JPH10247468A - 透過型電子顕微鏡 - Google Patents
透過型電子顕微鏡Info
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- JPH10247468A JPH10247468A JP9046778A JP4677897A JPH10247468A JP H10247468 A JPH10247468 A JP H10247468A JP 9046778 A JP9046778 A JP 9046778A JP 4677897 A JP4677897 A JP 4677897A JP H10247468 A JPH10247468 A JP H10247468A
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Abstract
単かつ正確に測定する。 【解決手段】 試料103を透過した電子による電子線
像シンチレータ107で受け、シンチレータ上の光像を
撮像手段109によってデジタル画像として取り込み、
表示装置122に表示する。中央演算装置122は、レ
ンズ系を制御する制御系121からの倍率情報と、シン
チレータ位置の倍率基準位置よりの偏差から生じる倍率
変化率と、シンチレータ上の光像を撮像手段に投影する
光学系108の倍率と、撮像手段の撮像面110上での
1画素の大きさをもとに、デジタル画像の画素の長さを
演算する。
Description
計測を行うことのできる透過型電子顕微鏡に関する。
子線を電子レンズを用いて結像して試料の拡大像を得る
装置であり、試料内部の形態観察、電子線回折による結
晶解析、元素の定量分析等に適した装置である。透過型
電子顕微鏡を利用する分野では、試料の拡大像、例えば
100万倍に拡大した試料微小領域の寸法を測定したい
との要求が強い。従来このような場合、電子顕微鏡内に
装着されているフィルムに試料拡大像を撮影して画像記
録を行い、同時にフィルム上に撮影倍率を記録する。続
いてフィルムを現像し、次にフィルムを印画紙に光学的
に引き延ばして焼き付ける。そして、この最終像の中で
関心のある部分の長さを定規で測定し、その測定値と撮
影倍率及び引き延ばし倍率をもとに計算によって最終的
な長さを求めている。
撮影した試料拡大像を印画紙に焼き付け、印画紙上で実
測した長さを撮影倍率、引き延ばし倍率で除算して実際
の長さを計算する方法では、結果を得るために約1日も
の長時間を要する上に、ヒューマンエラーの可能性があ
り精度も信頼性に乏しいという問題がある。また、試料
の位置が光軸方向にずれた場合、焦点が変わり、倍率も
変わってしまうという問題があった。
定精度の点で信頼性に欠ける従来の透過型電子顕微鏡の
微小部分計測機能を改良しようとするものであり、高速
かつ高精度の微小部分計測機能を有する透過型電子顕微
鏡を提供することを目的とする。
鏡は、試料を透過した電子線の拡大像をシンチレータ上
に形成し、これをCCDなどの撮像素子を使って光学的
な画像を電気信号として扱えるカメラで撮影する。撮影
された画像は、A/D変換されてデジタル画像としてメ
モリに記録される。メモリに記録された画像は、中央演
算装置を介して、モニタ上にデジタル画像として表示さ
れる。他方、電子線の拡大像を形成する電子レンズの励
磁の設定状態は、倍率情報あるいはカメラ長情報として
電子レンズ制御系から出力される。中央演算装置は、こ
の倍率情報から画素に対応した長さを定義し、カメラ長
情報から画素に対応した散乱角を定義する。
と、電子顕微鏡の倍率基準位置と、シンチレータ上の光
像を光学的に結像する光学系の結像倍率とを予め中央演
算装置に入力しておき、その情報を用いて倍率補正を行
う。その後、デジタル画像上の例えば2点に対応する画
素を選択し、その画素の間に存在する画素数を数え、そ
の数に画素に定義された長さを乗じて2点間の長さを計
算し、あるいは散乱角を計算する。この計算結果は、画
像上に数値表示される。このような手段により、カメラ
により撮影された画像の2点間の長さあるいは散乱角を
高速に測定することができる。
電子銃と、電子銃からの電子線を試料に照射するための
照射レンズ系と、試料を透過した電子による電子線像を
