(57)【要約】【課題】  試料の構造解析を高精度で行うことのできる電子顕微鏡及び電子顕微鏡の制御方法並びに回折パターンの取得方法を提供する。【解決手段】  本発明の電子顕微鏡では、試料８を透過した電子ビーム１４ａを第１の遮蔽部１７ａが位置する方向に偏向させて、このときの回折パターンのダイレクトスポットを第１の遮蔽部１７ａにより遮蔽させた状態で第１の回折パターンを撮像し、試料８を透過した電子ビーム１４ａを電子ビーム１４ａの光軸１４ｂを中心として第１の遮蔽部１７ａの位置と対称となる位置に配置された第２の遮蔽部１７ｂが位置する方向に偏向させて、このときの回折パターンのダイレクトスポットを第２の遮蔽部１７ｂにより遮蔽させた状態で第２の回折パターンを撮像し、これら第１の回折パターンと第２の回折パターンとを合成することにより試料の回折パターンを取得する。【選択図】図５
2006032108.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子ビーム源と、電子ビーム源から放出された電子ビームを試料に照射するための照射系と、試料を透過した電子ビームに基づいて試料の回折パターンを結像するための結像系と、結像系により結像された回折パターンを撮像するための撮像手段と、撮像手段により得られた像データに基づいて画像データを形成する画像データ形成手段と、これら電子ビーム源、照射系、結像系、撮像手段、及び画像データ形成手段を制御するための制御手段とを備える電子顕微鏡であって、結像系が偏向手段を有するとともに、結像系により結像された回折パターンのダイレクトスポットを遮蔽するための第１の遮蔽部及び第２の遮蔽部が、結像系と撮像手段との間であって電子ビームの光軸を中心として対称となる位置に配置されていることを特徴とする電子顕微鏡。
【請求項２】
前記電子ビーム源と前記撮像手段との間に、電子ビームをブランキングするための偏向器が備えられていることを特徴とする請求項１記載の電子顕微鏡。
【請求項３】
請求項１記載の電子顕微鏡を制御する制御方法であって、前記制御手段による制御により、前記偏向手段によって前記電子ビームを前記第１の遮蔽部が位置する方向に偏向させて、前記結像系により結像された回折パターンのダイレクトスポットを前記第１の遮蔽部により遮蔽させた状態で前記撮像手段により第１の回折パターンを撮像する第１の撮像工程と、前記偏向手段によって前記電子ビームを第２の遮蔽部が位置する方向に偏向させて、前記結像系により結像された回折パターンのダイレクトスポットを前記第２の遮蔽部により遮蔽させた状態で前記撮像手段により第２の回折パターンを撮像する第２の撮像工程と、第１の撮像工程により得られた第１の回折パターンの像データと第２の撮像工程により得られた第２の回折パターンの像データとを前記画像データ形成手段によって合成して画像データを形成する画像データ形成工程とを実行することを特徴とする電子顕微鏡の制御方法。
【請求項４】
前記電子ビームの偏向条件を変える際には、前記電子ビームのブランキングを行うことを特徴とする請求項３記載の電子顕微鏡の制御方法。
【請求項５】
試料に電子ビームを照射した後に該試料を透過した電子ビームに基づいて試料の回折パターンを取得する回折パターン取得方法であって、試料を透過した電子ビームを第１の遮蔽部が位置する方向に偏向させて、このときの回折パターンのダイレクトスポットを第１の遮蔽部により遮蔽させた状態で第１の回折パターンを撮像し、試料を透過した電子ビームを電子ビームの光軸を中心として第１の遮蔽部の位置と対称となる位置に配置された第２の遮蔽部が位置する方向に偏向させて、このときの回折パターンのダイレクトスポットを第２の遮蔽部により遮蔽させた状態で第２の回折パターンを撮像し、これら第１の回折パターンと第２の回折パターンとを合成することにより試料の回折パターンを取得することを特徴とする回折パターン取得方法。
【請求項６】
前記電子ビームの偏向条件を変える際には、前記電子ビームのブランキングを行うことを特徴とする請求項５記載の回折パターン取得方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、透過形電子顕微鏡等の電子顕微鏡及び電子顕微鏡の制御方法並びに当該電子顕微鏡によって得られる回折パターンの取得方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
透過形電子顕微鏡は、試料に電子ビームを照射し、試料を透過した電子ビームに基づく像を撮像することにより、試料の透過像（試料像）や回折パターンを取得する。
【０００３】
このような電子顕微鏡においては、電子ビーム源となる電子銃から電子ビームが加速されて放出される。電子銃から放出された電子ビームは、集束レンズを含む照射系により試料に照射される。
【０００４】
試料に電子ビームが照射された後、試料を透過した電子ビームは、対物レンズと中間レンズとを含む結像系により撮像手段の蛍光板面に結像される。このとき、主に中間レンズの駆動条件の設定により、当該蛍光板面には、試料の透過像もしくは回折パターンが選択的に結像される。なお、撮像手段においては、この蛍光板面に結像された透過像もしくは回折パターンがＣＣＤ等の撮像素子により検出像として検出される。
