JP2003331773A

JP2003331773A - 電子顕微鏡

Info

Publication number: JP2003331773A
Application number: JP2002137720A
Authority: JP
Inventors: Kojin Kondo; 行人近藤; Mitsuhide Matsushita; 光英松下; Mitsuaki Osaki; 光明大崎
Original assignee: Jeol Ltd
Current assignee: Jeol Ltd
Priority date: 2002-05-13
Filing date: 2002-05-13
Publication date: 2003-11-21
Also published as: US20040031921A1; US6841775B2

Abstract

(57)【要約】【課題】熟練者でなくとも簡単に非点補正や電子ビー
ムの軸合わせを行なうことができる電子顕微鏡を実現す
る。【解決手段】ロンチグラムによって非点又は軸合わせ
のずれを明瞭に表示可能な視野を光軸上に位置させた
後、ロンチグラムのボタンをクリックする。このロンチ
グラムモードが選択されると、ロンチグラム用の結像条
件に各レンズやアライメントコイルが制御される。更
に、電子光学系を走査透過電子顕微鏡モードに維持した
状態で、ＴＶカメラ２８か３１が選択されて光軸上に配
置される。この状態で、ロンチグラム信号がＴＶカメラ
から得られ、その信号は透過電子顕微鏡像のＴＶ電源４
０、インターフェイス４３を介してコンピュータ４４に
供給される。この結果、表示装置４９の像表示領域５０
には、適切な大きさと明るさのロンチグラムが表示され
るので、オペレータは、ロンチグラムを観察しながら非
点の補正とアライメントの調整を行なう。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、コンデンサレン
ズ、対物レンズにより電子ビームを試料上に集束すると
共に、電子ビームを試料上で走査し、試料を透過した電
子を検出し、透過電子検出信号を電子ビームの走査に同
期して表示するようにした電子顕微鏡に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子顕微鏡における走査透過電子顕微鏡
像観察モードでは、電子銃から発生し加速された電子ビ
ームを、コンデンサレンズ、対物レンズにより試料上に
細く集束すると共に、試料上の所定範囲を電子ビームで
走査するようにしている。試料に電子ビームを照射する
ことによってこの試料を透過した電子を検出し、この検
出信号を一次電子ビームの走査に応じてディスプレイに
供給し、試料の走査透過電子顕微鏡像を表示するように
している。

【０００３】このような電子顕微鏡において、得られる
像の分解能は、試料に照射される電子ビームの非点の状
態と電子ビームの軸ズレの状態によって左右される。そ
のため、各レンズに非点補正装置(スティグマ)やアライ
メント装置を付属させ、実際に走査透過電子顕微鏡像を
表示させ、その像を観察しながら、像の状態が最適にな
るように非点補正装置やアライメント装置の調整を行な
っている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、走査透
過電子顕微鏡像を観察しながら非点補正装置やアライメ
ント装置の調整を行なって、充分に非点の補正をした
り、電子ビームの軸合わせを行なうことは熟練者であっ
ても困難な作業となっている。この非点補正等は、走査
透過電子顕微鏡像の観察時のみならず、通常の走査電子
顕微鏡像を観察する場合でも行わねばならない。

【０００５】本発明は、このような点に鑑みてなされた
もので、その目的は、熟練者でなくとも簡単に非点補正
や電子ビームの軸合わせを行なうことができる電子顕微
鏡を実現するにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明に基づく電子顕微
鏡は、照射レンズ系により比較的大きな径の電子ビーム
を試料に照射し、試料を透過した電子を結像レンズ系で
ＴＶカメラのスクリーン上に結像するようにし、ＴＶカ
メラから得られた映像信号をディスプレイに供給して透
過電子顕微鏡像を表示するようにした透過電子顕微鏡像
観察モードと、照射レンズ系のレンズ強度を変化させ、
試料に照射される電子ビームプローブの径を比較的小さ
くし、更に試料に照射される電子ビームを２次元的に走
査するようにし、試料を透過した電子をＴＶカメラに代
えて光軸上に配置された検出器によって検出し、検出器
によって検出された映像信号を、電子ビームの走査に応
じてディスプレイに供給して走査透過電子顕微鏡像を表
示するようにした走査透過電子顕微鏡像観察モードとを
選択的に切り替えられる電子顕微鏡であって、該電子顕
微鏡は、各レンズの非点を補正する手段と電子ビームの
軸合わせのためのアライメントコイルを備え、更に、各
レンズの強度、電子ビームの走査、検出器とＴＶカメラ
の選択とを自動的に制御し得るシステムを備えており、
該システムに対してロンチグラムの表示を指示すると、
電子光学系は走査透過電子顕微鏡像モードに自動的に設
定され、その際、電子ビームの試料上での走査を行わ
ず、試料を透過して形成された光軸上の回折パターンを
ＴＶカメラによって検出し、ＴＶカメラからの映像信号
をディスプレイに表示するように構成したことを特徴と
している。

