(57)【要約】【課題】  本発明は走査透過型電子顕微鏡に関し、特定原子からのみの散乱電子線で暗視野像を得ることができると同時に、明視野観察時に絞りの機械的なずれを生じることなく安定な暗視野像を得ることができる走査透過型電子顕微鏡を提供することを目的としている。【解決手段】  試料６を２次元的に走査するために上下２段設けられた連動式の走査コイル３，４と、該走査コイル３，４に面走査信号を与える第１のスキャンジェネレータ１８と、前記走査コイル３，４に円錐状の走査信号を与える第２のスキャンジェネレータ２５とを具備し、前記第２のスキャンジェネレータ２５は、ＳＩＮ波、及びＣＯＳ波を出力し、前記第１のスキャンジェネレータ１８で駆動される走査コイル３，４に前記第２のスキャンジェネレータ２５からのＳＩＮ波及びＣＯＳ波を重畳するように構成する。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料を走査し、試料を透過した画像を検出器で検出して表示部に表示するようにした走査透過型電子顕微鏡において、
試料を２次元的に走査するために上下２段設けられた連動式の走査コイルと、
該走査コイルに走査信号を与える第１のスキャンジェネレータと、
前記走査コイルに円錐状の走査信号を与える第２のスキャンジェネレータと、
を具備し、
前記第２のスキャンジェネレータは、ＳＩＮ波、及びＣＯＳ波を出力し、前記第１のスキャンジェネレータで駆動される走査コイルに前記第２のスキャンジェネレータからのＳＩＮ波及びＣＯＳ波を重畳することを特徴とする走査透過型電子顕微鏡。
【請求項２】
前記第１及び第２のスキャンジェネレータに、上下２段の走査コイルによるクロスオーバと節が一致するための面走査用上下連動比可変回路と、円錐走査用上下連動比可変回路を設けたことを特徴とする請求項１記載の走査透過型電子顕微鏡。
【請求項３】
前記試料の走査の結果、試料からの信号を中間レンズ及び投影レンズを通過させた後、暗視野検出器で検出し、検出した暗視野像をディジタルデータに変換すると共に、フレームメモリに蓄積し、該フレームメモリに蓄積された暗視野像をモニタ上に表示することを特徴とする請求項２記載の走査透過型電子顕微鏡。
【請求項４】
前記上下連動比可変回路は、対物レンズ上方のクロスオーバ点と走査の節が一致するように動作されることを特徴とする請求項２記載の走査透過型電子顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、走査透過型電子顕微鏡に関する。
【背景技術】
【０００２】
図６は一般的な走査電子顕微鏡の構成例を示す図である。電子銃１から出射した電子ビームは、集束レンズ２により集束された後、第１走査コイル３及び第２走査コイル４により偏向を受ける。走査コイル３，４の走査波形は、スキャンジェネレータ１８により作成される。これら第１及び第２の走査コイル３，４を通過した電子ビームは対物レンズ５により試料６上に結像する。この時、試料６を透過した電子ビームの一部はそのまま透過するが、一部は試料の結晶によって回折あるいは散乱する。
【０００３】
試料の後方焦点面８には回折パターンが作られる。この回折パターンは、第１中間レンズ９，第２中間レンズ１０，第３中間レンズ１１を通過した後、投影レンズ１２により暗視野検出器１４に入る。該暗視野検出器１４には、円環状蛍光面１３が設けられている。そして、暗視野検出器１４の円環状蛍光面１３で結像された試料画像は検出器制御回路１５に入る。該検出器制御回路１５はアンプ１５ａとＡ／Ｄ変換器１５ｂより構成されている。
【０００４】
暗視野検出器１４から出力された像信号はアンプ１５ａで増幅された後、続くＡ／Ｄ変換器１５ｂによりディジタルデータに変換される。ディジタルデータに変換された画像信号は、フレームメモリ１７のプローブ位置に対応した領域に蓄積される。画像データを形成するデータは、ＣＰＵ２０によりフレームメモリ１７から読み取られ、モニタ２１上に表示される。２２はバスであり、面走査用スキャンジェネレータ１８、フレームメモリ１７、モニタ２１、ＣＰＵ２０、ＴＥＭ操作盤１６及び検出器制御回路１５が接続されている。
【０００５】
図７は通常の走査像を得る方法（面走査方法）の説明図である。図６と同一のものは、同一の符号を付して示す。対物レンズ５の前方焦点面を節として、電子ビームを第１走査コイル３及び第２走査コイル４で水平及び垂直方向に偏向することで、試料６面上で面走査する。第１走査コイル駆動アンプ３２は第１走査コイル３を駆動し、第２走査コイル駆動アンプ３３は第２走査コイル４を駆動する。ここで、上下連動比可変回路３４は、前方焦点面に節Ｋが一致するように調整する。
【０００６】
