JPH11307029A - Transmission electron microscope - Google Patents
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- JPH11307029A JPH11307029A JP10114624A JP11462498A JPH11307029A JP H11307029 A JPH11307029 A JP H11307029A JP 10114624 A JP10114624 A JP 10114624A JP 11462498 A JP11462498 A JP 11462498A JP H11307029 A JPH11307029 A JP H11307029A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は電子顕微鏡技術に係
り、特に、微小領域の磁場分布観察を高精度にしかも効
率良く行うことの可能な透過型電子顕微鏡に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electron microscope technique, and more particularly to a transmission electron microscope capable of observing a magnetic field distribution in a minute area with high accuracy and efficiency.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来、極微小領域の磁場分布を高分解能
で観察する必要が生じた場合には、透過電子顕微鏡(T
EM)を用いた以下のような方法が用いられていた。本
方法では、参照薄膜のTEM像を磁場分布領域に縮小結
像させる。磁場分布領域の各部分を通過した電子線は、
その部分を通過中に磁場から被る力(ローレンツ力)に
より偏向している。したがって、磁場分布領域から少し
ずれた場所の像(デフォーカス像と称する)を写真乾板
や撮像素子に拡大結像させれば、磁場により歪んだ参照
膜の像が得られる。そして、この像の歪みを解析するこ
とで磁場分布を推定することができる。2. Description of the Related Art Conventionally, when it is necessary to observe a magnetic field distribution in an extremely small area with high resolution, a transmission electron microscope (T
The following method using EM) has been used. In this method, a TEM image of the reference thin film is reduced and formed in a magnetic field distribution region. The electron beam passing through each part of the magnetic field distribution region is
It is deflected by the force (Lorentz force) applied from the magnetic field while passing through that portion. Therefore, if an image at a position slightly deviated from the magnetic field distribution region (referred to as a defocused image) is enlarged and formed on a photographic plate or an image sensor, an image of the reference film distorted by the magnetic field can be obtained. Then, the magnetic field distribution can be estimated by analyzing the distortion of the image.
【0003】磁場分布をさらに正確に決定するには、い
ろいろな方向からこの磁場分布領域のデフォーカス像を
観察し(実際には装置の制約上、観察方向は固定し、磁
場分布領域を回転させる)、これらのデフォーカス像か
ら抽出したデータにトモグラフィ処理を施して三次元磁
場分布を再構成する。このような原理に基づく磁場分布
観察が可能なTEMについては、例えば特開平7−23426
8 号に記載されている。In order to determine the magnetic field distribution more accurately, a defocused image of the magnetic field distribution region is observed from various directions (actually, the observation direction is fixed and the magnetic field distribution region is rotated due to the limitations of the apparatus). ), Tomography processing is performed on data extracted from these defocused images to reconstruct a three-dimensional magnetic field distribution. A TEM capable of observing the magnetic field distribution based on such a principle is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No.
It is described in No. 8.
【0004】次に、デフォーカス像に磁場による歪みが
発生する理由と、この歪みから逆に磁場分布に関する知
見を得る方法を図2を用いて説明する。同図では、磁場
分布領域に入射する電子線の進行方向と平行にz軸を定
義し、さらに、このz軸に垂直なx軸とy軸を磁場分布
領域に定義している(ここで、x,y,z軸は通常通り
右手系を成すとする)。通常、上記技術が実施される条
件では、磁場による偏向は非常に僅かであるから、この
偏向のx成分とy成分は、それぞれ数1,数2と表わす
ことができる。Next, a description will be given of a reason why a magnetic field is distorted in the defocused image and a method for obtaining information on the magnetic field distribution from the distortion, with reference to FIG. In the figure, the z-axis is defined in parallel with the traveling direction of the electron beam incident on the magnetic field distribution region, and the x-axis and the y-axis perpendicular to the z-axis are defined in the magnetic field distribution region (here, It is assumed that the x, y, and z axes form a right-handed system as usual). Normally, under the conditions in which the above technique is implemented, the deflection due to the magnetic field is very slight, and the x and y components of this deflection can be expressed by Equations 1 and 2, respectively.
【0005】[0005]
【数1】 (Equation 1)
【0006】[0006]
【数2】 (Equation 2)
【0007】ここで、eは電子の電荷の絶対値、mは電
子の質量、Vは電子線の加速電圧であり、Bx,By
は、それぞれ、磁場分布領域における磁場Bのx成分と
y成分である。Here, e is the absolute value of the electron charge, m is the mass of the electron, V is the acceleration voltage of the electron beam, and Bx, By
Are the x and y components of the magnetic field B in the magnetic field distribution region, respectively.
【0008】したがって、磁場分布領域の点(x,y)
を通過した電子線は、距離Lだけ進行した後には、x軸
方向,y軸方向に、それぞれ数3,数4で与えられる距
離だけずれることとなり、デフォーカス像にはこのずれ
の分の歪みが生じる。Accordingly, the point (x, y) in the magnetic field distribution region
After traveling through the distance L, the electron beam deviates in the x-axis direction and the y-axis direction by the distances given by Equations 3 and 4, respectively. Occurs.
【0009】[0009]
【数3】 (Equation 3)
【0010】[0010]
【数4】 (Equation 4)
【0011】したがって逆に、デフォーカス像の解析か
らこれらのずれ量を磁場分布領域の各点(x,y)につ
いて求めれば、その点でのBx,Byのz軸方向への積
分値を得ることができる。Therefore, conversely, if these shift amounts are obtained for each point (x, y) in the magnetic field distribution region from the analysis of the defocused image, an integrated value of Bx and By at the point in the z-axis direction is obtained. be able to.
【0012】しかし、上記のような磁場分布抽出法で
は、磁場分布領域の形状によっては誤差が発生する場合
があった。これを図3により説明する。図3には、磁場
分布領域の異なる部分を通過する2本の電子線の軌道が
示してある。これらの電子線は、光軸(図中では省略し
ている)に平行に進行して磁場分布領域に入り、通過し
た後は光軸に対して偏向した状態で再び直線的に進行す
る。ここで、磁場分布領域に入る前と出た後の軌道の延
長線の交点を偏向支点と称する。上記誤差は、各電子線
により偏向支点が光軸方向でずれている場合に発生す
る。このような状況は、磁場が光軸方向に広がって分布
している場合に現れる。However, in the magnetic field distribution extraction method as described above, an error may occur depending on the shape of the magnetic field distribution region. This will be described with reference to FIG. FIG. 3 shows the trajectories of two electron beams passing through different portions of the magnetic field distribution region. These electron beams travel in parallel to the optical axis (not shown in the figure), enter the magnetic field distribution region, and after passing through, travel linearly again while being deflected with respect to the optical axis. Here, the intersection of the extension lines of the trajectory before and after entering the magnetic field distribution region is called a deflection fulcrum. The above error occurs when the deflection fulcrum is shifted in the optical axis direction by each electron beam. Such a situation appears when the magnetic field spreads in the direction of the optical axis.
【0013】この時、図3に示したようにデフォーカス
像の偏向支点からの距離(図中ではL,L′とした)が
各電子線で一致しなくなり(L≠L′)、偏向角(図中
ではθ,θ′とした)とデフォーカス像上でのずれの量
(図中ではδ,δ′とした)との関係が一定ではなくな
る。図3には、偏向角が異なっている(θ≠θ′)にも
かかわらずデフォーカス像上でのずれ量が一致してしま
った場合(δ=δ′)が示してある。同様に、偏向角が
同一(θ=θ′)であってもデフォーカス像上でのずれ
量が一致しない場合(δ≠δ′)も生じ得ることは言う
までもない。At this time, as shown in FIG. 3, the distance from the deflection fulcrum of the defocused image (L and L 'in the figure) does not coincide with each other (L ≠ L'), and the deflection angle is changed. The relationship between (in the figure, θ and θ ′) and the amount of deviation on the defocused image (in the figure, δ and δ ′) is not constant. FIG. 3 shows a case where the deviation amounts on the defocused image match (δ = δ ′) even though the deflection angles are different (θ ≠ θ ′). Similarly, it goes without saying that even when the deflection angles are the same (θ = θ ′), the deviation amounts on the defocused image may not match (δ ≠ δ ′).
【0014】このような問題を回避するために、従来は
磁場分布領域からの距離が異なる位置で得た複数のデフ
ォーカス像において、特定の点のずれ量を求めていた。In order to avoid such a problem, conventionally, a shift amount of a specific point has been obtained in a plurality of defocus images obtained at different positions from the magnetic field distribution region.
【0015】図3には、距離Kだけ離れた位置でのデフ
ォーカス像を比較する場合が示してある。これから、各
電子線の両像間でのずれの量(図中ではγ,γ′とし
た)が、偏向支点の位置によらず正確に偏向角θ,θ′
と対応することがわかる(本発明ではθ,θ′≪1の場
合のみを想定しているので、γ=Kθ,γ′=Kθ′で
ある)。FIG. 3 shows a case where defocused images at positions separated by a distance K are compared. From this, the amount of deviation between the two images of each electron beam (γ and γ ′ in the figure) can be accurately determined regardless of the position of the deflection fulcrum.
(Since only the case of θ, θ′≪1 is assumed in the present invention, γ = Kθ, γ ′ = Kθ ′).
【0016】以上のような磁場分布抽出法については、
特開平7−262951 号に記載されており、特に磁場分布領
域が平面的な場合だけではなく三次元的に広がっている
場合にも信頼性の高い磁場分布を得るのに有効である。With respect to the magnetic field distribution extraction method as described above,
It is described in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 7-262951, and is effective in obtaining a highly reliable magnetic field distribution particularly when the magnetic field distribution region is three-dimensionally spread as well as when it is planar.
【0017】しかし、この方法では必然的に複数のデフ
ォーカス像を取得する必要が生じる。原理的には図3に
示したように2枚のデフォーカス像があれば充分なので
あるが、実際には信頼性を確保するために磁場分布領域
からの距離が異なるデフォーカス像を10枚程度使うの
が一般的である。さらに、トモグラフィ処理により三次
元磁場分布を再構成するには、いろいろな方向からこれ
らのデフォーカス像の組を取得しなければならないた
め、必要なデフォーカス像の枚数は非常に膨大となって
しまう。However, in this method, it is necessary to acquire a plurality of defocused images. In principle, it is sufficient to have two defocused images as shown in FIG. 3, but in practice, in order to ensure reliability, about 10 defocused images at different distances from the magnetic field distribution region It is common to use. Furthermore, in order to reconstruct a three-dimensional magnetic field distribution by tomography processing, a set of these defocused images must be acquired from various directions, so that the number of necessary defocused images is extremely large. I will.
【0018】実際には、磁場分布領域が平面的であり複
数のデフォーカス像を利用した上記手順による解析は不
要な場合も多いのであるが、これまでは、磁場分布領域
が平面的であるとして解析を行えるか否かの判断を行う
手段がなかったため、信頼性の高い結果が必要な場合に
は、複数のデフォーカス像による上記解析を一律に実施
するのが一般的であった。In practice, the magnetic field distribution region is planar, and the analysis using the above-described procedure using a plurality of defocus images is often unnecessary. However, heretofore, it has been assumed that the magnetic field distribution region is planar. Since there is no means for determining whether or not the analysis can be performed, when a highly reliable result is required, the analysis using a plurality of defocus images is generally performed uniformly.
【0019】[0019]
【発明が解決しようとする課題】上述したように、上記
従来技術においては、磁場が光軸と垂直方向に平面的に
分布している場合には、原理的には1枚のデフォーカス
像の歪みの解析で正確な結果が得られるにもかかわら
ず、複数のデフォーカス像を一律に取得することにな
る。したがってこれが、上記従来技術の利用効率の向上
を阻む大きな要因となっていた。As described above, in the above-mentioned prior art, when the magnetic field is distributed in a plane perpendicular to the optical axis, in principle, one defocused image can be obtained. Despite accurate results being obtained by distortion analysis, a plurality of defocused images are obtained uniformly. Therefore, this has been a major factor that hinders the improvement of the utilization efficiency of the above-described conventional technology.
【0020】本発明の課題は、観察対象である磁場の分
布形状に依存して生じるデータ(デフォーカス像)取得
の無駄を回避し、結果の精度や信頼性を落とすことなく
観察効率を向上させることである。An object of the present invention is to avoid wasteful acquisition of data (defocused image) generated depending on the distribution shape of a magnetic field to be observed, and to improve observation efficiency without reducing accuracy and reliability of the result. That is.
【0021】[0021]
【課題を解決するための手段】このために本発明では、
磁場により歪みの発生したデフォーカス像の一般的性質
に着目する。According to the present invention, there is provided:
Attention is paid to a general property of a defocused image in which a distortion is generated by a magnetic field.
【0022】まず、数3,数4の積分部分から、数5,
数6を定義する。First, from the integral part of Equations (3) and (4),
Equation 6 is defined.
【0023】[0023]
【数5】 (Equation 5)
【0024】[0024]
【数6】 (Equation 6)
【0025】上記数5,数6から、数7,数8が明らか
である。From Equations 5 and 6, Equations 7 and 8 are clear.
【0026】[0026]
【数7】 (Equation 7)
【0027】[0027]
【数8】 (Equation 8)
【0028】良く知られているように、磁場Bについて
は数9が常に成り立つ。数9の両辺をz軸方向に積分し
た数10において(Bz(x,y,z)は磁場Bのz成
分)、左辺第3項(数11)は、磁場成分の強度が充分
遠方では0となることより0である。したがって、数1
0の左辺第1項と第2項の微分と積分の順序を入れ替え
ることにより、数12を得る。As is well known, for magnetic field B, equation 9 always holds. In Equation 10 in which both sides of Equation 9 are integrated in the z-axis direction (Bz (x, y, z) is the z component of the magnetic field B), the third term on the left side (Equation 11) is 0 when the strength of the magnetic field component is sufficiently far away. It is 0 because it becomes. Therefore, Equation 1
By swapping the order of differentiation and integration of the first and second terms on the left side of 0, Equation 12 is obtained.
【0029】[0029]
【数9】 (Equation 9)
【0030】[0030]
【数10】 (Equation 10)
【0031】[0031]
【数11】 [Equation 11]
【0032】[0032]
【数12】 (Equation 12)
【0033】また、一般に、数13であるが(M,i,
Dは、それぞれ磁化,電流密度,電束密度、そしてμ
0 ,tは、それぞれ真空の透磁率,時間)、静的な真空
中においては、M,i,∂D/∂tはいずれも0となる
から、数14が成り立つ。以下では数14は常に成り立
っていると仮定する。In general, the equation (13) is expressed as (M, i,
D is the magnetization, current density, electric flux density, and μ, respectively.
0 and t are respectively the magnetic permeability of vacuum and time), and in a static vacuum, M, i and ∂D / ∂t are all 0, so that Equation 14 holds. In the following, it is assumed that Equation 14 always holds.
【0034】[0034]
【数13】 (Equation 13)
【0035】[0035]
【数14】 [Equation 14]
【0036】ベクトル量である数14のz成分の両辺を
z軸方向に積分した数15において、微分と積分の順序
を入れ替えることにより、数16が得られる。In Expression 15 obtained by integrating both sides of the z component of Expression 14 as a vector quantity in the z-axis direction, Expression 16 is obtained by changing the order of differentiation and integration.
【0037】[0037]
【数15】 (Equation 15)
【0038】[0038]
【数16】 (Equation 16)
【0039】上記数12と数16から、数17で定義さ
れる複素関数w1(x,y)、および数18で定義される
複素関数w2(x,y)(=−iW1(x,y))は、何れ
もz≡x+iyで定義される複素変数zを引数とする解
析関数であることがわかる。From the above equations 12 and 16, the complex function w 1 (x, y) defined by equation 17 and the complex function w 2 (x, y) (= −iW 1 (x , Y)) are analytic functions that take a complex variable z defined by z≡x + iy as an argument.
【0040】[0040]
【数17】 [Equation 17]
【0041】[0041]
【数18】 (Equation 18)
【0042】さらに、数18より、数19で定義される
複素関数w3(x,y)や、数20で定義される複素関数
w4(x,y)も、z≡x+iyを引数とする解析関数で
あることは明らかである。Further, from the expression 18, the complex function w 3 (x, y) defined by the expression 19 and the complex function w 4 (x, y) defined by the expression 20 also have z≡x + iy as an argument. Obviously, it is an analytic function.
【0043】[0043]
【数19】 [Equation 19]
【0044】[0044]
【数20】 (Equation 20)
【0045】したがって、複素関数w3 による(x,
y)平面から(x+δx,y−δy)平面への写像や複素
関数w4 による(x,y)平面から(x−δx,y+
δy)平面への写像は等角写像である。磁場によるひず
みの生じたデフォーカス像上の(x+δx,y+δy)平
面の各点は、単純な変形により(x+δx,y−δy)平
面や(x−δx,y+δy)平面に写像できる。[0045] Thus, due to the complex function w 3 (x,
y) to the (x + δ x , y−δ y ) plane or from the (x, y) plane by the complex function w 4 to the (x−δ x , y +
δ y ) The mapping onto the plane is a conformal mapping. Each point on the (x + δ x , y + δ y ) plane on the defocused image in which the distortion due to the magnetic field has occurred can be converted to the (x + δ x , y-δ y ) plane or the (x-δ x , y + δ y ) plane by simple deformation. Can be mapped.
【0046】こうして得られる(x+δx,y−δy)平
面や(x−δx,y+δy)平面と磁場分布領域に定義し
た(x,y)平面とが、実際に互いに等角写像の関係に
なっていれば、像中の各点で数3および数4が同一のL
で成り立っていることが裏付けられたことになるので、
磁場分布領域が平面的であるとして1枚のデフォーカス
像の歪みの解析から正確な結果が得られると判定でき
る。The (x + δ x , y−δ y ) plane and the (x−δ x , y + δ y ) plane thus obtained and the (x, y) plane defined in the magnetic field distribution region are actually mutually conformal mappings. If the relations are satisfied, L and R are the same at each point in the image.
It is supported by the fact that
Assuming that the magnetic field distribution region is planar, it can be determined that accurate results can be obtained from the analysis of the distortion of one defocused image.
【0047】なお、数17によれば、同様な判定は、
(x+δy,y+δx)平面など、一般的には(Re(x+
iy+α(δx−iδy)),Im(x+iy+α(δx−i
δy)))平面が(x,y)平面と等角写像の関係になっ
ているかどうかを見ることによっても可能なことがわか
る。ここで、Re(z),Im(z)は、それぞれ複素
数zの実数部と虚数部を表わす記号、αは任意の複素数
である。しかし、この場合にはデフォーカス像上の(x
+δx,y+δy)平面の両座標を変換しなければならな
いので、実用上は(x+δx,y−δy)平面や(x−δ
x,y+δy)平面への写像を利用するのがよい。According to Equation 17, a similar determination is made as follows:
Such as (x + δ y, y + δ x) plane, generally (Re (x +
iy + α (δ x −iδ y )), Im (x + iy + α (δ x −i
δ y ))) It is also possible to see if the plane has a conformal mapping relationship with the (x, y) plane. Here, Re (z) and Im (z) are symbols representing a real part and an imaginary part of the complex number z, respectively, and α is an arbitrary complex number. However, in this case, (x
+ Δ x , y + δ y ) planes must be transformed, so in practice, the (x + δ x , y−δ y ) plane and the (x−δ
x , y + δ y ).
【0048】以下では、(x+δx,y−δy)平面への写
像のみで説明を行うが、(x−δx,y+δy)平面への写
像についても全く同様の説明が当てはまることは言うま
でもない。[0048] In the following, (x + δ x, y -δ y) performs the mapping only in the description of the plane, (x-δ x, y + δ y) be exactly the same description applies to the mapping of the plane is true needless to say No.
【0049】(x,y)平面から(x+δx,y−δy)平
面への写像が等角写像になっているかどうかの判定のた
めには、磁場分布領域に縮小結像させる参照薄膜のTE
M像と(x+δx,y−δy)平面とでの座標の対応が容易
に行えるパターンを有していることが望ましい。このた
めには、例えば格子点に微小な開口を備えた参照膜を利
用するのが便利である。この場合には、上記TEM像に
現れる格子点の並びのうち一方向をx軸、これと直交す
る方向をy軸と定義し、(x+δx,y−δy)平面にお
いて、(x,y)平面におけるx=一定の格子点に対応
する点列とy=一定の格子点に対応する点列とが至る所
で互いに直交しているか否かを判定すればよい。[0049] (x, y) from the plane (x + δ x, y- δ y) for mapping to the plane of determination of whether it is the conformal mapping, the reference thin film to shrink imaged field distribution region TE
And M image (x + δ x, y- δ y) it is desirable that the corresponding coordinates in the plane has an easily patterned. For this purpose, for example, it is convenient to use a reference film having a fine opening at a lattice point. In this case, x-axis direction of the arrangement of the lattice points appearing in the TEM image, and a direction perpendicular thereto is defined as y-axis, (x + δ x, y -δ y) in the plane, (x, y It is only necessary to determine whether or not a point sequence corresponding to x = constant grid point and a point sequence corresponding to y = constant grid point on the plane are orthogonal to each other everywhere.
【0050】そこで本発明では、先に説明した磁場分布
観察が可能な従来のTEMに、デフォーカス像を(x+
δx,y−δy)平面に写像する機能、そこに現れる
(x,y)平面におけるx=一定の格子点に対応する点列
とy=一定の格子点に対応する点列とが、至る所で互い
に直交しているか否かを判定する機能,磁気情報をその
時のδxとδyから決定するか、あるいは複数のデフォー
カス像を取得する方法で決定するかを上記判定の結果に
基づき選択する機能を加えた。これにより、複数のデフ
ォーカス像を取得するのはこれが必要な場合のみに限定
することが可能となり、結果の精度や信頼性を落とすこ
となく観察効率を向上させることができるようになっ
た。Therefore, in the present invention, a defocused image (x +
δ x , y-δ y ) A function to map onto the plane, which appears
a function of determining whether or not a point sequence corresponding to x = constant grid point and a point sequence corresponding to y = constant grid point on the (x, y) plane are orthogonal to each other everywhere; or to determine from [delta] x and [delta] y at that time, or whether to determine a method of acquiring a plurality of defocus image plus a function of selecting based on the result of the determination. As a result, it is possible to obtain a plurality of defocused images only when necessary, and it is possible to improve the observation efficiency without reducing the accuracy and reliability of the result.
【0051】[0051]
【発明の実施の形態】図1に、本発明の実施の形態を示
す。図1において、電子源,加速部などから成る電子銃
1から出た電子線2は、照射光学系3を経て参照膜4を
照射する。この参照膜4には、規則正しく格子状に整列
した多数の微小開口が設けられている。参照膜4が、透
過率が周囲と異なる微小領域が格子状に並んだ形状を備
えているものであれば、以下の説明は全く変更すること
なくあてはまる。FIG. 1 shows an embodiment of the present invention. In FIG. 1, an electron beam 2 emitted from an electron gun 1 composed of an electron source, an acceleration unit and the like irradiates a reference film 4 via an irradiation optical system 3. The reference film 4 is provided with a large number of minute openings regularly arranged in a lattice. If the reference film 4 has a shape in which minute regions having different transmittance from the surroundings are arranged in a lattice, the following description applies without any change.
【0052】参照膜4を透過した電子線2は、縮小光学
系5を経て磁場分布領域に至る。この磁場の発生源はど
のようなものでもよいが、図1にはこれを磁気ディスク
用の磁気ヘッド6にした場合が示してある。この磁場分
布領域には、縮小光学系5により参照膜4の縮小像が結
像される。図1では、この縮小率を1/Nとしている。
電子線2のうち磁気ヘッド6で遮られない部分は、磁場
分布領域を通過した後に拡大光学系7を経て検出器8に
至る。拡大光学系7は、磁場分布領域から所望の距離
(デフォーカス量;図1ではこれをLとしている)だけ
離れた面の像(デフォーカス像)を拡大して検出器8に
結像する。図1では、この拡大率をMとしている。The electron beam 2 transmitted through the reference film 4 reaches the magnetic field distribution region via the reduction optical system 5. Although the source of the magnetic field may be any source, FIG. 1 shows a case where the source is a magnetic head 6 for a magnetic disk. In this magnetic field distribution area, a reduced image of the reference film 4 is formed by the reduction optical system 5. In FIG. 1, this reduction rate is 1 / N.
The portion of the electron beam 2 that is not blocked by the magnetic head 6 reaches the detector 8 via the magnifying optical system 7 after passing through the magnetic field distribution region. The magnifying optical system 7 magnifies an image (defocused image) of a surface separated by a desired distance (a defocus amount; L in FIG. 1) from the magnetic field distribution region and forms an image on the detector 8. In FIG. 1, this enlargement factor is set to M.
【0053】ここでデフォーカス量は、L=0(正焦点
像)の場合を含めて必要となる範囲で任意の値に設定可
能である。観察時のデフォーカス量の設定は、観察制御
装置9により拡大光学系7を制御することで行う。Here, the defocus amount can be set to an arbitrary value within a necessary range including the case where L = 0 (positive focus image). The setting of the defocus amount at the time of observation is performed by controlling the magnifying optical system 7 by the observation control device 9.
【0054】検出器8に結像されたデフォーカス像は画
像解析装置10に送られる。そして、ここでデフォーカ
ス像から磁場分布に関する情報が抽出される。このため
に、画像解析装置10は、磁場による歪み(δx,δy)
が発生したデフォーカス像を記憶する機能、このデフォ
ーカス像上に定義した(x+δx,y+δy)平面を(x
+δx,y−δy)平面に写像する機能(等角写像生成機
能)、この(x+δx,y−δy)平面に現れた(x,y)
平面におけるx=一定の格子点に対応する点列とy=一
定の格子点に対応する点列とが、至る所で互いに直交し
ているか否かを判定する機能,磁場分布情報をその時の
δxとδyから決定するか、あるいは複数のデフォーカス
像を取得する方法で決定するかを上記判定の結果に基づ
き選択する機能、そして磁場分布情報をδxとδyから決
定する機能と複数のデフォーカス像から決定する機能を
備えている。なお、解析に必要となるデフォーカス像
は、観察制御装置9の制御のもとに取得される。そし
て、上記方法で決定された磁場分布に関するデータは、
磁場分布情報記憶装置11に記憶される。The defocused image formed on the detector 8 is sent to the image analyzer 10. Then, information on the magnetic field distribution is extracted from the defocus image. For this purpose, the image analysis device 10 performs the distortion (δ x , δ y ) due to the magnetic field.
The function of storing the defocused image where the image is generated, and the (x + δ x , y + δ y ) plane defined on the defocused image is represented by (x
+ Δ x , y−δ y ) plane (conformal mapping generation function), which appears on this (x + δ x , y−δ y ) plane (x, y)
A function of determining whether or not a point sequence corresponding to x = a fixed lattice point and a point sequence corresponding to a y = constant lattice point on a plane are orthogonal to each other everywhere; A function of selecting from x and δ y or a method of obtaining a plurality of defocus images based on the result of the above determination, and a function and a plurality of functions of determining magnetic field distribution information from δ x and δ y The function to determine from the defocused image is provided. Note that a defocused image required for the analysis is obtained under the control of the observation control device 9. And the data on the magnetic field distribution determined by the above method is:
The information is stored in the magnetic field distribution information storage device 11.
【0055】次に、画像解析装置10内で行われる画像
解析で利用する画像の関係を図4により説明する。磁場
分布領域に定義した(x,y)平面の像は、参照膜4の
歪みのない縮小像である。本実施形態における参照膜4
では、多数の微小開口が格子状に並んでいる。図4で
は、その縮小像に現れる格子パターンのうち、4×4=
16個分を示してある。この格子パターンが、デフォー
カス像上の(x+δx,y+δy)平面では磁場の影響に
より歪む。(x,y)平面の格子点と(x+δx,y+
δy)平面のこれに対応する格子点とから、簡単な画像変
換によってその格子点の(x+δx,y−δy)平面での
位置を決定することができる。Next, the relationship between images used in image analysis performed in the image analysis apparatus 10 will be described with reference to FIG. The image on the (x, y) plane defined in the magnetic field distribution region is a reduced image of the reference film 4 without distortion. Reference film 4 in the present embodiment
In this example, a large number of minute openings are arranged in a grid. In FIG. 4, among the lattice patterns appearing in the reduced image, 4 × 4 =
16 are shown. The grid pattern, on the defocus image (x + δ x, y + δ y) distorted by the influence of the magnetic field in the plane. Grid points on the (x, y) plane and (x + δ x , y +
From [delta] y) between the lattice point corresponding to the plane of the lattice points by a simple image transformation (x + [delta] x, it is possible to determine the position of at y-δ y) plane.
【0056】次に、本発明における観察開始から磁場分
布情報出力までの処理の流れを図5により説明する。Next, the flow of processing from the start of observation to the output of magnetic field distribution information in the present invention will be described with reference to FIG.
【0057】まず、最初に取得したデフォーカス像につ
いて、上に述べた画像変換により(x+δx,y−δy)
平面上での格子パターンを生成する(等角写像生成)。
そして、この(x+δx,y−δy)平面上での格子パタ
ーンが、実際に(x,y)平面の格子パターンの等角写
像となっていることを確認する。これには、(x+
δx,y−δy)平面上において、(x,y)平面におけ
るx=一定の格子点に対応する点列とy=一定の格子点
に対応する点列とが至る所で互いに直交していることを
確認していく(直交性判断)。First, with respect to the defocused image acquired first, (x + δ x , y−δ y ) is obtained by the above-described image conversion.
Generate a grid pattern on a plane (conformal mapping generation).
Then, the (x + δ x, y- δ y) lattice pattern on the plane, to make sure that it is actually (x, y) conformal mapping of the grating pattern of the plane. This includes (x +
On the [delta] x , y- [delta] y ) plane, a sequence of points corresponding to x = constant grid points and a sequence of points corresponding to y = constant grid points on the (x, y) plane are orthogonal to each other everywhere. (Orthogonality judgment).
