JP2021032706A - electronic microscope - Google Patents

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久 島
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Abstract

To provide an electron microscope that can do an operand observation.SOLUTION: An electron microscope 1 includes: an electronic characteristic measuring circuit 40, which detects a photoelectron as an electron emitted from a measurement sample 30 by irradiating the measurement sample 30 with light or radiation, generates an image of the measurement sample 30 on the basis of the detected electron, and flows a voltage or a current between a first electrode and a second electrode of an element part in the measurement sample 30; and a potential controller 44 for equalizing the potential of the second electrode and the potential of a holder 11 on which the measurement sample 30 is to be placed.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、電子顕微鏡に関する。 The present invention relates to an electron microscope.

光電子顕微鏡などの電子顕微鏡を用いて、例えば測定試料に含まれる素子に電流を流すなどして素子の特性を変化させている最中や、電気特性などの素子の特性を計測している最中に素子を観察（いわゆるオペランド観察）する技術が注目されている。 Using an electron microscope such as a photoemission electron microscope, for example, while changing the characteristics of an element by passing an electric current through the element contained in the measurement sample, or while measuring the characteristics of the element such as electrical characteristics. Attention is being paid to a technique for observing an element (so-called operand observation).

電子顕微鏡での電気特性の測定については、種々の技術が開発されている（特許文献１、５〜８、非特許文献１参照。）電子顕微鏡での観察においては、従来から、試料が帯電して観察に影響が出ることが知られている。素子の帯電については、電子顕微鏡に限らず、種々の対策技術が開発されている（特許文献１〜４参照）。 Various techniques have been developed for measuring electrical characteristics with an electron microscope (see Patent Documents 1, 5 to 8 and Non-Patent Document 1). Conventionally, a sample is charged in observation with an electron microscope. It is known that the observation is affected. Regarding the charging of the element, not only the electron microscope but also various countermeasure techniques have been developed (see Patent Documents 1 to 4).

特許文献１には、電子放出素子を評価する上で統一された測定システムを用いて、電子放出像の記録と電気特性の測定を実行し、かつデータ処理できる装置を提供するエミッション顕微鏡が開示されている。試料表面から放出された電子を結像するための電子レンズと結像された電子放出像を実時間で記録する手段とを有し、かつ該試料にパルス電圧を印加する手段と、このパルス信号の発生と前記電子放出像の取り込みとを同期させる手段が開示されている。 Patent Document 1 discloses an emission microscope that provides an apparatus capable of recording an electron emission image, measuring electrical characteristics, and processing data by using a unified measurement system for evaluating an electron emitting element. ing. A means for forming an electron lens emitted from a sample surface and a means for recording the formed electron emission image in real time, and a means for applying a pulse voltage to the sample, and a pulse signal thereof. The means for synchronizing the generation of the electron emission image with the uptake of the electron emission image is disclosed.

特許文献２には、光電子分光分析における試料のチャージアップ（帯電）の対策手法として、金の微粒子同士が電気的に絶縁されるように薄膜試料に金の微粒子を担持させて光電子分光測定し、測定結果に表れた金の光電子スペクトルと、バルクの金を光電子分光測定して得た光電子スペクトルを比較して、チャージアップにより生じる光電子スペクトルのシフトを補正することが開示されている。特許文献２では、このようにすることで、薄膜試料の表面に金の微粒子の代わりに金の薄膜を設けた場合と比較して、金の薄膜中の自由電子による光電子分光スペクトルへの影響を抑制できるので好ましいことが開示されている。 In Patent Document 2, as a countermeasure method for sample charge-up in photoelectron spectroscopy, photoelectron spectroscopy is performed by supporting gold fine particles on a thin film sample so that the gold fine particles are electrically insulated from each other. It is disclosed that the photoelectron spectrum of gold appearing in the measurement result is compared with the photoelectron spectrum obtained by photoelectron spectroscopy measurement of bulk gold to correct the shift of the photoelectron spectrum caused by charge-up. In Patent Document 2, by doing so, the influence of free electrons in the gold thin film on the photoelectron spectroscopy spectrum is affected as compared with the case where the gold thin film is provided on the surface of the thin film sample instead of the gold fine films. It is disclosed that it is preferable because it can be suppressed.

特許文献３には、Ｘ線光電子分光法において、導電性基板上に形成された絶縁性担体層に、粒子状に形成された試料を担持させることで、試料の帯電を抑制することが開示されている。 Patent Document 3 discloses that in X-ray photoelectron spectroscopy, charging of a sample is suppressed by supporting a sample formed in the form of particles on an insulating carrier layer formed on a conductive substrate. ing.

特許文献４には、光電子分光分析において、絶縁性の試料の上方に、試料から所定距離だけ離して金属メッシュを配置することで、金属メッシュの金属部に当たって発生した光電子の一部を用いて試料の表面に発生したチャージアップを除去することが開示されている。 In Patent Document 4, in photoelectron spectroscopic analysis, a metal mesh is placed above an insulating sample at a predetermined distance from the sample, and a part of the photoelectrons generated by hitting the metal portion of the metal mesh is used for the sample. It is disclosed to remove the charge-up generated on the surface of the.

電子顕微鏡内での試料の電気的特性評価方法として、試料に照射された電子の吸収を、試料に接続された配線の電流で検出する電子ビーム吸収電流法が知られている。特許文献５においてはその装置の構成、特許文献６においては、電子ビーム吸収電流の計測による抵抗変化素子の評価方法が開示されている。 As a method for evaluating the electrical characteristics of a sample in an electron microscope, an electron beam absorption current method is known in which the absorption of electrons irradiated to the sample is detected by the current of the wiring connected to the sample. Patent Document 5 discloses the configuration of the device, and Patent Document 6 discloses a method of evaluating a resistance changing element by measuring an electron beam absorption current.

具体的に、特許文献５には、電子顕微鏡内で試料の電気的特性を評価する技術が開示されている。特許文献５には、走査型電子顕微鏡において、測定対象物である半導体基板に電子ビームを照射し、測定試料から放出された２次電子を利用して半導体基板を観察すると共に、この電子ビームによって半導体基板に誘起された基板電流を測定し、基板電流から半導体基板に形成された微細構造の評価値を得る半導体検査装置が開示されている。特許文献５の半導体検査装置では、基板電流を増幅する電流増幅システムを備える電流測定装置が、半導体基板を載置するトレイ近傍に配置されており、半導体基板に流れる基板電流を、トレイを介して検出し、電流増幅システムにより増幅して測定するようになされている。 Specifically, Patent Document 5 discloses a technique for evaluating the electrical characteristics of a sample in an electron microscope. According to Patent Document 5, in a scanning electron microscope, a semiconductor substrate to be measured is irradiated with an electron beam, and the semiconductor substrate is observed by using the secondary electrons emitted from the measurement sample, and the electron beam is used to observe the semiconductor substrate. A semiconductor inspection apparatus is disclosed that measures a substrate current induced in a semiconductor substrate and obtains an evaluation value of a fine structure formed on the semiconductor substrate from the substrate current. In the semiconductor inspection device of Patent Document 5, a current measuring device including a current amplification system that amplifies the substrate current is arranged in the vicinity of a tray on which the semiconductor substrate is placed, and the substrate current flowing through the semiconductor substrate is transmitted through the tray. It is designed to be detected, amplified by a current amplification system, and measured.

特許文献６には、支配的に電流が流れる領域（フィラメントが形成されやすい領域）である局所領域の物理パラメータ（径φ、長さｌ、高抵抗状態での欠陥充填率ｐＨＲ、低抵抗状態での欠陥充填率ｐＬＲなど）が参照量である局所領域のモデルから理論的に導出される抵抗状態の分布である理論分布と、局所領域の抵抗状態を複数回変化させたときの各変化の後の抵抗状態の分布である測定分布とを比較し、理論分布と測定分布とが所定の度合いで合致するときに、物理パラメータの評価量を参照量に決定する抵抗変化素子の評価方法が開示されている。 Patent Document 6 describes the physical parameters of a local region (diameter φ, length l, defect filling rate pHR in a high resistance state, pHR in a low resistance state), which is a region in which a current flows predominantly (a region in which a filament is likely to be formed). The theoretical distribution, which is the distribution of the resistance state theoretically derived from the model of the local region where the defect filling rate pLR, etc. is the reference amount, and after each change when the resistance state of the local region is changed multiple times. Disclosed is an evaluation method of a resistance changing element that compares the measurement distribution, which is the distribution of the resistance state of, and determines the evaluation amount of the physical parameter as the reference amount when the theoretical distribution and the measurement distribution match to a certain degree. ing.

電子顕微鏡内での試料の電気的特性評価方法として、電子顕微鏡装置内で電子線を照射することにより試料内で発生した電子が、試料内部電界などでドリフトし、起電流として外部に取り出せることを応用した電子線誘起電流法が知られている。特許文献７に関してはその装置の構成、特許文献８においては、半導体素子に電位を印加して実動作状態とし、電子線を走査して２次電子像を得る評価解析方法が開示されている。 As a method for evaluating the electrical characteristics of a sample in an electron microscope, the electrons generated in the sample by irradiating an electron beam in the electron microscope device drift due to the electric field inside the sample and can be taken out as an electromotive current. The applied electron beam-induced current method is known. Patent Document 7 discloses a configuration of the device, and Patent Document 8 discloses an evaluation analysis method in which a potential is applied to a semiconductor element to bring it into an actual operating state, and an electron beam is scanned to obtain a secondary electron image.

具体的には、特許文献７には、金属製の２本のマイクロ探針を備え、当該マイクロ探針の位置を確認しながら２本のマイクロ探針を試料表面の所定位置にそれぞれ接触させ、一のマイクロ探針から他のマイクロ探針へと電流を流して試料の電気特性を測定できる走査型電子顕微鏡が開示されている。 Specifically, Patent Document 7 includes two metal microfinders, and while checking the positions of the microfinders, the two microfinders are brought into contact with each other at predetermined positions on the sample surface. A scanning electron microscope is disclosed that can measure the electrical characteristics of a sample by passing an electric current from one microfinder to another.

特許文献８には、走査型電子顕微鏡において、断面が上面となるように半導体素子をステージに載置し、先端径が数十ｎｍオーダーの複数のプローブを半導体素子の必要な箇所に接触させてプローブ間に所望の電圧を印加すると共に、半導体素子断面に対して電子線を照射し、半導体素子断面のドーパントプロファイルに応じた電位差を、２次電子検出器にて２次電子量として検出して画面上のコントラストとして可視化する半導体素子の解析装置が開示されている。 In Patent Document 8, in a scanning electron microscope, a semiconductor element is placed on a stage so that the cross section is on the upper surface, and a plurality of probes having a tip diameter on the order of several tens of nm are brought into contact with a necessary portion of the semiconductor element. A desired voltage is applied between the probes, an electron beam is irradiated to the cross section of the semiconductor device, and the potential difference according to the dopant profile of the cross section of the semiconductor device is detected as a secondary electron amount by a secondary electron detector. A semiconductor device analyzer that visualizes the contrast on the screen is disclosed.

非特許文献１には、レーザー励起光電子顕微鏡と半導体パラメータ・デバイス・アナライザを組み合わせ、超高真空中で抵抗変化メモリ（ReRAM：Resistive Random Access Memory）に電圧を印加しながら、光電子顕微鏡観測を行った実験結果が開示されている。電圧印加前後の電子顕微鏡の差分をとると、メモリ素子全体で光電子強度が増加し、素子のエッジに接した部分では光電子強度の低下がみられたことが報告されている。 In Non-Patent Document 1, a laser-excited photoemission electron microscope and a semiconductor parameter device analyzer were combined, and photoemission electron microscope observation was performed while applying a voltage to a resistance change memory (ReRAM: Resistive Random Access Memory) in an ultra-high vacuum. The experimental results are disclosed. Taking the difference between the electron microscopes before and after applying the voltage, it has been reported that the photoelectron intensity increased in the entire memory element and decreased in the portion in contact with the edge of the element.

特開２０００−２５１８２５号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2000-251825 特開２００９−１８０５９８号公報JP-A-2009-180598 特開２０１５−７５４７２号公報JP-A-2015-75472 特開２０１９−２７５０号公報JP-A-2019-2750 特開２０１０−１２３９３４号公報JP-A-2010-123934 特開２０１４−２０７０４６号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2014-207046 特開平１０−２１４５８４号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 10-214584 特開２００８−２１０９８７号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2008-210987

川北純平, 島久, 内藤泰久, 秋永広幸, 谷内敏之, 辛埴, “レーザー励起光電子顕微鏡によるReRAM の化学状態の非破壊operando 観測”,第65回応用物理学会春季学術講演会予稿集, p.05-084 (2018).Junpei Kawakita, Hisashi Shima, Yasuhisa Naito, Hiroyuki Akinaga, Toshiyuki Taniuchi, Shinto, "Non-destructive operando observation of chemical state of ReRAM by laser-excited photoemission electron microscope", Proceedings of the 65th JSAP Spring Meeting, p. 05-084 (2018).

ここで、電子顕微鏡を用いてオペランド観察するにあたっては、観察対象となる素子の電気的特性が変化する過渡現象の観察が求められているが、過渡現象を観察するためには、電子顕微鏡体内における試料への電圧印加の制御手法や、試料に電圧を印加する際の放電、試料自身の帯電など解決すべき問題がある。 Here, when observing the operand using an electron microscope, it is required to observe a transient phenomenon in which the electrical characteristics of the element to be observed change, but in order to observe the transient phenomenon, the inside of the electron microscope is used. There are problems to be solved such as a control method of applying a voltage to the sample, a discharge when applying a voltage to the sample, and charging of the sample itself.

特許文献１に開示されている電子顕微鏡においては、試料に流れる電流等の電気信号の検出を電子放出像の取り込みと同期させる手段は開示されているが、電子顕微鏡体内で試料を観察し易くするために試料に印加する電圧や、試料の電気特性評価用の電圧などの試料への電圧印加の制御方法については開示されていない。 In the electron microscope disclosed in Patent Document 1, a means for synchronizing the detection of an electric signal such as a current flowing through the sample with the capture of the electron emission image is disclosed, but the sample can be easily observed in the electron microscope. Therefore, the method of controlling the voltage applied to the sample, such as the voltage applied to the sample and the voltage for evaluating the electrical characteristics of the sample, is not disclosed.

また、特許文献２〜４には、試料の帯電対策については開示されているが、試料の過渡現象を観察するための他の手法については開示されていない。 Further, Patent Documents 2 to 4 disclose measures against charge of the sample, but do not disclose other methods for observing the transient phenomenon of the sample.

特許文献５〜８においては、電子顕微鏡内での試料の電気的特性評価方法が開示されているが、特許文献１と同様に、電子顕微鏡体内で試料を観察しやすくするために試料に印加する電圧や、試料の電気特性評価用の電圧などの電圧制御方法については開示されていない。 Patent Documents 5 to 8 disclose a method for evaluating the electrical characteristics of a sample in an electron microscope, but as in Patent Document 1, the sample is applied to the sample in order to make it easier to observe the sample in the electron microscope. A voltage control method such as a voltage or a voltage for evaluating the electrical characteristics of a sample is not disclosed.

また、非特許文献１にて、試料のオペランド観察による電気的特性評価に関して、半導体デバイスパラメータアナライザと光電子顕微鏡とを組み合わせることが開示されているが、試料における電気的特性が変化する過渡現象の顕微鏡像を取得してオペランド観察を実現するための具体的な方策は開示されていない。 Further, Non-Patent Document 1 discloses that a semiconductor device parameter analyzer and a photoemission electron microscope are combined for evaluation of electrical characteristics by observing sample operands, but a microscope for a transient phenomenon in which electrical characteristics in a sample change. No specific measures for acquiring an image and realizing operand observation are disclosed.

このように、特許文献１〜８及び非特許文献１のいずれにおいても、電子顕微鏡においてオペランド観察を実現するための問題については解決されていない。 As described above, neither Patent Documents 1 to 8 nor Non-Patent Documents 1 have solved the problem of realizing operand observation with an electron microscope.

そこで、本発明は、オペランド観察できる電子顕微鏡を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide an electron microscope capable of observing operands.

