JP2005302415A - Scanning transmitted image and magnification of transmitted image/rotation correction method and scanning transmission type electron microscope - Google Patents
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Description
本発明は、走査透過像と透過像の倍率・回転補正方法及び走査透過型電子顕微鏡に関する。 The present invention relates to a scanning transmission image, a magnification / rotation correction method for the transmission image, and a scanning transmission electron microscope.
図4は一般的な走査透過型電子顕微鏡の構成例を示す図である。電子銃1から出射した電子線は、集束レンズ2により集束された後、第1走査コイル3及び第2走査コイル4により偏向を受ける。走査コイル3,4の走査波形は、面走査用スキャンジェネレータ18により作成される。これら第1及び第2の走査コイル3,4を通過した電子線は対物レンズ5により試料6上に結像する。この時、試料6を透過した電子線の一部はそのまま透過するが、一部は試料の結晶によって回折あるいは散乱する。
FIG. 4 is a diagram showing a configuration example of a general scanning transmission electron microscope. The electron beam emitted from the electron gun 1 is focused by the focusing lens 2 and then deflected by the
試料の後方焦点面8には回折パターンが作られる。この回折パターンは、倍率を上げるための第1中間レンズ9,第2中間レンズ10,第3中間レンズ11を通過した後、投影レンズ12により暗視野検出器14に入る。該暗視野検出器14には、円環状蛍光面13が設けられている。そして、暗視野検出器14の円環状蛍光面13で結像された試料画像は検出器制御回路15に入る。該検出器制御回路15はアンプ15aとA/D変換器15bより構成されている。
A diffraction pattern is created on the back
暗視野検出器14から出力された像信号はアンプ15aで増幅された後、続くA/D変換器15bによりディジタルデータに変換される。ディジタルデータに変換された画像信号は、フレームメモリ17のプローブ位置に対応した領域に蓄積される。画像データを形成するデータは、CPU20によりフレームメモリ17から読み取られ、モニタ21上に表示される。BSはバスであり、面走査用スキャンジェネレータ18、フレームメモリ17、モニタ21、CPU20、TEM操作盤16及び検出器制御回路15が接続されている。
The image signal output from the
電子の相互作用により、結像する透過型電子顕微鏡は、電子が試料を透過した後、磁界・電界によるレンズ作用により拡大される。試料6を透過した電子は、中間レンズ9〜11及び投影レンズ12により拡大され、投影レンズから100〜500mm程度離れた場所に位置する蛍光板や写真フィルム、テレビカメラにその拡大像が映し出される。
A transmission electron microscope that forms an image by the interaction of electrons is enlarged by a lens action by a magnetic field / electric field after the electrons have passed through the sample. The electrons that have passed through the sample 6 are magnified by the
その下数10mmの位置に写真乾板・写真フィルム・イメージプレート等の板状記録媒体が配置される。更にその下数10mmの位置にテレビカメラ(TVカメラ)が試料移動方向に対してある角度に固定され取り付けられている。蛍光板より下に位置する、写真フィルム及びTVカメラは、蛍光板で見ているよりも更に拡大される。ここで、電磁レンズは像の拡大作用だけでなく、像の回転作用ももたらす。そのため、近年開発された透過電子顕微鏡では、見かけ上の像回転を無くし、且つ必要となる拡大率が得られるように結像系の複数のレンズそれぞれのレンズ作用とそれに伴うそれぞれのレンズによる像回転量を考慮して設定されている。 A plate-shaped recording medium such as a photographic dry plate, a photographic film, or an image plate is disposed at a position several tens of millimeters below. Furthermore, a television camera (TV camera) is fixed and attached at a certain angle with respect to the sample moving direction at a position of several tens of millimeters below. The photographic film and TV camera located below the fluorescent screen is further magnified than seen on the fluorescent screen. Here, the electromagnetic lens provides not only an image enlargement effect but also an image rotation effect. For this reason, recently developed transmission electron microscopes eliminate the apparent image rotation and obtain the required magnification, so that the lens action of each of the lenses in the imaging system and the accompanying image rotation by each lens. It is set considering the amount.
走査透過型電子顕微鏡は、集束レンズにより電子線をプローブ状に絞り、この電子線を集束レンズ偏向コイルにより、試料上に走査させて照射させる。試料を透過した電子を検出器により取り込み、試料上の照射位置と表示用画面の相対的な位置を一致させて、画像として表示する。検出器に入った電子の量を像の濃淡に変換して表示する。 In the scanning transmission electron microscope, an electron beam is focused in a probe shape by a focusing lens, and the electron beam is scanned and irradiated on a sample by a focusing lens deflection coil. The electrons that have passed through the sample are captured by the detector, and the irradiation position on the sample and the relative position of the display screen are matched to display the image as an image. The amount of electrons entering the detector is converted into image shading and displayed.
