JP2000515675A - エネルギ・フィルタリング透過電子顕微鏡の自動調節 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 コンピュータを用いてＥＦＴＥＭのエネルギ・フィルタリング・システムを自動的に調節する。コンピュータは、エネルギ選択スリットをビーム経路内に挿入し、スリットに一体化した電流センサと電子カメラの読み出しとの組み合わせによって、電子ビームの位置の監視を始める。ビーム・センサを監視しながら、エネルギ分散エレメントを調節することによって、スリット内にビームのセンタリングを行なう。初期整合の後、スリットを後退させ、エネルギ・フィルタの入射口に基準アパーチャを挿入する。電子カメラは基準アパーチャのイメージを捕獲し、コンピュータは、アパーチャ・イメージのその既知の物理的寸法からの変位を分析し、電子光学的歪みおよびフィルタの収差を評価する。コンピュータは決定した光学パラメータを用いて、フィルタの歪みおよび収差補正光学エレメントを調節する。その影響は以前の較正によりわかっている。イメージ化収差を補正した後、基準アパーチャを後退させ、スリットを再度挿入し、スリット縁部を横切ってビームをスキャンしつつ、電子カメラ上における透過したビームの強度を積分することにより、スリット面におけるフィルタの等色面を測定する。こうして電子カメラによって収集した等色面をコンピュータによって分析して、フィルタ・システムの更なる収差係数を抽出する。これらの測定された収差係数を用いて、フィルタ光学系の較正された補正を行なう。

Description

【発明の詳細な説明】 エネルギ・フィルタリング透過電子顕微鏡の自動調節 発明の背景 発明の分野 本願発明は、一般的に、エネルギ・フィルタリング透過電子顕微鏡（energy f iltering transmission electron microscope）に関し、更に特定すれば、エネ ルギ・フィルタリング電子顕微鏡のエネルギ・フィルタリング・システムの自動 調整に関するものである。 従来技術の説明 最新のエネルギ・フィルタリング透過電子顕微鏡（ＥＦＴＥＭ）は、検体を横 断した電子ビームのエネルギ解像サブセット（energy resolved subset）からイ メージを形成することができる。しかしながら、エネルギ・フィルタリング・シ ステム内に電子レンズを追加することによって、エネルギ・フィルタリング・シ ステムのエネルギ分散エレメントに固有の光学的欠陥を正確に補償しなければ、 エネルギ・フィルタリング顕微鏡によって生成されるイメージには収差や歪みが 生じてしまう。必要な調節を行なうことは、高度な理論的知識および経験的熟練 を要する作業であり、そのため最新のＥＦＴＥＭの利用が一握りの専門家だけに 限定されている。 従って、ＥＦＴＥＭの効果的な使用のために必要な調節を自動的に行ない、最 新のＥＦＴＥＭの力をはるかに広い範囲の科学研究者にも利用可能とする装置が 必要とされている。 発明の概要 この必要性は本願発明によって満たされ、エネルギ・フィルタリング透過電子 顕微鏡（ＥＦＴＥＭ）のエネルギ・フィルタリング・システムの少なくとも０次 、一次（first order）および二次（second order）の電子光学収差を、コンピ ュータ制御の下で自動的に補正する。０次収差の補正には、エネルギ・フィルタ リング・システムのスリット面に形成されるエネルギ分散ビームまたはエネルギ 損 失スペクトル内における、ゼロ損失ピークのような公知の基準点を、スリット開 口の中心を通過するように位置合わせする。まず最初に、規定された割合のビー ムがスリットを通過するか否かについて判定を行なうことにより、またはビーム の実質的に等しい量が上側半部および下側半部のスリット上に入射するようにビ ームを調節することにより、スリット内で基準点の概略的な位置合わせを行なう 。次いで、一方のスリット半部に全体的にビームを移動させ、次いでピータ強度 を検出するまで、ビームをスリットに向かって段階的に進めることによって、細 密にビームを中心に位置付ける。その時点において、スリットの幅の半分だけ、 ビームをスリット内に移動させる。 一次収差の補正のために、ビーム検出器で形成される既知の幾何学的形状およ び寸法のアパーチャまたはマスクの電子イメージの無彩色性(アクロマティシテ ィ、achromaticity)、倍率およびアスペクト比を評価する。マスク上の既知の位 置、好ましくはホールを位置付けし（特定し）、電子光学エレメントを完全に調 節した場合にそれらが現れる位置と比較する。アクロマティシティの補正では、 透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）の電子銃における加速電圧を変化させることにより、 ビーム電予のエネルギにオフセットを適用する。再び、マスクイメージの既知の 位置を位置付けし、現位置と、ビーム・エネルギの変化前に測定した位置との差 を判定する。この差を平均化し、正味の平均変位を、エネルギ・フィルタリング ・システムの真のアクロマティック(achromatic、無彩色)・イメージングからの 逸脱の尺度として採用する。正味の平均変位が、オペレータが指定した許容度の 範囲内にない場合、エネルギ・フィルタリング・システムのポスト−スリット電 子光学系の色調節用四極子形レンズの電流変化に対する平均変位の影響を評価す る。色調節用四極子形レンズにおいて電流を変化させ、マスク・イメージ位置の 正味の平均変位の測定を繰り返す。更に精度の高いアクロマティック調節を必要 とする場合、または測定した平均変位が指定の許容度の範囲内となり、ビーム検 出器に形成されるイメージがアクロマティックであると見なされる時まで、これ らの処理を繰り返す。 倍率およびアスペクト比の補正では、マスクイメージ位置の位置付けをする。 マスクイメージの上部（上辺）および下部（底辺）に沿った位置間の平均距離を 判定し、マスクイメージの右側（右辺）および左側（左辺）に沿った位置間の平 均距離を判定し、これら２つの距離を用いてイメージの全体的な倍率Ｍを計算し 、垂直倍率の水平倍率に対する比を利用して、イメージのアスペクト比Ａを得る 。エネルギ・フィルタリング・システムのポスト−スリット電子光学系の第１お よび第２の倍率調節四極子形レンズを通じ流れる電流に対するＭおよびＡの増分 の影響を計算し、倍率調節四極子形レンズに適用する電流変化を決定するために 用いる。ＭおよびＡの測定は繰り返され、測定値がなおもオペレータが指定した 許容範囲を超えて好適な値から逸脱する場合、四極子電流を制御しながら変化さ せることから開始して、指定の許容範囲を満足するまで手順全体を繰り返す。 一次スペクトル焦点の調節では、ビーム経路にエネルギ選択スリットを挿入し 、スリット半部の一方を、元のスリット開口の半分に等しい量だけ、スリット内 に移動させる。次に、電子銃における加速電圧によってビーム・エネルギを変化 させ、スペクトルのゼロ損失ピータを、ナイフ・エッジ上の現スリット開口の半 分に等しい量だけ上に移動させる。電子カメラを制御して、連続的かつ一定レー トでビーム・エネルギを変化させてゼロ損失ピークを徐々にスリット開口内の現 スリット開口の半分の位置までシフトしつつ、イメージに入射するビーム強度の 積分を始める。ビーム・エネルギ・スキャンの完了時に、電子カメラを制御し、 イメージ強度の積分を中止し、得られたイメージデータを読み出してコンピュー タに転送する。イメージ強度対イメージ内の水平および垂直位置の表面プロット は、スペクトルの焦点外れの度数及び方向に傾斜した表面を表し、スペクトルが 完全に合焦した状態にある場合、等色面（isochromatic surface）と呼ぶ表面プ ロットが完全に平坦で水平面となる。 二次元一次方程式の標準的な最小二乗適合(least square fit)を、測定した等 色面に対して行う。得られた係数が指定の許容範囲外にある場合、エネルギ・フ ィルタリング・システムのプレ−スリット光学系の一部であるスペクトル合焦四 極子形レンズを通過する電流を変化させ、係数の測定を繰り返す。スペクトル合 焦四極子形レンズに対する変化の影響を算出し、レンズ電流に適用する電流変化 を計算するために利用する。オペレータ指定の許容範囲を満足するためには一層 の合焦精度が要求される場合、等色面の新たな測定および新たな係数の算出から 開始して、前述の手順を繰り返せばよい。 次に、エネルギ・フィルタリング・システムの電予光学系の二次収差欠陥の補 正を行う。二次の幾何学的イメージ歪みの補正では、電子カメラ（electron cam era）によってマスクのイメージを捕獲し、イメージ内の各ホールの中心位置を 判定する。最小二乗適合を用いて、一方は水平測定座標にに対するものであり他 方は垂直測定座標に対するものである、名目上（ノミナル）のホール位置に対す るホール位置データの分析を行う。収差係数を決定し、エネルギ・フィルタリン グ・システムのポストースリット電子光学系の３つの六極子形（sextupole）レ ンズを通過する電流に対する調節によってセロにする(nullify)。 二次スペクトル焦点収差の補正は、エネルギ損失スペクトル焦点における一次 収差の補正のために、等色面データを収集することから開始する。等色面に対す る二次元最小二乗適合に用いるモデル多項式関数を一般化し、二次スペクトル焦 点の欠陥を定量的に表す二次収差係数を有する項を含ませることによって、等色 面の曲率を分析する。二次収差係数が消失する大きさを有するまで、エネルギ・ フィルタリング・システムのプレ−スリット光学系のスペクトル合焦六極子形レ ンズを通過する電流を調節する。 本発明の一態様によれば、エネルギ・フィルタリング透過電子顕微鏡のエネル ギ・フィルタリング・システムの電子光学的収差を補正するための前記顕微鏡の 自動調節方法は、エネルギ・フィルタのエネルギ選択スリットのスリット開口を 通過するエネルギ分散電子ビームの割合を判定するステップと、少なくとも前記 電子ビームの規定した割合が前記スリット開口を通過する場合に前記電子ビーム が前記スリット開口と概略的に整合されたことを示すステップとを備える。 規定した割合の電子ビームがスリット開口を通過しない場合、前述の方法は、 更に、スリットの上側スリット半部によってさえぎられた（傍受された）ビーム 電流（beam current）を測定するステップと、スリットの下側スリット半部によ ってさえぎられた（傍受された）ビーム電流を測定するステップと、上側スリッ ト半部によってさえぎられたビーム電流を、下側スリット半部によってさえぎら れたビーム電流と比較するステップと、より多いビーム電流をさえぎるスリット 半部から遠ざけ、より少ないビーム電流をさえぎるスリット半部に向かうように 、 エネルギ分散電子ビームを移動させるステップと、上側スリット半部によってさ えぎられるビーム電流が、下側スリット半部によってさえぎられるビーム電流に 実質的に等しくなった場合に、電子ビームがスリット開口と概略的に整合された ことを示すステップとを含む。 前述の方法は、更に、電子ビームを上側または下側のスリット半部の一方に向 けるステップと、上側または下側のスリット半部の前記一方から遠ざけ前記スリ ット開口に向かうように電子ビームを移動させるステップと、電子ビームが上側 または下側のスリット半部の前記一方上を通過する際の電子ビームのピーク強度 を検出するステップと、スリット開口の幅の半分に実質的に等しい量だけ電子ビ ームのピーク強度を移動させ、スリット開口内において電子ビームの細密なセン タリングを行うステップとを含むことができる。 本発明の別の態様によれば、エネルギ・フィルタリング透過電子顕微鏡のエネ ルギ・フィルタリング・システムの電子光学的収差を補正する前記顕微鏡の自動 調節方法は、顕微鏡のエネルギ・フィルタリング・システムの入射口に既知の幾 何学的形状のビーム・ストップを挿入するステップと、ビーム検出器によって、 ビーム・ストップの電子イメージを検出するステップと、前記電子イメージをコ ンピュータに転送するステップと、ビーム・ストップの前記電子イメージを分析 して顕微鏡のエネルギ・フィルタリング・システムに必要な調節量を決定するス テップと、コンピュータと顕微鏡との間の通信を通じて顕微鏡の前記エネルギ・ フィルタリング・システムに調節量を適用し、顕微鏡を自動的に調節するステッ プとを備える。 本発明の更に別の態様によれば、エネルギ・フィルタリング透過電子顕微鏡の エネルギ・フィルタリング・システムの電子光学的収差を補正するための前記顕 微鏡の自動調節方法は、ビーム・ストップ・イメージ内の点の位置を特定する（ 位置決めする）ステップと、顕微鏡のエネルギ・フィルタリング・システムの第 １六極子形レンズを通じての電流レベルを変化させるステップと、第１六極子形 レンズを通過する電流変化に対して微分六重強度（differential sextuple stre ngth）係数を算出するステップと、第１六極子形レンズを通じての電流レベルを リセットするステップと、顕微鏡のエネルギ・フィルタリング・システムの第２ 六 極子形レンズを通じての電流レベルを変化させるステップと、第２六極子形レン ズを通じての電流変化に対しての微分強度係数を算出するステップと、第２六極 子形レンズを通じての電流レベルをリセットするステップと、顕微鏡のエネルギ ・フィルタリング・システムの第３六極子形レンズを通じての電流レベルを変化 させるステップと、第３六極子形レンズを通じての電流変化に対しての微分強度 係数を算出するステップと、六極子形レンズの電流変化に対する収差係数への変 化を概算するステップと、六極子形レンズに必要な電流変化を算出するステップ と、算出した必要な電流変化を前記六極子形レンズに適用するステップと、収差 係数を指定の許容範囲と比較するステップと、収差係数が前記指定の許容範囲内 にない場合に前述のステップを繰り返すステップとを備える。 本発明の更に別の態様によれば、透過電子顕微鏡および関連するエネルギ・フ ィルタを含むエネルギ・フィルタリング透過電子顕微鏡システムは、複数のアパ ーチャを、エネルギ・フィルタに入射する電子ビームに選択的に挿入する入射口 （entrance）アパーチャ・組立体を備える。エネルギ選択スリット組立体が、エ ネルギ・フィルタ内でのスリット開口を規定する。電子光学系（electron optic s）によって制御されるビームを用いてエネルギ・フィルタリング透過電子顕微 鏡システムが生成する電子イメージを、ビーム検出器組立体が検出する。コンピ ュータがエネルギ・フィルタおよび透過電子顕微鏡に結合され、顕微鏡、入射口 アパーチャ組立体、エネルギ選択スリット、ビーム検出器組立体および電子光系 を制御し、エネルギ・フィルタリング透過電子顕微鏡システムを自動的に調節す る。本発明のこの態様では、エネルギ選択スリット組立体は、例示の実施形態で は２つの検出器で構成されたビーム検出器を備え、コンピュータは、更に、ビー ム検出器に結合され、それによって検出された電子流を読み取る。 従って、本発明の目的は、計画的に配置したアパーチャおよびエネルギ・フィ ルタリング・システムのエネルギ選択スリットを透過したスキャン・ビーム強度 のイメージを用いて顕微鏡のエネルギ・フィルタリング・システムを調節するこ とが可能な、エネルギ・フィルタリング透過電子顕微鏡用の自動調節方法および 装置を提供することと、顕微鏡のエネルギ・フィルタリング・システムを調節す ることが可能であり、調節に要求される精度を常に達成し且つこれを上回ること が可能なエネルギ・フィルタリング透過電子顕微鏡用の自動調節方法および装置 を提供することと、顕微鏡のエネルギ・フィルタリング・システムを調整するこ とが可能で、エネルギ・フィルタリング・システムのハードウエアとインターフ ェースする従来のパーソナル・コンピュータに適合する計算上の要求を満たすこ とができるエネルギ・フィルタリング透過電子顕微鏡用の自動調節方法および装 置を提供することである。 本発明のその他の目的および利点は、以下の説明、添付図面および添付の請求 の範囲から明白であろう。 図面の簡単な説明 図１は、本発明に従って動作可能なエネルギ・フィルタリング透過電子顕微鏡 （ＥＦＴＥＭ）システムの概略側面図である。 図２は、図１のＥＦＴＥＭシステムのエネルギ選択スリット組立体を概略的に 示す。 図３は、本発明によるＥＦＴＥＭの全体的な調整の高レベル・フロー・チャー トである。 図４は、本発明によるエネルギ損失スペクトルのゼロ損失ピークとスリット開 口との粗い位置合わせのフロー・チャートである。 図５は、本発明によるエネルギ損失スペクトルのゼロ損失ピークとスリット開 口との細密な位置合わせのフロー・チャートである。 図６は、本発明に従って本発明において使用可能な好適なパターン化アパーチ ャ・マスクを示す。 図７は、本発明によるアクロマティシティ調節のフロー・チャートである。 図８は、本発明によるイメージの倍率およびアスペクト比の補正のフロー・チ ャートである。 図９は、本発明による一次スペクトル焦点調節のフロー・チャートである。 図１０は、本発明による二次イメージ歪みの補正のフロー・チャートである。 図１１は、本発明による二次スペクトル焦点調節のフロー・チャートである。 発明の詳細な説明 これより、図面を参照しながら本発明について説明する。図１は、本発明に従 って動作可能なエネルギ・フィルタリング透過電子顕微鏡（ＥＦＴＥＭ）システ ム１００の概略側面図である。ＥＦＴＥＭシステム１００は、透過電子顕微鏡（ ＴＥＭ）１０１を含み、この透過電子顕微鏡１０１は、電子銃１０２、集光レン ズ１０４および照明デフレクタ系１０６を含み、これらが協同して電子ビーム１ ０８を薄いサンプル１１０上に合焦する。サンプル１１０上にこのようしてに合 焦した電子ビーム１０８は、単一エネルギ状(mono-energetic)である。即ち、ビ ーム内の電子全てが同じエネルギを有し、このエネルギは、ＥＦＴＥＭコントロ ーラ１１２の制御の下で電子銃１０２に印加される加速電圧によって決定される 。例えば、ビーム・エネルギ、即ち、加速電圧の結果として各ビーム電子に供給 されるエネルギは、約４０，０００ないし約２，０００，０００電子ボルト（ｅ Ｖ）の範囲のオペレータ選択値を有し、典型的な許容度は±１ｅＶである。 サンプル１１０を透過する電子は、イメージを形成し、このイメージは対物レ ンズ１１４によって拡大され、更に投影レンズ１１６によって拡大される。ビー ム電子は、種々のメカニズムによってサンプル１１０と相互作用を行なうことに より、変動する量のエネルギをサンプル１１０に転移する。このエネルギ転移は 、透過電子顕微鏡の分野ではエネルギ損失（energy loss）と呼ばれており、イ メージ内のサンプル１１０即ち検体面を超える全ての点に存在する電子エネルギ の分布を変化させる。従って、透過イメージはもはや単一エネルギ電子で構成さ れているのではなく、セロと初期加速エネルギに相対的な数千ｅＶとの間のいず れかの値だけ減少したエネルギを有する電子で構成されている。 透過電子イメージの一部は、プレースリット光学系１２２によって調整される エネルギ・フィルタリング・システム１２０の入射ロアパーチャ組立体(entranc e aperture assembly)１１８を通過し、電子プリズム即ちエネルギ分散エレメン ト１２４を通過する。入射口アパーチャ組立体１１８はコンピュータ１２６によ ってに制御され、多数の異なるフィルタ入射口アパーチャの１つを配置してビー ムをさえぎるか、またはアパーチャを完全に後退させ、ビーム全体をフィルタ・ システム１２０に入射させる。一般的に３または４種類のアパーチャ・サイズま たは形状を使用する。しかしながら、所与のＥＦＴＥＭに任意の正当な数のアパ ーチャを備えることができる。 プレ−スリット光学系１２２および分散エレメント１２４はビームに作用し、 図２のスリット開口１２８Ｓおよび図２の電流検出器１３２、１３４で構成され たビーム検出器を規定するエネルギ選択スリット組立体１２８の面において、ビ ーム強度プロフィールＰを生成する。ビーム、更に正確に言えばビーム・イメー ジの２つの直交空間次元（ディメンション）の一方を縮小して非常に狭い空間幅 を有するようにし、図１および図２に示唆するように、その位置に、そのディメ ンションに沿ってビーム電子エネルギ損失を分散させ、エネルギ選択スリット組 立体１２８においてエネルギ損失スペクトルを形成する。本発明の実際の実施形 態では、エネルギ損失スペクトルの分散は、１ｅＶ当たり１ないし１０マイクロ メートル（μｍ）の範囲の値を有する。 エネルギ損失スペクトル即ちビーム強度プロフィールＰは、エネルギ損失ディ メンションが図１および図２の面内にあり、図２に示すように、エネルギ選択ス リット組立体１２８の上側および下側のナイフ・エッジ１２８Ｕ、１２８Ｌを横 切る即ち横断するように、方位付けられている。エネルギ選択スリット組立体１ ２８の面を超える全ての点、特にビーム検出器組立体１３０において電子イメー ジに寄与することが許される電子エネルギの範囲は、従って、スリット開口１２ ８Ｓのサイズおよびスペクトルのゼロ・エネルギ損失部分の位置付けによって制 御される。このゼロ・エネルギ損失部分のことを、エネルギ・フィルタリング透 過電子顕微鏡の分野では、スリット開口１２８Ｓの中心に対するゼロ損失ピーク （zero loss peak）と呼ぶ。尚、典型的な透過サンプル１１０の厚さは非常に小 さいので、ゼロ損失ピークはスペクトルの最も顕著な特徴であり、最少でも全ス ペクトル強度の５％であり、より典型的には３０％以上となる。 スリット開口１２８Ｓの中心に対するゼロ損失ピータの位置は、２つの独立し た装置パラメータ、即ち、電子銃１０２における加速電圧と、分散エレメント１ ２４を通過する制御電流とによって制御され、これらの双方は、ＥＦＴＥＭコン トローラ１１２によって又はＥＦＴＥＭコントローラ１１２を通じてコンピュー タ１２６によって制御することができる。エネルギ選択スリット組立体１２８も 、ＥＦＴＥＭコントローラ１１２、またはＥＦＴＥＭ１１２を通じてコンピュー タ１２６によって制御され、図２における矢印Ａで示すように所望のスリット開 口 １２８Ｓのサイズを選択し、およびスリット組立体１２８の位置も選択する。即 ち、スリット機構をビーム経路内に挿入又はビーム経路から完全に後退するよう に制御する。スリット組立体１２８は、１μｍ（ミクロン）未満、完全に閉じた 状態の約０μｍから約３００μｍまで、スリット開口１２８Ｓのサイズを変化さ せるように制御することができる。約０μｍから約１５０μｍまでのスリット開 口の範囲では、スリットは、約０ｅＶから約７５ｅＶまでの範囲のエネルギを有 する電子を通過させる。 スリット開口１２８Ｓを規定するスリット組立体１２８の上側部分Ｕによって さえぎられるエネルギ分散ビーム強度プロフィールＰのあらゆる部分が、電流検 出器１３２によって、さえぎられたビーム電流（ビーム流）に比例する信号に変 化され、コンピュータ１２６によって読み取られる。スリット開口１２８Ｓを規 定するスリット組立体１２８の下側部分Ｌによってさえぎられたエネルギ分散ビ ーム強度プロフィールＰのあらゆる部分が、電流検出器１３４によって、さえぎ られたビーム電流に比例する信号に変換され、これもコンピュータ１２６によっ て読み取られる。スリット組立体１２８のスリット機構は、例えば、スリット組 立体１２８の面を超えて形成される電子イメージにエネルギ損失の全てを寄与さ せることが望ましい場合、例えば、ＥＦＴＥＭコントローラ１１２を通じてコン ピュータ１２６によって、該スリット機構をビーム経路から完全に後退させるこ とも可能である。 スリット組立体１２８を通過した後、電子イメージは更にポスト−スリット光 学系１３６によって調整され、最終的にビーム検出器組立体１３０上に最終イメ ージ１３８として投影される。ビーム検出器組立体１３０は、電子イメージ１３ ８を一連の信号に変換し、これを検出器電子回路１４０に送り、ここで信号を処 理しコンピュータ１２６に送信する。好ましくは、ビーム検出器組立体１３０は 電子カメラを備えるとよく、好適には、薄いシンチレータ内で電子イメージ１３ ８を光イメージに変換し、この光イメージを科学級のスロー・スキャンＣＣＤチ ップに伝達し、イメージを読み込んでデジタル化して高い感度およびダイナミッ ク・レンジを与え、ディジタル・インターフェースを通じてイメージをコンピュ ータ１２６に伝達するスロー・スキャンＣＣＤカメラを備えることが好ましい。 しかしながら、直接的な電子的読取値を与えるその他のカメラも使用可能であり 、電子イメージの検出に適用されるＴＶレート・カメラ(TV-rate camera)、検出 器上で横断方向にイメージをスキャンすることによってイメージを検出する１次 元検出器、更には２つの異なる方向に検出器上でイメージをスキャンすることに よってイメージを検出する単一チャネル検出器なども使用可能である。 コンピュータ１２６には、イメージおよびその他のデータを表示するモニタ１ ４２、およびキーボード、マウスまたはトラックボールのようなユーザ入力を受 け入れるための入力デバイス１４４が装備されている。コンピュータ１２６は、 ＥＦＴＥＭコントローラ１１２を介して、顕微鏡／フィルタリング・システム１ ０１、１２０全体に至る通信リンクを有し、電子銃１０２の加速電圧、入射口ア パーチャ組立体１１８、プレースリット光学系１２２、エネルギ分散エレメント １２４、スリット組立体１２８、ポスト−スリット光学系１３６、およびビーム 検出器組立体１３０を含むＥＦＴＥＭシステム１００の全ての主なエレメントを 制御することができる。 ＥＦＴＥＭシステム１００のエネルギ・フィルタリング・システム１２０は前 述の説明から当業者には明白となったはずだが、エネルギ・フィルタおよびかか るフィルタのための精密制御スリット機構の一例が、本願と所有者が同一の米国 特許第４，８５１，６７０号、および１９９５年８月２５日に出願され、PRECIS ION-CONTROLLED SLIT MECHANISM FOR ELECTRON MICROSCOPE（電子顕微鏡用精密 制御スリット機構）と題する米国特許出願第０８／５１９，５３５号に開示され ている。これらの内容は、この言及により本願にも含まれるものとする。ＴＥＭ １０１に用いるためのカステン−ヘンリ・フィルタが、Castaing（カステン）そ の他によって、Comptes Rendus d'Academie des Sciences（科学アカデミ報告） （パリ）、Vol．255、７６〜７８ページ（１９６２年）に記載されており、更に 、ＥＦＴＥＭシステム１００に含まれる六極子形レンズの作用は、スイス国ジュ ネーブにおいてEuropean Organization for Nuclear Research（ヨーロッパ核研 究機構）によって出版された報告８０−０４（１９８０年）において、Brown（ ブラウン）その他によって記載された、ビーム・マトリクス手法を用いることに よって理解することができる。これら双方は、この言及により本願にも含まれる も のとする。 本願の発明は、エネルギ・フィルタリング・システム１２０の電子光学収差（ electron optical aberrations）を補正するために、ＥＦＴＥＭの自動調節を行 なうものである。本発明は、図３に示す一連の手順に関して説明する。各手順は 、ＥＦＴＥＭの有効な調節を行い、これらの手順は、順次進行するに連れて、エ ネルギ・フィルタリング・システム１２０の光学系の調節において一層高いレベ ルの微調整を達成するという点において、前進的に推移する。エネルギ・フィル タリング透過電子顕微鏡の分野では、微調整の各レベルがＮ次の収差を補正し、 ここでＮは、０から電子光学技術の実際上の限界によって主に制約を受ける上限 までの範囲を取る。 ここに記載する手順は、２次までを含む収差を補正する。しかしながら、これ らの手順は、技術が進歩するに連れて拡張する可能性があり、これは当業者には 明白であろう。尚、通常、一連の調節手順全体を行なってＥＦＴＥＭの微細な調 節を得るが、各々を個々に利用し、本発明の別個の態様を形成することも可能で あることは理解されよう。更に、本発明に関して、四極子形および六極子形レン ズの説明を行なうが、これらのレンズをエネルギ・フィルタリング・システム１ ２０内のどこに配置するかについての具体的な言及はしていない。