【０００５】
当該撮像素子により検出された検出像は、Ａ／Ｄ変換された後、フレームメモリ内にデジタルデータとして取り込まれる。その後、当該データは画像表示用フレームメモリに転送される。画像表示用フレームメモリに転送されたデータは、試料の透過像もしくは回折パターンとして表示モニタにより表示される。
【０００６】
このようにして表示モニタに表示された試料の透過像もしくは回折パターンは、当該電子顕微鏡を操作するオペレータにより目視にて確認される。
【０００７】
このような透過形電子顕微鏡の一例を図１に示す。ここで、図１は、従来技術における透過形電子顕微鏡を示す概略構成図である。
【０００８】
図１において、１は電子銃であり、この電子銃１のフィラメント１ａからは、設定された加速電圧にて電子ビーム１４ａが試料８に向けて放出される。電子銃１のフィラメント１ａから放出された電子ビーム１４ａは、複数の集束レンズからなる集束レンズ群２を含む照射系３１により試料８に照射される。
【０００９】
このようにして試料８に電子ビーム１４ａが照射された後、試料８を透過した電子ビーム１４ａは、対物レンズ３、複数の中間レンズからなる中間レンズ群４、及び投影レンズ５を含む結像系３２によって撮像手段６の蛍光板面６ａに結像される。このとき、結像系３２の駆動条件の設定により、試料８の透過像もしくは回折パターンが選択的に撮像手段６の蛍光板面６ａに結像される。なお、試料８の回折パターンは、対物レンズ３の後段側に位置する後焦点面９上に一旦結像され、当該回折パターンが拡大されて撮像手段６の蛍光板面６ａに結像されることとなる。
【００１０】
また、図中の７はビームストッパである。このビームストッパ７は、円形の遮蔽部７ａと当該遮蔽部７ａを支持するシャフト部７ｂとを備えている。そして、試料８の透過像を撮像する際には、ビームストッパ７の遮蔽部７ａは電子ビーム１４ａの光軸１４ｂから外れた位置に位置する。また、試料８の回折パターンを撮像する際には、後述するように、ビームストッパ７の遮蔽部７ａは電子ビーム１４ａの光軸１４ｂ上に位置することとなる。
【００１１】
ここで、以下の記述においては、試料８の回折パターンを撮像する際での像の取得について説明する。
【００１２】
撮像手段６の蛍光板面６ａに結像された回折パターンは、撮像手段６に備えられた撮像素子（図示せず）により検出像として検出される。
【００１３】
このようにして撮像手段６により検出された検出像は、画像信号作成部１０内においてＡ／Ｄ変換され、画像信号作成部１０内に備えられたフレームメモリ１０ａにデジタルデータとして取り込まれる。
【００１４】
当該フレームメモリ１０ａに取り込まれたデジタルデータは、画像表示制御部１１内に備えられた画像表示用フレームメモリ１１ａに転送される。このようにして当該画像表示用フレームメモリ１１ａに転送されたデータは、表示モニタ１２に送られる。表示モニタ１２は、当該データに基づいて、試料の回折パターンを表示モニタ１２の表示部１２ａに表示する。
【００１５】
なお、図１中の１３は撮像系コントローラである。この撮像系コントローラ１３は、画像信号作成部１０及び画像表示制御部１１を制御する。
【００１６】
表示モニタ１２の表示部１２ａに表示される試料８の回折パターンの一例を図２に示す。同図において、５０は回折パターンである。この回折パターン５０には、像中心部に位置するダイレクトスポット５１と、当該ダイレクトスポット５１の周囲に位置する複数の回折スポット５２とが含まれている。
【００１７】
回折パターン５０に含まれる各スポット５１，５２のうち、ダイレクトスポット５１は、試料８との相互作用をほとんど受けずに試料８を透過した電子ビーム１４ａの結像により形成される。また、このダイレクトスポット５１の周囲に位置する各回折スポット５２は、試料８の内部構造によって回折した電子ビーム１４ａが結像して形成されたパターンである。
【００１８】
ここで、各回折スポット５２を形成する電子ビーム１４ａの強度は、ダイレクトスポット５１を形成する電子ビーム１４ａの強度と比べると非常に小さい。従って、各回折スポット５２は、ダイレクトスポット５１に比較して暗いスポットとなり、得られる強度差は、例えば５０倍以上となる。
【００１９】
しかしながら、試料８の回折パターン５０を用いた試料８の構造解析には、一般的に回折スポット５２が必要となる。この回折スポット５２を取得するために、撮像手段６の撮像素子の感度を上げると、像中心に位置する明るいダイレクトスポット５１がさらに明るく検出されることとなる。この場合、像内におけるダイレクトスポット５１の周辺ににじみが発生することがあり、このようなときにはダイレクトスポット５１の周囲に位置する回折スポット５２の検出に影響が生じることとなり、試料８の構造解析を高精度で行うことができない。
【００２０】
そのため、試料８の回折パターン５０を取得する際には、電子ビーム１４ａの光軸１４ｂ上にビームストッパ７の遮蔽部７ａを配置する。これにより、ダイレクトスポット５１を形成することとなる当該光軸１４ｂ上の電子ビーム１４ａを遮蔽することができる。従って、撮像手段６の蛍光板面６ａにダイレクトスポット５１が結像することを防止することができる。
