像の撮像を極めて容易に行うことが可能となる。
（保持機構）
【００３１】
図３に示す可視光撮像部４４は、保持機構を構成する棒状のロッド６２と、可視光撮像部４４の中心的機能を果たす撮像用のカメラユニット６０とを備える。ロッド６２は、図３に示すように試料台３３上に直立させて、上端に固定されたカメラユニット６０を試料台３３の上部に離間させて保持する。試料台３３の上面には、可視光撮像部４４を連結するための装着機構として、ロッド６２を脱着可能に挿入するための挿入穴６４を形成している。挿入穴６４は、試料台３３の上面に突出させたパイプ６６の先端に開口される。一方、ロッド６２の先端にはボス６８を形成しており、パイプ６６の開口端に挿入して保持できる大きさ及び形状に形成される。この構成により、パイプ６６にボス６８を挿入して保持機構を試料台３３上に直立させ、可視光撮像部４４を保持する。装着機構として予めパイプ６６を試料台３３から突出させる構成により、ユーザが可視光撮像部４４を装着する際にパイプ６６の位置を容易に視認できるので、装着位置を迷う、あるいは間違えることがなく使い易い電子顕微鏡とできる利点がある。またこのパイプ６６自体も着脱可能に構成してもよい。これにより、可視光観察像の撮像を行わない場合はパイプ６６を外して試料室３１内をすっきりさせることができる。
（カメラユニット６０）
【００３２】
カメラユニット６０は、可視光観察像を撮像する部材であり、光学式カメラやデジタルカメラ等が利用でき、好ましくはＣＣＤ又はＣ−ＭＯＳ撮像素子を利用する。ＣＣＤ又はＣ−ＭＯＳで撮像した可視光観察像は、データの送信、加工、処理等を電気的に行うことができ、扱いが容易となる。カメラユニット６０は所望の倍率とし、例えば１〜２０倍のいずれかの固定倍率のカメラユニット６０を可視光撮像部４４にセットする。図３の例では、２倍倍率のカメラユニット６０を使用している。また、異なる固定倍率のカメラユニット６０を備える可視光撮像部４４を交換して試料台３３上にセットすることもできる。カメラユニット６０で撮像された可視光観察像は、撮像切換制御部４６に送出され、表示部２８にて表示される。また、カメラユニット６０に光学式カメラを用いて撮像する場合は、現像して可視光観察像を紙媒体等により得ることもできる。
（合焦距離）
【００３３】
カメラユニット６０に固定倍率を採用することにより、合焦距離は一意的に決まる。そこで、ロッド６２の長さを、予めカメラユニット６０と試料との距離が合焦距離と一致するように調整することで、常に合焦距離で撮影することが可能となる。ロッド６２の長さは、カメラユニット６０の保持機構への取り付け位置や、試料台３３の装着機構の長さ等を考慮した上で、カメラユニット６０と試料台３３上にセットされた試料との合焦距離と合致するように設計される。これにより、可視光撮像部４４を試料台３３上にセットした状態で、常に合焦距離が維持され、ピント合わせ作業が不要となり極めて使い易くなる。特に試料台３３上に可視光撮像部４４を固定することで試料台３３の位置合わせ作業を不要にできることと相俟って、カメラユニット６０の高さ方向を合焦距離に予め設定しておくことによりピント合わせ作業も不要とでき、可視光観察像の撮像を更にスムーズに行うことが可能となる。
【００３４】
なお、カメラユニットは固定倍率のものに限られず、カメラユニットをズームレンズ等可変倍率方式とし、オートフォーカス等の手段によりピントを合わせるようにした構成も採用可能である。この方式であれば、一の可視光撮像部で倍率を変化させた可視光観察像を取得することができる。
【００３５】
さらに、可視光撮像部４４を保持機構、装着機構を介して試料台３３上に装着した状態で、カメラユニット６０の光軸と試料の中心とが一致するように、カメラユニット６０の取り付け位置や角度等が予め設計される。これにより、視野探しも不要となり、可視光撮像部４４を装着するのみで試料の最適な位置を可視光観察像として撮像できる。
【００３６】
このようにして、図３に示すように電子顕微鏡本体５０から正面パネル５２を引き出し、試料室３１を外部に表出させた状態で、保持機構によってカメラユニット６０を試料台３３に取り付けると、試料台３３の各軸の位置に関係なく、必ずカメラ光軸が試料の中心にくるような位置に調整され、しかもカメラユニット６０と試料の間の距離は、カメラユニット６０の合焦距離となるように保持できるので、可視光観察像の撮像が極めて容易となる。
【００３７】
図４に、図３のカメラユニット６０の拡大断面図を示す。この図に示すように、カメラユニット６０はロッド６２の上端側面にネジ止めにより固定される。この図に示すカメラユニット６０は、側面に回転軸を中心に回転する回転部６９を連結しており、この回転部６９にロッド６２を挿入することでロッド６２を介して試料台３３の上方で垂直に保持される。図４の例では、ロッド６２を回転部６９に挿入すると、カメラユニット６０の自重で回転軸を中心に回転して撮像面が下方に面し、試料台３３を正面から撮像できる位置に自動的に調整される。
【００３８】