何故なら、こ れらのレンズには非常に多様な位置が可能であるからであり、当業者にはこれは 明白であろう。 最低次数、即ち０次の収差は、通常装置の光学軸に沿った所望の軌道からの電 子ビームの横方向の不整合、即ち変位を伴う。エネルギ・フィルタリング・シス テム１２０では、最も重要な整合は、エネルギ選択スリット組立体１２８のスリ ット開口１２８Ｓを通るエネルギ分散ビームの整合である。従って、図１に示し 先に説明した装置の実施形態に関して、０次収差の補正は、スリット組立体１２ ８の面に形成されるエネルギ分散ビームまたはエネルギ損失スペクトル内のゼロ 損失ピークのような既知の基準点が、スリット開口１２８Ｓの中心を通過するよ うに、分散エレメント１２４を通過する制御電流の正確な調節を必要とする（図 ３および図４の１５０参照）。 ０次収差を補正するためのＥＦＴＥＭの自動調節を行なうには、まず最初にエ ネルギ分散ビームの近似位置を決定する。最初に、コンピュータ１２６によって 入射口アパーチャ組立体１１８およびスリット組立体１２８を動作させて、これ ら双方をビーム経路から後退させる。ビーム検出器組立体１３０または電子カメ ラによって捕獲した出力イメージ１３８をコンピュータ１２６により読み取り、 出力イメージ１３８の全てのピクセルの強度を合計して、イメージ１３８内の全 電子ビーム強度に比例する単一の数値を得る（ブロック１５２参照）。次に、ス リット組立体１２８をビーム経路内に挿入し、先と同様に、得られた出力イメー ジ１３８のビーム強度を測定する（ブロック１５４参照）。スリットをビーム経 路に挿入した場合の全電子ビーム強度を、ビーム経路からスリットを除去した場 合の全電子ビーム強度で除算し、スリット開口１２８Ｓを通過するエネルギ分散 ビームの割合を表す比率を決定する（ブロック１５６参照）。この比率を、例え ば、約１０％から約５０％までの範囲の選択した百分率と比較する。実際の実施 形態では２５％を選択する（ブロック１５８参照）。 この比率が少なくとも２５％、即ち、少なくとも選択した比率である場合、エ ネルギ損失スペクトルのゼロ損失ピークは、スリット開口１２８Ｓのほぼ近傍内 に概略的に（粗く）整合されていると見なされ、調節プロセスは、一連の調節手 順のうちの次の手順に進む。比率が選択した百分率の基準を満たさない場合、上 側スリット・ビーム電流検出器１３２および下側スリット・ビーム電流検出器１ ３４によってスリット組立体１２８において発生したビーム電流信号を読み込む ことによって、粗い整合を行なう（ブロック１６０参照）。その２つのビーム電 流信号を互いに比較し、スリットの上半分（上側のスリット半部）または下半分 （下側のスリット半部）のどちらにスペクトル強度の大部分があるかについて判 定を行なう（ブロック１６２参照）。２つのビーム電流信号が実質的に互いに等 しくない場合、分散エレメント１２４を通過する制御電流を調節し、電流検出器 １３２、１３４からの読み取り値が実質的に平衡となるまで、高いビーム電流信 号を有する方のスリット半部から遠ざけるように、ゼロ損失ピークを移動させる （ブロック１６４参照）。平衡となった位置において、エネルギ損失スペクトル のゼロ損失ピークの調節は、スリット開口１２８Ｓと粗く整合されたと見なされ る。 一旦ゼロ損失ピークとスリット開口１２８Ｓとの粗い整合が行われたなら、エ ネルギ選択スリット組立体１２８の上側ナイフ・エッジ１２８Ｕに相対的にゼロ 損失ピークを位置決めすることによって、スリット開口１２８Ｓ内におけるゼロ 損失ピークの細密センタリングを行なう。図５を参照すると、分散エレメント１ ２４を通過する制御電流を調節し、ビーム検出器組立体１３０によって捕獲され た出力イメージ１３８のビーム強度が実質的にゼロと測定されるまで、エネルギ 損失スペクトルを上側スリット半部Ｕに向けて移動させる（ブロック１６６、１ ６８、１７０参照）。次に、分散エレメント１２４を通過する制御電流を逆方向 に調節し、例えば、約０．１ｅＶから約５ｅＶまでの範囲の個別の刻みで、エネ ルギ損失スペクトルをスリット開口１２８Ｓに向けて移動させる。実際の実施形 態では、１ｅＶを用いる（ブロック１７２参照）。 各ステップ毎に、ビーム検出器組立体１３０を介してコンピュータ１２６によ って出力イメージ１３８内のビーム強度を測定する（ブロック１７４参照）。各 ステップにおいて、測定したばかりの強度読み取り値と直前に測定した強度との 差を判定する（ブロック１７６参照）。電流差が直前のものより小さくなるまで 、即ち、イメージ１３８内の増大する強度のピーク強度即ち最大値が検出される まで、エネルギ損失スペクトルを徐々に進ませる（ブロック１７８、１８０参照 ）。最大値が検出されたときに、ゼロ損失ピークが上側ナイフ・エッジ１２８Ｕ を丁度通過したところと見なされ、従って、１刻みの精度範囲内、例えば、１ｅ Ｖ以内でナイフ・エッジに配置されたと見なされる。 次に、分散エレメント１２４を通過する制御電流を変化させ、スリット幅の半 分に正確に等しい量だけ、スリット開口１２８Ｓの中心に向けてゼロ損失ピーク を移動させる（ブロック１８２参照）。この精密な制御電流の変化が可能なのは 、コンピュータ１２６が、スリット開口１２８ＳのサイズについてのｅＶ単位の 較正された情報を有し、更にエネルギ損失スペクトル変位に関して、制御電流変 化の分散エレメント１２４に対する影響についてのｅＶの単位の較正された情報 を有するからである。スリット開口１２８Ｓ内のゼロ損失ピークの細密センタリ ングは、前述のように、粗い整合を行わずに直接行うことができるが、最初に粗 い整合を行なう方が、整合／センタリングの手順全体がはるかに高速化する。 次に、エネルギ・フィルタリング・システム１２０の電子光学系の一次収差欠 陥の補正を行なう（図３の１８４参照）。一次収差を補正するために調節するエ ネルギ・フィルタリング・システム１２０の電子光学系のパラメータは、以下の 通りである。異なるエネルギのビーム電子によって形成されたイメージの成分が 互いに完全に一致する度合い。これをイメージのアクロマティシティ(achromati city)と呼ぶ（ブロック１８６参照）。ビーム検出器組立体１３０で形成される イメージ１３８の水平ディメンションおよび垂直ディメンション双方のサイズ。 これをイメージ１３８の倍率およびアスペクト比と呼ぶ（ブロック１８８参照） 。スリット組立体１２８において形成されるエネルギ損失スペクトルのエネルギ ・ディメンションに沿った空間情報が本当に空間的エクテントが消えるところ(v anishing spatial extent)へ縮小(demaginfy)された度合い。これをスペクトル の焦点と呼ぶ（ブロック１９０参照）。 イメージ１３８のアクロマティシティを調節するには、ポスト−スリット光学 系１３６の一部である色調節四極子形レンズを通過する電流Ｉｃｈを変化させる 。ビーム検出器組立体１３０で形成されるイメージ１３８の倍率およびアスペク ト比を調節するには、同様にポスト−スリット光学系１３６の一部である２つの 更なる独立した倍率調節四極子形レンズを通過する電流Ｉｍ１およびＩｍ２を変 化させる。エネルギ選択スリット組立体１２８で形成されるエネルギ損失スペク トルの焦点を調節するには、プレ−スリット光学系１２２の一部である２つの独 立したスペクトル合焦四極子形レンズを通過する電流ＩｆｘおよびＩｆｙを変化 させる。 既知の幾何学的形状および寸法を有するアパーチャまたはマスクを用い、入射 口アパーチャ組立体１１８によってこれをビーム経路に導入することによって、 ビーム検出器組立体１３０で形成される電子イメージ１３８のアクロマティシテ ィ、倍率およびアスペクト比を評価する。次に、マスクのイメージを、ビーム検 出器組立体１３０または電子カメラで形成する。本発明では、多種多用のマスク を使用可能であり、好適な形態のマスクは点を定義し、かつこれらの点の間に空 間（間隔）を有し、コンピュータ１２６によってマスクイメージから点および空 間を容易に判定できるようなものである。従って、好適な形態のマスクは、コン ピュータ１２６によって実行される動作手順を用いて最も容易に含ませることが できるものであるが、他の多くの形態も使用可能である。但し、その場合はコン ピュータ１２６のプログラムに関してはより多くの労力が必要となろう。 これを理解した上で、現時点で好適なマスクを、アパーチャのパターンまたは パターン化したアパーチャ・マスクとして形成する。アパーチャはマスク上で正 確に形成しかつ離間させ、入射口アパーチャ組立体１１８を介してマスクをビー ム経路内に導入する。こうして、ビーム検出器組立体１３０または電子カメラに マスクのイメージを形成する。多種多様のホール・パターンが可能であるが、特 に有利なパターンは、正確かつ細密にレーザで穿設した孔の正方形アレイである 。本実施形態のマスクは、かかるホールのｎ×ｎ正方形アレイから成り、ｎは３ 以上の奇数である。例えば、５×５正方形アレイを形成する図６のマスク１９２ 参照されたい。マスクの特定の物理サイズは、エネルギ・フィルタリング・シス テム１２０によって与えられるイメージ倍率および電子カメラのアクティブ・エ リアのサイズの関数である。 この装置の実際の実施形態では、倍率は約２０であり、電子カメラのアクティ ブ・エリアは２５ｍｍ×２５ｍｍであるので、マスクは、パターン化されたもの でもその他の幾何学的形状のものでも、その全体的なサイズは約１ｍｍ×１ｍｍ でなければならない。マスク１９２について、コンピュータ１２６は電子カメラ によってマスク１９２のイメージを捕獲し、イメージ内の各ホールの中心位置を 判定する。マスクイメージの各ホール位置の配置の、完全に調節した光学系の場 合に予測される位置からの変位を、コンピュータ１２６によって測定し、処理し 、前述の四極子形レンズを通過する電流Ｉｍ１，Ｉｍ２およびＩｃｈに対する補 正調節値に変換する。 アクロマティックの最終イメージを得るために、コンピュータ１２６は図７に 示す手順に従う。ビーム経路からスリット組立体１２８を後退させ、入射口アパ ーチャ組立体１１８を介してマスク１９２をビーム経路に挿入する（ブロック１ ９４参照）。次に、撮像した（イメージ化した）マスクのホール位置を、コンピ ュータ１２６によって測定し、後に検索するために格納しておく（ブロック１９ ６、１９８参照）。ＴＥＭ１０１の電子銃１０２における加速電圧を変化させる ことにより、ビーム電子のエネルギに一定のオフセットを与える（ブロック２０ ０参照）。撮像（イメージング）が完全にアクロマティックでない場合、ビーム ・エネルギのオフセット即ち変化によって、ビーム検出器組立体１３０または電 子カメラ上に投影されるマスク１９２のイメージ１３８を上方向または下方向に シフトする。撮像したマスクのホール位置の測定を繰り返し、各ホール毎に、そ の現在位置とビーム・エネルギを変化させる前に測定した位置との差を判定する （ブロック２０２、２０４参照）。全てのホールについて得られた差を平均化し 、正味の平均変位Ｄｃを、真のアクロマティック・イメージング条件からのシス テムの逸脱の尺度として採用する。 オペレータが指定した許容範囲内にＤｃが含まれる場合、ビーム検出器組立体 １３０で形成されたイメージ１３８は、アクロマティックであると見なされる( ブロック２０６参照)。許容範囲内に含まれない場合、次に、ポスト−スリット 光学系１３６の色調節四極子形レンズを通過する電流Ｉｃｈの変化に対するＤｃ の効果を、コンピュータ１２６によって評価する。ポスト−スリット光学系１３ ６の色調節四極子形レンズの電流Ｉｃｈを変化させる（ブロック２０８参照）。 そして、先に適用したように、ビーム・エネルギの同一の変化に対して、正味の 平均変位Ｄｃの測定を繰り返す（ブロック２１０〜２１８参照）。次に、以下の 微分関係を用いて、色調節四極子形レンズの効果を算出する（ブロック２２０参 照）。 （１） ｄＤｃ／ｄＩｃｈ＝（Ｄｃの変化）／（Ｉｃｈの変化） ｄＤｃ／ｄＩｃｈについて決定した値を用いて、コンピュータ１２６は、以下 の一次方程式を用いて、Ｉｃｈに対する変化によってもたらされるＤｃに対する 変化を推測する。 （２） ｄＤｃ＝（ｄＤｃ／ｄＩｃｈ）ｄＩｃｈ Ｄｃをゼロにする(nullify)ことが望ましいので、Ｄｃの現在の値を式（２） の左辺にあるｄＤｃに代入し、その式をｄＩｃｈについて解き、色調節四極子形 レンズを通過する電流をｄＩｃｈだけ減少させる（ブロック２２２参照）。更に 高精度の焦点が要求される場合、撮像したホール位置の新たな測定およびＤｃの 算出から開始して、前述の手順を繰り返せばよい。繰り返しは、Ｄｃが実質的に ゼロになるまで、即ち、オペレータが指定した許容範囲に含まれるまで行われる 。 こうして、ビーム検出器組立体１３０に形成されたイメージ１３８は、アクロマ ティックと見なされる。 イメージ１３８の倍率およびアスペクト比を補正するために、コンピュータ１ ２６は図８に示す手順に従う。入射口マスク１９２の撮像（イメージ化）したホ ール位置を再度測定する（ブロック２２４参照）。ホールの最上行１９２Ａとホ ールの最下行１９２Ｂとの間の平均距離を、電子カメラのアクティブ・エリアの 垂直寸法の小部分（フラクション、fraction）として算出する（ブロック２２６ 参照）。このフラクションを、垂直寸法（垂直ディメンション）における倍率の 尺度として採用する。同様に、ホールの最も左側の列１９２Ｃとホールの最も右 側の列１９２Ｄを用いて水平方向の倍率を測定する（ブロック２２８参照）。次 に、垂直倍率および水平倍率の平均を算出し格納して、コンピュータ１２６が後 に検索し、イメージ１３８の全体的な倍率Ｍを得るようにする。垂直倍率の水平 倍率に対する比は、イメージ１３８のアスペクト比Ａを得るために利用される( ブロック２３０参照)。ＭまたはＡがオペレータ指定の許容範囲の外側にある場 合（ブロック２３２参照）、ポスト−スリット光学系１３６の前述の四極予形レ ンズの１つを通過する電流Ｉｍ１を変化させ、倍率Ｍおよびアスペクト比Ａの測 定を繰り返す（ブロック２３４、２３６参照）。次に、以下の微分関係に従って 、Ｉｍ１を増分したことによるＭおよびＡに対する影響を算出する（ブロック２ ３８参照）。 （３） ｄＭ／ｄＩｍ１＝（Ｍの変化）／（Ｉｍ１の変化） （４） ｄＡ／ｄＩｍ１＝（Ａの変化）／（Ｉｍ１の変化） 次に、Ｉｍ１をその元の値に復元し、他方の関連する四極子形レンズを通過す る電流Ｉｍ２を変化させる（ブロック２４０参照）。次に、完全に類似の形態で 、以下の更なる微分関係に従って、Ｉｍ２の増分効果を算出する（ブロック２４ ２〜２４６参照）。 （５） ｄＭ／ｄＩｍ２＝（Ｍの変化）／（Ｉｍ２の変化） （６） ｄＡ／ｄＩｍ２＝（Ａの変化）／（Ｉｍ２の変化） ｄＭ／ｄＩｍ１、ｄＭ／ｄＩｍ２、ｄＡ／ｄＩｍ１、およびｄＡ／ｄＩｍ２に 対して決定した値を用いて、Ｉｍ１およびＩｍ２に対して与えた変化によっても たらされるＭおよびＡに対する変化を、以下の１対の一次方程式に従って、コン ピュータ１２６によって概算（推測）する。 （７） ｄＭ＝（ｄＭ／Ｉｍ１）ｄＩｍ１＋（ｄＭ／ｄＩｍ２）ｄＩｍ２ （８） ｄＡ＝（ｄＡ／Ｉｍ１）ｄＩｍ１＋（ｄＡ／ｄＩｍ２）ｄＩｍ２ Ｍの現在値とその好適な値、例えば、実際の実施形態では０．８０の好適な値 、との差を用いて、式（７）の左辺にあるｄＭに代入し、Ａの現在値とその好適 な値である１．０との差を式（８）の左辺にあるｄＡに代入し、コンピュータ１ ２６によって、得られた一対の一次方程式をｄＩｍ１およびｄＩｍ２について解 く。こうして決定した電流変化を対応する四極子形レンズに適用する（ブロック ２４８参照）。ＭおよびＡの測定を繰り返し、測定値が未だにオペレータ指定の 許容範囲より多くそれらの好適な値から逸脱する場合、Ｉｍ１およびＩｍ２を制 御しながら変化させることから開始して、指定の許容範囲を満足するまで手順全 体を繰り返す。 エネルギ選択スリット組立体１２８の上側ナイフ・エッジ１２８Ｕを用いるこ とによって、スリット組立体１２８におけるエネルギ損失スペクトルの焦点を評 価する。焦点の評価は電子カメラにおけるイメージ１３８を横切るビーム強度の 変化に基づき、ビーム・エネルギは電子銃１０２における加速電圧によって変化 され、ナイフ・エッジ１２８Ｕを横切るエネルギ損失スペクトルのゼロ損失ピー クをスキャンする。エネルギ損失スペクトルが全ての次数に対して完全に合焦さ れる場合、電子カメラの検出器エリア全体にわたるイメージ強度は、完全掩蔽位 置から無掩蔽位置までナイフ・エッジ１２８Ｕを横切ってゼロ損失ピークをスキ ャンすると、ゼロ強度から最大強度に急激に移り、あるいは、無遮蔽位置から完 全遮蔽位置までナイフ・エッジ１２８Ｕを横切ってゼロ損失ピークをスキャンす ると、最大強度からゼロ強度に移る。 スペクトルのエネルギ・ディメンションに沿った一次焦点の欠陥のために、ビ ーム強度は最初に電子カメラにおけるイメージ１３８の上縁または下縁に現れ、 次いでナイフ・エッジ１２８Ｕを完全に通過するように焦点外れのゼロ損失ピー クを向けるに連れて、徐々にカメラの検出器エリア全体に現れる。スペクトルの エネルギ・ディメンションに直交する焦点の欠陥によって、ビーム強度は、電子 カメラのイメージ１３８の左縁または右縁から徐々に表出する(disclosure)。イ メージ１３８におけるビーム強度表出のレートおよび方位を、コンピュータ１２ ６よって測定し、処理し、プレースリット光学系１２２の一部であるスペクトル 合焦四極子形レンズを通過する電流ＩｆｘおよびＩｆｙに対する補正調節値に変 換する。 スリットにおいて完全に合焦したエネルギ損失スペクトルを得るために、コン ピュータ１２６は図９に示す手順に従う。コンピュータ１２６によって、電子ビ ーム経路から入射口アパーチャ組立体１１８を後退させ、スリット組立体１２８ をビーム経路内に挿入し、元のスリット開口１２８Ｓの半分に等しい量ＳＯ／２ だけスリット上側半分（上側スリット半部）Ｕを下方向に移動させる（ブロック ２５０参照）。次に、電子銃１０２における加速電圧を用いて、コンピュータ１ ２６によってビーム・エネルギを変化させ、スペクトルのセロ損失ピークを量Ｓ Ｏ／４、即ち、現スリット開口の半分だけ上側スリット半部Ｕの上側ナイフ・エ ッジ１２８Ｕ上方に移動させる（ブロック２５２参照）。次に、コンピュータ１ ２６によって電子カメラを制御し、スリット開口１２８Ｓの上側スリット半部Ｕ の上側ナイフ・エッジ１２８Ｕを横切る電子ビームのエネルギをスキャンしつつ 、イメージ１３８に入射するビームの強度を積分し始める。即ち、連続的かつ一 定レートで、ビーム・エネルギを変化させ、ゼロ損失ピークを上側ナイフ・エッ ジ１２８Ｕ下の位置ＳＯ／４に徐々にシフトさせる（ブロック２５４参照）。上 側ナイフ・エッジ１２８Ｕ下の位置ＳＯ／４は重要ではないが、スリット開口１ ２８Ｓの下側スリット半部Ｌ上で電子ビームをスキャンしないことを保証するた めに用いる。 ビーム・エネルギ・スキャンを完了すると、電子カメラを制御して、イメージ 強度の積分を中止し、捕獲したイメージデータを読み出し、コンピュータ１２６ に転送する。イメージ強度対イメージ内の水平および垂直位置の表面プロット（ surface plot）は、スペクトルの焦点外れの度数及び方向に傾斜した表面を表す （ブロック２５６参照）。言い換えると、スペクトルが完全に合焦状態にある場 合、等色面(isochromatic surface)と呼ぶ表面プロットは完全に平坦で水平な面 となる。次に、コンピュータ１２６によって、以下の一般的な二次元一次方程式 の、測定した等色面に対する標準的な最小二乗適合を実行する。 （９） Ｉ＝Ｆ１ｘ＋Ｆ２ｙ＋Ｋ ここで、Ｉは、イメージ１３８内の水平位置ｘおよび垂直位置ｙにおけるイメー ジ強度である。Ｆ１およびＦ２、即ち、一次収差係数は、直交する２方向におけ る等色面の傾斜を与え、スペクトルの焦点外れ度合いについての直接的な尺度と して機能する。Ｆ１またはＦ２が指定の許容範囲外にある場合（ブロック２５８ 参照）、プレ−スリット光学系１２２の一部であるスペクトル合焦四極子形レン ズを通過する電流ＩｆｘおよびＩｆｙをコンピュータ１２６によって変化させ、 係数Ｆ１およびF２の測定を繰り返す（ブロック２６０〜２６４参照）。次に、 以下の微分関係を用いて、コンピュータ１２６によって、ＩｆｘおよびＩｆｙに 対する変化の効果を算出する（ブロック２６６参照）。 （１０） ｄＦ１／ｄＩｆｘ＝（Ｆ１の変化）／（Ｉｆｘの変化） （１１） ｄＦ２／ｄＩｆｙ＝（Ｆ２の変化）／（Ｉｆｙの変化） ｄＦ１／ｄＩｆｘおよびｄＦ２／ｄＩｆｙに対して決定した値を用いて、Ｉｆ ｘおよびＩｆｙに与えた変化によってもたらされるＦ１およびＦ２に対する変化 を、コンピュータ１２６によって、以下の１対の一次方程式を用いて推測する（ ブロック２６８参照）。 （１２） ｄＦ１＝（ｄＦ１／ｄＩｆｘ）ｄＩｆｘ （１３） ｄＦ２＝（ｄＦ２／ｄＩｆｙ）ｄＩｆｙ Ｆ１およびＦ２をゼロにすることが望ましいので、Ｆ１の現在値を式（１２） の左辺にあるｄＦ１に代入し、Ｆ２の現在値を式（１３）の左辺にあるｄＦ２に 代入する。コンピュータ１２６は、得られた式の各々をｄＩｆｘおよびｄＩｆｙ について解き、電流変化をスペクトル合焦四極子形レンズに適用する（ブロック ２７０を参照）。こうして、エネルギ損失スペクトルは、エネルギ・フィルタリ ング・システム１２０の電子光学系の一次収差欠陥を補正するように合焦された ものと見なされる。オペレータ指定の許容範囲に対処するために一層の焦点精度 が要求される場合、等色面の新たな測定ならびに新たな係数Ｆ１およびＦ２の算 出から開始して、前述の手順を繰り返す。完了時に、コンピュータ１２６はスリ ット開口１２８Ｓをその元のサイズに復元し、エネルギ損失スペクトルのゼロ損 失ピークのスリット開口１２８Ｓ内におけるセンタリングを再度行う。 次に、エネルギ・フィルタリング・システム１２０の電子光学系の二次収差欠 陥の補正を行う（図３の２７４参照）。エネルギ・フィルタリング・システム１ ２０の電子光学系において最も顕著な２つの二次収差欠陥は、１でないアスペク ト比に関して単純に考慮するこができないビーム検出器組立体１３０に形成され るイメージ１３８の幾何学的形状の歪み（図３のブロック２７６参照）、および 、等色面の傾斜に起因するのではなくむしろ等色面の湾曲に起因するエネルギ選 択スリット組立体１２８におけるエネルギ損失スペクトルの焦点の更なる欠陥と して現れる（図３のブロック２７８参照）。 二次の欠陥は、図１０および図１１に示す手順に従って、コンピュータ１２６ によって補正する。これらの手順は、対応する一次の欠陥を測定するために用い た方法の延長である。イメージ１３８の歪みを補正するには、ポスト−スリット 光学系１３６の一部である３つの歪み補正六極子形レンズを通過する電流Ｉｄ１ 、Ｉｄ２およびＩｄ３を変化させる。エネルギ選択スリット組立体１２８におけ るエネルギ損失スペクトルの二次焦点の調節は、プレ−スリット光学系１２２の 一部である２つの直交六極子形レンズを通過する電流ＩｓｘおよびＩｓｙを変化 させる。 二次幾何学的イメージ歪みの補正のために、コンピュータ１２６は電子カメラ によってマスク１９２のイメージを捕獲し、当該イメージ内の各ホールの中心位 置を判定する（ブロック２８０、２８２参照）。二次収差を補正するためのホー ル位置データの分析のために、測定したホール位置（Ｘｍ，Ｙｍ）対ノミナルの ホール位置（ｘ，ｙ）についての以下の一般式を、１対の二次元最小二乗適合に おけるモデルとして用いる。一方を水平測定座標Ｘｍ、他方を垂直測定座標Ｙｍ とする。 （１４） Ｘｍ＝ＣＸ２０ｘ²＋ＣＸ０２ｙ²＋ＣＸ１１ｘｙ＋ＣＸ１０ｘ＋Ｃ Ｘ０１ｙ＋ＣＸ００ （１５） Ｙｍ＝ＣＹ２０ｘ²＋ＣＹ０２ｙ²＋ＣＹ１１ｘｙ＋ＣＹ１０ｘ＋Ｃ Ｙ０１ｙ＋ＣＹ００ ここで、ＣＸ２０、ＣＸ０２、ＣＸ１１、ＣＹ２０、ＣＹ０２およびＣＹ１１は 、 二次収差係数であり、イメージ１３８における幾何学的歪みを定量的に記述する 。即ち、これらの係数は、イメージ１３８における全ての二次歪みが完全に補正 された場合に、全て実質的にゼロとなる（ブロック２８４参照）。 図６に示すマスク１９２の５×５ホール・マスクの幾何学的形状では、ノミナ ルのホール座標ｘおよびｙは、各々次の値の集合、｛−１．０，−０．５，０． ０，０．５，１．０｝の範囲にわたる。ここに記載する本発明の特定の実施形態 に関して、ＥＦＴＥＭシステム１００に固有の対称性により、適正に整合された マスクについてＣＸ００＝ＣＹ００＝０、ＣＸ０１＝ＣＹ１０＝０、ＣＸ１０＝ ＣＹ０１＝Ｍ（倍率）という実際的結果が与えられ、ＣＸ２０、ＣＸ０２および ＣＹ１１のみが有意の大きさを有する。従って、本発明のこの態様の主要な目標 は、ポスト−スリット光学系１３６の前述の３つの六極子形レンズを通過する電 流Ｉｄ１、Ｉｄ２およびＩｄ３の調節による、３つの収差係数ＣＸ２０、ＣＸ０ ２およびＣＹ１１のゼロ化(nullification)である（ブロック２８６、２８８参 照）。倍率およびアスペクト比を調節するための一次の手順と同じように、コン ピュータ１２６は、最初に、六極子形レンズ電流Ｉｄ１、Ｉｄ２およびＩｄ３の 各々に対する変化の効果を順に評価する。 コンピュータ１２６は開始すると、Ｉｄ１を変化させ、新たなマスクイメージ を収集し、ＣＸ２０、ＣＸ０２およびＣＹ１１に対する新たな値を算出する（ブ ロック２９０、２９２参照）。これらの新たな値を次の微分関係に入力する。 （１６） ｄＣＸ２０／ｄＩｄＩ＝（ＣＸ２０の変化）／（ＩｄＩの変化） （１７） ｄＣＸ０２／ｄＩｄＩ＝（ＣＸ０２の変化）／（ＩｄＩの変化） （１８） ｄＣＹ１１／ｄＩｄＩ＝（ＣＹ１１の変化）／（ＩｄＩの変化） ここで、ｄＣＸ２０／ｄＩｄ１、ｄＣＸ０２／ｄＩｄ１およびｄＣＹ１１／ｄＩ ｄＩは、各々、収差係数の１つに対する第１の六極子形レンズの効果を記述する （ブロック２９４参照）。次に、コンピュータ１２６は電流Ｉｄ１をその元の値 にリセットし、第２の六極子形を通過する電流Ｉｄ２を変化させ、収差係数を再 度測定する。 式（１６）ないし（１８）に関して説明したのと同様に、コンピュータ１２６ は次にｄＣＸ２０／ｄＩｄ２、ｄＣＸ０２／ｄＩｄ２およびｄＣＹ１１／ｄＩｄ ２に対する値を計算する。次に、コンピュータ１２６は、Ｉｄ２の値をその元の 値にリセットし、電流Ｉｄ３を変化させ、ｄＣＸ２０／ｄＩｄ３、ｄＣＸ０２／ ｄＩｄ３およびｄＣＹ１１／ｄＩｄ３に対する値を算出する（ブロック２９６、 ２９８参照）。微分六極子形強度係数に対する決定した値を用いて、コンピュー タ１２６は、以下の３つの一次方程式の系によって、所与の六極子形レンズ電流 変化についての収差係数の各々に対する正味の変化を概算する。 （１９） ｄＣＸ２０＝（ｄＣＸ２０／ｄＩｄ１）ｄＩｄ１＋（ｄＣＸ２０／ ｄＩｄ２）ｄＩｄ２＋（ｄＣＸ２０／ｄＩｄ３）ｄＩｄ３ （２０） ｄＣＸ０２＝（ｄＣＸ０２／ｄＩｄ１）ｄＩｄ１＋（ｄＣＸ０２／ ｄＩｄ２）ｄＩｄ２＋（ｄＣＸ０２／ｄＩｄ３）ｄＩｄ３ （２１） ｄＣＹ１１＝（ｄＣＹ１１／ｄＩｄ１）ｄＩｄ１＋（ｄＣＹ１１／ ｄＩｄ２）ｄＩｄ２＋（ｄＣＹ１１／ｄＩｄ３）ｄＩｄ３ 各収差係数をゼロにすることが望ましいので、コンピュータ１２６は、式（１ ９）、（２０）および（２１）の対応する式の左辺に、係数ＣＸ２０、ＣＸ０２ およびＣＹ１１の各々の現在値を代入する。得られた３つの一次方程式の系を、 ｄＩｄ１、ｄＩｄ２およびｄＩｄ３について解き、得られた電流変化を対応する 六極子形レンズに適用する（ブロック３００参照）。次いで、ＣＸ２０、ＣＸ０ ２およびＣＹ１１の測定を繰り返す。係数の大きさがなおもオペレータ指定の許 容範囲よりも大きい場合、制御しながらＩｄ１ないしＩｄ３を変化させることか ら開始して、指定の許容範囲を満足するまで前述の手順全体を繰り返す。 二次収差を補正するためのスペクトル焦点の調節は、エネルギ損失スペクトル の焦点における一次収差の補正のために等色面データを収集することから開始す る。以下のように、等色面に対する二次元最小二乗適合において用いられるモデ ルの多項式関数を一般化することにより、等色面の曲率を分析する。 （２２） Ｉ＝Ｓ１ｘ²＋Ｓ２ｙ²＋Ｓ３ｘｙ＋Ｆ１ｘ＋Ｆ２ｙ＋Ｋ ここで、Ｓ１、Ｓ２およびＳ３は二次収差係数であり、二次スペクトル焦点の欠 陥を定量的に表す。即ち、スペクトルが二次収差に対して正確に合焦状態にある 場合、Ｓ１、Ｓ２およびＳ３の各々は、消失する大きさを有する（ブロック３０ ２参照）。