JPH0444380B2 - - Google Patents

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JPH0444380B2
JPH0444380B2 JP55141030A JP14103080A JPH0444380B2 JP H0444380 B2 JPH0444380 B2 JP H0444380B2 JP 55141030 A JP55141030 A JP 55141030A JP 14103080 A JP14103080 A JP 14103080A JP H0444380 B2 JPH0444380 B2 JP H0444380B2
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JP
Japan
Prior art keywords
function
objective lens
phase contrast
diffraction image
electron beam
Prior art date
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Application number
JP55141030A
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Japanese (ja)
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JPS5765659A (en
Inventor
Hatsujiro Hashimoto
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Jeol Ltd
Original Assignee
Nihon Denshi KK
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Publication date
Application filed by Nihon Denshi KK filed Critical Nihon Denshi KK
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Publication of JPS5765659A publication Critical patent/JPS5765659A/en
Publication of JPH0444380B2 publication Critical patent/JPH0444380B2/ja
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/02Details
    • H01J37/22Optical, image processing or photographic arrangements associated with the tube
    • H01J37/224Luminescent screens or photographic plates for imaging; Apparatus specially adapted therefor, e. g. cameras, TV-cameras, photographic equipment or exposure control; Optical subsystems specially adapted therefor, e. g. microscopes for observing image on luminescent screen
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/26Electron or ion microscopes
    • H01J2237/2614Holography or phase contrast, phase related imaging in general, e.g. phase plates

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は透過結像型電子顕微鏡を用いた高分解
能の試料観察を行うための装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to an apparatus for observing a sample with high resolution using a transmission imaging electron microscope.

電子顕微鏡では、薄膜試料に電子を照射して高
分解能像の観察が行われている。試料を構成する
原子あるいはその小集団に照射された電子は、殆
ど吸収されることなくこれらを通過する。従つ
て、電子顕微鏡像には電子の吸収によるコントラ
ストはつかない。
In an electron microscope, high-resolution images are observed by irradiating a thin film sample with electrons. Electrons irradiated onto atoms or small groups of atoms constituting a sample pass through them without being absorbed. Therefore, electron microscope images do not have contrast due to electron absorption.

試料に照射された電子は、試料を構成する原子
あるいはその小集団によつて散乱される。この小
物体より散乱された電子の波は広がるが、この広
がる波は屈折しないで進む波と干渉しあつて、位
相差のずれに応じて干渉図形を小物体の後方に形
成する。この位相差が単原子やその小集団の像コ
ントラストの原因となる。そのため、レンズの焦
点を観察しようとする原子にあわせてしまうと、
即ち、対物レンズの物面位置を試料位置に一致さ
せてしまうと、位相のずれがなくなるので、コン
トラストがつかなくなる。従つて、原子の位置の
下側あるいは上側に対物レンズの物面が位置する
ように焦点をある量だけずらして写真影響を行う
ことが必要になる。しかしながら、どの程度だけ
ずらせば最も高分解能な像が得られるかは、以下
に説明するように試料によつて異なる。そこで、
試料に応じた最適な量だけ焦点をずらして撮影す
ることが必要になる。そこで、従来においては、
焦点のずれ量、即ち試料位置と対物レンズの物面
位置とのずれ量であるデイフオーカス量Δfを少
しずつ変化させ、その都度写真撮影を行い、得ら
れた多数の写真の中から最も高分解能の写真を選
ぶようにしており、非常に繁雑である。
Electrons irradiated onto a sample are scattered by atoms or small groups thereof that make up the sample. The electron wave scattered by this small object spreads, but this spreading wave interferes with the wave that travels without being refracted, forming an interference pattern behind the small object depending on the phase difference. This phase difference causes the image contrast of single atoms and small groups thereof. Therefore, if you focus the lens on the atom you want to observe,
That is, if the object plane position of the objective lens is made to coincide with the sample position, there will be no phase shift, and no contrast will be obtained. Therefore, it is necessary to effect photography by shifting the focal point by a certain amount so that the object plane of the objective lens is located below or above the position of the atoms. However, the amount of shift required to obtain the highest resolution image varies depending on the sample, as explained below. Therefore,
It is necessary to shift the focus by the optimum amount depending on the sample and take the image. Therefore, conventionally,
The defocus amount Δf, which is the amount of defocus between the sample position and the object surface position of the objective lens, is gradually changed, and a photograph is taken each time. I am trying to select photos and it is very complicated.

