JP2005071746A

JP2005071746A - 電子顕微鏡用撮像装置

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Publication number: JP2005071746A
Application number: JP2003298785A
Authority: JP
Inventors: Taketoshi Watanabe; 壮俊渡邉
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2003-08-22
Filing date: 2003-08-22
Publication date: 2005-03-17
Anticipated expiration: 2023-08-22
Also published as: JP4217565B2

Abstract

【課題】簡易且つ自由な構成で、電子線回折図形の任意の領域を選択してＳＴＥＭ像を得られる撮像装置を安価に提供する。
【解決手段】シンチレータ９と光信号を電気信号に変換する変換デバイス１１から成る電子線検出器８を用いた電子顕微鏡用撮像装置において、前記電子線検出器８は、前記シンチレータ９と前記変換デバイス１１の間に、前記シンチレータ９に電子線が照射されることにより発光したシンチレータ９からの光を部分的に遮蔽及び減光を行う光学デバイス１４を有し、更に前記光学デバイス１４を制御して光の部分的な遮蔽及び減光を行う駆動制御装置１５を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、透過電子顕微鏡装置の撮像装置に係り、特に電子線回折パターンを用いた走査型透過電子顕微鏡像の撮像装置に関する。

走査型透過電子顕微鏡（以下ＳＴＥＭ）は、細く絞った電子線を薄片化した試料上で走査し、試料上の各照射点で散乱、透過した電子の強度をマッピングすることにより像（ＳＴＥＭ像）を形成する電子顕微鏡である。

図７は、従来の撮像装置を備えた走査型透過電子顕微鏡の構成を示した図である。

１０１は電子顕微鏡鏡筒、１０２は電子銃、１０３は照射レンズ、１０４は電子線を試料上で走査するための偏向コイル、１０５は対物レンズ、１０６は試料、１０７は電子線回折図形を電子線検出器に投影するための投影レンズ、１０８ａは暗視野用の電子線検出器、１０８ｂは明視野用の電子線検出器、１０９はシンチレータ、１１０はライトパイプ、１１１は光電子増倍管、１１２は偏向コイル１０４の走査駆動を行う電子顕微鏡用制御装置、１１３ａは暗視野用撮像モニタ、１１３ｂは明視野用撮像モニタである。

ＳＴＥＭ像は、（１）非散乱電子による明視野像（以下「ＢＦ像」）と、（２）散乱電子による暗視野像（以下「ＤＦ像」）の２つに大別され、更にＤＦ像では、特定の領域に散乱した電子の強度による像形成から様々な情報を抽出することができるとともに、透過電子顕微鏡（以下ＴＥＭ）観察で生じるフォーカスによるコントラストの反転や、試料の厚みによる回折コントラストが発生しないので、得られた像の解釈が容易である。例えば、結晶による特定の回折電子の強度から形成した結晶性を反映したコントラスト像、結晶による回折の影響を受けない広角散乱（数十ｍｒａｄ以上）した電子の強度から形成したＺコントラスト像（原子番号の２乗に比例したコントラスト：高散乱角円環状検出暗視野法）、磁性材料の磁区分布をローレンツ力による偏向による位相差コントラスト像（下記特許文献１等）などが得られる。

また、ＳＴＥＭ像を得るための電子線検出器としては、例えば下記非特許文献１に記載されているように、半導体検出器やシンチレータ１０９を備えた光電子増倍管１１１による検出器が用いられている。一般に散乱、透過した電子の強度は各照射点での電子線回折図形から得る。ＢＦ像では円状の電子線検出器１０８ｂを用いて０次の回折点の強度を検出し、ＤＦ像ではＢＦ像用の電子線検出器１０８ｂと同軸の円環状の電子線検出器１０８ａを用いて０次以外の強度を検出する。更に、カメラ長を変化させて検出面に形成する電子線回折図形の大きさを変えることで、散乱角の異なるＤＦ像を得ることができる。そして、同心円状に配置されたこれらの検出器を用いることで、ＢＦ像とＤＦ像の両方を同時に得ることができるとともに、ＥＤＳやＥＥＬＳを組み合わせることにより、元素マッピング像も同時に得ることが可能である。

