JP2008130264A

JP2008130264A - ロンチグラム中心の決定方法

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Publication number: JP2008130264A
Application number: JP2006311088A
Authority: JP
Inventors: Takumi Sannomiya; 工三宮
Original assignee: Jeol Ltd
Current assignee: Jeol Ltd
Priority date: 2006-11-17
Filing date: 2006-11-17
Publication date: 2008-06-05
Anticipated expiration: 2026-11-17
Also published as: JP4891736B2

Abstract

【課題】本発明はロンチグラム中心の決定方法に関し、収差補正や軸調整のためのロンチグラム中心を決定することができるロンチグラム中心の決定方法を提供することを目的としている。
【解決手段】走査型透過電子顕微鏡の最終結像面に撮像手段を設け、形状を認識できる試料を配置し、ロンチグラムを観察できるような光学系にして十分なデフォーカスをとり、この状態で前記撮像手段でロンチグラム像１を撮影し、加速電圧を変化させ、既知の色収差により変化したデフォーカス量から拡大率変化を計算し、この状態で前記撮像手段によりロンチグラム像２を撮影し、前記ロンチグラム像１とロンチグラム像２を用いて所定の画像処理を行ない、該画像処理結果に基づき画像の不動点を求めるように構成する。
【選択図】図３

Description

本発明はロンチグラム中心の決定方法に関し、特に走査型透過電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）において、加速電圧或いは対物レンズ電流を変化させて複数枚のロンチグラム像を撮影し、収差補正や軸調整のためのロンチグラム中心を決定する方法に関する。

走査型透過電子顕微鏡では、軸調整や収差補正の際にロンチグラムを用いる場合が多い。ここで、ロンチグラムとは、ＳＴＥＭにおいて、試料を透過した電子の回折パターンの内、光軸に沿って形成された電子ビームの回折パターンの像のことである。しかしながら、ロンチグラム上のどの位置（軸）を中心に収差補正を行なうかは任意であり、現存する自動収差補正装置においても、軸中心の決め方は手動であり、任意性が高い。また、ビームを見ながら軸中心を求める方法もあるが、結像系の影響が出てしまう。

従来のこの種の装置としては、画像メモリの各座標毎に、対物レンズ電流又は加速電圧を変動させる前の画像データと変動させた後の画像データからその差分を求め、画像メモリの座標と前記差分との関係を示す近似関数を算出し、該近似関数に基づいて差分が最小値を示す画像メモリの座標を演算によって求め、該座標を電流（又は電圧）中心とする技術が知られている（例えば特許文献１参照）。

また、画像データを複数の領域に分割し、分割された領域毎の移動量を求めることにより、画像データの移動量を検出して電流軸又は電圧軸の中心を求めるようにした技術が知られている（例えば特許文献２参照）。
特開平４−１９２２４４号公報（第３頁右下欄第１１行〜第４頁第１０行、図１、図２）特開２００１−２１０２６１号公報（段落００１５〜００２４、図２、図３）

従来の技術では、ロンチグラム上で軸を決めることが困難であった。また、自動収差補正に電圧軸や電流軸の取り方まで含めて考慮されてはいなかった。本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであって、収差補正や軸調整のためのロンチグラム中心を決定することができるロンチグラム中心の決定方法を提供することを目的としている。

（１）請求項１記載の発明は、走査型透過電子顕微鏡の最終結像面に撮像手段を設け、形状を認識できる試料を配置し、ロンチグラムを観察できるような光学系にして十分なデフォーカスをとり、この状態で前記撮像手段でロンチグラム像１を撮影し、加速電圧を変化させ、既知の色収差により変化したデフォーカス量から拡大率変化を計算し、この状態で前記撮像手段によりロンチグラム像２を撮影し、前記ロンチグラム像１とロンチグラム像２を用いて所定の画像処理を行ない、該画像処理結果に基づき画像の不動点を求めることを特徴とする。
（２）請求項２記載の発明は、走査型透過電子顕微鏡の最終結像面に撮像手段を設け、形状を認識できる試料を配置し、ロンチグラムを観察できるような光学系にして十分なデフォーカスをとり、この状態で前記撮像手段でロンチグラム像１を撮影し、この状態で対物レンズ電流を変化させ、変化したデフォーカス量から拡大率変化を計算し、この状態で前記撮像手段によりロンチグラム像２を撮影し、前記ロンチグラム像１とロンチグラム像２を用いて所定の画像処理を行ない、該画像処理結果に基づき画像の不動点を求めることを特徴とする。
（３）請求項３記載の発明は、前記所定の画像処理はロンチグラム像１とロンチグラム像２の相互相関をとることであることを特徴とする。
（４）請求項４記載の発明は、走査型透過電子顕微鏡の最終結像面に撮像手段を設け、形状を認識できる試料を配置し、ロンチグラムを観察できるような光学系にして十分なデフォーカスをとり、この状態で前記撮像手段でロンチグラム像１を撮影し、加速電圧を変化させ、収差の中心付近の拡大率を前記ロンチグラム像１を撮影した時と同じにするため、色収差により変化したデフォーカス量を対物レンズの励磁、或いは試料高さで補い、加速電圧変化前と同じデフォーカスにし、この状態で前記撮像手段によりロンチグラム像２を撮影し、前記ロンチグラム像１とロンチグラム像２を用いて収差の中心付近の相互相関をとり、対物レンズ上方の偏向器により、相互相関ピークの方向に電子線を傾斜させ、前記ロンチグラム像１とロンチグラム像２を撮影し、前記相互相関をとる処理を相互相関ピーク位置が中心になるまで繰り返すことを特徴とする。

（１）請求項１記載の発明によれば、加速電圧変化の前後におけるロンチグラム像を用いて所定の画像処理を行なうことにより、画像の不動点を求めることができる。
（２）請求項２記載の発明によれば、対物レンズ電流変化の前後におけるロンチグラム像を用いて所定の画像処理を行なうことにより、画像の不動点を求めることができる。
（３）請求項３記載の発明によれば、前記所定の画像処理として相互相関処理を用いることにより、相互相関が最大となるポイントを見つけることができる。
（４）請求項４記載の発明によれば、収差中心が既知の場合において、加速電圧変化の前後におけるロンチグラム像を用いて所定の画像処理を行なうことにより、画像の不動点を求めることができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態例を詳細に説明する。
図１は本発明を実施する装置構成例を示す図である。図において、１０は走査型透過電子顕微鏡である。走査型透過電子顕微鏡１０において、１は対物レンズ、２は試料、３は試料２を透過した電子線を受けて結像面に像を結像させるための投影レンズ、４は最終結像面に配置された撮像手段としてのカメラ、５は該カメラ４で撮像した画像を基に、各種演算を行ない不動点を見つけ出す演算装置である。該演算装置５としては、例えばパソコン（ＰＣ）が用いられる。なお、図では、電子線を出射する電子線源と電子線を偏向させる偏向系は省略されている。このように、構成された装置を用いて本発明を説明する。
（実施例１）電圧中心の求め方
１）走査型透過電子顕微鏡１０の最終結像面にカメラ４を配置すると共に、試料２としては、形状を認識できるものを用いる。形状を認識できるものでないと、後述する相関がとりにくいためである。
２）ロンチグラムを観察できるような光学系にして、十分なデフォーカスをとる。このようにして光学系が決まれば、色収差は一定であり、既知である。
３）この状態でカメラ４を用いてロンチグラム像１（ロンチ１）を撮影する。
４）次に、加速電圧を変化させる。加速電圧を変化させると、拡大像はある位置（電圧中心）を中心にして放射状に動く。
５）既知の色収差により変化したデフォーカス量から拡大率変化ｍを計算しておく。

図２は拡大率変化ｍ算出の説明図である。図において、２は試料、６はスクリーンである。該スクリーン６は、図１のカメラ４が配置される面である。図２において、ｄｆはデフォーカス量、Ｌは試料２からスクリーン６までの距離（カメラ長）である。一般に、Ｌ＞＞ｄｆである。デフォーカスが大きい場合のロンチグラム中心付近における拡大率Ｍは次式で表される。

Ｍ＝Ｌ／ｄｆ
加速電圧を変化させた場合の、色収差によるデフォーカスｄｆ_Ccは次式で表される。
ｄｆ_Cc＝Ｃｃ×（ΔＶ／Ｖ）
ここで、Ｃｃは色収差、ΔＶは加速電圧変化量、Ｖは加速電圧である。よって、加速電圧変化後の拡大率Ｍ’は次式で表される。

Ｍ’＝Ｌ／（ｄｆ_Cc＋ｄｆ）
加速電圧変化前後の拡大率変化ｍは次式で表される。
ｍ＝Ｍ’／Ｍ＝（ｄｆ_Cc＋ｄｆ）／ｄｆ＝１＋（（Ｃｃ×ΔＶ／Ｖ）÷ｄｆ）
ｍは実際の測定においては、画像処理精度の問題から０．２〜５の間が望ましい。
６）この状態でカメラ４を用いてロンチグラム像２（ロンチ２）を撮影する。
７）演算装置５を用いて、ロンチ１とロンチ２を用いて、拡大率変化ｍを考慮して、２枚の画像の不動点を求める。

図３は不動点の求め方の説明図である。ロンチ１は加速電圧を変化させる前に撮影したロンチグラム像１、ロンチ２は加速電圧を変化させた後に撮影したロンチグラム像２である。図に示すように、先ずロンチ１を得る。次に、ロンチ２を得る。ここで、ロンチ１をｍ倍してロンチ２と画像の大きさを合わせた像Ａを得る。そして、像Ａと前記ロンチ２との間で相互相関をとる。この結果、相互相関像Ｂが得られる。Ｃは相互相関像Ｂ中に求められた不動点である。ここで、相互相関の式について説明する。像Ａの関数をｇ（ｘ）、ロンチ２の関数をｆ（ｘ）とすると、これら２つの像の相互相関関係は次式で表される。

ここで、ｇとｆの間の○は相互相関演算を表し、「−」は複素共役を表す（以下同じ）。そして、相互相関が最大値となる点が不動点となる。
８）前記ステップ７）で不動点が求まったら、この不動点が軸中心であるので、必要に応じてこの軸に対して収差補正を行えばよい。

このように、実施例１によれば、加速電圧変化の前後におけるロンチグラム像を用いて所定の画像処理を行なうことにより、画像の不動点を求めることができる。
（実施例２）電流中心の求め方
１）走査型透過電子顕微鏡１０の最終結像面にカメラ４を配置すると共に、試料２としては、形状を認識できるものを用いる。
２）ロンチグラムを観察できるような光学系にして、十分なデフォーカスをとる。このようにして光学系が決まれば、色収差は一定であり、既知である。
３）この状態でカメラ４を用いてロンチグラム像１（ロンチ１）を撮影する。
４）次に、対物レンズ電流を変化させる。対物レンズ電流を変化させると、拡大像はある位置（電流中心）を中心にして円周方向に動く。この場合において、変化させたデフォーカス量は既知である。
５）既知の色収差により変化したデフォーカス量から拡大率変化ｍを計算しておく。拡大率変化ｍの算出方法は、実施例１の５）で説明したものと同じである。
６）この状態において、カメラ４を用いてロンチグラム像２（ロンチ２）を撮影する。
７）演算装置５を用いて、ロンチ１とロンチ２において、拡大率変化ｍを考慮して２枚の画像の不動点を求める。求め方は、実施例１で説明したものと同じである。
８）前記ステップ７）で不動点が求まったら、この不動点が軸中心であるので、必要に応じてこの軸に対して収差補正を行えばよい。

実施例２によれば、対物レンズ電流変化の前後におけるロンチグラム像を用いて所定の画像処理を行なうことにより、画像の不動点を求めることができる。
（実施例３）収差中心が既知の場合
１）走査型透過電子顕微鏡１０の最終結像面にカメラ４を配置すると共に、試料２としては、形状を認識できるものを用いる。
２）ロンチグラムを観察できるような光学系にして、十分なデフォーカスをとる。このようにして光学系が決まれば、色収差は一定であり、既知である。
３）この状態でカメラ４を用いてロンチグラム像１（ロンチ１）を撮影する。
４）次に、加速電圧を変化させる。加速電圧を変化させると、拡大像はある位置（電圧中心）を中心にして放射状に動く。
５）収差の中心付近（デフォーカスが主な収差である領域）の拡大率を３）と同様にするため、色収差により変化したデフォーカス量を、対物レンズ１の励磁、或いは試料高さで補い、加速電圧変化前と同じデフォーカスにする。
６）この状態において、カメラ４を用いてロンチグラム像２（ロンチ２）を撮影する。
７）演算装置５を用いて、ロンチ１とロンチ２において、収差の中心付近（デフォーカスが主な収差である領域）の相互相関をとる。相互相関のとり方は実施例１において説明したものと同じである。
８）対物レンズ１上方の偏向器（図示せず）により、相互相関ピークの方向に電子線を傾斜させ、３）〜７）を行なう。
９）相互相関ピーク位置が中心になるまで、３）〜８）を繰り返す。
１０）相互相関ピーク位置が中心にきたら、その軸に対して収差補正を行なう。

実施例３によれば、収差中心が既知の場合の軸中心を求めることができる。
次に、不動点の別の見つけ方について説明する。図４は別な不動点の求め方の説明図である。
１）図において、ＥとＦはロンチグラム像であり、これら２枚の像を重ねる。
２）特徴となる点を見つけ、２枚の画像の各特徴点を結ぶ直線をひく。ここで、特徴点とは、その画像を特徴付ける点のことであり、例えば円とか三角とか四角等の特徴を表すものをいう。ロンチＥとロンチＦとは同一の試料に対する像であるから、Ｅの特徴点とＦの特徴点とは共通している。図４において、Ｋ１はロンチＥの特徴点、Ｋ２はロンチＦの特徴点である。ここで、Ｋ１とＫ２を結ぶ直線Ｌ１をひく。
３）特徴となる別な点を探し、同様に直線をひく。Ｊ１はロンチＥの特徴点、Ｊ２はロンチＦの特徴点である。ここで、点Ｊ１と点Ｊ２を結び直線Ｌ２をひく。
４）直線Ｌ１とＬ２の交点を求める。図では、Ｐが交点になる。この交点Ｐが不動点となる。

この方法は、必ずしも拡大率変化ｍを知る必要はないが、前提として特徴となる点を２つの画像で見つける必要がある。
図５は相互相関による別な不動点の求め方の説明図である。図３に示した不動点の見つけ方に図４に示す不動点の見つけ方を加味したものである。ロンチ１をｍ倍した画像をＡ’とする。画像Ａ’とロンチ２との間で相互相関をとり、画像Ｂ’を得る。例えば、相互相関ピークを中心として、ｍ倍された四角形Ｈと元の四角形（ロンチ１の四角形）Ｇで一致した点を結ぶ直線をひく。このような直線が２つ以上交わる点が不動点である。図５に示す例では、四角形ＧとＨの左端を結ぶ線ｌ１と、中心同士を結ぶ線ｌ２が交わる点Ｑが不動点である。

上述の実施例では、ロンチグラム像全体から不動点を求める場合を例にとって説明した。しかしながら、本発明はこれに限るものではなく、ロンチグラム像からある領域を切り抜いたものに対して、解析を行なうようにしてもよい。また、上述の実施例１、実施例２では、不動点を見つける方法について説明したが、本発明はこれに限るものではなく、中心を見つける作業を収束するまで繰り返し行なうようにしてもよい。また、上述の実施例では、倍率はフォーカス変化による拡大率変化ｍは既知のものとしていたが、例えば画像の自己相関ピークのｎ値幅を比較して、倍率計算もアルゴリズムに取り入れるようにしてもよい。ここで、自己相関は次式で表される。

以上、説明したように、本発明によれば、収差補正や軸調整のためのロンチグラム中心を決定することができるロンチグラム中心の決定方法を提供することができる。

本発明を実施する装置構成例を示す図である。拡大率変化ｍ算出の説明図である。不動点の求め方の説明図である。別な不動点の求め方の説明図である。相互相関による別な不動点の求め方の説明図である。

符号の説明

１対物レンズ
２試料
３投影レンズ
４カメラ
５演算装置
１０走査型透過電子顕微鏡

Claims

走査型透過電子顕微鏡の最終結像面に撮像手段を設け、形状を認識できる試料を配置し、
ロンチグラムを観察できるような光学系にして十分なデフォーカスをとり、
この状態で前記撮像手段でロンチグラム像１を撮影し、
加速電圧を変化させ、
既知の色収差により変化したデフォーカス量から拡大率変化を計算し、
この状態で前記撮像手段によりロンチグラム像２を撮影し、
前記ロンチグラム像１とロンチグラム像２を用いて所定の画像処理を行ない、
該画像処理結果に基づき画像の不動点を求める
ことを特徴とするロンチグラム中心の決定方法。
走査型透過電子顕微鏡の最終結像面に撮像手段を設け、形状を認識できる試料を配置し、
ロンチグラムを観察できるような光学系にして十分なデフォーカスをとり、
この状態で前記撮像手段でロンチグラム像１を撮影し、
この状態で対物レンズ電流を変化させ、
変化したデフォーカス量から拡大率変化を計算し、
この状態で前記撮像手段によりロンチグラム像２を撮影し、
前記ロンチグラム像１とロンチグラム像２を用いて所定の画像処理を行ない、
該画像処理結果に基づき画像の不動点を求める
ことを特徴とするロンチグラム中心の決定方法。
前記所定の画像処理はロンチグラム像１とロンチグラム像２の相互相関をとることであることを特徴とする請求項１又は２記載のロンチグラム中心の決定方法。
走査型透過電子顕微鏡の最終結像面に撮像手段を設け、形状を認識できる試料を配置し、
ロンチグラムを観察できるような光学系にして十分なデフォーカスをとり、
この状態で前記撮像手段でロンチグラム像１を撮影し、
加速電圧を変化させ、
収差の中心付近の拡大率を前記ロンチグラム像１を撮影した時と同じにするため、色収差により変化したデフォーカス量を対物レンズの励磁、或いは試料高さで補い、加速電圧変化前と同じデフォーカスにし、
この状態で前記撮像手段によりロンチグラム像２を撮影し、
前記ロンチグラム像１とロンチグラム像２を用いて収差の中心付近の相互相関をとり、
対物レンズ上方の偏向器により、相互相関ピークの方向に電子線を傾斜させ、前記ロンチグラム像１とロンチグラム像２を撮影し、前記相互相関をとる処理を相互相関ピーク位置が中心になるまで繰り返す
ことを特徴とするロンチグラム中心の決定方法。