JP4790567B2 - Aberration measurement method, aberration correction method and electron microscope using Ronchigram - Google Patents
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本発明は電子線を試料上に集束させ、その電子線(単に「プローブ」と称することがある)を試料上で走査して、試料を透過した電子の検出信号を電子線走査に同期させて画像表示するようにした電子顕微鏡に関わり、特に照射系収差補正器を装備する電子顕微鏡におけるロンチグラムを用いた収差測定方法及び収差補正方法及び装置に関する。 The present invention focuses an electron beam on a sample, scans the electron beam (sometimes simply referred to as a “probe”) on the sample, and synchronizes the detection signal of the electrons transmitted through the sample with the electron beam scanning. The present invention relates to an electron microscope configured to display an image, and more particularly to an aberration measuring method and an aberration correcting method and apparatus using a Ronchigram in an electron microscope equipped with an irradiation system aberration corrector.
透過電子顕微鏡において、電子線を試料上に集束させ、その電子線を試料上で走査して、試料を透過した電子の検出信号を電子線走査に同期させて画像表示する方法は、走査透過電子顕微鏡像(STEM像)観察法と呼ばれる。STEM像の空間分解能は、試料に照射される電子線が持つ各種の収差に左右される。近年は、球面収差の補正が可能な収差補正器を照射系に組み込むことにより、従来よりも細かい電子線径を得ることのできる装置が実用化されている。このような装置において、電子線の収差を測定する方法として、以下の2つの方法が知られている。 In a transmission electron microscope, a method of focusing an electron beam on a sample, scanning the electron beam on the sample, and displaying an image in synchronization with the electron detection signal of the electron transmitted through the sample is a scanning transmission electron. This is called a microscopic image (STEM image) observation method. The spatial resolution of the STEM image depends on various aberrations of the electron beam irradiated on the sample. In recent years, an apparatus capable of obtaining an electron beam diameter finer than the conventional one by incorporating an aberration corrector capable of correcting spherical aberration into an irradiation system has been put into practical use. In such an apparatus, the following two methods are known as methods for measuring the aberration of an electron beam.
1)フーリエ分析から計算したプローブ形状を用いて収差を補正する方法
標準サンプル(nmオーダの金微粒子)の暗視野像において、正焦点とアンダー(或いはオーバーフォーカス)像を取得する。そして、正焦点とアンダー(或いはオーバーフォーカス)像を用いてフーリエ分析から計算したプローブ形状を計算し、収差を見積もる。その見積もられた収差から各偏向系や非点収差補正装置のパラメータを変化させ収差補正を行なう。この方法はロンチグラムを用いない方法である。ここで、ロンチグラム(Ronchigram)とは、STEM像観察モードにおいて、試料上に収束した電子線によりできる試料の無限遠方(後焦点面)射影図形をいう。
1) Method for correcting aberration using probe shape calculated from Fourier analysis A normal focus and under (or over focus) image is acquired in a dark field image of a standard sample (gold fine particles on the order of nm). Then, the probe shape calculated from Fourier analysis is calculated using the positive focus and under (or overfocus) images, and the aberration is estimated. Aberration correction is performed by changing parameters of each deflection system and astigmatism correction device from the estimated aberration. This method does not use a Ronchigram. Here, the Ronchigram means a projected image of the sample at infinity (rear focal plane) formed by an electron beam converged on the sample in the STEM image observation mode.
2)標準試料(金微粒子)等のロンチグラム観察を行ない、ロンチグラム上に場所(微小角度領域)による倍率の変化から収差を計算している。場所による倍率の変化を計算する際、試料上でビームを移動させ、移動前後のロンチグラム図形の移動量を用いている。その計算された収差から、各偏向系やスチグマを変化させて収差補正を行なう。この方法は、ロンチグラムを用いた方法である。 2) Ronchigram observation of a standard sample (gold fine particles) or the like is performed, and the aberration is calculated from the change in magnification depending on the location (small angle region) on the Ronchigram. When calculating the change in magnification depending on the location, the beam is moved on the sample, and the movement amount of the Ronchigram figure before and after the movement is used. Aberration correction is performed by changing each deflection system and stigma from the calculated aberration. This method is a method using Ronchigram.
