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JP2010251041A - Scanning transmission electron microscope - Google Patents

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JP2010251041A
JP2010251041A JP2009097781A JP2009097781A JP2010251041A JP 2010251041 A JP2010251041 A JP 2010251041A JP 2009097781 A JP2009097781 A JP 2009097781A JP 2009097781 A JP2009097781 A JP 2009097781A JP 2010251041 A JP2010251041 A JP 2010251041A
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detector
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JP2009097781A
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Japanese (ja)
Inventor
Nobuto Nakanishi
伸登 中西
Naoto Hashikawa
直人 橋川
Megumi Kawakami
恵 河上
Masaichiro Asayama
匡一郎 朝山
Shuichi Kudo
修一 工藤
Yukinori Hirose
幸範 廣瀬
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Renesas Electronics Corp
Original Assignee
Renesas Electronics Corp
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Publication date
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To solve a problem in detection of images by an annular dark-field scanning transmission electron microscope (ADF-STEM) that, in conventional cases, a low-angle ADF-STEM image and a high-angle ADF-STEM image can not be detected at the same time, so that such an image-processing work as a positioning processing for contrast comparison is necessary. <P>SOLUTION: By concentrically dividing an annular detector 6 of the ADF-STEM, an image without displacement can be detected as scattered electrons at high angles and low angles are detected at the same time, and precise distortion contrast can be simply detected. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、走査型透過電子顕微鏡に関し、特に、結晶構造を持つ試料の歪みの検出に用いる環状暗視野走査型透過電子顕微鏡に適用して有効な技術に関するものである。   The present invention relates to a scanning transmission electron microscope, and more particularly to a technique effective when applied to an annular dark field scanning transmission electron microscope used to detect distortion of a sample having a crystal structure.

環状暗視野走査型透過電子顕微鏡(Annular Dark Field Scanning Transmission Electron Microscope:ADF−STEM)は、集束させた電子線を走査させながら試料に照射し、原子の振動により散乱電子を、試料の下方の環状の検出器を用いて像として形成する電子顕微鏡である。試料である結晶に歪みが生じた場合、原子振動の大きさは変化する。ADF−STEMは検出器の位置を変化させることで検出角を変えることができるので、検出角を低角度側に設定することで結晶歪みによる原子振動の大きさの変化を検知することができ、歪みに対応したコントラストを得ることが可能であるという報告がなされている。このコントラストは、歪みの大きさに対して単調に変化するため、結晶歪みの可視化(歪みマッピング)に有効であると考えられる。   An annular dark field scanning transmission electron microscope (ADF-STEM) irradiates a sample while scanning a focused electron beam, and scatters electrons due to the vibration of atoms in a ring below the sample. It is an electron microscope formed as an image using a detector. When distortion occurs in a sample crystal, the magnitude of atomic vibration changes. Since ADF-STEM can change the detection angle by changing the position of the detector, it is possible to detect the change in the magnitude of atomic vibration due to crystal distortion by setting the detection angle to the low angle side, It has been reported that contrast corresponding to distortion can be obtained. Since this contrast changes monotonously with respect to the magnitude of strain, it is considered effective for visualization of crystal strain (strain mapping).

特許文献1(特開2000−146781号公報)には、薄片試料の注目部を平面方向と断面方向からTEMやSTEMで解析することができ、また、平面方向と断面方向からTEMやSTEMで解析するための試料を作製することができる試料作製装置が開示されている。   In Patent Document 1 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-146781), a target portion of a thin piece sample can be analyzed with a TEM or STEM from a plane direction and a cross-sectional direction, and also analyzed with a TEM or STEM from a plane direction and a cross-sectional direction. A sample preparation apparatus capable of preparing a sample for performing the above is disclosed.

また、非特許文献1には、暗視野走査型透過電子顕微鏡を使用し、試料に当てて散乱させた電子線を高角度及び低角度の検出器で検知することにより、シリコン基板内の歪みを検出することが可能であり、試料の厚みが判明している場合、歪みコントラストの量を計測することができる旨の技術が公開されている。   Further, Non-Patent Document 1 uses a dark-field scanning transmission electron microscope to detect distortion in a silicon substrate by detecting an electron beam scattered on a sample with a high-angle and low-angle detector. A technique is disclosed that can detect the amount of distortion contrast when the thickness of the sample is known.

