(57)【要約】【課題】ビームシャワーモードの設定を誰もが最適な条件で簡単に行なうことができ、また、ビームシャワー動作が終了した後には、電子顕微鏡の各パラメータを元の分析や観察のモードに短時間に正確に戻すことができる電子顕微鏡を実現する。【解決手段】コンピュータ４４に接続されたメモリー４５内のＭ１領域には、シャワーモードの際に設定すべきパラメータの値が記憶されるように構成されている。また、メモリー４５内の別の記憶領域Ｍ２領域には、シャワーモードに移る直前のパラメータの値が記憶されるように構成されている。ここで、マウス４７によってポインター５２をビームシャワーボタンＳの位置に移動させ、マウスをクリックする。この動作によって、透過電子顕微鏡はビームシャワーモードとなる。【選択図】　　　図３
2004055261.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一次電子ビームを試料に照射し、試料を透過した電子、あるいは、試料表面から発生する電子などに基づいて試料像を表示する電子顕微鏡において、試料に照射される電子ビームの量を通常の観察時より多くするビームシャワーモードに設定するためのモード切り換え手段を有しており、モード切り換え手段によってビームシャワーモードが選択された場合には、電子ビームの試料への照射系レンズであるコンデンサレンズの励磁強度とコンデンサレンズアパーチャの孔径とをあらかじめ記憶されていた値に自動的に設定可能に構成した電子顕微鏡。
【請求項２】
ビームシャワーモードにおける試料への電子ビームの照射をＴＥＭモードで行なうか、ＳＥＭモードで行なうかの選択ができるように構成された請求項１記載の電子顕微鏡。
【請求項３】
電子ビームの照射系をビームシャワーモードにする際、直前の電子ビームの照射系の条件を記憶し、ビームシャワーモードが終了した際には、記憶された条件に照射系を自動的に設定するように構成した請求項１または２記載の電子顕微鏡。
【請求項４】
ビームシャワー時間を設定可能に構成された請求項１または２記載の電子顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一次電子ビームを試料に照射し、試料を透過した電子、試料表面から反射した電子、試料の２次励起により発生した電子に基づいて試料像を得るようにした電子顕微鏡に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子顕微鏡では、電子銃から発生し加速された電子ビームを、コンデンサレンズ、対物レンズにより試料上に細く集束している。この試料を透過、散乱した電子を中間レンズと投影レンズにより結像し、結像位置に蛍光板を配置し蛍光板上に拡大投影された像を観察している。また、蛍光板に代え、結像位置にＣＣＤカメラのごときＴＶカメラを配置し、ＴＶカメラのスクリーンに投影された像を映像信号に変換し、この映像信号を陰極線管などの表示装置に供給し、表示装置によって像を観察することも行われている。
【０００３】
また、別のタイプの電子顕微鏡、すなわち、走査透過電子顕微鏡では、電子銃から発生し加速された電子ビームを、コンデンサレンズ、対物レンズにより試料上に細く集束すると共に、試料上の所定範囲を電子ビームで走査するようにしている。試料に電子ビームを照射することによってこの試料を透過した電子を検出し、この検出信号を一次電子ビームの走査に応じてディスプレイに供給し、試料の走査透過電子顕微鏡像を表示するようにしている。
【０００４】
更に、走査透過電子顕微鏡においては、試料の走査２次電子像や反射電子像を得ることができる。この場合、電子銃から発生し加速された電子ビームを、コンデンサレンズ、対物レンズにより試料上に細く集束すると共に、試料上の所定範囲を電子ビームで走査するようにしている。この試料に一次電子ビームを照射することによって生じた２次励起により、試料から発生した２次電子を検出し、この検出信号を一次電子ビームの走査に応じてディスプレイに供給すれば、試料の走査２次電子像を表示することができる。また、試料から反射された反射電子を検出し、この検出信号を一次電子ビームの走査に応じてディスプレイに供給すれば、試料の走査反射電子像を表示することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記した電子顕微鏡において、試料の観察を走査像モードのように細く絞った電子ビームを試料上の所定の領域で走査すると、電子ビーム近傍に存在しているカーボン等の分子または原子が電子ビームの電荷によって生じる電界によって引き寄せられ、試料面上に堆積することが知られている。このような現象は、通常試料汚染と呼ばれている。
【０００６】
