JP3441855B2 - 荷電粒子顕微鏡の観察装置 - Google Patents
荷電粒子顕微鏡の観察装置Info
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/02—Details
- H01J37/22—Optical or photographic arrangements associated with the tube
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Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、試料の微小領域の
原子構造、磁気的構造、電気的構造などの動的な変化の
測定に有用な荷電粒子顕微鏡の観察装置に関する。
原子構造、磁気的構造、電気的構造などの動的な変化の
測定に有用な荷電粒子顕微鏡の観察装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、試料の微小領域の原子構造などの
動的な変化の測定を行なう場合には、図１６に示すよう
な透過型電子顕微鏡を用いて、荷電粒子源１から放射さ
れる電子を照射レンズ系２でコリメートして試料３に照
射し、試料３で散乱された電子線を拡大結像レンズ系４
によって拡大して蛍光スクリーン５に投射し、電子線の
強度を光の強度に変換して、その像をＴＶカメラ２７と
ＶＴＲ２８で記録する方法をとるのが一般的であった。
動的な変化の測定を行なう場合には、図１６に示すよう
な透過型電子顕微鏡を用いて、荷電粒子源１から放射さ
れる電子を照射レンズ系２でコリメートして試料３に照
射し、試料３で散乱された電子線を拡大結像レンズ系４
によって拡大して蛍光スクリーン５に投射し、電子線の
強度を光の強度に変換して、その像をＴＶカメラ２７と
ＶＴＲ２８で記録する方法をとるのが一般的であった。
【０００３】しかしこの従来方法では、測定できる変化
の時間分解能が、記録に用いられているＴＶカメラのフ
レーム速度で決定されるため、数ｍsec 程度が限界であ
った。
の時間分解能が、記録に用いられているＴＶカメラのフ
レーム速度で決定されるため、数ｍsec 程度が限界であ
った。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、従来
測定可能であったものよりも高速で変化する原子構造、
磁気的構造、電気的構造などの移動速度、振動数の測定
を容易にする手段を提供することにある。
測定可能であったものよりも高速で変化する原子構造、
磁気的構造、電気的構造などの移動速度、振動数の測定
を容易にする手段を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、荷電粒子源
と、照射レンズ系と、拡大結像レンズ系と、結像面の２
箇所以上の所定位置に荷電粒子取り出し手段を設けて、
結像面に投影される試料像中の所定の２箇所以上の対応
位置の荷電粒子を部分的に取り出し可能にするものであ
る。本発明は、２箇所以上の所定位置の荷電粒子取り出
し手段で取り出した荷電粒子を、対応する荷電粒子検出
器で検出して、異なる箇所での検出結果の相関をとった
り、１箇所の検出結果からパワー・スペクトルを求めた
り、自己相関をとるなどの信号処理を行なって、試料像
中の注目する構造の移動速度や注目部分の振動数を測定
可能にする荷電粒子顕微鏡の観察装置を提供する。
と、照射レンズ系と、拡大結像レンズ系と、結像面の２
箇所以上の所定位置に荷電粒子取り出し手段を設けて、
結像面に投影される試料像中の所定の２箇所以上の対応
位置の荷電粒子を部分的に取り出し可能にするものであ
る。本発明は、２箇所以上の所定位置の荷電粒子取り出
し手段で取り出した荷電粒子を、対応する荷電粒子検出
器で検出して、異なる箇所での検出結果の相関をとった
り、１箇所の検出結果からパワー・スペクトルを求めた
り、自己相関をとるなどの信号処理を行なって、試料像
中の注目する構造の移動速度や注目部分の振動数を測定
可能にする荷電粒子顕微鏡の観察装置を提供する。
【０００６】本発明による荷電粒子顕微鏡の観察装置の
基本構成は、荷電粒子源と、照射レンズ系と、拡大結像
レンズ系とを有する荷電粒子顕微鏡の観察装置におい
て、拡大結像レンズ系の結像面の少なくとも２箇所以上
に設けられ結像面に投射された荷電粒子束の所定部分の
荷電粒子を取り出す荷電粒子取り出し手段と、荷電粒子
取り出し手段の対応で設けられ、荷電粒子取り出し手段
により取り出された荷電粒子を検出する荷電粒子検出器
と、荷電粒子検出器から出力される信号を処理する信号
処理手段と、を備えたことを特徴とする。
基本構成は、荷電粒子源と、照射レンズ系と、拡大結像
レンズ系とを有する荷電粒子顕微鏡の観察装置におい
て、拡大結像レンズ系の結像面の少なくとも２箇所以上
に設けられ結像面に投射された荷電粒子束の所定部分の
荷電粒子を取り出す荷電粒子取り出し手段と、荷電粒子
取り出し手段の対応で設けられ、荷電粒子取り出し手段
により取り出された荷電粒子を検出する荷電粒子検出器
と、荷電粒子検出器から出力される信号を処理する信号
処理手段と、を備えたことを特徴とする。
【０００７】試料の拡大像は、原子構造、電気的構造、
磁気的構造に応じてコントラスト即ち荷電粒子の強度の
変化をもっている。従って像の１部分の荷電粒子を検出
器に入射し増幅すると像のコントラストの強弱は電流の
強弱に変換することができる。試料のある部分が構造的
もしくは磁気的電気的に振動していれば、その部分では