この種の従来の装置としては、SEM/STEM画像とTEM画像を表示する場合において、視野探しに要する時間を短縮することができる装置が知られている(例えば特許文献1参照)。
電磁レンズは像の拡大作用だけでなく、像の回転作用ももたらす。そのため、見かけ上の像回転を無くし、かつ、必要となる拡大率が得られるように、結像系の複数レンズ、それぞれのレンズ作用の大きさを変えており、倍率変化に伴う像回転が無いように設計される。近年の電子顕微鏡は透過像のみでなく、走査透過像についても観察することができるようになっている。走査透過像は、像の回転・倍率の設定を電気的に行なうようになっているため、設定が容易である。 The electromagnetic lens not only enlarges the image but also rotates the image. Therefore, in order to eliminate the apparent image rotation and to obtain the required magnification, the multiple lenses of the imaging system and the size of each lens action are changed, and there is no image rotation accompanying the magnification change. Designed as such. Recent electron microscopes can observe not only a transmission image but also a scanning transmission image. The scanning transmission image is easy to set because the image rotation and magnification are electrically set.
一方、透過像では、必要とする倍率を複数のレンズの組み合わせにより得ているが、走査透過像と透過像とが必要とする拡大倍率と回転角の両方の要求を満たす結果を得るには、多くの時間を要していた。そのため、透過像では倍率に対して回転角は一定となっていることが殆んどであり、走査透過像を像回転して観察している状態から、透過像に切り替えた場合、倍率は一致しているものの、像の回転が異なっていることが殆んどである。同じ倍率でも、回転角それぞれの場合の調整用のレンズの電流データを保持することも原理的には可能であるが、必要とするデータが莫大なものになり、現実的ではない。 On the other hand, in the transmission image, the required magnification is obtained by a combination of a plurality of lenses, but in order to obtain a result that satisfies both the magnification and rotation angle requirements required by the scanning transmission image and the transmission image, It took a lot of time. For this reason, in a transmission image, the rotation angle is almost constant with respect to the magnification, and when the scanning transmission image is observed while being rotated, the magnification is only one when switched to the transmission image. Although it does, most of the images rotate differently. Although it is possible in principle to hold the current data of the lens for adjustment at each rotation angle even at the same magnification, the required data becomes enormous and is not realistic.
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであって、走査透過像観察から透過像観察に切り替えた場合にも、同じ倍率、同じ回転角が得られるような走査透過像と透過像の倍率・回転補正方法及び走査透過型電子顕微鏡を提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of such a problem. Even when switching from scanning transmission image observation to transmission image observation, the scanning transmission image and the transmission image are obtained so that the same magnification and the same rotation angle can be obtained. An object of the present invention is to provide a magnification / rotation correction method and a scanning transmission electron microscope.
請求項1記載の発明は、得られた走査透過像と透過像の2次元フーリエ位相像を求め、双方のフーリエ位相像が一致するように、前記光学系に流す電流の調整を行なうことで、走査透過像から透過像観察に切り替えた場合にも、同じ倍率、同じ回転角が得られるようにすることができる。 The invention according to claim 1 obtains a two-dimensional Fourier phase image of the obtained scanning transmission image and transmission image, and adjusts the current flowing through the optical system so that both Fourier phase images match, Even when the scanning transmission image is switched to the transmission image observation, the same magnification and the same rotation angle can be obtained.
請求項2記載の発明は、走査光学系により試料に結像するかあるいは試料上に電子線をプローブ状にして照射し、該試料の前方又は後方に試料像を結像する光学系を設けた走査透過型電子顕微鏡において、走査透過像により得られた像を元に、同じ倍率・回転角の透過像を得るための倍率・回転角補正手段を設けたことを特徴とする。 The invention described in claim 2 is provided with an optical system that forms an image on the sample by a scanning optical system or irradiates the sample with an electron beam in the form of a probe and forms an image of the sample in front of or behind the sample. The scanning transmission electron microscope is characterized in that magnification / rotation angle correction means for obtaining a transmission image having the same magnification / rotation angle based on the image obtained by the scanning transmission image is provided.
請求項3記載の発明は、前記倍率・回転角補正手段は、得られた走査透過像と透過像の2次元フーリエ位相像を求め、双方のフーリエ位相像が一致するように、前記光学系に流す電流の調整を行なうことを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, the magnification / rotation angle correcting means obtains a two-dimensional Fourier phase image of the obtained scanning transmission image and transmission image, and the optical system is configured so that the two Fourier phase images coincide with each other. The current flowing is adjusted.
