DE10313593B4

DE10313593B4 - Verfahren zum Betrachten einer Probe mittels eines Transmissionselektronenmikroskops und entsprechendes Transmissionselektronenmikroskop

Info

Publication number: DE10313593B4
Application number: DE10313593A
Authority: DE
Inventors: Isao Hitachinaka Nagaoki; Hiroyuki Mito Kobayashi; Takafumi Hitachinaka Yotsuji; Toshiyuki Mito Ohyagi
Original assignee: Hitachi High Technologies Corp; Hitachi High Tech Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2002-03-27
Filing date: 2003-03-26
Publication date: 2010-07-15
Anticipated expiration: 2023-03-27
Also published as: JP2003287508A; DE10313593B8; JP3970656B2; US6777679B2; DE10313593A1; US20030183762A1

Abstract

Verfahren zum Betrachten einer Probe mittels eines Transmissionselektronenmikroskops (TEM), mit folgenden Schritten:
Einstellen einer ersten Vergrößerung des Transmissionselektronenmikroskops zur Verwendung bei der Auswahl eines Blickfelds,
Erzeugen eines TEM-Bilds einer auf einem Probentisch (60) gehaltenen Probe mit einer Bildaufnahmeeinrichtung (49) des Transmissionselektronenmikroskops bei der ersten Vergrößerung und Anzeigen des TEM-Bilds auf einer Anzeigeeinrichtung (38, 39),
Herausschneiden und Abspeichern eines ersten Bilds aus dem erzeugten TEM-Bild entsprechend einem ausgewählten Blickfeld,
Einstellen einer zweiten Vergrößerung des Transmissionselektronenmikroskops, die größer als die erste Vergrößerung ist,
Erzeugen eines TEM-Bilds mit der Bildaufnahmeeinrichtung des Transmissionselektronenmikroskops bei der zweiten Vergrößerung und Abspeichern dieses TEM-Bilds als zweites Bild mit der gleichen Anzahl an Pixeln wie das erste Bild,
Berechnen einer Abweichung zwischen dem ersten und dem zweiten Bild,
Korrigieren der Position des TEM-Bilds der zweiten Vergrößerung relativ zur Bildaufnahmeeinrichtung (49) so, dass die Abweichung zwischen dem ersten und dem zweiten Bild...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrachten eines vergrößerten Bilds, insbesondere ein Verfahren zum Betrachten eines vergrößerten Bilds einer Probe unter Verwendung eines Transmissionselektronenmikroskops (TEM) und ein solches TEM.
Ein TEM dient zum Fokussieren eines durch ein Probeninneres hindurchgestrahlten Elektronenstrahls, wodurch der innere Aufbau der Probe betrachtet werden kann. Mit einem TEM ist es möglich, Gitterdefekte und die Korngrenzenstruktur eines Materials, die Größe und Verteilung von Ausfällungen oder Gitterbilder zu betrachten.
JP 2001-118535 A offenbart ein Verfahren zum Betrachten einer Probe mittels eines Transmissionselektronenmikroskops, das das Problem lösen soll, dass das Bild einer Probe im Laufe der Zeit zum Wandern neigt. Ursachen für das Bildwandern können Temperaturschwankungen sein, die sich auf verschiedene Einstellungen des Mikroskops auswirken. Um das Bildwandern zu kompensieren, wird bei diesem Stand der Technik das aktuelle Bild mit einem der zuvor aufgenommenen Bilder verglichen, eine Positionsabweichung zwischen beiden festgestellt und diese Abweichung durch Eingriff in die Elektronenoptik oder die Probentischpositionierung automatisch korrigiert.
Auch US 2002/0027199 A1 und JP 2000-331637 A betreffen Transmissionselektronenmikroskope, bei denen Korrelationen zwischen Bildern gleicher Vergrößerung betrachtet werden, wobei es sich hier um Bilder aus verschiedenen Bestrahlungswinkeln handelt und die Korrelationen zur Durchführung von Korrekturen wie beispielsweise Fokuskorrekturen verwendet werden.
JP 61-239553 A betrifft ein Transmissionselektronenmikroskop, das es erlaubt, mit einem Cursor auf einem Probenbild einen Bereich anzugeben, der noch weiter vergrößert betrachtet werden soll, woraufhin eine Verschiebung des Probentischs bestimmt wird, um den angegebenen Probenbereich in die Bild mitte zu befördern, der Probentisch entsprechend bewegt wird und die Vergrößerung heraufgesetzt wird.
Bei einer Änderung der Vergrößerung durch ein Transmissionselektronenmikroskop kann sich das Gesichtsfeld jedoch unerwartet ändern. Die Änderung beruht nicht nur auf einer Wärmedrift der Probe, sondern auch auf Hysterese-Effekte von Elektronenlinsen und auf Achsabweichungen, die durch Vergrößerungsänderungen hervorgerufen werden.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betrachten einer Probe mit einem Transmissionselektronenmikroskop sowie ein entsprechend arbeitendes Transmissionselektronenmikroskop zu schaffen, bei denen eine Bewegung des Blickfelds, zu der es durch Änderung der Vergrößerung kommt, automatisch korrigiert werden kann.
Die Lösung dieser Aufgabe gelingt mit dem Verfahren nach Anspruch 1 und dem Elektronenmikroskop nach Anspruch 8. Die abhängigen Ansprüche betreffen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung.
Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist es möglich, einen Aufzeichnungsbereich für ein TEM-Bild der Probe, wie es im Bildanzeigeabschnitt angezeigt wird, z. B. dadurch zu spezifizieren, dass zwei diagonale Punkte eines rechteckigen Aufzeichnungsbereichs unter Verwendung einer Maus angeklickt werden oder unter Verwendung einer Maus ein Rechteckrahmen gezogen wird, der einen Aufzeichnungsbereich repräsentiert.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung weisen folgende Merkmale auf:

