JP2007141866A - 電子顕微方法及びそれを用いた電子顕微鏡並び生体試料検査方法及び生体検査装置 - Google Patents
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Abstract
値を求めるシステムの性能は位置ずれ解析法に大きく依存する。しかし従来採用
された位置ずれ解析法は解析精度が1画素以下にならない、解析結果の信頼性を
検証する機能が無い、バックグラウンド変化の影響を受け易い等の問題点があっ
た。
【解決手段】 位置ずれ解析法として、画像ペアS1(n,m)とS2(n,m)のフーリエ変
換像間の位相差画像P’(k,l)を計算し、該画像の逆フーリエ変換像上に現れるδ
的なピークの重心位置から求める方法を採用する。
【効果】 位置ずれ解析精度が1画素未満になるので焦点解析精度が向上する。
もしくは同じ解析精度を得るために必要な画素数を削減する事ができる。δ的な
ピークの強度で解析結果の信頼性を評価できる。位相成分を用いるのでバックグ
ラウンド変化の影響を受け難い。以上の性能向上によって未熟練者でも熟練者と
同等の補正が可能となる。
【選択図】 図1
Description
図19は、本発明の実施例で使用する透過電子顕微鏡(以下略してTEM)の基本構成図である。電子銃11及びその制御回路11’、照射レンズ12及びその制御回路12’、照射系電子偏向コイル13及びその制御回路13’、対物レンズ14及びその制御回路14’、投影レンズ15及びその制御回路15’、結像系電子偏向コイル16及びその制御回路16’、電子線検出器17及びその制御回路17’、試料ステージ18及びその制御回路18’、制御ソフトと画像処理ソフトを搭載した計算機19から構成される。各制御回路は計算機19の制御ソフトから送られる制御コマンドを受信し、制御が終了すると計算機に返り値を送る。電子線検出器17はCCDカメラ等、多数の画素から構成される電子線検出器であり、得られた画像信号は画像送信用のケーブルで計算機19の記録装置もしくはフーリエ変換像の位相解析に基づく位置ずれ解析用演算器20に高速に送信される。計算機19はフーリエ変換像の位相解析に基づく位置ずれ解析用演算器20が接続されている。
ーを示す。原点マスク適用前後の強度最大のピークの強度つまり相関値を比較し、原点マスク適用によって相関値が減少した場合は原点マスク適用前の結果を採用し、原点マスク適用によって相関値が増加若しくは変化しなかった場合は原点マスク適用後の結果を用いる。
下限も解析画像の画素数などの撮影条件に依存する。振り角αや相関値を最適化するために、焦点解析のみで焦点補正は行わないモードを設けておく必要がある。振り角αは0.2〜0.5度が一般に使用される。振り角αの下限及び許容精度上限は装置の性能で決まる。図2の画面に示した補正回数設定を0にし、焦点補正実行ボタン93をクリックすれば計測のみを行う。また、操作者がパラメータ変更中に推奨値を忘れてしまった場合は、初期設定のボタン92をクリックすると推奨値が呼び出される様になっている。
抽出し、焦点を解析する。
図19に自動検査装置で用いたTEMの基本構成図を示す。電子銃11及びその制御回路11’、照射レンズ12及びその制御回路12’、照射系電子偏向コイル13及びその制御回路13’、対物レンズ14及びその制御回路14’、投影レンズ15及びその制御回路15’、結像系電子偏向コイル16及びその制御ソフト16’、電子線検出器17及びその制御回路17’、試料ステージ18及びその制御回路18’、制御ソフトと画像処理ソフトを搭載した計算機19から構成される。各制御回路は計算機の制御ソフトから送られる制御コマンドを受信し、制御が終了すると計算機19に返り値を送る。照射電子偏向コイル13及び照射電子偏向コイル16を用いてTEM像を平行移動させるイメージシフト機能が設けられている。電子線検出器17はCCDカメラ等、多数の画素から構成される電子線検出器であり、得られた画像信号は画像送信用のケーブルで計算機19の記録装置もしくはフーリエ変換像の位相解析に基づく位置ずれ解析用演算器20に高速に送信される。計算機19にはフーリエ変換像の位相解析に基づく位置ずれ解析用演算器20が接続され、パターン検査・計測用ソフトが搭載されている。
