(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子線により試料を走査して像観察を行うようにした電子線装置において、
前記電子線装置の本体内に非晶質と結晶質の双方の領域を備えた標準試料を設け、
前記標準試料の中の非晶質領域の像を観察して非点収差を補正する処理を実行し、
この後、前記結晶質領域の像を観察して倍率の校正とカメラ長の補正の少なくとも一方の処理を実行することを特徴とする電子線装置。
【請求項２】
請求項１に記載の発明において、
前記非晶質領域が、非晶質材の素地で構成され、
前記結晶質領域が、前記非晶質材の素地の表面に形成したアイランド構造を持つ結晶粒子で構成されていることを特徴とする電子線装置。
【請求項３】
請求項１に記載の発明において、
前記標準試料が、全体を２分割して隣り合わせに配置した非晶質と結晶質の領域で構成されていることを特徴とする電子線装置。
【請求項４】
請求項１に記載の発明において、
前記標準試料が、観察対象となる試料を保持した試料ホールダとは別の試料ホールダに保持されていることを特徴とする電子線装置。
【請求項５】
請求項１に記載の発明において、
前記標準試料が、観察対象となる試料を保持した試料ホールダに保持されていることを特徴とする電子線装置。
【請求項６】
電子線により試料を走査して像観察を行うようにした電子線装置において、
前記電子線装置の本体内に非晶質と結晶質の双方の領域を備えた標準試料を保持した試料ホールダを設け、
前記標準試料の中の非晶質領域の像を観察して非点収差を補正する処理を実行する前に観察対象となる実試料を保持した試料ホールダの位置を記憶し、
前記非点収差を補正する処理が実行された後、前記結晶質領域の像を観察して倍率の校正とカメラ長の補正の少なくとも一方の処理を実行し、次いで前記実試料を保持した試料ホールダの位置が前記記憶した位置に自動的に戻される処理を実行するように構成したことを特徴とする電子線装置。
【請求項７】
電子線により試料を走査して像観察を行うようにした電子線装置において、
非晶質と結晶質の双方の領域を備えた標準試料を、観察対象となる実試料を保持した試料ホールダに保持させ、
前記標準試料の中の非晶質領域の像を観察して非点収差を補正する処理を実行する前に観察対象となる実試料の位置を記憶し、
前記非点収差を補正する処理が実行された後、前記結晶質領域の像を観察して倍率の校正とカメラ長の補正の少なくとも一方の処理を実行し、次いで前記実試料の位置が前記記憶した位置に自動的に戻される処理を実行するように構成したことを特徴とする電子線装置。
【請求項８】
請求項６又は請求項７に記載の発明において、
前記非晶質領域が、非晶質材の素地で構成され、
前記結晶質領域が、前記非晶質材の素地の表面に形成したアイランド構造を持つ結晶粒子で構成されていることを特徴とする電子線装置。
【請求項９】
請求項６又は請求項７に記載の発明において、
前記標準試料が、全体を２分割して隣り合わせに配置した非晶質と結晶質の領域で構成されていることを特徴とする電子線装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、試料を電子線で観察する電子線装置に係り、特に試料を電子線で走査して透過像を観察する方式の走査透過型電子顕微鏡に好適な電子線装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子線装置の一種に電子顕微鏡があるが、この場合、高精度の観察には、試料像の倍率校正及びカメラ長の補正が必要である。
【０００３】
ところで、この倍率校正及びカメラ長の補正は、光学顕微鏡における対物測微計と同様、標準試料を用いるのが一般的であり、このため、従来は、観察対象を必要に応じて標準試料に置換え、標準試料により倍率の校正とカメラ長の補正を行っていた。
【０００４】
ここで、最近では、ナノメートル領域における測長の必要性が増大しており、この結果、観察の精度保持と向上のため、電子顕微鏡の倍率校正及びカメラ長補正の頻度も増すばかりであるが、このとき、上記従来の方法では、その都度、電子顕微鏡に対する試料の入替えが必要になって、観察効率が低下してしまう。
【０００５】
そこで、例えば特開平７−２８８０９４の公報などによれば、予め標準試料を電子顕微鏡の本体内に設置しておき、必要に応じて標準試料と交換して観察ができ、倍率校正及びカメラ長補正に容易に対応することができるようにした方法が提案されており、これが従来技術の状況である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術は、適切な標準試料の設置について配慮がされておらず、試料像の鮮明化と倍率校正及びカメラ長補正に問題があった。