本発明の電子顕微鏡は、光又は放射線を測定試料に照射することで前記測定試料から出射した電子を検出し、検出した前記電子に基づいて前記測定試料の画像を生成する電子顕微鏡であって、前記測定試料に含まれる素子部の第１電極と第２電極の間に電圧を印加する又は電流を流す電気特性測定回路と、前記第１電極又は前記第２電極の電位と、前記測定試料を載置するホルダの電位とを等電位にする電位制御装置とを備える。 The electron microscope of the present invention is an electron microscope that detects electrons emitted from the measurement sample by irradiating the measurement sample with light or radiation and generates an image of the measurement sample based on the detected electrons. An electrical characteristic measurement circuit for applying a voltage or passing a current between the first electrode and the second electrode of the element portion included in the measurement sample, the potential of the first electrode or the second electrode, and the measurement sample. It is provided with a potential control device that equalizes the potential of the holder on which it is placed.

本発明によれば、素子部の第１電極又は第２電極の電位と、測定試料を載置するホルダの電位とを等電位にすることで、電子顕微鏡での測定試料の観察中に、電気特性測定回路により測定試料の素子部に印加する電圧又は流す電流を制御でき、電圧や電流を測定できる。そのため、測定試料の素子部を観察中に、素子部に電圧を印加する又は電流を流すことにより素子部の電気特性を変化させたり、電気特性を測定しつつ、電子顕微鏡にて測定試料を観察できるので、測定試料をオペランド観察できる。 According to the present invention, by making the potential of the first electrode or the second electrode of the element portion equal to the potential of the holder on which the measurement sample is placed, electricity can be obtained during observation of the measurement sample with an electron microscope. The characteristic measurement circuit can control the voltage applied to the element portion of the measurement sample or the current flowing through it, and can measure the voltage and current. Therefore, while observing the element part of the measurement sample, the electrical characteristics of the element part can be changed by applying a voltage or passing a current to the element part, or the measurement sample can be observed with an electron microscope while measuring the electrical characteristics. Therefore, the measurement sample can be observed as an operand.

本発明の実施形態の電子顕微鏡を示す概略図である。It is the schematic which shows the electron microscope of embodiment of this invention. 本発明の実施形態の測定試料を示す概略図である。It is the schematic which shows the measurement sample of embodiment of this invention. 本発明の実施形態の測定試料の素子部の断面を示す概略図である。It is the schematic which shows the cross section of the element part of the measurement sample of embodiment of this invention. 本発明の変形例１の測定試料を示す概略図である。It is the schematic which shows the measurement sample of the modification 1 of this invention. 本発明の変形例２の測定試料を示す概略図である。It is the schematic which shows the measurement sample of the modification 2 of this invention. 本発明の変形例３の測定試料を示す概略図である。It is the schematic which shows the measurement sample of the modification 3 of this invention. 本発明の変形例５の電流を流す方法を説明する図である。It is a figure explaining the method of passing the electric current of the modification 5 of this invention. 本発明の変形例６の電子顕微鏡を示す概略図である。It is the schematic which shows the electron microscope of the modification 6 of this invention. 本発明の変形例１１の電子顕微鏡の一部構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the partial structure of the electron microscope of the modification 11 of this invention. 本発明の変形例１０の電位制御装置を示す概略図である。It is the schematic which shows the potential control apparatus of the modification 10 of this invention. 検証実験で観察した抵抗変化メモリの素子部を示す画像である。It is an image which shows the element part of the resistance change memory observed in the verification experiment. 検証実験で測定した素子部の電流電圧特性を示すグラフである。It is a graph which shows the current-voltage characteristic of an element part measured in a verification experiment. 図１２に示した電流電圧特性各点における変化分の画像である。It is an image of the change in each point of the current-voltage characteristic shown in FIG.

（１）本発明の概要
本発明の電子顕微鏡は、光又は放射線を測定試料に照射することで測定試料から出射した電子を検出し、検出した電子に基づいて測定試料の画像を生成する電子顕微鏡であって、測定試料に含まれる素子部の第１電極と第２電極の間に電圧を印加する又は電流を流す電気特性測定回路と、第１電極又は第２電極の電位と、測定試料を載置するホルダの電位とを等電位にする電位制御装置とを備えることで、オペランド観察できるようにしたものである。本発明は、例えば、レーザー光やＸ線を測定試料に照射して測定試料から出射した光電子を検出して測定試料を観察する光電子顕微鏡、電子線を測定試料に照射して測定試料から出射した２次電子を検出して測定試料を観察する走査型電子顕微鏡、電子線を測定試料に照射して測定試料を透過することで測定試料から出射した電子を検出して測定試料を観察する透過型電子顕微鏡などに適用できる。 (1) Outline of the present invention The electron microscope of the present invention is an electron microscope that detects electrons emitted from a measurement sample by irradiating the measurement sample with light or radiation and generates an image of the measurement sample based on the detected electrons. Therefore, the electrical characteristic measurement circuit for applying a voltage or passing a current between the first electrode and the second electrode of the element portion included in the measurement sample, the potential of the first electrode or the second electrode, and the measurement sample are used. By providing a potential control device that equalizes the potential of the holder on which it is placed, the operand can be observed. In the present invention, for example, a photoelectron microscope that irradiates a measurement sample with laser light or X-ray to detect photoelectrons emitted from the measurement sample and observes the measurement sample, or irradiates the measurement sample with an electron beam to emit the measurement sample. Scanning electron microscope that detects secondary electrons and observes the measurement sample, transmission type that detects the electrons emitted from the measurement sample by irradiating the measurement sample with an electron beam and permeates the measurement sample, and observes the measurement sample. It can be applied to electron microscopes and the like.

本明細書では、光電子顕微鏡に適用し、光電子顕微鏡により測定試料として抵抗変化メモリを観察する場合を例として、本発明の電子顕微鏡を説明する。抵抗変化メモリは、電圧の印加により抵抗値が変化する。抵抗変化メモリは、遷移金属酸化物などの酸化物層を下部電極と上部電極とで挟んだ構造をしており、セットプロセスで上部電極と下部電極の間に電圧を印加することにより酸化物層内に電流誘起酸化・還元反応などによる導電パス（フィラメント）が形成され低抵抗状態となる素子である。また、この抵抗変化メモリは、リセットプロセスで電極間に調整された電圧を印加することにより抵抗変化層内の導電パスが電流誘起酸化・還元反応などによって断裂し高抵抗状態となる素子である。抵抗変化メモリは、例えば、低抵抗状態を０、高抵抗状態を１に対応させ、このサイクルの繰り返しによって、０と１を繰り返し記憶する。 In this specification, the electron microscope of the present invention will be described as an example of a case where the resistance change memory is observed as a measurement sample by the photoemission electron microscope when applied to a photoemission electron microscope. The resistance value of the resistance change memory changes when a voltage is applied. The resistance change memory has a structure in which an oxide layer such as a transition metal oxide is sandwiched between a lower electrode and an upper electrode, and the oxide layer is applied by applying a voltage between the upper electrode and the lower electrode in a set process. It is an element in which a conductive path (filament) is formed by a current-induced oxidation / reduction reaction and the like, resulting in a low resistance state. Further, this resistance change memory is an element in which the conductive path in the resistance change layer is torn by a current-induced oxidation / reduction reaction or the like by applying a voltage adjusted between the electrodes in the reset process, resulting in a high resistance state. The resistance change memory, for example, corresponds to 0 in the low resistance state and 1 in the high resistance state, and repeatedly stores 0 and 1 by repeating this cycle.

（２）本発明の実施形態の電子顕微鏡の全体構成
本実施形態の電子顕微鏡は、測定試料から出射した電子として光電子を検出して測定試料を観察するレーザー光電子顕微鏡である。図１に示すように、本実施形態の電子顕微鏡１は、レーザー光源２と、波長板３と、集光レンズ４及び対物レンズ６で構成される照射レンズ系と、ビームセパレータ５と、チャンバー１０と、高圧電源１４と、投影電子レンズ系２４と、電子ビーム検出器２５とを備えている。電子顕微鏡１は、さらに、電気特性測定回路４０と、電位制御装置４４と、制御装置５０を備えている。 (2) Overall Configuration of Electron Microscope of the Embodiment of the Present Invention The electron microscope of the present embodiment is a laser photoelectron microscope that detects photoelectrons as electrons emitted from the measurement sample and observes the measurement sample. As shown in FIG. 1, the electron microscope 1 of the present embodiment includes a laser light source 2, a wave plate 3, an irradiation lens system including a condenser lens 4 and an objective lens 6, a beam separator 5, and a chamber 10. A high-voltage power supply 14, a projection electron lens system 24, and an electron beam detector 25 are provided. The electron microscope 1 further includes an electrical characteristic measurement circuit 40, a potential control device 44, and a control device 50.

電子顕微鏡１は、レーザー光源２で生成されたＣＷ（Continuous Wave）レーザー７を、チャンバー１０内に配置された測定試料３０に照射レンズ系を介して照射し、測定試料３０から光電子を放出させる。電子顕微鏡１は、当該光電子をビームセパレータ５で投影電子レンズ系２４の方向へ分離し、投影電子レンズ系２４で光電子を電子ビーム検出器２５に投影する。電子顕微鏡１は、投影された光電子を電子ビーム検出器２５で検出し、検出した光電子の強度に基づいて制御装置５０で測定試料３０の画像を生成する。本実施形態の測定試料３０は抵抗変化メモリであり、その構成は後述する。 The electron microscope 1 irradiates the measurement sample 30 arranged in the chamber 10 with the CW (Continuous Wave) laser 7 generated by the laser light source 2 through the irradiation lens system, and emits photoelectrons from the measurement sample 30. The electron microscope 1 separates the photoelectrons in the direction of the projected electron lens system 24 by the beam separator 5, and projects the photoelectrons onto the electron beam detector 25 by the projected electron lens system 24. The electron microscope 1 detects the projected photoelectrons with the electron beam detector 25, and generates an image of the measurement sample 30 with the control device 50 based on the detected photoelectron intensity. The measurement sample 30 of this embodiment is a resistance change memory, and its configuration will be described later.

続いて、電子顕微鏡１の各構成要素について説明する。レーザー光源２は、ＣＷレーザー７を生成するレーザー発振器である。ＣＷレーザー７の波長は、ＣＷレーザー７の照射により測定試料３０から光電子が放出されるように、ＣＷレーザー７のエネルギーｈνが測定試料３０の仕事関数φよりも高くなるように選定している。より具体的には、測定試料３０の観察領域の最表層（例えば、測定試料３０に含まれる素子部を観察したい場合は、当該素子部の最表層）を構成する材料の仕事関数φよりも高くなるようにする。本実施形態の場合、レーザー光源２は、波長が２６６ｎｍ（エネルギーｈν＝４．６６ｅＶ）のＣＷレーザー７を生成する。波長板３は、ＣＷレーザー７の偏光を、直線偏光と左右円偏光とに切替えるための素子である。通常は、波長板３によりＣＷレーザー７を直線偏光とするが、磁気円二色性を利用して測定試料３０の磁気特性を測定する場合、波長板３によりＣＷレーザー７を左右円偏光とする。 Subsequently, each component of the electron microscope 1 will be described. The laser light source 2 is a laser oscillator that produces a CW laser 7. The wavelength of the CW laser 7 is selected so that the energy hν of the CW laser 7 is higher than the work function φ of the measurement sample 30 so that photoelectrons are emitted from the measurement sample 30 by the irradiation of the CW laser 7. More specifically, it is higher than the work function φ of the material constituting the outermost layer of the observation region of the measurement sample 30 (for example, when observing the element portion included in the measurement sample 30, the outermost layer of the element portion). To be. In the case of the present embodiment, the laser light source 2 generates a CW laser 7 having a wavelength of 266 nm (energy hν = 4.66 eV). The wave plate 3 is an element for switching the polarized light of the CW laser 7 between linearly polarized light and left and right circularly polarized light. Normally, the CW laser 7 is linearly polarized by the wave plate 3, but when measuring the magnetic characteristics of the measurement sample 30 using magnetic circular dichroism, the CW laser 7 is horizontally polarized by the wave plate 3. ..

照射レンズ系は、集光レンズ４でＣＷレーザー７を対物レンズ６に集光し、対物レンズ６でＣＷレーザー７を測定試料３０の表面に集光して、ＣＷレーザー７を測定試料３０に照射させる。対物レンズ６は、測定試料３０の表面近傍に焦点位置が来るように配置されている。集光レンズ４、対物レンズ６は、公知のレンズであり、ＣＷレーザー７の照射領域、すなわち、測定試料３０において観察したい領域のサイズなどに応じて適宜選定することができる。 In the irradiation lens system, the CW laser 7 is focused on the objective lens 6 by the condenser lens 4, the CW laser 7 is focused on the surface of the measurement sample 30 by the objective lens 6, and the CW laser 7 is irradiated on the measurement sample 30. Let me. The objective lens 6 is arranged so that the focal position comes near the surface of the measurement sample 30. The condenser lens 4 and the objective lens 6 are known lenses, and can be appropriately selected according to the size of the irradiation region of the CW laser 7, that is, the region to be observed in the measurement sample 30 and the like.

チャンバー１０は、気密性が高い構造をした容器であり、図示しないターボ分子ポンプなどの真空ポンプが接続されている。チャンバー１０は、真空ポンプにより、内部空間を所定真空度（例えば、１．０×１０−５〜１０−１１Ｔｏｒｒ）にされる。チャンバー１０内には、測定試料３０を保持するホルダ１１と対物レンズ６とが配置されている。測定試料３０は、チャンバー１０内のホルダ１１の載置面１１ａに載置され、固定具によって固定される。測定試料３０は、ビームセパレータ５を通過してチャンバー１０に入射したＣＷレーザー７が対物レンズ６を介して測定試料３０の表面に垂直に照射される。なお、本実施形態の場合、チャンバー１０とビームセパレータ５とが接続されており、ビームセパレータ５に対物レンズ６が固定されているが、図１では便宜上、ビームセパレータ５と対物レンズ６とを別体の構成として示している。ホルダ１１には図示しない駆動機構が接続されており、駆動機構によりホルダ１１を互いに直交する３軸方向に移動させることができる。本実施形態の場合、ホルダ１１は、測定試料３０を載置する載置面１１ａがＣＷレーザー７の光軸と直交するように配置されている。また、チャンバー１０は、測定試料に接続された配線を外部に引き出す窓部（不図示）や端子（不図示）などが設けられていてもよい。 The chamber 10 is a container having a highly airtight structure, and is connected to a vacuum pump such as a turbo molecular pump (not shown). The internal space of the chamber 10 is evacuated to a predetermined degree of vacuum (for example, 1.0 × 10-5 to 10-11 Torr) by a vacuum pump. A holder 11 for holding the measurement sample 30 and an objective lens 6 are arranged in the chamber 10. The measurement sample 30 is placed on the mounting surface 11a of the holder 11 in the chamber 10 and fixed by a fixture. In the measurement sample 30, the CW laser 7 that has passed through the beam separator 5 and is incident on the chamber 10 is vertically irradiated to the surface of the measurement sample 30 via the objective lens 6. In the case of the present embodiment, the chamber 10 and the beam separator 5 are connected, and the objective lens 6 is fixed to the beam separator 5, but in FIG. 1, the beam separator 5 and the objective lens 6 are separated for convenience. It is shown as the composition of the body. A drive mechanism (not shown) is connected to the holder 11, and the holder 11 can be moved in three axial directions orthogonal to each other by the drive mechanism. In the case of the present embodiment, the holder 11 is arranged so that the mounting surface 11a on which the measurement sample 30 is placed is orthogonal to the optical axis of the CW laser 7. Further, the chamber 10 may be provided with a window portion (not shown), a terminal (not shown), or the like that draws out the wiring connected to the measurement sample to the outside.

このようなチャンバー１０内で測定試料３０の表面にＣＷレーザー７が照射されると、ＣＷレーザー７のエネルギーｈνが測定試料３０の最表層の仕事関数φよりも高くなるようにＣＷレーザー７の波長が選定されているので、測定試料３０において光電効果が生じ、測定試料３０の電子が励起されて測定試料３０から光電子が放出される。ＣＷレーザー７が照射された領域から多数の光電子が放出されるので、本明細書では、放出された多数の光電子をまとめて電子ビーム２７と称する。 When the surface of the measurement sample 30 is irradiated with the CW laser 7 in such a chamber 10, the wavelength of the CW laser 7 is such that the energy hν of the CW laser 7 becomes higher than the work function φ of the outermost layer of the measurement sample 30. Is selected, a photoelectric effect occurs in the measurement sample 30, electrons in the measurement sample 30 are excited, and photoelectrons are emitted from the measurement sample 30. Since a large number of photoelectrons are emitted from the region irradiated with the CW laser 7, the large number of emitted photoelectrons are collectively referred to as an electron beam 27 in the present specification.

