JP2003257351A

JP2003257351A - 電子顕微鏡および電子顕微鏡用ｔｖ検出器

Info

Publication number: JP2003257351A
Application number: JP2002050994A
Authority: JP
Inventors: Mitsuaki Osaki; 大崎光明
Original assignee: Jeol Ltd
Current assignee: Jeol Ltd
Priority date: 2002-02-27
Filing date: 2002-02-27
Publication date: 2003-09-12

Abstract

(57)【要約】【課題】蛍光板でモニターしなくても、ＴＶ検出器の受
光面にＴＥＭ像を常に正しく投影可能な電子顕微鏡を提
供する。【解決手段】試料を透過した電子線を結像部に投影する
結像レンズ系と、投影された透過電子線を結像部で受光
するＴＶ検出器とを備えた電子顕微鏡において、投影さ
れた透過電子線とＴＶ検出器との間の位置ずれを検出す
る位置ずれ検出手段と、検出された位置ずれ情報に基づ
いて透過電子線とＴＶ検出器の位置合わせをする位置合
わせ手段とを設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、試料を透過した透
過電子線をＴＶ検出器に投影することにより、試料の透
過像を得る透過型電子顕微鏡に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、電子顕微鏡は、結像レンズ系（対
物レンズ、中間レンズ、および投影レンズ）の後段に配
置された蛍光板に透過電子顕微鏡像（以下、ＴＥＭ像と
称す）を写して、試料を観察していた。そこで、この蛍
光板が置かれた真空室のことを像観察室と呼んでいる。
ところが、ＣＣＤカメラなどのテレビカメラ検出器（以
下、ＴＶ検出器と称す）の発達により、ＴＥＭ像がテレ
ビ画像として観察できるようになると、蛍光板の置かれ
た像観察室の重要性は低下し、観察をＴＶ検出器に頼る
ことが多くなってきた。最近では、試料像の結像位置に
ＴＶ検出器を配置して試料像を撮影し、その映像信号
を、画像処理装置を介して、陰極線管（ＣＲＴ）や液晶
ディスプレイ（ＬＣＤ）などの画像表示装置に直接表示
させて観察することが一般的に行なわれている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、ＴＶ検出器
の受光面は、現在、１０ｍｍφ以下の大きさのものしか
市販されていないため、蛍光板が１６０ｍｍφもあるの
に比較すると、十分な大きさであるとは言えず、ＴＶ検
出器の受光面が、従来の蛍光板の観察領域をすべてカバ
ーする状況には至っていない。その結果、投影されるＴ
ＥＭ像の位置が、ＴＶ検出器の受光面の範囲外にはみ出
してしまうという問題がしばしば起きる。この問題を解
決するために、ＴＶ検出器の位置を、結像レンズ系の最
終レンズである投影レンズに、可能な限り接近させて設
置することが試みられているが、投影レンズ付近の空間
的な制約のため、十分な成果を上げるには至っていない
のが現状である。

【０００４】そこで、蛍光板と像観察室が備わっていな
い電子顕微鏡の場合、結像レンズ系から投影されるＴＥ
Ｍ像の位置が、ＴＶ検出器の受光面が置かれている位置
からずれて、ＴＶ検出器で受光できない状態になると、
暗くなった画像表示装置にＴＥＭ像を呼び戻すために、
偏向コイルを無秩序に動かして、勘に頼ってＴＥＭ像を
探すということを行なっていた。

【０００５】本発明の目的は、上述した点に鑑み、蛍光
板でモニターしなくても、ＴＶ検出器の受光面にＴＥＭ
像を常に正しく投影可能な電子顕微鏡を提供することに
ある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するた
め、本発明にかかる電子顕微鏡は、試料を透過した電子
線を結像部に投影する結像レンズ系と、投影された透過
電子線を結像部で受光するＴＶ検出器とを備えた電子顕
微鏡において、投影された透過電子線の位置ずれを検出
する位置ずれ検出手段を備えたＴＶ検出器を設けたこと
を特徴としている。