【００２１】
なお、上記と同様の作用を有するビームストッパの先端部に孔を設けるものもある（例えば、特許文献１参照）。
【００２２】
【特許文献１】特開２００２−２１６６９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２３】
上述のようにして試料８の回折パターン５０を撮像する場合、ビームストッパ７における遮蔽部７ａを支持するためのシャフト部７ｂが、検出されるべき一部の回折スポット５２を形成するための電子ビーム１４ａを遮蔽することがある。
【００２４】
このような状態を図３に示す。ここで、図３は、一部の回折スポット５２を形成する電子ビーム１４ａがシャフト部７ｂにより遮蔽されている状態を示す平面図である。
【００２５】
同図において、蛍光板面６ａには７個の回折スポット５２が結像されているとともに、ダイレクトスポット５１を形成するための電子ビーム１４ａはビームストッパ７の遮蔽部７ａにより遮蔽されている。これにより、蛍光板面６ａにはダイレクトスポット５１は結像されない。
【００２６】
また、同図内の左側に位置する回折スポット５２ａを形成するための電子ビーム１４ａは、ビームストッパ７のシャフト部７ｂによって遮蔽されている。従って、当該回折スポット５２ａは、蛍光板面６ａに結像されないので、撮像手段６により撮像されることはない。
【００２７】
このような状態で撮像手段６により撮像された回折パターン５０を図４に示す。ここで、図４は、一部の回折スポット５２を形成する電子ビーム１４ａがシャフト部７ｂにより遮蔽された状態で撮像された回折パターン５０を示す図である。
【００２８】
同図に示すように、像中心に位置するべきダイレクトスポット５１（図３参照）は、遮蔽部７ａにより電子ビーム１４ａが遮蔽されているので検出されていない。しかしながら、左側に位置するべき回折スポット５２ａ（図３参照）も、シャフト部７ｂにより電子ビーム７ａが遮蔽されているので検出されていない。
【００２９】
このように、検出されるべき一部の回折スポット５２ａが検出できないこととなり、得られる情報が欠落してしまい、試料８の構造解析を高精度で行うことが困難となる。
【００３０】
また、試料８の透過像を撮像する際には、ビームストッパ７のシャフト部７ｂを動かして、遮蔽部７ａを電子ビーム１４ａの光軸１４ｂから外れた位置に配置し、その後試料８の回折パターンを撮像する際には、ビームストッパ７のシャフト部７ｂを逆方向に動かして、遮蔽部７ａを当該光軸１４ｂ上に配置する。
【００３１】
このような場合、ビームストッパ７のシャフト部７ｂの移動は機械的な機構により行われるため、移動位置の再現精度には限界がある。このため、シャフト部７ｂに支持された遮蔽部７ａの光軸１４ｂ上での位置が微妙にずれてしまうことがある。
【００３２】
その結果、ダイレクトスポット５１を形成する電子ビーム１４ａを完全に遮蔽することができなくなり、ダイレクトスポット５１の一部分が蛍光板面６ａに結像されてしまう。この場合でも、試料８の構造解析を高精度で行うことが困難となる。
【００３３】
本発明は、このような点に鑑みてなされたものであり、試料の構造解析を高精度で行うことのできる電子顕微鏡及び電子顕微鏡の制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００３４】
本発明に基づく電子顕微鏡は、電子ビーム源と、電子ビーム源から放出された電子ビームを試料に照射するための照射系と、試料を透過した電子ビームに基づいて試料の回折パターンを結像するための結像系と、結像系により結像された回折パターンを撮像するための撮像手段と、撮像手段により得られた像データに基づいて画像データを形成する画像データ形成手段と、これら電子ビーム源、照射系、結像系、撮像手段、及び画像データ形成手段を制御するための制御手段とを備える電子顕微鏡であって、結像系が偏向手段を有するとともに、結像系により結像された回折パターンのダイレクトスポットを遮蔽するための第１の遮蔽部及び第２の遮蔽部が、結像系と撮像手段との間であって電子ビームの光軸を中心として対称となる位置に配置されていることを特徴とする。
【００３５】
また、本発明に基づく電子顕微鏡の制御方法は、前記電子顕微鏡を制御する制御方法であって、前記制御手段による制御により、前記偏向手段によって前記電子ビームを前記第１の遮蔽部が位置する方向に偏向させて、前記結像系により結像された回折パターンのダイレクトスポットを前記第１の遮蔽部により遮蔽させた状態で前記撮像手段により第１の回折パターンを撮像する第１の撮像工程と、前記偏向手段によって前記電子ビームを第２の遮蔽部が位置する方向に偏向させて、前記結像系により結像された回折パターンのダイレクトスポットを前記第２の遮蔽部により遮蔽させた状態で前記撮像手段により第２の回折パターンを撮像する第２の撮像工程と、第１の撮像工程により得られた第１の回折パターンの像データと第２の撮像工程により得られた第２の回折パターンの像データとを前記画像データ形成手段によって合成して画像データを形成する画像データ形成工程とを実行することを特徴とする。