さらに電子顕微鏡１は、測定試料３０に対して光電子を放出し易くする高電圧を印加する高圧電源１４を備えている。高圧電源１４は、負極側が導線４５によってホルダ１１に接続され、正極側がグラウンドＧに接地され、負の高電圧をホルダ１１に印加するように構成されている。これにより、ホルダ１１に高電圧が印加されることで、ホルダ１１に保持された測定試料３０にも高電圧が印加される。高圧電源１４は、例えば、−２０ｋＶ程度の高電圧を出力できる一般的な電源である。電子顕微鏡１は、高圧電源１４が測定試料３０に高電圧を印加することにより、測定試料３０とビームセパレータ５や対物レンズ６との間に電界を生じさせ、この電界により、測定試料３０から光電子を放出し易くすると共に、放出された光電子をビームセパレータ５へ加速し、光電子をビームセパレータ５へ引き込むようにしている。 Further, the electron microscope 1 includes a high-voltage power supply 14 that applies a high voltage that facilitates the emission of photoelectrons to the measurement sample 30. The high-voltage power supply 14 is configured such that the negative electrode side is connected to the holder 11 by a lead wire 45, the positive electrode side is grounded to the ground G, and a negative high voltage is applied to the holder 11. As a result, the high voltage is applied to the holder 11, and the high voltage is also applied to the measurement sample 30 held in the holder 11. The high-voltage power supply 14 is, for example, a general power supply capable of outputting a high voltage of about −20 kV. In the electron microscope 1, the high-voltage power supply 14 applies a high voltage to the measurement sample 30 to generate an electric field between the measurement sample 30 and the beam separator 5 and the objective lens 6, and the electric field causes photoelectrons from the measurement sample 30. The emitted photoelectrons are accelerated to the beam separator 5 and the photoelectrons are drawn into the beam separator 5.

ビームセパレータ５は、電子ビーム２７が入射すると、電子ビーム２７を偏向させ、ＣＷレーザー７のパスと電子ビーム２７のパスとを分離させる。ビームセパレータ５は、偏向した電子ビーム２７を、出射口に接続された投影電子レンズ系２４に入射させる。 When the electron beam 27 is incident, the beam separator 5 deflects the electron beam 27 and separates the path of the CW laser 7 and the path of the electron beam 27. The beam separator 5 causes the deflected electron beam 27 to enter the projection electron lens system 24 connected to the exit port.

投影電子レンズ系２４は、複数の電子レンズで構成されており、入射した電子ビーム２７を電子ビーム検出器２５に投影する。電子ビーム検出器２５は、２次元の光電子検出器であり、投影された電子ビーム２７の光電子を検出する。電子ビーム検出器２５は、検出した光電子の強度を電子データに変換する。制御装置５０は、電子ビーム検出器２５と、後述する電気特性測定回路４０に接続されている。制御装置５０は、電子ビーム検出器２５から光電子の強度の電子データを取得し、当該電子データから画像を生成し、測定試料３０の画像を生成する。電子ビーム検出器２５は、測定試料３０から光電子が放出されている間中、電子ビーム２７が投影されており、投影された電子ビーム２７の光電子の強度の電子データを生成し続ける。そのため、制御装置５０は、電子ビーム検出器２５から光電子の強度の電子データを連続して生成できるので、連続して画像を生成して動画を作成することもできる。本実施形態では、制御装置５０は、ＰＣ（パーソナルコンピュータ）である。制御装置５０は、ＰＣの記憶装置に画像を保存させたり、画像をＰＣのモニタに表示して電子顕微鏡１の操作者に確認させたりできる。なお、制御装置５０は、ＰＣで実行可能なソフトウエアによって実現されてもよく、専用のハードウエアとして構成されてもよく、専用のハードウエアに搭載されたプロセッサで実行可能なプログラムとして構成されてもよい。 The projection electron lens system 24 is composed of a plurality of electron lenses, and projects the incident electron beam 27 onto the electron beam detector 25. The electron beam detector 25 is a two-dimensional photoelectron detector and detects the photoelectrons of the projected electron beam 27. The electron beam detector 25 converts the detected photoelectron intensity into electronic data. The control device 50 is connected to the electron beam detector 25 and the electrical characteristic measurement circuit 40 described later. The control device 50 acquires electronic data of the photoelectron intensity from the electron beam detector 25, generates an image from the electronic data, and generates an image of the measurement sample 30. The electron beam detector 25 projects the electron beam 27 while the photoelectrons are emitted from the measurement sample 30, and continues to generate electronic data of the photoelectron intensity of the projected electron beam 27. Therefore, since the control device 50 can continuously generate electronic data of the photoelectron intensity from the electron beam detector 25, it is also possible to continuously generate an image to create a moving image. In this embodiment, the control device 50 is a PC (personal computer). The control device 50 can store an image in a storage device of a PC, or display the image on a monitor of a PC so that the operator of the electron microscope 1 can check the image. The control device 50 may be realized by software that can be executed by a PC, may be configured as dedicated hardware, or may be configured as a program that can be executed by a processor mounted on the dedicated hardware. May be good.

電気特性測定回路４０は、測定試料３０と接続されており、後述する測定試料３０の素子部に電圧を印加する又は電流を流すことにより素子部３１の電気特性を変化させたり、電気特性を測定したりできる。電気特性測定回路４０は、電圧を出力する又は電流を流す機能と電圧及び電流の少なくとも１つを測定できる機能を有していれば、その構成は特に限定されない。本実施形態の場合、電気特性測定回路４０はソースメジャーユニットであり、上記の制御装置５０によって制御される。 The electrical characteristic measurement circuit 40 is connected to the measurement sample 30, and changes the electrical characteristics of the element portion 31 or measures the electrical characteristics by applying a voltage or passing a current to the element portion of the measurement sample 30 described later. You can do it. The configuration of the electrical characteristic measuring circuit 40 is not particularly limited as long as it has a function of outputting a voltage or passing a current and a function of measuring at least one of the voltage and the current. In the case of the present embodiment, the electrical characteristic measurement circuit 40 is a source measure unit and is controlled by the control device 50 described above.

ここで、本発明の実施形態の電子顕微鏡１で観察する測定試料３０について、図２、図３を参照して説明する。本実施形態では、測定試料３０は、２つの素子部３１ａ、３１ｂを有する抵抗変化メモリである。図２の左図は、測定試料３０の上面図であり、図２の右図は、左図中の領域Ｊ１を拡大して示す図である。図２に示すように、測定試料３０は、表面が絶縁性を有する基板３２上に形成されており、第１電極としての上部電極３５ａ、３５ｂと、第２電極としての下部電極３３と、２つの素子部３１ａ、３１ｂと、放電防止マスク３８を備える。下部電極３３は、基板３２上に形成され、２つの五角形状に形成された電極基部が頂点同士向かい合って対向配置され、頂点同士が細線部によって接続された形状をしている。下部電極３３は、電極基部が同形状に形成された放電防止マスク３８でほぼ覆われており、細線部上に酸化物層（図２に不図示）が形成されている。下部電極３３の形状は、導線が引き出せる程度の面積を有する領域（例えば上記の電極基部）と、後述の素子部を構成する領域（例えば上記の細線部）が設けられていればその形状は特に限定されないが、図２に示すように、電子顕微鏡１による観察部位において、上部電極３５ａ、３５ｂの電極基部３７ａ、３７ｂ及び細線部３６ａ、３６ｂを中心に下部電極３３が対称的に形成されることが好ましい。放電防止マスク３８は、導電性金属で形成されており、ホルダ１１と等電位となっている。放電防止マスク３８は、上部電極３５ａ、３５ｂ及び下部電極３３の内、帯電しやすい材料で形成された電極（ここでは導電性の低い電極）を覆うようにする。これにより、放電しやすい材料の露出が減り、放電が生じることを抑制できる。本実施形態では、放電防止マスク３８は、下部電極３３の表面に形成されており、下部電極３３に接続する導線は、放電防止マスク３８の表面から引き出される。 Here, the measurement sample 30 to be observed with the electron microscope 1 of the embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 2 and 3. In the present embodiment, the measurement sample 30 is a resistance change memory having two element portions 31a and 31b. The left figure of FIG. 2 is a top view of the measurement sample 30, and the right figure of FIG. 2 is an enlarged view of the region J1 in the left figure. As shown in FIG. 2, the measurement sample 30 is formed on a substrate 32 having an insulating surface, and has upper electrodes 35a and 35b as first electrodes and lower electrodes 33 and 2 as second electrodes. It includes two element portions 31a and 31b and a discharge prevention mask 38. The lower electrode 33 is formed on the substrate 32, and the electrode bases formed in two pentagonal shapes are arranged so as to face each other with the vertices facing each other, and the vertices are connected to each other by a thin wire portion. The lower electrode 33 is substantially covered with a discharge prevention mask 38 having an electrode base formed in the same shape, and an oxide layer (not shown in FIG. 2) is formed on a thin line portion. The shape of the lower electrode 33 is particularly large if a region having an area where the lead wire can be pulled out (for example, the electrode base portion described above) and a region constituting the element portion described later (for example, the thin wire portion described above) are provided. Although not limited, as shown in FIG. 2, the lower electrode 33 is symmetrically formed around the electrode bases 37a and 37b and the thin wire portions 36a and 36b of the upper electrodes 35a and 35b at the observation site by the electron microscope 1. Is preferable. The discharge prevention mask 38 is made of a conductive metal and has the same potential as the holder 11. The discharge prevention mask 38 covers the electrodes (here, electrodes having low conductivity) made of a material that is easily charged among the upper electrodes 35a and 35b and the lower electrodes 33. As a result, the exposure of the material that is easily discharged can be reduced, and the occurrence of discharge can be suppressed. In the present embodiment, the discharge prevention mask 38 is formed on the surface of the lower electrode 33, and the lead wire connected to the lower electrode 33 is drawn from the surface of the discharge prevention mask 38.

上部電極３５ａ、３５ｂは、電極基部３７ａ、３７ｂと、細線部３６ａ、３６ｂとで構成されている。電極基部３７ａと電極基部３７ｂは、基板３２上に、下部電極３３と電気的に絶縁された状態で、下部電極３３を挟んで対向配置されている。上部電極３５ａ、３５ｂ及び下部電極３３とで、基板３２の表面をほぼ覆っている。細線部３６ａは、細線形状の部材であり、下部電極３３の細線部と交差し、かつ、上部電極３５ｂと接触しないように、上部電極３５ａの電極基部３７ａから突出して配置されている。そして、細線部３６ａが下部電極３３の細線部において、酸化物層上に配置されるので、図３に示すように、基板３２に隣接して、下部電極３３、酸化物層３４、上部電極３５ａがこの順に形成されて素子部３１ａが形成される。素子部３１ｂについても同様である。 The upper electrodes 35a and 35b are composed of electrode bases 37a and 37b and thin wire portions 36a and 36b. The electrode base portion 37a and the electrode base portion 37b are arranged on the substrate 32 so as to face each other with the lower electrode 33 interposed therebetween in a state of being electrically insulated from the lower electrode 33. The upper electrodes 35a and 35b and the lower electrode 33 substantially cover the surface of the substrate 32. The thin wire portion 36a is a thin wire-shaped member, and is arranged so as to project from the electrode base portion 37a of the upper electrode 35a so as to intersect the fine wire portion of the lower electrode 33 and not come into contact with the upper electrode 35b. Then, since the thin wire portion 36a is arranged on the oxide layer in the thin wire portion of the lower electrode 33, as shown in FIG. 3, the lower electrode 33, the oxide layer 34, and the upper electrode 35a are adjacent to the substrate 32. Are formed in this order to form the element portion 31a. The same applies to the element unit 31b.

このように、本実施形態では、上部電極３５ａ（細線部３６ａ）／酸化物層３４／下部電極３３で構成される素子部３１ａと、上部電極３５ｂ（細線部３６ｂ）／酸化物層３４／下部電極３３で構成される素子部３１ｂとの２つの素子部を有している。なお、本実施形態では、素子部３１ａと素子部３１ｂは、酸化物層３４と下部電極３３を共有しているが、酸化物層３４、下部電極３３を素子毎に個別に設けてもよい。 As described above, in the present embodiment, the element portion 31a composed of the upper electrode 35a (thin wire portion 36a) / oxide layer 34 / lower electrode 33 and the upper electrode 35b (thin wire portion 36b) / oxide layer 34 / lower portion. It has two element portions with an element portion 31b composed of electrodes 33. In the present embodiment, the element portion 31a and the element portion 31b share the oxide layer 34 and the lower electrode 33, but the oxide layer 34 and the lower electrode 33 may be provided individually for each element.

本実施形態では、基板３２は、表面に酸化シリコン（ＳｉＯ２）が形成されたシリコン（Ｓｉ）で形成されている。下部電極３３は、チタンナイトライド（ＴｉＮ）で形成されている。上部電極３５ａ、３５ｂは、細線部３６ａ、３６ｂと電極基部３７ａ、３７ｂとが、異なる材料で、別体に形成されている。細線部３６ａ、３６ｂは、白金（Ｐｔ）で形成され、電極基部３７ａ、３７ｂは、金（Ａｕ）／チタン（Ｔｉ）の積層膜である。酸化物層３４は、酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）で形成されている。放電防止マスク３８はＡｕ／Ｔｉの積層膜である。測定試料３０を構成する各部材の材料は特に限定されず、測定試料３０の種類に応じて適宜選択できる。また、上部電極３５ａ、３５ｂの細線部３６ａ、３６ｂと電極基部３７ａ、３７ｂとが、同じ材料で形成されていてもよく、一体に形成されていてもよい。このような測定試料は、例えば、基板３２上への各種材料の物理的蒸着と、リソグラフィ技術による成形によって作製できる。 In the present embodiment, the substrate 32 is made of silicon (Si) having silicon oxide (SiO 2) formed on its surface. The lower electrode 33 is made of titanium nitride (TiN). In the upper electrodes 35a and 35b, the thin wire portions 36a and 36b and the electrode bases 37a and 37b are made of different materials and are formed separately. The thin wire portions 36a and 36b are made of platinum (Pt), and the electrode base portions 37a and 37b are gold (Au) / titanium (Ti) laminated films. The oxide layer 34 is formed of tantalum oxide (Ta 2 O 5). The discharge prevention mask 38 is an Au / Ti laminated film. The material of each member constituting the measurement sample 30 is not particularly limited, and can be appropriately selected depending on the type of the measurement sample 30. Further, the fine wire portions 36a and 36b of the upper electrodes 35a and 35b and the electrode base portions 37a and 37b may be formed of the same material or may be integrally formed. Such a measurement sample can be produced, for example, by physically depositing various materials on the substrate 32 and molding by a lithography technique.

再び、図１、図２に戻り、電気特性測定回路４０と測定試料３０の接続について説明する。本実施形態では、上部電極３５ａに接続する場合を例に説明するが、上部電極３５ｂに接続する場合も同様である。図１では、便宜上、１つの素子部にのみ配線している場合を示している。両方の電極に接続する場合は、後述の導線４２を２本用意し、２つの素子部へ電圧を印加する又は電流を流すことと、２つの素子部の電気特性の測定とに適合した電気特性測定回路４０を用意すればよい。 Returning to FIGS. 1 and 2, the connection between the electrical characteristic measurement circuit 40 and the measurement sample 30 will be described. In the present embodiment, the case of connecting to the upper electrode 35a will be described as an example, but the same applies to the case of connecting to the upper electrode 35b. FIG. 1 shows a case where wiring is performed to only one element portion for convenience. When connecting to both electrodes, two lead wires 42, which will be described later, are prepared, and electrical characteristics suitable for applying voltage or passing current to the two element parts and measuring the electrical characteristics of the two element parts. The measurement circuit 40 may be prepared.

上部電極３５ａは、導線４２によって電気特性測定回路４０に接続されている。導線４２は、上部電極３５ａの電極基部３７ａの表面に、例えば、銀ペースト等の導電材料でなる固着部によって固定されて、上部電極３５ａと電気的に接続されている。なお、上部電極３５ａと導線４２の接続方法は特に限定されない。 The upper electrode 35a is connected to the electrical characteristic measurement circuit 40 by a lead wire 42. The conducting wire 42 is fixed to the surface of the electrode base portion 37a of the upper electrode 35a by a fixing portion made of a conductive material such as silver paste, and is electrically connected to the upper electrode 35a. The method of connecting the upper electrode 35a and the lead wire 42 is not particularly limited.

