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JP2006047206A - Combined microscope - Google Patents

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JP2006047206A
JP2006047206A JP2004231334A JP2004231334A JP2006047206A JP 2006047206 A JP2006047206 A JP 2006047206A JP 2004231334 A JP2004231334 A JP 2004231334A JP 2004231334 A JP2004231334 A JP 2004231334A JP 2006047206 A JP2006047206 A JP 2006047206A
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JP
Japan
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ray
sample
image
electron beam
electron
Prior art date
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Pending
Application number
JP2004231334A
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Japanese (ja)
Inventor
Tomomi Tamura
知巳 田村
Sadamu Tomita
定 冨田
Shigehiro Mitamura
茂宏 三田村
Hidenobu Ishida
秀信 石田
Kiyoshi Ogawa
潔 小河
Shigeki Hayashi
茂樹 林
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shimadzu Corp
Original Assignee
Shimadzu Corp
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Publication date
Application filed by Shimadzu Corp filed Critical Shimadzu Corp
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Abstract

【課題】
本発明は、試料の内部X線画像を取得するとともに、電子顕微鏡の機能も実現できるようにする。
【解決手段】
電子鏡筒1の電子線を可動式のターゲット9により遮蔽し、X線を発生させることで、X線発生器を電子線発生器と共用させる。これにより試料への照射X線と照射電子線が同軸上に落射されるため、同一視野で試料内部情報、表面情報の両方を観察することができる。また、試料全体の内部形態情報を示すX線画像に目的部位15の元素分布像を重ねがきして表示することも可能となる。機械的切断手段10を備えているため、試料内部の電子線画像などを表示することも可能である。
【選択図】図3
【Task】
The present invention makes it possible to acquire an internal X-ray image of a sample and to realize the function of an electron microscope.
[Solution]
The X-ray generator is shared with the electron beam generator by shielding the electron beam of the electron column 1 with the movable target 9 and generating X-rays. Thereby, since the irradiation X-ray and the irradiation electron beam to the sample are incident on the same axis, it is possible to observe both the sample internal information and the surface information in the same visual field. In addition, the element distribution image of the target region 15 can be overlaid and displayed on the X-ray image indicating the internal form information of the entire sample. Since the mechanical cutting means 10 is provided, it is also possible to display an electron beam image or the like inside the sample.
[Selection] Figure 3

Description

本発明は、生体や半導体などの微細構造物試料の表面状態や組成分布などを観察したり、分析する顕微鏡技術に関するものである。   The present invention relates to a microscope technique for observing or analyzing the surface state and composition distribution of a fine structure sample such as a living body or a semiconductor.

電子線を試料上で走査して試料からの2次電子や反射電子を検出し、表面の形態をナノメートルオーダーで観察する走査電子顕微鏡(SEM)が、様々な産業分野で利用されている。また、これにエネルギー分散型X線分光器(EDX)や波長分散型X線分光器(WDX)を組み込んで、電子線の入射によって励起されるX線のエネルギーを調べることで、試料の形態や元素分布を測定したり、観察する装置も商品化されている。   A scanning electron microscope (SEM) that scans an electron beam on a sample to detect secondary electrons and reflected electrons from the sample and observes the surface form on the order of nanometers is used in various industrial fields. In addition, by incorporating an energy dispersive X-ray spectrometer (EDX) or wavelength dispersive X-ray spectrometer (WDX) into this, and examining the energy of X-rays excited by the incidence of an electron beam, Devices for measuring and observing elemental distribution are also commercialized.

目的部分が試料内部に存在している場合や試料の下層に存在している場合、試料内部の形態や形状を測定し情報を得るには、透過性が高いX線を用いたX線顕微鏡が適している。
X線顕微鏡として、例えば、電子顕微鏡と同様の電子鏡筒に金属片ターゲットを固定して、数十nmのX線源径により表面からは観察できない試料内部を観察する投影型X線顕微鏡が提案されている(特許文献1参照。)。
また、電子部品など微細部品の検査用にはマイクロフォーカスX線透視装置、マイクロフォーカスX線CT装置などが実用化されており、これらの装置でのX線焦点サイズはサブミクロン(例えば0.4μm)である。さらに、X線には大気中で観察できるというメリットもある。
When the target part exists in the sample or in the lower layer of the sample, an X-ray microscope using highly transmissive X-rays is required to measure the form and shape inside the sample and obtain information. Is suitable.
As an X-ray microscope, for example, a projection X-ray microscope is proposed in which a metal piece target is fixed to an electron column similar to an electron microscope and the inside of the sample cannot be observed from the surface due to an X-ray source diameter of several tens of nm. (See Patent Document 1).
In addition, microfocus X-ray fluoroscopy devices, microfocus X-ray CT devices, and the like have been put to practical use for inspection of fine parts such as electronic components, and the X-ray focal spot size in these devices is submicron (for example, 0.4 μm). ). Furthermore, X-rays have the advantage that they can be observed in the atmosphere.