【０００７】本発明では、ロンチグラムを簡単に表示さ
せることができ、このロンチグラムを観察しながら電子
ビームの非点の補正や電子ビームの軸ズレの補正を行う
ことができるので、熟練者でなくとも、非点補正や電子
ビームの軸合わせを容易に行なうことができる。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明に基づく電
子顕微鏡の一例を示したもので、この顕微鏡では、電子
ビームを試料上で走査し、試料表面からの２次電子に基
づく走査電子顕微鏡像と、同じく電子ビームを試料上で
走査し、試料を透過した電子に基づく走査透過電子顕微
鏡像と、電子ビームを走査せず、試料を透過した電子に
基づく透過電子顕微鏡像の複数の像の観察ができるよう
に構成されている。

【０００９】図において、電子顕微鏡カラム１の上部に
配置された電子銃２から発生した電子ビームは、加速管
３によって加速される。加速管３によって例えば５０ｋ
Ｖに加速された電子ビームは、第１のコンデンサレンズ
４と第２のコンデンサレンズ５によって集束される。

【００１０】コンデンサレンズ４、５によって集束され
た電子ビームの中心部分は、コンデンサレンズアパーチ
ャ６の開口を通り、電子ビームの外側の収差の大きい部
分をアパーチャ５によって遮蔽するようにしている。な
お、コンデンサレンズアパーチャ６には、複数の径の異
なった開口が設けられており、顕微鏡の各種モードに応
じていずれかの適切な径の開口が光軸上に配置されるよ
うに構成されている。加速管３とコンデンサレンズ４と
の間には、電子銃２から発生し、加速管３によって加速
された電子ビームの軸ずれを補正するための一対のアラ
イメントコイル７,８が配置されている。

【００１１】コンデンサレンズアパチャー６の開口を通
過した電子ビームは、コンデンサミニレンズ９によって
電子ビームのフォーカスの微調整がなされた後、対物レ
ンズ１０の磁場中に配置された試料１１に照射される。
コンデンサレンズアパーチャ６と試料１１との間には、
コンデンサレンズの非点収差を補正するための非点収差
補正レンズ１３、コンデンサレンズ４、５によって集束
された電子ビームの軸ずれを補正するためのアライメン
トコイル１４、１５が配置されている。なお、アライメ
ントコイル１４、１５は、走査像観察モードの際には、
電子ビームの２次元走査用のコイルとしても動作する。

【００１２】対物レンズ１０による試料１１の前方磁場
は、電子ビームのフォーカスに寄与し、試料１１の後方
磁場は、後段の中間レンズ１６、１７、１８と投影レン
ズ１９とによって結像レンズ系を構成する。なお、対物
レンズ１０の前方には、対物レンズアパーチャ２０が配
置されており、電子ビームの外側の収差の大きい部分を
アパーチャ２０によって遮蔽するようにしている。な
お、対物レンズアパーチャ２０には、複数の径の異なっ
た開口が設けられており、顕微鏡の各種モードに応じて
いずれかの適切な径の開口が光軸上に配置されるように
構成されている。また、対物レンズ１０とアパーチャ２
１との間には、対物レンズ１０の磁場の微調整をするた
めの対物ミニレンズ２２が配置されている。

【００１３】更に、対物レンズアパーチャ２０の下部に
は、対物レンズ１０の非点収差を補正するための非点収
差補正レンズ２３、像の観察範囲を電気的に変化させる
ためのイメージシフトコイル２４、２５が設けられてい
る。また、中間レンズ１６に接近した位置と、投影レン
ズ１９の後段には、電子ビームの軸合わせ用のアライメ
ントコイル１２，２６が配置されている。

【００１４】試料１１の上部には、２次電子検出器２７
が設けられている。この２次電子検出器は、走査電子顕
微鏡像観察モードの際に動作させられるもので、例え
ば、シンチレータと光電子増倍管より構成される検出器
が用いられ、試料からの２次電子を加速してシンチレー
タに導くようにされている。

【００１５】また、結像レンズ系の後段には、上から順
番に、ＣＣＤカメラのごとき第１のＴＶカメラ２８、暗
視野像観察用検出器２９、明視野像観察用検出器３０、
ＣＣＤカメラのごとき第２のＴＶカメラ３１が配置され
ている。第１のＴＶカメラ２８は、駆動機構３３aによ
って光軸上に挿脱可能に構成されている。また、暗視野
像観察用検出器２９、明視野像観察用検出器３０は、そ
れぞれ駆動機構３４、３５によって光軸上に挿脱可能に
構成されている。更に、第２のＴＶカメラ３１は、駆動
機構３３bによって光軸上に挿脱可能に構成されてい
る。

【００１６】カラム１内のレンズ、すなわち、コンデン
サレンズ４、５、コンデンサミニレンズ９、対物レンズ
１０、対物ミニレンズ２２、中間レンズ１６、１７、１
８、投影レンズ１９および非点収差補正レンズ１３、２
３には、レンズ電源３６から励磁電流が供給される。ま
た、前記電子銃２と加速管３には、高電圧電源３７から
所望の高電圧が印加される。

【００１７】更に、電子銃アライメントコイル７、８、
コンデンサレンズアライメントコイル１４、１５、イメ
ージシフトコイル２４、２５、結像レンズ系アライメン
トコイル１２，２６には、アライメント電源３８からそ
れぞれ所望の電流が流され、それに伴って各コイルによ
り発生した磁場により電子ビームは適宜軸ズレが補正さ
れ、また像の位置が移動させられる。