また、非特許文献2には、暗視野走査型透過電子顕微鏡の環状の検出器の内径の半径を変更することは、検出される画像に大きな影響を与えず、不純物原子の検出のためには、低温の環境で、特別な検出角度で検出することが適切である旨の技術が公開されている。   Further, in Non-Patent Document 2, changing the radius of the inner diameter of the annular detector of the dark field scanning transmission electron microscope does not greatly affect the detected image. A technology has been disclosed that it is appropriate to detect at a special detection angle in a low-temperature environment.

また、非特許文献3には、暗視野走査型透過電子顕微鏡を使用し、散乱電子線を高角度検知したとき、積み重ねられた欠点が試料の表面の近くにあり、かつ口径が小さい場合にもっとも強い歪みコントラストが検出される旨の技術が公開されている。   In Non-Patent Document 3, when a dark field scanning transmission electron microscope is used and a scattered electron beam is detected at a high angle, the accumulated defects are close to the surface of the sample and the diameter is small. A technique for detecting strong distortion contrast has been disclosed.

また、非特許文献4には、不純物が注入された半導体層の歪みコントラストが不純物とマトリクス原子の原子散乱の違いに関連している旨の技術が公開されている。   Non-Patent Document 4 discloses a technique in which the strain contrast of a semiconductor layer into which impurities are implanted is related to the difference in atomic scattering between impurities and matrix atoms.

特開2000−146781号公報JP 2000-146781 A

Study of strain fields at a-Si/c-Si interface, Z. Yu, D.A. Muller and J. Silcox, Journal of Applied Physics, Vol.95 (2004) pp.3362.Study of strain fields at a-Si / c-Si interface, Z. Yu, D.A.Muller and J. Silcox, Journal of Applied Physics, Vol.95 (2004) pp.3362. Detector geometry, thermal diffuse scattering and strain effects in ADF STEM imaging, Ultramicroscopy, vol.58(1995) pp.6Detector geometry, thermal diffuse scattering and strain effects in ADF STEM imaging, Ultramicroscopy, vol.58 (1995) pp.6 Imaging elastic strains in high angle annular dark field scanning transmission electron microscopy, Ultramicroscopy, vol.52(1993) pp353.Imaging elastic strains in high angle annular dark field scanning transmission electron microscopy, Ultramicroscopy, vol.52 (1993) pp353. On the electron microscope contrast of doped semiconductor layers, D.D. Perovic at al, Philosophical Magazine A, 1991, vol.63(1991) pp.757On the electron microscope contrast of doped semiconductor layers, D.D.Perovic at al, Philosophical Magazine A, 1991, vol.63 (1991) pp.757

図1に示すように、ADF−STEMは、集束させた電子線1を走査させながら試料2に照射し、原子の振動により散乱電子3を、試料の下方の環状の検出器4を用いて検出し、検出した像を結像してPC5にモニタする電子顕微鏡である。   As shown in FIG. 1, the ADF-STEM irradiates the sample 2 while scanning the focused electron beam 1, and detects the scattered electrons 3 by vibration of atoms using an annular detector 4 below the sample. The electron microscope forms a detected image and monitors it on the PC 5.

