電子顕微鏡、および電子顕微鏡の光軸調整方法
【課題】電子源の交換後、蛍光板上で電子線の位置を確認することができないような光軸のずれがある状態でも光軸の自動調整が可能な電子顕微鏡を提供する。
【課題手段】蛍光板の電流を測定して電子線が蛍光板に照射されているか否かを判断し、照射されていない場合は、偏向器を制御して電子線が蛍光板に照射されるように電子線を移動させ、照射されている場合は、当該電流の大きさが極大であり、かつ蛍光板に照射されている電子線の画像から得られる輝度の大きさが極大となるように、偏向器を制御するものである。
【課題手段】蛍光板の電流を測定して電子線が蛍光板に照射されているか否かを判断し、照射されていない場合は、偏向器を制御して電子線が蛍光板に照射されるように電子線を移動させ、照射されている場合は、当該電流の大きさが極大であり、かつ蛍光板に照射されている電子線の画像から得られる輝度の大きさが極大となるように、偏向器を制御するものである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子顕微鏡に係り、特に電子源の交換作業の後等に実施される電子線の光軸の調整方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子顕微鏡の電子源には、一般的にタングステンフィラメント，ランタンヘキサボライトフィラメント等がある。電子顕微鏡では、この電子源の劣化や破断があるので、電子源の交換作業が行われる。電子源は、電子銃とよばれる筐体に入れられて、電子顕微鏡本体の鏡体と接続されている。電子銃内の電子源の交換作業は、作業者が電子銃を鏡体と分離して持ち上げ、電子源を交換し、交換後に再び電子銃を下げて鏡体と接続するという手順で行われる。したがって、電子源の中心軸と電子顕微鏡の中心軸とのずれは避けられないため、電子源の交換の後には、光軸合わせの作業が必ず行われる。
【０００３】
例えば、透過電子顕微鏡では、電子源から蛍光板に照射された電子線の像を作業者が目視し、電子線の光軸が蛍光板の中央に一致するように、経験と勘を頼りに電子線を偏向する偏向器を手動で調整して、光軸を補正している。近年は、蛍光板を直接目視するのではなく、電子顕微鏡内に蛍光板を撮影するテレビカメラを設けたり、試料を透過した像を試料の直下で撮影するテレビカメラを設けたりして、テレビカメラで撮影された電子線像をディスプレイで確認しながら、光軸を調整する手法が行われている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
光軸調整は、電子顕微鏡の鏡体に設けられた偏向コイルの強度を変えることで電子線の光軸を移動させ、蛍光板の中心等の所望の位置に合せることで行われる。したがって、光軸調整作業は、偏向コイルにどのくらいの電圧を与えると光軸がどの位移動するかといった経験が必要な作業であり、作業者の経験に左右されない自動化調整の機能が電子顕微鏡に求められている。自動化の試みとして、テレビカメラで撮影した画像から電子線の水平成分を調整し、電子線のビーム電流量から傾斜成分を調整する技術が提案されている（例えば、特許文献２参照）。しかし、電子源交換後、電子線が傾向板に全く照射されないといった状況は想定されていないため、その調整は手作業が必要である。このように、電子源交換後の電子線の光軸調整を完全に自動化した試みは未だ実現されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平５−２６６８４０号公報
【特許文献２】特開２００２−１１７７９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、電子源の交換後、蛍光板上で電子線の位置を確認することができないような光軸のずれがある状態でも光軸の自動調整が可能な電子顕微鏡を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明の実施態様は、蛍光板の電流を測定して電子線が蛍光板に照射されているか否かを判断し、照射されていない場合は、偏向器を制御して電子線が蛍光板に照射されるように電子線を移動させ、照射されている場合は、当該電流の大きさが極大であり、かつ蛍光板に照射されている電子線の画像から得られる輝度の大きさが極大となるように、偏向器を制御するものである。
【発明の効果】
【０００８】
上記構成により、本発明によれば、電子源の交換後、蛍光板上で電子線の位置を確認することができないような光軸のずれがある状態でも光軸の自動調整が可能な電子顕微鏡を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】透過電子顕微鏡の主要な構成を示す構成図である。
【図２】透過電子顕微鏡の主要な構成を示す構成図である。
【図３】ディスプレイに表示される画面の一例を示す画面図である。
【図４】ディスプレイに表示される画面の一例を示す画面図である。
【図５】ディスプレイに表示される画面の一例を示す画面図である。
【図６】光軸調整の処理の手順を示すフローチャートである。
【図７】ディスプレイへ表示される蛍光板の画像を示す画面図である。
【図８】ディスプレイへ表示される蛍光板の画像を示す画面図である。
【図９】図６のステップ６０６の偏向コイル粗調整処理の詳細を示すフローチャートである。
【図１０】傾斜偏向コイルのｘ軸とｙ軸での電子線４の光軸の移動を示す概念図である。
【図１１】位置偏向コイルのｘ軸とｙ軸での電子線４の光軸の移動を示す概念図である。
【図１２】図６のステップ６０７の偏向コイル微調整処理の詳細を示すフローチャートである。
【図１３】図１２のステップ１２０２の傾斜偏向極大電流設定処理の詳細を示すフローチャートである。
【図１４】蛍光板から得られる電流値Ｉｘと傾斜偏向コイルによる偏向量ＧＴ−ｘとの関係を示す相関図である。
【図１５】図６のステップ６１１の傾斜偏向極大輝度設定処理の詳細を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を用いて本発明の実施形態を説明する。
【００１１】
〔実施例〕
図１は、透過電子顕微鏡の主要な構成を示す構成図である。電子源３から試料１８へ照射された電子線４は、試料１８を透過し、テレビカメラ２０等の撮影装置で撮影されて制御装置１５へ送られ、ディスプレイ等に表示される。電子源３は電子銃１とよばれる筐体内に設置され、電子銃１と電子顕微鏡本体の鏡体２とが接続されてから、内部が真空に保持される。電子源３には、タングステンフィラメント，ランタンヘキサボライトフィラメント，熱電子銃，電解放出電子銃，ショットキー電子源等各種あるが、本発明はいずれの電子源にも適用可能である。
【００１２】
鏡体２には、電子線４を試料１８へ集束させる電磁レンズ７，テレビカメラ２０へ集束させる結像系レンズ１９，試料１８を固定する試料台１７が内蔵されている。電子源３へは電子源制御装置９から加速電圧，フィラメント電圧，バイアス電圧が印加され、電子線４が発生する。鏡体２は、真空排気装置２２により内部が真空に保持される。電磁レンズ７や結像系レンズ１９は、電磁レンズ制御装置１１から電流が供給されてレンズ強度が変更される。試料台１７は、試料制御装置２１で駆動されて、３次元方向の位置が変更される。
【００１３】
鏡体２の外部に設けられた制御装置１５は、メモリ１５ｅに格納されたプログラムをプロセッサ１５ａが実行することで、電子源３へ加速電圧を供給する電子源制御装置９への指令，位置偏向コイル５や傾斜偏向コイル６へ電流を供給する電子線制御装置１０への指令，電磁レンズ７や結像系レンズ１９へ電流を供給する電磁レンズ制御装置１１への指令を与える。テレビカメラ２０で撮影された画像信号は画像処理装置１５ｇへ送られ、画像を一時保持するメモリ１５ｄや多量の画像を保存可能な画像保存メモリ１５ｆに保存される。また、画像信号は、メモリ１５ｂに一時保持されて入出力インターフェース１５ｃから外部に接続されたディスプレイに表示されたり、大容量の記憶装置に保管されたりする。
【００１４】
