(57)【要約】【課題】  誰もが正確に陰極先端の像（フィラメント像）を観察でき、また、軸合わせ後の像観察も容易に再開しうる透過電子顕微鏡を実現する。    【解決手段】  フィラメント像を蛍光板上に投影し、投影されたフィラメント像の形状や位置を、アライメント用の偏向コイル１２，１３に供給する信号を調整することにより、フィラメント先端（エミッター先端）を光軸上に配置し、先端の向きを光軸に沿ったものとすることができる。このフィラメント像の観察や調整を行う際には、フィラメント２からの電子の放出量を最適な値に設定する必要がある。この最適な値は、透過電子顕微鏡の操作を行う際に最初に求められており、コンピュータ９に接続されたメモリー１１に記憶されている。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
フィラメントに通電して加熱し、フィラメント先端から熱電子を発生させ、熱電子を加速して電子銃から電子ビームとして取り出し、コンデンサレンズによって細く絞り、対物レンズ磁場中あるいはその近傍に配置された試料に照射し、試料を透過した電子を中間レンズ、投影レンズによって写真乾板や蛍光板、撮像管などに投影し、写真乾板表面上に像を形成させるようにした透過型電子顕微鏡において、フィラメント像を用いて軸合わせを行うときに最適化されたフィラメント電流を記憶するメモリーを有し、像観察モードからフィラメント像を用いた軸合わせモードに移行する場合、メモリーから軸合わせモードにおける最適化されたフィラメント電流を読み出し、その電流値によってフィラメントを加熱するように構成した透過型電子顕微鏡。
【請求項２】
フィラメントに通電して加熱し、フィラメント先端から熱電子を発生させ、熱電子を加速して電子銃から電子ビームとして取り出し、コンデンサレンズによって細く絞り、対物レンズ磁場中あるいはその近傍に配置された試料に照射し、試料を透過した電子を中間レンズ、投影レンズによって写真乾板や蛍光板、撮像管などに投影し、写真乾板表面上に像を形成させるようにした透過型電子顕微鏡において、フィラメント像を用いて軸合わせを行うときに最適化されたフィラメント電流を記憶するメモリーと、像観察装置によって像を観察するときに最適なフィラメント電流を記憶するメモリーを有し、像観察モードとフィラメント像を用いた軸合わせモードに応じて、メモリーから対応する電流値を読み出し、その電流値によってフィラメントを加熱するように構成した透過型電子顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試料上に細く絞った平行な電子ビームを観察領域に照射し、試料を透過し電子を結像して試料の透過電子像を取得することができる透過電子顕微鏡に関する。
【背景技術】
【０００２】
透過電子顕微鏡では、顕微鏡カラムの上部に配置された電子銃から電子ビームを発生させ、電子銃から発生し加速された電子ビームをコンデンサレンズによって細く絞り、対物レンズ磁場中あるいはその近傍に配置された試料に照射し、試料を透過した電子を中間レンズ、投影レンズによって写真乾板や蛍光板、撮像管などに投影し、写真乾板表面上に像を形成させるようにしている。
【０００３】
このような透過電子顕微鏡では、電子ビームを発生させる電子銃として、熱電子放出型と電界放出型とが存在する。熱電子放出型電子銃では、通電することによってフィラメントを加熱し、フィラメント先端に取り付けられたＷ（タングステン）やＬａＢ６（ランタニュウムヘキサボライド）などから形成された針状の熱電子放出部材（陰極）を加熱している。加熱されたＷやＬａＢ６からは熱電子が放出され、電子銃の陰極と陽極間に印加される加速電圧によって加速される。
【０００４】
電子銃によって加速された電子ビームは、コンデンサレンズと対物レンズによって絞られ、平行ビームとして、試料の観察領域に照射される。この試料を透過した電子を中間レンズ、投影レンズによって写真乾板や蛍光板、撮像管などに投影し、写真乾板表面上に像を形成させるようにしている。ここで、透過電子顕微鏡の操作を簡単に行うことができ、優れた試料像を得るために、各種条件下における、電子銃の加速電圧や各レンズの励磁電流値などをコンピュータによって制御することが行われている。このようなコンピュータによって制御される透過電子顕微鏡は、例えば、特許文献１、特許文献２に記載されている。
【特許文献１】特開平９−１６１７０９号公報
【特許文献２】特許３４１８９４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記した透過電子顕微鏡では、電子銃の軸合わせを行うとき、電子銃が熱電子放出型の場合は、電子銃フィラメントに通電しているフィラメント電流を、像観察に最適な電流量から少し下げることでフィラメント像（クロスオーバー像ともいう）を得て、軸合わせを行う。このフィラメント像を得るためには、フィラメント電流を調整するつまみを回すことで電流値を下げる。軸合わせが終了した後には、像観察に最適なフィラメント電流にすべくその調整つまみを元に戻す。
【０００６】
上記した電子銃の軸合わせの際にはフィラメント像を得ることが必要で、その際にはフィラメント電流を下げなければならない。電子銃の軸合わせは１時間に１回程度行うことから、その都度フィラメント像を観察するに最適なフィラメント電流値を探して設定することになる。また、フィラメント電流の調節は、つまみを回すことにより行っていたので、つまみを適切な位置まで回し停止させることが困難で、つまみを回しすぎ、フィラメント電流を下げすぎたり、下げる量が足りないことがあり、電子銃の軸合わせはオペレータにとってかなり面倒な操作であった。
