JPH04233150A - 高分解能電子顕微鏡でつくられた像から直接に物体の振幅および位相情報を得る方法 - Google Patents
高分解能電子顕微鏡でつくられた像から直接に物体の振幅および位相情報を得る方法Info
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- JPH04233150A JPH04233150A JP3221143A JP22114391A JPH04233150A JP H04233150 A JPH04233150 A JP H04233150A JP 3221143 A JP3221143 A JP 3221143A JP 22114391 A JP22114391 A JP 22114391A JP H04233150 A JPH04233150 A JP H04233150A
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-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/02—Details
- H01J37/22—Optical or photographic arrangements associated with the tube
- H01J37/222—Image processing arrangements associated with the tube
Landscapes
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
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- Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、物体の振幅および位相
情報を、僅かに異なるデフオーカス値を有する像面に記
録された、高分解能顕微鏡で記録された多数の物体像で
形成された電子波動関数として直接に得る方法に関する
ものである。本発明はまた、本発明の方法を実施するの
に適した高分解能電子顕微鏡に関するものである。
情報を、僅かに異なるデフオーカス値を有する像面に記
録された、高分解能顕微鏡で記録された多数の物体像で
形成された電子波動関数として直接に得る方法に関する
ものである。本発明はまた、本発明の方法を実施するの
に適した高分解能電子顕微鏡に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】前記の種類の方法は、「オプティク（Ｏ
ｐｔｉｋ）」７７，Ｎｏ，３ （１９８７）の第１２５
− １２８ 頁のデー・ファン・ダイク（Ｄ．Ｖａｎ
Ｄｙｃｋ） およびダブリュ・コーネ（Ｗ．Ｃｏｅｎ
ｅ ）氏の“ア・ニュー・プロシージャ・フォー・ウェ
ーブ・ファンクション・レストレーション・イン・ハイ
−リゾリューション・エレクトロン・マイクロスコピー
（ａ ｎｅｗ ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ ｆｏｒ ｗａｖｅ
ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｒｅｓｔｒａｔｉｏｎ ｉｎ ｈ
ｉｇｈ− ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ ｅｌｅｃｔｒｏｎ
ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ） より知られている。この刊行
物に記載された方法は、選択されたデフオーカス値（ｄ
ｅｆｏｃｕｓ ｖａｌｕｅ ）に対する像の強さとその
導関数に基いたものである。このような傾斜法は面倒で
、選択されたデフオーカス値のまわりの顕微鏡像よりの
情報を専ら利用する。更に、この方法の適切な遂行を保
証するためには記録される２つの像間に必要なデフオー
カスステップ（ｄｅｆｏｃｕｓ ｓｔｅｐ）が非常に小
さいので、現在の高分解能電子顕微鏡では実行できない
。その上、この方法は、実験像内のノイズの存在に影響
されやすい。
ｐｔｉｋ）」７７，Ｎｏ，３ （１９８７）の第１２５
− １２８ 頁のデー・ファン・ダイク（Ｄ．Ｖａｎ
Ｄｙｃｋ） およびダブリュ・コーネ（Ｗ．Ｃｏｅｎ
ｅ ）氏の“ア・ニュー・プロシージャ・フォー・ウェ
ーブ・ファンクション・レストレーション・イン・ハイ
−リゾリューション・エレクトロン・マイクロスコピー
（ａ ｎｅｗ ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ ｆｏｒ ｗａｖｅ
ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｒｅｓｔｒａｔｉｏｎ ｉｎ ｈ
ｉｇｈ− ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ ｅｌｅｃｔｒｏｎ
ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ） より知られている。この刊行
物に記載された方法は、選択されたデフオーカス値（ｄ
ｅｆｏｃｕｓ ｖａｌｕｅ ）に対する像の強さとその
導関数に基いたものである。このような傾斜法は面倒で
、選択されたデフオーカス値のまわりの顕微鏡像よりの
情報を専ら利用する。更に、この方法の適切な遂行を保
証するためには記録される２つの像間に必要なデフオー
カスステップ（ｄｅｆｏｃｕｓ ｓｔｅｐ）が非常に小
さいので、現在の高分解能電子顕微鏡では実行できない
。その上、この方法は、実験像内のノイズの存在に影響
されやすい。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、前記の欠点
を軽減した冒頭記載の種類の方法を得ることを目的とす
る。
を軽減した冒頭記載の種類の方法を得ることを目的とす
る。
【０００４】
【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、本発明は次のようにしたことを特徴とするもので
ある、すなわち、像平面の間隔を、デフオーカス値の関
数として実質的に連続した一連の像を通して、実質的に
三次元領域が記録される程に小さく選び、該領域で電子
波動関数を復元するために、線形および非線形像情報を
分離するように擬似三次元フーリエ変換を行う。使用さ
れる情報記録方法によって、三次元像空間に関する実際
の情報が記録される。その結果、最大許容デフオーカス
ステップはそれ程臨界的でなく、現存の電子顕微鏡で容
易に行うことができる。電子波動関数の復元のために、
線形と非線形の像情報を分離することが必要である。こ
の点に関し、擬似三次元フーリエ変換は適当な解決法で
ある。
めに、本発明は次のようにしたことを特徴とするもので
ある、すなわち、像平面の間隔を、デフオーカス値の関
数として実質的に連続した一連の像を通して、実質的に
三次元領域が記録される程に小さく選び、該領域で電子
波動関数を復元するために、線形および非線形像情報を
分離するように擬似三次元フーリエ変換を行う。使用さ
れる情報記録方法によって、三次元像空間に関する実際
の情報が記録される。その結果、最大許容デフオーカス
ステップはそれ程臨界的でなく、現存の電子顕微鏡で容
易に行うことができる。電子波動関数の復元のために、
線形と非線形の像情報を分離することが必要である。こ
の点に関し、擬似三次元フーリエ変換は適当な解決法で
ある。
【０００５】本発意の好ましい実施態様では、擬似三次
元フーリエ変換を、記録された像の二次元フーリエ変換
により行い、次いで、選択された基準像平面への像の後
方伝搬（ｂａｃｋ−ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ） を表わ
し色収差を補正する複素加重係数で乗算する。三次元フ
ーリエ変換の代りに二次元フーリエ変換を実際に行うだ
けなので、手順が著しく簡単化され、時間が短かくなる
。各記録像は、後の段階での加算のために同じ基準面に
後方伝搬されるので、線形情報を含む像部分は原理的に
その領域で同一であり、加算時に重ねられることになる
。けれども、非線形像はすべての像に対して異なり、加
算により線形部分に対し平均化により減少される。
元フーリエ変換を、記録された像の二次元フーリエ変換
により行い、次いで、選択された基準像平面への像の後
方伝搬（ｂａｃｋ−ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ） を表わ
し色収差を補正する複素加重係数で乗算する。三次元フ
ーリエ変換の代りに二次元フーリエ変換を実際に行うだ
けなので、手順が著しく簡単化され、時間が短かくなる
。各記録像は、後の段階での加算のために同じ基準面に
後方伝搬されるので、線形情報を含む像部分は原理的に
その領域で同一であり、加算時に重ねられることになる
。けれども、非線形像はすべての像に対して異なり、加
算により線形部分に対し平均化により減少される。
【０００６】本発明の別の好ましい実施態様では、線形
像情報をフーリエ空間の球面に集中し、非線形像情報を
フーリエ空間を横切って不均一に分布する。線形像情報
は、フーリエ空間、すなわち、この方法の近似では２つ
の放物面である２つの球面上の規定された軌跡に集中さ
れるので、線形情報は、この放物面上の情報を選ぶこと
によって非線形情報から分離される。これに関する別の
利点は、信号−雑音比が向上することである。
像情報をフーリエ空間の球面に集中し、非線形像情報を
フーリエ空間を横切って不均一に分布する。線形像情報
は、フーリエ空間、すなわち、この方法の近似では２つ
の放物面である２つの球面上の規定された軌跡に集中さ
れるので、線形情報は、この放物面上の情報を選ぶこと
によって非線形情報から分離される。これに関する別の
利点は、信号−雑音比が向上することである。
【０００７】本発明の別の好ましい実施態様では、高分
解能電子顕微鏡の色収差を、球の各点において、関係の
点の色収差に対する減衰係数でその点における値を割る
ことによって補正する。放物面上の情報だけが電子波動
関数に寄与するので、もっぱらフーリエ空間のそれ等の
点の色収差を補正するので十分であり、デコンボリュー
ション（ｄｅｃｏｎｖｏｌｕｔｉｏｎ ）は必要ない。 その結果、存するノイズより受ける問題は少なくなる。
解能電子顕微鏡の色収差を、球の各点において、関係の
点の色収差に対する減衰係数でその点における値を割る
ことによって補正する。放物面上の情報だけが電子波動
関数に寄与するので、もっぱらフーリエ空間のそれ等の
点の色収差を補正するので十分であり、デコンボリュー
ション（ｄｅｃｏｎｖｏｌｕｔｉｏｎ ）は必要ない。 その結果、存するノイズより受ける問題は少なくなる。
【０００８】本発明の更に好ましい別の実施態様では、
線形部分を非線形部分に対して強めるために反復繰返し
を用いる。この反復繰返し（ｉｔｅｒａｔｉｖｅ ｒｅ
ｐｅｔｉｔｉｏｎ）というのは、最後のサイクルの球ま
たは放物面への非線形の寄与が反復の次のサイクルで減
算されるということを意味する。したがって、この手順
の反復繰返しは像情報の線形部分対非線形部分の比を最
大にする。
線形部分を非線形部分に対して強めるために反復繰返し
を用いる。この反復繰返し（ｉｔｅｒａｔｉｖｅ ｒｅ
ｐｅｔｉｔｉｏｎ）というのは、最後のサイクルの球ま
たは放物面への非線形の寄与が反復の次のサイクルで減
算されるということを意味する。したがって、この手順
の反復繰返しは像情報の線形部分対非線形部分の比を最
大にする。
【０００９】本発明の更に別の好ましい実施態様では、
物体の出口面における電子波動関数を、基準像平面の電
子波動関数の二次元フーリエ関数に、球面収差およびデ
フオーカス、非点収差およびビーム傾斜の補正のための
係数を乗算し、次いで逆二次元フーリエ変換を行うこと
により、準基像面内の電子波動関数より計算する。この
方法はしたがって公知の伝達関数論を用いる。基準像平
面内の電子波動関数を物体の出口面に後方伝搬すると、
逆二次元フーリエ変換の展開の前に、球面収差およびデ
フオーカス、非点収差およびビーム傾斜のような顕微鏡
の欠点を補償する位相係数による乗算が行われる。
物体の出口面における電子波動関数を、基準像平面の電
子波動関数の二次元フーリエ関数に、球面収差およびデ
フオーカス、非点収差およびビーム傾斜の補正のための
係数を乗算し、次いで逆二次元フーリエ変換を行うこと
により、準基像面内の電子波動関数より計算する。この
方法はしたがって公知の伝達関数論を用いる。基準像平
面内の電子波動関数を物体の出口面に後方伝搬すると、
逆二次元フーリエ変換の展開の前に、球面収差およびデ
フオーカス、非点収差およびビーム傾斜のような顕微鏡
の欠点を補償する位相係数による乗算が行われる。
【００１０】本発明の更に別の好ましい実施態様では、
像面から物体の出口面への電子波動関数の後方伝搬の後
、物体の放射された原子構造を決定するためにチャネリ
ング操作を行う。情報を像平面から物体面に後方伝搬す
るための方法それ自体は公知である。このような方法を
用いて、球面収差およびデフオーカス、非点収差および
デフオーカスに起因する位相シフトを除くことができる
。この手順の最終的な目的である物体の構造の決定のた
めに、チャネリング理論（Ｃｈａｎｎｅｌｉｎｇ Ｔｈ
ｅｏｒｙ）に基くアルゴリズムを用いることができる。
像面から物体の出口面への電子波動関数の後方伝搬の後
、物体の放射された原子構造を決定するためにチャネリ
ング操作を行う。情報を像平面から物体面に後方伝搬す
るための方法それ自体は公知である。このような方法を
用いて、球面収差およびデフオーカス、非点収差および
デフオーカスに起因する位相シフトを除くことができる
。この手順の最終的な目的である物体の構造の決定のた
めに、チャネリング理論（Ｃｈａｎｎｅｌｉｎｇ Ｔｈ
ｅｏｒｙ）に基くアルゴリズムを用いることができる。
【００１１】本発明の更に別の好ましい実施態様では、
本発明の方法は、高分解能顕微鏡に記録された像の分解
能の増進のために用いられる。物体の出口面における電
位分布したがって電子波動関数は、電子顕微鏡の点分解
能に関して存する限界のため高分解能電子顕微鏡により
像映後につくられることのできるよりも高い分解能を有
する情報を本来含むということそれ自体は公知である。 前記の方法を用いて、現代の高分解能電子顕微鏡により
達せられることのできる最大分解能は２倍に改良され、
本来的に存する像情報分解能に等しい点分解能を得るこ
とができる。
本発明の方法は、高分解能顕微鏡に記録された像の分解
能の増進のために用いられる。物体の出口面における電
位分布したがって電子波動関数は、電子顕微鏡の点分解
能に関して存する限界のため高分解能電子顕微鏡により
像映後につくられることのできるよりも高い分解能を有
する情報を本来含むということそれ自体は公知である。 前記の方法を用いて、現代の高分解能電子顕微鏡により
達せられることのできる最大分解能は２倍に改良され、
本来的に存する像情報分解能に等しい点分解能を得るこ
とができる。
【００１２】本発明の更に別の好ましい実施態様では、
一連の像の記録の間に生じる焦点ドリフトの決定のため
に、異なるデフオーカス値を有する多数の像を対向方向
に記録し、焦点ドリフトを２つの末端の像の比較によっ
て決定する。適切な分析のためには多数（例えば５０）
の像の記録が望ましいので、記録に要する時間が比較的
短かいのに拘らず焦点ドリフトが生じることがあり、こ
のため、焦点ドリフトの程度の決定の後に伝達関数を経
て補正を行うことができる。
一連の像の記録の間に生じる焦点ドリフトの決定のため
に、異なるデフオーカス値を有する多数の像を対向方向
に記録し、焦点ドリフトを２つの末端の像の比較によっ
て決定する。適切な分析のためには多数（例えば５０）
の像の記録が望ましいので、記録に要する時間が比較的
短かいのに拘らず焦点ドリフトが生じることがあり、こ
のため、焦点ドリフトの程度の決定の後に伝達関数を経
て補正を行うことができる。
【００１３】本発明の更に別の好ましい実施態様では、
一連の像の記録の間に生じる物体ドリフトの決定のため
に、隣接したデフオーカス値を有する像の相互相関をつ
くり、物体のドリフトを相互の縦方向シフトより決定す
る。再び記録の時間を考慮すると、物体ドリフトが起き
ることがあり、このドリフトに対し、ドリフトの程度が
既知ならば補正を行うことができる。
一連の像の記録の間に生じる物体ドリフトの決定のため
に、隣接したデフオーカス値を有する像の相互相関をつ
くり、物体のドリフトを相互の縦方向シフトより決定す
る。再び記録の時間を考慮すると、物体ドリフトが起き
ることがあり、このドリフトに対し、ドリフトの程度が
既知ならば補正を行うことができる。
【００１４】本発明の更に別の好ましい実施態様では、
ビーム傾斜の測定を、フーリエ空間内の線形像情報を表
わす球のシフトより得る。記録中に起きる焦点ドリフト
と物体ドリフトとちがって、ビーム傾斜は、記録の開始
時の顕微鏡のアライメントに依存する。ビーム傾斜の決
定後、やはり伝達関数を経て補正を行うことができる。
ビーム傾斜の測定を、フーリエ空間内の線形像情報を表
わす球のシフトより得る。記録中に起きる焦点ドリフト
と物体ドリフトとちがって、ビーム傾斜は、記録の開始
時の顕微鏡のアライメントに依存する。ビーム傾斜の決
定後、やはり伝達関数を経て補正を行うことができる。
【００１５】本発明の方法は、高分解能電子顕微鏡にう
まく使用することができる。この目的で、このような高
分解能電子顕微鏡は、検出システム、像処理システム、
および、放出された電子の比較的小さなエネルギの拡が
りを保証する電子線とを有する。電子ビームのエネルギ
の拡がりは、このエネルギの拡がりが焦点変動の原因と
なるので、記録すべき像に、妨げとなるアーティファク
トを生じる結果となる。前記の変動は加速電流の不安定
に起因するということおよびレンズ電流は既に最小であ
るということを前提として、分解能は前述のステップを
とることにより最適化されることができる。
まく使用することができる。この目的で、このような高
分解能電子顕微鏡は、検出システム、像処理システム、
および、放出された電子の比較的小さなエネルギの拡が
りを保証する電子線とを有する。電子ビームのエネルギ
の拡がりは、このエネルギの拡がりが焦点変動の原因と
なるので、記録すべき像に、妨げとなるアーティファク
トを生じる結果となる。前記の変動は加速電流の不安定
に起因するということおよびレンズ電流は既に最小であ
るということを前提として、分解能は前述のステップを
とることにより最適化されることができる。
【００１６】本発明の更に別の好ましい実施態様では、
検出システムは、オンラインで読出すことができ且つ例
えば乾板の感度と分解能に甚適する感度と分解能を有す
る検出体を有する。測定ごとに多数の像が記録されるの
で、乾板を用いることは著しく実際的でない。２つの露
出間の乾板の機械的な移送は寧ろ時間がかかり、乾板の
一回の使用量は、必要とされる像の数に対して不十分で
ある。したがって、検出媒体は、より迅速で、大きな蓄
積容量を有し、少なくとも所望の分解能に対して同じ感
度を有すべきである。
検出システムは、オンラインで読出すことができ且つ例
えば乾板の感度と分解能に甚適する感度と分解能を有す
る検出体を有する。測定ごとに多数の像が記録されるの
で、乾板を用いることは著しく実際的でない。２つの露
出間の乾板の機械的な移送は寧ろ時間がかかり、乾板の
一回の使用量は、必要とされる像の数に対して不十分で
ある。したがって、検出媒体は、より迅速で、大きな蓄
積容量を有し、少なくとも所望の分解能に対して同じ感
度を有すべきである。
【００１７】
【実施例】以下に本発明を図面を参照して詳しく説明す
る。図１は本発明の方法を実施するのに適した高分解能
電子顕微鏡を略線図で示したものである。高分解能電子
顕微鏡１は、高電圧発生器５で供給される電子源３を有
し、レンズ電源９で供給される多数のレンズ７も有する
。この電子顕微鏡は更に検出システム１１も有し、検出
された情報は像処理システム１３に加えられる。電子ビ
ーム１５は物体１７に入射する。本発明の方法を用いて
、物体１７の振幅および位相情報で電子波動関数φの形
で得られることができる。物体１７の原子構造はこの電
子波動関数φより得ることができる。
る。図１は本発明の方法を実施するのに適した高分解能
電子顕微鏡を略線図で示したものである。高分解能電子
顕微鏡１は、高電圧発生器５で供給される電子源３を有
し、レンズ電源９で供給される多数のレンズ７も有する
。この電子顕微鏡は更に検出システム１１も有し、検出
された情報は像処理システム１３に加えられる。電子ビ
ーム１５は物体１７に入射する。本発明の方法を用いて
、物体１７の振幅および位相情報で電子波動関数φの形
で得られることができる。物体１７の原子構造はこの電
子波動関数φより得ることができる。
【００１８】この目的で、物体１７の多数の高分解能像
が、僅かに異なるデフオーカス値を有する像平面１９に
記録される。測定が行われる種々の像平面１９間の焦点
間隔２１は、電子顕微鏡１の最小デフオーカスステップ
の大きさのオーダーである。現代の電子顕微鏡では、前
記のステップは２〜３ｎｍになる。このような小さなス
テップでデフオーカス軸を走査することによって、実質
的に連続した一連の像がデフオーカス値の関数として形
成され、かくして得られた情報は、三次元像領域を形成
するものと見做すことができる。各像は線形と非線形の
情報を含む、線形の情報というのは、電子波動関数φに
比例する像コントラストの部分を意味するものと理解さ
れたい。電子波動関数φを復元することを目的とする方
法は、線形部分と非線形部分を分離せねばならない。こ
の分離は、前記の三次元像スペースで擬似三次元フーリ
エ変換を行うことにより前述の方法によって実現される
。
が、僅かに異なるデフオーカス値を有する像平面１９に
記録される。測定が行われる種々の像平面１９間の焦点
間隔２１は、電子顕微鏡１の最小デフオーカスステップ
の大きさのオーダーである。現代の電子顕微鏡では、前
記のステップは２〜３ｎｍになる。このような小さなス
テップでデフオーカス軸を走査することによって、実質
的に連続した一連の像がデフオーカス値の関数として形
成され、かくして得られた情報は、三次元像領域を形成
するものと見做すことができる。各像は線形と非線形の
情報を含む、線形の情報というのは、電子波動関数φに
比例する像コントラストの部分を意味するものと理解さ
れたい。電子波動関数φを復元することを目的とする方
法は、線形部分と非線形部分を分離せねばならない。こ
の分離は、前記の三次元像スペースで擬似三次元フーリ
エ変換を行うことにより前述の方法によって実現される
。
【００１９】実際には、この手順は、像を二次元変換し
、続いて複素加重係数（Ｃｏｍｐｌｅｘ ｗｅｉｇｈｔ
ｉｎｇ ｆａｃｔｏｒ） を乗算することにより著しく
簡単化され、早められる。 この方法は三次元フーリエ変換と同じ結果を呈する。前
記の複素加重係数は、振幅部分と位相部分を有する。位
相部分は、各像が一つの選択された基準像平面２３に後
方伝搬されることを保証する。振幅部分は、色収差に起
因する減衰を補正する。色収差は、放出された電子のエ
ネルギおよびレンズ電流の不安定さの、時間に依存しお
よび時間に依存しない偏差によって生じる。その結果、
異なる電子は異なる焦点を得ることがある。焦点に関す
る拡がりは、
、続いて複素加重係数（Ｃｏｍｐｌｅｘ ｗｅｉｇｈｔ
ｉｎｇ ｆａｃｔｏｒ） を乗算することにより著しく
簡単化され、早められる。 この方法は三次元フーリエ変換と同じ結果を呈する。前
記の複素加重係数は、振幅部分と位相部分を有する。位
相部分は、各像が一つの選択された基準像平面２３に後
方伝搬されることを保証する。振幅部分は、色収差に起
因する減衰を補正する。色収差は、放出された電子のエ
ネルギおよびレンズ電流の不安定さの、時間に依存しお
よび時間に依存しない偏差によって生じる。その結果、
異なる電子は異なる焦点を得ることがある。焦点に関す
る拡がりは、
【数１】
で与えられる。ここでＣは器具定数すなわち対物レンズ
の設計によって決まる色収差係数、△Ｖは加速電位Ｖの
拡がり、△Ｉはレンズ電流の拡がり、△Ｅは電子の熱エ
ネルギの拡がりである。加速電位Ｖの変動は、高電圧発
生器５の最適な設計によって制限することができる。レ
ンズ電流Ｉの不安定さ△Ｉは、例えば磁気的に飽和され
たレンズまたは超伝導レンズを用いることによって大幅
に減らすことができる。△Ｅに注意を拂うことは、その
加速電位とレンズ電流が最適に安定化された電子顕微鏡
においてはじめて意味がある。その場合、電子の熱エネ
ルギの拡がりが、不安定さに関する決定的なファクター
である。△Ｅは、例えば電界放出源または電子源として
のｐｎエミッタの選択によって減少することができる。 この種の電子源は、比較的大きな強さの安定した電子ビ
ームを発生することができる。
の設計によって決まる色収差係数、△Ｖは加速電位Ｖの
拡がり、△Ｉはレンズ電流の拡がり、△Ｅは電子の熱エ
ネルギの拡がりである。加速電位Ｖの変動は、高電圧発
生器５の最適な設計によって制限することができる。レ
ンズ電流Ｉの不安定さ△Ｉは、例えば磁気的に飽和され
たレンズまたは超伝導レンズを用いることによって大幅
に減らすことができる。△Ｅに注意を拂うことは、その
加速電位とレンズ電流が最適に安定化された電子顕微鏡
においてはじめて意味がある。その場合、電子の熱エネ
ルギの拡がりが、不安定さに関する決定的なファクター
である。△Ｅは、例えば電界放出源または電子源として
のｐｎエミッタの選択によって減少することができる。 この種の電子源は、比較的大きな強さの安定した電子ビ
ームを発生することができる。
【００２０】色収差に対しては、最終的に残る補正は加
重係数の振幅部分によってなされる。
重係数の振幅部分によってなされる。
【００２１】最後に、加重係数で乗算されたすべてのフ
ーリエ変換像が、線形組合せを形成するように加算され
る。この線形組合せは、基準像平面２３内の物体１７の
電子波動関数φを含む。この平面２３内の一般的な電子
波動関数Φは、Φ＝Ｃ＋φとして簡単な形で書くことが
できる。ここで定数項Ｃは、簡単のために以後１に等し
いものとする。もっとも、像の強さは実験的に測定され
、 ｜Φ｜２ ＝ ｜１ ＋ φ｜２＝ １ ＋ φ＋
φ＊ ＋ ｜φ｜２ として表されることができる。 かくして得られた像は、零次成分、線形部分φ＋ φ＊
および非線形部分｜φ｜２ を含む。
ーリエ変換像が、線形組合せを形成するように加算され
る。この線形組合せは、基準像平面２３内の物体１７の
電子波動関数φを含む。この平面２３内の一般的な電子
波動関数Φは、Φ＝Ｃ＋φとして簡単な形で書くことが
できる。ここで定数項Ｃは、簡単のために以後１に等し
いものとする。もっとも、像の強さは実験的に測定され
、 ｜Φ｜２ ＝ ｜１ ＋ φ｜２＝ １ ＋ φ＋
φ＊ ＋ ｜φ｜２ として表されることができる。 かくして得られた像は、零次成分、線形部分φ＋ φ＊
および非線形部分｜φ｜２ を含む。
【００２２】線形部分φ ＋ φ＊ は各像の線形部
分の重なりで、原理的には、基準像平面２３に後方伝搬
された各像に対して同じである。フーリエ空間内でこの
線形像情報は２つの球面に集中される。けれども、この
方法の近似値では、２つの球は、１つはφに対するまた
１つのφ＊ に対する２つの放物面で表される。もっと
も、非線形部分｜φ｜２ は各像に対して異なり、フー
リエ空間内を横切って不均一に分布される。このことは
、線形部分は像の加算によって非線形部分に対して強め
られること、更に信号−雑音比が向上されることを意味
する。像情報の線形部分と非線形部分の分離は、放物面
の一方の情報のみを選択することによって実現され、そ
の結果物体１７の波動関数φになる。したがって、線形
部分は物体１７の電子波動関数φをつくる。この方法は
帰納的アルコリズム（ｒｅｃｕｒｓｉｖｅ ａｌｇｏｒ
ｉｔｈｍ）を用いるので、線形／非線形比は反復繰返し
によって最大にされることができる。このような反復繰
返しは、最後のサイクルの放物面上の非線形の寄与が反
復の次のサイクルで減算されることを含む。前の反復ス
テップの間に得られた線形情報に基いて計算された放物
面上の残りの非線形情報に対してその都度補正が行われ
る。
分の重なりで、原理的には、基準像平面２３に後方伝搬
された各像に対して同じである。フーリエ空間内でこの
線形像情報は２つの球面に集中される。けれども、この
方法の近似値では、２つの球は、１つはφに対するまた
１つのφ＊ に対する２つの放物面で表される。もっと
も、非線形部分｜φ｜２ は各像に対して異なり、フー
リエ空間内を横切って不均一に分布される。このことは
、線形部分は像の加算によって非線形部分に対して強め
られること、更に信号−雑音比が向上されることを意味
する。像情報の線形部分と非線形部分の分離は、放物面
の一方の情報のみを選択することによって実現され、そ
の結果物体１７の波動関数φになる。したがって、線形
部分は物体１７の電子波動関数φをつくる。この方法は
帰納的アルコリズム（ｒｅｃｕｒｓｉｖｅ ａｌｇｏｒ
ｉｔｈｍ）を用いるので、線形／非線形比は反復繰返し
によって最大にされることができる。このような反復繰
返しは、最後のサイクルの放物面上の非線形の寄与が反
復の次のサイクルで減算されることを含む。前の反復ス
テップの間に得られた線形情報に基いて計算された放物
面上の残りの非線形情報に対してその都度補正が行われ
る。
【００２３】かくして得られた波動関数φは次いで像平
面２３から物体１７の出口面２５に後方伝搬される。こ
の方法の公知のステップの間、電子波動関数φは顕微鏡
の逆伝達関数で乗算され、しかる後逆二次元フーリエ変
換が行われる。この逆伝達関数は、球面収差およびデフ
オーカス、非点収差およびビーム傾斜によって生じる位
相シフトの消去を含む。物体１７の投影された原子構造
が、かくして対物面２７内に得られた電子波動関数より
得ることができる。薄い物体に対しては、この投影され
た構造は、物体１７の出口面２５における波動関数の位
相によって表される。晶帯軸に沿って照射された、より
厚い結晶性の物体に対しては、チャネリング理論に基い
たアルゴリズムが用いられる。チャネリング理論によれ
ば、電子ビームが原子のカラム（ｃｏｌｕｍｎ）に平行
に結晶に入射する場合チャネリングは個々のカラムに行
われる。電子は前記のカラム内に捕捉され、結晶の出口
面２５においてカラムのタイプと波動関数間に一義的な
関係が該カラムの領域において存する。この関係は、こ
の場合隣接のカラムの組成と無関係である。かくして電
子波動関数を知ることによって投影された原子構造情報
が得られる。本発明方法の付加的な利点は、得られた情
報の分解能の増進にある。現在の高分解能電子顕微鏡は
略々２Åの点分解能または構造分解能を有する。これは
、像の詳細を直接に視覚により判断することのできる最
大の分解能である。けれども、物体１７の出口面２５の
電子波動関数内に存する情報の分解能は、電界放出源を
使用すると略々１Åになる。物体の構造を決めるこの方
法は、物体１７の出口面２５における電子波動関数を復
元するために像内に存するすべての情報を利用するので
、分解能限度は略々１Åに改良されることができる。
面２３から物体１７の出口面２５に後方伝搬される。こ
の方法の公知のステップの間、電子波動関数φは顕微鏡
の逆伝達関数で乗算され、しかる後逆二次元フーリエ変
換が行われる。この逆伝達関数は、球面収差およびデフ
オーカス、非点収差およびビーム傾斜によって生じる位
相シフトの消去を含む。物体１７の投影された原子構造
が、かくして対物面２７内に得られた電子波動関数より
得ることができる。薄い物体に対しては、この投影され
た構造は、物体１７の出口面２５における波動関数の位
相によって表される。晶帯軸に沿って照射された、より
厚い結晶性の物体に対しては、チャネリング理論に基い
たアルゴリズムが用いられる。チャネリング理論によれ
ば、電子ビームが原子のカラム（ｃｏｌｕｍｎ）に平行
に結晶に入射する場合チャネリングは個々のカラムに行
われる。電子は前記のカラム内に捕捉され、結晶の出口
面２５においてカラムのタイプと波動関数間に一義的な
関係が該カラムの領域において存する。この関係は、こ
の場合隣接のカラムの組成と無関係である。かくして電
子波動関数を知ることによって投影された原子構造情報
が得られる。本発明方法の付加的な利点は、得られた情
報の分解能の増進にある。現在の高分解能電子顕微鏡は
略々２Åの点分解能または構造分解能を有する。これは
、像の詳細を直接に視覚により判断することのできる最
大の分解能である。けれども、物体１７の出口面２５の
電子波動関数内に存する情報の分解能は、電界放出源を
使用すると略々１Åになる。物体の構造を決めるこの方
法は、物体１７の出口面２５における電子波動関数を復
元するために像内に存するすべての情報を利用するので
、分解能限度は略々１Åに改良されることができる。
【００２４】望ましい分解能のために、測定の間すべて
のパラメータが安定したままであことが非常に重要であ
る。この方法は、残留ビーム傾斜（ｒｅｓｉｄｕａｌ
ｂｅａｍ ｔｉｌｔｉｎｇ ）のトレースを考慮する。 一測定当りの像の数は比較的多いので（５０像のオーダ
ー）、露出の間に焦点ドリフトおよび物体ドリフトが生
じることがある。これ等すべての妨害はこの方法によっ
て決めることができる。 更に、対物レンズの電流変化によって像のローテーショ
ン（ｒｏｔａｔｉｏｎ）が起きることがある。この影響
は、例えば電子光学的に補償することができる。焦点ド
リフトの程度を決めるために、全焦点間隔は両方向に設
定される。好ましくは最初と最後の像を比較することに
より、全焦点ドリフトを決めることができる。焦点ドリ
フトの割合が一定とすれば、補正は線形補間によって行
うことができる。相互の縦シフトを非常に正確に決める
ことができるように、像の記録中に生じる像ドリフトは
、隣接の焦点における像間の相互相関を確立することに
よって決めることができる。この正確さは、物体ドリフ
トの割合が一定であったと仮定して、焦点間隔を両方向
に連続して設定し、２つの像間の縦ドリフトを決定する
ことによって更に改良することができる。
のパラメータが安定したままであことが非常に重要であ
る。この方法は、残留ビーム傾斜（ｒｅｓｉｄｕａｌ
ｂｅａｍ ｔｉｌｔｉｎｇ ）のトレースを考慮する。 一測定当りの像の数は比較的多いので（５０像のオーダ
ー）、露出の間に焦点ドリフトおよび物体ドリフトが生
じることがある。これ等すべての妨害はこの方法によっ
て決めることができる。 更に、対物レンズの電流変化によって像のローテーショ
ン（ｒｏｔａｔｉｏｎ）が起きることがある。この影響
は、例えば電子光学的に補償することができる。焦点ド
リフトの程度を決めるために、全焦点間隔は両方向に設
定される。好ましくは最初と最後の像を比較することに
より、全焦点ドリフトを決めることができる。焦点ドリ
フトの割合が一定とすれば、補正は線形補間によって行
うことができる。相互の縦シフトを非常に正確に決める
ことができるように、像の記録中に生じる像ドリフトは
、隣接の焦点における像間の相互相関を確立することに
よって決めることができる。この正確さは、物体ドリフ
トの割合が一定であったと仮定して、焦点間隔を両方向
に連続して設定し、２つの像間の縦ドリフトを決定する
ことによって更に改良することができる。
【００２５】電子顕微鏡の光軸に対する入射電子ビーム
の傾斜は、ビーム傾斜の方向に、傾斜角に直線的に比例
する距離にわたって、前記の放物面のシフトを生ずる。 この傾斜角は、放物面のシフトを測定することによって
極めて正確に決めることができる。像の記録中に生じる
焦点ドリフトおよび物体ドリフトとちがって、ビーム傾
斜は、記録の開始に先だつ顕微鏡のアライメントにもっ
ぱら依存する。したがって、高分解能電子顕微鏡は自動
アライメントシステムを有するのが好ましい。
の傾斜は、ビーム傾斜の方向に、傾斜角に直線的に比例
する距離にわたって、前記の放物面のシフトを生ずる。 この傾斜角は、放物面のシフトを測定することによって
極めて正確に決めることができる。像の記録中に生じる
焦点ドリフトおよび物体ドリフトとちがって、ビーム傾
斜は、記録の開始に先だつ顕微鏡のアライメントにもっ
ぱら依存する。したがって、高分解能電子顕微鏡は自動
アライメントシステムを有するのが好ましい。
【００２６】以上説明した像妨害現象の大きさの決定の
後、物体１７の出口面２５における電子波動関数の復元
の間、関係の補償を伝達関数内において行うことができ
る。更に、顕微鏡は、その検出媒体が乾板と同じ感度と
分解能を有する検出システムを有すべきであり、その上
、オンラインで読出し可能であるべきである。記録され
た情報が加えられるコンピュータメモリは、大きな記憶
容量を有すべきである。焦点ドリフトおよび物体ドリフ
トのような実際上の問題のために極めて短かい期間内で
記録される多数の像のために、例えば機械的な乾板の移
動は時間がかかりすぎる。この場合別の利点は、像処理
システム内に蓄えられた情報が別の像処理システムに直
ちに用いることができるということにある。
後、物体１７の出口面２５における電子波動関数の復元
の間、関係の補償を伝達関数内において行うことができ
る。更に、顕微鏡は、その検出媒体が乾板と同じ感度と
分解能を有する検出システムを有すべきであり、その上
、オンラインで読出し可能であるべきである。記録され
た情報が加えられるコンピュータメモリは、大きな記憶
容量を有すべきである。焦点ドリフトおよび物体ドリフ
トのような実際上の問題のために極めて短かい期間内で
記録される多数の像のために、例えば機械的な乾板の移
動は時間がかかりすぎる。この場合別の利点は、像処理
システム内に蓄えられた情報が別の像処理システムに直
ちに用いることができるということにある。
【００２７】以上説明した方法は、略々１００Å（高分
解能電子顕微鏡における現実的な厚さ）迄の結晶状物体
の投影された構造を、略々１Åの最終的な分解能で、略
々３ｎｍの間隔で離された像平面に記録された５０の像
に基づいて決めることができる。
解能電子顕微鏡における現実的な厚さ）迄の結晶状物体
の投影された構造を、略々１Åの最終的な分解能で、略
々３ｎｍの間隔で離された像平面に記録された５０の像
に基づいて決めることができる。
【図１】本発明の方法を実施するのに適した高分解能電
子顕微鏡の略線図である。
子顕微鏡の略線図である。
３ 電子源
７ レンズ
９ レンズ電源
１１ 検出システム
１３ 像処理システム
１５ 電子ビーム
１７ 物体
１９ 像平面
２１ 焦点間隔
２３ 基準像平面
Claims (13)
- 【請求項１】 物体の振幅および位相情報を、僅かに
異なるデフオーカス値を有する像面に記録された、高分
解能顕微鏡で記録された多数の物体像で形成された電子
波動関数として直接に得る方法において、像平面の間隔
を、デフオーカス値の関数として実質的に連続した一連
の像を通して、実質的に三次元領域が記録される程に小
さく選び、該領域で電子波動関数を復元するために、線
形および非線形像情報を分離するように擬似三次元フー
リエ変換を行うことを特徴とする方法。 - 【請求項２】 擬似三次元フーリエ変換を、記録され
た像の二次元フーリエ変換により行い、次いで、選択さ
れた基準像平面への像の後方伝搬を表わし色収差を補正
する複素加重係数で乗算する請求項１の方法。 - 【請求項３】 線形像情報をフーリエ空間の球面に集
中し、非線形像情報をフーリエ空間を横切って不均一に
分布する請求項１の方法。 - 【請求項４】 高分解能電子顕微鏡の色収差を、球の
各点において、関係の点の色収差に対する減衰係数でそ
の点における値を割ることによって補正する請求項２ま
たは３の方法。 - 【請求項５】 線形部分を非線形部分に対して強める
ために反復繰返しを用いる請求項１乃至４の何れか１項
の方法。 - 【請求項６】 物体の出口面における電子波動関数を
、基準像平面の電子波動関数の二次元フーリエ関数に、
球面収差およびデフオーカス、非点収差およびビーム傾
斜の補正のための係数を乗算し、次いで逆二次元フーリ
エ変換を行うことにより、基準像面内の電子波動関数よ
り計算する請求項１乃至５の何れか１項の方法。 - 【請求項７】 像面から物体の出口面への電子波動関
数の後方伝搬の後、物体の放射された原子構造を決定す
るためにチャネリング操作を行う請求項６の方法。 - 【請求項８】 高分解能顕微鏡に記録された像の分解
能の増進のために用いる請求項１乃至７の何れか１項の
方法。 - 【請求項９】 一連の像の記録の間に生じる焦点ドリ
フトの決定のために、異なるデフオーカス値を有する多
数の像を対向方向に記録し、焦点ドリフトを２つの末端
の像の比較によって決定する請求項１乃至８のいずれか
１項の方法。 - 【請求項１０】 一連の像の記録の間に生じる物体ド
リフトの決定のために、隣接したデフオーカス値を有す
る像の相互相関をつくり、物体のドリフトを相互の縦方
向シフトより決定する請求項１乃至９の何れか１項の方
法。 - 【請求項１１】 ビーム傾斜の測定を、フーリエ空間
内の線形像情報を表わす球のシフトより得る請求項１乃
至１０の何れか１項の方法。 - 【請求項１２】 検出システム、像処理システム、お
よび、放出された電子の比較的小さなエネルギの拡がり
を保証する電子線とを有することを特徴とする請求項１
乃至１１の何れか１項を実施するための高分解能顕微鏡
。 - 【請求項１３】 検出システムは、オンラインで読出
すことができ且つ例えば乾板の感度と分解能に匹敵する
感度と分解能を有する検出体を有する請求項１２の高分
