JP2006173027A - Scanning transmission electron microscope, aberration measuring method, and aberration correction method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は収差補正器を具備した走査透過電子顕微鏡において、走査透過電子顕微鏡を用いて走査透過像あるいは電子線回折像から各種収差係数を決定し、各収差を補正するための信号を装置にフィードバックすることにより、高分解能走査透過像を得ることを可能にする走査透過電子顕微鏡装置、収差計測法、および収差補正アルゴリズムに関する。 The present invention relates to a scanning transmission electron microscope equipped with an aberration corrector, which uses a scanning transmission electron microscope to determine various aberration coefficients from a scanning transmission image or electron beam diffraction image, and feeds back a signal for correcting each aberration to the apparatus. The present invention relates to a scanning transmission electron microscope apparatus, an aberration measurement method, and an aberration correction algorithm that make it possible to obtain a high-resolution scanning transmission image.
走査透過顕微鏡の収差を測るための方法は古くから考えられてきており、主に電子線回折を利用した手法が多く見られる。大別すると、ひとつは主にアモルファス試料の走査透過像から得られるディフラクトグラムを用いる方法であり、もうひとつはロンチグラムを用いる方法である。 Methods for measuring the aberration of a scanning transmission microscope have been considered for a long time, and many techniques mainly using electron diffraction are seen. Broadly speaking, one is a method mainly using a diffractogram obtained from a scanning transmission image of an amorphous sample, and the other is a method using a Ronchigram.
従来の収差係数測定法および収差補正法において、ディフラクトグラムを用いた手法では、たとえばK.Wongらによる手法がUltramicroscopy 第40巻 (1992)、第139項から第150項に開示されている。試料にアモルファスを用いたディフラクトグラムに観測される複数のリングと該リングの中心からの距離と、各リングの回折条件から求められる指数との関係をプロットし、該プロットを結ぶことで得られる直線の傾き、切片から球面収差係数(C3)およびデフォーカス(C1)を求める手法である。ロンチグラムを用いた手法では、たとえばJ.M.Cowelyらの方法がUltramicroscopy 第19巻 (1986)、第31項から第42項に開示されている。この手法では収束プローブを試料に照射して形成したロンチグラムを記録し、該ロンチグラムに現れるゼロコントラストの楕円の半径からC3を求める手法である。またO.L.Krivanekらによる United States Patent 6,552,340 Autoadjusting charged-particle probe-forming apparatus に記載されている方法では、取得したロンチグラムをそれぞれ細かい領域に分割し、各ロンチグラムの局所領域における倍率を測定し、局所倍率と収差関数との関係を示した行列式に代入することで求めている。 In the conventional aberration coefficient measurement method and aberration correction method, as a method using a diffractogram, for example, a method by K. Wong et al. Is disclosed in Ultramicroscopy Vol. 40 (1992), paragraphs 139 to 150. It is obtained by plotting the relationship between the multiple rings observed in the diffractogram using an amorphous sample, the distance from the center of the ring, and the index obtained from the diffraction conditions of each ring, and connecting the plots. In this method, the spherical aberration coefficient (C 3 ) and defocus (C 1 ) are obtained from the slope and intercept of the straight line. In the method using Ronchigram, for example, the method of JMCowely et al. Is disclosed in Ultramicroscopy Vol. 19 (1986), Paragraphs 31 to 42. In this method, a Ronchigram formed by irradiating a sample with a convergence probe is recorded, and C 3 is obtained from the radius of a zero-contrast ellipse appearing on the Ronchigram. In the method described by United States Patent 6,552,340 Autoadjusting charged-particle probe-forming apparatus by OLKrivanek et al. It is obtained by substituting into the determinant that shows the relationship with the function.
K.Wongらによるディフラクトグラムを用いる手法では、収差係数計測に用いる試料はアモルファスに限り、測定できる収差係数はC1およびC3のみである。また、ディフラクトグラムを取得する際に起こるドリフトや試料に付着するコンタミネーションの影響があるため、プロットの誤差が大きく、計測された収差係数の精度が低いという問題もある。J.M.Cowleyらの手法では試料に比較的大きな格子間隔（約8Å）をもった一次元結晶試料を必要としており、さらにロンチグラム中に現れるゼロコントラスト位置の識別が難しく、算出される収差係数の精度が低い。また、限られた収差係数しか測定できないといった問題もある。O.L.Krivanekらの手法では、より高次の収差係数を測定するには取得したロンチグラムの分割数を増やす必要があり、処理時間が増加する。 In the method using a diffractogram by K. Wong et al., The sample used for aberration coefficient measurement is limited to amorphous, and only C 1 and C 3 can be measured. In addition, there is a problem that the error of the plot is large and the accuracy of the measured aberration coefficient is low because of the influence of the drift that occurs when acquiring the diffractogram and the contamination attached to the sample. The method of JMCowley et al. Requires a one-dimensional crystal sample with a relatively large lattice spacing (about 8 mm) in the sample, and it is difficult to identify the zero-contrast position that appears in the Ronchigram, and the accuracy of the calculated aberration coefficient is low . There is also a problem that only a limited aberration coefficient can be measured. In the method of OLKrivanek et al., In order to measure higher order aberration coefficients, it is necessary to increase the number of divisions of the acquired Ronchigram, which increases the processing time.
本発明では結晶の種類や結晶質であるか非晶質であるかに関わらず、実際の試料から得られたロンチグラムから、球面収差だけでなく非点収差、コマやその他の高次の収差係数を計測することができる機能を有し、さらに検出された各収差係数から各収差を補正するための走査透過電子顕微鏡本体のレンズ、偏向器の励磁条件と補正器の多極子レンズ、回転対称レンズ、偏向コイルの励磁あるいは静電印加条件を算出し、前記走査透過電子顕微鏡のハードウェアにフィードバックすることにより高分解能像が取得できるような機能を有する走査透過電子顕微鏡を提供する。 In the present invention, from the Ronchigram obtained from an actual sample, regardless of the type of crystal, crystalline or amorphous, not only spherical aberration but also astigmatism, coma and other higher-order aberration coefficients A scanning transmission electron microscope main body lens, a deflector excitation condition and a corrector multipole lens, and a rotationally symmetric lens for correcting each aberration from each detected aberration coefficient A scanning transmission electron microscope having a function capable of acquiring a high-resolution image by calculating excitation or electrostatic application conditions of a deflection coil and feeding back to the hardware of the scanning transmission electron microscope is provided.
本発明によれば簡単な計算により各収差係数を求めることができ、さらにその値をもとに装置にフィードバックすることにより装置を収差の少ない最適な状態に設定することができる。簡単な計算手法を用いているためCPUにかかる負担も少なく、短い時間で処理を行うことを可能とする。さらに収差補正された装置により、試料の高分解能観察が可能となる。また、操作者が分解能やプローブ電流を設定すると自動で収差補正が実行されるので、操作性が向上する。 According to the present invention, each aberration coefficient can be obtained by simple calculation, and the apparatus can be set to an optimum state with few aberrations by feeding back to the apparatus based on the value. Since a simple calculation method is used, the burden on the CPU is small and processing can be performed in a short time. Furthermore, the apparatus with aberration correction enables high-resolution observation of the sample. In addition, when the operator sets the resolution and the probe current, the aberration correction is automatically executed, so that the operability is improved.
