JP3118559B2 - Electron microscope apparatus and sample image reproducing method using electron microscope - Google Patents

Electron microscope apparatus and sample image reproducing method using electron microscope

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JP3118559B2
JP3118559B2 JP09077863A JP7786397A JP3118559B2 JP 3118559 B2 JP3118559 B2 JP 3118559B2 JP 09077863 A JP09077863 A JP 09077863A JP 7786397 A JP7786397 A JP 7786397A JP 3118559 B2 JP3118559 B2 JP 3118559B2
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隆一 志水
俊行 安藤
吉秀 木村
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大阪大学長
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、試料の位相像と振
幅像を収差補正して分離観察できる顕微鏡装置に関する
ものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a microscope capable of correcting and observing a phase image and an amplitude image of a sample by correcting aberrations.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、顕微鏡の分解能は、対物レンズの
開口径で決定され対物レンズに球面収差がある場合は球
面収差によって制限されていた。また試料の位相像、振
幅像を分離観察するためには特別な位相板を設置する必
要があった。たとえば電子顕微鏡の場合は、球面収差に
よって分解能が制限されており、有効な位相板が考察さ
れていなかった。このような事情により、球面収差補正
することで高い分解能が得られ、有効な位相板をもつ電
子顕微鏡の開発が強く要請されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, the resolution of a microscope is determined by the aperture diameter of an objective lens, and is limited by the spherical aberration when the objective lens has a spherical aberration. In order to separately observe the phase image and the amplitude image of the sample, it is necessary to install a special phase plate. For example, in the case of an electron microscope, the resolution is limited by spherical aberration, and an effective phase plate has not been considered. Under such circumstances, there is a strong demand for the development of an electron microscope that can obtain a high resolution by correcting spherical aberration and has an effective phase plate.

【0003】収差補正としていくつかの手法が提案され
ているが、今回提案する手法は、“Image Restration i
n Coherent Imaging System Involving Spherical Aber
ration”J. Electron Microscope 38 (1989) 412〜422
及び文献“Mathmatical Backgromd of defocus-modulat
ior image processing”Optik 96 (1994) 129 〜135に
記載されている既知の能動変調型結像法を発展させたも
のである。この既知の結像方式の原理を図1に模式的に
示す。観察すべき試料に対して垂直コヒーレント照明を
行う。試料像の撮像に際し、焦点を少しつづずらしなが
ら複数のデフォーカス画像を撮像し、同時に各デフォー
カス像に所定の関数に従った重み付けを行う。そして、
重み付けされた複数のデフォーカス画像を加算処理して
最終的な試料の位相像と振幅像が分離観察されている。
Several methods have been proposed for aberration correction. The method proposed this time is called "Image Restration i".
n Coherent Imaging System Involving Spherical Aber
ration ”J. Electron Microscope 38 (1989) 412-422
And the literature “Mathmatical Backgromd of defocus-modulat
ior image processing "is an extension of the known active modulation imaging method described in Optik 96 (1994) 129-135. The principle of this known imaging method is schematically illustrated in FIG. Vertical coherent illumination is performed on the sample to be observed, and at the time of capturing the sample image, a plurality of defocused images are captured while the focus is slightly shifted, and each defocused image is simultaneously weighted according to a predetermined function. And
By adding a plurality of weighted defocus images, a final phase image and amplitude image of the sample are separately observed.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】上述した能動変調型結
像法は、複数のデフォーカス画像を特別な手段を講ずる
ことなく加算及び減算処理するだけでほとんど収差のな
い鮮明な位相像及び振幅像を撮像できる特有の効果を有
している。しかしながら、垂直コヒーレント照明を利用
することに起因して解像力に限界があるため、解像度を
一層高くすることが強く要請されている。特に、一層高
い解像度が得られれば、比較的低い加速電圧で単一金属
原子や気体分子のような1Å程度の物体を鮮明に観察で
きることが期待される。
In the active modulation type imaging method described above, a clear phase image and amplitude image having almost no aberration can be obtained by simply adding and subtracting a plurality of defocused images without taking special measures. Has a specific effect of being able to image the image. However, since the resolution is limited due to the use of the vertical coherent illumination, it is strongly required to further increase the resolution. In particular, if a higher resolution can be obtained, it is expected that an object of about 1 mm such as a single metal atom or a gas molecule can be clearly observed at a relatively low acceleration voltage.

