冷陰極電子銃の自動入射軸合わせ方法
【課題】本発明は冷陰極電子銃の自動入射軸合わせ方法に関し、電子ビームのアノード電極Ａ２に対する入射軸を自動で最適化することができる冷陰極電子銃の自動入射軸合わせ方法を提供することを目的としている。
【解決手段】集束レンズ群と、対物レンズ群と、中間レンズ群と、投影レンズ群と、１個以上の対物絞りを備え、電子銃の第１のアノード電極Ａ１及び第２のアノード電極Ａ２に電界を印加することによってエミッタから電子ビームを発生させる冷陰極電子銃を備え、該電子銃のアノード電極Ａ２に対する機械的位置を調整するためのモータを備えた透過型電子顕微鏡において、前記モータを駆動して電子銃を機械的に走査させ、環状のアノード電極Ａ２の開口に対する電子ビームの入射軸を調整し、アノード電極Ａ２の開口を通過する電流量が最大となる時の前記電子銃の最適な機械的位置を自動的に取得するように構成する。
【解決手段】集束レンズ群と、対物レンズ群と、中間レンズ群と、投影レンズ群と、１個以上の対物絞りを備え、電子銃の第１のアノード電極Ａ１及び第２のアノード電極Ａ２に電界を印加することによってエミッタから電子ビームを発生させる冷陰極電子銃を備え、該電子銃のアノード電極Ａ２に対する機械的位置を調整するためのモータを備えた透過型電子顕微鏡において、前記モータを駆動して電子銃を機械的に走査させ、環状のアノード電極Ａ２の開口に対する電子ビームの入射軸を調整し、アノード電極Ａ２の開口を通過する電流量が最大となる時の前記電子銃の最適な機械的位置を自動的に取得するように構成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は冷陰極電子銃の自動入射軸合わせ方法に関し、更に詳しくは電子ビームがアノード電極の中心を通るように自動入射軸合わせを行なうことができる冷陰極電子銃の自動入射軸合わせ方法に関する。冷陰極電子銃の軸合わせは、通常エミッタ交換後、電子銃焼き出し後、エミッタのビルドアップ後に行なうが、作業には熟練が必要である。冷陰極電子銃のエミッタのビルドアップを頻繁に行なう場合、その都度、電子ビームのアノード電極Ａ２に対する入射軸合わせが必要不可欠であるため、入射軸合わせの自動化が望まれている。
【背景技術】
【０００２】
図７は冷陰極電子銃を搭載した透過型電子顕微鏡の構成図である。ここで、冷陰極電子銃とは、第１のアノードＡ１と第２のアノードＡ２に印加される電界の作用によりエミッタから電子を引き出すようにした電子銃のことである。図において、１０は電子ビームを放射する冷陰極電子銃、２０は電子ビームを集束する集束レンズ、１は該集束レンズ２０の下部に配置されたサンプル（試料）、３０は試料の透過電子ビーム像を拡大する対物レンズ、４０は該対物レンズ３０を通過して電子ビームを集束させる中間レンズ、２は中間レンズ４０を通過した電子ビームを受けるΩ型エネルギーフィルタ、５０は該エネルギーフィルタ２を通過した電子ビームを受ける投影レンズである。
【０００３】
３は投影レンズ５０を通過した電子ビームを受けて画像化する蛍光板である。６１は透過電子ビームを電気信号に変換するＣＣＤ素子を具備するテレビカメラ、６２はＤＦＩディテクタ、６３はＢＦＩディテクタ、６４は透過電子ビームを電気信号に変換するＣＣＤ素子を具備するテレビカメラ、６５はテレビカメラ６１を駆動するドライバ、６６はＤＦＩディテクタ６２を駆動するドライバ、６７はＢＦＩディテクタ６３を駆動するドライバ、６８はテレビカメラ６４を駆動するドライバである。
【０００４】
冷陰極電子銃１０において、１１は電子を放出するエミッタ、Ａ１は第１のアノード電極、Ａ２は第２のアノード電極である。エミッタ１１，第１のアノード電極Ａ１とで電子銃１２を構成する。１３は電子ビーム、１４は該電子ビーム１３を加速する加速管、１５は該加速管１４の下部に配置される電子銃アライメントである。１６は電子ビーム１３が第２のアノード電極に照射された時のエミッションパターン１７を観察する観察窓である。１８は電子銃部分の機械的位置を調整するためのビスである。
【０００５】
集束レンズ２０において、ＣＬ１，ＣＬ２は集束用のレンズ、２１は集束絞りである。対物レンズ３０において、ＯＬは対物用のレンズ、３１は対物絞りである。中間レンズ４０において、４１は制限視野絞りである。４はΩ型エネルギーフィルタ２の上に配置された入射絞りである。５は該入射絞り４の下段に設けられたスリットである。
【０００６】
アノード電極Ａ１及びＡ２に印加された引き出し電圧により、エミッタ１１から放射された電子ビーム１３は、アノード電極Ａ１及びＡ２，加速管１４，電子銃アライメント１５を通り、透過型電子顕微鏡のカラムへ導入される。この時、エミッタ１１の先端より放射された電子ビーム１３は環状のアノード電極Ａ２の真ん中に設けられた開口を通過するが、エミッタ１１の先端以外から放射された電子ビーム１３は、アノード電極Ａ２に衝突し、その電流はエミッション電流として計測される。
【０００７】
冷陰極電子銃１２から放射された電子ビーム１３は、集束レンズ２０，集束絞り２１を通過した後に試料１へ照射される。試料を透過した透過電子ビーム１３’は、対物レンズ３０，対物絞り３１，制限視野絞り４１，中間レンズ４０，投影レンズ５０を通過した後に蛍光板３に投影され、試料１の拡大像が得られる。
【０００８】
冷陰極電子銃を透過型電子顕微鏡のカラムに搭載する前の準備として、冷陰極電子銃を焼き出し治具７０に搭載し、電子ビームのアノード電極Ａ２に対する入射軸合わせを行なう。従来の手法においては、図８に示すように、機械軸調整用ビス１８を用いて電子銃の水平位置を調整することで、電子ビーム１３のアノード電極Ａ２に対する入射軸合わせを行なう。
【０００９】
その後、加速電圧５０ｋＶを印加し、電子ビーム出しを行ない、焼き出し治具７０内部の蛍光板７１まで電子ビーム１３を投下させた後、電子銃アライメント１５を利用して蛍光板７１の中心に対する電子ビーム１３の入射軸合わせを行ない、電子ビーム１３が円形となるのを観察窓１６で確認する。電子ビーム１３のアノード電極Ａ２に対する入射軸合わせが十分であるか否かを判断するには、第１に冷陰極電子銃の側面の観察窓１６でエミッションパターン１７を観察し、エミッタ１１の先端から放射された電子ビーム１３がアノード電極Ａ２の真ん中の開口を通過しているかどうかを判断する。第２に電子銃アライメント１５の偏向量が最大偏向量の半分程度であることを確認する。
【００１０】
従来のこの種の装置としては、フィラメント１３が取り付けられた内枠１１をＸ方向にパルスモータ１７で駆動し、所定のパルス数毎にその時の電流値をメモリに記憶し、所定位置まで移動させた時の電流値の最大の位置を測定し、同様の動作をＹ方向にも繰り返し、その時の電流値の最大の位置を測定し、Ｘ，Ｙ方向の最大の位置を最適フィラメント位置とする装置が知られている（例えば特許文献１参照）。
【００１１】
また、電子線をアライメントがとれている確率が最大の位置である原点から周辺に向けて円形状或いは矩形状にベクトルスキャンし、ビーム電流が最大となる位置を見い出すようにした装置が知られている（例えば特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特許第２６５０５０８号公報（段落０００７〜００１２、図１〜図３）
【特許文献２】特開平８−４５４５４号公報（段落００１８〜００２４、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
電子ビームのアノード電極Ａ２に対する入射軸がずれている場合には、エミッタ先端より放出された輝度の高い電子ビームが環状のアノード電極Ａ２に捕らえられ、試料に到達する輝度の高い電子ビームの電流量が少なくなり、冷陰極電子銃の特徴が活かせなくなる。従って、電子ビームのアノード電極Ａ２に対する入射軸合わせが必要不可欠であるが、従来の冷陰極電子銃における、電子ビームのアノード電極Ａ２に対する入射軸合わせ方法においては、さまざまな欠点が存在する。
【００１４】
第１に、入射軸合わせの際、電子ビームを発生させない状態で電子銃の機械軸を調整するため、電子ビームのアノード電極Ａ２に対する入射軸が最適であるかどうかを同時に確認することができない。一度、加速電圧を印加して電子ビームを放射させてから入射軸の状態を確認するため、機械軸の調整、入射軸の確認を繰り返さなければならない。このため、莫大な作業時間が必要となる。
【００１５】
第２に、電子銃の機械軸調整を手動で行なうため、冷陰極電子銃を透過型電子顕微鏡本体に搭載した後には、高所作業となり作業員の落下等の危険を伴うため、電子ビームのアノード電極Ａ２に対する入射軸の調整ができない。また、エミッタのビルドアップを行なうと、電子ビームのアノード電極Ａ２に対する入射軸が最適な状態からずれることがあり、入射軸調整が必須となるが、冷陰極電子銃が透過型電子顕微鏡本体に搭載された後においては、従来の手法が利用できないことが問題である。
【００１６】
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、電子ビームのアノード電極Ａ２に対する入射軸を自動で最適化することができる冷陰極電子銃の自動入射軸合わせ方法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】
【００１７】
（１）請求項１記載の発明は、１個以上のレンズで構成される集束レンズ群と、１個以上のレンズで構成される対物レンズ群と、１個以上のレンズで構成される中間レンズ群と、１個以上のレンズで構成される投影レンズ群と、１個以上の対物絞りを備え、電子銃の第１のアノード電極Ａ１及び第２のアノード電極Ａ２に電界を印加することによってエミッタから電子ビームを発生させる冷陰極電子銃を備え、該電子銃のアノード電極Ａ２に対する機械的位置を調整するためのモータを備えた透過型電子顕微鏡において、前記モータを駆動して電子銃を機械的に走査させ、環状のアノード電極Ａ２の開口に対する電子ビームの入射軸を調整し、アノード電極Ａ２の開口を通過する電流量が最大となる時の前記電子銃の最適な機械的位置を自動的に取得することを特徴とする。