【0058】その結果、(x+δx,y−δy)平面上で
の格子パターンが、実際に(x,y)平面の格子パターン
の等角写像となっている場合には、歪み量δx,δyから
数3と数4により直ちに磁場分布が得られる。一方、等
角写像となっていない場合には、磁場分布領域を光軸に
対して垂直な平面と見做せないと判断できる。この場合
には、図3で説明したように、複数のデフォーカス像を
取得して各格子点の像間での移動を追跡し、その移動を
示す軌跡の光軸に対する傾きθx,θyを決定して数1と
数2から磁場分布を決定する。As a result, if the grid pattern on the (x + δ x , y−δ y ) plane is actually a conformal mapping of the grid pattern on the (x, y) plane, the distortion amount δ x immediately magnetic field distribution by number 3 and number 4 from [delta] y is obtained. On the other hand, when the mapping is not conformal, it can be determined that the magnetic field distribution region cannot be regarded as a plane perpendicular to the optical axis. In this case, as described with reference to FIG. 3, a plurality of defocused images are acquired, the movement of each lattice point between the images is tracked, and the inclinations θ x and θ y of the locus indicating the movement with respect to the optical axis are obtained. Is determined, and the magnetic field distribution is determined from Expressions 1 and 2.
【0059】以上、本発明の一実施形態の構成および動
作について述べたが、参照膜4の透過電子顕微鏡像を磁
場分布領域に一旦結像させ、さらにその像を任意のデフ
ォーカス量で結像させる機能、それにより得られるデフ
ォーカス像と正焦点像を比較して、磁場の影響によりデ
フォーカス像に現れる正焦点像中の各点(x,y)での
歪み(δx,δy)から正焦点像中の各点(x,y)が点
(Re(x+iy+α(δx−iδy)),Im(x+iy
+α(δx−iδy)))に対応している像を生成する機
能、ここで生成した像が正焦点像の等角写像になってい
るかどうかを判定する機能、その結果、これが等角写像
となっている場合には、歪み(δx,δy)から数3と数
4により磁場分布を求める機能、また、これが等角写像
となっていない場合には、複数のデフォーカス像を取得
して正焦点像中の各点の像間での移動を追跡し、その移
動を示す軌跡の光軸に対する傾きθx,θyを決定して数
1と数2から磁場分布を決定する機能を有する透過型電
子顕微鏡であれば、それが本実施形態と異なる構成であ
っても本発明の本質を損なうことなくこれを実施できる
ことは言うまでもない。The configuration and operation of the embodiment of the present invention have been described above. The transmission electron microscope image of the reference film 4 is once formed in the magnetic field distribution region, and the image is formed with an arbitrary defocus amount. Function to compare the defocused image and the confocal image obtained thereby, and distortion (δ x , δ y ) at each point (x, y) in the confocal image that appears in the defocused image due to the influence of the magnetic field. , Each point (x, y) in the focus image is a point (Re (x + iy + α (δ x −iδ y )), Im (x + iy
+ Α (δ x −iδ y ))), a function of determining whether the generated image is a conformal mapping of a positive focus image, and as a result, this is a conformal If it is a mapping, a function to obtain the magnetic field distribution from Equations 3 and 4 from the distortion (δ x , δ y ). If this is not a conformal mapping, a plurality of defocused images can be obtained. Obtain and track the movement of each point in the positive focus image between images, determine the inclination θ x , θ y of the locus indicating the movement with respect to the optical axis, and determine the magnetic field distribution from Equations 1 and 2. It goes without saying that a transmission electron microscope having a function can be implemented without impairing the essence of the present invention even if it has a configuration different from that of the present embodiment.
【0060】[0060]
【発明の効果】本発明により、磁場が光軸と垂直方向に
平面的に分布している場合には、原理的には1枚のデフ
ォーカス像の歪みの解析で正確な結果が得られるにもか
かわらず、複数のデフォーカス像を取得しなければなら
ないという従来技術における利用効率上の無駄が回避で
きるようになり、結果の精度や信頼性を落とすことなく
観察効率を向上することが可能となった。According to the present invention, when the magnetic field is distributed in a plane in the direction perpendicular to the optical axis, an accurate result can be obtained in principle by analyzing the distortion of one defocused image. Nevertheless, it is possible to avoid the waste of utilization efficiency in the conventional technology that multiple defocused images must be acquired, and it is possible to improve the observation efficiency without reducing the accuracy and reliability of the result. became.
【図1】本発明の一実施形態の装置構成を示す説明図。FIG. 1 is an explanatory diagram showing an apparatus configuration according to an embodiment of the present invention.
【図2】従来技術の原理を示す電子線光学系の説明図。FIG. 2 is an explanatory view of an electron beam optical system showing the principle of the prior art.
【図3】従来技術の原理を示す電子線光学系の説明図。FIG. 3 is an explanatory diagram of an electron beam optical system showing the principle of the prior art.
【図4】本発明の原理の説明図。FIG. 4 is an explanatory diagram of the principle of the present invention.
【図5】本発明の一実施形態における処理の流れ図。FIG. 5 is a flowchart of processing according to an embodiment of the present invention.
1…電子銃、2…電子線、3…照射光学系、4…参照
膜、5…縮小光学系、6…磁気ヘッド、7…拡大光学
系、8…検出器、9…観察制御装置、10…画像解析装
置、11…磁場分布情報記憶装置。DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Electron gun, 2 ... Electron beam, 3 ... Irradiation optical system, 4 ... Reference film, 5 ... Reduction optical system, 6 ... Magnetic head, 7 ... Magnification optical system, 8 ... Detector, 9 ... Observation control device, 10 ... Image analysis device, 11 ... Magnetic field distribution information storage device.
