JP2004319233A - Electron microscope - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は電子顕微鏡に係り、特に、試料を透過した電子線から特定のエネルギーを有する電子のエネルギーロススペクトル,暗視野像、或いは明視野像を得る電子顕微鏡、或いは微小領域の観察及び分析装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、原子レベルオーダで材料を観察し、かつ、原子レベルで観察された原子の種類や結合状態を同定することが半導体不良解析部門・新素材の研究分野で極めて重要な要求となっている。
【0003】
特定領域の分析方法には、透過型電子顕微鏡(Transmission Electron Microscopy:TEM)や走査透過型電子顕微鏡(Scanning Transmission ElectronMicroscopy:STEM)と、エネルギー損失分光法(Electron Energy Loss Spectroscopy:EELS)とを組み合わせる方法が非特許文献1に開示されている。EELSによって得られたスペクトル(Electron Energy Loss Spectrum)も、EELSと略すことが多い。
【0004】
TEMやSTEMは、電子線を用いて高い空間分解能で試料の構造を観察する装置である。また、EELSは、TEMやSTEMの付属装置として取り付けられたスペクトロメータを用い試料でエネルギーを失った電子線の失うエネルギーとその強度をスペクトルとして得る方法である。このスペクトルから、試料内部で起こった現象や元素の種類,結合状態を調べることができ、さらにバックグラウンドの補正などの処理を経て、定量的な分析を行うことができる。
【0005】
TEM/STEM装置にEELSを取り付けた例を図1に示す。1はTEM/STEM装置本体である。電子銃2から放出された照射電子線20は集束レンズ系3で細く絞られ、試料10上に照射される。照射する位置と角度は偏向コイル7で行う。試料を透過した電子線は、透過電子線21と散乱電子線22に分かれ、対物レンズ4,中間レンズ系5,投影レンズ系6を経て、クロスオーバー25で一旦収束した後、再度広がって行く。散乱電子線22は環状暗視野電子検出器30で検出される。環状暗視野電子検出器30には開口が設けられており、開口を通り抜けた透過電子線21は明視野電子検出器31で検出される。明視野電子検出器31と明視野絞り35は出し入れ可能となっており、光軸から取り出すことにより、透過電子線21をスペクトロメータ32に入射させることができる。
【0006】
TEM像の観察は、以下のようにして行う。環状暗視野電子検出器30は出し入れ可能となっており、光軸から取り出すことができる。取り出した状態で、試料10の拡大像を、蛍光板11で観察し、写真フィルム12で記録することができる。
【0007】
STEM像の観察は、以下のようにして行う。制御系13は偏向コイル7に走査信号15を送り、試料10上で収束した照射電子線20を走査する。環状暗視野電子検出器30または明視野電子検出器31で検出した電子線強度を走査像表示装置14上に輝度信号として表示する。制御系13から送られてくる走査同期信号17と同期して表示すれば、STEM像が得られる。
【0008】
EELSの取得は以下のようにして行う。蛍光板11と写真フィルム12と明視野電子検出器31と明視野絞り35を光軸外に取り出すことによってスペクトロメータ32に入射した透過電子線21はエネルギー分光され、ゼロロス電子線23とエネルギーロス電子線24に分離し、EELSを形成する。偏向レンズ系33によってエネルギー分散を設定し、スペクトル検出器34で最終的なEELSを得る。
【0009】
スペクトロメータ32は、非対称なレンズ特性を持ており、クロスオーバー25を物点として、スペクトル検出器34を像面とする。試料10の像がクロスオーバー25に結像するように中間レンズ系5と投影レンズ系6を調整すると、試料10で照射電子線20が当たっている微小領域のみのEELSを得ることができる。
【0010】
STEM装置にEELSを取り付けた例を図2に示す。STEM本体8には、結像系のレンズが少なく、図2では投影レンズ9一段のみの場合を示す。また、蛍光板や写真フィルムもない。その他はTEM/STEM装置1と同等である。
【0011】
試料で散乱された電子線22は、試料を構成する元素の種類や散乱角度によって含まれる情報が変化する。透過電子線21を含め、低角度(<数mrad)で散乱された電子線には、結晶欠陥などの構造情報が含まれ、明視野電子検出器31で検出して位相コントラストを観察するのに適している。比較的低角度(数mrad〜20mrad程度)で散乱された散乱電子線22には、回折コントラストの情報が含まれ、環状暗視野電子検出器32で検出して内部結晶欠陥を観察するのに適している。高角度(>20mrad)で散乱した散乱電子線22には、試料の密度に依存した情報が含まれ、環状暗視野電子検出器32で検出して構成元素を識別するのに適している。このようにして得られたコントラストをZコントラストと言うことがある。
【0012】
暗視野STEM像,明視野STEM像,EELSを最適に取得する条件は以下のようにして設定する。
【0013】
観察及び分析する空間分解能は、照射電子線のプローブサイズで決定される。目的の空間分解能に設定するため、集束レンズ系3と対物レンズ4のレンズ電流を調整する。試料への収束角度やプローブ電流は集束レンズ絞り37によって決定される。
【0014】
TEMの場合には中間レンズ系5と投影レンズ系6を、STEMの場合には投影レンズ9を用いて、試料10上に収束された電子線の像をクロスオーバー25に結像する。クロスオーバー25以降には回折像が現われる。このとき、散乱角度は光軸からの距離に比例しているので、レンズ系の拡大率を変更することで、環状暗視野電子検出器30に取り込める散乱角度を決定できる。
