JP2011076960A - 電子顕微鏡における薄膜試料位置認識装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】電子線を出射する電子線源21と、電子線の電流量を調整する照射レンズ系22と、試料23を保持する試料台24と、該試料台24を動作させる多軸ステージ28と、該多軸ステージ28の移動を制御する制御ユニット31と、試料23を透過した電子を拡大結像する結像レンズ系25と、電子線の軌道を修正するアライメント偏向器と、前記レンズ系のレンズやアライメント偏向器を制御する制御ドライバと、前記制御ユニット31を制御するコンピュータ30と、拡大結像した像をCCDカメラを用いてデジタル情報として取得する手段26と、前記デジタル情報をコンピュータ30に記憶する手段33と、前記デジタル情報をコンピュータで演算する手段32と、を有して構成される。
【選択図】図1
Description
(1)請求項1記載の発明は、電子線を出射する電子線源と、電子線の電流量を調整する照射レンズ系と、試料を保持する試料台と、該試料台を動作させる多軸ステージと、該多軸ステージの移動を制御する制御ユニットと、試料を透過した電子を拡大結像する結像レンズ系と、電子線の軌道を修正するアライメント偏向器と、前記レンズ系のレンズやアライメント偏向器を制御する制御ドライバと、前記制御ユニットを制御するコンピュータと、拡大結像した像をCCDカメラを用いてデジタル情報として取得する手段と、前記デジタル情報をコンピュータに記憶する手段と、前記デジタル情報をコンピュータで演算する手段と、を少なくとも有する電子顕微鏡において、低倍率像から試料メッシュ上に置かれた1つ若しくは複数の薄膜試料片位置を認識し、その薄膜試料片の重心座標を算出・記録することを特徴とする。
(4)請求項4記載の発明によれば、認識した薄膜試料片について、位置情報や認識した際の画像情報をリストとしてユーザインタフェースに表示し、オペレータの指示により薄膜試料片が観察視野内に入るように多軸ステージを自動で移動させることができる。
(実施例1)
図1,図2,図3,図4を参照して実施例1を説明する。図2は試料メッシュの方向識別の説明図、図3は試料メッシュの構成例を示す図、図4は試料メッシュに試料を載置した状態を示す図である。観察、分析する薄膜試料片が設置された試料メッシュを電子顕微鏡の試料室に搬入する前に、薄膜試料片が設置されていない試料メッシュ(図3)で、かつ薄膜試料片を探索する際の低倍率(数百倍)で取得した画像Iを準備し、コンピュータ
30のメモリ33に記憶しておく。
を算出することができる。試料メッシュ10は電子顕微鏡用の専用試料ホルダに取り付けるため、メッシュ自体が回転していることになる。画像Iの状態を基本位置とし、それに
対する回転角を算出する。
の画像を画像IIIとする。次に、画像Iから画像IIIの差分を算出する。この差分画像を画像IVとする。次に、画像Iと画像IVの差分画像を画像処理により作成し、この画像を画像V
とする。画像Vは、画像Iと画像IVではほぼ同じ階調の画素は、差分により0階調付近と
なり黒として表れ、大きく異なる階調の画素は差分の度合いが大きくなればなるほど白として表れる。即ち、黒以外で表われる画素の集合体が薄膜試料片候補となる。
の集合体の画素数の範囲を決めることができ、その範囲内の薄膜試料片候補を薄膜試料片と絞り込む。少なくても上述の条件を満たす画素の集合体を薄膜試料片と識別する。
中心部は多軸ステージ28がニュートラル時の高倍率観測を行なう場合の観察視野となる。そこで、画像IIIにおいて、画像の中心と各薄膜試料片1の重心位置との差(画素数)をX方向,Y方向ともに算出する。画像を取得した倍率は既知であるので、この画素数より観察視野中心位置と各薄膜試料片1との距離を算出することができる。ただし、電子光学系によっては、低倍率モードと高倍率モードで視野中心が変わる場合があり、その場合はその変化量が予め分かるので、補正量を予めメモリ33に記憶しておき、補正して観察視野中心と各薄膜試料片1との距離を算出する。
(実施例2)
図1〜図5を用いて実施例2を説明する。図5はシリコン基板の観察領域を示す図である。実施例2は、実施例1において、レシピ(手順)など予め電子顕微鏡の動作を予約し、予約された通り自動で動作することができる電子顕微鏡において、全ての薄膜試料片位置の認識から多軸ステージ移動を自動で行なうようにしたものである。