形成するための対物レンズ系及び結像レンズ系と、電子
線像を受像するシンチレータと、シンチレータ上の光像
をデジタル画像として取り込むための撮像手段と、デジ
タル画像を表示する表示手段と、演算手段とを含み、演
算手段は、レンズ系を制御する制御系からの情報をもと
にデジタル画像の画素の長さを定義することを特徴とす
る。
らの倍率情報と、シンチレータ位置の倍率基準位置より
の偏差から生じる倍率変化率と、シンチレータ上の光像
を撮像手段の撮像面に投影する光学系の倍率と、撮像手
段の撮像面上での1画素の大きさをもとに、デジタル画
像の画素の長さを演算することができる。また、演算手
段は、デジタル画像の画素の長さを用いて画像上で指定
された2点間の長さに対応する試料上の長さを計算する
機能を有することができ、デジタル画像の画素の長さを
用いて画像上で指定された領域の面積を演算する機能を
有することもできる。長さの数値を入力することによ
り、試料上におけるその長さに相当する線分と前記数値
とを画像上に表示する機能を有することもできる。
御系からのカメラ長情報と、シンチレータ位置のカメラ
長基準位置よりの偏差から生じるカメラ長変化率と、シ
ンチレータ上の光像を撮像手段の撮像面に投影する光学
系の倍率と、撮像手段の撮像面上での1画素の大きさを
もとに、デジタル画像の画素の長さを電子線回折像の散
乱角として演算することができる。演算手段は、デジタ
ル画像の画素の長さを用いて、画像上で指定された2点
間の長さに対応する電子線回折像の散乱角を計算する機
能を有することができ、散乱角の数値を入力することに
より、その散乱角に相当する線分と前記数値とを画像上
に表示する機能を有することもできる。
物レンズ系の焦点位置の基準位置からのずれ量をもとに
デジタル画像の画素の長さを補正することをができ、あ
るいは各倍率における倍率補正パラメータを使用してデ
ジタル画像の画素の長さを補正することができる。ま
た、演算手段は、画像上で指定された2本の線分の間の
角度を演算し表示する機能を有することができる。
ィングデバイスを用いて行うことができる。また、画像
上の測定を行った後に、その指定した点をポインティン
グデバイスを使用して変更する機能を持たせることもで
きる。本発明は、従来電子顕微鏡を使用して計測を行っ
ているすべての分野、例えば、半導体デバイス製造分
野、新素材開発研究分野、医学生物研究分野において利
用可能である。
の画像上の2点を選択すると、その間の試料上での長さ
を表示することができる。このため、高速かつ高精度に
微小長さの測定を行うことができる。更に、電子顕微鏡
を電子線回折像観察モードにして画像を取り込んだ場合
には、任意の2点間の距離を測定した上で、これを電子
線の散乱角として表示することができる。
ド変化、焦点位置の変化などに伴うカメラ上での倍率精
度を正確に抑えることができるため、オペレータは信頼
性の高い測長をフィルム現像などの作業を行うことなし
に迅速且つ簡単に行うことができ、試料上の寸法測定の
能率を大幅に向上することができる。
施の形態を説明する。図1は、本発明による透過型電子
顕微鏡の概略説明図である。この透過型電子顕微鏡は、
透過電子像を画像データとして取り込む撮像装置と画像
処理及び演算を行うコンピュータとを備え、試料上の距
離や角度の測定を行うことができるものである。
ンズ系102によって試料103上に収束、照射し、試
料103を透過してきた電子線を対物レンズ系104及
び結像レンズ系105により拡大し、蛍光板やフィルム
106上に電子線像111を結像し、試料の透過電子像
を得る。照射レンズ系102、対物レンズ系104及び
結像レンズ系105は、電子顕微鏡制御部121によっ
て制御される。ここまでの構成は、従来の透過型電子顕
微鏡と同一である。
ィルム106より下の位置にCCDカメラ等の光学的画
像取り込み装置(以下、カメラと呼ぶ)109専用の電
子線発光素子(以下、シンチレータと呼ぶ)107を設
置し、このシンチレータ107上に写る二次元電子線像
111を光像112に変換し、その光像112を光学系
108によりカメラ109の撮像面110上に結像す
る。撮像面110上に結像された光像112は、カメラ