【００３６】
そして、本発明に基づく回折パターン取得方法は、試料に電子ビームを照射した後に該試料を透過した電子ビームに基づいて試料の回折パターンを取得する回折パターンの取得方法であって、試料を透過した電子ビームを第１の遮蔽部が位置する方向に偏向させて、このときの回折パターンのダイレクトスポットを第１の遮蔽部により遮蔽させた状態で第１の回折パターンを撮像し、試料を透過した電子ビームを、電子ビームの光軸を中心として第１の遮蔽部の位置と対称となる位置に配置された第２の遮蔽部が位置する方向に偏向させて、このときの回折パターンのダイレクトスポットを第２の遮蔽部により遮蔽させた状態で第２の回折パターンを撮像し、これら第１の回折パターンと第２の回折パターンとを合成することにより試料の回折パターンを取得することを特徴とする。
【発明の効果】
【００３７】
本発明に基づく電子顕微鏡は、結像系が偏向手段を有するとともに、結像系により結像された回折パターンのダイレクトスポットを遮蔽するための第１の遮蔽部及び第２の遮蔽部が、結像系と撮像手段との間であって電子ビームの光軸を中心として対称となる位置に配置されている。
【００３８】
従って、偏向手段により電子ビームを第１の遮蔽部が位置する方向に偏向させて、回折パターンのダイレクトスポットが第１の遮蔽部により遮蔽された状態で第１の回折パターンを撮像するとともに、偏向手段により電子ビームを第２の遮蔽部が位置する方向に偏向させて、回折パターンのダイレクトスポットが第２の遮蔽部により遮蔽された状態で第２の回折パターンを撮像することができるので、これにより得られた第１及び第２の回折パターンの像データを合成して画像データを形成して画像を表示することにより試料の構造解析を高精度で行うことができる。
【００３９】
また、本発明に基づく電子顕微鏡の制御方法は、偏向手段によって電子ビームを第１の遮蔽部が位置する方向に偏向させて、結像系により結像された回折パターンのダイレクトスポットを第１の遮蔽部により遮蔽させた状態で撮像手段により第１の回折パターンを撮像する第１の撮像工程と、偏向手段によって電子ビームを第２の遮蔽部が位置する方向に偏向させて、結像系により結像された回折パターンのダイレクトスポットを第２の遮蔽部により遮蔽させた状態で撮像手段により第２の回折パターンを撮像する第２の撮像工程と、第１の撮像工程により得られた第１の回折パターンの像データと第２の撮像工程により得られた第２の回折パターンの像データとを前記画像データ形成手段によって合成して画像データを形成する画像データ形成工程とを実行する。
【００４０】
従って、合成して形成された画像データに基づく画像を表示することにより、試料の構造解析を高精度で行うことができる。
【００４１】
そして、本発明に基づく回折パターン取得方法は、試料を透過した電子ビームを第１の遮蔽部が位置する方向に偏向させて、このときの回折パターンのダイレクトスポットを第１の遮蔽部により遮蔽させた状態で第１の回折パターンを撮像し、試料を透過した電子ビームを電子ビームの光軸を中心として第１の遮蔽部の位置と対称となる位置に配置された第２の遮蔽部が位置する方向に偏向させて、このときの回折パターンのダイレクトスポットを第２の遮蔽部により遮蔽させた状態で第２の回折パターンを撮像し、これら第１の回折パターンと第２の回折パターンとを合成することにより試料の回折パターンを取得する。
【００４２】
よって、合成して形成された回折パターンを表示することにより、試料の構造解析を高精度で行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４３】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
【００４４】
図５は、本発明における電子顕微鏡を示す概略構成図である。この電子顕微鏡は、透過形電子顕微鏡の構成を備えている。
【００４５】
図５において、１は電子銃であり、この電子銃１のフィラメント１ａからは、設定された加速電圧にて電子ビーム１４ａが試料８に向けて放出される。電子銃１のフィラメント１ａから放出された電子ビーム１４ａは、複数の集束レンズからなる集束レンズ群２とビームブランキング用偏向器１５とを含む照射系３１により試料８に照射される。
【００４６】
このようにして試料８に電子ビーム１４ａが照射された後、試料８を透過した電子ビーム１４ａに基づく試料８の透過像（試料像）もしくは回折パターンは、対物レンズ３、複数の中間レンズからなる中間レンズ群４、投影レンズ５、及び回折パターン偏向用偏向器１６を含む結像系３２により撮像手段６の蛍光板面６ａに結像される。なお、試料８の回折パターンは、対物レンズ３の後段側に位置する後焦点面９上に一旦結像され、当該回折パターンが拡大されて撮像手段６の蛍光板面６ａに結像されることとなる。
【００４７】
また、図中の１７は、ビーム遮蔽手段である。このビーム遮蔽手段１７は、第１のビーム遮蔽部１７ａと第２のビーム遮蔽部１７ｂとを備えている。これら第１及び第２の遮蔽部１７ａ，１７ｂは、円形の円板上とされている。当該第１及び第２のビーム遮蔽部１７ａ，１７ｂは、結像系３１と撮像手段６との間であって、電子ビーム１４ａの光軸１４ｂを中心として対称となるように対向配置されている。なお、第１及び第２のビーム遮蔽部１７ａ，１７ｂの配置位置の詳細については後述する。
