JP2017162606A - 軸合わせ方法および電子顕微鏡 - Google Patents
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Abstract
【課題】容易にコマフリー軸合わせを行うことができる軸合わせ方法を提供する。【解決手段】本発明に係る軸合わせ方法は、電子顕微鏡において、電子線の入射方向をコマフリー軸に合わせるための軸合わせ方法であって、電子線を基準軸に対して第1方向に傾斜させて第1TEM像を取得する工程と、電子線を基準軸に対して第1方向と反対方向の第2方向に傾斜させて第2TEM像を取得する工程と、第1TEM像のパワースペクトルと第2TEM像のパワースペクトルの差分画像の輝度が小さくなるように基準軸を変更する工程と、を含む。【選択図】図8
Description
本発明は、軸合わせ方法および電子顕微鏡に関する。
透過電子顕微鏡(Transmission Electron Microscope、TEM)の軸合わせとして、一般的に、電圧軸合わせや、電流軸合わせが行われる(例えば特許文献1参照)。
しかしながら、近年、透過電子顕微鏡の高分解能化にともない、これらの軸合わせよりも、電子線の入射方向をコマフリー軸に合わせる方が高分解能像を取得するうえで重要といわれている。コマフリー軸とは、対物レンズの寄生収差の一つである(軸上)コマ収差が零になる軸である。
このように、透過電子顕微鏡において、電子線の入射方向をコマフリー軸に合わせることは重要であり、容易に、コマフリー軸合わせができる手法が望まれている。
本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、本発明のいくつかの態様に係る目的の1つは、容易に、コマフリー軸合わせを行うことができる軸合わせ方法を提供することにある。また、本発明のいくつかの態様に係る目的の1つは、容易にコマフリー軸合わせを行うことができる電子顕微鏡を提供することにある。
(1)本発明に係る軸合わせ方法は、
電子顕微鏡において、電子線の入射方向をコマフリー軸に合わせるための軸合わせ方法であって、
前記電子線を基準軸に対して第1方向に傾斜させて第1TEM像を取得する工程と、
前記電子線を前記基準軸に対して前記第1方向と反対方向の第2方向に傾斜させて第2TEM像を取得する工程と、
前記第1TEM像のパワースペクトルと前記第2TEM像のパワースペクトルの差分画像の輝度が小さくなるように前記基準軸を変更する工程と、
を含む。
電子顕微鏡において、電子線の入射方向をコマフリー軸に合わせるための軸合わせ方法であって、
前記電子線を基準軸に対して第1方向に傾斜させて第1TEM像を取得する工程と、
前記電子線を前記基準軸に対して前記第1方向と反対方向の第2方向に傾斜させて第2TEM像を取得する工程と、
前記第1TEM像のパワースペクトルと前記第2TEM像のパワースペクトルの差分画像の輝度が小さくなるように前記基準軸を変更する工程と、
を含む。
このような軸合わせ方法では、差分画像の輝度が小さくなるように基準軸(すなわち電子線の入射方向)を変更することで、電子線の入射方向をコマフリー軸に合わせることができる。そのため、このような軸合わせ方法によれば、容易に軸合わせを行うことができる。
(2)本発明に係る軸合わせ方法において、
前記第1TEM像を取得するときの前記基準軸に対する前記電子線の傾斜角度の大きさと、前記第2TEM像を取得するときの前記基準軸に対する前記電子線の傾斜角度の大きさとは、等しくてもよい。
前記第1TEM像を取得するときの前記基準軸に対する前記電子線の傾斜角度の大きさと、前記第2TEM像を取得するときの前記基準軸に対する前記電子線の傾斜角度の大きさとは、等しくてもよい。
(3)本発明に係る電子顕微鏡は、
電子線を偏向させて、試料に対する前記電子線の入射方向を変えるための偏向器と、
前記電子線が基準軸に対して第1方向に傾斜するように前記偏向器を制御する第1処理、および前記電子線が前記基準軸に対して前記第1方向とは反対方向の第2方向に傾斜するように前記偏向器を制御する第2処理を行う偏向器制御部と、
前記電子線を前記第1方向に傾斜させたときの第1TEM像および前記電子線を前記第2方向に傾斜させたときの第2TEM像を取得するTEM像取得部と、
前記第1TEM像のパワースペクトルと前記第2TEM像のパワースペクトルの差分画像を生成する差分画像生成部と、
前記差分画像を表示部に表示させる制御を行う表示制御部と、
を含む。
電子線を偏向させて、試料に対する前記電子線の入射方向を変えるための偏向器と、
前記電子線が基準軸に対して第1方向に傾斜するように前記偏向器を制御する第1処理、および前記電子線が前記基準軸に対して前記第1方向とは反対方向の第2方向に傾斜するように前記偏向器を制御する第2処理を行う偏向器制御部と、
前記電子線を前記第1方向に傾斜させたときの第1TEM像および前記電子線を前記第2方向に傾斜させたときの第2TEM像を取得するTEM像取得部と、
前記第1TEM像のパワースペクトルと前記第2TEM像のパワースペクトルの差分画像を生成する差分画像生成部と、
前記差分画像を表示部に表示させる制御を行う表示制御部と、
を含む。
このような電子顕微鏡では、第1TEM像のパワースペクトルと第2TEM像のパワースペクトルの差分画像を表示部に表示することができる。この差分画像から電子線の入射方向がコマフリー軸に合っているか否かを判断することができるため、このような電子顕微鏡では、容易に軸合わせを行うことができる。
(4)本発明に係る電子顕微鏡において、
前記第1TEM像を取得するときの前記基準軸に対する前記電子線の傾斜角度の大きさと、前記第2TEM像を取得するときの前記基準軸に対する前記電子線の傾斜角度の大きさとは等しくてもよい。
前記第1TEM像を取得するときの前記基準軸に対する前記電子線の傾斜角度の大きさと、前記第2TEM像を取得するときの前記基準軸に対する前記電子線の傾斜角度の大きさとは等しくてもよい。
(5)本発明に係る電子顕微鏡において、