下部電極３３は、電位制御装置４４によって、導線４５に接続され、ホルダ１１と等電位にされている。電位制御装置４４は、下部電極３３上に設けられた放電防止マスク３８に接続されている。本実施形態では、電位制御装置４４は、同軸ケーブルであるが、下部電極３３をホルダ１１と等電位にすることができれば、その形態は特に限定されない。電位制御装置４４として通常の導線を用いることができるが、例えば、同軸ケーブルや導電性の高い導線を用いるなどして、ノイズの発生源とならないようにすることが好ましい。このようにすることで、通常の導線を用いるより精密に素子部に電圧を印加する又は電流を流したり、電気特性を測定したりすることができる。なお、下部電極３３から引き出された電位制御装置４４の接続先は、下部電極３３をホルダの電位と等電位にすれば特に限定されず、下部電極３３とホルダ１１を電位制御装置４４で接続するようにしてもよい。 The lower electrode 33 is connected to the lead wire 45 by the potential control device 44 and is equipotential with the holder 11. The potential control device 44 is connected to a discharge prevention mask 38 provided on the lower electrode 33. In the present embodiment, the potential control device 44 is a coaxial cable, but the form is not particularly limited as long as the lower electrode 33 can be equipotential with the holder 11. An ordinary conducting wire can be used as the potential control device 44, but it is preferable to use a coaxial cable or a highly conductive conducting wire so as not to generate noise. By doing so, it is possible to apply a voltage or a current to the element portion more precisely using a normal conducting wire, or to measure the electrical characteristics. The connection destination of the potential control device 44 drawn from the lower electrode 33 is not particularly limited as long as the lower electrode 33 has the same potential as the potential of the holder, and the lower electrode 33 and the holder 11 are connected by the potential control device 44. You may do so.

さらに、導線４５には、導線４３が接続されている。導線４３は、電気特性測定回路４０に接続されている。電気特性測定回路４０は、測定試料３０の上部電極３５ａ及び下部電極３３に接続され、測定試料３０の素子部３１ａに電圧を印加する又は電流を流したり、素子部３１ａの電気特性を測定したりすることができる。なお、本実施形態では、上記のようにして下部電極３３をホルダ１１と等電位になるようにしているが、導線４２を下部電極３３に接続し、電位制御装置４４を上部電極３５ａに接続して、上部電極３５ａをホルダ１１と等電位になるようにしてもよい。 Further, the lead wire 43 is connected to the lead wire 45. The lead wire 43 is connected to the electrical characteristic measurement circuit 40. The electrical characteristic measurement circuit 40 is connected to the upper electrode 35a and the lower electrode 33 of the measurement sample 30, and applies a voltage or a current to the element portion 31a of the measurement sample 30 to measure the electrical characteristics of the element portion 31a. can do. In the present embodiment, the lower electrode 33 is equipotential with the holder 11 as described above, but the lead wire 42 is connected to the lower electrode 33 and the potential control device 44 is connected to the upper electrode 35a. The upper electrode 35a may be equipotential with the holder 11.

続いて、電子顕微鏡１での測定試料３０のオペランド観察について説明する。ここでは、素子部３１ａに電圧を印加し、素子部３１ａの電気特性を変化させる場合を例として説明する。まず、高圧電源１４により、測定試料３０に−２０ｋＶの高電圧が印加され、測定試料３０から光電子が放出されやすくするために、測定試料３０と対物レンズ６の間に−２０ｋＶの高電圧がかかった状態にされる。そして、レーザー光源２からＣＷレーザー７を出射すると、照射レンズ系によって測定試料３０の素子部３１ａの表面にＣＷレーザー７が照射され、素子部３１ａから光電子が放出される。放出された多数の光電子は、ビームセパレータ５で投影電子レンズ系２４に導かれ、電子ビーム検出器２５に投影される。制御装置５０としてのＰＣは、電子ビーム検出器２５から検出した光電子の強度の電子データを取得し、モニタ（図１、図２には不図示）に表示させる。 Subsequently, the operand observation of the measurement sample 30 with the electron microscope 1 will be described. Here, a case where a voltage is applied to the element unit 31a to change the electrical characteristics of the element unit 31a will be described as an example. First, a high voltage of -20 kV is applied to the measurement sample 30 by the high-voltage power supply 14, and a high voltage of -20 kV is applied between the measurement sample 30 and the objective lens 6 in order to facilitate the emission of photoelectrons from the measurement sample 30. Be put in a state of being. Then, when the CW laser 7 is emitted from the laser light source 2, the surface of the element portion 31a of the measurement sample 30 is irradiated with the CW laser 7 by the irradiation lens system, and photoelectrons are emitted from the element portion 31a. A large number of emitted photoelectrons are guided to the projection electron lens system 24 by the beam separator 5 and projected onto the electron beam detector 25. The PC as the control device 50 acquires electronic data of the photoelectron intensity detected from the electron beam detector 25 and displays it on a monitor (not shown in FIGS. 1 and 2).

次に、この状態で、制御装置５０は、電気特性測定回路４０を制御し、電気特性測定回路４０に素子部３１ａに対して電圧を印加させる。このとき、電子顕微鏡１では、下部電極３３がホルダ１１と等電位にされているので、電気特性測定回路４０の基準電位が下部電極３３の電位となる。そのため、電気特性測定回路４０は、電気特性測定回路４０の基準電位をグラウンドＧとした場合と比較して、素子部３１ａに印加する電圧をより容易に、精密に制御することができる。すなわち、基準電位をグラウンドＧとした場合、電気特性測定回路４０は、素子部３１ａの上部電極３５ａと下部電極３３の間に例えば１Ｖの電圧がかかるようにしようとすると、素子部３１ａに−２０ｋＶ＋１Ｖの電圧を印加しなければならず、印加電圧を例えば１Ｖ単位など精密に制御することが難しい。場合によっては、１Ｖの電圧がノイズに埋もれてしまい、１Ｖ単位で電圧を調整することができない。 Next, in this state, the control device 50 controls the electrical characteristic measurement circuit 40, and causes the electrical characteristic measurement circuit 40 to apply a voltage to the element unit 31a. At this time, in the electron microscope 1, since the lower electrode 33 is equipotential with the holder 11, the reference potential of the electrical characteristic measurement circuit 40 becomes the potential of the lower electrode 33. Therefore, the electric characteristic measuring circuit 40 can more easily and precisely control the voltage applied to the element unit 31a as compared with the case where the reference potential of the electric characteristic measuring circuit 40 is set to the ground G. That is, when the reference potential is ground G, when the electrical characteristic measurement circuit 40 tries to apply a voltage of, for example, 1V between the upper electrode 35a and the lower electrode 33 of the element unit 31a, the element unit 31a is -20kV + 1V. The voltage must be applied, and it is difficult to precisely control the applied voltage, for example, in units of 1V. In some cases, the voltage of 1V is buried in noise, and the voltage cannot be adjusted in 1V units.

これに対して本発明では、下部電極３３とホルダ１１とを等電位とすることで、電気特性測定回路４０の基準電位が下部電極３３の電位となるので、素子部３１ａに例えば１Ｖの電圧がかかるようにするために、素子部３１ａに１Ｖの電圧を印加すればよく、−２０ｋＶ分の電圧を印加しなくてよい分、出力する電圧をより精密に制御することができる。電気特性測定回路４０が電流を出力する場合も同様で、高圧電源１４が出力する高電圧に相当する電流を出力しなくて済むので電流を精密に制御できる。 On the other hand, in the present invention, by making the lower electrode 33 and the holder 11 equal potentials, the reference potential of the electrical characteristic measurement circuit 40 becomes the potential of the lower electrode 33, so that a voltage of, for example, 1 V is applied to the element portion 31a. In order to do so, a voltage of 1 V may be applied to the element unit 31a, and the output voltage can be controlled more precisely because it is not necessary to apply a voltage of −20 kV. The same applies to the case where the electric characteristic measuring circuit 40 outputs a current, and since it is not necessary to output a current corresponding to the high voltage output by the high voltage power supply 14, the current can be precisely controlled.

さらに、電気特性測定回路４０で電圧、電流を測定する場合も同様であり、電圧、電流の測定から高圧電源１４が出力する電圧、当該電圧に相当する電流の影響を排除でき、より精密に、電圧、電流を測定できる。 Further, the same applies to the case where the voltage and current are measured by the electrical characteristic measurement circuit 40, and the influence of the voltage output by the high voltage power supply 14 and the current corresponding to the voltage can be eliminated from the measurement of the voltage and current, and more precisely. Can measure voltage and current.

よって、本実施形態の電子顕微鏡１は、制御装置５０のモニタに素子部３１ａを表示したまま、素子部３１ａに電圧を印加し、その電圧値を増加していくことで、素子部３１ａの酸化物層の状態が変化していく様子（例えばフィラメントの形成など）を観察したり、その変化に合わせて電気特性を測定したりでき、測定試料３０をオペランド観察することができる。さらに、電子顕微鏡１は、光電子顕微鏡とし、ＣＷレーザー７のエネルギーを調整することで、上部電極３５ａの下部の酸化物層３４を非破壊で観察することができる。 Therefore, in the electron microscope 1 of the present embodiment, while the element unit 31a is displayed on the monitor of the control device 50, a voltage is applied to the element unit 31a and the voltage value is increased to oxidize the element unit 31a. It is possible to observe how the state of the material layer changes (for example, filament formation), measure the electrical characteristics according to the change, and observe the measurement sample 30 as an operand. Further, the electron microscope 1 is a photoemission electron microscope, and by adjusting the energy of the CW laser 7, the oxide layer 34 below the upper electrode 35a can be observed nondestructively.

さらに、電子顕微鏡１では、導電性金属で形成され、下部電極３３と等電位にされた放電防止マスク３８を備えている。そのため、下部電極３３がチタンナイトライドのような帯電しやすい材料で形成されていても、帯電しにくい導電性金属で形成された放電防止マスク３８で下部電極３３の表面が覆われているので、外部に露出する下部電極３３の領域が減少し、放電が抑制され、帯電も抑制される。同時に、下部電極３３の表面にたまった電子が放電防止マスク３８へと移動するので、空気との界面にとどまる電子が減少し、放電や帯電が抑制される。加えて、本実施形態では、下部電極３３のほぼ全体が放電防止マスク３８で覆われているので、より放電及び帯電を抑制できる。また、本実施形態では、上部電極３５ａと放電防止マスク３８とで基板３２がほぼ覆われているので、基板３２表面からの放電及び基盤３２表面の帯電も抑制される。 Further, the electron microscope 1 includes a discharge prevention mask 38 formed of a conductive metal and equipotential with the lower electrode 33. Therefore, even if the lower electrode 33 is made of a material that is easily charged such as titanium nitride, the surface of the lower electrode 33 is covered with the discharge prevention mask 38 made of the conductive metal that is hard to be charged. The region of the lower electrode 33 exposed to the outside is reduced, discharge is suppressed, and charging is also suppressed. At the same time, the electrons accumulated on the surface of the lower electrode 33 move to the discharge prevention mask 38, so that the electrons staying at the interface with air are reduced, and discharge and charge are suppressed. In addition, in the present embodiment, since almost the entire lower electrode 33 is covered with the discharge prevention mask 38, discharge and charge can be further suppressed. Further, in the present embodiment, since the substrate 32 is substantially covered with the upper electrode 35a and the discharge prevention mask 38, the discharge from the surface of the substrate 32 and the charge on the surface of the substrate 32 are also suppressed.

（３）作用及び効果
以上の構成において、本実施形態の電子顕微鏡１は、ＣＷレーザー７（光又は放射線）を測定試料３０に照射することで測定試料３０から出射した電子としての光電子を検出し、検出した電子に基づいて測定試料３０の画像を生成し、測定試料３０に含まれる素子部３１ａ、３１ｂの上部電極３５ａ、３５ｂ（第１電極）と下部電極３３（第２電極）の間に電圧を印加する又は電流を流す電気特性測定回路４０と、下部電極３３の電位と、測定試料３０を載置するホルダ１１の電位とを等電位にする電位制御装置４４とを備えるように構成した。 (3) Action and Effect In the above configuration, the electron microscope 1 of the present embodiment detects photoelectrons as electrons emitted from the measurement sample 30 by irradiating the measurement sample 30 with a CW laser 7 (light or radiation). , An image of the measurement sample 30 is generated based on the detected electrons, and between the upper electrodes 35a and 35b (first electrode) and the lower electrode 33 (second electrode) of the element portions 31a and 31b included in the measurement sample 30. It is configured to include an electrical characteristic measuring circuit 40 for applying a voltage or passing a current, and a potential control device 44 for making the potential of the lower electrode 33 equal to the potential of the holder 11 on which the measurement sample 30 is placed. ..

よって、電子顕微鏡１は、素子部３１ａ、３１ｂの下部電極３３の電位と、測定試料３０を載置するホルダ１１の電位とを等電位にすることで、電子顕微鏡１での測定試料３０の観察中に、電気特性測定回路４０により測定試料３０の素子部３１ａ、３１ｂに印加する電圧又は電流を制御でき、電圧や電流を測定できる。そのため、電子顕微鏡１は、測定試料３０の素子部３１ａ、３１ｂを観察中に、素子部３１ａ、３１ｂに電圧を印加する又は電流を流すことにより素子部３１ａ、３１ｂの電気特性を変化させたり、電気特性を測定しつつ、測定試料３０を観察できるので、測定試料３０をオペランド観察できる。 Therefore, the electron microscope 1 observes the measurement sample 30 with the electron microscope 1 by making the potentials of the lower electrodes 33 of the element portions 31a and 31b equal to the potentials of the holder 11 on which the measurement sample 30 is placed. Inside, the voltage or current applied to the element portions 31a and 31b of the measurement sample 30 can be controlled by the electrical characteristic measurement circuit 40, and the voltage and current can be measured. Therefore, the electron microscope 1 may change the electrical characteristics of the element portions 31a and 31b by applying a voltage or passing a current to the element portions 31a and 31b while observing the element portions 31a and 31b of the measurement sample 30. Since the measurement sample 30 can be observed while measuring the electrical characteristics, the measurement sample 30 can be observed as an operand.

ここで、例えば、電子デバイス（以下、単にデバイスと称する）では、デバイス内の各素子において、電流を流す前後、又は、電圧印加の前後で素子の微小な物性変化を観察したり、変化の過程を観察したりすることは、デバイス動作の基本的な理解を助けるだけでなく、デバイスの歩留まり向上にとって重要なものとなる。しかしながら、従来では、デバイス観察中に、電流を精密に流したり、電圧を精密に印加したりすることが、レーザーPEEMでは不可能であった。また、仮に観察中に、電流を流したり、電圧を印加することができても、これにより発生した電場によってレーザーPEEM像が歪んだり、移動（シフト）したりするため、過渡現象の精密な観察が不可能であった。これに対して、本実施形態による電子顕微鏡１では、測定試料３０としてデバイスを適用することができ、非破壊で、観察対象であるデバイス（測定試料３０）の電気的特性を評価することが可能となり、デバイスに関して、電流を流す前後、又は、電圧を印加する前後の変化や過渡現象をその場(オペランド)観察することができる。 Here, for example, in an electronic device (hereinafter, simply referred to as a device), in each element in the device, a minute change in physical properties of the element is observed before and after a current is applied or before and after a voltage is applied, or a process of change. Observing the device not only helps to understand the basic operation of the device, but is also important for improving the yield of the device. However, in the past, it was not possible with a laser PEEM to precisely apply a current or apply a voltage while observing a device. In addition, even if a current or voltage can be applied during observation, the laser PEEM image will be distorted or moved (shifted) by the electric field generated by this, so precise observation of transient phenomena will occur. Was impossible. On the other hand, in the electron microscope 1 according to the present embodiment, the device can be applied as the measurement sample 30, and the electrical characteristics of the device to be observed (measurement sample 30) can be evaluated in a non-destructive manner. Therefore, with respect to the device, changes and transient phenomena before and after passing a current or before and after applying a voltage can be observed in place (operator).

（４）変形例
なお、本発明は上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の変形実施が可能である。 (4) Modifications The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be carried out within the scope of the gist of the present invention.

