JP2733710B2

JP2733710B2 - 電子顕微鏡

Info

Publication number: JP2733710B2
Application number: JP2320831A
Authority: JP
Inventors: 弘幸小林
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1990-11-27
Filing date: 1990-11-27
Publication date: 1998-03-30
Anticipated expiration: 2013-03-30
Also published as: EP0488214A2; US5243191A; JPH04192244A; EP0488214A3

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、電子顕微鏡に係り、特に、照射レンズ系と
結像レンズ系との光軸調整を自動的に行うのに適した電
子顕微鏡に関するものである。

（従来技術）一般に、照射レンズ系の光軸が結像レンズ系の光軸に
対して傾いているときは、電流軸合せまたは電圧軸合せ
と呼ばれる光軸調整が行われる。

電流軸合せとは、対物レンズ電流を増減させると第３
図（ａ）に示したように拡大像がある位置（電流中心）
を中心にして円周方向に動くことを利用して行われるも
ので、対物レンズ電流を増減して拡大像を円周方向へ動
かしたときの電流中心をオペレータが見出だし、該電流
中心が視野の中心となるように偏向器を調整する軸合せ
方法である。

一方、電圧軸合せとは、電子銃の加速電圧を増減させ
ると第３図（ｂ）に示したように拡大像がある位置（電
圧中心）を中心にして放射状に動くことを利用して行わ
れるもので、加速電圧を増減して拡大像を放射状に動か
したときの電圧中心をオペレータが見出だし、該電圧中
心が視野の中心となるように偏向器を調整する軸合せ方
法がある。

ところが、このような軸合せでは、拡大像の動きと共
に拡大像がボケてしまうので、電流（電圧）中心を正確
に見出だすことが困難であり、オペレータに相当の熟練
を要する。

そこで、このような問題点を解決するために、従来技
術では、例えば特願昭61-237967号（特開昭63-94544
号）公報に記載されるように、対物レンズ電流または加
速電圧の増減に応じて、最終像を画像メモリに記憶させ
てこれらを積算もしくは平均したものを像として表示さ
せる技術が提案されている。

このようにすれば、像のボケ具合によってオペレータ
が電流中心または電圧中心を容易に見出だすことができ
るようになるので、軸合せが簡単かつ正確に行えるよう
になる。

さらに、前記した従来技術では、像を表示する際にマ
ーカも同様に表示させ、マーカと最終像の電流中心また
は電圧中心とを一致させるようにすることによって光軸
を合せる技術も提案されている。

また、特開昭62-143351号公報では、試料に照射させ
る電荷量を検出し、該電荷量が最大値を示すように、レ
ンズ系を光軸と垂直方向に移動させることによって自動
的に光軸を調整する技術が提案されている。

（発明が解決しようとする課題）特願昭61-237967（特開昭63-94544号）に記載された
従来技術では、電流中心または電圧中心を見出だす際に
はオペレータの判断が必要になってしまうために、自動
化を図ることができなかった。

また、特開昭62-143351号公報に記載された従来技術
では、電荷量を検出するための検出器が必要となるため
に構成が複雑になってしまうという問題があった。

しかも、電荷量が最大値を示す位置を検出するために
は、レンズ系を光軸と垂直方向に十分に走査しなければ
ならないので、長時間を要してしまうという問題があっ
た。

本発明の目的は、上記した従来技術の問題点を解決
し、簡単な構成で、軸調整を自動的にかつ短時間で行う
ことの可能な電子顕微鏡を提供することにある。

（課題を解決するための手段）上記した目的を達成するために、本発明では、画像メ
モリの各座標ごとに、対物レンズ電流または加速電圧を
変動させる前の画像データと変動させた後の画像データ
との差分を求め、画像メモリの各座標ごとの差分を代表
する３次元の近似関数を算出する。そして、前記近似関
数に基づいて差分が最小値を示す画像メモリの座標を演
算によって求め、該座標を電流（電圧）中心とするよう
にした。

（作用）ｍ×ｎの画像メモリ上の座標（ｉ、ｊ）［１≦ｉ≦
ｍ、１≦ｊ≦ｎ］での、任意の対物レンズ電流（または
加速電圧）における画像データと対物レンズ電流（また
は加速電圧）を変化させた後の画像データとの差分デー
タをDijとし、座標（ｉ、ｊ）と差分データDijとの関係
を表す近似関数Dij＝Ｆ（ｉ、ｊ）を求めれば、該近似
関数Ｆ（ｉ、ｊ）が極小値を示す座標が電流（電圧）中
心となるので、オペレータの熟練度にかかわらず、常に
正確な電流（電圧）中心を求めることができるようにな
る。