前記偏向器制御部は、前記第1処理および前記第2処理を繰り返し行ってもよい。
前記偏向器制御部は、前記第1処理および前記第2処理を繰り返し行ってもよい。
このような電子顕微鏡では、表示部に差分画像をリアルタイムに表示することができ、基準軸を変更したときに、当該基準軸に対応する電子線の入射方向がコマフリー軸に合っているか否かを直ちに判断することができる。
(6)本発明に係る電子顕微鏡において、
前記差分画像の輝度が閾値以下になった場合に、軸合わせが完了したことをユーザーに通知する通知部を含んでいてもよい。
前記差分画像の輝度が閾値以下になった場合に、軸合わせが完了したことをユーザーに通知する通知部を含んでいてもよい。
このような電子顕微鏡では、電子線の入射方向がコマフリー軸に合っているか否かを容易に把握することができる。
(7)本発明に係る電子顕微鏡において、
前記電子線の入射方向を決定する入射方向決定部を含み、
前記偏向器制御部は、前記試料に対する前記基準軸の傾斜角度を変更しつつ、前記基準軸の傾斜角度ごとに、前記第1処理および前記第2処理を行い、
前記TEM像取得部は、前記基準軸の傾斜角度ごとに、前記第1TEM像および前記第2TEM像を取得し、
前記差分画像生成部は、前記基準軸の傾斜角度ごとに、前記差分画像を生成し、
前記入射方向決定部は、前記基準軸の傾斜角度ごとに生成された前記差分画像に基づいて、前記電子線の入射方向を決定してもよい。
前記電子線の入射方向を決定する入射方向決定部を含み、
前記偏向器制御部は、前記試料に対する前記基準軸の傾斜角度を変更しつつ、前記基準軸の傾斜角度ごとに、前記第1処理および前記第2処理を行い、
前記TEM像取得部は、前記基準軸の傾斜角度ごとに、前記第1TEM像および前記第2TEM像を取得し、
前記差分画像生成部は、前記基準軸の傾斜角度ごとに、前記差分画像を生成し、
前記入射方向決定部は、前記基準軸の傾斜角度ごとに生成された前記差分画像に基づいて、前記電子線の入射方向を決定してもよい。
このような電子顕微鏡では、電子線の入射方向をコマフリー軸に自動的に合わせることができる。
以下、本発明の好適な実施形態について図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また、以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。
1. 第1実施形態
1.1. 電子顕微鏡
まず、第1実施形態に係る電子顕微鏡について図面を参照しながら説明する。図1は、第1実施形態に係る電子顕微鏡100を模式的に示す図である。図1には、互いに直交する3つの軸として、X軸、Y軸、およびZ軸を図示している。
1.1. 電子顕微鏡
まず、第1実施形態に係る電子顕微鏡について図面を参照しながら説明する。図1は、第1実施形態に係る電子顕微鏡100を模式的に示す図である。図1には、互いに直交する3つの軸として、X軸、Y軸、およびZ軸を図示している。
電子顕微鏡100は、図1に示すように、電子源10と、集束レンズ12と、電子線偏向器13(偏向器の一例)と、対物レンズ14と、試料ステージ16と、試料ホルダー17と、中間レンズ18と、投影レンズ20と、撮像装置22と、処理部30と、操作部40と、表示部42と、記憶部44と、を含む。電子顕微鏡100は、透過電子顕微鏡(TEM)である。
電子源10は、電子線EBを発生させる。電子源10は、例えば、陰極から放出された電子を陽極で加速し電子線を放出する電子銃である。図示の例では、電子源10から放出された電子線EBは、−Z方向に進行する。
集束レンズ12は、電子源10から放出された電子線EBを集束して試料Sに照射する
。
。
電子線偏向器13は、集束レンズ12で集束された電子線EBを偏向させる。電子線偏向器13が電子線EBを偏向させることにより、試料Sに対する電子線EBの入射方向を変えることができる。電子線偏向器13は、例えば、集束レンズ12と対物レンズ14(試料S)との間に配置されている。
電子線偏向器13は、Xビームティルトコイル13aと、Yビームティルトコイル13bと、を含んで構成されている。Xビームティルトコイル13aは、電子線EBをX方向に傾斜させることができる。Yビームティルトコイル13bは、電子線EBをY方向に傾斜させることができる。Xビームティルトコイル13aおよびYビームティルトコイル13bによって、電子線EBの入射方向を2次元的に制御することができ、試料Sに対して様々な方向から電子線EBを入射させることができる。
電子線偏向器13は、ユーザーの操作(操作部40の操作や、偏向器調整つまみ(図示せず)の回転操作など)に応じて、電子線EBの入射方向を変更する。これにより、電子線EBの入射方向を所望の方向に調整することができる。また、後述するように、電子線偏向器13の動作を、偏向器制御部31によって制御することも可能である。
対物レンズ14は、試料Sを透過した電子線EBで透過電子顕微鏡像(以下「TEM像」ともいう)を結像するための初段のレンズである。
試料ステージ16は、試料Sを保持する。図示の例では、試料ステージ16は、試料ホルダー17を介して、試料Sを保持している。試料ステージ16によって、試料Sの位置決めを行うことができる。
中間レンズ18および投影レンズ20は、対物レンズ14によって結像された像をさらに拡大し、撮像装置22に結像させる。対物レンズ14、中間レンズ18、および投影レンズ20は、電子顕微鏡100の結像系を構成している。
撮像装置22は、結像系によって結像されたTEM像を撮影する。撮像装置22は、例えば、CCDカメラ等のデジタルカメラである。撮像装置22は、撮影したTEM像の画像データを処理部30に出力する。
操作部40は、ユーザーによる操作に応じた操作信号を取得し、処理部30に送る処理を行う。操作部40の機能は、例えば、ボタン、キー、タッチパネル型ディスプレイ、マイクなどにより実現できる。
表示部42は、処理部30によって生成された画像を表示するものであり、その機能は、LCD、CRTなどにより実現できる。