1) ein Aufzeichnungsobjekt kann koordinatenmäßig in einem mit niedriger Vergrößerung aufgenommenen Bild angezeigt werden;
2) ein Aufzeichnungsobjekt kann graphisch in einem mit niedriger Vergrößerung aufgenommenen Bild angezeigt werden;
3) das Betrachtungs-Gesichtsfeld kann automatisch korrigiert werden und
4) der Fokus kann automatisch korrigiert werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von durch Figuren veranschaulichten Ausführungsformen näher beschrieben.
1 ist ein schematisches Funktionsblockdiagramm eines Beispiels eines TEM zur Verwendung beim erfindungsgemäßen Verfahren;
2 ist eine erläuternde Ansicht eines Probentischs;
3 ist eine schematische Darstellung eines elektronischen Probenbild-Verstellmechanismus;
4 ist eine erläuternde Ansicht einer Bildkorrelation;
5 ist ein Strahlungsdiagramm des TEM;
6 ist eine erläuternde Ansicht einer Ablenkspule;
7 ist eine erläuternde Ansicht betreffend die Anzeige eines Aufzeichnungsbereichs;
8 ist eine erläuternde Ansicht einer Korrelationsintensität;
9 ist eine erläuternde Ansicht eines Verfahrens zum Konzipieren eines Aufzeichnungsbereichs;
10 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Probenbetrachtungsprozedur zeigt;
11 ist eine schematische Ansicht betreffend die Anzeige eines Betrachtungs-Gesichtsfelds;
12 ist eine erläuternde Ansicht betreffend die Anzeige eines Fokusbereichs; und
13 bis 16 sind Flussdiagramme, von denen jedes ein anderes Beispiel einer erfindungsgemäßen Probenbetrachtungsprozedur zeigt.
Die folgende Erläuterung erfolgt für ein TEM unter Verwendung einer zweistufigen Ablenkspule, wie sie allgemein verwendet wird; jedoch besteht hinsichtlich der Anzahl der Stufen der Ablenkspule keine Beschränkung. Nachfolgend wird der Betriebsmodus zum Suchen eines Betrachtungs-Gesichtsfelds als Betrachtungsmodus bezeichnet, der Betriebsmodus zur Fokuseinstellung wird als Fokussiermodus bezeichnet und der Betriebsmodus zum Erzeugen eines Probenbilds wird als Aufzeichnungsmodus bezeichnet.
Gemäß dem schematischen Funktionsblockdiagramm eines TEM, wie es in der 1 dargestellt ist, wird der von einer Elektronenkanone 1 abgestrahlte, beschleunigte Elektronenstrahl durch eine erste Beleuchtungslinse 2 und eine zweite Beleuchtungslinse 3 korrigiert und durch eine erste Ablenkspule 4 und eine zweite Ablenkspule 5 abgelenkt, um dann durch eine Objektivlinse 6 fokussiert zu werden und so auf eine auf einem Probentisch 60 gehaltene Probe gestrahlt zu werden. Der durch die Probe gestrahlte Elektronenstrahl durchläuft eine erste elektromagnetische Probenbild-Verstellspule 7 und eine zweite elektromagnetische Probenbild-Verstellspule 8, und er wird dann durch eine erste Zwischenlinse 9 und eine zweite Zwischenlinse 10 verstärkt und danach durch eine erste Projektionslinse 11 und eine zweite Projektionslinse 12 weiter verstärkt, um auf einem Szintillator 48 ein Probentransmissionsbild zu erzeugen. Das Transmissionselektronenbild der Probe, das durch den Szintillator 48 in ein optisches Bild umgesetzt wurde, wird durch eine Fernsehkamera (Bilderzeugungsvorrichtung) 49 aufgenommen. Das Videosignal von der Fernsehkamera 49 wird durch einen Fernsehkamera-Steuerabschnitt 47 erfasst und durch eine Bilderfassungs-Schnittstelle 51 in einen Mikroprozessor 35 eingegeben, wo es verarbeitet wird, woraufhin es unter Steuerung durch einen CRT-Controller 38 auf einem Fernsehschirm (CRT) 39 angezeigt wird. Der Mikroprozessor 35 steu ert Anregungsspannungsquellen 13–23 zum Anlegen von Spannungen über DACs 24–34 an die Linsen 2–12 des TEM. Auch ist der Mikroprozessor 35 über einen Bus mit einem Speicher 36 wie einer Festplatte, einer Bedienungseinrichtung 37, einem Vergrößerungsumschalt-Winkelcodierer 42, einem Eingabe-Winkelcodierer 43, einer Tastatur 44, einem RAM 46, einem ROM 47, einer Maus 50 usw. versehen. Der Winkelcodierer 42, 43 ist über eine I/F 40, 41 mit dem Bus verbunden.
Die 2 ist eine schematische Ansicht des Probentischs zum Halten einer Probe. Der Probentisch 60 verfügt über eine gitterförmige Probenruhefläche 55, auf der eine Probe festgehalten werden kann. Der Probentisch 60 kann durch einen X-Antriebsmotor 58 und einen Y-Antriebsmotor 59, die durch einen Probentisch-Controller 57 angesteuert werden, abhängig von Befehlen vom Mikroprozessor 35 in der X- und der Y-Richtung angetrieben werden. Die auf dem Probentisch 60 festgehaltene Probe wird an eine gewünschte Position in Bezug auf die Achse des Elektronenstrahls verstellt, um ein Betrachtungs-Gesichtsfeld auszuwählen.
Die 3 ist eine schematische Ansicht des elektronischen Probenbild-Verstellmechanismus. Der elektronische Probenbild-Verstellmechanismus verfügt über eine erste elektromagnetische Probenbild-Verstellspule 7 und eine zweite elektromagnetische Probenbild-Verstellspule 8. Unter Verwendung der zwei Spulen wird ein Elektronenstrahl, der die Probe durchstrahlt hat, abgelenkt, wodurch ein Probenbild verschoben werden kann, ohne dass die Achse des Elektronenstrahls geneigt wird.
Wenn das Gesichtsfeld durch Verstellen des Probentischs verstellt wird, kann das Verstellausmaß hoch sein, jedoch ist die Verstellgenauigkeit nicht allzu gut. Wenn dagegen der elektronische Probenbild-Verstellmechanismus verwendet wird, ist das Verstellausmaß klein, jedoch kann das Gesichtsfeld genau und mikroskopisch verstellt werden. Beim Verstellen des Gesichtsfelds wird abhängig von der Situation entweder der Probentisch und/oder der elektronische Probenbild-Verstellmechanismus verwendet.
Nun erfolgt eine Erläuterung zu einer elementaren Technik, wie sie bei einem erfindungsgemäßen Probenbetrachtungsverfahren unter Verwendung eines TEM genutzt wird.
(1) Korrektur des Bewegungsausmaßes zwischen zwei Bildern
Nun erfolgt eine Erläuterung zur Korrektur des Bewegungsausmaßes (Abweichungsausmaß) zwischen zwei Bildern unter Verwendung einer in der 4 dargestellten Bildkorrelation als Beispiel. Ein TEM-Bild 1 wird teilweise in ein Transmissionsbild 3 zerschnitten und dieses wird als registriertes Bild f1(m, n) mit der Anzahl M × N Pixel in einem Speicher 36 aufgezeichnet. Als Nächstes wird ein nach dem Umschalten in den Aufzeichnungsmodus aufgenommenes TEM-Bild 2 als Bezugsbild f2(m, n) mit der Anzahl M × N Pixel im Speicher aufgezeichnet. Es wird darauf hingewiesen, dass beide Bilder natürliche Bilder sind, mit m = 0, 1, 2, ..., M – 1; n = 0, 1, 2, ..., N – 1.
Die diskreten Fourierbilder F1(u, v) und F2(u, v) des registrierten Bilds f1(m, n) und des Bezugsbilds f2(m, n) sind durch die folgenden Gleichungen (1) bzw. (2) definiert. Es gilt u = 0, 1, 2, ..., M – 1; v = 0, 1, 2, ..., N – 1, wobei A(u, v) und B(u, v) Amplitudenspektren und Θ(u, v) und Φ(u, v) Phasenspektren sind:
[Gleichung 1]

F1(u, v) = A(u, v)djΘ(u, v) (1)
F2(u, v) = B(u, v)djΦ(u, v) (2)

Hinsichtlich der Phasenkorrelation weicht, wenn zwischen den zwei Bildern eine Parallelbewegung vorliegt, eine Korrelations-Spitzenposition um das Bewegungsausmaß ab. Nachfolgend erfolgt eine Erläuterung dazu, wie das Bewegungsausmaß hergeleitet werden kann. Zunächst gilt f4(m, n) = f2(m + r', n), wenn angenommen wird, dass sich das ursprüngliche Bild f2(m, n) um r' in der Richtung m bewegt hat. Dann wird die vorige Gleichung (2) in die folgende Gleichung 3 transformiert:
[Gleichung 2]

F4(u, v) = ΣΣf2(m + r', n)e–j2π(mu/M+nv/N) = B(u, v)ej(Φ+2πr'u/M) (3)

Wenn das Amplitudenspektrum B(u, v) als konstant angenommen wird, stützt sich das Phasenbild auf keinen Bildkontrast. Das Phasenbild F'4(u, v) zu f4 ist durch die folgende Gleichung (4) gegeben:
[Gleichung 3]

F'4(u, v) = ej(Φ+2πr'u/M) (4)

Durch Multiplizieren der Komplex-Konjugierten von F'2(u, v) mit dem Phasenbild F'1(u, v) wird ein zusammengesetztes Bild H14(u, v) erhalten, das durch die folgende Gleichung 5 ausgedrückt ist:
[Gleichung 4]

H14(u, v) = F'1(u, v)(F'2(u, v))* = ej(Θ-2πru/M) (5)

Ein Korrelationsintensitätsbild G14(r, s) wird durch inverse Fouriertransformation des Verbundbilds H14(u, v) in die folgende Gleichung (6) gewandelt.
[Gleichung 5]

G14(r, s) = ΣΣ(H14(u, v))ej2π(ur/M+us/N) = ΣΣ(ej(Θ-Φ-2πr'u/M)ej2π(ur/M+us/N) = G12(r – r') (6)