（実施例）初めに、本発明による軸合せの基本概念について、電
流軸合せを例にして説明する。

本発明では、画像メモリ上の各座標（ｉ、ｊ）での、
任意の対物レンズ電流における各画像データをSij、対
物レンズ電流を変化させた後の各画像データをTij、各
差分データ（Sij-Tij）をDijとし、以下のようにして、
初めに座標（ｉ、ｊ）と差分データDijとの関係を表す
近似関数Dij＝Ｆ（ｉ、ｊ）を以下のようにして求め
る。

すなわち、３次元関数をｚ＝Ｆ（ｘ、ｙ）とすると、
Ｆ（ｘ、ｙ）は一般的に次式（１）で表される。

Ｆ（ｘ、ｙ）＝a₁x＋a₂x²＋a₃x³＋… ＋b₁y＋b₂y²＋b₃y³＋… ＋ｃ …（１）ここで、係数a₁、a₂、…、b₁、b₂、…、ｃを求めるた
めに、各座標（ｉ、ｊ）に関して、 ΔDij＝Ｆ（ｉ、ｊ）−Dij …（２）を算出し、Σ（ΔDij）^２が最小値を示す前記係数a₁、a
₂、…、b₁、b₂、…ｃを、例えば次式（３）〜（５）に
示す最小二乗法の基準方程式を解くことによって算出す
る。

前記したように、画像データSijと画像データTijとの
差分データDijは、電流中心ではほぼ０となり、電流中
心から離れるにしたがって大きくなるので、関数Ｆ
（ｉ、ｊ）が極小値を示す座標が電流中心の座標とな
る。

したがって、以上のようにして近似関数Ｆ（ｉ、ｊ）
が求まると、次式（６）、（７）に示したように関数Ｆ
（ｉ、ｊ）をｉおよびｊで偏微分し、近似関数Ｆ（ｉ、
ｊ）が極小値を示す座標を求める。

また、本発明では、偏向器３の制御量δＸ、δＹに対
する電流中心の移動量dX、dYを予め実験的に求めてお
く。そして、前記のようにして電流中心が求まり、電流
中心と視野の中心とのずれがΔＸ、ΔＹであれば、Ｘ軸
に関してはδＸ・ΔX/dX、Ｙ軸に関してはδＹ・ΔY/dY
なる制御量で偏向器３を制御すれば、軸合せが自動的に
行われるようになる。

第１図は本発明の一実施例である電子顕微鏡の主要部
のブロック図、第２図はその動作を説明するためのフロ
ーチャートである。

図において、電子銃１から放出された電子線17は、照
射レンズ系を構成する第１コンデンサレンズ2aおよび第
２コンデンサレンズ2bによって収束され、さらに偏向器
３で偏向されて試料４に照射される。

試料４を透過した電子線は、結像レンズ系を構成する
対物レンズ5a、中間レンズ5b、投射レンズ5cによって拡
大され、蛍光板６上には最終像が結合される。

結合された最終像はテレビカメラ10によって撮像さ
れ、制御器11を介して映像信号に変換される。この映像
信号はA/D変換器12、バス80を介して、ｍ×ｎの画像デ
ータとして画像メモリ14a〜14cにデジタル化されて記憶
される。

前記電子銃１の加速電圧は、D/A変換器7aの出力信号
を昇圧回路８で昇圧して供給される。各電子レンズ2a、
2b、5a、5b、5cのレンズ電流は、それぞれD/A変換器7
b、7c、7e、7f、7gの出力昇圧で制御される電源回路9
a、9b、9d、9e、9fから供給される。偏向器３の偏向電
流は、D/A変換器7dの出力信号で制御される電源回路9c
から供給される。各D/A変換器7a〜7gは、CPU16、メモリ
15、演算装置13と共にバス80に接続されている。

メモリ15には、当該電子顕微鏡の各種制御プログラ
ム、前記偏向器３の制御量δＸ、δＹに対する電流中心
の移動量dX、dY、および前記近似関数Ｆ（ｉ、ｊ）を求
めるためのプログラム等が記憶されている。

このような構成において、電流軸合せを行う場合、ス
テップS10では任意の対物レンズ電流におけるｍ×ｎ個
の各画像データSijが画像メモリ14aに蓄積され、ステッ
プS11では、対物レンズ電流が適宜に増加または減少さ
れて拡大像が電流中心を中心にして回転され、その後、
ステップS12では前記回転したｍ×ｎ個の各画像データT
ijが画像メモリ14bに蓄積される。

ステップS13では対物レンズ電流が元に戻され、ステ
ップS14では画像メモリ14aの各画像データから画像メモ
リ14bの各画像データが減ぜられて各座標の差分データD
ij（＝Sij−Tij）が算出され、該差分データDijが画像
メモリ14cに蓄積される。

