JP2000294184A - Electron microscope device - Google Patents

Electron microscope device

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JP2000294184A
JP2000294184A JP11097823A JP9782399A JP2000294184A JP 2000294184 A JP2000294184 A JP 2000294184A JP 11097823 A JP11097823 A JP 11097823A JP 9782399 A JP9782399 A JP 9782399A JP 2000294184 A JP2000294184 A JP 2000294184A
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hollow cone
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隆一 志水
Toshiyuki Ando
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electron microscope capable of minimizing image deviation caused by defocusing in an electron microscope utilizing an active modulation image formation method and hollow cone irradiation. SOLUTION: This device is provided with the following: means 23, 24 for sequentially varying the focus of an object lens 16 when an electron beam is applied in the form of a hollow cone to a sample to be observed; photographing devices 19, 20 for sequentially photographing a sample image according to the variation; a means 17 arranged between the object lens and the photographing devices for displacing the sample image in a plane perpendicular to an optical axis depending on the defocus amount of the object lens; means 28, 29 for multiplying weighting factors according to a weighting function in relation to the sample image in a series of focus conditions by the use of the weighting function specifying the relationship between the defocus amount and a weighting quantity; and means 28, 29 for forming the sample image weighted and accumulated by adding the weighted multiple images.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、能動変調型結像法
を利用した電子顕微鏡装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electron microscope using an active modulation type imaging method.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、顕微鏡の分解能は、対物レンズの
開口径で決定され対物レンズに球面収差がある場合は球
面収差によって制限されていた。また試料の位相像、振
幅像を分離観察するためには特別な位相板を設置する必
要があった。たとえば電子顕微鏡の場合は、球面収差に
よって分解能が制限されており、有効な位相板が考察さ
れていなかった。このような事情により、球面収差補正
することで高い分解能が得られ、有効な位相板をもつ電
子顕微鏡の開発が強く要請されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, the resolution of a microscope is determined by the aperture diameter of an objective lens, and is limited by the spherical aberration when the objective lens has a spherical aberration. In order to separately observe the phase image and the amplitude image of the sample, it is necessary to install a special phase plate. For example, in the case of an electron microscope, the resolution is limited by spherical aberration, and an effective phase plate has not been considered. Under such circumstances, there is a strong demand for the development of an electron microscope that can obtain a high resolution by correcting spherical aberration and has an effective phase plate.

【0003】収差補正としていくつかの手法が提案され
ているが、今回提案する手法は、“Image Restration i
n Coherent Imaging System Involving Spherical Aber
ration”J. Electron Microscope 38 (1989) 412〜422
及び文献“Mathmatical Backgromd of defocus-modulat
ior image processing”Optik 96 (1994) 129 〜135に
記載されている既知の能動変調型結像法を発展させたも
のである。この既知の結像方式の原理を図1に模式的に
示す。観察すべき試料に対して垂直コヒーレント照明を
行う。試料像の撮像に際し、焦点を少しつづずらしなが
ら複数のデフォーカス画像を撮像し、同時に各デフォー
カス像に所定の関数に従った重み付けを行う。そして、
重み付けされた複数のデフォーカス画像を加算処理して
最終的な試料の位相像と振幅像が分離観察されている。
Several methods have been proposed for aberration correction. The method proposed this time is called "Image Restration i".
n Coherent Imaging System Involving Spherical Aber
ration ”J. Electron Microscope 38 (1989) 412-422
And the literature “Mathmatical Backgromd of defocus-modulat
ior image processing "is an extension of the known active modulation imaging method described in Optik 96 (1994) 129-135. The principle of this known imaging method is schematically illustrated in FIG. Vertical coherent illumination is performed on the sample to be observed, and at the time of capturing the sample image, a plurality of defocused images are captured while the focus is slightly shifted, and each defocused image is simultaneously weighted according to a predetermined function. And
By adding a plurality of weighted defocus images, a final phase image and amplitude image of the sample are separately observed.

【0004】上述した能動変調型結像法は、複数のデフ
ォーカス画像を特別な手段を講ずることなく加算及び減
算処理するだけでほとんど収差のない鮮明な位相像及び
振幅像を撮像できる特有の効果を有している。しかしな
がら、垂直コヒーレント照明を利用することに起因して
解像力に限界があるため、解像度を一層高くすることが
強く要請されている。
The above-described active modulation type imaging method has a unique effect that a clear phase image and an amplitude image having almost no aberration can be captured by simply adding and subtracting a plurality of defocused images without taking special measures. have. However, since the resolution is limited due to the use of the vertical coherent illumination, it is strongly required to further increase the resolution.

