(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子線源と該電子線源からの電子線を二次元走査する偏向コイルと該電子線を試料上に集束させる対物レンズとを有する電子光学系と、該電子光学系を制御する制御部と、上記対物レンズの温度管理を行う対物レンズ温度管理部と、を有し、該対物レンズ温度管理部は、上記対物レンズへ励磁電流を供給する対物レンズ温度制御電源と上記対物レンズに供給する励磁電流を切替えるための対物レンズ電源切替部と、を有し、該対物レンズ電源切替部は、試料観察を行う観察モードのとき上記制御部からの励磁電流を上記対物レンズに供給し、試料観察を行わない待機モードのとき上記対物レンズ温度制御電源からの励磁電流を上記対物レンズに供給するように構成されていることを特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項２】
請求項１記載の走査電子顕微鏡において、上記電子光学系に対して常時電源が接続され、上記制御系に対して、上記観察モードでは電源が接続され上記待機モードでは電源が接続されないことを特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項３】
請求項１記載の走査電子顕微鏡において、上記対物レンズ温度管理部は、上記待機モードのとき、上記電子銃に印加する加速電圧及び試料高さの設定値に基づいて、上記対物レンズ温度制御電源から上記対物レンズに供給する励磁電流を制御することを特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項４】
請求項１記載の走査電子顕微鏡において、上記対物レンズ温度管理部は、上記待機モードのとき、上記対物レンズの温度の設定値に基づいて、上記対物レンズ温度制御電源から上記対物レンズに供給する励磁電流を制御することを特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項５】
請求項４記載の走査電子顕微鏡において、上記対物レンズの温度の設定値は、前回の試料観察時における上記対物レンズの温度に等しいことを特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項６】
請求項４記載の走査電子顕微鏡において、上記対物レンズの温度の設定値は、過去の試料観察時における上記対物レンズの温度の平均値に等しいことを特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項７】
請求項４記載の走査電子顕微鏡において、上記対物レンズの温度の設定値は、過去の試料観察時における上記対物レンズの温度の最大値と最小値の間の中間値に等しいことを特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項８】
請求項１記載の走査電子顕微鏡において、上記対物レンズ温度管理部は、上記対物レンズの温度を検出するための対物レンズ温度検出部と上記対物レンズ温度制御電源を制御するための対物レンズ温度制御部と、を有し、該対物レンズ温度制御部は、上記対物レンズ温度検出部によって検出された上記対物レンズの現在の温度に基づいて上記対物レンズ温度制御電源を制御することを特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項９】
請求項１記載の走査電子顕微鏡において、上記制御系は上記対物レンズに励磁電流を供給するための定電流回路を有し、該定電流回路は、誤差増幅器、検出抵抗、スイッチ、トランジスタ及び定電流源を有し、上記待機モードでは、上記スイッチの作動によって、上記対物レンズ温度制御電源からの電流は、上記対物レンズ電源切替部を経由して、上記対物レンズに流れ、上記検出抵抗を経由して上記対物レンズ温度制御電源に戻ることを特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項１０】
請求項１記載の走査電子顕微鏡において、上記制御系は上記対物レンズに励磁電流を供給するための定電流回路を有し、該定電流回路は、誤差増幅器、検出抵抗、スイッチ、トランジスタ及び定電流源を有し、上記観察モードでは、上記スイッチの作動によって、上記定電流源からの電流は、上記対物レンズ、及び、上記トランジスタを経由して上記検出抵抗に流れ、上記対物レンズへの励磁電流は、上記検出抵抗によって電圧に変換され、上記誤差増幅器に負帰還されることを特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項１１】
請求項１記載の走査電子顕微鏡において、上記対物レンズを冷却水によって冷却する冷却手段が設けられ、上記観察モードでは、上記冷却手段は上記対物レンズに冷却水を供給し、上記待機モードでは、上記冷却手段は上記対物レンズに冷却水を供給しないように構成されていることを特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項１２】
電子線源と該電子線源からの電子線を二次元走査する偏向コイルと該電子線を試料上に集束させる対物レンズとを有する電子光学系と、該電子光学系を制御する制御部と、を有する走査電子顕微鏡の駆動方法において、
試料観察を行う観察モードのとき上記制御部からの励磁電流を上記対物レンズに供給することと、