又、これらの写真の中から最も高分解能の写真
を選ぶとしても、それらの違いはわずかなもので
あり、熱練を要する。
Moreover, even if one chooses the highest-resolution photograph from among these photographs, the differences between them are slight and require a lot of effort.

本発明はこのような従来の欠点を解決し、熟練
した操作者でなくとも、容易に高分解能な電子顕
微鏡を観察することのできる電子顕微鏡を提供す
ることを目的としている。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve these conventional drawbacks and provide an electron microscope that allows even an unskilled operator to easily observe a high-resolution electron microscope.

そのため第1の本発明は、λを電子線の加速電
圧値から定義される波長、Δfをデイフオーカス
量、Csを電子線の加速電圧と対物レンズの励磁
電流Io及び試料位置に基づいて計算される球面収
差係数とするとき、空間周波数ξ、ηの関数とし
て下式で与えられる対物レンズの位相コントラス
ト伝達関数T(ξ、η)を表す信号を発生する関
数信号発生手段と、 T(ξ、η)=sin{πλΔf(ξ2+η2) −(π/2)λ3Cs(ξ2+η22} 前記対物レンズを含む結像レンズ系によつて結
像された回折像を検出する手段と、この検出手段
からの信号と前記関数信号発生手段からの前記位
相コントラスト関数が零となる位置とを同一表示
画面上に表示する表示手段を備え、この表示手段
は前記位相コントラスト関数が零となる位置の表
示を前記回折像に対応させ且つ前記回折像と区別
して表示する構成である電子顕微鏡を特徴として
いる。
Therefore, in the first invention, λ is the wavelength defined from the accelerating voltage value of the electron beam, Δf is the defocus amount, and Cs is calculated based on the accelerating voltage of the electron beam, the excitation current Io of the objective lens, and the sample position. Function signal generating means for generating a signal representing a phase contrast transfer function T (ξ, η) of an objective lens given by the following formula as a function of spatial frequencies ξ, η, when it is a spherical aberration coefficient; )=sin {πλΔf(ξ 22 ) −(π/2)λ 3 Cs(ξ 22 ) 2 } Means for detecting a diffraction image formed by an imaging lens system including the objective lens. and display means for displaying the signal from the detection means and the position where the phase contrast function from the function signal generation means becomes zero on the same display screen, and the display means displays the position where the phase contrast function is zero from the function signal generation means. The present invention is characterized by an electron microscope configured to display a position corresponding to the diffraction image and distinguishing it from the diffraction image.

第2の本発明は、λを電子線の加速電圧値から
定義される波長、Δfをデイフオーカス量、Csを
電子線の加速電圧と対物レンズの励磁電流Io及び
試料位置に基づいて計算される球面収差係数とす
るとき、空間周波数ξ、ηの関数として下式で与
えられる対物レンズの位相コントラスト伝達関数
T(ξ、η)を表す信号を発生する関数信号発生
手段と、 T(ξ、η)=sin{πλΔf(ξ2+η2) −(π/2)λ3Cs(ξ2+η22} 前記対物レンズを含む結像レンズ系によつて電
子顕微鏡を特徴としている。
In the second invention, λ is the wavelength defined from the accelerating voltage value of the electron beam, Δf is the defocus amount, and Cs is the spherical surface calculated based on the accelerating voltage of the electron beam, the excitation current Io of the objective lens, and the sample position. Function signal generating means for generating a signal representing a phase contrast transfer function T (ξ, η) of an objective lens given by the following formula as a function of spatial frequencies ξ, η, when it is an aberration coefficient; = sin {πλΔf(ξ 22 ) −(π/2)λ 3 Cs(ξ 22 ) 2 } The electron microscope is characterized by an imaging lens system including the objective lens.

以下、本発明の作用を説明する。 The operation of the present invention will be explained below.