Claims (4)
光学系,被観察磁場分布源設置装置,参照膜像拡大光学
系,撮像装置,画像解析装置から成る透過型電子顕微鏡
において、上記参照膜結像用光学系は上記参照膜用ステ
ージに設置した参照膜の透過電子顕微鏡像を上記被観察
磁場分布源設置装置に設置した磁場分布源から出る磁場
が分布する領域(磁場分布領域)に結像する機能を有
し、上記参照膜像拡大光学系は上記磁場分布領域に結像
された上記参照膜の像を所望のデフォーカス量(デフォ
ーカス量0を含む)で上記撮像装置の撮像面に結像させ
る機能を有し、上記画像解析装置は上記諸機能により得
られる上記参照膜のデフォーカス像に現れる正焦点像中
の各点(x,y)での歪み(δx,δy)から上記正焦点
像中の各点(x,y)が点(Re(x+iy+α(δx−
iδy)),Im(x+iy+α(δx−iδy)))(ここ
で、Re(z),Im(z)は、それぞれ複素数zの実
数部と虚数部を表わす記号、αは任意の複素数)に対応
している像を生成する機能と、ここで生成した像が上記
正焦点像の等角写像になっているかどうかを判定する機
能と、その結果、これが等角写像となっている場合に
は、歪み(δx,δy)から磁場分布を求める機能と、これ
が等角写像となっていない場合には、複数の上記デフォ
ーカス像において上記正焦点像中の各点の像間での移動
を追跡し、その移動を示す軌跡の光軸に対する傾きから
磁場分布を決定する機能とを有することを特徴とする透
過型電子顕微鏡。1. A transmission electron microscope comprising an electron gun, a reference film stage, a reference film imaging optical system, an observation magnetic field distribution source installation device, a reference film image magnifying optical system, an imaging device, and an image analysis device. The optical system for imaging a reference film is a transmission electron microscope image of the reference film set on the stage for the reference film, and a region where a magnetic field emitted from a magnetic field distribution source installed in the device for installing a magnetic field distribution source to be observed is distributed (magnetic field distribution region). ), And the reference film image magnifying optical system converts the image of the reference film formed in the magnetic field distribution region into a desired defocus amount (including a defocus amount of 0) by the imaging device. The image analysis apparatus has a function of forming a distortion (δ x ) at each point (x, y) in the confocal image appearing in the defocused image of the reference film obtained by the above functions. , Δ y ) to each point (x, y ) Is the point (Re (x + iy + α (δ x −
iδ y )), Im (x + iy + α (δ x −iδ y ))) (where Re (z) and Im (z) are symbols representing the real part and imaginary part of complex number z, respectively, and α is an arbitrary complex number ) And a function to determine whether the generated image is a conformal mapping of the above-mentioned focus image, and, as a result, when this is a conformal mapping Has a function of obtaining the magnetic field distribution from the distortion (δ x , δ y ) and, if this is not a conformal mapping, a plurality of defocused images between the images of each point in the right focus image. A transmission electron microscope characterized by having a function of tracking the movement of a moving object and determining the magnetic field distribution from the inclination of the locus indicating the movement with respect to the optical axis.
て、上記正焦点像中の各点(x,y)が点(Re(x+i
y+α(δx−iδy)),Im(x+iy+α(δx−i
δy)))に対応している像が上記正焦点像中の各点(x,
y)が点(x+δx,y−δy)に対応している像、即ち
α=1、または点(x−δx,y+δy)に対応している
像、即ちα=−1であることを特徴とする透過型電子顕
微鏡。2. The transmission electron microscope according to claim 1, wherein each point (x, y) in the focus image is a point (Re (x + i)
y + α (δ x −iδ y )), Im (x + iy + α (δ x −i
δ y ))) corresponds to each point (x,
y) is an image corresponding to the point (x + δ x , y−δ y ), that is, α = 1, or an image corresponding to the point (x−δ x , y + δ y ), ie, α = −1. A transmission electron microscope characterized by the above-mentioned.
て、上記参照膜が透過率が周囲と異なる微小領域が格子
状に並んだ形状を備えていることを特徴とする透過型電
子顕微鏡。3. The transmission electron microscope according to claim 2, wherein the reference film has a shape in which minute regions having different transmittance from the surroundings are arranged in a grid.
て、上記参照膜の透過率が周囲と異なる微小領域が開口
部であることを特徴とする透過型電子顕微鏡。4. A transmission electron microscope according to claim 3, wherein said reference film has an opening in a minute area where the transmittance of said reference film is different from that of the surrounding area.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10114624A JPH11307029A (en) | 1998-04-24 | 1998-04-24 | Transmission electron microscope |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10114624A JPH11307029A (en) | 1998-04-24 | 1998-04-24 | Transmission electron microscope |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH11307029A true JPH11307029A (en) | 1999-11-05 |
Family
ID=14642525
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP10114624A Pending JPH11307029A (en) | 1998-04-24 | 1998-04-24 | Transmission electron microscope |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH11307029A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2015159112A (en) * | 2014-02-24 | 2015-09-03 | エフ イー アイ カンパニFei Company | Method of examining sample in charged-particle microscope |
-
1998
- 1998-04-24 JP JP10114624A patent/JPH11307029A/en active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2015159112A (en) * | 2014-02-24 | 2015-09-03 | エフ イー アイ カンパニFei Company | Method of examining sample in charged-particle microscope |
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