【0005】このような高分解能の電子顕微鏡装置とし
て、本願人から提案された特開平10−275580号
公報に記載された電子顕微鏡装置が既知である。この電
子顕微鏡装置は、能動変調型結像法とホローコーン照射
とを組み合わせた顕微鏡装置であり、一層高い解像度が
得られると共に、無収差レンズで結像したと同様な収差
補正された位相像と振幅像が分離されて観察できる極め
て有益な性能を有している。
As such a high-resolution electron microscope apparatus, there is known an electron microscope apparatus disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. Hei 10-275580 proposed by the present applicant. This electron microscope is a microscope that combines active modulation imaging and hollow cone irradiation, and provides higher resolution and an aberration-corrected phase image and amplitude similar to those formed by an aberration-free lens. It has a very beneficial performance in which the images can be viewed separately.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】上述した本願人から提
案された電子顕微鏡装置が理想的に実現されれば、一層
低い加速電圧で単一金属原子や気体分子のような1Å程
度の物体を鮮明に観察できることが期待できる。しかし
ながら、ホローコーン照射と能動変調型結像法を併用し
た場合、デフォーカス量及び/又はホローコーン照射の
傾斜角に依存した画像ずれが発生することが本願人によ
り実験的に見出された。この画像ずれは能動変調型結像
法による再生像の分解能を低下させる。
If the electron microscope apparatus proposed by the present applicant described above is ideally realized, an object of about 1 mm, such as a single metal atom or a gas molecule, can be sharpened at a lower accelerating voltage. We can expect that we can observe it. However, when the hollow cone irradiation and the active modulation type imaging method are used in combination, the present applicant has experimentally found that an image shift depending on the defocus amount and / or the inclination angle of the hollow cone irradiation occurs. This image shift reduces the resolution of the reproduced image by the active modulation type imaging method.

【0007】従って、本発明の目的は、本願人から提案
されているホローコーン照射と能動変調型結像法とを利
用した電子顕微鏡において、高解像度観察の障壁となる
デフォーカス量及び/又はホローコーン昭射の傾斜角に
依存した画像ずれを補正することを目的とする。
Accordingly, an object of the present invention is to provide an electron microscope using the hollow cone irradiation and the active modulation type imaging method proposed by the present applicant, which is a defocus amount and / or a hollow cone that becomes a barrier to high resolution observation. An object of the present invention is to correct an image shift depending on a tilt angle of a projection.

【課題を解決するための手段】本発明による電子顕微鏡
装置は、電子ビームを発生する電子銃と、発生した電子
ビームを観察すべき試料に対してホローコーン照射する
手段と、試料で散乱した荷電粒子を結像して試料像を形
成する対物レンズと、ホローコーン照射する際、対物レ
ンズのフォーカスを順次変化させる手段と、対物レンズ
のフォーカスの変化に応じて順次試料像を撮像する撮像
装置と、前記対物レンズと撮像装置との間に配置され、
対物レンズのデフォーカス量に応じて試料像を光軸と直
交する面内で変位させる手段と、デフォーカス量と重み
付け量との関係を規定した重み付け関数を用い、一連の
フォーカス状態の試料像について重み付け関数に応じて
重み付け因子を乗算する手段と、重み付けされた複数の
画像を加算して加重積算された試料像を形成する手段と
を具えることを特徴とする。
An electron microscope apparatus according to the present invention comprises: an electron gun for generating an electron beam; means for irradiating the sample to be observed with a hollow cone; and charged particles scattered by the sample. An objective lens that forms a sample image by forming an image, means for sequentially changing the focus of the objective lens when irradiating the hollow cone, an imaging device that sequentially captures the sample image according to the change in the focus of the objective lens, and Disposed between the objective lens and the imaging device,
Using a means for displacing the sample image in a plane perpendicular to the optical axis in accordance with the defocus amount of the objective lens, and a weighting function that defines the relationship between the defocus amount and the weight amount, a series of focused sample images is used. It is characterized by comprising means for multiplying a weighting factor according to a weighting function, and means for adding a plurality of weighted images to form a weighted and integrated sample image.

【0008】電子顕微鏡において高解像度画像を得るに
は、収差補正を行い無収差レンズで撮像したと同様な画
像を得ること、位相像と振幅像の分離観察ができること
が必要である。このため、本発明では、能動変調結像法
を利用して収差補正を行う。しかしながら、前述したよ
うに、既知の能動変調結像法では垂直コヒーレント照明
に起因して解像度を上げるには限界がある。一方、本発
明者が電子線照射について種々の実験及び解析を行った
結果、ホローコーン照射によりインコヒーレント照射に
匹敵する空間周波数伝達特性が得られることが判明し
た。しかも、ホローコーン照明の入射電子線の傾斜角に
対する球面収差補正処理に必要な加重関数は、用いるシ
ステムに応じて一意的に決定できることも解明された。
このような認識に基づき、本発明では能動変調型結像法
による収差補正に加えてホローコーン照射により解像度
を一層高めることとする。
In order to obtain a high-resolution image with an electron microscope, it is necessary to perform aberration correction, obtain an image similar to an image picked up by an aberration-free lens, and to be able to separately observe a phase image and an amplitude image. Therefore, in the present invention, aberration correction is performed using the active modulation imaging method. However, as mentioned above, known active modulation imaging methods have limitations in increasing resolution due to vertical coherent illumination. On the other hand, as a result of performing various experiments and analyzes on electron beam irradiation, the present inventors have found that hollow cone irradiation can provide a spatial frequency transfer characteristic comparable to incoherent irradiation. In addition, it has been clarified that the weighting function required for the spherical aberration correction processing for the inclination angle of the incident electron beam of the hollow cone illumination can be uniquely determined according to the system used.
Based on such recognition, in the present invention, in addition to aberration correction by the active modulation type imaging method, the resolution is further improved by hollow cone irradiation.

【0009】本発明者による種々の実験及び解折の結
果、ホローコーン照射に利用する重み付け関数は一般式
として規定される。振幅系再生用の重み付け関数
As a result of various experiments and analysis by the inventor, the weighting function used for hollow cone irradiation is defined as a general expression. Weighting function for amplitude system reproduction

【数1】 (Equation 1)

【0010】ここで、△fはデフォーカス量であり、w
は、空間周波数であり、
Where Δf is the defocus amount, w
Is the spatial frequency,

【外1】 は各空間周波数での再生の度合を決定する関数であり、
γs (v) は波面収差面である。
[Outside 1] Is a function that determines the degree of reproduction at each spatial frequency,
γ s (v) is a wavefront aberration surface.

【0011】また、位相像再生間の重み付け関数W
I (△f)は以下の式で与えられる。
A weighting function W for phase image reproduction
I (△ f) is given by the following equation.

【数2】 従って、これらの荷重関数に基き、デフォーカス量に対
して照射電子量を規定して重み付けすれば能動変調型結
像方式の利点を維持しながら解像度を一層改善すること
ができる。
(Equation 2) Therefore, the resolution can be further improved while maintaining the advantage of the active modulation type imaging method by defining and weighing the amount of irradiation electrons with respect to the amount of defocus based on these weight functions.

【0012】デフォーカス量に応じた重み付けを行なう
方法として、対物レンズのフォーカスを変化させながら
一連のデフォーカス画像を撮像し、コンピュータにおい
て、この一連の画像をデフォーカス量と重み付けとの関
係を規定する上記関数に基いて重み付け因子を乗算して
重み付けを行ない、その後加算する手法がある。また、
別の方法として、対物レンズのフォーカスを変化させな
がら且つ照射電子量を変化させ、デフォーカスに対応し
て重み付けされた2個の試料像を撮像し、これら試料像
を減算して最終的な試料像を形成する方法がある。この
方法を用いれば、実時間での試料像の再生が可能にな
る。
As a method of performing weighting in accordance with the amount of defocus, a series of defocus images are taken while changing the focus of the objective lens, and the relationship between the amount of defocus and the weight of the series of images is defined by a computer. There is a method of performing weighting by multiplying by a weighting factor based on the above function, and then adding the weighting factors. Also,
As another method, while changing the focus of the objective lens and changing the amount of irradiation electrons, two sample images weighted corresponding to the defocus are taken, and these sample images are subtracted to obtain a final sample. There is a method of forming an image. With this method, it is possible to reproduce a sample image in real time.

【0013】本発明による顕微鏡装置は、電子ビームを
発生する電子銃と、発生した電子ビームを観察すべき試
料に対してホローコーン照射する手段と、ホローコーン
照射する際、照射ビームに照射電子量に重み付けを与え
る手段と、試料で散乱した荷電粒子を結像して試料像を
形成する対物レンズと、対物レンズのフォーカスを順次
変化させる手段と、試料像を撮像する撮像装置と、前記
対物レンズと撮像装置との間に配置され、対物レンズの
デフォーカス量に応じて試料像を光軸と直交する面内で
変位させる手段とを具え、デフォーカス量と重み付け量
との関係を規定する重み付け関数にしたがって照射電子
ビームに重み付けを与えながらデフォーカス画像を順次
撮像し、撮像された画像情報を演算処理して試料像を形
成することを特徴とする。
According to the microscope apparatus of the present invention, there is provided an electron gun for generating an electron beam, means for irradiating a sample to be observed with the generated electron beam with a hollow cone, and when irradiating a hollow cone, the irradiation beam is weighted by the amount of irradiated electrons Means for imaging the charged particles scattered by the sample to form a sample image; means for sequentially changing the focus of the objective lens; an imaging device for imaging the sample image; Means for displacing the sample image in a plane perpendicular to the optical axis in accordance with the defocus amount of the objective lens, the weighting function defining the relationship between the defocus amount and the weight amount. Therefore, a defocused image is sequentially captured while giving weight to the irradiation electron beam, and the captured image information is arithmetically processed to form a sample image. To.

【0014】上記本発明の電子顕微鏡装置の実施例は、
電子ビームに重み付けを与える手段及び対物レンズのフ
ォーカスを変化させる手段を、電子銃に高電圧を印加す
る可変高圧発生器及びその制御回路で構成し、この可変
高圧発生器からの出力電圧を、前記及び重み付け関数に
応じて時間的に変化させることを特徴とする。電子銃に
時間的に変性する高電圧を印加することにより、対物レ
ンズのフォーカスを変化させることができる。同時に、
電子銃に印加される高電圧の時間的な変化により、試料
に対する電子ビームの照射時間が時間的に変化し、この
結果デフォーカス量に対応して電子ビームの照射量が変
化することになる。
An embodiment of the electron microscope apparatus of the present invention is as follows.
The means for weighting the electron beam and the means for changing the focus of the objective lens are constituted by a variable high voltage generator for applying a high voltage to the electron gun and its control circuit, and the output voltage from the variable high voltage generator is And time-dependently according to the weighting function. By applying a time-varying high voltage to the electron gun, the focus of the objective lens can be changed. at the same time,
Due to the temporal change of the high voltage applied to the electron gun, the irradiation time of the electron beam on the sample changes over time, and as a result, the irradiation amount of the electron beam changes according to the defocus amount.

【0015】従って、上記重み付け関数に基いて、電子
銃に印加する電圧値を時間的に変化させることにより、
デフォーカスの形成と重み付けとを同時に行なうことが
できる。
Therefore, by changing the voltage value applied to the electron gun with time based on the weighting function,
Defocus formation and weighting can be performed simultaneously.

【0016】本発明による電子顕微鏡装置の実施例は、
試料像を変位させる手段を、偏向コイルとコイル駆動回
路とで構成し、デフォーカス量及び/又はホローコーン
照射の傾斜角に基づいて偏向コイルへの駆動電流を規定
することを特徴とする。本発明者が、デフォーカス状態
で撮像した画像のずれ量について解析した結果、画像の
ずれ量はデフォーカス量及びホローコーン照射の傾斜角
に依存することが判明した。従って、画像のずれを補正
する画像変位手段を偏向コイルとその駆動回路で構成
し、偏向コイルへの駆動電流をデフォーカス量及びホロ
ーコーン照射の傾斜角に基づいて規定することにより、
画像ずれを最小にすることができる。
An embodiment of the electron microscope apparatus according to the present invention is as follows.
The means for displacing the sample image is constituted by a deflection coil and a coil drive circuit, and the drive current to the deflection coil is defined based on the defocus amount and / or the inclination angle of hollow cone irradiation. The present inventor has analyzed the shift amount of the image captured in the defocus state, and found that the shift amount of the image depends on the defocus amount and the inclination angle of hollow cone irradiation. Therefore, the image displacement means for correcting the image shift is constituted by the deflection coil and its drive circuit, and the drive current to the deflection coil is defined based on the defocus amount and the inclination angle of the hollow cone irradiation,
Image shift can be minimized.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】図2は本発明による電子顕微鏡の
基本概念を模式的に示す線図である。尚、説明の便宜上
電子顕微鏡に基づいて説明するが、あらゆる顕微鏡に同
様に適用することができる。電子銃から発生した電子ビ
ームを偏向レンズ系を用いて所定の傾斜角のホローコー
ン状の電子ビームに変換する。ホローコーン状の電子ビ
ームを形成する方法として、後述するように、偏向レン
ズ系により電子ビームを回転させてもよく、又は拡大し
た電子ビームを形成し環状絞りを用いてホローコーン状
の電子ビームを形成することもできる。このホローコー
ン状の電子ビームを試料1に照射する。試料1を通過し
た電子及び試料1で散乱した電子を対物レンズ2により
結像して一連の試料像を撮像する。
FIG. 2 is a diagram schematically showing the basic concept of an electron microscope according to the present invention. The description will be made based on an electron microscope for convenience of description, but the present invention can be similarly applied to any microscope. The electron beam generated from the electron gun is converted into a hollow cone-shaped electron beam having a predetermined inclination angle using a deflection lens system. As a method of forming a hollow cone-shaped electron beam, as described later, the electron beam may be rotated by a deflection lens system, or an expanded electron beam is formed and a hollow cone-shaped electron beam is formed by using an annular diaphragm. You can also. The sample 1 is irradiated with the hollow cone-shaped electron beam. Electrons passing through the sample 1 and scattered by the sample 1 are imaged by the objective lens 2 to form a series of sample images.

【0018】一連の試料像を撮像するに際し、対物レン
ズのフォーカスを変えながら撮像し、一連のデフォーカ
ス像を形成する。これら一連の試料像とコンピュータに
とり込み、重み付けを行ない、かつ再処理を行なうこと
により最終の試料像が得られる。また、デフォーカスを
与えながら電子ビームの照射時間を変えることにより重
み付けされたデフォーカス像を得ることもできる。
When a series of sample images are picked up, an image is picked up while changing the focus of the objective lens to form a series of defocused images. The final sample image is obtained by taking in a series of these sample images and a computer, performing weighting, and performing reprocessing. Also, by changing the irradiation time of the electron beam while giving defocus, a weighted defocus image can be obtained.

【0019】この際重要な事項は、収差補正に必要な加
重関数が入射電子線の傾斜角に対して一意的に決定で
き、傾斜方位には依存しないという解析結果に基づいて
いることである。従って、用いるシステムにより決定さ
れる荷重関数あるいは重み付け関数を用いることにより
重み付け及びデフォーカスの両方がかけられた一連の画
像が得られ、これらの画像を加算することによりインコ
ヒーレント照射に匹敵する空間周波数帯域が無球面収差
で再生可能になる。この際の処理は加算及び減算だけが
必要であるので、処理の実時間処理が可能になる。
An important matter at this time is that the weighting function required for aberration correction is uniquely determined with respect to the tilt angle of the incident electron beam, and is based on the analysis result that it does not depend on the tilt azimuth. Thus, a series of images, both weighted and defocused, is obtained by using a weighting or weighting function determined by the system used, and by adding these images a spatial frequency comparable to incoherent illumination is obtained. The band can be reproduced with aspheric aberration. At this time, only addition and subtraction are required, so that real-time processing can be performed.

【0020】図3は本発明による電子顕微鏡の具体例を
示す線図である。電子顕微鏡本体10は電子ビームを発
生する電子銃11を有する。電子銃11から発生した電
子ビームは加速電極12及びコンデンサレンズ13を経
て第1の偏向コイル14に入射しホローコーンビームに
変換される。尚、ホローコーンビームの形成方法につい
ては後述することにする。ホローコーンビームは試料1
5に入射し、試料で散乱した電子ビームは対物レンズ1
6により結像されて試料像が形成される。対物レンズか
ら出射した電子ビームは画像変位補正手段として機能す
る第2の偏向コイル17により光軸と直交する面内での
試料像の変位が補正され、投影レンズ18を経て蛍光板
19上に試料像を結像する。蛍光板に入射した電子ビー
ムによる試料像は光像に変換され、この光像に変換され
た試料像をTVカメラ20で撮像する。あるいは蛍光板
を用いずに高感度な電子像/光像変換機能を有するTV
カメラ20の光電面に直接結像して撮像することも可能
である。この撮像手段は種々の手段を用いることがで
き、TVカメラと同様に電荷蓄積能力を有する2次元カ
メラ、感光性フィルム等の手段を用いることができる。
FIG. 3 is a diagram showing a specific example of an electron microscope according to the present invention. The electron microscope main body 10 has an electron gun 11 for generating an electron beam. The electron beam generated from the electron gun 11 enters the first deflection coil 14 via the acceleration electrode 12 and the condenser lens 13 and is converted into a hollow cone beam. The method of forming the hollow cone beam will be described later. Hollow cone beam is sample 1
The electron beam incident on the sample 5 and scattered by the sample is
6 forms an image of the sample. The electron beam emitted from the objective lens is corrected for the displacement of the sample image in a plane orthogonal to the optical axis by a second deflection coil 17 functioning as an image displacement correction means, and is passed through a projection lens 18 onto a fluorescent plate 19 on a fluorescent plate 19. Is imaged. The sample image by the electron beam incident on the fluorescent plate is converted into an optical image, and the sample image converted into the optical image is captured by the TV camera 20. Alternatively, a TV having a highly sensitive electronic image / light image conversion function without using a fluorescent plate
It is also possible to form an image directly on the photocathode of the camera 20 and take an image. As the imaging means, various means can be used, and means such as a two-dimensional camera and a photosensitive film having a charge storage ability like the TV camera can be used.

【0021】電子銃11に電圧加算器22を介して例え
ば200kV程度の高電圧を発生する高圧発生器23を
接続する。電圧加算22には±300Vの範囲の可変電
圧を発生する高圧変調器24を接続する。この高圧変調
器24は制御回路21により制御され、後述する重み付
けに従って時間と共に変化する電圧を発生する。高圧変
調器24からの出力電圧は電圧加算22により高圧発生
器23からの高電圧に重畳されて電子銃11に印加す
る。従って、電子銃11には重み付け関数に従って変調
された高電圧が印加され、時間に対して対物レンズ16
の焦点距離が時間共に変化することになる。この結果、
対物レンズ16により結像される試料像には、変調され
た高電圧に応じて変化するデフォーカス量が与えられる
ことになる。
A high voltage generator 23 for generating a high voltage of about 200 kV is connected to the electron gun 11 via a voltage adder 22. A high voltage modulator 24 that generates a variable voltage in the range of ± 300 V is connected to the voltage addition 22. The high-voltage modulator 24 is controlled by the control circuit 21 and generates a voltage that changes with time according to weighting described later. The output voltage from the high voltage modulator 24 is superimposed on the high voltage from the high voltage generator 23 by the voltage addition 22 and applied to the electron gun 11. Therefore, a high voltage modulated according to the weighting function is applied to the electron gun 11, and the objective lens 16
Will change with time. As a result,
The sample image formed by the objective lens 16 is given a defocus amount that changes according to the modulated high voltage.

【0022】ホローコーン照射を行う第1の偏向コイル
14には、制御回路21に接続されている偏向コイル駆
動回路25を接続してコイル駆動電流を供給する。そし
て、供給されるコイル駆動電流に基づいてホローコーン
角、ホローコーン照射のビーム回転周波数を制御する。
A deflection coil driving circuit 25 connected to a control circuit 21 is connected to the first deflection coil 14 for performing hollow cone irradiation, and a coil driving current is supplied. Then, the hollow cone angle and the beam rotation frequency of the hollow cone irradiation are controlled based on the supplied coil drive current.

【0023】画像変位補正を行う第2の偏向コイル17
には第2のコイル駆動回路26を接続し、この第2のコ
イル駆動回路は制御回路21に接続する。そして、制御
回路21から供給される制御信号に応じて第2の偏向コ
イルに供給されるコイル電流を制御し、デフォーカス量
に起因する画像変位量を最小にする。この場合、ホロー
コーン照射の傾斜角と画像変位量との関係を表すデータ
及び一連の傾斜角におけるデフォーカス量と画像変位量
との関係を表すデータを予め測定し制御回路21のメモ
リの記憶しておく。そして、これらのデータに基づいて
ホローコーン照射の傾斜角やデフォーカス量に応じて第
2の偏向コイルに供給すべきコイル電流を規定すること
により画像変位量が最小になるように補正することがで
きる。制御回路21において、第1の偏向コイル14、
対物レンズ16そして第2の偏向コイル17を制御する
各々の信号を記憶・発生する機能は、それぞれ偏向コイ
ル駆動回路24、対物レンズ駆動回路25、及び第2の
コイル駆動回路26で実行させることも可能である。こ
の場合、制御回路はTVフレームに同期した信号または
TVフレーム周期を分割した信号を各駆動回路24、2
5、26に対して送り込むだけでよい。
Second deflection coil 17 for correcting image displacement
Is connected to a second coil drive circuit 26, which is connected to the control circuit 21. Then, the coil current supplied to the second deflection coil is controlled in accordance with the control signal supplied from the control circuit 21 to minimize the amount of image displacement caused by the defocus amount. In this case, data representing the relationship between the inclination angle of the hollow cone irradiation and the image displacement amount and data representing the relationship between the defocus amount and the image displacement amount at a series of inclination angles are measured in advance and stored in the memory of the control circuit 21. deep. Then, based on these data, by defining the coil current to be supplied to the second deflection coil in accordance with the inclination angle of the hollow cone irradiation and the defocus amount, it is possible to correct the image displacement amount to be minimum. . In the control circuit 21, the first deflection coil 14,
The function of storing and generating signals for controlling the objective lens 16 and the second deflection coil 17 may be executed by the deflection coil drive circuit 24, the objective lens drive circuit 25, and the second coil drive circuit 26, respectively. It is possible. In this case, the control circuit outputs a signal synchronized with the TV frame or a signal obtained by dividing the TV frame cycle to each of the driving circuits 24, 2
It only needs to be sent to 5, 26.

【0024】対物レンズ16には、制御回路21に接続
されているレンズ駆動回路27を接続し、制御回路から
の制御に応じて対物レンズ16の焦点距離を制御する。
この際、対物レンズに供給するレンズ電流を時間的に変
化させることにより対物レンズの焦点距離を変化させて
デフォーカス量を与えることもできる。さらに、電子銃
11に供給する高電圧に加えて、対物レンズに供給する
レンズ電流を変化させることによりデフォーカス量及び
重み付けの両方を制御することもできる。
The objective lens 16 is connected to a lens drive circuit 27 connected to the control circuit 21 and controls the focal length of the objective lens 16 according to control from the control circuit.
At this time, the defocus amount can be given by changing the focal length of the objective lens by changing the lens current supplied to the objective lens with time. Furthermore, by changing the lens current supplied to the objective lens in addition to the high voltage supplied to the electron gun 11, both the defocus amount and the weight can be controlled.

【0025】TVカメラ20により撮像された画像は画
像減算器28に取り込む。前述したように、重み付けは
正又は負の符号を有するので、画像減算器28は2個の
フレームメモリと画像減算回路を有し、一方のフレーム
メモリには正の重み付けがされた画像情報を取り込み、
他方のフレームメモリには負の重み付けがされた画像情
報を取り込む。そして、正の重み付けがされた画像情報
と負の重み付けがされた画像情報とを減算回路により減
算して最終画像として出力する。得られた画像はビデオ
フレームメモリ29に記憶され、制御回路21からの制
御信号によりCRT30に表示することができる。ある
いは、ビデオフレームメモリ29に記憶せず、減算回路
28の出力画像を直接CTR30に連続表示させること
も可能である。
An image picked up by the TV camera 20 is taken into an image subtractor 28. As described above, since the weighting has a positive or negative sign, the image subtracter 28 has two frame memories and an image subtraction circuit, and one frame memory stores the positively weighted image information. ,
Negatively weighted image information is taken into the other frame memory. Then, the subtraction circuit subtracts the positively weighted image information and the negatively weighted image information, and outputs the result as a final image. The obtained image is stored in the video frame memory 29 and can be displayed on the CRT 30 by a control signal from the control circuit 21. Alternatively, the output image of the subtraction circuit 28 can be directly displayed continuously on the CTR 30 without storing it in the video frame memory 29.

【0026】次に、電子ビームに対する重み付けについ
て説明する。本例では、重み付け手法としてデフォーカ
スに対して電子ビームの照射時間を変化させる手法を用
いる。図4はデフォーカスと重み付け方法を説明するた
めの線図である。図4Aは位相成分再生用の荷重関数を
示し、図4Bは図4Aに示す荷重関数についての時間に
対するデフォーカス量の変化を示し、図4Cは電子銃に
印加する電圧値の時間変化を示す。図4Aに示す荷重関
数は上述した式に基くものであり、横軸は重み付け量を
表わし、縦軸はデフォーカス量を示す。また、図4Bに
おいて、横軸は時間を示し、縦軸はデフォーカス量を示
す。さらに図4Cにおいて横軸は時間を示し、縦軸は電
子銃に印加する電圧値を示す。
Next, the weighting of the electron beam will be described. In this example, a method of changing the irradiation time of the electron beam with respect to defocus is used as a weighting method. FIG. 4 is a diagram for explaining a defocusing and weighting method. 4A shows a load function for phase component reproduction, FIG. 4B shows a change in the defocus amount with respect to time for the load function shown in FIG. 4A, and FIG. 4C shows a time change in a voltage value applied to the electron gun. The load function shown in FIG. 4A is based on the above-described equation, where the horizontal axis represents the weighting amount and the vertical axis represents the defocus amount. In FIG. 4B, the horizontal axis represents time, and the vertical axis represents the defocus amount. Further, in FIG. 4C, the horizontal axis represents time, and the vertical axis represents the voltage value applied to the electron gun.

【0027】高圧発生器23及び高圧変調器24からの
高電圧を電子銃11に印加する。この時の印加電圧の変
化は図4Cに示すように設定する。電子銃11に印加さ
れる電圧が変化することにより対物レンズのフォーカス
が変化する。この時試料には時間に連続して電子ビーム
が照射され続ける。従って、印加電圧の時間に対する変
化分は試料に対する電子ビームの照射時間に相当する。
従って、図4Cに示すように時間的に変化する電圧を電
子銃に印加することにより、デフォーカス量に応じて重
み付された電子ビームが試料に照射されることになる。
尚、重み付け量は、正及び負の両方の値をとるため、T
Vカメラの電化蓄積能力を利用して、例えば正の重み付
けについて、印加電圧を変化させてデフォーカスに応じ
て重み付けされた第1の試料像を作成し、次に負の重み
付けについて同様にして第2の試料像を作成し、その後
画像減算回路28において減算処理する。これにより、
荷重関数に基いてデフォーカス量に対して重み付けされ
た試料像を得ることができる。尚、画像減算回路は2個
のフレームメモリと画像減算器を有することにより、上
記処理を行なうことができる。このように構成すること
により、実時間で試料像を再生することが可能になる。
The high voltage from the high voltage generator 23 and the high voltage modulator 24 is applied to the electron gun 11. The change of the applied voltage at this time is set as shown in FIG. 4C. When the voltage applied to the electron gun 11 changes, the focus of the objective lens changes. At this time, the sample is continuously irradiated with the electron beam over time. Therefore, the change of the applied voltage with respect to time corresponds to the irradiation time of the electron beam to the sample.
Therefore, by applying a time-varying voltage to the electron gun as shown in FIG. 4C, the sample is irradiated with an electron beam weighted according to the defocus amount.
Note that the weighting amount takes both positive and negative values.
Using the charge accumulation capability of the V-camera, for example, for the positive weighting, the applied voltage is changed to create a first sample image weighted according to the defocus, and then the negative weighting is performed in the same manner. Then, a subtraction process is performed in the image subtraction circuit 28. This allows
A sample image weighted with respect to the defocus amount based on the load function can be obtained. Note that the image subtraction circuit can perform the above processing by having two frame memories and an image subtractor. With this configuration, it is possible to reproduce a sample image in real time.

【0028】図5はホローコーンビーム形成装置の構成
を示す。図5aに示すように、電子銃から発生した電子
ビームを第1のコンデンサ40により発散ビームに変換
し、第2のコンデンサ41により集束性ビームに変換す
る。第2のコンデンサ41の後段にコンデンサ環状絞り
42を配置して集束性電子ビームをホローコーンビーム
にする。そして、ホローコーンビームを試料に直接照射
する。図4bの構成では、コンデンサ絞り43を通過し
た電子ビームを2段の偏向コイルにより回転するホロー
コーンビームに変換する。
FIG. 5 shows the configuration of the hollow cone beam forming apparatus. As shown in FIG. 5A, an electron beam generated from an electron gun is converted into a divergent beam by a first condenser 40, and is converted into a convergent beam by a second condenser 41. A condenser annular diaphragm 42 is arranged at the subsequent stage of the second condenser 41 to convert the converging electron beam into a hollow cone beam. Then, the hollow cone beam is directly applied to the sample. In the configuration of FIG. 4B, the electron beam passing through the condenser diaphragm 43 is converted into a rotating hollow cone beam by a two-stage deflection coil.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 能動変調型結像法を模式的に示す線図であ
る。
FIG. 1 is a diagram schematically showing an active modulation type imaging method.

【図2】 本発明による電子顕微鏡装置の撮像方法を説
明するための模式図である。
FIG. 2 is a schematic diagram for explaining an imaging method of the electron microscope device according to the present invention.

【図3】 本発明による電子顕微鏡装置の具体的構成を
示す線図である。
FIG. 3 is a diagram showing a specific configuration of an electron microscope apparatus according to the present invention.