Aus der Gleichung (6) ergibt sich ein Wert r' der Positionsabweichung in der Richtung m zwischen den zwei Bildern, wobei der Spitzenwert des Korrelationsintensitätsbilds positionsmäßig um –r' abweicht. Indessen kann, da eine Korrelationsberechnung mit einer Phasenkomponente ausgeführt wird, das Bewegungsausmaß selbst dann berechnet werden, wenn zwischen den zwei Bildern ein Helligkeits- oder Kontrastunterschied besteht. Wenn in der Richtung m zwischen den zwei Bildern eine Positionsabweichung besteht, tritt hinsichtlich der Position von ΔG(pixel) in Bezug auf das Zentrum des Korrelationsintensitätsbilds ein Spitzenwert auf. Zum Beispiel ist, wie es in der 4 dargestellt ist, wenn zwischen zwei Bildern 71, 72 eine Abweichung von zwei Pixeln in der Richtung m besteht, das sich ergebende Phasenbild 73 eine Welle mit zwei Perioden. Dies wird bei inverser Fouriertransformation in ein Korrelationsintensitätsbild 74 umgewandelt, was bewirkt, dass ein Spitzenwert 75 positionsmäßig um 2 Pixel gegen das Zentrum abweicht. Dieses ΔG(pixel) entspricht einem Bewegungsausmaß der Lichtempfangsfläche eines Detektors. ΔG wird auf der Probenruhefläche in ein Bewegungsausmaß Δx transformiert. Wenn der Durchmesser einer Detektor-Lichtemissionsfläche L ist, die Vergrößerung des TEM in der Lichtempfangsfläche M ist und die Anzahl der Pixel auf der Detektor-Lichtempfangsfläche Lm ist, kann das Bewegungsausmaß Δx auf der Probenruhefläche durch die folgende Gleichung (7) berechnet werden: Δx = ΔG(pixel) × L/Lm(pixel)/M (7)
Δx entspricht dem Bewegungsausmaß zwischen den zwei Bildern 71, 72 auf der Probenruhefläche. In ähnlicher Weise erfolgt durch Berechnen eines Bewegungsausmaßes in der Richtung Y eine Korrektur unter Verwendung des in der 3 dargestellten elektronischen Probenbild-Verstellmechanismus oder des in der 2 dargestellten Probentischs in solcher Weise, dass das Bewegungsausmaß zwischen den beiden Bildern 71, 71 den Wert 0 hat.
(2) Fokuskorrektur
Nun wird die Fokuskorrektur unter Verwendung eines in der 5 dargestellten Strahlungsdiagramms erläutert. Die 5 zeigt ein Strahlungsdiagramm für die Fälle, dass die Objektivlinse auf die Probenruhefläche 55 fokussiert ist bzw. dies nicht der Fall ist.
Die 5A zeigt den Fall, dass der Fokus der Objektivlinse 6 auf die Probenruhefläche 55 fokussiert ist. In diesem Fall existiert unabhängig davon, ob die Objektivlinse 6 den Elektronenstrahl 52 unter dem Neigungswinkel 0 oder einem Neigungswinkel α auf die Probe strahlt, keine Bewegung des auf einer Bildfläche 56 erzeugten TEM-Bilds der Probe. Wenn jedoch die Objektivlinse 6 gegenüber der Probenruhefläche 55 defokussiert ist, ist das TEM-Bild der Probe auf eine virtuelle Bildfläche 53 fokussiert, die von der Bildfläche 56 beabstandet ist, wie es in der 5B dargestellt ist. Demgemäß bewegt sich das auf der Bildfläche 56 betrachtbare TEM-Bild der Probe zwischen dem Fall des Neigungswinkels 0 und dem Fall des Neigungswinkels α und ΔXt. Durch Messen des Bewegungsausmaßes ΔXt ist es möglich, die Defokussierung Δf hinsichtlich eines Brennpunkts 54 zu berechnen.
Genauer gesagt, ist eine Fokuskorrektur durch die folgende Operation möglich. Das Transmissionsbild wird als f1(m, n) mit einer Anzahl von M × N Pixeln im Speicher 36 aufgezeichnet. Als Nächstes wird, wie es in der 6 dargestellt ist, das Transmissionsbild für den Fall, dass der Elektronenstrahl unter dem Neigungswinkel α auf die Probe gestrahlt wird, als f2(m, n) mit einer Anzahl von M × N Pixeln im Speicher aufgezeichnet. Ähnlich wie bei der oben genannten Technik wird das Bewegungsausmaß ΔX zwischen den zwei Bildern auf der Probenruhefläche berechnet. Es ist zu beachten, dass das Bewegungsausmaß ΔX ein Bild-Bewegungsausmaß δ aufgrund der sphärischen Aberration aufweist und demgemäß das Bewegungsausmaß aufgrund der Defokussierung dem Wert entspricht, wenn δ von ΔX subtrahiert wird. Der Wert δ auf der Probenruhefläche ist gemäß der folgenden Gleichung (8) durch die sphärische Aberration Cs und den Ablenkwinkel α gegeben: δ = Cs·α3 (8)
Aus dem Vorstehenden ergibt sich das Bild-Bewegungsausmaß ΔXt aufgrund der Fokussierung durch die folgende Gleichung (9): ΔXt = ΔX – δ (9)
Aus dem Bewegungsausmaß ΔXt kann die Defokussierung Δf durch die folgende Gleichung (10) berechnet werden: Δf = ΔXt/α (10)
Als Nächstes wird die Defokussierung Δf in einen Strom-Sollkorrekturwert ΔI gewandelt. Δf und ΔI haben eine Beziehung, wie sie in der folgenden Gleichung (11) mit der Konstanten C angegeben ist. Demgemäß kann der Fokus dadurch auf der Probe eingestellt werden, das der durch die Beziehung der Gleichung (11) bestimmte Strom-Sollkorrekturwert ΔI zu einer Sollstromstärke addiert wird: ΔI = √(C/Δf) (11)
(3) Koordinatenberechnung für die Probenruhefläche entsprechend einem Punkt im Bild
Indessen ermöglicht es die Verwendung der Gleichung (7), eine Koordinate (X2, Y2) auf der Probenruhefläche zu berechnen, die einem beliebigen Punkt (M1, N1) in einem Bild entspricht. Wie es in der 7 dargestellt ist, kann ein Punkt (M1, N1) in einem Bild durch das Abweichungsausmaß eines Pixels mit dem Bildzentrum als Ursprung ausgedrückt werden. Wenn die Koordinaten des Bildzentrums auf der Probenruhefläche (X1, Y1) sind, der Durchmesser einer Detektor-Lichtempfangsfläche L ist, die Vergrößerung des TEM auf der Lichtempfangsfläche M ist und die Anzahl der Pixel in der Detektor-Lichtempfangsfläche Lm ist, ist die Koordinate (X2, Y2) auf der Probenruhefläche, die dem beliebigen Punkt (M1, N1) im Bild entspricht, durch die folgende Gleichung (12) gegeben: (X2, Y2) = {X1 + M1 × L/Lm/M, Y1 + N1 × L/LM (12)
(4) Anzeigen eines Aufzeichnungsbereichs über dem Transmissionsbild
Unter Verwendung der 7 erfolgt eine Erläuterung zu einem Verfahren zur Überlagerung und Anzeige eines Betrachtungsbereichs über einem Transmissionsbild 1 im Fokussiermodus, vorausgesetzt, dass die Vergrößerung im Betrachtungsmodus M ist und die Vergrößerung im Fokussiermodus Mf ist. Die Größe {Lfx(pixel), Lfy(pixel)} eines Betrachtungsbereichs im Fokussiermodus ist durch die folgende Gleichung (13) gegeben: {Lfx(pixel), Lfy(pixel)} = {Lm × M/Mf, Lm × M/Mf) (13)
In ähnlicher Weise ist, wenn die Vergrößerung im Aufzeichnungsmodus als Mr angenommen wird, die Größe {Lrx(pixel), Lry(pixel)} eines Aufzeichnungsbereichs über einem im Betrachtungsmodus aufgenommenen Transmissionsbild durch die folgende Gleichung (14) gegeben: {Lrx, Lry} = {Lm × M/Mr, Lm × M/Mr} (14)
(5) Übereinstimmungsgrad zwischen zwei Bildern
Als Nächstes erfolgt unter Verwendung der 8 eine Erläuterung zur Genauigkeit der Übereinstimmung zwischen den zwei Bildern. Da die Korrelationsberechnung unter Verwendung nur der Phasenkomponente mathematisch nur die Phase verwendet, ist der in der Korrelationsintensität auftretende Spitzenwert der δ-Spitzenwert. Wenn z. B. die Abweichung zwischen den zwei Bildern 1,5 Pixeln entspricht, weist das zusammengesetzte Bild eine Welle mit 1,5 Perioden auf. Wenn dieses einer inversen Fouriertransformation unterzogen wird, tritt an einem Punkt, der um 1,5 Pixel vom Zentrum eines Korrelationsintensitätsbilds abweicht, ein δ-Spitzenwert auf. Da jedoch bei 1,5 kein Pixel existiert, wird der Wert am δ-Spitzenwert auf das erste und das zweite Pixel verteilt. Hierbei ist, wenn die wahre Position des δ-Spitzenwerts aus den aufgeteilten Werten berechnet wird, wobei der Schwerpunkt auf das Pixel mit hohem Übereinstimmungsgrad gelegt wird, das Rechenergebnis mit einer Genauigkeit von ungefähr 1/10 Pixel zu erhalten. Indessen wird, da das Korrelationsintensitätsbild auf dem δ-Spitzenwert beruht, die Ähnlichkeit zwischen den zwei Bildern durch die Höhe des Spitzenwerts im Korrelationsintensitätsbild abgeschätzt. Wenn die Anzahl der Bildpixel m × n ist und die Höhe des Spitzen werts (in Pixeln) ist, ist der Übereinstimmungsgrad (%) durch die folgende Gleichung (15) ausdrückbar: Übereinstimmungsgrad (%) = Spitzenwert/(m × n) × 100 (15)
