JP2887361B2 - 透過電子顕微鏡用又は電子エネルギー損失分析電子顕微鏡用の撮像方法及び撮像装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、透過電子顕微鏡に関
し、より詳細には、試料を透過した電子ビームの拡大像
や、試料を透過した電子のエネルギー損失を分析して得
られる特定の元素の分布像の歪を修正する撮像装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】透過電子顕微鏡の像観察には、蛍光体に
よる光変換像をＴＶカメラを用いてモニターする方法が
よく用いられている。この従来の像観察方法は、図５
（ａ）に示すように、ガラス基板の表面に薄い蛍光体膜
を塗った蛍光板９に電子顕微鏡像を形成し、それを鏡２
２を介して真空外に設置されたＴＶカメラ２１で撮像す
る方法、あるいは、図５（ｂ）に示すように、真空中に
固体撮像管２１を設置して蛍光板９の裏から蛍光像を直
接撮像する方法である。

【０００３】これらの撮像方法には、次のような問題点
がある。 １）蛍光体の裏面から像を観察するので、蛍光体の厚み
により像の輪郭がぼける。 ２）蛍光体を薄くすると、像の輝度が落ちる。 ３）蛍光体の裏面からの像を観察するので、観察像が鏡
像になる。

【０００４】このような問題点を解決する撮像方法とし
て、図６（ａ）のように蛍光板９上の像を斜め方向から
撮影する方法と、図６（ｂ）のように蛍光板９を傾斜さ
せて垂直方向から撮影する方法がある。これらの方法
は、蛍光板９の表面に形成された像をガラス基板を通す
ことなく直接ＴＶカメラで撮影するため、前記した問題
点を解決することができる。

【０００５】しかし、モニターに映る像は、図６（ａ）
の撮像方法の場合には縦方向に圧縮された像になり、図
６（ｂ）の撮像方法の場合には逆に縦方向に引き延ばさ
れた像になってしまい、いずれの方式でもモニター像は
試料表面を垂直方向から見た形から変形したように映る
という問題が新たに発生する。電子像の歪の補正は、電
子のエネルギー損失を分析して特定の原子の分布像を撮
像する分析電子顕微鏡においても必要になる。

【０００６】米国特許第４８５１６７０号明細書に記載
された分析電子顕微鏡を例にとり説明する。この分析電
子顕微鏡は、図７に概略を示すように、透過電子顕微鏡
の後方に扇型磁場１１を配置して、試料を透過する間に
特定の原子と非弾性散乱してエネルギー損失した電子ビ
ームを分離し、その分離された電子ビームによる特定の
原子の分布像１５を電子撮像素子５０を用いて撮像す
る。その際、図示されているように、スリット１４と電
子撮像素子５０の間に複数の磁場４重極レンズ３０，３
１，３２と複数の磁場６重極レンズ４０，４１，４２，
４３を配置して像の歪を除去している。透過電子顕微鏡
は軸対象の電子レンズ系を用いているので、像の歪は少
ないが、非対称の扇形磁場や４重極レンズを用いると電
子像は種々の歪みや収差を持つので、その修正にこのよ
うに組み合わせが複雑で煩雑な調整を要する電子レンズ
系が必要となるのである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、透過電子顕
微鏡において蛍光板上に形成された像を蛍光板の表面側
から撮像する際に生じる像の変形の問題を簡便な手段で
解決することを目的とする。本発明は、また、特定の電
子エネルギー損失した分析像の歪を、煩雑な調整を要す
る複雑な多重極レンズ系を必要とすることなく、補正す
ることを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明では、蛍光板上の
像を撮像する撮像管のＸ方向及び／又はＹ方向の走査信
号の振幅及び／又は波形を変調することにより前記目的
を達成する。電子エネルギー損失分析像の歪補正も、同
様に分析像を撮像する撮像管のＸ方向及び／又はＹ方向
の走査信号の振幅及び／又は波形を変調することにより
行う。分析像に含まれる歪のモード及びその程度は規則
的な周期構造を有する既知の標準試料に対して形成され
る分析像を撮像することにより知り、その歪モードに合
わせて撮像管の走査信号を変調する。走査信号の変調に
当たっては、既知の画像処理技術やコンピュータによる
演算処理を利用できる。また、規則的な周期構造を有す
る既知の標準試料の代わりに、試料透過像を用いてもよ
い。

【０００９】

【作用】例えば、真円の試料像が横長又は縦長の楕円像
としてモニター上に表示される場合には、撮像管の縦
（Ｙ）方向の走査信号の振幅を通常より小さく又は大き
くする変調を加えることにより、モニター画像を歪のな
い真円の像に補正して表示することができる。