試料観察を行わない待機モードのとき上記制御部とは別に設けられた対物レンズ温度制御電源からの励磁電流を上記対物レンズに供給することと、
を有する走査電子顕微鏡の駆動方法。
【請求項１３】
請求項１２記載の走査電子顕微鏡の駆動方法において、上記電子光学系に対して常時電源を接続し、上記制御系に対して、上記観察モードでは電源を接続し上記待機モードでは電源を接続しないことを特徴とする走査電子顕微鏡の駆動方法。
【請求項１４】
請求項１２記載の走査電子顕微鏡の駆動方法において、
上記電子銃に印加する加速電圧及び試料高さの設定値を選択することと、
上記待機モードのとき、上記加速電圧及び試料高さの設定値に基づいて、上記対物レンズ温度制御電源から上記対物レンズに供給する励磁電流を制御することと、
を有することを特徴とする走査電子顕微鏡の駆動方法。
【請求項１５】
請求項１２記載の走査電子顕微鏡の駆動方法において、
上記対物レンズの温度の設定値を選択することと、
上記待機モードのとき、上記対物レンズの温度の設定値に基づいて、上記対物レンズ温度制御電源から上記対物レンズに供給する励磁電流を制御することと、
を有することを特徴とする走査電子顕微鏡の駆動方法。
【請求項１６】
請求項１５記載の走査電子顕微鏡の駆動方法において、上記対物レンズの温度の設定値は、前回の試料観察時における上記対物レンズの温度に等しいことを特徴とする走査電子顕微鏡の駆動方法。
【請求項１７】
請求項１５記載の走査電子顕微鏡の駆動方法において、上記対物レンズの温度の設定値は、過去の試料観察時における上記対物レンズの温度の平均値に等しいことを特徴とする走査電子顕微鏡の駆動方法。
【請求項１８】
請求項１５記載の走査電子顕微鏡の駆動方法において、上記対物レンズの温度の設定値は、過去の試料観察時における上記対物レンズの温度の最大値と最小値の間の中間値に等しいことを特徴とする走査電子顕微鏡の駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、走査電子顕微鏡に関し、特に、試料上に電子ビームを集束させる対物レンズを構成要素として持ち試料観察をする走査電子顕微鏡に関する。
【背景技術】
【０００２】
走査電子顕微鏡は、電子線を発生する電子銃、電子線を集束する各種レンズ系、試料表面を二次元走査するための偏向系を構成要素とする。これらの構成要素に印加する電圧、電流を適切に制御して試料表面に細く電子線を照射し、そこから発生する信号に基づいて走査電子像を形成する。これら構成要素に、電子線を試料表面に集束させ画像の焦点合わせを行う対物レンズが含まれる。電子線を試料上にできるだけ細く集束させるためには強い磁場が必要である。このような磁場を発生するために対物レンズの励磁コイルに数アンペア程度の大電流を流すのが一般的である。
【０００３】
また、対物レンズの焦点距離は、励磁コイルに流す電流によって変化し、僅かな電流変動が画像のぼけとして認識される。そのため、励磁コイルに流す電流は高い安定度が必要とされる。
【０００４】
一般に高い安定度の電流を得るためには定電流回路が用いられる。定電流回路では、検出抵抗と呼ばれる抵抗に電流を流し、発生する電圧を誤差増幅器に負帰還をかけて安定化する。定電流回路の安定度は、検出抵抗の抵抗温度係数により大きく左右される。そのため、検出抵抗には、温度係数の低い抵抗を採用し、又は、抵抗体の熱容量を大きくして抵抗変化幅をできるだけ少なくする工夫がされている。
【０００５】
一方、対物レンズに大電流を流すと励磁コイルの温度が上昇し、これに伴い対物レンズの磁極温度が上昇する。対物レンズは上磁極および下磁極の部材を接合して構成されており、試料を真空で封じるための試料室に取付けている。
【０００６】
対物レンズが発熱すると、対物レンズ及びその周囲の構造物が熱膨張する。対物レンズの構成要素及びその周囲の構造物は、互いに異なる熱伝導率及び熱膨張率を有する。従って、熱膨張量に差が生ずる。そのため、対物レンズが変形し、又は、変位する。それによって、電子線の焦点がずれて画像にぼけが発生する。また電子線と直交方向のずれが生じると電子線の照射位置がずれて画像がドリフトを起こす。
【０００７】
走査電子顕微鏡では、試料から発生する信号量が比較的少ない。そのため、十分な信号量を得るために、試料上をある程度遅い速度で電子線を走査させる。そのため、１枚の画像を取得するのに数十秒間必要である。この間は、ぼけやドリフトが無く安定して信号が得られる必要がある。ぼけやドリフトを防ぐため、各々の構成要素はできるだけ結合性を良好にし、温度差を減らす工夫をしている。また、対物レンズを冷却水で冷やして温度上昇幅を減らす工夫をしている場合もある。
【０００８】
【特許文献１】特開平５−１９０４２８号公報
【特許文献２】特開昭６２−１６５３０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
通常、操作者は、試料観察が終了し長時間走査電子顕微鏡を使用しない場合、無駄な消費電力を回避すると同時に保全上の配慮から制御系の電源をオフにする。但し、電子光学系の真空排気系の電源はオフにしない。制御系の電源をオフすると、対物レンズには励磁電流が供給されない。従って、制御系の電源をオフすると対物レンズや定電流回路の電流検出抵抗は徐々に室温に戻る。
【００１０】