従来のこの種の装置としては、物体をその物体に集束した粒子ビームで映像化し、その映像を記録し、その記録までの工程をアンダーフォーカス及びオーバーフォーカスしたビームで繰り返し、映像をフーリエ変換し、オーバーフォーカスした映像の変換を集束した映像の変換で分割し、その分割結果を逆変換し、アンダーフォーカスした映像の変換を集束した映像の変換で分割し、その分割結果を逆変換してプローブの輝度プロファイル、即ちオーバーフォーカス及びアンダーフォーカスの光源の映像を決定し、映像の中心についての輪郭の非対称性と、輪郭の幅、特に半値幅、及び/又は中心についての輪郭の曲率を決定し、これらのパラメータについてのプローブの輪郭の差異を映像の収差の決定に用いるものがある(例えば、特許文献1の米国出願公開特許2003/0001102号公報参照)。
As a conventional device of this type, an object is imaged with a particle beam focused on the object, the image is recorded, the process up to the recording is repeated with underfocused and overfocused beams, and the image is Fourier transformed. Divide the conversion of the overfocused video by the conversion of the focused video, reversely convert the division result, divide the conversion of the underfocused video by the conversion of the focused video, reversely convert the division result, Determine the luminance profile, i.e. the image of the overfocus and underfocus light sources, determine the asymmetry of the contour about the center of the image, the width of the contour, in particular the half width, and / or the curvature of the contour about the center, these There are some which use the difference in the contour of the probe with respect to the parameters of the image to determine the aberration of the image (for example, patent documents) See
また、荷電粒子線を用いた装置であって、その光学収差を最小にするものにおいて、荷電粒子源と、荷電粒子レンズのプローブ形成システムと、複数の2次元の検出器と、電源と、コンピュータと、好適なソフトウェアとを含み、収差補正を自動で行なうものがある(例えば、特許文献2の米国特許第6552340号公報参照)。
An apparatus using a charged particle beam, which minimizes optical aberrations, includes a charged particle source, a charged particle lens probe forming system, a plurality of two-dimensional detectors, a power supply, and a computer. And suitable software, which automatically corrects aberrations (see, for example, US Pat. No. 6,552,340 of Patent Document 2).
前記した従来の方法では、以下に示すような問題がある。 The conventional method described above has the following problems.
上記技術は、何れの方法も標準サンプルを用いた方法である。この際、実際の試料を観察する場合には、試料交換が必要である。また、観察する試料の場所を探すため、STEMモードからTEMモードに移行する場合もある。多からず、少なからず偏向系やスチグマトールのドリフトが起きる。 Any of the above techniques uses a standard sample. At this time, when observing an actual sample, it is necessary to replace the sample. In addition, there is a case where the STEM mode is shifted to the TEM mode in order to find the location of the sample to be observed. Not a few, but not a few, drift of the deflection system and stigmatol occur.
実際のサンプル観察時には、各種補正したはずの収差がドリフト(レンズの磁場の時間的変化)により変化しており、その導入された収差から超高分解能像が得られないという問題がある。 When actually observing a sample, the aberrations that should be corrected variously change due to drift (temporal change in the magnetic field of the lens), and there is a problem that an ultrahigh resolution image cannot be obtained from the introduced aberrations.
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、実際のサンプルに存在するアモルファス部(試料端に存在する数nmのものでよい)のロンチグラム観察を用いて残留する収差を調整することができるロンチグラムを用いた収差測定方法及び収差補正方法及び装置を提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of such problems, and adjusts residual aberrations by using Ronchigram observation of an amorphous portion (may be several nm existing at the end of the sample) present in an actual sample. An object of the present invention is to provide an aberration measurement method and an aberration correction method and apparatus using a Ronchigram that can be performed.
照射系収差補正器では、収差を補正する調整法が重要になる。ロンチグラムは、残留する収差により形状が変化する。このロンチグラムを観察することにより、操作者が残留収差の種類を把握し、収差を補正する。また、ロンチグラム図形を画像取得し、自動的に収差の量と大きさを計算する。 In the irradiation system aberration corrector, an adjustment method for correcting the aberration is important. The shape of the Ronchigram changes due to residual aberration. By observing this Ronchigram, the operator grasps the type of residual aberration and corrects the aberration. Also, Ronchigram figures are acquired and the amount and size of aberrations are automatically calculated.
