(57)【要約】【課題】本発明は透過電子顕微鏡の傾斜ステージ補正方法及び装置に関し、試料傾斜時における補正を正しく行なうことができる透過電子顕微鏡の傾斜ステージ補正方法及び装置を提供することを目的としている。【解決手段】像を電磁的に視野移動させる偏向器１５と、該偏向器１５の制御をコンピュータによって定量的に行なう制御手段２６と、ゴニオメータステージ２１の傾斜軸を機械的に調整する調整手段とを具備する透過電子顕微鏡の傾斜ステージであって、倍率を変更した場合の観察視野中心の相対的な偏移量を倍率毎に記憶する記憶手段２４と、倍率を変更した場合に、ある基準となる倍率の視野中心とのズレを前記偏移量の値を用いて電磁的に視野移動させて補正する補正手段２６と、該補正手段２６の基準となる倍率をゴニオメータステージ１１の傾斜軸の調整を行なった倍率に設定する設定手段とを有して構成される。【選択図】図１
2007128808.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
像を電磁的に視野移動させる偏向器と、該偏向器の制御をコンピュータによって定量的に行なう制御手段と、ゴニオメータステージの傾斜軸を機械的に調整する調整手段とを具備する透過電子顕微鏡の傾斜ステージの補正方法であって、
傾斜軸を傾斜させた時の視野中心のずれを機械的に調整し、
次に、ある傾斜角で試料台を傾斜させた状態で倍率ｍ０における傾斜軸調整を行ない、その時の電磁偏向器のＸ，Ｙ方向の値を求め、
次に、同じ傾斜角でステージを傾斜させた状態で、倍率ｍに設定し、当該倍率において像を視野中心に移動した時の電磁偏向器のＸ，Ｙ方向の値を求め、
次に、前記倍率ｍ０における電磁偏向器の値と倍率ｍにおける電磁偏向器の値との差分を記憶する操作を倍率の数だけ繰り返し、
実際の測定においては、前記差分に基づいて視野移動量を補正する、
ようにしたことを特徴とする電子顕微鏡の傾斜ステージ補正方法。
【請求項２】
像を電磁的に視野移動させる偏向器と、該偏向器の制御をコンピュータによって定量的に行なう制御手段と、ゴニオメータステージの傾斜軸を機械的に調整する調整手段とを具備する透過電子顕微鏡の傾斜ステージであって、
倍率を変更した場合の観察視野中心の相対的な偏移量を倍率毎に記憶する記憶手段と、
倍率を変更した場合に、ある基準となる倍率の視野中心とのズレを前記偏移量の値を用いて電磁的に視野移動させて補正する補正手段と、
該補正手段の基準となる倍率をゴニオメータステージの傾斜軸の調整を行なった倍率に設定する設定手段と、
を有することを特徴とする電子顕微鏡の傾斜ステージ補正装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電子顕微鏡の傾斜ステージ補正方法及び装置に関する。本発明は、ＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）トモグラフ等のように、ゴニオメータステージを傾斜させた場合に生じる像の逃げが大きな問題となるシステムを搭載した電子顕微鏡の分野に適用される。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＴＥＭを用いた電子線トモグラフ（以下単にＴＥＭ−ＣＴという）は、あらゆる分野において活用されてきている。ＴＥＭ−ＣＴは、ステージを傾斜させながら、連続的に傾斜像を取得し、画像処理によって３次元再構成を行ない、３次元像を得る手法である。この際、ステージは±６０゜以上傾斜させる必要がある。
【０００３】
ＴＥＭのサイドエンドゴニオメータステージは、一般にユーセントリックゴニオメータステージが搭載されている。ユーセントリックゴニオメータとは、試料ホルダの長手方向を傾斜軸として傾斜させても、観察中心が移動しない仕組みを持つゴニオメータステージである。
【０００４】
従来のこの種の装置として、電子銃からの電子線を試料上に集束させる集束レンズと、電子線照射によって試料を透過した電子線に基づき試料の拡大像を形成する拡大レンズ系と、前記拡大レンズ系によって形成された試料の拡大像を観察するための観察手段と、前記試料を透過した電子線を偏向させる偏向手段を備えた電子顕微鏡において、前記電子線が前記偏向手段によって偏向されている状態を保ったまま、前記拡大レンズ系のレンズ条件が変化するように前記拡大レンズ系を制御する制御手段を備え、試料像の拡大によって生じる試料像の逃げを防止するようにした装置が知られている（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００３−２５７３５３号公報（段落００１８〜００４６、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