する。電子が通過できるのはホール23と呼ばれる穴の領域である。まず取り込まれた画像を2値化し、連結成分を求め、各領域のラベル付けを行う(図11(b))。次に各ラベル領域の面積を計算する。ホールの大きさはほぼ一定であるので、面積の最頻値をホールの面積と特定できる。具体的には図11(b)の様にラベル付けられた領域のうち、最頻値近傍の面積を持つ領域はホール全体が写っている4,5, 7,8,9,12,13のラベル領域である。メッシュ22の方向を解析するためにホール23全体が写っているラベル領域の重心24を計算する。各領域の重心間の距離が最小となる組み合わせを求める(図11(c))。例えばラベル領域4の重心24と最も近いのはラベル領域5とラベル領域8の重心24である。ラベル領域4とラベル領域5の重心24を結ぶ方向をx方向、ラベル領域4とラベル領域8の重心24を結ぶ方向をy方向と特定する。またホール23の形状は既知であるので、ホール23の面積からホール23の1辺の長さHが計算できる。また最近接重心の間隔からホール23の一辺の長さHを引けば、メッシュ22の幅Mが計算される。以上の工程終了後、メッシュ22のxy方向と画面の水平垂直方向を一致させた画面が表示される。メッシュ22の各ホール23に番号が表示されている。操作者はこの表示にてラベリングが正しく実行されている事が確認できる。またこの番号を用いて試料21が存在する、つまり検査を行うホール23の位置を指定し、それ以外のホールでは検査しないように設定し、検査時間の短縮を図る事もできる。
換像を用いる判断では、フーリエ変換像における高周波成分の割合で判断する。図17(b)に示す様に解析エリア内に試料が存在しないと、そのフーリエ変換像には低周波成分しか存在しないが、生物試料の様に微細な構造を持つ試料が存在すると、フーリエ変換像における高周波成分の割合が増加する(図17(a))。低周波成分に対する高周波成分の割合が一定値以上になると、解析エリア内に試料が存在すると判断できる。
14の上部に設けられた角度偏向手段13を用いて試料に対する電子線の入射角度を変化させた第1と第2のTEM像を電子線検出器17を用いて撮影する。撮影された第1と第2のTEM像はフーリエ変換像の位相差解析に基づく位置ずれ解析用演算器20に送信され、解析結果である位置ずれDが計算機19に送られる。計算機19では位置ずれDから焦点ずれFを計算し、目的の焦点に設定するために必要な対物電流Iobjを求め、それを元に対物レンズ14の焦点を補正する。
、試料ステージの誤動作によって解析エリアにメッシュが混入した事、及びどの時点でステージの誤動作が発生したかを推測する事ができる。位置ずれ量Dが解析できたら、D=Mα(F+Csα2)の関係を用いて焦点Fを計算し、設定されたオプティマムフォーカスにするために必要な電流を求め、対物レンズ電流の調整を行う。対物レンズ補正後、再び視差による焦点解析を行い、その位置ずれ解析における相関値と対物レンズ電流を解析エリアの番地と共に記録すると、検査状態を更に詳しく記録する事ができる。オプティマムフォーカスにおける対物レンズ電流から試料の高さ分布を求める事ができる。また同じ位置ずれDで計算された相関値を用いると、シャープネス等の画質を比較する事もできる。
1と第2のTEM像はフーリエ変換像の位相差解析に基づく位置ずれ解析用演算器20に送信され、解析結果である位置ずれDが計算機19に送られる。計算機19では位置ずれDから観察視野の移動速度を計算し、観察視野の移動速度が0になるために必要が結像系電子偏向コイル16設定値を求め、それを元に結像系電子偏向コイル16を調整補正する。
