JP6225579B2 - Sample analysis program, sample analysis apparatus, and sample analysis method - Google Patents

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Description

本発明は、試料解析プログラム、試料解析装置及び試料解析方法に関する。   The present invention relates to a sample analysis program, a sample analysis device, and a sample analysis method.

電子顕微鏡の一つに、走査透過型電子顕微鏡(Scanning Transmission Electron Microscope;STEM)がある。例えば、このようなSTEMにより取得される試料の像(STEM像)を用いて、その試料の解析を行う技術が知られている。   One of the electron microscopes is a scanning transmission electron microscope (STEM). For example, a technique for analyzing a sample using a sample image (STEM image) obtained by such a STEM is known.

特開2013−58363号公報JP 2013-58363 A

STEMを用いた試料の解析の際には、試料について取得されたSTEM像から、そのSTEM像を計算により再現した像(計算像)を得て、その計算像を利用して試料の解析を行うことが有効な場合がある。   When analyzing a sample using the STEM, an image (calculated image) obtained by reproducing the STEM image is obtained from the STEM image acquired for the sample, and the sample is analyzed using the calculated image. May be effective.

しかし、STEM像を精度良く再現する計算像が得られなかったり、STEM像を精度良く再現する計算像を得るのに膨大な時間を要したりする場合があった。   However, there are cases where a calculation image that accurately reproduces the STEM image cannot be obtained, and it takes a long time to obtain a calculation image that accurately reproduces the STEM image.

観点によれば、コンピュータに、試料の走査透過型電子顕微鏡像を用いて、前記試料に含まれる原子の位置を示す座標情報を含む原子置情報を生成し、生成された前記原子置情報内の一部の範囲に含まれる前記座標情報を用いて、前記範囲の原子の位置を計算した第1計算像を示す第1情報を生成し、生成された前記第1情報から、前記第1計算像の中央部を示す第2情報を抽出し、前記範囲を変更して、前記第1情報の生成及び前記第2情報の抽出を行い、抽出された前記第2情報群を用いて前記試料の第2計算像を生成する処理を実行させる試料解析プログラムが提供される。 According to one aspect, the computer, using a scanning transmission electron microscope image of the sample, to produce an atomic placement information including coordinate information indicating the position of the atoms contained in the sample, wherein the atom placement generated Using the coordinate information included in a part of the range in the information, first information indicating a first calculation image obtained by calculating the position of the atom in the range is generated, and the first information is generated from the generated first information . Extracting the second information indicating the center of one calculation image, changing the range, generating the first information and extracting the second information, and using the extracted second information group A sample analysis program for executing a process for generating a second calculation image of a sample is provided.

また、一観点によれば、試料の計算像を生成する試料解析装置及び試料解析方法が提供される。 Moreover , according to one viewpoint, the sample analysis apparatus and sample analysis method which produce | generate the calculation image of a sample are provided.

開示の技術によれば、STEM像を精度良く再現する計算像を、効率的に取得することが可能になる。また、このような計算像を用いることで、試料の解析精度の向上を図ることが可能になる。   According to the disclosed technology, it is possible to efficiently obtain a calculation image that accurately reproduces a STEM image. Further, by using such a calculation image, it is possible to improve the analysis accuracy of the sample.

暗視野走査透過型電子顕微鏡により観察されるSTEM像の取得原理を示す図である。It is a figure which shows the acquisition principle of the STEM image observed with a dark field scanning transmission electron microscope. 実施の形態に係る試料解析システムのハードウェア構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the hardware constitutions of the sample analysis system which concerns on embodiment. 実施の形態に係る試料解析システムのSTEMの構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of STEM of the sample analysis system which concerns on embodiment. STEMによる電子線の試料での散乱原理を示す図である。It is a figure which shows the scattering principle in the sample of the electron beam by STEM. 実施の形態に係る試料解析システムの試料解析装置が備える機能を表す機能ブロック図の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the functional block diagram showing the function with which the sample analyzer of the sample analysis system which concerns on embodiment is provided. 実施の形態に係る試料解析装置で実行される試料解析処理の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the sample analysis process performed with the sample analyzer which concerns on embodiment. 実施の形態に係る試料解析装置で実行されるSTEM像の計算処理の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the calculation process of the STEM image performed with the sample analyzer which concerns on embodiment. 第1実施例のSTEM像の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the STEM image of 1st Example. 第1実施例に係る試料解析装置で実行されるSTEM像の計算処理を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the calculation process of the STEM image performed with the sample analyzer which concerns on 1st Example. 第1実施例に係る試料解析装置で得られた計算像を示す図である。It is a figure which shows the calculation image obtained with the sample analyzer which concerns on 1st Example. 第2実施例に係る試料解析装置で得られた原子が欠落した計算像を示す図である。It is a figure which shows the calculation image with which the atom obtained by the sample analyzer which concerns on 2nd Example was missing. 第2実施例に係る試料解析装置で得られる原子が追加された計算像を示す図である。It is a figure which shows the calculation image to which the atom obtained with the sample analyzer which concerns on 2nd Example was added.

まず、暗視野(Annular Dark Field;ADF)走査透過型電子顕微鏡(Scanning Transmission Electron Microscope;STEM)により観察されるSTEM像の取得原理について説明する。   First, the principle of acquiring a STEM image observed with an dark dark field (ADF) scanning transmission electron microscope (STEM) will be described.

図1は、暗視野走査透過型電子顕微鏡により観察されるSTEM像の取得原理を示す図である。
ADFSTEM1000は、電子線を試料1100に入射する電子プローブ(図示を省略)と、試料1100で回折(散乱)した電子1300を検出する環状の検出器1400を少なくとも備える。検出器1400は、検出した電子1300から回折像が結像される面(回析像面)に設置されている。また、ADFSTEM1000の試料1100を観察するための制御を行って、試料1100の解析を行う試料解析装置(図示を省略)が当該ADFSTEM1000に接続されている。試料解析装置は、電子プローブから電子線を出射させて、その電子線の径をナノメートル以下に収束させて(収束電子線1200)、収束電子線1200を試料1100に入射させる。また、試料解析装置は、収束電子線1200を試料1100の主面に対してX方向及びY方向(図2に点線矢印で図示)に走査させて、検出器1400で検出した電子1300に基づいて回折像の生成処理等を行う。
FIG. 1 is a diagram showing the principle of acquiring a STEM image observed with a dark-field scanning transmission electron microscope.
The ADFSTEM 1000 includes at least an electron probe (not shown) that makes an electron beam incident on the sample 1100 and an annular detector 1400 that detects electrons 1300 diffracted (scattered) by the sample 1100. The detector 1400 is installed on a surface (a diffraction image surface) on which a diffraction image is formed from the detected electrons 1300. In addition, a sample analyzer (not shown) that performs control for observing the sample 1100 of the ADFSTEM 1000 and analyzes the sample 1100 is connected to the ADFSTEM 1000. The sample analyzer emits an electron beam from the electron probe, converges the diameter of the electron beam to nanometer or less (convergent electron beam 1200), and causes the converged electron beam 1200 to enter the sample 1100. In addition, the sample analyzer scans the main surface of the sample 1100 in the X direction and the Y direction (shown by dotted arrows in FIG. 2), and based on the electrons 1300 detected by the detector 1400. A diffraction image generation process is performed.

このようなADFSTEM1000を用いて、以下のようにして試料の解析が実行される。
ADFSTEM1000では、所定の観察位置に試料1100がセットされると、試料解析装置が、電子プローブから電子線を出射させ、その電子線を所望の径に収束させて(収束電子線1200)、収束電子線1200を試料1100に入射させる。収束電子線1200は試料1100に含まれる原子により任意の角度で回析する。検出器1400は、試料1100で回折した電子のうち所定の角度範囲で回折した電子1300の数を回折像面で検出する。試料解析装置は、検出器1400が検出した電子1300の数を収束電子線1200の試料1100に対する入射位置と同期させて、その数を像の強度とする。試料解析装置は、収束電子線1200を試料1100の主面に走査させて、収束電子線1200の入射位置ごとに対応する各像の強度から2次元の暗視野のSTEM像を生成し、取得する。
Using such an ADFSTEM 1000, the sample is analyzed as follows.
In the ADFSTEM 1000, when the sample 1100 is set at a predetermined observation position, the sample analyzer emits an electron beam from the electron probe, converges the electron beam to a desired diameter (convergent electron beam 1200), and converges electrons. A line 1200 is incident on the sample 1100. The focused electron beam 1200 is diffracted at an arbitrary angle by atoms contained in the sample 1100. The detector 1400 detects the number of electrons 1300 diffracted in a predetermined angle range among the electrons diffracted by the sample 1100 on the diffraction image plane. The sample analyzer synchronizes the number of electrons 1300 detected by the detector 1400 with the incident position of the convergent electron beam 1200 on the sample 1100, and uses the number as the image intensity. The sample analyzer scans the main surface of the sample 1100 with the focused electron beam 1200, and generates and acquires a two-dimensional dark field STEM image from the intensity of each image corresponding to each incident position of the focused electron beam 1200. .

このSTEM像から、試料1100に含まれる原子柱の位置にその原子柱を構成する原子の原子番号に対応した強度を得ることができる。STEM像のコントラストは、電子プローブからの電子線を収束電子線1200に収束させる電磁レンズの焦点と試料1100の厚さとに殆ど依存しないため、STEM像は原子直視性に優れている。また、STEM像の空間分解能は収束電子線1200を収束する径に依存し、例えば、収束電子線1200の収束に球面収差補正装置を用いた場合では、その空間分解能は1nm以下まで達成することができる。   From this STEM image, the intensity corresponding to the atomic number of the atoms constituting the atomic column can be obtained at the position of the atomic column included in the sample 1100. Since the contrast of the STEM image hardly depends on the focal point of the electromagnetic lens that converges the electron beam from the electron probe onto the converged electron beam 1200 and the thickness of the sample 1100, the STEM image is excellent in atomic direct visibility. Further, the spatial resolution of the STEM image depends on the diameter for converging the convergent electron beam 1200. For example, when a spherical aberration corrector is used for converging the convergent electron beam 1200, the spatial resolution can be achieved to 1 nm or less. it can.

STEM像は、例えば、試料1100の欠陥構造や不純物原子の解析に利用することができる。このような解析においては、理論解析により取得される像を用いる手法が採られる場合がある。例えば、STEM像を計算により再現した計算像を取得し、その計算像を試料1100の欠陥構造等の解析に用いる。   The STEM image can be used, for example, for analysis of the defect structure of the sample 1100 and impurity atoms. In such analysis, a technique using an image acquired by theoretical analysis may be employed. For example, a calculation image obtained by reproducing the STEM image is obtained, and the calculation image is used for analysis of a defect structure or the like of the sample 1100.

電子顕微鏡像からそれを再現するような計算像を取得するための計算手法としては、ブロッホ波法、マルチスライス法がある。しかし、これらの計算手法は、上記のようなSTEM像から精度の良い計算像を取得することが難しい場合がある。以下、この点について述べる。   As a calculation method for acquiring a calculation image that reproduces it from an electron microscope image, there are a Bloch wave method and a multi-slice method. However, in these calculation methods, it may be difficult to obtain a highly accurate calculation image from the STEM image as described above. This point will be described below.