図2(b)に示すように、ADF−STEMにて電子線1を試料2に照射し、検出角Xで低角度側に散乱電子3を検出器4で検出すると、歪みに対応したコントラストを得ることができる。しかし、この低角度ADF−STEM(Low Angle ADF-STEM:LAADF−STEM)のコントラストは歪みのみではなく試料2の組成の違いによっても変化するため、コントラスト変化が組成によるものか歪みによるものかの切り分けが必要となる。この切り分けは高角度側に散乱電子3を検出する高角度ADF−STEM(High Angle ADF-STEM:HAADF−STEM)との比較により可能であるが、非特許文献1に記載の装置では低角度側と高角度側の電子を同時に測定することができず、その場合HAADF−STEM像とLAADF−STEM像とを比較して切り分けするには複雑な処理を行なう必要がある。   As shown in FIG. 2B, when the electron beam 1 is irradiated onto the sample 2 with an ADF-STEM and the scattered electrons 3 are detected on the low angle side with the detection angle X, the contrast corresponding to the distortion is obtained. Obtainable. However, since the contrast of this low angle ADF-STEM (LAADF-STEM) changes not only due to distortion but also due to the difference in the composition of the sample 2, whether the contrast change is due to composition or distortion. Carving is necessary. This separation is possible by comparison with a high angle ADF-STEM (HAADF-STEM) that detects scattered electrons 3 on the high angle side, but in the device described in Non-Patent Document 1, the low angle side is used. In this case, it is necessary to perform complicated processing to compare the HAADF-STEM image and the LAADF-STEM image.

なお、従来のADF−STEMで低角度および高角度に散乱電子3を検出する場合は、図2(a)に示すように、電子線1を試料2に照射し、ADF−STEMの検出器4を上下に移動させ、検出器4と試料2の距離(カメラ長)を変えて散乱電子3を検出する。このため、LAADF−STEM像とHAADF−STEM像を同時に検出することができない。同時の検出ができない場合、LAADF−STEMとHAADF−STEMとで検出位置が厳密に同じでなくなり、コントラスト比較のための位置合わせの処理などの画像処理作業が必要となる。   In addition, when detecting the scattered electrons 3 at a low angle and a high angle with a conventional ADF-STEM, as shown in FIG. 2A, the sample 2 is irradiated with the electron beam 1 to detect the ADF-STEM detector 4. Are moved up and down, and the scattered electrons 3 are detected by changing the distance (camera length) between the detector 4 and the sample 2. For this reason, the LAADF-STEM image and the HAADF-STEM image cannot be detected simultaneously. If simultaneous detection is not possible, the detection positions of LAADF-STEM and HAADF-STEM are not exactly the same, and image processing operations such as alignment processing for contrast comparison are required.

また、試料2内の応力の掛かり方によって結晶の歪み方が変わるため、一般に結晶の方位により歪みの大きさが異なる。従来のADF−STEMの検出器は環状であるため、得られる歪みコントラストは結晶の各方位の平均であり、歪み成分を分解することが難しいという問題がある。   In addition, since the strain of the crystal changes depending on how the stress is applied in the sample 2, the magnitude of the strain generally differs depending on the crystal orientation. Since the detector of the conventional ADF-STEM is annular, the obtained distortion contrast is the average of each orientation of the crystal, and there is a problem that it is difficult to resolve the distortion component.

さらにまた、母結晶に不純物原子がある場合、不純物原子の影響で母結晶に歪みが生じるため、不純物原子の種類や状況により歪みによる影響が特異な結晶方位の散乱で顕著になる場合がある。しかし従来の環状の検出器でその変化を検出しようとした場合、全方位に散乱電子を検出するため、効率よく歪みの変化を検知することができない問題がある。   Furthermore, when there are impurity atoms in the mother crystal, the mother crystal is distorted due to the influence of the impurity atoms, so that the influence of the distortion may become significant due to scattering of a specific crystal orientation depending on the type and situation of the impurity atoms. However, when the change is detected by the conventional annular detector, the scattered electrons are detected in all directions, so that there is a problem that the change in distortion cannot be detected efficiently.

本発明の第一の目的は、高角度と低角度に散乱電子を同時に検知し、正確な歪みコントラストを簡便に検出することのできるADF−STEMを提供することにある。   A first object of the present invention is to provide an ADF-STEM that can detect scattered electrons simultaneously at a high angle and a low angle and easily detect an accurate distortion contrast.

また、本発明の第二の目的は、結晶の歪み成分を方位によって分解して検知することのできるADF−STEMを提供することにある。   A second object of the present invention is to provide an ADF-STEM capable of resolving and detecting a strain component of a crystal depending on its orientation.