Wenn z. B. die Anzahl der verarbeiteten Pixel 128 Pixel×128 Pixel ist und der Spitzenwert 16384(pixel) ist, gilt das Folgende: Übereinstimmungsgrad = (16384)/(128×128) × 100 = 100%
(6) Berechnen der Vergrößerung im Aufzeichnungsmodus aus der Größe des im Betrachtungsmodus spezifizierten Aufzeichnungsbereichs
Als Nächstes erfolgt eine Erläuterung zu einem Verfahren zum Berechnen der Zentrumskoordinate des Aufzeichnungsbereichs und der optimalen Vergrößerung im Aufzeichnungsmodus, wenn die zwei diagonalen Eckpunkte eines als Aufzeichnungsbereich dienenden Rechteckbereichs als Koordinaten verwendet werden, um eine Bedingung in einem Betrachtungsmodus zu spezifizieren.
Aus den diagonal positionierten zwei Eckpunkten (M4, N4), (M5, N5) eines in einem Bild spezifizierten Rechteckbereichs werden die Anzahl der Pixel Lsx in der Richtung X des Rechteckbereichs und die Anzahl der Pixel Lsy in der Richtung Y durch die folgende Gleichung (16) berechnet: (Lsx, Lsy) = {|M5 – M4|, |N5 – N4|} (16)
Das Bildzentrum (M6, N6) des Aufzeichnungsbereichs wird aus der Anzahl der Pixel {Lsx, Lsy} berechnet. Für das Bildzentrum (M6, N6) ergibt sich für den Fall M5 – M5 ≥ 0 und N5 – N4 ≥ 0 das in der Gleichung (17) angegebene, für den Fall M5 – M4 < 0 und N5 – N4 ≥ 0 das in der Gleichung (18) angegebene, für den Fall M5 – M4 ≥ 0 und N5 – N4 < 0 das in der Gleichung (19) angegebene oder das in der Gleichung (20) für den Fall M5 – M4 < 0 und N5 – N4 < 0 angegebene. (M6, N6) = (M4 + (Lsx/2), N4 + (Lsy/2)) (17) (M6, N6) = (M4 – (Lsx/2), N4 + (Lsy/2)) (18) (M6, N6) = (M4 – (Lsx/2), N4 – (Lsy/2)) (19) (M6, N6) = (M4 – (Lsx/2), N4 – (Lsy/2)) (20)
Die Koordinate (X6, Y6) in der Probenruhefläche, die dem Bildzentrum (M6, N6) des Aufzeichnungsbereichs entspricht, ist durch die folgende Gleichung (21) berechenbar: (X6, Y7) = {X1 + M6 × L/Lm/M, Y1 + N6 × L/Lm} (21)
Als Nächstes erfolgt für einen durch beliebige Punkte (M4, N4), (M5, N5) bestehenden Bereich eine Berechnung hinsichtlich der Vergrößerung M2 zum Betrachten des Bereichs. Übrigens ist hier ein Fall für eine Berechnung nur in der Richtung X angegeben, wobei Lsx = Lsy verwendet wird. Wenn die Anzahl der Pixel auf der Detektor/Lichtempfangsfläche Lm ist, ist die Vergrößerung M2 durch die Gleichung (22) angebbar: M2 = Lm/Lsx (22)
Hier erfolgt eine Erläuterung für ein Probenbetrachtungsverfahren, das als Beispiel die obige Elementtechnik verwendet.
Die 10 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Probenbetrachtungsprozedur zeigt.
Die Bedienperson stellt als Erstes die Vergrößerung im Be trachtungsmodus, die Vergrößerung im Fokussiermodus und die Vergrößerung im Aufzeichnungsmodus mittels einer Tastatur 44 oder eines die Vergrößerung ändernden Winkelcodierers 42 ein (S11). Die in den jeweiligen Modi eingestellten Vergrößerungen werden im RAM 45 aufgezeichnet.
Als Nächstes trifft die Bedienperson unter Verwendung der Tastatur 44 oder des Eingabecodierers 43 eine Modusauswahl, um in den Betrachtungsmodus zu gelangen (S12). Wenn der Betrachtungsmodus erreicht ist, gibt der Mikroprozessor 35 erforderliche Daten betreffend vorab im ROM 46 abgespeicherte Linsendaten an die DACs 24, 25, 28, 31–34 aus, und diese werden in ein analoges Signal gewandelt, so dass das TEM die im RAM 45 gespeicherte Vergrößerung für den Betrachtungsmodus zeigt. Die DACs 24, 25, 28, 31–34 geben ein analoges Signal an die Erregungsspannungsquelle 12, 14, 17, 20–23 aus, und diese gibt ihrerseits einen Strom an die Linsenwicklung des entsprechenden Linsensystems 2, 3, 6, 9–12 aus.
Wenn die gewünschte Betrachtungsvergrößerung auf diese Weise eingestellt ist, wird durch die Fernsehkamera 49 unter Steuerung durch den Fernsehkamera-Steuerabschnitt 47 ein auf den Szintillator 48 projiziertes vergrößertes Transmissionsbild der Probe abgebildet und über den CRT-Controller auf der CRT 39 angezeigt. Die Bedienperson sucht durch Antreiben des Probentischs 60 nach dem Gesichtsfeld. Wenn ein ein Aufzeichnungsobjekt enthaltendes Gesichtsfeld aufgefunden ist, wird das durch die Fernsehkamera 49 abgebildete Bild des Gesichtsfelds durch die Bildaufnahme-Schnittstelle 51 erfasst und als Transmissionsbild 1 im Speicher 36 abgespeichert. Als Nächstes wird, unter Verwendung der Positionsdaten des Probentischs, die Zentrumskoordinate des Gesichtsfelds als Koordinate (X1, Y1) im Speicher 36 abgespeichert. Dabei wird das betrachtete Gesichtsfeld an einer Position in Bezug auf die Gesamtprobe in einem auf der CRT 39 angezeigten Navigationsfenster angezeigt, wie es in der 11 dargestellt ist.
Die Bedienperson klickt unter Verwendung der Maus 50 auf ein aufzuzeichnendes Objekt in einem auf der CRT 39 angezeigten Bild (Transmissionsbild 1), um einen aufzuzeichnenden Bereich und die zugehörige Koordinate zu spezifizieren. Aus dem durch die Maus angeklickten Punkt (M1, N1) auf dem angezeigten Bild wird entsprechend der obigen Gleichung (12) unter Verwendung der Operationsverarbeitungsvorrichtung 37 eine entsprechende Koordinate (X2, Y2) auf der Probenruhefläche berechnet (S41).
Als Nächstes wird, mit der eingestellten Aufzeichnungsvergrößerung, ein Aufzeichnungsbereich {Lrx(pixel), Lry(pixel)} gemäß der obigen Gleichung (14) berechnet. Auf der CRT 39 wird ein Rahmen mit einer dem Aufzeichnungsbereich entsprechenden Größe in Überlagerung über dem Transmissionsbild angezeigt (S15). Hierbei wird dann, wenn das Zielobjekt den Anzeigebereich im Aufzeichnungsmodus überschreitet, eine Aufzeichnungsvergrößerung erneut, falls erforderlich, unter Verwendung der Tastatur 44 oder des Winkelcodierers 42 zum Ändern der Vergrößerung eingegeben, um einen Aufzeichnungsbereichsrahmen auf Grundlage einer geänderten Aufzeichnungsvergrößerung mit Überlagerung über dem Transmissionsbild 1 anzuzeigen (S16, S17).
Als Nächstes wird, wie es in der 12 dargestellt ist, auf das zu fokussierende Objekt im Transmissionsbild 1 mittels der Maus 50 geklickt, um eine Position an der Koordinate zu spezifizieren (S18). Ähnlich wie im Schritt 14 wird die Koordinate (X3, Y3) auf der Probenruhefläche, entsprechend dem über dem Transmissionsbild 1 spezifizierten Punkt, unter Verwendung der Operationsverarbeitungsvorrichtung 37 berechnet. Die berechnete Koordinate (X3, Y3) in der Probenruhefläche wird im RAM 45 abgespeichert. Als Nächstes wird durch die Gleichung (13) ein Betrachtungsbereich {Lrx(pixel), Lry(pixel)} berechnet und in Überlagerung mit dem Transmissionsbild 1 angezeigt (S19). Wenn die Vergrößerung für den Fokussiermodus geändert wird, geht der Prozess zu einem Schritt S21 weiter, um eine neue Vergrößerung für den Fokussiermodus einzugeben.
Als Nächstes verwendet die Bedienperson die Tastatur 44 oder den Eingabecodierer 43 zum Treffen einer Modusauswahl, um in den Fokussiermodus umzuschalten (S22). Wenn der Fokussiermodus ausgewählt ist, weist der Mikroprozessor 35 den Probentisch-Controller 57 auf Grundlage der im RAM 45 abgespeicherten Position (X3, Y3) an der Koordinate an, den Probentisch 60 so zu verstellen, dass das im Schritt 28 spezifizierte Fokussierobjekt im Zentrum des Gesichtsfelds positioniert ist. Der Mikroprozessor 35 zeigt auch die im RAM 45 abgespeicherte Vergrößerung im Fokussiermodus auf der CRT 39 an, und er nimmt auf die im ROM 46 abgespeicherten Linsendaten Bezug, um erforderliche Daten an den DAC 24, 25, 28, 31–34 in solcher Weise auszugeben, dass das TEM die eingestellte Vergrößerung für den Fokussiermodus aufweist. Der DAC 24, 25, 28, 31–34 gibt ein analoges Signal an die Erregungsspannungsquelle 13, 14, 17, 20–23 aus. Jede Erregungsspannungsquelle gibt einen Strom an die Linsenwicklung des entsprechenden Linsensystems 2, 3, 6, 9–12 aus.