もし（Ｓ１−Ｓ２）またはＳ３が大き過ぎるならば（ブロック３０４ 参照）、コンピュータ１２６は、プレ−スリット光学系１２２の一部であるスペ クトル合焦六極子形レンズを通過する電流ＩｓｘおよびＩｓｙを変化させる処理 に進み、更に収差係数Ｓ１、Ｓ２およびＳ３の測定を繰り返す（ブロック３０６ 〜３１０参照）。六極子形レンズの構成は、Ｉｓｘを変化させると、Ｓ１および Ｓ２が等しい量だけ逆方向に変化し、Ｉｓｙを変化させるとＳ３のみが変化する ようにする。このように、最初の２つの係数Ｓ１、Ｓ２の間の差をゼロにし、Ｓ ３を独立的にゼロにすることによって、最適な焦点を得る。ＩｓｘおよびＩｓｙ の変化の効果を、次の微分関係を用いて、コンピュータ１２６によって計算する （ブロック３１２参照）。 （２３） ｄ（Ｓ１−Ｓ２）／ｄＩｓｘ＝（（Ｓ１−Ｓ２）の変化）／（Ｉｓ ｘの変化） （２４） ｄＳ３／ｄＩｓｙ＝（Ｓ３の変化）／（Ｉｓｙの変化） ｄ（Ｓ１−Ｓ２）／ｄＩｓｘおよびｄＳ３／ｄＩｓｙに対しての決定した値を 用いて、コンピュータ１２６は、ＩｓｘおよびＩｓｙに対して与えた変化によっ てもたらされる（Ｓ１−Ｓ２）およびＳ３に対する変化を、以下の１対の一次方 程式によって推測する（ブロック３１４参照）。 （２５） ｄ（Ｓ１−Ｓ２）＝（ｄ（Ｓ１−Ｓ２）／ｄＩｓｘ）ｄＩｓｘ （２６） ｄＳ３＝（ｄＳ３／ｄＩｓｙ）ｄＩｓｙ 一次の場合と同様に、コンピュータ１２６は、式（２５）および（２６）の左 辺に（Ｓ１−Ｓ２）およびＳ３の現在値をそれぞれ代入し、要求される六極子形 レンズの電流変化ｄＩｓｘおよびｄＩｓｙについて解く。電流ＩｓｘおよびＩｓ ｙを、決定した電流変化だけ減少させ、これによって、エネルギ損失スペクトル が、二次に合焦したものと見なす（ブロック３１６参照）。一層の焦点精度が要 求される場合、等色面の新たな測定ならびに新たな（Ｓ１−Ｓ２）およびＳ３の 計算から開始して、手順を繰り返せばよい。 前述の説明における全ての次数の補正について、コンピュータ１２６とエネル ギ・フィルタリング・システム１２０との間のリンクによって電子光学エレメン ト（electron optical elements）の自動調節が可能となり、コンピュータ１２ ６は、ソフトウエアの制御の下で、フィルタの電子光学エレメントを調節可能と なることを注記しておく。コンピュータ１２６とエネルギ・フィルタリング・シ ステム１２０との間の好適なリンタは、ＥＦＴＥＭコントローラ１１２を通じて 示すように、デジタルのものであるが、コンピュータ１２６によって駆動するデ ジタル−アナログ（Ｄ／Ａ）変換器を用いて制御電圧を生成し、エネルギ・フィ ルタリング・システム１２０の電子回路のアナログ加算結合部に適切な電圧を送 ることによって、必要な電子光学エレメントを制御することも可能である。 これまでの説明には多くの特定的なものが含まれるが、これらは、本発明の範 囲に対する限定として見なすべきではなく、単に本発明の現時点における好適な 実施形態の例として見なすべきである。この記載を参照すれば、他の実施形態や 変更は当業者には明白であり、それらの代替物も本発明の請求の範囲に該当する ものと見なす。例えば、本発明は、あらゆる形態の電子顕微鏡、例えば、走査透 過電子顕微鏡と連動するエネルギ・フィルタリング・システムに広く適用可能で ある。また、本発明は、エネルギ・フィルタリング・システムが顕微鏡内のどこ に配置されても、ＥＦＴＥＭに広く適用可能である。例えば、本発明はポスト− コラムＥＦＴＥＭ(post-column EFTEM)を参照しながら説明を行なったが、イン −コラムＥＦＴＥＭ(in-column EFTEM)にも等しく適用可能である。加えて、記 載した実施形態ではＥＦＴＥＭの電子レンズ内で電流を調節したが、本発明は、 顕微鏡の光軸に沿ったレンズの前方および後方の移動によって、電子レンズを制 御する場合にも等しく適用可能である。 本願発明は、プレ−スリットおよびポスト−スリット電子光学系に関して説明 し、前述のように、これは、現時点における本発明の好適な形態である。しかし ながら、電子光学系の位置決めに関する唯一の規定は、スリット面においてスペ クトルを調節するために用いる光学エレメントは、プレ−スリット・エレメント でなければならないということである。残りの光学エレメントは、エネルギ・フ ィルタリング・システム１２０への入射口(entrance)、更には入射口アパーチャ 組立体１１８の前と、最終イメージとの間のいずれの場所にも実質的には配置す ることができる。各々の場合における必須要件は、電子光学エレメントは、収差 に影響を及ぼしこれを補正するように配置し、そのための十分な強度を有するこ とである。 最終イメージの倍率を特徴付けるために記載した方法は、入射口マスクの構造 (feature)によって得られる平均倍率によって行われるが、二次歪みに用いるの と同じ分析を用いることによってもこの判定は可能である。しかし、先の説明に おいて与えた式の二次の項は無視、即ち、除外する。 エネルギ依存の収差を特徴付けるためのビーム・エネルギの現時点における好 適な制御は、ＴＥＭの電子銃１０２において加速電圧を変化させることであるが 、他の手段も可能である。例えば、電子エネルギが電子プリズムの電磁場内にあ る間に、エネルギ・フィルタリング・システム１２０の真空金属管またはドリフ ト管にオフセット電圧を印加し、電子エネルギを効果的に一時的に変化させるこ とができる。あるいは、電子プリズム電流を変化させることも可能である。この 理解の上で、０次調節、即ち、ゼロ損失ピーク整合は、ＴＥＭ電子銃１０２の加 速電圧またはフィルタ・システムのドリフト管電圧を調節することによっても行 うことが可能であることは明白であろう。 先に注記したように、当業者には明白な他の変形として、マスク上の正確なホ ール位置が既知であるならば、正方形以外のホール・アレイを含む異なる幾何学 的パターンの入射マスクの使用が可能であり、例えば正方形または六角形のグリ ッドの非円形の形状のホール、あるいは不規則で非周期的であるが正確に特徴付 けられた幾何学的形状のマスクの使用もあげることができよう。他の例としては 、イメージを受け取り分析するために用いるコンピュータ１２６を、分散型計算 システムと置換することも可能であり、この場合、第１部分がビーム検出器組立 体１３０からイメージを受け取り、アレイ・プロセッサまたはその他の専用イメ ージ処理ハードウエアのような第２部分が前述のパラメータの高速計算を行い、 更に第１または第２部分あるいはその他の部分の何れかが、必要な調節量を決定 し、それらの電子顕微鏡の電子回路に伝達する。 以上本願発明を詳細に好適な実施形態およびその代替物を参照しながら説明し たが、添付の請求の範囲に規定した本発明の範囲から逸脱することなく、更に別 の変更や変形も可能であることは明白であろう。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】平成１０年８月１０日（１９９８．８．１０） 【補正内容】 ＥＦＴＥＭシステム１００のエネルギ・フィルタリング・システム１２０は前 述の説明から当業者には明白となったはずだが、エネルギ・フィルタおよびかか るフィルタのための精密制御スリット機構の一例が、本願と所有者が同一の米国 特許第４，８５１，６７０号、および１９９５年８月２５日に出願されて現在米 国特許第５，６４０，０１２号となっているPRECISION-CONTROLLED SLIT MECHAN ISM FOR ELECTRON MICROSCOPE（電子顕微鏡用精密制御スリット機構）と題する 米国特許出願第０８／５１９，５３５号に開示されている。これらの内容は、こ の言及により本願にも含まれるものとする。ＴＥＭ１０１に用いるためのカステ ン−ヘンリ・フィルタが、Castaing（カステン）その他によって、Comptes Rend us d'Academie des Sciences（科学アカデミ報告）（パリ）、Vol．255、７６〜 ７８ページ（１９６２年）に記載されており、更に、ＥＦＴＥＭシステム１００ に含まれる六極子形レンズの作用は、スイス国ジュネーブにおいてEuropean Org anization for Nuclear Research（ヨーロッパ核研究機構）によって出版された 報告８０−０４（１９８０年）において、Brown（ブラウン）その他によって記 載された、ビーム・マトリクス手法を用いることによって理解することができる 。これら双方は、この言及により本願にも含まれるものとする。 請求の範囲 １． エネルギ・フィルタリング透過電子顕微鏡（100）を有効に使用するた めの準備のための前記顕微鏡の自動調節方法であって、 前記エネルギ・フィルタ（120）のエネルギ選択スリット（128）によって規定 されるスリット開口（128S）を通過するエネルギ分散電子ビーム（108）の割合 を判定するステップであって、前記エネルギ・フィルタを通過するビーム経路内 に前記スリット開口を配置する、ステップと、 前記電子ビーム（108）の少なくとも規定した割合が前記スリット開口（128S ）を通過する場合に、前記電子ビーム（108）が前記スリット開口と粗く整合さ れたことを示すステップと を備えるエネルギ・フィルタリング透過電子顕微鏡の自動調節方法。 ２． 請求項１記載のエネルギ・フィルタリング透過電子顕微鏡（100）の自 動調節方法において、前記の規定した割合の前記電子ビーム（108）が前記スリ ット開口（128S）を通過していない場合、方法は更に、 前記スリット（128）の上側スリット半部（U）によってさえぎられたビーム電 流を測定するステップと、 前記スリット（128）の下側スリット半部（L）によってさえぎられたビーム電 流を測定するステップと、 前記上側スリット半部（U）によってさえぎられたビーム電流と前記下側スリ ット半部（L）によってさえぎられたビーム電流とを比較するステップと、 前記エネルギ分散電子ビーム（108）を、より多いビーム電流をさえぎるスリ ット半部から遠ざけ、より少ないビーム電子をさえぎるスリット半部に向かうよ うに移動させるステップと、 前記上側スリット半部（U）によってさえぎられるビーム電流が、前記下側ス リット半部（L）によってさえぎられるビーム電流に実質的に等しくなったとき に、前記電子ビーム（108）が前記スリット開口（128S）と粗く整合されたこと を示すステップと を備えるエネルギ・フィルタリング透過電子顕微鏡の自動調節方法。 ３． 請求項２記載のエネルギ・フィルタリング透過電子顕微鏡（100）の自 動調節方法であって、更に、 前記電子ビーム（108）を前記上側または下側スリット半部（U,L）の一方に向 けるステップと、 前記電子ビーム（108）を前記上側または下側スリット半部の前記一方から遠 ざけ前記スリット開口（128S）に向かうように移動させるステップと、 前記電子ビーム（108）が前記上側または下側のスリット半部の前記一方上を 通過する際の前記電子ビームのピーク強度を検出するステップと、 前記スリット開口（128S）の幅の半分に実質的に等しい量だけ、前記電子ビー ム（108）の前記ピーク強度を移動させて、前記電子ビーム（108）を前記スリッ ト開口内に細密にセンタリングを行うステップと を備えるエネルギ・フィルタリング透過電子顕微鏡の自動調節方法。 ４． 請求項３記載のエネルギ・フィルタリング透過電子顕微鏡（100）の自 動調節方法において、前記の前記電子ビーム（108）を前記上側または下側スリ ット半部（U,L）の前記一方から遠ざけ前記スリット開口（128S）に向かうよう に移動させるステップは、個別のステップで行われ、前記の前記電子ビーム（10 8）が前記上側または下側のスリット半部の前記一方上を通過する際の前記電子 ビームのピーク強度を検出するステップは、 各移動ステップ毎に前記電子ビーム（108）の強度を測定するステップと、 各移動ステップとその前の移動ステップにおけるビーム（108）強度の間の差 を判定するステップと、 前の差よりも小さい差を検出したときに、前記電子ビーム（108）の段階的な 移動を停止するステップと を備える、 エネルギ・フィルタリング透過電子顕微鏡の自動調節方法。 ５． 請求項２記載のエネルギ・フィルタリング透過電子顕微鏡（100）の自 動調節方法であって、更に、 前記ビーム（108）経路から前記エネルギ選択スリット（128）を後退させるス テップと、 前記顕微鏡のエネルギ・フィルタリング・システム（128）への入射口におい て前記ビーム（108）経路に既知の幾何学的形状のビーム・ストップ（192）を挿 入するステップと、 ビーム検出器（130）によって前記ビーム・ストップ（192）の電子イメージを 検出するステップと、 前記電子イメージをコンピュータ（126）に転送するステップと、 前記ビーム・ストップ（192）の前記電子イメージを分析して、前記顕微鏡の 前記エネルギ・フィルタリング・システム（120）に必要な調節量を決定する分 析ステップと、 前記コンピュータ（126）と前記顕微鏡との間の通信を通じて、前記顕微鏡の 前記エネルギ・フィルタリング・システム（120）に前記調節量を適用して前記 顕微鏡を自動的に調節する適用ステップと、 を備えるエネルギ・フィルタリング透過電子顕微鏡の自動調節方法。 ６． 請求項５記載のエネルギ・フィルタリング透過電子顕微鏡（100）の自 動調節方法において、前記ビーム・ストップ（192）の前記電子イメージを分析 する前記分析ステップが、 前記ビーム・ストップ（192）・イメージ内の点の位置を位置付けするステッ プと、 完全に調節されたエネルギ・フィルタに対して予測される位置に対する前記点 の位置の変位量を判定するステップと、 前記変位量を利用して、前記顕微鏡の前記エネルギ・フィルタリング・システ ムに必要な調節量を決定するステップと を備える、 エネルギ・フィルタリング透過電子顕微鏡の自動調節方法。 ７． 