(57)【要約】【課題】試料の変化を実時間で観察できる透過型電子顕微鏡及びこの顕微鏡を用いた立体観察法を提供する。【解決手段】電子線照射源１から電子線を発射し、電子線照射源１の前方に設けた偏向板２によって前記電子線を偏向して得た第１の電子線Ｅ１を、試料Ｓの所定部分に対して第１の角度θ１で照射するとともに、偏向板２によって前記電子線を偏向して得た第２の電子線Ｅ２を、試料Ｓの前記所定部分に対して第１の角度θ１と異なる第２の角度θ２で照射する。次いで、３次元表示装置によって、第１の電子線Ｅ１によって得られた第１の像及び第２の電子線Ｅ２によって得られた第２の像を結合させ、試料Ｓの前記所定部位の像を立体的に表示する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子線照射源と、
前記電子線照射源の前方に設けられ、前記電子線照射源から発せられた電子線を偏向して得た第１の電子線を、試料面の所定部分に対して第１の角度で照射するとともに、前記電子線照射源から発せられた前記電子線を偏向して得た第２の電子線を、前記試料面の前記所定部分に対して前記第１の角度と異なる第２の角度で照射させるための偏向装置と、
前記第１の電子線による第１の像及び前記第２の電子線による第２の像を結合させ、前記試料面の前記所定部位の像を立体的に表示する３次元表示装置と、
を具えることを特徴とする、透過型電子顕微鏡。
【請求項２】
前記偏向装置は、前記電子線照射源の前方に設けられた偏向板を含むことを特徴とする、請求項１に記載の透過型電子顕微鏡。
【請求項３】
前記第１の角度は、前記試料面の法線方向から右側に１度〜５度に設定するとともに、前記第２の角度は、前記試料面の前記法線方向から左側に１度〜５度に設定することを特徴とする、請求項２に記載の透過型電子顕微鏡。
【請求項４】
前記電子線照射源及び前記偏向板の前方において、前記第１の電子線による前記第１の像と、前記第２の電子線による前記第２の像とを撮像する撮像素子を具えることを特徴とする、請求項２又は３に記載の透過型電子顕微鏡。
【請求項５】
前記第１の電子線の前記試料面の前記所定部分に対する照射時期と、前記第２の電子線の前記試料面の前記所定部分に対する照射時期とを、前記撮像素子の操作信号と同期させたことを特徴とする、請求項４に記載の透過型電子顕微鏡。
【請求項６】
前記偏向装置と前記試料面との間に配置した照射レンズを具えることを特徴とする、請求項２〜５のいずれか一に記載の透過型電子顕微鏡。
【請求項７】
前記電子線照射源と前記偏向装置との間に配置した照射レンズを具えることを特徴とする、請求項２〜５のいずれか一に記載の透過型電子顕微鏡。
【請求項８】
前記偏向装置は、一対のフィラメントと、この一対のフィラメントの外方に設けられた一対のアース電極とからなる電子線台形プリズムを含むことを特徴とする、請求項１に記載の透過型電子顕微鏡。
【請求項９】
前記第１の角度は、前記試料面の法線方向から右側に１度〜５度に設定するとともに、前記第２の角度は、前記試料面の前記法線方向から左側に１度〜５度に設定することを特徴とする、請求項８に記載の透過型電子顕微鏡。
【請求項１０】
前記電子線照射源及び前記電子線台形プリズムの前方において、
前記第１の電子線による前記第１の像、及び前記電子線照射源から発せられた第３の電子線により、前記試料面を介することなく得た第３の像を重ね合わせた第１の電子線ホログラムと、前記第２の電子線による前記第２の像、及び前記第３の像を重ね合わせた第２の電子線ホログラムとを形成するための結像装置を具えることを特徴とする、請求項８又は９に記載の透過型電子顕微鏡。
【請求項１１】
前記結像装置の前方において、前記電子線ホログラムを撮像するための撮像素子を具えることを特徴とする、請求項１０に記載の透過型電子顕微鏡。
【請求項１２】
前記第１の電子線の前記試料面の前記所定部分に対する照射時期と、前記第２の電子線の前記試料面の前記所定部分に対する照射時期とを、前記撮像素子の操作信号と同期させたことを特徴とする、請求項１１に記載の透過型電子顕微鏡。
