JP7333800B2 - 相対回転角度の測定方法および走査透過電子顕微鏡 - Google Patents

相対回転角度の測定方法および走査透過電子顕微鏡 Download PDF

Info

Publication number
JP7333800B2
JP7333800B2 JP2021020790A JP2021020790A JP7333800B2 JP 7333800 B2 JP7333800 B2 JP 7333800B2 JP 2021020790 A JP2021020790 A JP 2021020790A JP 2021020790 A JP2021020790 A JP 2021020790A JP 7333800 B2 JP7333800 B2 JP 7333800B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
stem image
image
electron beam
stem
relative rotation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2021020790A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2022123460A (ja
Inventor
明穂 中村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Jeol Ltd
Original Assignee
Jeol Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Jeol Ltd filed Critical Jeol Ltd
Priority to JP2021020790A priority Critical patent/JP7333800B2/ja
Priority to US17/669,503 priority patent/US11837433B2/en
Publication of JP2022123460A publication Critical patent/JP2022123460A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP7333800B2 publication Critical patent/JP7333800B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/26—Electron or ion microscopes; Electron or ion diffraction tubes
    • H01J37/261—Details
    • H01J37/265—Controlling the tube; circuit arrangements adapted to a particular application not otherwise provided, e.g. bright-field-dark-field illumination
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/02—Details
    • H01J37/04—Arrangements of electrodes and associated parts for generating or controlling the discharge, e.g. electron-optical arrangement, ion-optical arrangement
    • H01J37/147—Arrangements for directing or deflecting the discharge along a desired path
    • H01J37/1472—Deflecting along given lines
    • H01J37/1474—Scanning means
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/26—Electron or ion microscopes; Electron or ion diffraction tubes
    • H01J37/28—Electron or ion microscopes; Electron or ion diffraction tubes with scanning beams
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/15—Means for deflecting or directing discharge
    • H01J2237/1505—Rotating beam around optical axis
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/245—Detection characterised by the variable being measured
    • H01J2237/24507—Intensity, dose or other characteristics of particle beams or electromagnetic radiation
    • H01J2237/24514—Beam diagnostics including control of the parameter or property diagnosed
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/26—Electron or ion microscopes
    • H01J2237/28—Scanning microscopes
    • H01J2237/2802—Transmission microscopes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/26—Electron or ion microscopes
    • H01J2237/28—Scanning microscopes
    • H01J2237/2803—Scanning microscopes characterised by the imaging method
    • H01J2237/2804—Scattered primary beam