またこのカメラユニット６０は、図３に示す状態から正面パネル５２を電子顕微鏡本体５０に押し込んで試料室３１を閉塞し、通常の電子顕微鏡観察を行う際には、撮像面を下方でなく電子顕微鏡本体５０の側面に対向するようにセットされ、試料室３１内部の状態を観察する目的に併用される。図５に、カメラユニット６０を電子顕微鏡本体に装着した状態を電子顕微鏡の上方から見た断面図を示す。この図に示すように、電子顕微鏡本体５０のカバー側面にはカメラユニットを装着する装着部５９が設けられ、レンズやガラスなどを介して試料室３１内部が観察できるように開口されている。カメラユニット６０の外周はネジリングが設けられ、これによって装着部５９の周囲にカメラユニット６０が固定される。装着部５９に装着されたカメラユニット６０は、試料台３３の移動や各種検出器の出し入れ等によって、試料室３１の内壁や対物レンズ等に試料台３３や試料が衝突しないかどうかを監視するための試料室内部観察カメラやモニタのための覗き穴として使用できる。したがって、カメラユニット６０は装着部５９を介して試料室３１内部の試料台３３が観察できる角度に調整される。
【００３９】
以上の構成によれば、ロッド６２でカメラユニット６０を所定位置に容易に配置でき、可視光観察像の撮像をスムーズに行うことができる。また１本のロッド６２で保持機構を構成するという簡単な構成により実現できるので、コストも安価でしかも扱い易いという利点も得られる。なお上記の例では、保持機構を１本のロッドで構成しているが、２本以上のロッドで構成することも可能であることはいうまでもない。２本以上のロッドでカメラユニット６０を支持することにより、より安定して機械的強度も向上される。またロッドに限られず、多角形の柱状や可動式のアーム状、伸縮式のシリンダ状等、種々の形態が適宜採用できる。
【００４０】
さらに、可視光撮像部４４を固定する装着機構の位置は、試料台３３のすべての移動軸上である必要はなく、一部の軸上から外れた位置に固定してもよい。例えば、装着機構をＸＹ平面の軸上であるが、回転軸であるＲ軸上に設けない構成とする。一般的な配置構造としては、電子顕微鏡の水平台５６上にＺ軸、Ｔ軸、ＸＹ軸、Ｒ軸、試料ホルダの順に配置される。この場合はＲ軸が試料に一番近い位置となるので、可視光撮像部４４を固定する装着機構をＲ軸上に設けず、ＸＹ軸上に設ける。この場合でも、試料とカメラユニット６０の相対的な位置関係が、カメラ光軸上に試料の中心が位置するように設定されておれば、試料のＲ軸の回転方向が定まっていなくとも、Ｒ軸の位置を知る手段により対応できる。例えば、エンコーダ等を用いて試料台の回転角度を検出したり、Ｒ軸における回転位置をユーザや電子顕微鏡に記憶させる等して、この回転位置に応じた姿勢に試料台３３のＲ軸を調整する。これによって、Ｒ軸の調整のみで可視光観察像を容易に得ることができ、またすべての軸上に可視光撮像部４４を固定する位置的な制約によらず、操作性、スペース効率等の点から好適な位置に可視光撮像部４４を設置できる。
【００４１】
以上のようにして、本実施の形態に係る電子顕微鏡を使用して、可視光撮像部４４を試料面と容易に正対させて適切な可視光観察像を取得でき、電子線観察に役立てることができる。また本発明は、走査型トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）や原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）等の走査型プローブ顕微鏡（ＳＰＭ）にも適用でき、これらの拡大観察装置で撮像された白黒画像に対してカラーの色情報を得る等の目的で利用できる。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明の電子顕微鏡は、走査型、透過型等の電子顕微鏡に適用して、試料室内に可視光撮像部をセットして可視光観察像の撮像に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の一実施の形態に係る電子顕微鏡の電子線撮像部の構成を示すブロック図である。
【図２】電子線撮像部と可視光撮像部とを切換可能な電子顕微鏡を示すブロック図である。
【図３】可視光撮像部を電子顕微鏡に装着する状態を示す側面図である。
【図４】図３のカメラユニットを示す拡大垂直断面図である。
【図５】図３のカメラユニットを電子顕微鏡本体に装着した状態を示す拡大水平断面図である。
【符号の説明】
【００４４】
１００、３００…電子顕微鏡
１…コンピュータ；２…中央演算処理部
３…電子銃高圧電源；４…フィラメント
５…ウェーネルト；６…アノード
７…電子銃；８…電子線
９…ガンアライメントコイル；１０…ガンアライメントコイル制御部
１１…収束レンズ制御部；１２…収束レンズ
１３…対物レンズ絞り；１４…非点収差補正コイル制御部
１５…電子線偏向走査コイル制御部；１６…対物レンズ制御部
１７…非点収差補正コイル；１８…電子線偏向走査コイル
１９…対物レンズ；２０…試料
２１…二次電子検出器；２２…反射電子検出器
２３…二次電子検出増幅部；２４…反射電子検出増幅部
２５…Ａ／Ｄ変換器；２６…Ａ／Ｄ変換器
２７…画像データ生成部；２８…表示部
２９…プリンタ；３０…排気系ポンプ
３１…試料室；３２…排気制御部
３３…試料台
４２…電子線撮像部；４４…可視光撮像部；４６…撮像切換制御部
５０…電子顕微鏡本体
５２…正面パネル；５４…ガイドロッド
５６…水平台；５８…ホルダ保持穴；５９…装着部
６０…カメラユニット；６２…ロッド；６４…挿入穴
６６…パイプ；６８…ボス；６９…回転部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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