【００１８】また、２次電子検出器２７の駆動機構３
２、第１のＴＶカメラ２８の駆動機構３３ａ、暗視野像
観察用検出器２９の駆動機構３４、明視野像観察用検出
器３０の駆動機構３５、第２のＴＶカメラ３１の駆動機
構３３ｂは、検出器駆動電源３９からの駆動電圧によ
り、選択的に駆動され、特定の検出器のみが光軸に配置
されるか、光軸に接近させられるように構成されてい
る。

【００１９】また、第１のＴＶカメラ２８および第２の
ＴＶカメラ３１からの透過電子顕微鏡像信号取得のため
のＴＶ電源４０が備えられており、また、２次電子検出
器２７、暗視野像観察用検出器２９、明視野像観察用検
出器３０からの走査像信号は、像信号増幅器４１に供給
される。

【００２０】また、カラム１内の光軸に沿って配置され
るアパーチャ６、２０、２１は、アパーチャ駆動電源４
２によって駆動され、光軸上の各アパーチャの開口の大
きさは最適なものに選択される。

【００２１】前記レンズ電源３６、高電圧電源３７、ア
ライメント電源３８、検出器駆動電源３９、ＴＶカメラ
用電源４０、検出器信号増幅器４１、アパーチャ駆動電
源４２は、インターフェース４３を介してコンピュータ
４４に接続されている。この結果、レンズ電源３６、高
電圧電源３７、アライメント電源３８、検出器駆動電源
３９、ＴＶカメラ用電源４０、信号増幅器４１、アパー
チャ駆動電源４２は、コンピュータ４４によって制御さ
れることになる。

【００２２】コンピュータ４４には、メモリー４５が接
続されているが、このメモリー４５には、各レンズ強
度、検出器の選択、アパーチャの開口の選択などが、電
子顕微鏡の観察モード、電子銃の加速電圧や倍率に応じ
てテーブルの形式で記憶されている。

【００２３】例えば、電子銃の加速電圧を変化させた場
合には、選択された加速電圧で電子ビームが最適に試料
１１にフォーカスされ、試料を透過した電子像が例えば
指定された倍率となるように、第１のＴＶカメラ２８の
スクリーン上に最適に投影されるような各レンズ強度が
あらかじめ記憶されている。

【００２４】コンピュータ４４には、キーボード４６、
マウス４７、コントロールパネル４８、ディスプレイ４
９が接続されており、キーボード４６、マウス４７によ
ってコンピュータ４４への指令や各種の条件設定を行な
うことができるように構成されている。

【００２５】また、ディスプレイ４９の画面には、像表
示領域５０、装置の制御のためのＧＵＩ(グラフィック
ユーザーインターフェイス)５１、マウス４７やキーボ
ード４６によって画面上を移動するポインター５２が表
示されている。また、当然のことながら、コンピュータ
４４内には、電子顕微鏡の各種構成要素を指定されたモ
ードや条件に応じてコントロールするためのソフトウェ
ア５３が備えられている。このような構成の動作を次に
説明する。

【００２６】さて、図１に示した電子顕微鏡は、透過電
子顕微鏡像の観察と、走査電子顕微鏡像の観察と、走査
透過電子顕微鏡像の観察とを行なうことができる。透過
電子顕微鏡像を観察する場合、キーボード４６やマウス
４７を用いて、ディスプレイ４９に表示されているＧＵ
Ｉ５１中の例えば、ＴＥＭの表示がされている領域にポ
インター５２を位置させ、マウス４７をクリックするな
どして、ＴＥＭモードを選択する。

【００２７】ＴＥＭモードが選択されると、コンピュー
タ４４は検出器駆動電源３９を制御し、駆動機構３２に
より２次電子検出器２７を光軸から遠くに退避させ、駆
動機構３４により暗視野像検出器２９を、駆動機構３５
により明視野像検出器３０を光軸上から退避させる。そ
して、駆動機構３３ａと３３ｂによって、第１のＴＶカ
メラ２８か第２のＴＶカメラ３１のいずれか一方を光軸
上に配置し、他方を光軸から退避させる。

【００２８】この第１のＴＶカメラ２８は広視野観察用
に比較的低い倍率の像を観察する際に主として用いられ
るもので、投影レンズ１９に近い位置に配置される。ま
た、第２のＴＶカメラ３１は、高分解能のＴＶカメラが
用いられ、比較的高い倍率で像の観察を行う際に用いら
れる。この２種のＴＶカメラのいずれを用いるかは、コ
ンピュータ４４のディスプレイ４９のＧＵＩ５１によっ
て選択することができる。

【００２９】例えば、広視野の電子顕微鏡像を観察する
場合には、第１のＴＶカメラ２８が光軸上に配置され、
第２のＴＶカメラ３１は光軸から退避させられる。この
状態で、コンピュータ４４はコンデンサレンズ４、５、
対物レンズ１０の励磁電流を制御し、比較的太い径(１n
m）のプローブが試料１１に照射されるように制御す
る。また、中間レンズ１６〜１８と投影レンズ１９の励
磁電流を制御し、試料１１を透過した電子による像が第
１のＴＶカメラ２８のスクリーン上に結像されるように
制御する。