【請求項１３】
前記第１の電子線ホログラム及び前記第２の電子線ホログラムを分離再生するための分離再生回路を具えることを特徴とする、請求項１０〜１２のいずれか一に記載の透過型電子顕微鏡。
【請求項１４】
電子線照射源から電子線を発射する工程と、
前記電子線照射源の前方に設けた偏向装置によって前記電子線を偏向して得た第１の電子線を、試料面の所定部分に対して第１の角度で照射するとともに、前記偏向装置によって前記電子線を偏向して得た第２の電子線を、前記試料面の前記所定部分に対して前記第１の角度と異なる第２の角度で照射する工程と、
３次元表示装置によって、前記第１の電子線によって得られた第１の像及び前記第２の電子線によって得られた第２の像を結合させ、前記試料面の前記所定部位の像を立体的に表示する工程と、
を含むことを特徴とする、立体観察法。
【請求項１５】
前記偏向装置は偏向板を含み、前記偏向板に印加する電圧の極性を切り替えることにより、前記電子線の偏向方向を変化させ、前記第１の電子線及び前記第２の電子線を形成することを特徴とする、請求項１４に記載の立体観察法。
【請求項１６】
前記第１の角度は、前記試料面の法線方向から右側に１度〜５度に設定するとともに、前記第２の角度は、前記試料面の前記法線方向から左側に１度〜５度に設定することを特徴とする、請求項１５に記載の立体観察法。
【請求項１７】
前記電子線照射源並びに前記偏向板の前方に設けた撮像素子によって、前記第１の電子線による前記第１の像及び前記第２の電子線による前記第２の像を撮像する工程を含むことを特徴とする、請求項１６に記載の立体観察法。
【請求項１８】
前記第１の電子線の前記試料面の前記所定部分に対する照射時期と、前記第２の電子線の前記試料面の前記所定部分に対する照射時期とを、前記撮像素子の操作信号と同期させる工程を含むことを特徴とする、請求項１７に記載の立体観察法。
【請求項１９】
前記偏向装置は、一対のフィラメントと、この一対のフィラメントの外方に設けられた一対のアース電極とからなる電子線台形プリズムを含み、前記フィラメントに印加する電圧の極性を切り替えることにより、前記電子線の偏向方向を変化させ、前記第１の電子線及び前記第２の電子線を形成することを特徴とする、請求項１４に記載の立体観察法。
【請求項２０】
前記第１の角度は、前記試料面の法線方向から右側に１度〜５度に設定するとともに、前記第２の角度は、前記試料面の前記法線方向から左側に１度〜５度に設定することを特徴とする、請求項１９に記載の立体観察法。
【請求項２１】
前記電子線照射源及び前記電子線台形プリズムの前方において結像装置を設け、前記第１の電子線による前記第１の像、及び前記電子線照射源から発せられた第３の電子線により、前記試料面を介することなく得た第３の像を重ね合わせた第１の電子線ホログラムと、前記第２の電子線による前記第２の像、及び前記第３の像を重ね合わせた第２の電子線ホログラムとを形成する工程を具えることを特徴とする、請求項１９又は２０に記載の立体観察法。
【請求項２２】
前記結像装置の前方において撮像素子を設け、前記電子線ホログラムを撮像する工程を含むことを特徴とする、請求項２１に記載の立体観察法。
【請求項２３】
前記第１の電子線の前記試料面の前記所定部分に対する照射時期と、前記第２の電子線の前記試料面の前記所定部分に対する照射時期とを、前記撮像素子の操作信号と同期させる工程を含むことを特徴とする、請求項２４に記載の立体観察法。
【請求項２４】