図２は、透過電子顕微鏡の主要な構成を示す構成図である。透過電子顕微鏡では、蛍光板８の電子線像を作業者が目視観察することで、光軸調整が行われている。本実施例では、蛍光板８の電子線像をテレビカメラ１２で撮影し、画像処理装置１３を経由して制御装置１５へ送り、電子線像の輝度が求められ、また、ディスプレイ１６に表示されるようにしている。また、蛍光板８には電流計測装置１４が接続され、蛍光板８に電子線４が照射されることで変化する電流値を計測し、電流値が制御装置１５へ送られる。
【００１５】
電子線４の光軸の調整の目的で、鏡体２の内部には、位置偏向コイル５や傾斜偏向コイル６が設けられ、位置偏向コイル５により電子線４の水平位置と垂直位置が、傾斜偏向コイル６により傾斜角度が制御される。制御装置１５からの指令により、電子線制御装置１０は、位置偏向コイル５や傾斜偏向コイル６の強度を調整する。制御装置１５からの指令により、電磁レンズ制御装置１１は、電磁レンズ７の強度を調整する。
【００１６】
電子源３が設置される電子銃１は、電子顕微鏡本体である鏡体２と接続されているが、電子銃１の内部の電子源３の交換作業のときには、電子銃１と鏡体２とが分離される。電子銃１内に装着する電子源３の交換作業は、電子銃１を上げ鏡体２と分離しなければならない。電子源３の交換後、再び電子銃１を下ろし鏡体２と一体化させるが、電子源３の取り付け位置、および、電子銃１の上げ下げによる設置位置の僅かな誤差により、電子銃１と鏡体２の電子線光軸にずれが生じ、蛍光板８に電子線４が表示されなくなる、または、電子線４が表示されていても調整が必要な状態となる。
【００１７】
電子線４の光軸が蛍光板８の中心と一致していれば、蛍光板８の電流値は極大値となり、蛍光板８の電子線の画像から得られる輝度も極大値となる。したがって、制御装置１５は、蛍光板８の電流値や電子線像の輝度値を演算し、それぞれの値が極大値になるように、各制御装置へ送信する制御データを演算し、送信する。この制御データに基づいて、位置偏向コイル５や傾斜偏向コイル６により、電子線４の光軸が調整される。
【００１８】
図３，図４および図５は、ディスプレイ１６に表示される画面の例を示す画面図である。図３は、電子源３の破断を感知したときに、電子顕微鏡の操作者に警告されるメッセージを表示した画面の例である。操作者は、この画面が表示されたら、電子顕微鏡を停止させ、電子源３を交換する。図４は、電子源３の光軸調整と、鏡体２の光軸調整のどちらを実行するかを選択し、光軸調整を自動実行させるための画面の例であり、電子源３を交換した後に表示される。自動光軸調整にあたり、操作者は、電子源３の加速電圧やエミッション電流の最適値がいくつであるか直ちにはわからないため、これらを手入力するのはわずらわしい。そこで、図４の画面に続いて図５の画面を表示させ、操作者が加速電圧印加を指定するボタンを指定する。これにより、図２に示した制御装置１５で、予め設定された加速電圧やエミッション電流を自動設定するプログラムが実行され、続いて、これに連動して光軸調整のプログラムが実行され、光軸が自動調整される。
【００１９】
図６は、光軸調整の処理の手順を示すフローチャートである。図２に示された制御装置１５は、図６に示された手順のプログラムを実行して得られた制御データを出力し、位置偏向コイル５や傾斜偏向コイル６を制御して、光軸調整を自動実行する。なお、図６に示した手順は、本発明の主要部分を示すものであり、省略された詳細な手順は、別の図を用いて説明する。
【００２０】
図６において、はじめに、位置偏向コイル５と傾斜偏向コイル６の初期値を設定する（ステップ６０１）。ここで、初期値は、位置偏向コイル５においては原点位置，傾斜偏向コイル６においては傾斜０°となる値を設定する。なお、電子顕微鏡の製造過程や、その他の要因による個体差により、コイルの原点が必ずしも光軸と一致しているとは限らない。この場合は、鏡体２を基準とした光軸に合わせるように補正された値を初期値とする。これにより、電子顕微鏡の個体差による偏差を無くすることができるので、電子源３の取り付け位置に対する光軸の誤差を調整するだけでよい。
【００２１】
図７，図８は、ディスプレイ１６へ表示される蛍光板の画像を示す画面図である。図２に示した蛍光板８をテレビカメラ１２で撮影した画像から、制御装置１５は輝度値を求める（ステップ６０２）。蛍光板８の画像は、図２に示したように斜め方向から撮影した画像のため、例えば円の画像が写っている場合、そのままディスプレイへ表示させると図７に示すように、楕円形に変形した形状で表示される。制御装置１５では、楕円形の画像を円形に修正する画像変換処理を行う。そして、図８に示されるような円の画像として電子線像がディスプレイ１６に表示される。画像変換処理の後に、制御装置１５は、画像の諧調値から輝度値を求める。例えば、画像の画素毎の輝度値の総和を求め、画素数で除算して平均値を輝度値とする。蛍光板８に電子線４が照射されていない場合は、輝度値はほぼ０である。
【００２２】
次に、蛍光板８の電流値が電流計測装置１４で計測され、制御装置１５へ送信される（ステップ６０３）。偏向コイルに初期値を設定した時点で輝度値が得られなければ、蛍光板８には撮影可能な電子線が照射されていないことになるが、蛍光板８には微小な電子線が照射されている可能性がある。したがって、輝度値が得られなくても、制御装置１５は電流値に基づいて光軸を調整することが可能である。
【００２３】
ステップ６０２の計算処理で輝度値が得られたかどうかを判定し（ステップ６０４）、輝度値が得られなかった場合は、電流値が得られたかどうかを判定する（ステップ６０５）。電流値が得られなかったときは、位置偏向コイル５と傾斜偏向コイル６の値を変更し、電子線４を移動させて粗調整を行い（ステップ６０６）、再度、ステップ６０２の輝度値の算出と、ステップ６０３の電流値の算出を行う。ステップ６０６の粗調整処理の詳細は後述する。
【００２４】
ステップ６０５で電流値が得られたときは、電子線４が蛍光板８に照射されていることを示しているので、位置偏向コイル５と傾斜偏向コイル６の値を変更し、電子線４を移動させて微調整を行い（ステップ６０７）、再度、ステップ６０２の輝度値の算出と、ステップ６０３の電流値の算出を行う。ステップ６０７の微調整処理の詳細は後述する。以上を繰り返すことで、電子線４が蛍光板８を照射するようになり、輝度値を得ることができる。
【００２５】
ステップ６０４で輝度値を得られた場合、蛍光板８の中心座標へ電子線４を位置偏向コイル５で移動させる処理（ステップ６０９）を行う。この処理は一度行えばよいので、その前にこの処理が実行されたか否かを確認する（ステップ６０８）。制御装置１５は、ステップ６０７の偏向コイル微調整処理で求めた電子線４の現在の位置座標と蛍光板８の中心座標との間の差を求め、この差を移動量として位置偏向コイル５へ電子線４の偏向指令を送信する。もし、ステップ６０４で輝度値が得られた場合、電子線４の現在の位置座標はわからないので、制御装置１５は、予め設定された移動量を用いて、位置偏向コイル５へ電子線４の偏向指令を送信する。
【００２６】
続いて、蛍光板８から得られる輝度が極大値かどうかを確認する（ステップ６１０）。蛍光板８の画像を取得し、制御装置１５は輝度値を演算する。蛍光板８の面上の輝度分布からは、光軸の正確な位置はわからないが、例えば、蛍光板８の全体から得られる輝度値の総量や平均値が極大になるときの光軸の位置が、蛍光板８の中心と一致した位置であると推定することができる。したがって、１回目は輝度値がひとつしかないが、３回目以降、極大値かどうかを判定することができるので、これを繰り返すことで、輝度値の総量や平均値が極大になるときの光軸の位置を求めることができる。
【００２７】
ステップ６１０で、輝度値が極大値でない場合は、後述する傾斜偏向極大輝度設定処理（ステップ６１１）を実行した後、ステップ６０２以降を再度実行し、ステップ６１０の輝度値の判定で極大値になるまで、処理が継続される。
【００２８】
