JPS5942753A - 走査透過型電子顕微鏡 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は走査透過型電子顕微鏡（ｓｃａｎｎｉｎｇｔｒ
ａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　ｅｌｅｃｔｒｏｎ　ｍ１ｃｒｏ
ｓｃｏｐｅ、　ＳＴＥＭ　）に関するものである。

走査透過製電子顕微鏡においては、電子ビームが試料上
に集束（フォーカス）されて、電子が試料を透過する結
果となる。螢光スクリーンが設けられ、その上に回折さ
れた電子が投射されて像を形成する。この像は感光素子
のパターンを含むデテクタによって検出される。デテク
タについて種々の形態のパターンが従来提案されている
。デテクタの１つの類においては、環状圏域、半球又は
４分円のパターンがある。これらのデテクタの欠点の１
つは、種々の相をもつ物体（ｐｈａｓｅ　ｏｂｊｅｃｔ
ｓ）に対する出力が試料によって発生される移相に対し
て、比較的小さい移相の場合だけしか線形の関係をもた
ず、それ故、弱い相の物体からしか、量的情報音引き出
すことができないことである。

強い相の物体についても、試料の相勾配に比例する出力
を生ずるような改良されたデテクタが提案された。この
デテクタはその位置によって異なる感度のデテクタ素子
を必要と【７、つくるのが極めて困難である。

本発明の目的は、感度の変化するものを含み広範囲のデ
テクタパターンの模擬全可能にする透過型電子顕微鏡の
出力を検出する手段を提供することにある。

本発明による走査透過型電子顕微鏡は、試料内の一点へ
の電子ビームの衝突によって誘起される回折パターンの
像をあられすビデオ信号を得る手段と、該ビデオ信号を
デジタル形に変換する手段と、それぞれ、上記の像の中
の１つの画点をあられし且つスクリーンの上にあるノー
ショナルパターンをあられす重みつけ因子によって修正
されているデジタル値の複数個全記憶するデジタル記憶
部と、電子ビーム衝突点の両値を与えるために上記の総
ての修正された値を積分する手段とを含む。

本発明全実施する際、電子ビームが試料内の順次の点に
指向され、回折の各点において回折像が得られ、デジッ
ト化され、次に、ノーショナルパターン（ｎｏｔｉｏｎ
ａｌ　ｐａｔｔｅｒｎ　）をあられす重みつけ因子によ
って修正され、最後に積分されて、点の両値を与える。

これによって、試料の完全な像が一点ずつ形成される。

好ましくは、回折パターンが螢光スクリーン上に投射さ
れ、スクリーン全走査する走査カメラが設けられビデオ
信号を得る。

単一の画点を各々あられす回折像の列から試料の画をつ
くるのは低速ならざるを得ない。この記録の速度を増大
するために、衝突点から誘起される回折像が螢光スクリ
ーン全体全カバーしないで、その一部に限定されるよう
に、に１１微鏡全調節してもよい。そこで、ｊｊ！ｆｌ
（次の衝突点からの多数の像がスクリーンの異なる部分
に形成される。この複式像を検出するために、修正のた
めの重みつけ因子を誘導するために使用されるノーショ
ナル、オーバレイ、パターンは、複数の個々のパターン
ヲ含み、各パターンがスクリーンの対応する部分に関連
する形態のものとされる。

あられされているパターンは、２つの異なる型のノーシ
ョナル区域を含むものでよく、その１つの型の区域から
の信号が他の型の区域からの信号から減算される。これ
に代えて、１つの型の区域を不透明のものとし、他の型
の区域を透明のものとして処理してもよい。かくして、
異なる区域のデジタル値は”＋１°′と−１″、或いは
”０゛′と”１”でよい。また、あられされ名パターン
は”＋１”と−１″の間で変化し順次に異なるデジタル
重みつけ度をもつ多数の領域より成るものでもよい。

本発明の実施にあたって、各々、保内の点をデジタルに
あられす値の多数を記憶し、次に、デジタル記憶におけ
る各位にその点におけるオーバーレイパターンをあられ
す適当、な値をかけることによって上記のデジタル記憶
における各位を修正する演算を行うのが好都合である。

本発明をもつと充分に理解できるように、次に図面を参
照して説明する。

第１図は透過型電子顕微鏡１を示す。この電子顕微鏡１
は電子銃２を備え、この電子銃２からのビームがコンデ
ンサレンズ６によって試料４の上に集束（フォーカス）
される。試料上のビームの衝突点は電子の回折を生じ、
電子は投射レンズ５によって螢光スクリーン６上に集束
される。低い光レベルのテレビジョン型の走査カメラ７
が螢光スクリーン６上の像を記録するように位置してい
る。カメラ７からの出力はビデオ信号の形態のもので、
これはライン８によってアナログデジタル変換器（ＡＤ
Ｃ）９に送られ、次に、デジタル像フレーム記憶部１０
に送られる。この記憶部１０における情報はディスプレ
イ１１上にモニターできる。