前記第１の電子線ホログラムと、前記第２の電子線ホログラムとを分離再生回路において分離再生した後、前記３次元表示装置によって立体的に表示することを特徴とする、請求項２１〜２３のいずれか一に記載の立体観察法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、透過型電子顕微鏡及び立体観察法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、透過型電子顕微鏡を用いた立体観察法としては、ＣＴ法及びステレオ法が広く使用されている。ＣＴ法は、一つの試料を０度から１８０度回転させるとともに、前記角度範囲内において試料の所定部分の投影画像を多数枚撮影し、得られた画像を計算機処理することによって前記所定部分の３次元構造を得、立体観察を可能ならしめるものである。ステレオ投影法は試料を回転させ、前記試料の傾きが視差角だけ異なる２枚の像を撮影し、現像及び焼き付けした後にステレオビュアーなどを用いることにより立体観察するものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記ＣＴ法においては計算機処理に時間を要し、前記試料の変化を実時間で観察することができないという問題があった。また、前記ステレオ投影法においては前記試料の回転という操作に加えて、現像及び焼き付けという操作が加わり、これら一連の操作には数十分を要することから、この場合においても前記試料の変化を実時間で観察することができないという問題があった。
【０００４】
本発明は、試料の変化を実時間で観察できる透過型電子顕微鏡及びこの顕微鏡を用いた立体観察法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成すべく、本発明は、
電子線照射源と、
前記電子線照射源の前方に設けられ、前記電子線照射源から発せられた電子線を偏向して得た第１の電子線を、試料面の所定部分に対して第１の角度で照射するとともに、前記電子線照射源から発せられた前記電子線を偏向して得た第２の電子線を、前記試料面の前記所定部分に対して前記第１の角度と異なる第２の角度で照射させるための偏向装置と、
前記第１の電子線による第１の像及び前記第２の電子線による第２の像を結合させ、前記試料面の前記所定部位の像を立体的に表示する３次元表示装置と、
を具えることを特徴とする、透過型電子顕微鏡に関する。
【０００６】
また、本発明は、
電子線照射源から電子線を発射する工程と、
前記電子線照射源の前方に設けた偏向装置によって前記電子線を偏向して得た第１の電子線を、試料面の所定部分に対して第１の角度で照射するとともに、前記偏向装置によって前記電子線を偏向して得た第２の電子線を、前記試料面の前記所定部分に対して前記第１の角度と異なる第２の角度で照射する工程と、
３次元表示装置によって、前記第１の電子線によって得られた第１の像及び前記第２の電子線によって得られた第２の像を結合させ、前記試料面の前記所定部位の像を立体的に表示する工程と、
を含むことを特徴とする、立体観察法に関する。
【０００７】
本発明者らは上記目的を達成すべく鋭意検討を実施した。その結果、所定の電子線照射源より発せられた電子線を偏向させて２種類の電子線を形成し、それぞれ異なる角度で試料面の同一部分に入射させることにより、前記２種類の電子線に対応させた２種類の像を得、これらを結合することによって、前記試料面の前記部分を３次元的に観察できることを見出したものである。すなわち、前記試料面の前記部分に対して、前記２種類の電子線を異なる角度で照射するようにしているので、前記２種類の像は、前記角度に対応した視差角だけ異なる２種類の像に相当する。したがって、これらの像を結合して、所定の３次元画像表示装置上に表示するようにすれば、前記部分の立体表示が可能となり、立体観察が可能となるものである。
【０００８】
また、本発明によれば、上述したＣＴ法などのような複雑な計算機処理を必要とせず、さらにステレオ投影法などのように現像及び焼き付けなどの操作を必要としないので、前記試料面の観察に要するタクトタイムは前記第１の電子線及び前記第２の電子線の、前記試料面に対する照射時期のずれ（時間間隔）に依存する。しかしながら、前記照射時間のずれは限りなく小さくすることができ、所定の外部信号などと同期させることにより、１００分の１秒オーダ程度まで簡易に低減することができる。したがって、前記試料面の観察を実時間で実行することができるようになる。