薄膜試料片を示しているので、薄膜試料片1のおおよその大きさを算出することができる。算出した薄膜試料片1の大きさから最適な観察倍率を自動判別し、観察倍率設定後にCCDカメラにより透過電子像を取得する。この画像を画像VIとする。薄膜試料片中の観察領域をCCDカメラの回転角を補正した状態で取得した画像(画像VIIとする)を予めコンピュータ30のメモリ33に登録しておき、画像VIと画像VIIIをパターンマッチングすることにより像の回転量を算出することができる。ここで算出した像の回転量をCCDカメラの回転角とし、CCDカメラを回転する。上述のCCDカメラ回転機能は、レシピ以外にも上述のUIからオペレータが動作を指示することができる。
(実施例3)
実施例3は、電子銃から放出された電子線を試料に照射するための照射電子光学系と、照射電子光学系内に電子線を走査して試料に照射する偏向器(図示せず)と、電子線走査を制御する制御ユニット(図示せず)と、試料をX方向(左右方向)、Y方向(上下方向)、Z方向(高さ方向)に移動させる試料移動機構と、試料を直交する2軸で傾斜可能な試料傾斜機構(図示せず)と、これら試料移動機構、及び試料傾斜機構の動作を制御する制御装置と、電子線を試料上に走査することにより発生する2次電子、反射電子、透過電子を検出する検出器(図示せず)と、検出した信号を走査信号と同期して画像化するユニット(図示せず)と、画像信号をコンピュータのメモリなどに記憶させる手段と、画像信号を解析するコンピュータを少なくとも有する電子顕微鏡において、試料移動機構や試料傾斜機構上に設置された試料メッシュ上に置かれた薄膜試料片の位置を低倍率像から自動で認識し、高倍率観察を行なう際に、その薄膜試料片が観察視野に入るように薄膜試料片座標を算出・記録し、薄膜試料片が観察視野に入るように多軸ステージが移動するようにしたものである。
0の画像を取得する。この画像を画像IIとする。
ートラル位置とする。
画像Iと画像IIをパターンマッチングすることにより、画像Iに対する画像IIの回転角
を算出することができる。試料メッシュ10は、電子顕微鏡用の専用試料ホルダに取り付けるため、メッシュ自体が回転している。画像Iの状態を基本位置とし、それに対する回
転角を算出する。
回転させる。この画像を画像IIIとする。そして、画像Iの平均輝度と画像IIIの平均輝度を算出して両者の平均輝度の差分を算出する。この差分を画像I又は画像IIIどちらかに加算し、画像全体の輝度を合わせる。ここでは説明のため、画像IIIに差分を加算し、差分を加算した後の画像を画像IVとする。
する。画像Vは、画像Iと画像IVでほぼ同じ階調の画素は、差分により0階調付近となり
黒として表れ、大きく異なる階調の画素は差分の度合いが大きくなればなるほど白として表われる。即ち、黒以外で表われる画素の集合体が薄膜試料片候補となる。
中心部は多軸ステージニュートラル時の高倍率観察を行なう場合の観察視野となる。
そこで、画像IIIにおいて、画像の中心と各薄膜試料片の重心位置との差(画素数)をX方向,Y方向と共に算出する。画像を取得した倍率は既知であるので、この画素数より観察視野中心位置と各薄膜試料片との距離を算出することができる。ただし、電子光学系2,5によっては、低倍率モードと高倍率モードで視野中心が変わる場合があり、その場合はその変化量が予め分かるので、補正量を予めメモリ33に記憶しておき、補正して観察視野中心と各薄膜試料片との距離を算出する。
1)薄膜試料片の位置を自動的に認識することができる。低倍率の画像を1枚、又は数枚取得することにより、画像処理により薄膜試料片の位置を自動認識することができるためである。
2)薄膜試料片の位置をコンピュータに自動的に記憶することができ、簡単に目的の薄膜試料片が観察視野に入るように多軸ステージ移動することができる。薄膜試料片の位置情報は自動認識できるため、目的の薄膜試料片が観察視野に入るための多軸ステージ座標を数学的に算出することができるためである。
3)薄片試料像の回転補正を自動で行なうことができる。目的の薄膜試料片の回転補正済み画像を予めコンピュータに登録しておくことにより、回転補正前の画像とパターンマッチングを行ない、像の回転量を算出することができるためである。
