特許 6994972 電子顕微鏡

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2021-12-16

(45)【発行日】2022-01-14

(54)【発明の名称】電子顕微鏡

(51)【国際特許分類】

   H01J 37/244 20060101AFI20220106BHJP

【ＦＩ】

H01J37/244

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2018022128

(22)【出願日】2018-02-09

(65)【公開番号】P2019139963

(43)【公開日】2019-08-22

【審査請求日】2020-11-24

(73)【特許権者】

【識別番号】000004271

【氏名又は名称】日本電子株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100090387

【弁理士】

【氏名又は名称】布施 行夫

(74)【代理人】

【識別番号】100090398

【弁理士】

【氏名又は名称】大渕 美千栄

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 隆志

【審査官】鳥居 祐樹

(56)【参考文献】

【文献】特開平０３－２６９９３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０５８４４４１６（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｊ ３７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電子を検出するマイクロチャンネルプレートと、
前記マイクロチャンネルプレートからの電流信号を電圧信号に変換する変換回路と、
前記電圧信号を増幅または減衰させる調整回路と、
前記調整回路の出力信号に基づいて、検出信号を生成する検出信号生成回路と、
前記調整回路のゲインを制御するゲイン制御部と、
を含み、
前記ゲイン制御部は、
前記マイクロチャンネルプレートに印加される電圧が変化する前の前記検出信号と、前記マイクロチャンネルプレートに印加される電圧が変化した後の前記検出信号と、に基づいて、前記調整回路のゲインを制御する、電子顕微鏡。

【請求項2】

請求項１において、
前記ゲイン制御部は、
前記マイクロチャンネルプレートに印加される電圧が変化する前の所定時間の前記検出信号の平均値である第１平均値と、前記マイクロチャンネルプレートに印加される電圧が変化した後の所定時間の前記検出信号の平均値である第２平均値と、の差を算出し、
前記第１平均値と前記第２平均値との差が小さくなるように前記調整回路のゲインを制御する、電子顕微鏡。

【請求項3】

請求項１または２において、
前記マイクロチャンネルプレートに印加される電圧の情報の入力を受け付ける入力部を含み、
前記ゲイン制御部は、前記入力部が前記マイクロチャンネルプレートに印加される電圧の情報を受け付けた場合に、前記調整回路のゲインを制御する処理を開始する、電子顕微鏡。

【請求項4】

請求項１ないし３のいずれか１項において、
電子線を試料に照射する光学系と、
前記マイクロチャンネルプレートに印加される電圧に応じて、前記電子線が前記光学系の光軸に合った状態となるように前記光学系を制御する光学系制御部と、
を含む、電子顕微鏡。

【請求項5】

請求項４において、
前記マイクロチャンネルプレートに印加される電圧と、前記電子線が前記光軸にあった状態となる前記光学系の条件と、の関係の情報を記憶する記憶部を含み、
前記光学系制御部は、前記関係の情報に基づいて前記光学系を制御する、電子顕微鏡。

【請求項6】

請求項１ないし５のいずれか１項において、
前記マイクロチャンネルプレートに印加される電圧を切り替える電圧印加部を含む、電子顕微鏡。

【請求項7】

請求項６において、
前記電圧印加部は、前記マイクロチャンネルプレートに印加される電圧をＮ段階に切り替え、
前記ゲイン制御部は、前記調整回路のゲインをｎ段階に切り替え、
Ｎ＜ｎである、電子顕微鏡。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電子顕微鏡に関する。

【背景技術】

【0002】

電子顕微鏡に搭載される、二次電子や反射電子を検出する検出器として、マイクロチャンネルプレート（micro channel plate）を用いた検出器が知られている（例えば特許文献１参照）。マイクロチャンネルプレートは、電子増幅作用を持つ素子を二次元的に配列した板状の検出器である。

【0003】

マイクロチャンネルプレートを用いた検出器では、検出器のゲインを調整することで、得られる反射電子像や二次電子像のコントラストを調整することができる。検出器のゲインは、マイクロチャンネルプレートに印加される電圧を変化させることで調整することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１４－２２５３５４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上記のように、従来の電子顕微鏡では、マイクロチャンネルプレートに印加される電圧を変化させることでマイクロチャンネルプレートのゲインを変化させ、反射電子像や二次電子像のコントラストを調整していた。

【0006】

しかしながら、マイクロチャンネルプレートは鏡筒内に配置される。そのため、マイクロチャンネルプレートに印加される電圧を変化させると、試料に照射される電子線に影響を与えてしまい、電子線の軸ずれ、すなわち、電子線が光学系の光軸からずれてしまう場合があった。このように、従来の電子顕微鏡では、良好な反射電子像や二次電子像を得るためには、像のコントラストを調整するごとに、電子線の軸合わせを行わなければならず、操作性が悪かった。

【0007】

本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、本発明のいくつかの態様に係る目的の１つは、操作性に優れた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】

【0008】

本発明に係る電子顕微鏡の一態様は、
電子を検出するマイクロチャンネルプレートと、
前記マイクロチャンネルプレートからの電流信号を電圧信号に変換する変換回路と、
前記電圧信号を増幅または減衰させる調整回路と、
前記調整回路の出力信号に基づいて、検出信号を生成する検出信号生成回路と、
前記調整回路のゲインを制御するゲイン制御部と、
を含み、
前記ゲイン制御部は、
前記マイクロチャンネルプレートに印加される電圧が変化する前の前記検出信号と、前記マイクロチャンネルプレートに印加される電圧が変化した後の前記検出信号と、に基づいて、前記調整回路のゲインを制御する。