Als Nächstes erfolgt eine Fokussierung (S23). Die Fokussierung kann durch die oben genannte Prozedur ausgeführt werden. D. h., dass das Transmissionsbild, das durch Beleuchtung mit einem Elektronenstrahl unter einem Neigungswinkel 0 auf die Probe erzeugt wurde, als f1(m, n) mit der Anzahl M × N Pixel im Speicher aufgezeichnet wird, während das durch Beleuchtung mit dem Neigungswinkel α erzeugten Trans missionsbild als f2(m, n) mit der Anzahl M × N von Pixeln im Speicher aufgezeichnet wird. Dann wird das Bewegungsausmaß (Abweichungsausmaß) Δx zwischen den zwei Bildern f1(m, n), f2(m, n) auf der Probenruhefläche berechnet. Auf Grundlage des Bewegungsausmaßes Δx wird der Strom-Sollkorrekturwert ΔI entsprechend den obigen Gleichungen (8)–(11) bestimmt. Dann wird der bestimmte Strom-Sollkorrekturwert ΔI zur Sollstromstärke addiert. Dadurch ist die Fokussierung auf der Probe ermöglicht.
Der unter dem Winkel α eingestrahlte Elektronenstrahl kann dadurch erzeugt werden, dass aus dem ROM 46 die Ablenkdaten für den Fall, dass ein Elektronenstrahl unter den Ablenkwinkel durch zweistufige Ablenkspulen 4, 5 geneigt wird, an den DAC 26, 27 ausgegeben wird und von diesem ein analoges Signal an die Erregungsspannungsquelle 15, 16 ausgegeben wird, um einen Strom durch die Ablenkspule 4, 5 zu schicken. Auch wird der Strom-Sollkorrekturwert ΔI an den DAC 28 ausgegeben, um die Linsendaten in ein analoges Signal zu wandeln. Der DAC 28 gibt ein analoges Signal an die Erregungsspannungsquelle 17 aus, um einen Strom an die ins Auge gefasste Linsenwicklung 6 auszugeben.
Dann trifft die Bedienperson unter Verwendung der Tastatur 44 oder des Eingabecodierers 43 eine Modusauswahl, um in den Aufzeichnungsmodus umzuschalten (S24). Wenn der Aufzeichnungsmodus ausgewählt ist, weist der Mikroprozessor 35 den Probentisch-Controller 57 dazu an, den Probentisch 60 so zu verstellen, dass die im RAM 45 abgespeicherte Koordinate (X2, Y2) auf der Probenruhefläche im Zentrum des Gesichtsfelds positioniert ist. Der Mikroprozessor 35 zeigt auch die im RAM 45 abgespeicherte Vergrößerung für den Aufzeichnungsmodus unter Verwendung des CRT-Controllers 38 auf der CRT 39 an. Gleichzeitig werden die im RAM 46 abgespeicherten erforderlichen Daten betreffend die Linsendaten an den DAC 24, 5, 28, 31–34 ausgegeben, damit das TEM die Vergrößerung für den Aufzeichnungsmodus aufweist. Der DAC 24, 25, 28, 31–34 gibt ein analoges Signal an die Erregungsspannungsquelle 13, 14, 17, 20–23 aus. Die Erregungsspannungsquelle liefert einen Strom an die Linsenwicklung des entsprechenden Linsensystems 2, 3, 6, 9–12, um dadurch die eingestellte Vergrößerung zu realisieren.
Im nächsten Schritt S25 wird ein im Schritt S15 berechneter Aufzeichnungsbereich aus dem Transmissionsbild 1 ausgeschnitten und als Transmissionsbild 3 im RAM 45 gespeichert. Auch wird das Transmissionsbild hoher Vergrößerung, das unter Verwendung des Fernsehkamera-Steuerabschnitts 47 auf den Szintillator 48 projiziert wurde, durch die Fernsehkamera 49 aufgenommen und als Transmissionsbild 2 mit derselben Anzahl von Pixeln wie im Transmissionsbild 3 durch die Bilderfassungs-Schnittstelle 31 im Speicher 36 abgespeichert. Damit die Anzahl der Pixel im Transmissionsbild 2 mit derjenigen im Transmissionsbild 3 übereinstimmt, wird ein Verwerfungsprozess ausgeführt.
Dann wird das Bewegungsausmaß betreffend das Transmissionsbild 2 und das Transmissionsbild 3 unter Verwendung der Operationsvorrichtung 37 berechnet (S26). Genauer gesagt, werden das Transmissionsbild 2 und das Transmissionsbild 3 entsprechend dem durch die obigen Gleichungen (1) bis (7) erläuterten Verfahren verglichen, um die Positionsabweichung (Bewegungsausmaß) zwischen dem Transmissionsbild 2 und dem Transmissionsbild 3 zu berechnen. Wenn das Bewegungsausmaß nicht null ist, nimmt der Mikroprozessor 35 eine Korrektur vor, um das Bewegungsausmaß zu null zu machen (S27, S28). Genauer gesagt, werden die zum Bewegen des Transmissionsbilds 3 in das Bildzentrum erforderlichen Daten abhängig vom im Schritt S26 berechneten Bewegungsausmaß an den DAC 29, 30 geliefert. Die elektromagnetische Probenbild-Verstellspule 7, 8 wird durch die Erregungsspannungsquelle 18, 19 aktiviert, um das auf den Szintillator 48 projizierte vergrößerte Probenbild zu verstellen. Andernfalls erfolgt eine Anweisung an den Probentisch-Controller 57, den Probentisch 60 so zu verstellen, dass das Transmissionsbild 3 im Bildzentrum positioniert ist.
Wenn das Bewegungsausmaß bei der Ermittlung im Schritt S27 den Wert Null hat, stimmt das im Schritt S24 spezifizierte vergrößerte Bild des Aufzeichnungsobjekts mit dem Zentrum des Gesichtsfelds überein. So geht der Prozess zum nächsten Schritt S29 zum Aufzeichnen des Transmissionsbilds über. Auf diese Weise kann selbst dann, wenn zwischen dem Betrachtungsmodus für die Gesichtsfeldsuche und dem Aufzeichnungsmodus für das Aufzeichnen eines vergrößerten Transmissionsbilds ein Unterschied der TEM-Vergrößerung besteht, das im Betrachtungsmodus spezifizierte Aufzeichnungsobjekt automatisch im Zentrum des Gesichtsfelds positioniert werden, um von ihm ein Bild mit hoher Vergrößerung aufzunehmen und aufzuzeichnen. Übrigens kann im Schritt S27 auch der Übereinstimmungsgrad mittels der Gleichung (15) berechnet werden, um die Zuverlässigkeit des Werts für das Bewegungsausmaß abhängig vom Übereinstimmungsgrad zu ermitteln. Wenn z. B. der Übereinstimmungsgrad extrem klein ist, obwohl das Bewegungsausmaß null ist, besteht die Möglichkeit, dass das Transmissionsbild 2 und das Transmissionsbild 3 Bilder von ganz verschiedenen Orten sind. Demgemäß kann für den Übereinstimmungsgrad ein Schwellenwert eingestellt werden, damit dann, wenn der im Schritt S27 berechnete Übereinstimmungsgrad kleiner als ein eingestellter Schwellenwert ist, der normale Prozess aufgehoben wird, um einen Alarm erklingen zu lassen oder anzuzeigen. Auch bei einer anderen, später erläuterten Ausführungsform kann gleichzeitig eine Ermittlung für den Übereinstimmungsgrad abhängig davon ausgeführt werden, ob das Bewegungsausmaß null ist oder nicht, damit eine ähnliche Maßnahme ergriffen werden kann, wenn der Übereinstimmungsgrad niedrig ist.
Die 13 is ein Flussdiagramm zum Veranschaulichen eines anderen Beispiels einer erfindungsgemäßen Probenbetrachtungsprozedur. Diese Probenbetrachtungsprozedur unterscheidet sich von der durch die 10 erläuterten Prozedur dadurch, dass die Vergrößerung im Aufzeichnungsmodus automatisch ermittelt wird, ohne dass eine Spezifizierung erfolgt. In anderer Hinsicht besteht wesentliche Entsprechung zur 10. Hier erfolgt eine Erläuterung nur zu Punkten, die gegenüber der 10 verschieden sind.
Die Bedienperson stellt als Erstes unter Verwendung der Tastatur 44 oder des Winkelcodierers 42 zum Einstellen der Vergrößerung die Vergrößerungen für den Betrachtungsmodus und den Fokussiermodus ein (S31). Die so eingestellten Vergrößerungen für die Modi werden im RAM 45 abgespeichert. Die Prozesse der Schritte S32 und S33 sind im Wesentlichen dieselben, wie sie betreffend die Schritte S12 und S13 in der 10 erläutert wurden.