以下、本発明にかかる実施例を図面に基づいて説明する。図１は走査透過電子顕微鏡の構成図を示すものである。電子線源1から出射された電子は2a、2b、2cに示す静電レンズにより所定の加速電圧まで加速される。一段あたりの静電レンズに印加する電圧を制御することで、最終的な加速電圧を制御することができる。所定の加速電圧まで加速された電子線は3a、3bの収束レンズにより縮小される。3a、3bの電流励磁の組み合わせにより、任意の縮小率を実現できる。3ｂの下部にある収束絞り4によりプローブの開き角を変化させ、プローブに及ぼす球面収差、回折収差のバランスを調整することができる。収束絞りを通った電子線は、収差補正器5を通ることで、球面収差、非点収差などの収差が補正される。この収差補正器5は多段の多極子レンズや回転対称レンズ、偏向コイルで構成されており、多極子レンズの各極子および回転対称レンズの印加電圧、あるいは励磁電流を制御することで収差の補正量を調整できる。収差補正器5の下部にある偏向コイル6a、6bにより、試料に入射する電子線の入射角を制御することができる。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows a block diagram of a scanning transmission electron microscope. Electrons emitted from the electron beam source 1 are accelerated to a predetermined accelerating voltage by the electrostatic lenses 2a, 2b, and 2c. By controlling the voltage applied to the electrostatic lens per stage, the final acceleration voltage can be controlled. The electron beam accelerated to a predetermined acceleration voltage is reduced by the converging lenses 3a and 3b. Arbitrary reduction ratios can be realized by combining current excitation of 3a and 3b. By changing the opening angle of the probe by the converging diaphragm 4 at the bottom of 3b, the balance of spherical aberration and diffraction aberration exerted on the probe can be adjusted. The electron beam that has passed through the converging diaphragm passes through the aberration corrector 5, whereby aberrations such as spherical aberration and astigmatism are corrected. This aberration corrector 5 is composed of a multi-stage multipole lens, a rotationally symmetric lens, and a deflection coil. By controlling the applied voltage or excitation current of each pole of the multipole lens and the rotationally symmetric lens, the amount of aberration correction Can be adjusted. The incident angle of the electron beam incident on the sample can be controlled by the deflection coils 6a and 6b below the aberration corrector 5.
試料9に入射した電子線は試料内部で散乱され、試料9下部に電子線回折像が形成される。投影レンズ11の下部に設置した検出系アライメントコイル12は暗視野像検出器13、明視野像検出器14、カメラ15に対する軸合わせのために用いる。偏向コイル6a、6bにより電子線を試料に対して斜入射させた場合、電子線回折像は暗視野像検出器13、明視野像検出器14、カメラ15に対して大きく離軸してしまうため、この場合も検出系アライメントコイルを用いて軸合わせを行う。走査透過像はスキャンコイル7a、7bにより電子線を偏向し、試料9上で二次元的に走査させ、それに同期して暗視野像検出器13もしくは明視野像検出器14での信号を像強度に輝度変調して取得する。このとき像強度はプリアンプ17で増幅され、A /Dコンバータ18の出力を元にデジタルの画像ファイルとして保存される。明視野像検出器14は光軸上に設置してあるため、カメラ15を使用する際には光軸上から取り除くことができるよう可動な機構を備えている。カメラ15には、CCD、ハーピコンカメラなどの高感度、高S/N、高直線性の特徴を持った検出器を用い、電子線回折像強度の定量的な記録を行う。 The electron beam incident on the sample 9 is scattered inside the sample, and an electron beam diffraction image is formed below the sample 9. The detection system alignment coil 12 installed below the projection lens 11 is used for axial alignment with the dark field image detector 13, the bright field image detector 14, and the camera 15. When an electron beam is obliquely incident on the sample by the deflection coils 6a and 6b, the electron beam diffraction image is greatly off-axis with respect to the dark field image detector 13, the bright field image detector 14, and the camera 15. Also in this case, the alignment is performed using the detection system alignment coil. The scanning transmission image is obtained by deflecting an electron beam by the scan coils 7a and 7b and scanning the sample 9 two-dimensionally, and synchronizing the signal from the dark field image detector 13 or the bright field image detector 14 with the image intensity. To obtain brightness modulated. At this time, the image intensity is amplified by the preamplifier 17 and stored as a digital image file based on the output of the A / D converter 18. Since the bright field image detector 14 is installed on the optical axis, when the camera 15 is used, it has a movable mechanism so that it can be removed from the optical axis. The camera 15 uses a detector having characteristics of high sensitivity, high S / N, and high linearity, such as a CCD or a harpicon camera, and quantitatively records the intensity of the electron beam diffraction image.
このカメラ15面上でのカメラ長は投影レンズ11により任意に変化させることが可能で、任意の結像面での電子線回折像を観察することが可能である。一連の操作におけるすべてのレンズ、コイル、検出器の制御はCPU21がD/Aコンバータ20を介して行い、インターフェース19を通じて操作者が条件を設定することができる。対物前磁場レンズ8の上段には二次電子検出器16が設置してあり、上記の走査像取得と二次電子像の取得が可能である。ロンチグラムを撮影する際には走査を止め、電子線が光軸に沿った状態に保って行う。 The camera length on the surface of the camera 15 can be arbitrarily changed by the projection lens 11, and an electron beam diffraction image on an arbitrary imaging plane can be observed. The CPU 21 controls all the lenses, coils, and detectors in a series of operations via the D / A converter 20, and the operator can set conditions through the interface 19. A secondary electron detector 16 is installed on the upper stage of the pre-objective magnetic lens 8, and the above-described scanning image acquisition and secondary electron image acquisition are possible. When photographing a ronchigram, scanning is stopped and the electron beam is kept along the optical axis.
次に、電子線回折像を結像するための光学系について説明する。図2は仮想光源22から発生した電子線23が結像されるまでの光学経路を幾何学的に示したものである。仮想光源22とは電子源1の物理的な位置ではなく、電子源となるチップの曲率半径と引き出し電圧とで決まる実効的な光源位置のことである。仮想光源22から発生した電子線23は1段目収束レンズ3aおよび2段目収束レンズ3bで拡大、もしくは縮小されて対物レンズに入射する。ここで、対物レンズとは1つの磁路から形成される1つのレンズであるが、光学的には電子線23を縮小する役割と試料で回折された電子線を結像する2つの役割があり、対物前磁場レンズ8が縮小を、対物後磁場レンズ10が結像を行っている。対物前磁場レンズ8で縮小された電子線23は試料9に入射し、試料内部に侵入する。 Next, an optical system for forming an electron beam diffraction image will be described. FIG. 2 shows geometrically the optical path until the electron beam 23 generated from the virtual light source 22 is imaged. The virtual light source 22 is not the physical position of the electron source 1 but the effective light source position determined by the radius of curvature of the chip serving as the electron source and the extraction voltage. The electron beam 23 generated from the virtual light source 22 is enlarged or reduced by the first stage converging lens 3a and the second stage converging lens 3b and is incident on the objective lens. Here, the objective lens is a single lens formed from a single magnetic path, but optically has two roles: reducing the electron beam 23 and imaging the electron beam diffracted by the sample. The pre-objective magnetic lens 8 performs reduction, and the post-objective magnetic lens 10 forms an image. The electron beam 23 reduced by the pre-objective magnetic lens 8 enters the sample 9 and enters the sample.
このとき電子線23の一部は試料9を透過し、一部は反射され、試料9上部から出射される。この反射電子が出射される際に試料表面から二次電子が放出される。これらの二次電子を検出、結像したものが二次電子像である。試料9を透過した電子線は対物後磁場レンズ10によってプローブ像面24に結像される。一方、対物後磁場レンズ10の後焦点面25には試料9によって回折された電子線の位相情報を反映した電子線回折図形が結像される。投影レンズ11はこの電子線回折図形に焦点が合うように設定されており、励磁電流を変化させることによって像面の拡大、縮小が可能であり、カメラ15における検出角度範囲を任意に設定できる。ロンチグラムの撮影にはこのカメラ15を用い、走査像取得時と同様の過程を経てCPUにデジタルの画像ファイルとしてロンチグラム像が保存される。 At this time, a part of the electron beam 23 is transmitted through the sample 9, a part is reflected, and is emitted from the upper part of the sample 9. When the reflected electrons are emitted, secondary electrons are emitted from the sample surface. A secondary electron image is formed by detecting and imaging these secondary electrons. The electron beam transmitted through the sample 9 is imaged on the probe image plane 24 by the post-objective magnetic lens 10. On the other hand, an electron diffraction pattern reflecting the phase information of the electron beam diffracted by the sample 9 is imaged on the rear focal plane 25 of the post-objective magnetic lens 10. The projection lens 11 is set so as to focus on the electron diffraction pattern, and the image plane can be enlarged or reduced by changing the excitation current, and the detection angle range in the camera 15 can be arbitrarily set. The camera 15 is used to shoot a Ronchigram, and a Ronchigram image is stored as a digital image file in the CPU through a process similar to that at the time of scanning image acquisition.
図3は試料9によって回折された電子線が対物後磁場レンズ10によってプローブ像面24、後焦点面25を形成する過程を示すレイダイアグラムである。プローブの入射方向と平行に進行する透過電子線26と、試料に回折され、それと異なる方向に進行する回折電子線27は対物後磁場レンズ10によって進行方向が変えられる。後焦点面25を通過した電子線は試料9を物面としてそれに1対1に対応するプローブ像面24を形成する。一方、後焦点面25では試料透過後に進行する方向が同じ電子線が1点に収束する。すなわち、この後焦点面25においては試料で回折された角度に依存して電子線が分散し、回折図形であるロンチグラムが結像される。プローブの平行走査に伴いプローブ像面24に結像される像はプローブの走査に同期して平行移動するが、後焦点面に結像される像は移動しない。よって走査透過像を観察する場合に、プローブ位置に依存する情報を抽出するためには、投影レンズ11の焦点を後焦点面に合わせ、後焦点面25に結像される電子線回折図形を暗視野像検出器13、明視野像検出器14、カメラ15の面上に結像すればよい。 FIG. 3 is a ray diagram showing a process in which the electron beam diffracted by the sample 9 forms the probe image plane 24 and the back focal plane 25 by the post-objective magnetic lens 10. The traveling electron beam 26 traveling parallel to the incident direction of the probe and the diffracted electron beam 27 diffracted by the sample and traveling in a different direction are changed in the traveling direction by the post-objective magnetic lens 10. The electron beam that has passed through the rear focal plane 25 forms the probe image plane 24 corresponding to the sample 9 as an object plane on a one-to-one basis. On the other hand, on the back focal plane 25, electron beams traveling in the same direction after passing through the sample converge at one point. That is, after that, on the focal plane 25, the electron beam is dispersed depending on the angle diffracted by the sample, and a Ronchigram as a diffraction pattern is imaged. Although the image formed on the probe image plane 24 in parallel with the probe scanning is translated in synchronization with the probe scanning, the image formed on the rear focal plane does not move. Therefore, when observing a scanning transmission image, in order to extract information depending on the probe position, the projection lens 11 is focused on the rear focal plane, and the electron diffraction pattern formed on the rear focal plane 25 is darkened. The image may be formed on the surface of the field image detector 13, the bright field image detector 14, and the camera 15.
ここでロンチグラムの観測条件について説明する。図4は投影レンズを用いない条件でロンチグラムが観測されるときのレイダイアグラムを示す。回折電子線27同士が干渉する条件は、収束角28をθC、ブラッグ角の２倍にあたる散乱角29を2θBとすると、θC >2θBである。このときロンチグラムは観測面30において、光軸上で回折スポット同士が重なった領域31に観測される。照射角28は収束絞り4で制御できるため、回折スポット同士が重ならないときは収束絞り4を径の大きいものにするか、絞りを入れない条件にすればよい。逆に絞りを入れ回折スポット同士が重ならないようにした際は電子線回折像が観測される。図5は投影レンズを用いた条件でロンチグラムが観測されるときのレイダイアグラムを示す。図からわかるよう、回折スポットの重なり領域ならばどの観測面でもロンチグラムを観測することができる。そのため観測面30はカメラ長、投影レンズ11によって任意の位置に設定することができる。したがって投影レンズの条件でカメラ面上での倍率を任意に設定することができる。 Here, Ronchigram observation conditions will be described. FIG. 4 shows a ray diagram when a Ronchigram is observed without using a projection lens. Diffraction electron beam 27 interfere with each other conditions, the convergent angle 28 theta C, a scattering angle 29 corresponding to twice the Bragg angle When 2 [Theta] B, a θ C> 2θ B. At this time, the Ronchigram is observed on the observation surface 30 in a region 31 where diffraction spots overlap on the optical axis. Since the irradiation angle 28 can be controlled by the converging diaphragm 4, when the diffraction spots do not overlap, the converging diaphragm 4 may have a large diameter or may be in a condition that the diaphragm is not inserted. Conversely, when the aperture is closed so that the diffraction spots do not overlap, an electron beam diffraction image is observed. FIG. 5 shows a ray diagram when a Ronchigram is observed under conditions using a projection lens. As can be seen from the figure, the Ronchigram can be observed on any observation surface as long as the overlapping area of the diffraction spots. Therefore, the observation surface 30 can be set at an arbitrary position by the camera length and the projection lens 11. Therefore, the magnification on the camera surface can be arbitrarily set under the conditions of the projection lens.
