JP3224277B2 - Apparatus and method for evaluating strain using focused electron diffraction pattern - Google Patents
Apparatus and method for evaluating strain using focused electron diffraction patternInfo
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、材料の歪みを評価する
評価装置に係り、特に、微小部分の歪みが問題となる材
料の評価に適した評価装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an evaluation apparatus for evaluating distortion of a material, and more particularly to an evaluation apparatus suitable for evaluating a material in which distortion of a minute portion is a problem.
【0002】[0002]
【従来の技術】材料の結晶構造は、その材料の特徴を表
す重要な特徴の一つである。一般に、材料の結晶構造
は、成長条件によって異なる結晶系を示したり、同じ結
晶系でも成長方向が異なったりする。また、結晶の成長
条件や、材料の加工条件によって、結晶構造のある方向
に歪みが生じることもある。結晶構造に異方性のある材
料や、歪みのある材料の物理的性質は、結晶の方向によ
ってことなる特徴を示す。従って、その材料の材料の結
晶構造や歪みの状態を調べ、使用目的に応じて、成長条
件や加工条件を最適化することが、高性能の製品開発や
材料開発の上で重要視されている。従来、材料の結晶構
造の歪みを調べる方法として、一般に良く知られている
X線回折法やラマン分光法などが用いられてきた。2. Description of the Related Art The crystal structure of a material is one of the important characteristics that characterize the material. In general, the crystal structure of a material shows a different crystal system depending on the growth conditions, or the growth direction differs even with the same crystal system. Further, depending on crystal growth conditions and material processing conditions, distortion may occur in a certain direction of the crystal structure. The physical properties of a material having an anisotropic crystal structure and a material having a strain show different characteristics depending on the direction of the crystal. Therefore, investigating the crystal structure and distortion state of the material of the material and optimizing the growth conditions and processing conditions according to the purpose of use are regarded as important in the development of high-performance products and materials. . Heretofore, generally known methods such as X-ray diffraction and Raman spectroscopy have been used as methods for examining the distortion of the crystal structure of a material.
【0003】[0003]
【発明が解決しようとする課題】近年、LSI素子など
素子の内部構造がnm単位の微細な素子の開発が、急速
に進んでいる。これに伴い、素子の微細な内部構造を構
成している材料の結晶構造や歪みを評価する必要が生じ
ている。しかしながら、従来のX線回折法やラマン分光
法などの評価法は、空間分解能が不足しているため、こ
のような、nm単位の材料を試料として測定を行なうこ
とができなかった。そのため、同じような条件で、従来
の測定方法で測定可能なmm単位の大きさの測定用試料
を作成して測定を行ない、実際の微細構造の素子の状態
を類推するより方法がなかった。しかし、mm単位の試
料の測定結果から、nm単位の材料の結晶構造を類推す
るのは限界があり、特に結晶の歪みに関しては、ほとん
ど評価することができなかった。In recent years, the development of minute elements having an internal structure of an nm unit such as an LSI element has been rapidly progressing. Along with this, it is necessary to evaluate the crystal structure and strain of the material constituting the fine internal structure of the element. However, the conventional evaluation methods such as the X-ray diffraction method and the Raman spectroscopy have insufficient spatial resolution, so that it is not possible to perform measurement using such a material in nm units as a sample. Therefore, under the same conditions, there is no method other than preparing a measurement sample having a size of mm unit which can be measured by the conventional measurement method and performing the measurement to infer the actual state of the element having a fine structure. However, there is a limit in estimating the crystal structure of a material in nm units from the measurement results of a sample in mm units, and almost no evaluation can be made on crystal distortion.
【0004】本発明の目的は、微細な試料の結晶構造の
歪みを評価することのできる評価装置を提供することに
ある。An object of the present invention is to provide an evaluation apparatus capable of evaluating the distortion of the crystal structure of a fine sample.