【００１８】
（２）請求項２記載の発明は、電子銃のエミッタから放射された電子が前記第２のアノード電極Ａ２に照射された時のスポットを第１スポット、エミッタ以外の部分から放射された電子が前記第２のアノード電極Ａ２に照射された時のスポットを第２スポットとし、電子銃をモータ駆動により走査させながら、それぞれの第１スポットの座標（Ｘｎ，Ｙｎ）毎に、第２のアノード電極Ａ２に流れる電流ＩA2（Ｘｎ，Ｙｎ）を測定してメモリに記憶し、（Ｘｎ，Ｙｎ）毎に電子銃アライメントを走査させて電子銃アライメントコイルのデータ毎に蛍光板で検出される電流ＩS（Ｘｎ，Ｙｎ）を測定してメモリに記憶し、一通り電子銃を走査させた後、アノード電極Ａ２で検出した電流ＩA2（Ｘｎ，Ｙｎ）の最大値ＩA2maxと、蛍光板で検出した電流ＩS（Ｘｎ，Ｙｎ）の最大値ＩSmaxを取得し、Ｉts＝Ｃ１・ＩSmaxで定義される蛍光板で検出した電流の閾値と、ＩtA2＝Ｃ２・ＩA2maxで定義されるアノード電極Ａ２で検出した電流の閾値に対して、
Ｉs≧Ｉts＝Ｃ１・ＩSmaxかつＩA2＜ＩtA2＝Ｃ２・ＩA2maxが満たされる時、第１スポットが最適な位置（Ｘopt，Ｙopt）にあると判定することを特徴とする。
【００１９】
（３）請求項３記載の発明は、前記電流ＩS（Ｘｎ，Ｙｎ）を蛍光板の代わりに集束絞りで検出することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
（１）請求項１記載の発明によれば、モータを駆動して電子銃を機械的に走査させ、環状のアノード電極Ａ２の開口に対する電子ビームの入射軸を調整し、アノード電極Ａ２の開口を通過する電流量が最大となる時の前記電子銃の最適な機械的位置を自動的に取得することができるので、電子ビームのアノード電極Ａ２に対する入射軸を自動で最適化することができる。
【００２１】
（２）請求項２記載の発明によれば、電子銃のエミッタからアノード電極Ａ２に放出された電子のスポットのうち、第１スポットが最適な位置にあると判定することができるための条件を決めることができる。
【００２２】
（３）請求項３記載の発明によれば、電子銃のエミッタからアノード電極Ａ２に放出された電子のスポットのうち、第１スポットが最適な位置にあると判定することができるための条件を決めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】焼き出し治具上に冷陰極電子銃が搭載された場合における電子ビームのアノード電極Ａ２に対する入射軸合わせの説明図である。
【図２】エミッションパターンとアノード電極Ａ２の関係を示す図である。
【図３】自動入射軸合わせ処理のフローチャートである。
【図４】透過型電子顕微鏡本体上に冷陰極電子銃が搭載された場合で、蛍光板を利用した電子ビームのアノード電極Ａ２に対する入射軸合わせの説明図である。
【図５】ＩA2とＩSの関係を示す図である。
【図６】透過型電子顕微鏡本体上に冷陰極電子銃が搭載された場合で、集束絞りを利用した電子ビームのアノード電極Ａ２に対する入射軸合わせの説明図である。
【図７】冷陰極電子銃を搭載した透過型電子顕微鏡の構成図である。
【図８】従来の方法による電子ビームのアノード電極Ａ２に対する入射軸合わせの説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
（実施例１）
焼き出し治具上で電子ビームのアノード電極Ａ２に対する入射軸合わせを行なう時の構成について説明する。図１は焼き出し治具上に冷陰極電子銃が搭載された場合における電子ビームのアノード電極Ａ２に対する入射軸合わせの模式図である。図８と同一のものは、同一の符号を付して示す。図において、８５は電子銃を水平方向に移動させるモータ、８１は観察窓１６からエミッションパターン１７を撮影するＣＣＤカメラ、８２はアノード電極Ａ２に印加する高圧を発生するＨＴタンク、８０は本発明を制御するための制御ソフトウェァを具備するパソコン（ＰＣ）、８３はエミッションパターンを表示するモニタ、８４は蛍光板７１に流れる電流を測定するｐＡメータである。
【００２５】
図１に示すように、モータ８５に取り付けられた機械軸調整用ビス１８によって、エミッタ１１と第１のアノード電極Ａ１から構成される電子銃１２が第２のアノード電極Ａ２や加速管１４や電子銃アライメント１５に対して水平方向に移動できるようになっている。エミッタ１１より放射された電子ビーム１３の一部はアノード電極Ａ２に衝突し、その電流は高圧タンク８２を介してエミッション電流として計測される。
【００２６】
アノード電極Ａ２には蛍光塗料が塗布してあり、エミッションパターン１７が観察窓１６より観察できる。焼き出し治具７０の内部には蛍光板７１が据え付けてあり、蛍光板７１まで到達した電子ビーム１３の電流量がｐＡメータ８４で計測され、パソコン８０に記憶される。機械軸調整用ビス１８が取り付けられたモータ８５、電子銃アライメント１５はパソコン８０に接続されており、パソコンから制御可能となっている。
【００２７】
次に、実施例１の動作について説明する。図２はエミッションパターンとアノード電極Ａ２の関係を示す図である。図において、９０はアノード電極Ａ２である。９１は該アノード電極Ａ２の中央に形成された電子ビームを通過させるための開口である。エミッションパターンはエミッタ１１の結晶方位に依存するが、第１スポットの周りに３つの第２スポットが観察されるエミッタの場合を例にとって説明する。
【００２８】
第１スポットはエミッタ先端より放出された電子ビームに対応し、第２スポットはエミッタ１１の先端以外から放出された電子ビームに対応するものとする。第１スポットと第２スポットの間の距離Ｒはビルドアップの条件により変化する。アノード電極Ａ２の開口（半径ｒ）の中心に対する第１スポットの座標を（Ｘn，Ｙn）とする。第１スポットの位置（Ｘn，Ｙn）はＸ方向及びＹ方向のモータ８５のギア部分に取り付けられた可変抵抗に印加される電圧（ＶXn，ＶYn）に１対１に対応する。電子ビーム１３のアノード電極Ａ２に対する入射軸が最適である時の第１スポットの位置を（ＸOpt，ＹOpt）と定義する。
【００２９】
図３は自動入射軸合わせ処理のフローチャートである。以下、このフローチャートを参照しつつ実施例１の動作を説明する。
図４は透過型電子顕微鏡本体上に冷陰極電子銃が搭載された場合で、蛍光板を利用した電子ビームのアノード電極Ａ２に対する入射軸合わせの模式図である。以下、この模式図と図３のフローチャートを参照しつつ、実施例１を説明する。
[準備：電子銃アライメントによる電子ビーム投下]
１）アノード電極Ａ１及びＡ２に電界を印加することで、エミッタ１１より電子ビーム１３を放出させる。
【００３０】
２）エミッションパターン観察窓１６に接続されたＣＣＤカメラ８１を利用して、図２に示すようなエミッションパターン１７が観察されることを確認する。
３）エミッタ１１の先端から最も電子ビームの放出が行なわれるような条件を利用してエミッタ１１のビルドアップを行なう。
【００３１】
４）次に、パソコン８０にインストールされた制御ソフトにより、電子銃アライメント１５を走査させ、電子銃アライメントコイルのデータ毎に蛍光板３で検出される電流量の測定を行ない、検出される電流量が最大となる電子銃アライメント１５の値を取得する。ここで、電子銃アライメント１５の値を検出される電流量が最大となる値に設定する。
[電子銃の走査による電子ビームのアノード電極Ａ２に対する自動入射軸合わせ]
この自動入射軸合わせ方法を適用するにあたり、エミッションパターンの第１スポットの強度即ち電流量が第２スポットのそれよりも大きいエミッション条件をエミッタのビルドアップにより達成していることが前提となる。即ち、第１スポットの電流量Ｉ1と第２スポット１個の電流量Ｉ2との間にＩ1＞Ｉ2の関係が成り立つ場合を前提とする。
【００３２】
５）制御ソフトによりモータ８５を駆動させ、エミッタ１１とアノード電極Ａ１から構成される電子銃部分をアノード電極Ａ２に対して走査させる（Ｓ１）。電子銃１２を走査させることにより、図２に示したエミッションパターンの第１及び第２スポットがアノード電極Ａ２に対して平行移動する。電子銃の水平方向の可変ステップは制御ソフトにより設定することができる。
【００３３】
６）第１スポットの位置が（Ｘｎ，Ｙｎ）の時、アノード電極Ａ２で検出した電流ＩA2（Ｘｎ，Ｙｎ）を取得し（Ｓ２）、メモリに保存する。ここで、メモリは例えばパソコン８０内に設けられている。
【００３４】
７）制御ソフトにより電子銃アライメントを走査させ（Ｓ３）、電子銃アライメントコイルのデータ毎に蛍光板３で検出される電流の測定を行ない、検出される電流量が最大となる電子銃アライメントの値を取得する。電子銃アライメントを走査させた時に、蛍光板３で検出される電流の最大値をＩS（Ｘｎ，Ｙｎ）とし（Ｓ４）、電子銃アライメントのデータはＩS（Ｘｎ，Ｙｎ）を得た時の値に設定する。図５はＩA2とＩSの関係を示す図である。横軸はＸｎ，Ｙ軸は電流である。ｆ１はＩA2の特性を、ｆ２はＩSの特性をそれぞれ示す。
【００３５】
８）電子銃１２をモータ８５の駆動により走査させながら（Ｓ５）、各々の第１スポットの座標（Ｘｎ，Ｙｎ）毎に、アノード電極Ａ２で検出した電流ＩA2（Ｘｎ，Ｙｎ）を取得し、メモリに保存する。更に、（Ｘｎ，Ｙｎ）毎に手順７）の作業を行ない、電子銃アライメント１５を走査させた時の蛍光板３で検出した最大電流ＩS（Ｘｎ，Ｙｎ）を取得し、メモリに保存する。
【００３６】
９）一通り電子銃を走査させた後、アノード電極Ａ２で検出した電流ＩA2（Ｘｎ，Ｙｎ）の最大値ＩA2maxを取得する。また、蛍光板３で検出した電流IS（Ｘｎ，Ｙｎ）の最大値ＩSmaxを取得する（Ｓ６）。
【００３７】
１０）電子銃１２の位置が最適な位置（Ｘopt，Ｙopt）にある時、蛍光板３で検出される電流は最大値近傍の値となり、かつ第１スポットより放射された電子ビームのみがアノード電極Ａ２の開口９１を投下する。