Als Nächstes spezifiziert die Bedienperson unter Verwendung einer Maus oder dergleichen einen Aufzeichnungsbereich über dem Transmissionsbild 1 (S34). Das Spezifizieren eines Aufzeichnungsbereichs kann dadurch erfolgen, dass zwei diagonal positionierte Ecken eines den Aufzeichnungsbereich umgebenden Rechtecks spezifiziert werden, d. h. die obere linke und die untere rechte Ecke oder die obere rechte und die untere linke Ecke eines rechteckigen Aufzeichnungsbereichs, wie es in der 9 dargestellt ist. Als Nächstes wird aus der Größe des spezifizierten Aufzeichnungsbereichs die maximale Vergrößerung zur Erzeugung eines vergrößerten Bilds des gesamten Bereichs durch die Fernsehkamera 49, d. h. eine Vergrößerung für den Aufzeichnungsmodus, berechnet (S35). Die Vergrößerung für den Aufzeichnungsmodus kann unter Verwendung des hinsichtlich der obigen Gleichungen (16) bis (22) erläuterten Verfahrens berechnet werden. Die durch die Gleichung (22) berechnete Vergrößerung M2 für den Aufzeichnungsmodus wird im RAM 45 abgespeichert.
Der in den folgenden Schritten S36 bis S41 auszuführende Fokussierprozess ist im Wesentlichen derselbe, wie er anhand der Schritte S18 bis S23 in der 10 erläutert wurde. Der Aufzeichnungsmodusprozess in den Schritten S42 bis S46 und der Transmissionsbild-Aufzeichnungsprozess im Schritt S47, nach Abschluss der Fokussierung, sind im Wesentlichen wie die anhand der Schritte S24 bis S29 in der 10 erläuterten Prozessen, mit Ausnahme des Unterschieds, dass im Fall der 10 die im RAM 45 aufgezeichnete Vergrößerung für den Aufzeichnungsmodus vom Bediener eingestellt wurde, während sie im Fall der 13 automatisch durch die Vorrichtung eingestellt/abgespeichert wurde.
Auf diese Weise kann selbst mittels der in der 13 dargestellten Probenbetrachtungsprozedur ohne Spezifizierung einer Vergrößerung für den Aufzeichnungsmodus, selbst wenn hinsichtlich der TEM-Vergrößerung zwischen dem Betrachtungsmodus zur Gesichtsfeldsuche und dem Aufzeichnungsmodus zum Aufzeichnen eines vergrößerten Transmissionsbilds ein Unterschied besteht, das im Betrachtungsmodus spezifizierte Aufzeichnungsobjekt automatisch im Zentrum des Gesichtsfelds positioniert werden, um von ihm ein Bild mit hoher Vergrößerung aufzunehmen und aufzuzeichnen.
Die 14 ist ein Flussdiagramm, das noch ein anderes Beispiel einer erfindungsgemäßen Probenbetrachtungsprozedur zeigt. Bei der bisher anhand der 10 oder 13 erläuterten Probenbetrachtungsprozedur erfolgt als Erstes eine Fokussierung, und dann wird die Vergrößerung des TEM auf eine solche für den Aufzeichnungsmodus eingestellt, um das Bewegungsausmaß eines Probenbilds in Bezug auf das Zentrum des Gesichtsfelds so zu korrigieren, dass ein Bild hoher Vergrößerung in einem Aufzeichnungsbereich im Zentrum des Gesichtsfelds positioniert ist. Demgegenüber ist die hier zu erläuternde Probenbetrachtungsprozedur ein Beispiel dafür, dass das TEM für eine Vergrößerung für den Aufzeichnungsmodus eingestellt wird, wobei das Bewegungsausmaß eines Probenbilds in Bezug auf das Zentrum des Gesichtsfelds zunächst so korrigiert wird, dass ein Bild hoher Vergrößerung im Aufzeichnungsbereich im Zentrum des Gesichtsfelds positioniert ist und dann die Fokussierung erfolgt, während die Vergrößerung für den Aufzeichnungsmodus aufrecht erhalten bleibt.
Als Erstes stellt der Bediener über die Tastatur 44 oder den Winkelcodierer 42 zum Einstellen der Vergrößerung die Vergrößerungen für den Betrachtungsmodus und den Aufzeichnungsmodus ein (S51). Die eingestellten Vergrößerungen für die Modi werden im RAM 45 abgespeichert.
Als Nächstes trifft der Bediener unter Verwendung der Tastatur 44 oder des Eingabecodierers 43 eine Modusauswahl, um in einen Betrachtungsmodus zu gelangen (S52). Wenn der Betrachtungsmodus erreicht ist, gibt der Mikroprozessor 35 aus den vorab im ROM 46 abgespeicherten Daten erforderliche Linsendaten an die DACs 24, 25, 28, 31–34 aus, so dass das TEM die im RAM 45 abgespeicherte Vergrößerung für den Betrachtungsmodus aufweist, und diese setzen es in ein analoges Signal um. Der DAC 24, 25, 28, 31–34 gibt ein analoges Signal an die Erregungsspannungsquelle 13, 14, 17, 20–23 aus, und diese liefert wiederum einen Strom an eine Linsenwicklung des entsprechenden Linsensystems 2, 3, 6, 9–12.
Wenn auf diese Weise eine gewünschte Betrachtungsvergrößerung eingestellt ist, wird durch die Fernsehkamera 49 unter Steuerung durch den Fernsehkamera-Steuerabschnitt 47 ein auf den Szintillator 48 projiziertes vergrößertes Transmissionsbild der Probe erzeugt und über den CRT-Controller 38 auf der CRT 39 angezeigt. Der Bediender sucht durch Antreiben des Probentischs 60 nach einem Gesichtsfeld. Wenn ein Gesichtsfeld aufgefunden ist, das ein Aufzeichnungsobjekt enthält, wird das durch die Fernsehkamera 49 aufgenommene Bild im Gesichtsfeld durch die Bilderfassungs-Schnittstelle 51 erfasst und als Transmissionsbild 1 im Speicher 36 abgespeichert. Als Nächstes wird, unter Verwendung der Positionsdaten des Probentischs, die zentrale Koordinate des Gesichtsfelds als Koordinate (X1, Y1) im Speicher 36 abgespeichert (S53).
Der Bediener klickt mittels der Maus 50 auf das aufzuzeichnende Objekt in einem auf der CRT 39 angezeigten Bild (Transmissionsbild 1), wie es in der 7 dargestellt ist, um einen aufzuzeichnenden Bereich und die zugehörige Koordinatenposition zu spezifizieren. Aus einem mit der Maus angeklickten Punkt (M1, N1) im angezeigten Bild wird eine entsprechende Koordinate (X2, Y2) für die Probenruhefläche entsprechend der obigen Gleichung (12) unter Verwendung der Operationsverarbeitungsvorrichtung 37 berechnet (S54).
Als Nächstes wird, hinsichtlich der eingestellten Aufzeichnungsvergrößerung, ein Aufzeichnungsbereich {Lrx(pixel), -Lry(pixel)} entsprechend der obigen Gleichung (14) berechnet. Auf der CRT 39 wird ein Rahmen mit einer Größe angezeigt, der dem Aufzeichnungsbereich entspricht und dem Transmissionsbild 1 überlagert ist (S55). Hierbei wird dann, wenn das Zielobjekt den Anzeigebereich im Aufzeichnungsmodus überschreitet, eine Aufzeichnungsvergrößerung erneut, falls erforderlich, unter Verwendung der Tastatur 44 oder des Winkelcodierers 42 zum Ändern der Vergrößerung eingegeben, um einen Rahmen des Aufzeichnungsbereichs auf Grundlage der ge änderten Aufzeichnungsvergrößerung durch Überlagerung mit dem Transmissionsbild 1 anzuzeigen (S56, S57).
Dann trifft der Bediener eine Modusauswahl unter Verwendung der Tastatur 44 oder des Eingabecodierers 43, um auf den Aufzeichnungsmodus umzuschalten (S58). Wenn der Aufzeichnungsmodus ausgewählt ist, weist der Mikroprozessor 35 den Probentisch-Controller 57 dazu an, den Probentisch 60 so zu bewegen, dass die im RAM 45 abgespeicherte Koordinate (X2, Y2) auf der Probenruhefläche im Zentraum des Gesichtsfelds positioniert ist. Der Mikroprozessor 35 zeigt auch die im RAM 45 abgespeicherte Vergrößerung für den Aufzeichnungsmodus unter Verwendung des CRT-Controllers 38 auf der CRT 39 an. Gleichzeitig werden die im RAM 46 abgespeicherten erforderlichen Linsendaten an den DAC 24, 25, 28, 31–34 ausgegeben, damit das TEM die zuvor für den Aufzeichnungsmodus eingestellte Vergrößerung aufweist. Der DAC 24, 25, 28, 31–34 gibt ein analoges Signal an die Erregungsspannungsquelle 13, 14, 17, 20–23 aus. Die Erregungsspannungsquelle liefert einen Strom an die Linsenwicklung des entsprechenden Linsensystems 2, 3, 6, 9–12, um dadurch die eingestellte Vergrößerung zu realisieren.
Im nächsten Schritt S59 wird das Bild im Aufzeichnungsbereich, wie im Schritt S55 berechnet, aus dem Transmissionsbild 1 ausgeschnitten und als Transmissionsbild 3 im RAM 45 gespeichert. Auch wird durch die Fernsehkamera 49 das Transmissionsbild hoher Vergrößerung, wie es unter Verwendung des Fernsehkamera-Steuerabschnitts 47 auf dem Szintillator 48 projiziert wird, erfasst und als Transmissionsbild 2 mit derselben Anzahl von Pixeln wie im Transmissionsbild 3 durch die Bilderfassungs-Schnittstelle 46 im Speicher 36 abgespeichert. Damit die Anzahl der Pixel im Transmissionsbild 2 mit derjenigen im Transmissionsbild 3 übereinstimmt, wird ein Verwerfungsprozess ausgeführt.