このように、X線顕微鏡や電子顕微鏡は近年の様々な産業分野において重要な役割を担っており、これらの顕微鏡の機能や操作性を統合し、より利便性がよい複合型顕微鏡の開発が必要とされている。
これまでに、レーザ顕微鏡と走査型顕微鏡で光学系を共用するようにしたものにおいては、レーザ顕微鏡で得た試料表面の凹凸に関するデータを走査型プローブ顕微鏡での観測にも利用することが提案されている(特許文献2参照。)。
しかし、X線画像及び電子線画像を組み合わせることによって、同時又は時系列に試料内部の情報を表示できる複合型顕微鏡は知られていない。
特開2003−131000号公報 特開平7−198730号公報
As described above, X-ray microscopes and electron microscopes have played an important role in various industrial fields in recent years, and it is necessary to develop complex microscopes that integrate the functions and operability of these microscopes and that are more convenient. It is said that.
Until now, in the case where the optical system is shared between the laser microscope and the scanning microscope, it has been proposed to use the data on the surface roughness of the sample obtained by the laser microscope for observation with the scanning probe microscope. (See Patent Document 2).
However, there is no known composite microscope that can display information inside a sample simultaneously or in time series by combining an X-ray image and an electron beam image.
JP 2003-131000 A JP-A-7-198730

走査型電子顕微鏡は試料表面近傍の情報をナノメートルオーダーで取得することが可能であるが、試料内部(例えばmmオーダー)の情報を選択的に取得するのは困難である。内部の観察情報を取得したい場合には、試料を切断して目的部位を露出させ、観察することになる。このとき、一般的には切断時に目的部位を目視や光学顕微鏡、時には電子顕微鏡で探しながら別の装置で切断した後、電子顕微鏡に試料を固定して観察することになるが、目的部位に対するマーカーが微小な場合には試料切断部位をうまく探せないケースがある。また、最悪の場合、貴重な目的部位を切断時に破損してしまう可能性もある。   The scanning electron microscope can acquire information in the vicinity of the sample surface in the nanometer order, but it is difficult to selectively acquire information in the sample (for example, mm order). When it is desired to acquire internal observation information, the sample is cut to expose the target portion and observed. At this time, generally, the target site at the time of cutting is searched with an optical microscope, sometimes with an electron microscope while being cut with another device, and then the sample is fixed to the electron microscope for observation. In some cases, the sample cutting site cannot be found well. In the worst case, a valuable target part may be damaged at the time of cutting.

一方、投影型X線顕微鏡の場合は、数十nmのX線焦点サイズを達成するためにターゲットを薄くしており(20〜200nm)、放熱対策がされているものの、mmオーダーの試料を内部透視することが可能な程にX線量を上げると、ターゲットが損傷する問題が発生してしまう。mmオーダーのサンプルの内部をX線観察するには、例えば、ターゲットの厚みがミクロンオーダーであるマイクロフォーカスX線装置が適当であるが、X線焦点サイズは最小でもサブミクロン程度に過ぎない。   On the other hand, in the case of a projection X-ray microscope, the target is thinned to achieve an X-ray focal spot size of several tens of nanometers (20 to 200 nm). If the X-ray dose is increased to such an extent that it can be seen through, a problem that the target is damaged occurs. For example, a microfocus X-ray apparatus with a target thickness in the micron order is suitable for observing the inside of a sample on the order of mm, but the X-ray focal spot size is only about submicron.

したがって、試料内部の目的部位の形状や位置を正確に把握した上で、その部位の構造や組成(元素)の分布をナノメートルオーダーで観察する場合、単体の装置ではいずれの装置を用いても難しく、これら装置を組み合わせて使用する必要がある。ところが、複数の装置を使用するため、一連の作業には時間がかかり作業性が悪いばかりでなく、試料によっては表面状態が経時的に変化して、もしくは装置間試料移動時に不純物(コンタミ)が付着して本来の情報が得られないということも考えられる。
本発明は、試料の内部X線画像を取得するとともに、電子顕微鏡の機能も実現できる複合型顕微鏡を提供することを目的とする。
Therefore, when observing the structure and composition (element) distribution of the target part in the nanometer order after accurately grasping the shape and position of the target part inside the sample, any single device can be used. It is difficult to use these devices in combination. However, since a plurality of devices are used, a series of operations takes time, and not only the workability is bad, but also depending on the sample, the surface state changes with time, or impurities (contamination) are generated during sample movement between devices. It is also possible that the original information cannot be obtained due to adhesion.
An object of the present invention is to provide a composite microscope capable of acquiring an internal X-ray image of a sample and realizing the function of an electron microscope.