109の撮像素子により電気信号に変換される。この電
気信号はA/Dコンバータによってデジタル信号に変換
され、中央演算装置123へ送られる。この結果、試料
103の透過電子像は、央演算装置123上で二次元デ
ジタル画像として取り扱うことができるようになる。
22上に表示された画像上の任意の2点間距離を計るに
は、マウス等のポインティングデバイス124を使い、
モニタ122に表示された画像上の2点を選ぶ。その2
点間の距離は2つの点のx座標の差の2乗とy座標の差
の2乗との和の平方根である。中央演算装置123は、
この画像上の距離を画像の倍率で除算することにより実
際の試料上の距離に換算してモニタ122上に表示す
る。
て、試料103の像が拡大投影される。その拡大倍率
は、結像レンズ系105の各電磁レンズに流れる電流量
によって決まるものである。しかし、従来の透過型電子
顕微鏡はフィルム106を用いて画像の記録を行うこと
を前提として作られているため、それ以外のもので撮影
する時にはその受像位置によって倍率換算を行う必要が
ある。前記したカメラ109の場合は、シンチレータ1
07の位置がフィルム106の位置より下にあるため、
電子顕微鏡に設定されている倍率よりもっと拡大された
投影像を撮像する。更に、このシンチレータ107によ
って変換された光像112を光学系108によってカメ
ラ109の撮像面110上へ縮小結像しているため、そ
の縮小率も考慮して倍率を換算する必要がある。
る。電子顕微鏡の設定倍率をm、光学系108の縮小率
をn、フィルム106の面とシンチレータ107の面の
間の距離をa、最終段拡大電磁レンズ中心201とフィ
ルム面との距離をbとすると、カメラ109の撮像面1
10上での倍率Mは次の〔数1〕のようになる。
置が変わることでも変化する。電子顕微鏡の場合、試料
103との焦点合わせを行うときには、電磁レンズで構
成される対物レンズ系104に流す電流量を調整し、対
物レンズ系104の焦点距離を変えることによって行
う。この対物レンズ系104の焦点位置による倍率変化
は以下のように計算できる。対物レンズ系104の焦点
距離の関係式は、図6のように、対物レンズ系104の
焦点距離をfとし、対物レンズ系104と物面との距離
をg、像面との距離をhとすると、次の〔数2〕で与え
られる。
m0は、次の〔数3〕で与えられる。
変化したときの倍率の変化は、次の〔数4〕で与えられ
る。
置であるので測定可能であり、Δ fは対物レンズ系1
04の電磁石に流す電流量から、次の〔数5〕のように
計算できる。〔数5〕において、Ccは定数、Iは焦点
距離fのときの対物レンズ系104の励磁電流、ΔIは
焦点距離をΔfだけ変化させるのに必要な励磁電流の変
化量である。
04と結像レンズ系105で拡大されたフィルム106
面上での倍率であるから、この表示倍率をmとすると、
対物レンズ系104の焦点位置ずれΔfのときの撮像面
110上での倍率Mは、次の〔数6〕で計算できる。こ
れをもとに倍率補正をかけることにより、電子顕微鏡像
上のより正確な測長が可能となる。
画面上で距離を測定すべき2点を指定する方法及び距離
表示方法を説明する。ここでは、前記〔数6〕で表され
る倍率Mを用いて測長などを行い、その結果を表示す
る。カメラ109で撮像したデジタル画像304上で指
定した2点すなわち測長始点301と測長終点302間
の試料103上での距離dは、カメラ109の撮像面1
10上での1画素306の大きさをp、指定した2点3
01,302の画像上の座標を(x1,y1),(x
2,y2)とすると、次の〔数7〕で計算できる。
b,h,fの値を記憶させておき、画像を撮影したとき
の倍率mと対物レンズ系104の焦点距離のずれ量Δf
を電子顕微鏡制御部121から中央演算装置123へ送
ってもらい、中央演算装置123を介して画像304上
の2点301,302を選ぶことで、その選んだ2点間
の試料103上での距離dを計算し、計算した値をその
画像304上に表示することができる。
ある。1つの方法は、中央演算装置123のモニタ12
2に映し出されている取得画像304の上で直接2点を
選ぶ方法である。マウスアイコン305を取得画像30
4上へ持って行き、所望する1点目の場所(測長始点)