【0009】

このような電子顕微鏡では、調整回路を含むため、マイクロチャンネルプレートで電子を検出して検出信号として出力する回路全体（電子検出部）のゲインを、調整回路のゲインを制御することで制御することができる。そのため、マイクロチャンネルプレートに印加される電圧を変化させなくても、調整回路のゲインを制御することで、マイクロチャンネルプレートに印加される電圧を変化させたときと同様に、電子顕微鏡像のコントラストを調整することができる。したがって、このような電子顕微鏡では、マイクロチャンネルプレートに印加される電圧を変化させるごとに、すなわち、電子顕微鏡像のコントラストを変化させるごとに、電子線の軸合わせを行う必要がなく、操作性を向上できる。

【0010】

さらに、このような電子顕微鏡では、ゲイン制御部が、マイクロチャンネルプレートに印加される電圧が変化する前の検出信号と、マイクロチャンネルプレートに印加される電圧が変化した後の検出信号と、に基づいて、調整回路のゲインを制御する。そのため、マイクロチャンネルプレートに印加される電圧の変化の前後の電子検出部のゲインの差を小さく、または差を無くすことができる。これにより、電子検出部のゲインの変化が連続的となり、ユーザーはマイクロチャンネルプレートに印加される電圧が変化したことを意識することなく、電子顕微鏡像のコントラストの調整が可能である。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】実施形態に係る電子顕微鏡の構成を示す図。

【図2】高電圧印加部、電子検出部、および制御部の構成を示す図。

【図3】マイクロチャンネルプレートに印加される電圧とマイクロチャンネルプレートのゲインとの関係を示すグラフ。

【図4】マイクロチャンネルプレートに印加される電圧およびＤＡＣのゲインと電子検出部のゲインとの関係を示すグラフ。

【図5】電子検出部の構成を示す図。

【図6】実施形態に係る電子顕微鏡の処理部の処理の一例を示すフローチャート。

【図7】電子検出部のゲインとマイクロチャンネルプレートに印加される電圧およびＤＡＣのゲインとの関係の一例を示すグラフ。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本発明の好適な実施形態について図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また、以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。

【0013】

１． 電子顕微鏡
まず、本実施形態に係る電子顕微鏡について図面を参照しながら説明する。図１は、本実施形態に係る電子顕微鏡１００の構成を示す図である。

【0014】

電子顕微鏡１００は、図１に示すように、電子源２と、コンデンサーレンズ３と、偏向器４と、走査コイル５と、対物レンズ６と、マイクロチャンネルプレート７と、高電圧印加部８と、検出回路９と、制御部１０と、を含んで構成されている。

【0015】

電子源２は、電子線を放出する。電子源２は、例えば、公知の電子銃である。

【0016】

コンデンサーレンズ３は、電子線を集束させて、試料Ｓに照射するためのレンズである。

【0017】

偏向器４は、電子源２から放出された電子線を二次元的に偏向する。偏向器４は、例えば、電子線を、光学系（例えば対物レンズ６）の光軸ＯＡに合わせる（一致させる）ために、すなわち電子線の軸合わせのために用いられる。

【0018】

走査コイル５は、コンデンサーレンズ３および対物レンズ６で集束された電子線（電子プローブ）で試料Ｓ上を走査するためのコイルである。

【0019】

対物レンズ６は、電子源２から放出された電子線を集束して試料Ｓに照射する。対物レンズ６は、試料Ｓの直前に配置され、電子プローブを形成する。試料Ｓは、試料ホルダー（図示せず）によって保持されている。

【0020】

マイクロチャンネルプレート７は、電子線が試料Ｓに照射されることで発生する反射電子を検出する反射電子検出器を構成している。マイクロチャンネルプレート７は、電子顕微鏡１００を構成する光学系（偏向器４、走査コイル５、対物レンズ６等）が収容される鏡筒内に配置されている。

【0021】

なお、ここでは、マイクロチャンネルプレート７が反射電子を検出する反射電子検出器を構成する場合について説明するが、マイクロチャンネルプレート７が二次電子を検出する二次電子検出器を構成してもよい。すなわち、電子顕微鏡１００で取得される電子顕微鏡像は、反射電子像であってもよいし、二次電子像であってもよい。

【0022】

高電圧印加部８は、マイクロチャンネルプレート７に高電圧を印加する。高電圧印加部８でマイクロチャンネルプレート７に印加する電圧を制御することで、マイクロチャンネルプレート７のゲインを制御することができる。

【0023】

検出回路９は、マイクロチャンネルプレート７からの電流信号に基づいて、検出信号を生成する。検出信号は、反射電子の強度の情報を含む信号である。

【0024】

制御部１０は、電子顕微鏡１００を構成する各部、すなわち、コンデンサーレンズ３、偏向器４、走査コイル５、対物レンズ６、高電圧印加部８、および検出回路９を制御する。また、制御部１０は、検出回路９で生成された検出信号に基づいて反射電子像を生成し、表示部１６（図２参照）に表示する処理を行う。