【0005】[0005]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明によれば、電子線を試料上に収束させる収束レ
ンズ系と、前記試料を透過した電子線を結像させ収束電
子線回折図形を形成する対物レンズと、前記収束電子線
回折図形を取り込む画像取り込み手段と、表示手段と、
入力手段と、前記試料が結晶構造に歪みを有していない
場合の理論的な収束電子線回折図形の複数のホルツ線の
軌跡を近似的に計算する計算手段と、前記画像取り込み
装置の取り込んだ収束電子線回折図形と前記計算手段の
計算したホルツ線の軌跡を重ね合わせた画像を生成する
画像処理手段とを有し、前記表示手段は、前記画像処理
手段が生成した画像を表示し、前記入力手段は、前記計
算手段の計算した複数のホルツ線のうち、前記画像取り
込み装置の取り込んだ収束電子線回折図形に表れている
ホルツ線と一致していないホルツ線を、前記表示装置の
画像上で指定する外部からの入力を受け付け、前記計算
手段は、前記入力手段が受け付けた外部から指定された
ホルツ線に対応する前記試料の結晶の格子面を求めて、
前記表示手段に表示させることを特徴とする収束電子線
回折図形を用いた歪み評価装置が提供される。According to the present invention, there is provided a converging lens system for converging an electron beam on a sample, and a convergent electron beam diffraction for forming an image of the electron beam transmitted through the sample. An objective lens for forming a figure, image capturing means for capturing the convergent electron beam diffraction pattern, display means,
Input means, calculating means for approximately calculating the trajectories of a plurality of Holtz lines of a theoretical convergent electron beam diffraction pattern when the sample has no distortion in the crystal structure, and the image capturing device Image processing means for generating an image in which the convergent electron beam diffraction pattern and the trajectory of the Holtz line calculated by the calculation means are superimposed, wherein the display means displays the image generated by the image processing means, The input means, among the plurality of Holtz lines calculated by the calculation means, a Holtz line which does not match the Holtz line shown in the convergent electron beam diffraction pattern captured by the image capturing device, on the image of the display device. Receiving an external input specified in, the calculating means obtains a lattice plane of the crystal of the sample corresponding to the externally specified Holtz line received by the input means,
A distortion evaluation device using a convergent electron beam diffraction pattern, which is displayed on the display means, is provided.
【0006】[0006]
【作用】電子線を収束レンズ系により試料上に収束させ
て、前記試料を透過した電子線を対物レンズにより結像
させて、収束電子線回折図形を形成する。一般に電子線
は、nm単位に収束させることができる。画像取り込み
装置は、収束電子線回折図形を取り込む。つぎに、計算
手段は、試料が結晶構造に歪みを有していない場合の理
論的な収束電子線回折図形の複数のホルツ線の軌跡を近
似的に計算する。An electron beam is converged on a sample by a converging lens system, and an electron beam transmitted through the sample is imaged by an objective lens to form a convergent electron beam diffraction pattern. In general, an electron beam can be converged in units of nm. The image capturing device captures a focused electron beam diffraction pattern. Next, the calculating means approximately calculates the trajectories of a plurality of Holtz lines in a theoretical convergent electron beam diffraction pattern when the sample has no distortion in the crystal structure.
【0007】画像処理手段は、試料の収束電子線回折図
形を、前記計算により求めたホルツ線の軌跡に重ね合わ
せた画像を生成し、表示手段に表示させる。ユーザは、
前記計算により求めた複数のホルツ線のうち、前記収束
電子線回折図形に表れているホルツ線と一致していない
ホルツ線を画面上で入力手段から入力する。計算手段
は、入力されたホルツ線が試料の結晶のどの格子面のも
のかを求める。そして、表示手段に、前記試料は、その
格子面に歪みを有している表示させる。[0007] The image processing means generates an image in which the convergent electron beam diffraction pattern of the sample is superimposed on the trajectory of the Holtz line obtained by the above calculation, and displays the image on the display means. The user
Of the plurality of Holtz lines obtained by the calculation, a Holtz line that does not match the Holtz line shown in the convergent electron beam diffraction pattern is input from the input means on the screen. The calculation means determines which lattice plane of the crystal of the sample is the input Holtz line. Then, the display means displays the sample in which the lattice plane has distortion.
【0008】このように、本発明は、試料上に電子線を
収束させるので、電子線を収束可能なnm単位の大きさ
を有する試料であれば、歪みを評価することができる。As described above, according to the present invention, since the electron beam is converged on the sample, the distortion can be evaluated if the sample has a size in nm unit capable of converging the electron beam.
【0009】[0009]
【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を用いて説明
する。An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【0010】本発明の収束電子線回折図形を用いた歪み
評価装置は、図1に示すように、電子顕微鏡1と、電子
顕微鏡1により得られる試料4の回折図形を取り込む画
像取り込み装置7と、画像記憶装置8と、取り込んだ画
像の処理および近似的な回折図形のホルツ線の計算およ
び電子顕微鏡の制御を行なう処理装置9と、表示装置1
1とを備えて構成される。電子顕微鏡1は、電子線2を
試料4上に約10nmφに収束させる収束レンズ系3
と、試料4で回折された電子線を結像する対物レンズ5
と、収束レンズ系3の励磁電流を制御する制御装置6を
備えている。さらに、処理装置9には、近似的な回折図
形を計算するためのパラメータや計算条件をユーザが入
力するための、2次元位置指定装置10aを備えた入力
装置10と、が接続されている。また、処理装置9に
は、制御装置6は、接続されている。As shown in FIG. 1, the distortion evaluation apparatus using a convergent electron beam diffraction pattern according to the present invention comprises: an electron microscope 1; an image capturing device 7 for capturing a diffraction pattern of a sample 4 obtained by the electron microscope 1; An image storage device 8, a processing device 9 for processing a captured image, calculating a Holtz line of an approximate diffraction pattern, and controlling an electron microscope, and a display device 1
1 is provided. An electron microscope 1 includes a converging lens system 3 for converging an electron beam 2 on a sample 4 to about 10 nmφ.