【０００７】
すなわち、電子顕微鏡による試料像の鮮明化と、正しい倍率校正及びカメラ長補正には、非点収差が補正されていることが前提となるが、従来技術では、この非点収差の補正に必要な標準試料について配慮がされていないので、試料像の鮮明化と倍率校正及びカメラ長補正に問題が生じてしまうのである。
【０００８】
本発明の目的は、短時間で迅速に非点収差補正が行なえ、鮮明な試料像による的確な倍率校正及びカメラ長補正が容易に得られるようにした電子線装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、電子線により試料を走査して像観察を行うようにした電子線装置において、前記電子線装置の本体内に非晶質と結晶質の双方の領域を備えた標準試料を設け、前記標準試料の中の非晶質領域の像を観察して非点収差を補正する処理を実行し、この後、前記結晶質領域の像を観察して倍率の校正とカメラ長の補正の少なくとも一方の処理を実行することにより達成される。
【００１０】
このとき、前記非晶質領域が、非晶質材の素地で構成され、前記結晶質領域が、前記非晶質材の素地の表面に形成したアイランド構造を持つ結晶粒子で構成されているようにしても良く、前記標準試料が、全体を２分割して隣り合わせに配置した非晶質と結晶質の領域で構成されているようにしても良い。
【００１１】
更にこのとき、前記標準試料が、観察対象となる試料を保持した試料ホールダとは別の試料ホールダに保持されているようにしても良く、観察対象となる試料を保持した試料ホールダに保持されているようにしても良い。
【００１２】
同じく上記目的は、電子線により試料を走査して像観察を行うようにした電子線装置において、前記電子線装置の本体内に非晶質と結晶質の双方の領域を備えた標準試料を保持した試料ホールダを設け、前記標準試料の中の非晶質領域の像を観察して非点収差を補正する処理を実行する前に観察対象となる実試料を保持した試料ホールダの位置を記憶し、前記非点収差を補正する処理が実行された後、前記結晶質領域の像を観察して倍率の校正とカメラ長の補正の少なくとも一方の処理を実行し、次いで前記実試料を保持した試料ホールダの位置が前記記憶した位置に自動的に戻される処理を実行するようにして達成される。
【００１３】
同じく上記目的は、電子線により試料を走査して像観察を行うようにした電子線装置において、非晶質と結晶質の双方の領域を備えた標準試料を、観察対象となる実試料を保持した試料ホールダに保持させ、前記標準試料の中の非晶質領域の像を観察して非点収差を補正する処理を実行する前に観察対象となる実試料の位置を記憶し、前記非点収差を補正する処理が実行された後、前記結晶質領域の像を観察して倍率の校正とカメラ長の補正の少なくとも一方の処理を実行し、次いで前記実試料の位置が前記記憶した位置に自動的に戻される処理を実行するようにしても達成される。
【００１４】
このときも、前記非晶質領域が、非晶質材の素地で構成され、前記結晶質領域が、前記非晶質材の素地の表面に形成したアイランド構造を持つ結晶粒子で構成されるようにしても良く、前記標準試料が、全体を２分割して隣り合わせに配置した非晶質と結晶質の領域で構成されるようにしても良い。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による電子線装置について、図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００１６】
図１は、本発明を走査透過型電子顕微鏡に適用した場合の一実施形態で、この図は、走査透過型電子顕微鏡の基本機能の発揮に必要な部分だけを示した構成図で、図において、１が走査透過型電子顕微鏡の本体を表わす。
【００１７】
そして、この顕微鏡本体１の内部に、上端(図の上端)から順次、電子源２、収束レンズ３、走査コイル４、実試料用の試料ホールダ５、対物レンズ６、それに透過電子検出器７が設けられている。
【００１８】
このとき、試料ホールダ５には、観察対象となる試料Ｐが載置されるが、この実施形態では、この実試料用の試料ホールダ５とは別に、更に標準試料用の試料ホールダ１１が顕微鏡本体１に設けてあり、この標準試料ホールダ１１には、図３に示すように、標準試料Ｒが取付けられている。
【００１９】