検出された電流が振動することになる。この電流のパワ
ースペクトルや自己相関をとることによって振動数を定
量的に評価することができる。また試料の特定の構造が
連動している場合には、２つの異なる位置の小孔をその
構造が通過する際にその構造のコントラストによって決
まる電流変化があらわれる。これらの信号の相互相関を
とることによって２つの異なる小孔を通過するのに要す
る時間を決定することができる。この時間と小孔の距離
によって対象とする構造の移動速度を測定することがで
きる。
磁気的構造に応じてコントラスト即ち荷電粒子の強度の
変化をもっている。従って像の１部分の荷電粒子を検出
器に入射し増幅すると像のコントラストの強弱は電流の
強弱に変換することができる。試料のある部分が構造的
もしくは磁気的電気的に振動していれば、その部分では
検出された電流が振動することになる。この電流のパワ
ースペクトルや自己相関をとることによって振動数を定
量的に評価することができる。また試料の特定の構造が
連動している場合には、２つの異なる位置の小孔をその
構造が通過する際にその構造のコントラストによって決
まる電流変化があらわれる。これらの信号の相互相関を
とることによって２つの異なる小孔を通過するのに要す
る時間を決定することができる。この時間と小孔の距離
によって対象とする構造の移動速度を測定することがで
きる。
【０００８】
【発明の実施の形態】図１は、本発明の１実施例による
荷電粒子顕微鏡の観察装置の構成図である。
荷電粒子顕微鏡の観察装置の構成図である。
【０００９】図１において、荷電粒子源１から放出され
る荷電粒子のビームは、照射レンズ系２で試料３をカバ
ーする大きさに集束されて試料３を照射する。試料３を
散乱透過した荷電粒子は、拡大結像レンズ系４，４′を
経て結像面の蛍光スクリーン５に投射され、ここで荷電
粒子のエネルギーは光に変換される。これにより蛍光ス
クリーン５の面には、試料３の拡大光像が観察可能に生
成される。
る荷電粒子のビームは、照射レンズ系２で試料３をカバ
ーする大きさに集束されて試料３を照射する。試料３を
散乱透過した荷電粒子は、拡大結像レンズ系４，４′を
経て結像面の蛍光スクリーン５に投射され、ここで荷電
粒子のエネルギーは光に変換される。これにより蛍光ス
クリーン５の面には、試料３の拡大光像が観察可能に生
成される。
【００１０】一方、蛍光スクリーン５には２つの開口
６，６′が開けられており、これらに投射された荷電粒
子は開口６，６′を通過して、蛍光スクリーン５の背後
に、開口６，６′の各々と対向するように設けられてい
る荷電粒子検出器７，７′に入射する。荷電粒子検出器
７，７′は、それぞれに入射した荷電粒子を検出すると
パルス状の出力信号を生じる。それらの出力信号は、増
幅器８，８′により増幅され、それぞれ相関器９に入力
されて、ここで２つの信号間の相互相関がとられる。
６，６′が開けられており、これらに投射された荷電粒
子は開口６，６′を通過して、蛍光スクリーン５の背後
に、開口６，６′の各々と対向するように設けられてい
る荷電粒子検出器７，７′に入射する。荷電粒子検出器
７，７′は、それぞれに入射した荷電粒子を検出すると
パルス状の出力信号を生じる。それらの出力信号は、増
幅器８，８′により増幅され、それぞれ相関器９に入力
されて、ここで２つの信号間の相互相関がとられる。
【００１１】蛍光スクリーン５に設けられる開口６，
６′はたとえば丸い小孔であり、開口面積が小さいほど
試料像中の微細な構造の変化を識別する能力が高まる。
６′はたとえば丸い小孔であり、開口面積が小さいほど
試料像中の微細な構造の変化を識別する能力が高まる。
【００１２】荷電粒子検出器７，７′としてはアバラン
シェフォトダイオードＡＰＤが好適であることが本発明
者によって確認されている。ＡＰＤは一般に光の検出器
として用いられており、高速応答性などの優れた特性を
もつことが知られているが、荷電粒子の検出において
も、高速応答性とともに、小さい不感時間、なだれ増倍
による大きな出力レベル、小型、軽量、安価などの多く
の利点をもつ。
シェフォトダイオードＡＰＤが好適であることが本発明
者によって確認されている。ＡＰＤは一般に光の検出器
として用いられており、高速応答性などの優れた特性を
もつことが知られているが、荷電粒子の検出において
も、高速応答性とともに、小さい不感時間、なだれ増倍
による大きな出力レベル、小型、軽量、安価などの多く
の利点をもつ。
【００１３】図２は、ＡＰＤの１例の断面構造図であ
り、ｐ＋基板上に、π層、ｐ層、ｎ＋層をエピタキシャ
ル成長させたものである。動作時に、不純物濃度の小さ
いπ層は、入射された荷電粒子のエネルギーを吸収して
正孔電子対を生成する空乏層１０となり、また強い電界
がかけられるｐ層とｎ＋層の境界付近はなだれ領域１１
となる。
り、ｐ＋基板上に、π層、ｐ層、ｎ＋層をエピタキシャ
ル成長させたものである。動作時に、不純物濃度の小さ
いπ層は、入射された荷電粒子のエネルギーを吸収して
正孔電子対を生成する空乏層１０となり、また強い電界
がかけられるｐ層とｎ＋層の境界付近はなだれ領域１１
となる。
【００１４】また荷電粒子検出器は、チャンネルトロン
のように、２次電子倍増によって後段の回路で処理ので
きる大きさのパルスを出力できるものでもよい。
のように、２次電子倍増によって後段の回路で処理ので
きる大きさのパルスを出力できるものでもよい。
【００１５】相関器９は、２つの荷電粒子検出器７，
７′から出力される信号を一定時間ずつ遅延させながら