（変形例１）
上記の実施形態では、測定試料３０として、基板３２上に１つの抵抗変化メモリが形成されたものを用いた場合について説明したが、本発明はこれに限られない。例えば図４に示す測定試料３０ａように、測定試料３０ａは、複数の抵抗変化メモリ３０１が形成されたウエハ３００であってもよい。この場合、複数の抵抗変化メモリ３０１を同時に観察することができる。図４に示す測定試料３０ａでは、ウエハ３００上に、９個の抵抗変化メモリ３０１が形成されている。 (Modification example 1)
In the above embodiment, the case where one resistance change memory is formed on the substrate 32 is used as the measurement sample 30, but the present invention is not limited to this. For example, as in the measurement sample 30a shown in FIG. 4, the measurement sample 30a may be a wafer 300 in which a plurality of resistance change memories 301 are formed. In this case, a plurality of resistance change memories 301 can be observed at the same time. In the measurement sample 30a shown in FIG. 4, nine resistance change memories 301 are formed on the wafer 300.

（変形例２）
上記の実施形態では、２つの素子部３１ａ、３１ｂを備える抵抗変化メモリである測定試料３０について説明したが本発明はこれに限られない。図５に示すように、変形例２の測定試料６０は、３つの素子部６１ａ、６１ｂ、６１ｃを備える抵抗変化メモリである点、それに伴い、上部電極６５ａ、６５ｂ、６５ｃの形状及び下部電極６３の形状が変わった点で、上述した本実施形態の測定試料３０と異なる。図５の左図は、基板６２上に形成された測定試料６０の全体を示し、右図は、左図に示す領域Ｊ２を拡大して示している。左図に示すように、変形例２では、上部電極６５ａ、６５ｂ、６５ｃは、正方形上に形成された電極基部６７ａ、６７ｂ、６７ｃと、電極基部６７ａ、６７ｂ、６７ｃからそれぞれ突出した細線部６６ａ、６６ｂ、６６ｃとを備えている。電極基部６７ａ、６７ｂ、６７ｃは、基板６２上に、所定の間隔を空けて、互いに絶縁されるように配置されている。 (Modification 2)
In the above embodiment, the measurement sample 30 which is a resistance change memory including two element portions 31a and 31b has been described, but the present invention is not limited to this. As shown in FIG. 5, the measurement sample 60 of the modified example 2 is a resistance change memory including three element portions 61a, 61b, 61c, and accordingly, the shapes of the upper electrodes 65a, 65b, 65c and the lower electrode 63. It is different from the measurement sample 30 of the present embodiment described above in that the shape of the sample 30 is changed. The left figure of FIG. 5 shows the entire measurement sample 60 formed on the substrate 62, and the right figure shows an enlarged region J2 shown in the left figure. As shown in the left figure, in the modified example 2, the upper electrodes 65a, 65b, 65c are the electrode bases 67a, 67b, 67c formed on a square, and the thin wire portions 66a protruding from the electrode bases 67a, 67b, 67c, respectively. , 66b, 66c and the like. The electrode bases 67a, 67b, and 67c are arranged on the substrate 62 so as to be insulated from each other at predetermined intervals.

下部電極６３は、電極基部が正方形の頂点の１つが欠けた形状をしており、欠けた部分が基板６２の中心部に向くように配置されている。下部電極６３は、電極基部の全域が放電防止マスク６８によって覆われている。下部電極６３は、上部電極６５ｂ、６５ｃと所定の間隔を空けて、上部電極６５ｂ、６５ｃと絶縁されるように配置されている。そのため、基板６２の表面がクロス状に露出している。領域Ｊ２に示すように、下部電極６３は、頂点の欠けた部分から上部電極６５ａに向かって細線部が突出している。また、基板６２の表面が、上部電極６５ａ、６５ｂ、６５ｃと放電防止マスク６８とによってほぼ覆われている。 The lower electrode 63 has a shape in which one of the apexes of the square electrode base is missing, and the missing portion is arranged so as to face the central portion of the substrate 62. The entire area of the electrode base of the lower electrode 63 is covered with the discharge prevention mask 68. The lower electrode 63 is arranged so as to be insulated from the upper electrodes 65b and 65c at a predetermined distance from the upper electrodes 65b and 65c. Therefore, the surface of the substrate 62 is exposed in a cross shape. As shown in the region J2, the lower electrode 63 has a thin line portion protruding from the portion lacking the apex toward the upper electrode 65a. Further, the surface of the substrate 62 is substantially covered with the upper electrodes 65a, 65b, 65c and the discharge prevention mask 68.

下部電極６３の細線部上には、酸化物層（不図示）が形成されている。基板６２の中心部では、電極基部６７ａ、６７ｂ、６７ｃから細線部６６ａ、６６ｂ、６６ｃが、下部電極６３の細線部と交差するように突出している。そのため、上部電極６５ａ、６５ｂ、６５ｃの細線部６６ａ、６６ｂ、６６ｃと下部電極６３の細線部が交差する領域では、上部電極６５ａ、６５ｂ、６５ｃ（細線部６６ａ、６６ｂ、６６ｃ）／酸化物層／下部電極６３の多層構造となり、３つの素子部６１ａ、６１ｂ、６１ｃが形成される。この変形例では、電極基部６７ａ、６７ｂ、６７ｃ表面に、銀ペースト等でなる固着部６９により導線４２が固定されている。同様に、放電防止マスク６８の表面に、固着部６９によって電位制御装置４４が固定されている。その他、測定試料６０を構成する部材の材料などは、上記の実施形態と同様である。 An oxide layer (not shown) is formed on the thin line portion of the lower electrode 63. In the central portion of the substrate 62, the thin wire portions 66a, 66b, 66c project from the electrode bases 67a, 67b, 67c so as to intersect the fine wire portions of the lower electrode 63. Therefore, in the region where the fine wire portions 66a, 66b, 66c of the upper electrodes 65a, 65b, 65c and the fine wire portions of the lower electrode 63 intersect, the upper electrodes 65a, 65b, 65c (thin wire portions 66a, 66b, 66c) / oxide layer. / The lower electrode 63 has a multi-layer structure, and three element portions 61a, 61b, and 61c are formed. In this modification, the lead wire 42 is fixed to the surfaces of the electrode bases 67a, 67b, and 67c by a fixing portion 69 made of silver paste or the like. Similarly, the potential control device 44 is fixed to the surface of the discharge prevention mask 68 by the fixing portion 69. In addition, the materials of the members constituting the measurement sample 60 are the same as those in the above embodiment.

なお、ここでは、固着部６９を銀ペーストにより形成した場合について述べたが、本発明はこれに限らず、例えば、金ペーストや、導電性テープなどを適用してもよく、また、各種ワイヤ・ボンディング法により形成される固着部を適用してもよい。 Although the case where the fixing portion 69 is formed of silver paste has been described here, the present invention is not limited to this, and for example, gold paste, conductive tape, or the like may be applied, and various wires may be applied. A fixed portion formed by the bonding method may be applied.

（変形例３）
図６に示すように、変形例３では、測定試料７０が４つの素子部７１ａ、７１ｂ、７１ｃ、７１ｄを備える抵抗変化メモリである点と、それに伴い、上部電極７５ａ、７５ｂ、７５ｃ、７５ｄの形状、下部電極７３の形状及び放電防止マスク７９の形状が変わった点と、導電性部材でなるカバー体７８が測定試料７０の上方に配置された点とについて、上述した本実施形態と異なる。図６の左図は、測定試料７０を覆うように設けられた球帯状のカバー体７８を仮想的に示し、基板７２上に形成された測定試料７０の全体の構成を示している。図６の右図は、左図に示す領域Ｊ３を拡大した概略図である。左図に示すように、測定試料７０では、下部電極７３が、略二等辺三角形状に形成された４つの電極基部と、クロス形状の細線部とで構成される。放電防止マスク７９は、下部電極７３の略二等辺三角形状に形成された４つの電極基部にそれぞれ設けられている。下部電極７３は、電極基部が基板７２の各辺に沿ってそれぞれ１つずつ配置され、細線部のクロスの４つの先端部に電極基部の三角形の頂点部が接続された配置となっている。細線部は、クロスの交差部で線幅がさらに細くなっており、素子部が形成される領域（基板７２中央）が形成されている。下部電極７３は、クロスの交差部の線幅が細くなった部分において、酸化物層（図６には不図示）が積層されている。 (Modification example 3)
As shown in FIG. 6, in the modified example 3, the measurement sample 70 is a resistance change memory having four element portions 71a, 71b, 71c, 71d, and accordingly, the upper electrodes 75a, 75b, 75c, 75d. It differs from the above-described embodiment in that the shape, the shape of the lower electrode 73, and the shape of the discharge prevention mask 79 are changed, and the cover body 78 made of the conductive member is arranged above the measurement sample 70. The left figure of FIG. 6 virtually shows the spherical band-shaped cover 78 provided so as to cover the measurement sample 70, and shows the overall configuration of the measurement sample 70 formed on the substrate 72. The right figure of FIG. 6 is an enlarged schematic view of the region J3 shown in the left figure. As shown in the left figure, in the measurement sample 70, the lower electrode 73 is composed of four electrode bases formed in a substantially isosceles triangle shape and a cross-shaped thin wire portion. The discharge prevention mask 79 is provided on each of the four electrode bases formed in a substantially isosceles triangle shape of the lower electrode 73. The lower electrode 73 has one electrode base arranged along each side of the substrate 72, and the triangular apex of the electrode base is connected to the four tip portions of the cross of the thin wire portion. The line width of the thin line portion is further narrowed at the intersection of the cloths, and a region (center of the substrate 72) on which the element portion is formed is formed. An oxide layer (not shown in FIG. 6) is laminated on the lower electrode 73 at a portion where the line width at the intersection of the cloths is narrowed.

上部電極７５ａ、７５ｂ、７５ｃ、７５ｄは、このような下部電極７３によって４つに分けられた基板７２上の領域に、それぞれ形成されている。変形例３では、上部電極７５ａ、７５ｂ、７５ｃ、７５ｄは、下部電極７３と絶縁され、かつ、基板７２の表面をほぼ覆うように形成されている。右図に示すように、上部電極７５ａ、７５ｂ、７５ｃ、７５ｄは、電極基部７７ａ、７７ｂ、７７ｃ、７７ｄから、細線部７６ａ、７６ｂ、７６ｃ、７６ｄが下部電極７３の細線部の線幅が細い部分と交差するように突出している。 The upper electrodes 75a, 75b, 75c, and 75d are formed in the regions on the substrate 72 divided into four by the lower electrodes 73, respectively. In the third modification, the upper electrodes 75a, 75b, 75c, and 75d are formed so as to be insulated from the lower electrode 73 and substantially cover the surface of the substrate 72. As shown in the right figure, the upper electrodes 75a, 75b, 75c, 75d have the electrode bases 77a, 77b, 77c, 77d, and the thin wire portions 76a, 76b, 76c, 76d have narrower wire widths of the lower electrode 73. It protrudes so as to intersect the part.

上部電極７５ａ、７５ｂ、７５ｃ、７５ｄの細線部７６ａ、７６ｂ、７６ｃ、７６ｄと、下部電極７３の細線部が交差する領域では、上部電極７５ａ、７５ｂ、７５ｃ、７５ｄ（細線部７６ａ、７６ｂ、７６ｃ、７６ｄ）／酸化物層／下部電極７３の多層構造となり、４つの素子部７１ａ、７１ｂ、７１ｃ、７１ｄが形成されている。 In the region where the thin wire portions 76a, 76b, 76c, 76d of the upper electrodes 75a, 75b, 75c, 75d and the thin wire portions of the lower electrode 73 intersect, the upper electrodes 75a, 75b, 75c, 75d (thin wire portions 76a, 76b, 76c). , 76d) / oxide layer / lower electrode 73, and four element portions 71a, 71b, 71c, 71d are formed.

カバー体７８は、例えば、金属部材などの導電性部材により球帯状に形成され、頂上部に円形状の貫通孔７８ａが形成された部材である。カバー体７８で覆われた領域は外部から視認できないものの、カバー体７８の貫通孔７８ａから、測定試料７０の４つの素子部７１ａ、７１ｂ、７１ｃ、７１ｄが外部に露出している。これにより、貫通孔７８ａから、内部空間にある測定試料７０にＣＷレーザー７が照射される。測定試料７０の酸化物層からの電子ビームの検出は、カバー体７８の貫通孔７８ａを介して行われ、素子部７１ａ、７１ｂ、７１ｃ、７１ｄを観察できるようになされている。 The cover body 78 is a member formed in a spherical band shape by, for example, a conductive member such as a metal member, and a circular through hole 78a is formed at the top. Although the region covered by the cover body 78 cannot be visually recognized from the outside, the four element portions 71a, 71b, 71c, and 71d of the measurement sample 70 are exposed to the outside from the through hole 78a of the cover body 78. As a result, the CW laser 7 is irradiated to the measurement sample 70 in the internal space from the through hole 78a. The detection of the electron beam from the oxide layer of the measurement sample 70 is performed through the through hole 78a of the cover body 78 so that the element portions 71a, 71b, 71c, and 71d can be observed.

変形例３では、カバー体７８が測定試料７０上に設置され、下部電極７３の電極基部を覆っている。カバー体７８は、下部電極７３の電極基部の表面に添付された導電性テープ８１（例えば、カーボンテープ）によって、測定試料７０に固定されると共に、下部電極７３と導通して等電位にされている。また、導電性テープ８１により、カバー体７８と測定試料７０の表面との間に隙間が形成され、カバー体７８と、上部電極７５ａ、７５ｂ、７ｂｃ、７５ｄとが絶縁される。さらに変形例３では、上部電極７５ａ、７５ｂ、７ｂｃ、７５ｄの表面に、非導電性テープ８０（例えばカプトンテープ）によって導線４２を固定して、測定試料７０から導線４２を引き出している。そのため、非導電性テープ８０がスペーサーの役割を果たし、上部電極７５ａ、７５ｂ、７ｂｃ、７５ｄとカバー体７８との間に隙間が形成され、上部電極７５ａ、７５ｂ、７ｂｃ、７５ｄとカバー体７８との絶縁がサポートされる。電位制御装置４４は、下部電極７３に接続してもよく、カバー体７８に接続してもよい。なお、カバー体７８と測定試料７０の表面との間の隙間、及び、上部電極７５ａ、７５ｂ、７ｂｃ、７５ｄとカバー体７８との間の隙間、については、好ましくは１０μｍ〜１０００μｍの範囲が良い。 In the third modification, the cover body 78 is placed on the measurement sample 70 and covers the electrode base of the lower electrode 73. The cover body 78 is fixed to the measurement sample 70 by a conductive tape 81 (for example, carbon tape) attached to the surface of the electrode base of the lower electrode 73, and is electrically connected to the lower electrode 73 to be equipotential. There is. Further, the conductive tape 81 forms a gap between the cover body 78 and the surface of the measurement sample 70, and insulates the cover body 78 from the upper electrodes 75a, 75b, 7bc, and 75d. Further, in the third modification, the conductor 42 is fixed to the surface of the upper electrodes 75a, 75b, 7bc, 75d with a non-conductive tape 80 (for example, Kapton tape), and the conductor 42 is pulled out from the measurement sample 70. Therefore, the non-conductive tape 80 acts as a spacer, and a gap is formed between the upper electrodes 75a, 75b, 7bc, 75d and the cover body 78, and the upper electrodes 75a, 75b, 7bc, 75d and the cover body 78 are formed. Insulation is supported. The potential control device 44 may be connected to the lower electrode 73 or may be connected to the cover body 78. The gap between the cover body 78 and the surface of the measurement sample 70 and the gap between the upper electrodes 75a, 75b, 7bc, 75d and the cover body 78 are preferably in the range of 10 μm to 1000 μm. ..

（変形例４）
なお、このように、測定試料と別体でなる変形例３のカバー体７８を、実施形態の測定試料３０又は変形例２の測定試料６０を用いた場合にも適用してもよい。この場合、カバー体７８を対物レンズ６と測定試料３０又は測定試料６０との間に挿入する。その結果、カバー体７８により、測定試料３０、６０と、導線４２及び電位制御装置４４との接続部を覆うことで、接続部の導線から放電が生じるのを防止できる。 (Modification example 4)
As described above, the cover body 78 of the modified example 3 which is separate from the measurement sample may be applied to the case where the measurement sample 30 of the embodiment or the measurement sample 60 of the modified example 2 is used. In this case, the cover body 78 is inserted between the objective lens 6 and the measurement sample 30 or the measurement sample 60. As a result, by covering the connection portion between the measurement samples 30 and 60 and the lead wire 42 and the potential control device 44 with the cover body 78, it is possible to prevent electric discharge from being generated from the lead wire of the connection portion.