これら試料ホールダ５と標準試料ホールダ１１、それに走査コイル４は、それぞれ制御回路１０により制御されるようになっているが、ここで、この制御回路１０は、所定のプログラムが搭載されたコンピュータなどを備え、所定のシーケンスによる処理を実行することができるように構成されている。
【００２０】
これにより、まず、試料Ｐを観察する際には、電子源２から発射された電子８が、図１に示すように、試料Ｐに入射されるように、試料ホールダ４を位置決め制御する。そして、この結果、試料Ｐを透過した電子９を対物レンズ６により透過電子検出器７に投射して画像信号を検出し、これにより、試料Ｐの像(拡大像)が得られるようにする。
【００２１】
一方、倍率校正及びカメラ長補正と非点収差補正のため、標準試料Ｒを観察する際は、電子源２から発射された電子線８が、図２に示すように、標準試料Ｒに入射されるように、標準試料ホールダ１１を位置決め制御する。
【００２２】
次に、標準試料Ｒについて説明する。
【００２３】
まず、倍率校正及びカメラ長補正に使用する標準試料には、結晶性試料を用いる。
【００２４】
これは、入射電子に対する試料の結晶方位の違いによって、いろいろな間隔と方向を持った結晶格子縞が観察でき、この結果、倍率校正とカメラ長補正が可能になるからである。
【００２５】
詳しく説明すると、結晶格子縞の間隔は原子と原子の間隔を表わすから、物性として定まった値になる。そこで、原子間隔が既知の材料を試料として結晶格子縞を観察し、その間隔を測定することにより、倍率が校正でき、電子線回折像を観察することにより、カメラ長を補正することができる。
【００２６】
次に、非点収差の補正に使用する標準試料には、非晶質試料を用いる。
【００２７】
ここで、結晶性試料の場合、像に非点収差があったときでも、その非点収差の量によっては、方向性を持つ粒子のつながりが、結晶格子縞の像に良く似た状態で観察されてしまう。従って、結晶性試料による透過像の非点収差補正は困難である。
【００２８】
一方、非晶質試料の場合は、原子がランダムに配列されている。従って、この場合に原子が特定の方向に揃って観察されたとすると、それは対物レンズの非点収差方向と量を表わすことになり、非点収差の補正が可能になる。
【００２９】
そこで、この実施形態では、以上のような結晶質試料と非晶質試料特有の透過像の見え方の違いを利用して、必要に応じて各々の補正が行えるようになっている。
【００３０】
ここで、上記のことから明らかなように、標準試料Ｒは、結晶質と非晶質の双方の材料を備えていることが重要である。
【００３１】
そして、このための構成としては、図３に示すように、アイランド構造を持つ結晶粒子を非晶質膜上に配置した標準試料や、図４に示すように、結晶質部と非晶質部を張合わせた標準試料などが考えられる。また、非晶質の試料と結晶質の試料を別個に用意する方法も考えられる。
【００３２】
この中で、最適と考えられるのが、非晶質膜上に結晶粒子のアイランド構造を持った標準試料である。
【００３３】
それは、結晶格子像の観察だけではなく、結晶粒子の方向性などから、低倍率観察においても、非点収差補正が可能になるからである。
【００３４】
上記したように、図３の標準試料Ｒは、このアイランド構造による標準試料の一実施形態で、図において、多数の粒子として示されているのがアイランド構造の結晶粒子で、素地が非晶質膜を表わしている。
【００３５】
そして、この実施形態では、一例として、非晶質カーボン膜の表面に金を粒子状に蒸着して作成した試料を標準試料Ｒとして用いている。
【００３６】
ここで、金は原子間隔が既知な上、経時変化し難く安定した材料なので、標準試料には最適であるといえる。
【００３７】
次に、この実施形態の動作について、図４のフローチャートにより詳細に説明する。
【００３８】
まず、所望の試料Ｐを試料ステージ５に載置し(Ｓ１)、次いで、この試料Ｐに対応して、所望の観察条件を電子線装置に設定する(Ｓ２)。
【００３９】
ここで、所望の観察条件とは、例えば走査電子顕微鏡などにおける可動絞り位置合せ、焦点、電圧、中心合せ等、通常の電子線装置における軸調整のことである。
【００４０】
次に、非点収差の補正を行なうか否かを選択し、制御回路１０に指示する(Ｓ３)。
【００４１】
ここで、ＮＯ、すなわち非点収差は補正しないとする指示がなされたときは、そのまま処理Ｓ２で設定された観察条件のもとで、制御回路１０により電子顕微鏡が動作される。つまり、この場合は通常の観察処理になり、試料Ｐの像が観察できることになる(Ｓ４)。
【００４２】