以上のように、ＳＴＥＭ観察は、ＴＥＭ観察と比較して像の解釈が容易であると同時に、特にＤＦ像からは様々な情報を抽出することが可能で、試料の詳細な情報を得るに有効な観察方法である。しかしながら、一般的に使用されているＤＦ像用の電子線検出器１０８ａは、上記のように検出領域が固定された円環状のものであるために、電子線回折図形上の散乱角範囲や特定の領域を任意に設定し、ＳＴＥＭ像を得ることができなかった。

そして、これを解決するための方法や撮像装置が幾つか提案されている。例えば、（１）下記特許文献２に記述されているように、カメラレンズに使用されている可動絞りの機構を応用した検出器を複数使用し、特定の散乱角範囲の強度からＳＴＥＭ像を得る方法や、（２）下記特許文献３に記載されているように、試料と電子線検出器の間に内角用と外角用の各々の散乱角制限絞りを設け、特定の散乱角範囲の強度からＳＴＥＭ像を得る方法、（３）下記特許文献４や下記特許文献５に記載されているように、電子線回折図形をＣＣＤや撮像管を用いて２次元検出器により撮像し、特定の領域の強度からＳＴＥＭ像を得る方法、そして（４）下記特許文献６に記載されているように、電子線照射により発光した透明基板上のシンチレータを裏面からアバランシェ型撮像素子により電子線回折図形を撮像し、特定の領域の強度からＳＴＥＭ像を得る方法が提案されている。
特開平０６−００５２３７号公報特開平０６−１３９９８８号公報特開平０９−１６７５９１号公報特開平０２−２２０３３９号公報特開平０２−０１５５４５号公報特開平０８−２８５９４７号公報日本学術振興会マイクロビームアナリシス第１４１委員会編「マイクロビームアナリシス」朝倉書店、１９８５年、ｐ．１４１−１６２

しかしながら、上記特許文献２に記述されているカメラの可動絞りの機構を応用した検出器を複数使用したＳＴＥＭ撮像装置や、特許文献３に記載されている試料と電子線検出器の間に散乱角制限絞りを設けたＳＴＥＭ撮像装置では、特定の散乱角度範囲の強度からＳＴＥＭ像を得ることはできるものの、検出領域が円環状であるために特定の領域を任意に指定することができない。更に、特許文献２に記載の検出器では機構が複雑で任意の散乱角度範囲を設定するためには３個以上検出器が必要であり、特許文献３に記載の散乱角制限絞りを設けた方法では内角と外角の２つの絞り機構を個々に結像レンズ系の間に設置しなければならないという問題点があった。

また、上記特許文献４，５に記載されている電子線回折図形を２次元検出器により撮像してＳＴＥＭ像を得る方法では、全ての情報を得ることが可能なので理想的な方法といえるが、１回の電子線走査からＳＴＥＭ像を得るにも各照射点での画像データの転送や画像処理が必要となるために応答性が悪く観察時間が大幅に増加してしまうという問題点があった。特に、高倍率観察時の試料ドリフトや、電子線照射による試料損傷の懸念される試料には不適であり、更に高精細画像を得ようとすればするほどこの問題が顕著となる方法であった。

そして、上記特許文献６に記載されているアバランシェ型撮像素子を用いてＳＴＥＭ像を得る方法では、特定の領域を撮像するために電子線回折図形が投影されたアバランシェ型撮像素子の光導電膜を電子線走査する必要があるので、電子線走査制御など装置の構成が複雑且つ高価であるという問題点があった。

本発明は上記問題点に鑑みなされたもので、本発明は、走査型透過電子顕微鏡像の撮像に関して、簡易且つ自由な構成が可能で、電子線回折図形の任意の領域を選択してＳＴＥＭ像を得られる撮像装置を安価に提供することにある。

上述の課題を解決するため、本発明の電子顕微鏡用撮像装置は、シンチレータと光信号を電気信号に変換する変換デバイスから成る電子線検出器を用いた電子顕微鏡用撮像装置であって、前記電子線検出器は、前記シンチレータと前記変換デバイスとの間に、前記シンチレータに電子線が照射されることにより発光したシンチレータからの光を部分的に遮蔽及び減光を行う光学デバイスを有し、更に前記光学デバイスを制御して光の部分的な遮蔽及び減光を行う駆動制御装置を有することを特徴とする。