られている。操作者はこれらのウィルス検査結果、焦点補正結果及びTEM像を観察し、途中で異常が発見された場合は検査を中止させることが出来る様になっている。また、ウィルス検査結果、焦点補正結果及びTEM像の内、操作者が指定した項目はメモリに記録されているので、検査終了後、相関値や試料高さなどの情報から異常が予想される解析エリアの検査結果を表示させ、検査状態を確認する事もできる。
図19は、本発明の実施例で使用する透過電子顕微鏡の基本構成図である。電子銃11及びその制御回路11’、照射レンズ12及びその制御回路12’、照射系電子偏向コイル13及びその制御回路13’、対物レンズ14及びその制御回路14’、投影レンズ15及びその制御回路15’、結像系電子偏向コイル16及びその制御回路16’、電子線検出器17及びその制御回路17’、試料ステージ18及びその制御回路18’、制御ソフトと画像処理ソフトを搭載した計算機19から構成される。各制御回路は計算機19の制御ソフトから送られる制御コマンドを受信し、制御が終了すると計算機に返り値を送る。電子線検出器17はCCDカメラ等、多数の画素から構成される電子線検出器17であり、得られた画像信号は画像送信用のケーブルで計算機19の記録装置もしくはフーリエ変換像の位相解析に基づく位置ずれ解析用演算器20に高速に送信される。計算機19にはフーリエ変換像の位相解析に基づく位置ずれ解析用演算器20が接続されている。
この方法の説明図を図5に示す。位置ずれD=(dx,dy)のある画像ペアS1(n,m)=S2(n+dx,m+dy)を仮定し、S1(n,m), S2(n,m)の2次元離散的フーリエ変換をS1’(k,l), S2’(k,l)とする。フーリエ変換にはF{S(n+dx,m+dy)}=F{S(n,m)}exp(idxk+idyl)の公式があるので、S1’(k,l)=S2'(k,l)exp(idxk+idyl)と変形できる。つまりS1’(k,l)とS2’(k,l)の位置ずれは位相差exp(idxk+idyl)=P’(k,l)で表現される。P’(k,l)は周期が(dx,dy)の波でもあるので、位相差画像P’(k,l)を逆フーリエ変換した画像P(n,m)には(dx,dy)の位置にδ的なピークが発生する。画像P(n,m)にはδ的なピークのみが存在すると仮定できるので、δ的なピーク強度の重心を計算すれば、δ的なピークの位置が小数点を含んでいても正しく位置が求められる。
ニュアルで不良を発見するのは限界となってきている。加えて、多くの試料は平坦でないこと、試料が常に電子線に垂直な面に設置されるとは限らないことから、次々と観察視野を変えていくと、焦点が外れていってしまうため、その都度、焦点補正が必要であり、検査工程の自動制御による観察のスループット向上がきわめて重要になってきている。そこで、本出願の自動焦点補正機能を活用し、初めに図20を用い、ウィルスの検査の例を示す。撮影した2枚の画像から実施例1同様位置ずれDが算出され、次いで焦点ずれFと、これに対応した対物電流Iobjが算出される。これらの値を元に、直ちに対物レンズ14に補正が掛けられ、再度画像が撮影される。画像撮影は、試料微動と焦点補正を数回繰り返し、目的の視野が画像に写されるようになってから検査用として改めて画像を撮影してもよい。
その後、予め摘出すべきウィルスについての登録してあった画像との比較を行う。
い分けることが可能である。焦点補正についても同様に複数の方法が存在し、前記実施例では、焦点補正は対物電流値を変化させ、焦点距離を変えることで実施したが、位置ずれDを検出した結果、試料ステージ18を用い、試料の位置、例えば焦点位置なら電子線入射軸方向に試料を微動することでも焦点補正が可能である。これは図20中の焦点ずれF算出後、試料ステージzを移動させたフローで示した通りである。また試料ドリフトの場合、位置ずれDに対応して、電子線入射方向に垂直面内で試料ステージ18を移動させてもよいし、電子線検出器17の設置位置を微動してもよい。