【００４８】
ここで、第１の遮蔽部１７ａ及び第２の遮蔽部１７ｂは、それぞれ第１の支持シャフト１７ｃ及び第２の支持シャフト１７ｄにより支持されている。
【００４９】
結像系３２により撮像手段６の蛍光板面６ａに結像された回折パターンは、撮像手段６に備えられたＣＣＤ等からなる撮像素子（図示せず）により検出像として検出される。
【００５０】
このようにして撮像手段６により検出された検出像は、画像信号作成部１０内においてＡ／Ｄ変換され、画像信号作成部１０内に備えられたフレームメモリ１０ａにデジタルデータとして取り込まれる。
【００５１】
当該フレームメモリ１０ａに取り込まれたデジタルデータは、画像表示制御部（画像データ形成手段）１１内に備えられた画像表示用フレームメモリ１１ａに転送される。このようにして当該画像表示用フレームメモリ１１ａに転送されたデータは、表示モニタ１２に送られる。表示モニタ１２は、当該データに基づいて、試料の回折パターンを表示モニタ１２の表示部１２ａに表示する。
【００５２】
ここで、図５中の１３は撮像系コントローラである。この撮像系コントローラ１３は、撮像手段６、画像信号作成部１０、及び画像表示制御部１１を制御する。
【００５３】
また、電子銃１、照射系３１、及び結像系３２を制御するための本体側コントローラ１９が配置されている。この本体側コントローラ１９は、撮像系コントローラ１３と通信回線４０を介するコンピュータ間通信により通信可能とされている。
【００５４】
照射系３１を構成するビームブランキング用偏向器１５は、ビームブランキング用偏向器駆動部１８を介して本体側コントローラ１９と接続されている。また、結像系３２を構成する回折パターン偏向用偏向器１６は、回折パターン偏向用偏向器駆動部２０を介して本体側コントローラ１９と接続されている。
【００５５】
これにより、ビームブランキング用偏向器１５及び回折パターン偏向用偏向器２０は、本体側コントローラ１９の制御により、各駆動部１８，２０を介して駆動される。また、これと同様に、電子銃１、照射系３１を構成する他の構成要素、及び結像系３２を構成する他の構成要素も、本体側コントローラ１９の制御により駆動される。
【００５６】
以上が本発明における電子顕微鏡の構成である。次に、当該電子顕微鏡の制御方法及び当該電子顕微鏡により得られる回折パターンの取得方法について説明する。なお、以下に示す各工程は、撮像系コントローラ１３及び本体側コントローラ１９とからなる制御手段４１による制御によって実行される。
【００５７】
まず、電子銃１から電子ビーム１４ａを試料８に向けて放出する。電子銃１から放出された電子ビーム１４ａは、照射系３１によって試料８に照射される。
【００５８】
試料８に電子ビーム１４ａが照射された後、試料８を透過した電子ビーム１４ａに基づく回折パターンは、結像系３２に撮像手段６の蛍光板面６ａに結像される。
【００５９】
この状態で、本体側コントローラ１９による制御により回折パターン偏向用偏向器１６を駆動し、試料８を透過した電子ビーム１４ａを図５中のＡで示す偏向状態とする。
【００６０】
このときの偏向状態の詳細を図６に示す。ここで、図６は、第１の偏向状態を示す概略構成図である。
【００６１】
同図に示す偏向状態では、試料８を透過した電子ビーム１４ａを、第１のビーム遮蔽部１７ａが位置する方向に偏向させる。このとき、結像される回折パターンにおける偏向方向に位置する半分の領域が撮像手段６の蛍光板面６ａ（撮像範囲）から外れるように、電子ビーム１４ａを偏向させる。
【００６２】
このときに得られる回折パターンと蛍光板面６ａとの位置関係を図７に示す。同図において、５０は回折パターンであり、当該回折パターン５０は第１のビーム遮蔽部１７ａが位置する方向に偏向されている。
【００６３】
ここで、第１のビーム遮蔽部１７ａの配置位置について説明する。第１のビーム遮蔽部１７ａは上述のごとく円形とされており、その中心１７ｅが、方形状の蛍光板面６ａの輪郭を形成する互いに平行な一対の辺部６１，６２のうちの一方の辺部６１の中心に重なり合う位置となっている。ここで、当該ビーム遮蔽部１７ａは、回折パターン５０のダイレクトスポット５１を形成する電子ビーム１４ａを確実に遮蔽できる大きさとなっている。
【００６４】
すなわち、ダイレクトスポット５１は、電子ビーム１４ａの試料８による散乱やエネルギーの吸収等の作用によって広がりを有し、カメラ長が長いほど撮像手段６の蛍光板面６ａでの大きさは拡大する。よって、ビーム遮蔽部１７ａの大きさは、当該電子顕微鏡で得られる最長のカメラ長のときのダイレクトスポット５１を覆い隠すのに十分な大きさとなっている。
【００６５】