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。   The above and other objects and novel features of the present invention will be apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.

本願において開示される発明のうち、代表的なものの一実施の形態の概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。   Of the inventions disclosed in this application, the outline of one embodiment of a representative one will be briefly described as follows.

本発明の一実施の形態による走査型透過電子顕微鏡は、
集束させた電子線を試料に照射し、
前記電子線を走査させ、
前記試料の下方の検出器で前記試料に照射されて散乱した電子を検知し、
検出された像を結像してPCにモニタする走査型透過電子顕微鏡において、
前記検出器の検出面が複数に分割されているものである。
A scanning transmission electron microscope according to an embodiment of the present invention includes:
Irradiate the sample with a focused electron beam,
Scanning the electron beam;
Detecting electrons scattered by being irradiated on the sample with a detector below the sample,
In a scanning transmission electron microscope that forms a detected image and monitors it on a PC,
The detection surface of the detector is divided into a plurality of parts.

本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。   Among the inventions disclosed in the present application, effects obtained by typical ones will be briefly described as follows.

本願の発明の一実施の形態によれば、ADF−STEMの環状の検出器をたとえば同心円状に分割することにより高角度と低角度に散乱電子を同時に検知し、正確な歪みコントラストを簡便に検出することができる。   According to an embodiment of the present invention, the ADF-STEM annular detector is divided into concentric circles, for example, to simultaneously detect scattered electrons at a high angle and a low angle, thereby easily detecting an accurate distortion contrast. can do.

また、本願の発明の一実施の形態によれば、ADF−STEMの環状の検出器をたとえば放射状に分割することにより、結晶の歪み成分を方位によって分解して検知することができる。   In addition, according to an embodiment of the present invention, by dividing the ADF-STEM annular detector, for example, radially, the distortion component of the crystal can be decomposed and detected by the orientation.

本発明に係るADF−STEMの検出方法を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the detection method of ADF-STEM which concerns on this invention. (a)は、従来のADF−STEMの検出方法を模式的に示す断面図である。(b)は、従来のADF−STEMの検出方法を模式的に示す断面図である。(A) is sectional drawing which shows the detection method of the conventional ADF-STEM typically. (B) is sectional drawing which shows the detection method of the conventional ADF-STEM typically. 本発明におけるADF−STEMの検出器の模式的な断面図である。It is typical sectional drawing of the detector of ADF-STEM in this invention. 実施の形態1におけるADF−STEMの検出器の上部平面図である。4 is an upper plan view of the detector of the ADF-STEM in Embodiment 1. FIG. 従来のADF−STEMの検出器の上部平面図である。It is an upper part top view of the detector of the conventional ADF-STEM. 実施の形態1におけるADF−STEMの検出器の上部平面図である。4 is an upper plan view of the detector of the ADF-STEM in Embodiment 1. FIG. (a)は、実施の形態2におけるADF−STEMの検出器の上部平面図である。(b)は、実施の形態2におけるADF−STEMの検出器の上部平面図である。(A) is an upper top view of the detector of ADF-STEM in Embodiment 2. FIG. FIG. 6B is an upper plan view of the ADF-STEM detector according to the second embodiment. 実施の形態3におけるADF−STEMの検出器の上部平面図である。6 is an upper plan view of a detector of an ADF-STEM in Embodiment 3. FIG. 本発明におけるADF−STEMの検出器の一実施例の上部平面図である。It is an upper part top view of one Example of the detector of ADF-STEM in the present invention.

以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。   In the following embodiments, when it is necessary for the sake of convenience, the description will be divided into a plurality of sections or embodiments. However, unless otherwise specified, they are not irrelevant to each other. There are some or all of the modifications, details, supplementary explanations, and the like.

また、以下の実施の形態において、要素の数等(個数、数値、量、範囲等を含む)に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でも良い。   Further, in the following embodiments, when referring to the number of elements (including the number, numerical value, quantity, range, etc.), especially when clearly indicated and when clearly limited to a specific number in principle, etc. Except, it is not limited to the specific number, and may be more or less than the specific number.

さらに、以下の実施の形態において、その構成要素(要素ステップ等も含む)は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。また、実施の形態等において構成要素等について、「Aからなる」、「Aよりなる」と言うときは、特にその要素のみである旨明示した場合等を除き、それ以外の要素を排除するものでないことは言うまでもない。   Further, in the following embodiments, the constituent elements (including element steps and the like) are not necessarily indispensable unless otherwise specified and apparently essential in principle. Needless to say. In addition, in the embodiment, etc., when “consisting of A” or “consisting of A” is used to exclude other elements, unless specifically stated that only those elements are stated. It goes without saying that it is not.

同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。   Similarly, in the following embodiments, when referring to the shapes, positional relationships, etc. of the components, etc., the shapes are substantially the same unless otherwise specified, or otherwise apparent in principle. And the like are included. The same applies to the above numerical values and ranges.

また、材料等について言及するときは、特にそうでない旨明記したとき、または、原理的または状況的にそうでないときを除き、特定した材料は主要な材料であって、副次的要素、添加物、付加要素等を排除するものではない。たとえば、シリコン部材は特に明示した場合等を除き、純粋なシリコンの場合だけでなく、添加不純物、シリコンを主要な要素とする2元、3元等の合金(たとえばSiGe)等を含むものとする。   In addition, when referring to materials, etc., unless specified otherwise, or in principle or not in principle, the specified material is the main material, and includes secondary elements, additives It does not exclude additional elements. For example, unless otherwise specified, the silicon member includes not only pure silicon but also an additive impurity, a binary or ternary alloy (for example, SiGe) having silicon as a main element.

また、以下の実施の形態を説明するための全図において同一機能を有するものは原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。   Also, components having the same function are denoted by the same reference symbols throughout the drawings for describing the embodiments, and the repetitive description thereof is omitted.

また、以下の実施の形態で用いる図面においては、平面図であっても図面を見易くするために部分的にハッチングを付す場合がある。   In the drawings used in the following embodiments, even a plan view may be partially hatched to make the drawings easy to see.

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。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

(実施の形態1)
本実施の形態は、環状暗視野走査型透過電子顕微鏡(ADF−STEM)に適用したものであり、図3に、ADF−STEMの全体図を示す。図3に示すADF−STEM21は、電子銃22、コンデンサーレンズ23、走査コイル24、対物レンズ25、コントラスト絞り26、検出器6、スペクトロメーター27、分光スペクトル検出器28、およびエネルギー分散型X線分析装置29を備えたものであり、設置した試料2に電子銃22から電子線1を照射し、走査コイル24により電子線1を走査させ、散乱電子3を検出器6および分光スペクトル検出器28で検出する装置である。
(Embodiment 1)
The present embodiment is applied to an annular dark field scanning transmission electron microscope (ADF-STEM), and FIG. 3 shows an overall view of the ADF-STEM. An ADF-STEM 21 shown in FIG. 3 includes an electron gun 22, a condenser lens 23, a scanning coil 24, an objective lens 25, a contrast diaphragm 26, a detector 6, a spectrometer 27, a spectral spectrum detector 28, and an energy dispersive X-ray analysis. An apparatus 29 is provided, and the installed sample 2 is irradiated with the electron beam 1 from the electron gun 22, the electron beam 1 is scanned by the scanning coil 24, and the scattered electrons 3 are detected by the detector 6 and the spectral spectrum detector 28. It is a device to detect.

次に、図4に、本実施の形態におけるADF−STEMの検出器の上部平面図を示す。   Next, FIG. 4 shows an upper plan view of the detector of the ADF-STEM in the present embodiment.

図4に示すADF−STEMは、内側と外側で検出器6の検出面が二つに分割されており、内側がLAADF−STEM検出器7、外側がHAADF−STEM検出器8となっている。   In the ADF-STEM shown in FIG. 4, the detection surface of the detector 6 is divided into two on the inner side and the outer side, the LAADF-STEM detector 7 on the inner side, and the HAADF-STEM detector 8 on the outer side.