限値を上回った場合、対応するメモリ番地を登録する。次ぎにトリミング位置を変え、同様の形状一致度を評価していく。こうして撮影した像全面の検査が終了したら、試料ステージ18や結像系電子偏向コイル16により視野を変え、焦点を再度補正した後同様の検査を行う。上記では、初めに電子線検出器で撮影した像中には複数のメモリセルパターンが含まれていたが、評価する欠陥が小さい場合や、コントラストが弱いことも考えられ、観察倍率を十分に取る必要があることもある。この時は電子顕微鏡倍率を高め、初めからメモリセル1個分の像を撮影し、トリミングなしに登録画像と1対1で比較しても良い。図22ではトリミング位置は試料左から右に移動しているが、図23のように、様々な検査順番がありえる。
これは試料ステージの微動性能や偏向コイルの偏向精度にあわせて設定すべきである。
試料台を連続移動して試料を観察又は検査する装置に於いて、試料台が5m/S以上の高速となると振動、速度ムラレールの精度による誤差により所定の速度で移動することが相当難しくなる。このような場合本願発明の如く、第1の荷電粒子線その物がプローブとなりこのプローブを試料に照射し試料からの第2の荷電粒子線を検出して得られた複数の画像から目的の位置との誤差を位相限定法により算出し次の検査する試料の画像を取得するまでの間に試料台又はプローブを偏向する偏向器にフィードバックすることにより解決を図ることが可能である。これにより連続して移動する試料の検査の誤判定を減少することが可能となる。具体的には、プローブである第1の荷電粒子線を収束し偏向器及び対物レンズを介して試料の所定領域を走査し、試料からの第2の荷電粒子線を検出器で検出し
アナログ信号からデジタル信号に変換したのち記憶手段に記憶する。記憶開始点は常に一定とし、時間管理又はステージからの信号又は試料上のマークにより動作させる。第1の画像を取り込んだ後所定時間後第2の画像を取り込む。この第1と第2の画像をフーリエ変換し位相差を求めて逆フーリエ変換して原点位置からのズレを記憶手段のアドレス量から求め試料台の制御部又は偏向器へ帰還する事により試料台の移動時の誤動作による第1の画像と第2の画像との比較時誤判定を減少させることが可能となる。
実施例1では、撮像装置としてCCDカメラを用いた例を記載した。ここで用いたCCDカメラの基本構成は図6で説明したとおり、シンチレータ71、結合部分72、CCDカメラ73で構成されており、シンチレータ71上で形成された像は常に一定の投影倍率でCCDカメラ73上に結像されていた。本実施例では、結合部分72にズームレンズを用いることにより、投影倍率を位置ずれ解析結果に合わせて自由に変更できる例を図27を用いて説明する。電子顕微鏡の下部には、図19同様電子線検出器17が取り付けられる。図中に構成の詳細を示した。先ず真空中のシンチレータ101により、電子線像は光増に変換される。シンチレータ101はガラス基板103上に貼り付けられ、最適な厚さ、例えば100kV-400kVの加速電子線に対しては50-120μm程度の厚さに研磨される。シン
チレータ101で形成された光像は光学レンズ105により撮像素子106上に結像される。光学レンズ105や撮像素子106はその微細構造から大気中で使用されることが望まれる。従って、シンチレータ101のみ真空シール102により真空中に設置され、光像は真空と大気を遮断しているガラス基板103を通して大気中に取り出される。ここで撮像素子106はCCDの他、各種撮像管等の2次元検出器が広く利用可能である。第1と第2の画像間の位置ずれDに対応した焦点ずれFを求めるまでの手順は実施例1と同様である。一般的に、焦点ずれ量が小さくなると2画像間の位置ずれDも小さくなる。従って、高精度な位置ずれDを算出するためには、位置ずれDがある程度以下になった場合、撮像倍率を拡大し、位置ずれを大きくする方法が有効である。撮像倍率を大きくするため