ブロッホ波法は、結晶の並進対称性を利用し、実空間の結晶ポテンシャルをフーリエ変換して逆格子空間での結晶ポテンシャルを求め、求めた結晶ポテンシャルをシュレーディンガー方程式に代入し、結晶中の電子の振る舞いをブロッホ波(波動関数)として求める。ここでは、逆格子空間上に生じる全ての回折波が考慮され、その波の数Nに対応したN行N列の正方行列についてその固有値演算が行われ、結晶中のブロッホ波が計算される。このようにして求められたブロッホ波を用いて、結晶下面(電子線の入射面と反対側の面)での電子の振る舞いを求め、結晶を透過する電子を演算し、回折像を計算する。   The Bloch wave method uses the translational symmetry of crystals, Fourier transforms the crystal potential in real space to obtain the crystal potential in reciprocal lattice space, substitutes the obtained crystal potential into the Schrödinger equation, and Is calculated as a Bloch wave (wave function). Here, all diffracted waves generated in the reciprocal lattice space are taken into consideration, the eigenvalue calculation is performed on a square matrix of N rows and N columns corresponding to the number N of the waves, and a Bloch wave in the crystal is calculated. Using the Bloch waves thus obtained, the behavior of electrons on the lower surface of the crystal (the surface opposite to the incident surface of the electron beam) is obtained, the electrons passing through the crystal are calculated, and the diffraction image is calculated.

このようなブロッホ波法において、試料が、電子線の入射方向に垂直な2次元平面方向に周期性を有する結晶である場合には、フーリエ変換する際に周期境界条件を設定することができる。周期境界条件を設定することで、考慮すべき波の数を著しく増加させずに計算像を得ることができる。   In such a Bloch wave method, when the sample is a crystal having periodicity in a two-dimensional plane direction perpendicular to the incident direction of the electron beam, a periodic boundary condition can be set at the time of Fourier transform. By setting the periodic boundary condition, it is possible to obtain a calculation image without significantly increasing the number of waves to be considered.

これに対し、試料が、電子線の入射方向に垂直な2次元平面方向に周期性を有しない結晶である場合には、フーリエ変換する際に適正な周期境界条件を設定することが難しい。計算のために所定の計算範囲、例えば単位格子を数倍拡張した超格子の範囲を設定し、暗視野STEM像の計算像を得ようとすると、隣接計算範囲の境界部分で不連続が生じ、精度の良い計算像が得られない場合がある。周期境界条件を設定せずに計算しようとすると、暗視野STEM像の解像度と同じ逆格子点を全て考慮しなければならなくなり、例えば、512×512ピクセルの暗視野STEM像について計算する場合、約26万行26万列の正方行列の固有値演算が必要になる。これは現在の市販のコンピュータでは実質的に演算不可能なデータのサイズであり、演算を実現しようとすれば、大がかりな計算装置や膨大なメモリ、膨大な計算時間が必要になる。このような理由から、ブロッホ波法はこれまで、欠陥構造の解析に利用する計算像を暗視野STEM像から取得する際の計算手法としては不向きと考えられてきた。   On the other hand, when the sample is a crystal having no periodicity in the two-dimensional plane direction perpendicular to the incident direction of the electron beam, it is difficult to set an appropriate periodic boundary condition at the time of Fourier transform. Setting a predetermined calculation range for calculation, for example, a superlattice range obtained by expanding the unit cell several times, and obtaining a calculation image of a dark field STEM image, discontinuity occurs at the boundary portion of the adjacent calculation range, An accurate calculation image may not be obtained. If the calculation is performed without setting the periodic boundary condition, all the reciprocal lattice points having the same resolution as that of the dark field STEM image must be considered. For example, when the calculation is performed on the dark field STEM image of 512 × 512 pixels, An eigenvalue calculation of a square matrix of 260,000 rows and 260,000 columns is required. This is the size of data that is practically impossible to calculate with current commercially available computers, and if a calculation is to be realized, a large-scale computing device, a huge memory, and a huge calculation time are required. For this reason, the Bloch wave method has hitherto been considered unsuitable as a calculation method for obtaining a calculation image used for analyzing a defect structure from a dark field STEM image.

一方、マルチスライス法は、試料である結晶を薄い層に分割し、結晶上面から結晶下面までの各層の実空間を波動関数がどのように伝播していくかを演算し、結晶下面の波動関数を求める。マルチスライス法では、電子の伝播を、分割した各層の実空間の結晶ポテンシャルで演算でき、逆格子空間を考慮したりシュレーディンガー方程式を解いたりする必要がなく、2次元平面方向に周期境界条件がなくても結晶下面の波動関数を計算することができる。マルチスライス法は、試料が、電子線の入射方向に垂直な2次元平面方向に周期性を有しない結晶である場合にも、そのSTEM像から計算像を取得する際に利用できる計算手法の1つである。   On the other hand, the multi-slice method divides a sample crystal into thin layers, calculates how the wave function propagates in the real space of each layer from the crystal top surface to the crystal bottom surface, and calculates the wave function on the crystal bottom surface. Ask for. In the multi-slice method, the propagation of electrons can be calculated with the crystal potential in the real space of each divided layer, and there is no need to consider the reciprocal space or to solve the Schrödinger equation. Without it, the wave function of the lower surface of the crystal can be calculated. The multi-slice method is one of calculation methods that can be used when acquiring a calculation image from the STEM image even when the sample is a crystal having no periodicity in a two-dimensional plane direction perpendicular to the incident direction of the electron beam. One.

しかし、マルチスライス法では、ある電子線入射位置での計算を行った後、別の電子線入射位置での計算を行う場合、再度結晶上面から結晶下面までの波動関数の伝播を計算する必要がある。そのため、試料に対して電子線が走査されるSTEMのように、暗視野STEM像の解像度が、走査される電子線の入射位置に対応する場合、解像度の数だけ計算を繰り返さなければならず、計算時間が膨大になってしまう。例えば、暗視野STEM像の一画素についての計算の所要時間が10秒であったとしても、512×512ピクセルの像を計算するには、約30日(=512×512×10[sec]÷86400[sec/day])という膨大な時間がかかる。   However, in the multi-slice method, when calculation is performed at one electron beam incident position and then at another electron beam incident position, it is necessary to calculate the propagation of the wave function from the crystal top surface to the crystal bottom surface again. is there. Therefore, when the resolution of the dark field STEM image corresponds to the incident position of the scanned electron beam as in the STEM in which the electron beam is scanned with respect to the sample, the calculation must be repeated by the number of resolutions. Calculation time becomes enormous. For example, even if the calculation time for one pixel of the dark field STEM image is 10 seconds, it takes about 30 days (= 512 × 512 × 10 [sec] / division) to calculate an image of 512 × 512 pixels. 86400 [sec / day]).

そこで、以下の実施の形態では、STEM像からそれを精度良く再現する計算像を効率的に取得することのできる手法について、図面を参照して説明する。
まず、試料解析システムについて図2を用いて説明する。
Therefore, in the following embodiment, a technique that can efficiently acquire a calculation image that accurately reproduces a STEM image will be described with reference to the drawings.
First, the sample analysis system will be described with reference to FIG.

図2は、実施の形態に係る試料解析システムのハードウェア構成の一例を示す図である。
試料解析システム100は、少なくとも、試料を観察するSTEM200と、入力装置300、表示装置400、試料解析装置500を備える。
FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a hardware configuration of the sample analysis system according to the embodiment.
The sample analysis system 100 includes at least a STEM 200 for observing a sample, an input device 300, a display device 400, and a sample analysis device 500.

入力装置300は、例えば、キーボード、または、マウスであって、ユーザからの操作入力を受け付けて、試料解析装置500に入力信号を入力する。入力装置300は、具体的には、ユーザからの操作入力に基づいて、STEM200において、試料に電子線を出射させて、出射させた電子線を収束させて、収束させた電子線を試料に対して走査させる等の、STEM200の観察に関する動作制御等の入力信号を試料解析装置500に入力する。   The input device 300 is, for example, a keyboard or a mouse, and receives an operation input from a user and inputs an input signal to the sample analyzer 500. Specifically, the input device 300 causes the STEM 200 to emit an electron beam to the sample based on an operation input from the user, converge the emitted electron beam, and apply the converged electron beam to the sample. An input signal such as operation control related to observation of the STEM 200 such as scanning is input to the sample analyzer 500.

表示装置400は、例えば、ディスプレイであって、STEM200で観察されたSTEM像、STEM像を用いて取得される計算像等の画像信号を試料解析装置500から受け付けて、その像を表示する。   The display device 400 is, for example, a display, and receives an image signal such as a STEM image observed by the STEM 200 and a calculation image acquired using the STEM image from the sample analysis device 500 and displays the image.

試料解析装置500は、入力装置300からの入力信号に基づきSTEM200が備える電子プローブ、レンズ又はコイル等を制御して、STEM200に試料の観察を実行させて、観察した試料のSTEM像を表示装置400に表示させる。また、試料解析装置500は、STEM像に計算処理を行って、当該STEM像の計算像を生成する。このような試料解析装置500は、CPU(Central Processing Unit:中央演算処理装置)510a、RAM(Random Access Memory)510b、HDD(Hard Disk Drive)510c、グラフィック処理部510d、入出力インタフェース510eを備えており、これらの各部はバス510fで相互に接続されている。   The sample analysis apparatus 500 controls an electronic probe, a lens, a coil, or the like included in the STEM 200 based on an input signal from the input apparatus 300, causes the STEM 200 to perform sample observation, and displays an STEM image of the observed sample. To display. In addition, the sample analysis apparatus 500 performs a calculation process on the STEM image and generates a calculated image of the STEM image. Such a sample analyzer 500 includes a CPU (Central Processing Unit) 510a, a RAM (Random Access Memory) 510b, a HDD (Hard Disk Drive) 510c, a graphic processor 510d, and an input / output interface 510e. These parts are connected to each other by a bus 510f.

CPU510aは、HDD510c等の記憶媒体に記憶された各種プログラムを実行することにより、この試料解析装置500全体を制御する。
RAM510bには、CPU510aに実行させるOS並びにプログラムの少なくとも一部が一時的に格納される。また、RAM510bには、CPU510aによる処理に必要な各種データが格納される。
The CPU 510a controls the entire sample analyzer 500 by executing various programs stored in a storage medium such as the HDD 510c.
The RAM 510b temporarily stores at least a part of the OS and programs executed by the CPU 510a. The RAM 510b stores various data necessary for processing by the CPU 510a.

HDD510cには、試料解析装置500上のOSやアプリケーションのプログラムが格納される。また、HDD510cには、CPU510aによる処理に必要な各種情報が格納される。   The HDD 510c stores the OS and application programs on the sample analyzer 500. The HDD 510c stores various information necessary for processing by the CPU 510a.

グラフィック処理部510dには、表示装置400が接続されている。グラフィック処理部510dは、CPU510aからの命令に従って所定の画像を表示装置400に表示させる。   A display device 400 is connected to the graphic processing unit 510d. The graphic processing unit 510d causes the display device 400 to display a predetermined image in accordance with a command from the CPU 510a.

入出力インタフェース510eには、STEM200と入力装置300とが接続されている。また、入出力インタフェース510eは、可搬型記録媒体300aへの情報の書き込み、及び可搬型記録媒体300aからの情報の読み出しが可能な可搬型記録媒体インタフェースと接続可能になっている。入出力インタフェース510eは、バス510fを介してCPU510aからの制御信号をSTEM200に通知し、STEM200及び入力装置300からの信号を同様にCPU510aに通知する。   The STEM 200 and the input device 300 are connected to the input / output interface 510e. The input / output interface 510e can be connected to a portable recording medium interface capable of writing information to the portable recording medium 300a and reading information from the portable recording medium 300a. The input / output interface 510e notifies the control signal from the CPU 510a to the STEM 200 via the bus 510f, and similarly notifies the CPU 510a of the signals from the STEM 200 and the input device 300.