デジタルフレーム記憶部１０は縦列及び横列上なして配
列された複数の位置を有し、各位置で、カメラ７により
走査されるスクリーン６上の体内の対応する位置におけ
るデテクタ信号の大きさに和尚するデジタル値が記憶さ
れる。記憶された内容に修正係数をかけることによって
、フレーム記憶部１０汽に記憶されているデジタル値に
演ｑ、操作が行なわれる。修正係数はノーショナルバタ
ー：ｙ　（ｎｏｔｉｏｎａｌ　ｐａｔｔｅｒｎ　）　ｆ
あられす。ノーショナルパターンの例を第２図に示す。

パターンは、１・２ａ図に示す同心の円よ構成るもので
もよいし、第２ｂ図に示す半円でもよい。

第２ａ図、第２ｂ図の斜線区域は”＋１″、非斜線区域
は”−１″の値を与えられる１、これにかえて第２ｃ図
に示すように、オーバーレイパターンはノーショナル不
透明区域と透明区域よ構成るものでもよく、これらの区
域は、それぞれ′Ｏ″及び１″の値を力見られる。もつ
と複雑な構成が第２ｄ図に示されている。この図では、
パターン区域を横切って連続的な変化がおって、パター
ン上の各点は−１と＋１の間の適当なデジタル値を与え
られている。第２図に示すパターンのいずれか、或いは
他の適渦なパターンが選択され、フレーム記憶部１０内
に記憶された値は修正されて、得られた記憶デジタル値
が選択されたノーショナルパターンを通して像を見たと
仮定した場合に記憶されたであろうデジタル値に対応す
るものとされる。

第１図について説明したシステムは次のように動作する
。コンピュータ１２は、インターフェース１３全通して
動作し、先ずコンデンサレンズ３のコンデンサ走査コイ
ル全セットして、うまく集束されたビームを試料４上に
位置決めする。次に、投射レンズ５が調節されて、回折
パターンを螢光スクリーン６上に投射して、像を作成し
、この像はＴＶカメラ７によシ走査されＡＤＣ９におい
てデジタル形に変換され、次にフレーム記憶部１０に記
憶される。カメラのシェージングを補正し、且つ所要の
デテクタのノーショナルオーバーレイパターンを模擬す
るために上記のデジット化した像に重みづけ因子がかけ
られ、その積がデテクタ区域にわたって積分されて最終
像の１つの点を生ずる。次に、ビームは試料４上の次の
点に移動され、この行程は１つの完全な像がつくられて
しまうまで繰返される。

記憶部１０は、像と重みつけ因子の乗η、を行う乗算器
を含み、累算器によって積算が行われる。

積分の区域はオーバーレイ、プレーン全使用することに
よって区画される。

このシステムの利点はその柔軟性にある。即ちこれは第
２図に関して説明したデテクタのいずれの形態とするこ
ともでき、その特性は迅速に変えることができて、試料
の同じ区域を異なるデテクタで検査することを可能とす
る。また、これは第２ａ図のデテクタのリングの直径金
最適なものとすることを可能とする。このデテクタの性
能は１顎微鏡のデフォーカスとリング直径とのマツチン
グによって定まる。更に、このシステムは実際には実現
できないデテクタのテストをなし得る。

このシステムの不利点は、動作が遅いことである。その
理由は、ＴＶカメラでとり上げられるフレーム毎に、最
終像内の唯一点しかみられないことにある。２５Ｈｚの
フレーム速度において、典型的な１２５点の正方形の像
をつくるのに、はソ１１分かかるであろう。飛越し走査
されるＴＶ倍信号各フィールド（１フレームに２フイー
ルド）の間に点を集めることによって、時間全５．５分
に短縮できるが、これでもなお遅すぎる。ＴＶフィール
ド毎に数個の点を取シ込むことによってのみ速度を更に
増大できる。これは、ＴＶカメラのビューフィールドの
中の小さい部分のみを充填する小さい回折パターンをつ
くるように顕微鋺を調節することによって達成できる。

ビューフィールド′ｆ：填めるように、試料上の異なる
点から順次に得られる数個の回折パターンを投射システ
ム内のシフトコイルによって位置決めすることができる
。

カメラのターゲットは、回折パターンがカメラ内の読取
ビームによって読取られるまで、回折パターンを記憶し
、各フィールドに数個の点を集める。

この方法を使用して像をつくるのに要する時間は、積分
器の数、及び回折パターンがシフトされる態様によって
定まる。回折パターンが牙６ａ図に示すようにカメラタ
ーゲット上の垂直列内に位置していると、ＴＶ信号の各
ラインは唯１つのパターンからの情報を含み、各パター
ンに順次に動作する単一の積分器を使用することができ
る。しかし、オ６ｂ図に示すように水平の列内に複数の
パターンがある場合には、各パターン毎に積分器が必要
で、同様にパターンがオ６ｃ図のように規則的な列をな
している場合には、各縦列について１つの積分器が必要
である。