4)薄膜試料片を探索する時間を短縮することができ、低倍率時の対物レンズのオフ状態も短縮することができる。薄膜試料片を探索するには、低倍率で探す必要があるが、試料メッシュ上に薄膜試料片が複数設置された場合は非常に時間がかかる。そこで、本発明では、低倍率の画像を1枚又は複数枚取得することにより、薄膜試料片を探索可能であるので、短時間で完了できるためである。また、低倍率モードは電子光学系の特性から対物レンズをオフして実現することが多い。低倍率状態を長時間続けると、対物レンズの温度変化量が増加し、高倍率モードに変更後にフォーカスのドリフト、倍率(測長)誤差の原因となるため、本発明は非常に有効である。
21 電子銃
22 照射電子光学系
23 試料
24 試料台
25 結像電子光学系
26 像取得装置
28 試料移動機構
30 コンピュータ
31 試料位置補正部
32 解析部
33 メモリ
34 像表示機構
Claims (7)
- 電子線を出射する電子線源と、
電子線の電流量を調整する照射レンズ系と、
試料を保持する試料台と、
該試料台を動作させる多軸ステージと、
該多軸ステージの移動を制御する制御ユニットと、
試料を透過した電子を拡大結像する結像レンズ系と、
電子線の軌道を修正するアライメント偏向器と、
前記レンズ系のレンズやアライメント偏向器を制御する制御ドライバと、
前記制御ユニットを制御するコンピュータと、
拡大結像した像をCCDカメラを用いてデジタル情報として取得する手段と、
前記デジタル情報をコンピュータに記憶する手段と、
前記デジタル情報をコンピュータで演算する手段と、
を少なくとも有する電子顕微鏡において、
低倍率像から試料メッシュ上に置かれた1つ若しくは複数の薄膜試料片位置を認識し、その薄膜試料片の重心座標を算出・記録することを特徴とする電子顕微鏡における薄膜試料位置認識装置。 - 前記薄膜試料片が設置されていない試料メッシュの電子顕微鏡像を予め倍率別にコンピュータに登録しておき、薄膜試料片が設置されている試料メッシュの電子顕微鏡像と前記薄膜試料片が設置されていない試料メッシュの薄膜試料片が設置されている試料メッシュの電子顕微鏡像と同じ倍率で取得した電子顕微鏡像とを画像処理し、薄膜試料片位置を算出することを特徴とする請求項1記載の電子顕微鏡における薄膜試料位置認識装置。
- 前記薄膜試料片の重心位置を算出し、薄膜試料片の重心座標情報から薄膜試料片を観察視野内に入るために必要な前記多軸ステージを移動するための移動量を算出し、オペレータの指示により、指示された薄膜試料片が観察視野内に入るように多軸ステージが移動することを特徴とする請求項1又は2記載の電子顕微鏡における薄膜試料位置認識装置。
- 認識した薄膜試料片について、位置情報や認識した際の画像情報をリストとしてユーザインタフェースに表示し、オペレータの指示により薄膜試料片が観察視野内に入るように多軸ステージが移動することを特徴とする請求項3記載の電子顕微鏡における薄膜試料位置認識装置。
- レシピで予め電子顕微鏡の動作を登録し、登録された通りで動作することができる電子顕微鏡において、全ての薄膜試料片位置の認識から多軸ステージ移動を行なうことを特徴とする請求項4記載の電子顕微鏡における薄膜試料位置認識装置。
- 前記薄膜試料片の像の回転補正された電子顕微鏡像Aを予めコンピュータに登録しておき、各薄膜試料片が観察視野に入るように多軸ステージが移動し、薄膜試料片の高倍率画像Bと前記画像Aとを画像処理により薄膜試料片の基準領域が水平となるように回転可能なCCDカメラの回転角を算出し、CCDカメラが回転することを特徴とする請求項1乃至5の何れか1項に記載の電子顕微鏡における薄膜試料位置認識装置。
- 電子線の電流量を調整する照射レンズ系内にある偏向器を用いて走査2次電子像、走査反射電子像、走査透過像を取得できる電子顕微鏡において、低倍率走査像により試料メッシュ上に置かれた1つ、若しくは複数の薄膜試料片位置を認識し、その薄膜試料片の重心座標を算出・記録し、かつ前記請求項2乃至5の動作を有し、薄膜試料片の回転補正された画像Aを予めコンピュータに登録しておき、各薄膜試料片が観察視野内に入るように自動的に多軸ステージが移動し、薄膜試料片の高倍率画像Bと画像Aとを画像処理により薄膜試料片の基準位置が水平となるように電子線を走査する方向の補正量を算出し、走査像を回転することを特徴とする電子顕微鏡における薄膜試料位置認識装置。
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