And an objective lens 5 for imaging the electron beam diffracted by the sample 4
And a control device 6 for controlling the exciting current of the converging lens system 3. Further, the processing device 9 is connected to an input device 10 having a two-dimensional position specifying device 10a for allowing a user to input parameters and calculation conditions for calculating an approximate diffraction pattern. The control device 6 is connected to the processing device 9.
【0011】本実施例の収束電子線回折図形を用いた評
価装置において、図示しない電子線発生装置から入射さ
れた電子線2は、収束レンズ系3により収束されて、試
料4の歪みを評価すべき部位に入射される。試料4を透
過した電子線は、対物レンズ5により結像され、画像取
り込み装置7に収束電子回折図形と呼ばれる電子回折図
形を形成する。画像取り込み装置7により取り込まれた
電子回折図形は、画像記憶装置8に記憶され処理装置9
に入力される。処理装置9により画像処理された電子回
折図形は表示装置11に表示される。また、入力装置1
0から入力された情報に基づき、処理装置9が内蔵する
プログラムを用いて計算した近似的な電子回折図形も表
示装置11に表示される。In the evaluation apparatus using a focused electron beam diffraction pattern of this embodiment, an electron beam 2 incident from an electron beam generator (not shown) is converged by a converging lens system 3 to evaluate the distortion of a sample 4. It is incident on the desired part. The electron beam transmitted through the sample 4 is imaged by the objective lens 5, and forms an electron diffraction pattern called a convergent electron diffraction pattern on the image capturing device 7. The electron diffraction pattern captured by the image capturing device 7 is stored in the image storage device 8 and processed by the processing device 9.
Is input to The electron diffraction pattern image-processed by the processing device 9 is displayed on the display device 11. Also, the input device 1
Based on the information input from 0, an approximate electron diffraction pattern calculated using a program built in the processing device 9 is also displayed on the display device 11.
【0012】次に、本実施例の収束電子線回折図形を用
いた評価装置の評価手順について図7を用いて説明す
る。本実施例の評価装置は、試料4の結晶の歪みを有し
ている方向を調べる装置である。まず、処理装置9は、
画像取り込み装置7に指示し、電子顕微鏡1から、試料
4の評価すべき部位の回折図形を取り込む(ステップ1
09)。つぎに、処理装置9は、試料4の上記部位の歪
みの無い理論的な回折図形のホルツ線を近似計算により
求める(ステップ110)。つぎに、処理装置9は、ス
テップ109で取り込んだ回線図形と、ステップ110
で近似計算した歪みの無い場合のホルツ線を重ねて表示
する(ステップ111)。ユーザは、2次元位置指定装
置10aにより、一致していないホルツ線を指定する
(ステップ112)。処理装置9は、指定されたホルツ
線の指数を求めて、表示装置11に表示し、その方向に
歪みを持っていることを示す(ステップ115)。Next, an evaluation procedure of the evaluation apparatus using the convergent electron beam diffraction pattern of this embodiment will be described with reference to FIG. The evaluation device of this embodiment is a device for examining the direction in which the crystal of the sample 4 has a distortion. First, the processing device 9
Instruct the image capturing device 7 to capture a diffraction pattern of a portion of the sample 4 to be evaluated from the electron microscope 1 (step 1).
09). Next, the processing apparatus 9 obtains a Holtz line of a theoretical diffraction pattern without distortion of the above-described portion of the sample 4 by an approximate calculation (step 110). Next, the processing device 9 compares the line figure fetched in Step 109 with Step 110
The Holtz line for the case where there is no distortion calculated by approximation is superimposed and displayed (step 111). The user uses the two-dimensional position specification device 10a to specify a Holtz line that does not match (step 112). The processing device 9 calculates the index of the designated Holtz line and displays it on the display device 11 to indicate that the direction is distorted (step 115).
【0013】つぎに、上述のステップ109について、
さらに詳細に説明する。まず、処理装置9は、画像取り
込み装置7に指示し、電子顕微鏡1から、試料4の評価
すべき部位の回折図形を取り込む。この場合の、表示装
置11の表示結果の一例を模式的に図2に示す。表示装
置11の左側の表示領域91には、画像取り込み装置7
が取り込んだ電子回折図形を表示されている。右側の表
示領域92には、処理装置9が、内蔵するプログラムに
よる電子回折図形の計算結果を表示されるが、この場合
は、処理装置9が、まだ回折図形の計算を行っていない
ので、右側の表示領域92に計算結果は表示されていな
い。図2に表示されている回折図形では、電子線の開き
角が小さく、表示領域91に表示されている中央のディ
スクが小さく、ホルツ線12を解析には不適当である。
そこで、処理装置9は、画像表示領域91に表示された
収束電子回折図形を、電子線の回折強度で2値化するこ
とにより、ディスクの半径すなわち電子線の開き角r
と、ディスクの間隔すなわち電子回折の角度Rを算出す
る。次に、Rと2rとを、ほぼ同一とするための収束レ
ンズ系3の収束条件を算出する。そして、収束レンズ系
3をその収束条件にするための励磁電流を制御装置6に
指示する。制御装置6は、収束レンズ系3の励磁電流を
調節する。これにより、操作者が試行錯誤して、収束レ
ンズ系3の励磁電流を調整しなくても、画像取り込みと
計算処理により電子回折図形の撮影条件を最適に調節さ
れる。図3の左側の表示領域91には、以上のようにし
て調整された後の電子回折図形が表示される。調整後の
回折図形は、記憶装置8に記憶される。Next, regarding the above step 109,
This will be described in more detail. First, the processing device 9 instructs the image capturing device 7 to capture, from the electron microscope 1, a diffraction pattern of a portion of the sample 4 to be evaluated. FIG. 2 schematically shows an example of a display result of the display device 11 in this case. A display area 91 on the left side of the display device 11 includes an image capturing device 7.