301でマウスボタンを押し、押したまま2点目の場所
(測長終点)302へ移動させて手を放す。そうする
と、その2点301,302を中央演算装置123が認
識し、選んだ1点目301と2点目302を結んだ直線
303を描き、前記〔数7〕の計算をして、その2点間
の距離数値307をその直線303の近くに表示する。
に変更することも可能である。点301を点308に変
更する場合の操作の一例について説明する。直線303
の端点301へマウスアイコン305を持って行き、そ
こでマウスボタンを押し、押したまま所望する場所(測
長始点変)308へ移動させて手を離す。この操作によ
り、点301が点308に変更され、その変更された点
308ともう一つの点302との間の距離が307の様
に直線309と共に表示される。 もう一つの方法は、
まずキーボード等の入力手段125により試料上での長
さを中央演算装置123に入力し、その長さに相当する
線分310を画像304上に表示し、その線分310の
近くにその長さの数値311を表示する方法である。こ
の線分310と数値311はワンセットにして、画像3
04内での表示位置をマウスアイコン305を使って自
由に移動することができる。
による倍率変更及び、対物レンズ系104の状態による
倍率補正を行ってもなお所望する精度が得られない場合
には、各倍率毎に個別の補正パラメータを用意してお
き、そのパラメータを調整することで各倍率の測長精度
を確保することができる。調整は次のようにして行うこ
とができる。まず、各補正パラメータをすべてデフォル
ト値1にセットしておく。そして、長さのわかっている
試料を入れて画像を取り込み、その既知の長さを上記の
測長機能で測定する。次に、測長補正モードにしてから
今測長した結果を選んで正しい数値を入力すると、その
倍率における補正パラメータの数値が入力した正しい数
値と選んだ測長結果の商として中央演算装置123のメ
モリに記憶される。これ以後の測長結果は、測定した結
果とこの補正パラメータとの積として計算され、表示さ
れる。
ドにした場合には、電子顕微鏡制御部121は中央演算
装置123にカメラ長の情報を伝える。カメラ長は、対
物レンズの焦点距離にレンズ倍率を掛けたもので与えら
れる。電子線回折像上での距離は、カメラ長を考慮して
計算すると電子線の散乱角になる。本発明の電子顕微鏡
は、電子線回折像上の距離を散乱角度で自動表示するこ
とができる。電子線回折像モードの場合も、通常のカメ
ラ長Lはフィルム106上で定義されているので、回折
斑点の散乱角度を測定するには、画像倍率と同様にシン
チレータ107の位置や光学系108の倍率で補正を行
う必要がある。また、電子線回折像においても対物レン
ズ系104の焦点距離の変化に応じてカメラ長が変化す
る。
タル画像304上で、点301と点302を指定してそ
の間の散乱角θを求める場合を考える。対物レンズ系1
04の焦点距離の基準値fからのずれ量をΔfとし、電
子顕微鏡制御部121から与えられるカメラ長をLとす
ると、求める散乱角θは次の〔数8〕で計算できる。p
は、カメラ109の撮像面110上での1画素の大きさ
である。
方法は、電子顕微鏡像上の距離を測るときと同様であ
る。中央演算装置123は、通信で電子顕微鏡制御部1
21から電子線回折像を観察するモードであるのか否か
の情報を得て、電子線回折モードであるときだけその2
点301,302間の距離307を散乱角で表示する。
また、電子線回折像観察モードの時、キーボード等の入
力手段125により散乱角の数値を中央演算装置123
に入力し、その散乱角に相当する線分を画像上に表示す
るようにすることも可能である。この時、散乱角θを入
力された中央演算装置123は、上記〔数8〕の関係を
用いて散乱角θに相当する画像上の距離θL′/pを計
算し、指定された方向の線分として画像上に表示する。
度の測定方法について説明する。デジタル画像400上
で指定した3点401,402,403の画像上の座標
を(x1,y1),(x2,y2),(x3,y3)と
すると、求める点401(x1,y1)を中心とした角
度αは、次の〔数9〕によって計算できる。
モードを選択し、マウスアイコンを第1点目の場所40
1へ持っていきそこでクリックする。そして、第2点目
の場所402と第3点目の場所403を順にクリックし
て指定すると、第1点目401と第2点目402、第1
点目401と第3点目403を結ぶ線分404,405
と、その2線分の間に第1点目401を中心とした円弧
407を描き、その円弧407の近くに上記の〔数9〕
で計算された角度の数値406を表示する。
面積を測定する方法について説明する。多角形を多数の
三角形に分割し、それぞれの三角形の面積を求め、その
それぞれの三角形の面積を足し合わせることで多角形の
面積とすることができる。例えば、3つの頂点511,
512,513を結んでできる三角形の面積Sは、デジ
タル画像500上でにおける3つの頂点511,51
2,513の座標(x1,y1),(x2,y2),
(x3,y3)から、次の〔数10〕で計算することが
できる。ただし、Mは〔数6〕で表される撮像面110
上での倍率、pはカメラ109の撮像面110上での1
画素の大きさである。
ドを選択し、例えばマウスアイコンを第1点目の場所5
11へ持っていきそこでクリックする。そして、2点
目、3点目と順にクリックしていき、n点目をクリック
した後、1点目付近でダブルクリックすると多角形が閉
じ、n角形が出来上がる。出来上がったn角形の内側は
ユーザーの定義した色もしくは模様で塗られる。そし
て、そのn角形の面積が前記〔数10〕で計算される三
角形の面積の和として求められて、塗られた場所の上に
その結果の数値が単位付きで518のように表示され
る。
鏡で観察していた試料上の実際の寸法、角度、面積等を
簡単にかつ正確に計測することが可能となる。
図。
料、104…対物レンズ系、105…結像レンズ系、1
06…フィルム、107…シンチレータ、108…光学
系、109…カメラ、110…撮像面、111…電子線
像、112…光像、121…電子顕微鏡制御部、122
…モニタ、123…中央演算装置、124…ポインティ
ングデバイス、125…入力手段、201…最終段拡大
電磁レンズの中心位置、301…測長始点、302…測
長終点、303…測長線分(始点と終点を結ぶ直線)、
304…取得画像、305…マウスアイコン、306…
画素、307…測長結果数値表示、308…測長始点変
更点、309…変更後の測長線分、310…指定された
長さに相当する線分、311…指定された長さの数値表
示、400…デジタル画像、401…角度測定基準点第
1点、402…角度測定基準点第2点、403…角度測
定基準点第3点、404…角度測定始線分、405…角
度測定終線分、406…測定角度数値表示、407…測
定角表示円弧、500…デジタル画像、511…面積測
定範囲指定第1点、512…面積測定範囲指定第2点、
513…面積測定範囲指定第3点、514…面積測定範
囲指定第4点、518…n角形内面積数値表示
Claims (13)
- 【請求項1】 電子銃と、前記電子銃からの電子線を試
料に照射するための照射レンズ系と、試料を透過した電
子による電子線像を形成するための対物レンズ系及び結
像レンズ系と、前記電子線像を受像するシンチレータ
と、前記シンチレータ上の光像をデジタル画像として取
り込むための撮像手段と、前記デジタル画像を表示する
表示手段と、演算手段とを含み、 前記演算手段は、前記レンズ系を制御する制御系からの
情報をもとに前記デジタル画像の画素の長さを定義する
ことを特徴とする透過型電子顕微鏡。 - 【請求項2】 請求項1記載の透過型電子顕微鏡におい
て、 前記演算手段は、前記レンズ系を制御する制御系からの
倍率情報と、前記シンチレータ位置の倍率基準位置より
の偏差から生じる倍率変化率と、前記シンチレータ上の
光像を前記撮像手段の撮像面に投影する光学系の倍率
と、前記撮像手段の撮像面上での1画素の大きさをもと
に、前記デジタル画像の画素の長さを演算することを特
徴とする透過型電子顕微鏡。 - 【請求項3】 請求項1又は2記載の透過型電子顕微鏡
において、 前記演算手段は、前記デジタル画像の画素の長さを用い
て、画像上で指定された2点間の長さに対応する試料上
の長さを計算する機能を有することを特徴とする透過型
電子顕微鏡。 - 【請求項4】 請求項1、2又は3記載の透過型電子顕