長時間の不使用の後に走査電子顕微鏡を使用して試料観察を行う場合は、ウォーミングアップが必要である。制御系の電源をオンして起動し、対物レンズに励磁電流を供給されると、対物レンズは消費電力に応じてジュール熱を発生し、温度上昇する。長時間の不使用の後では、対物レンズの温度は室温になっている。対物レンズおよび周辺電子光学系要素や試料室の熱容量は非常に大きく、熱平衡状態に達するまではゆっくりとした勾配で温度上昇する。
【００１１】
熱平衡状態に達するまでは上述のように、温度差と熱膨張率の差が原因の像ドリフトが発生する。通常、対物レンズの磁路が熱平衡状態に達し試料観察に影響を及ぼさなくなるまで１〜２時間のウォーミングアップが必要である。この間に低い倍率で試料観察を行う場合には問題とならないが、高い倍率で試料観察を行うには、十分な精度が得られないという問題がある。
【００１２】
また、対物レンズを制御する定電流回路に使用する検出抵抗についても同様に対物レンズの励磁開始と同時に検出抵抗は消費電力に応じてジュール熱を発生し、温度上昇する。検出抵抗は、通常、熱容量が充分に大きく、温度上昇幅ができるだけ小さくなるように、考慮されている。しかしながら、数十万倍以上の高い倍率で観察する場合には、温度飽和するまでは抵抗値が温度係数に従って変動する。それによって、励磁電流が変化し、画像の焦点ぼけが生ずる。検出抵抗が熱平衡状態に達する時間は、対物レンズ磁路の熱平衡時間程長くはないが数十分は必要である。この間は、高い倍率で試料観察を行うことはできないという問題があった。
【００１３】
像ドリフトを気にせずに試料観察を行うには、試料観察をしない時でも制御系電源の電源を常時オンにして対物レンズに電流を流しておけばよい。しかしながら、それでは、不要な電力を消費するとことになる。
【００１４】
本発明は、ウォーミングアップが不要な走査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】
【００１５】
本発明の走査電子顕微鏡によると、観察モードでは、制御系から対物レンズに励磁電流が供給される。待機モードでは、制御系の電源が遮断され、制御系とは別の電源から対物レンズに励磁電流が供給される。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の走査電子顕微鏡によると、ウォーミングアップが不要である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図１は本発明の走査電子顕微鏡の第１の例を示す図である。本例の走査電子顕微鏡は、本体１と制御部１４と対物レンズ温度管理部１２を有する。本体１は、電子銃２、電子レンズ３、走査コイル４、及び、対物レンズ５を含む電子光学系を有する。制御部１４は、像信号検出器１３、高電圧電源１５、電子光学系制御部１６、マイクロコンピュータ１７、及び、パーソナルコンピュータ１８を有する。像信号検出器１３は本体１に設けられている。パーソナルコンピュータ１８には、キーボード１９、ポインティングデバイス２０、ディスプレイモニタ２１、及び、通信インターフェース２２が接続されている。
【００１８】
走査電子顕微鏡の動作を説明する。操作者がキーボード１９及びポインティングデバイス２０を介して指令を生成すると、この指令は、通信インターフェース２２を介してマイクロコンピュータ１７に送信される。マイクロコンピュータ１７は、受信した指令を高電圧電源１５及び電子光学系制御部１６に送信する。高電圧電源１５は、負の高電圧を電子銃２に印加する。電子光学系制御部１６は、制御信号を電子レンズ３に送信し、二次元走査信号を走査コイル４に送信する。
【００１９】
電子銃２は、負の高電圧が印加されると、電子線２ａを放出する。電子線２ａは、電子レンズ３によって集束され、走査コイル４によって、二次元走査され、対物レンズ５によって集束され、試料６に照射される。走査コイル４は、電子光学系制御部１６からの二次元走査信号に基づいて、電子線２ａを二次元走査する。試料６から発生した二次電子などの信号は、像信号検出器１３によって検出され、図示しない信号処理部を経由してパーソナルコンピュータ１８に送られる。パーソナルコンピュータ１８は、走査電子像をディスプレイモニタ２１に表示する。
【００２０】
対物レンズ温度管理部１２は、対物レンズ温度制御部７、対物レンズ温度制御電源８、対物レンズ温度検出部９、対物レンズ電源切替部１０、及び、対物レンズ温度記憶部１１を有する。対物レンズ温度検出部９は本体１に設けられている。対物レンズ電源切替部１０は、対物レンズ５に接続された可動端子１０ａ、電子光学系制御部１６に接続された第１の固定端子１０ｂ、対物レンズ温度制御電源８に接続された第２の固定端子１０ｃ、及び、可動端子１０ａを移動させるリレー１０ｄを有する。リレー１０ｄを駆動させることによって、可動端子１０ａは第１の固定端子１０ｂと第２の固定端子１０ｃのいずれかに接続される。
【００２１】
本例の走査電子顕微鏡は、更に、切替信号発生部２３、及び、電源スイッチ２４を有する。電源スイッチ２４は制御部電源スイッチ２４ａと対物レンズ温度管理部電源スイッチ２４ｂを有する。制御部電源スイッチ２４ａは、制御部１４の電源入力端子１４ａに接続されている。制御部電源スイッチ２４ａをオンにすると、電源入力端子１４ａを介して制御部１４にＡＣ電源が供給される。対物レンズ温度管理部電源スイッチ２４ｂは、対物レンズ温度管理部１２の電源入力端子１２ａに接続されている。対物レンズ温度管理部電源スイッチ２４ｂをオンにすると、電源入力端子１２ａを介して対物レンズ温度管理部１２にＡＣ電源が供給される。