従って、図７に示すように、回折パターン５０のダイレクトスポット５１を形成する電子ビーム１４ａは、当該ビーム遮蔽部１７ａによって完全に遮蔽される。これにより、当該ダイレクトスポットは、このビーム遮蔽部１７ａにより遮蔽されることとなる。また、蛍光板面６ａから外れた位置に位置する回折スポット５２ｃは撮像されない。そして、偏向方向での中央に位置する回折スポット５２ｂは、上記辺部６１に対応する部分を境界として、蛍光板面６ａ内に位置する半分の領域６３は撮像され、蛍光板面６ａから外れた位置に位置する残り半分の領域６４は撮像されない。
【００６６】
このときに撮像手段６によって撮像される回折パターン５０を図８に示す。同図に示すように、蛍光板面６ａ（図７参照）内に位置する回折スポット５２と、偏向方向での中央に位置する回折スポット５２ｂのうちの蛍光板面６ａ内に位置する半分の領域６３とが撮像されている。なお、図中の６５は、撮像手段６による撮像領域を示す。本実施の形態においては、説明を容易にするため、当該撮像領域６５は蛍光板面６ａに対応するものとしている。
【００６７】
また、図中の１０１は、ビーム遮蔽部１７ａによって電子ビーム１４ａが遮蔽されることにより形成された撮像領域６５における陰領域である。この陰領域１０１は、同図に示すように、点１０３を中心とする半円状となる。ここで、１００は当該陰領域１０１の輪郭部を示し、１０２はこの輪郭部１００の外側に位置する周辺領域を示す。
【００６８】
この周辺領域１０２に対応する蛍光板面６ａの部分には多少の電子ビーム１４ａが到達することとなるが、陰領域１０１に対応する蛍光板面６ａの部分には電子ビーム１４ａはほとんど到達しない。従って、陰領域１０１の輝度は、その輪郭部１００の外側に位置する周辺領域１０２よりも非常に低くなる。これにより、陰領域１０１と周辺領域１０２との境界となる当該輪郭部１００を検出することにより、この輪郭部１００の中心点１０３の位置を求めることができる。
【００６９】
このようにして撮像された回折パターン５０は、画像信号作成部１０内においてＡ／Ｄ変換され、画像信号作成部１０内に備えられたフレームメモリ１０ａにデジタルデータとして取り込まれる。以上が、第１の撮像工程である。
【００７０】
当該フレームメモリ１０ａに取り込まれたデジタルデータは、画像表示制御部１１内に備えられた画像表示用フレームメモリ１１ａに転送される。このとき、画像表示制御部１１は、フレームメモリ１０ａから転送されたデータのうちの図８における左半分の像データを抽出し、抽出した像データを画像表示用フレームメモリ１１ａの右半分の領域に取り込む。
【００７１】
このようにして形成される画像表示用フレームメモリ１１ａのメモリ内領域を図９に示す。同図に示すように、当該メモリ内領域６６の右半分の領域に、上述の抽出された像データが格納される。このとき、上記輪郭部１００の中心点１０３が、メモリ領域６６の中心に位置するようにする。
【００７２】
次に、本体側コントローラ１９の制御による回折パターン偏向用偏向器１６の駆動条件を変更し、試料８を透過した電子ビーム１４ａを図５中でＢで示す偏向状態とする。
【００７３】
このときの偏向状態の詳細を図１０に示す。ここで、図１０は、第２の偏向状態を示す概略構成図である。
【００７４】
同図に示す偏向状態では、試料８を透過した電子ビーム１４ａを、第２のビーム遮蔽部１７ｂが位置する方向に偏向させる。このとき、結像される回折パターンにおける偏向方向に位置する半分の領域が撮像手段６の蛍光板面６ａ（撮像範囲）から外れるように、電子ビーム１４ａを偏向させる。
【００７５】
このとき得られる回折パターンと蛍光板面６ａとの位置関係を図１１に示す。同図において、５０は回折パターンであり、当該回折パターン５０は第２のビーム遮蔽部１７ｂが位置する方向に偏向されている。
【００７６】
ここで、第２のビーム遮蔽部１７ｂの配置位置について説明する。第２のビーム遮蔽部１７ｂは上述のごとく円形とされており、その中心１７ｆが、方形状の蛍光板面６ａの輪郭を形成する互いに平行な一対の辺部６１，６２のうちの他方の辺部６２の中心に重なり合う位置となっている。ここで、当該ビーム遮蔽部１７ｂは、上述のビーム遮蔽部１７ａと同様に、回折パターン５０のダイレクトスポット５１を形成する電子ビーム１４ａを確実に遮蔽できる大きさとなっている。
【００７７】
従って、図１１に示すように、回折パターン５０のダイレクトスポット５１を形成する電子ビーム１４ａは、当該ビーム遮蔽部１７ｂによって完全に遮断される。これにより、当該ダイレクトスポットは、このビーム遮蔽部１７ｂにより遮蔽されることとなる。また、蛍光板面６ａから外れた位置に位置する回折スポット５２ｄは撮像されない。そして、偏向方向での中央に位置する回折スポット５２ｂは、上記辺部６２に対応する部分を境界として、蛍光板面６ａ内に位置する半分の領域６７は撮像され、蛍光板面６ａから外れた位置に位置する残り半分の領域６８は撮像されない。
【００７８】
このときに撮像手段６によって撮像される回折パターン５０を図１２に示す。同図に示すように、蛍光板面６ａ（図１１参照）内に位置する回折スポット５２（５２ｃ）と、偏向方向での中央に位置する回折スポット５２ｂのうちの蛍光板面６ａ内に位置する半分の領域６７とが撮像されている。ここで、当該回折スポット５２ｂのうちの当該領域６７は、上記第１の撮像工程において撮像されなかった領域６４（図７参照）に一致する。なお、図中の６５は、上述と同様に、撮像手段６による撮像領域を示し、蛍光板面６ａに対応する。