なお、試料解析装置500が備える機能の詳細については後述する。
次に、試料解析システム100に含まれるSTEM200の構成の詳細について図3を用いて説明する。
Details of the functions of the sample analyzer 500 will be described later.
Next, details of the configuration of the STEM 200 included in the sample analysis system 100 will be described with reference to FIG.

図3は、実施の形態に係る試料解析システムのSTEMの構成例を示す図である。
STEM200は、電子線Bを出射する電子プローブ201と、電子プローブ201から出射された電子線Bを収束させる収束レンズ202と、電子プローブ201から出射された電子線Bの焦点を試料Sの位置に合焦させる対物レンズ204とを備える。収束レンズ202及び対物レンズ204には、電磁レンズを用いることができる。
FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration example of the STEM of the sample analysis system according to the embodiment.
The STEM 200 includes an electron probe 201 that emits an electron beam B, a converging lens 202 that converges the electron beam B emitted from the electron probe 201, and a focal point of the electron beam B emitted from the electron probe 201 at the position of the sample S. And an objective lens 204 for focusing. An electromagnetic lens can be used for the converging lens 202 and the objective lens 204.

STEM200は、電子プローブ201と対物レンズ204との間に配置されて電子線Bに試料210の表面を走査させる走査コイル203と、試料210を通過した電子線を結像面に結像させる結像レンズ205とを備える。   The STEM 200 is arranged between the electron probe 201 and the objective lens 204 and scans the surface of the sample 210 with the electron beam B, and image formation that forms an image of the electron beam that has passed through the sample 210 on the image plane. And a lens 205.

STEM200は、光軸OAから所定の角度範囲内に散乱した電子を検出する検出器206を備える。検出器206は、円板状の検出器であり、明視野像が結像する結像面に配置されている。   The STEM 200 includes a detector 206 that detects electrons scattered within a predetermined angle range from the optical axis OA. The detector 206 is a disc-shaped detector, and is disposed on an image forming plane on which a bright field image is formed.

STEM200は、光軸OAから所定の角度範囲内に回折(散乱)した電子を検出する検出器207を備える。検出器207は、環状の検出器であり、暗視野像が結像する結像面に配置されている。   The STEM 200 includes a detector 207 that detects electrons diffracted (scattered) within a predetermined angle range from the optical axis OA. The detector 207 is an annular detector, and is disposed on an image forming plane on which a dark field image is formed.

また、STEM200は、不要な電子線の拡がりをカットする収束レンズ絞り、又は球面収差・非点収差等の収差を補正する補正部を備えることも可能である。
次に、このような構成を備えるSTEM200による電子線Bの試料210での散乱原理について図4を用いて説明する。
In addition, the STEM 200 can include a converging lens diaphragm that cuts unnecessary spread of an electron beam or a correction unit that corrects aberrations such as spherical aberration and astigmatism.
Next, the principle of scattering of the electron beam B in the sample 210 by the STEM 200 having such a configuration will be described with reference to FIG.

図4は、STEMによる電子線の試料での散乱原理を示す図である。
なお、図4には、結晶試料中の電子の振る舞いを計算した結果の一例を示している。図4では、上記のようなSTEM200において、入射された電子線Bが試料210に含まれる原子柱で散乱し、散乱した電子213が検出器207で検出される様子を模式的に示している。
FIG. 4 is a diagram showing the principle of scattering of an electron beam by a STEM.
FIG. 4 shows an example of the result of calculating the behavior of electrons in the crystal sample. FIG. 4 schematically shows a state where the incident electron beam B is scattered by the atomic column included in the sample 210 and the scattered electrons 213 are detected by the detector 207 in the STEM 200 as described above.

STEM200では、収束レンズ202(図3)で収束された電子線Bが試料210の上部に入射すると、その電子212が電子線Bの入射位置周辺の原子柱211に極めて高密度に局在する。球面収差補正装置を用いて収束された電子線Bが試料210に入射する場合には、このような電子212の局在が、より顕著になる。   In the STEM 200, when the electron beam B converged by the converging lens 202 (FIG. 3) is incident on the upper portion of the sample 210, the electrons 212 are localized in the atomic column 211 around the incident position of the electron beam B at a very high density. When the electron beam B converged using the spherical aberration correction apparatus is incident on the sample 210, the localization of the electrons 212 becomes more remarkable.

図4では、試料210中の電子212の振る舞いを計算した結果の一例を示しており、電子212は電子線Bの入射位置から離れたところの原子にはほとんど局在しない。
電子線Bの入射位置周辺の原子柱211の位置に局在する電子212は原子柱211を構成する原子の熱振動により高角度に非弾性散乱される。この電子散乱の過程によって散乱される電子は、熱散漫散乱(Thermal Diffuse Scattering ;TDS)電子213と呼ばれる。
FIG. 4 shows an example of the result of calculation of the behavior of the electrons 212 in the sample 210, and the electrons 212 are hardly localized in atoms away from the incident position of the electron beam B.
The electrons 212 localized at the position of the atomic column 211 around the incident position of the electron beam B are inelastically scattered at a high angle by the thermal vibration of atoms constituting the atomic column 211. The electrons scattered by this electron scattering process are called thermal diffuse scattering (TDS) electrons 213.

高角度に散乱されたTDS電子213は検出器207により検出される。TDS電子213の散乱能は原子の原子番号に依存する。このため、検出器207により検出されたTDS電子213に基づいて試料解析装置500が生成するSTEM像は、原子番号に依存した強度を示す。   The TDS electrons 213 scattered at a high angle are detected by the detector 207. The scattering ability of the TDS electron 213 depends on the atomic number of the atom. For this reason, the STEM image generated by the sample analyzer 500 based on the TDS electrons 213 detected by the detector 207 shows the intensity depending on the atomic number.

次に、試料解析システム100の試料解析装置500が備える機能について図5を用いて説明する。
図5は、実施の形態に係る試料解析システムの試料解析装置が備える機能を表す機能ブロック図の一例を示す図である。
Next, functions of the sample analysis apparatus 500 of the sample analysis system 100 will be described with reference to FIG.
FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a functional block diagram illustrating functions included in the sample analysis device of the sample analysis system according to the embodiment.

試料解析システム100の試料解析装置500は、画像保持部501と、原子情報保持部502、STEM制御部503、像生成部504、計算処理部505、表示処理部506を備える。   The sample analysis apparatus 500 of the sample analysis system 100 includes an image holding unit 501, an atomic information holding unit 502, a STEM control unit 503, an image generation unit 504, a calculation processing unit 505, and a display processing unit 506.

画像保持部501は、STEM200で観察されたSTEM像を示す情報、計算処理部505で計算された計算像を示す情報、及びその他の像を示す情報を保持する。なお、以下では、像を示す情報を、単に像とも表現する。   The image holding unit 501 holds information indicating the STEM image observed by the STEM 200, information indicating the calculated image calculated by the calculation processing unit 505, and information indicating other images. Hereinafter, information indicating an image is also simply expressed as an image.

原子情報保持部502は、試料210に含まれる原子の位置を示す座標情報(XY座標)を含む原子配置情報を保持する。
STEM制御部503は、STEM200に試料210の観察を実行させるように、図3で示した各要素を制御する。STEM制御部503は、例えば、STEM200の電子プローブ201から電子線Bを出射させて、収束レンズ202及び対物レンズ204を制御して、電子線Bの径の収束及び焦点の調節を実行させる。また、STEM制御部503は、走査コイル203を制御して試料210の表面を電子プローブ201に走査させる。
The atom information holding unit 502 holds atom arrangement information including coordinate information (XY coordinates) indicating the positions of atoms included in the sample 210.
The STEM control unit 503 controls each element illustrated in FIG. 3 so that the STEM 200 performs observation of the sample 210. For example, the STEM control unit 503 emits the electron beam B from the electron probe 201 of the STEM 200 and controls the converging lens 202 and the objective lens 204 to execute convergence of the diameter of the electron beam B and adjustment of the focus. In addition, the STEM control unit 503 controls the scanning coil 203 to cause the surface of the sample 210 to scan the electronic probe 201.

像生成部504は、STEM200が検出器207で検出した電子の数に基づきSTEM像を生成し、そのSTEM像を画像保持部501に保持させる。
計算処理部505は、画像保持部501に保持されているSTEM像の計算像を計算するための計算処理を実行するものであり、ピークサーチ部505a、像計算部505b、画像処理部505cを含む。
The image generation unit 504 generates a STEM image based on the number of electrons detected by the detector 207 by the STEM 200 and causes the image holding unit 501 to hold the STEM image.
The calculation processing unit 505 executes calculation processing for calculating a calculation image of the STEM image held in the image holding unit 501, and includes a peak search unit 505a, an image calculation unit 505b, and an image processing unit 505c. .

ピークサーチ部505aは、試料210のSTEM像にピークサーチ処理を実行して、そのSTEM像から、試料210の原子配置情報を取得し、原子情報保持部502に保持させる。なお、ピークサーチ部505aによるピークサーチ処理は、原子の位置の取得漏れ、過剰な取得等が生じる恐れがあるものの、ピークサーチの精度にはこだわらない。   The peak search unit 505a executes a peak search process on the STEM image of the sample 210, acquires atomic arrangement information of the sample 210 from the STEM image, and causes the atomic information holding unit 502 to hold it. Note that the peak search processing by the peak search unit 505a does not matter to the accuracy of the peak search, although there is a possibility that the acquisition of the atomic position may be missed or excessively acquired.

像計算部505bは、ピークサーチ部505aが取得した原子配置情報内の一部を計算範囲を指定し、この計算範囲について計算を実行して、計算範囲の像を生成する。計算範囲の像の計算には、ブロッホ波法を用いることができる。像計算部505bは、計算範囲の像を生成すると、原子配置情報内で計算範囲を別の一部に移動させて、上記と同様にして、移動先の計算範囲について、その計算範囲の像を生成する。像計算部505bは、このようにして計算範囲を原子配置情報内で移動させて、各計算範囲の像を生成し、画像保持部501に保持させる。   The image calculation unit 505b designates a calculation range for a part of the atomic arrangement information acquired by the peak search unit 505a, performs calculation for the calculation range, and generates an image of the calculation range. The Bloch wave method can be used to calculate the image of the calculation range. When the image calculation unit 505b generates the image of the calculation range, the image calculation unit 505b moves the calculation range to another part in the atomic arrangement information, and the image of the calculation range is calculated for the calculation range of the movement destination in the same manner as described above. Generate. In this way, the image calculation unit 505b moves the calculation range within the atomic arrangement information, generates an image of each calculation range, and holds the image in the image holding unit 501.

また、像計算部505bは、生成した計算範囲の像から所定の部分のみを残して他の部分を除去(トリミング)したトリミング像を抽出する。
図4の説明の通り、収束された電子線Bが試料210の上部に入射されると、その電子212は電子線Bの入射位置周辺の原子柱211に局在するものの、原子柱211から離れた箇所にはほとんど局在しない。即ち、電子線Bの入射位置付近の原子柱211から離れたところの原子柱211はSTEM像の結像に寄与しないか或いは寄与してもその影響は極めて小さくなると言うことができる。
In addition, the image calculation unit 505b extracts a trimmed image obtained by removing (trimming) other portions while leaving only a predetermined portion from the generated image in the calculation range.
As illustrated in FIG. 4, when the converged electron beam B is incident on the upper portion of the sample 210, the electron 212 is localized in the atomic column 211 around the incident position of the electron beam B, but is separated from the atomic column 211. Almost no locality. That is, it can be said that the atomic column 211 located away from the atomic column 211 in the vicinity of the incident position of the electron beam B does not contribute to the formation of the STEM image, or the influence thereof is extremely small.