Description

本発明は、相対回転角度の測定方法および走査透過電子顕微鏡に関する。
透過電子顕微鏡および走査透過電子顕微鏡では、実空間のデータおよび逆空間のデータを得ることができる。
実空間の情報は、主として、試料の形態、試料のサイズ、試料上の位置関係、および欠陥構造である。透過電子顕微鏡で取得可能な実空間の情報を含むデータとしては、明視野像、暗視野像、高分解能ＴＥＭ像などの試料像が挙げられる。走査透過電子顕微鏡で取得可能な実空間の情報を含むデータとしては、明視野ＳＴＥＭ像、環状暗視野ＳＴＥＭ像などの試料像が挙げられる。
逆空間の情報は、主として、結晶構造、結晶の対称性、原子の占有率、中長距離の結晶秩序、および散乱方位角である。透過電子顕微鏡で取得可能な逆空間の情報を含むデータとしては、電子回折図形が挙げられる。走査透過電子顕微鏡で取得可能な逆空間の情報を含むデータとしては、例えば、特許文献１に開示されているＤＰＣ（Differential Phase
Contrast）－ＳＴＥＭ像などが挙げられる。走査透過電子顕微鏡では、試料上を走査する電子プローブの各位置において、電子回折図形を取得することができる。電子回折図形の取得には、分割型検出器やＣＣＤカメラなどのピクセル型検出器が用いられる。
透過電子顕微鏡や走査透過電子顕微鏡で取得したデータを解析するうえで、実空間の情報と、逆空間の情報の対応づけは、非常に重要である。例えば、透過電子顕微鏡では、試料像と電子回折図形の方位の関係を正確に合わせることで、格子欠陥、位相界面などの局所情報と、結晶構造を対応づけることができる。また、走査透過電子顕微鏡では、例えば、特許文献１に開示されているＤＰＣ法をはじめとした、複雑なポスト処理を含む手法が多く活用されており、試料像と電子回折図形との方位の関係は、解析結果に直接影響する重要なパラメータである。
例えば、透過電子顕微鏡では、像観察モードと電子回折モードを切り替えても、像の回転が起こらないように結像系レンズを調整することで、試料像と電子回折図形との方位を一致させることができる。すなわち、像面（試料面）と回折面（検出面）との間の相対回転角度を０度にできる。したがって、実空間の情報と、逆空間の情報の対応づけることができる。
特開２０１８－０９２８０５号公報
走査透過電子顕微鏡では、試料上における電子線の走査方向も任意に回転できる（スキャンローテーション）。スキャンローテーションを行うことで、試料像の方向を変更できる。スキャンローテーションを行った場合、観察視野は回転するが、光学系全体に対する試料の方向、および光学系全体に対する電子回折図形の方位は変化しない。
そのため、走査透過電子顕微鏡では、試料面に形成される像面と検出面に形成される回
折面との間の相対回転角度を知るためには、試料面と検出面との間に配置された結像系レンズによる像の回転だけでなく、スキャンローテーションによる像の回転も考慮しなければならない。
したがって、走査透過電子顕微鏡では、像面と回折面との間の相対回転角度を知ることが困難であった。
本発明に係る相対回転角度の測定方法の一態様は、
試料に照射される電子線を偏向するための偏向器と、前記試料の電磁場によって散乱した電子の散乱方位角を検出可能な検出器と、を含む走査透過電子顕微鏡において、前記試料が配置される像面と前記検出器が配置される回折面との間の相対回転角度を測定する測定方法であって、
前記偏向器を用いて、試料面上において電子線をシフトさせるシフト工程と、
前記偏向器を用いて、前記試料面に対して電子線を傾斜させるチルト工程と、
前記シフト工程および前記チルト工程の前に、前記散乱方位角の情報を含む第１ＳＴＥＭ像と、前記散乱方位角の情報を含まない第２ＳＴＥＭ像を取得する工程と、
前記シフト工程および前記チルト工程の後に、前記散乱方位角の情報を含む第３ＳＴＥＭ像と、前記散乱方位角の情報を含まない第４ＳＴＥＭ像を取得する工程と、
前記第１ＳＴＥＭ像、前記第２ＳＴＥＭ像、前記第３ＳＴＥＭ像、および前記第４ＳＴＥＭ像に基づいて、前記相対回転角度を求める工程と、
を含み、
前記相対回転角度を求める工程は、
前記第２ＳＴＥＭ像および前記第４ＳＴＥＭ像に基づいて、前記シフト工程における前記試料面での電子線のシフトを表す第１ベクトルを求める工程と
前記第１ＳＴＥＭ像および前記第３ＳＴＥＭ像に基づいて、前記チルト工程における検出面での電子線のシフトを表す第２ベクトルを求める工程と、
前記第１ベクトルおよび前記第２ベクトルに基づいて、前記相対回転角度を求める工程と、
を含む。
このような相対回転角度の測定方法では、第１ＳＴＥＭ像、第２ＳＴＥＭ像、第３ＳＴＥＭ像、および第４ＳＴＥＭ像に基づいて、試料が配置される像面と検出器が配置される回折面との間の相対回転角度を求めることができる。したがって、このような相対回転角度の測定方法では、容易に、相対回転角度を求めることができる。
本発明に係る走査透過電子顕微鏡の一態様は、
電子線を試料に照射するための照射系レンズと、
前記試料に照射される電子線を偏向するための偏向器と、
前記試料を透過した電子線で結像するための結像系レンズと、
前記試料の電磁場によって散乱した電子の散乱方位角を検出可能な検出器と、
前記試料が配置される像面と前記検出器が配置される回折面との間の相対回転角度を算出する演算部と、
を含み、
前記演算部は、
前記偏向器を用いて、試料面上において電子線をシフトさせ、かつ、前記偏向器を用いて、前記試料面に対して電子線を傾斜させる前に取得された、前記散乱方位角の情報を含む第１ＳＴＥＭ像と、前記散乱方位角の情報を含まない第２ＳＴＥＭ像を取得する処理と、
前記偏向器を用いて、前記試料面上において電子線をシフトさせ、かつ、前記偏向器を用いて、前記試料面に対して電子線を傾斜させた後に取得された、前記散乱方位角の情報を含む第３ＳＴＥＭ像と、前記散乱方位角の情報を含まない第４ＳＴＥＭ像を取得する処理と、
前記第１ＳＴＥＭ像、前記第２ＳＴＥＭ像、前記第３ＳＴＥＭ像、および前記第４ＳＴＥＭ像に基づいて、前記相対回転角度を求める処理と、
を行い、
前記相対回転角度を求める処理では、
前記第２ＳＴＥＭ像および前記第４ＳＴＥＭ像に基づいて、前記試料面上で電子線をシフトさせたことによる前記試料面上における電子線のシフトを表す第１ベクトルを求め、
前記第１ＳＴＥＭ像および前記第３ＳＴＥＭ像に基づいて、前記試料面に対して電子線を傾斜させたことによる検出面における電子線のシフトを表す第２ベクトルを求め、
前記第１ベクトルおよび前記第２ベクトルに基づいて、前記相対回転角度を求める。
このような走査透過電子顕微鏡では、第１ＳＴＥＭ像、第２ＳＴＥＭ像、第３ＳＴＥＭ
像、および第４ＳＴＥＭ像に基づいて、試料が配置される像面と検出器が配置される回折面の間の相対回転角度を求めることができる。したがって、このような走査透過電子顕微鏡では、容易に、相対回転角度を求めることができる。
第１実施形態に係る相対回転角度の測定方法に用いられる走査透過電子顕微鏡の構成を示す図。 偏向器で電子線を単純シフトさせた場合の光線図。 偏向器で電子線を単純チルトさせた場合の光線図。 検出器の検出面を模式的に示す平面図。 スキャンローテーションを説明するための図。 スキャンローテーションの前のＳＴＥＭ像およびスキャンローテーションの後のＳＴＥＭ像を示す図。 スキャンローテーションの前のＤＰＣ像およびスキャンローテーションの後のＤＰＣ像を示す図。 相対回転角度の測定方法の一例を示すフローチャート。 第１ＳＴＥＭ像および第３ＳＴＥＭ像を模式的に示す図。 第２ＳＴＥＭ像および第４ＳＴＥＭ像を模式的に示す図。 シフト工程およびチルト工程を説明するための図。 シフト工程およびチルト工程を説明するための図。 相対回転角度の算出方法を説明するための図。 ＤＰＣ像において電子線の偏向を表すベクトルを相対回転角度を用いて補正した様子を示す図。 検出器の検出面を模式的に示す図。 走査透過電子顕微鏡の変形例を説明するための図。 シフト工程およびチルト工程の前後のＤＰＣ－ＳＴＥＭ像。 シフト工程およびチルト工程の前後のＭＢＦ－ＳＴＥＭ像。 相対回転角度を測定する工程を説明するための図。 相対回転角度を測定する工程を説明するための図。 相対回転角度を測定する工程を説明するための図。 相対回転角度が補正されたＤＰＣ－ＳＴＥＭ像。 第２実施形態に係る走査透過電子顕微鏡の構成を示す図。 情報処理装置の構成を示す図。 相対回転角度を測定する処理の一例を示すフローチャート。
以下、本発明の好適な実施形態について図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また、以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。