【００３０】このように各レンズを制御して電子銃２か
らの電子ビームを試料１１に照射すれば、第１のＴＶカ
メラ２８のスクリーン上には試料の特定広視野の透過電
子顕微鏡像が投影される。ＴＶカメラ２８のスクリーン
上に投影された像は映像信号として読み出され、透過電
子顕微鏡像取得のためのＴＶ電源４０を介してコンピュ
ータ４４に送られる。コンピュータ４４に供給された映
像信号は、ディスプレイ４９に供給され、ディスプレイ
４９の画面の像表示領域５０上には、広領域の倍率の比
較的低い透過電子顕微鏡像が表示される。

【００３１】なお、比較的倍率の高い高分解能の透過電
子顕微鏡像を観察する場合には、駆動機構３３ａによっ
て第１のＴＶカメラ２８が光軸上から退避させられ、駆
動機構３３ｂによって第２のＴＶカメラ３１が光軸上に
配置される。その際には、中間レンズ１６〜１８、投影
レンズ１９のレンズ強度が調整され、電子像がカラム１
の下部に配置された第２のＴＶカメラ３１のスクリーン
上に結像されるように制御される。

【００３２】ＴＶカメラ３１のスクリーン上に投影され
た像は映像信号として読み出され、透過電子顕微鏡像取
得のためのＴＶ電源４０を介してコンピュータ４４に送
られる。コンピュータ４４に供給された映像信号は、デ
ィスプレイ４９に供給され、ディスプレイ４９の画面の
像表示領域５０上には、倍率の高い高分解能の透過電子
顕微鏡像が表示される。なお、第１のＴＶカメラ２８を
用いて得られた像は試料の視野探しのために用いられ、
第２のＴＶカメラ３１を用いて得られた像は視野探しの
結果得られた試料の所望領域の高分解能の像となる。

【００３３】次に、走査電子顕微鏡像（ＳＥＭ像）と走
査透過電子顕微鏡像（ＳＴＥＭ像）を観察する際の操作
について説明する。走査電子顕微鏡像あるいは走査透過
電子顕微鏡像を観察する場合、キーボード４６やマウス
４７を用いて、ディスプレイ４９に表示されているＧＵ
Ｉ５１中の例えば、ＳＥＭあるいはＳＴＥＭの表示がさ
れている領域にポインター５２を位置させ、マウス４７
をクリックするなどして、ＳＥＭあるいはＳＴＥＭモー
ドを選択する。

【００３４】このＳＥＭモードが選択されると、コンピ
ュータ４４は検出器駆動電源３９を制御し、駆動機構３
２によって２次電子検出器２７を光軸に近い位置に移動
させ、暗視野像検出器２９、明視野像検出器３０を光軸
上から退避させる。そして、第１のＴＶカメラ２８と第
２のＴＶカメラ３１も光軸から退避させる。

【００３５】この状態で、コンピュータ４４はコンデン
サレンズ４、５、対物レンズ１０の励磁電流を制御し、
比較的細い径(０．２nm程度）のプローブが試料１１に
照射されるように制御する。このように各レンズを制御
して電子銃２からの電子ビームを試料１１に照射すると
共に、コンデンサレンズアライメントコイル１４、１５
に電子ビームの２次元走査信号を供給すれば、試料１１
の所定領域で電子ビームが２次元的に走査される。

【００３６】試料上の電子ビームの２次元走査に基づい
て試料１１の表面から発生した２次電子は、２次電子検
出器２７に導かれて検出される。検出された２次電子信
号は、映像信号として増幅器４１を介してコンピュータ
４４に供給される。コンピュータ４４に供給された映像
信号は、ディスプレイ４９に供給され、その結果、像表
示領域５０には、走査電子顕微鏡像が表示されることに
なる。

【００３７】次に、ＳＴＥＭモードが選択されると、コ
ンピュータ４４は検出器駆動電源３９を制御し、駆動機
構３２によって２次電子検出器２７を光軸から遠くに離
し、駆動機構３３ａ、３３ｂを駆動して、暗視野像検出
器２９、明視野像検出器３０のいずれか一方を光軸上に
配置し、他方を光軸上から退避させる。そして、第１の
ＴＶカメラ２８と第２のＴＶカメラ３１も光軸から退避
させる。

【００３８】この状態で、コンピュータ４４はコンデン
サレンズ４、５、対物レンズ１０の励磁電流を制御し、
比較的細い径(０．２nm程度）のプローブが試料１１に
照射されるように制御する。このように各レンズを制御
して電子銃２からの電子ビームを試料１１に照射すると
共に、コンデンサレンズアライメントコイル１４、１５
に電子ビームの２次元走査信号を供給すれば、試料１１
の所定領域で電子ビームが２次元的に走査される。