比較し、一致度を計数して遅延時間の関数として時間的
相互相関を演算するものである。２つの信号間に時間差
を与えるには一方の信号路中に遅延回路を挿入すればよ
いが、時間差の量を変更する方法には、可変遅延回路を
用いる方法、異なる遅延量をもつ複数個の遅延回路を並
列動作させる方法、シフトレジスタを遅延に用いる方法
などがある。
７′から出力される信号を一定時間ずつ遅延させながら
比較し、一致度を計数して遅延時間の関数として時間的
相互相関を演算するものである。２つの信号間に時間差
を与えるには一方の信号路中に遅延回路を挿入すればよ
いが、時間差の量を変更する方法には、可変遅延回路を
用いる方法、異なる遅延量をもつ複数個の遅延回路を並
列動作させる方法、シフトレジスタを遅延に用いる方法
などがある。
【００１６】図３は、可変遅延回路を用いた相関器の例
の構成図である。図１の増幅器８，８′から出力された
２つの信号は、それぞれ図３の波形弁別器１２，１２′
に入力される。波形弁別器１２，１２′は入力信号中の
雑音成分から検出パルス成分を分離するためのものであ
り、通常は一定閾値で入力信号をスライスする回路機構
が用いられる。波形弁別器１２，１２′からのパルス出
力信号は、波形成形器１３，１３′でパルス成形され、
さらに波形成形器１３の出力のみには可変遅延回路１４
で所定量の遅延を与えられて、それぞれＡＮＤ回路１５
の各入力と、カウンター１６，１６′とに入力される。
ＡＮＤ回路１５は可変遅延回路１４で遅延された荷電粒
子検出器７の出力パルス信号と、遅延されていない荷電
粒子検出器７′の出力パルス信号とを比較し、パルスの
一致を検出すると、カウンター１６″に一致出力を送
り、一致パルス数を計数させる。カウンター１６とカウ
ンター１６′は、それぞれ荷電粒子検出器７と荷電粒子
検出器７′からの出力パルスを計数し、それらの計数値
は、カウンター１６″の計数値を０と１の間に正規化し
た相互相関値を演算するために用いられる。
の構成図である。図１の増幅器８，８′から出力された
２つの信号は、それぞれ図３の波形弁別器１２，１２′
に入力される。波形弁別器１２，１２′は入力信号中の
雑音成分から検出パルス成分を分離するためのものであ
り、通常は一定閾値で入力信号をスライスする回路機構
が用いられる。波形弁別器１２，１２′からのパルス出
力信号は、波形成形器１３，１３′でパルス成形され、
さらに波形成形器１３の出力のみには可変遅延回路１４
で所定量の遅延を与えられて、それぞれＡＮＤ回路１５
の各入力と、カウンター１６，１６′とに入力される。
ＡＮＤ回路１５は可変遅延回路１４で遅延された荷電粒
子検出器７の出力パルス信号と、遅延されていない荷電
粒子検出器７′の出力パルス信号とを比較し、パルスの
一致を検出すると、カウンター１６″に一致出力を送
り、一致パルス数を計数させる。カウンター１６とカウ
ンター１６′は、それぞれ荷電粒子検出器７と荷電粒子
検出器７′からの出力パルスを計数し、それらの計数値
は、カウンター１６″の計数値を０と１の間に正規化し
た相互相関値を演算するために用いられる。
【００１７】図３の相関器では、可変遅延回路１４の遅
延量を一定時間ずつ変更しながら動作を繰り返す必要が
あり、処理時間が長くなる欠点がある。図４はこれを改
善した異なる遅延量をもつ複数個の遅延回路を並列動作
させる方法を用いた相関器の例の構成図である。
延量を一定時間ずつ変更しながら動作を繰り返す必要が
あり、処理時間が長くなる欠点がある。図４はこれを改
善した異なる遅延量をもつ複数個の遅延回路を並列動作
させる方法を用いた相関器の例の構成図である。
【００１８】図４において、波形成形器１３，１３′の
各出力信号は、それぞれ信号分配器１７，１７′に入力
され、そこでｎ個の同一レベルの信号に分割される。信
号分配器１７で分割されたｎ個の信号は、Δｔずつ異な
る遅延量をもつｎ個の遅延回路１４−１，１４−２，・
・・１４−ｎに並列に入力される。遅延回路１４−１，
１４−２，・・・１４−ｎの各出力と、信号分配器１
７′で分割されたｎ個の信号の対応するもの同士は、ｎ
個のＡＮＤ回路１５−１，１５−２，・・・１５−ｎに
それぞれ入力され、一致を検出されて、一致出力はそれ
ぞれカウンター１６″−１，１６″−２，・・・１６″
−ｎに送られて、一致パルス数の計数が並列に行なわれ
一挙に時間的相互相関を演算することができる。
各出力信号は、それぞれ信号分配器１７，１７′に入力
され、そこでｎ個の同一レベルの信号に分割される。信
号分配器１７で分割されたｎ個の信号は、Δｔずつ異な
る遅延量をもつｎ個の遅延回路１４−１，１４−２，・
・・１４−ｎに並列に入力される。遅延回路１４−１，
１４−２，・・・１４−ｎの各出力と、信号分配器１
７′で分割されたｎ個の信号の対応するもの同士は、ｎ
個のＡＮＤ回路１５−１，１５−２，・・・１５−ｎに
それぞれ入力され、一致を検出されて、一致出力はそれ
ぞれカウンター１６″−１，１６″−２，・・・１６″
−ｎに送られて、一致パルス数の計数が並列に行なわれ
一挙に時間的相互相関を演算することができる。
【００１９】図５は、シフトレジスタを遅延に用いる相
関器の例の構成図である。ここでは波形成形器１３と１
３′の後に、一定周期のクロックで動作するシフトレジ
スタ１８，１８′を設け、その各段の出力を遅延出力と
してＡＮＤ回路１５−１，１５−２，・・・の各一方の
入力に与え、ＡＮＤ回路の各他方の入力には、シフトレ
ジスタ１８′の異なる適当な段の出力を与えて、図４の
相関器と同様に並列的に時間的相互相関を演算してい
る。この図５の相関器は、図４の相関器にくらべてハー
