JP2620307B2

JP2620307B2 - エネルギー分析装置

Info

Publication number: JP2620307B2
Application number: JP63123599A
Authority: JP
Inventors: 一成中西; 勝重津野
Original assignee: Jeol Ltd
Current assignee: Jeol Ltd
Priority date: 1988-05-20
Filing date: 1988-05-20
Publication date: 1997-06-11
Anticipated expiration: 2012-06-11
Also published as: JPH01294343A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、エネルギー分析装置に係り、特に、電子ビ
ームのドリフト等に影響されず安定的に分析を行えるエ
ネルギー分析装置に関するものである。

［従来の技術］透過電子顕微鏡で得られる回折パターンを分析するエ
ネルギー分析装置は、結晶構造の同定等のために広く用
いられている。回折パターン（暗視野像）を得るための
手法としては、画像処理による方法、あるいは走査電子
顕微鏡の手法を使った走査透過法等種々の方法がある
が、本出願人は、先に、対物ミニレンズと偏向コイルを
用いることによって機構上無理がなく、しかも回折パタ
ーンの選択を容易に行える分析装置を提案したところで
ある（昭和63年４月19日出願の「電子顕微鏡の結像
系」）。その構成を第３図に示す。図中、１は電子ビー
ム、２は試料、３は対物レンズ（以下、対物レンズをOL
と称す。）、４は対物ミニレンズ（以下、対物ミニレン
ズをOMと称す。）、５は制限視野絞り、６は開口、７、
８は偏向コイルを示す。なお、図中、各レンズはレンズ
中心の位置だけを示す。以下、同様である。

第３図において、試料２には電子ビーム１が照射さ
れ、その回折パターンがOL3の後焦点面に結像される。
更に、該回折パターンはOM4により制限視野絞り５に結
像される。制限視野絞り５に結像された回折パターンを
偏向コイル８により偏向させることによって、所望の回
折パターンだけを制限視野絞り５に設けられた開口６か
ら取り出し、ウィーンフィルタ等のエネルギーフィルタ
に入力させることよってエネルギー分析を行うことがで
きるものである。なお、偏向コイル７は試料２に照射す
る電子ビーム１の位置を調整するために設けられている
ものである。

［発明が解決しようとする課題］さて、いま制限視野絞り５には第４図に示すような回
折パターンが結像されているとする。第４図でA,B,C,D,
E,F,G,HおよびＩの９点は非常に輝度の高い点を示し、
それ以外は輝度が非常に低いものとなっている。例え
ば、Ａ点とＥ点を結ぶ線の輝度分布は第５図のようであ
る。また、第４図でＥ点は、偏向コイル８を駆動しない
状態において、丁度開口６の位置にある回折パターンで
あるとする。

なお、第４図に示すような回折パターンを可視化する
には、制限視野絞り５に替えて蛍光板を配置してもよい
し、または、偏向コイル８で第４図のｘ方向のおよびｙ
方向にラスター走査を行い、開口６から出力される電子
ビームの強度を検出し、CRTディスプレイ装置等の適当
な表示装置に表示すればよい。

第４図でＡ〜Ｉ点で示すような電子ビーム量（密度）
の高い部分を分析する場合には、分析のために必要なエ
ネルギー蓄積時間も短くて済み、従って分析時間も短い
ので良好な分析を行うことができるのであるが、第４図
のa,b,c,d,eで示すような電子ビーム量の少ない箇所の
分析を行おうとする場合には問題が生じる。

つまり、例えば、第４図のａ点の回折パターンを分析
する場合には、偏向コイル８を駆動してａ点を開口６の
位置に移動させ、開口６から出力される電子ビームを分
析するのであるが、輝度が低い、即ち電子ビームの強度
が小さいためにエネルギー蓄積のために時間を要し、分
析時間は１時間程度必要となる。しかしその間に電子ビ
ームのドリフトあるいは試料２の温度上昇によるドリフ
ト等の様々なドリフトにより試料上の分析点のずれが発
生し、エネルギー分析が安定に行えないという問題があ
った。

本発明は、上記の課題を解決するものであって、輝度
の低い回折パターンでも安定にエネルギー分析を行える
エネルギー分析装置を提供することを目的とするもので
ある。

［課題を解決するための手段］上記の目的を達成するために、本発明のエネルギー分
析装置は、回折パターンのうち輝度の高い点の位置およ
び輝度を予め記憶する第１の手段と、所定の分析時間が
経過する毎に上記記憶された位置の輝度と予め記憶され
ている輝度を比較し、ドリフトが生じているか否かを判
断する第２の手段と、該第２の手段でドリフトが生じて
いると判断された場合に試料に照射する電子ビームの位
置を調整する第３の手段とを少なくとも具備することを
特徴とする。