【００３８】
１１）ここで、エミッションパターンの第１スポットの電流量が第２スポットのそれよりも大きいという前提を用いると、電子銃１２の位置が最適な位置（Ｘopt，Ｙopt）は、蛍光板で検出した電流ＩSが最大値の近傍であり、かつアノード電極Ａ２で検出された電流ＩA2が最大ではないという条件により特定される。
【００３９】
１２）即ち、Ｉts＝Ｃ１・Ｉsmaxで定義される蛍光板３で検出した電流の閾値と、
ItA2＝Ｃ２・ＩA2maxで定義されるアノード電極Ａ２で検出した電流の閾値に対して、
ＩS≧Ｉts＝Ｃ１・ＩsmaxかつＩA2＜ＩtA2＝Ｃ２・ＩA2maxが満たされる時、第１スポットが最適な位置（Ｘopt，Ｙopt）に存在することを意味する（Ｓ７）。
【００４０】
つまり、電子銃の最適な水平位置が探し出せたことになる。ここで、Ｃ１及びＣ２は０〜１．０まで可変できる任意定数であり制御ソフトで設定する。Ｃ１はできるだけ１．０に近い値を使用した方が、高い精度で最適な電子銃位置を特定することができる。
【００４１】
１３）実際には、手順５）〜１２）までの操作を制御ソフトで制御し、手順１２）を満たす最適な電子銃の位置（Ｘopt，Ｙopt）を自動的に見つけ出した後、電子銃１２の位置を最適位置に設定する。
【００４２】
この実施例によれば、モータを駆動して電子銃を機械的に走査させ、環状のアノード電極Ａ２の開口に対する電子ビームの入射軸を調整し、アノード電極Ａ２の開口を通過する電流量が最大となる時の前記電子銃の最適な機械的位置を自動的に取得することができるので、電子ビームのアノード電極Ａ２に対する入射軸を自動で最適化することができる。
（実施例２）
透過型電子顕微鏡本体上に冷陰極電子銃が搭載されている場合に、電子ビームのアノード電極Ａ２に対する入射軸合わせを行なう場合について説明する。図４に示すように、モータ８５に取り付けられた機械軸調整用ビス１８によって、エミッタ１１とアノード電極Ａ１から構成される電子銃１２がアノード電極Ａ２や加速管１４や電子銃アライメント１５に対して水平方向に移動できるようになっている。
【００４３】
エミッタ１１より放射された電子ビーム１３の一部はアノード電極Ａ２に衝突し、その電流はＨＴタンク８２を介してエミッション電流として計測される。アノード電極Ａ２には蛍光塗料が塗布してあり、エミッションパターン１７が観察窓１６から観察できる。冷陰極電子銃を投下した電子ビーム１３は、集束レンズ２０，対物レンズ３０，中間レンズ４０，投影レンズ５０を通過し、透過型電子顕微鏡の最下部に位置する蛍光板３まで到達する。
【００４４】
蛍光板３まで到達した電子ビームの電流量はｐＡメータ８４で計測され、パソコン８０に記録される。機械軸調整用ビス１８が取り付けられたモータ８５，電子銃アライメント１５はパソコン８０に接続されており、パソコン８０からの制御が可能となっている。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。
【００４５】
図２にエミッションパターンとアノード電極Ａ２の関係を示す。エミッションパターンは、エミッタ１１の結晶方位に依存するが、第１スポットの周りに３つの第２スポットが観察されるエミッタ１１の場合を例にあげて動作説明を行なう。第１スポットはエミッタ先端より放出された電子ビームに対応し、第２スポットはエミッタの先端以外から放出された電子ビームに対応するものとする。
【００４６】
第１スポットと第２スポットの間の距離Ｒは、ビルドアップの条件により変化する。アノード電極Ａ２の開口９１（半径ｒ）の中心に対する第１スポットの座標を（Ｘｎ，Ｙｎ）とする。第１スポットの位置（Ｘｎ，Ｙｎ）は、Ｘ方向及びＹ方向のモータのギア部分に取り付けられた可変抵抗に印加される電圧（ＶXn，ＶYn）に１対１に対応する。電子ビームのアノード電極Ａ２に対する入射軸が最適である時の第１スポットの位置を
（Ｘopt，Ｙopt）と定義する。基本となる手順を図３のフローチャートに示した。
[準備：電子銃アライメントによる電子ビーム投下]
１）アノード電極Ａ１及びＡ２に電界を印加することで、エミッタ１１より電子ビーム１３を放出させる。エミッションパターン観察窓に接続されたＣＣＤカメラ８１を利用して図２に示すようなエミッションパターンが観察されることを確認する。
【００４７】
２）エミッタ１１の先端から最も電子ビームの放出が行なわれるような条件を利用してエミッタ１１のビルドアップを行なう。
３）電子ビーム１３から試料１を外し、蛍光板３に電子ビームが集束されるような集束レンズ２０のの励磁にする。全ての絞り、スリットをオープンにする。対物レンズ３０，中間レンズ４０，投影レンズ５０の励磁は固定しておく。
【００４８】
４）次に、パソコン８０にインストールされた制御ソフトにより、電子銃アライメント１５を走査させ、電子銃アライメントコイルのデータ毎に蛍光板３で検出される電流量の測定を行ない、検出される電流量が最大となる電子銃アライメント１５の値を取得する。ここで、電子銃アライメント１５の値を検出される電流量が最大となる値に設定する。
[電子銃の走査による電子ビームのアノード電極Ａ２に対する自動入射軸合わせ]
この自動入射軸合わせ方法を適用するにあたり、エミッションパターンの第１スポットの強度即ち電流量が第２スポットのそれよりも大きいエミッション条件をエミッタのビルドアップにより達成していることが前提となる。即ち、第１スポットの電流量Ｉ1と第２スポット１個の電流量Ｉ2との間にＩ1＞Ｉ2の関係が成り立つ場合を前提とする。
【００４９】
５）制御ソフトによりモータ８５を駆動させ、エミッタ１１とアノード電極Ａ１から構成される電子銃部分をアノード電極Ａ２に対して走査させる（Ｓ１）。電子銃１２を走査させることにより、図２に示したエミッションパターンの第１及び第２スポットがアノード電極Ａ２に対して平行移動する。電子銃の水平方向の可変ステップは制御ソフトにより設定することができる。
【００５０】
６）第１スポットの位置が（Ｘｎ，Ｙｎ）の時、アノード電極Ａ２で検出した電流ＩA2（Ｘｎ，Ｙｎ）を取得し（Ｓ２）、メモリに保存する。ここで、メモリはパソコン８０内に設けられている。
【００５１】
７）制御ソフトにより電子銃アライメントを走査させ（Ｓ３）、電子銃アライメントコイルのデータ毎に蛍光板３で検出される電流の測定を行ない、検出される電流量が最大となる電子銃アライメントの値を取得する。電子銃アライメントを走査させた時に、蛍光板３で検出される電流の最大値をＩS（Ｘｎ，Ｙｎ）とし（Ｓ４）、電子銃アライメントのデータはＩS（Ｘｎ，Ｙｎ）を得た時の値に設定する。
【００５２】
８）電子銃１２をモータ８５の駆動により走査させながら（Ｓ５）、各々の第１スポットの座標（Ｘｎ，Ｙｎ）毎に、アノード電極Ａ２で検出した電流ＩA2（Ｘｎ，Ｙｎ）を取得し、メモリに保存する。更に、（Ｘｎ，Ｙｎ）毎に手順７）の作業を行ない、電子銃アライメント１５を走査させた時の蛍光板３で検出した最大電流ＩS（Ｘｎ，Ｙｎ）を取得し、メモリに保存する。
【００５３】
９）一通り電子銃を走査させた後、アノード電極Ａ２で検出した電流ＩA2（Ｘｎ，Ｙｎ）の最大値ＩA2maxを取得する。また、蛍光板３で検出した電流IS（Ｘｎ，Ｙｎ）の最大値ＩSmaxを取得する（Ｓ６）。
【００５４】
１０）電子銃１２の位置が最適な位置（Ｘopt，Ｙopt）にある時、蛍光板３で検出される電流は最大値近傍の値となり、かつ第１スポットより放射された電子ビームのみがアノード電極Ａ２の開口９１を投下する。
【００５５】
１１）ここで、エミッションパターンの第１スポットの電流量が第２スポットのそれよりも大きいという前提を用いると、電子銃１２の位置が最適な位置（Ｘopt，Ｙopt）は、蛍光板で検出した電流ＩSが最大値の近傍であり、かつアノード電極Ａ２で検出された電流ＩA2が最大ではないという条件により特定される。
【００５６】
１２）即ち、Ｉts＝Ｃ１・Ｉsmaxで定義される蛍光板３で検出した電流の閾値と、
ItA2＝Ｃ２・ＩA2maxで定義されるアノード電極Ａ２で検出した電流の閾値に対して、
ＩS≧Ｉts＝Ｃ１・ＩsmaxかつＩA2＜ＩtA2＝Ｃ２・ＩA2maxが満たされる時、第１スポットが最適な位置（Ｘopt，Ｙopt）に存在することを意味する（Ｓ７）。
【００５７】
つまり、電子銃の最適な水平位置が探し出せたことになる。ここで、Ｃ１及びＣ２は０〜１．０まで可変できる任意定数であり制御ソフトで設定する。Ｃ１はできるだけ１．０に近い値を使用した方が、高い精度で最適な電子銃位置を特定することができる。
【００５８】
１３）実際には、手順５）〜１２）までの操作を制御ソフトで制御し、手順１２）を満たす最適な電子銃の位置（Ｘopt，Ｙopt）を自動的に見つけ出した後、電子銃１２の位置を最適位置に設定する。
【００５９】
この実施例によれば、モータを駆動して電子銃を機械的に走査させ、環状のアノード電極Ａ２の開口に対する電子ビームの入射軸を調整し、アノード電極Ａ２の開口を通過する電流量が最大となる時の前記電子銃の最適な機械的位置を自動的に取得することができるので、電子ビームのアノード電極Ａ２に対する入射軸を自動で最適化することができる。
（実施例３）
透過型電子顕微鏡本体上に冷陰極電子銃が搭載されている場合に、電子ビームのアノード電極Ａ２に対する入射軸合わせを行なう時の構成について説明する。図６は透過型電子顕微鏡本体上に冷陰極電子銃が搭載された場合で、集束絞りを利用した電子ビームのアノード電極Ａ２に対する入射軸合わせの模式図である。図４と同一のものは、同一の符号を付して示す。
【００６０】
モータ８５に取り付けられた機械軸調整用ビス１８によって、エミッタとアノード電極Ａ１から構成される電子銃１２がアノード電極Ａ２や加速管１４や電子銃アライメント１５に対して水平方向に移動できるようになっている。エミッタ１１より放射された電子ビームの一部はアノード電極Ａ２に衝突し、その電流はＨＴタンク８２を介してエミッション電流として計測される。
【００６１】
電極Ａ２には蛍光塗料が塗布してあり、エミッションパターンが観察窓１６より観察できる。冷陰極電子銃を投下した電子ビーム１３は、集束レンズ２０を通過し、集束絞り２１まで到達する。集束絞り２１に衝突した電子ビームの電流量は、ｐＡメータ８４で計測され、パソコン８０に記録される。機械軸調整用ビス１８が取り付けられたモータ８５，電子銃アライメント１５はパソコン８０に接続されており、パソコンから制御可能となっている。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。
【００６２】
図２にエミッションパターンとアノード電極Ａ２の関係を示す。エミッションパターンは、エミッタ１１の結晶方位に依存するが、第１スポットの周りに３つの第２スポットが観察されるエミッタ１１の場合を例にあげて動作説明を行なう。第１スポットはエミッタ先端より放出された電子ビームに対応し、第２スポットはエミッタの先端以外から放出された電子ビームに対応するものとする。
【００６３】
第１スポットと第２スポットの間の距離Ｒは、ビルドアップの条件により変化する。アノード電極Ａ２の開口９１（半径ｒ）の中心に対する第１スポットの座標を（Ｘｎ，Ｙｎ）とする。第１スポットの位置（Ｘｎ，Ｙｎ）は、Ｘ方向及びＹ方向のモータのギア部分に取り付けられた可変抵抗に印加される電圧（ＶXn，ＶYn）に１対１に対応する。電子ビームのアノード電極Ａ２に対する入射軸が最適である時の第１スポットの位置を
（Ｘopt，Ｙopt）と定義する。基本となる手順を図３のフローチャートに示した。
[準備：電子銃アライメントによる電子ビーム投下]
１）アノード電極Ａ１及びＡ２に電界を印加することで、エミッタ１１より電子ビーム１３を放出させる。エミッションパターン観察窓に接続されたＣＣＤカメラ８１を利用して図２に示すようなエミッションパターンが観察されることを確認する。
【００６４】
２）エミッタ１１の先端から最も電子ビームの放出が行なわれるような条件を利用してエミッタ１１のビルドアップを行なう。
３）集束絞り２１に電子ビーム１３が集束されるような集束レンズ２０の励磁及び集束絞りの位置にする。
【００６５】
４）次に、パソコン８０にインストールされた制御ソフトにより、電子銃アライメント１５を走査させ、電子銃アライメントコイルのデータ毎に集束絞り２１で検出される電流量の測定を行ない、検出される電流量が最大となる電子銃アライメント１５の値を取得する。電子銃アライメント１５の値を検出される電流量が最大となる値に設定する。
[電子銃の走査による電子ビームのアノード電極Ａ２に対する自動入射軸合わせ]
この自動入射軸合わせ方法を適用するにあたり、エミッションパターンの第１スポットの強度即ち電流量が第２スポットのそれよりも大きいエミッション条件をエミッタのビルドアップにより達成していることが前提となる。即ち、第１スポットの電流量Ｉ1と第２スポット１個の電流量Ｉ2との間にＩ1＞Ｉ2の関係が成り立つ場合を前提とする。
【００６６】
５）制御ソフトによりモータ８５を駆動させ、エミッタ１１とアノード電極Ａ１から構成される電子銃１２をアノード電極Ａ２に対して走査させる（Ｓ１）。電子銃１２を走査させることにより、図２に示したエミッションパターンの第１及び第２スポットがアノード電極Ａ２に対して平行移動する。電子銃の水平方向の可変ステップは制御ソフトにより設定することができる。
【００６７】
６）第１スポットの位置が（Ｘｎ，Ｙｎ）の時、アノード電極Ａ２で検出した電流ＩA2（Ｘｎ，Ｙｎ）を取得し（Ｓ２）、メモリに保存する。ここで、メモリはパソコン８０内に設けられている。
【００６８】
７）制御ソフトにより電子銃アライメントを走査させ（Ｓ３）、電子銃アライメントコイルのデータ毎に集束絞り２１で検出される電流の測定を行ない、検出される電流量が最大となる電子銃アライメントの値を取得する。電子銃アライメント１５を走査させた時に、集束絞り２１で検出される電流の最大値をＩS（Ｘｎ，Ｙｎ）とし（Ｓ４）、電子銃アライメントのデータはＩS（Ｘｎ，Ｙｎ）を得た時の値に設定する。
【００６９】
８）電子銃１２をモータ８５の駆動により走査させながら（Ｓ５）、各々の第１スポットの座標（Ｘｎ，Ｙｎ）毎に、アノード電極Ａ２で検出した電流ＩA2（Ｘｎ，Ｙｎ）を取得し、メモリに保存する。更に、（Ｘｎ，Ｙｎ）毎に手順７）の作業を行ない、電子銃アライメント１５を走査させた時の集束絞り２１で検出した最大電流ＩS（Ｘｎ，Ｙｎ）を取得し、メモリに保存する。
【００７０】
９）一通り電子銃を走査させた後、アノード電極Ａ２で検出した電流ＩA2（Ｘｎ，Ｙｎ）の最大値ＩA2maxを取得する。また、集束絞り２１で検出した電流IS（Ｘｎ，Ｙｎ）の最大値ＩSmaxを取得する（Ｓ６）。
【００７１】
１０）電子銃１２の位置が最適な位置（Ｘopt，Ｙopt）にある時、集束絞り２１で検出される電流は最大値近傍の値となり、かつ第１スポットより放射された電子ビームのみがアノード電極Ａ２の開口９１を投下する。
【００７２】
１１）ここで、エミッションパターンの第１スポットの電流量が第２スポットのそれよりも大きいという前提を用いると、電子銃１２の位置が最適な位置（Ｘopt，Ｙopt）は、集束絞り２１で検出した電流ＩSが最大値の近傍であり、かつアノード電極Ａ２で検出された電流ＩA2が最大ではないという条件により特定される。
【００７３】
１２）即ち、Ｉts＝Ｃ１・Ｉsmaxで定義される集束絞り２１で検出した電流の閾値と、
ItA2＝Ｃ２・ＩA2maxで定義されるアノード電極Ａ２で検出した電流の閾値に対して、
ＩS≧Ｉts＝Ｃ１・ＩsmaxかつＩA2＜ＩtA2＝Ｃ２・ＩA2maxが満たされる時、第１スポットが最適な位置（Ｘopt，Ｙopt）に存在することを意味する（Ｓ７）。
【００７４】
つまり、電子銃の最適な水平位置が探し出せたことになる。ここで、Ｃ１及びＣ２は０〜１．０まで可変できる任意定数であり制御ソフトで設定する。Ｃ１はできるだけ１．０に近い値を使用した方が、高い精度で最適な電子銃位置を特定することができる。
【００７５】
１３）実際には、手順５）〜１２）までの操作を制御ソフトで制御し、手順１２）を満たす最適な電子銃の位置（Ｘopt，Ｙopt）を自動的に見つけ出した後、電子銃１２の位置を最適位置に設定する。
【００７６】
この実施例によれば、モータを駆動して電子銃を機械的に走査させ、環状のアノード電極Ａ２の開口に対する電子ビームの入射軸を調整し、アノード電極Ａ２の開口を通過する電流量が最大となる時の前記電子銃の最適な機械的位置を自動的に取得することができるので、電子ビームのアノード電極Ａ２に対する入射軸を自動で最適化することができる。
【００７７】
以上詳細に説明したとおり、本発明によれば電子ビームのアノード電極Ａ２に対する入射軸の自動調整方法の発明によって、電子ビームのアノード電極Ａ２に対する入射軸合わせが容易になり、軸合わせに必要な時間が短くなる。また、エミッタ先端より放出された輝度の高い電子ビームが常にアノード電極Ａ２の内部を通過することで、アノード電極Ａ１に印加する引き出し電圧を下げても試料に到達する電流を維持できるようになる。引き出し電圧を下げると、電子ビームのエネルギー幅の低減化につながり、電子エネルギー損失分光法による分析を効果的に行なうことができるようになる。
【符号の説明】
【００７８】
１ 試料
２ Ω型エネルギーフィルタ
３ 蛍光板
４ 入射絞り
５ スリット
１０ 冷陰極電子銃
１１ エミッタ
１２ 電子銃
１３ 電子ビーム
１４ 加速管
１５ 電子銃アライメント
１６ 観察用窓
１７ エミッションパターン
１８ 機械軸調整用ビス
２０ 集束レンズ
２１ 集束絞り
３０ 対物レンズ
３１ 対物絞り
４０ 中間レンズ
４１ 制限視野絞り
５０ 投影レンズ
６１ テレビカメラ
６２ ＤＦＩ検出器
６３ ＢＦＩ検出器
６４ テレビカメラ
６５ ドライバ
６６ ドライバ
６７ ドライバ
６８ ドライバ
８０ パソコン
８１ ＣＣＤカメラ
８２ ＨＴタンク
８３ モニタ
８４ ｐＡメータ
【技術分野】
【０００１】
本発明は冷陰極電子銃の自動入射軸合わせ方法に関し、更に詳しくは電子ビームがアノード電極の中心を通るように自動入射軸合わせを行なうことができる冷陰極電子銃の自動入射軸合わせ方法に関する。冷陰極電子銃の軸合わせは、通常エミッタ交換後、電子銃焼き出し後、エミッタのビルドアップ後に行なうが、作業には熟練が必要である。冷陰極電子銃のエミッタのビルドアップを頻繁に行なう場合、その都度、電子ビームのアノード電極Ａ２に対する入射軸合わせが必要不可欠であるため、入射軸合わせの自動化が望まれている。
【背景技術】
【０００２】
図７は冷陰極電子銃を搭載した透過型電子顕微鏡の構成図である。ここで、冷陰極電子銃とは、第１のアノードＡ１と第２のアノードＡ２に印加される電界の作用によりエミッタから電子を引き出すようにした電子銃のことである。図において、１０は電子ビームを放射する冷陰極電子銃、２０は電子ビームを集束する集束レンズ、１は該集束レンズ２０の下部に配置されたサンプル（試料）、３０は試料の透過電子ビーム像を拡大する対物レンズ、４０は該対物レンズ３０を通過して電子ビームを集束させる中間レンズ、２は中間レンズ４０を通過した電子ビームを受けるΩ型エネルギーフィルタ、５０は該エネルギーフィルタ２を通過した電子ビームを受ける投影レンズである。
【０００３】
３は投影レンズ５０を通過した電子ビームを受けて画像化する蛍光板である。６１は透過電子ビームを電気信号に変換するＣＣＤ素子を具備するテレビカメラ、６２はＤＦＩディテクタ、６３はＢＦＩディテクタ、６４は透過電子ビームを電気信号に変換するＣＣＤ素子を具備するテレビカメラ、６５はテレビカメラ６１を駆動するドライバ、６６はＤＦＩディテクタ６２を駆動するドライバ、６７はＢＦＩディテクタ６３を駆動するドライバ、６８はテレビカメラ６４を駆動するドライバである。
【０００４】