請求項1記載の発明によれば、倍率・回転角補正手段が走査透過像により得られた像を元に、透過像の倍率と回転角とを走査透過像のそれと一致するように動作するので、走査透過像観察から透過像観察に切り替えた場合にも、同じ倍率、同じ回転角が得られる。 According to the first aspect of the invention, the magnification / rotation angle correcting means operates based on the image obtained by the scanning transmission image so that the magnification and the rotation angle of the transmission image coincide with those of the scanning transmission image. Even when the scanning transmission image observation is switched to the transmission image observation, the same magnification and the same rotation angle can be obtained.
請求項2記載の発明によれば、前記倍率・回転角補正手段は、得られた走査透過像と透過像を比較し、同じ倍率・回転角が得られるように動作するので、透過像(TEM像)と走査透過像(STEM像)の回転角を一致させることができる。 According to the second aspect of the present invention, the magnification / rotation angle correction unit compares the obtained scanning transmission image with the transmission image and operates so as to obtain the same magnification / rotation angle. Image) and the scanning transmission image (STEM image) can be made to coincide with each other.
請求項3記載の発明によれば、得られた走査透過像と透過像の2次元フーリエ位相像を求め、双方のフーリエ位相像が一致するように、前記光学系に流す電流の調整を行なうことで、双方の回転角を一致させることができる。 According to the third aspect of the present invention, a two-dimensional Fourier phase image of the obtained scanning transmission image and transmission image is obtained, and the current flowing through the optical system is adjusted so that the two Fourier phase images coincide with each other. Thus, both rotation angles can be matched.
以下、図面を参照して本発明の実施の形態例を詳細に説明する。
図1は本発明を実施するシステム構成例を示す図である。図4と同一のものは、同一の符号を付して示す。図において、1は電子銃であり、加速管(Acc Tube)と電子銃アライメントコイルGA1とGA2とから構成されている。2a,2bは集束レンズ、22は集束レンズの調整レンズ、23,24は集束レンズの偏向調整レンズ、6は試料、25は試料6の表面から放射される2次電子を検出する2次電子検出器、7は試料6の後方に配置された対物レンズ、33はコンデンサレンズ、IS1,IS2はイメージシフトコイル、9は第1中間レンズ、10は第2中間レンズ、11は第3中間レンズ、12は投影レンズ、PLAは投影レンズの偏向レンズである。前記中間レンズ9〜11は像拡大用に用いられる。なお、図示されていないが、試料6の前方には対物レンズが設けられている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram showing a system configuration example for carrying out the present invention. The same components as those in FIG. 4 are denoted by the same reference numerals. In the figure, reference numeral 1 denotes an electron gun, which is composed of an acceleration tube (Acc Tube) and electron gun alignment coils GA1 and GA2. 2a and 2b are focusing lenses; 22 is a focusing lens adjustment lens; 23 and 24 are deflection adjustment lenses for the focusing lens; 6 is a sample; and 25 is a secondary electron detection that detects secondary electrons emitted from the surface of the
26は試料6からの透過像を撮影するTVカメラ1、27は明視野像を検出する検出器、28は暗視野像を検出する検出器、29はTV1よりも離れた位置に設置されたTVカメラ2である。30〜32はそれぞれの所定の場所に設けられたアパーチャである。40はレンズ駆動用のレンズ電源、41はアライメントコイルを駆動するアライメント電源、42は各種検出器25,27,28にパワーを供給する検出器電源である。43は電子銃1にパワーを供給する電子銃電源、44はテレビカメラTV1,TV2にパワーを供給するTV電源、45は各検出器25,27,28にからの信号を増幅するスキンアンプ、46はアパーチャ30〜32にパワーを供給するアパーチャ電源である。
50は全体の動作を制御するコンピュータ、51は該コンピュータ50内に設けられたコントロール部である。該コントロール部51は、本発明を特徴づける部分であり、例えばソフトウェアで実現することができる。52は各種情報を記憶するメモリ、53はレンズ電源40と接続されるレンズインタフェース、54はアライメント電源41と接続されるアライメントインタフェース、55はアパーチャ電源46と接続されるアパーチャインタフェース、56は検出器電源42と接続される検出器インタフェース、57は電子銃電源43と接続される電子銃インタフェース、58はTV電源44と接続されるTVインタフェース、59はアンプ45と接続されるスキャンインタフェースである。
60は各種情報を表示する表示部(GUI:Graphical User Interface)、61はコンピュータ50と接続される操作パネル、62は座標入力装置としてのマウス、63は各種コマンド等を入力するキーボードである。
(透過像を得る場合)
試料6を透過した電子線により作られる画像を拡大するために対物レンズ7、中間レンズ9〜11、投影レンズ12が試料の後方に配置される。結像系最終のレンズ、投影レンズ12からある距離だけ離れたところにTVカメラ26(TV1)が設けられ、TV1とは異なる位置にTVカメラ29(TV2)が配置される。