この試料汚染が生じると、像のコントラストや分解能が低下したり、電子ビームを試料に照射し、試料からの特性Ｘ線を検出して試料の元素分析を行おうとした場合には、分析結果に試料以外の元素が混入したりする。
【０００７】
このような試料汚染を防ぐためには、いくつかの方法が提案され、実行に移されているが、この中で比較的に手軽に実行できる方法として、ビームシャワー法が採用されている。この方法は、観察したい視野を含む広い領域に対して、強い電子ビーム（電流密度の大きい電子ビーム）を照射することで試料汚染を低減する方法である。
【０００８】
このビームシャワー法による試料汚染低減の原理は、強い電子ビームを試料に照射すると、試料上の汚染の元になる原子や分子が電子のエネルギーによって重合すると考えられている。すなわち、分子や原子が重合することによって、分子や原子が結びつくので、拡散を防ぐ効果があると考えられている。
【０００９】
このビームシャワーの操作は、試料の分析を行う前に実行されるが、電子顕微鏡の各パラメータをビームシャワー法の条件に設定することは、オペレータが手動で行なうようにしている。また、このビームシャワーによる試料汚染現象の効果は、電子顕微鏡が走査モード（ＳＥＭモード）となっていたり、透過電子顕微鏡における大きな電子ビームを用いるモード（ＴＥＭモード）の両モードにおいて顕著に現れる。
【００１０】
しかしながら、ＳＥＭモードでは、試料の局所に大きな電流密度の電子ビームが照射されるために、瞬間的にその局所部分が電子ビームの照射を受けることによって損傷するような試料には用いることができない。ただし、ＳＥＭモードでは、電子ビームを走査して試料の分析や表面状態の観察を行っているので、試料の分析・観察状態からビームシャワーモードへの切り替えは、いずれも電子ビームを走査するモードであるために、簡単に行なうことができる利点を有する。
【００１１】
一方、ＴＥＭモードでは、試料に一様な電子ビームが照射されるので、瞬間的に大きな電流密度の電子ビームの照射によって損傷を受ける試料に対しては有効な方法である。このような点から、ビームシャワーを行なうに当たっていずれのモードを選択するかは、オペレータが分析や観察する試料によって、経験的に実行されている。
【００１２】
上記したように、電子顕微鏡を用いて試料の分析や観察を行っている途中で試料汚染を低減するために、ビームシャワーを実行する場合には、オペレータが電子顕微鏡の各パラメータをビームシャワーモード用に設定しなければならない。このパラメータの設定はオペレータにとっては煩わしい操作であり、この操作にかかる時間は無視できない長さである。
【００１３】
また、このパラメータの設定は豊富な経験が必要であり、必然的に初心者のオペレータにとっては、条件設定の操作を行なうことが困難となる。更に、試料の分析や観察を行っている途中でビームシャワーを行った場合、ビームシャワー動作が終了した後には、電子顕微鏡の各パラメータを元の分析や観察のモードに戻さなければならないが、これを行なうにも無視できない時間を要し、また正確に元の条件に設定する時に間違いが生じることも多い。
【００１４】
本発明は、このような点に鑑みてなされたもので、その目的は、ビームシャワーモードの設定を誰もが最適な条件で簡単に行なうことができ、また、ビームシャワー動作が終了した後には、電子顕微鏡の各パラメータを元の分析や観察のモードに短時間に正確に戻すことができる電子顕微鏡を実現するにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明に基づく電子顕微鏡は、試料に照射される電子ビームの量を通常の観察時より多くするビームシャワーモードに設定するためのモード切り換え手段を有しており、モード切り換え手段によってビームシャワーモードが選択された場合には、電子ビームの試料への照射系レンズであるコンデンサレンズの励磁強度とコンデンサレンズアパーチャの孔径とをあらかじめ記憶されていた値に自動的に設定可能に構成し、ビームシャワーモードによって試料の汚染を防止する。
【００１６】
請求項２に基づく発明では、ビームシャワーモードにおける試料への電子ビームの照射をＴＥＭモードで行なうか、ＳＥＭモードで行なうかの選択ができるように構成した。
【００１７】
請求項３に基づく発明では、電子ビームの照射系をビームシャワーモードにする際、直前の電子ビームの照射系の条件を記憶し、ビームシャワーモードが終了した際には、記憶された条件に照射系を自動的に設定するように構成した。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明に基づく走査透過電子顕微鏡の一例を示したもので、この顕微鏡では、電子ビームを試料上で走査し、試料表面からの２次電子に基づく走査電子顕微鏡像と、同じく電子ビームを試料上で走査し、試料を透過した電子に基づく走査透過電子顕微鏡像と、電子ビームを走査せず、試料を透過した電子に基づく透過電子顕微鏡像の複数の像を選択的に観察ができるように構成されている。