また、計算範囲として超格子の範囲が設定された場合には、超格子の非周期性により計算範囲の端に実際の構造とは異なる原子が現れ得る(偽像となり得る)ものの、その中央部ではそのようなことが起こりにくい。   In addition, when a superlattice range is set as the calculation range, atoms different from the actual structure may appear at the end of the calculation range due to the non-periodicity of the superlattice (which may be a false image), but at the center Then that is unlikely to happen.

この計算範囲の計算像の中央部は、STEM像取得時の電子線B入射位置付近、即ち電子212が局在する領域に相当し、結像に電子線B入射位置付近の周辺領域からの影響がないか或いは極めて小さい領域に相当する。このような周辺領域からの影響が抑えられた電子線B入射位置付近のSTEM像は、計算範囲の計算像の中央部と、精度良く一致する。そこで、計算範囲の計算像のうち、実際の構造とは異なる原子が現れ得る計算像周辺領域であり、STEM像取得時の電子線B入射位置付近の結像に影響を及ぼしにくいSTEM像周辺領域に相当する計算像周辺領域を、トリミングする。そして、STEM像取得時の電子線B入射位置付近に相当する計算像中央部を、トリミング像として残す。これにより、STEM像から精度良く再現された計算像を生成することが可能になる。   The central portion of the calculation image in this calculation range corresponds to the vicinity of the electron beam B incident position at the time of STEM image acquisition, that is, the region where the electrons 212 are localized, and the influence from the peripheral region near the electron beam B incident position on the image formation. This corresponds to a region where there is no or is extremely small. The STEM image in the vicinity of the incident position of the electron beam B in which the influence from the peripheral region is suppressed coincides with the central portion of the calculation image in the calculation range with high accuracy. Therefore, among the calculation images in the calculation range, the region around the calculation image where atoms different from the actual structure may appear, and the region around the STEM image that hardly affects the imaging near the electron beam B incident position when acquiring the STEM image. The region around the calculated image corresponding to is trimmed. Then, the central portion of the calculated image corresponding to the vicinity of the incident position of the electron beam B at the time of acquiring the STEM image is left as a trimmed image. This makes it possible to generate a calculation image accurately reproduced from the STEM image.

トリミング像のサイズは、STEM像取得時に試料210に入射される電子線Bの径に基づいて設定することができる。例えば、球面収差補正を行って電子線Bの径が0.2nm程度になる場合、その電子線Bの径を一辺とするようなサイズの矩形領域を、トリミング像として計算範囲の計算像から抽出する。また、計算範囲のサイズは、STEM像取得時の電子線B入射位置付近の周辺領域が、その入射位置付近の結像に影響を及ぼさない程度の範囲に設定することができ、例えば、一辺が0.8nmの超格子の範囲に設定することができる。   The size of the trimmed image can be set based on the diameter of the electron beam B incident on the sample 210 when the STEM image is acquired. For example, when spherical aberration correction is performed and the diameter of the electron beam B is about 0.2 nm, a rectangular region having a size with the diameter of the electron beam B as one side is extracted as a trimming image from the calculation image in the calculation range. To do. The size of the calculation range can be set to a range in which the peripheral region near the electron beam B incident position at the time of acquiring the STEM image does not affect the image formation near the incident position. The superlattice range of 0.8 nm can be set.

画像処理部505cは、各計算範囲の像から抽出したトリミング像を張り合わせてSTEM像の計算像を合成して、画像保持部501に保持させる。また、画像処理部505cは、STEM像と計算像との差分を算出して、その差分に応じて計算像に対して原子を追加または削除(計算像を示す情報に対して原子を示す座標を追加または削除)する処理を行う。   The image processing unit 505c combines the trimmed images extracted from the images in the respective calculation ranges, combines the calculated images of the STEM images, and holds the combined images in the image holding unit 501. Further, the image processing unit 505c calculates the difference between the STEM image and the calculation image, and adds or deletes atoms from the calculation image according to the difference (coordinates indicating the atoms with respect to the information indicating the calculation image). Add or delete).

表示処理部506は、画像保持部501が保持するSTEM像または計算像を表示装置400に表示させる。
なお、試料解析装置500が備える原子情報保持部502と、STEM制御部503、像生成部504、計算処理部505(ピークサーチ部505a、像計算部505b、画像処理部505c)、表示処理部506は、CPU510a(図2)により試料解析プログラムが実行されることによりその処理機能が実現される。
The display processing unit 506 displays the STEM image or calculation image held by the image holding unit 501 on the display device 400.
Note that the atomic information holding unit 502, the STEM control unit 503, the image generation unit 504, the calculation processing unit 505 (the peak search unit 505a, the image calculation unit 505b, the image processing unit 505c), and the display processing unit 506 provided in the sample analysis apparatus 500. The processing function is realized by executing the sample analysis program by the CPU 510a (FIG. 2).

次に、試料解析装置500で実行される試料解析処理について図6を用いて説明する。
図6は、実施の形態に係る試料解析装置で実行される試料解析処理の一例を示すフローチャートである。
Next, a sample analysis process executed by the sample analysis apparatus 500 will be described with reference to FIG.
FIG. 6 is a flowchart illustrating an example of a sample analysis process executed by the sample analysis apparatus according to the embodiment.

ユーザが解析対象の試料210をSTEM200の所定の位置にセットして、試料解析装置500に対して解析開始の操作入力を行うと、試料解析装置500は、初期化した後に以下の処理を実行する。   When the user sets the sample 210 to be analyzed at a predetermined position in the STEM 200 and inputs an operation start of analysis to the sample analyzer 500, the sample analyzer 500 executes the following processing after initialization. .

[ステップS11] STEM制御部503は、STEM200の電子プローブ201から電子線Bを出射させて、収束レンズ202及び対物レンズ204を制御して、試料210に入射する電子線Bの径を収束させて、試料210に対する電子線Bの焦点を合わせる。さらに、STEM制御部503は、走査コイル203から発生させる磁場を制御して、試料210に対して電子線Bを走査させる。このようにして入射されて、走査する電子線Bは試料210で回折して、回折した電子は検出器207で検出される。   [Step S11] The STEM control unit 503 emits the electron beam B from the electron probe 201 of the STEM 200, controls the converging lens 202 and the objective lens 204, and converges the diameter of the electron beam B incident on the sample 210. The electron beam B is focused on the sample 210. Further, the STEM control unit 503 controls the magnetic field generated from the scanning coil 203 to scan the sample 210 with the electron beam B. The electron beam B incident and scanned in this manner is diffracted by the sample 210, and the diffracted electrons are detected by the detector 207.

像生成部504は、試料210に対する電子線Bの入射位置ごとに検出された電子の数(像の強度)を検出器207から取得して、STEM像を生成する。像生成部504は、そのSTEM像を画像保持部501に保持させる。   The image generation unit 504 acquires the number of electrons (image intensity) detected for each incident position of the electron beam B with respect to the sample 210 from the detector 207, and generates an STEM image. The image generation unit 504 causes the image holding unit 501 to hold the STEM image.

[ステップS12] 計算処理部505のピークサーチ部505aは、画像保持部501に保持されているSTEM像にピークサーチ処理を実行して、STEM像から試料210の原子配置情報を取得する。   [Step S12] The peak search unit 505a of the calculation processing unit 505 performs peak search processing on the STEM image held in the image holding unit 501, and acquires atomic arrangement information of the sample 210 from the STEM image.

ピークサーチ部505aは、この原子配置情報を原子情報保持部502に保持させる。
[ステップS13] 計算処理部505は、原子情報保持部502が保持する原子配置情報内に指定した計算範囲について、ブロッホ波法を用いた計算処理を実行し、計算範囲の像を生成し、当該像からトリミング像を抽出する。
The peak search unit 505a causes the atomic information holding unit 502 to hold this atomic arrangement information.
[Step S13] The calculation processing unit 505 executes calculation processing using the Bloch wave method for the calculation range specified in the atomic arrangement information held by the atomic information holding unit 502, generates an image of the calculation range, Extract a trimmed image from the image.

計算処理部505は、抽出したトリミング像を画像保持部501に保持させる。
なお、ステップS13の処理の詳細については後述する。
[ステップS14] 計算処理部505の画像処理部505cは、画像保持部501が保持する計算範囲ごとのトリミング像を張り合わせて、STEM像の計算像を合成する。
The calculation processing unit 505 causes the image holding unit 501 to hold the extracted trimmed image.
Details of the processing in step S13 will be described later.
[Step S14] The image processing unit 505c of the calculation processing unit 505 combines the trimming images for each calculation range held by the image holding unit 501, and synthesizes the calculation image of the STEM image.

画像処理部505cは、合成した計算像を画像保持部501に保持させる。
[ステップS15] 計算処理部505の画像処理部505cは、ステップS11で取得したSTEM像と、ステップS14で合成した計算像との差分を算出する。
The image processing unit 505c causes the image holding unit 501 to hold the combined calculation image.
[Step S15] The image processing unit 505c of the calculation processing unit 505 calculates a difference between the STEM image acquired in step S11 and the calculation image synthesized in step S14.

[ステップS16] 計算処理部505の画像処理部505cは、ステップS15で差分を算出して、差分が得られた否かを判定する。
画像処理部505cは、差分が得られた場合にはステップS17の処理を実行し、差分が得られなかった場合には試料解析処理を終了する。
[Step S16] The image processing unit 505c of the calculation processing unit 505 calculates a difference in step S15 and determines whether or not the difference is obtained.
The image processing unit 505c executes the process of step S17 when the difference is obtained, and ends the sample analysis process when the difference is not obtained.

画像処理部505cは、差分が得られた場合には、その差分を画像保持部501に保持させる。
[ステップS17] 計算処理部505のピークサーチ部505aは、画像保持部501が保持するSTEM像と計算像との差分にピークサーチ処理を実行して、その差分における原子の位置を示す位置情報を含む差分原子配置情報を取得する。
When the difference is obtained, the image processing unit 505c causes the image holding unit 501 to hold the difference.
[Step S17] The peak search unit 505a of the calculation processing unit 505 performs peak search processing on the difference between the STEM image held by the image holding unit 501 and the calculated image, and obtains position information indicating the position of the atom in the difference. Acquire differential atomic configuration information.

ピークサーチ部505aは、この差分原子配置情報を原子情報保持部502に保持させる。
[ステップS18] 計算処理部505の画像処理部505cは、ステップS14で合成した計算像に原子の位置の取得漏れ、または、過剰な取得が含まれているか否かを判定する。そのために、STEM像に差分原子配置情報の原子が全て含まれるか、または、STEM像に差分原子配置情報には含まれない原子があるかを判定する。
The peak search unit 505a causes the atomic information holding unit 502 to hold this difference atom arrangement information.
[Step S <b> 18] The image processing unit 505 c of the calculation processing unit 505 determines whether the calculation image synthesized in step S <b> 14 includes an atomic position acquisition omission or excessive acquisition. Therefore, it is determined whether all the atoms of the difference atom arrangement information are included in the STEM image or whether there are atoms not included in the difference atom arrangement information in the STEM image.

画像処理部505cは、STEM像に全ての差分原子配置情報の原子が含まれる場合、即ち、計算像に原子の位置の取得漏れが含まれる場合には、ステップS19の処理を実行する。一方、画像処理部505cは、STEM像に差分原子配置情報には含まれない原子がある場合、即ち、計算像に原子の位置の過剰な取得が含まれる場合には、ステップS20の処理を実行する。   The image processing unit 505c executes the process of step S19 when all the atoms of the difference atom arrangement information are included in the STEM image, that is, when acquisition of the position of the atom is included in the calculation image. On the other hand, if there is an atom that is not included in the difference atom arrangement information in the STEM image, that is, if the calculation image includes excessive acquisition of the position of the atom, the image processing unit 505c executes the process of step S20. To do.