ここで、図5に示すように、従来の検出器4ではその幅は一定であるため、任意の検出角X(図2(b))を選択することができなかった。LAADF−STEM像とHAADF−STEM像を検出するためには、検出角Xは内側と外側の角度を設定する必要があるが、図2の(a)および(b)に示すように、従来のADF−STEMはLAADF−STEM像とHAADF−STEM像を検出するために検出器4を上下に動かすことで検出角Xを変化させていた。   Here, as shown in FIG. 5, since the width of the conventional detector 4 is constant, an arbitrary detection angle X (FIG. 2B) cannot be selected. In order to detect the LAADF-STEM image and the HAADF-STEM image, it is necessary to set the detection angle X to the inner and outer angles. However, as shown in FIGS. In the ADF-STEM, the detection angle X is changed by moving the detector 4 up and down in order to detect the LAADF-STEM image and the HAADF-STEM image.

しかし、従来の検出器4を上下させる方法ではLAADF−STEM像とHAADF−STEM像を同時に検出ができないため、それぞれの像の検出位置が厳密に同じではなくなり、コントラスト比較のための位置合わせの処理などの画像処理作業が必要であった。   However, since the conventional method of moving the detector 4 up and down cannot detect the LAADF-STEM image and the HAADF-STEM image at the same time, the detection positions of the images are not exactly the same, and alignment processing for contrast comparison is performed. Image processing work such as was necessary.

そこで、図4に示す本実施の形態のADF−STEMでは、検出器6を同心円状に内側と外側に分割することで、LAADF−STEM像とHAADF−STEM像を同時に得ることを可能としている。同時に得たLAADF−STEM像とHAADF−STEM像は位置ずれが全くないことから、HAADF−STEM像から原子番号の情報を取得し、LAADF−STEM像から歪みによるコントラストのみを容易に抽出することが可能である。このため、不純物による母結晶の歪みを効率よく検知でき、通常の電子顕微鏡では検出が困難であった軽元素の分布や低濃度の不純物の分布を可視化することができる。   Therefore, in the ADF-STEM of the present embodiment shown in FIG. 4, the LAADF-STEM image and the HAADF-STEM image can be obtained at the same time by concentrating the detector 6 inward and outward. Since the LAADF-STEM image and the HAADF-STEM image obtained at the same time have no misalignment, it is possible to acquire atomic number information from the HAADF-STEM image and easily extract only the contrast due to distortion from the LAADF-STEM image. Is possible. For this reason, the distortion of the mother crystal due to impurities can be detected efficiently, and the distribution of light elements and low-concentration impurities that were difficult to detect with a normal electron microscope can be visualized.

なお、図4は検出器6を内側と外側で二つに分割した例であるが、図6に示すように、検出器6を分割する数はさらに多数でも構わない。この場合、任意の検出器を選択することにより、内側および外側の検出角X(図2(b))を任意に設定することが可能であるため、所望の大きさの歪み成分を顕在化した像を得ることが可能である。   Although FIG. 4 shows an example in which the detector 6 is divided into two on the inner side and the outer side, as shown in FIG. 6, the number of the detectors 6 may be further increased. In this case, by selecting an arbitrary detector, it is possible to arbitrarily set the inner and outer detection angles X (FIG. 2 (b)), so that a distortion component having a desired magnitude has been revealed. An image can be obtained.

(実施の形態2)
本発明に係るADF−STEMの一例として、本実施の形態2では、検出面を放射状に分割した検出器を有するADF−STEMについて説明する。
(Embodiment 2)
As an example of the ADF-STEM according to the present invention, in the second embodiment, an ADF-STEM having a detector in which a detection surface is radially divided will be described.

本実施の形態2に係るADF−STEMとして、図7にその検出器6を示す。   FIG. 7 shows the detector 6 as an ADF-STEM according to the second embodiment.