【０００９】
なお、本発明の好ましい態様においては、前記偏向装置は偏向板を含み、前記偏向板に印加する電圧の極性を切り替えることにより、前記電子線の偏向方向を変化させ、前記第１の電子線及び前記第２の電子線を形成する。これによって、前記試料面の同一部分に対して異なる角度で照射すべき、前記第１の電子線及び前記第２の電子線を簡易に形成することができる。したがって、前記試料面の立体観察を簡易に行なうことができるようになる。
【００１０】
また、本発明の他の好ましい態様においては、前記偏向装置は、一対のフィラメントと、この一対のフィラメントの外方に設けられた一対のアース電極とからなる電子線台形プリズムを含み、前記フィラメントに印加する電圧の極性を切り替えることにより、前記電子線の偏向方向を変化させ、前記第１の電子線及び前記第２の電子線を形成する。これによって、前記試料面の同一部分に対して異なる角度で照射すべき、前記第１の電子線及び前記第２の電子線を簡易に形成することができる。したがって、前記試料面の立体観察を簡易に行なうことができるようになる。
【００１１】
さらに、前記電子線照射源及び前記電子線台形プリズムの前方において結像装置を設けることにより、前記第１の電子線による前記第１の像、及び前記電子線照射源から発せられた第３の電子線により、前記試料面を介することなく得た第３の像を重ね合わせた第１の電子線ホログラムと、前記第２の電子線による前記第２の像、及び前記第３の像を重ね合わせた第２の電子線ホログラムとを形成することができる。したがって、前記電子線ホログラムから分離して得た前記第１の像及び前記第２の像の再生像を３次元画像表示装置上に表示することにより、前記部分の立体表示を簡易に実現することができ、前記試料面の立体観察を簡易に行なうことができるようになる。
【００１２】
なお、「電子線台形プリズム」とは、一対のフィラメント及びこの一対のフィラメントの外方に設けられた一対のアース電極間の電位分布が台形状となるために、便宜上呼称しているものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を発明の実施の形態に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明の透過型電子顕微鏡における一態様の構成を概略的に示す図である。図１に示す透過型電子顕微鏡１０は、電子線照射源１、並びにこの電子線照射源１の前方に順次に設けられた偏向板２、照射レンズ３、結像レンズ４及び撮像素子６を具えている。撮像素子６はステレオ表示モニタ８に接続されている。また、観察すべき試料Ｓは照射レンズ３及び結像レンズ４間に配置されている。
【００１４】
電子線照射源１から発せられた電子線は、偏向板２を通過する際に偏向板２に印加された電圧によって左方向に偏向され、その結果第１の電子線Ｅ１が形成される。第１の電子線Ｅ１は試料Ｓの所定部分に角度θ１で照射される。次いで、偏向板２に印加する電圧の極性を切り替えることにより、電子線照射源１から発せられた前記電子線は右方向に偏向され、その結果第２の電子線Ｅ２が形成される。
【００１５】
第１の電子線Ｅ１及び第２の電子線Ｅ２は試料Ｓを透過し、第１の電子線Ｅ１による試料Ｓの第１の像及び第２の電子線Ｅ２による試料Ｓの第２の像は、それぞれ結像レンズ４を通過して、撮像素子６で撮像される。次いで、前記第１の像及び前記第２の像に相当する電気信号がステレオ表示モニタ８に送信される。モニタ８においては、前記第１の像及び前記第２の像を結合し、試料Ｓの前記所定部分の画像が立体的に表示され、結果として前記所定部分の立体観察を行なうことができる。
【００１６】