図９は、図６のステップ６０６の偏向コイル粗調整処理の詳細を示すフローチャートである。また、図１０は、傾斜偏向コイルのｘ軸とｙ軸での電子線４の光軸の移動を示す概念図であり、点１０１から点１０４まで順番に電子線４が偏向される。最終の点１０４で表される範囲は、蛍光板８の全領域を網羅するように設定される。偏向コイル粗調整処理は、輝度値、および、電流値が得られず、蛍光板８上に電子線４が照射されていない状態で、電流値を得るようにするための処理である。制御装置１５で傾斜座標を計算し、傾斜偏向コイル６にその座標データを設定することで、電子線４を傾斜させる（ステップ９０１）。図１０において、初期状態は点１０１であり、電子線４をある値だけ傾斜させると点１０２になる。そして、この点１０２に相当する位置だけ電子線４を偏向させる。傾斜座標は、図１０に示す点１０４まで多数あり、点１０２の場合は、全傾斜についてまだ完了していない状態なので（ステップ９０２）、以下のステップを実行せずに図６のステップ６０２へ戻り、ステップ６０２の輝度計算からステップ６０３の電流計測までを行い、ステップ６０４およびステップ６０５の判定を行う。判定の結果、再度粗調整処理が必要であれば、図９に示す手順を再度実行するが、このときの開始点は図１０の点１０２であり、図１０の点１０２から点１０３へ電子線４を傾斜させ（ステップ９０１）、ステップ９０２の判定でまだ全傾斜が完了していないので、再度、図６のステップ６０２へ戻り、これを繰り返す。図１０の最終の点１０４では、図９のステップ９０２は全傾斜が完了していないと判定して、図６のステップ６０２へ戻る。図６のステップ６０４で輝度値を得られず、ステップ６０５で電流値が得られない場合は、再びステップ６０６の詳細を図９に示した偏向コイル粗調整処理が実行され、図１０の最終の点１０４の次の点がないので、図９のステップ９０１での傾斜偏向コイル６の変更が行われない。そして、制御装置１５は、ステップ９０２で、全ての傾斜について完了したと判定し、傾斜偏向コイル６の値を初期値に戻し（ステップ９０３）、位置偏向コイル５のみを用いて電子線４を偏向させ、光軸の位置を変える（ステップ９０４）。
【００２９】
図１１は、位置偏向コイルのｘ軸とｙ軸での電子線４の光軸の移動を示す概念図である。最終の点１１４で表される範囲は、蛍光板８の全領域を網羅するように設定される。図２に示す制御装置１５で、位置座標に図１１の点１１１で示す初期値を設定し、全位置が完了したかどうかを判定し（ステップ９０５）、今回は初期値である点１１１なので、図９に示す手順を終了して、図６に示すステップ６０２とステップ６０３を実行し、輝度値と電流値が得られたかどうかを判定する。いずれも得られなかった場合はステップ６０６の図９の手順へ戻り、輝度値または電流値が得られるまで、ステップ９０１からの手順が繰り返される。図９に示すステップ９０４では、図１１に示す点１１１，点１１２，点１１３から最終の点１１４までが、位置偏向コイル５の設定位置である。
【００３０】
図９のステップ９０５で、図１１に示す最終の点１１４でも、輝度値も電流値も得られないときは、電子線４が照射されていないことや、全く見当違いの方向に照射されているというような光軸調整を行う以前の問題が考えられる。したがって、この場合はエラーメッセージをディスプレイ等に表示して、光軸調整の処理を中止する（ステップ９０６）。例えば、電子源の交換時に誤って不良である電子源を取り付けてしまった場合、電子線は発射されない、あるいは、電子源の取り付け方が不十分で、電子源が正規の位置に取り付けられなかったり、脱落してしまった場合も、電子線が発射されない。
【００３１】
図１２は、図６のステップ６０７の偏向コイル微調整処理の詳細を示すフローチャートである。偏向コイル微調整処理は、蛍光板８から得られる電流値が増大する方向に傾斜偏向コイル６、および位置偏向コイル５により電子線４を偏向させ、蛍光板８の画像から輝度値を得るまでを行う処理である。
【００３２】
図６のステップ６０６の偏向コイル粗調整処理で得られた傾斜偏向コイル６の設定値と位置偏向コイル５の設定値を、初期値として使用する。はじめに、図６のステップ６０３で測定した蛍光板８の電流値が極大値かどうかを判定する（ステップ１２０１）。これは、今回の値より前回の値が大きく、そのひとつ前の値がそれより小さければ、前回の値が極大であると判定できる。最初は値の数が１つであり、極大かどうかの判定ができないので、その電流値が極大となるように傾斜偏向コイル６の設定値を変える処理を実行する（ステップ１２０２）。この処理の詳細は後述する。
【００３３】
ステップ１２０１で蛍光板８の電流値が極大であった場合、図１１に示した点１１１を初期値とし、位置偏向コイル５の設定値を変えて電子線４を偏向させ、光軸の位置を変える（ステップ１２０３）。ここでは、図１１に示した位置偏向コイルのｘ軸とｙ軸での電子線４の光軸の移動を行う。最終の点１１４で表される範囲は、蛍光板８の全領域を網羅するように設定される。制御装置１５で位置座標に図１１の点１１１で示す初期値を設定し、全位置が完了したかどうかを判定し（ステップ１２０４）、最初は初期値である点１１１なので、図１２に示す手順を終了して、図６に示すステップ６０７から抜け、ステップ６０２とステップ６０３を実行し、輝度値と電流値が得られたかどうかを判定する。輝度値は得られなかったが電流値が得られた場合はステップ６０７の図１２に示す処理を再度実行する。
【００３４】
輝度値を得られずにステップ１２０４の全位置が完了したら、図１１の点１１４まで行っても電子線４の光軸が全く見つからなかったということなので、光軸調整を行う以前の問題が考えられる。したがって、この場合はエラーメッセージをディスプレイ１６等に表示して、光軸調整の処理を中止する（ステップ１２０５）。エラーには、例えば、電子源の交換時に誤って不良である電子源を取り付けてしまった場合、電子線が発射されない、あるいは、取り付け方が不十分で、電子源が正規の位置に取り付けられなかったり、脱落してしまった場合等も、電子線が発射されない。したがって、制御装置１５は、これらに相当するようなメッセージをディスプレイ１６へ表示する。
【００３５】
図１３は、図１２のステップ１２０２の傾斜偏向極大電流設定処理の詳細を示すフローチャートである。傾斜偏向コイル６による電子線のｘ方向の偏向をＧＴ−ｘ，ｙ方向の偏向をＧＴ−ｙと定義する。はじめに傾斜偏向コイル６によりｘ軸の傾斜が完了したかどうかを判断し（ステップ１３０１）、完了した場合はｙ軸の傾斜が完了したかどうかを判断する（ステップ１３０２）。
【００３６】
ステップ１３０１でｘ軸の傾斜が完了していないと判断された場合は、ｘ軸について、二分探索法を用いて、蛍光板８の電流値が極大となるｘ方向の偏向の値ＧＴ−ｘmaxを求める（ステップ１３０３）。そしてその値を傾斜偏向コイル６の設定値とし（ステップ１３０４）、図１３に示した傾斜偏向極大電流設定処理を終了し、図１２に示したステップ１２０２を終了して偏向コイル微調整処理を終了し、図６に示したステップ６０７を終了する。
【００３７】
ステップ１３０２でｙ軸の傾斜が完了していないと判断された場合は、ｙ軸について、二分探索法を用いて、蛍光板８の電流値が極大となるｙ方向の偏向の値ＧＴ−ｙmaxを求める（ステップ１３０５）。そしてその値を傾斜偏向コイル６の設定値とし（ステップ１３０６）、図１３に示した傾斜偏向極大電流設定処理を終了し、図１２に示したステップ１２０２を終了して偏向コイル微調整処理を終了し、図６に示したステップ６０７を終了する。
【００３８】
図１４は、蛍光板８から得られる電流値Ｉｘと傾斜偏向コイル６による偏向量ＧＴ−ｘとの関係を示す相関図である。図１４を用いて、ｘ軸方向について、二分探索法により電流値が増大する方向とそのときの設定座標を求める方法を説明する。傾斜偏向コイル６による電子線のｘ方向の偏向をＧＴ−ｘとし、この初期値をＧＴ−ｘ０とする。この初期値ＧＴ−ｘ０を傾斜偏向コイル６に設定した時に蛍光板８から得られる電流値をＩｘ０とする。次に、偏向量の初期値ＧＴ−ｘ０からΔＧＴだけ減少させたときの偏向量をＧＴ−ｘ１とし、このときに蛍光板から得られる電流値を測定して、この電流値をＩｘ１とする。次に、初期値ＧＴ−ｘ０からΔＧＴだけ増加させたときの偏向量をＧＴ−ｘ２とし、このときに蛍光板から得られる電流値を測定して、この電流値をＩｘ２とする。そして、二分探索法を用いると、電流値Ｉｘの極大値Ｉｘmaxと、そのときの偏向量ＧＴ−ｘmaxを求めることができる。ｙ軸方向についても、上述のｘ軸方向と同じ二分探索法により、電流値の極大値Ｉｙmaxに対応する偏向量ＧＴ−ｙmaxが設定される。図１４において、例えば、電流値Ｉｘ０よりも電流値Ｉｘ２の方が大きい場合は、電流値Ｉｘ２が極大値Ｉｘmaxとなり、電流値Ｉｘ２に対応する偏向量ＧＴ−ｘ２が設定される。