には、電子顕微鏡の倍率を上げればよいが、視野範囲が変化するほか、電子光学系の条件が変化することは像コントラストが変化するなどの点で好ましくない場合が多い。従って、電子顕微鏡側は一切変化させずに撮像倍率を変化させるため、光学レンズ105のズーム倍率を変化させることを考えた。ここでのズームレンズ105には、市販のモータ駆動のレンズを用いることが可能である。図中右下に図示したとおり、位置ずれDが小さくなり、位置ずれを示すピークが原点に接近した場合、例えば光学レンズ105のズーム倍率を1.5倍拡大する。この条件で再度2枚の画像を撮影すると、新たな位置ずれD‘も1.5倍拡大される。このように、解析画像結果を電子線検出器17にフィードバックかけることにより、より高精度な焦点補正やドリフト補正等が可能となる。
実施例1では視差を利用した焦点補正装置について述べたが、視差を利用した非点補正装置も実現できる。非点とは、図28に示す様に、対物レンズ14で発生する電磁界が光軸(Z軸)回りに楕円分布を持つため、焦点が光軸回りに楕円分布を持つ現象である。つまり焦点が方位角βによってF(β)=F+Acos2(β−βA)の分布を持つ。ここでFはF(β)の平均値であり、一般に焦点ずれ量と呼ばれる値である。Aは非点量と呼ばれる値であり、βAは非点方向と呼ばれる。
解析する。同様の解析を複数の方位角βnで実行し、焦点の方位角分布を求める。
ンによる第2ピーク、33…原点マスク適用前の強度最大のピーク、34…原点マスク適用後の強度最大のピーク、35…雑音成分、71…シンチレータ、72…結合部分、73…CCDカメラ、91…連続焦点補正実行ボタン、92…自動焦点補正用パラメータ初期化ボタン、93…焦点補正実行ボタン、94…検査結果表、95…検査結果ヒストグラム、96…試料高さresetボタン、97…検出されたウィルスの位置及び大きさを示す円。
Claims (11)
- レンズ用いて第1の電子線を集束し前記集束した電子線を試料に照射し、前記
試料から透過した第2の電子線を検出する検出器と、試料を保持する試料ステー
ジを備えた電子顕微鏡において、第1の時刻から撮影した第1の電子顕微鏡像と
第2の時刻から撮影した第2の電子顕微鏡像を記録する手段と、第1及び第2の
電子顕微鏡像の直交変換像の合成画像に直交変換若しくは逆直交変換を施した解
析画像に発生するピークから第1の電子顕微鏡像と第2の電子顕微鏡像の位置ず
れを解析する手段と、試料移動速度を表示若しくは記録する手段と、前記試料の
移動を相殺する手段を具備したことを特徴する電子顕微鏡。 - 前記試料の移動を相殺する手段は、前記検出器に取り込まれる試料位置を像シ
フト偏向手段によって移動させることを特徴する請求項1記載の電子顕微鏡。 - 前記試料の移動を相殺する手段は、電子レンズに対する試料位置を試料ステー
ジによって移動させることを特徴する請求項1記載の電子顕微鏡。 - 電子源と前記電子源からの電子線を集束するレンズと、前記レンズで集束され
た電子線を試料に照射し、試料からの透過電子像を検出するカメラ手段と、透過
電子像を偏向する偏向器と、試料ステージとを備えた電子顕微鏡において、前記
レンズに対する試料位置を試料ステージによって移動させる手段と、前記透過電
子像を前記カメラ手段に取り込まれる試料位置を前記偏向器によって移動させる
手段を持ち、第1の時刻から撮影した第1の電子顕微鏡像と第2の時刻から撮影
した第2の電子顕微鏡像を記録する手段と、第1及び第2の電子顕微鏡像のフー
リエ変換像の合成画像にフーリエ変換若しくは逆フーリエ変換を施した解析画像
に発生するピークから第1の電子顕微鏡像と第2の電子顕微鏡像の位置ずれを解
