特許 7054633 電子顕微鏡および電子顕微鏡の制御方法

(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】2022-04-06

(45)【発行日】2022-04-14

(54)【発明の名称】電子顕微鏡および電子顕微鏡の制御方法

(51)【国際特許分類】

   H01J 37/248 20060101AFI20220407BHJP

   H01J 37/26 20060101ALI20220407BHJP

【ＦＩ】

H01J37/248 B

H01J37/26

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2018022129

(22)【出願日】2018-02-09

(65)【公開番号】P2019139964

(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】岩崎 琢磨

(72)【発明者】

【氏名】河野 祐二

【審査官】大門 清

(56)【参考文献】

【文献】特開２００１－２４３９０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０５－２９０７７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６３－０８１７４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０４８１４７１６（ＵＳ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００９／００８５５０４（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｊ ３７／２４８

Ｈ０１Ｊ ３７／２６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

エミッタと、
前記エミッタから電子を引き出す引き出し電極と、
前記引き出し電極の後段に配置され、前記エミッタから引き出された電子線を加速させる第１加速電極と、
前記第１加速電極の後段に配置され、複数の第２加速電極を備える加速管と、
加速電圧を発生させる加速電圧電源と、
前記第１加速電極に電圧を印加する加速電極用電源と、
補助電圧を発生させる補助電圧電源と、
前記加速電圧と前記補助電圧とが重畳された入力電圧を分圧して、前記複数の第２加速電極の各々に印加する複数の分圧用抵抗と、
を含み、
前記加速電極用電源で前記第１加速電極の電位を制御し、前記補助電圧電源で前記複数の第２加速電極のうちの１つの第２加速電極の電位を制御することによって、前記第１加速電極と前記１つの第２加速電極との間のレンズ作用を制御する、電子顕微鏡。

【請求項2】

請求項１において、
前記引き出し電極に電圧を印加する引き出し電極用電源を含み、
前記引き出し電極用電源で前記引き出し電極の電位を制御し、前記加速電極用電源で前記第１加速電極の電位を制御することによって、前記引き出し電極と前記第１加速電極との間のレンズ作用を制御する、電子顕微鏡。

【請求項3】

請求項１または２において、
前記加速電圧は、可変である、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、
前記補助電圧電源を制御する制御部を含み、
前記制御部は、前記加速電圧の変更に応じて前記補助電圧を設定し、前記加速電圧に前記補助電圧を重畳して前記入力電圧とする処理を行う、電子顕微鏡。

【請求項5】

エミッタと、
前記エミッタから電子を引き出す引き出し電極と、
前記引き出し電極の後段に配置され、前記エミッタから引き出された電子線を加速させる第１加速電極と、
前記第１加速電極の後段に配置され、複数の第２加速電極を備える加速管と、
加速電圧を発生させる加速電圧電源と、
前記引き出し電極に電圧を印加する引き出し電極用電源と、
前記第１加速電極に電圧を印加する加速電極用電源と、
補助電圧を発生させる補助電圧電源と、
前記加速電圧と前記補助電圧とが重畳された入力電圧を分圧して前記複数の第２加速電極の各々に印加する複数の分圧用抵抗と、を含む電子顕微鏡の制御方法であって、
前記引き出し電極用電源で前記引き出し電極の電位を制御し、前記加速電極用電源で前記第１加速電極の電位を制御することによって、前記引き出し電極と前記第１加速電極の間のレンズ作用を制御する工程と、
前記加速電圧を変更する工程と、
前記加速電圧の変更に応じて前記補助電圧電源を制御することによって前記複数の第２加速電極のうちの１つの第２加速電極の電位を制御して、前記第１加速電極と前記１つの第２加速電極との間のレンズ作用を制御する工程と、
を含む、電子顕微鏡の制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電子顕微鏡および電子顕微鏡の制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

電子顕微鏡に搭載されている電子銃は、エミッタと、エミッタから電子を引き出す引き出し電極と、エミッタから放出された電子線に所定のエネルギーを与える加速電極と、を備えている。また、電子銃から放出された電子線は加速管で加速される。加速管は複数の加速電極を有しており、各加速電極には、加速電圧を複数段の分圧用抵抗で分圧した電圧が印加される。