本発明の複合型顕微鏡は、真空容器内で試料を支持する試料ステージと、試料にX線を照射するX線発生器と、試料を透過したX線を検出するX線検出器と、試料に電子線を照射して走査させることができる電子鏡筒と、電子線が照射された試料から発生した2次電子又は反射電子を検出する電子検出器と、表示部と、X線検出器からの信号を処理してX線画像を前記表示部に表示させるX線画像制御部と、電子検出器からの信号を処理して電子線画像を前記表示部に表示させる電子線画像制御部と、試料の同一部分のX線画像と電子線画像を同時に又は時系列的に表示する検出信号処理部とを備えている。   The composite microscope of the present invention includes a sample stage that supports a sample in a vacuum vessel, an X-ray generator that irradiates the sample with X-rays, an X-ray detector that detects X-rays transmitted through the sample, and a sample An electron column that can be scanned by irradiation with an electron beam, an electron detector that detects secondary electrons or reflected electrons generated from a sample irradiated with the electron beam, a display unit, and an X-ray detector An X-ray image control unit for processing signals to display an X-ray image on the display unit, an electron beam image control unit for processing signals from an electron detector to display an electron beam image on the display unit, and a sample And a detection signal processing unit for displaying the X-ray image and the electron beam image of the same portion simultaneously or in time series.

この複合型顕微鏡は、電子線照射により励起された特性X線を検出して元素分析を行なう元素分析器をさらに備え、検出信号処理部は試料の元素分布像も表示部に表示できるようにすることも可能である。
検出信号処理部はX線透視像又はX線断層像に、電子線画像を重ねがきして表示部に表示できるようにすることもできる。
さらに、検出信号処理部はX線透視像又はX線断層像に、元素分布像を重ねがきして表示部に表示できるようにすることもできる。
The composite microscope further includes an element analyzer that performs elemental analysis by detecting characteristic X-rays excited by electron beam irradiation, and the detection signal processing unit can display an element distribution image of the sample on the display unit. It is also possible.
The detection signal processing unit can also display an electron beam image on the X-ray fluoroscopic image or the X-ray tomographic image so as to be displayed on the display unit.
Furthermore, the detection signal processing unit may be configured to display an element distribution image on the X-ray fluoroscopic image or the X-ray tomographic image so as to be displayed on the display unit.

電子鏡筒から照射される電子線の経路上に、電子線照射によりX線を発生する金属プレートを着脱可能に設け、電子鏡筒がX線発生器を兼ねるようにすることもできる。
また、真空容器内に試料切断手段を備え、試料内部を外表面に露出させるようにすることもできる。
そのような試料切断手段としては、ミクロトーム、イオンビームエッチングを行なうイオン銃、又は集束イオンビーム加工装置などを用いることができる。
A metal plate that generates X-rays by electron beam irradiation can be detachably provided on the path of the electron beam irradiated from the electron column so that the electron column also serves as an X-ray generator.
Further, a sample cutting means may be provided in the vacuum container so that the inside of the sample is exposed to the outer surface.
As such a sample cutting means, a microtome, an ion gun for performing ion beam etching, a focused ion beam processing apparatus, or the like can be used.

X線発生器として、X線焦点サイズが10μm以下のマイクロフォーカスX線管を用いることができる。
前記試料切断手段は、前記X線透視像又はX線断層像に基づいて指示された面が露出するように試料切断を制御することができる。
本発明では、装置内の動作真空度は1から2,700Paの低真空で制御されることが適当である。
As the X-ray generator, a microfocus X-ray tube having an X-ray focal spot size of 10 μm or less can be used.
The sample cutting means can control the sample cutting so that the surface designated based on the X-ray fluoroscopic image or the X-ray tomographic image is exposed.
In the present invention, the operating vacuum in the apparatus is suitably controlled at a low vacuum of 1 to 2,700 Pa.