記憶部44は、処理部30が各種の計算処理や制御処理を行うためのプログラムやデータ等を記憶している。また、記憶部44は、処理部30の作業領域として用いられ、処理部30が各種プログラムに従って実行した算出結果等を一時的に記憶するためにも使用される。記憶部44の機能は、ハードディスク、RAMなどにより実現できる。
処理部30は、電子顕微鏡100の光学系12,13,14,18,20の制御や、ユーザーがコマフリー軸合わせを行うための画像を表示部42に表示させる制御などの処理を行う。ここで、コマフリー軸合わせとは、(軸上)コマ収差が零になる軸(コマフリー軸)に電子線EBの入射方向を合わせることをいう。
処理部30の機能は、各種プロセッサ(CPU、DSP等)でプログラムを実行することにより実現してもよいし、ASIC(ゲートアレイ等)などの専用回路により実現してもよい。処理部30は、偏向器制御部31と、TEM像取得部32と、差分画像生成部33と、表示制御部34と、を含む。
偏向器制御部31は、ユーザーがX方向におけるコマフリー軸合わせ開始指示を行った場合に、電子線EBが基準軸に対して+X方向に傾斜するように電子線偏向器13(Xビームティルトコイル13a)を制御する処理と、電子線EBが基準軸に対して−X方向(+X方向とは反対方向)に傾斜するように電子線偏向器13を制御する処理と、を行う。このとき、偏向器制御部31は、電子線EBを+X方向に傾斜させたときの基準軸に対する傾斜角度の大きさと、電子線EBを−X方向に傾斜させたときの基準軸に対する傾斜角度の大きさと、が等しくなるように、Xビームティルトコイル13aを制御する。なお、基準軸とは、任意に設定される軸であり、コマフリー軸合わせの対象となる電子線EBの入射方向に対応する。
偏向器制御部31は、電子線EBが基準軸に対して+X方向に傾斜するようにXビームティルトコイル13aを制御する処理、および電子線EBが基準軸に対して−X方向に偏向するようにXビームティルトコイル13aを制御する処理を繰り返し行う。
TEM像取得部32は、電子線EBを+X方向に傾斜させたときのTEM像(+X)および電子線EBを−X方向に傾斜させたときのTEM像(−X)を取得する。TEM像取得部32は、TEM像(+X)を取得するときの基準軸に対する電子線EBの傾斜角度の大きさと、TEM像(−X)を取得するときの基準軸に対する電子線EBの傾斜角度の大きさとが等しくなるように、TEM像(+X)およびTEM像(−X)を取得する。
TEM像取得部32が取得するTEM像(+X)およびTEM像(−X)は、試料Sのアモルファス領域を撮影することで得られたアモルファス像である。
差分画像生成部33は、TEM像(+X)のパワースペクトルとTEM像(−X)のパワースペクトルの差分画像(X)を生成する。差分画像生成部33は、TEM像をフーリエ変換(例えばFFT(Fast Fourier Transform))して、パワースペクトルを生成する。差分画像(X)は、TEM像(+X)のパワースペクトルとTEM像(−X)のパワースペクトルの差分を取ることで得られる画像である。
表示制御部34は、差分画像生成部33で生成された差分画像(X)を表示部42に表示させる制御を行う。
また、偏向器制御部31は、ユーザーがY方向におけるコマフリー軸合わせ開始指示を行った場合に、電子線EBが基準軸に対して+Y方向に傾斜するように電子線偏向器13(Yビームティルトコイル13b)を制御する処理と、電子線EBが基準軸に対して−Y方向(+Y方向とは反対方向)に傾斜するように電子線偏向器13を制御する処理と、を行う。
TEM像取得部32は、電子線EBを基準軸に対して+Y方向に傾斜させたときのTEM像(+Y)および電子線EBを基準軸に対して−Y方向に傾斜させたときのTEM像(−Y)を取得する。
差分画像生成部33は、TEM像(+Y)のパワースペクトルとTEM像(−Y)のパワースペクトルの差分画像(Y)を生成する。
表示制御部34は、差分画像生成部33で生成された差分画像(Y)を表示部42に表示させる制御を行う。
図2は、電子顕微鏡100の操作画面2を模式的に示す図である。
表示制御部34は、操作部40を介してコマフリー軸合わせ開始指示を受け付けた場合、図2に示す操作画面2を表示部42に表示させる制御を行う。
操作画面2は、Xボタン3aと、Yボタン3bと、第1パワースペクトル表示部6aと、第2パワースペクトル表示部6bと、差分画像表示部6cと、を含んで構成されている。
Xボタン3aは、ユーザーがX方向におけるコマフリー軸合わせ開始、または終了の指示を行うためのボタンである。X方向におけるコマフリー軸合わせを開始する指示を行う場合にはXボタン3aを押下し、終了する指示を行う場合にはXボタン3aを再度、押下する。
Yボタン3bは、ユーザーがY方向におけるコマフリー軸合わせ開始、または終了の指示を行うためのボタンである。Y方向におけるコマフリー軸合わせを開始する指示を行う場合にはYボタン3bを押下し、終了する指示を行う場合にはYボタン3bを再度、押下する。
第1パワースペクトル表示部6aには、TEM像(+X)のパワースペクトルまたはTEM像(+Y)のパワースペクトルが表示される。
第2パワースペクトル表示部6bには、TEM像(−X)のパワースペクトルまたはTEM像(−Y)のパワースペクトルが表示される。
差分画像表示部6cには、差分画像生成部33が生成した差分画像(X)または差分画像(Y)が表示される。
1.2. 電子顕微鏡の動作
次に、電子顕微鏡100の動作について説明する。
次に、電子顕微鏡100の動作について説明する。
図3は、電子顕微鏡100の動作の流れの一例を示すフローチャートである。図4は、後述するコマフリー軸合わせを行う前の試料S,レンズL(対物レンズ14)に入射する電子線EBの状態(初期状態)を模式的に示す図である。
偏向器制御部31は、ユーザーがX方向におけるコマフリー軸合わせ開始指示を行ったか、または、Y方向におけるコマフリー軸合わせ開始指示を行ったかを判定する(ステップS100)。