図6に電子線を試料に対して斜入射させた条件でロンチグラムが観測されるときのレイダイアグラムを示す。入射電子線23を斜入射させると、透過電子線26および回折電子線27は光軸からの離軸による位置ずれのため、回折スポットの重なり領域31がカメラ上から外れてしまいロンチグラムを観察することができない。そこで検出系アライメントコイル12に適切な励磁電流を与えることで、透過電子線26および回折電子線27を偏向させ、カメラ上に回折スポットの重なり領域を形成するような条件を設定することができる。電子線23を試料に対して斜入射させるための偏向コイル6a、6bの駆動励磁と検出系アライメントコイルの駆動励磁をリンクして動作させることにより、自動的に位置ずれを補正することができる。なお、この斜入射における電子線の入射角度は、ユーザーが任意に指定することで自動的に指定された入射角度を実現するようなレンズ励磁条件に設定される。 FIG. 6 shows a ray diagram when a Ronchigram is observed under the condition that an electron beam is obliquely incident on the sample. When the incident electron beam 23 is obliquely incident, the transmission electron beam 26 and the diffracted electron beam 27 are displaced due to the off-axis from the optical axis. I can't. Therefore, by applying an appropriate excitation current to the detection system alignment coil 12, it is possible to set conditions for deflecting the transmission electron beam 26 and the diffraction electron beam 27 and forming an overlapping region of diffraction spots on the camera. By linking and operating the drive excitation of the deflection coils 6a and 6b for making the electron beam 23 obliquely incident on the sample and the drive excitation of the detection system alignment coil, the positional deviation can be automatically corrected. It should be noted that the incident angle of the electron beam in this oblique incidence is set to a lens excitation condition that automatically realizes the incident angle specified by the user.
ロンチグラムと収差係数の関係について説明する。ロンチグラムと収差係数の関係はJ.M.CowleyらによりUltramicroscopy第4巻（1979）の第413項から第418項、およびJournal of electron microscopy technique第3巻（1986）の第25項から第44項に開示されている。これらによると、レンズの収差のためロンチグラム中の像の倍率は光軸中心から放射状に増していき、ある半径で倍率は無限大になる。ロンチグラムの観測面は電子線回折像面と同じ面上にあるので、ロンチグラム中心からの距離は電子線の収束角度成分θで表せる事を考慮し、収差による光路差を表す関数をχ(θ)とすると、無限大倍率となる角度は次のような条件を満たす。 The relationship between the Ronchigram and the aberration coefficient will be described. The relationship between Ronchigram and aberration coefficient is disclosed by JMCowley et al. In Ultramicroscopy Volume 4 (1979), paragraphs 413 to 418, and Journal of electron microscopy technique Volume 3 (1986), paragraphs 25 to 44. ing. According to these, the magnification of the image in the Ronchigram increases radially from the center of the optical axis due to lens aberration, and the magnification becomes infinite at a certain radius. Since the observation surface of the Ronchigram is on the same plane as the electron diffraction image plane, the function expressing the optical path difference due to aberration is expressed as χ (θ), considering that the distance from the center of the Ronchigram can be expressed by the convergence angle component θ of the electron beam. Then, the angle at which the infinite magnification is satisfied satisfies the following condition.
C1はデフォーカス、C3は3次の球面収差係数である。数1、数2を用いると、ロンチグラム中の像が無限大倍率となる角度θinfは、 C 1 is defocus and C 3 is a third-order spherical aberration coefficient. Using Equations 1 and 2, the angle θ inf at which the image in the Ronchigram becomes an infinite magnification is
と書くことができる。したがって、デフォーカスC1と無限大倍率となる角度θinfがわかれば3次球面収差係数C3が求まる。
数3を利用してロンチグラムから3次球面収差係数を求める手法について説明する。ある二つのデフォーカス条件におけるC1およびθinfの値を、それぞれC1a、θaとC1b、θbとし、数3に代入すると、
Can be written. Therefore, if the defocus C 1 and the angle θ inf at which the magnification is infinite are known, the third-order spherical aberration coefficient C 3 can be obtained.
A method for obtaining the third-order spherical aberration coefficient from the Ronchigram using Equation 3 will be described. When the values of C 1 and θ inf under two defocus conditions are C 1a , θ a and C 1b , θ b , respectively,
と表すことができる。したがって数4と数5の差をとることで、 It can be expressed as. Therefore, by taking the difference between Equation 4 and Equation 5,
となる。C1a−C1bはデフォーカス量の差を表すので、例えば対物レンズの励磁電流値の変化分から校正して算出することができる。またθa、θbはデフォーカスがC1a、C1bのときのロンチグラムから求めることができるため、数6にそれぞれの値を代入することで球面収差係数C3が得られる。さらに数4、数5に得られたC3を代入することでC1も求まる。 It becomes. Since C 1a −C 1b represents the difference in defocus amount, for example, it can be calculated by calibrating from the change in the excitation current value of the objective lens. Since θ a and θ b can be obtained from the Ronchigram when the defocus is C 1a and C 1b , the spherical aberration coefficient C 3 can be obtained by substituting each value into Equation 6. Furthermore, C 1 is also obtained by substituting C 3 obtained in Equations 4 and 5.
数2では回転対称な収差のみを考慮したが、実際のロンチグラムには回転対称な収差だけでなく回転非対称な収差も含まれる。回転対称な収差のみが含まれるときロンチグラムは円形状を示すが、回転非対称な成分が含まれるとθinfの位置はロンチグラムの中心を基準とした方位角に依存して変化する。このような回転非対称な収差成分は多数存在しており、それらはロンチグラムのθinfに重なって現れる。しかし一般に低次の収差が補正されていないとき、高次の収差は低次の収差に隠れてしまうため、高次の収差係数を正確に測定することは難しい。したがってこの場合は、低次収差係数の測定、その収差の補正、次の次数の収差係数の測定…という作業を繰り返すことが必要となる。 In Equation 2, only rotationally symmetric aberration is considered, but the actual Ronchigram includes not only rotationally symmetric aberration but also rotationally asymmetric aberration. When only rotationally symmetric aberration is included, the Ronchigram shows a circular shape, but when a rotationally asymmetric component is included, the position of θ inf changes depending on the azimuth angle with respect to the center of the Ronchigram. There are many such rotationally asymmetric aberration components, and they appear overlapping with Ronchigram θ inf . However, in general, when low-order aberrations are not corrected, high-order aberrations are hidden by low-order aberrations, so it is difficult to accurately measure high-order aberration coefficients. Therefore, in this case, it is necessary to repeat the operations of measuring the low-order aberration coefficient, correcting the aberration, and measuring the aberration coefficient of the next order.
次にロンチグラムを用いて2回対称非点収差係数A1を測定する方法を示す。2回対称非点収差が支配的なときはロンチグラムの形状は楕円になるため、θinfの値は楕円の長軸と短軸でそれぞれ最大値θmax、最小値θminをとる。数2に2回対称非点収差の項を加え、数1に代入すると、無限大倍率の位置の最大値θmaxと最小値θminは、 Next, a method for measuring the 2-fold astigmatism coefficient A 1 using a Ronchigram will be described. When the two-fold astigmatism is dominant, the shape of the Ronchigram is an ellipse, and the value of θ inf takes the maximum value θ max and the minimum value θ min on the major axis and minor axis of the ellipse, respectively. Adding the term of 2-fold astigmatism to Equation 2 and substituting it into Equation 1, the maximum value θ max and the minimum value θ min of the infinite magnification position are
ここでA1は2回対称非点収差係数である。数7と数8の差から、 Here, A 1 is a two-fold symmetric astigmatism coefficient. From the difference between Equation 7 and Equation 8,
が得られる。したがって数6から求まるC3及びθmax、θminがわかればA1を導くことができる。この方法から回転非対称な収差係数を測定することが可能である。ここではC1、C3、A1のみを考慮したが、数2のχ(θ)に高次項の収差を含ませることでより多くの収差係数を求めることができる。また、ここではデフォーカスの異なるロンチグラムは２枚用いたが、多数枚用いることでより高い精度で収差係数を算出できる。 Is obtained. Therefore, if C 3, θ max , and θ min obtained from Equation 6 are known, A 1 can be derived. It is possible to measure rotationally asymmetric aberration coefficients from this method. Here, only C 1 , C 3 , and A 1 are considered, but more aberration coefficients can be obtained by including higher-order aberrations in χ (θ) in Equation 2. Although two Ronchigrams having different defocuss are used here, the aberration coefficient can be calculated with higher accuracy by using a large number of Ronchigrams.