【0003】

電子顕微鏡では、引き出し電極と加速電極との間のレンズ作用、および加速電極と加速管の初段の加速電極との間のレンズ作用によって、加速管の下にクロスオーバーを形成している。

【0004】

ここで、例えば、加速電圧を高加速電圧から低加速電圧に切り替えた場合、これらのレンズ条件が成り立たなくなる。そのため、特許文献１には、分圧用抵抗に並列にそれぞれの端子とアース間を短絡する段数切り替えスイッチを設けて、加速電圧の変更に応じて、分圧用抵抗の段数を切り替えている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開平５－２９０７７４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、特許文献１に記載の電子顕微鏡では、段数切り替えスイッチを操作する際には、加速電圧の印加を停止しなければならない。加速電圧の印加を停止してしまうと、再び加速電圧が印加されて電子銃が安定するまでには時間がかかってしまう。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明に係る電子顕微鏡の一態様は、
エミッタと、
前記エミッタから電子を引き出す引き出し電極と、
前記引き出し電極の後段に配置され、前記エミッタから引き出された電子線を加速させる第１加速電極と、
前記第１加速電極の後段に配置され、複数の第２加速電極を備える加速管と、
加速電圧を発生させる加速電圧電源と、
前記第１加速電極に電圧を印加する加速電極用電源と、
補助電圧を発生させる補助電圧電源と、
前記加速電圧と前記補助電圧とが重畳された入力電圧を分圧して、前記複数の第２加速電極の各々に印加する複数の分圧用抵抗と、
を含み、
前記加速電極用電源で前記第１加速電極の電位を制御し、前記補助電圧電源で前記複数の第２加速電極のうちの１つの第２加速電極の電位を制御することによって、前記第１加速電極と前記１つの第２加速電極との間のレンズ作用を制御する。

【0008】

このような電子顕微鏡では、複数の分圧用抵抗の入力電圧を、加速電圧と補助電圧とが重畳された電圧とすることができるため、補助電圧を制御することによって、第１加速電極と初段の第２加速電極との間の電位差を制御することができる。これにより、第１加速電極と初段の第２加速電極との間に形成されるレンズの作用を制御できる。そのため、このような電子顕微鏡では、加速電圧が変更された場合であっても、加速電圧の印加を停止
することなく、第１加速電極と初段の第２加速電極との間に形成されるレンズの作用が低下することを抑制できる。

【0009】

本発明に係る電子顕微鏡の制御方法の一態様は、
エミッタと、
前記エミッタから電子を引き出す引き出し電極と、
前記引き出し電極の後段に配置され、前記エミッタから引き出された電子線を加速させる第１加速電極と、
前記第１加速電極の後段に配置され、複数の第２加速電極を備える加速管と、
加速電圧を発生させる加速電圧電源と、
前記引き出し電極に電圧を印加する引き出し電極用電源と、
前記第１加速電極に電圧を印加する加速電極用電源と、
補助電圧を発生させる補助電圧電源と、
前記加速電圧と前記補助電圧とが重畳された入力電圧を分圧して前記複数の第２加速電極の各々に印加する複数の分圧用抵抗と、を含む電子顕微鏡の制御方法であって、
前記引き出し電極用電源で前記引き出し電極の電位を制御し、前記加速電極用電源で前記第１加速電極の電位を制御することによって、前記引き出し電極と前記第１加速電極の間のレンズ作用を制御する工程と、
前記加速電圧を変更する工程と、
前記加速電圧の変更に応じて前記補助電圧電源を制御することによって前記複数の第２加速電極のうちの１つの第２加速電極の電位を制御して、前記第１加速電極と前記１つの第２加速電極との間のレンズ作用を制御する工程と、
を含む。

【0010】

このような電子顕微鏡の制御方法では、加速電圧の変更に応じて補助電圧を設定し、加速電圧に補助電圧を重畳して入力電圧とする工程を含むため、加速電圧が変更された場合であっても、加速電圧の印加を停止することなく、第１加速電極と初段の第２加速電極との間に形成されるレンズの作用が低下することを抑制できる。

【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】実施形態に係る電子顕微鏡の電子銃および加速管の構成を示す図。