ド量を削減できる利点をもつ。
関器の例の構成図である。ここでは波形成形器１３と１
３′の後に、一定周期のクロックで動作するシフトレジ
スタ１８，１８′を設け、その各段の出力を遅延出力と
してＡＮＤ回路１５−１，１５−２，・・・の各一方の
入力に与え、ＡＮＤ回路の各他方の入力には、シフトレ
ジスタ１８′の異なる適当な段の出力を与えて、図４の
相関器と同様に並列的に時間的相互相関を演算してい
る。この図５の相関器は、図４の相関器にくらべてハー
ド量を削減できる利点をもつ。
【００２０】また相関器は、アナログ的に２つの検出器
からの信号の掛け算を演算する回路にしてもよい。前述
の荷電粒子計数による相互相関の演算回路は、微小信号
量の場合にも信号雑音比を高くすることができるので高
速の動きの観測に適している。
からの信号の掛け算を演算する回路にしてもよい。前述
の荷電粒子計数による相互相関の演算回路は、微小信号
量の場合にも信号雑音比を高くすることができるので高
速の動きの観測に適している。
【００２１】次にこの実施例の構成を用いた測定の例を
図６の(a) に示す。ここでは荷電粒子は電子である。試
料１９は磁性体であって対物レンズの焦点をずらすこと
によって試料の磁壁の部分に、この例の場合では黒のコ
ントラスト（電子線量の少ない部分）を蛍光スクリーン
２０上に映し出すことができる。ただし図では試料１９
と蛍光スクリーン２０の間に入る拡大結像レンズ系は省
略されている。こうした磁壁は、外部より磁場を印加す
ると、図６の(b) のごとく移動して磁区構造が変化す
る。そこでこの移動速度を測定する場合を考える。
図６の(a) に示す。ここでは荷電粒子は電子である。試
料１９は磁性体であって対物レンズの焦点をずらすこと
によって試料の磁壁の部分に、この例の場合では黒のコ
ントラスト（電子線量の少ない部分）を蛍光スクリーン
２０上に映し出すことができる。ただし図では試料１９
と蛍光スクリーン２０の間に入る拡大結像レンズ系は省
略されている。こうした磁壁は、外部より磁場を印加す
ると、図６の(b) のごとく移動して磁区構造が変化す
る。そこでこの移動速度を測定する場合を考える。
【００２２】磁壁が移動する時の二つの検出器２１と２
２からの出力信号の様子を図７の(a) に示した。磁壁が
通過することによって、コントラストに対応して信号に
図のようなピークが現れる。この間の時間差を測定する
には二つの信号間の相互相関を前述の装置構成で演算す
るのがよい。図示の例の場合には、相互相関に図７の
(b) のようなピークが現れる。ピークの現れる遅延時間
ｔと検出時間の距離Ｌを拡大率Ｍで割った試料面換算の
距離ｌ＝Ｌ／Ｍから速度はｌ／ｔと求めることができ
る。この間の演算は、相互相関のピーク位置を自動測定
して、粒子線顕微鏡の拡大率を演算器に読み込むことに
よって自動的に演算が行なわれる構成とする。
２からの出力信号の様子を図７の(a) に示した。磁壁が
通過することによって、コントラストに対応して信号に
図のようなピークが現れる。この間の時間差を測定する
には二つの信号間の相互相関を前述の装置構成で演算す
るのがよい。図示の例の場合には、相互相関に図７の
(b) のようなピークが現れる。ピークの現れる遅延時間
ｔと検出時間の距離Ｌを拡大率Ｍで割った試料面換算の
距離ｌ＝Ｌ／Ｍから速度はｌ／ｔと求めることができ
る。この間の演算は、相互相関のピーク位置を自動測定
して、粒子線顕微鏡の拡大率を演算器に読み込むことに
よって自動的に演算が行なわれる構成とする。
【００２３】図８は、本発明の第２の実施例の構成図で
ある。この例では、荷電粒子線取り出し用の開口６は１
個設けられており、荷電粒子検出器７からの信号のパワ
ースペクトラムを演算することによって、試料３の注目
する部分が振動している場合にその振動数を測定するこ
とができる。また振動数の測定は、図９に示す第３の実
施例のように荷電粒子線取り出し用の開口６の下に２個
の荷電粒子検出器７，７′を設けて、それらの間の相互
相関を演算することによっても測定することができる。
この例では、図８の例とは異なり、荷電粒子検出器の不
感時間の影響が少ないために、高周波の振動測定に適し
ている。
ある。この例では、荷電粒子線取り出し用の開口６は１
個設けられており、荷電粒子検出器７からの信号のパワ
ースペクトラムを演算することによって、試料３の注目
する部分が振動している場合にその振動数を測定するこ
とができる。また振動数の測定は、図９に示す第３の実
施例のように荷電粒子線取り出し用の開口６の下に２個
の荷電粒子検出器７，７′を設けて、それらの間の相互
相関を演算することによっても測定することができる。
この例では、図８の例とは異なり、荷電粒子検出器の不
感時間の影響が少ないために、高周波の振動測定に適し
ている。
【００２４】図１０は、本発明の第４の実施例の構成図
で、図９に示した第３の実施例の構成に加えて、拡大像
の偏向装置２４と、その制御装置２５と、偏向のタイミ
ングに同期して演算結果を出力できるような相関器９
と、相関器９からの演算結果を制御装置２５からの同期
信号に合わせて表示記録する表示装置２６とからなる。
この例では、像を走査することによって試料の異なる部
分の振動数の測定ができ、その結果を２次元情報として
表示記録することができる。
で、図９に示した第３の実施例の構成に加えて、拡大像
の偏向装置２４と、その制御装置２５と、偏向のタイミ
ングに同期して演算結果を出力できるような相関器９
と、相関器９からの演算結果を制御装置２５からの同期