【００２２】
本体１は、通常、内部を高い真空度を維持する目的で、常時通電する。従って、本体１には、図示しない通電経路を介して常時ＡＣ電源が供給される。制御部１４は、走査電子顕微鏡を使用するときのみ通電する。従って、制御部電源スイッチ２４ａは走査電子顕微鏡を用いて試料観察を行うときのみにオンとなる。試料観察を行わないとき、制御部電源スイッチ２４ａはオフである。対物レンズ温度管理部１２は、対物レンズ５の温度を常時監視するため、常時ＡＣ電源が供給される。従って、対物レンズ温度管理部電源スイッチ２４ｂは常時オンである。こうして本例の走査電子顕微鏡では、制御部１４は、本体１とは独立に電源の供給及び遮断がなされる。
【００２３】
以下に、試料観察を行っているときを観察モードと称し、試料観察を行っていないときを待機モードと称する。待機モードでは、制御部１４のみに電源が遮断されている。
【００２４】
先ず、観察モードについて説明する。操作者は、試料観察を開始するために、制御部電源スイッチ２４ａをオンにする。それによって制御部１４への電源供給が開始される。切替信号発生部２３は、制御部電源スイッチ２４ａがオンになったことを検知すると、切替信号を対物レンズ電源切替部１０のリレー１０ｄに送る。リレー１０ｄは、可動端子１０ａを駆動する。それによって、可動端子１０ａは、第２の固定端子１０ｃから第１の固定端子１０ｂに移動する。対物レンズ電源切替部１０の可動端子１０ａは第１の固定端子１０ｂに接続される。従って、対物レンズ５は電子光学系制御部１６に接続される。マイクロコンピュータ１７から送られる制御情報は電子光学系制御部１６を介して対物レンズ５に送られる。それによって対物レンズ５に励磁電流が流れる。対物レンズ５の温度は対物レンズ温度検出部９により測定され、対物レンズ温度記憶部１１に記憶される。対物レンズ温度記憶部１１は、所定の期間、対物レンズ５の温度を保存する。こうして対物レンズ温度記憶部１１には、観察モードにおける対物レンズ５の温度が保存される。
【００２５】
次に、待機モードについて説明する。操作者は、試料観察が終了すると、制御部電源スイッチ２４ａをオフにする。それによって制御部１４への電源供給が遮断される。切替信号発生部２３は、制御部電源スイッチ２４ａがオフになったことを検知すると、切替信号を対物レンズ切替部１０のリレー１０ｄに送り、対物レンズ温度制御部７に温度制御開始命令を送る。リレー１０ｄは、可動端子１０ａを駆動する。それによって、可動端子１０ａは、第１の固定端子１０ｂから第２の固定端子１０ｃに移動する。対物レンズ５は、対物レンズ温度制御電源８に接続される。対物レンズ温度制御部７は、切替信号発生部２３から温度制御開始命令を受信すると、対物レンズ温度制御電源８に制御信号を送る。対物レンズ温度制御電源８は、対物レンズ温度制御部７からの制御信号に基づいて、対物レンズ５に励磁電流を流す。
【００２６】
待機モードでは、観察モードと同様に、対物レンズ５の温度は対物レンズ温度検出部９により測定され、対物レンズ温度記憶部１１に記憶される。対物レンズ温度記憶部１１は、所定の期間、対物レンズ５の温度を保存する。こうして対物レンズ温度記憶部１１には、待機モードにおける対物レンズ５の温度が保存される。
【００２７】
本例の対物レンズ温度記憶部１１には、観察モードと待機モードにおける対物レンズ５の温度が保存されている。対物レンズ温度記憶部１１に保存されている過去の対物レンズ５の温度データは、対物レンズ温度制御部７及び通信インターフェース２２を介してパーソナルコンピュータ１８に送られる。従って、パーソナルコンピュータ１８は、過去の対物レンズ５の温度データを有する。
【００２８】
図２〜図７を参照して対物レンズ温度制御部７に待機モードにおけるパラメータを設定する方法について説明する。図２は、ディスプレイモニタ２１に表示される初期設定画面の一例を示す。本例の初期設定画面は、操作エリア２５と画像表示エリア２７とを有する。操作エリア２５は、待機モード設定エリア２６、加速電圧設定エリア２８、及び、試料高さ設定エリア２９を有する。ポインティングデバイス２０を操作し、マーカ３０を所望のエリア上に移動させ、ポインティングデバイス２０のボタンを押すと、所望の処理を実行することができる。以下に、この操作を単にクリックと称する。画像表示エリア２７には走査像が表示される。
【００２９】
待機モード設定エリア２６は、待機モードにおける対物レンズ５の温度を設定するために用いる。待機モード設定エリア２６をクリックすると、ディスプレイモニタ２１に待機モード設定画面が表示される。待機モード設定画面の例は以下に図３〜図７を参照して説明する。
【００３０】
加速電圧設定エリア２８は、電子銃２に印加する加速電圧を設定するために用いる。試料高さ設定エリア２９は、観察する試料６の高さを設定するために用いる。これらのエリアにて設定するパラメータは、通常の試料観察時、即ち、観察モードにおける対物レンズ５の励磁電流の設定に直接関係する制御情報である。例えば、試料６の高さが高い場合、対物レンズ５との焦点距離を短くする必要がある。そこで、対物レンズ５の励磁電流を増加し、強励磁にする。また、電子銃２に印加する加速電圧が高くなると電子線２ａのエネルギー量が増加する。そこで、電子線２ａを集束させ、試料６上で合焦するように、対物レンズ５の励磁電流を増加し、強励磁にする。「加速電圧」及び「試料高さ」を、以下に、対物レンズ条件と称する。
【００３１】