偏向器制御部31は、操作画面2のXボタン3aに対する押下操作が行われた場合に、ユーザーがX方向におけるコマフリー軸合わせ開始指示を行ったと判定する。また、偏向器制御部31は、操作画面2のYボタン3bに対する押下操作が行われた場合に、ユーザーがY方向におけるコマフリー軸合わせ開始指示を行ったと判定する。
ユーザーは、まず、X方向におけるコマフリー軸合わせを行う。そのため、ユーザーは、偏向器制御部31に対してX方向におけるコマフリー軸合わせ開始指示(Xボタン3a
の押下操作)を行う。
の押下操作)を行う。
偏向器制御部31は、ユーザーがX方向におけるコマフリー軸合わせ開始指示を行ったと判定した場合(ステップS100で「X」の場合)、電子線EBが基準軸Aに対して+X方向に傾斜するようにXビームティルトコイル13aを制御する(ステップS102)。
図5は、Xビームティルトコイル13aによって電子線EBを基準軸Aに対して+X方向に傾斜させた状態を模式的に示す図である。
図5に示すように、Xビームティルトコイル13aによって電子線EBは、基準軸Aに対して+X方向に角度θだけ傾く。なお、基準軸Aは、図4に示す初期状態における電子線EBの入射方向に一致する軸である。
次に、TEM像取得部32は、電子線EBを基準軸Aに対して+X方向に傾斜させたときのTEM像(+X)を取得する(ステップS104)。TEM像取得部32は、Xビームティルトコイル13aによって電子線EBが+X方向に角度θだけ傾いたタイミングでTEM像が撮影されるように撮像装置22を制御する。これにより、TEM像(+X)を取得することができる。
次に、偏向器制御部31は、電子線EBが基準軸Aに対して−X方向に傾斜するようにXビームティルトコイル13aを制御する(ステップS106)。
図6は、Xビームティルトコイル13aによって電子線EBを基準軸Aに対して−X方向に傾けた状態を模式的に示す図である。
図6に示すように、Xビームティルトコイル13aによって電子線EBは、基準軸Aに対して−X方向に角度θだけ傾く。
次に、TEM像取得部32は、電子線EBを基準軸Aに対して−X方向に傾斜させたときのTEM像(−X)を取得する(ステップS108)。TEM像取得部32は、Xビームティルトコイル13aによって電子線EBが−X方向に角度θだけ傾いたタイミングでTEM像が撮影されるように撮像装置22を制御する。これにより、TEM像(−X)を取得することができる。
次に、差分画像生成部33は、TEM像(+X)のパワースペクトルとTEM像(−X)のパワースペクトルの差分画像(X)を生成する(ステップS110)。
次に、表示制御部34は、差分画像生成部33で生成された差分画像(X)を表示部42に表示させる制御を行う(ステップS112)。
表示制御部34は、図2に示す操作画面2の第1パワースペクトル表示部6aにTEM像(+X)のパワースペクトルを表示させ、第2パワースペクトル表示部6bにTEM像(−X)のパワースペクトルを表示させ、差分画像表示部6cに差分画像(X)を表示させる。
偏向器制御部31、TEM像取得部32、差分画像生成部33、および表示制御部34は、ユーザーがX方向におけるコマフリー軸合わせ終了の指示を行うまで、ステップS102〜ステップS112の処理を繰り返し行う。これにより、操作画面2の差分画像表示部6cには、差分画像(X)がリアルタイムに表示される。
図7および図8は、TEM像(+X)のパワースペクトルとTEM像(−X)のパワースペクトルの差分画像の一例を示す図である。
図7に示す差分画像には、明るい箇所が見られ、差分画像の輝度が大きい。すなわち、TEM像(+X)のパワースペクトルとTEM像(−X)のパワースペクトルの差分が大きいといえる。これは、基準軸Aに沿った電子線EBの入射方向がコマフリー軸に合っていないことを意味している。
これに対して、図8に示す差分画像には、明るい箇所が見られず、差分画像の輝度が小さい。すなわち、TEM像(+X)のパワースペクトルとTEM像(−X)のパワースペクトルの差分が小さいといえる。これは、基準軸Aに沿った電子線EBの入射方向がコマフリー軸に合っていることを意味している。
ユーザーは、操作画面2の差分画像表示部6cにリアルタイムに表示される差分画像(X)を確認しながら、差分画像(X)の輝度が小さくなくなるように、操作部40または偏向器操作つまみを操作する。Xビームティルトコイル13aは、ユーザーの操作に応じて、電子線EBを傾斜させて電子線EBの入射方向(すなわち基準軸A)を変更する。そして、ユーザーは、図8に示すように、差分画像(X)の輝度が十分に(最も)小さくなくなったら、操作画面2のXボタン3aを押下する。
操作画面2のXボタン3aの押下操作が行われると(ステップS114でYES)、偏向器制御部31はXビームティルトコイル13aを制御する処理を停止する。
図9は、X方向において、差分画像(X)の輝度が十分に小さくなったときの、基準軸Aの状態を模式的に示す図である。図10は、X方向において、図9に示す基準軸Aに電子線EBの入射方向を一致させた状態を模式的に示す図である。
差分画像(X)の輝度が十分に小さくなったときの、基準軸Aに電子線EBの入射方向を一致させることで、X方向におけるコマフリー軸合わせを行うことができる。
次に、ユーザーは、Y方向におけるコマフリー軸合わせを行う。そのため、ユーザーは、Y方向におけるコマフリー軸合わせ開始指示(Yボタン3bの押下操作)を行う。このとき、図10に示すように、X方向において、電子線EBの入射方向がコマフリー軸にあった状態を初期状態とする。すなわち、基準軸Aは、当該初期状態における電子線EBの入射方向に一致する軸である。
なお、Y方向におけるコマフリー軸合わせを行うための処理部30の処理は、Yビームティルトコイル13bを動作させる点を除いてX方向におけるコマフリー軸合わせと同様に行われる。具体的には以下の通りである。
偏向器制御部31は、ユーザーがY方向におけるコマフリー軸合わせ開始指示を行ったと判定した場合(ステップS100で「Y」の場合)、電子線EBが基準軸Aに対して+Y方向に傾斜するようにYビームティルトコイル13bを制御する(ステップS116)。