図7(a)に示すように、本実施の形態のADF−STEMの検出器6は、放射状に偶数に分割されており、分割されたそれぞれの検出器は、対向する検出器と対をなし、試料の歪み方向性依存を検出する。つまり、検出器6内において、検出器Aは検出器A’に対向した位置にあり、検出器Bは検出器B’に対向する位置にある。   As shown in FIG. 7A, the detectors 6 of the ADF-STEM according to the present embodiment are radially divided into even numbers, and each of the divided detectors is paired with an opposing detector. Detecting the strain direction dependency of the sample. That is, in the detector 6, the detector A is at a position facing the detector A ', and the detector B is at a position facing the detector B'.

試料に応力がかかっている場合、散乱電子の強度は散乱方向により異なると考えられる。その特有の方向の電子を検出して方向別に表示することで歪み分解が可能である。   When the sample is stressed, it is considered that the intensity of scattered electrons varies depending on the scattering direction. Distortion can be resolved by detecting the electrons in the specific direction and displaying them by direction.

従来のADF−STEMの検出器は、図5に示すように、環状の検出器4の一面のみで像を検出するので、得られる歪みコントラストは結晶の各方位の平均であり、試料の歪み成分の方向性依存を読み取る事が不可能であった。   As shown in FIG. 5, the conventional ADF-STEM detector detects an image with only one surface of the annular detector 4, so that the obtained distortion contrast is the average of each orientation of the crystal, and the distortion component of the sample. It was impossible to read the direction dependency of

そこで、図7(a)に示す本実施の形態における検出器6では、検出器6を放射状に分割し、検出する方位を任意に選択できるようにし、歪み成分の方向性依存を検出することを可能とした。また、歪み場をもつ不純物からのチャネリング方向の散乱電子を本検出器で検出することにより、不純物の分布を得ることもできる。   Therefore, in the detector 6 in the present embodiment shown in FIG. 7A, the detector 6 is radially divided so that the direction to be detected can be arbitrarily selected, and the direction dependency of the distortion component is detected. It was possible. Further, by detecting scattered electrons in the channeling direction from impurities having a strain field, the distribution of impurities can be obtained.

なお、方向性依存を読み取る際、任意の検出器(たとえば検出器A)と対向する検出器(たとえば検出器A’)は同じ像が検出されるため、対向する対の検出器二つを用いて方向性依存を検出する。   Note that when reading the dependence on directionality, the same image is detected by a detector (for example, detector A ′) facing an arbitrary detector (for example, detector A), so two pairs of detectors facing each other are used. To detect direction dependency.

また、本実施の形態は図7(b)に示すように、分割する数は偶数であればさらに多数でもよい。この場合、図7(a)の検出器6よりも細かい方位で検出像を得ることができるため、さらに詳細な方向性依存の歪みを検出することが可能である。   Further, in the present embodiment, as shown in FIG. 7B, a larger number may be used as long as the number to be divided is an even number. In this case, since a detection image can be obtained with a finer direction than the detector 6 in FIG. 7A, it is possible to detect more detailed direction-dependent distortion.

(実施の形態3)
本発明に係るADF−STEMの一例として、本実施の形態3では、検出器にCCD(Charge Coupled Device)を利用したADF−STEMについて説明する。
(Embodiment 3)
As an example of the ADF-STEM according to the present invention, in the third embodiment, an ADF-STEM using a CCD (Charge Coupled Device) as a detector will be described.

本実施の形態3に係るADF−STEMとして、図8にその検出器としてCCD9を示す。図8に示すCCD9において斜線で表わされている領域は、従来のADF−STEMの検出器に対応した環状の領域を示している。   As an ADF-STEM according to the third embodiment, FIG. 8 shows a CCD 9 as a detector. In the CCD 9 shown in FIG. 8, an area indicated by hatching indicates an annular area corresponding to a conventional ADF-STEM detector.

ADF−STEMで一つ一つのCCD素子10に検出された画像はPCに保存され、その画像の任意形状の選択領域を積分し、擬似的にSTEM像を形成する。   An image detected by each CCD element 10 by the ADF-STEM is stored in the PC, and a selected region of an arbitrary shape of the image is integrated to form a pseudo STEM image.