特に、前記シンチレータの光を前記変換デバイスに導くための光学レンズ系を更に有することを特徴とする。

また、前記駆動制御装置により前記光学レンズ系の駆動も制御することを特徴とする。

また、前記光学デバイスは、光の部分的な遮蔽及び減光をパターン状に行うことを特徴とする。

また、前記パターンが同心円状又は格子状であることを特徴とする。

また、前記光学デバイスは、光の部分的な遮蔽及び減光を行うパターンが同心円状又は格子状であることを特徴とする。

また、前記光学デバイスが複数有ることを特徴とする。

また、前記光学デバイスが、液晶素子であることを特徴とする。

また、前記光信号を電気信号に変換する変換デバイスが、光電子増倍管であることを特徴とする。

本発明によれば、電子線回折図形上の任意に指定した特定の領域からＳＴＥＭ像を得ることのできる撮像装置を、簡易且つ自由な構成で安価に提供することが可能である。

更に、本発明の電子線検出器の大きさは構成次第で自由に変えられるため、大きな改造の必要なく現行の走査型透過電子顕微鏡装置への搭載も十分に可能である。

次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

図１は、本発明の撮像装置を備えた走査型透過電子顕微鏡の構成を示した図である。

図５は、本発明における格子状のパターンを持つ光学デバイスを示した図である。

図６は、本発明における同心円状のパターンを持つ光学デバイスを示した図である。

図１において、１〜７は、図７の従来の装置における１０１〜１０７と共通の構成要素であり、１は電子顕微鏡鏡筒、２は電子銃、３は照射レンズ、４は電子線を試料上で走査するための偏向コイル、５は対物レンズ、６は試料、７は電子線回折図形を電子線検出器に投影するための投影レンズである。８は電子線検出器、９はシンチレータ、１１は光電子増倍管を用いた光信号を電気信号に変換する変換デバイス、１２は偏向コイルの走査駆動を行う電子線走査駆動装置、１４は液晶素子を用いた光学デバイス、１５は駆動制御用ＰＣである。

シンチレータ９は、電子を光に変換するものであれば特に限定はないが、電子線のエネルギー（数十ｋｅＶ〜数百ｋｅＶ）に対する発光効率が高く、電子線照射による劣化が少なく、残光時間の短いシンチレータが望ましい。例えば、ＣｅドープのＹＡＧ（Ｙ_3-xＣｅ_xＡｌ₅Ｏ₁₂）や、Ｐｒ，Ｃｅ，ＦドープのＧＯＳ（Ｇｄ₂Ｏ₂Ｓ）、ＣｅドープのＹＳＯ（Ｙ₂ＳｉＯ₅）、Ｃｄ，Ｓ，ＡｇドープのＺｎＳなどが挙げられる。また、シンチレータの厚みはシンチレータ自身による発光した光の吸収を抑える厚み（シンチレータの材質にもよるが、数十から数百μｍ程度）が望ましい。更に、電子線照射によるシンチレータのチャージアップ防止や、発光した光の収集効率向上、外界からの迷光防止のために、数十ｋｅＶ〜数百ｋｅＶの電子線が透過し且つシンチレータの発光した光が透過しない程度の厚みを持つＡｌ等の金属膜をシンチレータ表面に形成すると良い。

シンチレータ９と光信号を電気信号に変換する変換デバイス１１の間に設置する光学デバイス１４は、電子線照射により発光したシンチレータ９の光を部分的に遮蔽及び減光が可能であれば特に限定はないが、ＳＴＥＭ像を短時間でＳ／Ｎ比を良く得るために、遮蔽時の遮蔽効果及び非遮蔽時の透過率が高く、応答速度の速い光学デバイスが望ましい。例えば、高速の電子制御が可能で、遮蔽と減光が可能な液晶素子などが挙げられる。更に、光学デバイスにより部分的に行う遮蔽及び減光のパターンについても特に限定はなく、任意のパターンであっても構わない。なお、例えば一般的なパターンとして、四角形をＸ−Ｙの格子状に並べた正方パターンや、三角形を格子状に並べたハニカムパターンや、円環や円弧を同心円に並べた同心円状パターンが挙げられる。

光信号を電気信号に変換する変換デバイス１１は、シンチレータの光の強度を電子に変換及び増倍し電気信号に変換するものであれば特に限定はないが、Ｓ／Ｎ比、変換効率、応答の良いものが望ましい。また、増幅機能を有するものであっても構わない。撮像管や撮像素子であってもよいが、本発明では撮像データの転送や画像処理等は不要であるため、安価で構成が簡単な一般的な光電子増倍管でもよい。