【００３９】試料上の電子ビームの２次元走査に基づい
て試料１１を透過した電子は、光軸上に配置された暗視
野像用検出器２９か明視野像用検出器３０のいずれかに
よって検出される。検出された透過電子信号は、映像信
号として増幅器４１を介してコンピュータ４４に供給さ
れる。コンピュータ４４に供給された映像信号は、ディ
スプレイ４９に供給され、その結果、像表示領域５０に
は、明視野か暗視野の走査透過電子顕微鏡像が表示され
ることになる。

【００４０】図２にＴＥＭモードとＳＥＭおよびＳＴＥ
Ｍモードの時の各レンズ強度と光路を参考として示して
いる。図２において実線がＴＥＭモードの時のレンズ強
度と光路を示しており、点線がＳＥＭおよびＳＴＥＭモ
ードの時のレンズ強度と光路を示している。図中ＣＬは
コンデンサレンズであり、図１の装置の２段のコンデン
サレンズを１段で示している。また、ＯＬpreは対物レ
ンズ１０による試料の前方磁場を示しており、ＯＬpost
は、対物レンズ１０による試料の後方磁場を示してい
る。

【００４１】更に、ＩＬ１は第１の中間レンズで、図１
に示した装置の２段の中間レンズを１段で示している。
ＩＬ２＋ＰＬは、図１における３段目の中間レンズと投
影レンズの合成レンズを示している。この図から明らか
なように、ＳＥＭ・ＳＴＥＭモードでは、ＴＥＭモード
に比べて対物レンズ１０のレンズ強度が強くされ、中間
レンズ系のレンズ強度は弱くされている。

【００４２】以上説明したように、図１の装置では、透
過電子顕微鏡像、走査電子顕微鏡像、走査透過電子顕微
鏡像の観察が可能である。ここで、ＳＥＭ像や走査ＴＥ
Ｍ像を得る場合に重要な点は、試料に照射されるプロー
ブに非点がないか極めて小さいこと、そして、電子ビー
ムが光軸に沿って試料に照射されるように電子ビームが
アライメントされていることである。

【００４３】この非点の補正と電子ビームのアライメン
トの操作は、従来はディスプレイ４９に表示されたＴＥ
Ｍ像やＳＥＭ像、ＳＴＥＭ像を観察しながら、各種非点
補正装置のつまみを調整したり、アライメントコイルに
流す電流を調整して、試行錯誤により行っていた。この
ため、装置の熟練者であっても適正に非点の補正を行っ
たり、電子ビームのアライメントを正確に短時間に行う
ことは困難であった。

【００４４】本発明では、ディスプレイ４９上にロンチ
グラム(Ronchigram)操作の表示領域を設け、この表示領
域にポインター５２を位置させ、マウス４７によりクリ
ックすると、検出器として第１のＴＶカメラ２８が選択
され、各レンズ系の条件がロンチグラムを表示するに適
した値にされる。図３にはディスプレイ４９上のロンチ
グラムの表示領域の一例を示しており、各種の条件設定
のための表示領域Ｃ１,Ｃ２,…,Ｃｎと共に、RONCHIGRA
Mの表示領域Ｒが設けられている。なお、Ｃ１はＳＴＭ
モード、ＳＴＥＭモード、ＴＥＭモードを選択する条件
設定領域とされている。

【００４５】ここで、ロンチグラムは走査透過電子顕微
鏡像の観察モードにおいて、試料１１を透過した電子の
回折パターンの内、光軸に沿って形成された電子ビーム
の回折パターンの像を意味している。図４はロンチグラ
ムの一例を示したもので、(ａ)は試料１１に照射される
電子ビームに非点がない状態で観察されるロンチグラム
を、(ｂ)は非点が生じている状態で観察されるロンチグ
ラムを、(ｃ)は電子ビームの軸ズレが生じている状態で
観察されるロンチグラムを示している。

【００４６】図４(ａ)のロンチグラムにおいては、円形
の回折パターンの内、中心部分の比較的大きな模様の像
が大きく、コンデンサレンズアパーチャの影である周辺
部の比較的細かな像の乱れ部分の幅が、全体的に比較的
狭く、周辺部全周にわたってその幅がほぼ均一となって
いる。このようなロンチグラムが得られた場合には、試
料１１に照射される電子ビームに非点がほとんどなく、
また、電子ビームのアライメントも正確になされている
と判断できる。

【００４７】図４(ｂ)のロンチグラムにおいては、円形
の回折パターンの内、中心部分の比較的大きな模様の像
が比較的小さくなっており、コンデンサレンズアパーチ
ャの影である周辺部の比較的細かな像の乱れ部分の幅
が、全体的に比較的広く、周辺部全周にわたってその幅
が均一となっていない。このようなロンチグラムが得ら
れた場合には、試料１１に照射される電子ビームに非点
があると判断できる。

【００４８】図４(ｃ)のロンチグラムにおいては、円形
の回折パターンの内、中心部分の比較的大きな模様の像
が小さくまたこの大きな模様の像部分がロンチグラムの
中心からずれている。そして、コンデンサレンズアパー
チャの影である比較的細かな像の乱れ部分がロンチグラ
ム全体のかなり多くの領域を占めている。このようなロ
ンチグラムが得られた場合には、試料１１に照射される
電子ビームが正確にアライメントされていないと判断で
きる。