【0015】
以後、単に「取り込み角度」と表記した場合は、検出器またはスペクトロメータに入射する電子線の機械的な角度ではなく、試料面上に換算した、試料による散乱角度をいうことにする。機械的な角度をいう場合は、「機械的な」という形容詞を用いることにする。
【0016】
明視野電子検出器31には環状暗視野電子検出器30に設けられた開口を通過した電子線が入射する。通常、散乱角は必要以上に大きいので、明視野絞り35を用いて取り込み角度を制限する。
【0017】
明視野絞り35と明視野電子検出器31を光軸外に取り出すと、スペクトロメータ32には環状暗視野電子検出器30に設けられた開口を通過した電子線が入射する。これも、通常、散乱角は必要以上に大きいので、EELS入射絞り36を用いて取り込み角度を制限する。
【0018】
スペクトロメータによるエネルギー分解能は、電子銃2から発生した照射電子線20のエネルギー幅だけでなく、EELS入射絞り36によって制限された機械的な角度によっても決定される。
【0019】
環状暗視野電子検出器30でZコントラストを検出する場合、検出する散乱角度範囲には最適値が存在する。上記したEELS分析のための散乱角度内には、回折コントラストの情報も含まれるので、この領域は避ける方がいい。加速電圧にも依存するが、結晶性試料の場合、50mrad以上の散乱角度の散乱電子線を用いるとよい。非晶質性試料の場合、10mrad以上の散乱角度でよい(非特許文献1より)。
【0020】
明視野STEM像を観察するときに明視野電子検出器31で検出する散乱角度範囲は、TEM像を観察するときの照射電子線20の開き角に対応する。位相コントラストは、TEM像観察では開き角が小さい方がコントラストよく得られるので、明視野電子検出器31で検出する取り込み角度も小さい方がいい。しかし、小さくしすぎると信号量そのものが減ってS/N低下を招いてしまう。4mrad以下の散乱角度の散乱電子を用いるのが現実的である。
【0021】
非弾性散乱電子(試料でエネルギーを失った電子で、EELS分析の対象となる)は、電子線の加速電圧や試料の構成元素にも依存するが、大部分が0.2mrad〜20mrad程度の散乱角度領域に存在している(非特許文献1より)ので、スペクトロメータ32には、これらを含む角度領域が入射するように設定することが望まれる。
【0022】
暗視野STEM像、特にZコントラスト観察に有効な取り込み角度は、明視野STEM像に有効な角度よりも大きいので、これらの像は、同時に表示することが可能である。また、同様の理由により、暗視野STEM像とEELS分析も同時に行うことができる。
【0023】
【非特許文献1】
R. F. Egerton: Electron Energy−Loss Spectroscopy in the Electron Microscope, Plenum Press (1986)
【0024】
【発明が解決しようとする課題】
上記したように、暗視野STEM,明視野STEM,EELSには、加速電圧や試料構造や試料構成元素などに依存して変化する最適散乱角度範囲が存在する。すなわち、これらの条件に対して、それぞれ独立に設定できることが望ましい。しかしながら、暗視野STEM観察に特化して投影レンズ系6や投影レンズ9の励磁電流を設定すると、明視野電子検出器31で取り込む角度範囲が一意に決定してしまう。すなわち、取り込み角度範囲は明視野絞り35の孔径でしか変更することはできない。様々な条件全てには対応できない。
【0025】
また、同様に、EELSのスペクトロメータ32での取り込み角も一意に決まってしまうので、取り込み角度範囲はEELS入射絞り36の孔径でしか変更することはできない。様々な条件全てには対応できない。
【0026】
さらに、上述したように、EELSのエネルギー分解能は、EELS入射絞り36によって制限された機械的な角度によっても決定される。これは、スペクトロメータ32の幾何学的な収差が存在するからであり、入射する電子線の機械的な角度は小さいほど有利である。このため、クロスオーバー25における拡大率は大きいほどいい。しかしながら、拡大率が大きくなると、暗視野電子検出器30には相対的に大きい角度で散乱した散乱電子線しか入射しなくなるという矛盾がある。
【0027】
本発明の目的は、上記した従来技術の問題点に鑑み、暗視野STEM像,明視野STEM像,EELSのそれぞれに最適な散乱角度を容易に満足する光学系を提供し、及び/またはEELSのエネルギー分解能を損なわない光学系を提供することにある。
【0028】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために、本発明では、以下のような手段を講じた点に特徴がある。
【0029】
EELSスペクトロメータの物点を虚像にする。このような構成によれば、EELSスペクトロメータへの機械的な入射角度を小さくすることができ、EELSのエネルギー分解能を損なわないようになる。
【0030】
環状暗視野電子検出器と明視野電子検出器の間に電子レンズを配置する。このような構成によれば、暗視野電子検出器の取り込み角と明視野電子検出器の取り込み角を独立に設定できるようになる。
【0031】
明視野電子検出器とEELSスペクトロメータの間に電子レンズを配置する。このような構成によれば、明視野電子検出器の取り込み角とEELSスペクトロメータの取り込み角を独立に設定できるようになる。
【0032】
明視野電子検出器とEELSスペクトロメータの間に電子レンズを配置し、かつ、EELSスペクトロメータの物点を虚像にする。このような構成によれば、明視野電子検出器への取り込み角度を変更せずに、EELSスペクトロメータへの機械的な入射角度を小さくすることができ、EELSのエネルギー分解能を損なわないようになる。
【0033】
環状暗視野電子検出器とEELSスペクトロメータの間に電子レンズを配置する。このような構成によれば、環状暗視野電子検出器の取り込み角とEELSスペクトロメータの取り込み角を独立に設定できるようになる。