(1)請求項1記載の発明は、電子線を試料上に集束させ、その電子線を試料上で走査して、試料を透過した電子の検出信号を電子線走査に同期させて画像表示する機能を有する電子顕微鏡において、アモルファスの試料のロンチグラム図形の局所領域の自己相関をとり、該自己相関又は該自己相関のフーリエ解析から開口面上における局所角度領域から形成される電子線の収差を検出し、該検出結果に基づいて各収差を計算することを特徴とする。
(1) The invention described in
(2)請求項2記載の発明は、前記自己相関を表わす関数としてガウス関数を用いることを特徴とする。
(2) The invention described in
(3)請求項3記載の発明は、前記自己相関を解析する際、前記自己相関の等コントラスト部を楕円関数でフィッティングすることを特徴とする。
(3) The invention according to
(4)請求項4記載の発明は、前記電子線の収差の絶対値を求めるために、前記ロンチグラム図形を取得した時のフォーカス位置ずれ量と正焦点位置との距離を用いて前記電子線の収差の変化を表わすパラメータを規格化することを特徴とする。
(4) According to the invention of
(5)請求項5記載の発明は、前記電子線の収差の絶対値を求めるために、フォーカス位置の異なる2枚のロンチグラム図形を取得し、フォーカス位置の差分距離を用いて前記電子線の収差を表わすパラメータを規格化することを特徴とする。 (5) In the invention according to claim 5, in order to obtain the absolute value of the aberration of the electron beam, two Ronchigram figures with different focus positions are acquired, and the aberration of the electron beam is obtained using the difference distance of the focus position. It is characterized by normalizing a parameter representing.
(6)請求項6記載の発明は、試料に照射する電子線のエネルギーを変えた時の幾何収差の変化をロンチグラムの局所領域の変化として検出し、電子線のエネルギー変化分と焦点ずれの大きさから色収差係数を測定することを特徴とする。 (6) The invention according to claim 6 detects a change in geometric aberration when the energy of the electron beam applied to the sample is changed as a change in the local region of the Ronchigram, and the amount of energy change of the electron beam and the magnitude of defocusing. Then, a chromatic aberration coefficient is measured.
(7)請求項7記載の発明は、前記収差測定方法を用いて収差補正を行なうことを特徴とする。
(7) The invention according to
(8)請求項8記載の発明は、電子線を試料上に集束させ、その電子線を試料上で走査して、試料を透過した電子の検出信号を電子線走査に同期させて画像表示する機能を有する電子顕微鏡において、アモルファスの試料のロンチグラムの微小領域の自己相関をとる第1の演算手段と、該自己相関又は該自己相関のフーリエ解析から開口面上における局所角度領域から形成される電子線の収差を検出する検出手段と、該検出結果に基づいて各収差を計算する第2の演算手段と、該第2の演算手段の演算結果に基づいて収差補正動作を制御する制御手段とを有することを特徴とする。
(8) In the invention according to
(1)請求項1記載の発明によれば、ロンチグラムを用いた自動収差補正を自動的に行なうことができる。 (1) According to the first aspect of the invention, automatic aberration correction using Ronchigram can be automatically performed.
(2)請求項2記載の発明によれば、前記自己相関を表わす関数としてガウス関数を用いることができる。
(2) According to the invention described in
(3)請求項3記載の発明によれば、前記自己相関の等コントラスト部を楕円関数でフィッティングすることで、自己相関をより正確に解析することができる。
(3) According to the invention described in
(4)請求項4記載の発明によれば、電子線の収差の絶対値を求めることができる。
(4) According to the invention described in
(5)請求項5記載の発明によれば、電子線の収差の絶対値を求めることができる。 (5) According to the invention described in claim 5, the absolute value of the aberration of the electron beam can be obtained.
(6)請求項6記載の発明によれば、色収差係数を測定することができる。 (6) According to the invention described in claim 6, the chromatic aberration coefficient can be measured.
(7)請求項7記載の発明によれば、収差補正を行なうことができる。 (7) According to the seventh aspect of the invention, aberration correction can be performed.
(8)請求項8記載の発明によれば、ロンチグラムを用いた収差補正を自動的に行なうことができる。
(8) According to the invention described in
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。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は本発明を実施する装置の構成例を示すブロック図である。図において、1は電子線を発生する電子銃、2は非点収差補正素子(スチグマ)を含む第1収束レンズ、3は照射系の収差を補正する非点収差補正素子を含む照射系収差補正器である。 FIG. 1 is a block diagram showing a configuration example of an apparatus for carrying out the present invention. In the figure, 1 is an electron gun that generates an electron beam, 2 is a first converging lens that includes an astigmatism correction element (stigma), and 3 is an irradiation system aberration correction that includes an astigmatism correction element that corrects the aberration of the irradiation system. It is a vessel.