電子顕微鏡によつて観察される薄膜状試料の光
軸に垂直なxy平面における構造がO(x、y)の
関数で表されるものとすると、伝達関数T(ξ、
η)の対物レンズを含む結像レンズ系によつて蛍
光板上に結像される顕微鏡像の関数i(x、y)
は次の関数式(1)で表される。ここでξ、ηは夫々
x、及びy方向の空間周波数である。
Assuming that the structure in the xy plane perpendicular to the optical axis of a thin film sample observed by an electron microscope is represented by a function of O(x, y), the transfer function T(ξ,
Function i (x, y) of the microscope image formed on the fluorescent screen by the imaging lens system including the objective lens η)
is expressed by the following functional formula (1). Here, ξ and η are spatial frequencies in the x and y directions, respectively.

i(x、y)=∫〓-〓∫〓-〓[T(ξ、η)∫a -ab
-bO(x′+
y′) exp{−2πi(ξx′+ηy′)}dx′dy′]exp{2πi
(ξx+
ηy)dξdη ……(1) (1)式中の[ ]の中の積分は試料構造O(x、y)
のフーリエ変換に対応しており、フーリエ変換に
よつて得られた結果(フーリエ変換像)を
(ξ、η)と表し、又、像i(x、y)のフーリエ
変換した形をI(ξ、η)とすると、次の(2)式が
得られる。
i(x, y)=∫〓 - 〓∫〓 - 〓[T(ξ, η)∫ a -ab
-b O(x′+
y′) exp{−2πi(ξx′+ηy′)}dx′dy′]exp{2πi
(ξx+
ηy)dξdη...(1) The integral in [ ] in equation (1) is the sample structure O(x,y)
The result obtained by Fourier transformation (Fourier transformed image) is expressed as (ξ, η), and the Fourier transformed form of image i (x, y) is expressed as I (ξ , η), the following equation (2) is obtained.

I(ξ、η)=T(ξ、η)・(ξ、η) ……(2) 前述したように、高倍率での高分解能電子顕微
鏡像は、位相コントラスト効果に基づいて殆ど形
成されているので、以下の説明の対象は位相コン
トラストに関係するものに限る。この場合、前述
したO(x、y)は試料中の電位分布に基づいた
位相構造を、又、T(ξ、η)は位相コントラス
ト伝達関数(PCTF)を表すことになり、T(ξ、
η)は以下の(3)式のように表される。
I (ξ, η) = T (ξ, η)・(ξ, η) ...(2) As mentioned above, high-resolution electron microscope images at high magnification are mostly formed based on phase contrast effects. Therefore, the following explanation will be limited to those related to phase contrast. In this case, O(x, y) mentioned above represents the phase structure based on the potential distribution in the sample, and T(ξ, η) represents the phase contrast transfer function (PCTF).
η) is expressed as the following equation (3).

T(ξ、η)=sin{πλΔf(ξ2+η2) −(π/2)λ3Cs(ξ2+η22} ……(3) ここで、λは電子線の加速電圧値から定義され
る波長、Δfは前述したデイフオーカス量、Csは
対物レンズの球面収差係数である。この(3)式は電
子顕微鏡における電子線の加速電圧と対物レンズ
の励磁電流Io、及び試料位置によつて計算するこ
とができ、T(ξ、η)の値を輝度変調で表して
二次元的に表示すると、例えば第1図のようにな
る。第1図において、ξは空間周波数ξ軸を表わ
しており、ηは空間周波数η軸を表しており、O
は原点を表している。
T (ξ, η) = sin {πλΔf (ξ 2 + η 2 ) − (π/2) λ 3 Cs (ξ 2 + η 2 ) 2 } ...(3) Here, λ is calculated from the accelerating voltage value of the electron beam. The defined wavelength, Δf is the aforementioned defocus amount, and Cs is the spherical aberration coefficient of the objective lens. Equation (3) can be calculated using the accelerating voltage of the electron beam in the electron microscope, the excitation current Io of the objective lens, and the sample position. When displayed visually, it looks like the one shown in Figure 1, for example. In Figure 1, ξ represents the spatial frequency ξ axis, η represents the spatial frequency η axis, and O
represents the origin.

又、θ=λ(ξ2+η21/2とおいてTを(4)式のよう
に表すこともできる。
Furthermore, T can also be expressed as in equation (4) by setting θ=λ(ξ 22 ) 1/2 .

T(θ)=sin{(π/λ)Δfθ2 −(π/2λ)Csθ4} ……(4) この場合には、横軸にθ(又は予め設定したd
を用いて表した1/d)、縦軸にT(θ)をとつて
T(θ)を例示すると、第2図のようになる。
T(θ)=sin {(π/λ) Δfθ 2 − (π/2λ) Csθ 4 } ...(4) In this case, θ (or preset d
1/d), and T(θ) is plotted on the vertical axis to illustrate T(θ) as shown in FIG.

