JP6403142B2 - 荷電粒子線装置及び試料観察方法 - Google Patents
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Description
[装置構成]
図1に、荷電粒子線装置の一つである透過型電子顕微鏡(TEM)の概略構成例を示す。電子銃101によって生成された電子ビームを照射レンズ1〜3(102〜104)により集束し、試料ステージ105に搭載された試料(不図示)へ照射する。試料を透過した電子は、結像レンズ1〜4(110〜113)を介してCCDカメラ114の撮像面に導びかれる。CCDカメラ114で検出された電子像は、主制御装置121に取り込まれた後に画像化される。作業者は、この像を試料像として観察する。照射レンズ1〜3(102〜104)、試料ステージ105、対物絞り106、制限視野絞り107は、主制御装置121から指令を受ける絞り制御基板120により制御される。主制御装置121で画像化された像は表示装置123に表示される。なお、表示装置123に表示された像の部分領域の指定には入力装置124が用いられる。後述するポインティングデバイス180は、入力装置124の一例である。鏡体100の内部は、不図示の真空排気用ポンプによって、10−5Pa程度まで真空排気される。
図2を用い、TEM像(透過像)の観察時における電子ビームの軌道を説明する。TEM像の観察時には、照射レンズ102〜104(図2中には図示せず)によって、ほぼ平行なビーム130を試料131に照射し、試料131と相互作用した電子を、試料下方に設置された複数段の結像レンズ132、133で拡大する。拡大された像は、CCDカメラ114上で結像し、画像化される。図3は、CCDカメラ114を用いて撮影されたTEM像(透過像)の一例である。
回折パターンを観察する場合には、図2に示すように、試料下方に結像される回折スポット201と透過スポット202を複数段の結像レンズ132、133を用いて拡大する。拡大された回折スポット201と透過スポット202は、CCDカメラ114上で結像し、画像化される。回折パターンを観察する場合に結像レンズ132、133に流す電流値は、TEM像を観察する場合に結像レンズ132、133に流す電流値と異なる。電流値の切り替えは主制御部121が実行する。図4は、TEM像に対応する回折パターンの一例である。CCDカメラ114によって撮影された画像上には試料の結晶方位に応じた回折パターン(回折スポット201、透過スポット202)が観察される。
図2に示すように、回折スポット201が結像される領域の近傍には、対物絞り106が設置されている。対物絞り106は、TEM像(透過像)の観察時には必要のない散乱電子をカットしたり、特定の回折スポット201のみを結像した像(暗視野像)を撮影したりするために用いられる。
以下では、透過型電子顕微鏡を用いてTEM像(透過像)を撮影する場合の動作(実施例1)と回折パターン(回折像)を撮影する場合の動作(実施例2)を別々に説明するが、後述する動作はイオン顕微鏡を含む各種の荷電粒子線装置を用いてTEM像(透過像)や回折パターン(回折像)を撮影する場合にも適用できる。
本実施例では、回折パターンを構成する任意の回折スポットに対応する暗視野像を自動的に取得する観察モードについて説明する。本実施例の観察では、回折パターンと透過像が用いられる。図7に示す回折パターンには透過波と回折波が含まれている。図7中のスポットCが透過波に相当し、それ以外は回折波である。回折波のみを用いて結像させた観察像が暗視野像、透過波のみを用いて結像させた観察像が明視野像である。暗視野像と明視野像を合わせて透過像という。観察像の選択は、対物絞り106により、どの回折スポットを透過させるかの選択により行う。
観察対象である回折パターンのうち任意のスポットに対応する暗視野像を撮影したい場合、作業者は、GUI画面401のモード選択欄402を回折パターン観察モードに切り替える。この選択により、像表示領域400には、回折パターンが表示される。作業者は、表示されている回折パターン上で、暗視野像の撮像を希望する任意の位置の回折スポットを選択する。
回折スポットが指定される度に、主制御装置121は、個々の回折スポットの観察に適した絞り径を有する穴(絞り板150を構成する穴151〜154のうちのいずれか)を選択する。ここでの絞り穴の選択は、指定された任意の回折スポットの大きさとほぼ等しい大きさの絞り穴を最適径として選択する場合だけでなく、指定された任意の回折スポットを絞り穴の一部分に含むものを最適径として選択する場合を含む。
主制御装置121は、画面上で選択された全ての回折スポットの座標を計算する。当該座標により、撮影対象とする回折スポットが一意に特定される。この座標は、対物絞りを移動すべき位置を与える。