該照射系収差補正器3には電子線偏向素子と非点補正素子(スチグマを含む)が含まれる。4は電子線偏向素子を含む第2収束レンズ、5は試料上で電子線を走査するための走査部、6は対物レンズ、7は試料ステージ、8は中間・投影レンズ、9は投影された画像を観察する観察室である。観察室9には投影板10(移動可能)とCCDカメラ11が備えられている。12は電子銃1に高電圧を印加する高圧制御部、13は照射系収差補正器3の収差補正制御部、14は各レンズの電源を駆動するためのレンズ制御部、15は走査部5の走査制御部である。試料ステージ7には、試料を含む。さらに、この装置には、画像処理部16、インターフェース17、コンピュータ18、表示装置19、入力装置20が備えられている。
このように構成された装置の動作を概説すれば、以下の通りである。
The irradiation
An outline of the operation of the apparatus configured as described above is as follows.
電子銃1から出射された電子線は、第1収束レンズにより収束されると共に、非点収差補正が行われ、照射系収差補正器3に入る。該照射系収差補正器3では、電子線の2次元方向への偏向と、球面収差を含む収差補正を行なう。対物レンズの前方焦点からの電子線は、試料(図示せず)に照射される。
The electron beam emitted from the
この時、試料を透過した電子線は対物レンズ6の後焦点で収束された後、中間・投影レンズ8を介して観察室9の投影板10に像が投影される。オペレータは、投影板10投影された像若しくはCCDカメラ11で取得された画像を表示装置19上で見ることができ、入力装置20を用いて装置を操作できる。
At this time, the electron beam transmitted through the sample is converged at the back focal point of the objective lens 6, and then an image is projected onto the
次に、図6に基づいてプローブの収差とロンチグラム図形との関係について説明する。図6において、対物レンズ5の前方焦点面(又は第1収束レンズの絞り面)の角度空間面(これを「開口面」という)を収束角α、方位角をθで表わすと、T1、T2、T3のように開口面上の特定の角度領域を「開口面上での局所角度領域」と呼ぶ。観察室9の投影板10上にはロンチグラムが観察される。プローブの異なる角度に対応した試料の無限遠方における投影図形がロンチグラム上に投影され、開口面上の局所角度領域とロンチグラム上の局所角度領域とは1対1の関係がある。
Next, the relationship between the probe aberration and the Ronchigram figure will be described with reference to FIG. In FIG. 6, when the angle space surface (this is referred to as “aperture surface”) of the front focal plane of the objective lens 5 (or the diaphragm surface of the first converging lens) is represented by the convergence angle α and the azimuth angle is represented by θ, T1, T2 , A specific angle region on the opening surface as T3 is referred to as "local angle region on the opening surface". A Ronchigram is observed on the
次に、収差補正の実際について説明する。図2は収差補正処理を示す図である。図は、本発明の一実施例におけるディスプレイ上に表示した表示画面中のメイン画面の一例を中間調画像の写真で示す図である(以下、図3,図4も同じ)。先ず、手動による場合について説明する。走査透過電子顕微鏡(STEM)モードにして、ロンチグラムを観察しやすいカメラ長、走査倍率にする。次に、ビームの走査を止めるため、スポットモードにする。次に、ロンチグラムを観察するために、試料端のアモルファス部に移動する。 Next, actual aberration correction will be described. FIG. 2 is a diagram showing aberration correction processing. The figure is a diagram showing an example of a main screen in the display screen displayed on the display in one embodiment of the present invention as a photograph of a halftone image (the same applies to FIGS. 3 and 4 below). First, a manual case will be described. The scanning transmission electron microscope (STEM) mode is set, and the camera length and scanning magnification at which the Ronchigram can be easily observed are set. Next, the spot mode is set to stop the beam scanning. Next, in order to observe a Ronchigram, it moves to the amorphous part of the sample end.