図３から図７を参照してディスプレイモニタ２１に表示される待機モード設定画面の例を説明する。待機モード設定画面は、待機モードにおける対物レンズ５の励磁電流又は温度を設定するために用いる。待機モード設定画面にて設定されたパラメータは、通信インターフェース２２を介してパーソナルコンピュータ１８から対物レンズ温度制御部７に送られる。
【００３２】
図３はディスプレイモニタ２１に表示される待機モード設定画面の一例を示す。上述のように、図２の初期設定画面の待機モード設定エリア２６をクリックすると、本例の待機モード設定画面３１が表示される。本例の待機モード設定画面３１には、「基本設定」エリア３２が表示されている。
【００３３】
「基本設定」エリア３２は、加速電圧を設定するための加速電圧設定エリア３２１及び試料高さを設定するための試料高さ設定エリア３２２を有する。「基本設定」エリア３２は、更に、ＯＫボタン３２３及びキャンセルボタン３２４を有する。通常、加速電圧設定エリア３２１及び試料高さ設定エリア３２２には、次回の試料観察時の対物レンズ条件を入力する。次回の試料観察時の対物レンズ条件が既知の場合には、本例の待機モード設定画面３１を用いる。対物レンズ条件を入力し、ＯＫボタン３２３をクリックすると、パーソナルコンピュータ１８は、「基本設定」エリア３２にて入力された対物レンズ条件に基づいて励磁電流値を計算し、それを対物レンズ温度制御部７に送信する。対物レンズ温度制御部７は、パーソナルコンピュータ１８から送られた励磁電流値を待機モードにおける対物レンズの励磁電流の設定値として保存する。
【００３４】
操作者は、走査電子顕微鏡を用いた試料観察が終了すると、制御部電源スイッチ２４ａをオフにする。それによって制御部１４への電源供給が遮断される。切替信号発生部２３は、制御部電源スイッチ２４ａがオフになったことを検知すると、切替信号を生成し、それを対物レンズ電源切替部１０のリレー１０ｄに送る。リレー１０ｄは、可動端子１０ａを駆動する。それによって、可動端子１０ａは、第１の固定端子１０ｂから第２の固定端子１０ｃに移動する。対物レンズ５は、対物レンズ温度制御電源８に接続される。
【００３５】
対物レンズ温度制御部７はパーソナルコンピュータ１８から送られた励磁電流の設定値に基づいて対物レンズ温度制御電源８に制御信号を送る。対物レンズ温度制御電源８は、対物レンズ温度制御部７からの制御信号に基づいて、対物レンズ５に励磁電流を流す。こうして本例では、待機モードにおいて、対物レンズ５に所定の励磁電流が流れる。
【００３６】
試料観察が終了してから長時間経過後に試料観察を行う場合、操作者は、制御部電源スイッチ２４ａをオンにする。それによって制御部１４へ電源が供給される。切替信号発生部２３は、制御部電源スイッチ２４ａがオンになったことを検知すると、切替信号を生成し、それを対物レンズ電源切替部１０のリレー１０ｄに送る。リレー１０ｄは、可動端子１０ａを駆動する。それによって、可動端子１０ａは、第２の固定端子１０ｃから第１の固定端子１０ｂに移動する。対物レンズ５は、電子光学系制御部１６に接続される。電子光学系制御部１６は、パーソナルコンピュータ１８から送られた指令に基づいて対物レンズ５に励磁電流を流す。このとき対物レンズ５の温度は既に試料観察に適した飽和状態にある。そのため像ドリフトのない試料観察が可能となる。
【００３７】
待機モード設定画面の左側には、「基本設定」タブ、「前回設定」タブ、「平均」タブ、「中間」タブ、「ＯＦＦ」タブが表示されている。「前回設定」タブをクリックすると、図４に示す「前回設定」エリア３３が表示される。尚、「ＯＦＦ」タブをクリックすると、図２の初期設定画面が表示される。キャンセルボタン３２４をクリックすると操作がキャンセルされる。
【００３８】
図４は、ディスプレイモニタ２１に表示される待機モード設定画面の一例を示す。上述のように、図３の待機モード設定画面の「前回設定」タブをクリックすると、本例の待機モード設定画面が表示される。本例の待機モード設定画面には、「前回設定」エリア３３が表示されている。「前回設定」エリア３３には、前回の対物レンズの温度を設定する旨３３１が表示される。通常、待機モードでは、対物レンズを、次回の試料観察時の対物レンズの予定温度と同一の温度に保持する。次回の試料観察時に前回の試料観察時の対物レンズ条件を用いる場合には、本例のように、待機モードにおける対物レンズ温度として前回の試料観察時の対物レンズの温度を設定する。ＯＫボタン３３２をクリックすると、パーソナルコンピュータ１８は、待機モードにおいて前回の試料観察時の対物レンズ温度を用いる旨を対物レンズ温度制御部７に送信する。対物レンズ温度制御部７は、前回の試料観察時の対物レンズ温度を待機モードにおける対物レンズの設定温度として保存する。
【００３９】
操作者は、走査電子顕微鏡を用いた試料観察が終了すると、制御部電源スイッチ２４ａをオフにする。それによって制御部１４への電源供給が遮断される。対物レンズ温度制御部７は、対物レンズ温度検出部９から現在の対物レンズ温度を入力し、それを前回の試料観察時の対物レンズ温度に対応する対物レンズを比較する。対物レンズ温度制御部７は、比較の結果に基づいて制御信号を生成し、それを対物レンズ温度制御電源８に送る。対物レンズ温度制御電源８は、対物レンズ温度制御部７からの制御信号に基づいて、対物レンズ５に励磁電流を流す。こうして本例では、待機モードにおいて、対物レンズ５に所定の励磁電流が流れ、対物レンズ５は、前回の試料観察時の対物レンズの温度と同一の温度に保持される。