本発明により、X線画像と電子線画像を同時に又は時系列的に表示することができる。
元素分析器をさらに備えれば、電子線照射により励起された特性X線を検出して、元素分析を行なうこともできるようになる。
X線画像と電子線画像を重ねて表示すれば、元の試料内部情報と表面情報との対比画像を取得することもできる。
その元素分析像をX線画像と重ねて表示するようになれば、特定された位置の元素分析を行なうことができる。
According to the present invention, an X-ray image and an electron beam image can be displayed simultaneously or in time series.
If an element analyzer is further provided, characteristic X-rays excited by electron beam irradiation can be detected and elemental analysis can be performed.
If the X-ray image and the electron beam image are displayed in an overlapping manner, a contrast image between the original sample internal information and the surface information can be acquired.
If the elemental analysis image is displayed so as to overlap the X-ray image, the elemental analysis at the specified position can be performed.

電子鏡筒から照射される電子線の経路上に、X線を発生する金属プレートを着脱可能に設ければ、電子鏡筒がX線発生器を兼ねることができる。
試料切断手段を設ければ、ミリメートルオーダーの大型試料内部の目的部位を正確に抽出し、ナノメートルオーダーで構造や元素分析を取得することができるようになる。
試料切断手段を備えることによって、試料内部を外表面に露出させることができ、これまで不可能であった内部の同じ部分のX線画像と電子線画像を同時、又は時系列に得ることができる。
X線検出器を、X線焦点サイズが10μm以下のマイクロフォーカスX線管とすれば、より微細な観察を行なうことができる。
If a metal plate for generating X-rays is detachably provided on the path of the electron beam irradiated from the electron column, the electron column can also serve as an X-ray generator.
If a sample cutting means is provided, it becomes possible to accurately extract a target site inside a large sample on the order of millimeters and obtain a structure and elemental analysis on the order of nanometers.
By providing the sample cutting means, the inside of the sample can be exposed to the outer surface, and an X-ray image and an electron beam image of the same internal portion that could not be obtained can be obtained simultaneously or in time series. .
If the X-ray detector is a microfocus X-ray tube having an X-ray focal spot size of 10 μm or less, finer observation can be performed.

X線画像は大気中で撮像できるメリットがあるが、電子線画像は真空引きされた環境が必要である。
本発明の装置の動作真空度を1から2700Paの低真空とすれば、例えば、生体などの含水試料などについても、X線による内部情報と電子線による表面情報を同時に確認することができるようになる。
X-ray images have the advantage of being able to be imaged in the atmosphere, but electron beam images require an evacuated environment.
If the operating vacuum of the apparatus of the present invention is set to a low vacuum of 1 to 2700 Pa, for example, internal information by X-rays and surface information by electron beams can be confirmed at the same time for a water-containing sample such as a living body. Become.

本発明の一実施例について説明する。
図1から図3は装置の各動作について示した図であり、図1はX線画像撮影時について、図2は電子線画像及び元素分布像撮影時、図3は電子鏡筒とX線発生器を共用させた場合について示している。
An embodiment of the present invention will be described.
1 to 3 are diagrams showing each operation of the apparatus. FIG. 1 is for X-ray image capturing, FIG. 2 is for electron beam image and element distribution image capturing, and FIG. 3 is an electron column and X-ray generation. It shows the case where the vessel is shared.

装置について説明する。
真空排気されるチャンバ23内に試料ステージ24が設けられ、試料14が試料ステージ24上に載置される。チャンバ23内の真空度は1から2700Paである。
X線画像撮影に関するものとして、図1に示されるように、チャンバ23にはX線13を試料14に照射するX線発生装置11と、試料14を透過したX線を検出するX線検出器17とが対向配置されており、X線検出器17による結果は検出信号処理部21に送られ、表示部22に表示されるようになっている。
また、X線断層(CT)像を撮影するために試料ステージ24は回転式になっている。
The apparatus will be described.
A sample stage 24 is provided in the chamber 23 to be evacuated, and the sample 14 is placed on the sample stage 24. The degree of vacuum in the chamber 23 is 1 to 2700 Pa.
As shown in FIG. 1, the X-ray generator 11 that irradiates the sample 14 with the X-ray 13 and the X-ray detector that detects the X-ray transmitted through the sample 14 are shown in FIG. 17 is arranged so as to be opposed, and the result of the X-ray detector 17 is sent to the detection signal processing unit 21 and displayed on the display unit 22.
Further, the sample stage 24 is a rotary type in order to take an X-ray tomographic (CT) image.