【0034】
環状暗視野電子検出器とEELSスペクトロメータの間に電子レンズを配置し、かつ、EELSスペクトロメータの物点を虚像にする。このような構成によれば、環状暗視野電子検出器への取り込み角度を変更せずに、EELSスペクトロメータへの機械的な入射角度を小さくすることができ、EELSのエネルギー分解能を損なわないようになる。
【0035】
環状暗視野電子検出器と明視野電子検出器の間に電子レンズを配置し、かつ、明視野電子検出器とEELSスペクトロメータの間に電子レンズを配置する。このような構成によれば、環状暗視野電子検出器の取り込み角と明視野電子検出器の取り込み角とEELSスペクトロメータの取り込み角を独立に設定できるようになる。
【0036】
環状暗視野電子検出器と明視野電子検出器の間に電子レンズを配置し、かつ、明視野電子検出器とEELSスペクトロメータの間に電子レンズを配置し、かつ、EELSスペクトロメータの物点を虚像にする。このような構成によれば、環状暗視野電子検出器への取り込み角度と明視野電子検出器への取り込み角度を変更せずに、EELSスペクトロメータへの機械的な入射角度を小さくすることができ、EELSのエネルギー分解能を損なわないようになる。
【0037】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。
【0038】
図3は、本発明による微小領域の観察及び分析装置の第一の実施例のブロック図である。41は本発明による微小領域の観察及び分析装置である。電子銃2から対物レンズ4までは、図2と同等である。対物レンズ4の下には試料10上に収束した照射電子線20の像がクロスオーバー25として存在する。これを投影レンズ9を用いて虚像のクロスオーバー40に拡大している。スペクトロメータ32は、この虚像のクロスオーバー40を物点としてエネルギー分散する。以降は、図2と同等である。
【0039】
上記したように、EELSには20mrad以下の散乱角度の電子線を用いる。一方、スペクトロメータ32の収差などにより、機械的な入射角度は、1mrad以下であることが望ましい。すなわち、対物レンズ4と投影レンズ9による倍率は20倍以上必要である。対物レンズ4の焦点距離などにも依存するが、対物レンズ4と投影レンズ9の間隔や投影レンズ9とスペクトロメータ32の間隔を長くとることで可能である。しかし、装置が無意味に背が高くなってしまう。そこで、対物レンズ4は、対物レンズ4と投影レンズ9の間に実像のクロスオーバー25を形成し、さらに投影レンズ9は虚像のクロスオーバー40を形成するようにレンズ電流を調整する。対物レンズ4の倍率が10倍、投影レンズ9の倍率を2倍とすると、必要倍率の20倍が容易に達成できる。
【0040】
図4は、本発明による微小領域の観察及び分析装置の第二の実施例のブロック図である。42は本発明による微小領域の観察及び分析装置である。電子銃2から環状暗視野電子検出器30までは、図2と同等である。環状暗視野電子検出器30の下には第2の投影レンズ38が配置され、その下に、明視野絞り35と明視野電子検出器31が配置されている。第2の投影レンズ38は、クロスオーバー25を第2のクロスオーバー26に結像する。明視野絞り35を通過した電子線は明視野電子検出器31で検出される。明視野電子検出器31で検出される電子線の取り込み角度は、第2の投影レンズ38のレンズ電流を変更することで、環状暗視野電子検出器30への取り込み角度と独立に制御することができる。このとき、明視野絞り35の孔径を変更する必要はない。
【0041】
図5は、本発明による微小領域の観察及び分析装置の第三の実施例のブロック図である。43は本発明による微小領域の観察及び分析装置である。電子銃2から投影レンズ9までは、図2と同等である。投影レンズ9の下には明視野絞り35と明視野電子検出器31が配置され、その下に、第2の投影レンズ38が配置されている。さらに、その下に、EELS入射絞り36とスペクトロメータ32が配置されている。それより以降は、図2と同等である。投影レンズ9は、クロスオーバー25を結像し、明視野絞り35で制限される取り込み角度で明視野電子検出器31が電子線強度を検出する。明視野電子検出器31と明視野絞り35は光軸から出し入れ可能であり、取り出すことにより、電子線をスペクトロメータ32へ入射させることが可能である。第2の投影レンズ38は、クロスオーバー25を虚像のクロスオーバー40に結像する。虚像のクロスオーバー40を物点として、スペクトロメータ32はエネルギー分析を行う。明視野電子検出器31への理想的な取り込み角度は4mradであるので、対物レンズ4の倍率を10倍、投影レンズ9の倍率を1倍に設定すると、機械的な入射角度は0.4mradとなる。明視野絞り35の孔径を適切に設定しておけば、この値を得ることは容易である。一方、スペクトロメータ32への理想的な取り込み角度が20mradとすると、クロスオーバー25における機械的な角度は5倍の2mradになる。スペクトロメータ32への機械的な入射角度を1mrad以下にするためには、第2の投影レンズ38による倍率を2倍にすればよい。また、明視野電子検出器31への取り込み角度を変更するには投影レンズ9の励磁電流を、スペクトロメータへの取り込み角度を変更するには第2の投影レンズ38の励磁電流を、それぞれ変更すればよく、また、これらは独立に設定することも可能である。
【0042】