透過型電子顕微鏡は、倍率の可変を６段以上の磁界レンズの励磁を可変することで実現している。この際、各磁界レンズの光軸は一致しておらず、倍率を可変した場合に、どうしても視野中心がずれてしまう。特に、結像モードが切り替わる倍率間において、この視野中心のずれが大きくなる。
【０００６】
そこで、複数の電磁偏向器を用いて、この視野中心のずれを最小にするような軸合わせが施されているが、全ての倍率で完全に像ずれを無くすことはできない。図３は視野中心の移動を示す図である。縦軸は視野Ｙ方向、横軸は視野Ｘ方向である。１は倍率ｍで視野中心にチルト軸調整を実施した像である。この状態から倍率を大きい方向に変えていくと、その視野中心は、図中に太い実線で示すように移動していく。通常の像観察であれば、ある程度視野中心がずれても、ステージによって視野を中心に移動させることで問題なく像観察ができる。
【０００７】
一方、ゴニオメータステージをチルト軸に傾斜させた場合に生じる視野中心のずれは、試料位置（Ｚ位置）がゴニオメータステージのチルトＸ軸と一致していないこと、及びチルトＸ軸が視野の中心と交差していないことに起因する。ユーセントリックゴニオメータステージには、両者を機械的に調整する機構を持っている。
【０００８】
図４はチルトＸ軸が視野中心からずれている場合の視野の動きの概念図である。図において、２は試料、５は視野中心、４はチルトＸ＝０゜の時の試料フォーカス位置Ｚである。この状態では、試料２は水平方向である。ＯはチルトＸ＝０゜における注目点である。ここで、試料ステージ２を傾斜させると、該試料２は、チルト傾斜軸３を中心にして回転する。図のθは傾斜角である。ここでは、θ＝６０゜であり、チルトＸ＝６０゜である。
【０００９】
この回転の結果、チルトＸ＝６０゜における注目点はＯからＯ’に変化する。この結果、観察視野は、図に示すようにＡからＢに移動する。このようなチルト傾斜軸の移動は、図に矢印Ｃで示すように視野中心に機械的に調整して一致させる機構が設けられている。図５はチルト軸が試料フォーカス位置からずれている場合の視野の動きの概念図である。図４と同一のものは、同一の符号を付して示す。
【００１０】
試料２の注目点Ｏが視野中心５にあるものとする。ここで、試料２を±６０゜回転すると、それぞれの場合の試料２の傾きはチルトＸ＝６０゜と−６０゜の場合に示すようなものとなる。注目点Ｏは、図に示すようにそれぞれＯ’，Ｏ″に示す位置に移動する。この結果、観察視野上の動きは、図に示すようにＡからＥ又はＦに移動する。なお、試料フォーカス位置を調整するために、矢印Ｄに示すように軸を機械的に移動させて調整する機構が設けられている。
【００１１】
しかしながら、倍率を変更した場合の視野中心が、このチルト傾斜軸の調整（ユーセントリック調整）を実施した倍率の視野中心とずれていると、チルトＸ軸が視野の中心から外れるために、結果的に傾斜と共に視野は傾斜軸に垂直な方向にずれてしまう（図４と同様）。例えば、倍率×１０Ｋの画像を見ながら傾斜軸調整した後、×２００Ｋに倍率を変更した場合、視野中心が試料面上換算で２μｍずれていたとすると、６０゜傾斜時には１μｍずれてしまう（図４参照）。これは、×２００Ｋの観察画面上では２０ｃｍに相当する。
【００１２】
最近のＴＥＭ−ＣＴは、専用のソフトウェアを用い、ゴニオメータステージの傾斜動作と画像の取り込みを自動化している。この際、機械的にチルト傾斜軸の調整が完了していたとしても、機械加工精度上、ずれを０．１μｍ以下に抑えることは不可能であるため、高倍率のＴＥＭ−ＣＴになると、傾斜角度が大きくなれば、どうしても視野中心は大きくずれてしまう。
【００１３】
そのため、ＴＥＭ−ＣＴのソフトウェア自身が、傾斜時の視野中心のずれを、電磁偏向器等を用いて補正する仕組みを有しているのが普通である。また、この際、試料のＺ位置も変化し、フォーカスがずれてしまうため、ＴＥＭ−ＣＴソフトウェアは、フォーカス値のずれを自動的に補正する機能も有している。
【００１４】