【０００７】
本発明は、上述した点に鑑みてなされたもので、誰もが正確に陰極先端の像（フィラメント像）を観察でき、また、軸合わせ後の像観察も容易に再開しうる透過電子顕微鏡を実現するにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１の発明に基づく透過電子顕微鏡は、フィラメントに通電して加熱し、フィラメント先端から熱電子を発生させ、熱電子を加速して電子銃から電子ビームとして取り出し、コンデンサレンズによって細く絞り、対物レンズ磁場中あるいはその近傍に配置された試料に照射し、試料を透過した電子を中間レンズ、投影レンズによって写真乾板や蛍光板、撮像管などに投影し、写真乾板表面上に像を形成させるようにした透過型電子顕微鏡において、フィラメント像を用いて軸合わせを行うときに最適化されたフィラメント電流を記憶するメモリーを有し、像観察モードからフィラメント像を用いた軸合わせモードに移行する場合、メモリーから軸合わせモードにおける最適化されたフィラメント電流を読み出し、その電流値によってフィラメントを加熱するように構成したことを特徴としている。
【０００９】
請求項２の発明に基づく透過電子顕微鏡は、フィラメントに通電して加熱し、フィラメント先端から熱電子を発生させ、熱電子を加速して電子銃から電子ビームとして取り出し、コンデンサレンズによって細く絞り、対物レンズ磁場中あるいはその近傍に配置された試料に照射し、試料を透過した電子を中間レンズ、投影レンズによって写真乾板や蛍光板、撮像管などに投影し、写真乾板表面上に像を形成させるようにした透過型電子顕微鏡において、フィラメント像を用いて軸合わせを行うときに最適化されたフィラメント電流を記憶するメモリーと、像観察装置によって像を観察するときに最適なフィラメント電流を記憶するメモリーを有し、像観察モードとフィラメント像を用いた軸合わせモードに応じて、メモリーから対応する電流値を読み出し、その電流値によってフィラメントを加熱するように構成したことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１の発明に基づく透過電子顕微鏡は、フィラメントに通電して加熱し、フィラメント先端から熱電子を発生させ、熱電子を加速して電子銃から電子ビームとして取り出し、コンデンサレンズによって細く絞り、対物レンズ磁場中あるいはその近傍に配置された試料に照射し、試料を透過した電子を中間レンズ、投影レンズによって写真乾板や蛍光板、撮像管などに投影し、写真乾板表面上に像を形成させるようにした透過型電子顕微鏡において、フィラメント像を用いて軸合わせを行うときに最適化されたフィラメント電流を記憶するメモリーを有し、像観察モードからフィラメント像を用いた軸合わせモードに移行する場合、メモリーから軸合わせモードにおける最適化されたフィラメント電流を読み出し、その電流値によってフィラメントを加熱するように構成したことを特徴としている。
【００１１】
この結果、フィラメント像を得るためのフィラメント電流値を記憶・再現できるようになったので、フィラメント像の取得が、例えば、スイッチ操作のみで行うことができるようになった。また、常に記憶したフィラメント電流を再現するので、フィラメント像を得るためにフィラメント電流を調整する必要がなくなった。
【００１２】
請求項２の発明に基づく透過電子顕微鏡は、フィラメントに通電して加熱し、フィラメント先端から熱電子を発生させ、熱電子を加速して電子銃から電子ビームとして取り出し、コンデンサレンズによって細く絞り、対物レンズ磁場中あるいはその近傍に配置された試料に照射し、試料を透過した電子を中間レンズ、投影レンズによって写真乾板や蛍光板、撮像管などに投影し、写真乾板表面上に像を形成させるようにした透過型電子顕微鏡において、フィラメント像を用いて軸合わせを行うときに最適化されたフィラメント電流を記憶するメモリーと、像観察装置によって像を観察するときに最適なフィラメント電流を記憶するメモリーを有し、像観察モードとフィラメント像を用いた軸合わせモードに応じて、メモリーから対応する電流値を読み出し、その電流値によってフィラメントを加熱するように構成したことを特徴としている。
【００１３】
この結果、請求項１の発明と同様に、フィラメント像を得るためのフィラメント電流値を記憶・再現できるようになったので、フィラメント像の取得が、例えば、スイッチ操作のみで行うことができるようになった。また、常に記憶したフィラメント電流を再現するので、フィラメント像を得るためにフィラメント電流を調整する必要がなくなった。更に、像観察時のフィラメント電流値を記憶・再現できるようになったので、フィラメント像観察のフィラメント電流から像観察のフィラメント電流への変更が、例えば、スイッチ操作のみで行うことができるようになった。また、常に記憶したフィラメント電流を再現するので、透過電子顕微鏡像観察のためにフィラメント電流を調整する必要がなくなった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図１を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１において、電子銃１は、フィラメント２，ウェーネルト電極３，陽極４より構成されている。フィラメント２は例えばタングステンＷによって形成され、その先端には、同じ材質であるタングステン製の針状のエミッター（図示せず）が固着されている。また、針状のエミッターの材質としては、ＬａＢ６が広く使用されている。フィラメント２はフィラメント加熱電源５に接続されており、電源からの加熱電流により、フィラメント２およびフィラメント先端のエミッターは加熱される。