試料ステージにより試料高さを変えて、試料上にビームをフォーカスさせ、ロンチグラムを観察する。図2(a)に示すような白丸で示す中心に、線状の模様が観察される。その周囲は、放射状の模様からなり、球面収差補正素子が6極子よりなる場合には、図2(b)に示すようにP,Q,Rの3つあるいは6つの放射状模様からなるロンチグラムである。一般的に、球面収差補正器が有る場合は、多数の放射状模様からなるロンチグラムが見られる。 The sample height is changed by the sample stage, the beam is focused on the sample, and the Ronchigram is observed. A linear pattern is observed at the center indicated by a white circle as shown in FIG. When the spherical aberration correction element is composed of hexapoles, the periphery thereof is a Ronchigram composed of three or six radial patterns of P, Q, and R as shown in FIG. 2 (b). . In general, when there is a spherical aberration corrector, a Ronchigram consisting of a large number of radial patterns can be seen.
ここで、中心部にある特定の方向性を持った線を、非点補正コイルで線が無くなるようにする。この際、フォーカスを変化させて、図2(c),(d)に示すように線の方向が反転するのを確かめながら行なう。この結果、図2(e)に示すように、正焦点付近で中心部に方向性を持った線がないロンチグラムを得るようにする。これによって二回非点を補正できる。 Here, a line having a specific directivity in the central portion is eliminated by the astigmatism correction coil. At this time, the focus is changed to confirm that the direction of the line is reversed as shown in FIGS. As a result, as shown in FIG. 2E, a Ronchigram having no directional line in the center near the normal focal point is obtained. As a result, the astigmatism can be corrected twice.
次に、図3に示すように周囲に見られる放射状模様の線の長さが同じになるように偏向コイルで合わせる。この結果、放射状網の線は、図3(a)から(e)又は(f)に示すように変化する。一般的に、偏向コイルでロンチグラム上のすべての放射状模様の形状が均等になるように合わせることによってコマ収差を補正できる。 Next, as shown in FIG. 3, the lengths of the radial pattern lines seen in the periphery are matched by the deflection coil. As a result, the radial mesh line changes as shown in FIGS. 3 (a) to 3 (e) or (f). In general, coma aberration can be corrected by matching all the radial patterns on the Ronchigram with a deflection coil.
上記図2及び図3に示す処理を必要回数繰り返し、正焦点で以下のような中心部のコントラストがフラットなロンチグラムを得るようにする。図4は収差補正処理を示す図であり、収差が補正されると、図の真ん中付近のコントラストのない領域が拡大する。 The processing shown in FIGS. 2 and 3 is repeated as many times as necessary to obtain a Ronchigram with a flat center and a flat contrast as follows. FIG. 4 is a diagram showing the aberration correction processing. When the aberration is corrected, a region without contrast near the center of the figure is enlarged.
以上に述べたように、ロンチグラム図形中でのアモルファス像の変化から各種収差の様子を捉えることができる。本発明では、上述した工程を自動で行なうようにしたものであり、更に高次の収差まで計算し、補正することができる。 As described above, various aberrations can be grasped from the change of the amorphous image in the Ronchigram figure. In the present invention, the above-described steps are automatically performed, and even higher-order aberrations can be calculated and corrected.
ロンチグラムの画像認識から収差計算を以下のようにして行なう。その収差計算の結果を用いて、コンピュータ制御によって収差補正を行なう。図8は、コンピュータ制御によって収差補正を行なうための手段と工程の例を示すブロック図である。図8において、コンピュータ18は、アモルファスの試料のロンチグラムの微小領域の自己相関をとる第1の演算手段30と、自己相関又は自己相関のフーリエ解析から開口面上における局所角度領域から形成される電子線の収差を検出する検出手段31と、検出手段31による検出結果に基づいて各収差を計算する第2の演算手段32を備えている。また、収差補正制御部13は、第2の演算手段の演算結果に基づいて照射系収差補正器3の収差補正動作を制御する。
Aberration calculation is performed as follows from image recognition of the Ronchigram. Aberration correction is performed by computer control using the aberration calculation result. FIG. 8 is a block diagram showing an example of means and steps for performing aberration correction by computer control. In FIG. 8, a
以下に示す方法は、ロンチグラムの局所領域の自己相関関数から、幾何収差の微分を求めることにより各収差関数を求める方法である。ここで、収差関数χとは、波面収差の和を表したものである。高分解能電子顕微鏡を扱う場合、軸上収差のみを扱うので、以下のような収差となる。各収差は、振幅部と角度部を持つ。 The method shown below is a method for obtaining each aberration function by obtaining a differential of the geometric aberration from the autocorrelation function of the local region of the Ronchigram. Here, the aberration function χ represents the sum of wavefront aberrations. When handling a high-resolution electron microscope, only axial aberrations are handled, so the following aberrations are obtained. Each aberration has an amplitude part and an angle part.