（変形例５）
上記の実施形態では、制御装置５０のモニタに素子部３１ａを表示したまま、素子部３１ａに電圧を印加し、その電圧値を増加していくことで、素子部３１ａの酸化物層の状態が変化していく様子を観察できることを説明したが、本発明はこれに限られない。例えば、制御装置５０が、素子部３１ａへの電圧又は電流の出力と休止を繰り返し、かつ、電圧又は電流の出力毎に、出力電圧又は出力電流を増加させていくように電気特性測定回路４０を制御し、電圧又は電流の出力が休止状態にあるときに、素子部３１ａの画像を生成するようにして、素子部３１ａの酸化物層の状態が変化していく様子を観察してもよい。 (Modification 5)
In the above embodiment, while the element unit 31a is displayed on the monitor of the control device 50, a voltage is applied to the element unit 31a and the voltage value is increased to change the state of the oxide layer of the element unit 31a. Although it has been explained that the state of change can be observed, the present invention is not limited to this. For example, the electric characteristic measuring circuit 40 is arranged so that the control device 50 repeatedly outputs and pauses the voltage or current to the element unit 31a, and increases the output voltage or output current for each output of the voltage or current. You may observe how the state of the oxide layer of the element unit 31a changes by controlling and generating an image of the element unit 31a when the output of the voltage or current is in the dormant state.

例えば、図７の上図に示すように、制御装置５０が、酸化物層の状態を変化させるために、素子部３１ａに時間と共に電流量が増加する電流を流すように電気特性測定回路４０を制御し、電流を流している間に所定の時間間隔で画像を生成するようにする。そうすると、オペランド観察するうえでは問題はないが、素子部３１ａを流れる電流による試料の電位の変化や電流が生み出す磁場などの影響により、像が移動したり、歪んだりしてしまうという不都合が生じる恐れがある。図７中の上図の画像を見ると、素子部３１ａ（画像中の白色部）の画像中の位置が移動していることが確認できる。 For example, as shown in the upper part of FIG. 7, the control device 50 causes the electric characteristic measuring circuit 40 to pass a current whose current amount increases with time through the element unit 31a in order to change the state of the oxide layer. It is controlled so that images are generated at predetermined time intervals while an electric current is applied. Then, although there is no problem in observing the operand, there is a possibility that the image may be moved or distorted due to the influence of the change in the potential of the sample due to the current flowing through the element portion 31a and the magnetic field generated by the current. There is. Looking at the image in the upper figure in FIG. 7, it can be confirmed that the position of the element portion 31a (white portion in the image) in the image is moving.

これに対して、図７の下図に示すように、制御装置５０が、酸化物層の状態を変化させるために、素子部３１ａにパルス電流を出力し、パルス電流の出力毎に電流値を上昇させるように電気特性測定回路４０を制御する。そして、制御装置５０が、パルス電流が出力されていないときに、画像を生成するようにする。このようにすることで、素子部３１ａの画像中での位置が移動することを抑制できる。図７中の下図の画像を見ると素子部３１ａ（画像中の白色部）がほぼ同じ位置に写っていることが確認できる。なお、この例のように、素子部３１ａの抵抗値測定や電流電圧特性測定のために電圧を印加する又は電流を流しているときも外して画像を生成するようにするのが好ましい。 On the other hand, as shown in the lower figure of FIG. 7, the control device 50 outputs a pulse current to the element unit 31a in order to change the state of the oxide layer, and increases the current value for each output of the pulse current. The electrical characteristic measurement circuit 40 is controlled so as to be operated. Then, the control device 50 generates an image when the pulse current is not output. By doing so, it is possible to suppress the movement of the position of the element unit 31a in the image. Looking at the image in the lower figure in FIG. 7, it can be confirmed that the element portion 31a (white portion in the image) is reflected at substantially the same position. As in this example, it is preferable to generate an image by removing the voltage when the voltage is applied or the current is flowing for the resistance value measurement and the current-voltage characteristic measurement of the element unit 31a.

（変形例６）
上記の実施形態で説明した電子顕微鏡１は、エネルギー分析器を有し、特定のエネルギーの光電子を検出して画像を生成することもできる。図１と同じ構成には同じ番号を付した図８に示す電子顕微鏡１００は、光電子をエネルギー毎に分離するエネルギー分析器２２と、ビームセパレータ５で分離された光電子をエネルギー分析器２２に導く導入電子レンズ系２１と、所定のエネルギーの光電子を通過させるエネルギースリット２３と、電子のエネルギーを調整するエネルギー調整機構１３を備える点で、実施形態の電子顕微鏡１と異なる。以下では、実施形態の電子顕微鏡１と異なる点を中心に電子顕微鏡１００について説明し、同じ構成の説明は省略する。 (Modification 6)
The electron microscope 1 described in the above embodiment has an energy analyzer and can also detect photoelectrons of a specific energy to generate an image. The electron microscope 100 shown in FIG. 8, which has the same configuration as that of FIG. 1 and has the same number, introduces an energy analyzer 22 that separates photoelectrons for each energy and guides the photoelectrons separated by the beam separator 5 to the energy analyzer 22. It differs from the electron microscope 1 of the embodiment in that it includes an electron lens system 21, an energy slit 23 for passing photoelectrons of a predetermined energy, and an energy adjusting mechanism 13 for adjusting the energy of the electrons. Hereinafter, the electron microscope 100 will be described focusing on the differences from the electron microscope 1 of the embodiment, and the description of the same configuration will be omitted.

まず、ＣＷレーザー７の波長について説明する。電子顕微鏡１００では、ＣＷレーザー７の波長は、実施形態の電子顕微鏡１と同様に、測定試料３０の最表層の仕事関数φに応じて選定すればよいが、好ましくは、２６６ｎｍ以下であり、さらに好ましくは、２１３ｎｍ以下である。このように波長を選定することで、仕事関数φがより大きな試料も測定することができるようになり汎用性が向上する。また、ＣＷレーザー７のエネルギーｈνと測定試料３０の最表層の仕事関数φの差分をΔＥ（＝ｈν−φ）とすると、ΔＥが０ｅＶ〜０．５ｅＶとなるように、ＣＷレーザー７の波長を選定するのが好ましい。このようにＣＷレーザー７の波長を選定することで、深い位置の材料（例えば、素子部３１ａの上部電極３５ａ（細線部３６ａ）の下に存在する酸化物層３４）についても解像度よく観察することができる。 First, the wavelength of the CW laser 7 will be described. In the electron microscope 100, the wavelength of the CW laser 7 may be selected according to the work function φ of the outermost layer of the measurement sample 30 as in the electron microscope 1 of the embodiment, but is preferably 266 nm or less, and further. It is preferably 213 nm or less. By selecting the wavelength in this way, it becomes possible to measure a sample having a larger work function φ, and the versatility is improved. Further, assuming that the difference between the energy hν of the CW laser 7 and the work function φ of the outermost layer of the measurement sample 30 is ΔE (= hν−φ), the wavelength of the CW laser 7 is set so that ΔE becomes 0 eV to 0.5 eV. It is preferable to select. By selecting the wavelength of the CW laser 7 in this way, it is possible to observe the material at a deep position (for example, the oxide layer 34 existing under the upper electrode 35a (thin wire portion 36a) of the element portion 31a) with good resolution. Can be done.

これは、光電子が試料表面から脱出する際に感じるエネルギー障壁の影響が、光電子のエネルギーが小さいほど大きいためであり、この影響で斜出射する光電子は表面で全反射されやすくなり垂直出射に近い光電子だけで結像することができるのが理由である。例えば、多層構造の素子部３１ａの最表層である上部電極３５ａよりも下層の酸化物層３４に形成されたフィラメントを観察する場合は、このようにするのが有利である。なお、ΔＥは、レーザー光電子顕微鏡を用いて測定試料３０内の所望の測定位置を計測し、エネルギー分析器２２を用いて得られた当該測定位置の電子エネルギー分布から計測する。ΔＥは、電子エネルギー分布内のバンド構造の幅（後述するカットオフからフェルミ準位ＥＦ）に相当する。 This is because the effect of the energy barrier that photoelectrons feel when they escape from the sample surface is greater as the energy of the photoelectrons is smaller, and the photoelectrons that are obliquely emitted due to this effect are more likely to be totally reflected on the surface and are closer to vertical emission. The reason is that it is possible to form an image only by itself. For example, when observing the filament formed in the oxide layer 34 below the upper electrode 35a, which is the outermost layer of the element portion 31a having a multilayer structure, it is advantageous to do so. In addition, ΔE measures a desired measurement position in the measurement sample 30 using a laser photoemission electron microscope, and measures from the electron energy distribution of the measurement position obtained by using an energy analyzer 22. ΔE corresponds (from cutoff Fermi level E F to be described later) to the width of the band structure of electron energy distribution.

電子顕微鏡１００は、高圧電源１４とホルダ１１の間にエネルギー調整機構１３を備えている。エネルギー調整機構１３は、所定電圧ＳＴＶを出力する電源であり、制御装置５０によって制御される。エネルギー調整機構１３と高圧電源１４とは、直列に接続されており、ＳＴＶと高圧電源１４の出力電圧との合計電圧をホルダ１１に印加することで、測定試料３０にも同じ電圧をかけることができる。エネルギー調整機構１３は、ＳＴＶの値を調整することで、測定試料３０から放出された光電子のエネルギーＥｐを調整できる。なお、光電子のエネルギーＥｐは、本実施形態の場合、光電子の運動エネルギーをＥｋとすると、Ｅｐ＝２０ｋＶ＋Ｅｋ−ＳＴＶとなる。光電子の運動エネルギーＥｋは、測定試料３０内の電子がＣＷレーザー７により励起されたことにより生じた運動エネルギーの値であり、材料中での電子のエネルギーＥにより変わる。そのため、光電子のエネルギーＥｐも、材料中での電子のエネルギーＥに依存する。 The electron microscope 100 includes an energy adjusting mechanism 13 between the high-voltage power supply 14 and the holder 11. The energy adjusting mechanism 13 is a power source that outputs a predetermined voltage STV, and is controlled by the control device 50. The energy adjusting mechanism 13 and the high-voltage power supply 14 are connected in series, and the same voltage can be applied to the measurement sample 30 by applying the total voltage of the STV and the output voltage of the high-voltage power supply 14 to the holder 11. it can. The energy adjusting mechanism 13 can adjust the energy Ep of the photoelectrons emitted from the measurement sample 30 by adjusting the value of STV. In the case of this embodiment, the photoelectron energy Ep is Ep = 20 kV + Ek-STV, where Ek is the kinetic energy of the photoelectrons. The photoelectron kinetic energy Ek is a value of the kinetic energy generated by the electrons in the measurement sample 30 being excited by the CW laser 7, and varies depending on the electron energy E in the material. Therefore, the energy Ep of photoelectrons also depends on the energy E of electrons in the material.

電子顕微鏡１００では、ビームセパレータ５に導入電子レンズ系２１が接続されている。そのため、測定試料から放出された光電子は、電子ビーム２７として高圧電源１４の高電圧によりビームセパレータ５に引き込まれ、ビームセパレータ５によって偏向され、導入電子レンズ系２１に引き込まれる。導入電子レンズ系２１は、複数の電子レンズで構成されており、入射した電子ビーム２７を集束さる。導入電子レンズ系２１は、他端がエネルギー分析器２２に接続されており、電子ビーム２７を集束させてエネルギー分析器２２に入射させる。 In the electron microscope 100, the introduced electron lens system 21 is connected to the beam separator 5. Therefore, the photoelectrons emitted from the measurement sample are drawn into the beam separator 5 by the high voltage of the high-voltage power supply 14 as the electron beam 27, deflected by the beam separator 5, and are drawn into the introduced electron lens system 21. The introduced electron lens system 21 is composed of a plurality of electron lenses, and focuses the incident electron beam 27. The other end of the introduced electron lens system 21 is connected to the energy analyzer 22, and the electron beam 27 is focused and incident on the energy analyzer 22.

エネルギー分析器２２は、公知のエネルギー分析器であり、入射した電子ビーム２７を光電子のエネルギーＥｐごとに分離し、エネルギーＥｐごとに分離された電子ビーム２７を出射する。エネルギー分析器２２は、半球形状をしており、半球の平面部にビームの入射口と出射口とが設けられている。エネルギー分析器２２は、入射口に導入電子レンズ系２１が接続され、出射口に投影電子レンズ系２４が接続されており、導入電子レンズ系２１から入射した電子ビーム２７を、光電子のエネルギーＥｐごとに分離し、投影電子レンズ系２４に出射する。 The energy analyzer 22 is a known energy analyzer, and separates the incident electron beam 27 for each energy Ep of photoelectrons, and emits the electron beam 27 separated for each energy Ep. The energy analyzer 22 has a hemispherical shape, and a beam entrance port and a beam emission port are provided on a flat surface portion of the hemisphere. In the energy analyzer 22, the introduction electron lens system 21 is connected to the entrance port, the projection electron lens system 24 is connected to the exit port, and the electron beam 27 incident from the introduction electron lens system 21 is subjected to each photoelectron energy Ep. And emits light to the projection electron lens system 24.

エネルギー分析器２２の出射口には、エネルギースリット２３が設けられている。エネルギースリット２３は、板状部材の表面に、貫通した溝部が直線状に形成された通常のスリットである。エネルギースリット２３は、溝部に照射された電子ビーム２７を通過させ、板状部材に照射された電子ビーム２７を遮断する。なお、実際上、板状部材に照射された電子ビーム２７が完全に遮断されるわけではなく、これらの電子ビーム２７の一部もエネルギースリット２３を通過する。そのため、エネルギースリット２３により溝部に照射された電子ビーム２７以外の電子ビーム２７の強度が低下する。本実施形態では、エネルギースリット２３の溝部の幅を４０μｍとしている。 An energy slit 23 is provided at the outlet of the energy analyzer 22. The energy slit 23 is an ordinary slit in which a groove portion penetrating the surface of the plate-shaped member is formed in a straight line. The energy slit 23 passes the electron beam 27 irradiated to the groove portion and blocks the electron beam 27 irradiated to the plate-shaped member. In practice, the electron beam 27 irradiated to the plate-shaped member is not completely blocked, and a part of these electron beams 27 also passes through the energy slit 23. Therefore, the intensity of the electron beam 27 other than the electron beam 27 irradiated to the groove by the energy slit 23 is reduced. In the present embodiment, the width of the groove portion of the energy slit 23 is 40 μm.

このようなエネルギースリット２３が、エネルギー分析器２２の出射口に配置されているので、エネルギー分析器２２で分離された電子ビーム２７の内、エネルギースリット２３を通過した電子ビーム２７が投影電子レンズ系２４に入射する。このとき、エネルギー分析器２２で光電子のエネルギーＥｐごとに電子ビーム２７が分離されているので、電子ビーム２７の出射口内の通過位置も、光電子のエネルギーＥｐごとに決まっている。そのため、エネルギースリット２３の位置を調整することで、電子ビーム検出器２５で検出する光電子のエネルギーＥｐを選択できる。光電子のエネルギーＥｐは、材料中（測定試料３０中）での電子のエネルギーＥに依存するので、エネルギースリット２３の位置を変えることで、測定試料３０中でのエネルギーＥを選択し、検出する測定試料３０中の電子を選択できる。 Since such an energy slit 23 is arranged at the outlet of the energy analyzer 22, among the electron beams 27 separated by the energy analyzer 22, the electron beam 27 that has passed through the energy slit 23 is a projection electron lens system. It is incident on 24. At this time, since the electron beam 27 is separated for each photoelectron energy Ep by the energy analyzer 22, the passing position in the outlet of the electron beam 27 is also determined for each photoelectron energy Ep. Therefore, by adjusting the position of the energy slit 23, the energy Ep of the photoelectrons detected by the electron beam detector 25 can be selected. Since the energy Ep of photoelectrons depends on the energy E of electrons in the material (in the measurement sample 30), the energy E in the measurement sample 30 is selected and detected by changing the position of the energy slit 23. The electrons in the sample 30 can be selected.

一方で、光電子のエネルギーＥｐ＝２０ｋＶ＋Ｅｋ−ＳＴＶであるので、ＳＴＶの値を変えることで、光電子のエネルギーＥｐを変えることができる。したがって、ＳＴＶの値を変えることで、電子ビーム検出器２５で検出する光電子のエネルギーＥｐを選択でき、検出する測定試料３０中の電子を選択できる。 On the other hand, since the photoelectron energy Ep = 20 kV + Ek-STV, the photoelectron energy Ep can be changed by changing the value of STV. Therefore, by changing the value of STV, the energy Ep of the photoelectrons detected by the electron beam detector 25 can be selected, and the electrons in the measurement sample 30 to be detected can be selected.