主制御装置121は、算出された1つ又は複数の回折スポットの座標を不図示のメモリに保存する。すなわち、主制御装置121は、算出された座標をメモリに登録する。以後、主制御装置121は、保存された1つ又は複数の回折スポットの暗視野像を順番に取得する動作モードに移行する。暗視野像の取得は、作業者がTEMボタン404を、ポインティングデバイス180を用いてクリックすることで開始される。
TEMボタン404のクリックを検知した主制御装置121は、まず、回折スポットAの暗視野像の撮影用に対物絞り106の特定の穴(ステップ1102で選択された穴)を、回折スポットAの座標位置に自動的に移動させる。すなわち、回折スポットAと対物絞り106の特定の穴が一致するように、対物絞り106の位置が調整される。
作業者が撮影ボタン405をクリックすると、主制御装置121は、結像レンズの電流値をTEM像観察モードに切り替えて回折スポットAの暗視野像Aを取得し、表示装置123の像表示領域400に表示する。作業者は、この像表示領域400に表示された暗視野像Aを観察する。指定された回折スポットの個数が1つだけの場合には、このステップの処理で終了する。
ステップ1101で複数個の回折スポットが暗視野像の撮影用に登録されている場合、主制御装置121は、他の回折スポットについて順番に暗視野像の撮影処理を自動的に実行する。ここでは、回折スポットBの撮影用に対物絞り106の特定の穴(ステップ1102で選択された穴)を、回折スポットBの座標位置に移動させる。すなわち、回折スポットBと対物絞り106の特定の穴が一致するように、対物絞り106の位置が調整される。このとき、主制御装置121は、観察モードを、回折パターン観察モードに切り替えても良いが、回折スポットBの座標が既に登録されているのでTEM像観察モードのままで良い。
作業者が撮影ボタン405をクリックすると、主制御装置121は、回折スポットBに対応する暗視野像Bを取得し、表示装置123の像表示領域400に表示する。作業者は、この像表示領域400に表示された暗視野像Bを観察する。ステップ1107及び1108の処理は、登録されている全ての回折スポットについて繰り返し実行される。
本実施例では、透過像を構成する部分領域に対応する回折パターンを自動的に取得する観察モードについて説明する。図2に示すように、試料下方の領域部分には、対物レンズで結像された透過像が形成される。この領域部分には制限視野絞り107が取り付けられている。制限視野絞り107は、透過像の特定の領域の回折パターンを取得するために用いられる。制限視野絞り107を構成する絞り板には、図5に示す絞り板150と同様に、複数個の直径0.1μm〜数100μm程度の穴が設けられている。結像レンズ110〜113に流す電流を制御することにより、試料直下に形成される回折パターンを拡大してCCDカメラ114上に結像するか、対物レンズで結像されたTEM像を拡大してCCDカメラ114上に結像するかを切り替えることができる。
観察対象である透過像のうち任意の範囲に対応する回折パターンを撮影したい場合、作業者は、GUI画面401のモード選択欄402における選択をTEM像観察モードに切り替える。この選択を受信した主制御装置121は、TEM像観察モードに適した電流で結像レンズ110〜113を制御する。この結果、像表示領域400にはTEM像が表示される。
作業者は、像表示領域400内に表示されたTEM像のうち任意の範囲を選択する。例えば選択範囲Aを選択する場合、作業者は、GUI画面401に表示されたチェックボックス406のA欄にチェックを入れた後、登録ボタン403をクリックし、更にTEM像のうち観察した任意の範囲Aを指定する。ここでの範囲の指定(選択)は、ポインティングデバイスをクリック又はドラッグするなどして行う。
主制御装置121は、範囲が指定(選択)される度に、その大きさに対応する絞り径を選択する。ここでの絞り径とは、制限視野絞り107を構成する穴の径である。
主制御装置121は、範囲が指定(選択)される度に、その中心座標を計算し、その座標をメモリに保存する。範囲の大きさが任意の場合には、範囲の大きさもメモリに保存される。以後、主制御装置121は、保存された1つ又は複数の範囲に対応する回折パターンを順番に取得する動作モードに移行する。回折パターンの取得は、作業者が回折パターンボタン407を、ポインティングデバイス180を用いてクリックすることで開始される。
主制御装置121は、まず、制限視野絞り107の特定の穴(ステップ1603で選択された穴)を、範囲Aの座標位置に自動的に移動させる。すなわち、構造解析したい範囲と制限視野絞り107の特定の穴が一致するように、制限視野絞り107の位置が調整される。制限視野絞り107の移動は、制限視野絞り107とTEM像との位置関係に応じて定まる。なお、校正時において、制限視野絞り中心と光軸中心とは一致している。両中心が一致することで、カメラ画像の座標系、結像面(一次像面)の座標系、回折面の座標系が相似の関係になり、これらを1つの座標系として扱うことが可能になる。