図１に示す透過型電子顕微鏡において、前記試料面の観察に要するタクトタイムは前記第１の電子線及び前記第２の電子線の、前記試料面に対する照射時期のずれ（時間間隔）に依存する。そして、この時間間隔は、偏向板２に対する印加電圧の極性の切り替え時間に相当する。したがって、前記電圧極性の切り替えを所定の外部信号などと同期させて行なうことにより、前記時間間隔を極めて短く、例えば１００分の１秒オーダ程度まで簡易に低減することができる。したがって、試料Ｓの前記所定部分の立体観察を実時間で行なうことができる。
【００１７】
なお、前記電圧極性の切り替えは、撮像素子６に対する操作信号と同期させることができる。この場合、第１の電子線Ｅ１による前記第１の像及び第２の電子線Ｅ２による前記第２の像を、それぞれ撮像素子６のフレーム毎に簡易に取り込むことができるようになる。したがって、同一フレーム中に前記第１の像及び前記第２の像が同時に取り込まれたり、前記第１の像及び前記第２の像を取り込まないフレームの出現を回避することができるため、立体観察をより正確に行なうことができるようになる。
【００１８】
また、試料Ｓに対する第１の電子線Ｅ１の照射角度θ１は、試料Ｓの前記所定部分に立てた法線から１度〜５度の範囲に設定することが好ましい。また、試料Ｓに対する第２の電子線Ｅ２の照射角度θ２は、前記法線から１度〜５度の範囲に設定することが好ましい。これによって、試料Ｓの前記所定部分の立体画像を制度良く得ることができ、立体観察を高精度に行なうことができるようになる。
【００１９】
図２は、図１に示す透過型電子顕微鏡の変形例を示す構成図である。図１に示す透過型電子顕微鏡１０においては、偏向板２と試料Ｓとの間に照射レンズ３を配置しているが、図２に示す透過型電子顕微鏡１０−１においては、電子線照射源１と偏向板２との間に照射レンズ３を配置している。
【００２０】
図１及び図２から明らかなように、照射レンズ３を偏向板２と試料Ｓとの間に配置した場合においては、単一の偏向板２を準備するのみで電子線照射源１からの電子線を偏向することができるが、照射レンズ３を電子線照射源１と偏向板２との間に設けた場合においては、２組の偏向板２−１及び２−２を準備して電子線照射源１からの電子線を偏向する。システムの構成を簡易化するという観点からは、図１に示すような構成のものが好ましい。
【００２１】
図３は、本発明の透過型電子顕微鏡における他の態様の構成を概略的に示す図である。図３に示す透過型電子顕微鏡２０は、電子線照射源１１、並びにこの電子線照射源１１の前方に順次に設けられた電子線台形プリズム１２、照射レンズ１３、結像レンズ１４、電子線バイプリズム１５及び撮像素子１６を具えている。撮像素子１６は分離再生回路１７を介してステレオ表示モニタ１８に接続されている。また、観察すべき試料Ｓは照射レンズ１３及び結像レンズ１４間に配置されている。なお、結像レンズ１４及び電子線バイプリズム１５は、結像レンズ系を構成する。
【００２２】
図４は、電子線台形プリズムの構成を示す概略図である。図４に示すように、電子線台形プリズム１２は、一対のフィラメント１２２と、このフィラメント１２２と外方に設けられた一対のアース電極１２３とを具えている。この場合、フィラメント１２２及びアース電極１２３間の電位分布は台形状となる。したがって、電子線台形プリズム１２を用いた場合、一対のフィラメント１２２間の領域Ａを通過する電子線は偏向されず、フィラメント１２２及びアース電極１２３間を通過する電子線のみ、それらの間に発生する電場によって偏向される。
【００２３】
電子線照射源１１から発せられた電子線は、電子線台形プリズム１２の領域Ｂを通過する際に、フィラメント１２２及びアース電極１２３間に発生する電場によって左方向に偏向され、その結果第１の電子線Ｅ１が形成される。第１の電子線Ｅ１は試料Ｓの所定部分に角度θ１で照射される。次いで、フィラメント１２２及びアース電極１２３間に印加する電圧の極性を切り替えることにより、電子線照射源１から発せられた前記電子線は、電子線台形プリズム１２の領域Ｂを通過する際に右方向に偏向され、その結果第２の電子線Ｅ２が形成される。
【００２４】