１． 第１実施形態
１．１． 走査透過電子顕微鏡の構成
第１実施形態に係る、試料が配置される像面と検出器が配置される回折面との間の相対回転角度（以下、単に「相対回転角度」ともいう）の測定方法について説明する。以下では、まず、第１実施形態に係る相対回転角度の測定方法に用いられる走査透過電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）について図面を参照しながら説明する。図１は、第１実施形態に係る相対回転角度の測定方法に用いられる走査透過電子顕微鏡１００の構成を示す図である。
走査透過電子顕微鏡１００は、図１に示すように、電子源１０１と、第１照射系レンズ１１０と、第２照射系レンズ１１２と、照射系絞り１１４と、偏向器１２０と、走査コイ
ル１３０と、第１結像系レンズ１４０と、第２結像系レンズ１４２と、検出器１５０と、を含む。
電子源１０１は、電子線ＥＢを発生させる。電子源１０１は、例えば、陰極から電子を放出させ、陽極に向かって加速させることによって電子線ＥＢをつくる電子銃である。
第１照射系レンズ１１０および第２照射系レンズ１１２は、電子源１０１から放出された電子線ＥＢを集束させて、試料面２に配置された試料に照射する。第１照射系レンズ１１０および第２照射系レンズ１１２で電子線ＥＢを集束させることによって、電子プローブが形成される。第２照射系レンズ１１２は、対物レンズの前方磁場を含む。
照射系絞り１１４は、第１照射系レンズ１１０に配置されている。照射系絞り１１４は、不要な電子線ＥＢをカットする。
偏向器１２０は、試料に照射される電子線ＥＢを２次元的に偏向する。偏向器１２０で電子線ＥＢを偏向することによって、試料面２において電子線ＥＢをシフトさせることができる。また、偏向器１２０で電子線ＥＢを偏向することによって、試料面２に対して電子線ＥＢを傾斜させることができる。偏向器１２０は、図示の例では、２段の偏向コイルで構成されている。２段の偏向コイルを連動させることによって、電子線ＥＢを単純シフトおよび単純チルトさせることができる。単純シフトおよび単純チルトについては後述する。
走査コイル１３０は、電子線ＥＢを２次元的に偏向し、電子線ＥＢで試料を走査するためのコイルである。
第１結像系レンズ１４０および第２結像系レンズ１４２は、試料を透過した電子線ＥＢで結像する。第１結像系レンズ１４０および第２結像系レンズ１４２によって、像が拡大され、試料面２（像面）に対して一定の像回転が加わった電子回折図形が検出面４（回折面）上に転送される。このように、試料面２と検出面４との間に配置された第１結像系レンズ１４０および第２結像系レンズ１４２のレンズ作用によって、試料が配置される像面に対して検出器１５０が配置される回折面が回転する。
検出器１５０は、第２結像系レンズ１４２がつくる回折面に配置されている。具体的には、検出器１５０は、検出面４を有しており、検出面４が回折面に配置されている。検出面４は、試料を透過した電子線ＥＢが検出される面である。
検出器１５０は、第１結像系レンズ１４０および第２結像系レンズ１４２によって転送された電子回折図形を検出する。検出器１５０は、試料の電磁場によって散乱した電子の散乱方位角（以下、単に「散乱方位角」ともいう）を検出可能な検出器である。検出器１５０は、例えば、分割型検出器である。分割型検出器は、検出面４が複数の検出領域に分割された検出器である。各検出領域は、独立して電子を検出可能である。
なお、ここでは、検出器１５０が分割型検出器である場合について説明するが、検出器１５０は、散乱方位角を検出可能な検出器であれば特に限定されない。例えば、検出器１５０は、ＣＣＤカメラなどのピクセル型検出器であってもよい。
図２は、偏向器１２０で電子線ＥＢを単純シフトさせた場合の光線図である。単純シフトは、試料面２に対する電子線ＥＢの傾斜角を変えることなく、試料面２において電子線ＥＢをシフトさせることをいう。図２に示すように、偏向器１２０で電子線ＥＢを単純シフトさせた場合、試料面２において電子線ＥＢの位置が変化しても、検出面４上において
透過ディスクの位置は変化しない。透過ディスクは、電子回折図形において透過波を示すディスクである。
図３は、偏向器１２０で電子線ＥＢを単純チルトさせた場合の光線図である。図３に示すように、単純チルトは、試料面２において電子線ＥＢをシフトさせることなく、試料面２に対する電子線ＥＢの傾斜角を変えることをいう。偏向器１２０で電子線ＥＢを単純チルトさせた場合、試料面２において電子線ＥＢの位置は変化しないが、検出面４上において透過ディスクの位置が変化する。この透過ディスクのシフトは、微分位相コントラストイメージング法（ＤＰＣ法）により検出できる。
ＤＰＣ法は、試料中の電磁場による電子線の偏向を、試料上の各位置で計測し、試料中の電磁場を可視化するＳＴＥＭ法の一種である。例えば、分割型検出器で、対向する検出領域の差分を取ることによって、試料上の各位置で電子線の偏向量および偏向の方向を検出できる。以下では、ＤＰＣ法について図面を参照しながら説明する。
図４は、検出器１５０の検出面４を模式的に示す平面図である。
図４に示すように、検出面４が、動径方向に２つ、偏角方向に４つに分割されることによって、８つの検出領域Ａ１～Ａ８が形成されている。なお、検出領域の数は、２以上であれば特に限定されない。
例えば、検出領域Ａ５の信号量Ｉ５と検出領域Ａ５と検出面４の中心Ｏに関して対称な検出領域Ａ７の信号量Ｉ７の差Ｉ５－Ｉ７から、検出領域Ａ５と検出領域Ａ７を結ぶ方向における、試料中の電磁場による電子線ＥＢの偏向量の情報を得ることができる。
また、検出領域Ａ６の信号量Ｉ６と検出領域Ａ６と中心Ｏに関して対称な検出領域Ａ８の信号量Ｉ８の差Ｉ６－Ｉ８から、検出領域Ａ６と検出領域Ａ８とを結ぶ方向における、試料中の電磁場による電子線ＥＢの偏向量の情報を得ることができる。
また、差Ｉ５－Ｉ７および差Ｉ６－Ｉ８から、試料中の電磁場による電子線ＥＢの偏向方向を特定できる。
このようにして、ＤＰＣ法で試料中の電磁場による電子線の偏向量および偏向方向を算出し、算出された偏向量および偏向方向を画像化することによって、ＤＰＣ－ＳＴＥＭ像を得ることができる。
１．２． 相対回転角度の測定方法
次に、第１実施形態に係る相対回転角度の測定方法について説明する。
１．２．１． 相対回転角度について
まず、試料が配置される像面と検出器１５０が配置される回折面との間の相対回転角度について説明する。
試料が配置される像面は試料面２に形成され、検出器１５０が配置される回折面は検出面４に形成される。像面では、実空間のデータ、すなわち、試料像（実像）が得られ、回折面では、逆空間のデータ、すなわち、電子回折図形が得られる。
相対回転角度は、試料面２上における座標系（後述する座標Ｏ（ｒ））に対する検出面４における座標系（後述する座標Ｏ（ｑ））の回転角度である。試料面２上における座標系は、試料面２と検出面４との間の結像系レンズのレンズ作用およびスキャンローテーシ
ョンにより回転し、検出面４に転送される。
図５は、相対回転角度を説明するための図である。図６は、スキャンローテーションの前のＳＴＥＭ像（試料像）Ｓ２およびスキャンローテーションの後のＳＴＥＭ像（試料像）Ｓ４を示す図である。
走査透過電子顕微鏡１００では、図５に示すように、電子線ＥＢの走査方向を任意に変更可能である（スキャンローテーション）。例えば、図６に示すように、ＳＴＥＭ像Ｓ２上での右方向を＋Ｘ方向、ＳＴＥＭ像Ｓ２上での上方向を＋Ｙ方向にとる。このとき、図５に示すように、スキャンローテーションにより走査方向を変えて、ＳＴＥＭ像Ｓ４を取得する。ＳＴＥＭ像Ｓ４では、図６に示すように、像の表示方向が変わる。すなわち、ＳＴＥＭ像Ｓ４の視野は、ＳＴＥＭ像Ｓ２の視野に対して回転している。
図７は、スキャンローテーションの前のＤＰＣ像Ｄ２およびスキャンローテーションの後のＤＰＣ像Ｄ４を示す図である。なお、ＤＰＣ像Ｄ２では、ＤＰＣ法で求められた試料中の電磁場による電子線ＥＢの偏向方向をベクトルＶ２で示し、ＤＰＣ像Ｄ４では、ＤＰＣ法で求められた試料中の電磁場による電子線ＥＢの偏向方向をベクトルＶ４で示している。
図５に示すように、試料面２における、試料中の電磁場による電子線ＥＢの偏向をベクトルＶ０で表す。このとき、ＤＰＣ像Ｄ２において、ベクトルＶ２が示す方向は、ベクトルＶ０が示す方向から角度Ｂだけずれている。このずれは、結像系レンズ（第１結像系レンズ１４０および第２結像系レンズ１４２）のレンズ作用による像の回転によって生じたものである。