【００１０】扇形磁場や磁場４重極レンズによる複雑な
像歪についても、構造が既知の標準試料の表示像が歪の
ない像となるように、あるいは試料の透過電子顕微鏡像
を基準として表示像がそれと同じになるように撮像管走
査信号に変調をかけることにより、電子光学系の収差を
撮像装置部分で補正し、歪の無い像を表示することがで
きる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。 〔実施例１〕図１に、本発明を透過電子顕微鏡による蛍
光像の歪補正に適用した実施例を示す。

【００１２】透過電子顕微鏡の電子源１から発生された
電子ビーム２は、集束レンズ３で絞られ試料４に照射さ
れる。薄い試料４を透過した電子ビームは、対物レンズ
５で拡大されて一度結像６し、さらに結像レンズ７で拡
大されて蛍光板９上に像８を形成する。蛍光板９は、図
では傾斜しているが、水平であってもよい。蛍光板９上
の像８は、光学レンズ１０によってビジコン等の撮像管
１６のターゲット面に結像される。撮像管１６のターゲ
ット面は、走査信号発生器１８に接続された走査信号変
調器１９から走査偏向コイル１７に入力される変調され
た走査信号によって走査される。撮像管１６の出力は画
像表示装置２０に表示される。

【００１３】本発明の撮像装置による透過電子顕微鏡像
の歪補正法を図２（ａ），（ｂ）により説明する。図２
（ａ）は図６（ａ）の撮像方式によって発生する像歪の
補正法を示し、図２（ｂ）は図６（ｂ）の撮像方式によ
って発生する像歪の補正法を示す。前述のように、螢光
板９を水平に配置した場合は、例えば真円の電子像を通
常の走査信号を用いて撮像管で撮像すると、モニター画
面には横に拡がった楕円像として表示される。この時、
図２（ａ）中に破線で示すように、撮像装置の縦（Ｙ）
方向の走査信号である鋸歯状波の振幅を小さくするとモ
ニター画像を歪のない真円に補正することができる。

【００１４】また、螢光板９を斜めに傾向けて配置し、
その垂直方向から通常の走査信号を用いて撮像管で撮影
すると、真円の試料像は縦長の楕円像としてモニター上
に表示される。このような場合は、図２（ｂ）中に破線
で示すように、撮像装置の縦（Ｙ）方向の走査信号であ
る鋸歯状波の振幅を大きくすることによりモニター画像
を同様に真円に補正することができる。このように撮像
管の走査信号に変調を加えることにより、試料を垂直方
向から透過した歪のない電子像を再生することができ
る。

【００１５】〔実施例２〕図３に、本発明を電子エネル
ギー損失分析像の歪補正に適用した実施例を示す。透過
電子顕微鏡の電子源１から発生された電子ビーム２は、
集束レンズ３で絞られ試料４に照射される。薄い試料４
を透過した電子ビームは、対物レンズ５で拡大されて一
度結像６し、さらに結像レンズ７で拡大されて蛍光板９
上に像８を形成する。蛍光板９の中心には***が開けら
れており、操作者は蛍光板９に形成された電子顕微鏡像
８によって所望の分析個所を確認した後、その個所が蛍
光板９の***の位置にくるように電子顕微鏡を調整す
る。***の開いた蛍光板９に代えて、電子ビーム中に出
し入れできる穴の開いていない蛍光板と固定のピンホー
ル板とを使用してもよい。このようにして、試料４の特
定の部分を透過した電子ビームは、次に扇形磁場１１に
よって試料４中の特定の原子と非弾性衝突してエネルギ
ー損失した電子に分離され、分離された電子ビームはス
リット１４を通って磁場４重極レンズ１２により電子−
光変換器１３の表面に分析像１５として結像される。電
子−光変換器１３による変換像は、走査偏向コイル１７
を備えるビジコン等の撮像管１６、走査信号発生器１８
及び走査信号変調器１９からなる前記実施例と同じ構成
の撮像装置によって撮像され、画像表示装置２０に表示
される。

【００１６】しかし、この分析像１５は必ずしも正しい
形状とは限らない。すなわち、分析像１５は、一般に非
対称である扇形磁場１１や４重極レンズ１２の影響によ
る種々の歪や収差を含み変形している。本実施例では、
撮像管１６の走査偏向コイル１７に入力される走査信号
発生器１８からの信号波形に走査信号変調器１９によっ
て種々の変調を加えることによって、この分析像１５の
歪を除去する。

【００１７】図４に、種々の像歪に対応した走査信号の
変調モードを示す。図４の左の列は規則的な格子配列を
有する結晶の歪のない試料像を表している。中央の列
は、色々な像の歪モードを表している。右の列は、その
像歪を修正するために変調を加えた走査信号波形を表し
ている。なお、ここでは像の水平方向をＸ方向、垂直方
向をＹ方向とし、Ｘ方向の走査信号波形をＸ波形、Ｙ方
向の走査信号波形をＹ波形という。

【００１８】Ａは本来の試料像と撮像による表示像とが
一致していて像歪のない場合である。この時の走査信号
波形は、Ｘ波形もＹ波形も通常の波形すなわち標準波形
である。Ｂは等間隔であるべき格子の像がＹ方向に不等
間隔になってＹ方向にひずんだ場合である。この場合に
は、走査信号のＸ波形はＡの場合と同様の標準波形と
し、Ｙ波形を線形の波形から凸形の波形に変調すること
によって像歪を補正することができる。

【００１９】Ｃは直線であるべき格子の像がＹ方向に湾
曲した歪の場合である。この場合には、Ｘ波形は標準波
形とし、Ｙ波形を、Ｘ方向の走査毎にＸ波形に同期して
線形から凸形に変形した図示のような波形に変調するこ
とによって歪を補正することができる。Ｄは像の倍率が
Ｙ方向に変化し、等しくなるべき格子の像のＸ方向間隔
がＹ方向に変化した場合である。このような歪を補正す
るには、Ｘ波形の振幅をＹ波形の１波長の間に連続して
減少させる変調を行えばよい。

【００２０】ＥはＸ方向の格子間隔が縮まった場合であ
る。このような像歪を補正するには、Ｘ波形の振幅を標
準波形に対して一定量減少する。どのような像歪であっ
ても、このように本発明の撮像装置のＸ方向走査信号と
Ｙ方向走査信号の変調器を用いることによって、正しい
像に修正することができる。

【００２１】具体的な像歪の補正にあたっては、試料の
測定に先だって規則的な格子配列を有するＡｕ等の結
晶、又は既知の周期構造を有する人工的なグレーティン
グ等を標準試料として用い、その標準試料に対して形成
された像１６を画像処理装置２０によって観察すること
によって像歪の種類及びその歪の程度を知り、撮像管１
６の走査信号に加えるべき変調信号の決定、すなわち撮
像装置の調整を行う。

【００２２】この撮像装置の調整は、画像表示装置２０
に表示された標準試料の像を見ながら操作者が手動で行
ってもよいが、既知の画像処理技術やコンピュータによ
る演算処理を利用してもよい。例えば、画像表示装置２
０上に、図４の左列に示されているような標準試料の歪
のない格子パターンを特定の色で表示しておき、その上
に撮像された像を異なる色で重ねて表示し、２つの像が
一致するように撮像装置の走査信号変調器１９を調整す
る方法、あるいは撮像された標準試料の各像点の位置を
検知し、検知された各像点の位置データと像歪がない場
合に予想される格子点の位置データとをコンピュータに
入力し、両者の誤差が最小となるように撮像装置の走査
信号の波形を決定する方法を採用することができる。変
調信号の発生は、例えばＤＡＣ（Digital-Analog Conve
rter）を用いることによって任意の波形に対応すること
ができる。そして、このようにして撮像装置の調整が完
了したら、試料を標準試料から分析試料に交換して目的
とする分析を行う。

【００２３】また、上記のように標準の試料を用いずと
も、蛍光板９上に形成された像８を用いることにより撮
像装置の調整を行うことができる。すなわち、蛍光板９
上に形成された像８を図１に示したようにして別の撮像
装置で撮像し、その撮像装置による表示像を前記実施例
１の方法で無歪像に補正する。そして、それを標準像と
して、上記の方法と同様な方法で図３に示した撮像装置
の走査信号変調器１９を調整して画像の歪を補正する。

【００２４】その場合、像８を表示する画像表示装置と
分析像１５を表示する画像表示装置を別々に用意し、２
つの画像表示装置に表示された画像が同じになるように
図３に示した撮像装置の走査信号表示器１７を調整して
もよいし、１つの画像表示装置を用い、先ず蛍光板９上
の像８を表示して像８について撮像装置の調整を行った
後、その画像を画像メモリに記憶しておき、次にその画
像メモリからの信号と分析像１５を撮像する撮像装置か
らの信号とを画像撮像装置に同時に入力し、表示された
分析像１５が補正された像８と同じになるように、図３
に示した撮像装置の調整を行うようにしてもよい。ま
た、前述の方法と同様に、既知の画像処理技術を用いて
補正された像８の特徴部分をマッピングし、像１５のそ
れに対応する部分が一致するようにコンピュータ処理す
ることによって撮像装置の走査信号波形を決定してもよ
い。

【００２５】このようにして調整された無歪像を発生す
るための撮像装置の設定は、電子顕微鏡倍率、フォーカ
ス、電子線加速電圧、電子エネルギー損失像形成におけ
る電子エネルギー損失量の選択等の電子顕微鏡パラメー
タを変更しない限り、試料を交換しても有効である。

【００２６】

【発明の効果】本発明によると、透過電子顕微鏡の螢光
板上の像を撮像する場合に試料の斜め視野の形状が、試
料の真上から見た像に変換できる。また、本発明による
と、複雑な多重極レンズ系を用いることなく、電子エネ
ルギー損失分析計の特定の原子像の歪補正をうことがで
きる。そして、従来の像歪補正用の電子レンズ系とその
電源及び制御系が撮像管の走査信号変調器に置き代わる
ので、大幅なコスト低減と共に調整の簡略化を実現する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例である透過電子顕微鏡用撮像装
置の概略図。

【図２】本発明による透過電子顕微鏡像の歪補正法の説
明図。

【図３】本発明の実施例である電子エネルギー損失分析
像撮像装置の概略図。

【図４】本発明による電子エネルギー損失分析像の歪補
正法の説明図。

【図５】従来の透過電子顕微鏡における蛍光板裏面から
の撮像方式を説明する図。

【図６】従来の透過電子顕微鏡における蛍光板表面から
の撮像方式を説明する図。

【図７】従来の多重極レンズ系による電子エネルギー損
失分析像の歪補正法の説明図。

【符号の説明】

１：電子源、２：電子ビーム、３：集束レンズ、４：試
料、５：対物レンズ、６：結像１、７：結像レンズ、
８：結像２、９：螢光板、１０：光学レンズ、１１：扇
形磁場、１２：磁場４重極レンズ、１３：電子−光変換
器、１４：スリット、１５：分析像、１６：撮像管、１
７：走査偏向コイル、１８：走査信号発生器、１９：走
査信号変調器、２０：画像表示装置、２１：撮像装置、
２２：鏡、３０，３１，３２：４重極レンズ、４０，４
１，４２，４３：６重極レンズ、５０：電子撮像素子

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H01J 37/22 501 H01J 37/244 H01J 37/26 H01J 49/44

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】試料を透過した電子ビームを電子レンズに
   よって拡大結像し、結像の所定部分に対応する電子ビー
   ムを扇型電磁石によってエネルギー分離し、分離された
   電子ビームを磁場４重極レンズを通して結像し、得られ
   た電子像を撮像管で撮像して画像表示装置に表示する電
   子エネルギー損失分析電子顕微鏡の撮像方法において、前記電子レンズによって拡大結像した試料透過像を蛍光
   板によって蛍光像に変換して第１の撮像管により撮像
   し、この第１の撮像管による画像表示装置の表示像を基
   準像として電子エネルギー分析像と基準像との差異が減
   少するように電子エネルギー分析像を撮像する第２の撮
   像管の走査信号の振幅及び／又は波形を変調することを
   特徴とする電子エネルギー損失分析電子顕微鏡の撮像方
   法 。
2. 【請求項２】試料を透過した電子ビームを拡大し結像さ
   せる電子レンズ系と、結像された電子像を蛍光像に変換
   する蛍光板と、蛍光板上に形成された試料の透過電子ビ
   ーム蛍光像を撮像する第１の撮像管と、第１の撮像管か
   らの出力信号が入力される第１の画像表示装置と、結像
   された電子ビームをエネルギーに応じて分離するエネル
   ギー分離部と、分離された電子ビームによる像を撮像す
   る第２の撮像管と、第２の撮像管からの出力信号が入力
   される第２の画像表示装置とを含む電子エネルギー損失
   分析電子顕微鏡用撮像装置において、 第２の撮像管の走査信号を変調する走査信号変調器をさ
   らに備え、走査信号変調器により第２の撮像管の走査信
   号の振幅及び／又は波形を変調することにより第１の画
   像表示装置の表示像を基準にして第２の画像表示装置の
   表示像の歪みを除去する機能を有することを特徴とする
   電子エネルギー損失分析電子顕微鏡用撮像装置。
3. 【請求項３】前記エネルギー分離部は、扇形電磁石及び
   分離された電子ビームをフォーカス調整する磁場４重極
   レンズを備えることを特徴とする請求項２記載の電子エ
   ネルギー損失分析電子顕微鏡用撮像装置。
4. 【請求項４】前記エネルギー分離部の前に、結像した電
   子ビームの一部を空間的に選択して通過させる手段を有
   することを特徴とする請求項２又は３記載の電子エネル
   ギー損失分析電子顕微鏡用撮像装置。
5. 【請求項５】前記第２の画像表示装置は前記第１の画像
   表示装置を兼ねることを特徴とする請求項２、３又は４
   記載の電子エネルギー損失分析電子顕微鏡用撮像装置。