ところが、傾斜軸調整を行なった倍率と、ＴＥＭ−ＣＴで連続傾斜像を取り込む倍率とで視野中心がずれている場合、傾斜軸が視野中心から外れてしまう。この状態で、ＴＥＭ−ＣＴが視野中心をむりやり補正してしまうと、実際の傾斜軸の位置と見かけ上の傾斜軸の位置が食い違うため、３次元再構成の精度に影響を及ぼしてしまう。また、上記のような状態では、傾斜に伴ってＺ位置が大きく変化するため、フォーカス補正をしてしまうと、対物レンズ励磁の変化による像の回転が発生し、更に３次元再構成の精度が低下してしまう。特に、高分解能の再構成像を得ようとする場合、どうしても倍率を高くする必要があり、上記のような問題が顕著に現れるようになる。
【００１５】
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、試料傾斜時における補正を正しく行なうことができる透過電子顕微鏡の傾斜ステージ補正方法及び装置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】
【００１６】
（１）請求項１記載の発明は、像を電磁的に視野移動させる偏向器と、該偏向器の制御をコンピュータによって定量的に行なう制御手段と、ゴニオメータステージの傾斜軸を機械的に調整する調整手段とを具備する透過電子顕微鏡の傾斜ステージの補正方法であって、傾斜軸を傾斜させた時の視野中心のずれを機械的に調整し、次に、ある傾斜角で試料台を傾斜させた状態で倍率ｍ０における傾斜軸調整を行ない、その時の電磁偏向器のＸ，Ｙ方向の値を求め、次に、同じ傾斜角でステージを傾斜させた状態で、倍率ｍに設定し、当該倍率において像を視野中心に移動した時の電磁偏向器のＸ，Ｙ方向の値を求め、次に、前記倍率ｍ０における電磁偏向器の値と倍率ｍにおける電磁偏向器の値との差分を記憶する操作を倍率の数だけ繰り返し、実際の測定においては、前記差分に基づいて視野移動量を補正するようにしたことを特徴とする。
【００１７】
（２）請求項２記載の発明は、像を電磁的に視野移動させる偏向器と、該偏向器の制御をコンピュータによって定量的に行なう制御手段と、ゴニオメータステージの傾斜軸を機械的に調整する調整手段とを具備する透過電子顕微鏡の傾斜ステージであって、倍率を変更した場合の観察視野中心の相対的な偏移量を倍率毎に記憶する記憶手段と、倍率を変更した場合に、ある基準となる倍率の視野中心とのズレを前記偏移量の値を用いて電磁的に視野移動させて補正する補正手段と、該補正手段の基準となる倍率をゴニオメータステージの傾斜軸の調整を行なった倍率に設定する設定手段とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
（１）請求項１記載の発明によれば、ある傾斜角で試料台を傾斜させた状態で倍率ｍ０における傾斜軸調整を行ない、その時の電磁偏向器のＸ，Ｙ方向の値（座標値）を求め、次に、同じ傾斜角でステージを傾斜させた状態で、倍率ｍに設定し、当該倍率において像を視野中心に移動した時の電磁偏向器のＸ，Ｙ方向の値（座標値）を求め、次に、前記倍率ｍ０における電磁偏向器の値と倍率ｍにおける電磁偏向器の値との差分を記憶する操作を倍率の数だけ繰り返し、実際の像観察時には、前記記憶された補正データを用いて補正することで、試料傾斜時における補正を正しく行なうことができる。
【００１９】
（２）請求項２記載の発明によれば、倍率を変更した場合の観察視野中心の相対的な偏移量を倍率毎に記憶し、倍率を変更した場合に、ある基準となる倍率の視野中心とのズレを前記偏移量の値を用いて電磁的に視野移動させて補正することにより、試料傾斜時における補正を正しく行なうことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
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。図において、７は鏡筒である。１１はゴニオメータステージ、１２は該ゴニオメータステージ１１に取り付けられた試料ホルダ、１３は該試料ホルダ１２に装着された試料である。１４は試料１３の下方に配置され、試料１３の透過像を集束する対物レンズ、１５は対物レンズ１４の下方に配置され、試料１３の透過像を２次元Ｘ，Ｙ方向に電気的に移動させる電磁偏向器である。該電磁偏向器１５は、Ｘ，Ｙ方向に２組設けられており、電子線を２次元方向に偏向する。
【００２１】
１６は電子線を集束する第１中間レンズ、１７は第２中間レンズ、１８は第３中間レンズ、１９はこれら中間レンズを透過した像を投影する投影レンズである。２０は投影レンズ１９からの像を視覚化させる蛍光板である。２１はゴニオメータステージ１１を制御するゴニオメータステージ制御回路、２２は電磁偏向器１５を制御する電磁偏向器制御回路、２３は各レンズ群を制御するレンズ制御回路、２４は各種データ、特に後述する補正データを記憶するデータメモリである。