画像データはPCに保存されているため、測定後に測定者の解析目的に応じ解析することができる。また、画像積分形状も任意に変更可能であり、様々な解析が可能であるため利便性が高い。   Since the image data is stored in the PC, it can be analyzed after the measurement according to the analysis purpose of the measurer. Also, the image integration shape can be arbitrarily changed, and various analyzes are possible, which is highly convenient.

検出器にCCD9を用いているため、ADF−STEM像を検出する際にLAADF−STEMまたはHAADF−STEMの検出器に対応したCCD9の領域を選択することにより、歪み分布のみのコントラストを得ることができる。また、方位によって異なる結晶の歪み成分も、所望の方位のCCD9の領域を選択することで歪みの方向性依存を分解して検出することが可能である。   Since the CCD 9 is used as the detector, the contrast of only the distortion distribution can be obtained by selecting the area of the CCD 9 corresponding to the LAADF-STEM or HAADF-STEM detector when detecting the ADF-STEM image. it can. Further, the distortion component of the crystal, which varies depending on the orientation, can be detected by decomposing the directionality dependency of the strain by selecting the region of the CCD 9 having a desired orientation.

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言うまでもない。   As mentioned above, the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiment. However, the present invention is not limited to the embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Needless to say.

たとえば、図9に示すように、検出器6を同心円状に分割し、さらに放射状にも分割することで、実施の形態1と実施の形態2の特徴を具備した検出器として応用することもできる。   For example, as shown in FIG. 9, the detector 6 can be applied as a detector having the features of the first and second embodiments by dividing the detector 6 into concentric circles and further dividing the detector 6 into radial shapes. .

また、本実施の形態1ないし3のいずれかの方法で歪み成分のみの連続傾斜像を取得し、電子線トモグラフィの再構築によって3次元像を得ることも可能である。この場合、歪み成分または歪みに起因した結晶欠陥などの3次元像が、歪み成分抽出の際も位置ずれを起こすことなく高い精度で取得できる。   It is also possible to obtain a three-dimensional image by reconstructing electron tomography by acquiring a continuous tilt image of only the distortion component by any one of the first to third embodiments. In this case, a three-dimensional image such as a distortion component or a crystal defect caused by the distortion can be acquired with high accuracy without causing a positional shift even when the distortion component is extracted.

本発明は、走査型透過電子顕微鏡に幅広く利用されるものである。   The present invention is widely used for scanning transmission electron microscopes.

1 電子線
2 試料
3 散乱電子
4 検出器
5 PC
6 検出器
7 LAADF−STEM検出器
8 HAADF−STEM検出器
9 CCD
10 CCD素子
21 ADF−STEM
22 電子銃
23 コンデンサーレンズ
24 走査コイル
25 対物レンズ
26 コントラスト絞り
27 スペクトロメーター
28 分光スペクトル検出器
29 エネルギー分散型X線分析装置
A 検出器
A’ 検出器
B 検出器
B’ 検出器
X 検出角
1 Electron beam 2 Sample 3 Scattered electrons 4 Detector 5 PC
6 detector 7 LAADF-STEM detector 8 HAADF-STEM detector 9 CCD
10 CCD elements 21 ADF-STEM
DESCRIPTION OF SYMBOLS 22 Electron gun 23 Condenser lens 24 Scan coil 25 Objective lens 26 Contrast stop 27 Spectrometer 28 Spectral spectrum detector 29 Energy dispersive X-ray analyzer A Detector A 'Detector B Detector B' Detector X Detection angle

Claims (1)

集束させた電子線を試料に照射し、
前記電子線を走査させ、
前記試料の下方の検出器で前記試料に照射されて散乱した電子を検知し、
検出された像を結像してPCにモニタする走査型透過電子顕微鏡において、
前記検出器の検出面が複数に分割されていることを特徴とする走査型透過電子顕微鏡。
Irradiate the sample with a focused electron beam,
Scanning the electron beam;
Detecting electrons scattered by being irradiated on the sample with a detector below the sample,
In a scanning transmission electron microscope that forms a detected image and monitors it on a PC,
A scanning transmission electron microscope characterized in that a detection surface of the detector is divided into a plurality of parts.
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