【００１９】
図において、電子顕微鏡カラム１の上部に配置された電子銃２から発生した電子ビームＥＢは、加速管３によって加速される。加速管３によって例えば５０ｋＶに加速された電子ビームは、第１のコンデンサレンズ４と第２のコンデンサレンズ５によって集束される。
【００２０】
コンデンサレンズ４、５によって集束された電子ビームの中心部分は、コンデンサレンズ絞り６の開口を通り、電子ビームの外側の収差の大きい部分を絞り５によって遮蔽するようにしている。なお、コンデンサレンズ絞り６には、複数の径の異なった開口が設けられており、顕微鏡の各種モードに応じていずれかの適切な径の開口が光軸上に配置されるように構成されている。加速管３とコンデンサレンズ４との間には、電子銃２から発生し、加速管３によって加速された電子ビームの軸ずれを補正するための一対のアライメントコイル７，８が配置されている。
【００２１】
コンデンサレンズアパチャー６の開口を通過した電子ビームは、コンデンサミニレンズ９によって電子ビームのフォーカスの微調整がなされた後、対物レンズ１０の磁場中に配置された試料１１に照射される。コンデンサレンズ絞り６と試料１１との間には、コンデンサレンズの非点収差を補正するための非点収差補正レンズ１３、コンデンサレンズ４、５によって集束された電子ビームの軸ずれを補正するためのアライメントコイル１４、１５が配置されている。なお、アライメントコイル１４、１５は、走査像観察モードの際には、電子ビームの２次元走査用のコイルとしても動作する。
【００２２】
対物レンズ１０による試料１１の前方磁場は、電子ビームのフォーカスに寄与し、試料１１の後方磁場は、後段の中間レンズ１６、１７、１８と投影レンズ１９とによって結像レンズ系を構成する。なお、対物レンズ１０の前方には、対物レンズ絞り２０が配置されており、電子ビームの外側の収差の大きい部分を絞り２０によって遮蔽するようにしている。
【００２３】
なお、対物レンズ絞り２０には、複数の径の異なった開口が設けられており、顕微鏡の各種モードに応じていずれかの適切な径の開口が光軸上に配置されるように構成されている。また、対物レンズ１０と視野制限絞り２１との間には、対物レンズ１０の磁場の微調整をするための対物ミニレンズ２２が配置されている。
【００２４】
更に、対物レンズ絞り２０の下部には、対物レンズ１０の非点収差を補正するための非点収差補正レンズ２３、イメージシフトコイル２４、２５が設けられている。また、投影レンズ１９の後段には、電子ビームの軸合わせ用のアライメントコイル２６が配置されている。
【００２５】
試料１１の上部には、２次電子検出器２７が設けられている。この２次電子検出器は、走査電子顕微鏡像観察モードの際に動作させられるもので、例えば、シンチレータと光電子増倍管より構成される検出器が用いられ、試料からの２次電子を加速してシンチレータに導くようにされている。
【００２６】
また、結像レンズ系の後段には、上から順番に、ＣＣＤカメラのごとき第１のＴＶカメラ２８、暗視野像観察用検出器２９、明視野像観察用検出器３０、ＣＣＤカメラのごとき第２のＴＶカメラ３１が配置されている。第１のＴＶカメラ２８は、駆動機構３２によって光軸上に挿脱可能に構成されている。また、暗視野像観察用検出器２９、明視野像観察用検出器３０は、それぞれ駆動機構３３、３４によって光軸上に挿脱可能に構成されている。更に、第２のＴＶカメラ３１は、駆動機構３５によって光軸上に挿脱可能に構成されている。
【００２７】
カラム１内のレンズ、すなわち、コンデンサレンズ４、５、コンデンサレンズミニレンズ９、対物レンズ１０、対物レンズミニレンズ２２、中間レンズ１６、１７、１８、投影レンズ１９および非点収差補正レンズ１３、２３には、レンズ電源３６から励磁電流が供給される。また、前記電子銃２と加速管３には、高電圧電源３７から所望の高電圧が印加される。
【００２８】
更に、電子銃アライメントコイル７、８、コンデンサレンズアライメントコイル１４、１５、イメージシフトコイル２４、２５、投影レンズアライメントコイル２６には、アライメント電源３８からそれぞれ所望の電流が流され、それに伴って各コイルにより発生した磁場により電子ビームは適宜軸ズレが補正され、また像の位置が移動させられる。
【００２９】
また、２次電子検出器２７の駆動機構３２、第１のＴＶカメラ２８の駆動機構３３ａ、暗視野像観察用検出器２９の駆動機構３４、明視野像観察用検出器３０の駆動機構３５、第２のＴＶカメラ３１の駆動機構３３ｂは、検出器駆動電源３９からの駆動電圧により、選択的に駆動され、特定の検出器のみが光軸に配置されるか、光軸に接近させられるように構成されている。