図８は暗視野検出器の蛍光板面上の電子線パターン（ＣＢＤパターン）を示す図である。図において、Ａはダイレクトビーム、Ｂは回折波、Ｃは高角散乱電子、Ｄは高角散乱電子の散乱角度である。いわゆる高角環状散乱暗視野像（ＨＡＡＤＦ）を得るために、回折波の外側の高角散乱された電子線Ｃを取り込むことになるため、円環状の蛍光板を用いて、図９のように検出面が円環状の検出器で散乱波を取り込むことになる。図のＥが円環状蛍光板で取り込む範囲を示している。
【０００７】
一般的に、円環状蛍光板の内・外径は固定されているため、観察対象によって、パターンの大きさを結像レンズによって調整する必要がある。即ち、結像系のカメラ長を可変する必要がある。ここで、カメラ長とは、対物レンズから結像面までの距離をいう。
【０００８】
この種の従来の装置としては、試料に電子ビームを傾斜させて照射すると共に、試料に対する電子ビームの照射方向を回転させて像を回転させて観察することにより、立体感のある像観察を行なう装置が知られている（例えば特許文献１参照）。また、ＳＥＭ／ＳＴＥＭ画像とＴＥＭ画像を表示する場合において、視野探しに要する時間を短縮することができる装置が知られている（例えば特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２０００−８２４３５号公報（第３頁、第４頁、図２）
【特許文献２】特開２００２−３４３２９４号公報（第４頁、第５頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
１．暗視野検出器１４の蛍光板面は、１０〜２０ｍｍφ程度であり、円環の内径はたかだか数ｍｍφ以下である。従って、通常ＴＥＭ（透過電子顕微鏡）で使用するよりもかなり短いカメラ長で結像しなくてはならないが、一般に電子顕微鏡では、非常に短いカメラ長を結像することは困難である。
【００１０】
２．円環状蛍光板の内・外径は固定されているため、観察対象に応じて回折波が全て円環の穴に入り込むようにカメラ長を調整することになる。しかしながら、画像の取り込み範囲は円環の外径で決まるため、任意の値に制限することができず、特定原子からのみの散乱電子像を取り込むことは困難である。
【００１１】
３．明視野像観察時に対物絞りを挿入していた場合には、暗視野観察の前に絞りを引き抜かなくてはならない。そして、明視野観察時には、再度絞りを挿入しなくてはならない。この結果、絞りを出し入れすることで機械的なズレが少なからず生じてしまい、これを調整することを怠った場合、明視野の画像品質に影響するという問題がある。
【００１２】
４．暗視野像観察と明視野像観察とでは、適切なカメラ長が異なる場合がある。ここで、明視野像とは、試料を透過した明暗の画像をいい、暗視野像とは、回折像、散乱電子像をいう。その場合、明視野と暗視野の切り替え時に、カメラ長を調整しなければならないが、これにより、レンズのヒステリシスの影響により、像検出面上でのパターンの位置やフォーカスがずれてしまう場合がある。また、万一回折波が入り込んだ場合、暗視野像の信憑性が損なわれてしまうという問題がある。
【００１３】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであって、特定原子からのみの散乱電子線で暗視野像を得ることができると同時に、明視野観察時に絞りの機械的なずれを生じることなく安定な暗視野像を得ることができる走査透過型電子顕微鏡を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
請求項１記載の発明は、試料を走査し、試料を透過した画像を検出器で検出して表示部に表示するようにした走査透過型電子顕微鏡において、試料を２次元的に走査するために上下２段設けられた連動式の走査コイルと、該走査コイルに走査信号を与える第１のスキャンジェネレータと、前記走査コイルに円錐状の走査信号を与える第２のスキャンジェネレータとを具備し、前記第２のスキャンジェネレータは、ＳＩＮ波、及びＣＯＳ波を出力し、前記第１のスキャンジェネレータで駆動される走査コイルに前記第２のスキャンジェネレータからのＳＩＮ波及びＣＯＳ波を重畳することを特徴とする。
【００１５】
請求項２記載の発明は、前記第１及び第２のスキャンジェネレータに、上下２段の走査コイルによるクロスオーバ及び節が一致するための面走査用上下連動比可変回路と、円錐走査用上下連動比可変回路を設けたことを特徴とする。
【００１６】
請求項３記載の発明は、前記試料の走査の結果、試料からの信号を中間レンズ及び投影レンズを通過させた後、暗視野検出器で検出し、検出した暗視野像をディジタルデータに変換すると共に、フレームメモリに蓄積し、該フレームメモリに蓄積された暗視野像をモニタ上に表示することを特徴とする。
【００１７】
請求項４記載の発明は、前記上下連動比可変回路は、対物レンズ上方のクロスオーバ点と走査の節が一致するように動作されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