ロンチグラムから無限大倍率の角度θinfおよびθmax、θminの求め方を示す。光軸を中心とする同心円上において、像強度の分散の最も小さい角度が像中の倍率が無限大になるところであることを利用してθinfを求めることができる。試料が球状で光軸中心に試料があれば、像中において強度がもっとも弱い半径はθinfと一致する。本手法ではロンチグラムからθinfを求める際に、ロンチグラムを極座標変換する。図7にロンチグラムの一例を示す。中心から放射状に倍率が増して行き、無限大倍率になるところでリング（破線）状のラインが現れることが確認できる。図8に極座標変換したロンチグラムを示す。縦軸がロンチグラムの中心からの角度θ、横軸が方位角φに対応している。極座標変換することでロンチグラムの無限大倍率の角度θinf（破線）が方位角φに対してほぼ一定になっていることが確認できる。 The method for obtaining the infinite magnification angles θ inf, θ max , and θ min from the Ronchigram is shown. Θ inf can be obtained by utilizing the fact that on the concentric circle centered on the optical axis, the smallest angle of dispersion of image intensity is where the magnification in the image becomes infinite. If the sample is spherical and the sample is at the center of the optical axis, the radius having the weakest intensity in the image coincides with θ inf . In this method, the Ronchigram is converted to polar coordinates when obtaining θ inf from the Ronchigram. FIG. 7 shows an example of a Ronchigram. It can be confirmed that the magnification increases radially from the center and a ring (dashed line) line appears at an infinite magnification. Fig. 8 shows the Ronchigram obtained by polar coordinate transformation. The vertical axis corresponds to the angle θ from the center of the Ronchigram, and the horizontal axis corresponds to the azimuth angle φ. It can be confirmed that the angle θ inf (broken line) of the infinite magnification of the Ronchigram is substantially constant with respect to the azimuth angle φ by performing polar coordinate conversion.
なお、極座標変換に用いるロンチグラムは規格化やマスク、フィルタなどの画像処理を行い、θinfの位置がわかりやすくなるように処理したものを使ってもよい。ロンチグラムが回転対称な成分のみを含むときは、極座標変換ロンチグラムの各φ値におけるθ方向のラインプロファイルを取得し、それらの平均のプロファイルを算出する。その平均化されたラインプロファイルにおいて最も強度の弱いθの値がθinfにあたる。このθinfから回転対称な収差係数、C1、C3等を求めることができる。ロンチグラムに回転非対称収差が含まれている場合であっても、φ方向の平均をとったラインプロファイルを用いることで回転非対称成分を打ち消すことができる。 Note that the Ronchigram used for the polar coordinate transformation may be a standardized, masked, or filtered image processed so that the position of θ inf is easy to understand. When the Ronchigram includes only rotationally symmetric components, a line profile in the θ direction at each φ value of the polar coordinate conversion Ronchigram is acquired, and an average profile thereof is calculated. In the averaged line profile, θ value having the weakest intensity corresponds to θ inf . From this θ inf , rotationally symmetric aberration coefficients such as C 1 and C 3 can be obtained. Even if the Ronchigram includes rotationally asymmetric aberration, the rotationally asymmetric component can be canceled by using a line profile obtained by averaging the φ directions.
回転非対称収差の収差係数を求めるときは、各φのラインプロファイルからθinfを求め、φに対してプロットする。2回対称非点収差が含まれているときのθinfプロットの模式図を図9に示す。2回対称非点収差が含まれているときはθinfの位置が楕円になるため、プロットが周期πの波形になる。この波形の振幅の最大値、最小値がそれぞれθmax、θminに対応し、波形の初期位相がA1の初期位相に対応する。このθmax、θminから収差係数A1および収差の初期位相を求めることができる。3回対称非点収差が支配的に含まれているときのθinfプロットを図10に示す。3回対称非点収差が含まれているときは、プロットは周期2/3πの波形になる。2回対称非点収差のときと同様の手段をとることで3回非点収差係数A2、その収差の初期位相を求めることができる。同様の手段を用いてA3、A4…等の回転非対称の高次収差係数を求めることができる。次に像ずれが支配的に含まれているときのθinfプロットを図11に示す。像ずれが含まれているとき、ロンチグラムの中心はカメラ15の中心からずれる。そのためθinfプロットは周期2πの波形になる。この波形のθmax、θminから像ずれの係数が、初期位相から像ずれ方向がわかる。 When obtaining the aberration coefficient of rotationally asymmetric aberration, θ inf is obtained from the line profile of each φ and plotted against φ. FIG. 9 shows a schematic diagram of the θ inf plot when the 2-fold astigmatism is included. When 2-fold astigmatism is included, the position of θ inf becomes an ellipse, and the plot has a waveform with a period π. The maximum value and the minimum value of the amplitude of this waveform correspond to θ max and θ min , respectively, and the initial phase of the waveform corresponds to the initial phase of A 1 . The aberration coefficient A 1 and the initial phase of the aberration can be obtained from θ max and θ min . FIG. 10 shows a θ inf plot when the 3-fold astigmatism is dominantly included. When 3-fold astigmatism is included, the plot has a waveform with a period of 2 / 3π. By taking the same means as in the case of the 2-fold astigmatism, the 3-fold astigmatism coefficient A 2 and the initial phase of the aberration can be obtained. Using similar means, rotationally asymmetric high-order aberration coefficients such as A 3 , A 4, etc. can be obtained. Next, FIG. 11 shows a θ inf plot when image shift is dominantly included. When the image shift is included, the center of the Ronchigram is shifted from the center of the camera 15. Therefore, the θ inf plot has a waveform with a period of 2π. From these waveforms, θ max , θ min , the image shift coefficient can be determined, and the image shift direction can be determined from the initial phase.