信号に合わせて表示記録する表示装置２６とからなる。
この例では、像を走査することによって試料の異なる部
分の振動数の測定ができ、その結果を２次元情報として
表示記録することができる。
【００２５】図１１に本発明の第５の実施例を示す。こ
の実施例における荷電粒子顕微鏡の構成は、試料に対し
てパルス状の電場を印加する電場印加装置２９と、荷電
粒子検出器７と、増幅器８と、相関器９を備えている。
試料３が例えば強誘電体の場合、電場の印加によって誘
電分極の方向が変化する。この変化の速度は、誘電分極
を形成する原始的メカニズムに依存しており、実用的に
は分極の変化、即ちスイッチングの速い物質が求められ
るが、本実施例はこうした分極変化の速度の計測を可能
にする。
の実施例における荷電粒子顕微鏡の構成は、試料に対し
てパルス状の電場を印加する電場印加装置２９と、荷電
粒子検出器７と、増幅器８と、相関器９を備えている。
試料３が例えば強誘電体の場合、電場の印加によって誘
電分極の方向が変化する。この変化の速度は、誘電分極
を形成する原始的メカニズムに依存しており、実用的に
は分極の変化、即ちスイッチングの速い物質が求められ
るが、本実施例はこうした分極変化の速度の計測を可能
にする。
【００２６】電場印加装置２９はパルス状の電場を試料
３に印加するとともに、トリガー信号を発生する。図１
２に示すように、このトリガー信号と、誘電分極の変化
に伴う試料像のコントラストの変化は、荷電粒子検出器
７に入射する強度の時間的変化として現れる。この時間
変化は、電場印加装置２９からのトリガー信号と荷電粒
子検出器７からの信号の相互相関を演算することによっ
て計測することができる。
３に印加するとともに、トリガー信号を発生する。図１
２に示すように、このトリガー信号と、誘電分極の変化
に伴う試料像のコントラストの変化は、荷電粒子検出器
７に入射する強度の時間的変化として現れる。この時間
変化は、電場印加装置２９からのトリガー信号と荷電粒
子検出器７からの信号の相互相関を演算することによっ
て計測することができる。
【００２７】また上記の実施例で、試料３に刺激を与え
る電場印加装置２９は、電気的な刺激を与える装置であ
るが、その他に磁気的、機械的、熱的、化学的な刺激も
しくは光子、原子、電子などの粒子による刺激を与える
装置であってもよい。
る電場印加装置２９は、電気的な刺激を与える装置であ
るが、その他に磁気的、機械的、熱的、化学的な刺激も
しくは光子、原子、電子などの粒子による刺激を与える
装置であってもよい。
【００２８】図１３に本発明の第６の実施例を示す。こ
の実施例における荷電粒子顕微鏡の構成は、観察面に２
次元に配列された荷電粒子検出器７と、相関器９と、表
示装置３１と、荷電粒子検出器７からの信号を相関器９
に入力するときの相関をとる組み合わせを選択できる配
線交換器３０から構成される。２次元に配列された荷電
粒子検出器７は、蛍光スクリーンに２次元に開口を並べ
たものの下に対応づけて置かれることができる。また荷
電粒子検出器７は１次元配列のものを用いることもでき
る。さらに１次元あるいは２次元配列の荷電粒子検出器
７は、直接荷電粒子顕微鏡像の位置に挿入されてもよ
い。
の実施例における荷電粒子顕微鏡の構成は、観察面に２
次元に配列された荷電粒子検出器７と、相関器９と、表
示装置３１と、荷電粒子検出器７からの信号を相関器９
に入力するときの相関をとる組み合わせを選択できる配
線交換器３０から構成される。２次元に配列された荷電
粒子検出器７は、蛍光スクリーンに２次元に開口を並べ
たものの下に対応づけて置かれることができる。また荷
電粒子検出器７は１次元配列のものを用いることもでき
る。さらに１次元あるいは２次元配列の荷電粒子検出器
７は、直接荷電粒子顕微鏡像の位置に挿入されてもよ
い。
【００２９】次に、こうした観察面の複数の位置におか
れた荷電粒子検出器による相関の具体的な測定例を説明
する。図１４は、１次元配列の荷電粒子検出器に対応す
る相関器の構成を示す。
れた荷電粒子検出器による相関の具体的な測定例を説明
する。図１４は、１次元配列の荷電粒子検出器に対応す
る相関器の構成を示す。
【００３０】荷電粒子顕微鏡像の位置に置かれた１次元
に並んだ６個の荷電粒子検出器３２と、それぞれの出力
を増幅する増幅器３３と、配線交換器３４と、２信号の
相互相関を演算する相関器３５，３６，３７が設けられ
る。ｒ1 ，ｒ2 ，ｒ3 の位置の荷電粒子検出器３２上に
図示した波形のような像のコントラストがあり、これが
例えば外部からの刺激で矢印で示したように動くものと
する。動きは振動でも位置方向への動きでも何でもかま
わない。動きは速く蓄積型のテレビ装置では追尾できな
いものとする。この運動の様子は以下のような相関測定
によって追尾できる。
に並んだ６個の荷電粒子検出器３２と、それぞれの出力
を増幅する増幅器３３と、配線交換器３４と、２信号の
相互相関を演算する相関器３５，３６，３７が設けられ
る。ｒ1 ，ｒ2 ，ｒ3 の位置の荷電粒子検出器３２上に
図示した波形のような像のコントラストがあり、これが
例えば外部からの刺激で矢印で示したように動くものと
する。動きは振動でも位置方向への動きでも何でもかま
わない。動きは速く蓄積型のテレビ装置では追尾できな
いものとする。この運動の様子は以下のような相関測定
によって追尾できる。
【００３１】〈ｉ(r1 , t)ｉ(r1+n ，ｔ＋τ）〉＋〈ｉ
(r2 ，t)ｉ(r2+n ，ｔ＋τ）〉＋〈ｉ(r3 ，t)ｉ
(r3+n ，ｔ＋τ）〉 ｒ1 ，ｒ2 ，ｒ3 の時刻ｔにおける荷電粒子強度を、ｒ