一方、処理Ｓ３でＹＥＳ、すなわち非点収差補正の実行が指示されたときはＳ５以降の処理に進み、制御回路１０は、まず試料Ｐが載置されている試料ステージ５の現在の位置、例えば直角座標系で表わされている位置を記憶して位置Ｘとした後、この試料ステージ５を電子線の経路から外し、代りに標準試料Ｒが載置されている試料ステージ１１を電子線の経路に入れる(Ｓ５)。つまり、このときは、図１の状態から、図２の状態に変えられることになる。
【００４３】
そこで、この試料ステージ１１に載置されている標準試料Ｒの非晶質領域、すなわち図３における素地領域に電子線を入射させ、この領域による像を観察して非点収差が最小になるように、補正処理を行なう(Ｓ６)。
【００４４】
このときの非点収差の補正処理は、走査電子顕微鏡に備えられている調整装置を用いて行なう。
【００４５】
非点収差補正を終わったら、今度は、倍率校正とカメラ長補正を実行するか否かを選択し、制御回路１０に指示する(Ｓ７)。
【００４６】
ここで、ＮＯ、つまり倍率校正とカメラ長補正を実行しないことが指示された場合は、試料ステージ１１を電子線の経路から外し、今度は試料Ｐが載置されている試料ステージ５を、処理Ｓ５で記憶した位置Ｘに戻す(Ｓ８)。
【００４７】
従って、このときは、ここで図２の状態から図１の状態に戻され、試料ステージ５に載置されている試料Ｐが電子線の経路の中に置かれることになり、この場合は、処理Ｓ２で設定された観察条件のもとで試料Ｐの観察動作が行なえる状態に、制御回路１０により電子顕微鏡が制御され、この結果、非点収差補正された試料Ｐの像が観察できることになる(Ｓ９)。
【００４８】
一方、処理Ｓ７でＹＥＳ、つまり倍率校正とカメラ長補正の実行が指示されたときは処理Ｓ１０以降の処理に進み、試料ステージ１１に載置されている標準試料Ｒの観察を継続するのであるが、今度は、標準試料Ｒの結晶質領域、すなわち図３におけるアイランド構造の結晶粒子部分に電子線を入射させ、結晶質領域から得られる結晶格子像と電子回折像を観察することになる。
【００４９】
そして、まず結晶格子像を観察し、倍率を校正する(Ｓ１０)。
【００５０】
すなわち、上記したように、結晶格子縞の間隔は原子と原子の間隔を表わし、物性として定まった値になり、この場合、標準試料Ｒが非晶質カーボン膜の表面に金を粒子状に蒸着して作成されているので、原子間隔は既知であり、従って、結晶格子縞を観察し、その間隔を測定することにより、倍率が校正できることになる。
【００５１】
また、この結果、電子線回折像を観察することにより、カメラ長を補正することができる。
【００５２】
こうして倍率校正とカメラ長補正を終わったら、次に制御回路１０に補正終了を指令する。
【００５３】
これにより、制御回路１０は、試料ステージ１１を電子線の経路から外し、試料Ｐが載置されている試料ステージ５を、電子線の経路の中の、処理Ｓ５で記憶した位置Ｘに戻す(Ｓ１１)。
【００５４】
従って、このときも、図２の状態から図１の状態に戻され、試料ステージ５に載置されている試料Ｐが再び電子線の経路中に置かれることになる。
【００５５】
この結果、ここでも処理Ｓ２で設定された観察条件のもとで試料Ｐの観察動作が行なえる状態に、制御回路１０により電子顕微鏡が制御され、試料Ｐの像が観察できる状態になるが(Ｓ１２)、ここでは、試料Ｐの像が、非点収差補正されただけではなく、校正された倍率のもとで、且つカメラ長補正された状態で観察できることになる。
【００５６】
この実施形態によれば、図３に示すように、アイランド構造を持つ結晶粒子を非晶質膜上に配置した標準試料Ｒを用いているので、倍率校正とカメラ長補正に先立って、短時間で容易に非点収差を補正することができる。
【００５７】
従って、この実施形態によれば、非点収差が補正された試料の鮮明な像に基づく結果として、精確な倍率校正とカメラ長補正を容易に、しかも短時間で得ることができる。
【００５８】
ここで、この実施形態の場合、標準試料用の試料ホールダ１１の位置(高さ)については、対物レンズ６の電流値が標準の値のとき、電子線の焦点が合うように設定してある。
【００５９】
そこで、実際の観察試料Ｐと標準試料用ホールダ１１の焦点が異なる場合は、最初に実観察試料の試料高さを調整して焦点を合わせ、観察試料Ｐと標準試料用ホールダ１１の高さが同程度になるようにしておくのが望ましい。
【００６０】
何故なら、対物レンズ６の電流量を変化させて焦点を合わせた場合には、精確な補正が不可能になってしまうからである。
【００６１】
次に、本発明の他の実施形態について説明する。
【００６２】
走査電子顕微鏡の場合、試料面の任意の領域に電子線を偏向させ、その領域を走査して観察することができる。
【００６３】