【００３０】
また、第１のＴＶカメラ２８および第２のＴＶカメラ３１からの透過電子顕微鏡像信号取得のためのＴＶ電源４０が備えられており、また、２次電子検出器２７、暗視野像観察用検出器２９、明視野像観察用検出器３０からの走査像信号は、増幅器４１に供給される。
【００３１】
また、カラム１内の光軸に沿って配置される絞り６、２０、２１は、絞り駆動電源４２によって駆動され、光軸上の各絞りの開口の大きさは最適なものに選択される。
【００３２】
前記レンズ電源３６、高電圧電源３７、アライメント電源３８、検出器位置駆動電源３９、ＴＶカメラ用電源４０、検出器信号増幅器４１、絞り駆動電源４２は、インターフェース４３を介してコンピュータ４４に接続されている。この結果、レンズ電源３６、高電圧電源３７、アライメント電源３８、検出器駆動電源３９、ＴＶカメラ用電源４０、信号増幅器４１、絞り駆動電源４２は、コンピュータ４４によって制御されることになる。
【００３３】
コンピュータ４４には、メモリー４５が接続されているが、このメモリー４５には、各レンズ強度、検出器の選択、絞りの開口の選択などが、電子顕微鏡の観察モード、電子銃の加速電圧や倍率に応じてテーブルの形式で記憶されている。
【００３４】
例えば、電子銃の加速電圧を変化させた場合には、選択された加速電圧で電子ビームが最適に試料１１にフォーカスされ、試料を透過した電子像が例えば指定された倍率となるように、第１のＴＶカメラ２８のスクリーン上に最適に投影されるような各レンズ強度があらかじめ記憶されている。
【００３５】
コンピュータ４４には、キーボード４６、マウス４７、コントロールパネル４８、ディスプレイ４９が接続されており、キーボード４６、マウス４７によってコンピュータ４４への指令や各種の条件設定を行なうことができるように構成されている。また、ディスプレイ４９の画面には、像表示領域５０、装置の制御のためのＧＵＩ（グラフィックユーザーインターフェイス）５１、マウス４７やキーボード４６によって画面上を移動するポインター５２が表示されている。また、当然のことながら、コンピュータ４４内には、電子顕微鏡の各種構成要素を指定されたモードや条件に応じてコントロールするためのソフトウェア５３が備えられている。このような構成の動作を次に説明する。
【００３６】
さて、図１に示した走査透過電子顕微鏡は、透過電子顕微鏡像の観察と、走査電子顕微鏡像の観察と、透過走査電子顕微鏡像の観察とを行なうことができる。透過電子顕微鏡像を観察する場合、キーボード４６やマウス４７を用いて、ディスプレイ４９に表示されているＧＵＩ５１中の例えば、ＴＥＭの表示がされている領域にポインター５２を位置させ、マウス４７をクリックするなどして、ＴＥＭモードを選択する。
【００３７】
ＴＥＭモードが選択されると、コンピュータ４４は検出器駆動電源３９を制御し、駆動機構３２により２次電子検出器２７を光軸から遠くに退避させ、駆動機構３４により暗視野像検出器２９を、駆動機構３５により明視野像検出器３０を光軸上から退避させる。そして、駆動機構３３ａと３３ｂによって、第１のＴＶカメラ２８か第２のＴＶカメラ３１のいずれか一方を光軸上に配置し、他方を光軸から退避させる。
【００３８】
この第１のＴＶカメラ２８は広視野観察用に比較的低い倍率の像を観察する際に主として用いられるもので、投影レンズ１９に近い位置に配置される。また、第２のＴＶカメラ３１は、高分解能のＴＶカメラが用いられ、比較的高い倍率で像の観察を行う際に用いられる。この２種のＴＶカメラのいずれを用いるかは、コンピュータ４４のディスプレイ４９のＧＵＩ５１によって選択することができる。
【００３９】
例えば、広視野の電子顕微鏡像を観察する場合には、第１のＴＶカメラ２８が光軸上に配置され、第２のＴＶカメラ３１は光軸から退避させられる。この状態で、コンピュータ４４はコンデンサレンズ４、５、対物レンズ１０の励磁電流を制御し、比較的太い径（１ｎｍ）のプローブが試料１１に照射されるように制御する。また、中間レンズ１６〜１８と投影レンズ１９の励磁電流を制御し、試料１１を透過した電子による像が第１のＴＶカメラ２８のスクリーン上に結像されるように制御する。
【００４０】
このように各レンズを制御して電子銃２からの電子ビームを試料１１に照射すれば、第１のＴＶカメラ２８のスクリーン上には試料の特定広視野の透過電子顕微鏡像が投影される。ＴＶカメラ２８のスクリーン上に投影された像は映像信号として読み出され、透過電子顕微鏡像取得のためのＴＶ電源４０を介してコンピュータ４４に送られる。コンピュータ４４に供給された映像信号は、ディスプレイ４９に供給され、ディスプレイ４９の画面の像表示領域５０上には、広領域の倍率の比較的低い透過電子顕微鏡像が表示される。
【００４１】