【０００７】また、試料を透過した電子線を結像部に投
影する結像レンズ系と、投影された透過電子線を結像部
で受光するＴＶ検出器とを備えた電子顕微鏡において、
投影された透過電子線の位置ずれを検出する位置ずれ検
出手段を備えたＴＶ検出器と、検出された位置ずれ情報
に基づいて透過電子線とＴＶ検出器の位置合わせをする
位置合わせ手段とを設けたことを特徴としている。

【０００８】また、前記位置ずれ検出手段は、ＴＶ検出
器の周囲に配置された分割型電子線検出器であることを
特徴としている。

【０００９】また、前記位置ずれ検出手段は、結像レン
ズ系の後段に配置された分割型電子線検出器であること
を特徴としている。

【００１０】また、前記位置合わせ手段は、結像レンズ
系の後段に配置された偏向コイルであることを特徴とし
ている。

【００１１】また、前記位置合わせ手段は、結像レンズ
系の後段に配置された偏向コイルと、前記位置ずれ情報
に基づいて該偏向コイルを流れる電流を制御する制御回
路とで構成されていることを特徴としている。

【００１２】また、本発明にかかる電子顕微鏡用ＴＶ検
出器は、結像レンズ系により投影された透過電子線を結
像部で受光するＴＶ検出器と、投影された透過電子線の
位置ずれを検出する位置ずれ検出手段とを一体に保持し
たことを特徴としている。

【００１３】また、前記位置ずれ検出手段は、ＴＶ検出
器の周囲に配置された分割型電子線検出器であることを
特徴としている。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
実施の形態を説明する。図１（ａ）は、本発明にかかる
電子顕微鏡の一実施例である。

【００１５】図中１は、電子線を発生する冷陰極電界放
出形の電子銃（フィールド・エミッション・ガン）であ
る。電子銃１から放出された電子線は、照射系の集束レ
ンズ（第１のコンデンサ・レンズ、第２のコンデンサ・
レンズ）２、集束ミニレンズ（コンデンサ・ミニレン
ズ）３、および集束レンズ絞り４で、ビーム径や開き角
を制御され、対物ポールピース５の中央に設けられた孔
の内部に置かれた試料に照射される。

【００１６】試料は、ゴニオメータ６によってＸＹ方向
に移動可能な試料ホルダ７上に固定され、試料の周囲に
は、試料から放出された二次電子による二次電子像（Ｓ
ＥＭ像）を取るための二次電子検出器８や、電子線照射
によって試料から放出される特性Ｘ線を検出するための
エネルギー分散形Ｘ線スペクトロメータ（ＥＤＳ）９が
設置されている。尚、ＥＤＳ９は、検出感度を高めるた
めに、常時、液体窒素温度に冷やされている。また、Ｅ
ＤＳ９で特性Ｘ線を分析する際には、重金属による影響
を避けるため、電子線に強いモリブデンやタンタルなど
で作られた集束レンズ絞り４の代わりに、カーボンなど
原子番号の小さな元素で作られたＥＤＳ用絞り１０を用
いて電子線のビーム径を制御するようにしている。

【００１７】試料を透過した電子線は、対物レンズ（オ
ブジェクティブ・レンズ、オブジェクティブ・ミニレン
ズ）１１によって、３０倍程度に引き延ばされた後、更
に後段の結像系を構成する中間レンズ（第１のインター
メディエイト・レンズ、第２のインターメディエイト・
レンズ、第３のインターメディエイト・レンズ）１２や
投影レンズ（プロジェクティブ・レンズ）１３によっ
て、１００万倍ないし１５０万倍に拡大され、最終的
に、数百万倍の透過電子線画像を得る。尚、対物レンズ
絞り１４は、試料の直下に配置され、電子線の散乱を制
御する目的で設けられているもので、主にＴＥＭ像のコ
ントラストを制御している。一般に、散乱電子を取り除
くと、ＴＥＭ像のコントラストが向上することが知られ
ている。また、試料を透過した電子線の回折パターンが
現れる中間レンズ１２の所定の位置には、視野制限絞り
（セレクテッド・エリア・アパーチャ）１５が配置され
ている。