電子線画像撮影に関するものとして、図2に示されるように、チャンバ23の上部には、電子を発生するカソード2、カソード2で発生した電子を引き出し加速するためのアノード3、加速された電子線を集束させるための電磁レンズ5及び8、電子線を試料に照射し、試料上で走査するための走査コイル6を備える電子鏡筒1を備えている。
電子鏡筒1から出射された電子線7は試料14に照射され、発生した2次電子26は2次電子検出器18により捕獲されて検出され、検出信号処理部21で処理された後、表示部22のモニタに走査電子顕微鏡像が表示されるようになっている。
As shown in FIG. 2, as for electron beam imaging, an upper portion of a chamber 23 is provided with a cathode 2 for generating electrons, an anode 3 for extracting and accelerating electrons generated at the cathode 2, and an accelerated electron beam. And an electron lens barrel 1 having a scanning coil 6 for irradiating the sample with an electron beam and scanning the sample.
The electron beam 7 emitted from the electron column 1 is irradiated onto the sample 14, and the generated secondary electrons 26 are captured and detected by the secondary electron detector 18, processed by the detection signal processing unit 21, and then displayed. A scanning electron microscope image is displayed on the monitor of the unit 22.

元素分布像撮影に関するものとして、チャンバ23には、上記の各装置に加えて電子鏡筒1から出射された電子線7が試料に照射されることで発生した特性X線27を検出するX線検出器19を備えている。X線検出器19の検出信号も、検出信号処理部21で処理された後、表示部22に元素分布像が表示されるようになっている。
また、電子鏡筒1の電子線をX線発生器として共用させるものとして、図3に示されるように、金属ターゲット9が電子鏡筒1のすぐ下に着脱可能に配置されており、これはチャンバ23の真空中で移動できるものである。
チャンバ23には試料14を挟んで金属ターゲット9と対向する位置にX線検出部16が配置されている。X線検出部16の検出信号も検出信号処理部のみで処理されて表示部22に表示されるようになっている。
As for element distribution image photography, in the chamber 23, in addition to the above-described devices, an X-ray for detecting characteristic X-rays 27 generated by irradiating the sample with the electron beam 7 emitted from the electron column 1 A detector 19 is provided. The detection signal of the X-ray detector 19 is also processed by the detection signal processing unit 21, and then an element distribution image is displayed on the display unit 22.
In addition, as shown in FIG. 3, a metal target 9 is detachably disposed immediately below the electron column 1 as an electron beam used in the electron column 1 as an X-ray generator. It can move in the vacuum of the chamber 23.
An X-ray detector 16 is disposed in the chamber 23 at a position facing the metal target 9 with the sample 14 interposed therebetween. The detection signal of the X-ray detection unit 16 is also processed only by the detection signal processing unit and displayed on the display unit 22.

検出信号処理部21及び表示部22はそれぞれの測定で共用するのが望ましいが、別々に処理し表示してもよい。
試料切断手段に関するものとして、例えばミクロトーム等の切断手段10により試料14を切断して目的部位15の表面25を露出できれば有効である。切断手段は機械的切断手段に限るものではなく、例えばイオンエッチングやFIB(集束イオンビーム加工装置)のような手段でもよい。チャンバ23内にこれらの切断手段を設けることにより、大気中に出した場合に発生する、表面状態の経時変化や妨害成分(いわゆるコンタミ)の付着を防止することができる。
The detection signal processing unit 21 and the display unit 22 are preferably shared by each measurement, but may be separately processed and displayed.
As for the sample cutting means, it is effective if the sample 14 is cut by the cutting means 10 such as a microtome to expose the surface 25 of the target portion 15. The cutting means is not limited to the mechanical cutting means, and may be means such as ion etching or FIB (focused ion beam processing apparatus). By providing these cutting means in the chamber 23, it is possible to prevent changes in the surface state over time and attachment of disturbing components (so-called contaminants) that occur when they are released into the atmosphere.

次に各動作について説明する。
図1は同実施例において、X線画像を取得する場合の模式図である。X線発生装置11内にある電子発生源で放出された電子は加速され、銅などの金属ターゲットに衝突して領域12の範囲でX線13を発生し、発生したX線13は試料14に照射される。X線の発生は制御部20にあるX線発生制御部により制御される。
試料14を透過したX線13はX線検出器17により検出され、検出信号処理部21を経て表示部22のモニタ画面に試料内部のX線透視画像が映し出される。
Next, each operation will be described.
FIG. 1 is a schematic diagram when an X-ray image is acquired in the embodiment. The electrons emitted from the electron generation source in the X-ray generator 11 are accelerated, collide with a metal target such as copper and generate X-rays 13 in the region 12, and the generated X-rays 13 are applied to the sample 14. Irradiated. X-ray generation is controlled by an X-ray generation control unit in the control unit 20.
The X-ray 13 transmitted through the sample 14 is detected by the X-ray detector 17, and an X-ray fluoroscopic image inside the sample is displayed on the monitor screen of the display unit 22 through the detection signal processing unit 21.