［作用］本発明においては、予め参照点の位置および輝度を参
照データとして記憶しておき、所定の参照時間が経過す
る毎に参照データに基づいてドリフトの有無を検証し、
ドリフトが生じていなければ分析を続行し、ドリフトが
生じていれば、試料に照射する電子ビームを偏向し、位
置を調整するので、ドリフトに影響されることなく長時
間に渡ってエネルギー分析を行うことができるものであ
る。

［実施例］以下、図面を参照しつつ実施例を説明する。

第１図は本発明に係るエネルギー分析装置の１実施例
の構成を示す図であり、図中、１〜８は第３図と同じも
のを示す。９はCPU、10は可変抵抗器、11はA/D変換器、
12はスイッチ、13は検出器、14は増幅器、15はA/D変換
器、16、17はD/A変換器を示す。

第１図において、CPU9は後述する処理を行うもので、
当該処理に必要なプログラム、ROM、RAM等を含んでい
る。可変抵抗器10は偏向コイル８の駆動電流を設定する
もので、抵抗値を調整することにより制限視野絞り５上
の回折パターンを任意に移動させることができるもので
ある。なお、図では一つの可変抵抗器しか示されていな
いが、実際には回折パターンを第４図のｘ方向、ｙ方向
に任意に移動できるように構成されることは言うまでも
ない。A/D変換器11は可変抵抗器10による電圧値をディ
ジタル値に変換するものである。スイッチ12は参照点の
位置データをCPU9に取り込む場合に使用するものであ
る。検出器13は光電変換器で構成され、開口６を通過し
てきた電子ビームの強度（輝度）を検出するものであ
り、検出器13の出力である輝度信号は増幅器14で増幅さ
れた後A/D変換器15によりディジタル値に変換されたCPU
9に取り込まれる。D/A変換器16、17はCPU9から出力され
るディジタルの駆動電流値をアナログに変換して、それ
ぞれ偏向コイル８、７に供給するものである。

さて、いま制限視野絞り５には、従来例で述べたと同
様に第４図の回折パターンが得られているとする。本エ
ネルギー分析装置においては、エネルギー分析に先だっ
て、先ず輝度の高い回折点を参照点として、その位置お
よび輝度をCPU9に記憶させる。その操作は次の通りであ
る。

先ず、オペレータは可変抵抗器10を操作して第４図の
Ａ点の電子ビームを開口６の位置に移動させ、移動操作
が終了したらスイッチ12を閉路してこのときの可変抵抗
器10による電圧値をCPU9に記憶させる。これによりCPU9
はＡ点の位置、即ち座標を知ることができる。なお、Ａ
点を開口６の位置に移動させるについては、例えば必要
に応じて蛍光板を挿入して確認しながら行えばよい。次
にオペレータは、同様にしてＢ点の位置データをCPU9に
記憶させる。そして、Ｅ点の位置は中心位置として予め
知られているから、以上の操作によりＡ、ＢおよびＥの
３点の位置が知られたことになる。一般的に回折パター
ンは規則正しいパターンを描くので、CPU9は、以上の３
点の位置を知ることにより、残りの６点（C,D,F,G,H,
I）の位置を計算により決定することができる。Ａ〜Ｉ
の全ての点の位置が決定されたら、CPU9は、位置データ
に基づいて偏向コイル８を駆動してＡ点を開口６の位置
に移動させる。このとき検出器13で検出されたＡ点の輝
度情報は、増幅器14、A/D変換器15を介してCPU9にとり
こまれ、記憶される。CPU9は以下同様にして９点全ての
輝度情報を記憶する。記憶された各点の位置データおよ
び輝度データは、後述するように正確な分析を行うため
の参照データとして使用される。なお、以上の説明では
３点の位置から全ての参照点の位置を算出するとした
が、回折パターンによっては４点以上必要な場合もある
であろうし、全ての参照点をオペレータが指示しなけれ
ばならない場合もあるであろう。それは回折パターンに
よって適宜決定すればよい事項である。

このようにして参照データが得られると、次に分析が
開始される。分析の手順を第２図のタイムチャートを参
照しつつ説明する。

いま、第４図のＡ点とＥ点を結ぶ線を５等分するa,b,
c,dの４点の電子ビームをこの順序で分析する場合を考
える（以下、これらの４点を測定点と称す。）。これら
測定点の位置は図示しない入力装置により指示すること
ができる。