2 ，ｒ3 ，ｒ4 と、ｒ3，ｒ4 ，ｒ5 と、ｒ4 ，ｒ5 ，
ｒ6 の時刻ｔ＋τにおける荷電粒子強度との相関を演算
する。この結果を図１５に示した。遅延時間τに対して
３つの相互相関の結果を表示すると時々刻々の対象の運
動を追尾することができる。
(r2 ，t)ｉ(r2+n ，ｔ＋τ）〉＋〈ｉ(r3 ，t)ｉ
(r3+n ，ｔ＋τ）〉 ｒ1 ，ｒ2 ，ｒ3 の時刻ｔにおける荷電粒子強度を、ｒ
2 ，ｒ3 ，ｒ4 と、ｒ3，ｒ4 ，ｒ5 と、ｒ4 ，ｒ5 ，
ｒ6 の時刻ｔ＋τにおける荷電粒子強度との相関を演算
する。この結果を図１５に示した。遅延時間τに対して
３つの相互相関の結果を表示すると時々刻々の対象の運
動を追尾することができる。
【００３２】以上の機能で、相関をとる組み合わせは観
察対象に応じて変える必要があるため、配線交換器３４
によって操作者が組み合わせを選択できるものとする。
また荷電粒子検出器３２は、２次元に配列することによ
って２次元的に運動を追尾することができる。
察対象に応じて変える必要があるため、配線交換器３４
によって操作者が組み合わせを選択できるものとする。
また荷電粒子検出器３２は、２次元に配列することによ
って２次元的に運動を追尾することができる。
【００３３】
【発明の効果】本発明によれば、試料の微小領域の原子
構造、磁気的構造、電気的構造の動的な変化の定量的測
定が可能となる。
構造、磁気的構造、電気的構造の動的な変化の定量的測
定が可能となる。
【図１】本発明の第１の実施例の構成図である。
【図２】アバランシェフォトダイオードの断面構造図で
ある。
ある。
【図３】可変遅延回路を用いた相関器の例の構成図であ
る。
る。
【図４】異なる遅延量をもつ複数個の遅延回路を並列動
作させる相関器の例の構成図である。
作させる相関器の例の構成図である。
【図５】シフトレジスタを遅延に用いた相関器の例の構
成図である。
成図である。
【図６】磁性体の磁壁の移動速度の測定例の説明図であ
る。
る。
【図７】磁性体の磁壁の移動速度測定時の荷電粒子検出
信号と相互相関の例の説明図である。
信号と相互相関の例の説明図である。
【図８】本発明の第２の実施例の構成図である。
【図９】本発明の第３の実施例の構成図である。
【図１０】本発明の第４の実施例の構成図である。
【図１１】本発明の第５の実施例の構成図である。
【図１２】第５の実施例の動作波形図である。
【図１３】本発明の第６の実施例の構成図である。
【図１４】第６の実施例の具体例の構成図である。
【図１５】第６の実施例の具体例の動作波形図である。
【図１６】従来技術の説明図である。
１：荷電粒子源
２：照射レンズ系
３：試料
４：拡大結像レンズ系
５：蛍光スクリーン
６，６′：荷電粒子取り出し用の開口
７，７′：荷電粒子検出器
８，８′：増幅器
９：相関器
１０：空乏層
１１：なだれ領域
１２：波形弁別器
１３：波形成形器
１４：可変遅延回路
１５：ＡＮＤ回路
１６：カウンター
１７：パルス分配器
１８：シフトレジスタ
１９：試料
２０：蛍光スクリーン
２１，２２：荷電粒子検出器
２３：パワースペクトル演算器
２４：偏向装置
２５：制御装置
２６：表示装置
２７：ＴＶカメラ
２８：ＶＴＲ
２９：電場印加装置
３０：配線交換器
３１：表示装置
３２：荷電粒子検出器
３３：増幅器
３４：配線交換器
３５〜３７：相関器
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 遠藤 潤二
埼玉県坂戸市鶴舞３−３−33
(72)発明者 児玉 哲司
愛知県名古屋市熱田区大宝２−４−43
白鳥住宅５−21
(72)発明者 浦上 恒幸
静岡県周智郡森町森586−１
(72)発明者 土屋 広司
静岡県浜松市野口町353 Ｂ−502
(72)発明者 大須賀 慎二
静岡県浜松市有玉西町675−146
(56)参考文献 特開 平５−47334（ＪＰ，Ａ)
特開 平５−109378（ＪＰ，Ａ)
特開 平９−63528（ＪＰ，Ａ)
特開 昭61−4144（ＪＰ，Ａ)
特開 昭57−65659（ＪＰ，Ａ)
特開 昭64−52369（ＪＰ，Ａ)
特開 昭56−63761（ＪＰ，Ａ)
特開 昭63−80453（ＪＰ，Ａ)
特開 昭62−89170（ＪＰ，Ａ)
特開 昭64−33837（ＪＰ，Ａ)
特開 昭62−283538（ＪＰ，Ａ)
特開 昭62−115636（ＪＰ，Ａ)
実開 昭61−6253（ＪＰ，Ｕ)
実開 昭57−148758（ＪＰ，Ｕ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01J 37/26
H01J 37/244
Claims (9)
- 【請求項１】 荷電粒子源と、照射レンズ系と、拡大結
像レンズ系とを有する荷電粒子顕微鏡の観察装置におい
て、 拡大結像レンズ系の結像面の少なくとも２箇所以上に設
けられ、結像面に投射された荷電粒子束の所定部分の荷
電粒子を取り出す荷電粒子取り出し手段と、 荷電粒子取り出し手段により取り出された荷電粒子を検
出する荷電粒子検出器と、 荷電粒子検出器から出力される信号を処理する信号処理
手段と、 を備えたことを特徴とする荷電粒子顕微鏡の観察装置。 - 【請求項２】 請求項１において、信号処理手段は、２
箇所以上に設けられた各荷電粒子取り出し手段対応の荷
電粒子検出器からそれぞれ出力される信号間の相互相関
演算を行なうことを特徴とする荷電粒子顕微鏡の観察装
置。 - 【請求項３】 請求項２において、信号処理手段は、２
箇所の荷電粒子取り出し手段対応の荷電粒子検出器から