上記(2)式をみれば明らかなように、T(ξ、η)
は(ξ、η)が対物レンズによりどの程度の比
率でI(ξ、η)に伝達されるかを表す関数とな
つており、T(ξ、η)の絶対値が大きい程その
(ξ、η)における(ξ、η)は伝達されて試
料像に寄与する。この位相コントラスト伝達関数
は前述のようにデイフオーカス量(焦点ずれ量)
Δf等と式(3)のような関係があつて、これらを調
整することにより、位相コントラスト伝達関数T
(ξ、η)を変化させることができる。分解能の
高い電子顕微鏡像とは試料の位相構造O(x、y)
のフーリエ変換像(ξ、η)の各空間周波数成
分、とりわけ高空間周波数領域成分が対物レンズ
を含む結像レンズ系によつて充分伝達されて結像
に寄与することである。なぜなら、高空間周波数
領域におけるフーリエ変換像(ξ、η)の成分
は最終的に得られる顕微鏡像の微細構造に関与し
てくるからである。そして、結像レンズ系によつ
て得た回折像は、前記フーリエ変換像に対応して
いるため、上記回折像と位相コントラスト関数の
表示とを対比させることが考えられる。
As is clear from equation (2) above, T(ξ, η)
is a function that expresses the ratio at which (ξ, η) is transmitted to I (ξ, η) by the objective lens, and the larger the absolute value of T (ξ, η), the greater the (ξ, (ξ, η) in η) is transmitted and contributes to the sample image. As mentioned above, this phase contrast transfer function is the amount of defocus (defocus amount)
There is a relationship between Δf etc. and equation (3), and by adjusting these, the phase contrast transfer function T
(ξ, η) can be changed. A high-resolution electron microscope image is the phase structure of the sample O(x,y)
Each spatial frequency component, especially a high spatial frequency region component, of the Fourier transformed image (ξ, η) of is sufficiently transmitted by the imaging lens system including the objective lens and contributes to imaging. This is because the components of the Fourier transform image (ξ, η) in the high spatial frequency region are involved in the fine structure of the microscopic image finally obtained. Since the diffraction image obtained by the imaging lens system corresponds to the Fourier transform image, it is conceivable to compare the diffraction image with the display of the phase contrast function.

そこで本発明においては、前記対物レンズを含
む結像レンズ系によつて結像された像であつて試
料の位相構造のフーリエ変換像を表す回折像と前
記位相コントラスト関数が零となる位置とを同一
表示画面上を表示すると共に、この際、前記位相
コントラスト関数が零となる位置は前記関数信号
発生手段よりの出力信号に基づいて表示させると
共に、前記回折像に対応させ且つ前記回折像と区
別して表示させるようにしている。
Therefore, in the present invention, the diffraction image, which is an image formed by the imaging lens system including the objective lens and represents a Fourier transformed image of the phase structure of the sample, and the position where the phase contrast function becomes zero are provided. The position where the phase contrast function becomes zero is displayed on the same display screen, and at this time, the position where the phase contrast function is zero is displayed based on the output signal from the function signal generating means, and the position is made to correspond to and separate from the diffraction image. I'm trying to display them separately.

回折像は試料の位相構造O(x、y)のフーリ
エ変換像(ξ、η)を表しているため、この表
示像を観察しつつデイフオーカス量等を調整し
て、フーリエ変換像(ξ、η)のピーク部が位
相コントラスト伝達関数が零となる位置に一致す
ることなく、フーリエ変換像(ξ、η)の大部
分が結像に寄与できるように位相コントラスト伝
達関数の形を変えるようにすれば、熟練していな
い操作者でも容易に高分解能像を得るためのデイ
フーカス量等の調整を行い得る。
Since the diffraction image represents the Fourier transform image (ξ, η) of the phase structure O(x, y) of the sample, the Fourier transform image (ξ, η) is adjusted by adjusting the defocus amount while observing this displayed image. ) The shape of the phase contrast transfer function is changed so that most of the Fourier transform image (ξ, η) can contribute to image formation without the peak of the phase contrast transfer function matching the position where the phase contrast transfer function becomes zero. For example, even an unskilled operator can easily adjust the defocus amount to obtain a high-resolution image.

以下、図面に基づき本発明の実施例を詳述す
る。
Embodiments of the present invention will be described in detail below based on the drawings.