【0025】

電子顕微鏡１００では、電子源２から放出された電子線は、コンデンサーレンズ３および対物レンズ６で集束されて電子プローブを形成する。走査コイル５によって電子プローブで試料Ｓ上を走査し、試料Ｓから放出された反射電子をマイクロチャンネルプレート７で検出する。検出回路９では、マイクロチャンネルプレート７の出力信号（電流信号）から検出信号が生成され、制御部１０では、検出信号に基づき反射電子像が生成される。

【0026】

なお、電子顕微鏡１００は、上述したレンズやコイル以外のレンズや、コイル、絞り等を備えていてもよい。また、電子顕微鏡１００は、反射電子検出器以外の検出器を備えていてもよい。例えば、電子顕微鏡１００は、試料Ｓを透過した電子線を検出する検出器を備えていてもよい。試料Ｓを透過した電子線を検出する検出器を用いて、試料Ｓを透過した電子線を検出することで、走査透過電子顕微鏡像（ＳＴＥＭ像、scanning transmission electron microscope image）を得ることができる。

【0027】

図２は、高電圧印加部８、電子検出部７０、および制御部１０の構成を示す図である。

【0028】

高電圧印加部８は、高電圧発生源８０と、高電圧切り替えスイッチ８２と、を含んで構成されている。

【0029】

高電圧発生源８０は、マイクロチャンネルプレート７に印加される高電圧を発生させる。

【0030】

高電圧切り替えスイッチ８２は、マイクロチャンネルプレート７に印加される高電圧を切り替える。図示の例では、高電圧切り替えスイッチ８２は、マイクロチャンネルプレート７に印加される高電圧を、高電圧ＨＶ１、高電圧ＨＶ２、高電圧ＨＶ３の３通りに切り替え可能に構成されている。

【0031】

高電圧切り替えスイッチ８２は、制御部１０の高電圧制御部１２０で制御される。具体的には、操作部１４においてマイクロチャンネルプレート７に印加される電圧の情報の入力を受け付けると、高電圧制御部１２０が当該電圧の情報に基づいて、高電圧切り替えスイッチ８２を制御する。これにより、所望の高電圧がマイクロチャンネルプレート７に印加される。

【0032】

なお、上記では、高電圧印加部８は、マイクロチャンネルプレート７に印加される電圧を３段階に切り替える場合について説明したが、高電圧印加部８は、マイクロチャンネルプレート７に印加される電圧をＮ段階（Ｎは２以上の整数）に切り替え可能に構成されていてもよい。

【0033】

マイクロチャンネルプレート７には、高電圧印加部８によって高電圧が印加されており、検出した反射電子を増幅して、反射電子の強度に応じた電流信号として出力する。

【0034】

検出回路９は、電流電圧変換回路９０と、デジタルアナログ変換回路（Digital to Analog Converter、以下「ＤＡＣ」ともいう）９２（調整回路の一例）と、検出信号生成回路９４と、を含んで構成されている。

【0035】

電流電圧変換回路９０は、マイクロチャンネルプレート７からの電流信号を電圧信号に変換する。

【0036】

ＤＡＣ９２は、電流電圧変換回路９０からの電圧信号を増幅または減衰する。電流電圧変換回路９０からの電圧信号は、ＤＡＣ９２にリファレンス電圧として入力される。ゲイン制御部１２２から入力されるＤＡＣ９２のデータを変更することで、ＤＡＣ９２の出力電圧を変更することができる。すなわち、ＤＡＣ９２のデータを変更することで、ＤＡＣ９２のゲインを制御することができる。ＤＡＣ９２のゲインは、電流電圧変換回路９０からの電圧信号（入力）とＤＡＣ９２の出力信号（出力）の比である。

【0037】

図２に示す例では、ＤＡＣ９２は、電流電圧変換回路９０と増幅回路９４０との間に配置されているが、ＤＡＣ９２の位置は、電流電圧変換回路９０とＤＡＣ９４６との間であれば特に限定されない。

【0038】

検出信号生成回路９４は、ＤＡＣ９２の出力信号に基づいて、検出信号を生成する。検出信号生成回路９４は、増幅回路９４０と、レベルシフト回路９４２と、増幅回路９４４と、ＤＡＣ９４６と、を有している。

【0039】

増幅回路９４０は、ＤＡＣ９２の出力信号を増幅する。レベルシフト回路９４２は、ＤＡＣ９４６でデジタル信号に変換可能となるように、低電位にレベルシフトする。レベルシフト回路９４２としては、フォトカプラ等を用いることができる。増幅回路９４４は、レベルシフト回路９４２の出力信号を増幅する。ＤＡＣ９４６は、増幅回路９４４の出力信号（アナログ信号）をデジタル信号に変換し、検出信号を生成する。検出信号は、制御部１０に送られる。制御部１０では、検出信号に基づいて反射電子像が生成され、表示部１６に反射電子像が表示される。

【0040】

マイクロチャンネルプレート７と検出回路９とは、電子検出部７０を構成している。電子検出部７０では、マイクロチャンネルプレート７で検出された反射電子（入力）を、検出信号として出力する。電子検出部７０のゲインは、マイクロチャンネルプレート７に印加される電圧、およびＤＡＣ９２のゲインで制御される。電子検出部７０のゲインは、マイクロチャンネルプレート７で検出される反射電子（入力）と検出信号（出力）の比である。

【0041】

図３は、マイクロチャンネルプレート７に印加される電圧と、マイクロチャンネルプレート７のゲインと、の関係を示すグラフである。図３に示すグラフでは、横軸にマイクロチャンネルプレート７に印加される電圧を示し、縦軸にマイクロチャンネルプレート７のゲインを示している。なお、縦軸は、マイクロチャンネルプレート７に印加される電圧が高電圧ＨＶ１のときの、マイクロチャンネルプレート７のゲインを基準（「１」）とした相対値である。