【００４０】
試料観察が終了してから長時間経過後に試料観察を行う場合、操作者は、制御部電源スイッチ２４ａをオンにする。それによって制御部１４へ電源が供給される。切替信号発生部２３は、制御部電源スイッチ２４ａがオンになったことを検知すると、切替信号を生成し、それを対物レンズ切替部１０のリレー１０ｄに送る。リレー１０ｄは、可動端子１０ａを駆動する。それによって、可動端子１０ａは、第２の固定端子１０ｃから第１の固定端子１０ｂに移動する。対物レンズ５は、電子光学系制御部１６に接続される。電子光学系制御部１６は、パーソナルコンピュータ１８から送られた指令に基づいて対物レンズ５に励磁電流を流す。このとき対物レンズ５の温度は既に試料観察に適した飽和状態にある。そのため像ドリフトのない試料観察が可能となる。
【００４１】
本例の待機モード設定画面の左側には、「基本設定」タブ、「前回設定」タブ、「平均」タブ、「中間」タブ、「ＯＦＦ」タブが表示されている。「平均設定」タブをクリックすると、図５に示す「平均設定」エリア３４が表示される。キャンセルボタン３３３をクリックすると操作がキャンセルされる。
【００４２】
図５は、ディスプレイモニタ２１に表示される待機モード設定画面の一例を示す。上述のように、図４の待機モード設定画面の「平均設定」タブをクリックすると、本例の待機モード設定画面が表示される。本例の待機モード設定画面３１には、「平均設定」エリア３４が表示されている。「平均設定」エリア３４には、設定時間エリア３４１と過去の対物レンズの温度の平均値を設定する旨３４２が表示される。通常、待機モードでは、対物レンズを、次回の試料観察時の対物レンズの予定温度と同一の温度に保持する。しかしながら、次回の試料観察時の対物レンズ条件が不明な場合には次回の対物レンズの予定温度が不明である。そこで、待機モードにおける対物レンズの温度として、過去の一定の期間の対物レンズの温度の平均値を使用する。ＯＫボタン３４３をクリックすると、パーソナルコンピュータ１８は、待機モードにおいて過去の対物レンズ温度の平均値を用いる旨を対物レンズ温度制御部７に送信する。対物レンズ温度制御部７は、過去の対物レンズ温度の平均値を待機モードにおける対物レンズの設定温度として保存する。
送る。
【００４３】
操作者は、走査電子顕微鏡を用いた試料観察が終了すると、制御部電源スイッチ２４ａをオフにする。それによって制御部１４への電源供給が遮断される。対物レンズ温度制御部７は、対物レンズ温度検出部９から現在の対物レンズ温度を入力し、それを過去の対物レンズ温度の平均値を比較する。対物レンズ温度制御部７は、比較の結果に基づいて制御信号を生成し、それを対物レンズ温度制御電源８に送る。対物レンズ温度制御電源８は、対物レンズ温度制御部７からの制御信号に基づいて、対物レンズ５に励磁電流を流す。こうして本例では、待機モードにおいて、対物レンズ５に所定の励磁電流が流れ、対物レンズ５は、過去の対物レンズ温度の平均値に保持される。
【００４４】
試料観察が終了してから長時間経過後に試料観察を行う場合、操作者は、制御部電源スイッチ２４ａをオンにする。それによって制御部１４へ電源が供給される。切替信号発生部２３は、制御部電源スイッチ２４ａがオンになったことを検知すると、切替信号を生成し、それを対物レンズ切替部１０のリレー１０ｄに送る。リレー１０ｄは、可動端子１０ａを駆動する。それによって、可動端子１０ａは、第２の固定端子１０ｃから第１の固定端子１０ｂに移動する。対物レンズ５は、電子光学系制御部１６に接続される。電子光学系制御部１６は、パーソナルコンピュータ１８から送られた指令に基づいて対物レンズ５に励磁電流を流す。このとき対物レンズ５の温度は既に試料観察に適した飽和状態にある。そのため像ドリフトのない試料観察が可能となる。
【００４５】
図６を参照して対物レンズ温度制御部７が過去の対物レンズ温度の平均値に対応する対物レンズの励磁電流を演算する方法を説明する。ここでは、図５の待機モード設定画面の設定時間エリア３４１に１日が設定された場合に、対物レンズの平均温度を演算する場合を説明する。図６は、従来の走査電子顕微鏡の対物レンズの温度の現時点から過去３０時間のデータをグラフに表わしたものである。制御部１４の電源をオフすると対物レンズ５の温度は数時間で低下し、その後に制御部１４の電源をオンにすると、対物レンズの温度は再び上昇し、試料観察に適した温度になる。このグラフから１日の対物レンズの温度の平均値を演算する場合、対物レンズの温度が所定の温度に上昇している間に、平均値を演算する。即ち、制御部１４の電源をオフの間、及び、対物レンズの温度が降下している間及び上昇している間は、除外する。
【００４６】
再び図５に戻る。本例の待機モード設定画面の左側には、「基本設定」タブ、「前回設定」タブ、「平均」タブ、「中間」タブ、「ＯＦＦ」タブが表示されている。「中間設定」タブをクリックすると、図７に示す「中間設定」エリア３５が表示される。キャンセルボタン３４４をクリックすると操作がキャンセルされる。
【００４７】
