JPH0721965A - 電子ビーム装置における物体構造試験方法及び装置 - Google Patents

電子ビーム装置における物体構造試験方法及び装置

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JPH0721965A
JPH0721965A JP6128858A JP12885894A JPH0721965A JP H0721965 A JPH0721965 A JP H0721965A JP 6128858 A JP6128858 A JP 6128858A JP 12885894 A JP12885894 A JP 12885894A JP H0721965 A JPH0721965 A JP H0721965A
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JP
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electron beam
electron
interference pattern
diffracted
testing
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JP6128858A
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Pieter Kruit
クルイト ピエテル
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Koninklijke Philips NV
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Philips Electronics NV
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    • G03HHOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H5/00Holographic processes or apparatus using particles or using waves other than those covered by groups G03H1/00 or G03H3/00 for obtaining holograms; Processes or apparatus for obtaining an optical image from them
    • HELECTRICITY
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    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/26Electron or ion microscopes; Electron or ion diffraction tubes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/15Means for deflecting or directing discharge
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 物体構造を一層正確に特定できる電子ビーム
装置における物体構造試験方法を提供する。 【構成】 相互にコヒーレントな2本の電子ビームを用
いて物体に付けて定在波を照射する。2本のビームは試
験すべき物体の表面の内部又は近傍に干渉パターンを形
成する。この干渉パターンの方向及びパターンピッチは
物体の結晶構造に対応し、物体構造の位相及び振幅情報
を決定することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、相互にコヒーレントな
2本の電子ビームにより電子ビーム装置において物体構
造を試験する方法に関するものである。また、本発明
は、このような方法を実施するための電子ビーム装置に
関するものである。
【0002】欧州特許出願第472235号明細書に焦
点変化再生を利用して、透過型電子顕微鏡において試料
から出射する電子ビームの波動関数の位相及び振幅を観
察する方法が開示されている。この既知の方法は物体構
造に関する情報を収集することを目的としているが、こ
の方法は相互にコヒーレントな電子ビームを利用してい
ないし、透過型電子顕微鏡にしか適用することができな
い。
【0003】別の公知文献として、1991年11月4
日に発行された雑誌「アプライドフィジクス レター」
59(19)、第2372頁〜2374頁に記載されて
いる文献がある。この文献には、相互にコヒーレントな
2本の電子ビームを用いてホログラムを形成し、物体を
通過した電子ビームの位相及び振幅を試験する方法が記
載されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記方法は、直接結像
法を超える優れた利点があるが、本質的に固有の制約を
受ける。ホログラム法の主要な制約は、注目する領域を
電子ビームが相互作用することなく通過できる領域に接
近させる必要があること、並びに情報の多くが用いられ
る電子光学系の色収差に起因して喪失してしまうことで
ある。さらに、この方法を実施するための装置は基本的
な適合性が必要であり、球面収差により試料の点情報が
ずれてしまい、さらに、この方法では記録されるべき画
素の数を大幅に超える数の検出素子を有する画像検出器
を必要とする。焦点変化再生法の主な制約は、低い空間
周波数域において位相コントラストが得られないこと、
及び高い空間周波数域において色収差により情報の多く
が喪失してしまうことである。さらに、多数の画像情報
(10倍又はそれ以上)を結合する必要があるため、点
情報がずれてしまう問題もある。さらに、非線形効果の
場合、反復計算法を用いなければならず、画像の再構成
に長時間かかる欠点もある。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明の目的は、上述し
た制約及び困難性を解決することにある。この目的を達
成するため、本発明による電子ビーム装置における物体
構造試験方法は、相互にコヒーレントな2本の電子ビー
ムを物体の共通部分に照射して干渉パターンを発生さ
せ、試験させる物体の構造と相関する情報を検出するこ
とを特徴とする。
【0006】本発明による方法は、物体の第1の電子ビ
ームが入射した位置と同一の位置に入射する基準ビーム
を用いる。基準ビームは、第1のビーム又は第1のビー
ムによって形成される回折ビームと関連して干渉パター
ンが形成されるように予め定めた角度だけ傾斜させる。
この干渉パターンから、物体の構造に関連する情報を有
する信号を検出する。基準ビームが第1ビームから形成
される回折ビームと同一線上にある場合、位相及び振幅
情報を物体の像面で観察することができる。
【0007】一般的に、基準ビームの回折現像を考慮す
る必要がある。2本のビームの回折プロセス又は散乱プ
ロセスは、全体として互いに独立しており、例えば対物
レンズの後側焦点面に2個の回折パターンが生ずるもの
と考えることができる。2本の照射ビームが相互にコヒ
ーレントな場合、2個の回折パターンは干渉し合うこと
になる。
【0008】好適実施例においては、第1の電子ビーム
を物体に照射し、この第1の電子ビームの回折された電
子ビームの方向と同一線上の方向に基準電子ビームを前
記物体に照射して結合されたビームを形成し、結合され
たビーム中の電子流を回折された電子ビームと基準電子
ビームとの間の相対位相差の関数として測定し、前記回
折された電子ビームの振幅及び位相を共に決定する。
【0009】この方法は、前述した既知のホログラム法
及び焦点ずれ法に対して直接置き換わるものであり、こ
れら既知の方法の欠点を生ずることなく位相及び振幅情
報を得ることができる。CCDカメラの形態のものを用
いてビーム電流の位置感知測定を行うことができる。結
合ビーム中の局部電流が適切に測定されれば、画像の再
構成や画像積分を行うことなく位相及び振幅に関する全
ての情報が得られる。
【0010】好適実施例において、測定はフーリエ変換
計算によって実行される。この計算は、結合ビームによ
って物体の像面中に発生する予定の画像について行う。
第1の電子ビームの零次回折ビームを絞ることにより信
号を増強することができる。この信号増強は、例えばス
リット条の絞りにより行うことができる。同様に、基準
ビームからの回折ビームは、第1の照射ビームの零次照
射ビームの方向に回折されたビームのように測定すべき
信号に対して反対の効果を有するので、開口を有する部
材により遮蔽することができる。
【0011】試験すべき物体を相互にコヒーレントな2
本の電子ビームで照射して物体上に干渉パターンを形成
すると、上述した弾性散乱ビーム以外の信号を検出する
ことができる。例えば、後方散乱電子、非弾性散乱電
子、X線又はオージェ電子を検出することができる。非
弾性散乱電子は物体中でのエネルギー喪失量に基づき取
り出すことができる。
【0012】物体がy方向にdの原子間隔を有する結晶
体の場合、本発明によればピッチdのラインを有する干
渉パターンを物体表面上に発生させることができる。電
子が結晶体の原子上に入射するように干渉パターンのラ
インを配置すれば、電子が結晶体の原子と原子との間に
入射すると、例えばX線のような信号は一層大きくな
る。この結果、相対間隔dの特定の種類の原子の数及び
これら原子の干渉パターンの位置に対する相対位置を検
出することができる。
【0013】上述した方法は、1988年に発行された
雑誌「ウルトラ マイクロスコピー」24に記載されて
いるALCHEMI法にある程度類似している。しかし
ながら、ALCHEMI法では、干渉パターンは試験す