【0042】

図３に示すように、マイクロチャンネルプレート７に印加される電圧は、高電圧印加部８によって、３段階（高電圧ＨＶ１，ＨＶ２，ＨＶ３）に切り替えられる。そのため、マイクロチャンネルプレート７に印加される電圧を切り替えることで、マイクロチャンネルプレート７のゲインを３段階に切り替えることができる。

【0043】

図４は、マイクロチャンネルプレート７に印加される電圧およびＤＡＣ９２のゲインと、電子検出部７０のゲインと、の関係を示すグラフである。図４に示すグラフでは、横軸にマイクロチャンネルプレート７に印加される電圧を示し、縦軸に電子検出部７０のゲインを示している。また、長方形の箱の大きさがＤＡＣ９２のゲインを調整できる範囲を表している。

【0044】

図３および図４に示すように、マイクロチャンネルプレート７に印加される電圧は、３段階に切り替えられる。そのため、マイクロチャンネルプレート７に印加される電圧を切り替えることによって、電子検出部７０のゲインを３段階に切り替えることができる。

【0045】

また、ＤＡＣ９２のゲインは、ゲイン制御部１２２でＤＡＣ９２のデータを入力することで変更することができる。ＤＡＣ９２では、ＤＡＣ９２の分解能に応じたゲインの制御可能である。したがって、図４に示すように、ＤＡＣ９２のゲインを変更することで、電子検出部７０のゲインを、マイクロチャンネルプレート７に印加される電圧を変えた場合よりも細かく変えることができる。

【0046】

すなわち、電子顕微鏡１００では、高電圧印加部８は、マイクロチャンネルプレート７に印加される電圧をＮ段階に切り替え、ゲイン制御部１２２は、ＤＡＣ９２のゲインをｎ段階に切り替え、Ｎ＜ｎである。例えば、高電圧切り替えスイッチ８２が高電圧を３通りに切り替え、ＤＡＣ９２の分解能が８ビットの場合、Ｎ＝３であり、ｎ＝２５５である。

【0047】

このように、電子顕微鏡１００では、マイクロチャンネルプレート７に印加される電圧の切り替え（粗調整）と、ＤＡＣ９２のゲインの制御（微調整）とによって、電子検出部７０のゲインを制御する。これにより、電子顕微鏡１００では、電子検出部７０のゲインを、広範囲に精度よく調整することが可能となる。

【0048】

なお、図４に示すように、例えば、高電圧ＨＶ１とした場合と、高電圧ＨＶ２とした場合と、において、電子検出部７０のゲインを調整できる範囲が重複する場合には、ＤＡＣ９２のゲインを上げて使用できる範囲を採用する。すなわち、電子顕微鏡１００では、図４においてハッチングを付した領域は使用しない。ＤＡＣ９２は、ゲインが小さい場合、ゲインが大きい場合と比べて、ＳＮ比が低下してしまう。そのため、ＤＡＣ９２のゲイン
を上げて使用できる範囲を採用することで（すなわち図４のハッチングを付した領域を用いないことで）、ＳＮ比を向上できる。

【0049】

電子顕微鏡１００では、電子検出部７０のゲインを調整することで、反射電子像のコントラストを調整することができる。

【0050】

制御部１０は、処理部１２と、操作部１４と、表示部１６と、記憶部１８と、を含んで構成されている。

【0051】

操作部１４は、ユーザーによる操作に応じた操作信号を取得し、処理部１２に送る処理を行う。操作部１４は、例えば、ボタン、キー、タッチパネル型ディスプレイ、マイクなどである。また、操作部１４は、マイクロチャンネルプレート７に印加される電圧の情報の入力を受け付ける入力部として機能する。また、操作部１４は、電子検出部７０のゲインの情報の入力を受け付ける入力部としても機能する。すなわち、ユーザーは、操作部１４を操作することで、反射電子像のコントラストを調整することができる。

【0052】

表示部１６は、処理部１２によって生成された画像を表示するものである。表示部１６は、ＬＣＤ（liquid crystal display）、有機ＥＬ（electroluminescence）ディスプレイ、などのディスプレイにより実現できる。

【0053】

記憶部１８は、処理部１２が各種の計算処理や制御処理を行うためのプログラムやデータ等を記憶している。また、記憶部１８は、処理部１２の作業領域として用いられ、処理部１２が各種プログラムに従って実行した算出結果等を一時的に記憶するためにも使用される。記憶部１８は、ＲＡＭ（random access memory）や、ＲＯＭ（read only memory）、ハードディスクなどにより実現できる。

【0054】

記憶部１８には、後述する電子線の軸合わせに用いられる情報が記憶されている。具体的には、記憶部１８には、マイクロチャンネルプレート７に印加される電圧と、電子線が光軸ＯＡに合った状態となる光学系（偏向器４等）の条件と、の関係の情報が記憶されている。電子顕微鏡１００では、マイクロチャンネルプレート７に印加される電圧は、高電圧ＨＶ１，ＨＶ２，ＨＶ３の３通りである。そのため、記憶部１８には、マイクロチャンネルプレート７に高電圧ＨＶ１が印加されたときに、電子線が光軸ＯＡに合った状態となる光学系の条件の情報、マイクロチャンネルプレート７に高電圧ＨＶ２が印加されたときに、電子線が光軸ＯＡに合った状態となる光学系の条件の情報、およびマイクロチャンネルプレート７に高電圧ＨＶ３が印加されたときに、電子線が光軸ＯＡに合った状態となる光学系の条件の情報が記憶されている。