図７は、ディスプレイモニタ２１に表示される待機モード設定画面の一例を示す。上述のように、図５の待機モード設定画面の「中間設定」タブをクリックすると、本例の待機モード設定画面が表示される。本例の待機モード設定画面３１には、「中間設定」エリア３５が表示されている。「中間設定」エリア３５には、設定時間エリア３５１と過去の対物レンズの温度の中間値を設定する旨３５２が表示される。通常、待機モードでは、対物レンズを、次回の試料観察時の対物レンズの予定温度と同一の温度に保持する。しかしながら、次回の試料観察時の対物レンズ条件が不明な場合には次回の対物レンズの予定温度が不明である。そこで、待機モードにおける対物レンズの温度として、過去の一定の期間の対物レンズの温度の最大値と最小値の間の中間値を使用する。特定の操作者が試料観察を長期間に亘って行うと対物レンズの温度の平均値が偏る場合がある。そこで本例では、平均値の代わりに最大値と最小値の間の中間値を用いる。ＯＫボタン３５３をクリックすると、パーソナルコンピュータ１８は、待機モードにおいて過去の対物レンズ温度の最大値と最小値の間の中間値を用いる旨を対物レンズ温度制御部７に送信する。対物レンズ温度制御部７は、過去の対物レンズ温度の最大値と最小値の間の中間値を待機モードにおける対物レンズの設定温度として保存する。
【００４８】
操作者は、走査電子顕微鏡を用いた試料観察が終了すると、制御部電源スイッチ２４ａをオフにする。それによって制御部１４への電源供給が遮断される。対物レンズ温度制御部７は、対物レンズ温度検出部９からの現在の対物レンズ温度を入力し、それを過去の対物レンズ温度の最大値と最小値の間の中間値を比較する。対物レンズ温度制御部７は、比較の結果に基づいて制御信号を生成し、それを対物レンズ温度制御電源８に送る。対物レンズ温度制御電源８は、対物レンズ温度制御部７からの制御信号に基づいて、対物レンズ５に励磁電流を流す。こうして本例では、待機モードにおいて、対物レンズ５に所定の励磁電流が流れ、対物レンズ５は、過去の対物レンズ温度の最大値と最小値の間の中間値に保持される。
【００４９】
試料観察が終了してから長時間経過後に試料観察を行う場合、操作者は、制御部電源スイッチ２４ａをオンにする。それによって制御部１４へ電源が供給される。切替信号発生部２３は、制御部電源スイッチ２４ａがオンになったことを検知すると、切替信号を生成し、それを対物レンズ電源切替部１０のリレー１０ｄに送る。リレー１０ｄは、可動端子１０ａを駆動する。それによって、可動端子１０ａは、第２の固定端子１０ｃから第１の固定端子１０ｂに移動する。対物レンズ５は、電子光学系制御部１６に接続される。電子光学系制御部１６は、パーソナルコンピュータ１８から送られた指令に基づいて対物レンズ５に励磁電流を流す。このとき対物レンズ５の温度は既に試料観察に適した飽和状態にある。そのため像ドリフトのない試料観察が可能となる。
【００５０】
近年、走査電子顕微鏡はその利用範囲が様々な表面形態観察広がっている。そのため、１台の電子顕微鏡を特定の操作者だけではなく複数の者が使用する場合が多くなってきている。このような場合、観察する試料６の種類も多種にわたり、そのため使用する加速電圧や電子光学系の条件も大きく異なり、対物レンズ条件の範囲がより広くなる。
【００５１】
本例によれば、複数人の操作者により使用時間が偏った使われ方をされた場合においても対物レンズ５の温度設定を最適温度に設定することができ、次に電子顕微鏡を使用するとき短い時間で像ドリフトのない状態にすることが可能となる。
【００５２】
本例の待機モード設定画面の左側には、「基本設定」タブ、「前回設定」タブ、「平均」タブ、「中間」タブ、「ＯＦＦ」タブが表示されている。キャンセルボタン３５４をクリックすると操作がキャンセルされる。
【００５３】
図８は、本発明の走査電子顕微鏡の制御部１４の電子光学系制御部１６に設けられた定電流回路を示す。本例の定電流回路は、誤差増幅器３６、検出抵抗３７、リレー３８、２つのスイッチ３９ａ、３９ｂ、トランジスタ４０、ダイオード４１及び定電流源４２を有し、対物レンズ５に流す励磁電流を生成する。
【００５４】
図８は、待機モードの状態を示す。制御部電源スイッチ２４ａはオフであり、対物レンズ電源切替部１０は対物レンズ温度制御電源８を対物レンズ５に接続している。スイッチ３９ａは、検出抵抗３７側に接続されている。スイッチ３９ｂは切断されている。対物レンズ温度制御電源８からの電流は、対物レンズ切替部１０を経由して、対物レンズ５に流れ、検出抵抗３７を経由して対物レンズ温度制御電源８に戻る。上述のように、待機モードでは、対物レンズ温度制御電源８から所定の励磁電流が対物レンズに流れる。この電流は、検出抵抗３７を流れる。それによって検出抵抗３７は発熱する。対物レンズ５は自身の発熱及び検出抵抗３７の発熱によって所定の温度に保持される。対物レンズ５の温度は対物レンズ温度検出部９によって検出される。対物レンズ温度検出部９によって検出された温度は、対物レンズ温度記憶部１１及び対物レンズ温度制御部７を経由しては対物レンズ温度制御電源８にフィードバックされる。こうして、待機モードにて、対物レンズ５は一定の温度に保持される。
【００５５】
操作者が試料観察を行うとき、即ち、観察モードでは、制御部電源スイッチ２４ａがオンになる。切替信号発生部２３は、制御部電源スイッチ２４ａがオンになったことを検出すると、対物レンズ電源切替部１０のリレー１０ｄに駆動信号を供給する。それによって、対物レンズ５は、電子光学系制御部１６の定電流源４２に接続される。また、切替信号発生部２３は、同時にリレー３８に駆動信号を供給する。それによって、第１のスイッチ３９ａは、対物レンズ５とトランジスタ４０を接続する。第２のスイッチ３９ｂはオンになる。定電流源４２からの電流は、対物レンズ５を流れ、トランジスタ４０及びダイオード４１を経由して検出抵抗３７に流れる。対物レンズ５の励磁電流は、検出抵抗３７によって電圧に変換され、誤差増幅器３６に負帰還をかけて安定化している。