【００４９】この図４(ｂ)，(Ｃ)のロンチグラムが得ら
れた場合には、コンデンサレンズ非点補正装置１３と対
物レンズ非点補正装置２３を調整し、また、電子銃アラ
イメントコイル７、８、コンデンサレンズアライメント
コイル１４、１５を調整し、図４（ａ）に示したような
ロンチグラムが表示されるようにすれば、試料１１に照
射される電子ビームの非点をほぼなくすことができ、ま
た、電子ビームのアライメントも正確に調整することが
できる。

【００５０】このように、ロンチグラムを表示させ、ロ
ンチグラムを観察しながら非点補正装置とアライメント
コイルの調整を行ない、ロンチグラムの状態が図４
（ａ）に示すような状態とすることにより、装置の熟練
者でなくても、簡単に電子ビームの非点の補正動作とア
ライメント補正動作を行うことができ、試料１１には、
図４(ａ)に示したような非点収差がほとんどなく、電子
ビームの軸ズレもない電子ビームを照射することができ
る。

【００５１】しかしながら、このロンチグラムを表示さ
せるためにも熟練が要求される。このため、本発明は、
電子顕微鏡においてこのロンチグラムの表示を簡単に初
心者でも行うことを可能とするものである。以下図１に
示した装置でロンチグラムの表示を行わせる動作につい
て、図５のフローチャートも参考にして説明する。

【００５２】まず、あらかじめコンピュータ４４に接続
されたメモリー４５には、ロンチグラム表示モードの際
の各種レンズ系のレンズ強度が、加速電圧値等の条件ご
とにテーブルの形式で記憶されている。ロンチグラム表
示モードにおいては、図１の電子顕微鏡は走査透過電子
顕微鏡モードにされる。すなわち、図２において、各レ
ンズ強度と電子ビームの光路は、破線で示した状態とさ
れる。

【００５３】図２において、試料１１の位置を一定に保
持したまま、すなわち、対物レンズの前方磁場との距離
Ｌ１と対物レンズの後方磁場との距離Ｌ２を一定に保っ
たまま、試料面上のスポット径を変化させるには、コン
デンサレンズ系ＣＬと対物レンズＯＬの励磁を変えれば
良いことが分かる。

【００５４】そのときに、ＴＶカメラのスクリーンＳ上
に回折パターンを結像するためには、中間レンズ系ＩＬ
の励磁を変化させる必要がある。また、適当な大きさの
パターンをスクリーンＳ上に表示し、明るさをＴＶカメ
ラの許容範囲に収めるには、中間レンズＩＬ１以下の結
像レンズ系（ＩＬ２・ＰＬ）で、ＩＬ１によって結像さ
れた回折パターンを適切な大きさに拡大、または縮小す
る必要がある。

【００５５】この時のＩＬ１〜ＰＬまでの結像レンズの
電流値をテーブルにしてコンピュータ４４のメモリー４
５に記憶させておけば、ＴＥＭモードからＳＴＥＭモー
ドにモードを変化をさせたときに、コンピュータ４４の
メモリー４５からデータを読み出し、各レンズに記憶さ
れていた電流値を設定すれば、スクリーンＳ上に回折パ
ターンを適当な大きさと明るさで表示させることができ
る。

【００５６】次に、図５のフローチャートにしたがって
動作説明をする。まず、表示装置４９のＧＵＩ５１とポ
インター５２を用いて、照射電子光学系を走査電子顕微
鏡（ＳＥＭ）像観察モードとなるように指示する。この
指示に基づきコンピュータ４４は、電子光学系の試料へ
の電子ビームの照射系を図２の破線の状態にし、２次電
子検出器２７の検出信号に基づいて、ディスプレイ４９
の表示領域５０に走査電子顕微鏡像を表示させる。この
走査電子顕微鏡像の観察により、ロンチグラムの表示に
適した領域の視野探しを行う。

【００５７】この視野探しは、結像レンズ系の条件をＳ
ＴＥＭモードにし、暗視野像用検出器２９か明視野像観
察用検出器３０を用いて走査透過電子顕微鏡像を表示さ
せ、その像を観察することによって行うことができる。
なお、視野探しは、像を観察しながら試料１１を移動さ
せ、ロンチグラムによって非点又は軸合わせのずれを明
瞭に表示可能な視野を光軸上（像の中心）に位置させ
る。なお、この際に用いられる試料としては、カーボン
等の非晶質試料を用いることが望ましい。

【００５８】ロンチグラムによって非点又は軸合わせの
ずれを明瞭に表示可能な視野を光軸上に位置させた後、
次に、ＧＵＩ５１のRonchigramのボタンをクリックす
る。このロンチグラムモードが選択されると、ロンチグ
ラム用の結像条件に各レンズやアライメントコイルが制
御される。更に、電子光学系を走査透過電子顕微鏡モー
ドに維持した状態で、光軸上に配置されていた検出器２
９あるいは３０を光軸上から退避させ、ＴＶカメラ２８
か３１が選択されて光軸上に配置される。なお、これら
の動作は、ロンチグラムモードの選択により、コンピュ
ータ４４により自動的に行なわれる。

