(57)【要約】【課題】対物レンズ絞りの種類や絞り径を容易に判別可能な電子顕微鏡等を提供する。【解決手段】電子顕微鏡は、対物レンズ絞りが取り付けられたときに観察像に視野欠けが生じるような対物レンズ絞り判別条件を倍率等によって設定するとともに、撮像された観察像に対してコントラストおよびブライトネスを設定することによって対物レンズ絞りの視野欠け部分Ｓが黒、対物レンズ絞りの視野欠け部分以外の部分Ｉが白となるような条件に設定し、オリフィスであるか否か等の対物レンズ絞りの種類を判別する。また、観察像の二次電子信号の信号値に基づき、対物レンズ絞りの絞り径を判別することもできる。【選択図】  図３
2004220832.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
像観察条件を設定し、電子銃に加速電圧を印加することによって発生させた電子線を対物レンズおよび対物レンズ絞りを通過させて試料に照射し、試料から放出される二次電子または反射電子を検出可能な１以上の検出器で検出しながら試料表面の所望の領域を走査することで、観察像を結像し表示部に表示可能な電子顕微鏡であって、
前記電子顕微鏡は、対物レンズ絞りの種類を判別するための所定の像観察条件を対物レンズ絞り判別条件として設定する像観察条件設定部と、
前記像観察条件設定部で対物レンズ絞り判別条件を設定して撮像された観察像に基づいて対物レンズ絞りの種類もしくは少なくとも対物レンズ絞りがオリフィスであるか否かを判別する対物レンズ絞り判別部と、
を備えることを特徴とする電子顕微鏡。
【請求項２】
像観察条件を設定し、電子銃に加速電圧を印加することによって発生させた電子線を対物レンズおよび対物レンズ絞りを通過させて試料に照射し、試料から放出される二次電子または反射電子を検出可能な１以上の検出器で検出しながら試料表面の所望の領域を走査することで、観察像を結像し表示部に表示可能な電子顕微鏡であって、
前記電子顕微鏡は、対物レンズ絞りの種類を判別するための所定の像観察条件を対物レンズ絞り判別条件として設定する像観察条件設定部と、
前記像観察条件設定部で対物レンズ絞り判別条件を設定して撮像された観察像に基づいて対物レンズ絞りの種類を判別する対物レンズ絞り判別部と、
電子銃が配置される電子銃室と、試料が配置される試料室と、前記電子銃室と試料室との間で電子銃室と試料室とを異なる真空度に維持するためのオリフィスを装着可能な対物レンズ絞り取付部と、
を備えており、
前記像観察条件設定部で対物レンズ絞り判別条件を設定して撮像された観察像に基づいて少なくとも対物レンズ絞りがオリフィスであるか否かを判別可能に構成してなる電子顕微鏡。
【請求項３】
前記対物レンズ絞り判別部が、前記像観察条件設定部で設定された対物レンズ絞り判別条件において検出された二次電子の信号量に基づいて判別を行うことを特徴とする請求項１または２に記載の電子顕微鏡。
【請求項４】
前記対物レンズ絞り判別条件は、オリフィスが取り付けられたときに観察像に視野欠けが生じ、オリフィス以外の対物レンズ絞りが取り付けられたときには視野欠けが生じない条件であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の電子顕微鏡。
【請求項５】
前記対物レンズ絞り判別条件は、少なくとも対物レンズと試料との距離に基づいて設定される倍率を含むことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の電子顕微鏡。
【請求項６】
前記対物レンズ絞り判別条件は、観察像に対しコントラストを設定可能レンジの６０％〜９５％、ブライトネスを設定可能レンジの０％〜１０％とする条件であることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の電子顕微鏡。
【請求項７】
前記電子顕微鏡は少なくとも二次電子を検出可能な二次電子検出器を備えており、
前記像観察条件設定部が対物レンズの絞りの影を際立たせる条件に対物レンズ絞り判別条件を設定し、
前記対物レンズ絞り判別部が、前記像観察条件設定部で設定された対物レンズ絞り判別条件において検出された二次電子の信号量に基づいて判別を行うことを特徴とする請求項１から６のいずれか記載の電子顕微鏡。
【請求項８】
前記対物レンズ絞り判別部は、撮像された観察像もしくは二次電子の信号量に基づいて対物レンズ絞りの絞り径を測定する対物レンズ絞り径測定部を備えることを特徴とする請求項７に記載の電子顕微鏡。
【請求項９】
像観察条件を設定し、電子銃に加速電圧を印加することによって発生させた電子線を対物レンズおよび対物レンズ絞りを通過させて試料に照射し、試料から放出される二次電子または反射電子を検出可能な１以上の検出器で検出しながら試料表面の所望の領域を走査することで、観察像を結像し表示部に表示可能な電子顕微鏡における対物レンズ絞り判別方法であって、
対物レンズ絞りの種類を判別するための所定の像観察条件を対物レンズ絞り判別条件として設定するステップと、
対物レンズ絞り判別条件にて撮像された観察像に基づいて、観察像上で対物レンズの絞りを際立たせる方向に、少なくともブライトネスとコントラストを調整するステップと、
調整された観察像に基づいて対物レンズ絞りの種類もしくは少なくとも対物レンズ絞りがオリフィスであるか否かを判別するステップと、
を備えることを特徴とする電子顕微鏡の対物レンズ絞り判別方法。
【請求項１０】
対物レンズ絞り判別条件にて観察像を撮像する際、１以上の検出器で検出した反射電子または二次電子の信号量に基づいて、対物レンズ絞りの種類もしくは少なくとも対物レンズ絞りがオリフィスであるか否かを判別することを特徴とする請求項９記載の電子顕微鏡の対物レンズ絞り判別方法。
【請求項１１】
前記対物レンズ絞り判別条件は、少なくとも対物レンズと試料との距離に基づいて設定される倍率を含むことを特徴とする請求項９または１０に記載の電子顕微鏡の対物レンズ絞り判別方法。
【請求項１２】
前記対物レンズ絞り判別条件は、観察像に対しコントラストを設定可能レンジの６０％〜９５％、ブライトネスを設定可能レンジの０％〜１０％とする条件であることを特徴とする請求項９から１１のいずれかに記載の電子顕微鏡の対物レンズ絞り判別方法。
【請求項１３】