ステップS15では、CPU16に制御された演算装置13によ
って前記近似関数Ｆ（ｉ、ｊ）が算出され、ステップS1
6では近似関数Ｆ（ｉ、ｊ）の極小値に基づいて電流中
心の座標が求められる。

ステップS17では、前記電流中心の座標と拡大像の中
心位置座標とのずれΔＸ、ΔＹが算出され、偏向器３の
Ｘ軸に関する制御量δＸ・ΔX/dXおよびＹ軸に関する制
御量δＹ・ΔY/dYが算出される。

ステップS18では、CPU16が前記制御量に基づいて偏向
器３を制御し、軸合せが行われる。

本実施例によれば、電流中心がオペレータの観察によ
らず演算によって算出されるので、専用の検出器等を設
けることなく、またオペレータの熟練度にかかわらず、
常に正確な電流（電圧）中心を求めることができるよう
になる。

また、偏向器３の制御量δＸ、δＹに対する電流中心
の移動量dX、dYを予め実験的に求め、上記のようにして
求められた電流中心と視野の中心とのずれΔＸ、ΔＹに
基づいて偏向器を制御すれば、光軸合せが自動的に行え
るようになる。

なお、上記した実施例では本発明を電流軸合せを例に
して説明したが、当業者には明らかなように、電圧軸合
せにも同様に適用することができる。また、上記した実
施例では本発明を透過電子顕微鏡を例にして説明した
が、本発明は走査電子顕微鏡にも適用することができ
る。

（発明の効果）以上の説明から明らかなように、本発明によれば、次
のような効果が達成される。

（１）画像メモリ上の各座標（ｉ、ｊ）での、任意の対
物レンズ電流における画像データSij、対物レンズ電流
を変化させた後の画像データをTij、両者の差分データD
ijとし、座標（ｉ、ｊ）と差分データDijとの関係を表
す近似関数Dij＝Ｆ（ｉ、ｊ）を求め、該近似関数Ｆ
（ｉ、ｊ）が極小値を示す座標に基づいて電流（電圧）
中心を求めるようにしたので、オペレータの熟練度にか
かわらず、常に正確な電流（電圧）中心を求めることが
できるようになる。

（２）偏向器の制御量に対する電流（電圧）中心の移動
量を予め実験的に求め、近似関数Ｆ（ｉ、ｊ）が極小値
を示す座標に基づいて求められた電流（電圧）中心と視
野の中心とのずれΔＸ、ΔＹに基づいて偏向器を制御す
れば、光軸合せが自動的に行えるようになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のブロック図、第２図は第１
図の動作を説明するためのフローチャート、第３図は電
流軸合せおよび電圧軸合せを説明するための図である。１……電子銃、2a……第１コンデンサレンズ、2b……第
２コンデンサレンズ、３……偏向器、４……試料、5a…
…対物レンズ、5b……中間レンズ、5c……投射レンズ、
６……蛍光板、7a〜7g……D/A変換器、８……昇圧回
路、9a〜9f……電源回路、10……テレビカメラ、11……
制御器、12……A/D変換器、13……演算装置、14a〜14c
……画像メモリ、15……メモリ、16……CPU、80……バ
ス

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】電流中心および電圧中心のいずれか一方が
視野の中心となるように電子線を偏向して光軸合せを行
う電子顕微鏡において、電子源から放出された電子線を収束する照射レンズ系
と、試料を透過した電子線を拡大して拡大像を結像する結像
レンズ系と、照射レンズ系の光軸と結像レンズ系の光軸とを合せるた
めの電子線偏向手段と、拡大像をデジタル画像データに変換して記憶する画像メ
モリと、対物レンズの励磁電流を増減して画像データを変化させ
たときの該変化前後における各座標での画像データの差
分、および電子銃の加速電圧を増減して画像データを変
化させたときの該変化前後における各座標での画像デー
タの差分の少なくとも一方を求める差分検出手段と、画像メモリの各座標ごとに求められた前記各差分を代表
する３次元の近似関数を算出する関数算出手段と、前記近似関数に基づいて、差分が最小値を示す画像メモ
リの座標を求める電流／電圧中心検出手段とを具備した
ことを特徴とする電子顕微鏡。
【請求項２】前記光軸検出手段は、前記近似関数を座標
に関して偏微分して極小値を求め、該極小値を示す座標
を算出することを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
の電子顕微鏡。
【請求項３】前記電子線偏向手段の単位制御量に対する
電流／電圧中心の単位移動量を記憶した記憶手段と、視
野の中心位置と前記電流／電圧中心とのいずれ量を検出
する手段と、前記単位移動量およびずれ量に基づいて、視野の中心位
置が前記電流／電圧中心と一致するように、前記電子線
偏向手段を制御する手段をさらに具備したことを特徴と
する特許請求の範囲第１項または第２項記載の電子顕微
鏡。