微鏡において、 長さの数値を入力することにより、試料上におけるその
長さに相当する線分と前記数値とを画像上に表示する機
能を有することを特徴とする透過型電子顕微鏡。 - 【請求項5】 請求項1〜4のいずれか1項記載の透過
型電子顕微鏡において、 前記演算手段は、前記デジタル画像の画素の長さを用い
て、前記画像上で指定された領域の面積を演算する機能
を有することを特徴とする透過型電子顕微鏡。 - 【請求項6】 請求項1記載の透過型電子顕微鏡におい
て、 前記演算手段は、前記レンズ系を制御する制御系からの
カメラ長情報と、前記シンチレータ位置のカメラ長基準
位置よりの偏差から生じるカメラ長変化率と、前記シン
チレータ上の光像を前記撮像手段の撮像面に投影する光
学系の倍率と、前記撮像手段の撮像面上での1画素の大
きさをもとに、前記デジタル画像の画素の長さを電子線
回折像の散乱角として演算することを特徴とする透過型
電子顕微鏡。 - 【請求項7】 請求項6記載の透過型電子顕微鏡におい
て、 前記演算手段は、前記デジタル画像の画素の長さを用い
て、画像上で指定された2点間の長さに対応する電子線
回折像の散乱角を計算する機能を有することを特徴とす
る透過型電子顕微鏡。 - 【請求項8】 請求項6又は7記載の透過型電子顕微鏡
において、 散乱角の数値を入力することにより、その散乱角に相当
する線分と前記数値とを画像上に表示する機能を有する
ことを特徴とする透過型電子顕微鏡。 - 【請求項9】 請求項1〜8のいずれか1項記載の透過
型電子顕微鏡において、 前記演算手段は、対物レンズ系の焦点位置の基準位置か
らのずれ量をもとに前記デジタル画像の画素の長さを補
正することを特徴とする透過型電子顕微鏡。 - 【請求項10】 請求項1〜9のいずれか1項記載の透
過型電子顕微鏡において、 前記演算手段は、各倍率における倍率補正パラメータを
使用して、前記デジタル画像の画素の長さを補正するこ
とを特徴とする透過型電子顕微鏡。 - 【請求項11】 請求項1〜10のいずれか1項記載の
透過型電子顕微鏡において、 前記演算手段は、画像上で指定された2本の線分の間の
角度を演算し表示する機能を有することを特徴とする透
過型電子顕微鏡。 - 【請求項12】 請求項1〜11のいずれか1項記載の
透過型電子顕微鏡において、 ポインティングデバイスを用いて画像上の点を指定する
機能を有することを特徴とする透過型電子顕微鏡。 - 【請求項13】 請求項12記載の透過型電子顕微鏡に
おいて、 画像上の測定を行った後に、その指定した点をポインテ
ィングデバイスを使用して変更する機能を有することを
特徴とする透過型電子顕微鏡。
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JP04677897A JP3732299B2 (ja) | 1997-02-28 | 1997-02-28 | 透過型電子顕微鏡 |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2003100246A (ja) * | 2001-09-25 | 2003-04-04 | Toshiba Corp | 荷電ビーム装置並びにパターン測定方法およびパターン描画方法 |
WO2009123311A1 (ja) * | 2008-04-04 | 2009-10-08 | 株式会社日立製作所 | 回折像取得方法、及び荷電粒子線装置 |
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1997
- 1997-02-28 JP JP04677897A patent/JP3732299B2/ja not_active Expired - Fee Related
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WO2009123311A1 (ja) * | 2008-04-04 | 2009-10-08 | 株式会社日立製作所 | 回折像取得方法、及び荷電粒子線装置 |
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