解能顕微鏡。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| NL9001800A NL9001800A (nl) | 1990-08-10 | 1990-08-10 | Methode voor het direct verkrijgen van amplitude- en fase-informatie van een object met behulp van beelden van een hoge-resolutie elektronenmicroscoop. |
| NL9001800 | 1990-08-10 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04233150A true JPH04233150A (ja) | 1992-08-21 |
| JP3130584B2 JP3130584B2 (ja) | 2001-01-31 |
Family
ID=19857536
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP03221143A Expired - Lifetime JP3130584B2 (ja) | 1990-08-10 | 1991-08-07 | 高分解能電子顕微鏡でつくられた像から直接に物体の振幅および位相情報を得る方法 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5134288A (ja) |
| EP (1) | EP0472235B1 (ja) |
| JP (1) | JP3130584B2 (ja) |
| DE (1) | DE69125435T2 (ja) |
| NL (1) | NL9001800A (ja) |
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| WO2015151271A1 (ja) * | 2014-04-04 | 2015-10-08 | 株式会社日立ハイテクノロジーズ | 荷電粒子線装置及び球面収差補正方法 |
| JP2016511926A (ja) * | 2013-02-14 | 2016-04-21 | ユニフェルシテイト アントウェルペンＵｎｉｖｅｒｓｉｔｅｉｔ Ａｎｔｗｅｒｐｅｎ | 高分解能の振幅コントラスト撮像 |
| US11355311B2 (en) | 2019-04-01 | 2022-06-07 | Carl Zeiss Smt Gmbh | Method and apparatus for determining a wavefront of a massive particle beam |
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| NL9100076A (nl) * | 1991-01-17 | 1992-08-17 | Philips Nv | Methode voor automatische uitlijning van een elektronenmicroscoop en een elektronenmicroscoop geschikt voor uitvoering van een dergelijke methode. |
| JP3287858B2 (ja) * | 1991-05-15 | 2002-06-04 | 株式会社日立製作所 | 電子顕微鏡装置及び電子顕微方法 |
| US5866905A (en) * | 1991-05-15 | 1999-02-02 | Hitachi, Ltd. | Electron microscope |
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| US5432347A (en) * | 1992-11-12 | 1995-07-11 | U.S. Philips Corporation | Method for image reconstruction in a high-resolution electron microscope, and electron microscope suitable for use of such a method |
| US5432349A (en) * | 1993-03-15 | 1995-07-11 | The United State Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Fourier transform microscope for x-ray and/or gamma-ray imaging |
| EP0628984A1 (en) * | 1993-06-10 | 1994-12-14 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Method for examining object structures in an electron beam apparatus |
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| KR20140106053A (ko) * | 2013-02-25 | 2014-09-03 | 도시바삼성스토리지테크놀러지코리아 주식회사 | 빔 제어 방법 및 이를 적용하는 광 픽업 장치 |
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1990
- 1990-08-10 NL NL9001800A patent/NL9001800A/nl not_active Application Discontinuation
-
1991
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- 1991-08-07 JP JP03221143A patent/JP3130584B2/ja not_active Expired - Lifetime
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