Shows the captured electron diffraction pattern. In the right display area 92, the processing device 9 displays the calculation result of the electron diffraction pattern by the built-in program. In this case, since the processing device 9 has not yet calculated the diffraction pattern, No calculation result is displayed in the display area 92. In the diffraction pattern shown in FIG. 2, the opening angle of the electron beam is small, the center disk displayed in the display area 91 is small, and the Holtz line 12 is not suitable for analysis.
Therefore, the processing device 9 binarizes the convergent electron diffraction pattern displayed in the image display area 91 by the diffraction intensity of the electron beam, thereby obtaining the radius of the disk, that is, the opening angle r of the electron beam.
Then, the distance between the disks, ie, the angle R of electron diffraction, is calculated. Next, a convergence condition of the converging lens system 3 for making R and 2r substantially the same is calculated. Then, the control unit 6 is instructed to an excitation current for setting the converging lens system 3 to the convergence condition. The control device 6 adjusts the exciting current of the converging lens system 3. Accordingly, even if the operator does not adjust the exciting current of the converging lens system 3 by trial and error, the photographing conditions of the electron diffraction pattern are optimally adjusted by image capturing and calculation processing. In the display area 91 on the left side of FIG. 3, the electron diffraction pattern adjusted as described above is displayed. The adjusted diffraction pattern is stored in the storage device 8.
【0014】つぎに、図7のステップ110の歪みの無
いホルツ線の計算手順を、図10を用いて説明する。H
OLZ線の軌跡は、試料の結晶軸の長さすなわち格子定
数、結晶軸の角度、電子顕微鏡の加速電圧、電子線の試
料に対する入射方向から計算できることが知られている
ので、ここでは、簡単に説明する。まずユーザは、入力
装置10によって、試料4の結晶の格子型(例えば、面
心立方格子や、ダイヤモンド構造など)と、格子定数
(a,b,c)を入力する(ステップ124)。処理装
置9は、入力装置10から入力された試料4の結晶の格
子型と、格子定数(a,b,c)に基づき、存在する逆
格子点を計算する(ステップ125)。つぎに、ユーザ
は、入力装置10から電子顕微鏡1の動作条件として、
電子線の波長λと、電子線入射方向と、電子線の開き
角、カメラ定数Lを入力する(ステップ126)。これ
ら動作条件は、記憶装置8に記憶される。ステップ12
6の開き角から励起誤差範囲を計算し、ステップ125
で計算した逆格子点のうち、励起誤差範囲内の逆格子点
を選択する(ステップ127)。ステップ127で選択
した逆格子点それぞれについて、以下に示す数1から数
4に従ってホルツ線を描く(ステップ128)。ホルツ
線の画像は、記憶装置8に記憶される。Next, the procedure for calculating a distortion-free Holtz line in step 110 of FIG. 7 will be described with reference to FIG. H
It is known that the trajectory of the OLZ line can be calculated from the length of the crystal axis of the sample, that is, the lattice constant, the angle of the crystal axis, the accelerating voltage of the electron microscope, and the direction of incidence of the electron beam on the sample. explain. First, the user inputs the lattice type (for example, a face-centered cubic lattice or a diamond structure) of the crystal of the sample 4 and the lattice constants (a, b, c) using the input device 10 (step 124). The processing device 9 calculates an existing reciprocal lattice point based on the lattice type of the crystal of the sample 4 input from the input device 10 and the lattice constants (a, b, c) (step 125). Next, the user uses the input device 10 to operate the electron microscope 1 as operating conditions.
The wavelength λ of the electron beam, the incident direction of the electron beam, the opening angle of the electron beam, and the camera constant L are input (step 126). These operating conditions are stored in the storage device 8. Step 12
The excitation error range is calculated from the opening angle of No. 6 and step 125
A reciprocal lattice point within the excitation error range is selected from the reciprocal lattice points calculated in (1) (step 127). For each reciprocal lattice point selected in step 127, a Holtz line is drawn according to the following equations 1 to 4 (step 128). The Holtz line image is stored in the storage device 8.