【図3】実施形態に係る電子顕微鏡の電子銃および加速管の動作状態を示す図。

【図4】参考例に係る電子顕微鏡の電子銃および加速管の動作状態を示す図。

【図5】参考例に係る電子顕微鏡の電子銃および加速管の動作状態を示す図。

【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１の構成を示す図である。

【0014】

電子顕微鏡１は、図１に示すように、電子銃１０と、加速管２０と、電源部３０と、制御部３２と、収束レンズ４０と、試料ホルダー５０と、対物レンズ６０と、中間レンズ７０と、投影レンズ８０と、検出器９０と、を含む。

【0015】

電子顕微鏡１では、電子銃１０から放出された電子線を、加速管２０で加速し収束レンズ４０で収束して試料ホルダー５０に保持された試料Ｓに照射する。そして、対物レンズ６０によって試料Ｓを透過した電子線で透過電子顕微鏡像を結像し、中間レンズ７０および投影レンズ８０によって像をさらに拡大して検出器９０上に結像する。電子銃１０および加速管２０には、電源部３０から加速電圧等が供給される。電源部３０は、制御部３２によって制御される。このように、電子顕微鏡１は、透過電子顕微鏡（transmission electron microscope、ＴＥＭ）である。

【0016】

なお、電子顕微鏡１は、図示はしないが、試料Ｓに照射される電子線を走査する走査コイルを備え、走査透過電子顕微鏡像を取得できるように構成されていてもよい。すなわち、電子顕微鏡１は、走査透過電子顕微鏡（scanning transmission electron microscope、ＳＴＥＭ）として機能してもよい。

【0017】

図２は、電子銃１０および加速管２０の構成を示す図である。

【0018】

電子銃１０は、図２に示すように、エミッタ１００と、引き出し電極１０２と、加速電極（第１加速電極）１０４と、を含む。

【0019】

エミッタ１００（フィラメント）は、電子の放出源、すなわち陰極である。エミッタ１００は、フィラメント電源３０１に接続されている。エミッタ１００には、フィラメント電源３０１からフィラメント電流が供給される。エミッタ１００にフィラメント電流を流すことによって、エミッタ１００が加熱される。

【0020】

引き出し電極１０２は、エミッタ１００から電子を引き出すための電極である。引き出し電極１０２は、エミッタ１００に対向して配置されている。引き出し電極１０２は、引き出し電極用電源３０２に接続されている。引き出し電極１０２には、エミッタ１００の表面に強電界を形成するための正の電圧（引き出し電圧）が印加される。

【0021】

加速電極１０４は、引き出し電極１０２の後段に配置されている。加速電極１０４は、エミッタ１００から放出される電子線に所定のエネルギーを与えるための電極である。加速電極１０４は、加速電極用電源３０４に接続されている。

【0022】

加速管２０は、複数の加速電極（第２加速電極）２０１，２０２，２０３，２０４，２０５，２０６と、碍子２１０と、複数の分圧用抵抗素子２２１，２２２，２２３，２２４，２２５，２２６，２２７を有する分圧用回路２２０と、筐体２３０と、を含む。

【0023】

加速電極２０１，２０２，２０３，２０４，２０５，２０６は、加速電極１０４の後段に配置されている。加速電極２０１，２０２，２０３，２０４，２０５，２０６は、光軸に沿って複数段に積み重ねられている。図示の例では、加速管２０は、６段の加速電極２０１，２０２，２０３，２０４，２０５，２０６を有している。これらは、電子銃１０側から、加速電極２０１、加速電極２０２、加速電極２０３、加速電極２０４、加速電極２０５、加速電極２０６の順で配置されている。隣り合う加速電極の間には、碍子２１０が配置されている。複数の加速電極２０１，２０２，２０３，２０４，２０５，２０６によって、電子銃１０から放出された電子線を加速させることができる。

【0024】

加速電極２０１は、加速管２０を構成する複数の加速電極のうちの初段の加速電極である。すなわち、加速電極２０３は、６段の加速電極のうちの最も電子銃１０側（加速電極１０４側）に位置している電極である。

【0025】

分圧用回路２２０は、複数の抵抗素子２２１，２２２，２２３，２２４，２２５，２２６，２２７を有している。図示の例では、分圧用回路２２０は、７つの抵抗素子２２１，２２２，２２３，２２４，２２５，２２６，２２７を有している。７つの抵抗素子２２１，２２２，２２３，２２４，２２５，２２６，２２７は、直列に接続されている。

【0026】

電子顕微鏡１では、分圧用回路２２０に印加される入力電圧、すなわち、複数の抵抗素子２２１，２２２，２２３，２２４，２２５，２２６，２２７の全体に印加される入力電圧を、高圧電源３００が発生させる加速電圧と、補助電圧電源３０６が発生させる補助電圧と、が重畳された電圧とすることができる。分圧用回路２２０では、入力電圧を複数の
抵抗素子２２１，２２２，２２３，２２４，２２５，２２６，２２７で分圧して、複数の加速電極２０１，２０２，２０３，２０４，２０５，２０６の各々に印加する。

【0027】

筐体２３０には電子線が入射する開口が設けられており、電子線は当該開口を通過して筐体２３０の内部に至る。筐体２３０には、複数の加速電極２０１，２０２，２０３，２０４，２０５，２０６が収容されている。筐体２３０の電子線が入射する開口が設けられた入口部分２３２は、高圧電源３００に接続されている。

【0028】

電源部３０は、高圧電源３００（加速電圧電源）と、フィラメント電源３０１と、引き出し電極用電源３０２と、加速電極用電源３０４と、補助電圧電源３０６と、を含む。

【0029】

高圧電源３００は、エミッタ１００で発生した電子線を加速させるための加速電圧を供給する。加速電圧は、エミッタ１００と加速管２０との間に印加される。電子顕微鏡１では、加速電圧は可変である。

【0030】

フィラメント電源３０１は、エミッタ１００にフィラメント電流を供給する。

【0031】

引き出し電極用電源３０２は、引き出し電極１０２に引き出し電圧（正の電圧）を印加する。引き出し電圧は、エミッタ１００から電子線を引き出すために引き出し電極１０２に印加される電圧である。

【0032】

加速電極用電源３０４は、加速電極１０４に正の電圧を供給する。

【0033】

補助電圧電源３０６は、高圧電源３００と初段の抵抗素子２２１との間に配置されている。補助電圧電源３０６は、補助電圧を発生させる。補助電圧電源３０６は、高圧電源３００に直列に接続されている。補助電圧電源３０６は、高圧電源３００が発生させる加速電圧に補助電圧を重畳して分圧用回路２２０に印加する。これにより、分圧用回路２２０に印加される入力電圧を、高圧電源３００が発生させる加速電圧と補助電圧電源３０６が発生させる補助電圧が重畳された電圧とすることができる。補助電圧電源３０６が発生させる補助電圧は、可変である。

【0034】

なお、図示はしないが、電子顕微鏡１は、高圧電源３００を補助電圧電源３０６を介して分圧用回路２２０に接続する場合と、高圧電源３００を補助電圧電源３０６を介さずに直接、分圧用回路２２０に接続する場合と、を切り替える手段（スイッチ）を有していてもよい。これにより、分圧用回路２２０に加速電圧と補助電圧とを重畳して印加する場合と、分圧用回路２２０に加速電圧のみを印加する場合と、を切り替えることができる。

【0035】

引き出し電極用電源３０２、加速電極用電源３０４、補助電圧電源３０６は、高圧電源３００の出力電圧を基準電位としている。

【0036】

図１に示す制御部３２は、高圧電源３００、フィラメント電源３０１、引き出し電極用電源３０２、加速電極用電源３０４、および補助電圧電源３０６を制御する。制御部３２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、制御部３２の機能の少なくとも一部を、ＡＳＩＣ（application specific integrated circuit）などの専用回路により実現してもよい。制御部３２の処理については、後述する「３． 制御部の処理」で説明する。

【0037】

２． 電子顕微鏡の動作
次に、電子顕微鏡１の動作について説明する。まず、電子顕微鏡１の電子銃１０および加速管２０の基本的な動作について説明する。

【0038】

電子顕微鏡１では、引き出し電極１０２に引き出し電極用電源３０２が発生させる正の電圧が印加されることによって、エミッタ１００から電子が引き出される。そして、加速電極１０４には加速電極用電源３０４が発生させる正の電圧が印加され、引き出し電極１０２と加速電極１０４との間には、引き出し電極１０２と加速電極１０４とによって形成される電界により収束レンズ（静電レンズ）が形成される。

【0039】

また、分圧用回路２２０には、高圧電源３００が発生させる加速電圧と、補助電圧電源３０６が発生させる補助電圧とが重畳された入力電圧が印加される。これにより、当該入力電圧が分圧されて、複数の加速電極２０１，２０２，２０３，２０４，２０５，２０６の各々に印加される。加速電極１０４と初段の加速電極２０１との間には、加速電極１０４と初段の加速電極２０１とによって形成される電界により収束レンズ（静電レンズ）が形成される。

【0040】

このように、エミッタ１００から引き出された電子は、引き出し電極１０２と加速電極１０４との間に形成される収束レンズの作用、および加速電極１０４と初段の加速電極２０１との間に形成される収束レンズの作用によって、加速管２０の下にクロスオーバーを形成する。

【0041】

次に、引き出し電極１０２、加速電極１０４、および初段の加速電極２０１に印加される電圧について説明する。図３は、電子顕微鏡１の電子銃１０および加速管２０の動作状態を示す図である。下記表１は、加速電圧ＨＴ＝－２００ｋＶの場合と加速電圧ＨＴ＝－８０ｋＶの場合の、電圧Ａ１、電圧Ａ２、電圧Ａ３、および電位差Ａ２－Ａ３の一例を示す表である。なお、下記表１に示す電圧Ａ１、電圧Ａ２、および電圧Ａ３の値は一例であり、この値に限定されない。

【0042】

【表1】

【0043】

図３に示すように、引き出し電極１０２には、引き出し電極用電源３０２が発生させる電圧Ａ１が印加される。加速電極１０４には、加速電極用電源３０４が発生させる電圧Ａ２が印加される。筐体２３０の入口部分２３２には高圧電源３００が発生させる加速電圧ＨＴが印加される。加速電極２０１には電圧Ａ３が印加される。

【0044】

まず、高加速電圧の場合について説明する。具体的には、高圧電源３００が発生させる加速電圧ＨＴがＨＴ＝－２００ｋＶである場合について説明する。

【0045】

加速電圧ＨＴ＝－２００ｋＶの場合、引き出し電極１０２には電圧Ａ１＝３ｋＶが印加され、加速電極１０４には電圧Ａ２＝６ｋＶが印加される。また、高加速電圧の場合、補助電圧電源３０６が発生させる補助電圧ＡＣＬは、０Ｖである。そのため、分圧用回路２２０には加速電圧ＨＴ＝－２００ｋＶのみが印加される。分圧用回路２２０の入力電圧（加速電圧ＨＴ＝－２００ｋＶ）は、７つの抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５，Ｒ６，Ｒ７で分圧されて、電圧Ａ３＝－２００／７＝－２８．６ｋＶとなる。ここでは、７つの抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５，Ｒ６，Ｒ７は互いに等しい抵抗値を有している。このように、電圧Ａ２は６ｋＶであり、電圧Ａ３は－２８．６ｋＶであるため、加速電極１０４と初段の加速電極２０１との間の電位差Ａ２－Ａ３は、２２．６ｋＶとなる。電位差Ａ２－Ａ３によって、加速電極１０４と初段の加速電極２０１との間に形成される収束レンズの作用の強弱が決まる。

【0046】

次に、低加速電圧の場合について説明する。具体的には、高圧電源３００が発生させる加速電圧ＨＴがＨＴ＝－８０ｋＶである場合について説明する。

【0047】

加速電圧ＨＴ＝－８０ｋＶの場合、加速電圧ＨＴ＝－２００ｋＶの場合と同様に、引き出し電極１０２には電圧Ａ１＝３ｋＶが印加され、加速電極１０４には電圧Ａ２＝６ｋＶが印加される。低加速電圧の場合、補助電圧電源３０６が発生させる補助電圧ＡＣＬは、例えば、１０ｋＶである。そのため、分圧用回路２２０には加速電圧ＨＴ＝－８０ｋＶに補助電圧ＡＣＬ＝１０ｋＶが重畳された－７０ｋＶが印加される。したがって、電圧Ａ３＝－７０／７－１０＝－２０ｋＶとなる。よって、加速電極１０４と初段の加速電極２０１との間の電位差Ａ２－Ａ３は、１４ｋＶとなる。

【0048】

このように、電子顕微鏡１では、低加速電圧の場合には、高加速電圧の場合と比べて、補助電圧ＡＣＬを大きくする。これにより、低加速電圧にすることによる初段の加速電極２０１の電位の低下を抑制でき、電位差Ａ２－Ａ３の低下が抑制される。この結果、加速電極１０４と初段の加速電極２０１との間に形成される収束レンズの作用の低下を抑制できる。

【0049】

以下では、電子顕微鏡１と参考例に係る電子顕微鏡とを比較することで、電子顕微鏡１の作用効果を説明する。図４は、参考例に係る電子顕微鏡の電子銃１０および加速管２０の動作状態を示す図である。下記表２は、参考例に係る電子顕微鏡における加速電圧ＨＴ＝－２００ｋＶの場合と加速電圧ＨＴ＝－８０ｋＶの場合の、電圧Ａ１、電圧Ａ２、電圧Ａ３、および電位差Ａ２－Ａ３の一例を示す表である。

【0050】

【表2】

【0051】

図４に示す例では、図２に示す補助電圧電源３０６がない。そのため、加速電圧ＨＴ＝－８０ｋＶの場合、分圧用回路２２０には加速電圧ＨＴ＝－８０ｋＶが印加される。したがって、初段の加速電極２０１に印加される電圧Ａ３は、電圧Ａ３＝－８０／７＝－１１．４ｋＶとなる。このように、図４に示す例では、低加速電圧とすることで、初段の加速電極２０１の電位が大きく低下してしまう。また、このとき、電圧Ａ１＝３ｋＶ、電圧Ａ２＝６ｋＶとすると、加速電極１０４と初段の加速電極２０１との間の電位差Ａ２－Ａ３は、５．４３ｋＶとなる。このように、図４に示す例では、初段の加速電極２０１の電位の低下により電位差Ａ２－Ａ３が低下し、加速電極１０４と初段の加速電極２０１との間に形成される収束レンズの作用が低下してしまう。この結果、電子線が拡がってしまい、所望の位置にクロスオーバーを形成できない場合がある。

【0052】

また、例えば、図４に示す例では、電圧Ａ２を下げることで、電位差Ａ２－Ａ３を大きくすることができる。下記表３は、参考例に係る電子顕微鏡における加速電圧ＨＴ＝－２００ｋＶの場合と加速電圧ＨＴ＝－８０ｋＶの場合の、電圧Ａ１、電圧Ａ２、電圧Ａ３、および電位差Ａ２－Ａ３の他の例を示す表である。

【0053】

【表3】

【0054】

例えば、加速電圧ＨＴ＝－８０ｋＶの場合に、電圧Ａ１＝３ｋＶ、電圧Ａ２＝３ｋＶとして、加速電圧ＨＴ＝－２００ｋＶの場合よりも電圧Ａ２を下げる。これにより、電位差Ａ２－Ａ３は８．４ｋＶとなり、電位差Ａ２－Ａ３の低下が抑制される。しかしながら、この場合、電圧Ａ２を下げたことにより、電位差Ａ１－Ａ２が小さくなり、引き出し電極１０２と加速電極１０４との間に形成される収束レンズの作用が低下してしまう。

【0055】

図５は、参考例に係る電子顕微鏡の電子銃１０および加速管２０の動作状態を示す図である。下記表４は、参考例に係る電子顕微鏡における加速電圧ＨＴ＝－２００ｋＶの場合と加速電圧ＨＴ＝－８０ｋＶの場合の、電圧Ａ１、電圧Ａ２、電圧Ａ３、および電位差Ａ２－Ａ３の一例を示す表である。