【００７９】
また、図中の２０１は、ビーム遮蔽部１７ｂによって電子ビーム１４ａが遮蔽されることにより形成され撮像領域６５における陰領域である。この陰領域２０１は、同図に示すように、点２０３を中心とする半円状となる。ここで、２００は当該陰領域２０１の輪郭部を示し、２０２はこの輪郭部２００の外側に位置する周辺領域を示す。
【００８０】
この周辺領域２０２に対応する蛍光板面６ａの部分には多少の電子ビーム１４ａが到達することとなるが、陰領域２０１に対応する蛍光板面６ａの部分には電子ビーム１４ａはほとんど到達しない。従って、陰領域２０１の輝度は、その輪郭部２００の外側に位置する周辺領域２０２よりも非常に低くなる。これにより、陰領域２０１と周辺領域２０２との境界となる当該輪郭部２００を検出することにより、この輪郭部２００の中心点２０３の位置を求めることができる
このようにして撮像された回折パターン５０は、画像信号作成部１０内においてＡ／Ｄ変換され、画像信号作成部１０内に備えられたフレームメモリ１０ａにデジタルデータとして取り込まれる。以上が、第２の撮像工程である。
【００８１】
当該フレームメモリ１０ａに取り込まれたデジタルデータは、画像表示制御部１１内に備えられた画像表示用フレームメモリ１１ａに転送される。このとき、画像表示制御部１１は、フレームメモリ１０ａから転送されたデータのうちの図１２における右半分の像データを抽出し、抽出した像データを画像表示用フレームメモリ１１ａの左半分の領域に取り込む。
【００８２】
このようにすることにより、第１の撮像手段により得られた像データと第２の撮像手段により得られた像データとが、画像データ形成手段である画像表示制御部１１により合成され、画像表示用フレームメモリ１１ａ内に画像データが形成される。以上が、画像データ形成工程である。
【００８３】
当該画像データ形成工程によって、画像表示用フレームメモリ１１ａ内に形成された画像データを図１３に示す。同図に示すように、当該メモリ内領域６６の左半分の領域に、上述の抽出された像データが格納される。このとき、上記輪郭部２００の中心点２０３が、メモリ領域６６の中心に位置するようにする。この結果、上述の２つ輪郭部１００，２００の各中心点１０３，２０３は、当該メモリ領域６６の中心において重ね合わされることとなる。
【００８４】
このようにして画像表示用フレームメモリ１１ａ内に形成されて取得された画像データは、表示モニタ１２に送られる。表示モニタ１２は、当該画像データに基づいて、試料８の回折パターンとなる画像を表示部１２ａに表示する。
【００８５】
これにより表示モニタ１２の表示部１２ａに表示される画像を図１４に示す。同図に示すように、回折パターン５０における各回折スポット５２が表示されているとともに、ダイレクトスポット（図２中の５１参照）は表示されていない。
【００８６】
このようにすることにより、回折パターン５０におけるすべての回折スポット５２を検出して表示するとともに、ダイレクトスポットの検出を確実に防止することができる。従って、上記のように合成して形成された画像データに基づく画像（回折パターン５０）をオペレータが確認することにより、試料８の構造解析を高精度で行うことができるようになる。
【００８７】
なお、回折パターン５０中のダイレクトスポットの強度が非常に強いときには、電子ビーム１４ａの偏向条件を変えて第１の偏向状態に移行する際、及び電子ビーム１４ａの偏向条件を変えて第１の偏向状態から第２の偏向状態に移行する際に、当該ダイレクトスポットが残像として撮像される場合がある。このような場合には、電子ビーム１４ａの偏向条件を変えてこれらの移行を実行する際に、電子銃１と撮像手段６との間に位置するビームブランキング用偏向器１５を駆動して、電子ビーム１４ａのブランキングを行い、電子ビーム１４ａを光軸１４ｂから完全に外しておく。そして、当該各移行が実行された後に、電子ビーム１４ａを光軸１４ｂに戻す。その後、各撮像工程を実行する。これにより、上記各移行時にダイレクトスポットが残像として撮像されることはない。
【００８８】
ここで、上記第１及び第２の偏向状態とする際での電子ビーム１４ａの偏向量は、ダイレクトスポットの中心が各ビーム遮蔽部１７ａ，１７ｂの中心に移動する偏向量であり、予め実測により求めておく。
【００８９】
また、上記実施の形態においては、ビーム遮蔽部１７ａ，１７ｂを、表示モニタ１２の表示部１２ａの左右方向に対応して配置したが、当該表示部１２ａの上下方向に対応させて配置してもよい。この場合での第１及び第２の偏向状態とする電子ビーム１４ａの偏向方向は、当該上下方向に対応させておく。
【００９０】
なお、本実施の形態における電子顕微鏡を用いて試料８の透過像を撮像する際には、結像系３２の動作モードが変更されて、試料８を透過した電子ビーム１４ａは結像系３２により撮像手段６の蛍光板面６ａに透過像として結像される。
【００９１】