【0015】[0015]
【数1】 (Equation 1)
【0016】[0016]
【数2】 (Equation 2)
【0017】[0017]
【数3】 (Equation 3)
【0018】[0018]
【数4】 (Equation 4)
【0019】ただしλは電子線の波長であり、電子線の
加速電圧Eよりλ=1.22/√Eを用いて求めること
ができる。上述の数1から数4において、hklはHO
LZ線の指数と呼ばれるもので多くの組み合せがあるこ
とから、作図されるHOLZ線も複数存在する。例えば
結晶が斜方晶で結晶軸[001]に沿って入射した場合、
HOLZ線の軌跡(X,Y)を図3の右側の表示領域9
2に示す。Here, λ is the wavelength of the electron beam and can be obtained from the acceleration voltage E of the electron beam using λ = 1.22 / √E. In the above equations 1 to 4, hkl is HO
Since there are many combinations of what is called an LZ line index, there are a plurality of HOLZ lines to be drawn. For example, if the crystal is orthorhombic and incident along the crystal axis [001],
The locus (X, Y) of the HOLZ line is displayed in the display area 9 on the right side of FIG.
It is shown in FIG.
【0020】次に、図7のステップ111で示した回折
図形と計算によるホルツ線とを重ねあわせる手順につい
て図9を用いてさらに詳細に説明する。上述した図7の
ステップ109で取り込んだ回折図形を、記憶装置8よ
り取り込む(および図9の120)。つぎに、図10の
ステップ126で入力された電子線の開き角、カメラ定
数の値を、記憶装置8から再度読み込む(ステップ12
1)。つぎに、図10のステップ128で計算したホル
ツ線を、記憶装置8から取り込む(ステップ122)。
回折図形と、計算でもとめたホルツ線とを、カメラ定数
およびディスクの中心位置を一致させることにより重ね
合わせて、図5のように表示装置11の左側の表示領域
91に表示する(ステップ123)。Next, the procedure for superimposing the diffraction pattern shown in step 111 of FIG. 7 with the calculated Holtz line will be described in more detail with reference to FIG. The diffraction pattern captured in step 109 in FIG. 7 described above is captured from the storage device 8 (and 120 in FIG. 9). Next, the values of the opening angle of the electron beam and the camera constant input in step 126 of FIG. 10 are read again from the storage device 8 (step 12).
1). Next, the Holtz line calculated in step 128 of FIG. 10 is fetched from the storage device 8 (step 122).
The diffraction pattern and the Holtz line obtained by calculation are superimposed by matching the camera constant and the center position of the disc, and are displayed in the display area 91 on the left side of the display device 11 as shown in FIG. 5 (step 123). .
【0021】ユーザは、2次元位置指定装置10aによ
り、試料4の回折図形のホルツ線と、一致していない計
算でもとめたホルツ線を、図5のように、矢印で差し示
すことにより指定する(図7のステップ112)。処理
装置9は、指定されたホルツ線を、記憶装置8に記憶さ
れている図10のステップ128の計算結果に参照し、
どの方向のホルツ線かを求める。そして、図5のように
その方向を”(H,K,L)方向にΔd歪みがありま
す”93と表示することにより、ユーザに歪みの方向を
知らせる(図7のステップ115)。The user designates the Holtz line of the diffraction pattern of the sample 4 and the Holtz line obtained by calculation which does not match by using the two-dimensional position designation device 10a by arrows as shown in FIG. (Step 112 in FIG. 7). The processing device 9 refers to the designated Holtz line to the calculation result of step 128 in FIG.
Find the direction of the Holtz line. Then, as shown in FIG. 5, the user is notified of the direction of the distortion by displaying the direction as “Δd distortion exists in the (H, K, L) direction” 93 (step 115 in FIG. 7).
【0022】上述の実施例では、歪みの方向のみを示し
たが、歪み量Δdを定量的に求めることも可能である。
歪み量Δdを求める場合には、図8のように、上述した
ステップ109から111を実行する。その後、ユーザ
は、2次元位置指定装置10aにより、一致していない
ホルツ線を、取り込んだ回折図形のホルツ線と計算した
ホルツ線の双方について図6のように各々指定する。処
理装置9は、2次元位置指定装置10aの出力から一致
していないホルツ線の画面上のずれ量Δxを求める。処
理装置は、記憶装置8から画像取り込み時のカメラ定数
Lと電子線の波長λと電子回折の角度Rとを読み込ん
で、数5および数6より歪み量Δdと、図7のステップ
115と同様に求めた方向(H,K,L)とを求め(ス
テップ213)、表示装置11に表示する(ステップ2
14)。これにより、歪み量Δdを定量的にもとめて、
表示することができる。In the above-described embodiment, only the direction of the distortion is shown, but the distortion amount Δd can be quantitatively obtained.