【図4】 荷重関数に応じたデフォーカス量及び重み付
けを与える方法を説明するための線図である。
FIG. 4 is a diagram for explaining a method of giving a defocus amount and a weight according to a load function.

【図5】 ホローコーンビームを形成するための構成を
示す線図である。
FIG. 5 is a diagram showing a configuration for forming a hollow cone beam.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 試料 2 対物レンズ 11 電子銃 12 加速電極 13 コンデンサレンズ 14 第1の偏向コイル 15 試料 16 対物レンズ 17 第2の偏向コイル 18 投影レンズ 19 蛍光板 20 TVカメラ 21 制御回路 22 高圧発生器 23 高圧変調器 24 偏向コイル駆動回路 25 対物レンズ駆動回路 26 第2のコイル駆動回路 27 レンズ駆動回路 28 画像減算器 29 フレームメモリ 30 CRT DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Sample 2 Objective lens 11 Electron gun 12 Acceleration electrode 13 Condenser lens 14 First deflection coil 15 Sample 16 Objective lens 17 Second deflection coil 18 Projection lens 19 Fluorescent plate 20 TV camera 21 Control circuit 22 High voltage generator 23 High voltage modulator 24 Deflection coil drive circuit 25 Objective lens drive circuit 26 Second coil drive circuit 27 Lens drive circuit 28 Image subtractor 29 Frame memory 30 CRT

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 電子ビームを発生する電子銃と、発生し
た電子ビームを観察すべき試料に対してホローコーン照
射する手段と、試料で散乱した荷電粒子を結像して試料
像を形成する対物レンズと、ホローコーン照射する際、
対物レンズのフォーカスを順次変化させる手段と、対物
レンズのフォーカスの変化に応じて順次試料像を撮像す
る撮像装置と、前記対物レンズと撮像装置との間に配置
され、対物レンズのデフォーカス量に応じて試料像を光
軸と直交する面内で変位させる手段と、デフォーカス量
と重み付け量との関係を規定した重み付け関数を用い、
一連のフォーカス状態の試料像について重み付け関数に
応じて重み付け因子を乗算する手段と、重み付けされた
複数の画像を加算して荷重積算された試料像を形成する
手段とを具えることを特徴とする電子顕微鏡装置。
1. An electron gun for generating an electron beam, means for irradiating a sample to be observed with a hollow cone, and an objective lens for forming an image of charged particles scattered by the sample to form a sample image. And when irradiating the hollow cone,
Means for sequentially changing the focus of the objective lens, an imaging device for sequentially capturing a sample image in accordance with the change in the focus of the objective lens, and an image pickup device disposed between the objective lens and the imaging device. Means for displacing the sample image in a plane orthogonal to the optical axis in accordance with the weighting function that defines the relationship between the defocus amount and the weighting amount,
Means for multiplying a series of focus state sample images by a weighting factor according to a weighting function, and means for adding a plurality of weighted images to form a load-integrated sample image. Electron microscope equipment.
【請求項2】 電子ビームを発生する電子銃と、発生し
た電子ビームを観察すべき試料に対してホローコーン照
射する手段と、ホローコーン照射する際、照射ビームに
照射電子量に重み付けを与える手段と、試料で散乱した
荷電粒子を結像して試料像を形成する対物レンズと、対
物レンズのフォーカスを順次変化させる手段と、試料像
を撮像する撮像装置と、前記対物レンズと撮像装置との
間に配置され、対物レンズのデフォーカス量に応じて試
料像を光軸と直交する面内で変位させる手段とを具え、
デフォーカス量と重み付け量との関係を規定する重み付
け関数にしたがって照射電子ビームに重み付けを与えな
がらデフォーカス画像を順次撮像し、撮像された画像情
報を演算処理して試料像を形成することを特徴とする電
子顕微鏡装置。
2. An electron gun for generating an electron beam, means for irradiating a sample to be observed with the generated electron beam with a hollow cone, and means for weighting an irradiation beam when irradiating the hollow cone with an irradiation electron quantity; An objective lens that forms a sample image by forming an image of charged particles scattered by the sample, a unit that sequentially changes the focus of the objective lens, an imaging device that captures an image of the sample, and Arranged, means for displacing the sample image in a plane orthogonal to the optical axis according to the defocus amount of the objective lens,
The method is characterized in that a defocused image is sequentially captured while weighting the irradiation electron beam according to a weighting function that defines a relationship between the defocus amount and the weighting amount, and the captured image information is arithmetically processed to form a sample image. Electron microscope device.
【請求項3】 前記試料像を変位させる手段を、偏向コ
イルとコイル駆動回路とで構成し、デフォーカス量及び
/又はホローコーン照射の傾斜角に基づいて偏向コイル
への駆動電流を規定することを特徴とする請求項1又は
2に記載の電子顕微鏡装置。
3. A means for displacing the sample image, comprising a deflecting coil and a coil driving circuit, wherein a drive current to the deflecting coil is defined based on a defocus amount and / or an inclination angle of hollow cone irradiation. The electron microscope apparatus according to claim 1, wherein:
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