【００５９】この状態で、ロンチグラム信号がＴＶカメ
ラから得られ、その信号はＴＶカメラ用電源４０、イン
ターフェイス４３を介してコンピュータ４４に供給され
る。この際、表示装置４９の像表示領域５０には、適切
な大きさと明るさのロンチグラムが表示されるように、
各レンズ強度、アライメントコイルへ流す電流値データ
をあらかじめメモリー４５に記憶させておき、ロンチグ
ラムの表示モードが選択されたときには、メモリー４５
から記憶されていたデータを読み出し、そのデータに基
づいて各レンズ、コイルに適切な電流を供給することは
有効である。

【００６０】オペレータは、表示領域５０に表示された
ロンチグラムを観察しながらコンデンサレンズの非点補
正レンズ１３、対物レンズ非点補正レンズ２３に流す電
流量を調整し、表示されたロンチグラムが図４（ａ）の
ごとき非点のない状態となるアライメント電源値を、制
御パネル４８を操作してコンピュータ４４に設定する。

【００６１】また、オペレータは、表示領域５０に表示
されたロンチグラムを観察しながら電子銃２のアライメ
ントコイル７、８、コンデンサレンズのアライメントコ
イル１４、１５、投影レンズのアライメントコイル２６
に流す電流量を調整し、表示されたロンチグラムが図４
（ａ）の状態となるように制御パネル４８を操作する。
なお、各アライメントコイルは、８極子のコイルが用い
られているが、電磁型の補正装置に限らず、静電型の８
極子レンズを用いても良い。

【００６２】表示領域５０に表示されたロンチグラムが
図４（ａ）のごとく非点が補正され、また、適切にアラ
イメントされた後、ポインター５２によりRonchigramボ
タンをクリックしてロンチグラム観察モードを解除す
る。この解除により、ＴＶカメラ２８か３１が光軸から
退避され、２次電子電子顕微鏡像用検出器２７、明視野
像観察用検出器３０、暗視野像観察用検出器２９の選択
が行なわれる。この選択により、３０と３３の検出器に
ついては、選択された検出器が光軸上に配置される。更
に、コンピュータ４４の制御により、メモリー４５に記
憶されていた走査像観察用の各レンズ条件やアライメン
ト条件が読み出され、自動的に各レンズやアライメント
コイルが読み出された条件に設定される。この状態でビ
ームの操作を開始し走査像（ＳＥＭ像や暗視野又は明視
野のＳＴＥＭ像）が観察されるが、試料に照射される電
子ビームは非点が補正され、また、軸ズレも補正されて
いるので、高い分解能の像が得られる。

【００６３】以上本発明の実施の形態を説明したが、本
発明はこの実施の形態に限定されず幾多の変形が可能で
ある。例えば、走査像として３種の像を観察できるよう
に構成したが、２種あるいは１種の走査像を観察できる
装置にも本発明を適用することができる。また、２次電
子を検出するようにしたが、反射電子を検出するように
しても良い。

【００６４】更に、ロンチグラムを取得する試料中の視
野を探すために、走査像を用いたが、適切な試料位置を
選択するために透過電子顕微鏡像モードを用いても良
い。この場合、最初は、図２の電子光学系で実線の状態
に各レンズの強度を設定する。また、光路も実線の状態
とし、試料を透過した電子をＴＶカメラによって検出し
て透過電子顕微鏡像を表示させ、試料を移動させてロン
チグラムによって非点又は軸合わせのずれを明瞭に表示
可能な視野を光軸上に配置する。その後ロンチグラムボ
タンをクリックして電子光学系の条件をＳＴＥＭ像観察
モードとし、電子ビームの照射位置を光軸上の試料部分
に固定して、ロンチグラムを表示させるように構成して
も良い。

【００６５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に基づく電
子顕微鏡は、照射レンズ系により比較的大きな径の電子
ビームを試料に照射し、試料を透過した電子を結像レン
ズ系でＴＶカメラのスクリーン上に結像するようにし、
ＴＶカメラから得られた映像信号をディスプレイに供給
して透過電子顕微鏡像を表示するようにした透過電子顕
微鏡像観察モードと、照射レンズ系のレンズ強度を変化
させ、試料に照射される電子ビームプローブの径を比較
的小さくし、更に試料に照射される電子ビームを２次元
的に走査するようにし、試料を透過した電子をＴＶカメ
ラに代えて光軸上に配置された検出器によって検出し、
検出器によって検出された映像信号を、電子ビームの走
査に応じてディスプレイに供給して走査透過電子顕微鏡
像を表示するようにした走査透過電子顕微鏡像観察モー
ドとを選択的に切り替えられる電子顕微鏡であって、該
電子顕微鏡は、各レンズの非点を補正する手段と電子ビ
ームの軸合わせのためのアライメントコイルを備え、更
に、各レンズの強度、電子ビームの走査、検出器とＴＶ
カメラの選択とを自動的に制御し得るシステムを備えて
おり、該システムに対してロンチグラムの表示を指示す
ると、電子光学系は走査透過電子顕微鏡像モードに自動
的に設定され、その際、電子ビームの試料上での走査を
行わず、試料を透過して形成された光軸上の回折パター
ンをＴＶカメラによって検出し、ＴＶカメラからの映像
信号をディスプレイに表示するように構成したことを特
徴としている。