図6は、本発明による微小領域の観察及び分析装置の第四の実施例のブロック図である。44は本発明による微小領域の観察及び分析装置である。図5の明視野電子検出器31が環状暗視野電子検出器30になっている以外は、図5と同等である。また、レンズ電流の制御の方法も図5と同等である。環状暗視野電子検出器30への理想的な取り込み角度が50mrad以上の場合、対物レンズ4の倍率を10倍、投影レンズ9の倍率を1倍に設定すると、機械的な入射角度は5mradとなる。環状暗視野電子検出器30の孔径を適切に設定しておけば、この値を得ることは容易である。一方、スペクトロメータ32への理想的な取り込み角度が20mradとすると、クロスオーバー25における機械的な角度は2/5倍の2mradになる。スペクトロメータ32への機械的な入射角度を1mrad以下にするためには、第2の投影レンズ38による倍率を2倍にすればよい。また、環状暗視野電子検出器30への取り込み角度を変更するには投影レンズ9の励磁電流を、スペクトロメータへの取り込み角度を変更するには第2の投影レンズ38の励磁電流を、それぞれ変更すればよく、また、これらは独立に設定することも可能である。
【0043】
図7は、本発明による微小領域の観察及び分析装置の第五の実施例のブロック図である。45は本発明による微小領域の観察及び分析装置である。図4の実施例の明視野電子検出器31の下に、第3の投影レンズ39が配置され、さらにその下にスペクトロメータ32が配置されている。環状暗視野電子検出器30への理想的な取り込み角度が50mrad以上の場合、対物レンズ4の倍率を10倍、投影レンズ9の倍率を1倍に設定すると、機械的な入射角度は5mradとなる。第2の投影レンズ38の倍率を1倍とすると、第2のクロスオーバー26への機械的な入射角度も5mradである。明視野電子検出器31への理想的な取り込み角度である4mradを実現するには、第2のクロスオーバー26への機械的な入射角度が0.4mrad となるように明視野絞り35の孔径を設定すればよい。さらに、スペクトロメータ32への理想的な取り込み角度も、明視野絞り35と明視野電子検出器31を光軸から外した上で、第3の投影レンズ39の励磁電流を調整することにより、図5と同様な手順で容易に実現できる。また、それぞれの取り込み角度も、投影レンズ9,第2の投影レンズ38,第3の投影レンズ39の励磁電流により、独立に設定することができる。
【0044】
図8は、本発明による微小領域の観察及び分析装置の第六の実施例のブロック図である。46は本発明による微小領域の観察及び分析装置で、TEM/STEM装置に適用した例である。中間レンズ系5,投影レンズ9の下に環状暗視野電子検出器30を配置する。以下、第2の投影レンズ38,明視野絞り35,明視野電子検出器31,蛍光板11,写真フィルム12,第3の投影レンズ39,EELS入射絞り36,スペクトロメータ32の順に配置される。電子光学系の調整については、図7と同様である。
【0045】
【発明の効果】
上記したように、本発明によれば以下のような効果が達成される。
【0046】
EELSスペクトロメータの物点を虚像にする。このような構成によれば、EELSスペクトロメータへの機械的な入射角度を小さくすることができ、EELSのエネルギー分解能を損なわないようになる。
【0047】
環状暗視野電子検出器と明視野電子検出器の間に電子レンズを配置する。このような構成によれば、暗視野電子検出器の取り込み角と明視野電子検出器の取り込み角を独立に設定できるようになる。
【0048】
明視野電子検出器とEELSスペクトロメータの間に電子レンズを配置する。このような構成によれば、明視野電子検出器の取り込み角とEELSスペクトロメータの取り込み角を独立に設定できるようになる。
【0049】
明視野電子検出器とEELSスペクトロメータの間に電子レンズを配置し、かつ、EELSスペクトロメータの物点を虚像にする。このような構成によれば、明視野電子検出器への取り込み角度を変更せずに、EELSスペクトロメータへの機械的な入射角度を小さくすることができ、EELSのエネルギー分解能を損なわないようになる。
【0050】
環状暗視野電子検出器とEELSスペクトロメータの間に電子レンズを配置する。このような構成によれば、環状暗視野電子検出器の取り込み角とEELSスペクトロメータの取り込み角を独立に設定できるようになる。
【0051】
環状暗視野電子検出器とEELSスペクトロメータの間に電子レンズを配置し、かつ、EELSスペクトロメータの物点を虚像にする。このような構成によれば、環状暗視野電子検出器への取り込み角度を変更せずに、EELSスペクトロメータへの機械的な入射角度を小さくすることができ、EELSのエネルギー分解能を損なわないようになる。
【0052】
環状暗視野電子検出器と明視野電子検出器の間に電子レンズを配置し、かつ、明視野電子検出器とEELSスペクトロメータの間に電子レンズを配置する。このような構成によれば、環状暗視野電子検出器の取り込み角と明視野電子検出器の取り込み角とEELSスペクトロメータの取り込み角を独立に設定できるようになる。
【0053】
環状暗視野電子検出器と明視野電子検出器の間に電子レンズを配置し、かつ、明視野電子検出器とEELSスペクトロメータの間に電子レンズを配置し、かつ、EELSスペクトロメータの物点を虚像にする。このような構成によれば、環状暗視野電子検出器への取り込み角度と明視野電子検出器への取り込み角度を変更せずに、EELSスペクトロメータへの機械的な入射角度を小さくすることができ、EELSのエネルギー分解能を損なわないようになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】TEM/STEM装置にEELSを取り付けた例のブロック図である。
【図2】STEM装置にEELSを取り付けた例のブロック図である。
【図3】本発明による微小領域の観察及び分析装置の第一の実施例のブロック図である。
【図4】本発明による微小領域の観察及び分析装置の第二の実施例のブロック図である。
【図5】本発明による微小領域の観察及び分析装置の第三の実施例のブロック図である。
【図6】本発明による微小領域の観察及び分析装置の第四の実施例のブロック図である。
【図7】本発明による微小領域の観察及び分析装置の第五の実施例のブロック図である。
【図8】本発明による微小領域の観察及び分析装置の第六の実施例のブロック図である。