【００３９】
図１５は、図６のステップ６１１の傾斜偏向極大輝度設定処理の詳細を示すフローチャートである。本処理は、図１３に示した極大電流値を求める処理に対して、電流値を輝度値に置き換えた処理であり、処理の考え方は同じである。傾斜偏向コイル６による電子線のｘ方向の偏向をＧＴ−ｘ，ｙ方向の偏向をＧＴ−ｙと定義する。はじめに傾斜偏向コイル６によりｘ軸の傾斜が完了したかどうかを判断し（ステップ１５０１）、完了した場合はｙ軸の傾斜が完了したかどうかを判断する（ステップ１５０２）。
【００４０】
ステップ１５０１でｘ軸の傾斜が完了していないと判断された場合は、ｘ軸について、二分探索法を用いて、蛍光板８の輝度値が極大となるｘ方向の偏向の値ＧＴ−ｘmaxを求める（ステップ１５０３）。そしてその値を傾斜偏向コイル６の設定値とし（ステップ１５０４）、図１５に示した傾斜偏向極大輝度設定処理を終了し、図６に示したステップ６１１を終了する。
【００４１】
ステップ１５０２でｙ軸の傾斜が完了していないと判断された場合は、ｙ軸について、二分探索法を用いて、蛍光板８の輝度値が極大となるｙ方向の偏向の値ＧＴ−ｙmaxを求める（ステップ１５０５）。そしてその値を傾斜偏向コイル６の設定値とし（ステップ１５０６）、図１５に示した傾斜偏向極大輝度設定処理を終了し、図６に示したステップ６１１を終了する。
【００４２】
本発明の実施例によれば、蛍光板から得られる微小な電流値と、蛍光板に照射された電子線の輝度値を併用し、かつ両方の値をそれぞれ確認しながら電子線を偏向させることで、電子線の光軸調整を自動化することができる。これにより、電子源の交換後に、経験や勘を頼らずに誰でも容易に、かつ、正確に電子線の光軸調整ができる。さらに、電子源の交換後に加速電圧印加操作に連動して電子線の光軸調整を自動実行することで、電子顕微鏡の操作者は、光軸調整を全く意識せずに電子顕微鏡を扱うことが可能になる。
【符号の説明】
【００４３】
１ 電子銃
２ 鏡体
３ 電子源
４ 電子線
５ 位置偏向コイル
６ 傾斜偏向コイル
７ 電磁レンズ
８ 蛍光板
９ 電子源制御装置
１０ 電子線制御装置
１１ 電磁レンズ制御装置
１２，２０ テレビカメラ
１３ 画像処理装置
１４ 電流計測装置
１５ 制御装置
１６ ディスプレイ
１７ 試料台
１８ 試料
１９ 結像系レンズ
２１ 試料制御装置
２２ 真空排気装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子顕微鏡に係り、特に電子源の交換作業の後等に実施される電子線の光軸の調整方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子顕微鏡の電子源には、一般的にタングステンフィラメント，ランタンヘキサボライトフィラメント等がある。電子顕微鏡では、この電子源の劣化や破断があるので、電子源の交換作業が行われる。電子源は、電子銃とよばれる筐体に入れられて、電子顕微鏡本体の鏡体と接続されている。電子銃内の電子源の交換作業は、作業者が電子銃を鏡体と分離して持ち上げ、電子源を交換し、交換後に再び電子銃を下げて鏡体と接続するという手順で行われる。したがって、電子源の中心軸と電子顕微鏡の中心軸とのずれは避けられないため、電子源の交換の後には、光軸合わせの作業が必ず行われる。
【０００３】
例えば、透過電子顕微鏡では、電子源から蛍光板に照射された電子線の像を作業者が目視し、電子線の光軸が蛍光板の中央に一致するように、経験と勘を頼りに電子線を偏向する偏向器を手動で調整して、光軸を補正している。近年は、蛍光板を直接目視するのではなく、電子顕微鏡内に蛍光板を撮影するテレビカメラを設けたり、試料を透過した像を試料の直下で撮影するテレビカメラを設けたりして、テレビカメラで撮影された電子線像をディスプレイで確認しながら、光軸を調整する手法が行われている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
光軸調整は、電子顕微鏡の鏡体に設けられた偏向コイルの強度を変えることで電子線の光軸を移動させ、蛍光板の中心等の所望の位置に合せることで行われる。したがって、光軸調整作業は、偏向コイルにどのくらいの電圧を与えると光軸がどの位移動するかといった経験が必要な作業であり、作業者の経験に左右されない自動化調整の機能が電子顕微鏡に求められている。自動化の試みとして、テレビカメラで撮影した画像から電子線の水平成分を調整し、電子線のビーム電流量から傾斜成分を調整する技術が提案されている（例えば、特許文献２参照）。しかし、電子源交換後、電子線が傾向板に全く照射されないといった状況は想定されていないため、その調整は手作業が必要である。このように、電子源交換後の電子線の光軸調整を完全に自動化した試みは未だ実現されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平５−２６６８４０号公報
【特許文献２】特開２００２−１１７７９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、電子源の交換後、蛍光板上で電子線の位置を確認することができないような光軸のずれがある状態でも光軸の自動調整が可能な電子顕微鏡を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明の実施態様は、蛍光板の電流を測定して電子線が蛍光板に照射されているか否かを判断し、照射されていない場合は、偏向器を制御して電子線が蛍光板に照射されるように電子線を移動させ、照射されている場合は、当該電流の大きさが極大であり、かつ蛍光板に照射されている電子線の画像から得られる輝度の大きさが極大となるように、偏向器を制御するものである。
【発明の効果】
【０００８】
上記構成により、本発明によれば、電子源の交換後、蛍光板上で電子線の位置を確認することができないような光軸のずれがある状態でも光軸の自動調整が可能な電子顕微鏡を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】透過電子顕微鏡の主要な構成を示す構成図である。
【図２】透過電子顕微鏡の主要な構成を示す構成図である。
【図３】ディスプレイに表示される画面の一例を示す画面図である。
【図４】ディスプレイに表示される画面の一例を示す画面図である。
【図５】ディスプレイに表示される画面の一例を示す画面図である。
【図６】光軸調整の処理の手順を示すフローチャートである。
【図７】ディスプレイへ表示される蛍光板の画像を示す画面図である。
【図８】ディスプレイへ表示される蛍光板の画像を示す画面図である。
【図９】図６のステップ６０６の偏向コイル粗調整処理の詳細を示すフローチャートである。
【図１０】傾斜偏向コイルのｘ軸とｙ軸での電子線４の光軸の移動を示す概念図である。
【図１１】位置偏向コイルのｘ軸とｙ軸での電子線４の光軸の移動を示す概念図である。
【図１２】図６のステップ６０７の偏向コイル微調整処理の詳細を示すフローチャートである。
【図１３】図１２のステップ１２０２の傾斜偏向極大電流設定処理の詳細を示すフローチャートである。
【図１４】蛍光板から得られる電流値Ｉｘと傾斜偏向コイルによる偏向量ＧＴ−ｘとの関係を示す相関図である。
【図１５】図６のステップ６１１の傾斜偏向極大輝度設定処理の詳細を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を用いて本発明の実施形態を説明する。
【００１１】
〔実施例〕