べき物体である結晶性物体の上部層構造によって発生さ
せている。従って、このALCHEMI法は本発明によ
る方法とは本質的に相違しほとんど本発明に適用するこ
とはできない。この理由は、試料が結晶構造であること
が干渉パターン形成の因子になっているからである。
【0014】好適実施例によれば、結晶表面構造から出
射する信号が振幅又はエネルギー識別を受ける測定方法
をもちいることができるので、例えば結晶表面構造につ
いて一層基本的な試験を行うことができる。この方法に
より、特にオージェ電子の発生深さを決定することがで
き、従って表面構造の試験を一層改良することができ
る。
【0015】本発明による試験方法を実施する装置の好
適実施例は、例えば回転可能な結晶体、二重ビーム選択
絞り及び前記結晶体を物体上に結像する電子光学系を有
し、二重ビーム照射を行なうことを特徴とする。電子バ
イプリズムを物体に対して僅かに焦点をずらして結像し
て2本の干渉ビームを形成する必要がある。結晶体は、
例えば二重ビーム選択絞り及び結像光学系を用いて物体
上に結像させる。
【0016】好適実施例では、非回転結晶体及びレンズ
磁界を用いて結像電子ビームに外乱作用を与えることな
く結晶体の像を回転させる。
【0017】別の実施例では、ビーム傾斜装置を用いて
両方の照射ビームを対物レンズを対称的に通過させ、対
物レンズによって生ずる色収差に起因するエネルギー依
存性位相シフトの発生を防止する。
【0018】測定されるべき信号は、多重極磁界を用い
ることにより及び/又は結晶体中又は別の光学素子中で
生ずる色収差を予め補償することにより増強することが
できる。
【0019】
【実施例】図1は電子鏡から放出された電子ビーム2を
示す。電子銃4は、好ましくは電界放出チィップ6を有
する電界放射型電子鏡で構成する。電子ビームは、照射
系10により、電子バイプリズム又はビーム分割素子と
して作用する結晶体のような電子ビーム分割装置8に向
けて進行する。本例では、照射系10は、2個のコンデ
ンサレンズ12及び14と第1の“2重(twin)"レンズ
系18の上側部分16とを備える。この“2重”レンズ
系は米国特許第4306149号明細書に記載されてい
る。ビームストップ絞り15をコンデンサレンズ系に付
加することができる。2本の電子ビーム20及び22が
ビーム分割装置8から出射し、これら2本のビームが交
差すると干渉ラインパターンが形成される。これら2本
の電子ビームは第2の照射系26により物体24に向け
て入射する。本例では、第2の照射系26は第1の“二
重”レンズ系18の下側部分28と、2個のコンデンサ
レンズ30及び32と、第2の“二重”レンズ系36の
上側部分34とを具える。コンデンサレンズ30及び3
2の励起により干渉パターンのラインピッチが制御され
る。第2の照射系26は、ラインピッチが変化すること
なく干渉パターンが回転するように動作する。本例で
は、この動作は、二重の磁気ギャップ及び2個の励起コ
イルを有するコンデンサレンズを用いることにより行な
う。偏向コイル38は試験されるべき物体の照射領域の
位置を決定する。同時に、偏向コイル38は2本の照射
ビーム20及び22の相対位相を決定する。本例の装置
はX線検出器40も具える。尚、このX線検出器は電子
検出器で置き換えることもできる。この電子レンズ系の
回折面12にビームストップ44を配置することがで
き、結像動作モード又は回折動作モード中に通常のTE
M系の一部を構成するレンズ46を配置することができ
る。2本のビームは面48で再度交差する。好ましい回
折モード中に2本の照射ビームの相対位相に応じてつま
り2本の照射ビーム間の位相シフトに応じて物体の回折
パターンが面42において検出され或いは面48に拡大
像として結像され、この結果物体に関する一般的な情報
が与えられる。
【0020】別の動作モード中において、X線、オージ
ュ電子、2次電子又は反射電子のような物体からの信号
が2本の照射ビーム間の位相差の関数として検出され
る。この試験により、例えば結晶中のある原子形態のよ
うな別の情報が比較的低いS/N比で発生する。
【0021】別の動作モードにおいて、物体の拡大像が
形成され、フーリエ成分の振幅が2本の照射ビームの相
対位相の関数として決定される。このモードにおいて、
基準ビーム及び回折したビームを、既知の照射系の一部
を構成する傾き検出コイル系を用いて光軸50に沿って
進行させることが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による物体試験装置を実施するのに好適
な透過型電子顕微鏡装置を示す線図である。
【符号の説明】
4 電子銃 6 電子放出チィップ 8 電子ビーム分割装置 10 第1の照射系 12,14,30,32 コンデンサレンズ 18 二重レンズ系 24 物体 26 第2の照射系 38 偏向コイル 44 ヒーム絞り