冷陰極電子銃１０において、１１は電子を放出するエミッタ、Ａ１は第１のアノード電極、Ａ２は第２のアノード電極である。エミッタ１１，第１のアノード電極Ａ１とで電子銃１２を構成する。１３は電子ビーム、１４は該電子ビーム１３を加速する加速管、１５は該加速管１４の下部に配置される電子銃アライメントである。１６は電子ビーム１３が第２のアノード電極に照射された時のエミッションパターン１７を観察する観察窓である。１８は電子銃部分の機械的位置を調整するためのビスである。
【０００５】
集束レンズ２０において、ＣＬ１，ＣＬ２は集束用のレンズ、２１は集束絞りである。対物レンズ３０において、ＯＬは対物用のレンズ、３１は対物絞りである。中間レンズ４０において、４１は制限視野絞りである。４はΩ型エネルギーフィルタ２の上に配置された入射絞りである。５は該入射絞り４の下段に設けられたスリットである。
【０００６】
アノード電極Ａ１及びＡ２に印加された引き出し電圧により、エミッタ１１から放射された電子ビーム１３は、アノード電極Ａ１及びＡ２，加速管１４，電子銃アライメント１５を通り、透過型電子顕微鏡のカラムへ導入される。この時、エミッタ１１の先端より放射された電子ビーム１３は環状のアノード電極Ａ２の真ん中に設けられた開口を通過するが、エミッタ１１の先端以外から放射された電子ビーム１３は、アノード電極Ａ２に衝突し、その電流はエミッション電流として計測される。
【０００７】
冷陰極電子銃１２から放射された電子ビーム１３は、集束レンズ２０，集束絞り２１を通過した後に試料１へ照射される。試料を透過した透過電子ビーム１３’は、対物レンズ３０，対物絞り３１，制限視野絞り４１，中間レンズ４０，投影レンズ５０を通過した後に蛍光板３に投影され、試料１の拡大像が得られる。
【０００８】
冷陰極電子銃を透過型電子顕微鏡のカラムに搭載する前の準備として、冷陰極電子銃を焼き出し治具７０に搭載し、電子ビームのアノード電極Ａ２に対する入射軸合わせを行なう。従来の手法においては、図８に示すように、機械軸調整用ビス１８を用いて電子銃の水平位置を調整することで、電子ビーム１３のアノード電極Ａ２に対する入射軸合わせを行なう。
【０００９】
その後、加速電圧５０ｋＶを印加し、電子ビーム出しを行ない、焼き出し治具７０内部の蛍光板７１まで電子ビーム１３を投下させた後、電子銃アライメント１５を利用して蛍光板７１の中心に対する電子ビーム１３の入射軸合わせを行ない、電子ビーム１３が円形となるのを観察窓１６で確認する。電子ビーム１３のアノード電極Ａ２に対する入射軸合わせが十分であるか否かを判断するには、第１に冷陰極電子銃の側面の観察窓１６でエミッションパターン１７を観察し、エミッタ１１の先端から放射された電子ビーム１３がアノード電極Ａ２の真ん中の開口を通過しているかどうかを判断する。第２に電子銃アライメント１５の偏向量が最大偏向量の半分程度であることを確認する。
【００１０】
従来のこの種の装置としては、フィラメント１３が取り付けられた内枠１１をＸ方向にパルスモータ１７で駆動し、所定のパルス数毎にその時の電流値をメモリに記憶し、所定位置まで移動させた時の電流値の最大の位置を測定し、同様の動作をＹ方向にも繰り返し、その時の電流値の最大の位置を測定し、Ｘ，Ｙ方向の最大の位置を最適フィラメント位置とする装置が知られている（例えば特許文献１参照）。
【００１１】
また、電子線をアライメントがとれている確率が最大の位置である原点から周辺に向けて円形状或いは矩形状にベクトルスキャンし、ビーム電流が最大となる位置を見い出すようにした装置が知られている（例えば特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特許第２６５０５０８号公報（段落０００７〜００１２、図１〜図３）
【特許文献２】特開平８−４５４５４号公報（段落００１８〜００２４、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
電子ビームのアノード電極Ａ２に対する入射軸がずれている場合には、エミッタ先端より放出された輝度の高い電子ビームが環状のアノード電極Ａ２に捕らえられ、試料に到達する輝度の高い電子ビームの電流量が少なくなり、冷陰極電子銃の特徴が活かせなくなる。従って、電子ビームのアノード電極Ａ２に対する入射軸合わせが必要不可欠であるが、従来の冷陰極電子銃における、電子ビームのアノード電極Ａ２に対する入射軸合わせ方法においては、さまざまな欠点が存在する。
【００１４】
第１に、入射軸合わせの際、電子ビームを発生させない状態で電子銃の機械軸を調整するため、電子ビームのアノード電極Ａ２に対する入射軸が最適であるかどうかを同時に確認することができない。一度、加速電圧を印加して電子ビームを放射させてから入射軸の状態を確認するため、機械軸の調整、入射軸の確認を繰り返さなければならない。このため、莫大な作業時間が必要となる。
【００１５】
第２に、電子銃の機械軸調整を手動で行なうため、冷陰極電子銃を透過型電子顕微鏡本体に搭載した後には、高所作業となり作業員の落下等の危険を伴うため、電子ビームのアノード電極Ａ２に対する入射軸の調整ができない。また、エミッタのビルドアップを行なうと、電子ビームのアノード電極Ａ２に対する入射軸が最適な状態からずれることがあり、入射軸調整が必須となるが、冷陰極電子銃が透過型電子顕微鏡本体に搭載された後においては、従来の手法が利用できないことが問題である。
【００１６】
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、電子ビームのアノード電極Ａ２に対する入射軸を自動で最適化することができる冷陰極電子銃の自動入射軸合わせ方法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】
【００１７】
（１）請求項１記載の発明は、１個以上のレンズで構成される集束レンズ群と、１個以上のレンズで構成される対物レンズ群と、１個以上のレンズで構成される中間レンズ群と、１個以上のレンズで構成される投影レンズ群と、１個以上の対物絞りを備え、電子銃の第１のアノード電極Ａ１及び第２のアノード電極Ａ２に電界を印加することによってエミッタから電子ビームを発生させる冷陰極電子銃を備え、該電子銃のアノード電極Ａ２に対する機械的位置を調整するためのモータを備えた透過型電子顕微鏡において、前記モータを駆動して電子銃を機械的に走査させ、環状のアノード電極Ａ２の開口に対する電子ビームの入射軸を調整し、アノード電極Ａ２の開口を通過する電流量が最大となる時の前記電子銃の最適な機械的位置を自動的に取得することを特徴とする。
【００１８】
（２）請求項２記載の発明は、電子銃のエミッタから放射された電子が前記第２のアノード電極Ａ２に照射された時のスポットを第１スポット、エミッタ以外の部分から放射された電子が前記第２のアノード電極Ａ２に照射された時のスポットを第２スポットとし、電子銃をモータ駆動により走査させながら、それぞれの第１スポットの座標（Ｘｎ，Ｙｎ）毎に、第２のアノード電極Ａ２に流れる電流ＩA2（Ｘｎ，Ｙｎ）を測定してメモリに記憶し、（Ｘｎ，Ｙｎ）毎に電子銃アライメントを走査させて電子銃アライメントコイルのデータ毎に蛍光板で検出される電流ＩS（Ｘｎ，Ｙｎ）を測定してメモリに記憶し、一通り電子銃を走査させた後、アノード電極Ａ２で検出した電流ＩA2（Ｘｎ，Ｙｎ）の最大値ＩA2maxと、蛍光板で検出した電流ＩS（Ｘｎ，Ｙｎ）の最大値ＩSmaxを取得し、Ｉts＝Ｃ１・ＩSmaxで定義される蛍光板で検出した電流の閾値と、ＩtA2＝Ｃ２・ＩA2maxで定義されるアノード電極Ａ２で検出した電流の閾値に対して、
Ｉs≧Ｉts＝Ｃ１・ＩSmaxかつＩA2＜ＩtA2＝Ｃ２・ＩA2maxが満たされる時、第１スポットが最適な位置（Ｘopt，Ｙopt）にあると判定することを特徴とする。
【００１９】
（３）請求項３記載の発明は、前記電流ＩS（Ｘｎ，Ｙｎ）を蛍光板の代わりに集束絞りで検出することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
（１）請求項１記載の発明によれば、モータを駆動して電子銃を機械的に走査させ、環状のアノード電極Ａ２の開口に対する電子ビームの入射軸を調整し、アノード電極Ａ２の開口を通過する電流量が最大となる時の前記電子銃の最適な機械的位置を自動的に取得することができるので、電子ビームのアノード電極Ａ２に対する入射軸を自動で最適化することができる。
【００２１】
（２）請求項２記載の発明によれば、電子銃のエミッタからアノード電極Ａ２に放出された電子のスポットのうち、第１スポットが最適な位置にあると判定することができるための条件を決めることができる。
【００２２】
（３）請求項３記載の発明によれば、電子銃のエミッタからアノード電極Ａ２に放出された電子のスポットのうち、第１スポットが最適な位置にあると判定することができるための条件を決めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】焼き出し治具上に冷陰極電子銃が搭載された場合における電子ビームのアノード電極Ａ２に対する入射軸合わせの説明図である。
【図２】エミッションパターンとアノード電極Ａ２の関係を示す図である。
【図３】自動入射軸合わせ処理のフローチャートである。
【図４】透過型電子顕微鏡本体上に冷陰極電子銃が搭載された場合で、蛍光板を利用した電子ビームのアノード電極Ａ２に対する入射軸合わせの説明図である。
【図５】ＩA2とＩSの関係を示す図である。
【図６】透過型電子顕微鏡本体上に冷陰極電子銃が搭載された場合で、集束絞りを利用した電子ビームのアノード電極Ａ２に対する入射軸合わせの説明図である。
【図７】冷陰極電子銃を搭載した透過型電子顕微鏡の構成図である。
【図８】従来の方法による電子ビームのアノード電極Ａ２に対する入射軸合わせの説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
（実施例１）