図１は、透過電子顕微鏡の主要な構成を示す構成図である。電子源３から試料１８へ照射された電子線４は、試料１８を透過し、テレビカメラ２０等の撮影装置で撮影されて制御装置１５へ送られ、ディスプレイ等に表示される。電子源３は電子銃１とよばれる筐体内に設置され、電子銃１と電子顕微鏡本体の鏡体２とが接続されてから、内部が真空に保持される。電子源３には、タングステンフィラメント，ランタンヘキサボライトフィラメント，熱電子銃，電解放出電子銃，ショットキー電子源等各種あるが、本発明はいずれの電子源にも適用可能である。
【００１２】
鏡体２には、電子線４を試料１８へ集束させる電磁レンズ７，テレビカメラ２０へ集束させる結像系レンズ１９，試料１８を固定する試料台１７が内蔵されている。電子源３へは電子源制御装置９から加速電圧，フィラメント電圧，バイアス電圧が印加され、電子線４が発生する。鏡体２は、真空排気装置２２により内部が真空に保持される。電磁レンズ７や結像系レンズ１９は、電磁レンズ制御装置１１から電流が供給されてレンズ強度が変更される。試料台１７は、試料制御装置２１で駆動されて、３次元方向の位置が変更される。
【００１３】
鏡体２の外部に設けられた制御装置１５は、メモリ１５ｅに格納されたプログラムをプロセッサ１５ａが実行することで、電子源３へ加速電圧を供給する電子源制御装置９への指令，位置偏向コイル５や傾斜偏向コイル６へ電流を供給する電子線制御装置１０への指令，電磁レンズ７や結像系レンズ１９へ電流を供給する電磁レンズ制御装置１１への指令を与える。テレビカメラ２０で撮影された画像信号は画像処理装置１５ｇへ送られ、画像を一時保持するメモリ１５ｄや多量の画像を保存可能な画像保存メモリ１５ｆに保存される。また、画像信号は、メモリ１５ｂに一時保持されて入出力インターフェース１５ｃから外部に接続されたディスプレイに表示されたり、大容量の記憶装置に保管されたりする。
【００１４】
図２は、透過電子顕微鏡の主要な構成を示す構成図である。透過電子顕微鏡では、蛍光板８の電子線像を作業者が目視観察することで、光軸調整が行われている。本実施例では、蛍光板８の電子線像をテレビカメラ１２で撮影し、画像処理装置１３を経由して制御装置１５へ送り、電子線像の輝度が求められ、また、ディスプレイ１６に表示されるようにしている。また、蛍光板８には電流計測装置１４が接続され、蛍光板８に電子線４が照射されることで変化する電流値を計測し、電流値が制御装置１５へ送られる。
【００１５】
電子線４の光軸の調整の目的で、鏡体２の内部には、位置偏向コイル５や傾斜偏向コイル６が設けられ、位置偏向コイル５により電子線４の水平位置と垂直位置が、傾斜偏向コイル６により傾斜角度が制御される。制御装置１５からの指令により、電子線制御装置１０は、位置偏向コイル５や傾斜偏向コイル６の強度を調整する。制御装置１５からの指令により、電磁レンズ制御装置１１は、電磁レンズ７の強度を調整する。
【００１６】
電子源３が設置される電子銃１は、電子顕微鏡本体である鏡体２と接続されているが、電子銃１の内部の電子源３の交換作業のときには、電子銃１と鏡体２とが分離される。電子銃１内に装着する電子源３の交換作業は、電子銃１を上げ鏡体２と分離しなければならない。電子源３の交換後、再び電子銃１を下ろし鏡体２と一体化させるが、電子源３の取り付け位置、および、電子銃１の上げ下げによる設置位置の僅かな誤差により、電子銃１と鏡体２の電子線光軸にずれが生じ、蛍光板８に電子線４が表示されなくなる、または、電子線４が表示されていても調整が必要な状態となる。
【００１７】
電子線４の光軸が蛍光板８の中心と一致していれば、蛍光板８の電流値は極大値となり、蛍光板８の電子線の画像から得られる輝度も極大値となる。したがって、制御装置１５は、蛍光板８の電流値や電子線像の輝度値を演算し、それぞれの値が極大値になるように、各制御装置へ送信する制御データを演算し、送信する。この制御データに基づいて、位置偏向コイル５や傾斜偏向コイル６により、電子線４の光軸が調整される。
【００１８】
図３，図４および図５は、ディスプレイ１６に表示される画面の例を示す画面図である。図３は、電子源３の破断を感知したときに、電子顕微鏡の操作者に警告されるメッセージを表示した画面の例である。操作者は、この画面が表示されたら、電子顕微鏡を停止させ、電子源３を交換する。図４は、電子源３の光軸調整と、鏡体２の光軸調整のどちらを実行するかを選択し、光軸調整を自動実行させるための画面の例であり、電子源３を交換した後に表示される。自動光軸調整にあたり、操作者は、電子源３の加速電圧やエミッション電流の最適値がいくつであるか直ちにはわからないため、これらを手入力するのはわずらわしい。そこで、図４の画面に続いて図５の画面を表示させ、操作者が加速電圧印加を指定するボタンを指定する。これにより、図２に示した制御装置１５で、予め設定された加速電圧やエミッション電流を自動設定するプログラムが実行され、続いて、これに連動して光軸調整のプログラムが実行され、光軸が自動調整される。
【００１９】
図６は、光軸調整の処理の手順を示すフローチャートである。図２に示された制御装置１５は、図６に示された手順のプログラムを実行して得られた制御データを出力し、位置偏向コイル５や傾斜偏向コイル６を制御して、光軸調整を自動実行する。なお、図６に示した手順は、本発明の主要部分を示すものであり、省略された詳細な手順は、別の図を用いて説明する。
【００２０】
図６において、はじめに、位置偏向コイル５と傾斜偏向コイル６の初期値を設定する（ステップ６０１）。ここで、初期値は、位置偏向コイル５においては原点位置，傾斜偏向コイル６においては傾斜０°となる値を設定する。なお、電子顕微鏡の製造過程や、その他の要因による個体差により、コイルの原点が必ずしも光軸と一致しているとは限らない。この場合は、鏡体２を基準とした光軸に合わせるように補正された値を初期値とする。これにより、電子顕微鏡の個体差による偏差を無くすることができるので、電子源３の取り付け位置に対する光軸の誤差を調整するだけでよい。
【００２１】
図７，図８は、ディスプレイ１６へ表示される蛍光板の画像を示す画面図である。図２に示した蛍光板８をテレビカメラ１２で撮影した画像から、制御装置１５は輝度値を求める（ステップ６０２）。蛍光板８の画像は、図２に示したように斜め方向から撮影した画像のため、例えば円の画像が写っている場合、そのままディスプレイへ表示させると図７に示すように、楕円形に変形した形状で表示される。制御装置１５では、楕円形の画像を円形に修正する画像変換処理を行う。そして、図８に示されるような円の画像として電子線像がディスプレイ１６に表示される。画像変換処理の後に、制御装置１５は、画像の諧調値から輝度値を求める。例えば、画像の画素毎の輝度値の総和を求め、画素数で除算して平均値を輝度値とする。蛍光板８に電子線４が照射されていない場合は、輝度値はほぼ０である。
【００２２】
次に、蛍光板８の電流値が電流計測装置１４で計測され、制御装置１５へ送信される（ステップ６０３）。偏向コイルに初期値を設定した時点で輝度値が得られなければ、蛍光板８には撮影可能な電子線が照射されていないことになるが、蛍光板８には微小な電子線が照射されている可能性がある。したがって、輝度値が得られなくても、制御装置１５は電流値に基づいて光軸を調整することが可能である。
【００２３】
ステップ６０２の計算処理で輝度値が得られたかどうかを判定し（ステップ６０４）、輝度値が得られなかった場合は、電流値が得られたかどうかを判定する（ステップ６０５）。電流値が得られなかったときは、位置偏向コイル５と傾斜偏向コイル６の値を変更し、電子線４を移動させて粗調整を行い（ステップ６０６）、再度、ステップ６０２の輝度値の算出と、ステップ６０３の電流値の算出を行う。ステップ６０６の粗調整処理の詳細は後述する。
【００２４】
ステップ６０５で電流値が得られたときは、電子線４が蛍光板８に照射されていることを示しているので、位置偏向コイル５と傾斜偏向コイル６の値を変更し、電子線４を移動させて微調整を行い（ステップ６０７）、再度、ステップ６０２の輝度値の算出と、ステップ６０３の電流値の算出を行う。ステップ６０７の微調整処理の詳細は後述する。以上を繰り返すことで、電子線４が蛍光板８を照射するようになり、輝度値を得ることができる。