収差関数χ=焦点ズレ+2回非点+3回非点+軸上コマ+球面収差+4回非点+スター収差+5回非点+Three lobe収差+4次の軸上コマ+5次の球面収差+6回非点…
ここで、アモルファスの試料のロンチグラムの微小領域の自己相関をとる演算方法(第1の演算手段により実行される)について説明する。自己相関関数とは、着目する関数をfとすると、次式で表わされる。
Aberration function χ = focal shift + 2 astigmatism + 3 astigmatism + axial coma + spherical aberration + 4th astigmatism + star aberration + 5th astigmatism + Three lobe aberration + 4th order axial coma + 5th order spherical aberration + 6th astigmatism ...
Here, a calculation method (executed by the first calculation means) for obtaining the autocorrelation of the micro area of the Ronchigram of the amorphous sample will be described. The autocorrelation function is expressed by the following equation, where f is a function of interest.
開口面上の収差関数χは、各波面収差関数の収差の和で表わされる。Gを幾何収差とし、2次元空間を張る基底ベクトルをe1,e2とすると、次式が成り立つ。
The aberration function χ on the aperture surface is represented by the sum of the aberrations of each wavefront aberration function. When G is a geometric aberration and the basis vectors spanning a two-dimensional space are e1 and e2, the following equation is established.
(e1,e2)は、例えば(α,θ),(X,Y)となる。今、位置に関する試料情報を表わす関数をPとすると、ロンチグラムはP(Ge1,Ge2)となる。Ge1,Ge2を、eI,eII(ここで、eI,eIIは2次元平面における(α,θ),(X,Y)方向の単位ベクトル)のまわりで展開すると、
Ge1=GeI+Ade1+Bde2
Ge2=GeII+Bde1+Cde2
となる。但し、
(E1, e2) is, for example, (α, θ), (X, Y). If the function representing the sample information regarding the position is P, the Ronchigram is P (Ge1, Ge2). When Ge1 and Ge2 are expanded around eI and eII (where eI and eII are unit vectors in the (α, θ) and (X, Y) directions in the two-dimensional plane),
Ge1 = GeI + Ade1 + Bde2
Ge2 = GeII + Bde1 + Cde2
It becomes. However,
ここで、(3)式中の|eI,eIIは、偏微分した結果のe1,e2にeI,eIIの値を
入れることを表している。偏微分しただけではまだ関数であるので、その関数の変数に前記eI,eIIの値を代入するものである。これにより、A,B,Cの値が具体的に決まる。即ち、電子線の収差の変化を単位ベクトルの変化として表わすことができる。
Here, | eI, eII in the expression (3) represents that the values of eI, eII are put into e1, e2 as a result of partial differentiation. Since it is still a function only by partial differentiation, the values of eI and eII are substituted for the variable of the function. Thereby, the values of A, B, and C are specifically determined. That is, a change in aberration of the electron beam can be expressed as a change in unit vector.
アモルファスのような位置に依存しない試料では、ロンチグラムは
P(Ade1+Bde2,Bde1+Cde2)
となる。このように、ロンチグラムの局所領域では、「開口面上における局所角度領域から形成される電子線(プローブ)の幾何収差」を見ることができる。
For samples that do not depend on the position, such as amorphous, the Ronchigram is P (Ade1 + Bde2, Bde1 + Cde2)
It becomes. Thus, in the local region of the Ronchigram, “the geometric aberration of the electron beam (probe) formed from the local angle region on the aperture surface” can be seen.
次に、自己相関又は自己相関のフーリエ解析から開口面上における局所角度領域から形成される電子線の収差を検出する方法(検出手段31によって実行される)について説明する。
上記の自己相関関数をフーリエ解析すれば、プローブ形状(即ちプローブの収差)を求めることができる。ここで、アモルファス像の自己相関関数をガウス関数
Next, a method (executed by the detection means 31) for detecting aberration of an electron beam formed from a local angle region on the aperture surface from autocorrelation or Fourier analysis of autocorrelation will be described.