第3図は本発明の一実施例装置を要部を示す略
図である。第3図において25は加速電圧一定の
電子線2によつて照射される結晶性の試料を表わ
している。実際の装置においては、試料25が強
く励磁された対物レンズの磁場中に設置されるこ
とが多く、又結像レンズ系中に生じる光軸に非対
称な磁場成分を打ち消すための非点収差補正装置
9が殆どの装置に設けられている。前記試料は試
料移動機構3によつてレンズ系の光軸4に沿つて
高精度に移動され、その位置は試料位置表示手段
5により表示される。試料を透過した電子線は対
物レンズ6や他の結像レンズ7によつて蛍光板8
上に電子線回折線を結像する。励磁レンズ電源1
6から対物レンズ6への励磁電流の供給は、対物
レンズ励磁電流操作手段17によつて制御されて
いる。蛍光板8には微小孔が開けられている。電
子線回折像を前記孔に対して二次元的に走査する
ため、偏向コイル23とその走査電源24が設け
られている。22は前記微小孔を通過した電子線
を検出する検出器であり、検出器22よりの出力
信号は増幅器12を介して表示装置15に供給さ
れている。26は蛍光板上に結像される回折像の
大きさを制御する結像レンズ系の制御電源を示し
ている。制御電源26の出力信号の一部は走査電
源24と偏向コイル23の間に設けられた可変増
幅器27の制御信号として用いられ、表示装置1
5に表示される位相コントラスト伝達関数の表示
における座標の単位と回折像表示における座標の
単位とを一致させるために用いられる。走査電源
24から走査信号を発生して偏向コイル23によ
り電子線回折像を二次元的に走査し、検出器22
よりの信号を表示手段15に輝度変調表示で表示
する。電子線回折像は試料25の位相構造O(x、
y)のフーリエ変換像(ξ、η)を表している
ため、表示された回折像により、試料の位相構造
のフーリエ変換像(ξ、η)がどのようなもの
であるかを知ることができる。
FIG. 3 is a schematic diagram showing the main parts of an apparatus according to an embodiment of the present invention. In FIG. 3, numeral 25 represents a crystalline sample irradiated with the electron beam 2 at a constant acceleration voltage. In actual equipment, the sample 25 is often placed in the magnetic field of a strongly excited objective lens, and an astigmatism correction device is installed to cancel out the magnetic field components asymmetric to the optical axis that occur in the imaging lens system. 9 is provided in most devices. The sample is moved with high precision by the sample moving mechanism 3 along the optical axis 4 of the lens system, and its position is displayed by the sample position display means 5. The electron beam transmitted through the sample is passed through the objective lens 6 and another imaging lens 7 to a fluorescent screen 8.
An electron beam diffraction line is imaged on top. Excitation lens power supply 1
The supply of excitation current from 6 to the objective lens 6 is controlled by an objective lens excitation current operating means 17. The fluorescent screen 8 has micro holes. In order to two-dimensionally scan the electron beam diffraction image with respect to the hole, a deflection coil 23 and its scanning power source 24 are provided. Reference numeral 22 denotes a detector for detecting the electron beam that has passed through the microhole, and an output signal from the detector 22 is supplied to the display device 15 via the amplifier 12. Reference numeral 26 indicates a control power source for the imaging lens system that controls the size of the diffraction image formed on the fluorescent screen. A part of the output signal of the control power source 26 is used as a control signal for the variable amplifier 27 provided between the scanning power source 24 and the deflection coil 23, and is used as a control signal for the variable amplifier 27 provided between the scanning power source 24 and the deflection coil 23.
This is used to match the coordinate units in the phase contrast transfer function display shown in 5 with the coordinate units in the diffraction image display. A scanning signal is generated from the scanning power source 24, the electron diffraction image is two-dimensionally scanned by the deflection coil 23, and the electron beam diffraction image is scanned two-dimensionally by the deflection coil 23.
The resulting signal is displayed on the display means 15 in a brightness modulation display. The electron beam diffraction image shows the phase structure O(x,
Since it represents the Fourier transform image (ξ, η) of .