ここで、走査透過電子顕微鏡１００では、スキャンローテーションによって光学系全体に対する試料の方向および電子回折図形の方位は変化しない。そのため、スキャンローテーション後のＤＰＣ像Ｄ４において、ベクトルＶ４が示す方向は、ベクトルＶ２が示す方向と同じになる。これは、試料座標に追随して回転する真の電磁場ベクトルＶ０の描画と、スキャンローテーションの影響を受けない検出器座標によって算出される測定電磁場ベクトルＶ２およびＶ４の描画について、その相対関係がスキャンローテーションの値によって任意に変わってしまうことを意味する。
このように、スキャンローテーションによって、試料面２上の座標系（座標Ｏ（ｒ））が回転する。そのため、相対回転角度を測定する際には、第１結像系レンズ１４０および第２結像系レンズ１４２による像の回転に加えて、スキャンローテーションによる像の回転を考慮しなければならない。
１．２．２． 相対回転角度の測定方法
次に、相対回転角度の測定方法について説明する。
上述したように、走査透過電子顕微鏡１００では、単純シフトにより試料面２において電子線ＥＢをシフトでき、単純チルトにより検出面４において電子線ＥＢをシフトできる。また、検出器１５０を用いることで、単純シフトによる試料面２における電子線ＥＢのシフトの方向はＳＴＥＭ像の視野の移動として検出でき、単純チルトによる検出面４における電子線ＥＢのシフトの方向はＤＰＣ法により検出できる。第１実施形態に係る相対回転角度の測定方法では、このことを利用して、相対回転角度を測定する。
図８は、相対回転角度の測定方法の一例を示すフローチャートである。
（１）第１ＳＴＥＭ像および第２ＳＴＥＭ像の取得する工程Ｓ１００
図９は、第１ＳＴＥＭ像Ｉ１および第３ＳＴＥＭ像Ｉ３を模式的に示す図である。図１０は、第２ＳＴＥＭ像Ｉ２および第４ＳＴＥＭ像Ｉ４を模式的に示す図である。
まず、第１ＳＴＥＭ像Ｉ１および第２ＳＴＥＭ像Ｉ２を取得する。第１ＳＴＥＭ像Ｉ１は、試料中の電磁場によって散乱した電子の散乱方位角の情報を含むＳＴＥＭ像である。第１ＳＴＥＭ像Ｉ１は、例えば、ＤＰＣ－ＳＴＥＭ像である。なお、便宜上、図９に示す第１ＳＴＥＭ像Ｉ１において、試料中の電磁場による電子の偏向方向および偏向量を示す矢印の図示を省略している。
第２ＳＴＥＭ像Ｉ２は、試料中の電磁場によって散乱した電子の散乱方位角の情報を含まないＳＴＥＭ像である。第２ＳＴＥＭ像Ｉ２は、試料のエッジの形状が明瞭に観察可能な像であればよい。第２ＳＴＥＭ像Ｉ２は、例えば、明視野ＳＴＥＭ像（ＢＦ－ＳＴＥＭ像）、環状明視野像（ＡＢＦ－ＳＴＥＭ像）、環状暗視野像（ＡＤＦ－ＳＴＥＭ像）、ｅＡＢＦ－ＳＴＥＭ像、ＭＢＦ－ＳＴＥＭ像などが挙げられる。
ＢＦ－ＳＴＥＭ像は、電子回折図形の透過ビームを検出して得られたＳＴＥＭ像である。ＡＢＦ－ＳＴＥＭ像は、透過ビームの光軸中心部を用いずに周辺部のみを円環状の検出器で選択的に検出して得られたＳＴＥＭ像である。ＡＤＦ－ＳＴＥＭ像は、円環状の検出器で、回折波を選択的に検出して得られたＳＴＥＭ像である。ｅＡＢＦ－ＳＴＥＭ像は、ＡＢＦ像からＢＦ像を差し引いたＳＴＥＭ像である。ＭＢＦ－ＳＴＥＭ像は、ＡＢＦ像とＢＦ像を足し合わせたＳＴＥＭ像である。
本工程では、まず、照射系光軸、結像系光軸、偏向器１２０の連動比、検出器１５０の調整を行い、ユーザーが設定した視野、倍率、カメラ長、走査方向で、ＳＴＥＭ像を取得するための測定を行う。すなわち、これらの光学条件で、電子線ＥＢで試料上を走査し、試料を透過した電子線ＥＢを検出器１５０で検出する。
次に、検出器１５０の各検出領域Ａ１～Ａ８で得られた検出信号から、第１ＳＴＥＭ像Ｉ１および第２ＳＴＥＭ像Ｉ２を算出する。第１ＳＴＥＭ像Ｉ１は、ＤＰＣ－ＳＴＥＭ像であり、上述したＤＰＣ法を用いて、各検出領域Ａ１～Ａ８で得られた検出信号から算出される。
例えば、第２ＳＴＥＭ像Ｉ２がＭＢＦ－ＳＴＥＭ像である場合、測定点ごとに検出領域Ａ１～Ａ８で得られた検出信号の総和を求めて、ＳＴＥＭ像を生成する。これにより、第２ＳＴＥＭ像Ｉ２としてのＭＢＦ－ＳＴＥＭ像を取得できる。
（２）シフト工程Ｓ１０２
次に、偏向器１２０を用いて、電子線ＥＢを単純シフトさせる。これにより、試料面２において電子線ＥＢがシフトし、検出面４において電子線ＥＢはシフトしない。すなわち、ＳＴＥＭ像の視野はシフトするが、ＤＰＣ－ＳＴＥＭ像における電子線ＥＢの偏向量および偏向方向は変化しない。
（３）チルト工程Ｓ１０４
次に、偏向器１２０を用いて、電子線ＥＢを単純チルトさせる。これにより、検出面４において電子線ＥＢがシフトし、試料面２において電子線ＥＢはシフトしない。すなわち、ＳＴＥＭ像の視野はシフトせず、ＤＰＣ－ＳＴＥＭ像における電子線ＥＢの偏向量および偏向方向が、視野全体で変化する。
図１１および図１２は、シフト工程Ｓ１０２およびチルト工程Ｓ１０４を説明するため
の図である。図１１および図１２には、それぞれ、試料面２を模式的に示す平面図と、仮想直線Ｌで切った断面図と、を図示している。
図１１および図１２に示すように、シフト工程Ｓ１０２では、試料面２上の仮想直線Ｌ上で電子線ＥＢの位置をシフトさせ、チルト工程Ｓ１０４では、同一の仮想直線Ｌ上で電子線ＥＢを傾斜させる。すなわち、チルト工程Ｓ１０４では、シフト工程Ｓ１０２で電子線ＥＢをシフトさせたときの試料面２上での電子線ＥＢの軌跡を示す直線Ｌに沿って、電子線ＥＢを傾斜させる。
シフト工程Ｓ１０２における電子線ＥＢのシフト方向と、チルト工程Ｓ１０４における電子線ＥＢの傾斜方向の組み合わせは、図１１および図１２に示すように２つある。すなわち、図１１に示す電子線ＥＢのシフト方向と傾斜方向が同じ方向である場合と、図１２に示す電子線ＥＢのシフト方向と傾斜方向が互いに反対方向である場合である。
（４）第３ＳＴＥＭ像および第４ＳＴＥＭ像の取得工程Ｓ１０６
次に、第３ＳＴＥＭ像Ｉ３および第４ＳＴＥＭ像Ｉ４を取得する。第３ＳＴＥＭ像Ｉ３は、シフト工程Ｓ１０２およびチルト工程Ｓ１０４の後に取得された、散乱方位角の情報を含むＳＴＥＭ像である。第４ＳＴＥＭ像Ｉ４は、シフト工程Ｓ１０２およびチルト工程Ｓ１０４の後に取得された、散乱方位角の情報を含まないＳＴＥＭ像である。なお、便宜上、図９に示す第３ＳＴＥＭ像Ｉ３に示す矢印は、チルト工程Ｓ１０４における検出面４での電子線ＥＢのシフトのみを表しており、試料中の電磁場による電子の偏向方向および偏向量は考慮されていない。
本工程では、まず、工程Ｓ１００と同一の光学条件で、ＳＴＥＭ像を取得するための測定を行う。すなわち、工程Ｓ１００と同一の光学条件で、電子線ＥＢを試料上で走査し、試料を透過した電子線ＥＢを検出器１５０で検出する。次に、検出器１５０の各検出領域Ａ１～Ａ８で得られた検出信号から、第１ＳＴＥＭ像Ｉ１と同じ算出方法で第３ＳＴＥＭ像Ｉ３を算出し、第２ＳＴＥＭ像Ｉ２と同じ算出方法で第４ＳＴＥＭ像Ｉ４を算出する。
（５）第１ベクトルＶｒの算出工程Ｓ１０８
次に、第２ＳＴＥＭ像Ｉ２および第４ＳＴＥＭ像Ｉ４に基づいて、シフト工程Ｓ１０２による試料面２における電子線ＥＢのシフトを表す第１ベクトルＶｒを算出する。
例えば、第２ＳＴＥＭ像Ｉ２上（第４ＳＴＥＭ像Ｉ４上）での右方向を＋Ｘ方向、上方向を＋Ｙ方向とする、試料面２上の右手系直交座標Ｏ（ｒ）を考え、第２ＳＴＥＭ像Ｉ２と第４ＳＴＥＭ像Ｉ４との間の視野のシフトから、座標Ｏ（ｒ）のもとで第１ベクトルＶｒを算出する。
図１０に示すように、シフト工程Ｓ１０２で電子線ＥＢをシフトさせたことによって、第４ＳＴＥＭ像Ｉ４の視野は、第２ＳＴＥＭ像Ｉ２の視野から、シフト工程Ｓ１０２で試料面２上において電子線ＥＢをシフトさせた分だけずれている。そのため、第２ＳＴＥＭ像Ｉ２と第４ＳＴＥＭ像Ｉ４の視野の移動量および移動方向を求めることによって、第１ベクトルＶｒを得ることができる。
（６）第２ベクトルＶｑの算出工程Ｓ１１０
次に、第１ＳＴＥＭ像Ｉ１および第３ＳＴＥＭ像Ｉ３に基づいて、チルト工程Ｓ１０４による検出面４における電子線ＥＢのシフトを表す第２ベクトルＶｑを算出する。
例えば、検出器１５０の向きによって決まる、検出面４上の右手系直交座標Ｏ（ｑ）を考え、第１ＳＴＥＭ像Ｉ１と第３ＳＴＥＭ像Ｉ３の同一箇所での信号の差分をとり、座標
Ｏ（ｑ）のもとで第２ベクトルＶｑを算出する。例えば、図４に示す例では、座標Ｏ（ｑ）の＋ｘ方向は、検出領域Ａ４から検出領域Ａ１に向かう方向であり、＋ｙ方向は、検出領域Ａ２から検出領域Ａ１に向かう方向である。
図９に示すように、チルト工程Ｓ１０４で電子線ＥＢを傾斜させたことによって、検出面４において電子線ＥＢがシフトし、このシフト分だけ、第３ＳＴＥＭ像Ｉ３で表される電子線ＥＢの偏向量および偏向方向が視野全体で変化する。そのため、第１ＳＴＥＭ像Ｉ１と第３ＳＴＥＭ像Ｉ３の同一箇所での信号の差分をとることによって、第２ベクトルＶｑを得ることができる。
（７）相対回転角度の算出工程Ｓ１１２
次に、第１ベクトルＶｒおよび第２ベクトルＶｑに基づいて、相対回転角度を算出する。
