(57)【要約】【課題】  本発明は、ステージの位置決め精度に依存せずに対物レンズのデフォーカス校正パラメータを決定する機能を備えた走査透過電子顕微鏡を提供することを目的としている。【解決手段】電子線を放出する電子源と、電子源を試料上で集束する対物レンズと、前記試料を透過した電子を検出する検出器と、前記検出器からの信号を用いてロンチグラム像を表示する表示装置と、前記電子線の収差を補正する収差補正器と、を備えた走査透過電子顕微鏡において、前記対物レンズの励磁電流値を変化させて試料に対する焦点位置を変化させたときの前記ロンチグラム像の変化から求まる励磁電流量変化に対する焦点位置変化量に基づき、前記対物レンズの励磁電流を変化させることを特徴とする走査透過電子顕微鏡。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子線を放出する電子源と、
電子源を試料上で集束する対物レンズと、
前記試料を透過した電子を検出する検出器と、
前記検出器からの信号を用いてロンチグラム像を表示する表示装置と、
前記電子線の収差を補正する収差補正器と、
を備えた走査透過電子顕微鏡において、
前記対物レンズの励磁電流値を変化させて試料に対する焦点位置を変化させたときの前記ロンチグラム像の変化から求まる励磁電流量変化に対する焦点位置変化量に基づき、前記対物レンズの励磁電流を変化させることを特徴とする走査透過電子顕微鏡。
【請求項２】
請求項１の走査透過電子顕微鏡において、
前記対物レンズの励磁電流値を変化させて試料に対する焦点位置を変化させたときの前記ロンチグラム像上に現れる縞の縦横成分の変動から、励磁電流量変化に対する焦点位置変化量を求めることを特徴とする走査透過電子顕微鏡。
【請求項３】
請求項２の走査透過電子顕微鏡において、
前記ロンチグラム画像の縦と横の平均輝度値の比の変動から励磁電流量変化に対する焦点位置変化量を求めることを特徴とする走査透過電子顕微鏡。
【請求項４】
電子線を放出する電子源と、
電子源を試料上で集束する対物レンズと、
前記試料を透過した電子を検出する検出器と、
前記検出器からの信号を用いてロンチグラム像を表示する表示装置と、
前記電子線の収差を補正する収差補正器と、
を備えた走査透過電子顕微鏡を用いた焦点位置調整方法において、
前記対物レンズの励磁電流値を変化させて試料に対する焦点位置を変化させたときの前記ロンチグラム像の変化から求まる励磁電流量変化に対する焦点位置変化量に基づき、前記対物レンズの励磁電流を変化させることを特徴とする焦点位置調整方法。
【請求項５】
請求項４の焦点位置調整方法において、
前記対物レンズの励磁電流値を変化させて試料に対する焦点位置を変化させたときの前記ロンチグラム像上に現れる縞の縦横成分の変動から、励磁電流量変化に対する焦点位置変化量を求めることを特徴とする焦点位置調整方法。
【請求項６】
請求項５の焦点位置調整方法において、
前記ロンチグラム画像の縦と横の平均輝度値の比の変動から励磁電流量変化に対する焦点位置変化量を求めることを特徴とする焦点位置調整方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、透過電子顕微鏡に関し、特に透過電子顕微鏡の対物レンズのデフォーカスの校正を高い精度で行う透過走査電子顕微鏡に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
透過電子顕微鏡に代表される電子顕微鏡は、オートフォーカスの機能を有している。オートフォーカスでは、試料像のぼけ量などのパラメータを用いて、試料上に電子線の焦点が合うように対物レンズの励磁電流を調整するものである。
【０００３】
焦点距離の変化量に対する対物レンズの励磁電流量変化の比を表わすデフォーカス校正パラメータは、次に示す校正方法により決定する。まず試料面に対して正焦点に合わせたのちに、ステージ移動により試料位置を単位量ずらし、対物レンズを用いて再度正焦点に合わせ、その電流変化量を得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−２８３２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のデフォーカスパラメータの決定方法では、ステージの位置決め精度によりデフォーカス校正パラメータの精度が落ちる可能性がある。デフォーカスパラメータのずれは、オートフォーカスのずれを引き起こす可能性があり、透過電子顕微鏡の測定精度が悪くなる可能性がある。
【０００６】