低次収差が補正され、回転非対称な収差が重なって現れるときの収差係数の測定法を示す。このようなときのθinfプロットから収差係数を求めるには、数２に考慮すべき種類の収差を含ませ、数１に代入することにより求まる式をθinfプロットにフィッティングする方法が考えられる。例えば数２にデフォーカス、2回対称非点収差、3回対称非点収差、3次球面収差、像ずれを含ませ数１に代入すると、 A method for measuring an aberration coefficient when low-order aberrations are corrected and rotationally asymmetric aberrations are superimposed will be shown. In order to obtain the aberration coefficient from the θ inf plot at this time, a method of fitting the equation obtained by including the types of aberrations to be considered in Equation 2 and substituting into Equation 1 into the θ inf plot can be considered. For example, if the defocus, 2-fold astigmatism, 3-fold astigmatism, third-order spherical aberration, and image shift are included in Equation 2,
となる。Dは像ずれ係数、A1は2回対称非点収差係数、A3は3回対称非点収差係数である。したがって数10をθinfプロットに対してフィッティングを行うことで各収差係数を求めることができる。より高次の収差係数について求めたいときは対応する収差係数を数10に含ませてフィッティングを行えばよい。 It becomes. D is an image shift coefficient, A 1 is a 2-fold symmetric astigmatism coefficient, and A 3 is a 3-fold symmetric astigmatism coefficient. Therefore, each aberration coefficient can be obtained by fitting Equation 10 to the θ inf plot. When it is desired to obtain higher order aberration coefficients, the corresponding aberration coefficients may be included in Equation 10 for fitting.
ロンチグラムの形状は電子線の傾斜角度に対応して変化するので、傾斜電子線を利用することで収差係数を求めることもできる。入射電子線を傾斜させると数2のχ(θ)は、複素角度ω、複素傾斜角τを用いて以下のように書くことができる。 Since the shape of the Ronchigram changes corresponding to the tilt angle of the electron beam, the aberration coefficient can be obtained by using the tilted electron beam. When the incident electron beam is tilted, χ (θ) in Formula 2 can be written as follows using the complex angle ω and the complex tilt angle τ.
ここでReは実数部を表す。C1(τ)、A1(τ)、B2(τ)、A2(τ)、C3(τ)、D(τ)は電子線傾斜したときの収差係数（実効的収差係数）であり、電子線の傾斜角度および傾斜をしないとき（τ= 0）の各収差係数の和によって表される。例えばC1(τ)は、数10に記載されている収差係数のみを考慮した場合、 Here, Re represents a real part. C 1 (τ), A 1 (τ), B 2 (τ), A 2 (τ), C 3 (τ), and D (τ) are aberration coefficients (effective aberration coefficients) when the electron beam is tilted. Yes, it is expressed by the sum of the aberration coefficients when the electron beam is tilted and when it is not tilted (τ = 0). For example, C 1 (τ) is considered only when the aberration coefficient described in Equation 10 is considered.
となる。他の実効的収差係数も同様に電子線の傾斜角度とτ=0における収差係数を用いて表すことができる。より正確に、もしくはより高次の収差係数を測定したいときには数11に高次の実効的収差係数項を代入すれば良い。実際に収差係数を求める際には、まず入射電子線の傾斜角度を変化させた複数枚のロンチグラムを取得し、τ=0の場合と同様の手法を用いて実効的収差係数を求める。次に数12を含む実効的収差係数を表す式に各傾斜角度および実効的収差係数を代入し連立方程式を作り、これを解くことで収差係数を求めることができる。予めτ=0の場合の手法からいくつかの収差係数を求めておけば、取得しなければならない傾斜角を変化させたロンチグラムの枚数を減らすことができる。 It becomes. Other effective aberration coefficients can be similarly expressed using the tilt angle of the electron beam and the aberration coefficient at τ = 0. When it is desired to measure a higher-order aberration coefficient more accurately or higher-order, a higher-order effective aberration coefficient term may be substituted into Equation 11. When actually obtaining the aberration coefficient, first, a plurality of Ronchigrams with the tilt angle of the incident electron beam being changed are obtained, and an effective aberration coefficient is obtained using the same method as in the case of τ = 0. Next, by substituting each tilt angle and the effective aberration coefficient into the expression representing the effective aberration coefficient including Equation 12, a simultaneous equation is created, and the aberration coefficient can be obtained by solving this. If several aberration coefficients are obtained in advance from the method in the case of τ = 0, the number of Ronchigrams with varying tilt angles that must be acquired can be reduced.
図12に上記の一連の操作を実施する際に用いるフローチャートの一例を示す。まず、電子線が透過する程度に薄膜化された試料を電子顕微鏡にセットする。ここで操作者は求める収差係数及び精度を指定する。次に指定された精度を達成するのに必要なデフォーカスもしくは入射電子線傾斜角度の異なるロンチグラムを、カメラ15を用いて複数枚取得しCPU21にデータを保存する。続いて取得したロンチグラムから収差係数を求める。収差係数の計測は上記の方法を用いて、CPUに組み込まれたプログラムによって行われる。次に計測された収差係数から分解能あるいはプローブ径が算出される。操作者にこの分解能で観察するかどうかを判断させ、この条件で観察する場合はレンズ、収差補正器の励磁電流を変更しないルーチンに進む。レンズ、収差補正器の励磁電流を変更するルーチンに進んだ場合には、操作者に目標とする分解能を入力させる。この分解能に応じて最適な励磁電流値をCPUが算出した後、D/Aコンバータを通して各レンズ、収差補正器等にその算出された励磁電流値をフィードバックする。 FIG. 12 shows an example of a flowchart used when performing the above series of operations. First, a sample thinned to such an extent that an electron beam can be transmitted is set on an electron microscope. Here, the operator designates the required aberration coefficient and accuracy. Next, a plurality of Ronchigrams having different defocus or incident electron beam tilt angles necessary to achieve the specified accuracy are acquired using the camera 15 and stored in the CPU 21. Subsequently, an aberration coefficient is obtained from the acquired Ronchigram. The aberration coefficient is measured by a program incorporated in the CPU using the above method. Next, the resolution or the probe diameter is calculated from the measured aberration coefficient. The operator determines whether or not to observe with this resolution, and when observing under this condition, the routine proceeds to a routine in which the excitation current of the lens and aberration corrector is not changed. When the routine proceeds to change the excitation current of the lens and aberration corrector, the operator is made to input the target resolution. After the CPU calculates the optimum excitation current value according to this resolution, the calculated excitation current value is fed back to each lens, aberration corrector, etc. through a D / A converter.
次にデフォーカスもしくは入射電子線傾斜角の異なる複数のロンチグラムを取得し、再度収差係数を測定する。先にも述べたように、一般に低次の収差が大きいとき、高次の収差は低次の収差に隠れてしまうため正確に収差係数を測ることは難しい。したがってはじめに低次の収差補正を行う。収差補正後に得られた収差係数から最適な励磁電流に設定されていないと判断される場合は、もう一度適切な励磁電流値を算出する段階に戻り、励磁電流値のフィードバック、ロンチグラムの取得、収差係数の算出を行う。指定した分解能を達成するために必要な収差係数が得られたら、高次の収差補正を行う。このように段階的に収差係数の測定、収差補正を行い、適切な条件に達した場合に走査透過像を取得できる状態になったことを操作者に知らせる。このルーチンを実行することにより操作者が目的とする分解能で走査透過像が取得できる。各段階での選択はPCに組み込まれたプログラムにより、オペレーターが対話式に行う。 Next, a plurality of Ronchigrams having different defocus or incident electron beam tilt angles are acquired, and the aberration coefficient is measured again. As described above, generally, when the low-order aberration is large, it is difficult to accurately measure the aberration coefficient because the high-order aberration is hidden by the low-order aberration. Therefore, first, low-order aberration correction is performed. If it is determined from the aberration coefficient obtained after aberration correction that the optimum excitation current has not been set, return to the stage of calculating the appropriate excitation current value again, feedback of excitation current value, acquisition of Ronchigram, aberration coefficient Is calculated. When an aberration coefficient necessary to achieve the specified resolution is obtained, higher-order aberration correction is performed. In this way, the aberration coefficient is measured and the aberration is corrected step by step, and the operator is informed that a scanning transmission image can be acquired when an appropriate condition is reached. By executing this routine, a scanning transmission image can be acquired with the resolution desired by the operator. Selection at each stage is performed interactively by the operator using a program built into the PC.
取得したロンチグラムから収差係数を求める方法において、ロンチグラムの計算像を用いる方法を示す。入射電子線を表現するための数２と試料を表現するための物体関数とを用いて、例えばマルチスライス法によりロンチグラムを表す波動関数を算出しロンチグラムの計算像を得ることができる。ロンチグラムの計算像の一例を図に示す。図13はデフォーカスC1=-1171.2nm、3次球面収差係数C3=1.7mmのみを仮定した場合のロンチグラム計算像である。試料の構造を表す物体関数にはアモルファスのようにランダムな構造を持つ関数を用いている。回転対称な収差のみを含んでいるため、ロンチグラムは円状を示している。 In the method for obtaining the aberration coefficient from the acquired Ronchigram, a method using a Ronchigram calculation image will be described. A wave function representing a Ronchigram can be calculated, for example, by a multi-slice method using Equation 2 for representing an incident electron beam and an object function for representing a sample, and a Ronchigram calculation image can be obtained. An example of a Ronchigram calculation image is shown in the figure. FIG. 13 is a Ronchigram calculation image when only defocus C 1 = −1171.2 nm and a third-order spherical aberration coefficient C 3 = 1.7 mm are assumed. A function having a random structure such as amorphous is used as the object function representing the structure of the sample. Since it includes only rotationally symmetric aberration, the Ronchigram shows a circular shape.
図14にデフォーカスC1=-600nm、3次球面収差係数C3=3mm、2回対称非点収差A1=100[nm]を仮定した場合のロンチグラムの計算像を示す。2回対称非点収差が含まれているため、ロンチグラムが楕円になっていることが確認できる。このように操作者が取得したい分解能を達成するのに必要な収差係数を数2のχ(θ)に含ませ、適切な構造を持つ物体関数を用いることで、あらゆる試料に対するロンチグラムの計算像を得ることが可能である。このような計算像と取得したロンチグラムをフィッティングすることで収差係数を求める。フィッティングをする方法は、取得したロンチグラムと計算像との相互相関関数等を用いて直接比較し、フィッティングする方法が考えられる。また数2の代わりに数11を用いることで傾斜電子線を用いた際のロンチグラムの計算像も得ることができる。 FIG. 14 shows a Ronchigram calculation image assuming defocus C 1 = −600 nm, third-order spherical aberration coefficient C 3 = 3 mm, and 2-fold astigmatism A 1 = 100 [nm]. Since the 2-fold astigmatism is included, it can be confirmed that the Ronchigram is an ellipse. In this way, the aberration coefficient necessary to achieve the resolution desired by the operator is included in χ (θ) of Equation 2, and an object function with an appropriate structure is used, so that the Ronchigram calculation image for any sample can be obtained. It is possible to obtain. The aberration coefficient is obtained by fitting such a calculated image and the acquired Ronchigram. As a method of fitting, a method of directly comparing and using a cross-correlation function between the acquired Ronchigram and a calculated image can be considered. In addition, by using Equation 11 instead of Equation 2, a Ronchigram calculation image when using a gradient electron beam can be obtained.
図15に上記の一連の操作を実施する際に用いるフローチャートの一例を示す。まず、電子線が透過する程度に薄膜化された試料を電子顕微鏡にセットしロンチグラムを取得する。任意の収差係数を設定した計算像を形成後、ロンチグラムと計算像の形状を比較する。計算像の形成及び比較はCPUに組み込まれたプログラムを用いて行う。ここでロンチグラムと計算像の形状の間によい一致が見られなかった場合、収差係数の再設定、計算像の形成、ロンチグラムと計算像の比較、の手順をよい一致が得られるまで繰り返し行う。ロンチグラムと計算像との間によい一致が得られた時点で計測された収差係数が表示される。 FIG. 15 shows an example of a flowchart used when performing the above series of operations. First, a sample thinned to such an extent that an electron beam can be transmitted is set on an electron microscope to obtain a Ronchigram. After forming a calculation image in which an arbitrary aberration coefficient is set, the Ronchigram and the shape of the calculation image are compared. Calculation image formation and comparison are performed using a program built in the CPU. If no good match is found between the Ronchigram and the shape of the calculated image, the procedures of resetting the aberration coefficient, forming the calculated image, and comparing the Ronchigram and the calculated image are repeated until a good match is obtained. The aberration coefficient measured when a good match is obtained between the Ronchigram and the calculated image is displayed.
次に計測された収差係数から分解能あるいはプローブ径が算出される。操作者にこの分解能で観察するかどうかを判断させ、この条件で観察する場合はレンズ、収差補正器の励磁電流を変更しないルーチンに進む。レンズ、収差補正器の励磁電流を変更するルーチンに進んだ場合には、操作者に目標とする分解能を入力させる。この分解能に応じて最適な励磁電流値をCPUが算出した後、D/Aコンバータを通して各レンズ、収差補正器等に算出された励磁電流値をフィードバックし、ロンチグラムを取得する。次に、想定される収差係数に基づいたロンチグラムを計算し、実測したロンチグラムと比較を行う。パターンの一致が見られず、最適な励磁電流に設定されていないと判断される場合は、もう一度適切な励磁電流値を算出する段階に戻り、励磁電流値のフィードバック、ロンチグラムの比較を行う。適切な励磁電流条件に達したと判断されるまでこの作業を繰り返し行う。適切な条件に達した場合に走査透過像を取得できる状態になったことを操作者に知らせる。このルーチンを実行することにより操作者が目的とする分解能で走査透過像が取得できる。各段階での選択はPCに組み込まれたプログラムにより、オペレーターが対話式に行う。 Next, the resolution or the probe diameter is calculated from the measured aberration coefficient. The operator determines whether or not to observe with this resolution, and when observing under this condition, the routine proceeds to a routine in which the excitation current of the lens and aberration corrector is not changed. When the routine proceeds to change the excitation current of the lens and aberration corrector, the operator is made to input the target resolution. After the CPU calculates the optimum excitation current value according to this resolution, the excitation current value calculated for each lens, aberration corrector, etc. is fed back through the D / A converter to obtain a Ronchigram. Next, a Ronchigram based on the assumed aberration coefficient is calculated and compared with the actually measured Ronchigram. If the pattern does not match and it is determined that the optimum excitation current is not set, the process returns to the step of calculating an appropriate excitation current value again, and excitation current value feedback and Ronchigram comparison are performed. This process is repeated until it is determined that an appropriate excitation current condition has been reached. When an appropriate condition is reached, the operator is informed that a scanning transmission image can be acquired. By executing this routine, a scanning transmission image can be acquired with the resolution desired by the operator. Selection at each stage is performed interactively by the operator using a program built into the PC.