(When obtaining a transmission image)
In order to enlarge an image formed by the electron beam transmitted through the sample 6, the
倍率の指定をユーザから受けて、コントロール部51は各結像系レンズに必要な電流量の情報を出力し、TVカメラを選択する情報を出力する。コントロール部51から電流量情報を実際の電流に変換するレンズ電源40と、これらの通信を行なうレンズインタフェース53が設けられている。
Upon receiving the designation of magnification from the user, the
TVカメラ選択情報を受けて、光軸上に入ったカメラの画像を表示部60に表示させるためのTV電源44とそのインタフェース58とが設けられている。TVカメラ選択情報を受けて、カメラを光軸上に出し入れするための検出器電源42と、そのインタフェース56が設けられている。そして、画像の選択、軸合わせ、操作を行なう操作パネル61とマウス62及びキーボード63が設けられている。
(走査透過像を得る場合)
試料6上に照射される電子線プローブ径を与えるための集束レンズCL1,CL2と調整レンズ22、走査位置を変えるための偏向コイル23,24が試料6の前方に配置される。また、試料6を透過した電子を捕捉するための検出器27,28が設けられている。倍率の指定をユーザから受けて、走査領域の大きさを変え、像の種類を選択するためのコントロール部51と、像の種類の選択情報を受けて検出器を出し入れするための検出器電源42と、電源とコントロール部51との通信を行なう検出器インタフェース56が設けられている。
A
(When obtaining a scanning transmission image)
Focusing lenses CL1 and CL2 and an
また、得られた信号の強度を増幅するためのアンプ45と、操作情報及び観察画像が表示される表示部60と、画像の選択、軸合わせ、操作を行なう操作パネル61とマウス62及びキーボード63が設けられている。このように構成された装置の動作を概説すれば、以下の通りである。
In addition, an
電子銃1から出射された電子線は、集束レンズ2a,2bで集束された後、コンデンサレンズ調整レンズ22で調整された後、試料6に照射される。試料6の表面から放射された2次電子は、2次電子検出器25で検出された後、検出器インタフェース56を介してコンピュータ50に入力され、必要に応じて視覚化された後、表示部60に表示される。
The electron beam emitted from the electron gun 1 is focused by the focusing lenses 2 a and 2 b, adjusted by the condenser
一方、試料を透過した電子線は、対物レンズ7を通過して調整レンズ33を介して続く中間レンズ9〜11に入る。これら中間レンズ9〜11は像の倍率を拡大する。集束された電子線は投影レンズ12でTV1に投影される。透過像は明視野検出器27及び暗視野検出器28で検出され、アンプ45で増幅された後、スキャンインタフェース59を介してコンピュータ50に入力され、表示部60に表示される。TV2は、TV1に比較して試料から更に離れて設置されているため、拡大率の大きな画像を撮影できるようになっている。
On the other hand, the electron beam that has passed through the sample passes through the
このように構成されたシステムでは、キーボード63からのコマンドにより、走査透過モード(STEMモード)と透過モード(TEMモード)を必要に応じて切り替える。このように動作する結果、走査透過像観察から透過像観察に切り替えた場合にも、同じ倍率、同じ回転角が得られるようになる。
In the system configured as described above, the scanning transmission mode (STEM mode) and the transmission mode (TEM mode) are switched as necessary by a command from the
図2は倍率の拡大の様子を示す図である。図1と同一のものは、同一の符号を付して示す。レンズ電源40から対物レンズ7、中間レンズ9〜11及び投影レンズ12にパワーが供給されている。試料を透過した電子線は、対物レンズ7で集束された後、中間レンズ9〜11で像が拡大され、投影レンズ12からTV1ドライバ26a及びTV2ドライバ29aに投影される。これらTV1,TV2で検出された透過像は、TV電源44を経て、TVインタフェース58を介してコントロール部51に通知される。一方、検出器電源42は検出器インタフェース56を介してコントロール部51に通知される。透過像の倍率は、投影レンズからTV1,TV2までの距離をそれぞれL5、L6とすれば、L5<L6であるので、TV2で撮影された画像の倍率が高いことになる。
FIG. 2 is a diagram showing a state of magnification enlargement. The same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals. Power is supplied from the
以下、本発明の動作を詳細に説明する。図3は電磁レンズの構成例を示す図である。図において、71はヨーク、72は該ヨーク71に巻回されたコイルである。ヨーク間のギャップ(穴径)をbmm、ポールピース間の距離をsmmとし、レンズの焦点距離をfmmとすれば、以下の式がなりたつ。
Hereinafter, the operation of the present invention will be described in detail. FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration example of an electromagnetic lens. In the figure, 71 is a yoke, and 72 is a coil wound around the
f=25(s+b)/((NI)2/U)
ここで、Uは入射する電子の相対論補正された電圧である。一般に、電子線の開き角は非常に小さいため、レンズを光学薄肉レンズとして近似できる。その場合における物面距離をX、像面距離をZ、焦点距離をfとすれば、ニュートンの薄肉レンズの公式
(1/f)=(1/X)+(1/Z)
が適用できる。
f = 25 (s + b) / ((NI) 2 / U)
Here, U is a relativistic corrected voltage of incident electrons. In general, since the opening angle of the electron beam is very small, the lens can be approximated as an optical thin lens. In this case, if the object plane distance is X, the image plane distance is Z, and the focal length is f, Newton's thin lens formula (1 / f) = (1 / X) + (1 / Z)
Is applicable.