ここで、光電子としてエネルギースリット２３を通過できる電子のエネルギーＥの帯域を帯域ＥＢとする。この帯域ＥＢは、帯域ＥＢ内のエネルギーＥの電子がより多くエネルギースリット２３を通過することを意味しており、帯域ＥＢ外のエネルギーＥの電子の一部もエネルギースリット２３を通過できる。そうすると、測定試料３０を構成する各材料の状態関数において当該帯域ＥＢ内に電子の状態が存在する材料である場合、その材料は、帯域ＥＢ内のエネルギーＥの電子を有するので、制御装置５０で生成する画像において、輝度値が高くなり明るく写る。状態の数が多いほど、多くの電子が存在するので、より輝度値が高くなる。一方で、状態関数において帯域ＥＢ内に電子の状態が存在しない材料は、画像において暗く写る又は写らない。 Here, the band of the energy E of the electrons that can pass through the energy slit 23 as photoelectrons is defined as the band EB. This band EB means that more electrons of energy E in the band EB pass through the energy slit 23, and some of the electrons of energy E outside the band EB can also pass through the energy slit 23. Then, in the case of a material in which an electron state exists in the band EB in the state function of each material constituting the measurement sample 30, since the material has electrons of energy E in the band EB, the control device 50 can be used. In the generated image, the brightness value becomes high and the image appears bright. The larger the number of states, the higher the luminance value because there are more electrons. On the other hand, a material whose electronic state does not exist in the band EB in the state function appears dark or does not appear in the image.

そのため、状態密度関数に基づいて、エネルギースリット２３の位置を動かして、帯域ＥＢの位置をずらすことで、観察したい材料を選択することができる。 Therefore, the material to be observed can be selected by moving the position of the energy slit 23 and shifting the position of the band EB based on the density of states function.

また、上記のように、ＳＴＶの値を変えることで、電子ビーム検出器２５で検出する光電子のエネルギーＥｐを選択でき、検出する測定試料３０中の電子を選択できる。すなわち、ＳＴＶの値を変えることで、上記の帯域ＥＢを通過できる電子のエネルギーを変えることができる。よって、エネルギー調整機構１３が、素子部３１ａを構成する材料の状態密度に基づいて測定試料３０に印加する所定電圧（ＳＴＶ）を決定し、決定したＳＴＶを出力することで、観察したい材料を選択することができる。 Further, as described above, by changing the STV value, the energy Ep of the photoelectrons detected by the electron beam detector 25 can be selected, and the electrons in the measurement sample 30 to be detected can be selected. That is, by changing the value of STV, the energy of electrons that can pass through the above band EB can be changed. Therefore, the energy adjusting mechanism 13 determines a predetermined voltage (STV) to be applied to the measurement sample 30 based on the density of states of the material constituting the element unit 31a, and outputs the determined STV to select the material to be observed. can do.

さらに、状態の数が多いほど画像において輝度値が高くなるので、光電子としてエネルギースリット２３を通過できる電子のエネルギーＥの帯域ＥＢが、検出したい特定の材料の状態密度が高いエネルギー帯域になるようにＳＴＶを決定することで、特定の材料から放出される光電子の量を増やして、当該光電子を検出し易くでき、特定の材料を選択的に観察することができる。なお、実施形態１の電子顕微鏡１においても、エネルギー調整機構１３を備えるようにし、エネルギー調整機構１３が、素子部３１ａを構成する材料の状態密度に基づいて測定試料３０に印加する所定電圧（ＳＴＶ）を決定し、ＳＴＶをホルダ１１に印加するようにすることもできる。 Further, since the brightness value becomes higher in the image as the number of states increases, the band EB of the energy E of the electrons that can pass through the energy slit 23 as photoelectrons becomes the energy band having a high density of states of the specific material to be detected. By determining the STV, the amount of photoelectrons emitted from a specific material can be increased, the photoelectrons can be easily detected, and the specific material can be selectively observed. The electron microscope 1 of the first embodiment is also provided with the energy adjusting mechanism 13, and the energy adjusting mechanism 13 applies a predetermined voltage (STV) to the measurement sample 30 based on the density of states of the material constituting the element portion 31a. ), And the STV may be applied to the holder 11.

（変形例７）
上記の実施形態では、測定試料３０に対して垂直にＣＷレーザー７を照射し、測定試料３０から放出された光電子による電子ビーム２７のパスをビームセパレータ５でＣＷレーザー７のパスと分離した場合について説明したが、本発明はこれに限られず、電子顕微鏡１は、ビームセパレータ５を備えていなくてもよい。この場合、例えば、光電子を測定試料３０に対して垂直方向に放出させて、光電子を検出する場合は、測定試料３０の垂直方向に対して、ＣＷレーザー７のパスが所定角度（例えば４５度）傾くようにレーザー光源２を配置して、ＣＷレーザー７を測定試料３０に照射するようにする。 (Modification 7)
In the above embodiment, the CW laser 7 is irradiated perpendicularly to the measurement sample 30, and the path of the electron beam 27 due to the photoelectrons emitted from the measurement sample 30 is separated from the path of the CW laser 7 by the beam separator 5. As described above, the present invention is not limited to this, and the electron microscope 1 may not include the beam separator 5. In this case, for example, when photoelectrons are emitted in the direction perpendicular to the measurement sample 30 to detect photoelectrons, the path of the CW laser 7 is at a predetermined angle (for example, 45 degrees) with respect to the direction perpendicular to the measurement sample 30. The laser light source 2 is arranged so as to be tilted so that the CW laser 7 irradiates the measurement sample 30.

（変形例８）
また、上記の実施形態では、ホルダ１１に高圧電源１４を接続し、測定試料３０に対して負の電圧を印加し、測定試料３０とビームセパレータ５の間に電界を生じさせて光電子が放出されやすくした場合について説明したが、本発明はこれに限られない。例えば、投影電子レンズ系２４など電子ビーム検出器２５側に高圧電源１４の正極側を接続し、負極側をグラウンドＧに接地して、電子ビーム検出器２５側を正の電圧に帯電させ、測定試料３０とビームセパレータ５の間に電界を生じさせて、測定試料３０から光電子が放出されやすくしてもよい。この場合、測定試料３０に電圧を印加しないで済むので、工業利用上有利である。 (Modification 8)
Further, in the above embodiment, the high voltage power supply 14 is connected to the holder 11, a negative voltage is applied to the measurement sample 30, an electric field is generated between the measurement sample 30 and the beam separator 5, and photoelectrons are emitted. Although the case of making it easier has been described, the present invention is not limited to this. For example, the positive electrode side of the high-voltage power supply 14 is connected to the electron beam detector 25 side such as the projection electron lens system 24, the negative electrode side is grounded to the ground G, and the electron beam detector 25 side is charged to a positive voltage for measurement. An electric field may be generated between the sample 30 and the beam separator 5 to facilitate the emission of photoelectrons from the measurement sample 30. In this case, it is not necessary to apply a voltage to the measurement sample 30, which is advantageous for industrial use.

（変形例９）
上記の実施形態では、電気特性測定回路４０そのものの電位に、高圧電源１４との関係において自由度があったが、高圧電源１４と電気特性測定回路４０のシャーシの電位を等電位にすることもできる。ここで、図９は、変形例９における電子顕微鏡の一部構成を示した概略図である。図９では、オペランド観察の対象となる測定試料３０の周辺の回路を詳細に説明するために、図１に示した構成と同じ構成である、レーザー光源２、波長板３、集光レンズ４、対物レンズ６、ビームセパレータ５、投影電子レンズ系２４及び電子ビーム検出器２５等は省略してある。なお、ここでは図１に示した構成と同じ構成についての説明は省略し、図１に示した電子顕微鏡１との相違点に着目して以下説明する。 (Modification 9)
In the above embodiment, the potential of the electrical characteristic measurement circuit 40 itself has a degree of freedom in relation to the high voltage power supply 14, but the potential of the chassis of the high voltage power supply 14 and the electrical characteristic measurement circuit 40 may be equipotential. it can. Here, FIG. 9 is a schematic view showing a partial configuration of the electron microscope in the modified example 9. In FIG. 9, in order to explain in detail the circuit around the measurement sample 30 to be observed by the operand, the laser light source 2, the wave plate 3, and the condenser lens 4 have the same configuration as that shown in FIG. The objective lens 6, the beam separator 5, the projected electron lens system 24, the electron beam detector 25, and the like are omitted. Here, the description of the same configuration as that shown in FIG. 1 will be omitted, and the following description will be made focusing on the difference from the electron microscope 1 shown in FIG.

図９に示すように、変形例９では、測定試料３０の下部電極３３とホルダ１１とを等電位にする電位制御装置４４を備え、電気特性測定回路４０のLow端子（図９中、「Low」と表記）と、電位制御装置４４と、を導線４３により接続した構成を有する。これにより、変形例９では、エネルギー調整機構１３の出力側と、電気特性測定回路４０のLow端子と、導線４３と、電位制御装置４４とを等電位にすることができる。電気特性測定回路４０から出力される電圧は、この等電位上に加わることになり、その形状がパルス状に変化した場合においても、測定試料３０の電気特性を安定的に測定することができる。なお、制御装置５０により、エネルギー調整機構１３、電気特性測定回路４０の制御を行う接続（図中の点線）には、電気的な接続を伴わない方法、例えば、光ファイバーによる通信を適用することができる。 As shown in FIG. 9, in the modified example 9, the potential control device 44 that equipotates the lower electrode 33 and the holder 11 of the measurement sample 30 is provided, and the Low terminal of the electrical characteristic measurement circuit 40 (in FIG. 9, “Low”. ”) And the potential control device 44 are connected by a lead wire 43. As a result, in the modification 9, the output side of the energy adjusting mechanism 13, the Low terminal of the electrical characteristic measuring circuit 40, the conducting wire 43, and the potential control device 44 can be equipotential. The voltage output from the electrical characteristic measurement circuit 40 is applied on this equipotential, and even when the shape changes in a pulse shape, the electrical characteristic of the measurement sample 30 can be stably measured. The connection (dotted line in the figure) that controls the energy adjustment mechanism 13 and the electrical characteristic measurement circuit 40 by the control device 50 can be applied to a method that does not involve an electrical connection, for example, communication by an optical fiber. it can.

（変形例１０）
上記の実施形態では、測定試料３０周辺の電位について自由度があったが、ホルダ１１と、第１電極又は第２電極としての下部電極３３と、を電気的に直接接続する構成を設けることもできる。ここで、図１０は、変形例１０の電子顕微鏡に設けられる、ホルダ９１ａを備えた電位制御装置９１を示した概略図である。図１０は、電位制御装置９１の周辺の構成について詳細に説明するための概略図であり、図１に示した構成と同じ構成である、レーザー光源２、波長板３、集光レンズ４、対物レンズ６、ビームセパレータ５、投影電子レンズ系２４、電子ビーム検出器２５、電気特性測定回路４０、高圧電源１４等は省略してある。なお、ここでは図１に示した構成と同じ構成についての説明は省略し、図１に示した電子顕微鏡１との相違点に着目して以下説明する。 (Modification example 10)
In the above embodiment, there is a degree of freedom regarding the potential around the measurement sample 30, but it is also possible to provide a configuration in which the holder 11 and the lower electrode 33 as the first electrode or the second electrode are directly electrically connected. it can. Here, FIG. 10 is a schematic view showing a potential control device 91 provided with a holder 91a, which is provided in the electron microscope of the modified example 10. FIG. 10 is a schematic view for explaining the peripheral configuration of the potential control device 91 in detail, and has the same configuration as that shown in FIG. 1, the laser light source 2, the wave plate 3, the condenser lens 4, and the objective. The lens 6, the beam separator 5, the projection electron lens system 24, the electron beam detector 25, the electrical characteristic measurement circuit 40, the high-voltage power supply 14, and the like are omitted. Here, the description of the same configuration as that shown in FIG. 1 will be omitted, and the following description will be made focusing on the difference from the electron microscope 1 shown in FIG.

変形例１０における電位制御装置９１は、ホルダ９１ａと、ホルダ９１ａを覆うカバー体９１ｃとを備えている。電位制御装置９１は、ホルダ９１ａ及びカバー体９１ｃで囲まれた内部空間を形成し、当該内部空間内におけるホルダ９１ａ上に測定試料３０が載置された構成を有する。電位制御装置９１のカバー体９１ｃには、天面に貫通孔９１ｄが形成されており、貫通孔９１ｄから、内部空間にある測定試料３０にＣＷレーザー７が照射される。測定試料３０の酸化物層３４からの電子ビーム２７の検出は、カバー体９１ｃの貫通孔９１ｄを介して行われる。 The potential control device 91 in the modified example 10 includes a holder 91a and a cover body 91c that covers the holder 91a. The potential control device 91 forms an internal space surrounded by the holder 91a and the cover body 91c, and has a configuration in which the measurement sample 30 is placed on the holder 91a in the internal space. A through hole 91d is formed on the top surface of the cover body 91c of the potential control device 91, and the measurement sample 30 in the internal space is irradiated with the CW laser 7 from the through hole 91d. The detection of the electron beam 27 from the oxide layer 34 of the measurement sample 30 is performed through the through hole 91d of the cover body 91c.

ホルダ９１ａでは、測定試料３０が載置されることで、測定試料３０の下部電極３３が接触し、下部電極３３と電気的に接続する。このように、電位制御装置９１は、ホルダ９１ａを下部電極３３と接触させることで、下部電極３３とホルダ９１ａとを等電位にする。また、この電位制御装置９１には、ホルダ９１ａ又はカバー体９１ｃの所定位置に導線４３が接続されている。これにより、電位制御装置９１では、下部電極３３と、ホルダ９１ａと、導線４３とが等電位となる。一方、上部電極３５ａ、３５ｂは、電位制御装置９１内に設けられた絶縁性の導入端子（図示せず）を経由して導線４２と接続されることになる。図１０においては、図中に挿入した素子顕微鏡像における上部電極３５ａ、３５ｂと下部電極３３の交点を強調して、その断面を図１０の上部に記載している。例えば、この変形例１０の場合、上部電極３５ａ、３５ｂはＰｔで、その膜厚は２０ナノメートルであるが、その厚みを強調してある。 When the measurement sample 30 is placed on the holder 91a, the lower electrode 33 of the measurement sample 30 comes into contact with the holder 91a and is electrically connected to the lower electrode 33. In this way, the potential control device 91 brings the lower electrode 33 and the holder 91a into equipotential by bringing the holder 91a into contact with the lower electrode 33. Further, a lead wire 43 is connected to the potential control device 91 at a predetermined position of the holder 91a or the cover body 91c. As a result, in the potential control device 91, the lower electrode 33, the holder 91a, and the lead wire 43 become equipotential. On the other hand, the upper electrodes 35a and 35b are connected to the lead wire 42 via an insulating introduction terminal (not shown) provided in the potential control device 91. In FIG. 10, the intersection of the upper electrodes 35a and 35b and the lower electrode 33 in the element microscope image inserted in the drawing is emphasized, and the cross section thereof is shown in the upper part of FIG. For example, in the case of this modification 10, the upper electrodes 35a and 35b are Pt, and the film thickness is 20 nanometers, but the thickness is emphasized.

ここにおいて、電位制御装置９１は、上部電極３５ａ、３５ｂの絶縁性を高めるために、カプトンテープなどの電気的絶縁サポート９３を、カバー体９１ｃと測定試料３０の上部電極３５ａ、３５ｂとの間に挿入することもできる。図１０に示した変形例１０では、ホルダ９１ａに段差部９１ｂが形成されており、電気的絶縁サポート９３によって測定試料３０を段差部９１ｂに押し付け、段差部９１ｂに測定試料３０が位置決めされている。 Here, the potential control device 91 inserts an electrical insulation support 93 such as Kapton tape between the cover body 91c and the upper electrodes 35a and 35b of the measurement sample 30 in order to improve the insulation of the upper electrodes 35a and 35b. It can also be inserted. In the modified example 10 shown in FIG. 10, a step portion 91b is formed on the holder 91a, the measurement sample 30 is pressed against the step portion 91b by the electrical insulation support 93, and the measurement sample 30 is positioned on the step portion 91b. ..