更に、本発明において、シンチレータ９と光信号を電気信号に変換する変換デバイス１１の間に設置された光学デバイス１４は、シンチレータ９により光に変換された電子線回折図形に対して部分的に遮蔽及び減光を作用させるデバイスであるため、光学デバイス１４の設置場所は電子線回折図形の像面と一致させる必要がある。したがって、光学デバイス１４の設置方法としては、（１）シンチレータ９の直後に光学デバイス１４を設置する方法、（２）シンチレータ９と光信号を電気信号に変換する変換デバイス１１の間にシンチレータ９の光を変換デバイス１１に導くための光学レンズ系を組み合わせ、光学レンズ系により形成される電子線回折図形の像面に光学デバイスを設置する方法（後述の実施例２，３）の２つが挙げられる。どちらの方法においても、光学デバイス１４は１つ以上複数の設置が可能で、異なるパターンのデバイスを組み合わせて使用することが可能である。

シンチレータ９の光を光信号を電気信号に変換する変換デバイス１１に導くための光学レンズ系には透過率が高く散乱の少ないものが望ましいが特に限定はなく、シンチレータに投影された電子線回折図形の結像行うレンズ群や、光を９０°曲げるためのプリズムやミラー、オプティカルファイバプレートを組み合わせても良い。更に、これらの光学系に駆動機構を持たせることで、オートフォーカス機能やズーム機能、光学デバイスに対する電子線回折図形の像面のシフト機能が可能となる。なお、光学レンズ系は、透過率低下防止のため、反射防止膜のマルチコーティングが必要である。

上記電子線検出器で使用する駆動制御装置は、光学デバイスの遮蔽及び減光及び光学レンズ系の駆動制御を行う。したがって、液晶素子やカメラレンズ等の従来のシステムを利用すれば、駆動電圧が低く、消費電力の少ない制御が可能であり、市販のＰＣで十分である。更に、図１のように現行の電子顕微鏡装置に組み込む必要のない装置構成が可能であると同時に、電子顕微鏡の電子線走査信号と電子線検出器で得られた強度信号からＳＴＥＭ画像の取得編集も可能となる。

上記電子線検出器とその駆動制御装置で構成された撮像装置を使用したＳＴＥＭ像の取得方法を説明する。図１に示すように、使用する電子線検出器８の一例として、光学デバイスには図５のような正方格子状のパターンを有する液晶素子１４、駆動制御装置には市販の駆動制御用ＰＣ１５を用いた例を説明する。

先ず、駆動制御用ＰＣ１５と電子線検出器８及び電子顕微鏡の電子線走査駆動装置１２を接続させる。これにより、駆動制御用ＰＣ１５に電子線検出器８の駆動制御と電気信号取得、並びに電子線走査駆動装置１２からの走査信号を取得し、ＳＴＥＭ像の形成を行う。次に、駆動制御用ＰＣ１５により電子線検出器８の光学デバイス１４を駆動させ、所望の領域に散乱された電子からのＳＴＥＭ像を取得する。

具体的には、ＳＴＥＭ像を形成させたい電子線回折図形上の所望の領域に対応する液晶素子１４の素子部をシンチレータ９の光が透過するように駆動し、それ以外の領域に対応する液晶素子１４の素子部をシンチレータ９の光が遮蔽されるように駆動する。そして、通常のＳＴＥＭ像取得操作を行う。すなわち、試料上に細く絞った電子線を走査し、上記電子線検出器８により各照射点での強度信号を得、ＳＴＥＭ像を取得する操作である。ここで、本発明の電子検出器８の光信号を電気信号に変換する変換デバイス１１には、電子線回折図形における所望の領域から発生した光のみが到達する。したがって、電子線検出器８による強度信号と電子顕微鏡の電子線走査信号から、電子線回折図形の所望の領域からの情報によるＳＴＥＭ像が得られる。

また、電子線回折図形における異なる領域からＳＴＥＭ像を得るには、液晶素子１４を異なるパターンに駆動すれば得られる。したがって、異なる信号のＤＦ像だけでなく、ＢＦ像も得ることができる。

更に、この撮像装置を用いて次のような画像取得も可能である。例えば、試料上の電子線走査の各照射点において、液晶素子１４のパターンを複数の異なる駆動を行い、各パターンで検出された電気信号を個々にＳＴＥＭ像形成の処理を行うことで、１回の電子線走査で複数のＳＴＥＭ画像を取得することが可能である。