なお、比較的倍率の高い高分解能の透過電子顕微鏡像を観察する場合には、駆動機構３３ａによって第１のＴＶカメラ２８が光軸上から退避させられ、駆動機構３３ｂによって第２のＴＶカメラ３１が光軸上に配置される。その際には、中間レンズ１６〜１８、投影レンズ１９のレンズ強度が調整され、電子像がカラム１の下部に配置された第２のＴＶカメラ３１のスクリーン上に結像されるように制御される。
【００４２】
ＴＶカメラ３１のスクリーン上に投影された像は映像信号として読み出され、透過電子顕微鏡像取得のためのＴＶ電源４０を介してコンピュータ４４に送られる。コンピュータ４４に供給された映像信号は、ディスプレイ４９に供給され、ディスプレイ４９の画面の像表示領域５０上には、倍率の高い高分解能の透過電子顕微鏡像が表示される。なお、第１のＴＶカメラ２８を用いて得られた像は試料の視野探しのために用いられ、第２のＴＶカメラ３１を用いて得られた像は視野探しの結果得られた試料の所望領域の高分解能の像となる。
【００４３】
次に、走査電子顕微鏡像と透過走査電子顕微鏡像を観察する際の操作について説明する。走査電子顕微鏡像あるいは走査透過電子顕微鏡像を観察する場合、キーボード４６やマウス４７を用いて、ディスプレイ４９に表示されているＧＵＩ５１中の例えば、ＳＥＭあるいはＳＴＥＭの表示がされている領域にポインター５２を位置させ、マウス４７をクリックするなどして、ＳＥＭあるいはＳＴＥＭモードを選択する。
【００４４】
このＳＥＭモードが選択されると、コンピュータ４４は検出器駆動電源３９を制御し、駆動機構３２によって２次電子検出器２７を光軸に近い位置に移動させ、暗視野像検出器２９、明視野像検出器３０を光軸上から退避させる。そして、第１のＴＶカメラ２８と第２のＴＶカメラ３１も光軸から退避させる。
【００４５】
この状態で、コンピュータ４４はコンデンサレンズ４、５、対物レンズ１０の励磁電流を制御し、比較的細い径（０．２ｎｍ程度）のプローブが試料１１に照射されるように制御する。このように各レンズを制御して電子銃２からの電子ビームを試料１１に照射すると共に、コンデンサレンズアライメントコイル１４、１５に電子ビームの２次元走査信号を供給すれば、試料１１の所定領域で電子ビームが２次元的に走査される。
【００４６】
試料上の電子ビームの２次元走査に基づいて試料１１の表面から発生した２次電子は、２次電子検出器２７に導かれて検出される。検出された２次電子信号は、映像信号として増幅器４１を介してコンピュータ４４に供給される。コンピュータ４４に供給された映像信号は、ディスプレイ４９に供給され、その結果、像表示領域５０には、走査電子顕微鏡像が表示されることになる。
【００４７】
次に、ＳＴＥＭモードが選択されると、コンピュータ４４は検出器駆動電源３９を制御し、駆動機構３２によって２次電子検出器２７を光軸から遠くに離し、駆動機構３３ａ、３３ｂを駆動して、暗視野像検出器２９、明視野像検出器３０のいずれか一方を光軸上に配置し、他方を光軸上から退避させる。そして、第１のＴＶカメラ２８と第２のＴＶカメラ３１も光軸から退避させる。
【００４８】
この状態で、コンピュータ４４はコンデンサレンズ４、５、対物レンズ１０の励磁電流を制御し、比較的細い径（０．２ｎｍ程度）のプローブが試料１１に照射されるように制御する。このように各レンズを制御して電子銃２からの電子ビームを試料１１に照射すると共に、コンデンサレンズアライメントコイル１４、１５に電子ビームの２次元走査信号を供給すれば、試料１１の所定領域で電子ビームが２次元的に走査される。
【００４９】
試料上の電子ビームの２次元走査に基づいて試料１１を透過した電子は、光軸上に配置された暗視野像用検出器２９か明視野像用検出器３０のいずれかによって検出される。検出された透過電子信号は、映像信号として増幅器４１を介してコンピュータ４４に供給される。コンピュータ４４に供給された映像信号は、ディスプレイ４９に供給され、その結果、像表示領域５０には、明視野か暗視野の走査透過電子顕微鏡像が表示されることになる。
【００５０】
図２にＴＥＭモードとＳＥＭおよびＳＴＥＭモードの時の各レンズ強度と光路を参考として示している。図２において実線がＴＥＭモードの時のレンズ強度と光路を示しており、点線がＳＥＭおよびＳＴＥＭモードの時のレンズ強度と光路を示している。図中ＣＬはコンデンサレンズであり、図１の装置の２段のコンデンサレンズを１段で示している。また、ＯＬｐｒｅは対物レンズ１０による試料の前方磁場を示しており、ＯＬｐｏｓｔは、対物レンズ１０による試料の後方磁場を示している。
【００５１】
更に、ＩＬ１は中間レンズで、図１に示した装置の２段の中間レンズを１段で示している。ＩＬ２＋ＰＬは、図１における３段目の中間レンズと投影レンズの合成レンズを示している。この図から明らかなように、ＳＥＭ・ＳＴＥＭモードでは、ＴＥＭモードに比べて対物レンズ１０のレンズ強度が強くされ、中間レンズ系のレンズ強度は弱くされている。