【0005】従って、本発明は、能動変調型結像法の有
用な特徴を有し、ホローコーン照明を併用することで2
倍の高い解像度が得られると共に、無収差レンズで結像
したと同様な収差補正された位相像と振幅像が分離され
て観察できる電子顕微鏡を実現することにある。
Accordingly, the present invention has a useful feature of the active modulation type imaging method, and it is possible to use a hollow cone illumination together with the method.
It is an object of the present invention to realize an electron microscope which can obtain twice the resolution and can observe a phase image and an amplitude image which have been subjected to aberration correction similar to those formed by an aberration-free lens, separately.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明による顕微鏡装置
は、電子ビームを発生する電子銃と、発生した電子ビー
ムを観察すべき試料に対してホローコーン照射する手段
と、ホローコーン照射する際、照射ビームに照射電子量
の重み付けを与える手段と、試料で散乱した電子ビーム
を結像して試料像を形成する対物レンズと、対物レンズ
のフォーカスを変化させる手段と、試料像を撮像する撮
像装置とを具え、デフォーカス量と重み付け量との関係
を規定する重み付け関数にしたがって照射電子ビームに
重み付けを与えながらデフォーカス画像を撮像し、撮像
された画像情報を演算処理して試料像を形成することを
特徴とする。
A microscope apparatus according to the present invention comprises an electron gun for generating an electron beam, a means for irradiating a sample to be observed with the generated electron beam, and an irradiation beam for irradiating a hollow cone. Means for weighting the amount of irradiated electrons, an objective lens for forming an image of the sample by forming an electron beam scattered by the sample, means for changing the focus of the objective lens, and an imaging device for imaging the sample image. A defocused image is captured while weighting the irradiation electron beam according to a weighting function that defines a relationship between the defocus amount and the weighting amount, and the image information obtained is arithmetically processed to form a sample image. Features.

【0007】電子顕微鏡において高解像度画像を得るに
は、収差補正を行い無収差レンズで撮像したと同様な画
像を得ること、位相像と振幅像の分離観察ができること
が必要である。このため、本発明では、能動変調結像法
を利用して収差補正を行う。しかしながら、前述したよ
うに、既知の能動変調結像法では垂直コヒーレント照明
に起因して解像度を上げるには限界がある。一方、本発
明者が電子線照射について種々の実験及び解析を行った
結果、ホローコーン照射によりインコヒーレント照射に
匹敵する空間周波数伝達特性が得られることが判明し
た。しかも、ホローコーン照明の入射電子線の傾斜角に
対する球面収差補正処理に必要な加重関数は、用いるシ
ステムに応じて一意的に決定できることも解明された。
このような認識に基づき、本発明では能動変調結像法に
よる収差補正に加えてホローコーン照射により解像度を
一層高めることとする。このように構成することによ
り、収差補正された位相像と振幅像の両方を一挙に解決
することができる。
In order to obtain a high-resolution image with an electron microscope, it is necessary to correct the aberration and obtain an image similar to that obtained by an aberration-free lens, and to be able to separately observe a phase image and an amplitude image. Therefore, in the present invention, aberration correction is performed using the active modulation imaging method. However, as mentioned above, known active modulation imaging methods have limitations in increasing resolution due to vertical coherent illumination. On the other hand, as a result of performing various experiments and analyzes on electron beam irradiation, the present inventors have found that hollow cone irradiation can provide a spatial frequency transfer characteristic comparable to incoherent irradiation. In addition, it has been clarified that the weighting function required for the spherical aberration correction processing for the inclination angle of the incident electron beam of the hollow cone illumination can be uniquely determined according to the system used.
Based on such recognition, in the present invention, in addition to aberration correction by the active modulation imaging method, the resolution is further improved by hollow cone irradiation. With this configuration, both the phase image and the amplitude image whose aberration has been corrected can be solved at once.