【００２５】
ステップ６０４で輝度値を得られた場合、蛍光板８の中心座標へ電子線４を位置偏向コイル５で移動させる処理（ステップ６０９）を行う。この処理は一度行えばよいので、その前にこの処理が実行されたか否かを確認する（ステップ６０８）。制御装置１５は、ステップ６０７の偏向コイル微調整処理で求めた電子線４の現在の位置座標と蛍光板８の中心座標との間の差を求め、この差を移動量として位置偏向コイル５へ電子線４の偏向指令を送信する。もし、ステップ６０４で輝度値が得られた場合、電子線４の現在の位置座標はわからないので、制御装置１５は、予め設定された移動量を用いて、位置偏向コイル５へ電子線４の偏向指令を送信する。
【００２６】
続いて、蛍光板８から得られる輝度が極大値かどうかを確認する（ステップ６１０）。蛍光板８の画像を取得し、制御装置１５は輝度値を演算する。蛍光板８の面上の輝度分布からは、光軸の正確な位置はわからないが、例えば、蛍光板８の全体から得られる輝度値の総量や平均値が極大になるときの光軸の位置が、蛍光板８の中心と一致した位置であると推定することができる。したがって、１回目は輝度値がひとつしかないが、３回目以降、極大値かどうかを判定することができるので、これを繰り返すことで、輝度値の総量や平均値が極大になるときの光軸の位置を求めることができる。
【００２７】
ステップ６１０で、輝度値が極大値でない場合は、後述する傾斜偏向極大輝度設定処理（ステップ６１１）を実行した後、ステップ６０２以降を再度実行し、ステップ６１０の輝度値の判定で極大値になるまで、処理が継続される。
【００２８】
図９は、図６のステップ６０６の偏向コイル粗調整処理の詳細を示すフローチャートである。また、図１０は、傾斜偏向コイルのｘ軸とｙ軸での電子線４の光軸の移動を示す概念図であり、点１０１から点１０４まで順番に電子線４が偏向される。最終の点１０４で表される範囲は、蛍光板８の全領域を網羅するように設定される。偏向コイル粗調整処理は、輝度値、および、電流値が得られず、蛍光板８上に電子線４が照射されていない状態で、電流値を得るようにするための処理である。制御装置１５で傾斜座標を計算し、傾斜偏向コイル６にその座標データを設定することで、電子線４を傾斜させる（ステップ９０１）。図１０において、初期状態は点１０１であり、電子線４をある値だけ傾斜させると点１０２になる。そして、この点１０２に相当する位置だけ電子線４を偏向させる。傾斜座標は、図１０に示す点１０４まで多数あり、点１０２の場合は、全傾斜についてまだ完了していない状態なので（ステップ９０２）、以下のステップを実行せずに図６のステップ６０２へ戻り、ステップ６０２の輝度計算からステップ６０３の電流計測までを行い、ステップ６０４およびステップ６０５の判定を行う。判定の結果、再度粗調整処理が必要であれば、図９に示す手順を再度実行するが、このときの開始点は図１０の点１０２であり、図１０の点１０２から点１０３へ電子線４を傾斜させ（ステップ９０１）、ステップ９０２の判定でまだ全傾斜が完了していないので、再度、図６のステップ６０２へ戻り、これを繰り返す。図１０の最終の点１０４では、図９のステップ９０２は全傾斜が完了していないと判定して、図６のステップ６０２へ戻る。図６のステップ６０４で輝度値を得られず、ステップ６０５で電流値が得られない場合は、再びステップ６０６の詳細を図９に示した偏向コイル粗調整処理が実行され、図１０の最終の点１０４の次の点がないので、図９のステップ９０１での傾斜偏向コイル６の変更が行われない。そして、制御装置１５は、ステップ９０２で、全ての傾斜について完了したと判定し、傾斜偏向コイル６の値を初期値に戻し（ステップ９０３）、位置偏向コイル５のみを用いて電子線４を偏向させ、光軸の位置を変える（ステップ９０４）。
【００２９】
図１１は、位置偏向コイルのｘ軸とｙ軸での電子線４の光軸の移動を示す概念図である。最終の点１１４で表される範囲は、蛍光板８の全領域を網羅するように設定される。図２に示す制御装置１５で、位置座標に図１１の点１１１で示す初期値を設定し、全位置が完了したかどうかを判定し（ステップ９０５）、今回は初期値である点１１１なので、図９に示す手順を終了して、図６に示すステップ６０２とステップ６０３を実行し、輝度値と電流値が得られたかどうかを判定する。いずれも得られなかった場合はステップ６０６の図９の手順へ戻り、輝度値または電流値が得られるまで、ステップ９０１からの手順が繰り返される。図９に示すステップ９０４では、図１１に示す点１１１，点１１２，点１１３から最終の点１１４までが、位置偏向コイル５の設定位置である。
【００３０】
図９のステップ９０５で、図１１に示す最終の点１１４でも、輝度値も電流値も得られないときは、電子線４が照射されていないことや、全く見当違いの方向に照射されているというような光軸調整を行う以前の問題が考えられる。したがって、この場合はエラーメッセージをディスプレイ等に表示して、光軸調整の処理を中止する（ステップ９０６）。例えば、電子源の交換時に誤って不良である電子源を取り付けてしまった場合、電子線は発射されない、あるいは、電子源の取り付け方が不十分で、電子源が正規の位置に取り付けられなかったり、脱落してしまった場合も、電子線が発射されない。
【００３１】
図１２は、図６のステップ６０７の偏向コイル微調整処理の詳細を示すフローチャートである。偏向コイル微調整処理は、蛍光板８から得られる電流値が増大する方向に傾斜偏向コイル６、および位置偏向コイル５により電子線４を偏向させ、蛍光板８の画像から輝度値を得るまでを行う処理である。
【００３２】
図６のステップ６０６の偏向コイル粗調整処理で得られた傾斜偏向コイル６の設定値と位置偏向コイル５の設定値を、初期値として使用する。はじめに、図６のステップ６０３で測定した蛍光板８の電流値が極大値かどうかを判定する（ステップ１２０１）。これは、今回の値より前回の値が大きく、そのひとつ前の値がそれより小さければ、前回の値が極大であると判定できる。最初は値の数が１つであり、極大かどうかの判定ができないので、その電流値が極大となるように傾斜偏向コイル６の設定値を変える処理を実行する（ステップ１２０２）。この処理の詳細は後述する。
【００３３】
ステップ１２０１で蛍光板８の電流値が極大であった場合、図１１に示した点１１１を初期値とし、位置偏向コイル５の設定値を変えて電子線４を偏向させ、光軸の位置を変える（ステップ１２０３）。ここでは、図１１に示した位置偏向コイルのｘ軸とｙ軸での電子線４の光軸の移動を行う。最終の点１１４で表される範囲は、蛍光板８の全領域を網羅するように設定される。制御装置１５で位置座標に図１１の点１１１で示す初期値を設定し、全位置が完了したかどうかを判定し（ステップ１２０４）、最初は初期値である点１１１なので、図１２に示す手順を終了して、図６に示すステップ６０７から抜け、ステップ６０２とステップ６０３を実行し、輝度値と電流値が得られたかどうかを判定する。輝度値は得られなかったが電流値が得られた場合はステップ６０７の図１２に示す処理を再度実行する。
【００３４】
輝度値を得られずにステップ１２０４の全位置が完了したら、図１１の点１１４まで行っても電子線４の光軸が全く見つからなかったということなので、光軸調整を行う以前の問題が考えられる。したがって、この場合はエラーメッセージをディスプレイ１６等に表示して、光軸調整の処理を中止する（ステップ１２０５）。エラーには、例えば、電子源の交換時に誤って不良である電子源を取り付けてしまった場合、電子線が発射されない、あるいは、取り付け方が不十分で、電子源が正規の位置に取り付けられなかったり、脱落してしまった場合等も、電子線が発射されない。したがって、制御装置１５は、これらに相当するようなメッセージをディスプレイ１６へ表示する。
【００３５】
図１３は、図１２のステップ１２０２の傾斜偏向極大電流設定処理の詳細を示すフローチャートである。傾斜偏向コイル６による電子線のｘ方向の偏向をＧＴ−ｘ，ｙ方向の偏向をＧＴ−ｙと定義する。はじめに傾斜偏向コイル６によりｘ軸の傾斜が完了したかどうかを判断し（ステップ１３０１）、完了した場合はｙ軸の傾斜が完了したかどうかを判断する（ステップ１３０２）。