【００１５】
フィラメント２の外側にはフィラメント２を覆うようにして、制御電極として動作するウェーネルト電極３が配置されている。ウェーネルト電極３はフィラメント２からの熱電子の放出がフィラメント先端に集中するように横方向に放出される電子を抑制している。そのため、フィラメント２とウェーネルト電極３との間には、バイアス電圧がバイアス電源６から印加されている。
【００１６】
フィラメント２，ウェーネルト電極３の下方には、陽極４が配置されている。陽極４は接地されており、陽極４とフィラメント２との間には、加速電圧が加速電圧電源７から印加されている。この結果、フィラメント２の先端から放出された電子は、陽極４によって加速され、陽極中心部の開口８の間を通って電子ビームとして出射する。
【００１７】
電子銃１の各電極に電圧を印加したり。フィラメント２を加熱する加熱電流電源５，６，７は、コンピュータ９によって制御される。コンピュータ９には第１のメモリー１０と第２のメモリー１１とが接続されている。コンピュータと各電源との間は各電源が高電圧に浮いている状態であるため、光結合により、信号の授受がなされている。なお、電子銃１の下方には、電子銃１の軸合わせのための２段の偏向コイル１２，１３が設けられており、更にその後方には、コンデンサレンズや対物レンズ、結像レンズ系などの電子光学系や、蛍光板や撮像管など、透過電子顕微鏡として必須の構成要素が配置されているが、本発明には影響しないため、図１からは省いてある。このような構成の動作を次に説明する。
【００１８】
透過電子顕微鏡において、フィラメント２は消耗品であり、継続して一定時間使用すると、新しいフィラメントに交換しなければならない。その場合、新しいフィラメントを電子銃１に取り付けても、フィラメント２の先端に固着された針状のエミッターの位置や先端の向きが光軸方向から外れているのが普通である。フィラメント先端の針状エミッターの向きや位置ずれは、エミッター先端の像、すなわちフィラメント像（クロスオーバー像ともいう）を観察することによって測定することができる。
【００１９】
試料像を観察する場合、対物レンズ磁場の近傍に試料を光軸を横切って配置し、試料を透過した電子を結像レンズ系によつて蛍光板上に結像する。この際、試料に応じて最適な試料像を観察するにふさわしい電子ビーム量が存在する。このため、コンピュータ９を介してフィラメント加熱電源５を制御し、最適なビーム量の電子が電子銃１から得られるように加熱電源５が調整される。この調整により、最適なビーム量が判明したら、その値は第１メモリー１０に転送されて記憶される。
【００２０】
次に、目的とする試料像を最高の条件で観察するためには、フィラメント２の先端のエミッターが光軸上に配置され、エミッター先端部が光軸方向に向いていることが必要となる。そのため、フィラメント像の観察が行われる。フィラメント像を蛍光板上に投影し、投影されたフィラメント像の形状や位置を、アライメント用の偏向コイル１２，１３に供給する信号を、偏向電源１４を調整することにより、フィラメント先端（エミッター先端）を光軸上に配置し、先端の向きを光軸に沿ったものとすることができる。このフィラメント像の観察や調整を行う際には、フィラメント２からの電子の放出量を最適な値に設定する必要がある。この最適な値は、透過電子顕微鏡の操作を行う際に最初に求められており、コンピュータ９に接続されたメモリー１１に記憶されている。
【００２１】
この結果、フィラメント２を交換した場合、コンピュータ９はメモリー１１に記憶されていた軸合わせを行う際に最適なビーム量のデータを加熱電源５に供給する。加熱電源５は、供給されたデータに基づいてフィラメント２に加熱電流を供給し、軸合わせに最適なビーム量でフィラメント先端（エミッター先端）の像を観察することができる。
【００２２】
軸合わせが終了した後、試料像の観察が行われるが、この観察モードをコンピュータ９に指示すれば、コンピュータ９は加熱電源５を制御し、像観察に最適なビーム量となるようフィラメント電流を設定する。また、軸合わせを試料観察の途中で行う場合、コンピュータはメモリー１１から軸合わせ用のフィラメント電流データを読み出し、加熱電源５を制御して、目的に沿った電流をフィラメント２に流すように制御される。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明に基づく一実施の形態を示す図である。
【符号の説明】
【００２４】
１  電子銃
２  フィラメント
３  ウェーネルト電極
４  陽極
５  加熱電源
６  バイアス電源
７  加速電圧電源
８  開口
９  コンピュータ
１０、１１    メモリー
１２、１３  アライメントコイル
１４  偏向電源
【図１】
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