【符号の説明】
1…TEM/STEM装置本体、2…電子銃、3…集束レンズ系、4…対物レンズ、5…中間レンズ系、6…投影レンズ系、7…偏向コイル、8…STEM装置本体、9…投影レンズ、10…試料、11…蛍光板、12…写真フィルム、
13…制御系、14…走査像表示装置、15…走査信号、16…レンズ制御信号、17…走査同期信号、18…暗視野画像信号、19…明視野画像信号、20…照射電子線、21…透過電子線、22…散乱電子線、23…ゼロロス電子線、
24…エネルギーロス電子線、25…クロスオーバー、26…第2のクロスオーバー、30…環状暗視野電子検出器、31…明視野電子検出器、32…スペクトロメータ、33…偏向レンズ系、34…スペクトル検出器、35…明視野絞り、36…EELS入射絞り、37…集束レンズ絞り、38…第2の投影レンズ、
39…第3の投影レンズ、40…虚像のクロスオーバー、41…微小領域の観察及び分析装置の第一の実施例、42…微小領域の観察及び分析装置の第二の実施例、43…微小領域の観察及び分析装置の第三の実施例、44…微小領域の観察及び分析装置の第四の実施例、45…微小領域の観察及び分析装置の第五の実施例、46…微小領域の観察及び分析装置の第六の実施例。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an electron microscope, and more particularly to an electron microscope for obtaining an energy loss spectrum, a dark-field image, or a bright-field image of an electron having a specific energy from an electron beam transmitted through a sample, or an observation and analysis apparatus for a minute area. .
[0002]
[Prior art]
In recent years, observing a material on an atomic level order and identifying types and bonding states of the atoms observed on an atomic level have become extremely important requirements in a semiconductor failure analysis section and a new material research field.
[0003]
As a method for analyzing a specific region, a transmission electron microscope (TEM), a scanning transmission electron microscope (STEM), and an energy loss spectroscopy (Electronic Energy) are combined with an energy loss spectroscopy (Electronic EnergyScopy). Is disclosed in Non-Patent
[0004]
TEM and STEM are devices for observing the structure of a sample with high spatial resolution using an electron beam. EELS is a method of obtaining, as a spectrum, the energy and intensity of an electron beam that has lost energy in a sample using a spectrometer attached as an accessory to a TEM or STEM. From this spectrum, it is possible to examine the phenomenon that has occurred inside the sample, the type of element, and the bonding state, and it is possible to perform quantitative analysis through processing such as background correction.
[0005]
FIG. 1 shows an example in which EELS is attached to a TEM / STEM device.
[0006]
The observation of the TEM image is performed as follows. The annular dark-
[0007]
Observation of the STEM image is performed as follows. The
[0008]
The acquisition of EELS is performed as follows. By taking out the
[0009]
The
[0010]
FIG. 2 shows an example in which EELS is attached to a STEM device. The STEM
[0011]
The information contained in the
[0012]
The conditions for optimally acquiring the dark-field STEM image, bright-field STEM image, and EELS are set as follows.