【００２２】
２５は装置本体を制御する本体操作パネル、２６は装置本体を制御する本体制御メインＣＰＵである。ゴニオメータステージ制御回路２１、電磁偏向器制御回路２２、レンズ制御回路２３、データメモリ２４、本体操作パネル及び本体制御メインＣＰＵ２６はそれぞれ共通バス２９に接続されている。２７は本体制御メインＣＰＵ２６と接続された操作パソコン（ＰＣ）、２８はパソコン操作画面である。蛍光板に照射される投影像は、図示しないテレビカメラで撮影され、パソコン操作画面２８に表示されるようになっている。
【００２３】
各レンズ１４，１６〜１９はレンズ制御回路２３によってレンズ電流を制御され、更にレンズ制御回路２３は本体制御メインＣＰＵ２６によって制御されている。装置の操作は、本体操作パネル２５や、操作用パソコン２７の操作画面２８によって行なう。操作用パソコン２７は、直接各制御回路を制御せずに、本体制御メインＣＰＵ２６を介して各制御回路の制御を行なう。
【００２４】
本体制御メインＣＰＵ２６と、操作用パソコン２７とはイーサネット（富士ゼロックス株式会社の登録商標）等の一般的なネットワーク通信で接続され、操作用パソコン２７から制御コマンドを本体制御メインＣＰＵ２６に送信することで、本体制御メインＣＰＵ２６が装置の各機能を制御する。データメモリ２４は、前述した本発明で用いる補正データを記憶する他、本体制御に必要な諸々の設定条件等が記憶され、必要に応じて呼び出され、更新される。図では、操作用パソコンが用いられているが、必ずしもパソコンである必要はなく、その他の制御装置を用いることができる。また、レンズ構成も図に示す５段に限るものではない。図の破線の矢印は、電磁偏向された場合の視野の動きを示している。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】
本発明では、データメモリ２４に、予め倍率毎の視野中心のずれを補正するための電磁偏向器１５の座標値Ｘ，Ｙを記憶させておく。具体的な方法としては、操作用パソコン２７の操作画面２８上に、補正値を記憶させるための対話形式の専用画面を設ける方法が考えられる。そして、ある倍率における観察像を視野中心まで移動した時の電磁偏向器１５の移動量ｘ，ｙをデータメモリ２４に記憶させる。ここで、補正値を記憶させる手順は、以下の通りである。
【００２６】
１）最高倍率における画像を操作画面２８に表示させる。そして、画像の特定の部分が視野中心になるように、電磁偏向器制御回路２２で電磁偏向器１５を動作させる。その時の電磁偏向器の座標値（移動量）ｘ１，ｙ１をデータメモリ２４に記憶させる。データメモリ２４には、倍率の値と前記移動量が記憶される。
【００２７】
２）次に、倍率を１ステップ下げた時、下げる前の視野の中心であった視野、即ち１）の像を本体操作パネル２５の操作つまみで像の特定部分が視野中心にくるように移動させる。この時の電磁偏向器のＸ，Ｙ軸方向の移動量は、本体制御メインＣＰＵ２６を介してデータメモリ２４に記憶される。
【００２８】
３）同様にして倍率を下げてゆき、全ての倍率で１）の画像の特定部分を視野中心に移動させ、その時の電磁偏向器１５の移動量を同様にしてデータメモリ２４に記憶させる。
４）データメモリ２４に記憶されている各倍率での電磁偏向器１５の移動量から、ゴニオメータの傾斜軸調整を行なった倍率の電磁偏向器１５の移動量を差し引き、相対的な補正量とする。
【００２９】
以下、この補正量の求め方について説明する。図２はある傾斜角における倍率を変更した場合の視野中心のずれ量の相対量の求め方の説明図である。先ず、倍率ｍ０でチルト軸調整を実施し、その時の電磁偏向器１５の移動量をｘ＝Ｘ０，ｙ＝Ｙ０とする。次に、倍率をｍに設定する。この結果、像は拡大され、その表示位置も図のＱに示すように視野中心からずれたものとなる。
【００３０】
ここで、本体操作パネル２５を操作して像Ｑの特定部分が視野の中心になるように操作する。この本体操作パネル２５からの制御信号は、電磁偏向器制御回路２２を介して電磁偏向器１５に与えられる。なお、図示されていないが、本体操作パネル２５側にも表示部があり、オペレータは、像を観察することができるようになっている。この試料像は、操作用パソコン２７から本体制御パネル２５に送信され、表示部に表示される。オペレータは、像Ｑの特定部分が視野中心まで移動した時（像Ｑ’）、操作を停止する。