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 相互にコヒーレントな2本の電子ビーム
    により電子ビーム装置において物体構造を試験するに際
    し、 相互にコヒーレントな2本の電子ビームを物体の共通部
    分に照射して干渉パターンを発生させ、試験させるべき
    物体の構造と相関する情報を検出することを特徴とする
    電子ビーム装置における物体構造試験方法。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載の方法において、第1の
    電子ビームを物体に照射し、この第1の電子ビームの回
    折された電子ビームの方向と同一線上の方向に基準電子
    ビームを前記物体に照射して結合されたビームを形成
    し、結合されたビーム中の電子流を、回折された電子ビ
    ームと基準電子ビームとの間の相対位相差の関数として
    測定し、前記回折された電子ビームの振幅及び位相を共
    に決定することを特徴とする電子ビーム装置における物
    体構造試験方法。
  3. 【請求項3】 請求項2に記載の方法において、基準電
    子ビームを物体を経て照射し、前記回折した電子ビーム
    を用いて物体の像面に干渉パターンを発生させ、干渉パ
    ターンの像のフーリエ変換によって取り出した干渉パタ
    ーンの振幅を、回折したビームと基準ビームとの間の相
    対位相差の関数として表わすことを特徴とする電子ビー
    ム装置における物体構造試験方法。
  4. 【請求項4】 請求項2又は3に記載の方法において、
    前記第1の電子ビームから取り出された零次回折ビーム
    を絞りにより絞ることを特徴とする電子ビーム装置にお
    ける物体構造試験方法。
  5. 【請求項5】 請求項2,3又は4に記載の方法におい
    て、基準ビームによって形成され、第1の電子ビームの
    零次回折ビームとの干渉によって物体の結像面に同様な
    干渉パターンを形成する回折されたビームを開口を有す
    る部材によって遮蔽することを特徴とする電子ビーム装
    置における物体構造試験方法。
  6. 【請求項6】 請求項1に記載の方法において、前記物
    体に関する干渉パターンを形成し、物体の原子構造の特
    性である信号を、物体の干渉パターンの位置の関数とし
    て検出することを特徴とする電子ビーム装置における物
    体構造試験方法。
  7. 【請求項7】 請求項1から6までのいずれか1項に記
    載の方法を実施するための電子ビーム装置において、前
    記物体上に僅かに焦点をずらして結像される回転可能な
    電子バイプリズムを具え、定在波の照射を行なうことを
    特徴とする電子ビーム装置。
  8. 【請求項8】 請求項1から4までのいずれか1項に記
    載の方法を実施するための電子ビーム装置において、回
    転可能な結晶体、二重ビーム選択絞り及び前記結晶体を
    物体上に結像する電子光学系を有し、二重ビーム照射を
    行なうことを特徴とする電子ビーム装置。
  9. 【請求項9】 請求項1から4までのいずれか1項に記
    載の方法を実施するための電子ビーム装置において、回
    転不能な結晶体及び絞りと、前記結晶体と物体との間に
    磁界を発生させる手段とを具え、結像性、倍率又は焦点
    に影響を与えることなく前記結晶体の像を回転させるこ
    とを特徴とする電子ビーム装置。
  10. 【請求項10】 請求項7,8又は9に記載の電子ビー
    ム装置において、ビーム傾斜装置を具え、回折されたビ
    ーム及び基準ビームを対物レンズを対称的に通過させ、
    色収差により前記対物レンズに生ずるエネルギー依存性
    相対位相シフトを除去するように構成したことを特徴と
    する電子ビーム装置。
  11. 【請求項11】 請求項7,8又は9に記載の電子ビー
    ム装置において、複数の多重極レンズを有することを特
    徴とする電子ビーム装置。
  12. 【請求項12】 請求項7,8,9,10又は11に記
    載の電子ビーム装置において、対物レンズの色収差を、
    前記結晶体及び/又は別の光学素子の色効果によって補
    償するように構成したことを特徴とする電子ビーム装
    置。
JP6128858A 1993-06-10 1994-06-10 電子ビーム装置における物体構造試験方法及び装置 Pending JPH0721965A (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008021626A (ja) * 2006-06-15 2008-01-31 Tohoku Univ 電子顕微鏡、電子線ホログラム作成方法及び位相再生画像作成方法

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