[ステップS19] 計算処理部505の画像処理部505cは、ステップS17で取得した差分原子配置情報を含む計算範囲(ステップS13)について、取得漏れの位置に原子(原子を示す座標)を追加する処理を実行する。   [Step S19] The image processing unit 505c of the calculation processing unit 505 adds an atom (coordinate indicating an atom) to the acquisition omission position in the calculation range (step S13) including the difference atom arrangement information acquired in step S17. Execute.

[ステップS20] 計算処理部505の画像処理部505cは、ステップS17で取得した差分原子配置情報を含む計算範囲(ステップS13)について、原子が過剰に取得された位置からその原子(原子を示す座標)を削除する処理を実行する。   [Step S20] The image processing unit 505c of the calculation processing unit 505, for the calculation range (step S13) including the difference atom arrangement information acquired in step S17, the atom (coordinates indicating the atom) from the position where atoms are acquired excessively. ) Is deleted.

[ステップS21] 計算処理部505の像計算部505bは、ステップS19で原子を追加した計算範囲またはステップS20で原子を削除した計算範囲について再度計算処理を実行し、それらの計算範囲の像を生成し、当該像からトリミング像を抽出する。   [Step S21] The image calculation unit 505b of the calculation processing unit 505 performs the calculation process again on the calculation range in which atoms are added in step S19 or the calculation range in which atoms are deleted in step S20, and generates an image of those calculation ranges. Then, a trimmed image is extracted from the image.

像計算部505bは、再計算した計算範囲の像から抽出したトリミング像を画像保持部501に保持させて、画像保持部501が保持していた再計算される前の計算範囲の像のトリミング像が更新される。   The image calculation unit 505b holds the trimming image extracted from the recalculated calculation range image in the image holding unit 501, and the image calculation unit 501 holds the trimming image of the calculation range image before recalculation held by the image holding unit 501. Is updated.

この後のステップS14では、画像処理部505cは、ステップS21のトリミング像も含めて計算像を再合成する。
以上により、試料解析装置500で実行される試料解析処理が終了する。
In subsequent step S14, the image processing unit 505c resynthesizes the calculated image including the trimmed image in step S21.
Thus, the sample analysis process executed by the sample analysis apparatus 500 is completed.

次に、図6の試料解析処理で実行されるSTEM像の計算処理(ステップS13)について図7を用いて説明する。
図7は、実施の形態に係る試料解析装置で実行されるSTEM像の計算処理の一例を示すフローチャートである。
Next, STEM image calculation processing (step S13) executed in the sample analysis processing of FIG. 6 will be described with reference to FIG.
FIG. 7 is a flowchart illustrating an example of STEM image calculation processing executed by the sample analyzer according to the embodiment.

[ステップS13a] 像計算部505bは、ピークサーチ処理でSTEM像から取得した原子配置情報に対して計算範囲を指定する。
[ステップS13b] 像計算部505bは、指定した計算範囲内の原子の原子配置情報を抽出する。
[Step S13a] The image calculation unit 505b specifies a calculation range for the atomic arrangement information acquired from the STEM image in the peak search process.
[Step S13b] The image calculation unit 505b extracts atomic arrangement information of atoms within a specified calculation range.

[ステップS13c] 像計算部505bは、計算範囲から抽出した原子の原子配置情報に基づき、計算範囲について計算処理を実行して、その計算範囲の像を生成する。
[ステップS13d] 像計算部505bは、計算範囲の像をトリミングして、トリミング像を抽出する。
[Step S13c] The image calculation unit 505b performs a calculation process on the calculation range based on the atomic arrangement information of the atoms extracted from the calculation range, and generates an image of the calculation range.
[Step S13d] The image calculation unit 505b trims the image in the calculation range and extracts a trimmed image.

[ステップS13e] 像計算部505bは、ピークサーチ処理(ステップS12)で取得した原子配置情報について全て計算完了したか否かを判定する。
像計算部505bは、全て計算完了していない場合には、ステップS13fの処理を実行し、全て計算完了した場合には、STEM像の計算処理を終了して、ステップS14の処理を実行する。
[Step S13e] The image calculation unit 505b determines whether or not the calculation has been completed for all the atomic arrangement information acquired in the peak search process (step S12).
If all the calculations are not completed, the image calculation unit 505b executes the process of step S13f. If all the calculations are completed, the image calculation unit 505b ends the STEM image calculation process and executes the process of step S14.

[ステップS13f] 像計算部505bは、STEM像に対して計算範囲を移動させる。
この後、像計算部505bは、再び、ステップS13bの処理を実行する。
[Step S13f] The image calculation unit 505b moves the calculation range with respect to the STEM image.
Thereafter, the image calculation unit 505b executes the process of step S13b again.

以上により、ステップS13のSTEM像の計算処理が終了する。
なお、像計算部505bにより、ステップS13a〜13c,13fに従って複数の計算範囲の像を生成した後、それらの計算範囲の像からそれぞれトリミング像を抽出するようにすることもできる。
Thus, the STEM image calculation process in step S13 ends.
Note that the image calculation unit 505b can generate a plurality of calculation range images in accordance with steps S13a to 13c and 13f, and then extract a trimmed image from each of the calculation range images.

次に、上記のフローチャート(図6及び図7)に従って実行される試料解析処理について具体的に説明する。
(第1実施例)
第1実施例では、電子線Bの入射する方向に対して垂直な2次元平面に周期構造を有する系で計算した広範囲の計算像を、周期性が無くなるように適当な角度だけ回転し、正方形に切り出すことによって得られた像を、STEM像(元画像)としている。
Next, the sample analysis process executed according to the flowcharts (FIGS. 6 and 7) will be specifically described.
(First embodiment)
In the first embodiment, a wide range of calculation images calculated by a system having a periodic structure in a two-dimensional plane perpendicular to the incident direction of the electron beam B are rotated by an appropriate angle so as to eliminate periodicity, and square The image obtained by cutting out into STEM images is an STEM image (original image).

このようなSTEM像について、試料解析装置500の計算処理部505で実行される試料解析処理について図6及び図7のフローチャートに沿って、図8〜図10を用いて説明する。   With respect to such a STEM image, a sample analysis process executed by the calculation processing unit 505 of the sample analyzer 500 will be described with reference to FIGS. 8 to 10 along the flowcharts of FIGS.

図8は、第1実施例のSTEM像の一例を示す図であり、図9は、第1実施例に係る試料解析装置で実行されるSTEM像の計算処理を説明するための図である。また、図10は、第1実施例に係る試料解析装置で得られた計算像を示す図であり、図10(A)はSTEM像を、図10(B)はSTEM像の計算像を、それぞれ示している。   FIG. 8 is a diagram illustrating an example of the STEM image of the first embodiment, and FIG. 9 is a diagram for explaining the calculation processing of the STEM image executed by the sample analyzer according to the first embodiment. FIG. 10 is a diagram showing a calculation image obtained by the sample analysis apparatus according to the first example. FIG. 10A shows a STEM image, FIG. 10B shows a calculation image of the STEM image, Each is shown.

まず、試料解析装置500の画像保持部501には、図8に示す、Si(シリコン)(011)のSTEM像10が予め保持されている。
計算処理部505のピークサーチ部505aは、このSTEM像10に対してピークサーチ処理を実行して、STEM像10から原子の位置を示す原子配置情報を取得する(図6:ステップS12)。
First, the STEM image 10 of Si (silicon) (011) shown in FIG. 8 is held in advance in the image holding unit 501 of the sample analyzer 500.
The peak search unit 505a of the calculation processing unit 505 performs peak search processing on the STEM image 10 and acquires atomic arrangement information indicating the position of atoms from the STEM image 10 (FIG. 6: Step S12).

なお、第1実施例では、計算像をSTEM像10(元画像)としているために、ノイズ等の影響を受けずにピークサーチ処理によりSTEM像10の全原子柱の位置を示す原子配置情報を取得することができる。   In the first embodiment, since the calculation image is the STEM image 10 (original image), the atomic arrangement information indicating the positions of all atomic columns of the STEM image 10 is obtained by the peak search process without being affected by noise or the like. Can be acquired.

次いで、計算処理部505がSTEM像10の計算処理を実行する(図6:ステップS13)。
具体的には、まず、計算処理部505の像計算部505bは、図9(A)に示すように、ピークサーチ処理によりSTEM像10から取得した原子配置情報20に対して、例えば、一辺が0.8nm程度の超格子である計算範囲21を指定して、計算範囲21内の原子の原子配置情報を抽出する(図7:ステップS13a,S13b)。
Next, the calculation processing unit 505 executes calculation processing of the STEM image 10 (FIG. 6: Step S13).
Specifically, first, as shown in FIG. 9A, the image calculation unit 505b of the calculation processing unit 505 has, for example, one side with respect to the atomic arrangement information 20 acquired from the STEM image 10 by the peak search process. The calculation range 21 which is a superlattice of about 0.8 nm is specified, and the atomic arrangement information of atoms in the calculation range 21 is extracted (FIG. 7: steps S13a and S13b).

像計算部505bは、計算範囲21から抽出した原子の原子配置情報に基づき、計算範囲21について計算処理を実行して、図9(B)に示すように、その計算範囲21の像31を生成する(図7:ステップS13c)。   The image calculation unit 505b executes calculation processing for the calculation range 21 based on the atomic arrangement information of the atoms extracted from the calculation range 21, and generates an image 31 of the calculation range 21 as shown in FIG. 9B. (FIG. 7: Step S13c).

像計算部505bは、像31の一辺が0.2nm程度の中心部分以外の範囲をトリミングして、トリミングされたトリミング像32a(図9(B)参照)を取得する(図7:ステップS13d)。   The image calculation unit 505b trims a range other than the central portion where one side of the image 31 is about 0.2 nm and acquires a trimmed trimmed image 32a (see FIG. 9B) (FIG. 7: Step S13d). .

像計算部505bは、ピークサーチ処理で取得した原子配置情報20について全て計算完了したか否かを判定し、全ての計算が完了していない場合には、計算範囲21から、図9(A)中右側に0.2nmシフトして計算範囲22を新たに指定する(図7:ステップS13e,S13f)。   The image calculation unit 505b determines whether or not the calculation has been completed for all the atomic arrangement information 20 acquired by the peak search process. If all the calculations have not been completed, the image calculation unit 505b determines from FIG. The calculation range 22 is newly designated by shifting 0.2 nm to the middle right (FIG. 7: Steps S13e and S13f).

像計算部505bは、計算範囲22についても、計算範囲21の場合と同様に計算処理して生成した像32からトリミング像32aを取得する(図7:ステップS13b〜S13d)。   The image calculation unit 505b also acquires the trimming image 32a for the calculation range 22 from the image 32 generated by calculation processing in the same manner as in the calculation range 21 (FIG. 7: Steps S13b to S13d).

像計算部505bは、ピークサーチ処理で取得した原子配置情報20について全て計算完了したか否かを判定し、全ての計算が完了していない場合には、計算範囲22から、図9(A)中右側に0.2nmシフトして計算範囲23を新たに指定する(図7:ステップS13e,S13f)。   The image calculation unit 505b determines whether or not the calculation is complete for the atomic arrangement information 20 acquired by the peak search process. If all the calculations are not completed, the image calculation unit 505b determines from FIG. The calculation range 23 is newly designated by shifting 0.2 nm to the middle right (FIG. 7: Steps S13e and S13f).

