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Description
本発明は、電子顕微鏡に係り、特に高コントラストな暗視野像を得るための光軸調整機能を有する電子顕微鏡に関するものである。 The present invention relates to an electron microscope, and more particularly to an electron microscope having an optical axis adjustment function for obtaining a high-contrast dark field image.
近年の透過電子顕微鏡には走査像観察機能が備えられている。透過電子顕微鏡は、電子銃から発生し加速された電子線を照射系レンズと呼ばれる複数のコンデンサレンズにより平行なビームとし、試料に照射する。試料を通過した電子は、結像系レンズと呼ばれる複数のコンデンサレンズによって、テレビカメラの検出面上に試料像を投影し、観察を行う。 Recent transmission electron microscopes have a scanning image observation function. A transmission electron microscope irradiates a sample with an electron beam generated from an electron gun and accelerated by a plurality of condenser lenses called irradiation lenses. The electrons that have passed through the sample are observed by projecting the sample image onto the detection surface of the television camera by a plurality of condenser lenses called imaging system lenses.
透過電子顕微鏡に電子線の走査機能、および明視野像、暗視野像の検出器を備えたものが走査透過電子顕微鏡である。走査像を観察する場合、電子線は照射系レンズにより細く収束されて試料上を2次元的に走査され、試料から発生する2次電子や反射電子、もしくは透過した電子を検出し、検出信号を電子線走査に同期したディスプレイ装置に供給される。試料を透過した電子は、試料内部で回折し、発散角の大きい散乱電子と発散角の小さい透過電子に分類される。散乱電子の検出信号を像として出力したものを暗視野像、透過電子の検出信号を像として出力したものを明視野像と呼ぶ。 A scanning transmission electron microscope includes a transmission electron microscope equipped with an electron beam scanning function and a bright field image and dark field image detector. When observing a scanned image, the electron beam is finely converged by the irradiation system lens and scanned two-dimensionally on the sample, detecting secondary electrons, reflected electrons, or transmitted electrons generated from the sample, and detecting the detection signal. It is supplied to a display device synchronized with the electron beam scanning. Electrons transmitted through the sample are diffracted inside the sample and are classified into scattered electrons having a large divergence angle and transmitted electrons having a small divergence angle. An output of the scattered electron detection signal as an image is called a dark field image, and an output of the transmitted electron detection signal as an image is called a bright field image.
暗視野検出器は環状の検出器となっており、その中心を通過した電子が明視野検出器で検出される。試料に照射する電子線の光軸により検出される走査像のコントラストに違いが生じる。例えば、電子線の光軸が中心から大きくずれていた場合、本来明視野像検出器で検出される透過電子が、暗視野像検出器に検出されてしまい、本来暗視野像から得ることができる情報が欠落してしまう。 The dark field detector is an annular detector, and electrons passing through the center of the dark field detector are detected by the bright field detector. A difference occurs in the contrast of the scanned image detected by the optical axis of the electron beam irradiated to the sample. For example, when the optical axis of the electron beam is greatly deviated from the center, the transmitted electrons originally detected by the bright field image detector are detected by the dark field image detector and can be obtained from the originally dark field image. Information is lost.
このように、暗視野検出と光軸との関係は重要であることから、例えば特許文献1では、電子線を試料上で傾斜させて走査した場合でも、試料を透過した電子線を偏向コイルで軌道補正し、電子線の光軸が暗視野検出器の環状の検出面の中心を通過させることで、高コントラストな暗視野像を得ることが提案されている。 Thus, since the relationship between the dark field detection and the optical axis is important, for example, in Patent Document 1, even when the electron beam is tilted and scanned on the sample, the electron beam transmitted through the sample is detected by the deflection coil. It has been proposed to obtain a high-contrast dark field image by correcting the trajectory and allowing the optical axis of the electron beam to pass through the center of the annular detection surface of the dark field detector.
また、特許文献2には、インレンズ形対物レンズの内部に暗視野検出器を配置し、検出器を電子線の光軸に沿って移動させることによって、試料を透過した電子の散乱角を制御する手法が開示されている。
In
前記したように、暗視野検出と光軸との関係は高コントラストな暗視野像を得る上で重要な課題であり、これまでも種々な技術が提案されているが、何れも複雑ないし高度な操作等を必要としていた。 As described above, the relationship between dark field detection and the optical axis is an important issue in obtaining a high-contrast dark field image, and various techniques have been proposed so far. We needed operation.
そこで、本発明の目的は、暗視野像観察の際の光軸調整を容易にし、高コントラストな暗視野像を容易に得ることができる電子顕微鏡を提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to provide an electron microscope that facilitates optical axis adjustment during dark field image observation and can easily obtain a high-contrast dark field image.
前記目的を達成するため、本発明の特徴とするところは、電子源からの電子線を照射系レンズ及び偏向コイルを介して試料に照射し、該試料を透過した電子線を結像レンズを介して暗視野検出器及び明視野検出器で検出する電子顕微鏡において、電子線像を蛍光板に形成し、該蛍光板の電子線像を撮影する撮影装置と、該撮影装置の画像データから前記電子線の重心座標を求め、前記暗視野検出器の中心と合わせるように前記電子線又は前記暗視野検出器を移動する制御装置と、を備えることにある。 In order to achieve the above object, the present invention is characterized by irradiating a sample with an electron beam from an electron source via an irradiation system lens and a deflection coil, and passing the electron beam transmitted through the sample through an imaging lens. In an electron microscope that detects with a dark-field detector and a bright-field detector, an electron beam image is formed on a fluorescent plate, and an imaging device that takes an electron beam image of the fluorescent plate, and image data of the imaging device And a control device that moves the electron beam or the dark field detector so as to obtain a barycentric coordinate and match the center of the dark field detector.
その他の特徴は、以下述べる実施の形態で明らかにする。 Other features will be clarified in the embodiments described below.
本発明によれば、検出器での調整が困難な電子線の光軸調整を容易に行うことができることから、高コントラストな暗視野像を容易に観察することが可能な電子顕微鏡を実現することができる。 According to the present invention, since it is possible to easily adjust the optical axis of an electron beam that is difficult to adjust with a detector, an electron microscope capable of easily observing a high-contrast dark field image is realized. Can do.
以下、図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明の一実施例に係る走査透過電子顕微鏡の主要な構成を示す構成図である。電子源103から試料110へ照射された電子線104は、試料110を透過してテレビカメラ115等の撮影装置で撮影されて画像処理装置122へ送られ、ディスプレイ等に表示される。電子源103は電子銃101と呼ばれる筐体内で設置され、電子銃101と電子顕微鏡本体の鏡体102とが接続されてから、内部が真空に保持される。電子源103には、タングステンフィラメント、ランタンヘキサボライトフィラメント、熱電子銃、電界放出電子銃、ショットキー電子源等各種あるが、本発明はいずれの電子源にも適用可能である。
FIG. 1 is a configuration diagram showing a main configuration of a scanning transmission electron microscope according to an embodiment of the present invention. The
鏡体102には、電子線104を試料110へ集束させる照射系レンズ105、テレビカメラ115へ集束させる結像系レンズ108、試料110を固定する試料台109、電子線104を試料表面で走査する偏向コイル107、明視野像検出器114、暗視野像検出器111が内蔵されている。
The
電子源103へは電子源制御装置116から加速電圧、フィラメント電圧、バイアス電圧が印加され、電子線104が発生する。照射系レンズ105や結像系レンズ108は、電磁レンズ制御装置117から電流が供給されてレンズ強度が変更される。走査像を得る場合は、電子線104が走査偏向コイル107で走査される。走査偏向コイル107は偏向コイル制御装置118から電流が供給されて電子線104を制御する。
An acceleration voltage, a filament voltage, and a bias voltage are applied to the
メモリ123に格納されたプログラムをプロセッサ124が実行することで、電子源103へ加速電圧を供給する電子源制御装置116への指令、電子線104を走査する偏向コイル制御装置118、電磁レンズ制御装置117への指令を与える。テレビカメラ115で撮影された画像信号は画像処理装置122へ送られ、メモリ123に保存される。
When the
透過電子顕微鏡では、蛍光板112の電子線像を作業者が目視観察することで、光軸調整が行われている。本実施例では、蛍光板112の電子線像をテレビカメラ113で撮影し、当該テレビカメラ113からの画像データを画像処理装置120で処理することで、前記蛍光板112に形成された電子線像の描画画像を作成する。この描画画像には、後述するように、電子線像および暗視野検出器の像も描画されており、メモリ123に記憶すると共に、ディスプレイ125に表示する。また、暗視野検出器111の検出面等もディスプレイ125に同時表示する。
In the transmission electron microscope, the operator adjusts the optical axis by visually observing the electron beam image of the
また、電子線104の光軸の調整の目的で、鏡体102の内部には、偏向コイル106が設けられる。また、電子線104を走査する目的で、走査偏向コイル107が設けられ、コイル制御装置118によって制御される。
In addition, a deflection coil 106 is provided inside the
図2において、散乱電子を201、透過電子を202と表現する。試料110を透過した電子は、大きな散乱角を持った散乱電子201と、小さな散乱角を持った透過電子202に分けられる。散乱電子201は主に暗視野検出器111で検出され、透過電子202は主に明視野検出器114で検出される。暗視野検出器111は暗視野検出器制御装置119で光軸上に移動され、明視野検出器114は明視野検出器制御装置121で光軸上に移動され、検出した信号はメモリ123で処理され、ディスプレイ125に表示される。蛍光板112には透過電子202が中心に、散乱電子201がその周囲に配置され、図2に示すような画像で表示される。
In FIG. 2, scattered electrons are expressed as 201 and transmitted electrons are expressed as 202. Electrons transmitted through the sample 110 are divided into
図3はディスプレイ125に表示される蛍光板112の形状を示した画面の例である。図2のような形状をした電子線104が蛍光板112に照射され、画像としてディスプレイ125に表示される。操作者は透過像をテレビカメラ115で取得するために光軸調整を行う場合、試料台109を光軸上からはずした状態にして、蛍光板112を光軸上に挿入して、テレビカメラ113に写される画像をディスプレイ125で見て、偏向コイル106の電流値を制御しながら電子線104を蛍光板112上に導き、さらに電子線4の重心を蛍光板112の中心に移動させる。
FIG. 3 is an example of a screen showing the shape of the
操作者は走査透過像を暗視野検出器111および明視野検出器114で取得するために光軸調整を行う場合、試料台109および蛍光板112を光軸上に挿入して、テレビカメラ113に写される画像をディスプレイ125で見て、偏向コイル106の電流値を制御しながら、暗視野検出器111の中心と蛍光板112の中心が同一として、電子線104の重心を蛍光板112の中心に移動させる。
When the operator adjusts the optical axis in order to acquire a scanning transmission image with the
暗視野検出器111の中心と蛍光板112の中心が同一でない場合でも、操作者はディスプレイ125を見て、描画検出面401の中心と電子線104の重心を同一となるようにすることで、高コントラストの走査透過像がディスプレイ125に表示可能となる。また、蛍光板112および明視野検出器114を光軸からはずし、暗視野検出器111を光軸上に挿入して、その中心を通過した電子線4をテレビカメラ115で撮影することでも、光軸調整が可能となる。
Even when the center of the
メモリ123が電磁レンズ制御装置117に信号を送り、照射系レンズ105および結像系レンズ108の電流値を制御し、電子線104のスポット径を変更した場合、電子線104の光軸が移動するため、光軸調整を行う必要がある。操作者は電子線104のスポット径を変更する毎に光軸調整を行うが、各スポット径における偏向コイル制御装置118に送る電流値をメモリ123に記録しておくことで、電子線104のスポット変更毎の光軸調整を省くことができる。
When the
本実施例では、上記光軸調整を、操作者が手動で行う、およびメモリ123が自動で行うことができる透過電子顕微鏡を実現するために、図4に示すようなテレビカメラ113で撮影した画像に暗視野検出器111の検出面と一致する描画検出面401を描画した画面を使用する。この場合、上記光軸調整は、試料台109および蛍光板112を光軸上に挿入し、暗視野検出器111を光軸からはずした状態で行う。上記描画検出面401の中心に透過電子202を移動させる、もしくは散乱電子201を描画検出面401上に配置するように、メモリ123は偏向コイル制御装置118に信号を送り、電子線104を制御する。
In the present embodiment, in order to realize a transmission electron microscope in which the optical axis adjustment can be performed manually by the operator and automatically performed by the
図5にその電子線制御の動作を示す。電子線501の重心を描画検出面401の中心付近に合わせる。また、メモリ123は暗視野検出器制御装置119に信号を送り、暗視野検出器111の検出面中心の位置を制御して、透過電子202の位置に移動することで、上記光軸調整が可能となる。
FIG. 5 shows the electron beam control operation. The center of gravity of the
図8は、上記動作を実行する際の操作画面の例である。Beam alignment801を選択すると、偏向コイル106を制御して上記光軸調整処理を行う。Spot move alignment802を選択すると、電子線104のスポット径を変更した場合の上記光軸調整を行う。Beam 803を選択すると、電子線104を制御対象とし、描画検出面401の中心付近に電子線104を制御する処理となる。Detector804を選択すると、暗視野検出器111を制御対象とし、電子線104の重心付近に、暗視野検出器111を制御する処理となる。
FIG. 8 is an example of an operation screen when the above operation is executed. When Beam alignment 801 is selected, the deflection coil 106 is controlled to perform the optical axis adjustment process. When “Spot move alignment” 802 is selected, the optical axis adjustment is performed when the spot diameter of the
また、Beam803およびDetector804を選択すると、暗視野検出器111を制御対象とし、電子線104の重心付近に、暗視野検出器111を制御した後、電子線104を制御対象とし、描画検出面401の中心付近に電子線104を制御する処理となる。暗視野検出器111を制御し、位置を変更した場合、描画検出面401を暗視野検出器111の位置に対応した位置に描画する。
When Beam 803 and Detector 804 are selected, the
Auto805を選択すると、メモリ123がテレビカメラ113で撮影した画像データを使用して自動で光軸調整を行うAutoモードとなる。Manual806を選択すると、操作者がテレビカメラ113で撮影した画像をディスプレイ125で見ながら光軸調整を行うManualモードとなる。Adjust start807を選択することで、上記光軸調整が動作する。
When
Manualモードの場合、図9のようなメッセージ901をディスプレイ125で表示し、操作指示をすることで、光軸調整に慣れていない操作者でも容易に光軸調整を行うことができる。
In the Manual mode, a
以下、走査透過像撮影時の自動光軸調整処理について説明する。
図10はメモリ123が走査透過像撮影時の電子線104の光軸調整を自動で行う処理のフローチャートである。蛍光板112に電子線104が照射された状態で、テレビカメラ113で撮影した画像データをメモリ123に取り込み、ディスプレイ125に表示する(ステップ1001)。
Hereinafter, automatic optical axis adjustment processing at the time of scanning transmission image photographing will be described.
FIG. 10 is a flowchart of processing in which the
次に描画検出面401を画像データに追加することで、暗視野検出面を追加する(ステップ1002)。表示画像の電子線部分の重心座標を画像データより取得する(ステップ1003)。図8の光軸調整実行時の操作画面で選択された制御対象が電子線104の場合はステップ1005に移行し、暗視野検出器111の場合はステップ1006に移行する(ステップ1004)。
Next, a dark field detection surface is added by adding the drawing
ステップ1005において、メモリ123が偏向コイル制御装置118に信号を送り、電子線104を偏向コイル106で制御し、描画検出面401の中心に移動させて、動作を終了する。ステップ1006においては、メモリ123は暗視野検出器制御装置119に信号を送り、暗視野検出器111を制御し、暗視野検出器111の中心を電子線104の重心座標と同一となるようにして、動作を終了する。
In
次に、電子線104のスポット径の変更に伴う光軸調整処理について説明する。図6の電子線601は、スポット径を変更した場合、電子線602の位置に移動する。電子線602の重心座標が蛍光板中心にない場合は、偏向コイル制御装置118が電子線602の制御を行い、蛍光板中心に移動させる。図7にその様子を示す。スポット変更に伴い蛍光板中心を外れた電子線702は、偏向コイル制御装置118に制御され、電子線701の位置すなわち蛍光板中心に移動する。尚、電子線601、602、701、702と電子線104は同意である。
Next, an optical axis adjustment process accompanying a change in the spot diameter of the
図11はメモリ123が電子線104のスポット変更時の光軸調整を自動で行う処理のフローチャートである。蛍光板112に電子線104が照射された状態で、テレビカメラ113で撮影した画像をメモリ123に取り込み、ディスプレイ125に表示する(ステップ1101)。
FIG. 11 is a flowchart of processing in which the
ここで、電子線104が蛍光板中心にない場合は、ステップ1102にて電子線104を蛍光板中心に移動させる。メモリ123は電磁レンズ制御装置117に信号を送り、照射系レンズ105および結像系レンズ108にて電子線104のスポット径を変更する(ステップ1103)。
If the
スポット径を変更することで、電子線104の位置がずれるため(図6)、ずれた位置での電子線104の重心座標を画像データより取得する(ステップ1104)。ステップ1105にてメモリ123が偏向コイル制御装置118に信号を送り、電子線104を偏向コイル106で制御し、蛍光板中心に移動させる(図7)。その際に偏向コイル制御装置に送った電流値をメモリ123に記録する(ステップ1106)。
Since the position of the
そして、すべてのスポット径に対して行ったかどうか判定する(ステップ1107)。ステップ1107で、すべてのスポット径に対して処理を行った場合は動作を終了する。この処理を行った後で電子線104のスポット径を変更した場合、メモリから偏向コイル制御装置へ、各ステップに対応した補正データ値を送り、スポット径変更に伴う電子線104のずれを自動で補正し、ずれをなくすことができる。
Then, it is determined whether or not all spot diameters have been performed (step 1107). If it is determined in
テレビカメラ113で撮影した画像データに描画検出面401を追加してディスプレイ125に表示する。蛍光板112に電子線104が照射された状態で、操作者はこの表示画像を見ながらスポット径を変更することにより、暗視野検出器111の検出面に効率的に散乱電子201を照射させ、高コントラストな暗視野像を観察することができる。
A drawing
101・・・電子銃、102・・・鏡体、103・・・電子源、104・・・電子線、105・・・照射系レンズ、106・・・偏向コイル、107・・・走査偏向コイル、108・・・結像系レンズ、109・・・試料台、110・・・試料、111・・・暗視野検出器、112・・・蛍光板、113・・テレビカメラ、114・・・明視野検出器、115・・・テレビカメラ、116・・・電子源制御装置、117・・・電磁レンズ制御装置、118・・・偏向コイル制御装置、119・・・暗視野検出器制御装置、120・・・画像処理装置、121・・・明視野検出器制御装置、122・・・画像処理装置、123・・・メモリ、124・・・プロセッサ、125・・・ディスプレイ
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