【0008】本発明者による種々の実験及び解折の結
果、ホローコーン照射に利用する重み付け関数は一般式
として規定される。振幅係再生用の重み付け関数WR
(Δf)は以下の式で与えられる。
As a result of various experiments and analysis by the present inventors, a weighting function used for hollow cone irradiation is defined as a general expression. Weighting function W R for amplitude-related playback
(Δf) is given by the following equation.

【数1】 (Equation 1)

【0009】ここで、Δfはデフォーカス量であり、w
は空間周波数であり、
Here, Δf is the amount of defocus, w
Is the spatial frequency,

【外1】 は各空間周波数での再生の度合を決定する関数であり、
γS (v)は波面収差量である。
[Outside 1] Is a function that determines the degree of reproduction at each spatial frequency,
γ S (v) is the amount of wavefront aberration.

【0010】また、位相像再生間の重み付け関数WI
(Δf)は以下の式で与えられる。
Also, a weighting function W I between phase image reproductions
(Δf) is given by the following equation.

【数2】 従って、これらの荷重関数に基き、デフォーカス量に対
して照射電子量を規定して重み付けすれば能動変調型結
像方式の利点を維持しながら解像度を一層改善すること
ができる。
(Equation 2) Therefore, the resolution can be further improved while maintaining the advantage of the active modulation type imaging method by defining and weighing the amount of irradiation electrons with respect to the amount of defocus based on these weight functions.

【0011】デフォーカス量に応じた重み付けを行なう
方法として、対物レンズのフォーカスを変化させながら
一連のデフォーカス画像を撮像し、コンピュータにおい
て、この一連の画像をデフォーカス量と重み付けとの関
係を規定する上記関数に基いて重み付け因子を乗算して
重み付けを行ない、その後加算する手法がある。また、
別の方法として、対物レンズのフォーカスを変化させな
がら且つ照射電子量を変化させ、デフォーカスに対応し
て重み付けされた2個の試料像を撮像し、これら試料像
を減算して最終的な試料像を形成する方法がある。この
方法を用いれば、実時間での試料像の再生が可能にな
る。
As a method of performing weighting in accordance with the amount of defocus, a series of defocused images is taken while changing the focus of the objective lens, and the relationship between the amount of defocus and the weighting of the series of images is defined by a computer. There is a method of performing weighting by multiplying by a weighting factor based on the above function, and then adding the weighting factors. Also,
As another method, while changing the focus of the objective lens and changing the amount of irradiation electrons, two sample images weighted corresponding to the defocus are taken, and these sample images are subtracted to obtain a final sample. There is a method of forming an image. With this method, it is possible to reproduce a sample image in real time.

【0012】上記本発明の電子顕微鏡装置の実施例は、
電子ビームに重み付けを与える手段及び対物レンズのフ
ォーカスを変化させる手段を、電子銃に高電圧を印加す
る可変高圧発生器及びその制御回路で構成し、この可変
高圧発生器からの出力電圧を、前記及び重み付け関数に
応じて時間的に変化させることを特徴とする。電子銃に
時間的に変性する高電圧を印加することにより、対物レ
ンズのフォーカスを変化させることができる。同時に、
電子銃に印加される高電圧の時間的な変化により、試料
に対する電子ビームの照射時間が時間的に変化し、この
結果デフォーカス量に対応して電子ビームの照射量が変
化することになる。
An embodiment of the electron microscope apparatus of the present invention is as follows.
The means for weighting the electron beam and the means for changing the focus of the objective lens are constituted by a variable high voltage generator for applying a high voltage to the electron gun and its control circuit, and the output voltage from the variable high voltage generator is And time-dependently according to the weighting function. By applying a time-varying high voltage to the electron gun, the focus of the objective lens can be changed. at the same time,
Due to the temporal change of the high voltage applied to the electron gun, the irradiation time of the electron beam on the sample changes over time, and as a result, the irradiation amount of the electron beam changes according to the defocus amount.

【0013】従って、上記重み付け関数に基いて、電子
銃に印加する電圧値を時間的に変化させることにより、
デフォーカスの形成と重み付けとを同時に行なうことが
できる。
Therefore, by temporally changing the voltage value applied to the electron gun based on the weighting function,
Defocus formation and weighting can be performed simultaneously.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】図2は本発明による電子顕微鏡の
基本概念を模式的に示す線図である。尚、説明の便宜上
電子顕微鏡に基づいて説明するが、あらゆる顕微鏡に同
様に適用することができる。電子銃から発生した電子ビ
ームを偏向レンズ系を用いて所定の傾斜角のホローコー
ン状の電子ビームに変換する。ホローコーン状の電子ビ
ームを形成する方法として、後述するように、偏向レン
ズ系により電子ビームを回転させてもよく、又は拡大し
た電子ビームを形成し環状絞りを用いてホローコーン状
の電子ビームを形成することもできる。このホローコー
ン状の電子ビームを試料1に照射する。試料1を通過し
た電子ビームを対物レンズ2により結像して一連の試料
像を撮像する。
FIG. 2 is a diagram schematically showing the basic concept of an electron microscope according to the present invention. The description will be made based on an electron microscope for convenience of description, but the present invention can be similarly applied to any microscope. The electron beam generated from the electron gun is converted into a hollow cone-shaped electron beam having a predetermined inclination angle using a deflection lens system. As a method of forming a hollow cone-shaped electron beam, as described later, the electron beam may be rotated by a deflection lens system, or an expanded electron beam is formed and a hollow cone-shaped electron beam is formed by using an annular diaphragm. You can also. The sample 1 is irradiated with the hollow cone-shaped electron beam. An electron beam having passed through the sample 1 is formed by the objective lens 2 to form a series of sample images.

【0015】一連の試料像を撮像するに際し、対物レン
ズのフォーカスを変えながら撮像し、一連のデフォーカ
ス像を形成する。これら一連の試料像とコンピュータに
とり込み、重み付けを行ない、かつ再処理を行なうこと
により最終の試料像が得られる。また、デフォーカスを
与えながら電子ビームの照射時間を変えることにより重
み付けされたデフォーカス像を得ることもできる。
When a series of sample images are picked up, an image is picked up while the focus of the objective lens is changed to form a series of defocused images. The final sample image is obtained by taking in a series of these sample images and a computer, performing weighting, and performing reprocessing. Also, by changing the irradiation time of the electron beam while giving defocus, a weighted defocus image can be obtained.

【0016】この際重要な事項は、収差補正に必要な加
重関数が入射電子線の傾斜角に対して一意的に決定で
き、傾斜方位には依存しないという解析結果に基づいて
いることである。従って、用いるシステムにより決定さ
れる加重関数を用いることにより重み付け及びデフォー
カスの両方がかけられた一連の画像が得られ、これらの
画像を加算することによりインコヒーレント照射に匹敵
する空間周波数帯域が無球面収差で再生可能になる。こ
の際の処理は加算及び減算だけが必要であるので、処理
の実時間処理が可能になる。
What is important at this time is that the weighting function required for aberration correction is uniquely determined with respect to the tilt angle of the incident electron beam, and is based on the analysis result that it does not depend on the tilt azimuth. Thus, by using a weighting function determined by the system used, a series of both weighted and defocused images is obtained, and by adding these images there is no spatial frequency band comparable to incoherent illumination. Reproduction becomes possible due to spherical aberration. At this time, only addition and subtraction are required, so that real-time processing can be performed.

【0017】図3は本発明による電子顕微鏡の具体例を
示す線図である。電子顕微鏡本体10は電子ビームを発
生する電子銃11を有する。電子銃11から発生した電
子ビームは加速電極12及びコンデンサレンズ13を経
て偏向コイル14に入射しホローコーンビームに変換さ
れる。尚、ホローコーンビームの形成方法については後
述することにする。ホローコーンビームは試料15に入
射し、試料で散乱した電子ビームは対物レンズ16によ
り結像されて試料像が形成される。対物レンズから出射
した電子ビームは中間レンズ17及び投射レンズ18を
経て蛍光板19により光像に変換され、この光像に変換
された試料像をTVカメラ20で撮像する。この撮像手
段は種々の手段を用いることができ、TVカメラと同様
に電荷蓄積能力を有する2次元CCDカメラ、感光性フ
ィルム等の手段を用いることができる。
FIG. 3 is a diagram showing a specific example of an electron microscope according to the present invention. The electron microscope main body 10 has an electron gun 11 for generating an electron beam. The electron beam generated from the electron gun 11 enters the deflection coil 14 via the acceleration electrode 12 and the condenser lens 13 and is converted into a hollow cone beam. The method of forming the hollow cone beam will be described later. The hollow cone beam enters the sample 15, and the electron beam scattered by the sample is imaged by the objective lens 16 to form a sample image. The electron beam emitted from the objective lens passes through the intermediate lens 17 and the projection lens 18 and is converted into an optical image by the fluorescent plate 19. The sample image converted into the optical image is captured by the TV camera 20. As the imaging means, various means can be used, and a means such as a two-dimensional CCD camera and a photosensitive film having a charge storage ability like a TV camera can be used.

【0018】本例では、デフォーカスの形成及び電子ビ
ームへの重み付けの制御並びに画像信号の形成等の信号
処理はコンピュータ21により制御する。電子銃11に
は例えば200kV程度の高電圧を発生する高圧発生器
22を接続すると共に±300Vの電圧を発生する高圧
変調器23を接続する。この高圧変調器23はコンピュ
ータ21により制御され、時間に対して変化する電圧を
発生する。高圧変調器23からの電圧は高圧発生器22
からの高電圧に重畳されて電子銃11に印加される。従
って、電子銃11には時間的に変調された高電圧が印加
され、時間に対して対物レンズの焦点が時間的に変化す
ることになる。この結果、対物レンズにより結像される
試料像には変調された高電圧に応じて変化するデフォー
カス量が与えられることになる。
In this embodiment, the computer 21 controls signal processing such as formation of defocus, control of weighting of an electron beam, and formation of an image signal. A high voltage generator 22 for generating a high voltage of, for example, about 200 kV is connected to the electron gun 11 and a high voltage modulator 23 for generating a voltage of ± 300 V is connected to the electron gun 11. The high voltage modulator 23 is controlled by the computer 21 and generates a time-varying voltage. The voltage from the high voltage modulator 23 is applied to the high voltage generator 22.
And is applied to the electron gun 11 while being superimposed on the high voltage. Therefore, a temporally modulated high voltage is applied to the electron gun 11, and the focal point of the objective lens temporally changes with time. As a result, the sample image formed by the objective lens is given a defocus amount that changes according to the modulated high voltage.

【0019】偏向コイル14は偏向コイル駆動回路24
からの駆動信号により駆動され、この偏向コイル駆動回
路24はコンピュータ21に接続する。対物レンズ16
にレンズ制御回路25を接続し、コンピュータ21から
供給される制御信号により対物レンズ16を駆動制御を
行う。TVカメラ20により撮像された画像は画像減算
器23に取り込む。前述したように、重み付けは正又は
負の符号を有するので、画像減算器23は2個のフレー
ムメモリと画像減算回路を有し、一方のフレームメモリ
には正の重み付けがされた画像情報を取り込み、他方の
フレームメモリには負の重み付けがされた画像情報を取
り込む。そして、正の重み付けがされた画像情報と負の
重み付けがされた画像情報とを減算回路により減算して
最終画像として出力する。得られた画像はビデオフレー
ムメモリ24に記憶され、コンピュータ21からの制御
信号によりCRT25に表示することができる。
The deflection coil 14 includes a deflection coil drive circuit 24
The deflection coil drive circuit 24 is connected to a computer 21. Objective lens 16
Is connected to a lens control circuit 25, and the drive of the objective lens 16 is controlled by a control signal supplied from the computer 21. The image captured by the TV camera 20 is taken into the image subtractor 23. As described above, since the weighting has a positive or negative sign, the image subtractor 23 has two frame memories and an image subtraction circuit, and one of the frame memories stores the positively weighted image information. The other frame memory fetches image information with negative weighting. Then, the subtraction circuit subtracts the positively weighted image information and the negatively weighted image information, and outputs the result as a final image. The obtained image is stored in the video frame memory 24 and can be displayed on the CRT 25 by a control signal from the computer 21.

【0020】次に、電子ビームに対する重み付けについ
て説明する。本例では、重み付け手法としてデフォーカ
スに対して電子ビームの照射時間を変化させる手法を用
いる。図4はデフォーカスと重み付け方法を説明するた
めの線図である。図4Aは位相成分再生用の荷重関数を
示し、図4Bは図4Aに示す荷重関数についての時間に
対するデフォーカス量の変化を示し、図4Cは電子銃に
印加する電圧値の時間変化を示す。図4Aに示す荷重関
数は上述した式に基くものであり、横軸は重み付け量を
表わし、縦軸はデフォーカス量を示す。また、図4Bに
おいて、横軸は時間を示し、縦軸はデフォーカス量を示
す。さらに図4Cにおいて横軸は時間を示し、縦軸は電
子銃に印加する電圧値を示す。
Next, the weighting of the electron beam will be described. In this example, a method of changing the irradiation time of the electron beam with respect to defocus is used as a weighting method. FIG. 4 is a diagram for explaining a defocusing and weighting method. 4A shows a load function for phase component reproduction, FIG. 4B shows a change in the defocus amount with respect to time for the load function shown in FIG. 4A, and FIG. 4C shows a time change in a voltage value applied to the electron gun. The load function shown in FIG. 4A is based on the above-described equation, where the horizontal axis represents the weighting amount and the vertical axis represents the defocus amount. In FIG. 4B, the horizontal axis represents time, and the vertical axis represents the defocus amount. Further, in FIG. 4C, the horizontal axis represents time, and the vertical axis represents the voltage value applied to the electron gun.

【0021】高圧発生器22及び高圧変調器23からの
高電圧を電子銃11に印加する。この時の印加電圧の変
化は図4Cに示すように設定する。電子銃11に印加さ
れる電圧が変化することにより対物レンズのフォーカス
が変化する。この時試料には時間に連続して電子ビーム
が照射され続ける。従って、印加電圧の時間に対する変
化分は試料に対する電子ビームの照射時間に相当する。
従って、図4Cに示すように時間的に変化する電圧を電
子銃に印加することにより、デフォーカス量に応じて重
み付された電子ビームが試料に照射されることになる。
尚、重み付け量は、正及び負の両方の値をとるため、T
Vカメラの電化蓄積能力を利用して、例えば正の重み付
けについて、印加電圧を変化させてデフォーカスに応じ
て重み付けされた第1の試料像を作成し、次に負の重み
付けについて同様にして第2の試料像を作成し、その後
画像減算回路23において減算処理する。これにより、
荷重関数に基いてデフォーカス量に対して重み付けされ
た試料像を得ることができる。尚、画像減算回路は2個
のフレームメモリと画像減算器を有することにより、上
記処理を行なうことができる。このように構成すること
により、実時間で試料像を再生することが可能になる。
The high voltage from the high voltage generator 22 and the high voltage modulator 23 is applied to the electron gun 11. The change of the applied voltage at this time is set as shown in FIG. 4C. When the voltage applied to the electron gun 11 changes, the focus of the objective lens changes. At this time, the sample is continuously irradiated with the electron beam over time. Therefore, the change of the applied voltage with respect to time corresponds to the irradiation time of the electron beam to the sample.
Therefore, by applying a time-varying voltage to the electron gun as shown in FIG. 4C, the sample is irradiated with an electron beam weighted according to the defocus amount.
Note that the weighting amount takes both positive and negative values.
Using the charge accumulation capability of the V-camera, for example, for the positive weighting, the applied voltage is changed to create a first sample image weighted according to the defocus, and then the negative weighting is performed in the same manner. Then, a subtraction process is performed in the image subtraction circuit 23. This allows
A sample image weighted with respect to the defocus amount based on the load function can be obtained. Note that the image subtraction circuit can perform the above processing by having two frame memories and an image subtractor. With this configuration, it is possible to reproduce a sample image in real time.