それぞれ出力される信号間の相互相関演算の結果のピー
ク位置の時間と、上記２箇所の荷電粒子取り出し手段間
の距離とにより、試料像の注目する構造の移動速度を求
めることを特徴とする荷電粒子顕微鏡の観察装置。 - 【請求項４】 請求項２において、信号処理手段は、２
箇所の荷電粒子取り出し手段対応の荷電粒子検出器から
それぞれ出力される信号間の相互相関演算により、試料
像の注目する部分の振動数を求めることを特徴とする荷
電粒子顕微鏡の観察装置。 - 【請求項５】 請求項１において、信号処理手段は、１
箇所の荷電粒子取り出し手段対応の荷電粒子検出器から
出力される信号のパワースペクトル演算を行ない、試料
像の注目する部分の振動数を求めることを特徴とする荷
電粒子顕微鏡の観察装置。 - 【請求項６】 請求項４または請求項５において、さら
に、試料像の偏向を行なう偏向装置と、偏向装置に対し
て偏向量を時系列的に変化させる制御を行なう制御装置
と、制御装置による偏向量の時系列的制御および信号処
理手段の演算結果を同期させて表示記録する出力装置と
を備え、試料の２次元的な振動数分布を観測可能にする
荷電粒子顕微鏡の観察装置。 - 【請求項７】 請求項１ないし請求項６のいずれか１項
において、２箇所以上に設けられた荷電粒子取り出し手
段は結像面に設けられた蛍光スクリーンに開けた開口で
あり、荷電粒子検出器はアバランシェフォトダイオード
であって蛍光スクリーンの背後に上記開口と対向させて
設けられていることを特徴とする荷電粒子顕微鏡の観察
装置。 - 【請求項８】 請求項１ないし請求項７のいずれか１項
において、試料に対して外部より電気的、磁気的、機械
的、熱的、化学的な刺激のいずれかもしくは光子、原
子、電子による刺激のいずれかを与える手段と、試料か
ら散乱された電子を導く手段と、刺激に同期した信号と
電子との相互相関を演算する手段を備えたことを特徴と
する荷電粒子顕微鏡の観察装置。 - 【請求項９】 請求項１ないし請求項８のいずれか１項
において、１次元または、２次元に配列された複数の荷
電粒子検出手段と、その各々の検出手段の間の相関を演
算する組み合わせを選択できる手段と、相関演算結果を
表示する手段とからなり、任意の位置と時間に関する荷
電粒子顕微鏡像の相関を計測できることを特徴とする荷
電粒子顕微鏡の観察装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21746595A JP3441855B2 (ja) | 1995-08-25 | 1995-08-25 | 荷電粒子顕微鏡の観察装置 |
| EP96306014A EP0762467B1 (en) | 1995-08-25 | 1996-08-16 | Image viewing apparatus for charged particle microscope using the same |
| DE69632106T DE69632106T2 (de) | 1995-08-25 | 1996-08-16 | Bildbeobachtungsgerät für Ladungsträgerteilchenmikroskop unter Verwendung desselben |
| US08/702,183 US5811805A (en) | 1995-08-25 | 1996-08-23 | Charged particle guide apparatus and image viewing apparatus for charged particle microscope using the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21746595A JP3441855B2 (ja) | 1995-08-25 | 1995-08-25 | 荷電粒子顕微鏡の観察装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0963530A JPH0963530A (ja) | 1997-03-07 |
| JP3441855B2 true JP3441855B2 (ja) | 2003-09-02 |
Family
ID=16704663
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21746595A Expired - Fee Related JP3441855B2 (ja) | 1995-08-25 | 1995-08-25 | 荷電粒子顕微鏡の観察装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5811805A (ja) |
| EP (1) | EP0762467B1 (ja) |
| JP (1) | JP3441855B2 (ja) |
| DE (1) | DE69632106T2 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
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| US6218671B1 (en) * | 1998-08-31 | 2001-04-17 | Nikon Corporation | On-line dynamic corrections adjustment method |