【0056】

【表4】

【0057】

図５に示す例では、低加速電圧にした場合に、３段目の加速電極２０３を、スイッチを用いて基準電位（例えば接地電位）に短絡させる短絡機構を備えている。この短絡機構により、加速電極２０１の電位の低下を抑制できる。例えば、図５に示すように、３段目の加速電極２０３を短絡させると、加速電極２０１に印加される電圧Ａ３は、電圧Ａ３＝－８０／３＝－２６．７ｋＶとなる。また、このとき、電位差Ａ２－Ａ３は、２０．７ｋＶとなる。このように、図５に示すように短絡機構を設けた場合、図４に示す例に比べて、電位差Ａ２－Ａ３の低下が抑制される。しかしながら、このような短絡機構を設けた場合、加速電極２０１を基準電位に短絡させる際には、加速電圧の印加を停止、すなわち、加速電圧を基準電位しなければならない。

【0058】

これに対して、電子顕微鏡１では、補助電圧ＡＣＬを変更することによって、加速電極２０１の電位を制御できるため、加速電圧ＨＴが変更された場合であっても、加速電圧ＨＴの印加を停止することなく、加速電極１０４と初段の加速電極２０１との間に形成される収束レンズの作用が低下することを抑制できる。

【0059】

さらに、電子顕微鏡１では、補助電圧ＡＣＬが可変であり、加速電極２０１の電位を細かく制御することができる。そのため、例えば、上記の短絡機構を用いた場合と比べて、電位差Ａ２－Ａ３を細かく制御することが可能である。例えば、上記の短絡機構を用いた場合、電圧Ａ３は加速電圧と抵抗素子２２１，２２２，２２３，２２４，２２５，２２６，２２７の数で決定されるため、電位差Ａ２－Ａ３の細かい制御はできない。

【0060】

３． 制御部の処理
次に、制御部３２の処理について説明する。

【0061】

制御部３２は、加速電圧ＨＴを変更する処理と、加速電圧ＨＴの変更に応じて補助電圧ＡＣＬを設定し、加速電圧ＨＴに補助電圧ＡＣＬを重畳して分圧用回路２２０の入力電圧とする処理と、を行う。

【0062】

制御部３２は、加速電圧が高加速電圧から低加速電圧に変更された場合、低加速電圧に切り替えたことによる初段の加速電極２０１の電位の低下が抑制されるように補助電圧ＡＣＬを設定する。

【0063】

例えば、加速電圧ＨＴ＝－２００ｋＶの場合、制御部３２は、電圧Ａ１＝３ｋＶ、電圧Ａ２＝６ｋＶ、補助電圧ＡＣＬ＝０ｋＶとなるように電源部３０を制御する。このとき、電圧Ａ３＝－２００／７＝－２８．６ｋＶとなり、電位差Ａ２－Ａ３＝２２．６ｋＶとなる。

【0064】

加速電圧ＨＴ＝－２００ｋＶから加速電圧ＨＴ＝－８０ｋＶに切り替えた場合、制御部３２は、電圧Ａ１＝３ｋＶ、電圧Ａ２＝６ｋＶ、補助電圧ＡＣＬ＝１０ｋＶとなるように電源部３０を制御する。このとき、電圧Ａ３＝－７０／７＋１０＝－２０ｋＶとなり、電位差Ａ２－Ａ３＝１４ｋＶとなる。このように、制御部３２の処理により、低加速電圧に切り替えたことによる初段の加速電極２０１の電位の低下が抑制され、加速電極１０４と初段の加速電極２０１との間に形成される収束レンズの作用の低下を抑制できる。

【0065】

電子顕微鏡１は、例えば、加速電極２０１の電位の低下が抑制される最適な、加速電圧ＨＴと、補助電圧ＡＣＬと、の関係を示すテーブルが記憶された記憶装置（図示せず）を有している。制御部３２は、加速電圧ＨＴが変更された場合に、このテーブルに基づいて補助電圧ＡＣＬを設定する。これにより、加速電圧ＨＴの変更された場合に、適切な補助電圧ＡＣＬを加速電圧ＨＴに重畳することができる。

【0066】

なお、上記では、制御部３２が加速電圧ＨＴの変更に応じて補助電圧ＡＣＬを設定する場合について説明したが、ユーザーが操作部（図示せず）を介して補助電圧ＡＣＬの大きさを設定することで、制御部３２が設定された補助電圧ＡＣＬを加速電圧ＨＴに重畳する処理を行ってもよい。すなわち、この場合、ユーザーが補助電圧ＡＣＬを任意の大きさに設定できる。