一方、対物レンズ6の電源16を制御する対物
レンズ励磁操作手段17からの出力信号の一部は
対物レンズの励磁電流値Ioを表す信号として、関
数信号発生手段19に印加されている。関数信号
発生手段19へは電子線の加速電圧制御手段から
加速電圧に関する信号が、又、試料移動機構3か
らは試料位置の正焦点位置からのズレ即ちデイフ
オーカス量を表す信号が印加されている。そして
これらの入力信号の組み合わせに対応して関数信
号発生手段19は前述した位相コントラスト伝達
関数を表すための信号を発生して表示手段15に
供給する。従つて、表示手段15には対物レンズ
の伝達関数(PCTF)値が輝度変調像として二次
元的に表示されると共に、試料25の位相構造O
(x、y)のフーリエ変換像に相当する回折像と
が対応してかつ区別して表示される。
On the other hand, a part of the output signal from the objective lens excitation operating means 17 that controls the power supply 16 of the objective lens 6 is applied to the function signal generating means 19 as a signal representing the excitation current value Io of the objective lens. A signal related to the acceleration voltage is applied to the function signal generating means 19 from the electron beam acceleration voltage control means, and a signal representing the deviation of the sample position from the positive focus position, that is, the amount of defocus, is applied from the sample moving mechanism 3. Corresponding to the combination of these input signals, the function signal generating means 19 generates a signal representing the above-mentioned phase contrast transfer function and supplies it to the display means 15. Therefore, the display means 15 displays the transfer function (PCTF) value of the objective lens two-dimensionally as a brightness modulation image, and also displays the phase structure O of the sample 25.
A diffraction image corresponding to a Fourier transform image of (x, y) is displayed in correspondence and distinctly.

第4図は、第3図の装置における表示装置15
の画像の一例を示すものであり、黒点が回折点に
対応し、斜線の領域と他の領域との境界線上が位
相コントラスト伝達関数値が零となる座標を表し
ている。第4図において、ξ、ηは前述した空間
周波数軸を表している。
FIG. 4 shows the display device 15 in the device shown in FIG.
The black dots correspond to diffraction points, and the boundary line between the shaded area and other areas represents the coordinates where the phase contrast transfer function value becomes zero. In FIG. 4, ξ and η represent the aforementioned spatial frequency axes.

第3図の装置によつてデイフオーカス量Δfの
調整操作は次のように行う。即ち、表示装置15
を見て、位相コントラスト伝達関数が零となる位
置がフーリエ変換像中に表われる主要なピーク位
置に一致するか否かを観察する。このような一致
がある場合には、試料のフーリエ変換成分のうち
高分解能像に寄与できる大きな部分が対物レンズ
を含む結像レンズ系によつて充分伝達されなくな
つてしまう。そこで、表示装置15の表示を見な
がら、試料移動機構3によつて試料1を移動させ
て、位相コントラスト伝達関数が零になる位置
が、フーリエ変換像中のピーク位置に一致しない
ようにデイフオーカス量を調整する。この状態で
電子顕微鏡を像観察モードにすれば、試料を高分
解能な像として観察することができる。又、特に
観察したい周期構造があらかじめ知られていれ
ば、対物レンズの励磁やデイフオーカス量を調整
して表示装置15の対応する空間周波数座標に位
相コントラスト伝達関数値のピークがくるように
した状態で試料観察を行えばよい。第4図の例で
は、フーリエ変換像のピークに相当する回折斑点
30は、位相コントラスト伝達関数表示の零値部
分に一致しており、好ましくない。そこで、対物
レンズの励磁強度等を変えて位相コントラスト伝
達関数を変える必要がある。
Adjustment of the defocus amount Δf using the apparatus shown in FIG. 3 is performed as follows. That is, the display device 15
Observe whether the position where the phase contrast transfer function becomes zero coincides with the main peak position appearing in the Fourier transform image. If there is such a coincidence, a large portion of the Fourier transform components of the sample that can contribute to a high-resolution image will not be sufficiently transmitted by the imaging lens system including the objective lens. Therefore, while watching the display on the display device 15, the sample 1 is moved by the sample moving mechanism 3, and the defocus amount is adjusted so that the position where the phase contrast transfer function becomes zero does not coincide with the peak position in the Fourier transform image. Adjust. If the electron microscope is set to image observation mode in this state, the sample can be observed as a high-resolution image. In addition, if the periodic structure that you particularly want to observe is known in advance, the excitation of the objective lens and the amount of defocus can be adjusted so that the peak of the phase contrast transfer function value is at the corresponding spatial frequency coordinate of the display device 15. All you have to do is observe the sample. In the example of FIG. 4, the diffraction spot 30 corresponding to the peak of the Fourier transform image coincides with the zero value portion of the phase contrast transfer function representation, which is not desirable. Therefore, it is necessary to change the phase contrast transfer function by changing the excitation intensity of the objective lens.