像計算部505bは、計算範囲23についても、計算範囲21の場合と同様に計算処理して生成した像33からトリミング像33aを取得する(図7:ステップS13b〜S13d)。   The image calculation unit 505b also acquires the trimming image 33a from the image 33 generated by the calculation processing for the calculation range 23 as in the case of the calculation range 21 (FIG. 7: Steps S13b to S13d).

像計算部505bは、このようにして原子配置情報20について全て計算完了するまで計算範囲を移動してトリミング像を取得する(ステップS13e,S13f,S13b〜S23d)。   The image calculation unit 505b moves the calculation range until the calculation of all the atomic arrangement information 20 is completed in this way, and acquires trimming images (steps S13e, S13f, S13b to S23d).

次いで、画像処理部505cは、原子配置情報20の計算範囲ごとのトリミング像31a〜33a,…を張り合わせて(図9(E))、図10(B)に示すように、STEM像の計算像30を合成する(図7:ステップS14)。   Next, the image processing unit 505c puts together the trimmed images 31a to 33a,... For each calculation range of the atomic arrangement information 20 (FIG. 9E), and as shown in FIG. 30 are synthesized (FIG. 7: step S14).

次いで、画像処理部505cは、STEM像10と、STEM像10に対応する計算像30との差分を算出する(図6:ステップS15,S16)。
既述の通り、第1実施例では、ノイズ等の影響を受けずにピークサーチ処理によりSTEM像10の全原子柱の位置を示す原子配置情報を取得することができる。このため、STEM像10と、STEM像10に対する計算像30とから差分がないことを判定して(図6:ステップS16(no))、試料解析処理が終了する。
Next, the image processing unit 505c calculates a difference between the STEM image 10 and the calculated image 30 corresponding to the STEM image 10 (FIG. 6: Steps S15 and S16).
As described above, in the first embodiment, the atomic arrangement information indicating the positions of all atomic columns of the STEM image 10 can be acquired by the peak search process without being affected by noise or the like. Therefore, it is determined that there is no difference between the STEM image 10 and the calculated image 30 with respect to the STEM image 10 (FIG. 6: step S16 (no)), and the sample analysis process ends.

第1実施例において、試料解析装置500は、STEM像10から原子柱の位置を示す原子配置情報20を取得し、原子配置情報20内に指定した計算範囲について計算して、計算範囲の像を生成し、生成された像をトリミングしてトリミング像を抽出する。さらに、試料解析装置500は、このような計算範囲を原子配置情報20内で移動させて、各計算範囲からトリミング像を抽出し、トリミング像を張り合わせて計算像30を生成する。   In the first embodiment, the sample analysis apparatus 500 acquires the atomic arrangement information 20 indicating the position of the atomic column from the STEM image 10, calculates the calculation range specified in the atomic arrangement information 20, and obtains an image of the calculation range. And trimming the generated image to extract a trimmed image. Further, the sample analysis apparatus 500 moves such a calculation range within the atomic arrangement information 20, extracts a trimming image from each calculation range, and combines the trimming images to generate a calculation image 30.

このとき、原子配置情報20に指定した計算範囲は、その境界部分は本来原子柱が存在していない位置にも原子が存在しているような偽像を含み、その中心部分は本来の原子柱の位置を正確に反映した像となっている。そこで、トリミング像は、計算範囲をトリミングして中心部分を抽出したものである。計算像30は、このようなトリミング像を張り合わせて合成したものであるために、非周期構造を含むSTEM像10を精度良く再現するようになる。   At this time, the calculation range specified in the atom arrangement information 20 includes a false image in which the boundary portion includes atoms at positions where the atomic column does not originally exist, and the central portion includes the original atomic column. It is an image that accurately reflects the position of. Therefore, the trimmed image is obtained by trimming the calculation range and extracting the central portion. Since the calculated image 30 is a composite of such trimmed images, the STEM image 10 including the aperiodic structure is accurately reproduced.

また、計算像30は、大規模な行列演算や、電子線の入射位置ごとに試料の上面から下面までの波動関数の計算を行うことなく生成される。このため、計算像30の生成で必要とされる計算量が減少されて、計算時間が短縮し、計算に用いられるRAM510bの使用容量も減少する。   Further, the calculation image 30 is generated without performing a large-scale matrix operation or calculating a wave function from the upper surface to the lower surface of the sample for each electron beam incident position. Therefore, the amount of calculation required for generating the calculation image 30 is reduced, the calculation time is shortened, and the used capacity of the RAM 510b used for the calculation is also reduced.

(第2実施例)
第2実施例では、図6及び図7のフローチャートにより試料解析処理を利用した別の具体例について図11及び図12を用いて説明する。
(Second embodiment)
In the second embodiment, another specific example using the sample analysis process will be described with reference to FIGS. 11 and 12 according to the flowcharts of FIGS.

図11は、第2実施例に係る試料解析装置で得られた原子が欠落した計算像を示す図であって、図11(A)はSTEM像を示し、図11(B)は計算像をSTEM像に重ね合わせた状態を示している。   11A and 11B are diagrams showing calculation images obtained by the sample analyzer according to the second embodiment in which atoms are missing. FIG. 11A shows a STEM image, and FIG. 11B shows a calculation image. A state in which the image is superimposed on the STEM image is shown.

また、図12は、第2実施例に係る試料解析装置で得られる原子が追加された計算像を示す図であって、図12(A)は、STEM像と計算像との差分の像を示し、図12(B)は原子が追加された計算像をSTEM像に重ね合わせた状態を示している。   FIG. 12 is a diagram showing a calculation image in which atoms obtained by the sample analyzer according to the second embodiment are added. FIG. 12A shows an image of the difference between the STEM image and the calculation image. FIG. 12B shows a state in which the calculated image with the atoms added is superimposed on the STEM image.

ユーザが試料をSTEM200の所定の位置にセットして、試料解析装置500に対して解析開始の操作入力を行うと、試料解析装置500が試料の観察を実行する。
STEM制御部503が、STEM200において試料210に対して電子線Bを入射並びに走査させて、試料210で回折した電子を検出させる。像生成部504は、試料210に対する電子線Bの入射位置ごとに検出された電子の数(像の強度)を取得して、図11(A)に示すSTEM像10aを生成する(図6:ステップS11)。
When the user sets a sample at a predetermined position of the STEM 200 and inputs an operation start of analysis to the sample analysis apparatus 500, the sample analysis apparatus 500 executes observation of the sample.
The STEM control unit 503 causes the electron beam B to enter and scan the sample 210 in the STEM 200 to detect electrons diffracted by the sample 210. The image generation unit 504 acquires the number of electrons (image intensity) detected for each incident position of the electron beam B on the sample 210, and generates the STEM image 10a shown in FIG. Step S11).

図11(A)によれば、STEM像10aは、図11(A)中、左上から右下にかけて中心部分を跨ぐように狭い範囲の双晶欠陥が含まれている。この双晶欠陥により電子線Bと垂直な2次元平面方向の周期性が損なわれている。   According to FIG. 11 (A), the STEM image 10a includes twin defects in a narrow range so as to straddle the central portion from the upper left to the lower right in FIG. 11 (A). Due to the twin defects, the periodicity in the two-dimensional plane direction perpendicular to the electron beam B is impaired.

次いで、計算処理部505のピークサーチ部505aが、STEM像10aにピークサーチ処理を実行して、STEM像10aから試料210に含まれる原子の位置を示す原子配置情報を取得する(図6:ステップS12)。   Next, the peak search unit 505a of the calculation processing unit 505 performs peak search processing on the STEM image 10a, and acquires atomic arrangement information indicating the position of atoms included in the sample 210 from the STEM image 10a (FIG. 6: step). S12).

計算処理部505は、取得した原子配置情報内に指定した一辺が0.8nmの超格子の範囲である計算範囲について計算処理を実行し、計算範囲の像を生成し、当該像をトリミングして一辺が0.2nmの中心部分からトリミング像を抽出する。計算処理部505は、ピークサーチ処理で取得した全ての原子配置情報について像の計算が完了するまで計算範囲を移動させて、上記と同様にトリミング像を抽出し、画像保持部501に保持させる(図6:ステップS13、図7:ステップS13a〜S13f)。   The calculation processing unit 505 executes calculation processing for a calculation range that is a range of a superlattice having a side of 0.8 nm specified in the acquired atomic arrangement information, generates an image of the calculation range, and trims the image A trimming image is extracted from a central portion having a side of 0.2 nm. The calculation processing unit 505 moves the calculation range until image calculation is completed for all the atomic arrangement information acquired by the peak search process, extracts a trimmed image in the same manner as described above, and holds the extracted image in the image holding unit 501 ( FIG. 6: Step S13, FIG. 7: Steps S13a to S13f).

画像処理部505cは、画像保持部501が保持する計算範囲ごとのトリミング像を張り合わせて、STEM像の計算像30aを合成する(図6:ステップS14)。
図11(B)には、STEM像10aに重ね合せた計算像30aが示されている。これによれば、計算像30aには、図11(B)中破線の円で囲まれた箇所の原子が抜け落ちていることが認められる。これは、STEM像10aに対するピークサーチ処理時に、STEM像10aから試料210に含まれる一部の原子の位置を示す原子配置情報を取得することができなかったことによる。
The image processing unit 505c combines the trimmed images for each calculation range held by the image holding unit 501 and synthesizes the calculated image 30a of the STEM image (FIG. 6: step S14).
FIG. 11B shows a calculation image 30a superimposed on the STEM image 10a. According to this, it is recognized that the atoms in the part surrounded by the broken-line circle in FIG. This is because atomic arrangement information indicating the positions of some atoms included in the sample 210 could not be acquired from the STEM image 10a during the peak search process for the STEM image 10a.

次いで、画像処理部505cは、STEM像10aと計算像30aとの差分を算出して、その差分の像に対してピークサーチ処理を実行して、差分における原子の位置を示す原子配置情報40を取得する(図6:ステップS15〜S17)。   Next, the image processing unit 505c calculates a difference between the STEM image 10a and the calculated image 30a, executes a peak search process on the difference image, and obtains atomic arrangement information 40 indicating the position of the atom in the difference. Obtain (FIG. 6: Steps S15 to S17).

図12(A)には、STEM像10aと計算像30aとの差分における原子の位置を示す原子配置情報40が示されている。これによれば、STEM像10aに対するピークサーチ処理で取得することができなかった位置に原子が存在することが分かる。   FIG. 12A shows atomic arrangement information 40 indicating the positions of atoms in the difference between the STEM image 10a and the calculated image 30a. According to this, it can be seen that atoms exist at positions that could not be acquired by the peak search process for the STEM image 10a.

画像処理部505cは、STEM像10aに原子配置情報40が全て含まれることを判定して、原子配置情報40の原子の位置を含む計算範囲に原子を追加する(図6:ステップS18,S19)。   The image processing unit 505c determines that the atomic arrangement information 40 is all included in the STEM image 10a, and adds atoms to the calculation range including the position of the atoms in the atomic arrangement information 40 (FIG. 6: Steps S18 and S19). .