変形例１０でもＣＷレーザー７の波長を、測定試料３０の最表層の仕事関数φに応じて選定することにより、酸化物層３４からの電子ビーム２７を検出することができる。即ち、測定試料３０の表面全域に導電性金属を設けることができるので、放電防止、さらには、測定試料３０の帯電防止も行える。また、測定試料３０のＣＷレーザー７側の面に設ける導電性金属（上部電極３５ａ、３５ｂ及び下部電極３３）の形状を、面内においてより高い対称性を持つように設けることにより、放電防止、帯電防止の効果を持たせることもできる。また、この実施形態においては、図１０の挿入図において、上下、左右からＡｕ（１００ナノメートル）／Ｔｉ（５ナノメートル）積層膜にて放電防止マスク３８を形成しているが、Ａｕ、Ｔｉの他にも、Ｃｕ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｔａ、Ｗやそれらの合金、化合物、積層膜など素子に合わせた導電性金属を選ぶこともできる。なお、図１０に示した３６ａ、３６ｂは、上述した実施形態と同様、上部電極３５ａ、３５ｂの細線部を示す。 Also in the modified example 10, the electron beam 27 from the oxide layer 34 can be detected by selecting the wavelength of the CW laser 7 according to the work function φ of the outermost layer of the measurement sample 30. That is, since the conductive metal can be provided on the entire surface of the measurement sample 30, it is possible to prevent the discharge and further prevent the measurement sample 30 from being charged. Further, by providing the shape of the conductive metal (upper electrodes 35a, 35b and lower electrode 33) provided on the surface of the measurement sample 30 on the CW laser 7 side so as to have higher in-plane symmetry, discharge prevention can be achieved. It can also have an antistatic effect. Further, in this embodiment, in the inset of FIG. 10, the discharge prevention mask 38 is formed of the Au (100 nanometer) / Ti (5 nanometer) laminated film from the top, bottom, left and right, but Au, Ti. In addition, conductive metals such as Cu, Ir, Pt, Ta, W, their alloys, compounds, and laminated films can be selected according to the element. Note that 36a and 36b shown in FIG. 10 indicate thin line portions of the upper electrodes 35a and 35b as in the above-described embodiment.

（５）検証実験
検証実験として、素子部３１ａ、３１ｂにおいて上部電極３５ａ、３５ｂがＰｔ、酸化物層ｓがＴａ２０５、下部電極３３がＴｉＮで形成された測定試料３０（抵抗変化メモリ）について、電流値を時間と共に増加させながら素子部３１ａ、３１ｂに電流を流していき、酸化物層３４が変化していく様子を、電子顕微鏡１を用いて観察した。同時に、電流電圧特性も測定した。その結果を図１１から図１３に示す。 (5) Verification Experiment verification experiment, the element portion 31a, an upper electrode 35a, 35b is Pt in 31b, the oxide layer s is Ta 2 0 5, the measurement sample 30 to the lower electrode 33 is formed with TiN (resistance change memory) With respect to the above, the state in which the oxide layer 34 was changed by passing a current through the element portions 31a and 31b while increasing the current value with time was observed using the electron microscope 1. At the same time, the current-voltage characteristics were also measured. The results are shown in FIGS. 11 to 13.

図１１は、電子顕微鏡１により取得した素子部３１ａの画像である。３１ｂにおいても同様な画像が取得できる。実際には、連続して複数の画像を取得しているが、図１１では代表して、素子の電気抵抗が低抵抗状態のときの画像（上側の領域（ａ））と、高抵抗状態のときの画像（下側の領域（ｂ））と、を示している。検証実験では、右側の素子部３１ａに電流を流して酸化物層３４を変化させている。図１２は、電流電圧特性の結果である。図１３は、図１２における各点（図１２中、［Ａ］点〜［Ｇ］点）での輝度値の変化分を示す画像である。 FIG. 11 is an image of the element unit 31a acquired by the electron microscope 1. A similar image can be obtained with 31b. Actually, a plurality of images are continuously acquired, but in FIG. 11, the image when the electric resistance of the element is in the low resistance state (upper region (a)) and the image in the high resistance state are typically obtained. The image of the time (lower region (b)) and. In the verification experiment, an electric current is passed through the element portion 31a on the right side to change the oxide layer 34. FIG. 12 shows the results of the current-voltage characteristics. FIG. 13 is an image showing the change in the luminance value at each point in FIG. 12 (points [A] to [G] in FIG. 12).

図１２に示すように、素子部３１ａに流す電流を増加させていくと、８０μＡ程度の電流を流したとき（［Ｃ］点付近）、電流電圧曲線が下方にシフトしていることがわかる（［Ｃ］点から［Ｄ］点）。これは、酸化物層３４に高抵抗部分が出現し、素子部３１ａの抵抗値が増加したと考えられる。その後、電圧値を−７Ｖまで掃引させたのち、０Ｖまで電圧値を戻したが（［Ｄ］点から［Ｇ］点）、高抵抗化したままであった。 As shown in FIG. 12, when the current flowing through the element unit 31a is increased, it can be seen that the current-voltage curve shifts downward when a current of about 80 μA is passed (near the point [C]). From point [C] to point [D]). It is considered that this is because a high resistance portion appeared in the oxide layer 34 and the resistance value of the element portion 31a increased. Then, after sweeping the voltage value to -7V, the voltage value was returned to 0V (point [D] to [G]), but the resistance remained high.

図１１は、このような電流電圧曲線のシフトが起きる前後の画像を示しており、上側がシフトが起きる前の画像を示し、下側がシフトが起きた後の画像を示している。２つの画像を比較すると、素子部３１ａでは、シフト後に、上部電極と下部電極が交わる四辺状の領域の近傍で変化が見られており、この現象は、電流電圧曲線のシフトに起因するものであると考えられる。また、抵抗値が上がったことから、高抵抗部位の形成が示唆される。このように、電子顕微鏡１により、素子抵抗の様子がリアルタイムで観察でき、オペランド測定できることが確認できた。 FIG. 11 shows images before and after such a shift of the current-voltage curve, the upper side shows an image before the shift occurs, and the lower side shows an image after the shift occurs. Comparing the two images, in the element portion 31a, after the shift, a change is observed in the vicinity of the quadrilateral region where the upper electrode and the lower electrode intersect, and this phenomenon is caused by the shift of the current-voltage curve. It is believed that there is. In addition, the increase in resistance suggests the formation of high resistance sites. In this way, it was confirmed that the state of the element resistance can be observed in real time and the operand can be measured by the electron microscope 1.

図１３の領域（ａ）の画像は、図１１の低抵抗状態の画像と同じであり、上部電極と下部電極が交差する素子部３１ａが存在する。図１２の電流電圧曲線に記載された［Ａ］点から［Ｇ］点までの各点における画像を取得して、［Ａ］点と比較した変化分を示したものが、図１３における領域（ｂ）から領域（ｇ）に示す画像である。［Ｄ］点以降の画像で局所的に黒い点が出願しており、素子の高抵抗化の過程をオペランド観察できていることが端的に示されている。 The image of the region (a) of FIG. 13 is the same as the image of the low resistance state of FIG. 11, and the element portion 31a where the upper electrode and the lower electrode intersect is present. The area in FIG. 13 (the area in FIG. 13) shows the change obtained by acquiring images at each point from the point [A] to the point [G] shown in the current-voltage curve of FIG. 12 and comparing with the point [A]. It is an image shown from b) to the region (g). Black dots have been filed locally in the images after point [D], and it is clearly shown that the process of increasing the resistance of the device can be observed as an operand.

本検証実験においては、素子観察と同時に電気特性を計測するオペランド観察となっており、パルス電圧を印加した際に電流値を取得している。また、電圧印加がなされていない間に画像を取得するという方法でなされても良く、図７中の下図で示したように、電圧印加がなされていない間に画像取得と電気抵抗値計測を行うという方法でなされても良い。図１３は、このようにオペランド観察ができるようになった電子顕微鏡１により初めて得られた結果である。 In this verification experiment, the operand observation is performed to measure the electrical characteristics at the same time as the element observation, and the current value is acquired when the pulse voltage is applied. Further, the image may be acquired while the voltage is not applied, and as shown in the lower figure in FIG. 7, the image is acquired and the electric resistance value is measured while the voltage is not applied. It may be done by the method. FIG. 13 shows the results obtained for the first time by the electron microscope 1 capable of observing the operands in this way.

従来の手法では、測定試料の素子部の酸化物層の変化を観察する場合、素子部の画像を生成後、一度チャンバーから測定試料を取り出して電流を流し、再度チャンバー内に測定試料を配置して、再度素子部の画像を生成する作業を繰り返し行う必要があった。そのため、チャンバーから測定試料を取り出すことによって素子部の特性が変化したり、素子部に不純物が付着したりし、その影響が画像に表れることがあり、電流を流したことに起因する素子部の特性の変化による画像の変化との峻別が難しい場合があった。また、測定条件の変化などにより同じ位置で素子部の画像を生成することが難しく、素子部が極めて小さい場合には同じ素子部を観察するができず、図１３のような画像を得ることができなかった。 In the conventional method, when observing the change in the oxide layer of the element part of the measurement sample, after generating the image of the element part, the measurement sample is taken out from the chamber once, an electric current is passed, and the measurement sample is placed in the chamber again. Therefore, it was necessary to repeat the work of generating the image of the element unit again. Therefore, when the measurement sample is taken out from the chamber, the characteristics of the element part may change or impurities may adhere to the element part, and the influence may appear in the image. In some cases, it was difficult to distinguish from changes in the image due to changes in characteristics. Further, it is difficult to generate an image of the element portion at the same position due to a change in measurement conditions, and when the element portion is extremely small, the same element portion cannot be observed, and an image as shown in FIG. 13 can be obtained. could not.

これに対しで、本発明の電子顕微鏡１は、オペランド測定できるので、電圧を印加する又は電流を流すことによる素子部の酸化物層の変化を確実に観察でき、さらには、酸化物層の変化の前後での輝度値の差分を表す画像など、従来の手法では得ることのできない観察結果も得ることができる。 On the other hand, since the electron microscope 1 of the present invention can measure the operand, it is possible to reliably observe the change in the oxide layer of the element portion by applying a voltage or passing a current, and further, the change in the oxide layer. It is also possible to obtain observation results that cannot be obtained by conventional methods, such as an image showing the difference in brightness values before and after.

１、１００ 電子顕微鏡
１０ チャンバー
１１ ホルダ
２５ 電子ビーム検出器
３０、３０ａ、６０、７０測定試料
４０ 電気特性測定回路
４４ 電位制御装置
５０ 制御装置 1,100 Electron microscope 10 Chamber 11 Holder 25 Electron beam detector 30, 30a, 60, 70 Measurement sample 40 Electrical characteristic measurement circuit 44 Potential control device 50 Control device

Claims (15)

光又は放射線を測定試料に照射することで前記測定試料から出射した電子を検出し、検出した前記電子に基づいて前記測定試料の画像を生成する電子顕微鏡であって、
前記測定試料に含まれる素子部の第１電極と第２電極の間に電圧を印加する又は電流を流す電気特性測定回路と、
前記第１電極又は前記第２電極の電位と、前記測定試料を載置するホルダの電位とを等電位にする電位制御装置と
を備える
電子顕微鏡。 An electron microscope that detects electrons emitted from the measurement sample by irradiating the measurement sample with light or radiation and generates an image of the measurement sample based on the detected electrons.
An electrical characteristic measurement circuit that applies a voltage or allows a current to flow between the first electrode and the second electrode of the element portion included in the measurement sample.
An electron microscope including a potential control device that equalizes the potential of the first electrode or the second electrode with the potential of a holder on which the measurement sample is placed. 前記電位制御装置は、前記第１電極又は前記第２電極と、前記ホルダとを等電位にする導線である
請求項１に記載の電子顕微鏡。 The electron microscope according to claim 1, wherein the potential control device is a conducting wire that makes the first electrode or the second electrode and the holder equipotential. 前記電位制御装置は、前記ホルダを備えており、前記第１電極又は前記第２電極を前記ホルダに接触させ、前記ホルダに接触する側の前記第１電極又は前記第２電極と、前記ホルダとを等電位にする
請求項１に記載の電子顕微鏡。 The potential control device includes the holder, and the first electrode or the second electrode is brought into contact with the holder, and the first electrode or the second electrode on the side in contact with the holder, and the holder. The electron microscope according to claim 1, wherein the electrodes are equipotential. 前記測定試料を覆う放電防止マスクを備える
請求項１〜３のいずれか１項に記載の電子顕微鏡。 The electron microscope according to any one of claims 1 to 3, further comprising an anti-discharge mask covering the measurement sample. 前記放電防止マスクは、導電性金属で形成されている
請求項４に記載の電子顕微鏡。 The electron microscope according to claim 4, wherein the discharge prevention mask is made of a conductive metal. 前記放電防止マスクは、前記第１電極及び前記第２電極の内、導電性が低い方の電極を覆う
請求項４又は５に記載の電子顕微鏡。 The electron microscope according to claim 4 or 5, wherein the discharge prevention mask covers the electrode having the lower conductivity among the first electrode and the second electrode. 前記電気特性測定回路は、ソースメジャーユニットである
請求項１〜６のいずれか１項に記載の電子顕微鏡。 The electron microscope according to any one of claims 1 to 6, wherein the electrical characteristic measurement circuit is a source measure unit. 前記測定試料の画像を生成し、前記電気特性測定回路を制御する制御装置を備え、
前記制御装置は、素子部への前記電圧又は前記電流の印加と休止を繰り返すように前記電気特性測定回路を制御し、前記電圧又は前記電流の印加が休止状態にあるときに、前記素子部の画像を生成する
請求項１〜７のいずれか１項に記載の電子顕微鏡。 A control device for generating an image of the measurement sample and controlling the electrical characteristic measurement circuit is provided.
The control device controls the electrical characteristic measurement circuit so as to repeatedly apply and pause the voltage or the current to the element unit, and when the voltage or the current is applied to the element unit in the paused state, the element unit The electron microscope according to any one of claims 1 to 7, wherein an image is generated. 前記光として、ＣＷレーザーを生成するレーザー光源と、
前記電子として、前記ＣＷレーザーの照射によって前記測定試料から出射した光電子を検出する電子ビーム検出器とを備える
請求項１〜８のいずれか１項に記載の電子顕微鏡。 As the light, a laser light source that generates a CW laser and
The electron microscope according to any one of claims 1 to 8, further comprising an electron beam detector that detects photoelectrons emitted from the measurement sample by irradiation with the CW laser as the electrons. 前記ＣＷレーザーにより前記測定試料から出射した前記光電子をエネルギーごとに分離するエネルギー分析器と、
所定エネルギーの前記光電子を通過させるエネルギースリットと、を備え、
前記電子ビーム検出器は、前記エネルギースリットを通過した前記光電子を検出する
請求項９に記載の電子顕微鏡。 An energy analyzer that separates the photoelectrons emitted from the measurement sample by the CW laser for each energy.
An energy slit for passing the photoelectrons of a predetermined energy is provided.
The electron microscope according to claim 9, wherein the electron beam detector detects the photoelectrons that have passed through the energy slit. 前記ＣＷレーザーのエネルギーと前記測定試料の仕事関数の差が０〜０．５ｅＶである
請求項９又は１０に記載の電子顕微鏡。 The electron microscope according to claim 9 or 10, wherein the difference between the energy of the CW laser and the work function of the measurement sample is 0 to 0.5 eV. 前記測定試料に所定電圧を印加し、前記光電子のエネルギーを調整するエネルギー調整機構を備える
請求項９〜１１のいずれか１項に記載の電子顕微鏡。 The electron microscope according to any one of claims 9 to 11, further comprising an energy adjusting mechanism for adjusting the energy of the photoelectrons by applying a predetermined voltage to the measurement sample. 前記エネルギー調整機構は、前記素子部を構成する材料の状態密度に基づいて前記測定試料に印加する所定電圧を決定する
請求項１２に記載の電子顕微鏡。 The electron microscope according to claim 12, wherein the energy adjusting mechanism determines a predetermined voltage to be applied to the measurement sample based on the density of states of the material constituting the element portion. 前記測定試料に対して前記光電子を放出し易くする高電圧を印加する高圧電源を備える
請求項９〜１３のいずれか１項に記載の電子顕微鏡。 The electron microscope according to any one of claims 9 to 13, further comprising a high-voltage power source that applies a high voltage that facilitates emission of the photoelectrons to the measurement sample. 前記電子ビーム検出器側に前記光電子を放出し易くする正の高電圧を印加する高圧電源を備える
請求項９〜１３のいずれか１項に記載の電子顕微鏡。 The electron microscope according to any one of claims 9 to 13, further comprising a high-voltage power source that applies a positive high voltage that facilitates the emission of photoelectrons on the electron beam detector side.
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