今、試料から対物レンズ主面までの距離をXOL、対物レンズOL〜中間レンズ9(IL1)までの距離をL1、中間レンズIL1から中間レンズ10(IL2)までの距離をL2、中間レンズ9(IL2)から中間レンズ11(IL3)までの距離をL3、中間レンズIL3から投影レンズ12(PL)までの距離をL4、投影レンズPLからTVカメラまでの距離をL5とすると次式がなりたつ。 Now, the distance from the sample to the objective lens principal plane X OL, the distance to the objective lens OL~ intermediate lens 9 (IL1) L1, the distance from the intermediate lens IL 1 to the intermediate lens 10 (IL2) L2, the intermediate lens When the distance from 9 (IL 2 ) to the intermediate lens 11 (IL 3 ) is L3, the distance from the intermediate lens IL3 to the projection lens 12 (PL) is L4, and the distance from the projection lens PL to the TV camera is L5, It became.
L1=ZOL−XIL1,L2=ZIL1−ZIL2,
L3=ZIL2−XIL3,L4=ZIL3−XPL
ここで、ZOLはレンズ主面から像面までの距離、XILはレンズ主面から物面までの距離を示す。
L 1 = Z OL −X IL1 , L 2 = Z IL1 −Z IL2 ,
L 3 = Z IL2 −X IL3 , L 4 = Z IL3 −X PL
Here, Z OL represents the distance from the lens principal surface to the image plane, and X IL represents the distance from the lens principal surface to the object surface.
対物レンズ(OL)7にIOL(A)、IL1にIIL1(A)、IL2にIIL2(A)、IL3にIIL3(A)、投影レンズ(PL)12にIPL(A)の電流を流した時のそれぞれのレンズ焦点距離をfOL、fIL1、fIL2、fIL3、fPLとする。この時、TV1を用いると結像系で拡大される倍率Mは、
M=MOL・MIL1・MIL2・MIL3・MPL
=(ZOL/XOL)・(ZIL1/XIL1)・(ZIL2/XIL2)・(ZIL3/XIL3)・
(ZPL/XPL)
となる。ここで、倍率を変えても対物レンズ(OL)のフォーカスを変えないようにするには、対物レンズOLに関する値、XOL、ZOL、fOLを一定にする必要がある。また、投影レンズの値XPL、ZPL、fPLも一定とすれば、IL1,IL2,IL3のみを可変すればよいことになる。
An objective lens (OL) 7 to I OL (A), IL 1 to I IL1 (A), I IL2 into IL 2 (A), IL3 to I IL3 (A), the projection lens (PL) 12 to I PL (A each lens focal length at a current of) the f OL, f IL1, f IL2 , f IL3, f PL. At this time, when the TV 1 is used, the magnification M that is enlarged in the imaging system is
M = M OL・ M IL1・ M IL2・ M IL3・ M PL
= (Z OL / X OL ) ・ (Z IL1 / X IL1 ) ・ (Z IL2 / X IL2 ) ・ (Z IL3 / X IL3 ) ・
(Z PL / X PL )
It becomes. Here, in order not to change the focus of the objective lens (OL) even if the magnification is changed, the values relating to the objective lens OL, X OL , Z OL , and f OL need to be constant. If the values X PL , Z PL , and f PL of the projection lens are also constant, only IL 1 , IL 2 , and IL 3 need be varied.
レンズにI(A)の電流を流すと、
θ=10.68NI/√U
だけ回転することが知られている。ここで、θは(deg)、Nはコイルの巻数、NIはアンペアターン(AT)、Uは相対論補正された加速電圧である。電流I(A)の極性を逆にすれば、逆向きに回転する。
When I (A) current is passed through the lens,
θ = 10.68NI / √U
Only known to rotate. Here, θ is (deg), N is the number of turns of the coil, NI is an ampere turn (AT), and U is an acceleration voltage corrected for relativity. If the polarity of the current I (A) is reversed, it rotates in the opposite direction.