【0022】図5はホローコーンビーム形成装置の構成
を示す。図5aに示すように、電子銃から発生した電子
ビームを第1のコンデンサ30により発散ビームに変換
し、第2のコンデンサ31により集束性ビームに変換す
る。第2のコンデンサ31の後段にコンデンサ環状絞り
32を配置して集束性電子ビームをホローコーンビーム
にする。そして、ホローコーンビームを試料に直接照射
する。図5bの構成では、コンデンサ絞り33を通過し
た電子ビームを2段の偏向コイルにより回転するホロー
コーンビームに変換する。
FIG. 5 shows the configuration of the hollow cone beam forming apparatus. As shown in FIG. 5A, an electron beam generated from an electron gun is converted into a divergent beam by a first condenser 30, and is converted into a convergent beam by a second condenser 31. A condenser annular stop 32 is disposed downstream of the second condenser 31 to convert the converging electron beam into a hollow cone beam. Then, the hollow cone beam is directly applied to the sample. In the configuration of FIG. 5B, the electron beam that has passed through the condenser diaphragm 33 is converted into a rotating hollow cone beam by a two-stage deflection coil.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 能動変調型結像法を模式的に示す線図であ
る。
FIG. 1 is a diagram schematically showing an active modulation type imaging method.

【図2】 本発明による電子顕微鏡装置の撮像方法を説
明するための模式図である。
FIG. 2 is a schematic diagram for explaining an imaging method of the electron microscope device according to the present invention.

【図3】 本発明による電子顕微鏡装置の具体的構成を
示す線図である。
FIG. 3 is a diagram showing a specific configuration of an electron microscope apparatus according to the present invention.

【図4】 荷重関数に応じたデフォーカス量及び重み付
けを与える方法を説明するための線図である。
FIG. 4 is a diagram for explaining a method of giving a defocus amount and a weight according to a load function.

【図5】 ホローコーンビームを形成するための構成を
示す線図である。
FIG. 5 is a diagram showing a configuration for forming a hollow cone beam.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 試料 2 対物レンズ 11 電子銃 12 加速電極 13 コンデンサレンズ 14 偏向コイル 15 試料 16 対物レンズ 17 中間レンズ 18 投射レンズ 19 蛍光板 20 TVカメラ 21 コンピュータ 22 高圧発生器 23 高圧変調器 24 偏向コイル駆動回路 25 対物レンズ制御回路 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Sample 2 Objective lens 11 Electron gun 12 Acceleration electrode 13 Condenser lens 14 Deflection coil 15 Sample 16 Objective lens 17 Intermediate lens 18 Projection lens 19 Fluorescent plate 20 TV camera 21 Computer 22 High voltage generator 23 High voltage modulator 24 Deflection coil drive circuit 25 Object Lens control circuit

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−105149(JP,A) 特開 平7−153408(JP,A) 特開 平4−233150(JP,A) 特開 昭60−105548(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01J 37/153 H01J 37/22 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-60-105149 (JP, A) JP-A-7-153408 (JP, A) JP-A-4-233150 (JP, A) JP-A-60-105 105548 (JP, A) (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) H01J 37/153 H01J 37/22