像計算部505bは、原子配置情報40における位置の原子が追加された計算範囲について計算処理を再度実行し、それらの計算範囲の像を生成し、当該像からトリミング像を抽出する。像計算部505bは、再計算した計算範囲の像から抽出したトリミング像を画像保持部501に保持させて、画像保持部501が保持していた再計算される前の計算範囲の像のトリミング像が更新される(図6:ステップS21)。   The image calculation unit 505b performs the calculation process again on the calculation range to which the atom at the position in the atom arrangement information 40 is added, generates an image of the calculation range, and extracts a trimmed image from the image. The image calculation unit 505b holds the trimming image extracted from the recalculated calculation range image in the image holding unit 501, and the image calculation unit 501 holds the trimming image of the calculation range image before recalculation held by the image holding unit 501. Is updated (FIG. 6: step S21).

画像処理部505cは、更新されたトリミング像も用いて計算像30bを再合成する(図6:ステップS14)。
図12(B)には、STEM像10aに重ね合せた計算像30bが示されている。これによれば、計算像30bとSTEM像10aとの原子の位置が一致していることが認められる。
The image processing unit 505c re-synthesizes the calculated image 30b using the updated trimmed image (FIG. 6: Step S14).
FIG. 12B shows a calculated image 30b superimposed on the STEM image 10a. According to this, it is recognized that the positions of the atoms in the calculation image 30b and the STEM image 10a coincide.

画像処理部505cは、STEM像10aと計算像30bとの差分がないことを判定して(図6:ステップS16(no))、試料解析処理が終了する。
第2実施例でも、第1実施例と同様に、試料解析装置500は、STEM像10から原子柱の位置を示す原子配置情報20を取得し、原子配置情報20内に指定した計算範囲について計算して、計算範囲の像を生成し、生成された像をトリミングしてトリミング像を抽出する。さらに、試料解析装置500は、このような計算範囲を原子配置情報20内で移動させて、各計算範囲からトリミング像を抽出し、トリミング像を張り合わせて計算像30を生成することができる。
The image processing unit 505c determines that there is no difference between the STEM image 10a and the calculated image 30b (FIG. 6: step S16 (no)), and the sample analysis process ends.
Also in the second embodiment, similarly to the first embodiment, the sample analyzer 500 acquires the atomic arrangement information 20 indicating the position of the atomic column from the STEM image 10 and calculates the calculation range specified in the atomic arrangement information 20. Then, an image in the calculation range is generated, and the generated image is trimmed to extract a trimmed image. Furthermore, the sample analysis apparatus 500 can move such a calculation range within the atomic arrangement information 20, extract a trimming image from each calculation range, and combine the trimming images to generate the calculation image 30.

このとき、原子配置情報に指定した計算範囲は、その境界部分は本来原子柱が存在していない位置にも原子が存在しているような偽像を含み、その中心部分は本来の原子柱の位置を正確に反映した像となっている。そこで、トリミング像は、計算範囲をトリミングして中心部分を抽出したものである。   At this time, the calculation range specified in the atomic arrangement information includes a false image in which the boundary part includes atoms at positions where the atomic column originally does not exist, and the central part includes the original atomic column. The image accurately reflects the position. Therefore, the trimmed image is obtained by trimming the calculation range and extracting the central portion.

さらに、STEM像10aから原子柱の位置を示す原子配置情報を取得した際に、その位置の取得漏れまたは過剰取得が生じても、STEM像10aと、STEM像10aの計算像30aとの差分の像から、取得漏れまたは過剰取得の原子柱の位置を示す原子配置情報40を取得して、取得した原子配置情報40で示される位置を含む計算範囲に原子を追加または削除するようにした。   Further, when the atomic arrangement information indicating the position of the atomic column is acquired from the STEM image 10a, the difference between the STEM image 10a and the calculated image 30a of the STEM image 10a is obtained even if the acquisition of the position is omitted or excessive acquisition occurs. From the image, the atomic arrangement information 40 indicating the position of the acquisition missing or excessively acquired atomic column is acquired, and atoms are added to or deleted from the calculation range including the position indicated by the acquired atomic arrangement information 40.

したがって、計算像30bは、このような計算範囲の像の中心部分から抽出したトリミング像を張り合わせて合成したものであるために、非周期構造を含むSTEM像10aをより精度良く再現するようになる。   Therefore, since the calculation image 30b is a composite of trimming images extracted from the center portion of the image in such a calculation range, the STEM image 10a including the aperiodic structure is reproduced with higher accuracy. .

また、第2実施例の計算像30bも、大規模な行列演算や、電子線の入射位置ごとに試料の上面から下面までの波動関数の計算を行うことなく生成される。このため、計算像30bの生成で必要とされる計算量が減少されて、計算時間が短縮し、計算に用いられるRAM510bの使用容量も減少する。   Further, the calculation image 30b of the second embodiment is also generated without performing a large-scale matrix calculation or calculating a wave function from the upper surface to the lower surface of the sample for each incident position of the electron beam. For this reason, the calculation amount required for generating the calculation image 30b is reduced, the calculation time is shortened, and the used capacity of the RAM 510b used for the calculation is also reduced.

上記の第1実施例及び第2実施例では、一辺が8nmサイズのSi積層欠陥の計算を行い、元画像と、それを用いて取得した計算像との間に、極めて良い一致が見られる。
仮にこの規模の計算を、ブロッホ波法を用いて従来通りの方法を用いて行おうとすると、10000行10000列の固有値演算を行う必要がある。これは現在の市販のコンピュータでは実質演算不可能なサイズであり、また膨大なメモリも必要とされる。これに対し、上記の第1実施例及び第2実施例では、一辺が0.8nmという1/10のサイズの超格子を計算に用いているため、1000行1000列の固有値演算で済む。この計算規模は、試料の解析を行ううえで極めて現実的な計算規模であると言える。
In the first and second embodiments described above, a Si stacking fault having a size of 8 nm on one side is calculated, and a very good match is found between the original image and a calculated image obtained using the same.
If calculation of this scale is performed using the conventional method using the Bloch wave method, it is necessary to perform eigenvalue calculation of 10,000 rows and 10,000 columns. This is a size that is practically impossible to calculate with current commercially available computers, and also requires a huge amount of memory. On the other hand, in the first and second embodiments described above, a superlattice having a size of 1/10 having a side of 0.8 nm is used for the calculation, and therefore, eigenvalue calculation of 1000 rows and 1000 columns is sufficient. This calculation scale can be said to be a very realistic calculation scale in analyzing a sample.

また、例えば896ピクセル×896ピクセルの解像度の像をマルチスライス法で演算する場合、画素数分の繰り返し演算を必要とするため、802816回の繰り返し演算が必要になる。マルチスライス法では、仮に一画素の計算の所要時間が10秒だとしても、上記解像度の像の計算には、80日以上の計算時間を要してしまう。これに対し、上記の第1実施例及び第2実施例では、計算像の取得までに要する演算を6日程度で終了させることができ、10倍以上の効率化を図ることができる。   Further, for example, when an image having a resolution of 896 pixels × 896 pixels is calculated by the multi-slice method, it is necessary to repeat the calculation for the number of pixels, and thus it is necessary to perform 802,816 repetitions. In the multi-slice method, even if the time required for calculation of one pixel is 10 seconds, calculation of an image with the above resolution requires calculation time of 80 days or more. On the other hand, in the first and second embodiments, the calculation required to obtain the calculation image can be completed in about 6 days, and the efficiency can be increased by 10 times or more.

なお、上記の処理機能は、コンピュータによって実現することができる。その場合、試料解析装置500が有すべき機能の処理内容を記述したプログラムが提供される。そのプログラムをコンピュータで実行することにより、上記処理機能がコンピュータ上で実現される。処理内容を記述したプログラムは、コンピュータで読み取り可能な記録媒体(可搬型記録媒体を含む)に記録しておくことができる。コンピュータで読み取り可能な記録媒体としては、磁気記録装置、光ディスク、光磁気記録媒体、半導体メモリ等がある。磁気記録装置には、ハードディスク装置(HDD:Hard Disk Drive)、フレキシブルディスク(FD)、磁気テープ等がある。光ディスクには、DVD(Digital Versatile Disc)、DVD−RAM、CD−ROM(Read Only Memory)、CD−R(Recordable)/RW(ReWritable)等がある。光磁気記録媒体には、MO(Magneto-Optical disk)等がある。   The above processing functions can be realized by a computer. In that case, a program describing the processing contents of the functions that the sample analyzer 500 should have is provided. By executing the program on a computer, the above processing functions are realized on the computer. The program describing the processing contents can be recorded on a computer-readable recording medium (including a portable recording medium). Examples of the computer-readable recording medium include a magnetic recording device, an optical disk, a magneto-optical recording medium, and a semiconductor memory. Examples of the magnetic recording device include a hard disk drive (HDD), a flexible disk (FD), and a magnetic tape. Optical discs include DVD (Digital Versatile Disc), DVD-RAM, CD-ROM (Read Only Memory), CD-R (Recordable) / RW (ReWritable), and the like. Magneto-optical recording media include MO (Magneto-Optical disk).

プログラムを流通させる場合には、例えば、そのプログラムが記録されたDVD、CD−ROM等の可搬型記録媒体が販売される。また、プログラムをサーバコンピュータの記憶装置に格納しておき、ネットワークを介して、サーバコンピュータから他のコンピュータにそのプログラムを転送することもできる。   When distributing the program, for example, a portable recording medium such as a DVD or a CD-ROM in which the program is recorded is sold. It is also possible to store the program in a storage device of a server computer and transfer the program from the server computer to another computer via a network.

プログラムを実行するコンピュータは、例えば、可搬型記録媒体に記録されたプログラムもしくはサーバコンピュータから転送されたプログラムを、自己の記憶装置に格納する。そして、コンピュータは、自己の記憶装置からプログラムを読み取り、プログラムに従った処理を実行する。なお、コンピュータは、可搬型記録媒体から直接プログラムを読み取り、そのプログラムに従った処理を実行することもできる。また、コンピュータは、サーバコンピュータからプログラムが転送されるごとに、逐次、受け取ったプログラムに従った処理を実行することもできる。   The computer that executes the program stores, for example, the program recorded on the portable recording medium or the program transferred from the server computer in its own storage device. Then, the computer reads the program from its own storage device and executes processing according to the program. The computer can also read the program directly from the portable recording medium and execute processing according to the program. Further, each time the program is transferred from the server computer, the computer can sequentially execute processing according to the received program.

以上説明した実施の形態に関し、更に以下の付記を開示する。
(付記1) コンピュータに、
試料の走査透過型電子顕微鏡像を用いて、前記試料に含まれる原子の位置を示す座標情報を含む原子配置情報を生成し、
生成された前記原子配置情報内の一部の範囲に含まれる前記座標情報を用いて、前記範囲の像を示す第1情報を生成し、
生成された前記第1情報から、前記範囲の像の中央部を示す第2情報を抽出し、
前記範囲を変更して、前記第1情報の生成及び前記第2情報の抽出を行い、
抽出された前記第2情報群を用いて前記試料の計算像を生成する
処理を実行させることを特徴とする試料解析プログラム。
Regarding the embodiment described above, the following additional notes are further disclosed.
(Supplementary note 1)
Using the scanning transmission electron microscope image of the sample, generate atomic arrangement information including coordinate information indicating the position of the atoms contained in the sample,
Using the coordinate information included in a partial range in the generated atomic arrangement information, to generate first information indicating an image of the range,
From the generated first information, second information indicating a central portion of the image of the range is extracted,
Changing the range, generating the first information and extracting the second information;
A sample analysis program for executing a process of generating a calculated image of the sample using the extracted second information group.