また、格子状のパターンを持った液晶素子１４を用いた場合において、シンチレータ９の光が透過するように素子を端から１個ずつ駆動しながら、その強度信号をマッピングすることにより、シンチレータ表面に投影された像が得られ、電子線回折図形やＴＥＭ像を撮像することができる。但し、取得画像が高精細になるに連れて撮像時間が長く、Ｓ／Ｎ比も低下するため、液晶素子１４のパターンと電子線回折図形の対応付けや、試料の確認への利用に留めておくことが望ましい。

以下、実施例を用いて詳細に本発明を説明するが、本発明は実施例に限定されるものではなく、電子を光に変換させるシンチレータの材料及び構成や、シンチレータの光を遮蔽及び減光を行う光学デバイス及び構成、シンチレータの光を光信号を電気信号に変換する変換デバイスに導くための光学レンズ系の構成及びその駆動機構、光信号を電気信号に変換する変換デバイスの構成は自由に変えることが可能である。また、シンチレータと光学デバイスと変換デバイスを備えた電子線検出器の設置場所は電子顕微鏡筒内に限らず大気中であっても良い。例えば、ＴＥＭ像を観察する為の蛍光板を利用し、鉛ガラス窓を通して上記電子線検出器として構成しても構わない。また、電子線検出器は電子光学鏡筒に対して固定されていなくてもよい。更に、電子線検出器の駆動制御装置においても以下に説明する実施例に限定されない。

本実施例は、シンチレータ９と液晶素子による光学デバイス１４とライトガイド１０と光電子増倍管による光信号を電気信号に変換する変換デバイス１１で構成された電子線検出器を用いた、走査電子顕微鏡装置用の撮像装置の一例である。なお、本実施例では本発明の電子線検出器を現行の走査型透過電子顕微鏡に搭載して行った。

図２は、本発明の撮像装置を備えた走査型透過電子顕微鏡の構成を示した図である。

図２において、走査型透過電子顕微鏡の基本構成として、１〜９，１１，１２，１４，１５は、図１の１〜９，１１，１２，１４，１５と共通の構成要素である。本発明の電子線検出器８の具体的構成として、９は表面にチャージアップ防止のためのＡｌ薄膜が形成されたＣｅドープのＹＡＧによるシンチレータ、１０はライトガイド、１１は光電子増倍管、１４はシンチレータ直後に設置された格子状のパターンを有する液晶素子、１５は撮像装置の駆動制御用ＰＣであり、液晶素子１４及び光電子増倍管１１の駆動と、電子線走査信号によるＳＴＥＭ形成を行った。なお、電子線検出器８は駆動機構により電子顕微鏡光軸から外すことが可能で、フィルムによるＴＥＭ像の撮影や、ＥＥＬＳ検出器の利用が可能となっている。

本発明の撮像装置によるＳＴＥＭ像撮像を次のような方法で行った。先ず、基本的な撮像方法は従来の方法と同様であり、電子銃２及び照射レンズ３により引き出された電子線を走査コイル４及び対物レンズ５により試料上に収束及び走査し、試料上の各照射点で散乱及び透過した電子線を投影レンズ７により電子線検出器８上にシンチレータ９に電子線回折図形として投影させる。次に、シンチレータ９によって電子から光に変換された輝度信号をライトガイド１０を通じて光電子倍増管１１に導き、電子に変換、増倍し電気信号に変え、駆動制御用ＰＣ１５に送る。そして、試料上の各照射点の輝度信号を、偏向コイル４を駆動している電子線走査駆動装置１２からの走査信号を用い、駆動制御用ＰＣ１５によりマッピングし、ＳＴＥＭ像を得た。

そして、上記ＳＴＥＭ像撮像のプロセスにおいて、液晶素子１４を駆動制御用ＰＣ１５により駆動し、シンチレータ９の光を部分的に遮蔽し、電子線回折図形の特定の領域によるＳＴＥＭ像の撮像を行った。先ず、液晶素子１４による電子線回折図形の特定の領域を指定するために、液晶素子上での電子線回折図形の座標の確認を行った。そこで、試料上任意の場所の電子線回折図形をシンチレータ上に投影し、シンチレータ９の光が透過するように液晶素子１４を端から１個ずつ駆動しながら、その強度信号をマッピングすることにより電子線回折図形を撮像し、座標指定にはその画像を用いた。そして、ＢＦ像は０次の回折点の信号強度が約５０％透過するように液晶素子１４を駆動して撮像し、Ｚコントラスト像は高角度領域の円環状のパターンからの信号を選択して撮像することができた。また、高倍率観察では試料のドリフトが懸念されるため、各照射点においてＢＦ像とＺコントラスト像の２つの像が得られるように液晶素子１４を駆動し、駆動制御用ＰＣ１５に各々の強度信号から画像形成を行い、１回の電子線走査で２枚のＳＴＥＭ像を同時に取得した。