【００５６】
図９を参照して本発明の走査電子顕微鏡の第２の例を説明する。本例の走査電子顕微鏡を図１の第１の例を比較すると、本例の走査電子顕微鏡では、冷却手段９１及び冷却制御手段９２が設けられている点が異なる。冷却手段９１は対物レンズ５を冷却するための冷却水を供給する。冷却制御手段９２は、冷却手段９１の動作を停止し又は起動し、対物レンズ５を冷却するための冷却水を供給し、又は停止する。
【００５７】
本例の走査電子顕微鏡の動作を説明する。観察モードでは、冷却手段９１が作動し、対物レンズ５は、冷却手段９１によって供給された冷却水によって冷却される。即ち、対物レンズ５を加熱する熱は冷却水によって奪われる。こうして、対物レンズ５を加熱する熱量と冷却水が奪う熱量が等しくなると対物レンズ５は一定の温度に保持される。
【００５８】
観察モードから待機モードに切り替わると、制御部電源スイッチ２４ａがオフになる。切替信号発生部２３は、制御部電源スイッチ２４ａがオフになったことを検出すると、それを示す信号を冷却制御手段９２に送信する。冷却制御手段９２は制御信号を生成し、それを冷却手段９１に送信する。冷却手段９１は、冷却水の供給を停止する。従って、対物レンズ５から周囲の空気に熱が放散されるが、対物レンズ５から熱が冷却水によって奪われることはない。対物レンズ５を加熱する熱量と対物レンズ５から放熱される熱量が等しくなると対物レンズ５の温度は一定になる。対物レンズ５から放熱される熱量は冷却水によって奪われる熱量に比べると十分小さい。
【００５９】
待機モードでは、冷却水によって奪われる熱量に相当する電力を削減することができる。即ち、待機モードでは、低消費電力にて、対物レンズを所定の温度に保持することができる。
【００６０】
本例の冷却手段９１及び冷却制御手段９２と図８の定電流回路を併用してもよい。この場合でも、待機モードにおいて、低消費電力にて、対物レンズを所定の温度に保持することができる。従って、待機モードでは、検出抵抗３７に流れる励磁電流は少ない。そのため、検出抵抗３７の温度が飽和するまで時間がかかる。しかしながら、検出抵抗３７の熱容量は対物レンズの熱容量に比べて十分小さい。したがって、検出抵抗３７の温度が飽和する時間はわずかである。従って、低消費電力が必要な場合には、図８の定電流回路に本例の冷却手段９１及び冷却制御手段９２を設けるとよい。
【００６１】
ここでは走査電子顕微鏡について説明したが、本発明は走査電子顕微鏡に限定されるものではなく、励磁電流を流すように構成された対物レンズを用いる電子顕微鏡であればどのような電子顕微鏡であってもよい。また、荷電粒子線を用いる荷電粒子線装置であってもよい。
【００６２】
以上本発明の例を説明したが本発明は上述の例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲にて様々な変更が可能であることは当業者に容易に理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の走査電子顕微鏡の第１の例を示す図である。
【図２】本発明の走査電子顕微鏡のディスプレイモニタに表示された初期設定画面の例を示す図である。
【図３】本発明の走査電子顕微鏡のディスプレイモニタに表示された待機モード設定画面の例を示す図である。
【図４】本発明の走査電子顕微鏡のディスプレイモニタに表示された待機モード設定画面の例を示す図である。
【図５】本発明の走査電子顕微鏡のディスプレイモニタに表示された待機モード設定画面の例を示す図である。
【図６】走査電子顕微鏡の対物レンズの温度の変化を示す図である。
【図７】本発明の走査電子顕微鏡のディスプレイモニタに表示された待機モード設定画面の例を示す図である。
【図８】本発明の走査電子顕微鏡の制御部に設けられた定電流回路の例を示す図である。
【図９】本発明の走査電子顕微鏡の第２の例を示す図である。
【符号の説明】
【００６４】
１…本体、２…電子銃、２ａ…電子線、３…電子レンズ、４…走査コイル、５…対物レンズ、６…試料、７…対物レンズ温度制御部、８…対物レンズ温度制御電源、９…対物レンズ温度検出部、１０…対物レンズ電源切替部、１１…対物レンズ温度記憶部、１２…対物レンズ温度管理部、１３…像信号検出器、１４…制御部、１５…高電圧電源、１６…電子光学系制御部、１７…マイクロコンピュータ、１８…パーソナルコンピュータ、１９…キーボード、２０…ポインティングデバイス、２１…ディスプレイモニタ、２２…通信インターフェース、２３…切替信号発生部、２４…電源スイッチ、２４ａ…制御部電源スイッチ、２４ｂ…対物レンズ温度管理部電源スイッチ、２５…操作エリア、２６…待機モード設定エリア、２７…画像表示エリア、２８…加速電圧設定エリア、２９…試料高さ設定エリア、３０…マーカ、３１…待機モード設定画面、３２…「基本設定」エリア、３３…「前回設定」エリア、３４…「平均」設定エリア、３５…「中間」設定エリア、３６…誤差増幅器、３７…検出抵抗、３８…リレー、３９ａ、３９ｂ…スイッチ、４０…トランジスタ、４１…ダイオード、４２…定電流源、９１…冷却手段、９２…冷却制御手段
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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