CPU9は、入力された測定点ａの位置から、ａ点を開口
６の位置に移動させるために必要な偏向コイル８の駆動
電流量を算出し、D/A変換器16を介して偏向コイル８に
当該駆動電流を供給する。このようにしてａ点が開口６
の位置に移動されると、第２図の20で示すt₁時間だけエ
ネルギー分析が行われる。20で示すt₁時間が経過する
と、次の21で示すt₂時間に、入射ビームのドリフト等が
生じていないかどうかを先に求めた参照データを用いて
検証する。つまり、21で示す期間に、全ての参照点（第
４図の場合は９点）をその位置データに基づいて、順に
開口６の位置に移動させ、その輝度を検出し、該検出さ
れた輝度と参照輝度データとを比較する。比較の結果ド
リフトが生じていないと判断されると、引き続いて第２
図の22で示すt₁の時間分析が行われる。このようにし
て、分析時間の合計時間、第２図の場合は3t₁、が所定
の時間、例えば１時間に達するとａ点のエネルギー分析
は終了し、続いてｂ点のエネルギー分析が同様にして行
われる。以下同様にｃ点、ｄ点の分析が行われ、エネル
ギー分析作業は終了する。なお、第２図の25で示すt₃の
時間は、次の測定点を開口６の位置に移動させる時間で
ある。

ある検証のときにドリフトが生じていると判断される
と、CPU9はD/A変換器17を介して偏向コイル７に対して
駆動電流を供給し、試料２に照射する電子ビーム１を適
宜偏向する。つまり、検出した輝度と参照データとして
記憶されている輝度データとを比較することによってド
リフトが生じているか否かは判断できるが、どちらの方
向にどれだけずれているかは判断できないので、電子ビ
ームを適宜に偏向させながら、その都度検出器13で輝度
情報を取り込んで参照輝度データと比較するのである。
これによりドリフトが解消された場合には分析を続行す
る。しかしドリフトの割合が極端に大きい場合は、第２
図の分析時間t₁をより短く再設定し、初めから分析をや
り直すようにする。即ち、ドリフトが生じるにしても、
分析時間を短縮し、頻繁に電子ビーム１の位置を補正す
ることによって極端なずれを回避できるようにするので
ある。

電子ビーム１の偏向は、全くランダムに偏向させても
よいし、あるいはヘリカル走査、ラスター走査のように
規則的に走査してもよいものである。

以上の説明において、検証期間に全ての参照点の輝度
を比較する点は重要である。つまり、試料がわずかに傾
斜した場合には回折点の位置は変化しないが、それぞれ
の点の電子の強度が変化するという現象が生じるからで
ある。その際にも電子ビーム１を偏向することによっ
て、傾斜が生じる以前の状態に戻すことができる。

以上の説明では、第４図のＡ点とＥ点を結ぶ線上の点
のビームを分布する例を取り上げたが、第４図のｅで示
すような点を測定する場合も同様に行うことができるこ
とは明らかである。

［発明の効果］以上の説明から明らかなように、本発明によれば、所
定の分析時間毎にドリフトが生じているか否かを検証
し、ドリフトが生じていれば試料に照射する電子ビーム
の位置を調整するので種々のドリフトにも影響されず、
長時間に渡ってエネルギー分析を行うことができるの
で、特に、輝度の低い電子ビームの分析に非常に有効で
ある。

また、本発明においては、ドリフトの検出をわずかな
数の位置情報と輝度情報に基づいて行うので構成が簡単
である。つまり、ドリフトの検出を画像を用いて行おう
とすれば、パターン認識のような複雑な処理を行う必要
があるが、本発明においてはそのような必要はないので
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るエネルギー分析装置の１実施例の
構成を示す図、第２図はエネルギー分析のタイムチャー
トを示す図、第３図は従来のエネルギー分析装置の例を
示す図、第４図は回折パターンの例を示す図、第５図は
輝度分布を示す図である。１……電子ビーム、２……試料、３……対物レンズ、４
……対物ミニレンズ、５……制限視野絞り、６……開
口、７、８……偏向コイル、９……CPU、10……可変抵
抗器、11……A/D変換器、12……スイッチ、13……検出
器、14……増幅器、15……A/D変換器、16、17……D/A変
換器。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】回折パターンのうち輝度の高い点の位置お
よび輝度を予め記憶する第１の手段と、所定の分析時間
が経過する毎に上記記憶された位置の輝度と予め記憶さ
れている輝度を比較し、ドリフトが生じているか否かを
判断する第２の手段と、該第２の手段でドリフトが生じ
ていると判断された場合に試料に照射する電子ビームの
位置を調整する第３の手段とを少なくとも具備すること
を特徴とするエネルギー分析装置。