次に、TEM像取得部32は、電子線EBを基準軸Aに対して+Y方向に傾斜させたときのTEM像(+Y)を取得する(ステップS118)。
次に、偏向器制御部31は、電子線EBが基準軸Aに対して−Y方向に傾斜するように
Yビームティルトコイル13bを制御する(ステップS120)。
Yビームティルトコイル13bを制御する(ステップS120)。
次に、TEM像取得部32は、電子線EBを基準軸Aに対して−Y方向に傾斜させたときのTEM像(−Y)を取得する(ステップS122)。
次に、差分画像生成部33は、TEM像(+Y)のパワースペクトルとTEM像(−Y)のパワースペクトルの差分画像(Y)を生成する(ステップS124)。
次に、表示制御部34は、差分画像生成部33で生成された差分画像(Y)を表示部42に表示させる制御を行う(ステップS126)。
表示制御部34は、図2に示す操作画面2の第1パワースペクトル表示部6aにTEM像(+Y)のパワースペクトルを表示させ、第2パワースペクトル表示部6bにTEM像(−Y)のパワースペクトルを表示させ、差分画像表示部6cに差分画像(Y)を表示させる。
偏向器制御部31、TEM像取得部32、差分画像生成部33、および表示制御部34は、ユーザーがY方向におけるコマフリー軸合わせ終了の指示を行うまで、ステップS116〜ステップS126の処理を繰り返し行う。これにより、操作画面2の差分画像表示部6cには、差分画像(Y)がリアルタイムに表示される。
ユーザーは、操作画面2の差分画像表示部6cにリアルタイムに表示される差分画像(Y)を確認しながら、差分画像(Y)の輝度が小さくなるように、操作部40または偏向器操作つまみを操作する。Yビームティルトコイル13bは、ユーザーの操作に応じて、電子線EBを傾斜させて電子線EBの入射方向(すなわち基準軸A)を変更する。そして、ユーザーは、差分画像の輝度が十分に小さくなったら、操作画面2のYボタン3bを押下する。
操作画面2のYボタン3bの押下操作が行われると(ステップS128でYES)、偏向器制御部31はYビームティルトコイル13bを制御する処理を停止する。
X方向およびY方向についてコマフリー軸合わせを行ったら、ユーザーは、操作部40を介して処理部30に対してコマフリー軸合わせ終了の指示を行う。
処理部30は、操作部40を介してユーザーのコマフリー軸合わせの終了指示を受け付けると(ステップS130でYES)、処理を終了する。
なお、上記の例では、ユーザーは、X方向におけるコマフリー軸合わせを行った後に、Y方向におけるコマフリー軸合わせを行ったが、Y方向におけるコマフリー軸合わせを行った後に、X方向におけるコマフリー軸合わせを行ってもよい。また、ユーザーは、X方向におけるコマフリー軸合わせおよびY方向におけるコマフリー軸合わせを交互に複数回行ってもよい。
本実施形態に係る電子顕微鏡100は、例えば、以下の特徴を有する。
電子顕微鏡100では、電子線EBを基準軸Aに対して+X方向に傾斜させたときのTEM像(+X)のパワースペクトルと電子線EBを基準軸Aに対して−X方向に傾斜させたときのTEM像(−X)のパワースペクトルの差分画像(X)を表示部42に表示することができる。電子顕微鏡100では、同様に、TEM像(+Y)のパワースペクトルとTEM像(−Y)のパワースペクトルの差分画像(Y)を表示部42に表示することがで
きる。この差分画像(X)および差分画像(Y)から電子線EBの入射方向がコマフリー軸に合っているか否かを判断することができるため、電子顕微鏡100では、容易にコマフリー軸合わせを行うことができる。
きる。この差分画像(X)および差分画像(Y)から電子線EBの入射方向がコマフリー軸に合っているか否かを判断することができるため、電子顕微鏡100では、容易にコマフリー軸合わせを行うことができる。
電子顕微鏡100では、偏向器制御部31が、電子線EBが基準軸Aに対して+X方向(または+Y方向)に傾斜するように電子線偏向器13を制御する処理と、電子線EBが基準軸Aに対して−X方向(または−Y方向)に傾斜するように電子線偏向器13を制御する処理と、を繰り返し行う。そのため、表示部42に差分画像(X)(または差分画像(Y))をリアルタイムに表示することができ、基準軸Aを変更したときに、当該基準軸Aに対応する電子線EBの入射方向がコマフリー軸に合っているか否かを直ちに判断することができる。
また、電子顕微鏡100では、差分画像を、現在の電子線EBの入射方向がコマフリー軸に合っているのか否かを確認するために用いることができる。例えば、電子線EBの入射方向をコマフリー軸に自動的に合わせるソフトウェアが搭載された電子顕微鏡では、TEM像の倍率や画像のコントラストなどの条件によっては適切な軸合わせができない場合がある。また、このような電子顕微鏡では、ユーザーは軸合わせが適切に行われたか否かを知ることができない。これに対して、電子顕微鏡100では差分画像を表示することができるため、ソフトウェアにより自動で軸合わせが行われた場合であっても、ユーザーは差分画像を確認することでソフトウェアによる軸合わせが適切に行われたか否かを容易に確認することができる。
本実施形態に係る軸合わせ方法は、電子線EBを基準軸Aに対して+X方向に傾斜させてTEM像(+X)を取得する工程と、電子線EBを基準軸Aに対して−X方向に傾斜させてTEM像(−X)を取得する工程と、TEM像(+X)のパワースペクトルとTEM像(−X)のパワースペクトルの差分画像(X)の輝度が小さくなるように基準軸Aを変更する工程と、を含む。また、本実施形態に係る軸合わせ方法は、電子線EBを基準軸Aに対して+Y方向に傾斜させてTEM像(+Y)を取得する工程と、電子線EBを基準軸Aに対して−Y方向に傾斜させてTEM像(−Y)を取得する工程と、TEM像(+Y)のパワースペクトルとTEM像(−Y)のパワースペクトルの差分画像(Y)の輝度が小さくなるように基準軸Aを変更する工程と、を含む。
本実施形態に係る軸合わせ方法によれば、差分画像の輝度が小さくなるように基準軸A(すなわち電子線EBの入射方向)を変更することで、電子線EBの入射方向をコマフリー軸に合わせることができる。そのため、本実施形態に係る軸合わせ方法によれば、容易に軸合わせを行うことができる。