When obtaining the distortion amount Δd, the above-described steps 109 to 111 are executed as shown in FIG. Thereafter, the user designates, using the two-dimensional position designation device 10a, non-matching Holtz lines for both the Holtz line of the acquired diffraction pattern and the calculated Holtz line as shown in FIG. The processing device 9 obtains the shift amount Δx on the screen of the Holtz line that does not match from the output of the two-dimensional position specifying device 10a. The processing device reads the camera constant L, the wavelength λ of the electron beam, and the angle R of the electron diffraction at the time of capturing the image from the storage device 8 and calculates the distortion amount Δd from Equations 5 and 6, and the same as Step 115 in FIG. (H, K, L) are obtained (step 213) and displayed on the display device 11 (step 2).
14). As a result, the amount of distortion Δd is determined quantitatively,
Can be displayed.
【0023】[0023]
【数5】 (Equation 5)
【0024】[0024]
【数6】 (Equation 6)
【0025】またさらに、ステップ213でもとめた歪
み量Δdを計算でもとめたホルツ線にデータに加え、再
度ホルツ線を計算し、ステップ109から111および
ステップ212から214を、取り込んだ回折図形のホ
ルツ線と計算したホルツ線とが完全に一致するまで繰り
返すことにより、さらに詳細に歪みを求めることができ
る。Further, the distortion amount Δd obtained in step 213 is added to the data of the Holtz line obtained in the calculation, the Holtz line is calculated again, and steps 109 to 111 and steps 212 to 214 are obtained. By repeating until the line and the calculated Holtz line completely match, more detailed distortion can be obtained.
【0026】さらに別の実施例として、取り込んだ回折
図形のホルツ線と計算したホルツ線とが、どの程度一致
しているかをユーザにわかりやすく表示するために、両
者のホルツ線の画像強度の差分量を表示するようにする
ことができる。この場合、取り込んだ回折図形のホルツ
線は、暗線(強度が弱い領域)であることから、暗線を
強度0、ホルツ線より明るい部分を1で2値化し、計算
によりえられたホルツ線も、ホルツ線を強度0、ホルツ
線以外の部分を強度1とし、取り込んだ回折図形と計算
したホルツ線とを差分すると良い。また、ユーザに、差
分する領域を限定してもらうことにより、さらに精度良
く一致の度合いを見積もることができる。As still another embodiment, the difference between the image intensities of the two Holtz lines in order to display the degree of coincidence between the Holtz lines of the acquired diffraction pattern and the calculated Holtz lines in a manner that is easy for the user to understand. The quantity can be displayed. In this case, the Holtz line of the acquired diffraction pattern is a dark line (a region having a low intensity), so that the dark line is binarized with the intensity 0 and the portion brighter than the Holtz line is binarized with 1, and the Holtz line obtained by calculation is also It is preferable that the intensity of the Holtz line is 0 and the intensity of the portion other than the Holtz line is 1, and the difference between the acquired diffraction pattern and the calculated Holtz line is good. In addition, the degree of matching can be estimated with higher accuracy by having the user limit the difference area.
【0027】上の実施例では、画像取り込み装置によっ
て取り込まれた電子回折図形を直接計算結果と比較した
が、電子回折図形を微分処理してから比較する様にして
も良い。これによりHOLZ線が鮮明に観察することが
でき、より明確に計算結果と比較することができる。In the above embodiment, the electron diffraction pattern captured by the image capturing device is directly compared with the calculation result. However, the electron diffraction pattern may be differentiated and then compared. As a result, the HOLZ line can be clearly observed, and can be compared with the calculation result more clearly.
【0028】また他の実施例として、任意の入射方向か
らの収束電子回折図形を撮影した場合、典型的な入射方
向のHOLZ線の計算結果を同時に表示装置に表示して
おき、最も近い図形を選び出すことにより、電子線の試
料に対する入射方向が全くわからない場合でも、その入
射方向で歪みを評価することができる。As another embodiment, when a convergent electron diffraction pattern is photographed from an arbitrary incident direction, the calculation result of the HOLZ line in a typical incident direction is simultaneously displayed on a display device, and the closest figure is displayed. By selecting this, even when the incident direction of the electron beam with respect to the sample is not known at all, the distortion can be evaluated in the incident direction.
【0029】このように、本実施例の収束電子線回折図
形を用いた評価装置は、電子線回折を用いている。電子
線は、本実施例のように約10nmφの大きさに十分に
収束することができるので、試料4の大きさが10nm
程度のものであっても歪みの方向を調べることができ
る。また、本実施例では、計算でもとめたホルツ線と、
実際取り込んだ回折画像と重ねた画像を表示し、ユーザ
は、一致していないホルツ線を指定するだけで容易に、
歪みの方向を知ることができる。従って、ホルツ線図形
の解析方法を知らないユーザであっても、容易に微小材
料の歪みを評価することができる使い勝手の良い評価装
置を提供することができる。また、必要のない部分の図
形の撮影や、繁雑な操作を省くことができる。電子線の
入射方向や試料の種類が変り電子回折の角度Rが変化し
た場合にも、迅速に電子線の開き角rを最適な値に調整
できる電子顕微鏡が提供される。As described above, the evaluation apparatus using the convergent electron beam diffraction pattern of this embodiment uses electron beam diffraction. Since the electron beam can sufficiently converge to a size of about 10 nmφ as in this embodiment, the size of the sample 4 is reduced to 10 nm.