図16に操作者が取得したい走査透過像の分解能を指定し、装置が自動で収差の計測および補正を実行する実施例のフローチャートを示す。操作者が鏡体に試料をセットした後、取得したい分解能を指定する。分解能はプローブ径で決定されるが、プローブ電流はプローブ径の2乗に反比例するので、このフローにおけるダイアログとして目的とする観察や分析に応じてプローブ径あるいはプローブ電流が選択できるようなメニューがあらかじめ表示されているものや、分解能が直接入力できるものなどが考えられる。次に装置が入力された分解能が性能上達成可能かどうか判断し、不可能な場合はエラーメッセージの表示と再入力を促すダイアログが表示される。あらかじめセットした分解能を選択するタイプのフローの場合この工程はスキップされる。達成可能な分解能が選択されている場合、CPUにより許容しえる残留収差量の算出、補正用励磁の算出が行われ、D/Aコンバータを通して補正用励磁の設定が実行される。 FIG. 16 shows a flowchart of an embodiment in which the operator designates the resolution of the scanning transmission image desired to be acquired and the apparatus automatically performs aberration measurement and correction. After the operator sets the sample on the mirror, the resolution to be acquired is specified. The resolution is determined by the probe diameter, but since the probe current is inversely proportional to the square of the probe diameter, a menu in which the probe diameter or probe current can be selected according to the desired observation or analysis as a dialog in this flow beforehand. The one displayed and the one that can input the resolution directly are conceivable. Next, the apparatus determines whether the input resolution can be achieved in terms of performance. If not, an error message is displayed and a dialog prompting re-input is displayed. This step is skipped in the case of the type of flow that selects a preset resolution. If an achievable resolution is selected, the CPU calculates a residual aberration amount and correction excitation, and performs correction excitation settings through the D / A converter.
次にロンチグラムから収差係数の算出が行われる。図12の場合と同様の過程を経て、選択された分解能が得られた場合には走査透過像が取得できる状態になったことを操作者に知らせるダイアログが表示される。一致しない場合には現在得られている収差係数から残留収差量を算出し、補正励磁量の算出と設定を実行するルーチンに戻り、目的とする分解能が達成される条件になるまで繰り返される。最終的に分解能達成条件に収束したら操作者に走査透過像取得可能であることを知らせるダイアログを表示する。 Next, the aberration coefficient is calculated from the Ronchigram. Through the same process as in FIG. 12, when the selected resolution is obtained, a dialog is displayed informing the operator that a scanning transmission image can be acquired. If they do not match, the residual aberration amount is calculated from the currently obtained aberration coefficient, the routine returns to the routine for calculating and setting the correction excitation amount, and the process is repeated until the target resolution is achieved. When it finally converges to the resolution achievement condition, a dialog is displayed informing the operator that a scanning transmission image can be acquired.
操作者が分解能を指定する第2の実施例を示す。操作者は観察したい試料の原子種、構造、結晶方位、形状を指定して入力すると、CPUに組み込まれたプログラムにより種種のプローブサイズに対応した複数の走査透過像の計算像が算出される。この走査透過像にはプローブ電流の目安も同時に表示されている。操作者がその画像を選択することにより、目標とする分解能が決定され、図13に示したフローチャートに従って収差補正が実行される。また対応する走査透過像は観察の毎に入力して形成するのではなく、データベースに記録された計算像や実測像を示して操作者が該計算像や実測像を選択できるような方式も考えられる。 A second embodiment in which the operator designates the resolution will be described. When the operator designates and inputs the atomic species, structure, crystal orientation, and shape of the sample to be observed, a calculation image of a plurality of scanning transmission images corresponding to various probe sizes is calculated by a program incorporated in the CPU. In this scanned transmission image, a guide for the probe current is also displayed. When the operator selects the image, the target resolution is determined, and aberration correction is executed according to the flowchart shown in FIG. A corresponding scanning transmission image is not formed every time observation is performed, but a method is also conceivable in which an operator can select a calculation image or an actual measurement image by showing a calculation image or an actual measurement image recorded in a database. It is done.
なお、以上説明してきた方式は、いわゆる純粋観察用の走査透過電子顕微鏡のみならず、走査しない透過電子顕微鏡および走査電子顕微鏡を利用する電子応用装置、例えば、測長ＳＥＭ、レビューＳＥＭ、電子線方式による半導体外観検査装置などへ応用できることは言うまでもない。 Note that the method described above is not limited to a scanning transmission electron microscope for pure observation, but also an electronic application device using a transmission electron microscope and a scanning electron microscope that do not scan, such as a length measurement SEM, a review SEM, and an electron beam method. Needless to say, the present invention can be applied to a semiconductor visual inspection apparatus or the like.
1…電子線源、2a…1段目静電レンズ、2b…2段目静電レンズ、2c…3段目静電レンズ、
3a…1段目収束レンズ、3b…2段目収束レンズ、4…収束絞り、5…収差補正器、6a…上段偏向コイル、6b…下段偏向コイル、7a…上段スキャンコイル、7b…下段スキャンコイル、8…対物前磁場レンズ、9…試料、10…対物後磁場レンズ、11…投影レンズ、12…検出系アライメントコイル、13…暗視野像検出器、14…明視野像検出器、15…カメラ
16…二次電子検出器、17…プリアンプ、18…A/Dコンバータ、19…インターフェイス
20…D/Aコンバータ、21…CPU、22…仮想光源、23…電子線、24…プローブ像面、25…後焦点面、26…透過電子線、27…回折電子線、28…収束角、29…散乱角、30…観測面、31…回折スポットの重なり領域。
1 ... Electron beam source, 2a ... First stage electrostatic lens, 2b ... Second stage electrostatic lens, 2c ... Third stage electrostatic lens,
3a ... First stage converging lens, 3b ... Second stage converging lens, 4 ... Convergent aperture, 5 ... Aberration corrector, 6a ... Upper stage deflection coil, 6b ... Lower stage deflection coil, 7a ... Upper stage scan coil, 7b ... Lower stage scan coil , 8 ... Magnetic field lens before objective, 9 ... Sample, 10 ... Magnetic field lens after objective, 11 ... Projection lens, 12 ... Detection system alignment coil, 13 ... Dark field image detector, 14 ... Bright field image detector, 15 ... Camera
16 ... Secondary electron detector, 17 ... Preamplifier, 18 ... A / D converter, 19 ... Interface
20 ... D / A converter, 21 ... CPU, 22 ... virtual light source, 23 ... electron beam, 24 ... probe image plane, 25 ... back focal plane, 26 ... transmitted electron beam, 27 ... diffracted electron beam, 28 ... convergence angle, 29 ... scattering angle, 30 ... observation plane, 31 ... overlapping region of diffraction spots.
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