それぞれのレンズ回転角の総和が観察像の回転角となるから、この場合、トータルの回転角θは、
θ=(10.68/√U)・(NOLIOL+NIL1IIL1+NIL2IIL2+NIL3IIL3+NPLIPL)
となる。
Since the sum of the rotation angles of the respective lenses is the rotation angle of the observation image, in this case, the total rotation angle θ is
θ = (10.68 / √U). (N OL I OL + N IL1 I IL1 + N IL2 I IL2 + N IL3 I IL3 + N PL I PL )
It becomes.
実際の操作は以下の通りである。ここで、前提としてスキャンローテーションをしていない場合のSTEM像は、同倍率であれば、TEM像と同じ視野であり、かつ回転角も同じとする。 The actual operation is as follows. Here, as a premise, the STEM image when scan rotation is not performed has the same field of view as the TEM image and the same rotation angle if the magnification is the same.
表示部60のGUI60a、操作パネル61、マウス62、キーボード63を用いて、観察者により走査透過像(STEM像)の倍率が設定される。その値をコントロール部51で受けて、例えばソフトウェアにより必要とする検出器が判断・選択され、その情報を検出器インタフェース56、検出器電源42に送り、選択された検出器が光軸上に入る。
The magnification of the scanning transmission image (STEM image) is set by the observer using the
コントロール部51により選択された検出器からの信号が、アンプ45を介して入力され、スキャンインタフェース59を経て画像に構成される。また、コントロール部51から、各レンズに必要な電流量の情報がレンズインタフェース53、レンズ電源40に出力され、レンズコイルに電流値が設定される。
A signal from the detector selected by the
通常、倍率毎に走査領域の大きさを変え、そのために設定される各レンズの電流値は1通りである。そのため、データはコンピュータ50内のメモリ52に保管することができ、倍率に応じて必要な情報が読み出せる。スキャンローテーションをした時には、スキャンする方向を変えることで、対応が可能である。ここで得られた画像をコントロール部51で記憶しておく。
Usually, the size of the scanning region is changed for each magnification, and the current value of each lens set for this purpose is one. Therefore, the data can be stored in the
必要に応じてSTEM像(走査透過像)からTEM像(透過像)に切り替える。スキャンローテーションがされていない場合、STEM像とTEM像の回転角は一致している。その時の倍率等の値をコントロール部51で受け、例えばソフトウェアにより必要とするカメラが判断・選択され、その情報を検出器インタフェース56、検出器電源42に送り、選択されたTVカメラが光軸上に入る。
If necessary, the STEM image (scanning transmission image) is switched to the TEM image (transmission image). When the scan rotation is not performed, the rotation angles of the STEM image and the TEM image are the same. The
コントロール部51により選択されたTVカメラからの画像が、TVカメラ、TV電源44、TVインタフェース58を介してコンピュータ50に入力されてくる。また、コントロール部51から各レンズに必要な電流量の情報がレンズインタフェース53、レンズ電源40に出力され、レンズコイルに電流値が設定される。
An image from the TV camera selected by the
ここで、STEMで得られていた像とTEMで得られた像についての比較を行なう。この時点では、倍率は同じで回転角だけが異なることになる。そこで、STEM像とTEM像について、それぞれの2次元フーリエ位相像を求め、例えばTEM像のフーリエ位相像を回転してSTEM像のフーリエ位相像と一致する回転角を見つけだすようにする。ここで、フーリエ位相像とは、フーリエ変換画像の位相に関する項のみをフーリエ逆変換した画像のことであり、観察されている画像の特徴を比較するのに好ましい方法である。 Here, the image obtained by STEM and the image obtained by TEM are compared. At this point, the magnification is the same and only the rotation angle is different. Therefore, a two-dimensional Fourier phase image is obtained for each of the STEM image and the TEM image. For example, the Fourier phase image of the TEM image is rotated to find a rotation angle that matches the Fourier phase image of the STEM image. Here, the Fourier phase image is an image obtained by performing inverse Fourier transform on only the term related to the phase of the Fourier transform image, and is a preferable method for comparing the characteristics of the observed images.