The direction of the distortion can be checked even for a small degree. Further, in the present embodiment, the Holtz line determined by calculation,
By displaying an image superimposed on the actually acquired diffraction image, the user can easily specify the Holtz line that does not match,
You can know the direction of distortion. Therefore, even if the user does not know the analysis method of the Holtz line figure, it is possible to provide an easy-to-use evaluation device that can easily evaluate the distortion of the minute material. In addition, it is possible to omit the photographing of an unnecessary part of a figure and a complicated operation. An electron microscope capable of quickly adjusting the opening angle r of an electron beam to an optimum value even when the incident direction of an electron beam or the type of a sample changes and the angle R of electron diffraction changes.
【0030】また、上述の実施例では、図10のステッ
プ126等において、ユーザが電子顕微鏡の動作条件と
して、電子線の波長λ、入射方向、開き角、カメラ定数
を入力するような構成を用いたが、電子顕微鏡の制御装
置から処理装置にオンラインで入力するようにしても良
い。この場合、制御装置から加速電圧Eを入力して、波
長λを処理装置9で、λ=1.22/√Eから計算する
ようにする。In the above-described embodiment, a configuration is used in which the user inputs the electron beam wavelength λ, the incident direction, the opening angle, and the camera constant as the operating conditions of the electron microscope in step 126 in FIG. However, the information may be inputted online from the control device of the electron microscope to the processing device. In this case, the acceleration voltage E is input from the control device, and the wavelength λ is calculated by the processing device 9 from λ = 1.22 / √E.
【0031】また、上述の実施例では、処理装置9は、
表示装置11に、画像取り込み装置7が取り込んだ回折
図形を計算したホルツ線と重ねて表示させているが、入
力手段10に、ユーザが、回折図形またはホルツ線を画
面上で移動させるための指示手段をさらに設けることも
可能である。処理装置9は、指示手段に応じて表示装置
11上で、画像を移動させる。これによりユーザは、画
像の重ねあわせの微調節を行なうことができ、一致して
いないホルツ線の指定をより容易に行なうことができ
る。In the above-described embodiment, the processing device 9
The display device 11 displays the diffraction pattern captured by the image capturing device 7 so as to be superimposed on the calculated Holtz line. However, the input unit 10 allows the user to move the diffraction pattern or Holtz line on the screen. It is also possible to provide further means. The processing device 9 moves the image on the display device 11 according to the instruction means. As a result, the user can finely adjust the superposition of the images, and can easily specify a Holtz line that does not match.
【0032】また、本実施例の収束電子線回折図形を用
いた歪み評価装置は、歪み評価装置としてだけではなく
従来の収束電子線回折図形を観察可能な電子顕微鏡とし
て、用いることもできる。さらに、電子線の平行ビーム
を試料に照射するレンズ系を配置した場合には、汎用の
高分解能像観察用の電子顕微鏡として用いることももち
ろん可能である。Further, the distortion evaluation apparatus using the focused electron beam diffraction pattern of the present embodiment can be used not only as a distortion evaluation apparatus but also as a conventional electron microscope capable of observing a focused electron beam diffraction pattern. Further, when a lens system for irradiating a parallel beam of an electron beam onto a sample is provided, it is of course possible to use it as an electron microscope for general-purpose high-resolution image observation.
【0033】[0033]
【発明の効果】上述のように、本発明の収束電子線回折
図形を用いた歪み評価装置は、電子顕微鏡を用いること
により、微細な試料の極微小部の歪みが評価できる。As described above, the distortion evaluation apparatus using a convergent electron beam diffraction pattern of the present invention can evaluate the distortion of a very small portion of a fine sample by using an electron microscope.
【図1】本発明の一実施例の全体の構成を示すブロック
図。FIG. 1 is a block diagram showing the overall configuration of an embodiment of the present invention.
【図2】試料の電子線回折図形の表示例を示す説明図。FIG. 2 is an explanatory view showing a display example of an electron diffraction pattern of a sample.
【図3】試料の電子線回折図形および計算でもとめたホ
ルツ線の表示例を示す説明図。FIG. 3 is an explanatory diagram showing a display example of an electron diffraction pattern of a sample and Holtz lines obtained by calculation.
【図4】試料の電子線回折図形および計算でもとめたホ
ルツ線の表示例を示す説明図。FIG. 4 is an explanatory diagram showing a display example of an electron diffraction pattern of a sample and Holtz lines obtained by calculation.