【0055】

マイクロチャンネルプレート７に高電圧ＨＶ１が印加されたときに、電子線が光軸ＯＡに合った状態となる光学系の条件の情報は、例えば、マイクロチャンネルプレート７に高電圧ＨＶ１を印加して、光学系（例えば偏向器４）を用いて軸合わせを行い、そのときの光学系の条件を記録することで得ることができる。

【0056】

マイクロチャンネルプレート７に高電圧ＨＶ２が印加されたときに、電子線が光軸ＯＡに合った状態となる光学系の条件の情報、およびマイクロチャンネルプレート７に高電圧ＨＶ３が印加されたときに、電子線が光軸ＯＡに合った状態となる光学系の条件の情報も、高電圧ＨＶ１の場合と同様に得ることができる。

【0057】

処理部１２は、記憶部１８に記憶されているプログラムに従って、各種の制御処理や計算処理を行う。処理部１２の機能は、各種プロセッサ（ＣＰＵ（central processing unit）等）でプログラムを実行することにより実現することができる。なお、処理部１２の
機能を、ＦＰＧＡ（field-programmable gate array）などにより実現してもよい。

【0058】

処理部１２は、高電圧制御部１２０と、ゲイン制御部１２２と、光学系制御部１２４と、を含む。

【0059】

高電圧制御部１２０は、高電圧切り替えスイッチ８２を制御する。高電圧制御部１２０は、操作部１４に入力されたマイクロチャンネルプレート７に印加される電圧の情報に基づいて、高電圧切り替えスイッチ８２を制御する。高電圧制御部１２０が高電圧切り替えスイッチ８２を切り替えることで、マイクロチャンネルプレート７に印加される電圧を切り替えることができる。

【0060】

ゲイン制御部１２２は、ＤＡＣ９２に所定のデータを入力して、ＤＡＣ９２のゲインを制御する。ゲイン制御部１２２は、操作部１４に入力された電子検出部７０のゲインの情報、すなわち反射電子像のコントラストの情報に基づいてＤＡＣ９２に入力されるデータ値を求め、ＤＡＣ９２のゲインを制御する。

【0061】

また、ゲイン制御部１２２は、マイクロチャンネルプレート７に印加される電圧が切り替えられる場合、すなわち、操作部１４にマイクロチャンネルプレート７に印加される電圧の情報が入力された場合に、マイクロチャンネルプレート７に印加される電圧が変化する前（切り替えられる前）の検出信号と、マイクロチャンネルプレート７に印加される電圧が変化した後（切り替えられた後）の検出信号と、に基づいて、ＤＡＣ９２のゲインを制御する。

【0062】

具体的には、ゲイン制御部１２２は、まず、操作部１４にマイクロチャンネルプレート７に印加される電圧の情報が入力されると、マイクロチャンネルプレート７に印加される電圧が変化する前の所定時間の検出信号の平均値（以下、「電圧変化前の検出信号の平均値」ともいう）と、マイクロチャンネルプレート７に印加される電圧が変化した後の所定時間の検出信号の平均値（以下、「電圧変化後の検出信号の平均値」ともいう）と、を算出する。このとき、変化前の検出信号を平均する時間（所定時間）と、変化後の検出信号を平均する時間（所定時間）とは、例えば、等しい。

【0063】

次に、ゲイン制御部１２２は、電圧変化前の検出信号の平均値と電圧変化後の検出信号の平均値との差を計算する。そして、ゲイン制御部１２２は、この差が小さくなるように、より好ましくは差が零となるようにＤＡＣ９２を制御する。

【0064】

この結果、マイクロチャンネルプレート７に印加される電圧の切り替えの前後の電子検出部７０のゲインの差を小さく、またはゲインの差を零とすることができる。これにより、マイクロチャンネルプレート７に印加される電圧が変化することによる反射電子像のコントラストの変化を小さくできる。そのため、マイクロチャンネルプレート７に印加される電圧が切り替えられた場合でも、電子検出部７０のゲインの変化が連続的となる。したがって、ユーザーはマイクロチャンネルプレート７に印加される電圧が変化したことを意識することなく、反射電子像のコントラストの調整が可能である。

【0065】

電圧変化前の検出信号の平均値および電圧変化後の検出信号の平均値は、電子プローブで試料Ｓの所定の領域を走査して、マイクロチャンネルプレート７で反射電子を検出することで得られる。このとき、電圧変化前の検出信号の平均値を取得するために、電子プローブで走査する際の試料Ｓの走査領域と、電圧変化後の検出信号の平均値を取得するために、電子プローブで走査する際の試料Ｓの走査領域とは、同じ領域であることが好ましい。これにより、ＤＡＣ９２のゲインをより適切に設定することができ、マイクロチャンネルプレート７に印加される電圧が変化することによる反射電子像のコントラストの変化を
より小さくできる。