観測画像(ここではTEM像f(x,y)と参照画像(ここではSTEM画像)hi(x,y))のフーリエ変換画像F(ξ,η)、Hi(ξ,η)を、絶対値の分布|F(ξ,η)|、|Hi(ξ,η)|及び位相分布ΦF(ξ,η)、ΦHi(ξ,η)を用いて、
F(ξ,η)=|F(ξ,η)|exp[−jΦF(ξ,η)]
Hi(ξ,η)=|Hi(ξ,η)|exp[−jΦHi(ξ,η)](i=1〜M)
と表した時に位相に関する項だけをフーリエ逆変換した像
fΦ(x,y)=Fr-1{exp[−jΦF(ξ,η)]}
hiΦ(x,y)=Fr-1{exp[−jΦHi(ξ,η)]}(i=1〜M)
で定義される。ここで、Fr-1{}はフーリエ逆変換を示す。類似度giは観測画像のフーリエ位相像fΦ(x,y)と参照画像のフーリエ位相像hiΦ(x,y)の相互相関
gi(x,y)=Fr-1{exp[−j(ΦF(ξ,η)−ΦHi(ξ,η))]}(i=1〜M) (1)
を用いる。この式で類似度と位置推定が同時にできる。
Fourier transform images F (ξ, η) and H i (ξ, η) of observed images (here, TEM image f (x, y) and reference image (here, STEM image) h i (x, y)) Using absolute value distributions | F (ξ, η) |, | H i (ξ, η) | and phase distributions Φ F (ξ, η), Φ Hi (ξ, η),
F (ξ, η) = | F (ξ, η) | exp [−jΦ F (ξ, η)]
H i (ξ, η) = | H i (ξ, η) | exp [−jΦ Hi (ξ, η)] (i = 1 to M)
Image obtained by inverse Fourier transform of only the term related to phase fΦ (x, y) = Fr −1 {exp [−jΦ F (ξ, η)]}
h i Φ (x, y) = Fr −1 {exp [−jΦ Hi (ξ, η)]} (i = 1 to M)
Defined by Here, Fr −1 {} indicates inverse Fourier transform. The similarity g i is the cross-correlation g i (x, y) = Fr −1 {exp [− of the Fourier phase image fΦ (x, y) of the observed image and the Fourier phase image h i Φ (x, y) of the reference image. j (Φ F (ξ, η) −Φ Hi (ξ, η))]} (i = 1 to M) (1)
Is used. With this formula, similarity and position estimation can be performed simultaneously.
もしくは、単純にTEM像を回転し、画像の差をとり、一致する回転角を見い出すようにする。TEM像回転に必要な角度と方向、各レンズによる回転角の総和がこの角度で一定になるように各レンズ電流の調整を行なう。それぞれのレンズには、固有の電流方向があるから、必要とする回転の方向により、それぞれのレンズ電流の増減方向が分かる。 Alternatively, the TEM image is simply rotated, the difference between the images is taken, and the coincident rotation angle is found. Each lens current is adjusted so that the angle and direction required for the rotation of the TEM image and the total rotation angle by each lens are constant at this angle. Since each lens has a specific current direction, the increase / decrease direction of each lens current can be determined by the direction of rotation required.
今、対物レンズ7と投影レンズ12の励磁を一定にして使用することにすると、XIL1とZIL3は一定値であるので、中間レンズ9〜10(IL1〜IL3)だけ可変させればよい。このうちの2つのレンズの励磁を任意に決めると、残り一つのレンズはフォーカスさせなければならないから、焦点距離が一意に決まる。
Now, assuming that the excitation of the
これらの条件により求められた回転角と、必要とする回転角とを比較して一致することを確認する。もし、一致しない場合には、他の条件を探すことになる。回転角は数式によく一致するため、計算のみで処理することができる。これらの条件を用いてSTEM像及びTEM像を表示部60に表示させる。この状態では、表示している像の回転は一致する。この画像を、STEM像若しくは先に回転角を求めるために用いたTEM像(但しSTEM像と同じ回転角になっている)と比較する。この比較は、フーリエ位相像や像の比較により行なう。
The rotation angle obtained under these conditions is compared with the required rotation angle to confirm that they match. If they do not match, another condition is searched. Since the rotation angle closely matches the mathematical formula, it can be processed only by calculation. The STEM image and the TEM image are displayed on the
次に、得られている像の倍率を比較し、許容範囲以内であるかどうかチェックする。許容値から外れていたら、他の条件を探して倍率が一致するようにする。なお、回転により視野にずれが生じる場合がある。この場合には、コントロール部51は位相像の比較からずれの方向を見い出し、一致するようにイメージシフトコイル(中間レンズ9〜11のコイル)を用いて視野を移動させる。イメージシフトコイルによる像の移動方向も回転角により変わるが、その方向はTEM像回転と同じであるから、どの方向に動かせばよいかが分かる。
Next, the magnifications of the obtained images are compared to check whether they are within an allowable range. If it is out of tolerance, look for other conditions to match the magnification. Note that the field of view may be shifted due to the rotation. In this case, the
以上のようにして画像を得ることができる。ここで、STEM像の表示、回転、それぞれの回転角でのTEM像用データの作成を繰り返し行なえば、膨大なレンズデータ作成を自動的に行なうことができる。このレンズデータは、メモリ52に記憶される。
An image can be obtained as described above. Here, if display of STEM images, rotation, and creation of TEM image data at each rotation angle are repeated, enormous lens data can be created automatically. This lens data is stored in the