【図5】試料の電子線回折図形および計算でもとめたホ
ルツ線と、歪みのある方向を示す表示例を示す説明図。FIG. 5 is an explanatory view showing an electron diffraction pattern of a sample, a Holtz line obtained by calculation, and a display example showing a direction with distortion.
【図6】試料の電子線回折図形および計算でもとめたホ
ルツ線の表示例を示す説明図。FIG. 6 is an explanatory view showing a display example of an electron diffraction pattern of a sample and Holtz lines obtained by calculation.
【図7】本発明の一実施例の歪み評価の手順を示すフロ
ーチャート。FIG. 7 is a flowchart illustrating a procedure of distortion evaluation according to an embodiment of the present invention.
【図8】本発明の別の実施例の歪み評価の手順を示すフ
ローチャート。FIG. 8 is a flowchart illustrating a procedure of distortion evaluation according to another embodiment of the present invention.
【図9】図7に示した手順のうち重ねあわせのさらに詳
しい手順を示すフローチャート。FIG. 9 is a flowchart showing a more detailed procedure of superposition in the procedure shown in FIG. 7;
【図10】図7に示した手順のうちホルツ線の計算のさ
らに詳しい手順を示すフローチャート。FIG. 10 is a flowchart showing a more detailed procedure of calculating a Holtz line among the procedures shown in FIG. 7;
1…電子顕微鏡、2…電子線、3…収束レンズ系、4…
試料、5…対物レンズ、6…制御装置、7…画像取り込
み装置、8…画像記憶装置、9…処理装置、10…入力
装置、11…表示装置、12…HOLZ線。1. Electron microscope 2. Electron beam 3. Convergent lens system 4.
Sample 5 Objective lens 6 Control device 7 Image capturing device 8 Image storage device 9 Processing device 10 Input device 11 Display device 12 HOLZ line
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01N 23/00 - 23/227 H01J 37/26 - 37/295 H01J 37/22 Continuation of the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) G01N 23/00-23/227 H01J 37/26-37/295 H01J 37/22
Claims (2)
の理論的な収束電子線回折図形の複数のホルツ線の軌跡
を近似的に計算し、 前記試料の収束電子線回折図形を、前記計算により求め
たホルツ線の軌跡に重ね合わせ、 前記計算により求めた複数のホルツ線のうち、前記収束
電子線回折図形に表れているホルツ線と一致していない
ホルツ線の前記試料の結晶の格子面を求め、前記試料
は、前記格子面に歪みを有していると評価する収束電子
線回折図形を用いた歪み評価方法。1. The method according to claim 1, wherein a plurality of Holtz-line trajectories of a theoretical convergent electron beam diffraction pattern in a case where the sample has no distortion in the crystal structure are approximately calculated. Superimposed on the trajectory of the Holtz line determined by the calculation, of the plurality of Holtz lines determined by the calculation, of the crystal of the sample of the Holtz line that does not match the Holtz line appearing in the convergent electron diffraction pattern A distortion evaluation method using a convergent electron beam diffraction pattern for determining a lattice plane and evaluating that the sample has distortion in the lattice plane.
取り込み手段と、表示手段と、入力手段と、 前記試料が結晶構造に歪みを有していない場合の理論的
な収束電子線回折図形の複数のホルツ線の軌跡を近似的
に計算する計算手段と、前記画像取り込み装置の取り込
んだ収束電子線回折図形と前記計算手段の計算したホル
ツ線の軌跡を重ね合わせた画像を生成する画像処理手段
とを有し、 前記表示手段は、前記画像処理手段が生成した画像を表
示し、 前記入力手段は、前記計算手段の計算した複数のホルツ
線のうち、前記画像取り込み装置の取り込んだ収束電子
線回折図形に表れているホルツ線と一致していないホル
ツ線を、前記表示装置の画像上で指定する外部からの入
力を受け付け、 前記計算手段は、前記入力手段が受け付けた外部から指
定されたホルツ線に対応する前記試料の結晶の格子面を
求めて、前記表示手段に表示させることを特徴とする収
束電子線回折図形を用いた歪み評価装置。2. An image capturing means for capturing a focused electron beam diffraction pattern of a sample, a display means, an input means, and a theoretical focused electron beam diffraction pattern when the sample has no distortion in the crystal structure. Calculating means for approximately calculating the trajectories of a plurality of Holtz lines; and image processing means for generating an image in which the convergent electron beam diffraction pattern captured by the image capturing device and the trajectories of the Holtz lines calculated by the calculating means are superimposed. Wherein the display means displays an image generated by the image processing means, and the input means comprises a converging electron beam captured by the image capturing device among a plurality of Holtz lines calculated by the calculation means. An input from the outside that designates a Holtz line that does not match the Holtz line appearing in the diffraction pattern on an image of the display device is received, and the calculating unit receives the external input received by the input unit. A lattice plane of the crystal of the sample corresponding to the Holtz line specified by the method, and displaying the lattice plane on the display means.
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