(付記2) 前記第2情報群の各々が示す像を張り合わせて前記計算像を生成することを特徴とする付記1に記載の試料解析プログラム。
(付記3) 前記範囲の像の中央部は、前記走査透過型電子顕微鏡像の取得時に前記試料に照射された電子線の径に基づいて設定されることを特徴とする付記1又は2に記載の試料解析プログラム。
(Additional remark 2) The sample analysis program of Additional remark 1 characterized by producing | generating the said calculation image by sticking the image which each of said 2nd information group shows.
(Additional remark 3) The center part of the image of the said range is set based on the diameter of the electron beam irradiated to the said sample at the time of the said scanning transmission electron microscope image acquisition, The additional remark 1 or 2 characterized by the above-mentioned. Sample analysis program.

(付記4) 前記範囲は、前記試料の超格子で規定されることを特徴とする付記1乃至3のいずれかに記載の試料解析プログラム。
(付記5) 前記第1情報を、前記範囲に含まれる前記座標情報を用いたブロッホ波法を用いて生成することを特徴とする付記1乃至4のいずれかに記載の試料解析プログラム。
(Additional remark 4) The said range is prescribed | regulated by the superlattice of the said sample, The sample analysis program in any one of Additional remark 1 thru | or 3 characterized by the above-mentioned.
(Supplementary note 5) The sample analysis program according to any one of supplementary notes 1 to 4, wherein the first information is generated using a Bloch wave method using the coordinate information included in the range.

(付記6) 前記コンピュータに、
前記走査透過型電子顕微鏡像と前記計算像との差分を示す第3情報を生成し、
前記第3情報を用いて前記計算像を補正する
処理を更に実行させることを特徴とする付記1乃至5のいずれかに記載の試料解析プログラム。
(Appendix 6) In the computer,
Generating third information indicating a difference between the scanning transmission electron microscope image and the calculated image;
The sample analysis program according to any one of appendices 1 to 5, further comprising executing a process of correcting the calculation image using the third information.

(付記7) 前記計算像を補正する処理は、
前記第3情報を用い、前記原子配置情報内の、前記差分が存在する差分範囲について、前記差分範囲に含まれる前記座標情報を用いて、前記差分範囲の像を示す第4情報を生成し、
前記第4情報から、前記差分範囲の像の中央部を示す第5情報を抽出し、
前記第5情報を用いて前記計算像を補正する
処理を含むことを特徴とする付記6に記載の試料解析プログラム。
(Supplementary Note 7) The process of correcting the calculation image is as follows.
Using the third information, for the difference range in which the difference exists in the atomic arrangement information, the coordinate information included in the difference range is used to generate fourth information indicating an image of the difference range,
From the fourth information, extract fifth information indicating a central portion of the image of the difference range,
The sample analysis program according to appendix 6, including a process of correcting the calculation image using the fifth information.

(付記8) 試料の走査透過型電子顕微鏡像を用いて、前記試料に含まれる原子の位置を示す座標情報を含む原子配置情報を生成する第1生成部と、
前記第1生成部によって生成された前記原子配置情報内の一部の範囲に含まれる前記座標情報を用いて、前記範囲の像を示す第1情報を生成する第2生成部と、
前記第2生成部によって生成された前記第1情報から、前記範囲の像の中央部を示す第2情報を抽出する抽出部と、
前記抽出部によって抽出された前記第2情報を用いて前記試料の計算像を生成する第3生成部と
を含むことを特徴とする試料解析装置。
(Additional remark 8) The 1st production | generation part which produces | generates the atomic arrangement | positioning information containing the coordinate information which shows the position of the atom contained in the said sample using the scanning transmission electron microscope image of a sample,
A second generation unit that generates first information indicating an image of the range using the coordinate information included in a partial range in the atomic arrangement information generated by the first generation unit;
An extraction unit that extracts second information indicating a central portion of the image of the range from the first information generated by the second generation unit;
And a third generation unit that generates a calculated image of the sample using the second information extracted by the extraction unit.

(付記9) 前記範囲を変更する処理部を更に含み、
前記第2生成部は、前記処理部によって変更された前記範囲に含まれる前記座標情報を用いて、変更された前記範囲の像を示す前記第1情報を生成し、
前記抽出部は、前記第2生成部によって生成された前記第1情報から、変更された前記範囲の像の中央部を示す前記第2情報を抽出し、
前記第3生成部は、前記抽出部によって抽出された前記第2情報群を用いて前記計算像を生成することを特徴とする付記8に記載の試料解析装置。
(Additional remark 9) The process part which changes the said range is further included,
The second generation unit generates the first information indicating the image of the changed range using the coordinate information included in the range changed by the processing unit,
The extraction unit extracts the second information indicating the central part of the image of the changed range from the first information generated by the second generation unit,
The sample analysis apparatus according to appendix 8, wherein the third generation unit generates the calculation image using the second information group extracted by the extraction unit.

(付記10) コンピュータが、
試料の走査透過型電子顕微鏡像を用いて、前記試料に含まれる原子の位置を示す座標情報を含む原子配置情報を生成し、
生成された前記原子配置情報内の一部の範囲に含まれる前記座標情報を用いて、前記範囲の像を示す第1情報を生成し、
生成された前記第1情報から、前記範囲の像の中央部を示す第2情報を抽出し、
前記範囲を変更して、前記第1情報の生成及び前記第2情報の抽出を行い、
抽出された前記第2情報群を用いて前記試料の計算像を生成する
ことを特徴とする試料解析方法。
(Appendix 10) The computer
Using the scanning transmission electron microscope image of the sample, generate atomic arrangement information including coordinate information indicating the position of the atoms contained in the sample,
Using the coordinate information included in a partial range in the generated atomic arrangement information, to generate first information indicating an image of the range,
From the generated first information, second information indicating a central portion of the image of the range is extracted,
Changing the range, generating the first information and extracting the second information;
A sample analysis method, wherein a calculated image of the sample is generated using the extracted second information group.

100 試料解析システム
200 STEM
201 電子プローブ
202 収束レンズ
203 走査コイル
204 対物レンズ
205 結像レンズ
206,207,1400 検出器
210,1100 試料
211 原子柱
212,213,1300 電子
300 入力装置
300a 可搬型記録媒体
400 表示装置
500 試料解析装置
501 画像保持部
502 原子情報保持部
503 STEM制御部
504 像生成部
505 計算処理部
505a ピークサーチ部
505b 像計算部
505c 画像処理部
506 表示処理部
510a CPU
510b RAM
510c HDD
510d グラフィック処理部
510e 入出力インタフェース
510f バス
1000 ADFSTEM
1200 収束電子線
100 Sample analysis system 200 STEM
DESCRIPTION OF SYMBOLS 201 Electronic probe 202 Converging lens 203 Scanning coil 204 Objective lens 205 Imaging lens 206,207,1400 Detector 210,1100 Sample 211 Atomic column 212,213,1300 Electronic 300 Input device 300a Portable recording medium 400 Display device 500 Sample analysis Apparatus 501 Image holding unit 502 Atomic information holding unit 503 STEM control unit 504 Image generation unit 505 Calculation processing unit 505a Peak search unit 505b Image calculation unit 505c Image processing unit 506 Display processing unit 510a CPU
510b RAM
510c HDD
510d Graphic processing unit 510e I / O interface 510f Bus 1000 ADFSTEM
1200 Convergent electron beam

Claims (6)

コンピュータに、
試料の走査透過型電子顕微鏡像を用いて、前記試料に含まれる原子の位置を示す座標情報を含む原子配置情報を生成し、
生成された前記原子配置情報内の一部の範囲に含まれる前記座標情報を用いて、前記範囲の原子の位置を計算した第1計算像を示す第1情報を生成し、
生成された前記第1情報から、前記第1計算像の中央部を示す第2情報を抽出し、
前記範囲を変更して、前記第1情報の生成及び前記第2情報の抽出を行い、
抽出された前記第2情報群を用いて前記試料の第2計算像を生成する
処理を実行させることを特徴とする試料解析プログラム。
On the computer,
Using the scanning transmission electron microscope image of the sample, generate atomic arrangement information including coordinate information indicating the position of the atoms contained in the sample,
Using the coordinate information included in a partial range in the generated atomic arrangement information, to generate first information indicating a first calculation image that calculates the position of the atoms in the range,
From the generated first information, second information indicating a central portion of the first calculation image is extracted,
Changing the range, generating the first information and extracting the second information;
A sample analysis program for executing a process of generating a second calculated image of the sample using the extracted second information group.
前記第2情報群の各々が示す前記第1計算の中央部を張り合わせて前記第2計算像を生成することを特徴とする請求項1に記載の試料解析プログラム。 2. The sample analysis program according to claim 1, wherein the second calculation image is generated by pasting a central portion of the first calculation image indicated by each of the second information groups. 前記第1計算像の中央部は、前記走査透過型電子顕微鏡像の取得時に前記試料に照射された電子線の径に基づいて設定されることを特徴とする請求項1又は2に記載の試料解析プログラム。 3. The sample according to claim 1, wherein a central portion of the first calculation image is set based on a diameter of an electron beam irradiated on the sample when the scanning transmission electron microscope image is acquired. Analysis program. 前記コンピュータに、
前記走査透過型電子顕微鏡像と前記第2計算像との差分を示す第3情報を生成し、
前記第3情報を用いて前記第2計算像を補正する
処理を更に実行させることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の試料解析プログラム。
In the computer,
Generating third information indicating a difference between the scanning transmission electron microscope image and the second calculation image;
The sample analysis program according to any one of claims 1 to 3, further comprising executing a process of correcting the second calculation image using the third information.
試料の走査透過型電子顕微鏡像を用いて、前記試料に含まれる原子の位置を示す座標情報を含む原子配置情報を生成する第1生成部と、
前記第1生成部によって生成された前記原子配置情報内の一部の範囲に含まれる前記座標情報を用いて、前記範囲の原子の位置を計算した第1計算像を示す第1情報を生成する第2生成部と、
前記第2生成部によって生成された前記第1情報から、前記第1計算像の中央部を示す第2情報を抽出する抽出部と、
前記抽出部によって抽出された前記第2情報を用いて前記試料の第2計算像を生成する第3生成部と
を含むことを特徴とする試料解析装置。
A first generation unit that generates atomic arrangement information including coordinate information indicating a position of an atom included in the sample, using a scanning transmission electron microscope image of the sample;
Using the coordinate information included in a partial range in the atomic arrangement information generated by the first generation unit, first information indicating a first calculation image obtained by calculating the position of the atom in the range is generated. A second generation unit;
An extraction unit for extracting second information indicating a central portion of the first calculation image from the first information generated by the second generation unit;
And a third generation unit that generates a second calculated image of the sample using the second information extracted by the extraction unit.
コンピュータが、
試料の走査透過型電子顕微鏡像を用いて、前記試料に含まれる原子の位置を示す座標情報を含む原子配置情報を生成し、
生成された前記原子配置情報内の一部の範囲に含まれる前記座標情報を用いて、前記範囲の原子の位置を計算した第1計算像を示す第1情報を生成し、
生成された前記第1情報から、前記第1計算像の中央部を示す第2情報を抽出し、
前記範囲を変更して、前記第1情報の生成及び前記第2情報の抽出を行い、
抽出された前記第2情報群を用いて前記試料の第2計算像を生成する
ことを特徴とする試料解析方法。
Computer
Using the scanning transmission electron microscope image of the sample, generate atomic arrangement information including coordinate information indicating the position of the atoms contained in the sample,
Using the coordinate information included in a partial range in the generated atomic arrangement information, to generate first information indicating a first calculation image that calculates the position of the atoms in the range,
From the generated first information, second information indicating a central portion of the first calculation image is extracted,
Changing the range, generating the first information and extracting the second information;
A sample analysis method, wherein a second calculated image of the sample is generated using the extracted second information group.
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