請求項５記載のエネルギ・フィルタリング透過電子顕微鏡（100）の自 動調節方法において、前記ビーム・ストップ（192）の前記電子イメージを分析 する前記分析ステップが、 （ａ）前記ビーム・ストップ（192）・イメージ内の点の位置の第１測定を行 うステップと、 （ｂ）前記第１測定の点の位置を格納するステップと、 （ｃ）前記顕微鏡の電子銃（102）の加速電圧を変化させるステップと、 （ｄ）前記ビーム・ストップ（192）・イメージ内の点の位置の第２測定を行 うステップと、 （ｅ）前記第１測定の位置と前記第２測定の位置との位置間の差を判定するス テップと、 （ｆ）前記エネルギ・フィルタリング・システム（120）を調節して前記差を 補正するステップと、 前記差が指定の許容範囲内となるまでステップ（ａ）ないし（ｆ）を繰り返す ステップと を備える、 エネルギ・フィルタリング透過電子顕微鏡の自動調節方法。 ８． 請求項７記載のエネルギ・フィルタリング透過電子顕微鏡（100）の自 動調節方法において、前記のステップ（ａ）ないし（ｆ）を繰り返すステップを 、前記差が実質的にゼロとなるまで繰り返す、エネルギ・フィルタリング透過電 子顕微鏡の自動調節方法。 ９． 請求項５記載のエネルギ・フィルタリング透過電子顕微鏡（100）の自 動調節方法において、前記ビーム・ストップ（192）の前記電子イメージを分析 する前記分析ステップが、 前記ビーム・ストップ（192）の電子イメージの第１平均垂直倍率、第１平均 水平倍率、第１平均アスペクト比を判定するステップと、 前記エネルギ・フィルタリング・システム（120）の第１倍率調節四極子形レ ンズ（136）を通過する電流レベルを変化させるステップと、 前記ビーム・ストップ（192）の電子イメージの第２平均垂直倍率、第２平均 水平、倍率、および第二平均アスペクト比を判定するステップと、 前記第１倍率調節四極子形レンズ（136）を通過する電流レベルを変化させた ことによる倍率およびアスペクト比に対する増分効果を、前記第１および第２平 均垂直倍率、前記第１および第２平均水平倍率、および前記第１および第２平均 アスペクト比から計算するステップと、 前記エネルギ・フィルタリング・システム（120）の前記第１倍率調節四極子 形レンズ（136）を通過する前記電流レベルを復元するステップと、 前記エネルギ・フィルタリング・システム（120）の第２倍率調節四極子形レ ンズ（136）を通過する電流レベルを変化させるステップと、 前記ビーム・ストップ（192）の電子イメージの第３平均垂直倍率、第３平均 水平倍率、および第３平均アスペクト比を判定するステップと、 前記第２倍率調節四極子形レンズ（136）を通過する電流レベルを変化させた ことによる倍率およびアスペクト比に対する増分効果を、前記第１および第３平 均垂直倍率、前記第１および第３平均水平倍率、および前記第１および第３平均 アスペクト比から計算するステップと、 前記第１および第２倍率調節四極子形レンズ（136）に対する前記の電流変化 によってもたらされる倍率およびアスペクト比に対する変化を概算するステップ と、 倍率およびアスペクト比の好適な値に基づいて、前記第１および第２倍率調節 四極子形レンズ（136）に対して必要な電流変化を計算するステップと、 前記必要な電流変化を前記第１および第２倍率調節四極子形レンズ（136）に 適用するステップと、 前記顕微鏡の前記エネルギ・フィルタリング・システム（120）の倍率および アスペクト比を測定するステップと、 前記の測定した倍率およびアスペクト比と前記の倍率およびアスペクト比の前 記好適な値とを比較するステップと、 前記の倍率およびアスペクト比の測定値と前記の好適な値との差が指定の許容 範囲を超える場合に、前述のステップを繰り返すステップと を備える、 エネルギ・フィルタリング透過電子顕微鏡の自動調節方法。 １０． 請求項９記載のエネルギ・フィルタリング透過電子顕微鏡（100）の 自動調節方法において、前記ビーム・ストップ（192）の電子イメージの第１、 第２および第３平均垂直倍率と、第１、第２および第３平均水平倍率と、第１、 第２および第３平均アスペクト比とを判定する前記のステップが、 前記ビーム・ストップ（192）・イメージの上部、下部、右側および左側に隣 接して位置する前記ビーム・ストップ・イメージ内の点の位置を測定するステッ プと、 前記ビーム・ストップ（192）・イメージの前記上部の点と前記下部の点との 間の平均距離を判定するステップと、 前記イメージの前記右側の点と前記左側の点との間の平均距離を判定するステ ップと、 平均垂直倍率を算出するステップと、 平均水平倍率を算出するステップと、 前記平均垂直倍率の前記平均水平倍率に対する比率を取って前記ビーム・スト ップ（192）・イメージに対するアスペクト比を判定するステップと を備える、 エネルギ・フィルタリング透過電子顕微鏡の自動調節方法。 １１． 請求項５記載のエネルギ・フィルタリング透過電子顕微鏡（100）の 自動調節方法において、前記ビーム・ストップ（192）の前記電子イメージを分 析する前記分析ステップおよび前記エネルギ・フィルタリング・システム（120 ）に前記調節量を適用する前記適用ステップが、 （ａ）前記ビーム・ストップ（192）・イメージの上部、下部、右側および左 側に隣接して位置する前記ビーム・ストップ・イメージ内の点の位置を測定する ステップと、 （ｂ）前記ビーム・ストップ（192）・イメージの前記上部の点と前記下部の 点の間の平均距離を判定するステップと、 （ｃ）前記ビーム・ストップ（192）・イメージの前記右側の点と前記左側の 点の間の平均距離を判定するステップと、 （ｄ）前記ビーム・ストップ（192）・イメージの前記上部の点と前記下部の 点の間の前記平均距離から、平均垂直倍率を算出するステップと、 （ｅ）前記ビーム・ストップ（192）・イメージの前記右側の点と前記左側の 点の間の前記平均距離から、平均水平倍率を算出するステップと、 （ｆ）前記平均垂直倍率の前記平均水平倍率に対する比率を取り前記ビーム・ ストップ（192）・イメージに対するアスペクト比を判定するステップと、 （ｇ）前記顕微鏡の前記エネルギ・フィルタリング・システム（120）の第１ 倍率調節四極子形レンズ（136）を通過する電流レベルを変化させるステップと 、 （ｈ）ステップ（ａ）ないし（ｆ）を繰り返すステップと、 （ｉ）前記第１倍率調節四極子形レンズ（136）を通過する電流レベルの変化 の、前記ビーム・ストップ（192）・イメージの倍率およびアスペクト比に対す る増分効果を計算するステップと、 （ｊ）前記顕微鏡の前記エネルギ・フィルタリング・システム（120）の前記 第１倍率調節四極子形レンズ（136）を通過する前記電流レベルを復元するステ ップと、 （ｋ）前記顕微鏡の前記エネルギ・フィルタリング・システム（120）の第２ 倍率調節四極子形レンズ（136）を通過する電流レベルを変化させるステップと 、 （ｌ）ステップ（ａ）ないし（ｆ）を繰り返すステップと、 （ｍ）前記第２倍率調節四極子形レンズ（136）を通過する電流レベルの変化 の、前記ビーム・ストップ（192）・イメージの倍率およびアスペクト比に対す る増分効果を計算するステップと、 （ｎ）前記第１および第２倍率調節四極子形レンズ（192）に対する前記の電 流変化によってもたらされる倍率およびアスペクト比に対する変化を概算するス テップと、 （ｏ）倍率およびアスペクト比の好適な値に基づいて、前記第１および第２倍 率調節四極子形レンズ（192）に対して必要な電流変化を算出するステップと、 （ｐ）前記必要な電流変化を前記第１および第２倍率調節四極子形レンズ（19 2）に適用するステップと、 （ｑ）前記顕微鏡の前記エネルギ・フィルタリング・システム（120）の倍率 およびアスペクト比を測定するステップと、 （ｒ）前記顕微鏡の前記エネルギ・フィルタリング・システム（120）の前記 の測定した倍率およびアスペクト比と、前記の倍率およびアスペクト比の好適な 値とを比較するステップと、 （ｓ）前記倍率およびアスペクト比の前記の測定値と前記の好適な値との間の 差が指定の許容範囲を超過する場合に、ステップ（ａ）ないしステップ（ｒ）を 繰り返すステップと を備える、 エネルギ・フィルタリング透過電子顕微鏡の自動調節方法。 １２． 請求項２記載のエネルギ・フィルタリング透過電子顕微鏡（100）の 自動調節方法であって、更に、 ビーム検出器（130）によって前記電子ビーム（108）のイメージを検出するス テップと、 前記電子ビーム（108）のエネルギを前記スリット開口（128S）の縁を横切っ てスキャンするスキャン・ステップと、 前記イメージのイメージ強度を積分するステップと、 積分したイメージ強度に基づいて結果的な表面プロットを判定するステップと 、 前記結果的な表面プロットを分析して、前記顕微鏡の前記エネルギ・フィルタ リング・システム（120）に必要な調節量を決定する分析ステップと、 前記コンピュータと前記顕微鏡との間の通信を通じて、前記顕微鏡の前記エネ ルギ・フィルタリング・システム（120）に前記調節量を適用して前記顕微鏡を 自動的に調節するステップと、 を備えるエネルギ・フィルタリング透過電子顕微鏡の自動調節方法。 １３． 請求項１２記載のエネルギ・フィルタリング透過電予顕微鏡（100） の自動調節方法において、前記電子ビーム（108）のエネルギを前記スリット開 口（128S）の縁を横切ってスキャンする前記スキャン・ステップが、前記ビーム が完全に遮蔽される設定から前記ビームが完全に透過される設定まで、前記電子 ビームをスキャンするステップを備える、エネルギ・フィルタリング透過電子顕 微鏡の自動調節方法。 １４． 請求項１２記載のエネルギ・フィルタリング透過電子顕微鏡（100） の自動調節方法において、前記電子ビーム（108）のエネルギを前記スリット開 口（128S）の縁を横切ってスキャンする前記スキャン・ステップが、前記ビーム が完全に透過される設定から前記ビームが完全に遮蔽される設定まで、前記電子 ビームをスキャンするステップを備える、エネルギ・フィルタリング透過電子顕 微鏡の自動調節方法。 １５． 請求項１２記載のエネルギ・フィルタリング透過電子顕微鏡（100） の自動調節方法において、前記電子ビーム（100）のエネルギを前記スリット開 口（128S）の縁を横切ってスキャンする前記スキャン・ステップが、 元のスリット開口の約半分だけ、前記スリット開口（128S）を閉じるステップ と、 前記電子ビーム（108）を、前記スリットの前記スリット半部（U,L）の一方の ナイフ・エッジ（128U,128L）を超えて、現在のスリット開口の約半分だけ、前 記スリットの前記スリット半部の前記一方上に移動させるステップと、 連続的かつ一定レートで、前記電子ビーム（108）を、前記スリットの前記ス リット半部の前記一方のナイフ・エッジ（128U,128L）を超えて現在のスリット 開口の約半分の位置まで、前記スリット開口（128S）内に移動させるステップと 、 前記スリット開口を前記元のスリット開口に復元するステップと、 前記スリット開口（128S）内に前記電子ビーム（108）のセンタリングを再度 行なうステップと を備える、 エネルギ・フィルタリング透過電子顕微鏡の自動調節方法。 １６． 請求項１２記載のエネルギ・フィルタリング透過電子顕微鏡（100） の自動調節方法において、前記結果的な表面プロットを分析して前記顕微鏡の前 記エネルギ・フィルタリング・システム（120）に必要な調節量を決定する前記 分析ステップが、 前記結果的な表面プロットに対して一般的二次元一次方程式の最少二乗適合を 行って一次収差係数を決定するステップと、 前記一次収差係数を利用して、スペクトル合焦四極予形レンズ（122）に対す る電流変化を決定するステップと を備える、 エネルギ・フィルタリング透過電子顕微鏡の自動調節方法。 １７． 請求項１２記載のエネルギ・フィルタリング透過電子顕微鏡（100） の自動調節方法において、前記結果的な表面プロットを分析して前記顕微鏡の前 記エネルギ・フィルタリング・システム（120）に必要な調節量を決定する前記 分析ステップが、 前記結果的な表面プロットに対して一般的二次二次元方程式の最少二乗適合を 行って二次収差係数を決定するステップと、 前記二次収差係数を利用して、スペクトル合焦六極子形レンズ（122）に対す る電流変化を決定するステップと を備える、 エネルギ・フィルタリング透過電子顕微鏡の自動調節方法。 １８． 請求項５記載のエネルギ・フィルタリング透過電子顕微鏡（100）の 自動調節方法において、前記ビーム・ストップ（192）の前記電子イメージを分 析する前記分析ステップと、前記調節量を前記エネルギ・フィルタリング・シス テム（120）に適用する前記適用ステップが、 前記ビーム・ストップ（192）・イメージ内の点の位置を位置付けするステッ プと、 前記顕微鏡の前記エネルギ・フィルタリング・システム（120）の第１六極子 形レンズ（136）を通過する電流レベルを変化させるステップと、 前記第１六極子形レンズ（136）を通過する電流の変化に対して、微分六極子 強度係数を算出するステップと、 前記第１六極子形レンズ（136）を通過する電流レベルをりセットするステッ プと、 前記顕微鏡の前記エネルギ・フィルタリング・システム（120）の第２六極子 形レンズ（136）を通過する電流レベルを変化させるステップと、 前記第２六極子形レンズ（136）を通過する電流の変化に対して、微分強度係 数を算出するステップと、 前記第２六極子形レンズ（136）を通過する電流レベルをリセットするステッ プと、 前記顕微鏡の前記エネルギ・フィルタリング・システム（120）の第３六極子 形レンズ（136）を通過する電流レベルを変化させるステップと、 前記第３六極子形レンズ（136）を通過する電流の変化に対して、微分強度係 数を算出するステップと、 六極子形レンズの電流の変化に対する収差係数への変化を概算するステップと 、 前記六極子形レンズ（136）に必要な電流変化を算出するステップと、 前記の算出した必要な電流変化を前記六極子形レンズ（136）に適用するステ ップと、 収差係数を指定の許容範囲と比較するステップと、 前記収差係数が前記指定の許容範囲内にない場合に、前述のステップを繰り返 すステップと を備える、 エネルギ・フィルタリング透過電子顕微鏡の自動調節方法。 １９． エネルギ・フィルタリング透過電子顕微鏡（100）を有効に使用する ための準備のための前記顕微鏡の自動調節方法であって、 前記顕微鏡のエネルギ・フィルタリング・システム（120）の入射口に既知の 幾何学的形状のビーム・ストップ（192）を挿入するステップと、 ビーム検出器（130）によって、前記ビーム・ストップ（192）の電子イメージ を検出するステップと、 前記電子イメージをデジタル形態でコンピュータ（126）に転送するステップ と、 前記ビーム・ストップ（192）の前記電子イメージを分析して前記顕微鏡の前 記エネルギ・フィルタリング・システム（120）に必要な調節量を決定する分析 ステップと、 前記コンピュータ（126）と前記顕微鏡との間の通信を通じて、前記顕微鏡の 前記エネルギ・フィルタリング・システム（120）に前記調節量を適用し、前記 コンピュータによって前記顕微鏡を自動的に調節する適用ステップと を備えるエネルギ・フィルタリング透過電子顕微鏡の自動調節方法。 ２０． 請求項１９記載のエネルギ・フィルタリング透過電子顕微鏡（100） の自動調節方法であって、前記ビーム・ストップ（192）の前記電子イメージを 分析する前記分析ステップと前記エネルギ・フィルタリング・システム（120） に前記調節量を適用する前記適用ステップが、 前記ビーム・ストップ（192）・イメージ内の点（192A,192B,192C,192D）の位 置を位置付けするステップと、 前記顕微鏡の前記エネルギ・フィルタリング・システム（120）の第１六極子 形レンズ（136）を通過する電流レベルを変化させるステップと、 前記第１六極子形レンズ（136）を通過する電流の変化に対して、微分六極子 強度係数を算出するステップと、 前記第１六極子形レンズ（136）を通過する電流レベルをリセットするステッ プと、 前記顕微鏡の前記エネルギ・フィルタリング・システム（120）の第２六極子 形レンズ（136）を通過する電流レベルを変化させるステップと、 前記第２六極子形レンズ（136）を通過する電流の変化に対して微分強度係数 を算出するステップと、 前記第２六極子形レンズを通過する電流レベルをリセットするステップと、 前記顕微鏡の前記エネルギ・フィルタリング・システム（120）の第３六極子 形レンズ（136）を通過する電流レベルを変化させるステップと、 前記第３六極子形レンズ（136）を通過する電流の変化に対して微分強度係数 を算出するステップと、 六極子形レンズ（136）の電流変化に対する収差係数への変化を概算するステ ップと、 前記六極子形レンズ（136）に必要な電流変化を算出するステップと、 前記の算出した必要な電流変化を前記六極子形レンズ（136）に適用するステ ップと、 収差係数を指定の許容範囲と比較するステップと、 前記収差係数が前記指定の許容範囲内にない場合に、前述のステップを繰り返 すステップと を備えるエネルギ・フィルタリング透過電子顕微鏡の自動調節方法。 ２１． 透過電子顕微鏡（101）および関連するエネルギ・フィルタ（120）を 含むエネルギ・フィルタリング透過電子顕微鏡システム（100）であって、 前記エネルギ・フィルタ（120）に入射する電子ビーム（108）に既知の幾何学 的形状及び寸法のマスク（192）を選択的に挿入し且つ既知の位置（192A,192B,1 92C,192D）を規定する入射口アパーチャ組立体（118）と、 前記エネルギ・フィルタ（120）内でスリット開口（128S）を規定するエネル ギ選択スリット組立体（128）と、 前記エネルギ・フィルタリング透過電子顕微鏡システムによって生成される電 子イメージを検出するビーム検出器組立体（130）と、 電子光学系（122,136）と、 前記エネルギ・フィルタ（120）および前記透過電子顕微鏡に結合され、前記 顕微鏡、前記入射口アパーチャ組立体（118）、前記エネルギ選択スリット（128 ）、前記ビーム検出器組立体（130）および前記電子光学系（122,136）を制御し て、前記エネルギ・フィルタリング透過電子顕微鏡システム（100）を自動的に 調節するコンピュータ（126）と を備えるエネルギ・フィルタリング透過電子顕微鏡システム。 ２２． 請求項２１記載のエネルギ・フィルタリング透過電子顕微鏡システム （100）において、前記エネルギ選択スリット組立体（128）がビーム検出器（13 2,134）を備え、前記コンピュータ（126）が更に前記ビーム検出器（132,134） に結合され、それによって検出された電子電流を読み取る、エネルギ・フィルタ リング透過電子顕微鏡システム。 ２３． 請求項２１記載のエネルギ・フィルタリング透過電子顕微鏡システム （100）において、前記エネルギ選択スリット組立体（128）が少なくとも１つの ビーム検出器（132,134）を備え、前記コンピュータ（126）が更に前記少なくと も１つのビーム検出器（132,134）に結合され、それによって検出された電子電 流を読み取る、エネルギ・フィルタリング透過電子顕微鏡システム。 ２４． 請求項２１記載のエネルギ・フィルタリング透過電子顕微鏡システム （100）において、前記マスク（192）が、アパーチャ（192A,192B,192C,192D） のパターンを備える、エネルギ・フィルタリング透過電子顕微鏡システム。 ２５． 請求項２１記載のエネルギ・フィルタリング透過電子顕微鏡システム （100）において、前記マスク（192）が、アパーチャ（192A,192B,192C,192D） のｎ×ｎ正方形アレイを備え、ｎが３以上の奇数である、エネルギ・フィルタリ ング透過電子顕微鏡システム。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 フリードマン，スチュアート・ローレンス アメリカ合衆国カリフォルニア州94303, パロ・アルト，グリア・ロード 2767 (72)発明者 クリヴァネク，オンドレイ・エル イギリス国ハーツ ５ジー８ ５キューア ール，ロイストン，オーウェル，マルト ン・ロード，ノース・バーン（番地なし) 【要約の続き】 より、スリット面におけるフィルタの等色面を測定す る。こうして電子カメラによって収集した等色面をコン ピュータによって分析して、フィルタ・システムの更な る収差係数を抽出する。これらの測定された収差係数を 用いて、フィルタ光学系の較正された補正を行なう。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． エネルギ・フィルタリング透過電子顕微鏡のエネルギ・フィルタリング ・システムの電子光学的収差を補正するための前記顕微鏡の自動調節方法であっ て、 前記エネルギ・フィルタのエネルギ選択スリットによって規定されるスリット 開口を通過するエネルギ分散電子ビームの割合を判定するステップであって、前 記エネルギ・フィルタを通過するビーム経路内に前記スリット開口を配置する、 ステップと、 前記電子ビームの少なくとも規定した割合が前記スリット開口を通過する場合 に、前記電子ビームが前記スリット開口と粗く整合されたことを示すステップと 、 を備えるエネルギ・フィルタリング透過電子顕微鏡の自動調節方法。 ２． 請求項１記載のエネルギ・フィルタリング透過電子顕微鏡の自動調節方 法において、前記の規定した割合の前記電子ビームが前記スリット開口を通過し ていない場合、方法は更に、 前記スリットの上側スリット半部によってさえぎられたビーム電流を測定する ステップと、 前記スリットの下側スリット半部によってさえぎられたビーム電流を測定する ステップと、 前記上側スリット半部によってさえぎられたビーム電流と前記下側スリット半 部によってさえぎられたビーム電流とを比較するステップと、 前記エネルギ分散電子ビームを、より多いビーム電流をさえぎるスリット半部 から遠ざけ、より少ないビーム電子をさえぎるスリット半部に向かうように移動 させるステップと、 前記上側スリット半部によってさえぎられるビーム電流が、前記下側スリット 半部によってさえぎられるビーム電流に実質的に等しくなったときに、前記電子 ビームが前記スリット開口と粗く整合されたことを示すステップと を備えるエネルギ・フィルタリング透過電子顕微鏡の自動調節方法。 ３． 請求項２記載のエネルギ・フィルタリング透過電子顕微鏡の自動調節方 法であって、更に、 前記電子ビームを前記上側または下側スリット半部の一方に向けるステップと 、 前記電子ビームを前記上側または下側スリット半部の前記一方から遠ざけ前記 スリット開口に向かうように移動させるステップと、 前記電子ビームが前記上側または下側のスリット半部の前記一方上を通過する 際の前記電子ビームのピーク強度を検出するステップと、 前記スリット開口の幅の半分に実質的に等しい量だけ、前記電子ビームの前記 ピーク強度を移動させて、前記電子ビームを前記スリット開口内に細密にセンタ リングを行うステップと を備えるエネルギ・フィルタリング透過電子顕微鏡の自動調節方法。 ４． 請求項３記載のエネルギ・フィルタリング透過電子顕微鏡の自動調節方 法において、前記の前記電子ビームを前記上側または下側スリット半部の前記一 方から遠ざけ前記スリット開口に向かうように移動させるステップは、個別のス テップで行われ、前記の前記電子ビームが前記上側または下側のスリット半部の 前記一方上を通過する際の前記電子ビームのピーク強度を検出するステップは、 各移動ステップ毎に前記電子ビームの強度を測定するステップと、 各移動ステップとその前の移動ステップにおけるビーム強度間の差を判定する ステップと、 直前の差よりも小さい差を検出したときに、前記電子ビームの段階的な移動を 停止するステップと を備える、 エネルギ・フィルタリング透過電子顕微鏡の自動調節方法。 ５． 請求項２記載のエネルギ・フィルタリング透過電子顕微鏡の自動調節方 法であって、更に、 前記ビーム経路から前記エネルギ選択スリットを後退させるステップと、 前記顕微鏡のエネルギ・フィルタリング・システムへの入射口において前記ビ ーム経路に既知の幾何学的形状のビーム・ストップを挿入するステップと、 ビーム検出器によって前記ビーム・ストップの電子イメージを検出するステッ プと、 前記電子イメージをコンピュータに転送するステップと、 前記ビーム・ストップの前記電子イメージを分析して、前記顕微鏡の前記エネ ルギ・フィルタリング・システムに必要な調節量を決定する分析ステップと、 前記コンピュータと前記顕微鏡との間の通信を通じて、前記顕微鏡の前記エネ ルギ・フィルタリング・システムに前記調節量を適用して前記顕微鏡を自動的に 調節する適用ステップと、 を備えるエネルギ・フィルタリング透過電子顕微鏡の自動調節方法。 ６． 請求項５記載のエネルギ・フィルタリング透過電子顕微鏡の自動調節方 法において、前記ビーム・ストップの前記電子イメージを分析する前記分析ステ ップが、 前記ビーム・ストップ・イメージ内の点の位置を位置付けするステップと、 完全に調節されたエネルギ・フィルタに対して予測される位置に対する前記点 の位置の変位量を判定するステップと、 前記変位量を利用して、前記顕微鏡の前記エネルギ・フィルタリング・システ ムに必要な調節量を決定するステップと を備える、 エネルギ・フィルタリング透過電子顕微鏡の自動調節方法。 ７． 請求項５記載のエネルギ・フィルタリング透過電子顕微鏡の自動調節方 法において、前記ビーム・ストップの前記電子イメージを分析する前記分析ステ ップが、 （ａ）前記ビーム・ストップ・イメージ内の点の位置の第１測定を行なうステ ップと、 （ｂ）前記第１測定の点の位置を格納するステップと、 （ｃ）前記顕微鏡の電子銃の加速電圧を変化させるステップと、 （ｄ）前記ビーム・ストップ・イメージ内の点の位置の第２測定を行なうステ ップと、 （ｅ）前記第１測定の位置と前記第２測定の位置との位置間の差を判定するス テップと、 （ｆ）前記エネルギ・フィルタリング・システムを調節して前記差を補正する ステップと、 前記差が指定の許容範囲内となるまでステップ（ａ）ないし（ｆ）を繰り返す ステップと を備える、 エネルギ・フィルタリング透過電子顕微鏡の自動調節方法。 ８． 請求項７記載のエネルギ・フィルタリング透過電子顕微鏡の自動調節方 法において、前記のステップ（ａ）ないし（ｆ）を繰り返すステップを、前記差 が実質的にゼロとなるまで繰り返す、エネルギ・フィルタリング透過電子顕微鏡 の自動調節方法。 ９． 請求項５記載のエネルギ・フィルタリング透過電子顕微鏡の自動調節方 法において、前記ビーム・ストップの前記電子イメージを分析する前記分析ステ ップが、 前記ビーム・ストップの電子イメージの第１平均垂直倍率、第１平均水平倍率 、第１平均アスペクト比を判定するステップと、 前記エネルギ・フィルタリング・システムの第１倍率調節四極子形レンズを通 過する電流レベルを変化させるステップと、 前記ビーム・ストップの電子イメージの第２平均垂直倍率、第２平均水平倍率 、および第２平均アスペクト比を判定するステップと、 前記第１倍率調節四極子形レンズを通過する電流レベルを変化させたことによ る倍率およびアスペクト比に対する増分効果を、前記第１および第２平均垂直倍 率、前記第１および第２平均水平倍率、および前記第１および第２平均アスペク ト比から計算するステップと、 前記エネルギ・フィルタリング・システムの前記第１倍率調節四極子形レンズ を通過する前記電流レベルを復元するステップと、 前記エネルギ・フィルタリング・システムの第２倍率調節四極子形レンズを通 過する電流レベルを変化させるステップと、 前記ビーム・ストップの電子イメージの第３平均垂直倍率、第３平均水平倍率 、および第３平均アスペクト比を判定するステップと、 前記第２倍率調節四極子形レンズを通過する電流レベルを変化させたことによ る倍率およびアスペクト比に対する増分効果を、前記第１および第３平均垂直倍 率、前記第１および第３平均水平倍率、および前記第１および第３平均アスペク ト比から計算するステップと、 前記第１および第２倍率調節四極子形レンズに対する前記の電流変化によって もたらされる倍率およびアスペクト比に対する変化を概算するステップと、 倍率およびアスペクト比の好適な値に基づいて、前記第１および第２倍率調節 四極子形レンズに対して必要な電流変化を計算するステップと、 前記必要な電流変化を前記第１および第２倍率調節四極子形レンズに適用する ステップと、 前記顕微鏡の前記エネルギ・フィルタリング・システムの倍率およびアスペク ト比を測定するステップと、 前記の測定した倍率およびアスペクト比と前記の倍率およびアスペクト比の前 記好適な値とを比較するステップと、 前記の倍率およびアスペクト比の測定値と前記の好適な値との差が指定の許容 範囲を超える場合に、前述のステップを繰り返すステップと を備える、 エネルギ・フィルタリング透過電子顕微鏡の自動調節方法。 １０． 請求項９記載のエネルギ・フィルタリング透過電子顕微鏡の自動調節 方法において、前記ビーム・ストップの電子イメージの第１、第２および第３平 均垂直倍率と、第１、第２および第３平均水平倍率と、第１、第２および第３平 均アスペクト比とを判定する前記のステップが、 前記ビーム・ストップ・イメージの上部、下部、右側および左側に隣接して位 置する前記ビーム・ストップ・イメージ内の点の位置を測定するステップと、 前記ビーム・ストップ・イメージの前記上部の点と前記下部の点との間の平均 距離を判定するステップと、 前記イメージの前記右側の点と前記左側の点との間の平均距離を判定するステ ップと、 平均垂直倍率を算出するステップと、 平均水平倍率を算出するステップと、 前記平均垂直倍率の前記平均水平倍率に対する比率を取って前記ビーム・スト ップ・イメージに対するアスペクト比を判定するステップと を備える、 エネルギ・フィルタリング透過電子顕微鏡の自動調節方法。 １１． 請求項５記載のエネルギ・フィルタリング透過電子顕微鏡の自動調節 方法において、前記ビーム・ストップの前記電子イメージを分析する前記分析ス テップおよび前記エネルギ・フィルタリング・システムに前記調節量を適用する 前記適用ステップが、 （ａ）前記ビーム・ストップ・イメージの上部、下部、右側および左側に隣接 して位置する前記ビーム・ストップイメージ内の点の位置を測定するステップと 、 （ｂ）前記ビーム・ストップ・イメージの前記上部の点と前記下部の点の間の 平均距離を判定するステップと、 （ｃ）前記ビーム・ストップ・イメージの前記右側の点と前記左側の点の間の 平均距離を判定するステップと、 （ｄ）前記ビーム・ストップ・イメージの前記上部の点と前記下部の点の間の 前記平均距離から、平均垂直倍率を算出するステップと、 （ｅ）前記ビーム・ストップ・イメージの前記右側の点と前記左側の点の間の 前記平均距離から、平均水平倍率を算出するステップと、 （ｆ）前記平均垂直倍率の前記平均水平倍率に対する比率を取り前記ビーム・ ストップ・イメージに対するアスペクト比を判定するステップと、 （ｇ）前記顕微鏡の前記エネルギ・フィルタリング・システムの第１倍率調節 四極子形レンズを通過する電流レベルを変化させるステップと、 （ｈ）ステップ（ａ）ないし（ｆ）を繰り返すステップと、 （ｉ）前記第１倍率調節四極子形レンズを通過する電流レベルの変化による、 前記ビーム・ストップ・イメージの倍率およびアスペクト比に対する増分効果を 計算するステップと、 （ｊ）前記顕微鏡の前記エネルギ・フィルタリング・システムの前記第１倍率 調節四極子形レンズを通過する前記電流レベルを復元するステップと、 （ｋ）前記顕微鏡の前記エネルギ・フィルタリング・システムの第２倍率調節 四極子形レンズを通過する電流レベルを変化させるステップと、 （ｌ）ステップ（ａ）ないし（ｆ）を繰り返すステップと、 （ｍ）前記第２倍率調節四極子形レンズを通過する電流レベルの変化による、 前記ビーム・ストップ・イメージの倍率およびアスペクト比に対する増分効果を 計算するステップと、 （ｎ）前記第１および第２倍率調節四極子形レンズに対する前記の電流変化に よってもたらされる倍率およびアスペクト比に対する変化を概算するステップと 、 （ｏ）倍率およびアスペクト比の好適な値に基づいて、前記第１および第２倍 率調節四極子形レンズに対して必要な電流変化を算出するステップと、 （ｐ）前記必要な電流変化を前記第１および第２倍率調節四極子形レンズに適 用するステップと、 （ｑ）前記顕微鏡の前記エネルギ・フィルタリング・システムの倍率およびア スペクト比を測定するステップと、 （ｒ）前記顕微鏡の前記エネルギ・フィルタリング・システムの前記の測定し た倍率およびアスペクト比と、前記の倍率およびアスペクト比の好適な値とを比 較するステップと、 （ｓ）前記倍率およびアスペクト比の前記の測定値と前記の好適な値との間の 差が指定の許容範囲を超過する場合に、ステップ（ａ）ないしステップ（ｒ）を 繰り返すステップと を備える、 エネルギ・フィルタリング透過電子顕微鏡の自動調節方法。 １２． 請求項２記載のエネルギ・フィルタリング透過電子顕微鏡の自動調節 方法であって、更に、 ビーム検出器によって前記電子ビームのイメージを検出するステップと、 前記電子ビームのエネルギを前記スリット開口の縁を横切ってスキャンするス キャン・ステップと、 前記イメージのイメージ強度を積分するステップと、 積分したイメージ強度に基づいて結果的な表面プロットを判定するステップと 、 前記結果的な表面プロットを分析して、前記顕微鏡の前記エネルギ・フィルタ リング・システムに必要な調節量を決定する分析ステップと、 前記コンピュータと前記顕微鏡との間の通信を通じて、前記顕微鏡の前記エネ ルギ・フィルタリング・システムに前記調節量を適用して前記顕微鏡を自動的に 調節するステップと、 を備えるエネルギ・フィルタリング透過電子顕微鏡の自動調節方法。 １３． 請求項１２記載のエネルギ・フィルタリング透過電子顕微鏡の自動調 節方法において、前記電子ビームのエネルギを前記スリット開口の縁を横切って スキャンする前記スキャン・ステップが、前記ビームが完全に遮蔽される設定か ら前記ビームが完全に透過される設定まで、前記電子ビームをスキャンするステ ップを備える、エネルギ・フィルタリング透過電子顕微鏡の自動調節方法。 １４． 請求項１２記載のエネルギ・フィルタリング透過電子顕微鏡の自動調 節方法において、前記電子ビームのエネルギを前記スリット開口の縁を横切って スキャンする前記スキャン・ステップが、前記ビームが完全に透過される設定か ら前記ビームが完全に遮蔽される設定まで、前記電子ビームをスキャンするステ ップを備える、エネルギ・フィルタリング透過電子顕微鏡の自動調節方法。 １５． 請求項１２記載のエネルギ・フィルタリング透過電子顕微鏡の自動調 節方法において、前記電子ビームのエネルギを前記スリット開口の縁を横切って スキャンする前記スキャン・ステップが、 元のスリット開口の約半分だけ、前記スリット開口を閉じるステップと、 前記電子ビームを、前記スリットの前記スリット半部の一方のナイフ・エッジ を超えて、現在のスリット開口の約半分だけ、前記スリットの前記スリット半部 の前記一方上に移動させるステップと、 連続的かつ一定レートで、前記電子ビームを、前記スリットの前記スリット半 部の前記一方のナイフ・エッジを超えた現在のスリット開口の約半分の位置まで 、前記スリット開口内に移動させるステップと、 前記スリット開口を前記元のスリット開口に復元するステップと、 前記スリット開口内に前記電子ビームのセンタリングを再度行なうステップと を備える、 エネルギ・フィルタリング透過電子顕微鏡の自動調節方法。 １６． 請求項１２記載のエネルギ・フィルタリング透過電子顕微鏡の自動調 節方法において、前記結果的な表面プロットを分析して前記顕微鏡の前記エネル ギ・フィルタリング・システムに必要な調節量を決定する前記分析ステップが、 前記結果的な表面プロットに対して一般的二次元一次方程式の最少二乗適合を 行って一次収差係数を決定するステップと、 前記一次収差係数を利用して、スペクトル合焦四極子形レンズに対する電流変 化を決定するステップと を備える、 エネルギ・フィルタリング透過電子顕微鏡の自動調節方法。 １７． 請求項１２記載のエネルギ・フィルタリング透過電子顕微鏡の自動調 節方法において、前記結果的な表面プロットを分析して前記顕微鏡の前記エネル ギ・フィルタリング・システムに必要な調節量を決定する前記分析ステップが、 前記結果的な表面プロットに対して一般的二次二次元方程式の最少二乗適合を 行って二次収差係数を決定するステップと、 前記二次収差係数を利用して、スペクトル合焦六極子形レンズに対する電流変 化を決定するステップと を備える、 エネルギ・フィルタリング透過電子顕微鏡の自動調節方法。 １８． 請求項５記載のエネルギ・フィルタリング透過電子顕微鏡の自動調節 方法において、前記ビーム・ストップの前記電子イメージを分析する前記分析ス テップと、前記調節量を前記エネルギ・フィルタリング・システムに適用する前 記適用ステップが、 前記ビーム・ストップ・イメージ内の点の位置を位置付けするステップと、 前記顕微鏡の前記エネルギ・フィルタリング・システムの第１六極子形レンズ を通過する電流レベルを変化させるステップと、 前記第１六極子形レンズを通過する電流の変化に対して、微分六極子強度係数 を算出するステップと、 前記第１六極子形レンズを通過する電流レベルをリセットするステップと、 前記顕微鏡の前記エネルギ・フィルタリング・システムの第２六極子形レンズ を通過する電流レベルを変化させるステップと、 前記第２六極子形レンズを通過する電流の変化に対して、微分強度係数を算出 するステップと、 前記第２六極子形レンズを通過する電流レベルをリセットするステップと、 前記顕微鏡の前記エネルギ・フィルタリング・システムの第３六極子形レンズ を通過する電流レベルを変化させるステップと、 前記第３六極子形レンズを通過する電流の変化に対して、微分強度係数を算出 するステップと、 六極子形レンズの電流の変化に対する収差係数への変化を概算するステップと 、 前記六極子形レンズに必要な電流変化を算出するステップと、 前記の算出した必要な電流変化を前記六極子形レンズに適用するステップと、 収差係数を指定の許容範囲と比較するステップと、 前記収差係数が前記指定の許容範囲内にない場合に、前述のステップを繰り返 すステップと を備える、 エネルギ・フィルタリング透過電子顕微鏡の自動調節方法。 １９． エネルギ・フィルタリング透過電子顕微鏡のエネルギ・フィルタリン グ・システムの電子光学的収差を補正するための前記顕微鏡の自動調節方法であ って、 前記顕微鏡のエネルギ・フィルタリング・システムの入射口に既知の幾何学的 形状のビーム・ストップを挿入するステップと、 ビーム検出器によって、前記ビーム・ストップの電子イメージを検出するステ ップと、 前記電子イメージをデジタル形態でコンピュータに転送するステップと、 前記ビーム・ストップの前記電子イメージを分析して前記顕微鏡の前記エネル ギ・フィルタリング・システムに必要な調節量を決定するステップと、 前記コンピュータと前記顕微鏡との間の通信を通じて、前記顕微鏡の前記エネ ルギ・フィルタリング・システムに前記調節量を適用し、前記コンピュータによ って前記顕微鏡を自動的に調節するステップと を備えるエネルギ・フィルタリング透過電子顕微鏡の自動調節方法。 ２０． エネルギ・フィルタリング透過電子顕微鏡のエネルギ・フィルタリン グ・システムの電子光学的収差を補正するための前記顕微鏡の自動調節方法であ って、 前記ビーム・ストップ・イメージ内の点の位置を位置付けするステップと、 前記顕微鏡の前記エネルギ・フィルタリング・システムの第１六極子形レンズ を通過する電流レベルを変化させるステップと、 前記第１六極子形レンズを通過する電流の変化に対して、微分六極子強度係数 を算出するステップと、 前記第１六極子形レンズを通過する電流レベルをリセットするステップと、 前記顕微鏡の前記エネルギ・フィルタリング・システムの第２六極子形レンズ を通過する電流レベルを変化させるステップと、 前記第２六極子形レンズを通過する電流の変化に対して微分強度係数を算出す るステップと、 前記第２六極子形レンズを通過する電流レベルをリセットするステップと、 前記顕微鏡の前記エネルギ・フィルタリング・システムの第３六極子形レンズ を通過する電流レベルを変化させるステップと、 前記第３六極子形レンズを通過する電流の変化に対して微分強度係数を算出す るステップと、 六極子形レンズの電流変化に対する収差係数への変化を概算するステップと、 前記六極子形レンズに必要な電流変化を算出するステップと、 前記の算出した必要な電流変化を前記六極子形レンズに適用するステップと、 収差係数を指定の許容範囲と比較するステップと、 前記収差係数が前記指定の許容範囲内にない場合に、前述のステップを繰り返 すステップと を備えるエネルギ・フィルタリング透過電子顕微鏡の自動調節方法。 ２１． 透過電子顕微鏡および関連するエネルギ・フィルタを含むエネルギ・ フィルタリング透過電子顕微鏡システムであって、 複数のアパーチャを、前記エネルギ・フィルタに入射する電子ビームに選択的 に挿入する入射口アパーチャ組立体と、 前記エネルギ・フィルタ内でスリット開口を規定するエネルギ選択スリット組 立体と、 前記エネルギ・フィルタリング透過電子顕微鏡システムによって生成される電 子イメージを検出するビーム検出器組立体と、 電子光学系と、 前記エネルギ・フィルタおよび前記透過電子顕微鏡に結合され、前記顕微鏡、 前記入射口アパーチャ組立体、前記エネルギ選択スリット、前記ビーム検出器組 立体および前記電子光学系を制御して、前記エネルギ・フィルタリング透過電子 顕微鏡システムを自動的に調節するコンピュータと を備えるエネルギ・フィルタリング透過電子顕微鏡システム。 ２２． 請求項２１記載のエネルギ・フィルタリング透過電子顕微鏡システム において、前記エネルギ選択スリット組立体がビーム検出器を備え、前記コンピ ュータが更に前記ビーム検出器に結合され、それによって検出された電子流を読 み取る、エネルギ・フィルタリング透過電子顕微鏡システム。 ２３． 請求項２１記載のエネルギ・フィルタリング透過電子顕微鏡システム において、前記エネルギ選択スリット組立体が少なくとも１つのビーム検出器を 備え、前記コンピュータが更に前記少なくとも１つのビーム検出器に結合され、 それによって検出された電子流を読み取る、エネルギ・フィルタリング透過電子 顕微鏡システム。