第１の電子線Ｅ１及び第２の電子線Ｅ２は試料Ｓを透過し、第１の電子線Ｅ１による試料Ｓの第１の像及び第２の電子線Ｅ２による試料Ｓの第２の像は、それぞれ結像レンズ１４を通過して、電子線バイプリズム１５に至る。一方、電子線照射源１１から発せされた第３の電子線Ｅ３は試料Ｓを介さずに進行し、結像レンズ１４を経て電子線バイプリズム１５に至る。次いで、物体波としての前記第１の像及び前記第２の像、並びに参照波としての第３の電子線Ｅ３は、電子線バイプリズム１５でそれぞれ重ね合わされ、電子線ホログラムＨを形成する。
【００２５】
次いで、電子線ホログラムＨは撮像素子１６で撮像され、分離再生回路１７で分離された後、前記第１の像及び前記第２の像がステレオ表示モニタ１８に取り込まれる。その結果、試料Ｓの前記所定部分の画像が立体的に表示され、前記所定部分の立体観察を行なうことができる。
【００２６】
図３に示す透過型電子顕微鏡においても、前記試料面の観察に要するタクトタイムは前記第１の電子線及び前記第２の電子線の、前記試料面に対する照射時期のずれ（時間間隔）に依存する。そして、この時間間隔は、電子線台形プリズム１２のフィラメント１２２及びアース電極１２３間に印加する電圧の極性の切り替え時間に相当する。したがって、前記電圧極性の切り替えを所定の外部信号などと同期させて行なうことにより、前記時間間隔を極めて短く、例えば１００分の１秒オーダ程度まで簡易に低減することができる。したがって、試料Ｓの前記所定部分の立体観察を実時間で行なうことができる。
【００２７】
なお、この場合においても、前記電圧極性の切り替えは、撮像素子１６に対する操作信号と同期させることができ、上述した作用効果を得ることができる。
【００２８】
但し、図３に示す透過型電子顕微鏡においては、前記第１の電子線及び前記第２の電子線の切り替えを外部信号と同期させなくても電子線ホログラムＨを得ることができる。したがって、前述した同期操作を実行しなくても、試料Ｓの所定部分の立体観察を行なうことができる。
【００２９】
また、試料Ｓに対する第１の電子線Ｅ１の照射角度θ１は、試料Ｓの前記所定部分に立てた法線から１度〜５度の範囲に設定することが好ましい。また、試料Ｓに対する第２の電子線Ｅ２の照射角度θ２は、前記法線から１度〜５度の範囲に設定することが好ましい。これによって、試料Ｓの前記所定部分の立体画像を精度良く得ることができ、立体観察を高精度に行なうことができるようになる。
【００３０】
以上、具体例を挙げながら発明の実施の形態に基づいて本発明を詳細に説明してきたが、本発明は上記内容に限定されるものではなく、本発明の範疇を逸脱しない限りにおいてあらゆる変形や変更が可能である。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、試料の変化を実時間で観察できる透過型電子顕微鏡及びこの顕微鏡を用いた立体観察法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の透過型電子顕微鏡における一態様の構成を概略的に示す図である。
【図２】図１に示す透過型電子顕微鏡の変形例を示す構成図である。
【図３】本発明の透過型電子顕微鏡における他の態様の構成を概略的に示す図である。
【図４】電子線台形プリズムの構成を示す概略図である。
【符号の説明】
１、１１  電子線照射源
２、２−１、２−２  偏向板
３、１３  照射レンズ
４、１４  結像レンズ
６、１６  撮像素子
８、１０  ステレオ表示モニタ
１０、１０−１、２０  透過型電子顕微鏡
１２  電子線台形プリズム
１５  電子線バイプリズム
１７  分離再生回路
Ｅ１  第１の電子線
Ｅ２  第２の電子線
Ｅ３  第３の電子線
Ｓ  試料
Ｈ  ホログラム
【図１】
2004171922.tif 000003
【図２】
2004171922.tif 000004
【図３】
2004171922.tif 000005
【図４】
2004171922.tif 000006