【0067】

４． 特徴
電子顕微鏡１は、例えば、以下の特徴を有する。

【0068】

電子顕微鏡１は、エミッタ１００と、エミッタ１００から電子を引き出す引き出し電極１０２と、引き出し電極１０２の後段に配置され、エミッタ１００から引き出された電子線を加速させる加速電極１０４と、加速電極１０４の後段に配置され、複数の加速電極２０１，２０２，２０３，２０４，２０５，２０６を備える加速管２０と、加速電圧ＨＴを発生させる高圧電源３００と、補助電圧ＡＣＬを発生させる補助電圧電源３０６と、加速電圧ＨＴと補助電圧ＡＣＬとが重畳された入力電圧を分圧して、複数の加速電極２０１，２０２，２０３，２０４，２０５，２０６の各々に印加する複数の抵抗素子２２１，２２２，２２３，２２４，２２５，２２６，２２７と、を含む。

【0069】

そのため、電子顕微鏡１では、複数の抵抗素子２２１，２２２，２２３，２２４，２２５，２２６，２２７の入力電圧を加速電圧ＨＴと補助電圧ＡＣＬとが重畳された電圧とすることができる。そのため、補助電圧ＡＣＬを制御することによって、加速電極１０４と初段の加速電極２０１との間の電位差Ａ２－Ａ３を制御することができる。これにより、
加速電極１０４と初段の加速電極２０１との間に形成される収束レンズの作用を制御できる。したがって、電子顕微鏡１では、例えば、加速電圧ＨＴが変更された場合であっても、加速電圧ＨＴの印加を停止することなく、加速電極１０４と初段の加速電極２０１との間に形成される収束レンズの作用が低下することを抑制できる。

【0070】

さらに、電子顕微鏡１では、例えば上記の短絡機構を設ける場合と比べて、加速電極１０４と初段の加速電極２０１との間に形成される収束レンズの作用を細かく制御できる。これにより、クロスオーバー位置を精度よく調整することができる。

【0071】

電子顕微鏡１は、補助電圧電源３０６を制御する制御部３２を含み、制御部３２は、加速電圧ＨＴの変更に応じて補助電圧ＡＣＬを設定し、加速電圧ＨＴに補助電圧ＡＣＬを重畳して分圧用回路２２０の入力電圧とする処理を行う。そのため、電子顕微鏡１では、加速電圧ＨＴが変更された場合であっても、適切な補助電圧ＡＣＬを設定できる。したがって、例えば、高加速電圧から低加速電圧に切り替えた場合であっても、加速電極１０４と初段の加速電極２０１との間に形成される収束レンズの作用が低下することを抑制できる。

【0072】

本実施形態に係る電子顕微鏡１の制御方法は、加速電圧ＨＴを変更する工程と、加速電圧ＨＴの変更に応じて補助電圧ＡＣＬを設定し、加速電圧ＨＴに補助電圧ＡＣＬを重畳して入力電圧とする工程と、を含む。そのため、加速電圧が変更された場合であっても、加速電圧ＨＴの印加を停止することなく、加速電極１０４と初段の加速電極２０１との間に形成される収束レンズの作用が低下することを抑制できる。

【0073】

なお、上記では、電子顕微鏡１が透過電子顕微鏡である場合について説明したが、本発明に係る電子顕微鏡は、走査電子顕微鏡（scanning electron microscope、ＳＥＭ）であってもよい。

【0074】

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】

【0075】

１…電子顕微鏡、１０…電子銃、２０…加速管、３０…電源部、３２…制御部、４０…収束レンズ、５０…試料ホルダー、６０…対物レンズ、７０…中間レンズ、８０…投影レンズ、９０…検出器、１００…エミッタ、１０２…引き出し電極、１０４…加速電極、２０１…加速電極、２０２…加速電極、２０３…加速電極、２０４…加速電極、２０５…加速電極、２０６…加速電極、２１０…碍子、２２０…分圧用回路、２２１…抵抗素子、２２２…抵抗素子、２２３…抵抗素子、２２４…抵抗素子、２２５…抵抗素子、２２６…抵抗素子、２２７…抵抗素子、２３０…筐体、３００…高圧電源、３０１…フィラメント電源、３０２…引き出し電極用電源、３０４…加速電極用電源、３０６…補助電圧電源

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】