撮像ボタン405がクリックされると、主制御装置121は、結像レンズの電流値を回折パターン観察モードに切り替えて選択範囲Aに対応する回折パターンAを取得し、表示装置123の像表示領域400に表示する。作業者は、この像表示領域400に表示された回折パターンAを観察する。指定された回折スポットの個数が1つだけの場合には、このステップの処理で終了する。
ステップ1601で複数個の選択範囲が回折パターンの撮影用に登録されている場合、主制御装置121は、他の範囲について順番に回折パターンの撮影処理を自動的に実行する。ここでは、選択範囲Bの撮影用に制限視野絞り107の特定の穴(ステップ1603で選択された穴)を、選択範囲Bの座標位置に移動させる。このとき、主制御装置121は、観察モードを、TEM像観察モードに切り替えても良いが、選択範囲Bの座標が既に登録されているので回折パターン観察モードのままで良い。
撮影ボタン405がクリックされると、主制御装置121は、結像レンズの電流値を回折パターン観察モードに切り替えて選択範囲Bの回折パターンBを取得し、表示装置123の像表示領域400に表示する。作業者は、この像表示領域400に表示された回折パターンBを観察する。ステップ1607及び1608の処理は、登録されている全ての回折スポットについて繰り返し実行される。
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることも可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加、削除又は置換をすることが可能である。
Claims (8)
- 試料へ荷電粒子線を照射する照射部と、
前記試料の像を結像する結像部と、
前記結像部内に配置され、前記試料からの電子線を通過させるための大きさの異なる複数の開口が形成された絞りと、
前記絞りの位置を変更する移動部と、
前記結像部によって結像された像を得る検出部と、
前記検出部で得られた前記像を表示する表示部と、
表示された前記像から所定の部分を選択する選択部と、を有し、
前記移動部は前記所定の部分の選択位置に応じて、前記絞りと前記像との位置関係から前記絞りを移動し、
前記像は、電子線回折像及び前記試料の透過像の少なくとも1つであり、
前記絞りは、前記結像部内の回折面に挿入可能な対物絞り、及び前記結像部内の一次像面に挿入可能な制限視野絞りの少なくとも1つである、荷電粒子線装置。 - 請求項1に記載の荷電粒子線装置において、
前記像は、電子線回折像、及び前記試料の透過像であり、
前記絞りは、前記結像部内の回折面に挿入可能な対物絞り、及び前記結像部内の一次像面に挿入可能な制限視野絞りである、荷電粒子線装置。 - 請求項2に記載の荷電粒子線装置において、
前記絞りの移動距離を計測する計測部と、を有し、
前記移動部は前記計測部の計測結果をフィードバックすることで前記絞りの位置を変更する、荷電粒子線装置。 - 請求項1に記載の荷電粒子線装置において、
前記絞りの移動距離を計測する計測部と、を有し、
前記移動部は前記計測部の計測結果をフィードバックすることで前記絞りの位置を変更する、荷電粒子線装置。 - 試料へ荷電粒子線を照射する照射部と、前記試料の像を結像する結像部と、前記結像部内に配置され、前記試料からの電子線を通過させるための大きさの異なる複数の開口が形成された絞りと、前記絞りの位置を変更する移動部と、前記結像部によって結像された像を得る検出部と、前記検出部で得られた前記像を表示する表示部と、表示された前記像から所定の部分を選択する選択部とを有する荷電粒子線装置を用いた試料観察方法において、
前記選択部を通じ、前記表示部に表示された前記像から前記所定の部分の選択を受け付ける処理と、
前記移動部が、前記所定の部分の選択位置に応じて、前記絞りと前記像との位置関係から前記絞りを移動する処理とを有し、
前記像は、電子線回折像及び前記試料の透過像の少なくとも1つであり、
前記絞りは、前記結像部内の回折面に挿入可能な対物絞り、及び、前記結像部内の一次像面に挿入可能な制限視野絞りの少なくとも1つである、前記荷電粒子線装置を用いた試料観察方法。 - 請求項5に記載の荷電粒子線装置を用いた試料観察方法において、
前記像は、電子線回折像及び前記試料の透過像であり、
前記絞りは、前記結像部内の回折面に挿入可能な対物絞り、及び、前記結像部内の一次像面に挿入可能な制限視野絞りである、荷電粒子線装置を用いた試料観察方法。 - 請求項6に記載の荷電粒子線装置を用いた試料観察方法において、
前記移動部は、前記絞りの移動距離を計測する計測部による計測結果をフィードバックすることにより前記絞りの位置を変更する、荷電粒子線装置を用いた試料観察方法。 - 請求項5に記載の荷電粒子線装置を用いた試料観察方法において、
前記移動部は、前記絞りの移動距離を計測する計測部による計測結果をフィードバックすることにより前記絞りの位置を変更する、荷電粒子線装置を用いた試料観察方法。
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