2. 第2実施形態
2.1. 電子顕微鏡
次に、第2実施形態に係る電子顕微鏡について、図面を参照しながら説明する。図11は、第2実施形態に係る電子顕微鏡200を模式的に示す図である。以下、第2実施形態に係る電子顕微鏡200において、上述した第1実施形態に係る電子顕微鏡100の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その説明を省略する。
2.1. 電子顕微鏡
次に、第2実施形態に係る電子顕微鏡について、図面を参照しながら説明する。図11は、第2実施形態に係る電子顕微鏡200を模式的に示す図である。以下、第2実施形態に係る電子顕微鏡200において、上述した第1実施形態に係る電子顕微鏡100の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その説明を省略する。
電子顕微鏡200では、図11に示すように、処理部30が通知部35を含んで構成されている点で電子顕微鏡100と異なる。
通知部35は、差分画像の輝度が閾値以下になった場合に、コマフリー軸合わせが完了したことをユーザーに通知する。ここで、差分画像の輝度は、差分画像の全ピクセルの合計の輝度であってもよいし、ピクセルの平均輝度であってもよい。閾値は、要求される軸
合わせの精度等によって適宜決定される。
合わせの精度等によって適宜決定される。
図12は、電子顕微鏡200の操作画面2を模式的に示す図である。
通知部35による通知は、図12に示すように、操作画面2にコマフリー軸合わせが完了したことを通知するメッセージ8を表示することにより行われる。なお、通知部35による通知は特に限定されず、ブザー等の音による通知などによって行われてもよい。
2.2. 電子顕微鏡の動作
次に、電子顕微鏡200の動作について説明する。
次に、電子顕微鏡200の動作について説明する。
図13は、電子顕微鏡200の動作の流れの一例を示すフローチャートである。なお、図13では、図3と同じ処理を行うステップには同じ符号を付している。以下では、図3と同じ処理を行うステップについては、その説明を省略する。
表示制御部34がTEM像(+X)のパワースペクトルとTEM像(−X)のパワースペクトルの差分画像(X)を表示部42に表示させる制御を行った後(ステップS112の後)、通知部35は、差分画像(X)の輝度が閾値以下であるか否かを判定する(ステップS200)。
差分画像の輝度が閾値以下と判定された場合(ステップS200でYES)、通知部35は、コマフリー軸合わせが完了したことをユーザーに通知する(ステップS202)。そして、ステップS114の処理が行われる。
一方、差分画像(X)の輝度が閾値以下でないと判定された場合(ステップS200でNO)、ステップS114の処理が行われる。
また、表示制御部34がTEM像(+Y)のパワースペクトルとTEM像(−Y)のパワースペクトルの差分画像(Y)を表示部42に表示させる制御を行った後(ステップS126の後)、通知部35は、差分画像(Y)の輝度が閾値以下であるか否かを判定する(ステップS204)。
差分画像(Y)の輝度が閾値以下と判定された場合(ステップS204でYES)、通知部35は、コマフリー軸合わせが完了したことをユーザーに通知する(ステップS206)。そして、ステップS128の処理が行われる。
一方、差分画像(Y)の輝度が閾値以下でないと判定された場合(ステップS204でNO)、ステップS128の処理が行われる。
本実施形態に係る電子顕微鏡200によれば、通知部35が、差分画像の輝度が閾値以下になった場合に、軸合わせが完了したことをユーザーに通知するため、ユーザーは、電子線EBの入射方向がコマフリー軸に合っているか否かを容易に把握することができる。
3. 第3実施形態
3.1. 電子顕微鏡
次に、第3実施形態に係る電子顕微鏡について、図面を参照しながら説明する。図14は、第3実施形態に係る電子顕微鏡300を模式的に示す図である。以下、第3実施形態に係る電子顕微鏡300において、上述した第1実施形態に係る電子顕微鏡100の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その説明を省略する。
3.1. 電子顕微鏡
次に、第3実施形態に係る電子顕微鏡について、図面を参照しながら説明する。図14は、第3実施形態に係る電子顕微鏡300を模式的に示す図である。以下、第3実施形態に係る電子顕微鏡300において、上述した第1実施形態に係る電子顕微鏡100の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その説明を省略する。
電子顕微鏡300では、図14に示すように、処理部30が入射方向決定部36を含んで構成されている点で電子顕微鏡100と異なる。
入射方向決定部36は、電子線EBの入射方向がコマフリー軸に合うように電子線EBの入射方向を決定する処理を行う。すなわち、電子顕微鏡300では、コマフリー軸合わせを自動的に行うことができる。
電子顕微鏡300において、偏向器制御部31は、試料Sに対する基準軸AのX方向の傾斜角度を変更しつつ、基準軸Aの傾斜角度ごとに、基準軸Aに対して電子線EBを+X方向に傾斜させる処理と、基準軸Aに対して電子線EBを−X方向に傾斜させる処理と、を行う。
図15は、基準軸Aの傾斜角度(すなわち、電子線EBの入射方向)を変更している様子を模式的に示す図である。
偏向器制御部31は、Xビームティルトコイル13aを制御して、電子線EBの入射方向を変更することで、試料S,レンズLに対する基準軸Aの傾斜角度を変更する。偏向器制御部31は、あらかじめ設定された角度範囲(角度−Bから角度+Bの範囲)において、角度bで基準軸Aを傾斜させることを繰り返すことで、基準軸Aの傾斜角度を変更する。
TEM像取得部32は、基準軸Aの傾斜角度ごとに、TEM像(+X)およびTEM像(−X)を取得する。
差分画像生成部33は、基準軸Aの傾斜角度ごとに、TEM像(+X)のパワースペクトルとTEM像(−X)のパワースペクトルの差分画像(X)を生成する。
入射方向決定部36は、基準軸Aの傾斜角度ごとに生成された差分画像に基づいて、電子線EBの入射方向を決定する。具体的には、入射方向決定部36は、基準軸Aの傾斜角度ごとに生成された差分画像(X)のうち最も輝度(ピクセルの平均輝度または全ピクセルの合計輝度)が小さい差分画像(X)を抽出する。そして、入射方向決定部36は、抽出した差分画像(X)が得られた基準軸Aの傾斜角度のX方向成分を、X方向における電子線EBの入射方向とする。これにより、X方向におけるコマフリー軸合わせを行うことができる。
偏向器制御部31、TEM像取得部32、差分画像生成部33、および入射方向決定部36は、Y方向においても同様の処理を行い、Y方向における電子線EBの入射方向を決定する。これにより、Y方向におけるコマフリー軸合わせを行うことができる。
図16は、電子顕微鏡300の操作画面2を模式的に示す図である。
図16に示すように、操作画面2は、ユーザーが自動軸合わせ開始指示を行うためのボタン9を含んで構成されている。
3.2. 電子顕微鏡の動作
次に、電子顕微鏡300の動作について説明する。
次に、電子顕微鏡300の動作について説明する。
図17は、電子顕微鏡300の動作の流れの一例を示すフローチャートである。なお、図17では、図3と同じ処理を行うステップには同じ符号を付している。
偏向器制御部31は、ユーザーが自動軸合わせ開始指示を行ったか否かを判定する(ステップS300)。
偏向器制御部31は、操作画面2のボタン9に対する押下操作が行われた場合に、ユーザーが自動軸合わせ開始指示を行ったと判定する。
偏向器制御部31は、ユーザーが自動軸合わせ開始指示を行ったと判定した場合(ステップS300でYESの場合)、電子線EBが基準軸Aに対して+X方向に傾斜するようにXビームティルトコイル13aを制御する(ステップS102)。ここでは、基準軸Aは、ユーザーが自動軸合わせ開始指示を行ったときの電子線EBの入射方向に一致する軸とする。
次に、TEM像取得部32は、電子線EBを基準軸Aに対して+X方向に傾斜させたときのTEM像(+X)を取得する(ステップS104)。
次に、偏向器制御部31は、電子線EBが基準軸Aに対して−X方向に傾斜するようにXビームティルトコイル13aを制御する(ステップS106)。
次に、TEM像取得部32は、電子線EBを基準軸Aに対して−X方向に傾斜させたときのTEM像(−X)を取得する(ステップS108)。
次に、差分画像生成部33は、TEM像(+X)のパワースペクトルとTEM像(−X)のパワースペクトルの差分画像(X)を生成する(ステップS110)。そして、差分画像生成部33は、生成した差分画像(X)を、基準軸Aの傾斜角度の情報とともに、記憶部44に記憶する(ステップS302)。
次に、偏向器制御部31は、あらかじめ設定された角度bだけ基準軸Aを傾斜させて傾斜角度を変更する(ステップS306)。そして、偏向器制御部31、TEM像取得部32、および差分画像生成部33は、ステップS102〜ステップS306の処理を行う。
偏向器制御部31、TEM像取得部32、および差分画像生成部33が基準軸Aの傾斜角度を変更しつつ傾斜角度ごとに差分画像(X)を生成する処理を繰り返して(ステップS102〜ステップS306の処理を繰り返して)、基準軸Aが設定された角度範囲(角度−Bから角度+B)を傾斜すると(ステップS304でYES)、入射方向決定部36が基準軸Aの傾斜角度ごとに生成された差分画像(X)に基づいて、電子線EBの入射方向を決定する(ステップS308)。
入射方向決定部36は、基準軸Aの傾斜角度ごとに生成された差分画像(X)のうち最も輝度が小さい差分画像(X)を抽出し、抽出された差分画像(X)が得られた基準軸Aの傾斜角度のX方向成分を、X方向における電子線EBの入射方向と決定する。
次に、偏向器制御部31は、電子線EBが基準軸Aに対して+Y方向に傾斜するようにYビームティルトコイル13bを制御する(ステップS116)。ここでは、基準軸Aは、ステップS308の処理で抽出された最も輝度が小さい差分画像(X)が得られたときの基準軸Aの傾斜角度とする。
次に、TEM像取得部32は、電子線EBを基準軸Aに対して+Y方向に傾斜させたときのTEM像(+Y)を取得する(ステップS118)。
次に、偏向器制御部31は、電子線EBが基準軸Aに対して−Y方向に傾斜するように
Yビームティルトコイル13bを制御する(ステップS120)。
Yビームティルトコイル13bを制御する(ステップS120)。
次に、TEM像取得部32は、電子線EBを基準軸Aに対して−Y方向に傾斜させたときのTEM像(−Y)を取得する(ステップS122)。
次に、差分画像生成部33は、TEM像(+Y)のパワースペクトルとTEM像(−Y)のパワースペクトルの差分画像(Y)を生成する(ステップS124)。そして、差分画像生成部33は、生成した差分画像(Y)を、基準軸Aの傾斜角度の情報とともに、記憶部44に記憶する(ステップS308)。
次に、偏向器制御部31は、あらかじめ設定された角度だけ基準軸Aを傾斜させて傾斜角度を変更する(ステップS312)。そして、偏向器制御部31、TEM像取得部32、および差分画像生成部33は、ステップS116〜ステップS312の処理を行う。
偏向器制御部31、TEM像取得部32、および差分画像生成部33が基準軸Aの傾斜角度を変更しつつ傾斜角度ごとに差分画像(Y)を生成する処理を繰り返して(ステップS116〜ステップS312の処理を繰り返して)、基準軸Aが設定された角度範囲を傾斜すると(ステップS310でYES)、入射方向決定部36が基準軸Aの傾斜角度ごとに生成された差分画像(Y)に基づいて、電子線EBの入射方向を決定する(ステップS314)。
入射方向決定部36は、電子線EBの入射方向が、X方向成分がステップS308の処理で求めた方向となり、Y方向成分がステップS314の処理で求めた方向となるように電子線偏向器13を制御する。
以上の処理により、電子線EBの入射方向をコマフリー軸に合わせることができる。
本実施形態に係る電子顕微鏡300によれば、電子線EBの入射方向を決定する入射方向決定部36を含むため、電子線EBの入射方向を、コマフリー軸に自動的に合わせることができる。
なお、上記の例では、処理部30がX方向におけるコマフリー軸合わせを行った後に、Y方向におけるコマフリー軸合わせを行ったが、Y方向におけるコマフリー軸合わせを行った後に、X方向におけるコマフリー軸合わせを行ってもよい。また、処理部30は、X方向におけるコマフリー軸合わせおよびY方向におけるコマフリー軸合わせを交互に複数回行ってもよい。
また、上記の例では、偏向器制御部31は、基準軸AをX方向に傾斜させてX方向におけるコマフリー軸合わせを行った後に、基準軸AをY方向に傾斜させてY方向におけるコマフリー軸合わせを行ったが、基準軸Aを2次元的に傾斜させてX方向におけるコマフリー軸合わせおよびY方向におけるコマフリー軸合わせを同時に行ってもよい。
すなわち、この場合、偏向器制御部31は、図18に示すように、基準軸Aの1つの傾斜角度に対して、4つの方向(+X方向、−X方向、+Y方向、−Y方向)に電子線EBを傾斜させる。偏向器制御部31は、基準軸Aの傾斜角度(仰角および方位角)を順次、変更しつつ、設定された角度範囲でこの処理を繰り返す。そして、TEM像取得部32は、基準軸Aの傾斜角度ごとに、TEM像(+X)、TEM像(−X)、TEM像(+Y)、およびTEM像(−Y)を取得する。差分画像生成部33は、基準軸Aの傾斜角度ごとに、差分画像(X)および差分画像(Y)を生成する。そして、入射方向決定部36は、基準軸Aの傾斜角度ごとに生成された差分画像(X)および差分画像(Y)に基づいて、
電子線EBの入射方向を決定する。これにより、上記の例と同様に、電子線EBの入射方向をコマフリー軸に自動的に合わせることができる。
電子線EBの入射方向を決定する。これにより、上記の例と同様に、電子線EBの入射方向をコマフリー軸に自動的に合わせることができる。
なお、上述した実施形態及び変形例は一例であって、これらに限定されるわけではない。例えば各実施形態及び各変形例は、適宜組み合わせることが可能である。
本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成(例えば、機能、方法および結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成)を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
2…操作画面、3a…Xボタン、3b…Yボタン、6a…第1パワースペクトル表示部、6b…第2パワースペクトル表示部、6c…差分画像表示部、8…メッセージ、9…ボタン、10…電子源、12…集束レンズ、13…電子線偏向器、13a…Xビームティルトコイル、13b…Yビームティルトコイル、14…対物レンズ、16…試料ステージ、17…試料ホルダー、18…中間レンズ、20…投影レンズ、22…撮像装置、30…処理部、31…偏向器制御部、32…TEM像取得部、33…差分画像生成部、34…表示制御部、35…通知部、36…入射方向決定部、40…操作部、42…表示部、44…記憶部、100…電子顕微鏡、200…電子顕微鏡、300…電子顕微鏡
Claims (7)
- 電子顕微鏡において、電子線の入射方向をコマフリー軸に合わせるための軸合わせ方法であって、
前記電子線を基準軸に対して第1方向に傾斜させて第1TEM像を取得する工程と、
前記電子線を前記基準軸に対して前記第1方向と反対方向の第2方向に傾斜させて第2TEM像を取得する工程と、
前記第1TEM像のパワースペクトルと前記第2TEM像のパワースペクトルの差分画像の輝度が小さくなるように前記基準軸を変更する工程と、
を含む、軸合わせ方法。 - 請求項1において、
前記第1TEM像を取得するときの前記基準軸に対する前記電子線の傾斜角度の大きさと、前記第2TEM像を取得するときの前記基準軸に対する前記電子線の傾斜角度の大きさとは、等しい、軸合わせ方法。 - 電子線を偏向させて、試料に対する前記電子線の入射方向を変えるための偏向器と、
前記電子線が基準軸に対して第1方向に傾斜するように前記偏向器を制御する第1処理、および前記電子線が前記基準軸に対して前記第1方向とは反対方向の第2方向に傾斜するように前記偏向器を制御する第2処理を行う偏向器制御部と、
前記電子線を前記第1方向に傾斜させたときの第1TEM像および前記電子線を前記第2方向に傾斜させたときの第2TEM像を取得するTEM像取得部と、
前記第1TEM像のパワースペクトルと前記第2TEM像のパワースペクトルの差分画像を生成する差分画像生成部と、
前記差分画像を表示部に表示させる制御を行う表示制御部と、
を含む、電子顕微鏡。 - 請求項3において、
前記第1TEM像を取得するときの前記基準軸に対する前記電子線の傾斜角度の大きさと、前記第2TEM像を取得するときの前記基準軸に対する前記電子線の傾斜角度の大きさとは、等しい、電子顕微鏡。 - 請求項3または4において、
前記偏向器制御部は、前記第1処理および前記第2処理を繰り返し行う、電子顕微鏡。 - 請求項3ないし5のいずれか1項において、
前記差分画像の輝度が閾値以下になった場合に、軸合わせが完了したことをユーザーに通知する通知部を含む、電子顕微鏡。 - 請求項3または4において、
前記電子線の入射方向を決定する入射方向決定部を含み、
前記偏向器制御部は、前記試料に対する前記基準軸の傾斜角度を変更しつつ、前記基準軸の傾斜角度ごとに、前記第1処理および前記第2処理を行い、
前記TEM像取得部は、前記基準軸の傾斜角度ごとに、前記第1TEM像および前記第2TEM像を取得し、
前記差分画像生成部は、前記基準軸の傾斜角度ごとに、前記差分画像を生成し、
前記入射方向決定部は、前記基準軸の傾斜角度ごとに生成された前記差分画像に基づいて、前記電子線の入射方向を決定する、電子顕微鏡。
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