If the autocorrelation function is subjected to Fourier analysis, the probe shape (that is, probe aberration) can be obtained. Where the autocorrelation function of the amorphous image is the Gaussian function
となるとすると、ロンチグラムの各局所領域での自己相関関数は
Then, the autocorrelation function in each local region of the Ronchigram is
となる。よって、(Ade1+Bde2)^2+(Bde1+Cde2)^2を自己相関図形からフィティングしてA,B,Cを測定する。上記の説明では、アモルファス像の自己相関関数をガウス関数とおいたが、必ずしもガウス関数を仮定する必要はない。例えば、自己相関を解析する際、自己相関図形の等コントラスト部を、
It becomes. Therefore, A, B, and C are measured by fitting (Ade1 + Bde2) ^ 2 + (Bde1 + Cde2) ^ 2 from the autocorrelation figure. In the above description, the autocorrelation function of the amorphous image is a Gaussian function, but it is not always necessary to assume a Gaussian function. For example, when analyzing autocorrelation, the isocontrast part of the autocorrelation figure is
(但し、Kは定数)
とする楕円関数でフィッティングしてもよい。
(K is a constant)
The fitting may be performed using an elliptic function.
次に、上記の検出結果に基づいて各収差を計算する収差計算方法(第2の演算手段32によって実行される)について説明する。図5は実際のロンチグラム図形と自己相関図形を示す図である。図5(a)に示すようにロンチグラム領域を局所領域に分割する。ここでは、3×3の小領域に分割した例を示している。図5(b)は(a)に示す局所領域での自己相関関数とそのフィティング例を示している。図5(b)中の楕円状の白線はこの部分が等コントラスト部であることを示している。この白線に囲まれた部分の方向と大きさからA,B,Cが求められる。なお、補正精度を向上させるため、実用上は図7のフィッティング例に示すように7×7程度の小領域に分割することが多い。 Next, an aberration calculation method (executed by the second calculation means 32) for calculating each aberration based on the detection result will be described. FIG. 5 is a diagram showing an actual Ronchigram figure and an autocorrelation figure. As shown in FIG. 5A, the Ronchigram area is divided into local areas. Here, an example in which the image is divided into 3 × 3 small areas is shown. FIG. 5B shows an autocorrelation function in the local region shown in FIG. An elliptical white line in FIG. 5B indicates that this portion is an equi-contrast portion. A, B, and C are obtained from the direction and size of the portion surrounded by the white line. In order to improve the correction accuracy, in practice, it is often divided into small regions of about 7 × 7 as shown in the fitting example of FIG.
ロンチグラムの各局所領域での自己相関関数から、A,B,Cを測定する。ここで、前記A,B,Cを測定するに際し、(1)式で示した自己相関関数を用いる。前記A,B,Cの絶対値は、例えばロンチグラム図形を取得した際の正焦点からのフォーカスずれ量で規格化することにより求めることができる。この規格化は、自己相関関数をガウス関数とおく方法では、(5)式中のσを決めることに相当し、自己相関図形の等コントラスト部を楕円関数でフィッティングする方法では、(6)式中の定数Kを決めることに相当する。なお、正焦点からのフォーカスずれ量の代わりに、フォーカス位置の異なる2枚のロンチグラム図形を取得し、フォーカス位置の差分をとって規格化に用いることもできる。そして、幾つかのA,B,Cの測定結果から、(3)式の関係を使用して収差関数を計算する。 A, B, and C are measured from the autocorrelation function in each local region of the Ronchigram. Here, when measuring A, B, and C, the autocorrelation function shown in the equation (1) is used. The absolute values of A, B, and C can be obtained by normalizing with, for example, the amount of focus deviation from the normal focus when a Ronchigram figure is acquired. This normalization corresponds to determining σ in equation (5) when the autocorrelation function is a Gaussian function, and when fitting the isocontrast part of the autocorrelation figure with an elliptic function, equation (6) is used. This corresponds to determining the constant K in the middle. It should be noted that two Ronchigram figures with different focus positions can be obtained instead of the focus shift amount from the normal focus, and the difference between the focus positions can be taken and used for normalization. Then, an aberration function is calculated from the measurement results of some A, B, and C using the relationship of the expression (3).