焼き出し治具上で電子ビームのアノード電極Ａ２に対する入射軸合わせを行なう時の構成について説明する。図１は焼き出し治具上に冷陰極電子銃が搭載された場合における電子ビームのアノード電極Ａ２に対する入射軸合わせの模式図である。図８と同一のものは、同一の符号を付して示す。図において、８５は電子銃を水平方向に移動させるモータ、８１は観察窓１６からエミッションパターン１７を撮影するＣＣＤカメラ、８２はアノード電極Ａ２に印加する高圧を発生するＨＴタンク、８０は本発明を制御するための制御ソフトウェァを具備するパソコン（ＰＣ）、８３はエミッションパターンを表示するモニタ、８４は蛍光板７１に流れる電流を測定するｐＡメータである。
【００２５】
図１に示すように、モータ８５に取り付けられた機械軸調整用ビス１８によって、エミッタ１１と第１のアノード電極Ａ１から構成される電子銃１２が第２のアノード電極Ａ２や加速管１４や電子銃アライメント１５に対して水平方向に移動できるようになっている。エミッタ１１より放射された電子ビーム１３の一部はアノード電極Ａ２に衝突し、その電流は高圧タンク８２を介してエミッション電流として計測される。
【００２６】
アノード電極Ａ２には蛍光塗料が塗布してあり、エミッションパターン１７が観察窓１６より観察できる。焼き出し治具７０の内部には蛍光板７１が据え付けてあり、蛍光板７１まで到達した電子ビーム１３の電流量がｐＡメータ８４で計測され、パソコン８０に記憶される。機械軸調整用ビス１８が取り付けられたモータ８５、電子銃アライメント１５はパソコン８０に接続されており、パソコンから制御可能となっている。
【００２７】
次に、実施例１の動作について説明する。図２はエミッションパターンとアノード電極Ａ２の関係を示す図である。図において、９０はアノード電極Ａ２である。９１は該アノード電極Ａ２の中央に形成された電子ビームを通過させるための開口である。エミッションパターンはエミッタ１１の結晶方位に依存するが、第１スポットの周りに３つの第２スポットが観察されるエミッタの場合を例にとって説明する。
【００２８】
第１スポットはエミッタ先端より放出された電子ビームに対応し、第２スポットはエミッタ１１の先端以外から放出された電子ビームに対応するものとする。第１スポットと第２スポットの間の距離Ｒはビルドアップの条件により変化する。アノード電極Ａ２の開口（半径ｒ）の中心に対する第１スポットの座標を（Ｘn，Ｙn）とする。第１スポットの位置（Ｘn，Ｙn）はＸ方向及びＹ方向のモータ８５のギア部分に取り付けられた可変抵抗に印加される電圧（ＶXn，ＶYn）に１対１に対応する。電子ビーム１３のアノード電極Ａ２に対する入射軸が最適である時の第１スポットの位置を（ＸOpt，ＹOpt）と定義する。
【００２９】
図３は自動入射軸合わせ処理のフローチャートである。以下、このフローチャートを参照しつつ実施例１の動作を説明する。
図４は透過型電子顕微鏡本体上に冷陰極電子銃が搭載された場合で、蛍光板を利用した電子ビームのアノード電極Ａ２に対する入射軸合わせの模式図である。以下、この模式図と図３のフローチャートを参照しつつ、実施例１を説明する。
[準備：電子銃アライメントによる電子ビーム投下]
１）アノード電極Ａ１及びＡ２に電界を印加することで、エミッタ１１より電子ビーム１３を放出させる。
【００３０】
２）エミッションパターン観察窓１６に接続されたＣＣＤカメラ８１を利用して、図２に示すようなエミッションパターン１７が観察されることを確認する。
３）エミッタ１１の先端から最も電子ビームの放出が行なわれるような条件を利用してエミッタ１１のビルドアップを行なう。
【００３１】
４）次に、パソコン８０にインストールされた制御ソフトにより、電子銃アライメント１５を走査させ、電子銃アライメントコイルのデータ毎に蛍光板３で検出される電流量の測定を行ない、検出される電流量が最大となる電子銃アライメント１５の値を取得する。ここで、電子銃アライメント１５の値を検出される電流量が最大となる値に設定する。
[電子銃の走査による電子ビームのアノード電極Ａ２に対する自動入射軸合わせ]
この自動入射軸合わせ方法を適用するにあたり、エミッションパターンの第１スポットの強度即ち電流量が第２スポットのそれよりも大きいエミッション条件をエミッタのビルドアップにより達成していることが前提となる。即ち、第１スポットの電流量Ｉ1と第２スポット１個の電流量Ｉ2との間にＩ1＞Ｉ2の関係が成り立つ場合を前提とする。
【００３２】
５）制御ソフトによりモータ８５を駆動させ、エミッタ１１とアノード電極Ａ１から構成される電子銃部分をアノード電極Ａ２に対して走査させる（Ｓ１）。電子銃１２を走査させることにより、図２に示したエミッションパターンの第１及び第２スポットがアノード電極Ａ２に対して平行移動する。電子銃の水平方向の可変ステップは制御ソフトにより設定することができる。
【００３３】
６）第１スポットの位置が（Ｘｎ，Ｙｎ）の時、アノード電極Ａ２で検出した電流ＩA2（Ｘｎ，Ｙｎ）を取得し（Ｓ２）、メモリに保存する。ここで、メモリは例えばパソコン８０内に設けられている。
【００３４】
７）制御ソフトにより電子銃アライメントを走査させ（Ｓ３）、電子銃アライメントコイルのデータ毎に蛍光板３で検出される電流の測定を行ない、検出される電流量が最大となる電子銃アライメントの値を取得する。電子銃アライメントを走査させた時に、蛍光板３で検出される電流の最大値をＩS（Ｘｎ，Ｙｎ）とし（Ｓ４）、電子銃アライメントのデータはＩS（Ｘｎ，Ｙｎ）を得た時の値に設定する。図５はＩA2とＩSの関係を示す図である。横軸はＸｎ，Ｙ軸は電流である。ｆ１はＩA2の特性を、ｆ２はＩSの特性をそれぞれ示す。
【００３５】
８）電子銃１２をモータ８５の駆動により走査させながら（Ｓ５）、各々の第１スポットの座標（Ｘｎ，Ｙｎ）毎に、アノード電極Ａ２で検出した電流ＩA2（Ｘｎ，Ｙｎ）を取得し、メモリに保存する。更に、（Ｘｎ，Ｙｎ）毎に手順７）の作業を行ない、電子銃アライメント１５を走査させた時の蛍光板３で検出した最大電流ＩS（Ｘｎ，Ｙｎ）を取得し、メモリに保存する。
【００３６】
９）一通り電子銃を走査させた後、アノード電極Ａ２で検出した電流ＩA2（Ｘｎ，Ｙｎ）の最大値ＩA2maxを取得する。また、蛍光板３で検出した電流IS（Ｘｎ，Ｙｎ）の最大値ＩSmaxを取得する（Ｓ６）。
【００３７】
１０）電子銃１２の位置が最適な位置（Ｘopt，Ｙopt）にある時、蛍光板３で検出される電流は最大値近傍の値となり、かつ第１スポットより放射された電子ビームのみがアノード電極Ａ２の開口９１を投下する。
【００３８】
１１）ここで、エミッションパターンの第１スポットの電流量が第２スポットのそれよりも大きいという前提を用いると、電子銃１２の位置が最適な位置（Ｘopt，Ｙopt）は、蛍光板で検出した電流ＩSが最大値の近傍であり、かつアノード電極Ａ２で検出された電流ＩA2が最大ではないという条件により特定される。
【００３９】
１２）即ち、Ｉts＝Ｃ１・Ｉsmaxで定義される蛍光板３で検出した電流の閾値と、
ItA2＝Ｃ２・ＩA2maxで定義されるアノード電極Ａ２で検出した電流の閾値に対して、
ＩS≧Ｉts＝Ｃ１・ＩsmaxかつＩA2＜ＩtA2＝Ｃ２・ＩA2maxが満たされる時、第１スポットが最適な位置（Ｘopt，Ｙopt）に存在することを意味する（Ｓ７）。
【００４０】
つまり、電子銃の最適な水平位置が探し出せたことになる。ここで、Ｃ１及びＣ２は０〜１．０まで可変できる任意定数であり制御ソフトで設定する。Ｃ１はできるだけ１．０に近い値を使用した方が、高い精度で最適な電子銃位置を特定することができる。
【００４１】
１３）実際には、手順５）〜１２）までの操作を制御ソフトで制御し、手順１２）を満たす最適な電子銃の位置（Ｘopt，Ｙopt）を自動的に見つけ出した後、電子銃１２の位置を最適位置に設定する。
【００４２】
この実施例によれば、モータを駆動して電子銃を機械的に走査させ、環状のアノード電極Ａ２の開口に対する電子ビームの入射軸を調整し、アノード電極Ａ２の開口を通過する電流量が最大となる時の前記電子銃の最適な機械的位置を自動的に取得することができるので、電子ビームのアノード電極Ａ２に対する入射軸を自動で最適化することができる。
（実施例２）
透過型電子顕微鏡本体上に冷陰極電子銃が搭載されている場合に、電子ビームのアノード電極Ａ２に対する入射軸合わせを行なう場合について説明する。図４に示すように、モータ８５に取り付けられた機械軸調整用ビス１８によって、エミッタ１１とアノード電極Ａ１から構成される電子銃１２がアノード電極Ａ２や加速管１４や電子銃アライメント１５に対して水平方向に移動できるようになっている。
【００４３】
エミッタ１１より放射された電子ビーム１３の一部はアノード電極Ａ２に衝突し、その電流はＨＴタンク８２を介してエミッション電流として計測される。アノード電極Ａ２には蛍光塗料が塗布してあり、エミッションパターン１７が観察窓１６から観察できる。冷陰極電子銃を投下した電子ビーム１３は、集束レンズ２０，対物レンズ３０，中間レンズ４０，投影レンズ５０を通過し、透過型電子顕微鏡の最下部に位置する蛍光板３まで到達する。
【００４４】
蛍光板３まで到達した電子ビームの電流量はｐＡメータ８４で計測され、パソコン８０に記録される。機械軸調整用ビス１８が取り付けられたモータ８５，電子銃アライメント１５はパソコン８０に接続されており、パソコン８０からの制御が可能となっている。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。
【００４５】
図２にエミッションパターンとアノード電極Ａ２の関係を示す。エミッションパターンは、エミッタ１１の結晶方位に依存するが、第１スポットの周りに３つの第２スポットが観察されるエミッタ１１の場合を例にあげて動作説明を行なう。第１スポットはエミッタ先端より放出された電子ビームに対応し、第２スポットはエミッタの先端以外から放出された電子ビームに対応するものとする。
【００４６】