前記電子顕微鏡は少なくとも二次電子を検出可能な二次電子検出器を備えると共に、二次電子検出器で検出した観察像における二次電子の信号の信号値を変換可能であり、
前記対物レンズ絞り判別条件は対物レンズ絞りの視野欠けが生じるか否かに基づいて対物レンズ絞りの種類を認識可能とする条件であるとともに、
前記電子顕微鏡の対物レンズ絞り判別方法は、対物レンズ絞り判別条件において検出した観察像における対物レンズ絞りの視野欠け部分の二次電子の信号の信号値を第一の所定値以下に変換し、対物レンズ絞りの視野欠け部分以外の二次電子の信号の信号値を第一の所定値よりも大きい第二の所定値以上に変換するようにエッジ処理を行うステップをさらに備えることを特徴とする請求項９から１２のいずれかに記載の電子顕微鏡の対物レンズ絞り判別方法。
【請求項１４】
像観察条件を設定し、電子銃に加速電圧を印加することによって発生させた電子線を対物レンズおよび対物レンズ絞りを通過させて試料に照射し、試料から放出される二次電子または反射電子を検出可能な１以上の検出器で検出しながら試料表面の所望の領域を走査することで、観察像を結像し表示部に表示可能な電子顕微鏡における対物レンズ絞り判別をコンピュータに実行させるための電子顕微鏡の対物レンズ絞り判別プログラムであって、コンピュータに、
対物レンズ絞りの種類を判別するための所定の像観察条件を対物レンズ絞り判別条件として設定する機能と、
対物レンズ絞り判別条件にて撮像された観察像に基づいて、観察像上で対物レンズの絞りを際立たせる方向に、少なくともブライトネスとコントラストを調整する機能と、
調整された観察像に基づいて対物レンズ絞りの種類もしくは少なくとも対物レンズ絞りがオリフィスであるか否かを判別する機能と、
を実現させることを特徴とする電子顕微鏡の対物レンズ絞り判別プログラム。
【請求項１５】
対物レンズ絞り判別条件にて観察像を撮像する際、１以上の検出器で検出した反射電子または二次電子の信号量に基づいて、対物レンズ絞りの種類もしくは少なくとも対物レンズ絞りがオリフィスであるか否かを判別することを特徴とする請求項１４記載の電子顕微鏡の対物レンズ絞り判別プログラム。
【請求項１６】
前記対物レンズ絞り判別条件は、少なくとも対物レンズと試料との距離に基づいて設定される倍率を含むことを特徴とする請求項１４または１５に記載の電子顕微鏡の対物レンズ絞り判別プログラム。
【請求項１７】
前記対物レンズ絞り判別条件は、観察像に対しコントラストを設定可能レンジの６０％〜９５％、ブライトネスを設定可能レンジの０％〜１０％とする条件であることを特徴とする請求項１４から１６のいずれかに記載の電子顕微鏡の対物レンズ絞り判別プログラム。
【請求項１８】
請求項１４から１７のいずれかに記載した電子顕微鏡の対物レンズ絞り判別プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は走査型、透過型等の電子顕微鏡およびその対物レンズ絞り判別方法、電子顕微鏡の対物レンズ絞り判別プログラムならびにコンピュータで読み取り可能な記録媒体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
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】
また、試料のチャージ、揮発成分の蒸発等を防ぎながらＳＥＭ観察を行うことができるＥＳＥＭ（環境制御型ＳＥＭ）等の低真空電子顕微鏡が知られている（例えば特許文献１）。低真空ＳＥＭにおいては、電子銃を備える電子銃室から対物レンズまでの電子光学系から構成される鏡筒部を通常のＳＥＭと同様に１０−３〜１０−５Ｐａの高真空に保ち、試料室を差動排気することにより１〜１０−２Ｐａに試料の状態に合わせて調整し、試料の像観察が行われる。このような低真空像観察においては電子銃室と試料室の真空度が異なることから、差動排気可能なオリフィスが電子銃室と試料室の間に取り付けられる。
【０００６】
【特許文献１】
特開平０９−３２０５０４号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
低真空像観察において、誤ってオリフィス以外の通常の対物レンズ絞りを装着した場合は、鏡筒部を十分な高真空にすることができなくなり、電子銃が放電したり、フィラメントがやせ細って寿命が短くなるなどの不具合が生じるという問題がある。一方、高真空観察においては絞り径の大きな通常絞りを取り付けることで信号量の多い画像を得ることができる。このとき、誤って絞り径の小さな通常絞りやオリフィス絞りを使用した場合には、信号量の少ない画像しか得られず電子顕微鏡の像観察性能を十分に発揮することができないという問題がある。
【０００８】
このように、観察方法によって最適な対物レンズ絞りを取り付けることは電子顕微鏡の故障を防止し、像観察性能を十分に発揮させる上で非常に重要である。しかしながら、従来はどの種類の絞りが電子顕微鏡に取り付けられているかを検出する方法がなかった。このため、ユーザはどの絞りが装着されているかを記憶しておく必要があり、例えば複数のユーザが同一の電子顕微鏡を使用している場合等、前回使用された絞りを把握できないことがあり、問題となっていた。どの種類の絞りが装着されているかを忘れてしまったり、把握できない場合は、絞りを装置から一旦取り外して目視により確認するしか方法がなかった。特に対物レンズ絞りが固定式の電子顕微鏡の場合は、対物レンズ絞りが可動式で装置の外部すなわち大気側からの交換が可能な電子顕微鏡と異なり、対物レンズ絞りが真空の試料室に装着されている。したがって、オリフィスの種類を確認するには一旦試料室を大気圧に戻した上で対物レンズ絞りを取り外し、目視により種類を確認し、さらにその後試料室内を真空に排気する必要があり、多くの時間を要し、また絞りの交換作業は手袋を装着して慎重に行う必要があり、手間もかかるという問題があった。
【０００９】
また、対物レンズ絞りを一度取り外すと絞りの位置がずれるため、ガンアライメント・フォーカスなどの像観察条件を再度設定し直す必要があり、その操作が煩雑であった。さらにまた、どのような像観察条件のときにどの対物レンズ絞りを使用するべきかを、ユーザは知っていなければならなかった。
【００１０】
本発明は、このような問題を解決するためになされたものである。本発明の目的は、対物レンズ絞りを取り外して目視による確認をすることなく電子顕微鏡に取り付けられた絞りの種類を判別することが可能な電子顕微鏡、電子顕微鏡の対物レンズ絞り判別方法、電子顕微鏡の対物レンズ絞り判別プログラムおよびコンピュータで読み取り可能な記録媒体を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１に記載の電子顕微鏡は、像観察条件を設定し、電子銃に加速電圧を印加することによって発生させた電子線を対物レンズおよび対物レンズ絞りを通過させて試料に照射し、試料から放出される二次電子または反射電子を検出可能な１以上の検出器で検出しながら試料表面の所望の領域を走査することで、観察像を結像し表示部に表示可能な電子顕微鏡である。この電子顕微鏡は、対物レンズ絞りの種類を判別するための所定の像観察条件を対物レンズ絞り判別条件として設定する像観察条件設定部と、前記像観察条件設定部で対物レンズ絞り判別条件を設定して撮像された観察像に基づいて対物レンズ絞りの種類もしくは少なくとも対物レンズ絞りがオリフィスであるか否かを判別する対物レンズ絞り判別部とを備えることを特徴とする。この構成によって、例えば低真空観察時にオリフィスが取り付けられているか否かを判別することができ、電子銃が放電したり、フィラメントがやせ細って寿命が短くなるなどの不具合を防止することができる。
【００１２】
また、本発明の請求項２に記載の電子顕微鏡は、像観察条件を設定し、電子銃に加速電圧を印加することによって発生させた電子線を対物レンズおよび対物レンズ絞りを通過させて試料に照射し、試料から放出される二次電子または反射電子を検出可能な１以上の検出器で検出しながら試料表面の所望の領域を走査することで、観察像を結像し表示部に表示可能な電子顕微鏡である。この電子顕微鏡は、対物レンズ絞りの種類を判別するための所定の像観察条件を対物レンズ絞り判別条件として設定する像観察条件設定部と、前記像観察条件設定部で対物レンズ絞り判別条件を設定して撮像された観察像に基づいて対物レンズ絞りの種類を判別する対物レンズ絞り判別部と、電子銃が配置される電子銃室と、試料が配置される試料室と、前記電子銃室と試料室との間で電子銃室と試料室とを異なる真空度に維持するためのオリフィスを装着可能な対物レンズ絞り取付部とを備えている。この電子顕微鏡は、前記像観察条件設定部で対物レンズ絞り判別条件を設定して撮像された観察像に基づいて少なくとも対物レンズ絞りがオリフィスであるか否かを判別可能に構成している。
【００１３】
例えば撮像された観察像に対して絞りの影が顕著に現れるような観察像を意図的に撮像することによって、対物レンズ絞りの種類や絞り径を判別、検出する。これによって対物レンズが通常絞りかオリフィスかを判別したり、あるいは対物レンズの絞り径を測定することが可能となる。さらに対物レンズ絞り判別部の検出結果を、表示部の画面上に表示したり音声でユーザに通知或いは警告を促すことも可能である。
【００１４】
さらに、本発明の請求項３に記載の電子顕微鏡は、請求項１または２に加えて、前記対物レンズ絞り判別部が、前記像観察条件設定部で設定された対物レンズ絞り判別条件において検出された二次電子の信号量に基づいて判別を行うことを特徴とする。
【００１５】
また電子顕微鏡はさらに、前記像観察条件設定部で設定されている像観察条件に基づいて、この条件に適した対物レンズの種類を選択する対物レンズ選択部と、前記対物レンズ絞り判別部の判別結果と前記対物レンズ選択部の選択結果とを対比する対物レンズ対比部とを備える構成としてもよい。これによって、現在設定されている像観察条件に適した対物レンズが装着されているかどうかを判定することもできる。対物レンズ対比部が対物レンズ絞り判別部の判別結果と対物レンズ選択部の選択結果とを対比して、最適な対物レンズが装着されていないことが検出された場合は、ユーザに対し警告を発したり交換を促すガイダンス機能を備える。例えば表示部に交換メッセージを表示したり、警告音や音声で知らせる。これによって、像観察条件に応じた最適な対物レンズの装着を確実にでき、最適な観察結果と得ると共に誤装着による損傷を防止できる。
【００１６】
さらにまた、本発明の請求項４に記載の電子顕微鏡は、請求項１から３のいずれかに加えて、前記対物レンズ絞り判別条件は、オリフィスが取り付けられたときに観察像に視野欠けが生じ、オリフィス以外の対物レンズ絞りが取り付けられたときには視野欠けが生じない条件であることを特徴とする。対物レンズ絞り判別条件として、例えばスポットサイズを大きく、コントラスト・ブライトネスを異常にして信号量を多くすることで、オリフィスの絞りの影が際立たせることができる。これによって、例えば低真空観察時にオリフィスが取り付けられているか否かをオリフィスの視野欠けに基づいて確実に判別することができる。
【００１７】
さらにまた、本発明の請求項５に記載の電子顕微鏡は、請求項１から４のいずれかに加えて、前記対物レンズ絞り判別条件は、少なくとも対物レンズと試料との距離に基づいて設定される倍率を含むことを特徴とする。この構成によって、対物レンズと試料との距離であるワーキングディスタンスを任意の距離として対物レンズ絞りの判別を行うことができる。
【００１８】
さらにまた、本発明の請求項６に記載の電子顕微鏡は、請求項１から５のいずれかに加えて、前記対物レンズ絞り判別条件は、観察像に対しコントラストを設定可能レンジの６０％〜９５％、ブライトネスを設定可能レンジの０％〜１０％とする条件であることを特徴とする。これによって、オリフィスを装着している場合のオリフィスの絞りの影が際立つような対物レンズ絞り判別条件とすることができる。
【００１９】
さらにまた、本発明の請求項７に記載の電子顕微鏡は、請求項１から６のいずれかに加えて、前記電子顕微鏡は少なくとも二次電子を検出可能な二次電子検出器を備えており、前記像観察条件設定部が対物レンズの絞りの影を際立たせる条件に対物レンズ絞り判別条件を設定し、前記対物レンズ絞り判別部が、前記像観察条件設定部で設定された対物レンズ絞り判別条件において検出された二次電子の信号量に基づいて判別を行うことを特徴とする。この構成によって、観察像の表面状態による対物レンズ絞りの誤判別を防止することができる。
【００２０】
さらにまた、本発明の請求項８に記載の電子顕微鏡は、請求項７に加えて、前記対物レンズ絞り判別部は、撮像された観察像もしくは二次電子の信号量に基づいて対物レンズ絞りの絞り径を測定する対物レンズ絞り径測定部を備えることを特徴とする。この構成によって、ユーザは対物レンズ絞りの絞り径を容易に認識することができる。
【００２１】
また、本発明の請求項９に記載の電子顕微鏡の対物レンズ絞り判別方法は、像観察条件を設定し、電子銃に加速電圧を印加することによって発生させた電子線を対物レンズおよび対物レンズ絞りを通過させて試料に照射し、試料から放出される二次電子または反射電子を検出可能な１以上の検出器で検出しながら試料表面の所望の領域を走査することで、観察像を結像し表示部に表示可能な電子顕微鏡における対物レンズ絞り判別方法である。この方法は、対物レンズ絞りの種類を判別するための所定の像観察条件を対物レンズ絞り判別条件として設定するステップと、対物レンズ絞り判別条件にて撮像された観察像に基づいて、観察像上で対物レンズの絞りを際立たせる方向に、少なくともブライトネスとコントラストを調整するステップと、調整された観察像に基づいて対物レンズ絞りの種類もしくは少なくとも対物レンズ絞りがオリフィスであるか否かを判別するステップとを備えることを特徴とする。
【００２２】
さらに、本発明の請求項１０に記載の電子顕微鏡の対物レンズ絞り判別方法は、請求項９に加えて、対物レンズ絞り判別条件にて観察像を撮像する際、１以上の検出器で検出した反射電子または二次電子の信号量に基づいて、対物レンズ絞りの種類もしくは少なくとも対物レンズ絞りがオリフィスであるか否かを判別することを特徴とする。
【００２３】
さらにまた、本発明の請求項１１に記載の電子顕微鏡の対物レンズ絞り判別方法は、請求項９または１０に加えて、前記対物レンズ絞り判別条件は、少なくとも対物レンズと試料との距離に基づいて設定される倍率を含むことを特徴とする。
【００２４】
さらにまた、本発明の請求項１２に記載の電子顕微鏡の対物レンズ絞り判別方法は、請求項９から１１のいずれかに加えて、前記対物レンズ絞り判別条件は、観察像に対しコントラストを設定可能レンジの６０％〜９５％、ブライトネスを設定可能レンジの０％〜１０％とする条件であることを特徴とする。
【００２５】
さらにまた、本発明の請求項１３に記載の電子顕微鏡の対物レンズ絞り判別方法は、請求項９または１２のいずれかに加えて、前記電子顕微鏡は少なくとも二次電子を検出可能な二次電子検出器を備えると共に、二次電子検出器で検出した観察像における二次電子の信号の信号値を変換可能であり、前記対物レンズ絞り判別条件は対物レンズ絞りの視野欠けが生じるか否かに基づいて対物レンズ絞りの種類を認識可能とする条件であるとともに、前記電子顕微鏡の対物レンズ絞り判別方法は、対物レンズ絞り判別条件において検出した観察像における対物レンズ絞りの視野欠け部分の二次電子の信号の信号値を第一の所定値以下に変換し、対物レンズ絞りの視野欠け部分以外の二次電子の信号の信号値を第一の所定値よりも大きい第二の所定値以上に変換するようにエッジ処理を行うステップをさらに備えることを特徴とする。
【００２６】
また、本発明の請求項１４に記載の電子顕微鏡の対物レンズ絞り判別プログラムは、像観察条件を設定し、電子銃に加速電圧を印加することによって発生させた電子線を対物レンズおよび対物レンズ絞りを通過させて試料に照射し、試料から放出される二次電子または反射電子を検出可能な１以上の検出器で検出しながら試料表面の所望の領域を走査することで、観察像を結像し表示部に表示可能な電子顕微鏡における対物レンズ絞り判別をコンピュータに実行させるための電子顕微鏡の対物レンズ絞り判別プログラムである。このプログラムは、コンピュータに、対物レンズ絞りの種類を判別するための所定の像観察条件を対物レンズ絞り判別条件として設定する機能と、対物レンズ絞り判別条件にて撮像された観察像に基づいて、観察像上で対物レンズの絞りを際立たせる方向に、少なくともブライトネスとコントラストを調整する機能と、調整された観察像に基づいて対物レンズ絞りの種類もしくは少なくとも対物レンズ絞りがオリフィスであるか否かを判別する機能とを実現させることを特徴とする。
【００２７】
さらに、本発明の請求項１５に記載の電子顕微鏡の対物レンズ絞り判別プログラムは、請求項１４に加えて、対物レンズ絞り判別条件にて観察像を撮像する際、１以上の検出器で検出した反射電子または二次電子の信号量に基づいて、対物レンズ絞りの種類もしくは少なくとも対物レンズ絞りがオリフィスであるか否かを判別することを特徴とする。
【００２８】
さらにまた、本発明の請求項１６に記載の電子顕微鏡の対物レンズ絞り判別プログラムは、請求項１４または１５に加えて、前記対物レンズ絞り判別条件は、少なくとも対物レンズと試料との距離に基づいて設定される倍率を含むことを特徴とする。
【００２９】
さらにまた、本発明の請求項１７に記載の電子顕微鏡の対物レンズ絞り判別プログラムは、請求項１４から１６のいずれかに加えて、前記対物レンズ絞り判別条件は、観察像に対しコントラストを設定可能レンジの６０％〜９５％、ブライトネスを設定可能レンジの０％〜１０％とする条件であることを特徴とする。
【００３０】
さらに、本発明の請求項１８に記載されたコンピュータで読み取り可能な記録媒体は、請求項１４から１７のいずれかに記載した電子顕微鏡の対物レンズ絞り判別プログラムを記録したことを特徴とする。
【００３１】
記録媒体には、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷやフレキシブルディスク、磁気テープ、ＭＯ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ−Ｒ、ＤＶＤ−ＲＷ、ＤＶＤ＋Ｒ、ＤＶＤ＋ＲＷ等の磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、半導体メモリその他のプログラムを格納可能な媒体が含まれる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
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、電子顕微鏡の対物レンズ絞り判別方法、電子顕微鏡の対物レンズ絞り判別プログラムおよびコンピュータで読み取り可能な記録媒体を例示するものであって、本発明は電子顕微鏡、電子顕微鏡の対物レンズ絞り判別方法、電子顕微鏡の対物レンズ絞り判別プログラムおよびコンピュータで読み取り可能な記録媒体を以下のものに特定しない。
【００３３】
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。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、詳細説明を随時省略する。
【００３４】
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、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やＲＳ−４２２、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、ＩＥＥＥ８０２．１１ｘ、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。
【００３５】
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。この電子顕微鏡の対物レンズ絞り判別プログラムは、図１のコンピュータ１にインストールされ、電子顕微鏡の像観察条件の設定や各種操作を行う。
【００３６】
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は、電子銃室７０に配置され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、非点収差を補正する非点収差補正コイル１７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、電子プローブを試料に焦点合わる対物レンズ１９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とを備える。
【００３７】
鏡筒部８０には、電子銃７、ガンアライメントコイル９、収束レンズ１２、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等が配置される。一方、試料室３１には、試料２０を載置する試料台３３、二次電子検出器２１、反射電子検出器２２、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はＸ、Ｙ、Ｚ移動、回転、傾斜機能を備える。電子銃室７０が配置された鏡筒部８０と試料室３１の間には、オリフィスおよび各種絞り径の対物レンズ絞りが取り付け可能に構成されている。
【００３８】
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、排気系ポンプ３０としてロータリーポンプ、油拡散ポンプが主として用いられる。排気系ポンプ３０は鏡筒部８０および試料室３１と接続されており、鏡筒部８０を通常のＳＥＭと同様に１０−３〜１０−５Ｐａの高真空に保ち、試料室を差動排気することにより１〜１０−２Ｐａに試料の状態に合わせて調整し、試料の像観察を行うことが可能である。このような低真空像観察においては電子銃室７０と試料室３１の真空度が異なることから、対物レンズ絞り１３として差動排気可能なオリフィスが電子銃室７０と試料室３１の間に取り付けられる。図１および図２に示すように、電子銃室７０から対物レンズまでの電子光学系から構成される鏡筒部８０と、試料室３１との間には対物レンズ絞りを装着するための対物レンズ絞り取付部Ｐが設けられる。対物レンズ絞り取付部Ｐには、図２に示すように通常絞り１３ａあるいは径の小さいオリフィス１３ｂが取り付け可能に構成される。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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取り付けられている。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。
【００４２】
［試料台］
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、試料台の観察位置を移動、調整させるため、試料台のＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｒ軸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のＺ軸方向の調整が可能である。
【００４３】
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。
【００４４】
［対物レンズ絞り判別］
図３〜図６を用いて、本発明の電子顕微鏡における対物レンズ絞り判別を説明する。本発明の電子顕微鏡は、対物レンズ絞りの種類を判別するための所定の像観察条件を対物レンズ絞り判別条件として設定可能であり、対物レンズ絞り判別条件を設定して撮像された観察像に基づいて対物レンズ絞りの種類を判別可能に構成される。
【００４５】
対物レンズ絞り１３がオリフィスであるか否かを判別する場合、対物レンズ絞り判別条件は、オリフィスが取り付けられたときに図３（ｂ）に示すように試料の観察像の画像部分Ｉの周辺にオリフィスの視野欠けＳが生じ、オリフィス以外の通常の対物レンズ絞りが取り付けられたときには図３（ａ）に示すようにオリフィスの視野欠けＳが生じない試料の観察像の画像部分Ｉのみが像観察される条件に設定される。このような条件は、例えば倍率によって設定することができる。このとき、対物レンズ絞り判別条件に対応する倍率は、ワーキングディスタンスによってその値が異なるため、ワーキングディスタンスに応じた倍率が設定される。一般には、低倍率が使用される。
【００４６】
対物レンズ絞り判別における電子顕微鏡の動作の一例を説明する。まず、レンズ系の中心を通過するように自動的に補正するオートガンアライメント、フォーカスを自動的に調整するオートフォーカスが行われる。次に、オリフィスが取り付けられたときに観察像に視野欠けが生じ、オリフィス以外の対物絞りレンズが取り付けられたときには視野欠けが生じない倍率が設定される。この倍率は、ワーキングディスタンスによってその値が異なるため、ワーキングディスタンスに応じた倍率が設定される。このワーキングディスタンスに応じた倍率は、例えばワーキングディスタンスに対応する倍率を記憶させたテーブルに基づいて設定することができ、また、ワーキングディスタンスに対応する倍率の演算式に基づいて設定することもできる。
【００４７】
さらに、二次電子検出器２１に適した電子線のスポットサイズが設定される。この二次電子検出器２１に適した電子線のスポットサイズは検出器によってそのサイズが異なることから、その電子顕微鏡の検出器に応じたスポットサイズが設定される。この電子顕微鏡の検出器に応じたスポットサイズの設定は、例えば対物レンズ絞り判別プログラムがインストールされたコンピュータ１が電子顕微鏡に備えられた検出器の種類を判別し、その検出した検出器の種類に応じてスポットサイズの設定を行うように構成することができる。このとき設定されるスポットサイズは、例えば設定可能レンジのおよそ中心値に設定される。
【００４８】
次に、設定された対物レンズ絞り判別条件に基づいて、実際に観察像を撮像することで二次電子信号を取得する。まず、電子銃７に加速電圧を印加することによって発生させた電子線８を、対物レンズ１９および対物レンズ絞り１３を通過させて試料２０に照射する。そして、二次電子検出器２１によって試料２０から放出される二次電子を検出しながら試料表面の所望の領域を走査することで、得られた観察像における二次電子の信号を取得する。この二次電子の信号は、例えば輝度信号に変換される。この場合、オリフィス以外の対物レンズ絞りが取り付けられたときには視野欠けＳがない図３（ａ）のような観察像が得られ、オリフィスが取り付けられたときには、視野欠けＳがある図３（ｂ）のような観察像が得られる。
【００４９】
このように、図３のような試料の観察像の画像部分Ｉが均質な画像が得られる場合、ユーザは観察像を見ることによって通常絞りが装着されているか、オリフィスが装着されているかを視覚的に容易に判別することができる。ただ、例えば試料の観察像の画像部分の中央に、二次電子の信号量の大きい円形の領域が存在し、その周辺に信号量の小さい領域が存在する場合は、通常の観察像の表示と同様の輝度信号を用いて表示すると、ユーザは対物レンズ絞り１３がオリフィスであるか否かを誤判別する可能性がある。
【００５０】
図４（ａ）に、オリフィス以外の対物レンズ絞りが取り付けられた状態で、試料の観察像の画像部分の中央に信号値の大きい白っぽい略四角形状の高輝度領域Ｈが存在し、その周辺に信号値が中間程度の中間色で表現された中間輝度領域Ｍが存在する観察像の例を示す。図４（ａ）の観察像の例では、適度な中間階調が得られた画像となっている。この例では、高輝度領域Ｈが略四角形状であり、オリフィスの視野欠けと誤判別するケースは少ないと考えられるが、高輝度領域Ｈが円形である場合は誤判別が起こりうると考えられる。特に、その周辺の領域が信号値が小さい黒っぽい領域であった場合は、オリフィスの視野欠けと誤判別するケースは少なくないと考えられる。
【００５１】
この図４（ａ）の観察像における図面上縦方向の中間における水平方向の一点鎖線Ｃ上の点を横軸としたときの二次電子信号のグラフを図４（ｂ）に示す。図４（ｂ）においては、高輝度領域Ｈに対応する領域の二次電子信号は信号値の大きい値でばらついており、中間輝度領域Ｍに対応する領域の二次電子信号は信号値が比較的小さい値でばらついている。
【００５２】
次に、図４（ａ）の試料をオリフィスが取り付けられた状態で像観察した観察像の例を図５（ａ）に示す。この観察像においては、試料の観察像の画像部分の中央に信号値の大きい白っぽい略四角形状の高輝度領域Ｈが存在し、その周辺に信号値が中間程度の中間色で表現された中間輝度領域Ｍが存在するとともに、さらに周囲に中央部が円形に抜かれた形状の黒っぽい低輝度領域Ｌが存在する。さらにこの図５（ａ）の観察像における図面上縦方向の中間における水平方向の一点鎖線Ｃ上の点を横軸としたときの二次電子信号のグラフを図５（ｂ）に示す。図５（ｂ）においては、高輝度領域Ｈに対応する二次電子信号が信号値の大きい値でばらついている領域と、中間輝度領域Ｍに対応する二次電子信号が信号値の比較的小さい値でばらついている領域と、それらの領域の両端にほぼ最小値で一定となっている低輝度領域Ｌに対応する領域とが存在する。
【００５３】
これら図４（ｂ）および図５（ｂ）との比較から、観察像における図面上縦方向の中間における水平方向の一点鎖線Ｃ上の点を横軸としたときの二次電子信号が両端部において最小値でかつ一定であるか否かによって、対物レンズ絞り１３がオリフィスであるか否かを自動的に判別する構成とすることが考えられる。しかしながら、例えば試料の観察像の画像部分の中央に、信号値の大きい円形の領域が存在し、その周辺に信号値が最小値となる程度に小さい領域が存在する場合は、同様に、対物レンズ絞り１３がオリフィスであるか否かを誤判別する可能性が残されている。特に、コントラストおよびブライトネスの設定条件によっては、このような二次電子信号の信号値が最小値となる程度に小さい領域が存在することがある。また、二次電子信号のノイズあるいはそのオリフィスの視野欠けの境界近傍の二次電子信号が小さい場合は、オリフィスの視野欠けの境界を確実に検出することは容易ではない。
【００５４】
そこで、本発明の実施の形態に係る電子顕微鏡は、像観察条件をオリフィスの視野欠けを際立たせる対物レンズ絞り判別条件に設定することで、図６（ａ）に示すように視野欠け部分を強調した観察像、または図６（ｂ）に示すような二次電子信号の分布を得る。具体的には、試料の観察像の画像部分がすべて高輝度で飽和し、白くとんだような画像に調整することで、視野欠け部分の境界線を際立たせるものである。オリフィスの視野欠け部分とオリフィスの視野欠け部分以外の境界部分が顕著となるように調整することで、装着されているのがオリフィスか通常絞りかを確実に判別でき、目視あるいは自動検出のいずれにおいても誤認識を少なくできる。
【００５５】
図６は、対物レンズ絞り判別条件で撮像された観察像を図６（ａ）に、図６（ａ）の観察像において縦方向の中間における水平方向の一点鎖線Ｃ上における検出された二次電子の信号量を図６（ｂ）にそれぞれ示している。この図に示すように、オリフィス装着時の二次電子信号に基づく観察像は、中間階調（グレー）をほとんど含まない、オリフィスの視野欠け部分（低輝度領域）Ｌが黒、オリフィスの視野欠け部分以外の部分（高輝度領域Ｈ）が白といった異常な画像として表示部２８に表示される。
【００５６】
一方、オリフィスが取り付けられていないとき、二次電子信号に基づく観察像は、オリフィスの視野欠け部分に対応する黒い部分がなく画像全面が白い画像となる。したがって、二次電子信号に基づく観察像から、図６（ａ）に示すような画像の中心部が白い円形でありかつその円形部以外の部分が黒い画像であるか、あるいは画像全面がほぼ白い画像であるかに基づいて、ユーザはオリフィスが取り付けられているか否かを判別することが可能である。あるいは観察像を取得あるいは表示しなくとも、図６（ａ）に示す二次電子信号量からも同様にオリフィス装着か否かを判別することができる。
【００５７】
このような観察像または二次電子信号量を得る対物レンズ絞り判別条件は、例えばコントラストおよびブライトネスを設定することによって行うことができる。具体的には、コントラストを設定可能レンジに対して約７０％、ブライトネスを設定可能レンジに対して最小値に設定することによって、オリフィスの影を際立たせることができる。コントラストは、強い方が好ましいが、強すぎると却ってエッジの境界がぼやけてしまうため、設定可能なレンジの約５０％〜９５％、好ましくは６０％〜９０％、より好ましくは６５〜８５％、最も好ましくは６５％〜７５％とする。またブライトネスは、黒部分を強調するため低く抑えることが望ましく、好ましくは、０〜２０％、より好ましくは０〜１０％、最も好ましくは０〜５％とする。
【００５８】
また、絞りの影のエッジを際立たせるためには、コントラストやブライトネスといったパラメータに限られず、これ以外のパラメータであっても絞りの影の有無を自動検出できるような観察条件を単独もしくは組み合わせで実現できればよい。このような視野欠け度合いに影響するパラメータとしては、試料の二次電子発生効率、試料の構造、検出器の種類、フォーカス、ガンアライメント、倍率、ワーキングディスタンス、スポットサイズ等がある。これらのパラメータの組み合わせによって、視野欠けのエッジを強調することが可能である。
【００５９】
対物レンズ絞り判別条件は、像観察条件設定部にて行われる。また像観察条件設定部で対物レンズ絞り判別条件を設定して撮像された観察像に基づいて、対物レンズ絞り判別部が対物レンズ絞りの種類、特に通常絞りかオリフィスかの判定や絞り径の演算を行う。絞り径の演算もしくは測定は、対物レンズ絞り径測定部で行われる。これら像観察条件設定部、対物レンズ絞り判別部、対物レンズ絞り径測定部は、ソフトウェア的に実現することも、専用の部材を設けることもできる。図１においてはコンピュータ１や中央演算処理部２でこれらの機能を実現することができる。
【００６０】
上記の例では、測定された観察像や二次電子信号の検出量そのものに基づいて対物レンズ絞りの種類を判別する例を説明したが、測定された観察像や二次電子信号の検出量に所定の処理を行って対物レンズ絞りの種類を判別する方法とすることもできる。例えば、取得された観察像における二次電子の信号について、対物レン観察像におけるオリフィスの視野欠け部分の二次電子の信号の信号値を第一の所定値以下に変換し、オリフィスの視野欠け部分以外の部分の二次電子の信号の信号値を第一の所定値よりも大きい第二の所定値以上に変換されるようにエッジ処理を行う。その結果、例えば図６（ｂ）において、オリフィスの視野欠け部分に対応する低輝度領域Ｌの信号が第一の所定値として最小値に変換され、またオリフィスの視野欠け部分以外の部分に対応する領域の最大値と最小値の間である中間的な値がほとんど第二の所定値として最大値に変換される。このときの二次電子の信号に基づく輝度信号による観察像は、中間階調（グレー）をほとんど含まない、オリフィスの視野欠け部分（低輝度領域）Ｌが黒、オリフィスの視野欠け部分以外の部分（高輝度領域Ｈ）が白といった異常な画像として表示部２８に表示される。一方、オリフィスが取り付けられていないとき、エッジ処理された二次電子の信号に基づく輝度信号による観察像は、オリフィスの視野欠け部分に対応する黒い部分がなく画像全面が白い画像となる。したがって、エッジ処理された二次電子の信号に基づく輝度信号による観察像が、図６（ａ）に示すような画像の中心部が白い円形でありかつその円形部以外の部分が黒い画像であるか、あるいは画像全面がほぼ白い画像であるかに基づいて、ユーザはオリフィスが取り付けられているか否かを判別することが可能である。このように二次電子の信号をエッジ処理することによって、オリフィスの視野欠け部分とオリフィスの視野欠け部分以外の部分を識別しやすくすることができる。ユーザが、オリフィスの視野欠け部分がある画像と、例えば観察像の中心に二次電子信号発生量の大きい球体等がある試料の画像とを、画面上からより識別しやすくするためである。
【００６１】
また、ここでは、取得された観察像における二次電子の信号が、オリフィスの視野欠け部分の信号値を最小値に変換し、オリフィスの視野欠け部分以外の信号値を最大値に変換されるようにエッジ処理される例を示したが、例えば取得された観察像における二次電子の信号は、オリフィスの視野欠け部分の信号値を第一の所定値以下に変換し、オリフィスの視野欠け部分以外の信号値を第一の所定値よりも大きい第二の所定値以上に変換されるようにエッジ処理されるよう構成することもできる。さらには、視野欠け部分を抽出するため設定された閾値を所定値として設定し、オリフィスの視野欠け部分以外の信号値が閾値よりも大きくなるようにコントラストおよびブライトネス等を設定することもできる。
【００６２】
［電子顕微鏡による自動認識］
さらに、電子顕微鏡が対物レンズ絞りがオリフィスであるか否かを自動的に判別し、その判別結果をユーザが認識可能なように表示する、あるいはユーザに通知するよう構成することもできる。例えば、結像した観察像の中心部が白い円形でありかつその円形部以外の部分が黒い画像であるか、あるいは画像全面がほぼ白い画像であるかを、電子顕微鏡がオリフィスの視野欠け部分の信号値と視野欠け部分以外の信号値を１または０に２値化し、画像処理によるパターンマッチングに基づいて判別する。また、画像処理された画像データの輝度の高いピクセルを検出してパターンマッチングする方法、得られた観察像の中心付近を通る線上での二次電子信号の波形パターンが両端の領域において最小値近傍で平坦であるか、あるいは矩形状であるかを判別する方法、波形パターンを微分してエッジを検出する方法等に基づいて判別することができる。さらにまた、判別結果は、表示部に表示して視覚的に認識可能とするだけでなく、例えばスピーカによる音声案内やアラーム等の効果音といった聴覚で認識可能に構成することもできる。
【００６３】
［対物レンズ絞りの絞り径判別］
また、本発明は、対物レンズ絞りがオリフィスであるか否かを判別するのみならず、対物レンズ絞りの絞り径を判別あるいは演算することも可能である。絞り径の判別においては、少なくとも最大絞り径の対物レンズ絞り以外の対物レンズ絞りが取り付けられたときに観察像に視野欠けが生じる条件に設定される。このような条件は、上記と同様に倍率によって設定することができる。このとき、対物レンズ絞り判別条件に対応する倍率は、ワーキングディスタンスによってその値が異なるため、ワーキングディスタンスに応じた倍率が設定される。このような条件において観察像を取得し、あるいは二次電子信号量を表示する。次に、図６（ｂ）に示す二次電子信号量の波形パターンの矩形パルス幅Ｄが検出され、ワーキングディスタンスおよび倍率に基づいてその絞り径が演算される。矩形パルス幅Ｄは、例えば矩形パルス波形の所定値を超える領域として検出することができる。この所定値は、振幅すなわち二次電子信号量の最大値と最小値との中間値としてもよい。
【００６４】
この絞り径の判別は、演算された波形パターンの矩形パルス幅Ｄの値を演算結果として表示する他、予め電子顕微鏡に取り付け可能な複数種の対物レンズ絞り１３の絞り径を記憶しておき、演算された値と予め記憶された複数種の絞り径とを比較して選択肢の中から演算された数値に近い絞り径を選択して、判別結果とするよう構成してもよい。このようにして判別された絞り径は、例えば表示部２８に表示される。
【００６５】
対物レンズ絞り判別は、例えば操作系にスイッチ等の対物レンズ絞り判別を実行させる手段を設けて、ユーザが任意に対物レンズ絞り判別を行うよう構成してもよい。また、高真空観察から低真空観察への像観察条件の変更など対物レンズ絞りを交換すべき像観察条件に変更された場合に、自動的に対物レンズ絞り判別を実行するよう構成してもよい。
【００６６】
また、複数種の絞り径をより確実に検出するために、複数の倍率を設定して、各倍率毎に観察像の対物レンズ絞り判別処理を行って二次電子信号の波形パターンの矩形パルス幅Ｄの値を演算し、これらを平均した値を対物レンズ絞りの絞り径の演算結果として表示することもできる。
【００６７】
以上の例では、対物レンズ絞りの種類の判別を二次電子検出器によって検出された二次電子信号に基づいて判別する二次電子検出器によって検出された二次電子信号に基づいて判別する例を示した。対物レンズ絞りの種類の判別は、試料の表面の幾何学的形状が観察される二次電子信号を用いることが好ましいが、これに限られるものでなく、例えば対物レンズ絞りの種類の判別を反射電子検出器によって検出された反射電子信号に基づいて判別することも可能である。
【００６８】
これによって、上記実施の形態は試料の二次電子発生効率や電子顕微鏡の構造によらず絞りの種類やその絞り径を検出することができる。この方法は、特別なハードウェアを付加することなく、既存の電子顕微鏡に適用可能であるため、安価にかつ容易に実現できるというメリットがある。
【００６９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば対物レンズ絞りを取り外して目視による確認をすることなく電子顕微鏡に取り付けられた絞りの種類を判別することが可能な電子顕微鏡、電子顕微鏡の対物レンズ絞り判別方法、電子顕微鏡の対物レンズ絞り判別プログラムおよびコンピュータで読み取り可能な記録媒体が実現される。このように煩雑な作業を必要とすることなく対物レンズ絞りを判別できることから、固定式対物レンズ絞り電子顕微鏡および可動式対物レンズ絞り電子顕微鏡のいずれにおいても、最適な対物レンズ絞りを取り付けることにより電子顕微鏡の故障を防止し、像観察性能を十分に発揮させることができる。特に、固定式対物レンズ絞り電子顕微鏡においては、対物レンズ絞りの目視による確認のために費やす真空に排気するための時間を不要とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係る走査型電子顕微鏡の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の一実施例に係る走査型電子顕微鏡に取り付けられる通常絞りおよびオリフィスと、その取り付け位置を示す概略図である。
【図３】本発明の一実施例に係る走査型電子顕微鏡の対物レンズ絞り判別条件において、通常絞りおよびオリフィスを用いたときの観察像の一例である。
【図４】本発明の一実施例に係る走査型電子顕微鏡の対物レンズ絞り判別条件において、通常絞りを用いたときの観察像および二次電子信号の一例である。
【図５】本発明の一実施例に係る走査型電子顕微鏡の対物レンズ絞り判別条件において、オリフィスを用いたときの観察像および二次電子信号の一例である。
【図６】本発明の一実施例に係る走査型電子顕微鏡の対物レンズ絞り判別条件において、オリフィスを用いたときの対物レンズ絞り判別処理された観察像および二次電子信号の一例である。
【符号の説明】
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
１３ａ・・・通常絞り
１３ｂ・・・オリフィス
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
７０・・・電子銃室
８０・・・鏡筒部
９０・・・オリフィス装着部
Ｐ・・・対物レンズ絞り取付部
Ｉ・・・試料の観察像の画像部分
Ｓ・・・視野欠け
Ｈ・・・高輝度領域
Ｌ・・・低輝度領域
Ｄ・・・波形パターンの矩形パルス幅
Ｃ・・・一点鎖線
【図１】
2004220832.tif 000003
【図２】
2004220832.tif 000004
【図３】
2004220832.tif 000005
【図４】
2004220832.tif 000006
【図５】
2004220832.tif 000007
【図６】
2004220832.tif 000008