この透過像を結像する電子ビーム１４ａは、光軸１４ｂを通ることとなる。このとき、本実施の形態では、当該光軸１４ｂ上に各ビーム遮蔽部１７ａ，１７ｂが位置していないので、光軸１４ｂを通る電子ビーム１４ａが遮蔽されることはない。よって、撮像手段６の蛍光板面６ａに、電子ビーム１４ａによる試料８の透過像が結像されることとなり、当該透過像の撮像を行うことができる。
【００９２】
従って、上記各ビーム遮蔽部１７ａ，１７ｂに機械的な移動機構を設ける必要がなく、当該ビーム遮蔽部１７ａ，１７ｂを上述した位置に固定して配置すればよい。よって、試料８の回折パターンの撮像時に、各ビーム遮蔽部１７ａ，１７ｂの位置ずれが発生することがなく、ダイレクトパターン５１を確実に遮蔽することができる。
【００９３】
このように、本発明に基づく電子顕微鏡は、結像系が偏向手段を有するとともに、結像系により結像された回折パターンのダイレクトスポットを遮蔽するための第１の遮蔽部及び第２の遮蔽部が、結像系と撮像手段との間であって電子ビームの光軸を中心として対称となる位置に配置されている。
【００９４】
従って、偏向手段により電子ビームを第１の遮蔽部が位置する方向に偏向させて、回折パターンのダイレクトスポットが第１の遮蔽部により遮蔽された状態で第１の回折パターンを撮像するとともに、偏向手段により電子ビームを第２の遮蔽部が位置する方向に偏向させて、回折パターンのダイレクトスポットが第２の遮蔽部により遮蔽された状態で第２の回折パターンを撮像することができるので、これにより得られた第１及び第２の回折パターンの像データを合成して画像データを形成して画像を表示することにより試料の構造解析を高精度で行うことができる。
【００９５】
また、本発明に基づく電子顕微鏡の制御方法は、偏向手段によって電子ビームを第１の遮蔽部が位置する方向に偏向させて、結像系により結像された回折パターンのダイレクトスポットを第１の遮蔽部により遮蔽させた状態で撮像手段により第１の回折パターンを撮像する第１の撮像工程と、偏向手段によって電子ビームを第２の遮蔽部が位置する方向に偏向させて、結像系により結像された回折パターンのダイレクトスポットを第２の遮蔽部により遮蔽させた状態で撮像手段により第２の回折パターンを撮像する第２の撮像工程と、第１の撮像工程により得られた第１の回折パターンの像データと第２の撮像工程により得られた第２の回折パターンの像データとを前記画像データ形成手段によって合成して画像データを形成する画像データ形成工程とを実行する。
【００９６】
従って、合成して形成された画像データに基づく画像を表示することにより、試料の構造解析を高精度で行うことができる。
【００９７】
そして、本発明に基づく回折パターンの取得方法は、試料を透過した電子ビームを第１の遮蔽部が位置する方向に偏向させて、このときの回折パターンのダイレクトスポットを第１の遮蔽部により遮蔽させた状態で第１の回折パターンを撮像し、試料を透過した電子ビームを、電子ビームの光軸を中心として第１の遮蔽部の位置と対称となる位置に配置された第２の遮蔽部が位置する方向に偏向させて、このときの回折パターンのダイレクトスポットを第２の遮蔽部により遮蔽させた状態で第２の回折パターンを撮像し、これら第１の回折パターンと第２の回折パターンとを合成することにより試料の回折パターンを取得する。
【００９８】
よって、合成して形成された回折パターンを表示することにより、試料の構造解析を高精度で行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００９９】
【図１】従来技術における透過形電子顕微鏡を示す概略構成図である。
【図２】試料の回折パターンの一例を示す図である。
【図３】一部の回折スポットを形成する電子ビームがシャフト部により遮蔽されている状態を示す平面図である。
【図４】一部の回折スポットを形成する電子ビームがシャフト部により遮蔽された状態で撮像された回折パターンを示す図である。
【図５】本発明における電子顕微鏡を示す概略構成図である。
【図６】第１の偏向状態を示す図である。
【図７】第１の偏向状態で得られる回折パターンと蛍光板面との位置関係を示す図である。
【図８】第１の偏向状態で撮像される回折パターンを示す図である。
【図９】第１の偏向状態で形成される画像表示用フレームメモリのメモリ内領域を示す図である。
【図１０】第２の偏向状態を示す図である。
【図１１】第２の偏向状態で得られる回折パターンと蛍光板面との位置関係を示す図である。
【図１２】第２の偏向状態で撮像される回折パターンを示す図である。
【図１３】合成により形成される画像表示用フレームメモリのメモリ内領域を示す図である。
【図１４】表示モニタの表示部に表示される回折パターンを示す図である。
【符号の説明】
【０１００】
１…電子銃（電子ビーム源）、６…撮像手段、８…試料、１１…画像表示制御部（画像形成手段）、１３…撮像系コントローラ、１４，１４ａ…電子ビーム、１６…回折パターン偏向用偏向器（偏向手段）、１７ａ，１７ｂ…ビーム遮蔽部（遮蔽部）、１９…本体側コントローラ、３１…照射系、３２…結像系、４１…制御手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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