【００３６】
ステップ１３０１でｘ軸の傾斜が完了していないと判断された場合は、ｘ軸について、二分探索法を用いて、蛍光板８の電流値が極大となるｘ方向の偏向の値ＧＴ−ｘmaxを求める（ステップ１３０３）。そしてその値を傾斜偏向コイル６の設定値とし（ステップ１３０４）、図１３に示した傾斜偏向極大電流設定処理を終了し、図１２に示したステップ１２０２を終了して偏向コイル微調整処理を終了し、図６に示したステップ６０７を終了する。
【００３７】
ステップ１３０２でｙ軸の傾斜が完了していないと判断された場合は、ｙ軸について、二分探索法を用いて、蛍光板８の電流値が極大となるｙ方向の偏向の値ＧＴ−ｙmaxを求める（ステップ１３０５）。そしてその値を傾斜偏向コイル６の設定値とし（ステップ１３０６）、図１３に示した傾斜偏向極大電流設定処理を終了し、図１２に示したステップ１２０２を終了して偏向コイル微調整処理を終了し、図６に示したステップ６０７を終了する。
【００３８】
図１４は、蛍光板８から得られる電流値Ｉｘと傾斜偏向コイル６による偏向量ＧＴ−ｘとの関係を示す相関図である。図１４を用いて、ｘ軸方向について、二分探索法により電流値が増大する方向とそのときの設定座標を求める方法を説明する。傾斜偏向コイル６による電子線のｘ方向の偏向をＧＴ−ｘとし、この初期値をＧＴ−ｘ０とする。この初期値ＧＴ−ｘ０を傾斜偏向コイル６に設定した時に蛍光板８から得られる電流値をＩｘ０とする。次に、偏向量の初期値ＧＴ−ｘ０からΔＧＴだけ減少させたときの偏向量をＧＴ−ｘ１とし、このときに蛍光板から得られる電流値を測定して、この電流値をＩｘ１とする。次に、初期値ＧＴ−ｘ０からΔＧＴだけ増加させたときの偏向量をＧＴ−ｘ２とし、このときに蛍光板から得られる電流値を測定して、この電流値をＩｘ２とする。そして、二分探索法を用いると、電流値Ｉｘの極大値Ｉｘmaxと、そのときの偏向量ＧＴ−ｘmaxを求めることができる。ｙ軸方向についても、上述のｘ軸方向と同じ二分探索法により、電流値の極大値Ｉｙmaxに対応する偏向量ＧＴ−ｙmaxが設定される。図１４において、例えば、電流値Ｉｘ０よりも電流値Ｉｘ２の方が大きい場合は、電流値Ｉｘ２が極大値Ｉｘmaxとなり、電流値Ｉｘ２に対応する偏向量ＧＴ−ｘ２が設定される。
【００３９】
図１５は、図６のステップ６１１の傾斜偏向極大輝度設定処理の詳細を示すフローチャートである。本処理は、図１３に示した極大電流値を求める処理に対して、電流値を輝度値に置き換えた処理であり、処理の考え方は同じである。傾斜偏向コイル６による電子線のｘ方向の偏向をＧＴ−ｘ，ｙ方向の偏向をＧＴ−ｙと定義する。はじめに傾斜偏向コイル６によりｘ軸の傾斜が完了したかどうかを判断し（ステップ１５０１）、完了した場合はｙ軸の傾斜が完了したかどうかを判断する（ステップ１５０２）。
【００４０】
ステップ１５０１でｘ軸の傾斜が完了していないと判断された場合は、ｘ軸について、二分探索法を用いて、蛍光板８の輝度値が極大となるｘ方向の偏向の値ＧＴ−ｘmaxを求める（ステップ１５０３）。そしてその値を傾斜偏向コイル６の設定値とし（ステップ１５０４）、図１５に示した傾斜偏向極大輝度設定処理を終了し、図６に示したステップ６１１を終了する。
【００４１】
ステップ１５０２でｙ軸の傾斜が完了していないと判断された場合は、ｙ軸について、二分探索法を用いて、蛍光板８の輝度値が極大となるｙ方向の偏向の値ＧＴ−ｙmaxを求める（ステップ１５０５）。そしてその値を傾斜偏向コイル６の設定値とし（ステップ１５０６）、図１５に示した傾斜偏向極大輝度設定処理を終了し、図６に示したステップ６１１を終了する。
【００４２】
本発明の実施例によれば、蛍光板から得られる微小な電流値と、蛍光板に照射された電子線の輝度値を併用し、かつ両方の値をそれぞれ確認しながら電子線を偏向させることで、電子線の光軸調整を自動化することができる。これにより、電子源の交換後に、経験や勘を頼らずに誰でも容易に、かつ、正確に電子線の光軸調整ができる。さらに、電子源の交換後に加速電圧印加操作に連動して電子線の光軸調整を自動実行することで、電子顕微鏡の操作者は、光軸調整を全く意識せずに電子顕微鏡を扱うことが可能になる。
【符号の説明】
【００４３】
１ 電子銃
２ 鏡体
３ 電子源
４ 電子線
５ 位置偏向コイル
６ 傾斜偏向コイル
７ 電磁レンズ
８ 蛍光板
９ 電子源制御装置
１０ 電子線制御装置
１１ 電磁レンズ制御装置
１２，２０ テレビカメラ
１３ 画像処理装置
１４ 電流計測装置
１５ 制御装置
１６ ディスプレイ
１７ 試料台
１８ 試料
１９ 結像系レンズ
２１ 試料制御装置
２２ 真空排気装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蛍光板に照射された電子線の像を撮影する撮影装置、
前記蛍光板の電流を測定する電流計測装置、
前記撮影装置から送られる前記電子線の像から輝度を求め、該輝度の値または前記電流の値に基づいて、前記電子線の光軸を偏向させる偏向コイルへの指令を出力する制御装置
を備えたことを特徴とする電子顕微鏡。
【請求項２】
請求項１において、
前記制御装置は、前記輝度の値または前記電流の値が得られない場合は、前記電子線の光軸を移動させるための前記偏向コイルへの指令を出力するとともに、再度前記輝度の値または前記電流の値が得られたかどうかを判定し、前記輝度の値または前記電流の値が得られるまで、前記電子線の光軸を移動させるための前記偏向コイルへの指令の出力と前記輝度の値または前記電流の値が得られたかどうかの判定を繰り返すことを特徴とする電子顕微鏡。
【請求項３】
請求項１において、
前記制御装置は、前記輝度の値が得られない場合は、前記電流の値を確認することを特徴とする電子顕微鏡。
【請求項４】
請求項３において、
前記制御装置は、前記電流の値が得られない場合に、前記電子線の光軸を移動させるための前記偏向コイルへの指令を出力することを特徴とする電子顕微鏡。
【請求項５】
請求項３において、
前記制御装置は、前記電流の値が得られた場合に、該電流の値が極大か否かを判定し、極大でない場合は、前記電子線の光軸を傾斜させるための前記偏向コイルへの指令を出力することを特徴とする電子顕微鏡。
【請求項６】
請求項５において、
前記制御装置は、前記電子線の光軸を前記蛍光板上に設けられた複数の座標点に移動させるとともに、該複数の座標点の全てについて前記電子線の光軸を移動させても前記電流の値が極大でない場合は、エラーメッセージを出力することを特徴とする電子顕微鏡。
【請求項７】
請求項３において、
前記制御装置は、前記電流の値が得られた場合に、該電流の値が極大か否かを判定し、極大の場合は、前記電子線の光軸を水平移動させるための前記偏向コイルへの指令を出力することを特徴とする電子顕微鏡。
【請求項８】
請求項１において、
前記制御装置は、前記輝度の値が得られた場合は、前記電子線の光軸を偏向させる偏向コイルへの指令を出力することを特徴とする電子顕微鏡。
【請求項９】
請求項８において、
前記制御装置は、前記輝度の値が極大か否かを判定し、極大でない場合は、前記電子線の光軸を傾斜させるための前記偏向コイルへの指令を出力することを特徴とする電子顕微鏡。
【請求項１０】
蛍光板の電流を測定して電子線が蛍光板に照射されているか否かを判断し、照射されていない場合は、偏向器を制御して電子線が蛍光板に照射されるように電子線を移動させ、照射されている場合は、当該電流の大きさが極大であり、かつ蛍光板に照射されている電子線の画像から得られる輝度の大きさが極大となるように偏向器を制御することを特徴とする電子顕微鏡の光軸調整方法。
【請求項１１】
蛍光板に照射された電子線の像から輝度を求め、
前記蛍光板の電流を測定し、
前記輝度の値または前記電流の値に基づいて、前記電子線の光軸を偏向させることを特徴とする電子顕微鏡の光軸調整方法。
【請求項１２】
請求項１１において、