【００５２】
以上説明したように、図１の装置では、透過電子顕微鏡像、走査電子顕微鏡像、走査透過電子顕微鏡像の観察が可能である。本発明では、ディスプレイ４９のＧＵＩ５１にシャワーモードに入るためのボタンが配置されている。このシャワーモードのボタン領域にポインター５２を位置させ、マウス４７によりクリックすると、これに連動して、各レンズの励磁強度があらかじめ記憶してある値に設定され、また、アパーチャの孔径も変化させられる。
【００５３】
図３にはコンピュータ４４、ディスプレイ４９、メモリー４５、マウス４７部分の詳細を示している。ディスプレイ４９のＧＵＩ５１の表示領域には、各種の条件設定のための表示ボタンＣ１、Ｃ２、…、Ｃｎと共に、シャワーモードの設定ボタンＳが設けられている。なお、例えば、Ｃ１はＳＴＭモード、ＳＴＥＭモード、ＴＥＭモードを選択する条件設定ボタンとされている。
【００５４】
コンピュータ４４に接続されたメモリー４５内はいくつかの記憶領域に分けられており、その中のＭ１領域には、シャワーモードの際に設定すべきパラメータの値、例えば、コンデンサレンズ４（ＣＬ１）とコンデンサレンズ５（ＣＬ２）の値、コンデンサレンズアパーチャ６（ＣＬＡｐ）の特定の孔径（絞りの大きさ）の番号を示す数字、コンデンサレンズアライメントコイル１３（ＣＬＡ１）とコンデンサレンズアライメントコイル１４（ＣＬＡ２）の値、ビームシャワーを行なうモード（図３のケースではＳＥＭモード）が記憶されるように構成されている。
【００５５】
また、メモリー４５内の別の記憶領域Ｍ２領域には、シャワーモードに移る直前のパラメータの値、例えば、コンデンサレンズ４（ＣＬ１）とコンデンサレンズ５（ＣＬ２）の値、コンデンサレンズアパーチャ６（ＣＬＡｐ）の特定の孔径（絞りの大きさ）の番号を示す数字、コンデンサレンズアライメントコイル１３（ＣＬＡ１）とコンデンサレンズアライメントコイル１４（ＣＬＡ２）の値、ビームシャワーを行なうモード（図３のケースではＴＥＭモード）が記憶されるように構成されている。
【００５６】
さて、透過電子顕微鏡像の観察を行う場合、マウスを用いてポインター５２をディスプレイ４９の画面上で移動させ、ＧＵＩ５１の各条件設定ボタンＣ１からＣｎの内、所望の観察を行うに当たって必要とする条件に関した設定ボタン上にポインター５２を位置させ、マウス４７をクリックする。
【００５７】
例えば、観察に必要な条件とは、観察モードの選択、倍率値、電子ビームの加速電圧、電子ビームの電流密度等である。これらの条件設定のためのボタン上に順にポインター５２を移動させ、マウス４７をクリックすると、制御ソフトウェア５３は、クリックされた条件の設定画面をディスプレイ４９上に表示する。この条件設定画面は特に図示していないが、この画面上でモードの選択や倍率などの値の入力をマウス４７やキーボード４６を用いて行なう。このようにして、所望の観察モードやその観察の際の各種条件が選択され、また入力されるが、それらのデータは、制御ソフトウェア５３のコントロールの下にメモリー４５に記憶される。
【００５８】
例えば、ＴＥＭモードを選択して各種の条件の設定を行なった後、観察実行の指示を、例えばキーボード４６を用いて行なえば、制御ソフトウェア５３は記憶された条件に基づいて、インターフェース４３を介して各電源を制御することから、レンズ強度等は所望の値に設定され、アパーチャの孔径や検出器の選択が行なわれる。その結果、ディスプレイ４９の像表示領域には、所望の倍率の透過電子顕微鏡像が表示されることになる。
【００５９】
ここで、試料１１の表面の汚染を防止するため、試料１１の観察画面領域より広い領域に強い電子ビームを照射し、汚染の元となる原子や分子を重合により結び付け、試料汚染を軽減させる場合、マウス４７によってポインター５２をビームシャワーボタンＳの位置に移動させ、マウスをクリックする。この動作によって、透過電子顕微鏡はビームシャワーモードとなる。なお、ビームシャワーモードに設定するため、ＧＵＩ５１にビームシャワーボタンＳを設け、このボタンをマウスでクリックするようにしたが、制御パネル４８上に設けられた専用ボタンにより、ビームシャワーモードの設定を行なっても良い。
【００６０】
このようにして、ビームシャワーモードの選択を行なうと、ディスプレイ４９の画面には、図４に示すようなビームシャワーの条件設定と開始画面が表示される。この画面で設定される条件としては、ビームシャワーのモードをＴＥＭモードかＳＥＭモードとするかの選択（Ｍｏｄｅ　Ｓｅｌｅｃｔ）、ビームシャワーにより、電子ビームを照射する領域（倍率）の設定（Ｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎ　Ａｒｅａ）、コンデンサレンズアパーチャの孔径の選択、更には、スポットサイズ（Ｓｐｏｔ　Ｓｉｚｅ）、ビームシャワー時間（Ｂｅａｍ　Ｓｈｏｗｅｒ　Ｔｉｍｅ）、電子ビームのドーズレート（Ａ／ｃｍ２）、電子ビームのトータルドーズ量（Ｃ／ｃｍ２）などの設定である。
【００６１】
これらの設定された値は、メモリー４５内の領域Ｍ１に記憶されるが、図３におけるメモリー４５内の記憶領域Ｍ１には、コンデンサレンズアパーチャの孔径の番号などは直接その値が記憶されるものの、設定された電子ビームのスポットサイズや電子ビームのドーズ量等は、そのものが記憶されるのではなく、それらのサイズやドーズ量となるような、コンデンサレンズＣＬ１、ＣＬ２等の励磁強度が計算されて記憶されている。
【００６２】
上記各条件の設定が終了した後、スタート（Ｓｔａｒｔ）ボタンをクリックすると、現在設定されている倍率、モード、コンデンサレンズの強度、コンデンサレンズアパーチャの孔径などのデータが、メモリー４５内の領域Ｍ２に記憶される。それと同時に、メモリー領域Ｍ２に記憶されたビームシャワーモードの各種設定値や条件のデータが読み出され、それらのデータは、インターフェース４３を介して各レンズの電源等に供給される。
【００６３】
この結果、電子光学系はビームシャワーモードに設定され、試料１１の所定の領域には強い電子ビームが照射され、電子ビームの照射された試料表面の原子や分子は、重合により拡散が抑制されることになる。このとき、図３の例では、観察モードがＴＥＭモードであり、ビームシャワーモードの際にはＳＥＭモードとされている。したがって、試料１１の所定の領域には、細く絞られた強い電子ビームが照射され、コンデンサレンズアライメントコイル１４、１５には、試料１１の設定された領域を電子ビームで走査するための走査信号が供給される。
【００６４】
装置がビームシャワーモードに設定されて、ビームの試料１１への照射が開始されると、ディスプレイ４９の画面上には、図５に示すようなビームシャワーが終了するまでの時間とその経過を示すウィンドウが表示される。なお、図５の画面上でＳｔｏｐボタンをクリックすると、ビームシャワーを途中で中断させることができる。
【００６５】
ビームシャワー時間は、コンピュータ４４内に設けられたタイマーによって測定されており、設定されたビームシャワー時間となると、あらかじめ記憶領域Ｍ２に記憶されているデータが読み出され、観察モード、倍率、アライメント、コンデンサレンズアパーチャの孔径の大きさ等のデータに基づいて、顕微鏡はビームシャワーモードに入る直前の条件に直ちに戻される。したがって、像の観察は、試料汚染が著しく軽減された状態で行なうことが可能となる。
【００６６】
ここで、コンデンサレンズＣＬ１（４）、ＣＬ２（５）の励磁強度を変えることにより、試料１１に照射される電子ビーム径（電子ビームの量に対応）を変化させることができることを図６の光線図を用いて説明する。図６においては、第１のコンデンサレンズＣＬ１（４）と第２のコンデンサレンズＣＬ２（５）と、対物レンズ１０による試料１１の前方磁場ＯＬｐｒｅと、対物レンズ１０による試料１１の後方磁場ＯＬｐｏｓｔが示されている。なお、６はコンデンサレンズアパーチャである。
【００６７】
試料１１に照射される電子ビームの量は、図示されている角度αの大きさによって制限され、その量は、αの２乗に比例する。もし、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、第１のコンデンサレンズＣＬ１の励磁強度を強くし、第２のコンデンサレンズＣＬ２の励磁を小さくすれば、結果として角度αは小さくなり、試料１１面上に照射される電子ビームの量は少なくなる。
【００６８】
また、図６（ｃ）に示すように、コンデンサレンズアパーチャ６の孔径を大きくすれば、試料１１に照射される電子ビームの量は多くなる。このように、電子ビームの照射径の絞り（アパーチャ）やコンデンサレンズの設定値を可変とすることでビームシャワーモードに適した照射電流を設定することができる。
【００６９】
更に、設定された電子ビーム量に対して、あらかじめ測定しておいた電子ビーム源の輝度や、ＣＬ１／ＣＬ２の励磁に対する焦点距離やアパーチャの大きさによって、試料１１面上に照射される電流量が計算できる。そして計算された電流量の値により、単位面積当たりの照射電流密度を計算することができる。
【００７０】
また、設定された電子ビームの照射時間により、このモードで照射される電子ビームの単位面積当たりのトータルの照射電流量を計算することができる。このような値を例えば、ディスプレイ４９に表示することによって、オペレータは、適正なビームシャワー条件を定量的に把握することができる。
【００７１】
以上本発明の実施の形態を説明したが、本発明はこの実施の形態に限定されず幾多の変形が可能である。例えば、像の観察をＴＥＭモードで行い、ビームシャワーモードのときには、ＳＥＭモードとして試料の汚染の防止を行なうようにしたが、ビームシャワーモードをＴＥＭモードで行なうこともできる。また、オペレータがビームシャワー条件の設定に迷った場合に、電子ビームの照射系を標準的なビームシャワー条件に設定できるように、ＧＵＩ５１にデフォルト値を設定するボタンを設け、このボタンをクリックすることにより、標準的な条件に電子ビームの照射系を設定できるように構成すれば、初心者でも簡単にビームシャワー法によって試料の汚染防止処理を行なうことができる。
【００７２】
また、ビームシャワーの際の電子ビームの照射領域について、現在観察を行っている倍率において、ビームシャワーを行ないたい時には、自動倍率ボタンをチェック、すなわち、モードの切り換えによって倍率が変化しないようにすれば、オペレータは、電子ビームの照射領域に迷うことなく自動的にビームシャワーを行なうことができる。図３のメモリー領域Ｍ２に記憶されているデータの場合は、自動的に倍率を一定としている。その一方で、ビームシャワーモードの際の倍率設定をマニュアルで行なうことができるように構成しておけば、オペレータは、任意の領域でビームシャワーを実行することができる。
【００７３】
【発明の効果】
請求項１の発明に基づく電子顕微鏡は、試料に照射される電子ビームの量を通常の観察時より多くするビームシャワーモードに設定するためのモード切り換え手段を有しており、モード切り換え手段によってビームシャワーモードが選択された場合には、電子ビームの試料への照射系レンズであるコンデンサレンズの励磁強度とコンデンサレンズアパーチャの孔径とをあらかじめ記憶されていた値に自動的に設定可能に構成したので、電子顕微鏡の操作に不慣れなオペレータでも、簡単に電子顕微鏡のモードをビームシャワーモードとし、試料の汚染を防止することができる。その結果、誰もが試料の汚染の影響が著しく軽減した状態で透過電子顕微鏡像や走査電子顕微鏡像の観察や試料の分析を実行することができる。
【００７４】
請求項２に基づく発明では、ビームシャワーモードにおける試料への電子ビームの照射をＴＥＭモードで行なうか、ＳＥＭモードで行なうかの選択ができるように構成したので、装置の操作性を向上させることができる。
【００７５】
請求項３に基づく発明では、電子ビームの照射系をビームシャワーモードにする際、直前の電子ビームの照射系の条件を記憶し、ビームシャワーモードが終了した際には、記憶された条件に照射系を自動的に設定するように構成したので、ビームシャワーモードが終了した後に再び前の観察条件に装置の各パラメータの設定をやり直すことが不用となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に基づく方法を実施する電子顕微鏡の一例として走査透過電子顕微鏡を示す図である。
【図２】ＳＥＭモードとＴＥＭモードのレンズ強度と光路を示す図である。
【図３】コンピュータ、メモリー、ディスプレイの動作を説明するための図である。
【図４】ディスプレイに表示されたビームシャワーの条件設定と開始画面の一例を示す図である。
【図５】ビームシャワー中の表示画面の一例を示す図である。
【図６】コンデンサレンズの励磁強度を変えることにより、試料に照射される電子ビーム径を変化させることができることを説明するための光線図である。
【符号の説明】
１　カラム
２　電子銃
３　加速管
６、２０、２１　絞り
７、８　電子銃アライメントコイル
１０　対物レンズ
１１　試料
１３、２３　非点補正レンズ
１４、１５　コンデンサレンズアライメントコイル
１６、１７、１８　中間レンズ
１９　投影レンズ
２４、２５　イメージシフトコイル
２６　投影レンズアライメントコイル
２７、２９、３０　検出器
２８、３１　ＴＶカメラ
３２ａ、３２ｂ　ＴＶカメラ駆動機構
３３、３４、３５　検出器駆動機構
３６　レンズ電源
３７　高電圧電源
３８　アライメントコイル用電源
３９　検出器駆動電源
４０　ＴＥＭ像のためのＴＶ電源
４１　走査像用信号増幅器
４２　絞り駆動電源
４３　インターフェース
４４　コンピュータ
４５　メモリー
４６　キーボード
４７　マウス
４８　コントロールパネル
４９　ディスプレイ
５０　像表示領域
５１　ＧＵＩ
５２　ポインター
【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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【図６】
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