JP2880003B2 - 電子顕微鏡 - Google Patents

電子顕微鏡

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JP2880003B2 JP20069291A JP20069291A JP2880003B2 JP 2880003 B2 JP2880003 B2 JP 2880003B2 JP 20069291 A JP20069291 A JP 20069291A JP 20069291 A JP20069291 A JP 20069291A JP 2880003 B2 JP2880003 B2 JP 2880003B2
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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は電子顕微鏡に係り、特
に、試料に照射する電子線の照射角を表示することがで
きる電子顕微鏡に関する。
【0002】
【従来の技術】透過型電子顕微鏡(TEM)においては
試料の拡大像を写真撮影することが広く行われている
が、その写真の像質は試料面上における電子線の照射角
αに依存し、照射角αが小さい程像質が向上することが
知られている(例えば、特公昭63-51342号公報参照)。
従って、写真撮影を行う際、あるいは電子顕微鏡写真を
解釈する際には電子線の照射角αを知ることは非常に重
要な事項である。そのためにTEMにおいて試料の像を
写真撮影するに際しては照射角αを求めることが行われ
ている。その手法としては、従来、試料面上における電
子線の密度と電子銃の軸上輝度をメモして計算するとい
う手法が採用されていたが、試料面上における電子線の
密度及び電子銃の軸上輝度の値としては実際に測定した
値ではなく、推定値を使用することが多く、精度が劣る
ばかりでなく、少なからず煩わしさを伴うものであっ
た。
【0003】これに対して、本出願人は上述した特公昭
63-51342号において、観察倍率(以下単に倍率と称す)
M、軸上輝度B、蛍光スクリーン上に投射された電子線
の電流密度Jの値を演算回路に取り込んで照射角αを演
算し、表示することが提案した。そしてこれによって操
作者はこの表示値が最小になるように調整を行うことが
できるので、経験や勘によらず簡単且つ短時間にレンズ
に供給する励磁電流の調整を行うことができる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特公昭
63-51342号においては軸上輝度の値は実際に測定した値
ではなく、操作者が設定した軸上輝度の値を使用してい
るので、精度の点で問題があり、従って実用上問題があ
るものであった。本発明は、上記の課題を解決するもの
であって、照射角αを高精度に求め、表示することがで
きる電子顕微鏡を提供することを目的とするものであ
る。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の電子顕微鏡は、蛍光スクリーンにフィラ
メント像を投影したときに測定した蛍光スクリーン上に
おける電流密度、そのときの観察倍率、及び前記フィラ
メント像を観察している状態から電子回折モードに切り
替えた際に測定した蛍光スクリーンに投影されるフィラ
メントの回折像の半径、そのときのカメラ長に基づいて
軸上輝度を求め、該軸上輝度と、試料を配置したときの
観察倍率及びそのときに測定した蛍光スクリーン上での
電流密度の値に基づいて当該試料面上における電子線の
照射角を求める照射角検出手段と、前記照射角検出手段
で求められた照射角を表示装置に表示する照射角表示手
段とを備えることを特徴とする。
【0006】
【作用】本発明の電子顕微鏡は、照射角検出手段と照射
角表示手段とを備える。照射角検出手段は、蛍光スクリ
ーンにフィラメント像を投影したときに測定した蛍光ス
クリーン上における電流密度DSC、そのときの倍率M、
及び前記フィラメント像を観察している状態から電子回
折モードに切り替えた際に測定した蛍光スクリーンに投
影されるフィラメントの回折像の半径A、そのときのカ
メラ長Lに基づいて軸上輝度Bを求め、更に該軸上輝度
Bと、試料を観察するときの倍率M及びそのときに測定
した蛍光スクリーン上での電流密度DSCの値に基づいて
当該試料面上における電子線の照射角αを求める。照射
角表示手段は照射角検出手段で求められた照射角αを表
示装置に表示する。
【0007】
【実施例】以下、図面を参照しつつ実施例を説明する。
図1は本発明に係る電子顕微鏡の一実施例の構成を示す
図であり、図中、3はフィラメント3aとウェーネルト
電極3b等よりなる電子銃であり、電子銃3から放射さ
れる電子線EBは、第1、第2の収束レンズ4、5によ
って収束されて試料6に入射する。試料6を透過した電
子線EBは対物レンズ7、中間レンズ8、投影レンズ9
からなる結像レンズ系によって蛍光スクリーン10上に
像を結ぶ。
【0008】11、12は照射角αを調整するための収
束レンズ4、5の電源であり、13、14、15はレン
ズ7、8、9の電源である。そして、レンズ7、8、9
に供給する励磁電流を制御することによって倍率を調整
することができる。16は蛍光スクリーン10を流れる
電子線電流を検出するための電流密度検出回路であり、
この電流密度検出回路16は検出した電子線電流を予め