更に、電子線回折図形の投影により経時変化したシンチレータ９のゲイン補正を、この液晶素子１４により行った。一様の電子線像を前記電子線回折図形の撮像と同様の方法で撮像し、像の輝度分布が一様となるように液晶素子１４の減光駆動させた駆動制御の情報を駆動制御用ＰＣ１５に保持し、以後の撮像操作時に適用させた。

本実施例は、シンチレータ９と２枚のパターンの異なる液晶素子による光学デバイス１４と光電子増倍管による光信号を電気信号に変換する変換デバイス１１とシンチレータ９の光を光電子増倍管１１に導くための光学レンズ群で構成された電子線検出器を用いた、走査電子顕微鏡装置用の撮像装置の一例である。

電子線検出器以外は図２に示した構成と同様である。

図３は、本発明における複数の光学デバイスを備えた電子線検出器の構成を示した図である。

図３に示すように、本実施例の電子線検出器の構成として、９はＣｄ，Ｓ，ＡｇドープのＺｎＳによるシンチレータ、１７は光を９０°曲げるためのダイアゴナルプリズム、１６は結像用の光学レンズ、１４は図５及び図６に示すような格子状及び同心円状の異なるパターンを有する２枚の液晶素子、１８はオプティカルファイバプレート、１１は光電子増倍管である。更に、上記電子線検出器の各部品の配置として、シンチレータ９は光学ガラスによるダイアゴナルプリズム１７上に形成され、その表面にはチャージアップ防止のためのＡｌ薄膜が形成されている。また、パターンの異なる２種類の液晶素子１４は、厚さ数ｍｍのオプティカルファイバプレート１８とのオイルカップリングによりサンドイッチされた構造になっており、光電子増倍管１１と接続されている。そして、光学レンズ１６はシンチレータ９に投影された電子線回折図形をダイアゴナルプリズムを通して上記オプティカルファイバプレート１８と組み合わされた液晶素子１４の表面に結像されるように固定されている。

本発明の撮像装置によるＳＴＥＭ像撮像は、実施例１と同様の方法であるが、電子線検出器に光学レンズ系を組み合わせることで、２枚の異なるパターンの液晶素子を駆動させることができた。実施例１と同様に、液晶素子上での電子線回折図形の座標の確認を行った後、従来のＳＴＥＭ像撮像方法と駆動制御用ＰＣ１５による液晶素子１４の駆動で、シンチレータ９の光を部分的に遮蔽し、電子線回折図形の特定の領域によるＳＴＥＭ像の撮像を行った。

先ず、同心円状パターンを有する液晶素子の駆動を行い、中心の円状のパターンを用いた０次の回折点によるＢＦ像と、高角度領域の円環状パターンを用いたＺコントラスト像を得ることができた。更に、格子状パターンを有する液晶素子の駆動を行い、ＴＥＭ像及び参照用の電子線回折図形の撮像と、特定の結晶による回折点を選択したＳＴＥＭ像を得、結晶性によるコントラスト像を撮像することができた。なお、実施例１と同様に、電子線回折図形の投影によるシンチレータ９のゲインのバラツキに、同様の補正操作を行った。

本実施例は、シンチレータ９と２種のパターン駆動が可能な液晶素子による光学デバイス１４と光電子増倍管による光信号を電気信号に変換する変換デバイス１１とシンチレータ９の光を光電子増倍管１１に導くための駆動可能な光学レンズ群で構成された電子線検出器を用いた、走査電子顕微鏡装置用の撮像装置の一例である。