請求項１記載の発明によれば、試料上を走査する時に、通常の走査に加えて円錐走査を行なうことにより、特定原子からのみの散乱電子線で暗視野像を得ることができると同時に、明視野観察時に絞りの機械的なずれを生じることなく安定な暗視野像を得ることができる走査透過型電子顕微鏡を提供することができる。
【００１９】
請求項２記載の発明によれば、面走査用上下連動比可変回路と、円錐走査用上下連動比可変回路とを設けることにより、それぞれの走査において、対物レンズ上方のクロスオーバ点と走査の節を一致させることができ、品質のよい画像を得ることができる。
【００２０】
請求項３記載の発明によれば、モニタ上に品質のよい画像を表示させることができる。
請求項４記載の発明によれば、品質のよい画像を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態例を詳細に説明する。
図１は本発明の一実施の形態例を示す構成図である。図６と同一のものは、同一の符号を付して示す。図６の従来装置に比較して相違する点は、円錐走査用の上下連動比可変回路と、円錐走査用のスキャンジェネレータを追加した点である。
【００２２】
図において、１は電子ビームを照射する電子銃、２は出射された電子ビームを集束する集束レンズ、３は集束された電子ビームに対して水平（Ｈ）、垂直（Ｖ）方向に走査する第１の走査コイル、４は同じく第１の走査コイルの下段に設けられた電子ビームを水平（Ｈ）、垂直（Ｖ）方向に走査する第２の走査コイルである。１５は電子レンズを試料上に照射するための対物レンズ、６は試料である。
【００２３】
１７は試料画像を記憶するフレームメモリである。該フレームメモリ１７には、暗視野検出器で検出した試料像が記憶されている。１８は該フレームメモリ１７と接続され、面走査用のスキャン信号を出力する面走査用スキャンジェネレータ、２５はフレームメモリ１７と接続され、円錐走査用のスキャン信号を出力する円錐走査用スキャンジェネレータである。２６は円錐走査用スキャンジェネレータ２５の出力を受ける円錐走査用上下連動比可変回路、２７は面走査用スキャンジェネレータ１８の出力を受ける面走査用上下連動比可変回路である。
【００２４】
２８は第１の走査コイル３を駆動する走査コイル駆動アンプ、２９は第２の走査コイル４を駆動する走査コイル駆動アンプである。前記走査コイル駆動アンプ２８には、円錐委走査用スキャンジェネレータ２５の出力に加えて面走査用上下連動比可変回路２７の出力が入力されている。前記走査コイル駆動アンプ２９には、面走査用スキャンジェネレータ１８の出力に加えて円錐走査用上下連動比可変回路２６の出力が入力されている。ここで、それぞれの走査コイル３，４において、ＳＩＮ波は水平同期信号に重畳され、ＣＯＳ波は垂直同期信号に重畳される。なお、図１では、レンズによる結像の様子は省き、走査コイルによるビーム中心の偏向の様子（水平方向の断面）だけを示している。このように構成された装置の動作を説明すれば、以下の通りである。
【００２５】
電子銃１から出射された電子は、集束レンズ２で集束された後、第１の走査コイル３及び第２の走査コイル４で偏向を受ける。偏向を受けた電子ビームは、対物レンズ５で絞られ試料６上に結像する。
【００２６】
この場合において、第１の走査コイル３には走査コイル駆動アンプ２８からの駆動信号が入っている。該走査コイル駆動アンプ２８には、円錐走査用スキャンジェネレータ２５の出力と面走査用上下連動比可変回路２７の出力も入っている。一方、第２の走査コイル４には走査コイル駆動アンプ２９からの駆動信号が入っている。該走査コイル駆動アンプ２９には、面走査用スキャンジェネレータ１８の出力と円錐走査用上下連動比可変回路２６の出力も入っている。
【００２７】
円錐走査用スキャンジェネレータ２５からは、ＳＩＮ波形及びＣＯＳ波形の２種類が出力されている。これら信号は、アンプ類を介して最終的には、第１走査コイル３及び第２走査コイル４のそれぞれの、水平方向及び垂直方向走査コイルの電流に重畳される。この結果、電子ビームのプローブは、円錐状に走査しながら同時に２次元的に試料上を走査することになる。
【００２８】
図２は円錐状走査の説明図である。図１と同一のものは、同一の符号を付して示す。図２は、試料面上にプローブを固定した状態でビームを円錐状に走査する、いわゆるビームロッキングの様子を示している。走査コイル駆動アンプ２８には、円錐走査信号が入り、走査コイル駆動アンプ２９には、上下連動比可変回路２６を介して円錐走査信号が入っている。円錐走査信号のうち、水平同期信号としては、ＳＩＮ波形が用いられ、垂直同期信号としては、ＣＯＳ波形が用いられる。
【００２９】