X線透視画像の代わりに、試料ステージ24を回転させてX線断層(CT)像を撮影することにより内部情報を取得して目的部位15を確認することもできる。X線透視画像からは目的部位の表面からの深さ方向の距離aを、X線CT像からは目的部位の水平方向の距離bを把握することができる。試料ステージ24の回転は制御部20にあるステージ制御部により制御される。   Instead of the X-ray fluoroscopic image, the target stage 15 can be confirmed by acquiring internal information by rotating the sample stage 24 and capturing an X-ray tomographic (CT) image. The distance a in the depth direction from the surface of the target site can be grasped from the X-ray fluoroscopic image, and the distance b in the horizontal direction of the target site can be grasped from the X-ray CT image. The rotation of the sample stage 24 is controlled by a stage control unit in the control unit 20.

図2は同実施例において、電子線により表面状態や元素分布像を観察する場合の模式図である。
電子鏡筒1から出射された電子線7は試料に照射され、発生した2次電子26は2次電子検出器18により捕獲されて検出され、検出信号処理部21で処理された後、表示部22のモニタに走査電子顕微鏡像が表示される。電子鏡筒1からの電子線の照射は、制御部20にある電子線制御部により制御される。
ここでは、2次電子検出器18を例に説明したが、試料からの反射電子を反射電子検出器で検出する構成でもよい。
FIG. 2 is a schematic diagram when observing a surface state and an element distribution image with an electron beam in the same example.
The electron beam 7 emitted from the electron column 1 is irradiated on the sample, and the generated secondary electrons 26 are captured and detected by the secondary electron detector 18, processed by the detection signal processing unit 21, and then displayed on the display unit. A scanning electron microscope image is displayed on the monitor 22. The electron beam irradiation from the electron column 1 is controlled by an electron beam control unit in the control unit 20.
Here, the secondary electron detector 18 has been described as an example, but a configuration in which reflected electrons from the sample are detected by the reflected electron detector may be employed.

また、このとき走査電子線7により励起されて発生する特性X線をX線分光器19で取得して、元素分布像を表示させることもできる。
試料14の表面の情報のみを取得したい場合はこのような手順になるが、試料内部の目的部位15を観察したい場合は、このままでは観察不可能である。その場合、例えばミクロトーム等の切断手段10により試料14を切断して目的部位15の表面を露出させるようにすることができる。切断手段10の動作は制御部20にある試料切断制御部により制御される。
At this time, characteristic X-rays generated by being excited by the scanning electron beam 7 can be acquired by the X-ray spectrometer 19 to display an element distribution image.
Such a procedure is used when only the information on the surface of the sample 14 is to be acquired. However, when the target site 15 inside the sample is to be observed, the observation is not possible as it is. In that case, for example, the sample 14 can be cut by the cutting means 10 such as a microtome to expose the surface of the target portion 15. The operation of the cutting means 10 is controlled by a sample cutting control unit in the control unit 20.

試料の目的部位が、例えばmmオーダーの試料内部に存在する場合、電子線では内部透過能がないため、X線だけが非破壊的に目的部位15の形状、位置を確認できる有効な手段となる。ここで使用するX線発生器はX線焦点サイズができるだけ小さいほうが望ましく、例えばマイクロフォーカスX線発生管などを使用するのがよい。現在、マイクロフォーカスX線管はサブミクロンレベルの装置も商品化されているため、かなりの微細構造の確認が可能であるが、さらに高い分解能で観察像や元素分布像を取得したいという要求がある。   When the target portion of the sample is present inside the sample in the order of mm, for example, since the electron beam does not have internal permeability, only X-rays are an effective means for confirming the shape and position of the target portion 15 nondestructively. . The X-ray generator used here preferably has an X-ray focal spot size as small as possible. For example, a microfocus X-ray generator tube may be used. At present, micro-focus X-ray tubes are also commercially available at sub-micron level, so it is possible to confirm a considerable fine structure, but there is a demand for acquiring observation images and element distribution images with higher resolution. .

試料切断位置は、図1に示した前述のX線画像から判断することができる。例えば、最初にX線画像を取得して表示部のモニタに表示し、目的部位を指示(例えばクリック)することで切断手段10を自動制御して切断を実行することができる。また、自動制御でなくても、電子線像、別途内蔵された光学顕微鏡像又は位置センサの変位量などを見ながら、手動で切断するようにすることもできる。
これにより、試料内部の目的部位15の位置を正確に把握し、表面構造又は元素分布像をナノメートルオーダーで微細観察することができるようになる。
The sample cutting position can be determined from the aforementioned X-ray image shown in FIG. For example, the X-ray image is first acquired and displayed on the monitor of the display unit, and the cutting can be performed by automatically controlling the cutting means 10 by specifying (for example, clicking) the target portion. Further, even if automatic control is not performed, it is possible to perform manual cutting while viewing an electron beam image, a separately incorporated optical microscope image, or a displacement amount of a position sensor.
Thereby, the position of the target site 15 inside the sample can be accurately grasped, and the surface structure or element distribution image can be finely observed on the nanometer order.