【００３１】
本体制御メインＣＰＵ２６は、像がＱ’に移動した時の電磁偏向器１５の移動量ｘ＝Ｘ１，ｙ＝Ｙ１を求める。そして、前記値（ｘ，ｙ）＝（Ｘ０，Ｙ０）と今回の値（ｘ，ｙ）＝（Ｘ１，Ｙ１）は、操作用パソコン２７に送信される。操作用パソコン２７は、（Ｘ０，Ｙ０）と（Ｘ１，Ｙ１）との差分を演算する。演算結果は、次式で表わされる。
【００３２】
ｘ０＝Ｘ１−Ｘ０      （１）
ｙ０＝Ｙ１−Ｙ０      （２）
この特定の倍率ｍにおける相対的な補正量ｘ０，ｙ０は、倍率データと共に操作用パソコンからデータメモリ２４に記憶される。以下、同様にして、全ての角度における全ての倍率の補正量ｘ０，ｙ０を求めてデータメモリ２４に記憶させる。上述の例では、それぞれの倍率における視野移動をオペレータが本体操作パネル２５から行なう場合を例にとったが、本発明はこれに限るものではなく、オペレータの操作を介在させることなく、自動で行なうことができる。例えば、本体制御メインＣＰＵ２６が像の特定部分の位置を認識し、視野中心との相対的位置関係を把握し、該特定部分が視野中心方向に移動するように、電磁偏向器制御回路２２を制御する。特定部分が視野中心に一致したことを検出すると、電磁偏向器１５の動作を停止し、その時のｘ，ｙ各方向の電磁偏向器の移動量を求め、（１），（２）式により相対的な補正量ｘ０，ｙ０を求め、データメモリ２４に記憶させる。
【００３３】
以上が前処理動作である。実際の像を測定する場合、特定の傾斜角における倍率ｍ０の像の特定部分が視野中心にくるように電磁偏光器１５を動作させる。後は、それぞれの傾斜軸、倍率で予めデータメモリ２４に記憶されている、特定の傾斜角における補正データを読み出し、その視野中心補正のための電磁偏光器の値ｘ０，ｙ０を現在の電磁偏光器の値ｘ，ｙの値に重畳させる。この結果、表示されている像は、視野中心に移動する。
【００３４】
なお、ユーセントリック調整を倍率ｍ１で調整し直した場合、データメモリ２４に記憶されている各倍率の電磁偏光器の値（ｘ０，ｙ０）から、ゴニオメータの傾斜軸調整を行なった倍率ｍ１における電磁偏光器の値を差し引き、倍率ｍ１の視野中心に対する、新たな相対的な補正量とする。
【００３５】
このように、本発明によれば、倍率を変更した場合の観察視野中心の相対的な偏移量を倍率毎に記憶し、倍率を変更した場合に、ある基準となる倍率の視野中心とのズレを前記偏移量の値を用いて電磁的に視野移動させて補正することにより、試料傾斜時における補正を正しく行なうことができる。
【００３６】
上述の実施の形態例では、透過電子顕微鏡を例にあげたが、走査型電子顕微鏡であっても構わない。走査電子顕微鏡の場合も、倍率を変更した場合、視野中心がずれる現象が存在する。走査型電子顕微鏡の場合、視野を電磁的に移動するための機能としては、走査コイルのオフセット機能を用いる。その動作は全く同じである。
【００３７】
以上、説明したように、本発明によれば、倍率変更時の視野中心が傾斜軸調整時の視野中心と一致しているため、ゴニオメータを傾斜させた場合の像のずれが無くなり、３次元再構成等の精度が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の一実施の形態例を示す構成図である。
【図２】倍率を変更した場合の視野中心のずれ量の相対量の求め方の説明図である。
【図３】視野中心の移動を示す図である。
【図４】チルトＸ軸が視野中心からずれている場合の視野の動きの概念図である。
【図５】チルトＸ軸が試料フォーカス位置からずれている場合の視野の動きの概念図である。
【符号の説明】
【００３９】
７    鏡筒
１１  ゴニオメータステージ
１２  試料ホルダ
１３  試料
１４  対物レンズ
１５  電磁偏光器
１６  第１中間レンズ
１７  第２中間レンズ
１８  第３中間レンズ
１９  投影レンズ
２１  ゴニオメータステージ制御回路
２２  電磁偏光器制御回路
２３  レンズ制御回路
２４  データメモリ
２５  本体操作パネル
２６  本体制御メインＣＰＵ
２７  操作用パソコン
２８  パソコン操作画面
２９  共通バス
【図１】
2007128808.tif 000003
【図２】
2007128808.tif 000004
【図３】
2007128808.tif 000005
【図４】
2007128808.tif 000006
【図５】
2007128808.tif 000007