図１３は、相対回転角度θの算出方法を説明するための図である。
図１３に示すように、座標Ｏ（ｒ）上において、第１ベクトルＶｒおよび第２ベクトルＶｑを描き、第１ベクトルＶｒと第２ベクトルＶｑがなす角度を算出する。
ここで、シフト工程Ｓ１０２では、試料面２上の仮想直線Ｌ上で電子線ＥＢをシフトさせ、チルト工程Ｓ１０４では、仮想直線Ｌ上で電子線ＥＢを傾斜させた。そのため、図１１および図１２に示すように、第１ベクトルＶｒと第２ベクトルＶｑは、座標Ｏ（ｒ）上で、同じ方向、または、互いに反対方向を向いていなければならない。したがって、相対回転角度θの候補としては、２つの角度が考えられる。すなわち、相対回転角度θの候補として、第１ベクトルＶｒと第２ベクトルＶｑが同じ方向となる角度θ１と、第１ベクトルＶｒと第２ベクトルＶｑが互いに反対方向となる角度θ２と、が挙げられる。
例えば、偏向器１２０を構成する２段の偏向コイルの連動設定に基づいて角度θ１または角度θ２を選択してもよいし、走査透過電子顕微鏡１００の光学系の条件に基づいて角度θ１または角度θ２を選択してもよい。また、例えば、第１～第４ＳＴＥＭ像Ｉ１～Ｉ４に基づいてユーザーが角度θ１または角度θ２を選択してもよい。
このようにして、選択された角度θ１または角度θ２を、相対回転角度θとする。
以上の工程により、相対回転角度を求めることができる。
相対回転角度を求めることで、結像系レンズによる像の回転、およびスキャンローテーションによる像の回転を補正することができる。これにより、例えば、ＤＰＣ－ＳＴＥＭ像において、試料像の方向と、散乱方位角と、を対応づけることができる。
図１４は、ＤＰＣ像Ｄ４において電子線ＥＢの偏向（すなわち散乱方位角）を表すベクトルＶ４を、相対回転角度θを用いて補正した様子を示す図である。図１４では、ベクトルＶ４が示す方向を相対回転角度θで補正して、ベクトルＶ６で表している。
図１４に示すように、相対回転角度θを用いて、ＤＰＣ像Ｄ４におけるベクトルＶ４の方向を補正することで、補正後のベクトルＶ６方向を、ベクトルＶ０の方向に一致させることができる。
このように、測定された相対回転角度を、試料面２に形成される実空間の方位と検出面４に形成される逆空間の方位を対応づけるための補正角度として用いることができる。
また、スキャンローテーションを行った後に、上記の相対回転角度の測定を行うことで、スキャンローテーションを行った場合でも、ＤＰＣ－ＳＴＥＭ像において散乱方位角を正確に知ることができる。
１．３． 効果
第１実施形態に係る相対回転角度の測定方法は、偏向器１２０を用いて試料面２上において電子線ＥＢをシフトさせるシフト工程Ｓ１０２と、偏向器１２０を用いて試料面２に対して電子線ＥＢを傾斜させるチルト工程Ｓ１０４と、シフト工程Ｓ１０２およびチルト工程Ｓ１０４の前に、散乱方位角の情報を含む第１ＳＴＥＭ像Ｉ１と、散乱方位角の情報を含まない第２ＳＴＥＭ像Ｉ２を取得する工程Ｓ１００と、シフト工程Ｓ１０２およびチルト工程Ｓ１０４の後に、散乱方位角の情報を含む第３ＳＴＥＭ像Ｉ３と、散乱方位角の情報を含まない第４ＳＴＥＭ像Ｉ４を取得する工程Ｓ１０６と、第１ＳＴＥＭ像Ｉ１、第２ＳＴＥＭ像Ｉ２、第３ＳＴＥＭ像Ｉ３、および第４ＳＴＥＭ像Ｉ４に基づいて、相対回転角度を求める工程Ｓ１０８，Ｓ１１０，Ｓ１１２と、を含む。そのため、第１実施形態に係る相対回転角度の測定方法では、容易に、相対回転角度を測定できる。
第１実施形態に係る相対回転角度の測定方法において、シフト工程Ｓ１０２では、試料面２上の仮想直線Ｌ上で電子線ＥＢをシフトさせ、チルト工程Ｓ１０４では、仮想直線Ｌ上で電子線ＥＢを傾斜させる。そのため、相対回転角度を算出する工程Ｓ１１２において、相対回転角度の候補を、２つ（図１３に示す角度θ１、角度θ２）に絞ることができる。
第１実施形態に係る相対回転角度の測定方法において、第１ＳＴＥＭ像Ｉ１および第３ＳＴＥＭ像Ｉ３は、微分位相コントラスト像である。そのため、第１実施形態に係る相対回転角度の測定方法では、容易に、相対回転角度を測定できる。
第１実施形態に係る相対回転角度の測定方法において、相対回転角度を求める工程では、第２ＳＴＥＭ像Ｉ２および第４ＳＴＥＭ像Ｉ４に基づいてシフト工程Ｓ１０２による試料面２における電子線ＥＢのシフトを表す第１ベクトルＶｒを求める工程Ｓ１０８と、第１ＳＴＥＭ像Ｉ１および第３ＳＴＥＭ像Ｉ３に基づいてチルト工程Ｓ１０４による検出面４における電子線ＥＢのシフトを表す第２ベクトルＶｑを求める工程Ｓ１１０と、第１ベクトルＶｒおよび第２ベクトルＶｑに基づいて相対回転角度を求める工程Ｓ１１２と、を含む。そのため、第１実施形態に係る相対回転角度の測定方法では、容易に、相対回転角度を測定できる。
１．４． 変形例
次に、第１実施形態に係る相対回転角度の測定方法に用いられる走査透過電子顕微鏡の変形例について説明する。以下では、上述した走査透過電子顕微鏡１００の例と異なる点について説明し、同様の点については説明を省略する。
１．４．１． 第１変形例
検出器１５０は、検出面４を回転させるための回転機構を含んでいてもよい。すなわち、検出器１５０の向きが可変であってもよい。例えば、中心Ｏを回転中心として、検出器１５０の検出面４が回転可能であってもよい。
図１５は、検出器１５０の検出面４を模式的に示す図である。図１５では、図４に示す検出面４を右回りに４５度回転させている。このとき、座標Ｏ（ｑ）のｘ軸およびｙ軸も右回りに４５度回転する。
このように、検出面４が回転可能であっても、上述した第１実施形態に係る相対回転角度の測定方法と同様の手順で、相対回転角度を算出できる。
１．４．２． 第２変形例
図１６は、走査透過電子顕微鏡１００の変形例を説明するための図である。
上述した図１に示す走査透過電子顕微鏡１００では、偏向器１２０が２段の偏向コイルで構成されていたが、図１６に示すように、偏向器１２０が１段の偏向コイルで構成されていてもよい。１段の偏向コイルでは、電子線ＥＢを単純シフトおよび単純チルトさせることができず、試料面２において電子線ＥＢをシフトさせると、電子線ＥＢは試料面２に対して傾斜する。偏向器１２０が１段の偏向コイルで構成されている場合、シフト工程Ｓ１０２およびチルト工程Ｓ１０４が同時に行われる。
偏向器１２０が１段の偏向コイルで構成されている場合であっても、シフト工程Ｓ１０２およびチルト工程Ｓ１０４が同時に行われる点を除いて、上述した第１実施形態に係る相対回転角度の測定方法と同様の手順で、相対回転角度を算出できる。
１．５． 実験例
以下に実験例を示し、本発明を説明する。なお、本発明は、以下の実験例によって何ら限定されるものではない。
まず、シフト工程およびチルト工程の前後のＤＰＣ－ＳＴＥＭ像およびＭＢＦ－ＳＴＥＭ像を取得した。
図１７は、シフト工程およびチルト工程の前後のＤＰＣ－ＳＴＥＭ像を示し、図１８は、シフト工程およびチルト工程の前後のＭＢＦ－ＳＴＥＭ像を示している。図１９～図２１は、相対回転角度を測定する工程を説明するための図である。
図１７に示す画像ＤＰＣ－Ａは、シフト工程およびチルト工程の前のＤＰＣ－ＳＴＥＭ像であり、画像ＤＰＣ－Ｂは、シフト工程およびチルト工程の後のＤＰＣ－ＳＴＥＭ像である。また、図１８に示す画像Ｅｄｇｅ－Ａは、シフト工程およびチルト工程の前のＭＢＦ－ＳＴＥＭ像であり、画像Ｅｄｇｅ－Ｂは、シフト工程およびチルト工程の後のＭＢＦ－ＳＴＥＭ像である。
なお、ＤＰＣ－ＳＴＥＭ像は、ＤＰＣ法により生成されたＳＴＥＭ像である。画像ＤＰＣ－Ａおよび画像ＤＰＣ－Ｂでは、画素の色および画像上の矢印で、散乱方位角を示している。
ＭＢＦ－ＳＴＥＭ像は、各画素の強度が、各画素に相当する測定点における分割型検出器の全測定領域の検出信号の総和で表されるＳＴＥＭ像である。
画像ＤＰＣ－Ｂでは、シフト工程で電子線を単純シフトさせたことで、画像ＤＰＣ－Ａに対して視野ずれが生じている。同様に、画像Ｅｄｇｅ－Ｂでは、シフト工程で電子線を単純シフトさせたことで、画像Ｅｄｇｅ－Ａに対して視野ずれが生じている。
さらに、画像ＤＰＣ－Ｂでは、チルト工程で電子線を単純チルトさせたことで、画像ＤＰＣ－Ａに一様なＤＰＣ信号のオフセットが加えられた状態になっている。
これに対して、画像Ｅｄｇｅ－Ｂでは、チルト工程における電子線の単純チルトにほとんど影響されない結像方式のため、単純チルトの効果は表れていない。
次に、図１９に示すように、画像Ｅｄｇｅ－Ａおよび画像Ｅｄｇｅ－Ｂから、第１ベクトルＶｒを算出した。第１ベクトルＶｒは、画像Ｅｄｇｅ－Ａに対する画像Ｅｄｇｅ－Ｂの視野のオフセットを表している。
次に、図２０に示すように、画像ＤＰＣ－Ａおよび画像ＤＰＣ－Ｂから、第２ベクトルＶｑを算出した。具体的には、まず、画像ＤＰＣ－Ａと画像ＤＰＣ－Ｂの間の視野ずれを補正した。画像ＤＰＣ－Ａと画像ＤＰＣ－Ｂの間の視野ずれは、第１ベクトルＶｒを用いて補正できる。画像ＤＰＣ－Ｂ＿ｃｏｒｒは、第１ベクトルＶｒを用いて画像ＤＰＣ－Ｂの視野ずれを補正した結果の画像である。次に、画像ＤＰＣ－Ｂ＿ｃｏｒｒから画像ＤＰＣ－Ａを差し引いて、得られた差分ベクトル像においてＤＰＣ信号の平均を算出した。これにより、チルト工程による検出面における電子線のシフトを表す第２ベクトルＶｑを算出した。
画像ＤＰＣ－Ｂ＿ｃｏｒｒを用いることで、画像ＤＰＣ－Ａと画像ＤＰＣ－Ｂの間の視野ずれが補正されるため、差分ベクトル像において試料に起因する電子線の偏向はキャンセルされる。そのため、理想的には、差分ベクトル像は、チルト工程に起因する信号のみが現れ、一様な像となる。
なお、図２０に示す差分ベクトル像では、試料上のごみの影響がキャンセルできなかった。しかしながら、図２０に示す差分ベクトル像では、均一な差分信号の領域が十分に広いため、第２ベクトルＶｑの計算にはほとんど影響しなかった。
図２１に示すように、試料面上の右手系直交座標Ｏ（ｒ）上に、第１ベクトルＶｒおよび第２ベクトルＶｑを描画した。ここで、チルト工程では、シフト工程で電子線をシフトさせたときの軌跡を示す直線に沿って、電子線を傾斜させた。そのため、第１ベクトルＶｒおよび第２ベクトルＶｑは、座標Ｏ（ｒ）上で、同じ方向、または、互いに反対方向を向いていなければならない。したがって、相対回転角度の候補を、角度θ１と角度θ２の２つに絞ることができた。
図２２は、相対回転角度が補正された、ＤＰＣ－ＳＴＥＭ像を示す図である。
図２２に示す最終的に相対回転角度が補正された、ＤＰＣ－ＳＴＥＭ像が正しく表示されるように、角度θ１を相対回転角度として選択した。これにより、相対回転角度を測定できた。図２２に示すＤＰＣ－ＳＴＥＭ像において、試料と真空部分の境界における電子の散乱方位角や、グレーティング上のゴミにおける電子の散乱方位角から、得られた相対回転角度が適切な値であったことがわかる。
２． 第２実施形態
２．１． 走査透過電子顕微鏡
次に、第２実施形態に係る走査透過電子顕微鏡について図面を参照しながら説明する。図２３は、第２実施形態に係る走査透過電子顕微鏡２００の構成を示す図である。以下、第２実施形態に係る走査透過電子顕微鏡２００において、上述した走査透過電子顕微鏡１００の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
走査透過電子顕微鏡２００は、図２３に示すように、制御装置２０２と、情報処理装置２０４と、を含む。走査透過電子顕微鏡２００では、相対回転角度の測定を自動で行うことができる。
制御装置２０２は、走査透過電子顕微鏡２００の各部を制御する。情報処理装置２０４は、走査透過電子顕微鏡２００の各部を制御するための制御信号を生成し、生成した制御信号を制御装置２０２に送る。制御装置２０２は、制御信号に基づいて、走査透過電子顕微鏡２００の各部を制御する。
制御装置２０２は、検出器１５０の各検出領域Ａ１～Ａ８の検出信号を受け付け、情報処理装置２０４に送る。情報処理装置２０４は、各検出領域Ａ１～Ａ８の検出信号を用いて、種々のＳＴＥＭ像を生成する。
図２４は、情報処理装置２０４の構成を示す図である。
情報処理装置２０４は、処理部２１０と、操作部２２０と、表示部２３０と、記憶部２４０と、を含む。
操作部２２０は、ユーザーが操作情報を入力するためのものであり、入力された操作情報を処理部２１０に出力する。操作部２２０の機能は、キーボード、マウス、ボタン、タッチパネル、タッチパッドなどのハードウェアにより実現することができる。
表示部２３０は、処理部２１０によって生成された画像を表示する。表示部２３０の機能は、ＬＣＤ、ＣＲＴ、操作部２２０としても機能するタッチパネルなどにより実現できる。
記憶部２４０は、処理部２１０の各部としてコンピュータを機能させるためのプログラムや各種データを記憶している。また、記憶部２４０は、処理部２１０のワーク領域としても機能する。記憶部２４０の機能は、ハードディスク、ＲＡＭ（Random Access Memory）などにより実現できる。
処理部２１０（コンピュータ）の機能は、各種プロセッサ（ＣＰＵ、ＤＳＰ等）などのハードウェアで、プログラムを実行することにより実現できる。処理部２１０は、制御部２１２と、演算部２１４と、を含む。
制御部２１２は、走査透過電子顕微鏡２００の各部を制御するための制御信号を生成する。制御部２１２は、例えば、走査透過電子顕微鏡２００の各部を制御して、ＳＴＥＭ像を取得する処理を行う。
演算部２１４は、検出器１５０の各検出領域Ａ１～Ａ８の検出信号に基づいて、各種のＳＴＥＭ像を生成する。また、演算部２１４は、相対回転角度を算出する。
２．２． 動作
次に、走査透過電子顕微鏡２００の動作について説明する。走査透過電子顕微鏡２００では、自動で、相対回転角度を測定することができる。
図２５は、処理部２１０の相対回転角度を測定する処理の一例を示すフローチャートである。
まず、制御部２１２は、ユーザーが相対回転角度の測定を開始する指示（測定開始指示）を行ったか否かを判断する（Ｓ２００）。制御部２１２は、操作部２２０を介して、測定開始指示が入力された場合に、ユーザーが測定開始指示を行ったと判断する。
制御部２１２は、測定開始指示があったと判断した場合（Ｓ２００のＹｅｓ）、ＳＴＥ
Ｍ像を取得するための測定を行う（Ｓ２０２）。これにより、設定された光学条件で、電子線ＥＢが試料上で走査され、試料を透過した電子線ＥＢが検出器１５０で検出される。検出器１５０の各検出領域Ａ１～Ａ８の検出信号は、情報処理装置２０４に送られる。
演算部２１４は、各検出領域Ａ１～Ａ８の検出信号に基づいて、第１ＳＴＥＭ像Ｉ１および第２ＳＴＥＭ像Ｉ２を生成する（Ｓ２０４）。これにより、第１ＳＴＥＭ像Ｉ１および第２ＳＴＥＭ像Ｉ２を取得できる。
次に、制御部２１２は、偏向器１２０に電子線ＥＢを単純シフトさせる（Ｓ２０６）。次に、制御部２１２は、偏向器１２０に電子線ＥＢを単純チルトさせる（Ｓ２０８）。
次に、制御部２１２は、ＳＴＥＭ像を取得するための測定を行い（Ｓ２１０）、演算部２１４は、第３ＳＴＥＭ像Ｉ３および第４ＳＴＥＭ像Ｉ４を生成する（Ｓ２１２）。これにより、第３ＳＴＥＭ像Ｉ３および第４ＳＴＥＭ像Ｉ４を取得できる。
演算部２１４は、第２ＳＴＥＭ像Ｉ２および第４ＳＴＥＭ像Ｉ４に基づいて、第１ベクトルＶｒを算出する（Ｓ２１４）。演算部２１４は、第１ＳＴＥＭ像Ｉ１および第３ＳＴＥＭ像Ｉ３に基づいて、第２ベクトルＶｑを算出する（Ｓ２１６）。
演算部２１４は、第１ベクトルＶｒおよび第２ベクトルＶｑに基づいて、相対回転角度を算出する（Ｓ２１８）。
例えば、演算部２１４は、偏向器１２０の連動設定および光学条件に基づいて、第１ベクトルＶｒと第２ベクトルＶｑがなす２つの角度のうちの一方を、相対回転角度とする。なお、演算部２１４は、第１ベクトルＶｒと第２ベクトルＶｑがなす２つの角度の両方を、相対回転角度の候補として、ユーザーに提示してもよい。
演算部２１４が、相対回転角度を算出した後（Ｓ２１８の後）、処理部２１０は、相対回転角度を測定する処理を終了する。
上記では、処理部２１０は、相対回転角度を測定する処理を、ユーザーの測定開始指示に応じて開始したが、例えば、処理部２１０は、スキャンローテーションが行われたタイミングで、相対回転角度を測定する処理を開始してもよい。これにより、スキャンローテーションが行われた後に取得されたＤＰＣ－ＳＴＥＭ像において、散乱方位角を正確に知ることができる。
２．３． 効果
走査透過電子顕微鏡２００では、自動で、相対回転角度を求めることができる。
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、さらに種々の変形が可能である。例えば、本発明は、実施形態で説明した構成と実質的に同一の構成を含む。実質的に同一の構成とは、例えば、機能、方法、及び結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成である。また、本発明は、実施形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
２…試料面、４…検出面、１００…走査透過電子顕微鏡、１０１…電子源、１１０…第１照射系レンズ、１１２…第２照射系レンズ、１１４…照射系絞り、１２０…偏向器、１３
０…走査コイル、１４０…第１結像系レンズ、１４２…第２結像系レンズ、１５０…検出器、２００…走査透過電子顕微鏡、２０２…制御装置、２０４…情報処理装置、２１０…処理部、２１２…制御部、２１４…演算部、２２０…操作部、２３０…表示部、２４０…記憶部

Claims (7)

  1. 試料に照射される電子線を偏向するための偏向器と、前記試料の電磁場によって散乱した電子の散乱方位角を検出可能な検出器と、を含む走査透過電子顕微鏡において、前記試料が配置される像面と前記検出器が配置される回折面との間の相対回転角度を測定する測定方法であって、
    前記偏向器を用いて、試料面上において電子線をシフトさせるシフト工程と、
    前記偏向器を用いて、前記試料面に対して電子線を傾斜させるチルト工程と、
    前記シフト工程および前記チルト工程の前に、前記散乱方位角の情報を含む第１ＳＴＥＭ像と、前記散乱方位角の情報を含まない第２ＳＴＥＭ像を取得する工程と、
    前記シフト工程および前記チルト工程の後に、前記散乱方位角の情報を含む第３ＳＴＥＭ像と、前記散乱方位角の情報を含まない第４ＳＴＥＭ像を取得する工程と、
    前記第１ＳＴＥＭ像、前記第２ＳＴＥＭ像、前記第３ＳＴＥＭ像、および前記第４ＳＴＥＭ像に基づいて、前記相対回転角度を求める工程と、
    を含み、
    前記相対回転角度を求める工程は、
    前記第２ＳＴＥＭ像および前記第４ＳＴＥＭ像に基づいて、前記シフト工程における前記試料面での電子線のシフトを表す第１ベクトルを求める工程と
    前記第１ＳＴＥＭ像および前記第３ＳＴＥＭ像に基づいて、前記チルト工程における検出面での電子線のシフトを表す第２ベクトルを求める工程と、
    前記第１ベクトルおよび前記第２ベクトルに基づいて、前記相対回転角度を求める工程と、
    を含む、相対回転角度の測定方法。
  2. 請求項１において、
    前記シフト工程では、前記試料面上の仮想直線上で電子線をシフトさせ、
    前記チルト工程では、前記仮想直線上で電子線を傾斜させる、相対回転角度の測定方法。
  3. 請求項１または２において、
    前記第１ＳＴＥＭ像および前記第３ＳＴＥＭ像は、微分位相コントラスト像である、相対回転角度の測定方法。
  4. 請求項１ないし３のいずれか１項において、
    前記第２ＳＴＥＭ像および前記第４ＳＴＥＭ像は、明視野ＳＴＥＭ像、環状明視野像、環状暗視野像、ｅＡＢＦ－ＳＴＥＭ像、またはＭＢＦ－ＳＴＥＭ像である、相対回転角度の測定方法。
  5. 電子線を試料に照射するための照射系レンズと、
    前記試料に照射される電子線を偏向するための偏向器と、
    前記試料を透過した電子線で結像するための結像系レンズと、
    前記試料の電磁場によって散乱した電子の散乱方位角を検出可能な検出器と、
    前記試料が配置される像面と前記検出器が配置される回折面との間の相対回転角度を算出する演算部と、
    を含み、
    前記演算部は、
    前記偏向器を用いて、試料面上において電子線をシフトさせ、かつ、前記偏向器を用いて、前記試料面に対して電子線を傾斜させる前に取得された、前記散乱方位角の情報を含む第１ＳＴＥＭ像と、前記散乱方位角の情報を含まない第２ＳＴＥＭ像を取得する処理と、
    前記偏向器を用いて、前記試料面上において電子線をシフトさせ、かつ、前記偏向器を用いて、前記試料面に対して電子線を傾斜させた後に取得された、前記散乱方位角の情報を含む第３ＳＴＥＭ像と、前記散乱方位角の情報を含まない第４ＳＴＥＭ像を取得する処理と、
    前記第１ＳＴＥＭ像、前記第２ＳＴＥＭ像、前記第３ＳＴＥＭ像、および前記第４ＳＴＥＭ像に基づいて、前記相対回転角度を求める処理と、
    を行い、
    前記相対回転角度を求める処理では、
    前記第２ＳＴＥＭ像および前記第４ＳＴＥＭ像に基づいて、前記試料面上で電子線をシフトさせたことによる前記試料面上における電子線のシフトを表す第１ベクトルを求め、
    前記第１ＳＴＥＭ像および前記第３ＳＴＥＭ像に基づいて、前記試料面に対して電子線を傾斜させたことによる検出面における電子線のシフトを表す第２ベクトルを求め、
    前記第１ベクトルおよび前記第２ベクトルに基づいて、前記相対回転角度を求める、走査透過電子顕微鏡。
  6. 請求項５において、
    前記第１ＳＴＥＭ像および前記第３ＳＴＥＭ像は、微分位相コントラスト像である、走査透過電子顕微鏡。
  7. 請求項５または６において、
    前記第２ＳＴＥＭ像および前記第４ＳＴＥＭ像は、明視野ＳＴＥＭ像、環状明視野像、環状暗視野像、ｅＡＢＦ－ＳＴＥＭ像、またはＭＢＦ－ＳＴＥＭ像である、走査透過電子顕微鏡。
JP2021020790A 2021-02-12 2021-02-12 相対回転角度の測定方法および走査透過電子顕微鏡 Active JP7333800B2 (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021020790A JP7333800B2 (ja) 2021-02-12 2021-02-12 相対回転角度の測定方法および走査透過電子顕微鏡
US17/669,503 US11837433B2 (en) 2021-02-12 2022-02-11 Method of measuring relative rotational angle and scanning transmission electron microscope