特に、透過電子顕微鏡の収差を測定する際には、数十ｎｍオーダーでのデフォーカスを正確に行う必要があり、デフォーカスパラメータのずれは、透過電子顕微鏡の測定精度を悪くする可能性がある。
【０００７】
本発明は、ステージの位置決め精度に依存せずに対物レンズのデフォーカス校正パラメータを決定する機能を備えた走査透過電子顕微鏡を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の代表的な構成を示すと次の通りである。電子線を放出する電子源と、電子源を試料上で集束する対物レンズと、前記試料を透過した電子を検出する検出器と、前記検出器からの信号を用いてロンチグラム像を表示する表示装置と、前記電子線の収差を補正する収差補正器と、を備えた走査透過電子顕微鏡において、前記対物レンズの励磁電流値を変化させて試料に対する焦点位置を変化させたときの前記ロンチグラム像の変化から求まる励磁電流量変化に対する焦点位置変化量に基づき、前記対物レンズの励磁電流を変化させることを特徴とする走査透過電子顕微鏡。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の透過電子顕微鏡は、デフォーカス校正の際のステージ移動が不要なため、ステージの位置決め精度に依存することなく高い精度でデフォーカスの校正を行える。これにより、より高精度測定が可能な透過電子顕微鏡を提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】走査透過電子顕微鏡の主要な構成を示す構成図
【図２】デフォーカス校正の手順を示すフローチャート
【図３】ディスプレイに表示される画面の一例を示す画面図
【図４】境界判別の指標値の算出処理手順を示すフローチャート
【発明を実施するための形態】
【００１１】
まず、本発明の原理について説明する。本発明においては、収差補正器を備える走査透過電子顕微鏡において、ロンチグラムの六角形状パターンを用いる。なお、ロンチグラムについては、例えば特許文献１に開示がある。非点収差によりロンチグラムの六角形状パターン内に現れる縞状の伸びが、厚い試料の試料内部に焦点位置を合わせると向きが９０°異なる像が重なって見えることを利用する。即ち、ロンチグラム像で縞の交差が確認できる場合、焦点位置は試料の上側の境界面（表面）と下側の境界面（裏面）の間のいずれかの位置にあると判断できる。既知の試料の幅と、フォーカス位置をずらしていったときのロンチグラム像の変化から、対物レンズの励磁電流に対するフォーカス位置の変化がわかり、デフォーカスパラメータが決定できる。
【００１２】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
【実施例】
【００１３】
図１は、本発明の実施例となる収差補正器を備えた走査透過電子顕微鏡装置（ＳＴＥＭ）の構成例を示す図である。図１において電子銃１から試料台６上の試料に照射された電子線は、試料を透過し、カメラ９などの撮像装置で撮影される。撮影された画像信号は画像処理装置１３に送られ、情報処理装置１５において保持され、ディスプレイ１４に表示される。
【００１４】
透過走査電子顕微鏡は、電子銃１より照射された電子線を集束させる集束レンズ２、電子線を試料に集束させる対物レンズ５、対物レンズ５の収差を補正する収差補正器３、電子線を試料上で走査させるスキャンコイル４、試料を透過・散乱・回折した電子線等を検出する検出器８、電子銃１に高電圧を印加する電子銃制御装置１０、レンズおよびコイルを駆動する電子線制御装置１１、収差補正器を駆動する収差補正器制御装置１２、プログラムの実行や各制御装置への指令などを行う情報処理装置１５を備える。
【００１５】
図２は本発明におけるデフォーカス校正の手順を示すフローチャートである。以下各ステップについて説明する。
【００１６】
（ステップ２０１）初めにカメラ９を用いて撮像されるロンチグラム像において平坦化領域が確認できるまで収差補正器３を制御して収差を補正する。このとき試料は厚みが既知のものを用いる。
【００１７】
（ステップ２０２）ステップ２０１が完了したら、収差補正器３を用いて意図的に２回対称非点収差を導入する。これによりアンダーフォーカスとオーバーフォーカスにおいて向きが９０°異なる直線的な縞の形状が観察できる状態となる。
【００１８】
（ステップ２０３）次に対物レンズ５を制御し焦点距離を少しずつずらして撮影した画像（スルーフォーカス画像）を撮り、情報処理装置１５に保持する。保持した画像は表示装置１４に表示される。ユーザは表示された画像からロンチグラム像に縞の交差が確認できる範囲を判別し、情報処理装置１５はユーザの判別の結果の入力を受ける。このときの画面例が図３である。
【００１９】
（ステップ２０４）ロンチグラム像で縞の交差が確認できる場合、焦点位置は試料の上側の境界面（表面）と下側の境界面（裏面）の間のいずれかの位置にあると判断できる。これは試料内部に焦点があるとき、試料表面側はアンダーフォーカス像、試料裏面側はオーバーフォーカス像を結像し、それらの像が重なって見えるためである。ロンチグラム像の縞の交差を得るため、試料の厚みはロンチグラム像が観察可能な範囲内で厚い方が望ましい。ロンチグラム像の縞の交差の判別をユーザに促す際、情報処理装置１５は境界判別の指標となる値を算出し、ディスプレイ１４に画像や撮影条件などとあわせて表示する。
【００２０】
最終的に、既知の試料の幅と、フォーカス位置をずらしていったときのロンチグラム像の変化、すなわち、図３のような変化から、対物レンズの励磁電流に対するフォーカス位置の変化がわかり、デフォーカスパラメータが決定できる。求まったデフォーカスパラメータを用いて対物レンズの励磁電流を変化させ、電子線を所望の位置にフォーカスさせることができる。
【００２１】
なお、上記のステップをプログラム化して情報処理装置１５において実行することにより、達成することができる。
【００２２】
図４を用いて、ステップ２０４のデフォーカスパラメータ決定法についてより詳細に説明する。本方法を用いれば、デフォーカスパラメータの決定を自動化することができる。図４は境界判別の指標値の算出処理のフローチャートである。
【００２３】
（ステップ４０１）図３の各フォーカス位置での各ロンチグラム像に平滑化処理を行う。
【００２４】
（ステップ４０２）さらに、平滑化された画像に２値化処理を行う。ステップ４０１及び４０２の処理により、画像に含まれる不要な情報を減らし、特徴量を抽出しやすくする。
【００２５】
（ステップ４０３）次に縞に沿う成分とそれに直交する成分が画像の座標軸に沿うように全画像を同じ角度で回転する。アンダーフォーカス時とオーバーフォーカス時の縞の方向は直交するので、これらがどちらも座標軸に沿うように回転すればよい。
【００２６】
（ステップ４０４）次に各画像に縦と横の各方向について差分フィルタなどを適用してエッジを抽出する。ここまでの処理により縞の方向とそれに直交する方向の成分を抽出した画像が得られる。ステップ４０１〜４０４は順序により検出の精度などが変わるが、必ずしもこの順序である必要はない。
【００２７】
（ステップ４０５）ステップ４０４を完了したら、縦と横の各方向についてエッジを抽出した画像の平均輝度値をそれぞれ算出する。
【００２８】
（ステップ４０６）最後に画像ごとに縦と横の平均輝度値の比を算出して、境界判別の指標値とする。この指標値はロンチグラム像の縞が交差して均等含まれていると１に近い値となる。この値の大きさや増加あるいは現象を始めるポイントなどが、境界判別の助けとなる。また、縦と横の平均輝度値の比に所定の値を設定しておき、それを電子線が試料の表面或いは裏面にフォーカスした状態と判断することができる。
【００２９】
ステップ２０４で入力された像の縞の交差の有無の判別結果から、焦点が試料表面と試料裏面に合っているときの対物レンズ電流を求める。これにより得られる2つの対物レンズの電流値の差をΔＩ（μＡ）、用いた試料の厚みをｄ（ｎｍ）とすると、デフォーカス校正パラメータCalib（μＡ／ｎｍ）は、Calib=ΔI/dで表される。
【００３０】
この算出されたデフォーカス校正パラメータCalibを用いると、ステージ移動に依存しない正確なオートフォーカスが可能となり、測定精度も向上する。
【００３１】
本発明の実施例によれば、デフォーカス校正の際の焦点合わせの基準面を試料の表面と裏面にするため、ステージの位置決め精度に依存することなく基準面間の距離が得られる。この基準面間距離と、焦点位置の移動に必要となる対物レンズの電流量変化を得ることで、高い精度でデフォーカスの校正を行える。
【符号の説明】
【００３２】
１  電子銃
２  収束レンズ
３  収差補正器
４  スキャンコイル
５  対物レンズ
６  試料台
７  投影レンズ
８  検出器
９  カメラ
１０  電子銃制御装置
１１  電子線制御装置
１２  収差補正器制御装置
１３  画像処理装置
１４  ディスプレイ
１５  情報処理装置
【図１】
2015018721.tif 000003
【図２】
2015018721.tif 000004
【図３】
2015018721.tif 000005
【図４】
2015018721.tif 000006