図２では、対物レンズ５の上方のクロスオーバ点Ｑを節として、水平及び垂直コイルの電流をＳＩＮ及びＣＯＳ波で同時に走査している。この場合において、上下連動比可変回路２６は、対物レンズ５の上方のクロスオーバ点と走査の節が一致するように調整する。つまり、この方法では、第１走査コイル３に対するＳＩＮ波とＣＯＳ波を、第２の走査コイル４に対するＳＩＮ波とＣＯＳ波との比率を一定に保ちながら走査させることで、クロスオーバ点と走査の節とをＱ点で一致させている。このように調整することで、品質のよい画像を得ることができる。
【００３０】
円錐状走査は、具体的には、プローブの照射点を同一点に維持しておきながら、この点を中心として円錐状にプローブを振るような走査をいう。ある点で円錐走査が終了したら、今度はプローブの位置をずらして円錐走査を行なう。このような走査を繰り返す。図３は円錐走査の説明図である。図において、Ｇは試料上の任意の点である。この点を中心にして、電子ビームｅｂは図の矢印方向（又はその反対方向）に１回転する。１回転したら、今度はＧ点を１つだけずらし、同じような回転を行なう。以下、同様である。図のθはビームの傾斜角である。このような円錐状走査は、通常の走査に比較してより多くの情報を得るために行なわれる。
【００３１】
このような円錐状走査の振幅は、ビームの傾斜角に比例するため、振幅を調整してビームの傾斜角を取り込みたい散乱角度に合わせることが可能となる。例えば、図８の円環状高角散乱電子の散乱角度に調整すると、図４のように丁度高角散乱した電子が中心に集中するパターンが得られる。そこで、対物レンズ絞りを挿入し、図５に示すように中心のみを検出器に導入すれば、暗視野像が得られる。この状態で、円錐状走査を停止すれば、図８のパターンの中心が検出器に導入されることになり、明視野像も得られる。
【００３２】
本発明によれば、円錐状走査を行なうため、暗視野像観察の時においても、周囲の情報を取り込んで走査することになるため、対物絞りを引き抜く必要はなくなる。
このように、本発明によれば、試料上を走査する時に、通常の走査に加えて円錐走査を行なうことにより、特定原子からのみの散乱電子線で暗視野像を得ることができると同時に、明視野観察時に絞りの機械的なずれを生じることなく安定な暗視野像を得ることができる。
【００３３】
このようにして得られた暗視野像をディジタルデータに変換すると共に、フレームメモリに蓄積し、該フレームメモリに蓄積された暗視野像をモニタ上に表示することができる。
【００３４】
また、本発明によれば、前述したように、面走査用上下連動比可変回路と、円錐走査用上下連動比可変回路とを設けることにより、それぞれの走査において、対物レンズ上方のクロスオーバ点と走査の節とを一致させることができ、品質のよい画像を得ることができる。
【００３５】
以上、説明したように、本発明によれば、高角散乱電子の取り込み範囲を対物絞り径で制限できるため、特定原子からのみの散乱電子線で暗視野像を得ることができる。また、対物絞りを挿入したまま暗視野像観察が可能であるため、明視野観察時に絞りの機械的なずれがなく、明視野の像質が安定する。また、暗視野像観察と明視野像観察とでカメラ長を変更する必要がないため、レンズのヒステリシスの影響により検出面上でのパターンの位置やフォーカスずれがなく、暗視野像の像質が安定する。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明は、結晶構造の高分解能解析、材料の微小領域の組成分析の分野で利用される。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の一実施の形態例を示す構成図である。
【図２】円錐状走査の説明図である。
【図３】円錐走査の説明図である。
【図４】円錐走査時の電子線パターンを示す図である。
【図５】高角散乱電子線の取り込み法の説明図である。
【図６】一般的な走査電子顕微鏡の構成例を示す図である。
【図７】通常の走査像を得る方法の説明図である。
【図８】暗視野検出器の蛍光板面上の電子線パターン（ＣＢＤパターン）を示す図である。
【図９】高角環状散乱暗視野検出器による電子線の取り込み法の説明図である。
【符号の説明】
【００３８】
１    電子銃
２    集束レンズ
３    第１走査コイル
４    第２走査コイル
６    試料
１５  対物レンズ
１７  フレームメモリ
１８  面走査用スキンジェネレータ
２５  円錐走査用スキンジェネレータ
２６  円錐走査用上下連動比可変回路
２７  面走査用上下連動比可変回路
２８  走査コイル駆動アンプ
２９  走査コイル駆動アンプ
【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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