【００６６】その結果、本発明では、ロンチグラムを簡
単に表示させることができ、このロンチグラムを観察し
ながら電子ビームの非点の補正や電子ビームの軸ズレの
補正を行うことができるので、通常の透過型電子顕微鏡
像や走査電子顕微鏡像を観察しながら非点補正やアライ
メントを行うことに比べて、非点補正や電子ビームの軸
合わせを容易に正確に行なうことができる。したがっ
て、試料の走査透過電子顕微鏡像や走査電子顕微鏡像な
どの電子ビームプローブを走査することによって得られ
る像の分解能を高くすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に基づく電子顕微鏡の一例を示す図であ
る。

【図２】ＳＥＭモードとＴＥＭモードのレンズ強度と光
路を示す図である。

【図３】表示装置上のＧＵＩの一例を示す図である。

【図４】ロンチグラムの一例を示す図である。

【図５】図１の電子顕微鏡の動作を説明するためのフロ
ーチャートである。

【符号の説明】

１カラム２電子銃３加速管６、２０、２１アパーチャ７、８電子銃アライメントコイル１０対物レンズ１１試料１３、２３非点補正レンズ１４、１５コンデンサレンズアライメントコイル１６、１７、１８中間レンズ１９投影レンズ２４、２５イメージシフトコイル２６投影レンズアライメントコイル２７２次電子検出器２９暗視野像用検出器３０明視野像用検出器２８、３１ＴＶカメラ３２２次電子検出噐用電源３３ａ、３３ｂＴＶカメラ駆動機構３４、３５検出器駆動機構３６レンズ電源３７高電圧電源３８アライメントコイル用電源３９検出器駆動電源４０ＴＥＭ像のためのＴＶ電源４１走査像用信号増幅器４２アパーチャ駆動電源４３インターフェース４４コンピュータ４５メモリー４６キーボード４７マウス４８コントロールパネル４９ディスプレイ５０像表示領域５１ＧＵＩ５２ポインター

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者大崎光明東京都昭島市武蔵野三丁目１番２号日本電子株式会社内Ｆターム(参考） 5C033 EE04 HH01 NN03 SS04 SS07 UU06

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】照射レンズ系により比較的大きな径の電
子ビームを試料に照射し、試料を透過した電子を結像レ
ンズ系でＴＶカメラのスクリーン上に結像するように
し、ＴＶカメラから得られた映像信号をディスプレイに
供給して透過電子顕微鏡像を表示するようにした透過電
子顕微鏡像観察モードと、照射レンズ系のレンズ強度を
変化させ、試料に照射される電子ビームプローブの径を
比較的小さくし、更に試料に照射される電子ビームを２
次元的に走査するようにし、試料を透過した電子をＴＶ
カメラに代えて光軸上に配置された検出器によって検出
し、検出器によって検出された映像信号を、電子ビーム
の走査に応じてディスプレイに供給して走査透過電子顕
微鏡像を表示するようにした走査透過電子顕微鏡像観察
モードとを選択的に切り替えられる電子顕微鏡であっ
て、該電子顕微鏡は、各レンズの非点を補正する手段と
電子ビームの軸合わせのためのアライメントコイルを備
え、更に、各レンズの強度、電子ビームの走査、検出器
とＴＶカメラの選択とを自動的に制御し得るシステムを
備えており、該システムに対してロンチグラムの表示を
指示すると、電子光学系は走査透過電子顕微鏡像モード
に自動的に設定され、その際、電子ビームの試料上での
走査を行わず、試料を透過して形成された光軸上の回折
パターンをＴＶカメラによって検出し、ＴＶカメラから
の映像信号をディスプレイに表示するように構成した電
子顕微鏡。
【請求項２】ロンチグラムの表示の指示を解除する
と、電子光学系は、透過走査像観察モードのまま維持さ
れ、電子ビームの試料上の走査が行なわれ、ＴＶカメラ
に代わって自動的に電子検出器が光軸上に配置される請
求項１記載の電子顕微鏡。
【請求項３】広視野の像の信号を取得できる第１のＴ
Ｖカメラと、高分解能の像の信号を取得できる第２のＴ
Ｖカメラが光軸に沿って所定の距離離されて設けられ、
透過電子顕微鏡像観察モードの際およびロンチグラムを
得るモードの場合には、そのいずれかのＴＶカメラが光
軸上に配置される請求項１〜２記載の電子顕微鏡。
【請求項４】結像レンズ系の後段に、暗視野像観察用
検出器と明視野像観察用検出器が配置され、走査透過型
電子顕微鏡像を観察する際には、そのいずれかの検出器
がＴＶカメラに代わって光軸上に配置される請求項１〜
２記載の電子顕微鏡。
【請求項５】試料の上方に２次電子検出器が配置され
た請求項１〜４記載の電子顕微鏡。