| US6583413B1 (en) * | 1999-09-01 | 2003-06-24 | Hitachi, Ltd. | Method of inspecting a circuit pattern and inspecting instrument |
| US6567497B2 (en) | 2001-04-20 | 2003-05-20 | Lockheed Martin Corporation | Method and apparatus for inspecting a structure using X-rays |
| JP4917839B2 (ja) * | 2006-06-02 | 2012-04-18 | 株式会社日立ハイテクノロジーズ | 走査型荷電粒子線装置、その像表示方法、および走査型顕微鏡 |
| DE102009016861A1 (de) * | 2009-04-08 | 2010-10-21 | Carl Zeiss Nts Gmbh | Teilchenstrahlmikroskop |
| US8552377B2 (en) * | 2010-12-14 | 2013-10-08 | Hermes Microvision, Inc. | Particle detection system |
| EP2503682B1 (de) * | 2011-03-22 | 2013-09-25 | Siemens Aktiengesellschaft | Schaltungsanordnung |
| JP6961465B2 (ja) * | 2017-11-07 | 2021-11-05 | キヤノン株式会社 | 電子線検出素子、電子顕微鏡、および、透過型電子顕微鏡 |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JPS56165255A (en) * | 1980-05-26 | 1981-12-18 | Hitachi Ltd | Image indicating method for transmission scan electron microscope |
| JPH0634027B2 (ja) * | 1983-05-25 | 1994-05-02 | パウ ルイ | 集積回路又はプリント回路のような電気的装置の検査方法 |
| US4864131A (en) * | 1987-11-09 | 1989-09-05 | The University Of Michigan | Positron microscopy |
| JP2563134B2 (ja) * | 1989-01-25 | 1996-12-11 | 日本電子株式会社 | 走査透過型位相差電子顕微鏡 |
| DE69128104T2 (de) * | 1990-05-18 | 1998-04-09 | Hitachi Ltd | Elektronenmikroskop, Probenstellglied für ein Elektronenmikroskop und Verfahren zum Beobachten von mikroskopischen Bildern |
| US5552602A (en) * | 1991-05-15 | 1996-09-03 | Hitachi, Ltd. | Electron microscope |
| JP2917697B2 (ja) * | 1992-09-17 | 1999-07-12 | 株式会社日立製作所 | 透過電子顕微鏡 |
| JPH06181045A (ja) * | 1992-10-13 | 1994-06-28 | Hitachi Ltd | 像観察方法及び透過電子顕微鏡装置 |
-
1995
- 1995-08-25 JP JP21746595A patent/JP3441855B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1996
- 1996-08-16 EP EP96306014A patent/EP0762467B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1996-08-16 DE DE69632106T patent/DE69632106T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1996-08-23 US US08/702,183 patent/US5811805A/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
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|---|---|
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| EP0762467B1 (en) | 2004-04-07 |
| DE69632106D1 (de) | 2004-05-13 |
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| EP0762467A2 (en) | 1997-03-12 |
| JPH0963530A (ja) | 1997-03-07 |
| EP0762467A3 (en) | 1998-09-23 |
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|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |