(57)【要約】【課題】  電子分光器および透過型電子顕微鏡を用いて、エネルギー損失量と測定位置情報が直交する二軸で形成されるスペクトル像について、スペクトル像の測定倍率および測定位置を高効率かつ高精度に行う。【解決手段】  電子分光器および透過型電子顕微鏡を用いて、エネルギー損失量と測定位置情報が直交する二軸で形成されるスペクトル像について、スペクトル像の測定倍率および測定位置を高効率かつ高精度に補正可能な倍率・位置補正方法および倍率・位置補正システムを提供する。【選択図】図１
2008210731.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子分光器を備えた透過型電子顕微鏡により取得される電子分光器のエネルギー分散軸と位置情報の軸が直交する二軸で形成されるスペクトル像の倍率補正方法において、前記透過型電子顕微鏡により得られる透過型電子顕微鏡像の電子分光器の画像パターンと前記スペクトル像の電子分光器の画像パターンにより、前記スペクトル像の倍率を補正することを特徴とするスペクトル像の倍率補正方法。
【請求項２】
電子分光器を備えた透過型電子顕微鏡により取得される電子分光器のエネルギー分散軸と位置情報の軸が直交する二軸で形成されるスペクトル像の測定位置補正方法において、前記透過型電子顕微鏡により得られる透過型電子顕微鏡像の電子分光器の画像パターンと前記スペクトル像の電子分光器の画像パターンにより、前記スペクトル像の測定位置を補正することを特徴とするスペクトル像の測定位置補正方法。
【請求項３】
電子線を試料に放射する電子銃と、前記電子銃から放射された電子線を収束させる収束レンズ群と、試料を透過した該電子線を結像させる結像レンズ群と、結像させた画像を検出する画像検出器と、前記試料の観察範囲を選択する視野制限スリットと、前記試料を透過した電子線の有するエネルギー量により該電子線を分光する電子分光器を備えた透過型電子顕微鏡において、
該電子分光器は、エネルギー分散方向およびエネルギー分散方向と直交する方向とで収束位置を異ならせたエネルギースペクトル像を出力する電子分光器であって、前記エネルギースペクトル像の倍率及び測定位置を補正する補正装置を有することを特徴とする透過型電子顕微鏡。
【請求項４】
請求項３に記載された透過型電子顕微鏡であって、前記視野制限スリットは、エネルギー分散方向に平行方向に並んだ開口部を有することを特徴とする透過型電子顕微鏡。
【請求項５】
請求項３に記載された透過型電子顕微鏡であって、前記透過型電子顕微鏡は、前記補正装置により前記エネルギースペクトル像の倍率及び測定位置を補正する補正開始スイッチを有することを特徴とする透過型電子顕微鏡。
【請求項６】
請求項３に記載された透過型電子顕微鏡であって、前記取得したエネルギー損失スペクトルを所定領域ごとに分割し、各領域のエネルギー損失スペクトル像を表示させるスペクトル表示機能を有することを特徴とする透過型電子顕微鏡。
【請求項７】
請求項３に記載された透過型電子顕微鏡であって、前記取得したエネルギー損失スペクトルを所定領域ごとに分割し、各領域のエネルギー損失スペクトル像より各領域のスペクトル強度プロファイルを表示させる強度プロファイル表示機能を有することを特徴とする透過型電子顕微鏡。
【請求項８】
請求項３に記載された透過型電子顕微鏡であって、前記取得したエネルギー損失スペクトルを所定領域ごとに分割し、各領域のエネルギー損失スペクトル像よりスペクトルのピーク最大強度位置を表示させるピーク位置表示機能を有することを特徴とする透過型電子顕微鏡。
【請求項９】
電子分光器を備え、透過型電子顕微鏡像及びエネルギー損失スペクトル像を取得可能な透過型電子顕微鏡のエネルギー損失スペクトル像の倍率補正方法であって、
参照試料の透過型電子顕微鏡画像より画像分解能を算出し、前記画像分解能を記憶装置に記憶し、前記透過型電子顕微鏡の電子線軌道上に複数の開口部を有するスリットを挿入し、前記スリットを介して撮像した参照試料の透過型電子顕微鏡画像より、スリットのパターンに応じた画素数を算出し、前記スリットのパターンの画素数より前記スリットのパターンの参照試料上の大きさを算出し、前記電子分光器を用いたエネルギー損失スペクトル像を取得し、前記エネルギー損失スペクトル像の画像パターン間の距離より、エネルギー損失スペクトル像の画像分解能を算出し、エネルギー損失スペクトル像の倍率の補正を行うことを特徴とする倍率補正方法。