以上説明したように、(1)式で、STEM画像とTEM画像の類似度が表わされるので、コントロール部51は、STEM像とTEM像の類似度をチェックする。そして、例えばSTEM像を基準として、TEM像を調整する時には、双方の類似度(倍率・回転角)が一致するように、中間レンズ系にフィードバックをかける。このようにすれば、コントロール部51がSTEM像を元に、TEM像の倍率と回転角とをSTEM像と一致するように動作するので、STEM像からTEM像に切り替えた場合にも、同じ倍率、同じ回転角の像を得ることができる。
As described above, since the similarity between the STEM image and the TEM image is expressed by the expression (1), the
上述の説明では、STEM像とTEM像との回転角の一致の場合について説明したが、本発明はこれに限るものではなく、STEM像の代わりにSEM像を使用することもできる。但し、形状のみを比較することが必要であるため、フーリエ位相像を用いる等の手法が必要となる。 In the above description, the case where the rotation angles of the STEM image and the TEM image coincide with each other has been described. However, the present invention is not limited to this, and an SEM image can be used instead of the STEM image. However, since it is necessary to compare only the shapes, a technique such as using a Fourier phase image is required.
本発明は、透過電子顕微鏡、走査透過型電子顕微鏡に関する分野で利用される。 The present invention is used in the fields related to transmission electron microscopes and scanning transmission electron microscopes.
1 電子銃
2a 集束レンズ
2b 集束レンズ
6 試料
7 対物レンズ
9 第1中間レンズ
10 第2中間レンズ
11 第3中間レンズ
12 投影レンズ
22 調整レンズ
23 偏向レンズ
24 偏向レンズ
25 2次電子検出器
26 TVカメラ1
27 暗視野像検出器
28 明視野像検出器
29 TVカメラ2
30 アパーチャ
31 アパーチャ
32 アパーチャ
40 レンズ電源
41 アライメント電源
42 検出器電源
43 電子銃電源
44 TV電源
45 アンプ
46 アパーチャ電源
50 コンピュータ
51 コントロール部
52 メモリ
53 レンズインタフェース
54 アライメントインタフェース
55 アパーチャインタフェース
56 検出器インタフェース
57 電子銃インタフェース
58 TVインタフェース
59 スキャンインタフェース
60 表示部
61 操作パネル
62 マウス
63 キーボード
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Electron gun 2a Focusing lens 2b Focusing lens 6
27 Dark
30
Claims (3)
走査透過像により得られた像を元に、同じ倍率・回転角の透過像を得る場合に、
得られた走査透過像と透過像の2次元フーリエ位相像を求め、双方のフーリエ位相像が一致するように、前記光学系に流す電流の調整を行なうようにしたことを特徴とする走査透過像と透過像の倍率・回転補正方法。 In a scanning transmission electron microscope provided with an optical system that forms an image on a sample with a scanning optical system or irradiates the sample with an electron beam in the form of a probe and forms a sample image in front of or behind the sample.
Based on the image obtained by scanning transmission image, when obtaining transmission image of the same magnification and rotation angle,
A scanning transmission image obtained by obtaining a two-dimensional Fourier phase image of the obtained scanning transmission image and transmission image, and adjusting the current flowing through the optical system so that the Fourier phase images of the two images coincide with each other. And magnification / rotation correction method for transmission images.
走査透過像により得られた像を元に、同じ倍率・回転角の透過像を得るための倍率・回転角補正手段を設けたことを特徴とする走査透過型電子顕微鏡。 In a scanning transmission electron microscope provided with an optical system that forms an image on a sample with a scanning optical system or irradiates the sample with an electron beam in the form of a probe and forms a sample image in front of or behind the sample.
A scanning transmission electron microscope comprising a magnification / rotation angle correcting means for obtaining a transmission image having the same magnification / rotation angle based on an image obtained by a scanning transmission image.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004114088A JP2005302415A (en) | 2004-04-08 | 2004-04-08 | Scanning transmitted image and magnification of transmitted image/rotation correction method and scanning transmission type electron microscope |
Applications Claiming Priority (1)
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JP2007220529A (en) * | 2006-02-17 | 2007-08-30 | Hitachi High-Technologies Corp | Electron microscope |
JP2008082927A (en) * | 2006-09-28 | 2008-04-10 | Fujitsu Ltd | Device and method for measuring length |
-
2004
- 2004-04-08 JP JP2004114088A patent/JP2005302415A/en active Pending
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