【００１８】投影レンズ（プロジェクティブ・レンズ）
１３の後段のＴＥＭ像が投影される位置には、ＣＣＤカ
メラなどのＴＶ検出器（ワイド・アングル・ＴＶ）１６
が設けられている。このＴＶ検出器付近を拡大して示し
たものが図１（ｂ）である。図１（ｂ）から明らかなよ
うに、ＴＶ検出器１６の受光部であるＣＣＤ素子１７の
周囲を取り囲むようにして、それぞれ４分割された第１
の分割型ビーム位置検出用ディテクタ１８と第２の分割
型ビーム位置検出用ディテクタ１９が設けられている。
尚、第２の分割型ビーム位置検出用ディテクタ１９は、
第１の分割型ビーム位置検出用ディテクタ１８の更に外
側を取り囲むようにして配置される。そして、これらの
分割型ビーム位置検出用ディテクタは、入射電流の検出
ができるように、周囲と絶縁された状態で取り付けられ
ている。

【００１９】このように、第１の分割型ビーム位置検出
用ディテクタ１８と、第２の分割型ビーム位置検出用デ
ィテクタ１９とを、内外に二重に設けると、透過電子線
の光軸とＴＶ検出器の位置が小さくずれている場合に
は、第１の分割型ビーム位置検出用ディテクタ１８だけ
に出力が発生し、また、透過電子線の光軸とＴＶ検出器
の位置が大きくずれている場合には、両方のディテクタ
に出力が発生することで、それぞれ、ずれ具合に応じ
て、ずれ情報を検出することが可能になる。こうして、
ＣＣＤ素子の周囲に多重構造の電子線検出器を設けるこ
とで、結像レンズ系から投影されるＴＥＭ像の位置がＴ
Ｖ検出器の受光面からどの程度ずれているかを、簡単に
検知することができるようになる。

【００２０】尚、この電子顕微鏡用ＴＶ検出器が、柄の
部分を操作することにより、透過電子線の光軸に対し
て、任意に挿脱できるように構成されていること、ま
た、ＣＣＤ素子の周囲に設けられる電子線検出器が三重
構造以上の多重構造であっても良いことなどは、言うま
でもない。

【００２１】また、ＴＶ検出器１６の後段に設けられて
いるのは、高輝度で高エネルギーのインシデント・ビー
ムを取り除いて暗視野（ダーク・フィールド）像を観察
するための第１の走査透過電子像（ＳＴＥＭ）検出器２
０、高輝度で高エネルギーのインシデント・ビームを含
む明視野（ブライト・フィールド）像を観察するための
第２の走査透過電子像（ＳＴＥＭ）検出器２１、およ
び、画素数が多いＣＣＤ素子を採用した高分解能ＴＶ検
出器（ハイ・レゾルーション・ＴＶ）２２である。

【００２２】図２は、ＣＣＤ素子の周囲を取り囲むよう
にして設けられた４分割の分割型ビーム位置検出用ディ
テクタを用いて、透過電子線の光軸とＣＣＤ素子が置か
れている位置との位置ずれをどのようにして補正するか
を示したものである。図中、Ｘ１、Ｙ１、Ｘ２、および
Ｙ２は、分割型ビーム位置検出用ディテクタである。こ
れらの分割型ビーム位置検出用ディテクタは、まず、Ｃ
ＣＤ素子の受光面に投影された透過電子線の一部を検出
し、その信号を、微小電流増幅器Ａ１、Ａ２、Ａ３、お
よびＡ４に供給する。すると、微小電流検出器Ａ１、Ａ
２、Ａ３、およびＡ４は、分割型ビーム位置検出用ディ
テクタＸ１、Ｙ１、Ｘ２、およびＹ２に入射した透過電
子線の入射電流をそれぞれ増幅し、誤差増幅器Ｂ１およ
びＢ２に供給する。誤差増幅器Ｂ１およびＢ２は、入力
された各信号の差である誤差信号を出力するので、偏向
電流制御回路Ｃ１およびＣ２には、透過電子線の光軸の
ずれを反映した誤差信号が入力される。偏向電流制御回
路Ｃ１およびＣ２は、誤差増幅器Ｂ１およびＢ２から出
力される誤差信号がゼロになるように、結像レンズ系の
後段に置かれた偏向コイルＤの駆動電流を制御する。そ
の結果、偏向コイルＤは、駆動電流に応じた偏向磁界を
発生し、透過電子線の光軸を所定の方向に偏向させ、透
過電子線の光軸とＣＣＤ素子が置かれている位置との位
置ずれを補正する。