前記輝度の値または前記電流の値が得られない場合は、前記電子線の光軸を移動させ、再度前記輝度の値または前記電流の値が得られたかどうかを判定し、前記輝度の値または前記電流の値が得られるまで、前記電子線の光軸の移動と前記輝度の値または前記電流の値が得られたかどうかの判定とを繰り返すことを特徴とする電子顕微鏡の光軸調整方法。
【請求項１３】
請求項１１において、
前記輝度の値が得られない場合は、前記電流の値を確認することを特徴とする電子顕微鏡の光軸調整方法。
【請求項１４】
請求項１３において、
前記電流の値が得られない場合に、前記電子線の光軸を移動させることを特徴とする電子顕微鏡の光軸調整方法。
【請求項１５】
請求項１３において、
前記電流の値が得られた場合に、該電流の値が極大か否かを判定し、極大でない場合は、前記電子線の光軸を傾斜させることを特徴とする電子顕微鏡の光軸調整方法。
【請求項１６】
請求項１５において、
前記電子線の光軸を前記蛍光板上に設けられた複数の座標点に移動させるとともに、該複数の座標点の全てについて前記電子線の光軸を移動させても前記電流の値が極大でない場合は、エラーメッセージを出力することを特徴とする電子顕微鏡の光軸調整方法。
【請求項１７】
請求項１３において、
前記電流の値が得られた場合に、該電流の値が極大か否かを判定し、極大の場合は、前記電子線の光軸を水平移動させることを特徴とする電子顕微鏡の光軸調整方法。
【請求項１８】
請求項１１において、
前記輝度の値が得られた場合は、前記電子線の光軸を偏向させることを特徴とする電子顕微鏡の光軸調整方法。
【請求項１９】
請求項１８において、
前記輝度の値が極大か否かを判定し、極大でない場合は、前記電子線の光軸を傾斜させることを特徴とする電子顕微鏡の光軸調整方法。
【請求項２０】
請求項１８において、
前記輝度の値が極大か否かを判定し、極大であると判定した場合、前記電子線の光軸調整処理を終了することを特徴とする電子顕微鏡の光軸調整方法。
【請求項１】
蛍光板に照射された電子線の像を撮影する撮影装置、
前記蛍光板の電流を測定する電流計測装置、
前記撮影装置から送られる前記電子線の像から輝度を求め、該輝度の値または前記電流の値に基づいて、前記電子線の光軸を偏向させる偏向コイルへの指令を出力する制御装置
を備えたことを特徴とする電子顕微鏡。
【請求項２】
請求項１において、
前記制御装置は、前記輝度の値または前記電流の値が得られない場合は、前記電子線の光軸を移動させるための前記偏向コイルへの指令を出力するとともに、再度前記輝度の値または前記電流の値が得られたかどうかを判定し、前記輝度の値または前記電流の値が得られるまで、前記電子線の光軸を移動させるための前記偏向コイルへの指令の出力と前記輝度の値または前記電流の値が得られたかどうかの判定を繰り返すことを特徴とする電子顕微鏡。
【請求項３】
請求項１において、
前記制御装置は、前記輝度の値が得られない場合は、前記電流の値を確認することを特徴とする電子顕微鏡。
【請求項４】
請求項３において、
前記制御装置は、前記電流の値が得られない場合に、前記電子線の光軸を移動させるための前記偏向コイルへの指令を出力することを特徴とする電子顕微鏡。
【請求項５】
請求項３において、
前記制御装置は、前記電流の値が得られた場合に、該電流の値が極大か否かを判定し、極大でない場合は、前記電子線の光軸を傾斜させるための前記偏向コイルへの指令を出力することを特徴とする電子顕微鏡。
【請求項６】
請求項５において、
前記制御装置は、前記電子線の光軸を前記蛍光板上に設けられた複数の座標点に移動させるとともに、該複数の座標点の全てについて前記電子線の光軸を移動させても前記電流の値が極大でない場合は、エラーメッセージを出力することを特徴とする電子顕微鏡。
【請求項７】
請求項３において、
前記制御装置は、前記電流の値が得られた場合に、該電流の値が極大か否かを判定し、極大の場合は、前記電子線の光軸を水平移動させるための前記偏向コイルへの指令を出力することを特徴とする電子顕微鏡。
【請求項８】
請求項１において、
前記制御装置は、前記輝度の値が得られた場合は、前記電子線の光軸を偏向させる偏向コイルへの指令を出力することを特徴とする電子顕微鏡。
【請求項９】
請求項８において、
前記制御装置は、前記輝度の値が極大か否かを判定し、極大でない場合は、前記電子線の光軸を傾斜させるための前記偏向コイルへの指令を出力することを特徴とする電子顕微鏡。
【請求項１０】
蛍光板の電流を測定して電子線が蛍光板に照射されているか否かを判断し、照射されていない場合は、偏向器を制御して電子線が蛍光板に照射されるように電子線を移動させ、照射されている場合は、当該電流の大きさが極大であり、かつ蛍光板に照射されている電子線の画像から得られる輝度の大きさが極大となるように偏向器を制御することを特徴とする電子顕微鏡の光軸調整方法。
【請求項１１】
蛍光板に照射された電子線の像から輝度を求め、
前記蛍光板の電流を測定し、
前記輝度の値または前記電流の値に基づいて、前記電子線の光軸を偏向させることを特徴とする電子顕微鏡の光軸調整方法。
【請求項１２】
請求項１１において、
前記輝度の値または前記電流の値が得られない場合は、前記電子線の光軸を移動させ、再度前記輝度の値または前記電流の値が得られたかどうかを判定し、前記輝度の値または前記電流の値が得られるまで、前記電子線の光軸の移動と前記輝度の値または前記電流の値が得られたかどうかの判定とを繰り返すことを特徴とする電子顕微鏡の光軸調整方法。
【請求項１３】
請求項１１において、
前記輝度の値が得られない場合は、前記電流の値を確認することを特徴とする電子顕微鏡の光軸調整方法。
【請求項１４】
請求項１３において、
前記電流の値が得られない場合に、前記電子線の光軸を移動させることを特徴とする電子顕微鏡の光軸調整方法。
【請求項１５】
請求項１３において、
前記電流の値が得られた場合に、該電流の値が極大か否かを判定し、極大でない場合は、前記電子線の光軸を傾斜させることを特徴とする電子顕微鏡の光軸調整方法。
【請求項１６】
請求項１５において、
前記電子線の光軸を前記蛍光板上に設けられた複数の座標点に移動させるとともに、該複数の座標点の全てについて前記電子線の光軸を移動させても前記電流の値が極大でない場合は、エラーメッセージを出力することを特徴とする電子顕微鏡の光軸調整方法。
【請求項１７】
請求項１３において、
前記電流の値が得られた場合に、該電流の値が極大か否かを判定し、極大の場合は、前記電子線の光軸を水平移動させることを特徴とする電子顕微鏡の光軸調整方法。
【請求項１８】
請求項１１において、
前記輝度の値が得られた場合は、前記電子線の光軸を偏向させることを特徴とする電子顕微鏡の光軸調整方法。
【請求項１９】
請求項１８において、
前記輝度の値が極大か否かを判定し、極大でない場合は、前記電子線の光軸を傾斜させることを特徴とする電子顕微鏡の光軸調整方法。
【請求項２０】
請求項１８において、
前記輝度の値が極大か否かを判定し、極大であると判定した場合、前記電子線の光軸調整処理を終了することを特徴とする電子顕微鏡の光軸調整方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２０１１−２４３４７０（Ｐ２０１１−２４３４７０Ａ）
【公開日】平成２３年１２月１日（２０１１．１２．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１１５８８４（Ｐ２０１０−１１５８８４）
【出願日】平成２２年５月２０日（２０１０．５．２０）
【出願人】（５０１３８７８３９）株式会社日立ハイテクノロジーズ (4,325)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月１日（２０１１．１２．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月２０日（２０１０．５．２０）
【出願人】（５０１３８７８３９）株式会社日立ハイテクノロジーズ (4,325)
【Ｆターム（参考）】
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