電子線検出器以外は図２に示した構成と同様である。

図４は、本発明における駆動可能な光学レンズ群を備えた電子線検出器の構成を示した図である。

図４に示すように、本実施例の電子線検出器の構成として、９はＣｅドープのＹＡＧによるシンチレータ、２０は光を９０°曲げるためのダイアゴナルミラー、１９はズーム機能及びオートフォーカス機能を備えた光学ズームレンズ、２１はダイアゴナルミラー２０及び光学ズームレンズ１９のＸＹＺΦ駆動を行う光学レンズ系の駆動装置、１４は図５及び図６に示すような格子状及び同心円状の２種のパターン駆動が可能な液晶素子、１６は結像用光学レンズ、１１は光電子増倍管である。光学ズームレンズ１９は、駆動装置２１によりダイアゴナルミラー２０、液晶素子１４、シンチレータ９との相対位置が変化しても、シンチレータ９の像面が液晶素子１４の表面に結像されるようになっており、更にシンチレータ９のある領域を拡大縮小し、液晶素子に結像させるズーム機能を持たせた。液晶素子１４は２種のパターンが駆動可能な１枚の光学デバイスであり、透過駆動時の透過率の向上を図った。

本発明の撮像装置によるＳＴＥＭ像撮像は、実施例１と同様の方法であるが、電子線検出器の光学レンズ系に駆動機構２１を組み合わせることで、更に自由な領域選択を可能とさせた。実施例１と同様に、液晶素子上での電子線回折図形の座標の確認を行った後、従来のＳＴＥＭ像撮像方法と駆動制御用ＰＣ１５による液晶素子１４の駆動で、シンチレータ９の光を部分的に遮蔽し、電子線回折図形の特定の領域によるＳＴＥＭ像の撮像を行った。

格子状パターンを有する液晶素子１４の駆動を行い、ＴＥＭ像及び参照用の電子線回折図形の撮像を行った。しかしながら、ＳＴＥＭの低倍率観察では、走査コイル及び投影レンズ系の収差が顕著になり、電子線回折図形が電子線検出器上でシフトする現象が見られた。そこで、電子線走査と同期させて光学レンズ系の駆動装置２１によるダイアゴナルミラー２０のＸＹＺΦ駆動操作と光学ズームレンズ１９のオートフォーカス操作を行うことでこの影響を排除したＳＴＥＭ像を得ることができた。

本発明の撮像装置を備えた走査型透過電子顕微鏡の構成を示した図本発明の撮像装置を備えた走査型透過電子顕微鏡の構成を示した図本発明における複数の光学デバイスを備えた電子線検出器の構成を示した図本発明における駆動可能な光学レンズ群を備えた電子線検出器の構成を示した図本発明における格子状のパターンを持つ光学デバイスを示した図本発明における同心円状のパターンを持つ光学デバイスを示した図従来の撮像装置を備えた走査型透過電子顕微鏡の構成を示した図

符号の説明

１電子顕微鏡鏡筒
２電子銃
３照射レンズ
４偏向コイル
５対物レンズ
６試料
７投影レンズ
８電子線検出器
９シンチレータ
１０ライトガイド
１１光信号を電気信号に変換する変換デバイス（光電子増倍管）
１２電子線走査駆動装置
１４光学デバイス（液晶素子）
１５駆動制御用ＰＣ
１６光学レンズ
１７ダイアゴナルプリズム
１８オプティカルファイバプレート
１９光学ズームレンズ
２０ダイアゴナルミラー
２１光学レンズ系駆動装置

Claims

シンチレータと光信号を電気信号に変換する変換デバイスから成る電子線検出器を用いた電子顕微鏡用撮像装置であって、
前記電子線検出器は、前記シンチレータと前記変換デバイスとの間に、前記シンチレータに電子線が照射されることにより発光したシンチレータからの光を部分的に遮蔽及び減光を行う光学デバイスを有し、
更に前記光学デバイスを制御して光の部分的な遮蔽及び減光を行う駆動制御装置を有することを特徴とする電子顕微鏡用撮像装置。
前記シンチレータの光を前記変換デバイスに導くための光学レンズ系を更に有することを特徴とする請求項１に記載の電子顕微鏡用撮像装置。
前記駆動制御装置により前記光学レンズ系の駆動も制御することを特徴とする請求項２に記載の電子顕微鏡用撮像装置。
前記光学デバイスは、光の部分的な遮蔽及び減光をパターン状に行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の電子顕微鏡用撮像装置。
前記パターンが同心円状又は格子状であることを特徴とする請求項４に記載の電子顕微鏡用撮像装置。
前記光学デバイスを複数有することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の電子顕微鏡用撮像装置。
前記光学デバイスが、液晶素子であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の電子顕微鏡用撮像装置。
前記光信号を電気信号に変換する変換デバイスが、光電子増倍管であることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の電子顕微鏡用撮像装置。