【0066】

光学系制御部１２４は、マイクロチャンネルプレート７に印加される電圧に応じて、電子線が光軸ＯＡに合った状態となるように光学系（例えば偏向器４）を制御する。具体的には、光学系制御部１２４は、マイクロチャンネルプレート７に印加される電圧が切り替えられると、記憶部１８に記憶された、マイクロチャンネルプレートに印加される電圧と電子線が光軸ＯＡに合った状態となる光学系の条件との関係の情報に基づき、光学系を制御する。

【0067】

例えば、マイクロチャンネルプレート７に印加される電圧が高電圧ＨＶ１に切り替えられた場合には、記憶部１８に記憶されている、マイクロチャンネルプレート７に高電圧ＨＶ１が印加されたときに、電子線が光軸ＯＡに合った状態となる光学系の条件の情報から、光学系の条件を決定し、光学系を制御する。

【0068】

この結果、マイクロチャンネルプレート７に印加される電圧が切り替えられた場合でも、電子線が光軸ＯＡに合った状態とすることができる。すなわち、マイクロチャンネルプレート７に印加される電圧が切り替えられた場合でも、電子線の軸ずれを無くす、あるいは軸ずれを小さくできる。

【0069】

２． ＤＡＣの動作例
次に、ＤＡＣ９２の動作例について説明する。図５は、電子検出部７０の構成を示す図である。図５では、検出信号生成回路９４を１つの増幅回路として示している。ここでは、図５を用いて、マイクロチャンネルプレート７に印加される電圧を、高電圧ＨＶ１から高電圧ＨＶ２に切り替えたときのＤＡＣ９２の動作について説明する。

【0070】

図５に示す例において、ＤＡＣ９２の分解能は、８ビットとする。また、検出信号生成回路９４のゲインＡ１は、Ａ１＝１６とする。

【0071】

マイクロチャンネルプレート７に印加される電圧が高電圧ＨＶ１であって、高電圧ＨＶ１から高電圧ＨＶ２に切り替える直前において、リファレンス電圧Ｖ１がＶ１＝Ｖｒｅｆ１であり、ＤＡＣ９２のデータ値がＦＦ（ＨＥＸ）（２５５（ＤＥＣ））であったものとする。なお、「（ＨＥＸ）」は１６進数であることを示し、「（ＤＥＣ）」は１０進数であることを示している。

【0072】

また、マイクロチャンネルプレート７に印加される電圧が高電圧ＨＶ１から高電圧ＨＶ２に切り替えられた直後において、リファレンス電圧Ｖ１がＶ１＝Ｖｒｅｆ２であり、ＤＡＣ９２のデータ値が０Ｆ（ＨＥＸ）（１５（ＤＥＣ））であったものとする。なお、高電圧が切り替えられた直後のＤＡＣ９２のデータ値は、電子検出部７０のゲイン特性が大きくずれないように、高電圧切り替え時に自動で設定される値である。

【0073】

マイクロチャンネルプレート７に印加される電圧が高電圧ＨＶ１のとき、ＤＡＣ９２の出力電圧Ｖ２はＶ２＝Ｖｒｅｆ１であり、検出信号生成回路９４の出力電圧Ｖ０はＶ０＝１６×Ｖ２である。

【0074】

また、マイクロチャンネルプレート７に印加される電圧が高電圧ＨＶ２のとき、ＤＡＣ９２の出力電圧Ｖ２、および検出信号生成回路９４の出力電圧Ｖ０は以下の通りである。

【0075】

Ｖ２＝（０Ｆ／ＦＦ）×Ｖｒｅｆ２＝（１５／２５５）×Ｖｒｅｆ２≒０．０５８８×Ｖｒｅｆ２・・・（１）
Ｖ０＝１６×Ｖ２

【0076】

図３に示すグラフからＶｒｅｆ２は以下のように表される。

【0077】

Ｖｒｅｆ１×１０＝Ｖｒｅｆ２・・・（２）

【0078】

したがって、式（１）および式（２）から、マイクロチャンネルプレート７に高電圧ＨＶ２が印加されたときのＤＡＣ９２の出力電圧Ｖ２は以下のように表される。

【0079】

Ｖ２＝０．０５８８×Ｖｒｅｆ１×１０＝０．５８８×Ｖｒｅｆ１

【0080】

マイクロチャンネルプレート７に高電圧ＨＶ１が印加されたときの検出信号生成回路９４の出力電圧Ｖ０は、以下の通りである。

【0081】

Ｖ０＝１６×Ｖｒｅｆ１・・・（３）

【0082】

また、およびマイクロチャンネルプレート７に高電圧ＨＶ２が印加されたときの検出信号生成回路９４の出力電圧Ｖ０は、以下の通りである。

【0083】

Ｖ０＝１６×０．５８８×Ｖｒｅｆ１＝９．４０８×Ｖｒｅｆ１・・・（４）

【0084】

上記式（３）と上記式（４）の差を、制御部１０（ゲイン制御部１２２）で計算し、ＤＡＣ９２のデータに反映する。

【0085】

ここでは、ＤＡＣ９２のデータは、以下の値となる。

【0086】

１５×（１６／９．４０８）≒２５（ＤＥＣ）
ＤＡＴＡ：１９（ＨＥＸ）

【0087】

マイクロチャンネルプレート７に印加される高電圧を高電圧ＨＶ１から高電圧ＨＶ２に切り替えた後に、ＤＡＣ９２のデータに１９（ＨＥＸ）を書き込むことで、高電圧を切り替える直前の電子検出部７０のゲインに近い（好ましくは同じ）状態にすることができる。