そこで、図５の実施形態では、試料ホールダ５に代えて試料装着部１７が備えられている試料台１４を用い、この試料台１４の、試料装着部１７の試料載置面と同じ面に標準試料Ｒを設け、走査コイル４により電子線８を偏向させることにより、試料装着部１７に載置されている試料Ｐ(図示してない)の観察時と、標準試料Ｒの観察時とで、電子線８の入射位置を変えるようにしたものである。
【００６４】
従って、この図５の実施形態の場合、図１の実施形態における試料ホールダ１１は不要になるので、構成が簡略化でき、コストを抑えることができる。
【００６５】
ところで、このような走査透過型電子顕微鏡の場合、図６に示すような、斜め照射が可能な試料ホールダ５Ａが用いられることが多いが、この図５の実施形態によれば、この試料ホールダ５Ａを用いた場合でも、その試料台１４に、標準試料Ｒを設けるだけで簡単に実施することができる。
【００６６】
この図６の試料ホールダ５Ａは、図の上側と下側にある軸により、試料台１４が回動自在に保持されていて、試料傾斜用の操作棒１５で押すことにより、試料傾斜復元用のばね１６による復元力に抗して観察面を任意の角度に傾けることができるように構成されているものである。
【００６７】
次に、図７は、観察用の試料ホールダ５と、標準試料用の試料ホールダ１１の双方を用いた走査透過型電子顕微鏡に、走査コイル４により電子線８を偏向させる方法を適用し、試料ホールダ５に載置されている試料Ｐの照射時と、試料ホールダ１１に載置されている標準試料Ｒの照射時での電子線８の入射位置の切換えを、電子線の偏向で行なうようにした本発明の一実施形態である。
【００６８】
ここで、この図７は、インレンズ形式の走査透過型電子顕微鏡に本発明を適用した場合の一実施形態で、図において、試料ホールダ５、１１に対して、図では上側にある磁極片(ポールピース)１９と下側にある磁極片２０が対物レンズ(図１の実施形態における対物レンズ６に相当)の一部を構成しているもので、ここで、インレンズ形式とは、試料が対物レンズ系の中にあることに由来する。
【００６９】
これら図５と図７の実施形態によれば、観察対象となる試料Ｐと標準試料Ｒの切換えに試料ホールダを動かす必要がないので、その分、構成が簡単になり、コストの増加を抑えることができる。
【００７０】
次に、図８は、標準試料Ｒの他の一実施形態で、試料全体を結晶質領域と非晶質領域に２分割した上で、隣り合わせに配置したものである。なお、図示してないが、結晶質領域と非晶質領域を別個に設けるようにしてもよい。
【００７１】
ここで、この図８の標準試料Ｒは、断面形状が半円形の結晶質材と非晶質材を用意し、これらを平面部分同士で張り合わせた上で、長さ方向と垂直な面で所定の厚さでスライス(薄切り)することにより、容易に得ることができる。
【００７２】
【発明の効果】
本発明によれば、試料の交換を要すること無く、非点収差が補正された試料の像による倍率校正とカメラ長補正が得られる。
【００７３】
従って、本発明によれば、精確な倍率校正とカメラ長補正が容易に、しかも短時間で得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態が適用された走査透過型電子顕微鏡の或る動作状態を示す説明図である。
【図２】本発明の一実施形態が適用された走査透過型電子顕微鏡の他の動作状態を示す説明図である。
【図３】本発明の一実施形態における標準試料の説明図である。
【図４】本発明の一実施形態の動作を説明するためのフローチャートである。
【図５】本発明の他の一実施形態が適用された走査透過型電子顕微鏡の動作説明図である。
【図６】本発明の他の一実施形態における試料ホールダの一例を示す説明図である。
【図７】本発明の更に別の一実施形態が適用された走査透過型電子顕微鏡の動作説明図である。
【図８】本発明の一実施形態における標準試料の他の一例を示す説明図である。
【符号の説明】
１  電子顕微鏡本体
２  電子源
３  収束レンズ
４  走査コイル
５  実観察用試料の試料ホールダ
６  対物レンズ
７  透過電子検出器
８  入射電子線
９  透過電子線
１０  制御回路
１１  標準試料用の試料ホールダ
１４  試料台
１５  試料傾斜用の操作棒
１６  試料傾斜復元用ばね
１７  試料装着部
１９  磁極片
２０  磁極片
Ｐ  観察対象となる試料
Ｒ  標準試料
【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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