このような回折像の場合に、一次元表示を行う
と、第4図中ξ軸、η軸または直線lに沿つた信
号分布が同時には観察できず、線走査方向を切り
換えて観察しなければならない。
In the case of such a diffraction image, if one-dimensional display is performed, the signal distribution along the ξ axis, η axis, or straight line l in Figure 4 cannot be observed at the same time, and the line scanning direction must be switched for observation. No.

第5図は別の解決策を示すための図であり、第
3図において回折像を結像するための蛍光板を位
相コントラスト伝達関数の表示手段として利用す
るようにしている。即ち、第3図の実施例装置に
おける表示装置15を用いていない。この蛍光板
8bは全面を利用するものであつて、中心を通る
数本の直線に沿つて多数の発光素子(例えば
LED)31が埋め込まれており、関数信号発生
手段19の出力32が零を示す座標の近傍にある
発光素子31が発光するように構成されており、
表示手段15におけるように回折像(試料のフー
リエ変換像)と位相コントラスト伝達関数の関係
を対応させて概略的に観察できるようにされてお
り、第3図と同様の効果を達成することができ
る。
FIG. 5 is a diagram showing another solution, in which the fluorescent screen for forming the diffraction image in FIG. 3 is used as a means for displaying the phase contrast transfer function. That is, the display device 15 in the embodiment shown in FIG. 3 is not used. The entire surface of the fluorescent screen 8b is used, and a large number of light emitting elements (for example,
LED) 31 is embedded, and the light emitting element 31 located near the coordinate where the output 32 of the function signal generating means 19 is zero is configured to emit light.
As shown in the display means 15, the relationship between the diffraction image (Fourier transform image of the sample) and the phase contrast transfer function can be roughly observed in correspondence, and the same effect as shown in FIG. 3 can be achieved. .

なお、回折像と位相コントラスト伝達関数とを
異なつたカラーで表示するようにしても良い。
Note that the diffraction image and the phase contrast transfer function may be displayed in different colors.

以上に詳説した如く、本発明装置においては、
結像された像の位相構造のフーリエ変換像を表す
回折像と前記位相コントラスト関数が零となる位
置とを同一表示画面上に、両表示が対応して且つ
区別して表示される構成であるため、この表示像
を観察しつつ、フーリエ変換像(ξ、η)のピ
ーク部に、位相コントラスト伝達関数が零となる
位置が一致することがないように、デイフーカス
量等を調整すれば、熟練していない操作者でも容
易に高分解能像を得ることができ、デイフオーカ
ス量等の調整が極めて容易になる。従つて、熟練
しない操作者でも試料を容易に観察することが可
能になり、電子顕微鏡による物性の研究に極めて
大きな寄与が期待される。
As explained in detail above, in the device of the present invention,
The diffraction image representing the Fourier transform image of the phase structure of the imaged image and the position where the phase contrast function becomes zero are displayed on the same display screen in a corresponding and distinct manner. , while observing this display image, if you adjust the defocus amount etc. so that the peak part of the Fourier transform image (ξ, η) does not coincide with the position where the phase contrast transfer function becomes zero, it will be possible to improve your skills. Even an operator who is not familiar with the system can easily obtain a high-resolution image, and it is extremely easy to adjust the amount of defocus, etc. Therefore, even unskilled operators can easily observe samples, and it is expected to make a significant contribution to research on physical properties using electron microscopy.