Dann wird das Bewegungsausmaß des Transmissionsbilds 2 und des Transmissionsbilds 3 unter Verwendung der Operationsvorrichtung 35 berechnet (S60). Genauer gesagt, werden das Transmissionsbild 2 und das Transmissionsbild 3 gemäß dem durch die obigen Gleichungen (1) bis (7) erläuterten Verfahren verglichen, um die Positionsabweichung (Bewegungsausmaß) zwischen dem Transmissionsbild 2 und dem Transmissionsbild 3 zu berechnen. Beim Berechnen eines Abweichungswerts (Bewegungsausmaß) zwischen den zwei Bildern ist eine perfekte Fokussierung nicht notwendigerweise erforderlich. Wenn das Bewegungsausmaß nicht null ist, nimmt der Mikroprozessor 35 eine Korrektur so vor, dass das Bewegungsausmaß null wird (S61, S62). Genauer gesagt, werden die zum Verstellen der Position des Transmissionsbilds 3 in das Bildzentrum erforderlichen Daten abhängig vom im Schritt S60 berechneten Bewegungsausmaß an den DAC 29, 30 geliefert. Die elektromagnetische Probenbild-Verstellspule 7, 8 wird durch die Erregungsspannungsquelle 18, 19 erregt, um das auf den Szintillator 48 zu projizierende vergrößerte Probenbild zu verstellen. Andernfalls erfolgt eine Anweisung an den Probentisch-Controller 57, den Probentisch 60 so zu verstellen, dass das Transmissionsbild 3 in das Bildzentrum gelangt.
Wenn bei der Ermittlung im Schritt S61 das Bewegungsausmaß Null ist, stimmt das im Schritt S54 spezifizierte vergrößerte Bild des Aufzeichnungsobjekts mit dem Zentrum des Gesichtsfelds überein. So geht der Prozess zum nächsten Schritt S63 weiter, um eine Fokussierung auszuführen. Obwohl die Fokussierung von Hand erfolgen kann, kann sie auch durch das oben genannte Verfahren automatisch vorgenommen werden. D. h., dass das Transmissionsbild, das durch Einstrahlen eines Elektronenstrahls mit dem Neigungswinkel Null auf die Probe erzeugt wurde, als f1(m, n) mit einer Anzahl M × N Pixeln im Speicher aufgezeichnet wird, während das Transmissi onsbild, das durch Bestrahlen mit dem Neigungswinkel α erzeugt wurde, als f2(m, n) mit der Anzahl M × N von Pixeln im Speicher aufgezeichnet wird. Dann wird das Bewegungsausmaß (Abweichungswert) Δx zwischen den zwei Bildern f1(m, n), f2(m, n) auf der Probenruhefläche berechnet. Auf Grundlage dieses Bewegungsausmaßes Δx wird entsprechend den obigen Gleichungen (8)–(11) ein Strom-Sollkorrekturwert ΔI bestimmt. Dann wird der so bestimmte Strom-Sollkorrekturwert ΔI zur Sollstromstärke addiert. Dadurch ist die Fokussierung auf der Probe ermöglicht.
Schließlich wird das Transmissionsbild in einem Schritt S63 aufgezeichnet. Auf diese Weise kann selbst dann, wenn zwischen dem Betrachtungsmodus zur Gesichtsfeldsuche und dem Aufzeichnungsmodus zum Aufzeichnen eines vergrößerten Transmissionsbilds ein Unterschied hinsichtlich der TEM-Vergrößerung besteht, das im Betrachtungsmodus spezifizierte Aufzeichnungsobjekt automatisch im Zentrum des Gesichtsfelds positioniert werden, um ein Bild mit hoher Vergrößerung desselben aufzunehmen und aufzuzeichnen.
Die 15 ist ein Flussdiagramm, die ein anderes Beispiel einer erfindungsgemäßen Probenbetrachtungsprozedur zeigt. Diese Probenbetrachtungsprozedur unterscheidet sich von der anhand der 14 erläuterten Prozedur dadurch, dass die Ermittlung automatisch ist, ohne dass eine Vergrößerung für den Aufzeichnungsmodus spezifiziert wird. Die anderen Hauptpunkte sind im Wesentlichen dieselben wie in der 14. Hierbei werden Prozesse, die mit solchen übereinstimmen, die anhand der 14 erläutert wurden, weggelassen, jedoch zitiert.
Der Bediener stellt als Erstes unter Verwendung der Tastatur 44 oder des Winkelcodierers 42 zum Einstellen der Vergrößerung eine Vergrößerung für den Betrachtungsmodus ein. Die eingestellte Vergrößerung wird im RAM 45 abgespeichert. Die Prozesse in den Schritten S72 und S73 sind im Wesentlichen wie diejenigen, die anhand der Schritte S52 und S53 in der 14 erläutert wurden.
Als Nächstes spezifiziert der Bediener einen Aufzeichnungsbereich über dem Transmissionsbild 1 (S74). Das Spezifizieren eines Aufzeichnungsbereichs kann dadurch erfolgen, dass zwei diagonal positionierte Eckpunkte eines den Aufzeichnungsbereich umgebenden Rechtecks spezifiziert werden, d. h. die obere linke und die untere rechte Ecke oder die obere rechte und die untere linke Ecke eines rechteckigen Aufzeichnungsbereichs, wie es in der 9 dargestellt ist. Als Nächstes wird aus der Größe des spezifizierten Aufzeichnungsbereichs die Maximalvergrößerung zum Erzeugen eines vergrößerten Bilds des gesamten Bereichs durch die Fernsehkamera 49, d. h. eine Vergrößerung für den Aufzeichnungsmodus, berechnet (S75). Die Vergrößerung für den Aufzeichnungsmodus kann durch das unter Verwendung der obigen Gleichungen (16) bis (22) erläuterte Verfahren berechnet werden. Die durch die Gleichung (22) berechnete Vergrößerung M2 für den Aufzeichnungsmodus wird im RAM 45 abgespeichert.
Der Prozess im Aufzeichnungsmodus, wie er in den folgenden Schritten S76 bis S80 auszuführen ist, ist im Wesentlichen derselbe wie derjenige, der anhand der Schritte S24 bis S29 der 10 erläutert wurde, jedoch mit der Ausnahme, dass im Fall der 14 die im RAM 45 aufgezeichnete Vergrößerung für den Aufzeichnungsmodus vom Bediener eingestellt wurde, während sie im Fall der 15 automatisch durch die Vorrichtung eingestellt/abgespeichert wurde. Auch ist der im Schritt S81 auszuführende Fokussierprozess im Wesentlichen derselbe wie der anhand des Schritts S62 in der 14 erläuterte Prozess. Schließlich wird in einem Schritt S82 ein TEM-Bild hoher Vergrößerung für die Probe im Aufzeichnungs bereich aufgezeichnet.
Auf diese Weise kann selbst mittels der anhand der 15 veranschaulichten Probenbetrachtungsprozedur, ohne dass eine Vergrößerung für den Aufzeichnungsmodus spezifiziert wird, das im Betrachtungsmodus spezifizierte Aufzeichnungsobjekt automatisch im Zentrum des Gesichtsfelds positioniert werden, um von ihm ein Bild hoher Vergrößerung aufzunehmen und aufzuzeichnen.
Die 16 ist ein Flussdiagramm, das ein anderes Beispiel einer erfindungsgemäßen Probenbetrachtungsprozedur zeigt. Diese Probenbetrachtungsprozedur unterscheidet sich von der anhand der 15 erläuterten Probenbetrachtungsprozedur dadurch, dass der Fokussierprozess (Schritte S96, S97) vor dem Umschalten in den Aufzeichnungsmodus (Schritt S98) ausgeführt wird. Der Inhalt der anderen Prozesse stimmt im Wesentlichen mit den bisher unter Verwendung der 10, 13 und 14 erläuterten Prozesse überein und wird demgemäß durch Zitieren der entsprechenden Schrittnummern erläutert.
Als Erstes stellt der Bediener die Vergrößerungen für den Betrachtungs- und den Fokussiermodus unter Verwendung der Tastatur 44 oder des Winkelcodierers 42 zum Ändern der Vergrößerung ein (S91). Die eingestellten Vergrößerungen werden im RAM 45 abgespeichert. Der anschließende Prozess der Schritte S92 bis S95 ist im Wesentlichen derselbe wie derjenige, der anhand der Schritte S72 bis S75 in der 15 erläutert wurde.
Als Nächstes trifft der Bediener unter Verwendung der Tastatur 44 oder des Eingabecodierers 43 eine Modusauswahl, um dadurch in den Fokussiermodus umzuschalten (S97), um eine Fokuseinstellung auszuführen (S97). Der Prozessinhalt der Schritte S96, S97 ist im Wesentlichen derselbe wie derjeni ge, der z. B. anhand der Schritte S22, S23 in der 10 erläutert wurde.
Dann führt der Bediener ein Umschalten in den Aufzeichnungsmodus aus (S98), um einen Prozess betreffend die Verstellkorrektur des vergrößerten Bilds auszuführen, woraufhin das Transmissionsbild aufgezeichnet wird. Der Prozessinhalt der Schritte S98 bis S103 ist im Wesentlichen derselbe wie derjenige, der anhand z. B. der Schritte S42 bis S47 in der 13 erläutert wurde.
Gemäß der Erfindung ist in einem TEM eine genaue Probenpositionierung möglich, was eine Probenbetrachtung unter Verwendung eines TEM erleichtert.

Claims

Verfahren zum Betrachten einer Probe mittels eines Transmissionselektronenmikroskops (TEM), mit folgenden Schritten: Einstellen einer ersten Vergrößerung des Transmissionselektronenmikroskops zur Verwendung bei der Auswahl eines Blickfelds, Erzeugen eines TEM-Bilds einer auf einem Probentisch (60) gehaltenen Probe mit einer Bildaufnahmeeinrichtung (49) des Transmissionselektronenmikroskops bei der ersten Vergrößerung und Anzeigen des TEM-Bilds auf einer Anzeigeeinrichtung (38, 39), Herausschneiden und Abspeichern eines ersten Bilds aus dem erzeugten TEM-Bild entsprechend einem ausgewählten Blickfeld, Einstellen einer zweiten Vergrößerung des Transmissionselektronenmikroskops, die größer als die erste Vergrößerung ist, Erzeugen eines TEM-Bilds mit der Bildaufnahmeeinrichtung des Transmissionselektronenmikroskops bei der zweiten Vergrößerung und Abspeichern dieses TEM-Bilds als zweites Bild mit der gleichen Anzahl an Pixeln wie das erste Bild, Berechnen einer Abweichung zwischen dem ersten und dem zweiten Bild, Korrigieren der Position des TEM-Bilds der zweiten Vergrößerung relativ zur Bildaufnahmeeinrichtung (49) so, dass die Abweichung zwischen dem ersten und dem zweiten Bild Null wird, und Aufzeichnen eines TEM-Bilds mit der Bildaufnahmeeinrichtung des Transmissionselektronenmikroskops bei der zweiten Vergrößerung unter Berücksichtigung der Korrektur, so dass das aufgezeichnete Bild das ausgewählte Blickfeld aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Blickfeld ausgewählt wird, indem die zweite Vergrößerung eingegeben und auf dem auf der Anzeigeeinrichtung (38, 39) angezeigten TEM-Bild der ersten Vergrößerung ein aufzuzeichnendes Objekt spezifiziert wird, und die Probentischkoordinaten des aufzuzeichnenden Objekts berechnet werden und zum Erzeugen des TEM-Bilds der zweiten Vergrößerung der Probentisch (60) auf die berechneten Probentischkoordinaten gestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Größe eines bei der zweiten Vergrößerung aufzuzeichnenden Bereichs der Probe innerhalb des TEM-Bilds der ersten Vergrößerung berechnet wird und eine Markierung, die den Bereich berechneter Größe repräsentiert, in Überlagerung mit einem entsprechenden Bereich des TEM-Bilds der ersten Vergrößerung angezeigt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Blickfeld ausgewählt wird, indem auf dem auf der Anzeigeeinrichtung (38, 39) angezeigten TEM-Bild der ersten Vergrößerung ein Aufzeichnungsbereich spezifiziert wird, die zweite Vergrößerung so berechnet wird, dass der Aufzeichnungsbereich mit ihr noch vollständig dargestellt werden kann, und die Probentischkoordinaten des Aufzeichnungsbereichs berechnet werden und zum Erzeugen des TEM-Bilds der zweiten Vergrößerung der Probentisch (60) auf die berechneten Probentischkoordinaten gestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Position des TEM-Bilds der zweiten Vergrößerung in Bezug auf die Bildaufnahmeeinrichtung dadurch korrigiert wird, dass der Probentisch verstellt wird oder ein durch die Probe gestrahlter Elektronenstrahl unter Verwendung einer Probenbild-Verstellspule abgelenkt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Abweichung eines Bilds durch eine Neigung des auf die Probe gestrahlten Elektronenstrahls um einen vorbestimmten Winkel bestimmt und daraufhin die Sollstromstärke einer Objektlinse korrigiert wird, um eine Fokuskorrektur auszuführen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Abweichung zwischen dem ersten und dem zweiten Bild angezeigt wird.
Transmissionselektronenmikroskop, aufweisend: eine Elektronenkanone (1) sowie eine Elektronenlinse (2–5) zur Erzeugung eines Elektronenstrahls, einen Probentisch (60) zum Halten einer vom Elektronenstrahl durchstrahlten Probe, eine Projektionslinse (7–12) zur Ausbildung eines Transmissionselektronenbilds der Probe, eine Bildaufnahmeeinrichtung (49) zur Aufzeichnung des Transmissionselektronenbilds, und eine Einrichtung (37), um aus einem mit einer ersten Vergrößerung erzeugten Transmissionselektronenbild ein erstes Bild herauszuschneiden, ein zweites Bild mit einer größeren zweiten Vergrößerung zu erfassen, das die gleiche Anzahl an Pixeln wie das erste Bild aufweist, und eine Positionsabweichung zwischen dem ersten und dem zweiten Bild zu berechnen.