析する手段と、試料ステージによって前記レンズの試料位置が移動しても、前記
カメラ手段に取り込まれる試料位置が変化しないように前記偏向器を用いて調整
することを特徴する電子顕微鏡。 - 荷電粒子源と、前記荷電粒子源からの第1の荷電粒子線を制御するレンズ手段
と、試料を保持する試料台と、前記試料台を制御する制御手段と、前記第1の荷
電粒子線による試料への照射によつて発生した第2の荷電粒子線像を検出する検
出器と、前記第2の荷電粒子線像を偏向する偏向手段とから成る荷電粒子線装置
において、前記検出器からの像信号で複数画像を取得し記憶する記憶手段と、前
記複数の画像に対しフーリエ変換した後、該画像間の位相差を求めて逆フーリエ
変換もしくはフーリエ変換をする演算手段と、前記検出器に取り込まれる前記荷
電粒子線像の位置を制御する前記偏向手段又は前記制御手段又は前記検出手段の
いずれかに帰還することを特徴する荷電粒子線装置。 - 電子線装置と、前記電子線装置内に配置されたカメラ手段と、前記カメラ手段
に接続された画像処理手段を用いられ、前記電子線装置で第1の荷電粒子線を試
料に照射して、試料からの第2の荷電粒子線から第1の画像取得信号を前記画像
処理手段に送出する工程と、前記画像処理手段から第1の取得完了信号を受ける
工程と、前記画像処理手段へ第2の画像取得信号を送出する工程と、前記画像処
理手段から前記第1と第2の画像の相関値と位置ずれ量が出力され、前記位置ず
れを補正する補正信号を出力するか否かを前記相関値より判定する工程と、該判
定工程に基づいて前記電子線装置へ補正信号を出力するプログラムを内蔵した記
録媒体。 - 試料を保持する試料ステージと、前記試料を連続移動させるステージ制御手段
を有し、第1の荷電粒子線の試料への入射角を偏向する角度偏向手段と、試料を
透過した第2の荷電粒子線を検出する検出手段と、前記検出手段から前記角度偏
向手段による試料への第1の入射角信号による第1の画像と、試料への第2の入
射角信号による第2の画像と、前記第1の画像と前記第2の画像より画像のズレ
量を求め焦点を補正する手段と、前記補正する手段からの信号をステージ制御部
へ帰還することを特徴する透過電子線装置。 - 試料を保持する試料ステージと、前記試料ステージを移動させる制御手段を有
し、第1の荷電粒子線を試料に照射し、試料からの第2の荷電粒子線を検出する
検出手段と、前記第2の荷電粒子線から画像を形成する手段と、前記画像形成す
る手段で複数枚の画像を取得し試料が所定の位置よりずれていることを算出する
手段とを有し前記第1の電子線を偏向する偏向器へ帰還することを特徴する電子
線装置。 - 前記算出する手段として30ミリ秒以下で算出することを特徴する請求項8記
載の電子線装置。 - 荷電粒子源と、前記荷電粒子源からの第1の荷電粒子線を制御するレンズ手段
と、試料を保持する試料台と、前記第1の荷電粒子線による試料への照射によつ
て発生した第2の荷電粒子線像を検出する検出器と前記検出器からの第2の荷電
粒子像を表示する表示手段とから成る荷電粒子線装置において、前記試料台を連
続移動制御する制御手段と、前記試料台の第1の試料へ前記第1の荷電粒子線を
照射して焦点の合っていない第2の荷電粒子像が第2の試料の第2の荷電粒子像
を得る迄に焦点の合った第2の荷電粒子像を得ることを特徴とする荷電粒子線装
置。 - 試料を試料ステージに設定する工程と、前記試料ステージを移動させる工程と
、第1の電子線を試料に照射する工程と、前記試料からの第2の電子線の像を撮
像する工程と、前記撮像した像を複数取得し記憶する工程と、前記複数の像から
画像処理により画像間の相関を求める工程と、画像間のズレ量を求める工程と、
前記相関値に基づき前記試料ステージまたは前記偏向器へ帰還をする工程とを有
する電子線顕微方法。
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