【００２３】以上の動作を、より実際的な例を上げて説
明する。例えば、図３（ａ）に示すように、透過電子線
の光軸が、分割型ビーム位置検出用ディテクタＸ１側に
ずれている場合、Ｘ１に入射する入射電流は、Ｘ２に入
射する入射電流よりも多くなり、誤差増幅器Ｂ１では、
正の誤差信号を出力することになる。偏向電流制御回路
Ｃ２は、誤差増幅器Ｂ１の出力する誤差信号がゼロに近
づくよう、偏向コイルＤの電流を制御して、透過電子線
の光軸をＸ２の方向に偏向させる。これにより、図３
（ｂ）に示すように、透過電子線の光軸をＣＣＤ素子の
中心に合わせることができる。また、逆に、図３（ｃ）
に示すように、透過電子線の光軸が、分割型ビーム位置
検出用ディテクタＸ２側にずれている場合、Ｘ１に入射
する入射電流は、Ｘ２に入射する入射電流よりも少なく
なり、誤差増幅器Ｂ１では、負の誤差信号を出力するこ
とになる。偏向電流制御回路Ｃ２は、誤差増幅器Ｂ１の
出力する誤差信号がゼロに近づくよう、偏向コイルＤの
電流を制御して、透過電子線の光軸をＸ１の方向に偏向
させる。これにより、図３（ｄ）に示すように、透過電
子線の光軸をＣＣＤ素子の中心に合わせることができ
る。また、Ｙ１、Ｙ２の方向に対しても、同様の操作に
より、自動的に透過電子線の光軸をＣＣＤ素子の中心に
合わせることができる。

【００２４】尚、ＣＣＤ素子の周囲に設置された電子線
検出器が二重構造以上の多重構造になっている場合は、
その一重ごとに、上記のような、偏向コイルを流れる電
流を制御する制御回路を設ける必要があることは言うま
でもない。

【００２５】また、上記実施例では、分割型ビーム位置
検出用ディテクタ１８、１９を、ＣＣＤ素子１７の周囲
に配置したが、本発明は、これに限定されるものではな
い。例えば、図４（ａ）、（ｂ）のように、結像系の投
影レンズ１３の後段に、中央部に透過電子線の通過孔２
３を開けた検出器２４を設け、通過孔２３を取り囲むよ
うにして、それぞれ４分割された第１の分割型ビーム位
置検出用ディテクタ１８と第２の分割型ビーム位置検出
用ディテクタ１９を設けても良い。その場合、第２の分
割型ビーム位置検出用ディテクタ１９は、第１の分割型
ビーム位置検出用ディテクタ１８の更に外側を取り囲む
ようにして配置される。

【００２６】また、分割型ビーム位置検出用ディテクタ
の分割数が、４分割に限定されないことは、言うまでも
ない。分割型ビーム位置検出用ディテクタの配列方法に
は、たとえば、図５に示すような、さまざまな変形例が
可能であることは言うまでもない。