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021020790A JP7333800B2 (ja) 2021-02-12 2021-02-12 相対回転角度の測定方法および走査透過電子顕微鏡

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2022123460A JP2022123460A (ja) 2022-08-24
JP7333800B2 true JP7333800B2 (ja) 2023-08-25

Family

ID=82800503

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2021020790A Active JP7333800B2 (ja) 2021-02-12 2021-02-12 相対回転角度の測定方法および走査透過電子顕微鏡

Country Status (2)

Country Link
US (1) US11837433B2 (ja)
JP (1) JP7333800B2 (ja)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016162542A (ja) 2015-02-27 2016-09-05 日本電子株式会社 測定方法および電子顕微鏡
JP2019053927A (ja) 2017-09-15 2019-04-04 日本電子株式会社 測定方法および電子顕微鏡

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5302595B2 (ja) * 2008-08-06 2013-10-02 株式会社日立ハイテクノロジーズ 傾斜観察方法および観察装置
JP6876418B2 (ja) 2016-12-05 2021-05-26 日本電子株式会社 画像取得方法および電子顕微鏡
US11177112B2 (en) * 2018-03-19 2021-11-16 Hitachi High-Tech Corporation Pattern measurement device and non-transitory computer readable medium having stored therein program for executing measurement

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016162542A (ja) 2015-02-27 2016-09-05 日本電子株式会社 測定方法および電子顕微鏡
JP2019053927A (ja) 2017-09-15 2019-04-04 日本電子株式会社 測定方法および電子顕微鏡

Also Published As

Publication number Publication date
US20220262597A1 (en) 2022-08-18
JP2022123460A (ja) 2022-08-24
US11837433B2 (en) 2023-12-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102277028B1 (ko) 회절 패턴을 이용한 샘플 정렬 시스템
US10811218B2 (en) Tilting parameters calculating device, sample stage, charged particle beam device, and program
JP5302595B2 (ja) 傾斜観察方法および観察装置
JP5132895B2 (ja) 後方散乱電子回折パターンの歪みを修正する方法
US9202671B2 (en) Charged particle beam apparatus and sample processing method using charged particle beam apparatus
JP6677519B2 (ja) 電子顕微鏡および収差測定方法
JP7228558B2 (ja) 透過菊池回折パターンの改良方法
JP6783124B2 (ja) 走査透過電子顕微鏡および画像生成方法
US7307254B2 (en) Scanning electron microscope
JP6876418B2 (ja) 画像取得方法および電子顕微鏡
US20200083017A1 (en) Defect observation system and defect observation method for semiconductor wafer
JP7333800B2 (ja) 相対回転角度の測定方法および走査透過電子顕微鏡
JP4298938B2 (ja) 荷電粒子線装置
TWI768191B (zh) 用於自動對準掃描透射電子顯微鏡以便旋進電子衍射資料映射的方法
JP2007192594A (ja) パターン画像取得方法およびパターン画像取得装置
JPH11167893A (ja) 走査電子顕微鏡
JP6962757B2 (ja) 測定方法および電子顕微鏡
US9000366B2 (en) Method and apparatus for measuring displacement between patterns and scanning electron microscope installing unit for measuring displacement between patterns
JP7407785B2 (ja) 電子顕微鏡および画像取得方法
US10332720B2 (en) Charged particle system and method for measuring deflection fields in a sample
JP2019204706A (ja) 荷電粒子線装置および画像取得方法
JP7018365B2 (ja) 荷電粒子線装置および分析方法
JP7188199B2 (ja) 誤差処理装置、荷電粒子線装置、誤差処理方法およびプログラム
JPH06138196A (ja) 収束電子線による電磁場分布測定装置
KR20240046057A (ko) 투과 전자 현미경에 대한 자동화된 데이터 획득 방법

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20220622

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20230228

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20230307

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20230410

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20230801

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20230815

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7333800

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150