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 電子ビームを発生する電子銃と、発生し
た電子ビームを観察すべき試料に対してホローコーン照
射する手段と、ホローコーン照射する際、照射ビームに
照射電子量の重み付けを与える手段と、試料で散乱した
電子ビームを結像して試料像を形成する対物レンズと、
対物レンズのフォーカスを変化させる手段と、試料像を
撮像する撮像装置とを具え、デフォーカス量と重み付け
量との関係を規定する重み付け関数にしたがって照射電
子ビームに重み付けを与えながらデフォーカス画像を撮
像し、撮像された画像情報を演算処理して試料像を形成
することを特徴とする電子顕微鏡装置。
1. An electron gun for generating an electron beam, means for irradiating a sample to be observed with the generated electron beam with a hollow cone, and means for assigning a weight of an irradiation electron amount to the irradiation beam when irradiating the hollow cone. An objective lens that forms an image of the sample by imaging the electron beam scattered by the sample,
A means for changing the focus of the objective lens, and an imaging device for imaging the sample image, which captures a defocused image while weighting the irradiation electron beam according to a weighting function that defines a relationship between the defocusing amount and the weighting amount. An electron microscope apparatus that performs arithmetic processing on the captured image information to form a sample image.
【請求項2】 前記電子ビームに重み付けを与える手段
及び対物レンズのフォーカスを変化させる手段を、電子
銃に高電圧を印加する可変高圧発生器及びその制御回路
で構成し、この可変高圧発生器からの出力電圧を、前記
重み付け関数に応じて時間的に変化させることを特徴と
する請求項1に記載の電子顕微鏡装置。
2. The means for weighting the electron beam and the means for changing the focus of the objective lens comprise a variable high voltage generator for applying a high voltage to an electron gun and a control circuit therefor. The electron microscope apparatus according to claim 1, wherein the output voltage of the electron microscope is temporally changed according to the weighting function.
【請求項3】 電子銃に高電圧を印加して電子ビームを
発生し、発生した電子ビームを試料にホロコーン照射
し、試料で散乱した電子ビームを対物レンズにより結像
して試料像を形成し、この試料像を撮像装置により撮像
して高解像度の電子顕微鏡試料像を再生するにあたり、
前記電子銃に時間的に変化する電圧を印加して対物レン
ズのフォーカスを時間的に変化させ、この電子銃に印加
される時間に対する電圧値を、デフォーカス量と重み付
けとの関係を規定する重み付け関数に基づて規定するこ
とを特徴とする電子顕微鏡による試料像再生方法。
3. A high voltage is applied to an electron gun to generate an electron beam, the generated electron beam is irradiated on a sample by a hollow cone, and the electron beam scattered by the sample is imaged by an objective lens to form a sample image. In imaging the sample image with an imaging device and reproducing a high-resolution electron microscope sample image,
A time-varying voltage is applied to the electron gun to temporally change the focus of the objective lens, and a voltage value for the time applied to the electron gun is weighted to define the relationship between the defocus amount and the weight. A method for reproducing a sample image by an electron microscope, wherein the method is defined based on a function.
【請求項4】 前記撮像装置を電荷蓄積能力を有する撮
像装置としたことを特徴とする請求項3に記載の電子顕
微鏡による試料像再生方法。
4. The method according to claim 3, wherein the imaging device is an imaging device having a charge storage capability.
【請求項5】 前記重み付け関数の正又は負のいずれか
一方の重み付け部分に基づいて時間に対して電圧値が段
階的に変化する電圧を電子銃に印加して前記一方の重み
付けがかけられた第1の試料像を撮像し、次に他方の重
み付け部分に基づいて時間に対して電圧値が段階的に変
化する電圧を電子銃に印加して他方の重み付けがかけら
れた第2の試料像を撮像し、これら2個の試料像を互い
に減算して試料像を再生することを特徴とする請求項4
に記載の電子顕微鏡による試料像再生方法。
5. A voltage whose voltage value changes stepwise with respect to time is applied to the electron gun based on one of the positive and negative weighting portions of the weighting function, and the one of the weighting is applied. A second sample image obtained by capturing a first sample image and then applying a voltage whose voltage value changes stepwise with respect to time based on the other weighted portion to the electron gun and applying the other weight to the electron gun 5. The method according to claim 4, wherein the two sample images are subtracted from each other to reproduce the sample image.
3. A sample image reproducing method using an electron microscope according to item 1.
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