【００２７】

【発明の効果】以上述べたように、本発明の電子顕微鏡
によれば、試料を透過した電子線を結像部に投影する結
像レンズ系と、投影された透過電子線を結像部で受光す
るＴＶ検出器とを備えた電子顕微鏡において、投影され
た透過電子線とＴＶ検出器との間の位置ずれを検出する
位置ずれ検出手段と、検出された位置ずれ情報に基づい
て、透過電子線とＴＶ検出器の位置合わせをする位置合
わせ手段とを設けたので、蛍光板でモニターしなくて
も、ＴＶ検出器の受光面にＴＥＭ像を常に正しく投影で
きるようになった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる電子顕微鏡の一実施例を示す図
である。

【図２】透過電子線の光軸を適正に補正する方法を説明
する図である。

【図３】透過電子線の光軸が適正に補正される様子を説
明する図である。

【図４】本発明にかかる電子顕微鏡の別の実施例を示す
図である。

【図５】本発明にかかる電子顕微鏡用ＴＶ検出器の変形
例を示す図である。

【符号の説明】

１・・・電子銃、２・・・集束レンズ、３・・・集束ミニレン
ズ、４・・・集束レンズ絞り、５・・・対物ポールピース、６
・・・ゴニオメータ、７・・・試料ホルダ、８・・・二次電子検
出器、９・・・エネルギー分散型Ｘ線スペクトロメータ
（ＥＤＳ）、１０・・・ＥＤＳ用絞り、１１・・・対物レン
ズ、１２・・・中間レンズ、１３・・・投影レンズ、１４・・・
対物レンズ絞り、１５・・・視野制限絞り、１６・・・ＴＶ検
出器、１７・・・ＣＣＤ素子、１８・・・第１の分割型ビーム
位置検出用ディテクタ、１９・・・第２の分割型ビーム位
置検出用ディテクタ、２０・・・第１の走査透過電子線検
出器、２１・・・第２の走査透過電子線検出器、２２・・・高
分解能ＴＶ検出器、２３・・・電子線通過孔、２４・・・検出
器、Ｘ１、Ｘ２、Ｙ１、Ｙ２・・・分割型ビーム位置検出
用ディテクタ、Ａ１〜Ａ４・・・微小電流増幅器、Ｂ１、
Ｂ２・・・誤差増幅器、Ｃ１、Ｃ２・・・偏向電流制御回路、
Ｄ・・・偏向コイル。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】試料を透過した電子線を結像部に投影する
結像レンズ系と、投影された透過電子線を結像部で受光
するＴＶ検出器とを備えた電子顕微鏡において、投影さ
れた透過電子線の位置ずれを検出する位置ずれ検出手段
を備えたＴＶ検出器を設けたことを特徴とする電子顕微
鏡。
【請求項２】試料を透過した電子線を結像部に投影する
結像レンズ系と、投影された透過電子線を結像部で受光
するＴＶ検出器とを備えた電子顕微鏡において、投影さ
れた透過電子線の位置ずれを検出する位置ずれ検出手段
を備えたＴＶ検出器と、検出された位置ずれ情報に基づ
いて透過電子線とＴＶ検出器の位置合わせをする位置合
わせ手段とを設けたことを特徴とする電子顕微鏡。
【請求項３】前記位置ずれ検出手段は、ＴＶ検出器の周
囲に配置された分割型電子線検出器であることを特徴と
する請求項１または２記載の電子顕微鏡。
【請求項４】前記位置ずれ検出手段は、結像レンズ系の
後段に配置された分割型電子線検出器であることを特徴
とする請求項１または２記載の電子顕微鏡。
【請求項５】前記位置合わせ手段は、結像レンズ系の後
段に配置された偏向コイルと、前記位置ずれ情報に基づ
いて該偏向コイルを流れる電流を制御する制御回路とで
構成されていることを特徴とする請求項２記載の電子顕
微鏡。
【請求項６】結像レンズ系により投影された透過電子線
を結像部で受光するＴＶ検出器と、投影された透過電子
線の位置ずれを検出する位置ずれ検出手段とを一体に保
持した電子顕微鏡用ＴＶ検出器。
【請求項７】前記位置ずれ検出手段は、ＴＶ検出器の周
囲に配置された分割型電子線検出器であることを特徴と
する請求項６記載の電子顕微鏡用ＴＶ検出器。