図3は同実施例において、電子鏡筒1の電子線をターゲット9により遮蔽することによりX線を発生させることで、X線発生器を共用させたものである。ターゲットの着脱は制御部20にあるターゲット制御部により制御される。
カソード2で発生した電子は、図3に示すようにターゲット9が電子線の通路を遮蔽しているとき、ターゲットに衝突することでX線が発生し、X線が試料に照射される。試料を透過したX線は検出部16によって検出され、検出信号処理部21で処理されたあと、表示部22にX線画像が表示される。
X線画像を得た位置の電子線画像を得る場合、ターゲット9は電子線の通路を遮蔽しない位置に退避させる。
FIG. 3 shows an X-ray generator shared by generating X-rays by shielding the electron beam of the electron column 1 with a target 9 in the embodiment. The attachment / detachment of the target is controlled by a target control unit in the control unit 20.
As shown in FIG. 3, when the target 9 is blocking the electron beam path, the electrons generated at the cathode 2 collide with the target to generate X-rays and irradiate the sample with the X-rays. X-rays that have passed through the sample are detected by the detection unit 16, processed by the detection signal processing unit 21, and then displayed on the display unit 22.
When obtaining the electron beam image at the position where the X-ray image is obtained, the target 9 is retracted to a position where the electron beam passage is not blocked.

電子鏡筒1をX線発生器と共用化させることにより、試料への照射X線と照射電子線が同軸上に落射されるため、同一視野で試料内部情報及び表面情報の両方を観察することができる。また、試料全体の内部形態情報を示すX線画像に、目的部位15の元素分布像を重ねがきして表示することも可能となる。   By sharing the electron column 1 with the X-ray generator, the irradiated X-ray and the irradiated electron beam on the sample are incident on the same axis, so that both the sample internal information and the surface information are observed in the same field of view. Can do. It is also possible to superimpose and display the element distribution image of the target region 15 on the X-ray image indicating the internal morphology information of the entire sample.

X線画像と電子線画像を得た後に、目的試料を機械的切断手段によって切断して試料内部を外部に露出させ、前記方法によって試料内部のX線画像又は電子線画像を得ることも可能である。   After obtaining the X-ray image and the electron beam image, the target sample is cut by a mechanical cutting means to expose the inside of the sample to the outside, and the X-ray image or electron beam image inside the sample can be obtained by the above method. is there.

本発明の一実施例をX線画像撮影時の状態で示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows one Example of this invention in the state at the time of X-ray image imaging | photography. 同実施例を電子線画像及び元素分布像撮影時の状態で示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the same Example in the state at the time of electron beam image and element distribution image photography. 同実施例を電子鏡筒とX線発生器を共用させた場合の状態で示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the same Example in the state at the time of sharing an electron column and an X-ray generator.

符号の説明Explanation of symbols

1 電子鏡筒
2 カソード
3 アノード
5,8 電磁レンズ
6 走査コイル
7 走査電子線
9 ターゲット
10 機械的切断手段
11 X線発生装置
12 領域
13 X線
14 試料
15 目的部位
16 検出部
17 X線検出器
18 2次電子検出部
19 X線分光器
21 検出信号処理部
22 表示部
23 チャンバ
24 試料ステージ
25 表面
26 2次電子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Electron barrel 2 Cathode 3 Anode 5, 8 Electromagnetic lens 6 Scanning coil 7 Scanning electron beam 9 Target 10 Mechanical cutting means 11 X-ray generator 12 Area 13 X-ray 14 Sample 15 Target part 16 Detector 17 X-ray detector 18 Secondary electron detection unit 19 X-ray spectrometer 21 Detection signal processing unit 22 Display unit 23 Chamber 24 Sample stage 25 Surface 26 Secondary electron

Claims (12)