計算した収差を元に、収差補正制御部13は照射系収差補正器3の各補正素子にその収差をキャンセルするような励磁をして、収差を自動的に補正する。
Based on the calculated aberration, the aberration
なお、必ずしも計算結果に基づく収差補正をコンピュータ制御によって自動的に行なう必要はなく、計算した収差又は計算結果に基づく補正量を図1の表示装置19に表示し、表示された結果を見ながら操作者が補正操作を行なうようにしてもよい。
The aberration correction based on the calculation result is not necessarily automatically performed by computer control. The calculated aberration or the correction amount based on the calculation result is displayed on the
上述の説明において、「開口面における局所角度領域から形成されるプローブの幾何収差」を補正する方法を述べたが、必ずしも幾何収差の補正に限定する必要はない。即ち、試料に照射する電子プローブのエネルギー(加速電圧)を変えた時の幾何収差の変化(焦点ずれ)を、ロンチグラムの局所領域の変化として検出することができる。このエネルギー変化分と焦点のずれの大きさから色収差係数Ccを測定することができ、また色収差の補正を行なうことができる。 In the above description, the method of correcting “the geometric aberration of the probe formed from the local angle region on the aperture surface” has been described, but it is not necessarily limited to the correction of the geometric aberration. That is, a change in geometric aberration (focal shift) when the energy (acceleration voltage) of the electron probe irradiated on the sample is changed can be detected as a change in the local region of the Ronchigram. The chromatic aberration coefficient Cc can be measured from the amount of energy change and the magnitude of the focal shift, and the chromatic aberration can be corrected.
このようにして、本発明によれば、実際のサンプルに存在するアモルファス部(試料端に存在する数nmのものでよい)のロンチグラム観察を用いて残留する収差を調整することができるロンチグラムを用いた収差測定方法及び収差補正方法及びこれらの方法によって収差補正を行なう電子顕微鏡を提供することができる。 In this way, according to the present invention, the Ronchigram that can adjust the residual aberration using the Ronchigram observation of the amorphous portion (may be several nm existing at the end of the sample) present in the actual sample is used. Thus, it is possible to provide an aberration measurement method, an aberration correction method, and an electron microscope that performs aberration correction by these methods.
1 電子銃
2 第1収束レンズ
3 照射系収差補正器
4 第2収束レンズ
5 走査部
6 対物レンズ
7 試料ステージ
8 中間・投影レンズ
9 観察室
11 CCDカメラ
12 高圧制御部
13 収差補正制御部
14 レンズ制御部
15 走査制御部
16 画像処理部
17 インターフェース
18 コンピュータ
19 表示装置
20 入力装置
30 第1の演算手段
31 検出手段
32 第2の演算手段
DESCRIPTION OF
Claims (8)
アモルファスの試料のロンチグラム図形の局所領域の自己相関をとり、
該自己相関又は該自己相関のフーリエ解析から開口面上における局所角度領域から形成される電子線の収差を検出し、
該検出結果に基づいて各収差を計算することを特徴とするロンチグラムを用いた収差測定方法。 In an electron microscope having a function of focusing an electron beam on a sample, scanning the electron beam on the sample, and displaying an image of a detection signal of electrons transmitted through the sample in synchronization with the electron beam scanning,
Take the autocorrelation of the local area of the Ronchigram figure of the amorphous sample,
Detecting an aberration of an electron beam formed from a local angle region on the aperture surface from the autocorrelation or Fourier analysis of the autocorrelation;
An aberration measuring method using a Ronchigram, wherein each aberration is calculated based on the detection result.
アモルファスの試料のロンチグラムの微小領域の自己相関をとる第1の演算手段と、
該自己相関又は該自己相関のフーリエ解析から開口面上における局所角度領域から形成される電子線の収差を検出する検出手段と、
該検出結果に基づいて各収差を計算する第2の演算手段と、
該第2の演算手段の演算結果に基づいて該収差補正装置の収差補正動作を制御する制御手段と、
を有することを特徴とする電子顕微鏡。 A function to focus the electron beam on the sample, scan the electron beam on the sample, display the image of the detection signal of the electron transmitted through the sample in synchronization with the electron beam scan, and the aberration of the electron beam of the irradiation system In an electron microscope having an aberration correction device for correction,
A first computing means for taking an autocorrelation of a micro area of a Ronchigram of an amorphous sample;
Detecting means for detecting aberration of an electron beam formed from a local angle region on the aperture plane from the autocorrelation or Fourier analysis of the autocorrelation;
Second computing means for calculating each aberration based on the detection result;
Control means for controlling the aberration correction operation of the aberration correction device based on the calculation result of the second calculation means;
An electron microscope comprising:
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