[0013]
The spatial resolution for observation and analysis is determined by the probe size of the irradiation electron beam. In order to set a desired spatial resolution, the lens currents of the focusing
[0014]
Using the
[0015]
Hereinafter, when simply referred to as “capture angle”, it is not a mechanical angle of the electron beam incident on the detector or the spectrometer, but a scattering angle due to the sample converted on the sample surface. When referring to mechanical angles, the adjective "mechanical" will be used.
[0016]
The electron beam passing through the opening provided in the annular dark-
[0017]
When the bright-
[0018]
The energy resolution by the spectrometer is determined not only by the energy width of the
[0019]
When the Z-contrast is detected by the annular dark-
[0020]
The scattering angle range detected by the bright-
[0021]
Inelastic scattered electrons (electrons that have lost energy in the sample and are subject to EELS analysis) depend on the accelerating voltage of the electron beam and the constituent elements of the sample, but most of them scatter about 0.2 mrad to 20 mrad. Since it exists in the angle region (from Non-Patent Document 1), it is desired that the
[0022]
Since the capture angle effective for the dark-field STEM image, particularly the Z-contrast observation, is larger than the angle effective for the bright-field STEM image, these images can be displayed simultaneously. Further, for the same reason, the dark field STEM image and the EELS analysis can be simultaneously performed.
[0023]
[Non-patent document 1]
R. F. Egerton: Electron Energy-Loss Spectroscopy in the Electron Microscope, Plenum Press (1986)
[0024]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, the dark field STEM, the bright field STEM, and the EELS have an optimum scattering angle range that changes depending on the acceleration voltage, the sample structure, the sample constituent elements, and the like. That is, it is desirable that these conditions can be set independently. However, if the excitation current of the
[0025]
Similarly, the capture angle of the EELS with the
[0026]
Further, as described above, the energy resolution of the EELS is also determined by the mechanical angle limited by the
[0027]
An object of the present invention is to provide an optical system that easily satisfies the optimum scattering angle for each of a dark-field STEM image, a bright-field STEM image, and EELS, and / or provides an EELS. An object of the present invention is to provide an optical system that does not impair energy resolution.
[0028]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention is characterized in that the following means are taken.
[0029]
The object point of the EELS spectrometer is converted into a virtual image. According to such a configuration, the mechanical angle of incidence on the EELS spectrometer can be reduced, and the energy resolution of the EELS is not impaired.
[0030]
An electron lens is placed between the annular dark field electron detector and the bright field electron detector. According to such a configuration, the capture angle of the dark-field electron detector and the capture angle of the bright-field electron detector can be set independently.
[0031]
An electron lens is placed between the bright field electron detector and the EELS spectrometer. According to such a configuration, it is possible to set the capture angle of the bright-field electron detector and the capture angle of the EELS spectrometer independently.
[0032]
An electron lens is arranged between the bright-field electron detector and the EELS spectrometer, and an object point of the EELS spectrometer is a virtual image. According to such a configuration, the mechanical incident angle to the EELS spectrometer can be reduced without changing the take-in angle to the bright-field electron detector, and the energy resolution of the EELS is not impaired. .
[0033]
An electron lens is placed between the annular dark field electron detector and the EELS spectrometer. According to such a configuration, the take-in angle of the annular dark-field electron detector and the take-in angle of the EELS spectrometer can be set independently.
[0034]
An electron lens is arranged between the annular dark-field electron detector and the EELS spectrometer, and the object point of the EELS spectrometer is made a virtual image. According to such a configuration, the mechanical incident angle to the EELS spectrometer can be reduced without changing the take-in angle to the annular dark-field electron detector, so that the energy resolution of the EELS is not impaired. Become.
[0035]
An electron lens is placed between the annular dark field electron detector and the bright field electron detector, and an electron lens is placed between the bright field electron detector and the EELS spectrometer. According to such a configuration, the capture angle of the annular dark-field electron detector, the capture angle of the bright-field electron detector, and the capture angle of the EELS spectrometer can be set independently.
[0036]
An electron lens is arranged between the annular dark-field electron detector and the bright-field electron detector, and an electron lens is arranged between the bright-field electron detector and the EELS spectrometer, and the object point of the EELS spectrometer is determined. Make it a virtual image. According to such a configuration, the mechanical angle of incidence on the EELS spectrometer can be reduced without changing the angle of incorporation into the annular dark-field electron detector and the angle of incorporation into the bright-field electron detector. , EELS does not impair the energy resolution.
[0037]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0038]
FIG. 3 is a block diagram of a first embodiment of the microscopic area observation and analysis apparatus according to the present invention. Reference numeral 41 denotes a microscopic observation and analysis device according to the present invention. The components from the
[0039]
As described above, an electron beam having a scattering angle of 20 mrad or less is used for EELS. On the other hand, the mechanical incident angle is desirably 1 mrad or less due to the aberration of the
[0040]
FIG. 4 is a block diagram of a second embodiment of the microscopic area observation and analysis apparatus according to the present invention.
[0041]
FIG. 5 is a block diagram of a third embodiment of the microscopic area observation and analysis apparatus according to the present invention. Reference numeral 43 denotes a microscopic region observation and analysis device according to the present invention. The components from the
[0042]
FIG. 6 is a block diagram of a fourth embodiment of the microscopic area observation and analysis apparatus according to the present invention. Reference numeral 44 denotes an apparatus for observing and analyzing a minute area according to the present invention. 5 is the same as FIG. 5 except that the bright-
[0043]
FIG. 7 is a block diagram of a fifth embodiment of the microscopic area observation and analysis apparatus according to the present invention.
[0044]
FIG. 8 is a block diagram of a sixth embodiment of the microscopic area observation and analysis apparatus according to the present invention.
[0045]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the following effects are achieved.
[0046]
The object point of the EELS spectrometer is converted into a virtual image. According to such a configuration, the mechanical angle of incidence on the EELS spectrometer can be reduced, and the energy resolution of the EELS is not impaired.
[0047]
An electron lens is placed between the annular dark field electron detector and the bright field electron detector. According to such a configuration, the capture angle of the dark-field electron detector and the capture angle of the bright-field electron detector can be set independently.
[0048]
An electron lens is placed between the bright field electron detector and the EELS spectrometer. According to such a configuration, it is possible to set the capture angle of the bright-field electron detector and the capture angle of the EELS spectrometer independently.
[0049]
An electron lens is arranged between the bright-field electron detector and the EELS spectrometer, and an object point of the EELS spectrometer is a virtual image. According to such a configuration, the mechanical incident angle to the EELS spectrometer can be reduced without changing the take-in angle to the bright-field electron detector, and the energy resolution of the EELS is not impaired. .
[0050]
An electron lens is placed between the annular dark field electron detector and the EELS spectrometer. According to such a configuration, the take-in angle of the annular dark-field electron detector and the take-in angle of the EELS spectrometer can be set independently.
[0051]
An electron lens is arranged between the annular dark-field electron detector and the EELS spectrometer, and the object point of the EELS spectrometer is made a virtual image. According to such a configuration, the mechanical incident angle to the EELS spectrometer can be reduced without changing the take-in angle to the annular dark-field electron detector, so that the energy resolution of the EELS is not impaired. Become.
[0052]
An electron lens is placed between the annular dark field electron detector and the bright field electron detector, and an electron lens is placed between the bright field electron detector and the EELS spectrometer. According to such a configuration, the capture angle of the annular dark-field electron detector, the capture angle of the bright-field electron detector, and the capture angle of the EELS spectrometer can be set independently.
[0053]
An electron lens is arranged between the annular dark-field electron detector and the bright-field electron detector, and an electron lens is arranged between the bright-field electron detector and the EELS spectrometer, and the object point of the EELS spectrometer is determined. Make it a virtual image. According to such a configuration, the mechanical angle of incidence on the EELS spectrometer can be reduced without changing the angle of incorporation into the annular dark-field electron detector and the angle of incorporation into the bright-field electron detector. , EELS does not impair the energy resolution.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram of an example in which an EELS is attached to a TEM / STEM device.
FIG. 2 is a block diagram of an example in which an EELS is attached to a STEM device.
FIG. 3 is a block diagram of a first embodiment of a microscopic area observation and analysis apparatus according to the present invention.
FIG. 4 is a block diagram of a second embodiment of the microscopic area observation and analysis apparatus according to the present invention.
FIG. 5 is a block diagram of a third embodiment of a microscopic area observation and analysis apparatus according to the present invention.
FIG. 6 is a block diagram of a fourth embodiment of an apparatus for observing and analyzing a minute area according to the present invention.
FIG. 7 is a block diagram of a fifth embodiment of an apparatus for observing and analyzing a small area according to the present invention.
FIG. 8 is a block diagram of a sixth embodiment of an apparatus for observing and analyzing a minute area according to the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Reference numeral 13: control system, 14: scanning image display device, 15: scanning signal, 16: lens control signal, 17: scanning synchronization signal, 18: dark field image signal, 19: bright field image signal, 20: irradiation electron beam, 21 ... Transmission electron beam, 22 ... scattered electron beam, 23 ... zero-loss electron beam,
24: energy loss electron beam, 25: crossover, 26: second crossover, 30: annular dark-field electron detector, 31: bright-field electron detector, 32: spectrometer, 33: deflection lens system, 34: Spectral detector, 35: bright field stop, 36: EELS entrance stop, 37: focusing lens stop, 38: second projection lens,
39: a third projection lens, 40: crossover of a virtual image, 41: a first embodiment of an observation and analysis device for a minute region, 42: a second embodiment of an observation and analysis device for a minute region, 43: minute The third embodiment of the region observation and analysis device, 44... The fourth embodiment of the minute region observation and analysis device, 45 the fifth embodiment of the minute region observation and analysis device, 46. A sixth embodiment of the observation and analysis device.
Claims (9)
前記スペクトロメータの物点が虚像であることを特徴とする電子顕微鏡。An electron microscope including an electron gun, a focusing lens that focuses an electron beam emitted from the electron gun, an imaging lens that images electrons transmitted through the sample, and a spectrometer that performs energy spectroscopy of the electrons transmitted through the sample. At
An electron microscope, wherein the object point of the spectrometer is a virtual image.
前記結像レンズのうちの少なくとも1つが、前記散乱電子検出器と、前記透過電子検出器の間に配置されることを特徴とする電子顕微鏡。An electron gun, a focusing lens for focusing an electron beam emitted from the electron gun, an imaging lens for imaging electrons transmitted through the sample, and detecting electrons scattered by the sample among electrons transmitted through the sample. In a scattered electron detector and an electron microscope equipped with a transmission electron detector that detects an electron beam that has passed through the scattered electron detector,
An electron microscope, wherein at least one of the imaging lenses is disposed between the scattered electron detector and the transmitted electron detector.
前記結像レンズのうち少なくとも1つが、前記透過電子検出器と前記スペクトロメータの間に配置されていることを特徴とする電子顕微鏡。An electron gun, a focusing lens for focusing an electron beam emitted from the electron gun, an imaging lens for imaging electrons transmitted through the sample, a transmission electron detector for detecting electrons transmitted through the sample, and In an electron microscope equipped with a spectrometer for energy spectroscopy of a transmitted electron beam,
An electron microscope, wherein at least one of the imaging lenses is disposed between the transmission electron detector and the spectrometer.
前記スペクトロメータの物点が虚像であることを特徴とする電子顕微鏡。In claim 3,
An electron microscope, wherein the object point of the spectrometer is a virtual image.
前記結像レンズのうち少なくとも1つが、前記散乱電子検出器と、前記スペクトロメータの間に配置されていることを特徴とする電子顕微鏡。An electron gun, a focusing lens for focusing an electron beam emitted from the electron gun, an imaging lens for imaging electrons transmitted through the sample, and detecting electrons scattered by the sample among electrons transmitted through the sample. In an electron microscope equipped with a scattered electron detector and a spectrometer that performs energy spectroscopy of an electron beam transmitted through a sample,
An electron microscope, wherein at least one of the imaging lenses is arranged between the scattered electron detector and the spectrometer.
前記スペクトロメータの物点が虚像であることを特徴とする電子顕微鏡。In claim 5,
An electron microscope, wherein the object point of the spectrometer is a virtual image.
前記結像レンズのうち少なくとも1つが、前記散乱電子検出器と、前記透過電子検出器の間に配置されることを特徴とする電子顕微鏡。An electron gun, a focusing lens for focusing an electron beam emitted from the electron gun, an imaging lens for imaging electrons transmitted through the sample, and detecting electrons scattered by the sample among electrons transmitted through the sample. In a scattered electron detector, a transmission electron detector that detects an electron beam that has passed through the scattered electron detector, and an electron microscope that includes a spectrometer that performs energy spectroscopy on electrons transmitted through the sample,
An electron microscope, wherein at least one of the imaging lenses is disposed between the scattered electron detector and the transmitted electron detector.
前記結像レンズのうち少なくとも1つが、前記透過電子検出器と、前記スペクトルメータの間に配置されることを特徴とする電子顕微鏡。In claim 7,
An electron microscope, wherein at least one of the imaging lenses is disposed between the transmission electron detector and the spectrum meter.
前記スペクトロメータの物点が虚像であることを特徴とする電子顕微鏡。In claim 7 or 8,
An electron microscope, wherein the object point of the spectrometer is a virtual image.
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Cited By (3)
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JP2007048686A (en) * | 2005-08-12 | 2007-02-22 | Ebara Corp | Detection device and inspection device |
JP2015082485A (en) * | 2013-10-24 | 2015-04-27 | 富士通株式会社 | Scanning transmission electron microscope system, image processing apparatus, image processing method, and image processing program |
WO2017056170A1 (en) * | 2015-09-29 | 2017-04-06 | 株式会社 日立ハイテクノロジーズ | Scanning transmission electron microscope equipped with electron energy loss spectroscope and observation method therefor |
-
2003
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Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007048686A (en) * | 2005-08-12 | 2007-02-22 | Ebara Corp | Detection device and inspection device |
JP2015082485A (en) * | 2013-10-24 | 2015-04-27 | 富士通株式会社 | Scanning transmission electron microscope system, image processing apparatus, image processing method, and image processing program |
WO2017056170A1 (en) * | 2015-09-29 | 2017-04-06 | 株式会社 日立ハイテクノロジーズ | Scanning transmission electron microscope equipped with electron energy loss spectroscope and observation method therefor |
DE112015006826T5 (en) | 2015-09-29 | 2018-06-21 | Hitachi High-Technologies Corporation | Transmission grating microscopy involving electron energy loss spectroscopy and observation method therefor |
JPWO2017056170A1 (en) * | 2015-09-29 | 2018-07-19 | 株式会社日立ハイテクノロジーズ | Scanning transmission electron microscope equipped with an electron beam energy loss spectrometer and its observation method |
US10373802B2 (en) | 2015-09-29 | 2019-08-06 | Hitachi High-Technologies Corporation | Transmission scanning microscopy including electron energy loss spectroscopy and observation method thereof |
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