第１スポットと第２スポットの間の距離Ｒは、ビルドアップの条件により変化する。アノード電極Ａ２の開口９１（半径ｒ）の中心に対する第１スポットの座標を（Ｘｎ，Ｙｎ）とする。第１スポットの位置（Ｘｎ，Ｙｎ）は、Ｘ方向及びＹ方向のモータのギア部分に取り付けられた可変抵抗に印加される電圧（ＶXn，ＶYn）に１対１に対応する。電子ビームのアノード電極Ａ２に対する入射軸が最適である時の第１スポットの位置を
（Ｘopt，Ｙopt）と定義する。基本となる手順を図３のフローチャートに示した。
[準備：電子銃アライメントによる電子ビーム投下]
１）アノード電極Ａ１及びＡ２に電界を印加することで、エミッタ１１より電子ビーム１３を放出させる。エミッションパターン観察窓に接続されたＣＣＤカメラ８１を利用して図２に示すようなエミッションパターンが観察されることを確認する。
【００４７】
２）エミッタ１１の先端から最も電子ビームの放出が行なわれるような条件を利用してエミッタ１１のビルドアップを行なう。
３）電子ビーム１３から試料１を外し、蛍光板３に電子ビームが集束されるような集束レンズ２０のの励磁にする。全ての絞り、スリットをオープンにする。対物レンズ３０，中間レンズ４０，投影レンズ５０の励磁は固定しておく。
【００４８】
４）次に、パソコン８０にインストールされた制御ソフトにより、電子銃アライメント１５を走査させ、電子銃アライメントコイルのデータ毎に蛍光板３で検出される電流量の測定を行ない、検出される電流量が最大となる電子銃アライメント１５の値を取得する。ここで、電子銃アライメント１５の値を検出される電流量が最大となる値に設定する。
[電子銃の走査による電子ビームのアノード電極Ａ２に対する自動入射軸合わせ]
この自動入射軸合わせ方法を適用するにあたり、エミッションパターンの第１スポットの強度即ち電流量が第２スポットのそれよりも大きいエミッション条件をエミッタのビルドアップにより達成していることが前提となる。即ち、第１スポットの電流量Ｉ1と第２スポット１個の電流量Ｉ2との間にＩ1＞Ｉ2の関係が成り立つ場合を前提とする。
【００４９】
５）制御ソフトによりモータ８５を駆動させ、エミッタ１１とアノード電極Ａ１から構成される電子銃部分をアノード電極Ａ２に対して走査させる（Ｓ１）。電子銃１２を走査させることにより、図２に示したエミッションパターンの第１及び第２スポットがアノード電極Ａ２に対して平行移動する。電子銃の水平方向の可変ステップは制御ソフトにより設定することができる。
【００５０】
６）第１スポットの位置が（Ｘｎ，Ｙｎ）の時、アノード電極Ａ２で検出した電流ＩA2（Ｘｎ，Ｙｎ）を取得し（Ｓ２）、メモリに保存する。ここで、メモリはパソコン８０内に設けられている。
【００５１】
７）制御ソフトにより電子銃アライメントを走査させ（Ｓ３）、電子銃アライメントコイルのデータ毎に蛍光板３で検出される電流の測定を行ない、検出される電流量が最大となる電子銃アライメントの値を取得する。電子銃アライメントを走査させた時に、蛍光板３で検出される電流の最大値をＩS（Ｘｎ，Ｙｎ）とし（Ｓ４）、電子銃アライメントのデータはＩS（Ｘｎ，Ｙｎ）を得た時の値に設定する。
【００５２】
８）電子銃１２をモータ８５の駆動により走査させながら（Ｓ５）、各々の第１スポットの座標（Ｘｎ，Ｙｎ）毎に、アノード電極Ａ２で検出した電流ＩA2（Ｘｎ，Ｙｎ）を取得し、メモリに保存する。更に、（Ｘｎ，Ｙｎ）毎に手順７）の作業を行ない、電子銃アライメント１５を走査させた時の蛍光板３で検出した最大電流ＩS（Ｘｎ，Ｙｎ）を取得し、メモリに保存する。
【００５３】
９）一通り電子銃を走査させた後、アノード電極Ａ２で検出した電流ＩA2（Ｘｎ，Ｙｎ）の最大値ＩA2maxを取得する。また、蛍光板３で検出した電流IS（Ｘｎ，Ｙｎ）の最大値ＩSmaxを取得する（Ｓ６）。
【００５４】
１０）電子銃１２の位置が最適な位置（Ｘopt，Ｙopt）にある時、蛍光板３で検出される電流は最大値近傍の値となり、かつ第１スポットより放射された電子ビームのみがアノード電極Ａ２の開口９１を投下する。
【００５５】
１１）ここで、エミッションパターンの第１スポットの電流量が第２スポットのそれよりも大きいという前提を用いると、電子銃１２の位置が最適な位置（Ｘopt，Ｙopt）は、蛍光板で検出した電流ＩSが最大値の近傍であり、かつアノード電極Ａ２で検出された電流ＩA2が最大ではないという条件により特定される。
【００５６】
１２）即ち、Ｉts＝Ｃ１・Ｉsmaxで定義される蛍光板３で検出した電流の閾値と、
ItA2＝Ｃ２・ＩA2maxで定義されるアノード電極Ａ２で検出した電流の閾値に対して、
ＩS≧Ｉts＝Ｃ１・ＩsmaxかつＩA2＜ＩtA2＝Ｃ２・ＩA2maxが満たされる時、第１スポットが最適な位置（Ｘopt，Ｙopt）に存在することを意味する（Ｓ７）。
【００５７】
つまり、電子銃の最適な水平位置が探し出せたことになる。ここで、Ｃ１及びＣ２は０〜１．０まで可変できる任意定数であり制御ソフトで設定する。Ｃ１はできるだけ１．０に近い値を使用した方が、高い精度で最適な電子銃位置を特定することができる。
【００５８】
１３）実際には、手順５）〜１２）までの操作を制御ソフトで制御し、手順１２）を満たす最適な電子銃の位置（Ｘopt，Ｙopt）を自動的に見つけ出した後、電子銃１２の位置を最適位置に設定する。
【００５９】
この実施例によれば、モータを駆動して電子銃を機械的に走査させ、環状のアノード電極Ａ２の開口に対する電子ビームの入射軸を調整し、アノード電極Ａ２の開口を通過する電流量が最大となる時の前記電子銃の最適な機械的位置を自動的に取得することができるので、電子ビームのアノード電極Ａ２に対する入射軸を自動で最適化することができる。
（実施例３）
透過型電子顕微鏡本体上に冷陰極電子銃が搭載されている場合に、電子ビームのアノード電極Ａ２に対する入射軸合わせを行なう時の構成について説明する。図６は透過型電子顕微鏡本体上に冷陰極電子銃が搭載された場合で、集束絞りを利用した電子ビームのアノード電極Ａ２に対する入射軸合わせの模式図である。図４と同一のものは、同一の符号を付して示す。
【００６０】
モータ８５に取り付けられた機械軸調整用ビス１８によって、エミッタとアノード電極Ａ１から構成される電子銃１２がアノード電極Ａ２や加速管１４や電子銃アライメント１５に対して水平方向に移動できるようになっている。エミッタ１１より放射された電子ビームの一部はアノード電極Ａ２に衝突し、その電流はＨＴタンク８２を介してエミッション電流として計測される。
【００６１】
電極Ａ２には蛍光塗料が塗布してあり、エミッションパターンが観察窓１６より観察できる。冷陰極電子銃を投下した電子ビーム１３は、集束レンズ２０を通過し、集束絞り２１まで到達する。集束絞り２１に衝突した電子ビームの電流量は、ｐＡメータ８４で計測され、パソコン８０に記録される。機械軸調整用ビス１８が取り付けられたモータ８５，電子銃アライメント１５はパソコン８０に接続されており、パソコンから制御可能となっている。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。
【００６２】
図２にエミッションパターンとアノード電極Ａ２の関係を示す。エミッションパターンは、エミッタ１１の結晶方位に依存するが、第１スポットの周りに３つの第２スポットが観察されるエミッタ１１の場合を例にあげて動作説明を行なう。第１スポットはエミッタ先端より放出された電子ビームに対応し、第２スポットはエミッタの先端以外から放出された電子ビームに対応するものとする。
【００６３】
第１スポットと第２スポットの間の距離Ｒは、ビルドアップの条件により変化する。アノード電極Ａ２の開口９１（半径ｒ）の中心に対する第１スポットの座標を（Ｘｎ，Ｙｎ）とする。第１スポットの位置（Ｘｎ，Ｙｎ）は、Ｘ方向及びＹ方向のモータのギア部分に取り付けられた可変抵抗に印加される電圧（ＶXn，ＶYn）に１対１に対応する。電子ビームのアノード電極Ａ２に対する入射軸が最適である時の第１スポットの位置を
（Ｘopt，Ｙopt）と定義する。基本となる手順を図３のフローチャートに示した。
[準備：電子銃アライメントによる電子ビーム投下]
１）アノード電極Ａ１及びＡ２に電界を印加することで、エミッタ１１より電子ビーム１３を放出させる。エミッションパターン観察窓に接続されたＣＣＤカメラ８１を利用して図２に示すようなエミッションパターンが観察されることを確認する。
【００６４】
２）エミッタ１１の先端から最も電子ビームの放出が行なわれるような条件を利用してエミッタ１１のビルドアップを行なう。
３）集束絞り２１に電子ビーム１３が集束されるような集束レンズ２０の励磁及び集束絞りの位置にする。
【００６５】
４）次に、パソコン８０にインストールされた制御ソフトにより、電子銃アライメント１５を走査させ、電子銃アライメントコイルのデータ毎に集束絞り２１で検出される電流量の測定を行ない、検出される電流量が最大となる電子銃アライメント１５の値を取得する。電子銃アライメント１５の値を検出される電流量が最大となる値に設定する。
[電子銃の走査による電子ビームのアノード電極Ａ２に対する自動入射軸合わせ]
この自動入射軸合わせ方法を適用するにあたり、エミッションパターンの第１スポットの強度即ち電流量が第２スポットのそれよりも大きいエミッション条件をエミッタのビルドアップにより達成していることが前提となる。即ち、第１スポットの電流量Ｉ1と第２スポット１個の電流量Ｉ2との間にＩ1＞Ｉ2の関係が成り立つ場合を前提とする。
【００６６】
５）制御ソフトによりモータ８５を駆動させ、エミッタ１１とアノード電極Ａ１から構成される電子銃１２をアノード電極Ａ２に対して走査させる（Ｓ１）。電子銃１２を走査させることにより、図２に示したエミッションパターンの第１及び第２スポットがアノード電極Ａ２に対して平行移動する。電子銃の水平方向の可変ステップは制御ソフトにより設定することができる。
【００６７】
６）第１スポットの位置が（Ｘｎ，Ｙｎ）の時、アノード電極Ａ２で検出した電流ＩA2（Ｘｎ，Ｙｎ）を取得し（Ｓ２）、メモリに保存する。ここで、メモリはパソコン８０内に設けられている。