入力されている電子線照射面積で除算した値を出力す
る。電流密度検出回路16の出力信号はAD変換器17
でデジタルデータに変換されて制御装置19に供給され
る。入力部18は、倍率設定摘み、拡大像を観察する拡
大像観察モードと電子回折パターンを観察する電子回折
モードとを切り替えるためのモード切り替えスイッチ、
各レンズのレンズ条件を設定するための摘み、及びテン
キー、実行キー等の各種の摘み類を備えるものである。
制御装置19はマイクロプロセッサで構成され、入力部
18から指示された倍率、レンズ条件、電子銃の条件等
に基づいて、レンズ4、5、7〜9に供給する励磁電流
を決定してこれらのレンズに対応して配置されているレ
ンズ電源11〜15に決定した励磁電流を指示し、且つ
フィラメント3aに印加する電圧、ウェーネルト電極3
bに印加する電圧を決定してそれぞれフィラメント電源
23、ウェーネルト電源24に指示するというTEMに
おける通常の動作を行うと共に、照射角αを検出するた
めの照射角検出部20、表示制御部21を備え、後述す
る照射角検出の処理、検出した照射角を表示するための
処理を実行する。25はCRT、デジタルメータ等で構
成される表示装置であり、照射角検出部20で検出され
た照射角αは表示制御部21により当該表示装置に表示
される。次に、照射角検出部の処理について説明する。
照射角検出部20は、入力部18から照射角の検出処理
が指示されると起動されるが、照射角の検出に先立って
軸上輝度Bを求めるために図2に示す処理を実行する。
図2は軸上輝度Bの検出を行う際の操作者及び照射角検
出部20が行う処理を示すフローチャートであり、操作
者はまず拡大像観察モードを選択し、試料を配置しない
状態でフィラメント3aの像を所望の倍率で蛍光スクリ
ーン10に投影するようにレンズ条件を設定する(ステ
ップS1)。なお、このときに設定する倍率は大きい方
が望ましいものである。このようにしてフィラメント3
aの拡大像が蛍光スクリーン10上に得られたら操作者
は入力部18の所定のキーあるいはスイッチを押し、倍
率M及び蛍光スクリーン10上での電流密度DSCの読み
込みを指示する。これにより照射角検出部20は、入力
部18で設定された倍率から倍率Mを、AD変換器17
を介して電流密度検出回路16から蛍光スクリーン10
上での電流密度DSCを取り込み、記憶する(ステップS
2)。
【0009】次に、操作者は入力部18を操作すること
により当該TEMのモードを拡大像観察モードから電子
回折モードに切り替える(ステップS3)。これにより
蛍光スクリーン10には図4のDPで示すような円盤状
の回折像が投影される。なおこのとき、各レンズ4、
5、7〜9の励磁電流は、ステップS1で設定された倍
率Mに対応して設定されているカメラ長を達成するよう
に制御装置19により変更されることは当然である。そ
してこの状態で操作者により入力部18から所定の指示
がなされると、照射角検出部20は、カメラ長L及び回
折像DPの半径Aを読み込み、記憶する(ステップS
4)。
【0010】カメラ長Lは制御装置19が認識している
からその値を取り込めばよいが、フィラメント3aの回
折像の半径Aを求める方法としては次のような方法を採
用することができる。第1の方法は、偏向コイルを用い
る方法であり、図3のMKで示すように蛍光スクリーン
10上にマークを付しておき、偏向コイル(図1には図
示せず)により、まずマークMKが図3Aのように特定
の回折像、図3ではDP5 の一端に位置するように回折
像全体を移動させ、次に図3Bに示すように、偏向コイ
ルによりマークMKが当該回折像DP5 の対角位置に位
置するように回折像全体を移動させて、このときの偏向
コイルの偏向量の差から当該回折像DP5 の直径を求
め、その1/2の値をAとする方法である。また、第2
の方法は画像処理技術を用いる方法であり、蛍光スクリ
ーン10上の回折像をTVカメラで撮像し、回折像の輪
郭を求める画像処理を施してその輪郭の直径を求め、そ
の1/2の値をAとする方法である。
【0011】以上のようにしてステップS4の処理が終
了すると、照射角検出部20は下記の(1)により軸上
輝度Bを算出し、記憶する(ステップS5)。
【0012】 B=DSC・L2/π・M2・A2 …(1) (1)式により軸上輝度Bを求めることができることは
明きらかである。即ち、試料面上での電流密度をDSP
試料面上での電子線の照射角をαとするとき、軸上輝度
Bは下記の(2)式で表されることが知られている。 B=DSP/π・α2 …(2) そして、試料面上での電流密度DSP及び試料面上での電
子線の照射角αはそれぞれ(3)、(4)式で表され
る。 DSP=DSC/M2 …(3) α=A/L …(4) 従って、(3)式及び(4)式を(2)式に代入すれば
(1)式が得られ、軸上輝度Bが求められることが分か
る。
【0013】以上のようにして軸上輝度Bが求められる
と、次に実際の写真撮影が行われることになるが、その
際拡大像の明るさ、倍率は操作者により所望の値に変更
されるのが通常である。しかし上記の(2)式、(3)
式から α=(DSC/π・M2・B)1/2 …(5) が成り立つから、写真撮影に際して像の明るさ、倍率が
変更されると、それに応じて照射角αも変化することに
なり、従って、写真撮影に際して像の明るさ、倍率を変
更する場合には、その度毎に蛍光スクリーン上での電流