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

第1図及び第2図は夫々対物レンズの位相コン
トラスト伝達関数の一例を表す略図、第3図は本
発明の一実施例を示すための図であり、第4図は
第3図の実施例における表示装置15の表示例を
示すための図であり、第5図は本発明の更に他の
実施例を示すための図である。 2:電子線、3:試料移動機構、5:試料位置
表示手段、6:対物レンズ、7:結像レンズ、
8,8b:蛍光板、9:非点収差補正装置、1
5:表示装置、16:対物レンズ電源、17:対
物レンズ励磁操作手段、19:関数信号発生手
段、22:検出器、23:偏向コイル、24:走
査電源、25:試料、26:結像レンズ系制御電
源、27:可変増幅器。
1 and 2 are schematic diagrams each showing an example of the phase contrast transfer function of an objective lens, FIG. 3 is a diagram showing an embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a diagram showing the embodiment of FIG. 3. FIG. 5 is a diagram showing a display example of the display device 15 in FIG. 5, and FIG. 5 is a diagram showing still another embodiment of the present invention. 2: Electron beam, 3: Sample moving mechanism, 5: Sample position display means, 6: Objective lens, 7: Imaging lens,
8, 8b: Fluorescent screen, 9: Astigmatism correction device, 1
5: Display device, 16: Objective lens power supply, 17: Objective lens excitation operation means, 19: Function signal generation means, 22: Detector, 23: Deflection coil, 24: Scanning power supply, 25: Sample, 26: Imaging lens System control power supply, 27: variable amplifier.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 λを電子線の加速電圧値から定義される波
長、Δfをデイフオーカス量、Csを電子線の加速
電圧と対物レンズの励磁電流Io及び試料位置に基
づいて計算される球面収差係数とするとき、空間
周波数ξ、ηの関数として下式で与えられる対物
レンズの位相コントラスト伝達関数T(ξ、η)
を表す信号を発生する関数信号発生手段と、 T(ξ、η)=sin{πλΔf(ξ2+η2) −(π/2)λ3Cs(ξ2+η22} 前記対物レンズを含む結像レンズ系によつて結
像された回折像を検出する手段と、この検出手段
からの信号と前記関数信号発生手段からの前記位
相コントラスト関数が零となる位置とを同一表示
画面上に表示する表示手段を備え、この表示手段
は前記位相コントラスト関数が零となる位置の表
示を前記回折像に対応させ且つ前記回折像と区別
して表示する構成である電子顕微鏡。 2 λを電子線の加速電圧値から定義される波
長、Δfをデイフオーカス量、Csを電子線の加速
電圧と対物レンズの励磁電流Io及び試料位置に基
づいて計算される球面収差係数とするとき、空間
周波数ξ、ηの関数として下式で与えられる対物
レンズの位相コントラスト伝達関数T(ξ、η)
を表す信号を発生する関数信号発生手段と、 T(ξ、η)=sin{πλΔf(ξ2+η2) −(π/2)λ3Cs(ξ2+η22} 前記対物レンズを含む結像レンズ系によつて回
折像が結像される蛍光板と、この蛍光板には、中
心を通る数本の直線に沿つて多数の発光素子が埋
め込まれており、更に前記関数信号発生手段から
の出力信号により回折像と対応し、零を示す座標
位置の発光素子を発光させる駆動手段とを備える
電子顕微鏡。
[Claims] 1. λ is the wavelength defined from the accelerating voltage value of the electron beam, Δf is the defocus amount, and Cs is the spherical surface calculated based on the accelerating voltage of the electron beam, the excitation current Io of the objective lens, and the sample position. When taken as an aberration coefficient, the phase contrast transfer function T (ξ, η) of the objective lens is given by the following formula as a function of spatial frequencies ξ, η.
function signal generating means for generating a signal representing T(ξ, η)=sin {πλΔf(ξ 22 ) −(π/2)λ 3 Cs(ξ 22 ) 2 }; and the objective lens. A means for detecting a diffraction image formed by an imaging lens system, and a position where the signal from the detecting means and the phase contrast function from the function signal generating means are zero are displayed on the same display screen. An electron microscope comprising a display means configured to display a position where the phase contrast function becomes zero in correspondence with the diffraction image and distinguishing it from the diffraction image. 2 When λ is the wavelength defined from the accelerating voltage value of the electron beam, Δf is the defocus amount, and Cs is the spherical aberration coefficient calculated based on the accelerating voltage of the electron beam, the excitation current Io of the objective lens, and the sample position, The phase contrast transfer function T(ξ, η) of the objective lens is given by the following formula as a function of the spatial frequencies ξ, η
function signal generating means for generating a signal representing T(ξ, η)=sin {πλΔf(ξ 22 ) −(π/2)λ 3 Cs(ξ 22 ) 2 }; and the objective lens. A fluorescent screen on which a diffraction image is formed by an imaging lens system, a large number of light emitting elements embedded in this fluorescent screen along several straight lines passing through the center, and a light emitting element from the function signal generating means. An electron microscope comprising driving means for causing a light emitting element at a coordinate position indicating zero to emit light in accordance with an output signal corresponding to a diffraction image.
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