【0088】

３． 動作
次に、電子顕微鏡１００の動作について説明する。以下では、マイクロチャンネルプレート７に印加される電圧を切り替える際の処理部１２の処理について説明する。図６は、本実施形態に係る電子顕微鏡１００の処理部１２の処理の一例を示すフローチャートである。

【0089】

まず、処理部１２は、ユーザーからのマイクロチャンネルプレート７に印加される電圧を切り替える指示（電圧切り替え指示）があったか否かを判定し（ステップＳ１００）、電圧切り替え指示があるまで待機する。処理部１２は、操作部１４がマイクロチャンネルプレート７に印加される電圧の情報の入力を受け付けた場合に、電圧切り替え指示があったと判定する。

【0090】

電圧切り替え指示があったと判定された場合（Ｓ１００のＹｅｓ）、ゲイン制御部１２２は、ＤＡＣ９２のゲインを制御する処理を開始する。具体的には、ゲイン制御部１２２は、まず、電子検出部７０からの検出信号を所定時間、取得して、検出信号の平均値Ａ（すなわち電圧変化前の検出信号の平均値）を算出する（Ｓ１０２）。

【0091】

ゲイン制御部１２２が検出信号を所定時間取得した後、高電圧制御部１２０は、操作部１４に入力された電圧の情報に基づきマイクロチャンネルプレート７に印加される電圧を切り替える（Ｓ１０４）。

【0092】

マイクロチャンネルプレート７に印加される電圧が切り替えられると、光学系制御部１２４は、電子線が光軸ＯＡに合うように光学系の条件を制御する（Ｓ１０６）。これにより、マイクロチャンネルプレート７に印加される電圧が変化することによる、電子線の軸ずれを無くす、あるいは軸ずれを低減できる。

【0093】

次に、ゲイン制御部１２２は、電子検出部７０からの検出信号を所定時間、取得して、検出信号の平均値Ｂ（すなわち電圧変化後の検出信号の平均値）を算出する（Ｓ１０８）。

【0094】

次に、ゲイン制御部１２２は、平均値Ａと平均値Ｂとの差に基づいて、ＤＡＣ９２のゲインを制御する（Ｓ１１０）。具体的には、ゲイン制御部１２２は、平均値Ａと平均値Ｂとの差が小さくなるように（好ましくは零となるように）ＤＡＣ９２のゲインを制御する。これにより、マイクロチャンネルプレート７に印加される電圧が変化することによる反射電子像のコントラストの変化を小さくできる。

【0095】

処理部１２は、ＤＡＣ９２のゲインの制御を行った後（Ｓ１１０の後）、ステップＳ１００に戻って、ステップＳ１００，Ｓ１０２，Ｓ１０４，Ｓ１０６，Ｓ１０８，Ｓ１１０の処理を繰り返す。

【0096】

４． 特徴
電子顕微鏡１００は、例えば、以下の特徴を有する。

【0097】

電子顕微鏡１００は、電子を検出するマイクロチャンネルプレート７と、マイクロチャンネルプレート７からの電流信号を電圧信号に変換する電流電圧変換回路９０と、電流電圧変換回路９０からの電圧信号を増幅または減衰させるＤＡＣ９２と、ＤＡＣ９２の出力信号に基づいて、検出信号を生成する検出信号生成回路９４と、ＤＡＣ９２のゲインを制御するゲイン制御部１２２と、を含み、ゲイン制御部１２２は、マイクロチャンネルプレート７に印加される電圧が変化する前の検出信号と、マイクロチャンネルプレート７に印加される電圧が変化した後の検出信号と、に基づいて、ＤＡＣ９２のゲインを制御する。

【0098】

このように電子顕微鏡１００では、ＤＡＣ９２を含むため、ＤＡＣ９２のゲインを制御することで、電子検出部７０のゲインを制御することができる。そのため、マイクロチャンネルプレート７に印加される電圧を変化させなくても、ＤＡＣ９２のゲインを制御することによって、マイクロチャンネルプレート７に印加される電圧を変化させたときと同様に、反射電子像のコントラストを調整することができる。したがって、電子顕微鏡１００では、マイクロチャンネルプレート７に印加される電圧を変化させるごとに、すなわち、電子顕微鏡像のコントラストを変化させるごとに、電子線の軸合わせを行う必要がなく、操作性を向上できる。

【0099】

電子顕微鏡１００では、電子検出部７０のゲイン調整、すなわち反射電子像のコントラストの調整は、ユーザーが、最初に試料Ｓの観察に適したマイクロチャンネルプレート７に印加される電圧を選択し（粗調整）、その後、ＤＡＣ９２のゲインを調整すること（微調整）で行うことができる。そのため、電子顕微鏡１００では、反射電子像のコントラストを調整するたびに電子線の軸合わせを行う必要がなく、優れた操作性を有する。

【0100】

さらに、電子顕微鏡１００では、ゲイン制御部１２２は、マイクロチャンネルプレート
７に印加される電圧が変化する前の検出信号と、マイクロチャンネルプレート７に印加される電圧が変化した後の検出信号と、に基づいて、ＤＡＣ９２のゲインを制御する。

【0101】

そのため、電子顕微鏡１００では、マイクロチャンネルプレート７に印加される電圧の切り替えの前後の電子検出部７０のゲインの差を小さく、またはゲインの差を零とすることができる。これにより、マイクロチャンネルプレート７に印加される電圧が変化することによる反射電子像のコントラストの変化を小さくできる。したがって、電子検出部７０のゲインの変化が連続的となり、ユーザーはマイクロチャンネルプレート７に印加される電圧が変化したことを意識することなく、反射電子像のコントラストの調整が可能である。したがって、電子顕微鏡１００では、操作性を向上できる。