密度DSCを測定して照射角αを求める必要がある。ただ
しその際、加速電圧、ウェーネルト電圧等の電子銃の条
件は、上記の軸上輝度Bを検出した際の条件と同じとす
る。これにより輝度不変の法則が成り立つので、(5)
式のBは図2に示す上述した処理で求めた軸上輝度Bの
値をそのまま使用することができる。
【0014】この照射角αを検出するための処理は図4
に示すように行われる。図4は軸上輝度Bを検出した後
に行う照射角αの検出を行う際の操作者及び照射角検出
部20が行う処理を示すフローチャートであり、操作者
はまずステップS11において、試料6を所定の位置に
配置し、倍率を所望の値に設定する。なおこの際、電子
銃の条件を変更しないようにすることは上述した通りで
ある。またこのとき、蛍光スクリーン10上における視
野を試料6の像のないところに移動する。これは次に蛍
光スクリーン10上での電流密度DSCを求める際に、視
野内に試料6の拡大像がある場合には、電子線EBが試
料6によって吸収され、電流密度DSCを正確に測定する
ことができないからである。その後、操作者により入力
部18から所定の指示がなされると、照射角検出部20
は、入力部18で設定された倍率から倍率Mを、また、
AD変換器17を介して電流密度検出回路16から蛍光
スクリーン10上での電流密度DSCを読み込み、記憶す
る(ステップS12)。そして照射角検出部20は、次
にステップS12で読み込んだ、倍率M,電流密度DSC
及び図2の処理で求めた軸上輝度Bを用いて、上記の
(5)式により試料6の面上での電子線の照射角αを計
算し、記憶する(ステップS13)。
【0015】以上のようにして求められた照射角αは表
示制御部21に渡され、その値が表示装置25に表示さ
れる。従って操作者は各レンズの励磁電流を変化させる
度毎に表示される照射角αの表示値を見ながら、この表
示値が最小になるように調整を行うことによって簡単且
つ短時間に調整を行うことができる。
【0016】以上、本発明の一実施例について説明した
が、本発明は上記実施例に限定されるものではなく種々
の変形が可能である。例えば、上記実施例では蛍光スク
リーン10上での電流密度DSCは電流密度検出回路16
からを取り込むようにしたが、蛍光スクリーン10上に
ファラデーカップ等の周知の電子電流測定装置を挿入し
て測定し、その値を入力部18から数値入力するように
してもよいものである。また、上記実施例では照射角α
のみを表示するものとしたが、軸上輝度Bを表示するよ
うにしてもよいものである。更に、照射角αは表示装置
に表示するだけでなく、写真フィルムに焼き込むように
することもできるものである。
【0017】
【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、写真撮影に際して表示される照射角を参照す
ることにより容易に像質の良否を判断することができ
る。また、電子銃の条件が変更される度毎に正確な軸上
輝度が求められ、且つ像の明るさが変更される度毎に蛍
光スクリーン上での電流密度が正確に求められるので、
そのときの照射角を高精度に求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施例の構成を示す図である。
【図2】 軸上輝度Bの検出を行う際の操作者及び照射
角検出部20が行う処理を示すフローチャートである。
【図3】 フィラメントの回折像の半径を求める方法の
一例を説明する図である。
【図4】 照射角αの検出を行う際の操作者及び照射角
検出部20が行う処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
3…電子銃、3a…フィラメント、3b…ウェーネルト
電極、4、5…収束レンズ、6…試料、7…対物レン
ズ、8…中間レンズ、9…投影レンズ、10…蛍光スク
リーン、11、12、13、14、15…レンズ電源、
16…電流密度検出回路、17…A/D変換器、18…
入力部、19…制御装置、20…照射角検出部、21…
表示制御部、23…フィラメント電源、24…ウェーネ
ルト電源、25…表示装置、EB…電子線。
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01J 37/22 H01J 37/04 H01J 37/26 H01J 37/295

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 蛍光スクリーンにフィラメント像を投影
    したときに測定した蛍光スクリーン上における電流密
    度、そのときの観察倍率、及び前記フィラメント像を観
    察している状態から電子回折モードに切り替えた際に測
    定した蛍光スクリーンに投影されるフィラメントの回折
    像の半径、そのときのカメラ長に基づいて軸上輝度を求
    め、該軸上輝度と、試料を配置したときの観察倍率及び
    そのときに測定した蛍光スクリーン上での電流密度の値
    に基づいて当該試料面上における電子線の照射角を求め
    る照射角検出手段と、前記照射角検出手段で求められた
    照射角を表示装置に表示する照射角表示手段とを備える
    ことを特徴とする電子顕微鏡。
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