パターンがオ６Ｃ図に示すビューフィールドを填めると
、ＮＸＮの像（各パターンはＭｘＭ）ｔ−集めるに要す
る時間は で積分器の数は ２５６　　　である。

これを第１表に示す。これはデテクタ全面積を使用して
走査時間（秒）を示す。

第１表 オ６ａ図の唯１つのパターン縦列が使用されて、唯１つ
の積分器を必要とする場合には要する時間で、第２表に
示されている。この表は１つのカウンタのみを使用して
走査時間（秒）を示す。

第２表 ３２Ｘ３２点の区域をカバーする典型的な回折パターン
は、８積分器を使用して解析し、５秒で１２８Ｘ１２８
　の像をつくシ、０．６秒で３２Ｘ３２の像（フォーカ
シングのため）をつくることができる。実験的なシステ
ムは、唯１つの積分器を使用し、８倍長い時間を要する
ものであるが、それでも原理を説明するに充分な早いも
のである。

回折パターンの偏向はＴＶカメラの走査と同期しなけれ
ばならないし、且つパターンが読取ビームの少し前でカ
メラターゲット上に露出されているように構成されなけ
ればならない。この機能はコンピュータによって達成で
きる。パターンのシフトの際に消費される時間が静止時
に消費される時間よシもずっと少い限シ、パターンをシ
フトする間、顕微鏡のビームをブランクにする必要はな
い。

ＴＶカメラにおいては、ターゲットから像を読取る電子
ビームは、またターゲラ）１−消去する。

カメラ２グとして知られる不完全な消去は、好ましくな
いことが多い。なんとなれば、試料の１つの点からの情
報がカメラターゲット上に残存して同じカメラターゲッ
トを使用する次の点に影響を与える可能性があるからで
ある。ラグはカメラを正しく調節することによって減少
できるが、なお不都合でちる場合には、パターンが第３
ａ図に示すように単一の縦列にあるならば、簡単な解決
法がある。縦列を順次のフィールドの中の異なる水平位
置にシフトして、ターゲットの各区域が数個のフィール
ドの中に１回使用されるようにするのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す概略図である。 第２＆、２ｂ％　２ｃ、２ａ図はノーショナルオーバー
レイパターンの例を示す。 第３ａ、３ｂ、３ａ図は複式パターンの検出のためのオ
ーバーレイパターンを示す。 １・・・電子顕微鏡 ２・・・電子銃 ６°・・コンデンザーレンズ ４・・・試料 ５・・・投射レンズ ６・・・螢光スクリーン ７・・・カメラ ８・・・ライン ９・・・アナログ、デジタル、変換器（ＡＤＣ）１０・
・・記憶部 １１・・・ディスプレイ ４ゾ、３ｃ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）　　試料内の一点′・の％、−ｆヒームの衝突に
   よって訪起される回折パターンの像をあられすビデオイ
   ａ号金召する手段と、該ビデメ信号をデジタル形に変換
   する手段と、それぞれ上記の欅の中の１つのｉｉ！ｕ点
   ｋｈられし、且つスクリーンの上ｆＬあるノーショナル
   パターンをあられす重みつけ因子によって修正されてい
   るデジタル値の複数個を記憶するデジタル記憶部と、電
   子ビーム衝突点の回位を与えるために、上記の総ての修
   正された値を積分す石手段とを含む走査透過型電子顕微
   鏡。 （２試料の完全な画を１点ずつ組立てることをｐ］能と
   するために、電子ビームを試料中の順次の点を走査せし
   める手段を含む特許請求の範囲オ（１）項記載の電子顕
   微鏡。 （６）　　回折パターンが螢光スクリーン上に投射され
   、ビデオ信号を得るためにスクリーンを走査する走査カ
   メラが設けられている特許請求の範囲の前記各項のいず
   れかに記載の電子顕微鏡。 （／４）　　衝突点からの回折パターンが螢光スクリー
   ンの部分のみに投射され、試料の異なる点からのパター
   ンがスクリーンの異なる部分に形成される特許請求の範
   囲オ（６）項記載の電子顕微鏡。 （５）重みつけ因子は複数の異なる値を有している特許
   請求の範囲の前記各項のいずれかに記載の電子顕微鏡。 （６）重みつけ因子は２つの可能な値を有している特許
   請求の範囲オ（９項記載の電子顕微鏡。