【0102】

電子顕微鏡１００では、ゲイン制御部１２２は、マイクロチャンネルプレート７に印加される電圧が変化する前の所定時間の検出信号の平均値である第１平均値と、マイクロチャンネルプレートに印加される電圧が変化した後の所定時間の検出信号の平均値である第２平均値と、の差を算出し、第１平均値と第２平均値との差が小さくなるようにＤＡＣ９２のゲインを制御する。そのため、電子顕微鏡１００では、マイクロチャンネルプレート７に印加される電圧の切り替えの前後の電子検出部７０のゲインの差を小さく、またはゲインの差を零とすることができる。

【0103】

電子顕微鏡１００では、マイクロチャンネルプレート７に印加される電圧の情報の入力を受け付ける入力部としての操作部１４を含み、ゲイン制御部１２２は、操作部１４がマイクロチャンネルプレート７に印加される電圧の情報を受け付けた場合に、ＤＡＣ９２のゲインを制御する処理を開始する。そのため、電子顕微鏡１００では、マイクロチャンネルプレート７に印加される電圧の変化を意識することなく、反射電子像のコントラストの調整が可能である。

【0104】

電子顕微鏡１００では、電子線を試料Ｓに照射する光学系（コンデンサーレンズ３、偏向器４、走査コイル５、対物レンズ６等）と、マイクロチャンネルプレート７に印加される電圧に応じて、電子線が光学系の光軸ＯＡに合った状態となるように光学系を制御する光学系制御部１２４と、を含む。そのため、電子顕微鏡１００では、マイクロチャンネルプレート７に印加される電圧が変化しても、自動で電子線が光軸ＯＡに合った状態とすることができる。

【0105】

電子顕微鏡１００では、マイクロチャンネルプレート７に印加される電圧と、電子線が光軸ＯＡにあった状態となる光学系の条件と、の関係の情報を記憶する記憶部１８を含み、光学系制御部１２４は、前記関係の情報に基づいて光学系を制御する。そのため、電子顕微鏡１００では、マイクロチャンネルプレート７に印加される電圧が変化しても、自動で電子線が光軸ＯＡに合った状態とすることができる。

【0106】

電子顕微鏡１００は、マイクロチャンネルプレート７に印加される電圧を切り替える高電圧印加部８を含む。さらに、電子顕微鏡１００の高電圧印加部８は、マイクロチャンネルプレート７に印加される電圧をＮ段階に切り替え、ゲイン制御部１２２は、ＤＡＣ９２のゲインをｎ段階に切り替え、Ｎ＜ｎである。そのため、電子顕微鏡１００では、電子検出部７０のゲインを、広範囲に精度よく調整することができる。

【0107】

５． 変形例
なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。

【0108】

５．１． 第１変形例
図７は、電子検出部７０のゲインと、マイクロチャンネルプレート７に印加される電圧およびＤＡＣ９２のゲインと、の関係の一例を示すグラフである。

【0109】

図７に示すように、電子検出部７０のゲインと、マイクロチャンネルプレート７に印加される電圧およびＤＡＣ９２のゲインと、を一対一に対応させてもよい。すなわち、反射電子像のコントラスト値に応じて、マイクロチャンネルプレート７に印加される電圧およびＤＡＣ９２のゲインがそれぞれ一義的に決まるようにしてもよい。これにより、ユーザーは、マイクロチャンネルプレート７に印加される電圧を選択することなく、反射電子像のコントラストを調整することができる。

【0110】

５．２． 第２変形例
上記の実施形態では、図２に示すように、ゲイン制御部１２２は、ＤＡＣ９４６から出力される検出信号に基づいてＤＡＣ９２のゲインの制御を行った。すなわち、上記の実施形態では、反射電子像を生成するための検出信号と、ＤＡＣ９２のゲインの制御を行うための検出信号と、を同じＤＡＣ９４６の出力信号から得ていた。

【0111】

これに対して、本変形例では、図示はしないが、反射電子像を生成するための検出信号を得るためのＤＡＣ９４６とは別に、ＤＡＣ９２のゲインの制御を行うための検出信号を得るためのＤＡＣを設けてもよい。これにより、ＤＡＣ９２のゲインの制御に適した回路を組むことができる。

【0112】

なお、上述した実施形態及び変形例は一例であって、これらに限定されるわけではない。例えば各実施形態及び各変形例は、適宜組み合わせることが可能である。

【0113】

本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法および結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。

【符号の説明】

【0114】

２…電子源、３…コンデンサーレンズ、４…偏向器、５…走査コイル、６…対物レンズ、７…マイクロチャンネルプレート、８…高電圧印加部、９…検出回路、１０…制御部、１２…処理部、１４…操作部、１６…表示部、１８…記憶部、７０…電子検出部、８０…高電圧発生源、８２…高電圧切り替えスイッチ、９０…電流電圧変換回路、９２…ＤＡＣ、９４…検出信号生成回路、１００…電子顕微鏡、１２０…高電圧制御部、１２２…ゲイン制御部、１２４…光学系制御部、９４０…増幅回路、９４２…レベルシフト回路、９４４…増幅回路、９４６…ＤＡＣ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】