【００６８】
７）制御ソフトにより電子銃アライメントを走査させ（Ｓ３）、電子銃アライメントコイルのデータ毎に集束絞り２１で検出される電流の測定を行ない、検出される電流量が最大となる電子銃アライメントの値を取得する。電子銃アライメント１５を走査させた時に、集束絞り２１で検出される電流の最大値をＩS（Ｘｎ，Ｙｎ）とし（Ｓ４）、電子銃アライメントのデータはＩS（Ｘｎ，Ｙｎ）を得た時の値に設定する。
【００６９】
８）電子銃１２をモータ８５の駆動により走査させながら（Ｓ５）、各々の第１スポットの座標（Ｘｎ，Ｙｎ）毎に、アノード電極Ａ２で検出した電流ＩA2（Ｘｎ，Ｙｎ）を取得し、メモリに保存する。更に、（Ｘｎ，Ｙｎ）毎に手順７）の作業を行ない、電子銃アライメント１５を走査させた時の集束絞り２１で検出した最大電流ＩS（Ｘｎ，Ｙｎ）を取得し、メモリに保存する。
【００７０】
９）一通り電子銃を走査させた後、アノード電極Ａ２で検出した電流ＩA2（Ｘｎ，Ｙｎ）の最大値ＩA2maxを取得する。また、集束絞り２１で検出した電流IS（Ｘｎ，Ｙｎ）の最大値ＩSmaxを取得する（Ｓ６）。
【００７１】
１０）電子銃１２の位置が最適な位置（Ｘopt，Ｙopt）にある時、集束絞り２１で検出される電流は最大値近傍の値となり、かつ第１スポットより放射された電子ビームのみがアノード電極Ａ２の開口９１を投下する。
【００７２】
１１）ここで、エミッションパターンの第１スポットの電流量が第２スポットのそれよりも大きいという前提を用いると、電子銃１２の位置が最適な位置（Ｘopt，Ｙopt）は、集束絞り２１で検出した電流ＩSが最大値の近傍であり、かつアノード電極Ａ２で検出された電流ＩA2が最大ではないという条件により特定される。
【００７３】
１２）即ち、Ｉts＝Ｃ１・Ｉsmaxで定義される集束絞り２１で検出した電流の閾値と、
ItA2＝Ｃ２・ＩA2maxで定義されるアノード電極Ａ２で検出した電流の閾値に対して、
ＩS≧Ｉts＝Ｃ１・ＩsmaxかつＩA2＜ＩtA2＝Ｃ２・ＩA2maxが満たされる時、第１スポットが最適な位置（Ｘopt，Ｙopt）に存在することを意味する（Ｓ７）。
【００７４】
つまり、電子銃の最適な水平位置が探し出せたことになる。ここで、Ｃ１及びＣ２は０〜１．０まで可変できる任意定数であり制御ソフトで設定する。Ｃ１はできるだけ１．０に近い値を使用した方が、高い精度で最適な電子銃位置を特定することができる。
【００７５】
１３）実際には、手順５）〜１２）までの操作を制御ソフトで制御し、手順１２）を満たす最適な電子銃の位置（Ｘopt，Ｙopt）を自動的に見つけ出した後、電子銃１２の位置を最適位置に設定する。
【００７６】
この実施例によれば、モータを駆動して電子銃を機械的に走査させ、環状のアノード電極Ａ２の開口に対する電子ビームの入射軸を調整し、アノード電極Ａ２の開口を通過する電流量が最大となる時の前記電子銃の最適な機械的位置を自動的に取得することができるので、電子ビームのアノード電極Ａ２に対する入射軸を自動で最適化することができる。
【００７７】
以上詳細に説明したとおり、本発明によれば電子ビームのアノード電極Ａ２に対する入射軸の自動調整方法の発明によって、電子ビームのアノード電極Ａ２に対する入射軸合わせが容易になり、軸合わせに必要な時間が短くなる。また、エミッタ先端より放出された輝度の高い電子ビームが常にアノード電極Ａ２の内部を通過することで、アノード電極Ａ１に印加する引き出し電圧を下げても試料に到達する電流を維持できるようになる。引き出し電圧を下げると、電子ビームのエネルギー幅の低減化につながり、電子エネルギー損失分光法による分析を効果的に行なうことができるようになる。
【符号の説明】
【００７８】
１ 試料
２ Ω型エネルギーフィルタ
３ 蛍光板
４ 入射絞り
５ スリット
１０ 冷陰極電子銃
１１ エミッタ
１２ 電子銃
１３ 電子ビーム
１４ 加速管
１５ 電子銃アライメント
１６ 観察用窓
１７ エミッションパターン
１８ 機械軸調整用ビス
２０ 集束レンズ
２１ 集束絞り
３０ 対物レンズ
３１ 対物絞り
４０ 中間レンズ
４１ 制限視野絞り
５０ 投影レンズ
６１ テレビカメラ
６２ ＤＦＩ検出器
６３ ＢＦＩ検出器
６４ テレビカメラ
６５ ドライバ
６６ ドライバ
６７ ドライバ
６８ ドライバ
８０ パソコン
８１ ＣＣＤカメラ
８２ ＨＴタンク
８３ モニタ
８４ ｐＡメータ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１個以上のレンズで構成される集束レンズ群と、１個以上のレンズで構成される対物レンズ群と、１個以上のレンズで構成される中間レンズ群と、１個以上のレンズで構成される投影レンズ群と、１個以上の対物絞りを備え、電子銃の第１のアノード電極Ａ１及び第２のアノード電極Ａ２に電界を印加することによってエミッタから電子ビームを発生させる冷陰極電子銃を備え、該電子銃のアノード電極Ａ２に対する機械的位置を調整するためのモータを備えた透過型電子顕微鏡において、
前記モータを駆動して電子銃を機械的に走査させ、環状のアノード電極Ａ２の開口に対する電子ビームの入射軸を調整し、アノード電極Ａ２の開口を通過する電流量が最大となる時の前記電子銃の最適な機械的位置を自動的に取得することを特徴とする冷陰極電子銃の自動入射軸合わせ方法。
【請求項２】
電子銃のエミッタから放射された電子が前記第２のアノード電極Ａ２に照射された時のスポットを第１スポット、エミッタ以外の部分から放射された電子が前記第２のアノード電極Ａ２に照射された時のスポットを第２スポットとし、電子銃をモータ駆動により走査させながら、それぞれの第１スポットの座標（Ｘｎ，Ｙｎ）毎に、第２のアノード電極Ａ２に流れる電流ＩA2（Ｘｎ，Ｙｎ）を測定してメモリに記憶し、（Ｘｎ，Ｙｎ）毎に電子銃アライメントを走査させて電子銃アライメントコイルのデータ毎に蛍光板で検出される電流ＩS（Ｘｎ，Ｙｎ）を測定してメモリに記憶し、
一通り電子銃を走査させた後、アノード電極Ａ２で検出した電流ＩA2（Ｘｎ，Ｙｎ）の最大値ＩA2maxと、蛍光板で検出した電流ＩS（Ｘｎ，Ｙｎ）の最大値ＩSmaxを取得し、Ｉts＝Ｃ１・ＩSmaxで定義される蛍光板で検出した電流の閾値と、ＩtA2＝Ｃ２・ＩA2maxで定義されるアノード電極Ａ２で検出した電流の閾値に対して、
Ｉs≧Ｉts＝Ｃ１・ＩSmaxかつＩA2＜ＩtA2＝Ｃ２・ＩA2maxが満たされる時、第１スポットが最適な位置（Ｘopt，Ｙopt）にあると判定することを特徴とする請求項１記載の冷陰極電子銃の自動入射軸合わせ方法。
【請求項３】
前記電流ＩS（Ｘｎ，Ｙｎ）を蛍光板の代わりに集束絞りで検出することを特徴とする請求項２記載の冷陰極電子銃の自動入射軸合わせ方法。
【請求項１】
１個以上のレンズで構成される集束レンズ群と、１個以上のレンズで構成される対物レンズ群と、１個以上のレンズで構成される中間レンズ群と、１個以上のレンズで構成される投影レンズ群と、１個以上の対物絞りを備え、電子銃の第１のアノード電極Ａ１及び第２のアノード電極Ａ２に電界を印加することによってエミッタから電子ビームを発生させる冷陰極電子銃を備え、該電子銃のアノード電極Ａ２に対する機械的位置を調整するためのモータを備えた透過型電子顕微鏡において、
前記モータを駆動して電子銃を機械的に走査させ、環状のアノード電極Ａ２の開口に対する電子ビームの入射軸を調整し、アノード電極Ａ２の開口を通過する電流量が最大となる時の前記電子銃の最適な機械的位置を自動的に取得することを特徴とする冷陰極電子銃の自動入射軸合わせ方法。
【請求項２】
電子銃のエミッタから放射された電子が前記第２のアノード電極Ａ２に照射された時のスポットを第１スポット、エミッタ以外の部分から放射された電子が前記第２のアノード電極Ａ２に照射された時のスポットを第２スポットとし、電子銃をモータ駆動により走査させながら、それぞれの第１スポットの座標（Ｘｎ，Ｙｎ）毎に、第２のアノード電極Ａ２に流れる電流ＩA2（Ｘｎ，Ｙｎ）を測定してメモリに記憶し、（Ｘｎ，Ｙｎ）毎に電子銃アライメントを走査させて電子銃アライメントコイルのデータ毎に蛍光板で検出される電流ＩS（Ｘｎ，Ｙｎ）を測定してメモリに記憶し、
一通り電子銃を走査させた後、アノード電極Ａ２で検出した電流ＩA2（Ｘｎ，Ｙｎ）の最大値ＩA2maxと、蛍光板で検出した電流ＩS（Ｘｎ，Ｙｎ）の最大値ＩSmaxを取得し、Ｉts＝Ｃ１・ＩSmaxで定義される蛍光板で検出した電流の閾値と、ＩtA2＝Ｃ２・ＩA2maxで定義されるアノード電極Ａ２で検出した電流の閾値に対して、
Ｉs≧Ｉts＝Ｃ１・ＩSmaxかつＩA2＜ＩtA2＝Ｃ２・ＩA2maxが満たされる時、第１スポットが最適な位置（Ｘopt，Ｙopt）にあると判定することを特徴とする請求項１記載の冷陰極電子銃の自動入射軸合わせ方法。
【請求項３】
前記電流ＩS（Ｘｎ，Ｙｎ）を蛍光板の代わりに集束絞りで検出することを特徴とする請求項２記載の冷陰極電子銃の自動入射軸合わせ方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１０−１８２４６６（Ｐ２０１０−１８２４６６Ａ）
【公開日】平成２２年８月１９日（２０１０．８．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２３２７０（Ｐ２００９−２３２７０）
【出願日】平成２１年２月４日（２００９．２．４）
【出願人】（０００００４２７１）日本電子株式会社 (811)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年８月１９日（２０１０．８．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年２月４日（２００９．２．４）
【出願人】（０００００４２７１）日本電子株式会社 (811)
【Ｆターム（参考）】
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