【請求項１０】
電子分光器を備え、透過型電子顕微鏡像及びエネルギー損失スペクトル像を取得可能な透過型電子顕微鏡のエネルギー損失スペクトル像の測定位置補正方法であって、
補正スリットを介して試料の透過型電子顕微鏡で第一の電子顕微鏡像を撮像し、試料上の位置を変更せずに試料のエネルギー損失スペクトル像を取得し、試料上の位置を変更せずに再度試料の透過型電子顕微鏡で第二の電子顕微鏡像を撮像し、前記第一及び第二の電子顕微鏡像を比較し、前記第一及び第二の電子顕微鏡像が一致した場合に、エネルギー損失スペクトルを正しい測定位置で測定されたと判断して測定結果を出力することを特徴とするエネルギー損失スペクトル像の測定位置補正方法。
【請求項１１】
電子分光器を備え、透過型電子顕微鏡像及びエネルギー損失スペクトル像を取得可能な透過型電子顕微鏡であって、
エネルギー損失スペクトル像の測定位置を補正する補正装置と、電子顕微鏡像及びエネルギー損失スペクトル像を表示する画像表示装置を有し、
前記補正装置は、補正スリットを介して透過型電子顕微鏡で撮像される試料の第一の電子顕微鏡像と、試料上の位置を変更せずに取得される試料のエネルギー損失スペクトル像と、エネルギー損失スペクトル像の取得後に透過型電子顕微鏡で撮像される第二の電子顕微鏡像とを取得し、前記前記第一及び第二の電子顕微鏡像を比較し、
前記画像表示装置は、前記第一及び第二の電子顕微鏡像が一致した場合に、前記電子顕微鏡像と前記エネルギー損失スペクトル像を倍率・位置補正スリットのパターンに応じて組み合わせ、前記電子顕微鏡像と前記エネルギー損失スペクトル像を一画像で表示する画像情報を出力することを特徴とする透過型電子顕微鏡。
【請求項１２】
請求項１１に記載された透過型電子顕微鏡であって、
前記画像情報は、前記エネルギースペクトル像の測定位置・範囲が透過型電子顕微鏡像中で認識可能とされていることを特徴とする透過型電子顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子線の有するエネルギー量により電子線を分光する電子分光器を備えた透過型電子顕微鏡に関し、特に電子分光器のエネルギー分散方向およびエネルギー分散方向と直交する方向とで収束位置を異ならせる透過型電子顕微鏡に関する。また、その透過型電子顕微鏡で得られるスペクトル像の倍率の補正、または測定位置の補正を高効率・高精度に行うことが出来る倍率または位置の補正方法と、当該補正方法を達成するための補正システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコン半導体や磁気デバイス等の加工寸法が微細化し、高集積化するとともに、これまで以上にデバイス特性の劣化や信頼性の低下が重要な問題となっている。近年では、新規プロセスの開発や量産過程で、ナノメータ領域の半導体デバイスの不良を解析し、不良の原因を根本的に突き止め解決するために、（走査）透過型電子顕微鏡（（Scanning）
Transmission Electron Microscopy：（Ｓ）ＴＥＭ）及び電子エネルギー損失分光法
（Electron Energy Loss Spectroscopy：ＥＥＬＳ）を用いたスペクトル分析や、二次元元素分布分析が必須の分析手段となっている。
【０００３】
電子エネルギー損失スペクトルには、試料を通過する際にエネルギーを損失しないゼロロススペクトル、価電子帯の電子を励起してエネルギーを損失することにより得られるプラズモンロススペクトル、内殻電子を励起してエネルギーを損失することにより得られる内殻電子励起損失スペクトルに大別できる。内殻電子励起損失（コアロス）スペクトルでは、吸収端近傍に微細構造が観察される。この構造は、吸収端微細構造（Energy Loss 
Near-Edge Structure ：ＥＬＮＥＳ）と呼ばれ、試料の電子状態や化学結合状態を反映した情報を有している。また、エネルギー損失値（吸収端位置）は元素固有であるため、定性分析が可能である。また、ケミカルシフトと呼ばれるエネルギー損失値のシフトから注目元素の周辺の配位に関連する情報も得ることが出来るため、簡易的な状態分析も可能である。
【０００４】
従来、試料上の異なる箇所での電子エネルギー損失スペクトルを取得する場合は、小さく絞った電子線を走査コイルにより試料上を走査させる走査透過型電子顕微鏡と、電子線の有するエネルギー量により分光可能な電子分光器とを組み合わせることにより、試料を透過してきた電子線を分光させて、電子エネルギー損失スペクトルを連続的に取得していた。
【０００５】
しかしながら、この手法の場合、装置周辺の外乱変化に伴う電子線の加速電圧のドリフトや磁場・電場変化により、電子エネルギー損失スペクトルの収差や原点位置が変化するため、各測定位置での電子エネルギー損失スペクトルの吸収端微細構造の形状やわずかなケミカルシフトを比較することは難しい。
【０００６】
通常の透過型電子顕微鏡では、ｘ軸、ｙ軸双方の焦点位置を同一面にし透過型電子顕微鏡像を得るのに対し、特開平１０−３０２７００号公報（特許文献１）では上記問題を解決するために、ｘ軸とｙ軸での焦点位置を異ならせることにより、ｘ軸の焦点位置はスペクトル面、一方のｙ軸の焦点位置は、像面とすることが開示されている。
【０００７】
その結果、試料のｙ軸方向での電子エネルギー損失スペクトルを分離して観察することができる。すなわち、画像検出器により得られる画像は、図３（ｂ）に示されるようにｘ軸はエネルギー損失量、ｙ軸は試料の位置情報を有するスペクトル像として観察することができる。スペクトル像は、図３（ａ）で示される透過型電子顕微鏡像で観察される各積層膜に対応して、帯状に観察される。よって、試料の異なる位置の電子エネルギー損失スペクトルを同時に観察することが可能であり、異なる位置での電子エネルギー損失スペクトルの吸収端微細構造やわずかなケミカルシフトを詳細に比較することが出来る。
【０００８】
【特許文献１】特開平１０−３０２７００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ｘ軸がエネルギー損失量、ｙ軸が試料の位置情報を有するスペクトル像は、電子分光器等のレンズ作用を変更し、ｘ軸とｙ軸の焦点位置を異ならせ、画像検出器により得られる二次元画像である。ｘ軸とｙ軸の焦点位置を変更させることにより、スペクトル像のｙ軸方向の幅を自由に調整することができるが、透過型電子顕微鏡像とスペクトル像間の観察倍率が異なってしまうため、スペクトル像におけるｙ軸方向の観察倍率を算出する必要がある。
【００１０】
透過型電子顕微鏡像より測定された膜厚とスペクトル像の帯状の幅よりスペクトル像の観察倍率を算出することは可能であるが、積層膜界面等でケミカルシフトが観察される試料の場合、スペクトル像における積層膜界面がぼけてしまうので、スペクトル像において正確な観察倍率を算出することは困難である。
【００１１】
また、ｘ軸とｙ軸の焦点位置を一致させて得られる透過型電子顕微鏡像とスペクトル像を同時に観察することは出来ない。すなわち、スペクトル像において、電子エネルギー損失スペクトルが得られたｙ軸方向の位置を透過型電子顕微鏡像と正確に対応させることが困難である。
【００１２】
そこで本発明は、上述した従来の透過型電子顕微鏡と電子分光器を組み合わせて得られるスペクトル像が持つ問題点である倍率および測定位置の補正を高効率かつ高精度に補正可能な倍率・位置補正方法及び倍率・位置補正システムを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決する本発明は、エネルギー損失量と位置情報が直交する二軸で形成されるスペクトル像について、スペクトル像の倍率、または試料上の測定位置を高効率かつ高精度に補正するための倍率・位置補正方法および倍率・位置補正システムを提供するものである。
【００１４】
具体的には、電子分光器を備えた透過型電子顕微鏡により取得される電子分光器のエネルギー分散軸と位置情報の軸が直交する二軸で形成されるスペクトル像の倍率補正方法において、前記透過型電子顕微鏡により得られる透過型電子顕微鏡像の電子分光器のエネルギー分散と平行方向の画像パターンと前記スペクトル像の電子分光器のエネルギー分散と平行方向の画像パターンにより、前記スペクトル像の倍率を補正することを特徴とするスペクトル像の倍率補正方法である。
【００１５】
特に、本発明は、参照試料を透過型電子顕微鏡で撮像し、前記参照試料の電子顕微鏡画像の画像分解能を算出し、前記画像分解能を記憶装置に記憶し、透過型電子顕微鏡の電子線軌道上に複数の開口部を有するスリットを挿入し、前記スリットを介して参照試料を透過型電子顕微鏡で撮像し、スリットのパターン中の画素数を算出し、スリットのパターン中の画素数よりパターンの参照試料上の大きさを算出し、エネルギーフィルタを稼動して、エネルギースペクトル像を取得し、エネルギースペクトル像の画像パターン間の距離より、スペクトル像の画像分解能を算出し、スペクトル像の画像分解能を記憶装置に記憶するスペクトル像の倍率補正方法である。
【００１６】
また、電子分光器を備えた透過型電子顕微鏡により取得される電子分光器のエネルギー分散軸と位置情報の軸が直交する二軸で形成されるスペクトル像の測定位置補正方法において、前記透過型電子顕微鏡により得られる透過型電子顕微鏡像の電子分光器のエネルギー分散と平行方向の画像パターンと前記スペクトル像の電子分光器のエネルギー分散と平行方向の画像パターンにより、前記スペクトル像の測定位置を補正することを特徴とするスペクトル像の測定位置補正方法である。
【００１７】
特に、本発明は、倍率・位置補正スリットを介して試料の透過型電子顕微鏡で第一の電子顕微鏡像を撮像し、試料上の位置を変更せずに試料のエネルギー損失スペクトル像を取得し、試料上の位置を変更せずに再度試料の透過型電子顕微鏡で第二の電子顕微鏡像を撮像し、前記第一及び第二の電子顕微鏡像を比較し、前記第一及び第二の電子顕微鏡像が一致した場合に、エネルギー損失スペクトルを正しい測定位置で測定されたと判断して制御装置に記憶するエネルギー損失スペクトルの測定方法である。
【００１８】
また、本発明は、上述の前記第一及び第二の電子顕微鏡像が一致した場合に、前記電子顕微鏡像と前記エネルギー損失スペクトル像を倍率・位置補正スリットのパターンに応じて組み合わせ、その結果である前記電子顕微鏡像と前記エネルギー損失スペクトル像を同時に表示する透過型電子顕微鏡である。また、その結果を制御装置に記憶する。
【００１９】
また、他の本発明は、電子銃と、電子銃から放射された電子線を収束させるレンズ群と、試料を透過した該電子線を結像させるレンズ群と、結像させた画像を検出する画像検出器と、視野を選択するために設けられた視野制限スリットと、電子線の有するエネルギー量により該電子線を分光する電子分光器を備えた透過型電子顕微鏡であって、該電子分光器のエネルギー分散方向およびエネルギー分散方向と直交する方向とで収束位置を異ならせて得られたスペクトル像の倍率および測定位置を補正するための倍率・測定位置補正システムを有することを特徴とする透過型電子顕微鏡である。
【００２０】
前記透過型電子顕微鏡において、前記画像検出器にエネルギー分散方向と平行方向に画像パターンが表示されるように電子線を遮断することが可能な倍率・位置補正スリットを設けてもよい。
【００２１】
また、他の本発明は、透過型電子顕微鏡像と、エネルギー損失スペクトル像とが表示され、エネルギースペクトル像の測定位置・範囲が透過型電子顕微鏡像中で認識可能に表示する画像表示装置を設けたことを特徴とする電子顕微鏡である。
【００２２】
上記の通り、本発明の特徴は、電子分光器を備え、直交するエネルギー分散軸と位置情報の軸との二軸で形成される電子エネルギー損失スペクトル像を取得可能な透過型電子顕微鏡であって、前記取得されるスペクトル像を補正するための補正システムを有し、前記補正システムは、透過型電子顕微鏡像と、電子エネルギー損失スペクトル像とを用い、各画像のエネルギー分散軸と平行方向の各画像パターンによりスペクトル像の補正を行うことにある。上記本発明の電子顕微鏡によれば、スペクトル像の倍率の補正、または試料の測定位置の補正を効率よく実施することが可能である。
【発明の効果】
【００２３】
本発明のスペクトル像の倍率・位置補正方法及びシステムによれば、ｘ軸とｙ軸の焦点位置が異なるスペクトル像の倍率および測定位置を高効率かつ高精度に補正出来る。また、本発明によれば、効率よく補正可能な電子分光器を備えた透過型電子顕微鏡を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符合を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【００２５】
図１は、本発明による一実施の形態である電子分光器を付随した透過型電子顕微鏡の一例を示す概略構成図である。
【００２６】
本実施の形態の電子分光器付き透過型電子顕微鏡は、透過型電子顕微鏡１、電子分光器８、画像表示装置１４、中央制御装置１６、倍率・位置補正システム１５などから構成される。透過型電子顕微鏡１には、電子線３を放出する電子源２、収束レンズ４、対物レンズ６、結像レンズ系７、蛍光板９などが設けられ、収束レンズ４と対物レンズ６との間に試料５が配置される。電子分光器８には、磁場セクタ１０、多重極子レンズ１１，１２、画像検出器１３などが設けられている。
【００２７】
なお、透過型電子顕微鏡１の構成、電子分光器８の構成については、これに限定されるものではない。例えば、電子分光器８が、透過型電子顕微鏡１内に配置されていてもよい。
【００２８】
この電子分光器付き透過型電子顕微鏡において、電子源２より放出された電子線３は、収束レンズ４を通過し、試料５に照射される。試料５を透過した電子線３は、対物レンズ６、複数個からなる結像レンズ系７を通過し、蛍光板９を開けている場合は、そのまま電子分光器８に進入する。進入した電子線３は、電子分光器内８の電子エネルギー損失スペクトルや透過型電子顕微鏡像のフォーカス、拡大・縮小、収差低減等に用いられる多重極子レンズ１１，１２や、電子線３の有するエネルギー量により分光可能な磁場セクタ１０を通過した後、透過型電子顕微鏡像、二次元元素分布像、電子エネルギー損失スペクトル等として、画像検出器１３により撮影された後、画像表示装置１４に表示される。また、磁場セクタ１０や多重極子レンズ１１，１２は、中央制御装置１６において制御される。また、中央制御装置１６では、透過型電子顕微鏡像、二次元元素分布像、電子エネルギー損失スペクトル等の取得モードの切り替えを制御することが出来る。さらには、ｘ軸及びｙ軸の焦点位置の変更、すなわち透過型電子顕微鏡像とスペクトル像の取得モードの切り替えも制御することが出来る。
【００２９】
スペクトル像を取得する場合は、スペクトルを取得したい場所を制限するためにｘ軸方向すなわちエネルギー分散方向に短く、ｙ軸方向すなわち試料測定位置方向には長い視野制限スリット１７が挿入される。
【００３０】
試料５から所望のスペクトル像を取得する前もしくは取得後に、倍率・位置補正システムにより、透過型電子顕微鏡像より算出される取得画像の画素サイズすなわち一画素あたりの距離（画像分解能）から、スペクトル像における画像分解能を算出し記憶する。
【００３１】
図２は、倍率・位置補正スリット１８を用いた電子顕微鏡の例である。倍率・位置補正システム１５により、スペクトル像の画像分解能を算出する場合は、倍率・位置補正スリット１８を、図２に示すように電子線３の通路に挿入する。図４、図５は、倍率・位置補正スリット１８の一例を示した図である。位置・倍率補正スリット１８内に設けられた電子線遮断部１９により電子線３を遮断し、電子線通過部２０から、電子線３を通過させることにより、倍率や位置を補正するための画像パターン４０を得ることができる。画像表示装置１４上で表示される取得画像内に他のスリット等で画像分解能を算出するための画像パターン４０が存在する場合は、本スリットを挿入しなくてもよい。
【００３２】
位置補正スリット１８は、開口部である電子線通過部２０により補正するための画像パターンが得られるものであればよく、図４に示すような短冊状でも、図５に示すような円形状でもよい。図４、５では電子線通過部２０は、複数（図４では３個、図５では７個）並んだ形状である。電子線通過部２０の個数は、複数個（少なくとも２個）あると電子線遮断部１９で補正が可能である。３個以上あると試料等によって適宜採用する部分を変えることができ好ましい。
【００３３】
複数の電子線通過部２０は、透過型電子顕微鏡像ならびにスペクトル像のエネルギー分散方向と平行方向（ｙ軸方向）に並べられる。電子線通過部２０が記録されるように設置されていればよい。また、電子線通過部２０の形状や大きさ等を変化させるシステムを備えることが好ましい。
【００３４】
図４の倍率・位置補正スリット１８を用いた場合、図４（ｂ）（ｃ）に示すような画像パターン４０が透過型電子顕微鏡像ならびにスペクトル像として取得される。図４（ｄ）（ｅ）には、図４（ｂ）（ｃ）内の点線部より得られた強度プロファイルを示している。電子線が通過してきた箇所は強度が高く、電子線が遮蔽された箇所は、強度が低いことを示している。また、図５の倍率・位置補正スリット１８を用いた場合は、図５（ｂ）(ｃ)に示すような画像パターン４０が透過型電子顕微鏡像ならびにスペクトル像として取得される。図４と同様に図５（ｄ）（ｅ）に示すような強度プロファイルを得ることが出来る。なお、倍率・位置補正スリット１８は、常時同じスリットを使用する必要はなく、補正目的・観察目的に対応して変更すればよい。
【００３５】
図６は、倍率・位置システム１５を用いて、スペクトル像の観察倍率の補正手順を示したフローチャートである。補正は、結晶格子の明らかな結晶や、構造の判明しているデバイス等、予め距離が判明している参照試料を用いて行う。
【００３６】
まず、ｘ軸とｙ軸の焦点位置が一致した透過型電子顕微鏡像において、予め距離が判明している参照試料、すなわち結晶の格子像やデバイス試料の透過型電子顕微鏡像を画像検出器１３により撮影する。予め距離が判明している参照試料の透過型電子顕微鏡像より、取得画像上の１画素あたりの距離（画像分解能）を算出し、中央制御装置１６に記憶する（Ｓ１０１−Ｓ１０２）。このステップは、既に透過型電子顕微鏡の倍率に対応した画像分解能が中央制御装置１６に記憶されていれば、省略してもよい。
【００３７】
次に、倍率・位置補正スリット１８を挿入して透過型電子顕微鏡像を撮影した後、倍率・位置補正スリット１８により電子線３が遮断され、画像パターン４０となって撮影された透過型電子顕微鏡像から、エネルギー分散と平行方向の画像パターン４０間の距離を取得画像上の画素数として算出する（Ｓ１０３〜１０５）。
【００３８】
図４のように、電子線通過部２０が大きい場合であれば、複数の電子線遮断部１９間の距離を測定し、その画素数を確認することが容易である。一方、図５のように電子線通過部２０が小さい場合には、各電子線通過部２０より得られるプロファイルパターンのピークの間の距離と画素数を確認する（図１２参照）。
【００３９】
透過型電子顕微鏡像の取得モードからスペクトル像の取得モードに切り替えた後、スペクトル像を撮影し（Ｓ１０６〜Ｓ１０７）、倍率・位置補正スリット１８により電子線３が遮断され画像パターン４０となって撮影されたスペクトル像から、エネルギー分散方向と平行方向の画像パターン４０間の距離を画像上の画素数として算出する（Ｓ１０８）。
【００４０】
透過型電子顕微鏡像で求めた画像分解能をＲTEM 、スペクトル像における画像分解能をＲspe、透過型電子顕微鏡像における画像パターン４０間の距離をｄTEM、スペクトル像における画像パターン４０間の距離をｄspe とすると、式１によりスペクトル像における画像分解能を算出し、中央制御装置１６に記憶する（Ｓ１０９−Ｓ１１０）。
【００４１】
【数１】
2008210731.tif 000003
【００４２】
なお、本倍率補正は、スペクトル像を取得したい場所で行う必要はない。また、測定ごと、試料ごとに毎回行う必要はない。
【００４３】
次に、図１２により上記したスペクトル像の倍率補正の具体例を示す。本具体例では、電子分光器８を付随した透過型電子顕微鏡１を用いて実施し、本発明の倍率・位置補正システム１５を用いて、スペクトル像の測定倍率を補正した。
【００４４】
スペクトル像取得時の透過型電子顕微鏡１の加速電圧を１９７ｋＶ、電子線３の取り込み角を４.４mrad、エネルギー分散を０.０２ｅＶ／画素 とした。透過型電子顕微鏡像ならびにスペクトル像の取得に用いた画像検出器１３は、１０２４画素×１０２４画素の二次元検出器である。また、透過型電子顕微鏡における表示上の観察倍率は、１００００倍とした。
【００４５】
上述における透過型電子顕微鏡の観察倍率の場合、画像検出器１３により得られた透過型電子顕微鏡像の画像分解能は、０.１３７ｎｍ／画素であった。
【００４６】
そこで、倍率・位置補正スリット１８を電子線３の通路上に挿入した後、透過型電子顕微鏡像２７を撮影し、引き続きスペクトル像を撮影した。両者の画像より、倍率・位置補正スリット１８を挿入したことにより記録された画像パターン４０の強度プロファイルを抽出した。その結果、電子線通過部２０により形成された画像パターン４０の両端の距離は、透過型電子顕微鏡像では４３０画素、スペクトル像では、１１８画素であった。式１を用いて計算した結果、スペクトル像の画像分解能は、０.５０３ｎｍ／画素と算出された。
【００４７】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【００４８】
図７は、倍率・位置補正システムを用いて、スペクトル像の測定位置の補正手順を示したフローチャートである。位置の補正は測定試料を用いて行い、各測定ごと、または試料を変更したとき等に適宜行う。
【００４９】
本実施例のよれば、電子顕微鏡像の画像と、同じ試料位置のエネルギースペクトル像とを測定し、各結果の位置情報を一致させ、試料の測定結果として表示することが可能になる。
【００５０】
スペクトル像を取得したい位置に試料を移動した後、倍率・位置補正スリット１８を挿入し、ｘ軸とｙ軸の焦点位置が一致した透過型電子顕微鏡像を得る（Ｓ１２１−１２４）。
【００５１】
次に、透過型電子顕微鏡像の取得モードからスペクトル像の取得モードに切り替え、取得したいスペクトル像のエネルギー値を入力した後、ｘ軸とｙ軸の焦点位置を異ならせたスペクトル像を、倍率・位置補正スリット１８と同時に撮影する（Ｓ１２５−１２６）。
【００５２】
再度、スペクトル像の取得モードから透過型電子顕微鏡像の取得モードに切り替えて、透過型電子顕微鏡像を取得し、スペクトル像前後で取得した透過型電子顕微鏡像において、測定位置が移動していないか確認する（Ｓ１２７−１２９）。
【００５３】
もし、透過型電子顕微鏡像において測定位置が移動している場合、スペクトル像取得時に試料移動（ドリフト）が生じていたことになるので、再度、透過型電子顕微鏡像ならびにスペクトル像の取得をやり直す。
【００５４】
スペクトル像取得前後の透過型電子顕微鏡像において、測定位置の移動が見られなければ、透過型電子顕微鏡像とスペクトル像間の画像パターン４０により、スペクトル像取得位置と透過型電子顕微鏡像の測定位置が一致するように補正し、両者を組み合わせたデータとして中央制御装置１６に記憶する。
【００５５】
図８は、画像表示装置１４内の表示内容の一例を示しており、倍率・位置補正システムによりスペクトル像の倍率及び測定位置を補正し、透過型電子顕微鏡像と選択された箇所で得られた電子エネルギー損失スペクトルを表示している例を示している。図８の表示内容の特徴点は、透過型電子顕微鏡像と、エネルギー損失スペクトル像が表示されており、エネルギースペクトル像の測定位置・範囲が透過型電子顕微鏡像中で認識可能とされていることにある。
【００５６】
各倍率や位置の補正機能の開始スイッチは、電子顕微鏡の制御装置等に設けてもよいが、測定結果を確認しながら表示装置上で選択することができるようにすることが好ましい。図８の例では、画像表示装置には、選択ボタン群２１が表示されている。選択ボタン群２１は、スペクトル像と透過型電子顕微鏡像の切り替えボタン、スペクトル像の取り込み開始ボタン、スペクトル像の取り込み時間の変更ボタン、スペクトル像のエネルギー損失量設定ボタン２２、スペクトル像倍率補正ボタン２３、スペクトル像位置補正ボタン２４等が含まれている。
【００５７】
選択ボタン群２１中のスペクトル像倍率補正ボタン２３を選択すると、透過型電子顕微鏡像およびスペクトル像が連続的に画像検出器１３により取得され、それぞれの画像から画像分解能（一画素あたりの距離）が計算される。
【００５８】
また、所望の位置でのスペクトル像および透過型電子顕微鏡像を取得した後、スペクトル像位置補正ボタン２４を選択すると、スペクトル像とスペクトル像の測定位置に対応した透過型電子顕微鏡像の両者が組み合わされたデータとして記憶される。すなわち、透過型電子顕微鏡像には、スペクトル像の測定位置ならびに、各測定位置での電子エネルギー損失スペクトルが記憶される。また、視野制限スリット１７により制限された領域も、スペクトル測定領域２６として記憶される。
【００５９】
電子エネルギー損失スペクトルを表示させる数は任意に設定することができ、透過型電子顕微鏡像２７上で選択した箇所の電子エネルギー損失スペクトルをスペクトル表示部
２５に順次表示する。また、選択領域を拡大すると、選択領域内で加算された電子エネルギー損失スペクトルを表示する。スペクトル表示部２５に表示された電子エネルギー損失スペクトルは、測定データをそのまま表示しても良いし、バックグラウンド除去等の信号処理もすることもできる。エネルギースペクトル像は、図８のようにスリットの各開口部ごとに表示してもよいし、後述の図９のようにひとつの開口部を分割したそれぞれの範囲について表示してもよい。
【００６０】
図９は、画像表示装置１４内の表示内容の一例を示しており、透過型電子顕微鏡像２７上で選択された領域で得られた電子エネルギー損失スペクトルを分割して表示している例である。
【００６１】
透過型電子顕微鏡像２７上でスペクトルを表示させたい箇所を領域選択ツール２８で選択した後、選択ボタン群２１内の線分析ボタン２９を選択し、選択領域内のｙ軸方向（縦方向）の分割領域幅を入力する。その後、スペクトル表示部２５に分割領域幅に分割された電子エネルギー損失スペクトルが連続的に表示される。
【００６２】
図１０は、画像表示装置１４内の表示内容の一例を示しており、透過型電子顕微鏡像
２７と選択された領域で得られたスペクトルの強度プロファイルを表示している例である。
【００６３】
透過型電子顕微鏡２７上で連続的なスペクトルの強度プロファイルを表示させたい箇所を領域選択ツール２８で選択した後、強度プロファイル表示ボタン３０を選択すると、各測定位置でのスペクトルの強度プロファイルを強度プロファイル表示部３１に表示する。同じ領域で違う元素のスペクトル像を取得している場合は、各元素の強度プロファイルを強度プロファイル表示部３１に異なる色表示等で重ねて表示することも可能である。強度プロファイルの領域は、エネルギー損失値を直接入力しても良いし、任意箇所のスペクトルがスペクトル表示部２５に表示されている場合は、スペクトル表示部２５内で強度プロファイルの算出部分を選択してもよい。
【００６４】
図１１は、画像表示装置１４内の表示内容の一例を示しており、透過型電子顕微鏡像
２７と選択された領域で得られたスペクトルのピーク位置を表示している例である。
【００６５】
透過型電子顕微鏡２７上で連続的なスペクトルのピーク位置を表示させたい箇所を、領域選択ツール２８で選択した後、ピーク位置表示ボタン３２を選択すると、各測定位置でのスペクトルのピーク最大強度位置をピーク位置表示部３３に表示する。ピーク最大強度位置を表示する場合、スペクトル表示部に表示のスペクトルにおいて、エネルギー領域を選択した後、各スペクトルの選択領域中のピーク強度が最大となるエネルギー損失値を表示させても良いし、一次微分した後のピーク強度が最大となるエネルギー損失値を表示させてもよい。
【００６６】
上述した各機能のボタンは、画像表示装置１４内において、適宜移動、配置することが出来る。また、各機能のボタンは、ツールバーとしてもよい。また、画像表示装置１４内に表示された透過型電子顕微鏡像２７、スペクトル表示部２５、強度プロファイル表示部３１等においても、自由に配置することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】電子分光器付き透過型電子顕微鏡の一例を示す概略構成図。
【図２】電子分光器付き透過型電子顕微鏡の一例を示す概略構成図。
【図３】従来技術により得られる透過型電子顕微鏡像ならびにスペクトル像。
【図４】倍率・位置補正スリットの一例を示す概略構成図。
【図５】倍率・位置補正スリットの一例を示す概略構成図。
【図６】電子分光器付き透過型電子顕微鏡において、スペクトル像の倍率の補正手順を示したフローチャート。
【図７】電子分光器付き透過型電子顕微鏡において、スペクトル像の測定位置の補正手順を示したフローチャート。
【図８】電子分光器付き透過型電子顕微鏡において、画像表示装置内の一例を示した図。
【図９】電子分光器付き透過型電子顕微鏡において、画像表示装置内の一例を示した図。
【図１０】電子分光器付き透過型電子顕微鏡において、画像表示装置内の一例を示した図。
【図１１】電子分光器付き透過型電子顕微鏡において、画像表示装置内の一例を示した図。
【図１２】電子分光器付き透過型電子顕微鏡において、倍率・位置補正スリットを挿入して得られた透過型電子顕微鏡像とその強度プロファイル（ａ）およびスペクトル像とその強度プロファイル（ｂ）。
【符号の説明】
【００６８】
１  透過型電子顕微鏡
２  電子源
３  電子線
４  収束レンズ
５  試料
６  対物レンズ
７  結像レンズ系
８  電子分光器
９  蛍光板
１０  磁場セクタ
１１，１２  多重極子レンズ
１３  画像検出器
１４  画像表示装置
１５  倍率・位置補正システム
１６  中央制御装置
１７  視野制限スリット
１８  倍率・位置補正スリット
１９  電子線遮断部
２０  電子線通過部
２１  選択ボタン群
２２  エネルギー損失量設定ボタン
２３  スペクトル像倍率補正ボタン
２４  スペクトル像位置補正ボタン
２５  スペクトル表示部
２６  スペクトル測定領域
２７  透過型電子顕微鏡像
２８  領域選択ツール
２９  線分析ボタン
３０  強度プロファイル表示ボタン
３１  強度プロファイル表示部
３２  ピーク位置表示ボタン
３３  ピーク位置表示部
４０  画像パターン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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