真空容器内で試料を支持する試料ステージと、
前記試料にX線を照射するX線発生器と、
前記試料を透過したX線を検出するX線検出器と、
前記試料に電子線を照射して走査させることができる電子鏡筒と、
電子線が照射された試料から発生した2次電子又は反射電子を検出する電子検出器と、
表示部と、
前記X線検出器からの信号を処理してX線画像を前記表示部に表示させるX線画像制御部と、
前記電子検出器からの信号を処理して電子線画像を前記表示部に表示させる電子線画像制御部と、
試料の同一部分のX線画像と電子線画像を同時に又は時系列的に表示する検出信号処理部と、を備えた複合型顕微鏡。
A sample stage for supporting the sample in a vacuum vessel;
An X-ray generator for irradiating the sample with X-rays;
An X-ray detector for detecting X-rays transmitted through the sample;
An electron column that can be scanned by irradiating the sample with an electron beam;
An electron detector for detecting secondary electrons or reflected electrons generated from the sample irradiated with the electron beam;
A display unit;
An X-ray image control unit that processes a signal from the X-ray detector and displays an X-ray image on the display unit;
An electron beam image control unit that processes a signal from the electron detector and displays an electron beam image on the display unit;
A composite microscope comprising: a detection signal processing unit that displays an X-ray image and an electron beam image of the same portion of a sample simultaneously or in time series.
電子線照射により励起された特性X線を検出して元素分析を行なう元素分析器をさらに備え、前記検出信号処理部は試料の元素分布像も表示部に表示できるようにした請求項1に記載の複合型顕微鏡。   2. The element analyzer according to claim 1, further comprising an element analyzer for performing elemental analysis by detecting characteristic X-rays excited by electron beam irradiation, wherein the detection signal processing unit can also display an element distribution image of the sample on the display unit. Combined microscope. 前記検出信号処理部は、X線透視像又はX線断層像に元素分布像を重ねがきして表示部に表示することができるようにした請求項2に記載の複合型顕微鏡。   The composite microscope according to claim 2, wherein the detection signal processing unit can superimpose an element distribution image on an X-ray fluoroscopic image or an X-ray tomographic image and display the superimposed image on the display unit. 前記検出信号処理部は、X線透視像又はX線断層像に電子線画像を重ねがきして表示部に表示することができるようにした請求項1に記載の複合型顕微鏡。   The composite microscope according to claim 1, wherein the detection signal processing unit can superimpose an electron beam image on an X-ray fluoroscopic image or an X-ray tomographic image and display the image on the display unit. さらに、前記電子鏡筒から照射される電子線の経路上に、電子線照射によりX線を発生する金属プレートを着脱可能に設け、前記電子鏡筒がX線発生器を兼ねる請求項1から4のいずれかに記載の複合型顕微鏡。   Furthermore, the metal plate which generate | occur | produces an X-ray by electron beam irradiation is provided so that attachment or detachment is possible on the path | route of the electron beam irradiated from the said electron column, The said electron column serves as an X-ray generator. A composite microscope according to any one of the above. 前記真空容器内に試料切断手段を具備し、試料内部を外表面に露出させることを可能にした請求項1から5のいずれかに記載の複合型顕微鏡。   The composite microscope according to any one of claims 1 to 5, wherein a sample cutting means is provided in the vacuum vessel so that the inside of the sample can be exposed to the outer surface. 前記試料切断手段がミクロトームである請求項6に記載の複合型顕微鏡。   The composite microscope according to claim 6, wherein the sample cutting means is a microtome. 前記試料切断手段がイオンビームエッチングを行なうイオン銃である請求項6に記載の複合型顕微鏡。   7. The composite microscope according to claim 6, wherein the sample cutting means is an ion gun that performs ion beam etching. 前記試料切断手段がイオンビーム加工装置である請求項6に記載の複合型顕微鏡。   The composite microscope according to claim 6, wherein the sample cutting means is an ion beam processing apparatus. 前記X線発生器のX線焦点サイズが10μm以下のマイクロフォーカスX線管であることを特徴とする請求項1から4及び6から9のいずれか1項に記載の複合型顕微鏡。   10. The composite microscope according to claim 1, wherein the X-ray generator is a microfocus X-ray tube having an X-ray focal spot size of 10 μm or less. 11. 前記試料切断手段は、前記X線透視像又はX線断層像に基づいて指示された面が露出するように試料切断が制御される請求項6から10のいずれかに記載の複合型顕微鏡。   The composite microscope according to any one of claims 6 to 10, wherein the sample cutting means controls the sample cutting so that a surface designated based on the X-ray fluoroscopic image or the X-ray tomographic image is exposed. 前記装置内の動作真空度が1から2,700Paの低真空で制御される請求項1から11のいずれかに記載の複合型顕微鏡。
The composite microscope according to any one of claims 1 to 11, wherein an operating vacuum degree in the apparatus is controlled at a low vacuum of 1 to 2,700 Pa.
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