構造解析方法及び装置
【課題】結晶構造を有している試料について、当該結晶構造を原子レベルで正確に再構築する。
【解決手段】３ＤＡＰ法を用いて試料１１の原子構造を、その結晶構造を含めて正確に再構築すべく、結晶構造を決定する少なくとも１つの基本結晶情報を用いて、３ＤＡＰ法により得られた試料の構造分布を、誤差関数生成手段２０、データベース３０及び修正構造データ修正手段により修正し、当該試料１１の構造を再構築する。
【解決手段】３ＤＡＰ法を用いて試料１１の原子構造を、その結晶構造を含めて正確に再構築すべく、結晶構造を決定する少なくとも１つの基本結晶情報を用いて、３ＤＡＰ法により得られた試料の構造分布を、誤差関数生成手段２０、データベース３０及び修正構造データ修正手段により修正し、当該試料１１の構造を再構築する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、３次元構造物である試料に電界を印加し、電界による試料からの元素の離脱現象を利用して、離脱した元素の位置及び飛行時間を測定する３次元アトムプローブ法を用いた構造解析方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、３次元構造物である試料に電界を印加し、電界による試料からの元素の離脱現象を利用して、位置敏感型検出器（position sensitive detector）により、離脱した元素の位置及び飛行時間を検出する、いわゆる３次元アトムプローブ（Three Dimensional Atom Probe：以下、３ＤＡＰと略称する。）法が開発されている。この３ＤＡＰを用いることにより、各元素が不均一に分布する合金状態の試料や、相異なる複数の材料が積層されてなる多層薄膜試料を、針状構造体の先端部位としたものを対象として、先端表面の元素から順次電界蒸発させてゆく。この電界蒸発により離脱した元素の位置及び飛行時間を位置敏感型検出器で検出することにより、試料中の原子分布を３次元的に再構成することができる（特許文献１及び非特許文献１を参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開平９−１５２４１０号公報
【非特許文献１】D.J. Larson, Thin Solid Films, 505 (2006) 16-21
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
３ＤＡＰ法は、原子レベルで微細構造を再構築する微細且つ局所領域の構造解析技術として開発されてきたが、検出できる元素数は実際の試料の６０％程度である。そのため、３ＤＡＰ法を用いた従来の構造解析方法では、実際の試料が結晶構造を有している場合であっても、アモルファス状の構造物として再構築されてしまい、取得した構造データから結晶構造の推定を行うことは不可能であると考えられている。また、試料がドーパント等の不純物を含む材料からなる場合、不純物の結晶内における存在位置や明確な結合状態等を推定することはできない。
【０００５】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、結晶構造を有している試料について、当該結晶構造を原子レベルで正確に再構築することを可能とする構造解析方法及び装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の構造解析方法は、３次元構造物である試料の構造解析を行う方法であって、結晶構造を有する前記試料を解析対象として、３次元アトムプローブ法により、前記試料の構造分布を測定するステップと、前記試料の前記構造分布の測定結果に基づいて、結晶構造を決定する少なくとも１つの基本結晶情報を用いて前記構造分布を修正し、前記試料の構造を再構築するステップとを含む。
【０００７】
本発明の構造解析装置は、３次元構造物である試料の構造解析を行う装置であって、結晶構造を有する前記試料を解析対象としており、 ３次元アトムプローブ装置と、前記３次元アトムプローブ装置により、前記試料の構造分布が測定され、前記試料の前記構造分布の測定結果に基づいて、結晶構造を決定する少なくとも１つの基本結晶情報を用いて前記構造分布を修正し、前記試料の構造を再構築する構造データ修正手段とを含む。
【０００８】
本発明のプログラムは、３次元構造物である結晶構造を有する試料を構造解析対象として、３次元アトムプローブ法により測定された前記試料の構造分布に基づいて、結晶構造を決定する少なくとも１つの基本結晶情報を用いて前記構造分布を修正し、前記試料の構造を再構築するステップをコンピュータに実行させるためのものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、結晶構造を有している試料について、当該結晶構造を原子レベルで正確に再構築することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
−本発明の基本骨子−
本発明では、３ＤＡＰ法を用いて試料の原子構造を、その結晶構造を含めて正確に再構築すべく、結晶構造を決定する少なくとも１つの基本結晶情報を用いて３ＤＡＰ法により得られた試料の構造分布を修正し、当該試料の構造を再構築する。
【００１１】
ここで、結晶構造を決定する基本結晶情報としては、試料に相当する結晶構造の空間群、試料に相当する結晶構造の格子定数、及び試料の予想される層構成（厚み、組成等）などが挙げられる。これらの基本結晶情報を組み合わせて用いることにより、例えば図１に示すように、試料の結晶構造における長周期的構造（図示の例では破線で囲む領域）を取得することができる。
【００１２】
更に、この長周期的構造に基づいて、試料の構造分布において欠落している元素を補完する。
具体的には、試料の構造分布において、例えば図２に示すような４種類の長周期的構造１０１，１０２，１０３，１０４が見出された場合、これらに基づいて、図３に示すように、図２で欠落している元素を補完する。この場合、試料の構造分布について第一原理電子状態計算を実行し、エネルギー及び応力が最小化する条件を見出すことで構造分布を補正し、試料の構造のより正確な再構築が可能となる。
【００１３】
更に本発明では、３ＤＡＰ法により試料の構造分布を測定する前に、試料の母結晶構造を有する参照試料を解析対象として、３次元アトムプローブ法により、参照試料の構造分布を測定し、測定された参照試料の構造分布と参照試料の結晶構造に関する既知の理論的構造との比較により得られた参照試料を構成する各元素の位置誤差情報を解析して、試料を構成する各元素について誤差関数を生成することが望ましい。この場合、得られた誤差関数をデータベース化しておく。そして、当該誤差関数に基づき、上記の基本結晶情報を用いて、試料の結晶構造における長周期的な構造をより正確に取得することができる。
【００１４】
−本発明を適用した好適な実施形態−
（構造解析装置の構成）
図４は、本実施形態による構造解析装置の概略構成を示す模式図である。
この構造解析装置は、３ＤＡＰ装置１０と、解析対象である試料１１に先立って３ＤＡＰ装置１０により参照試料１２について測定された構造分布に基づき、所定の誤差関数を生成する誤差関数生成手段２０と、得られた誤差関数等を収納するデータベース３０と、得られた誤差関数を用い、３ＤＡＰ装置１０により測定された試料１１の構造分布に基づいて、結晶構造を決定する少なくとも１つの基本結晶情報を用いて試料１１の構造分布を修正する構造データ修正手段４０とを備えて構成されている。
【００１５】
３ＤＡＰ装置１０は、内部に試料１１が配置されるチャンバー１と、試料１１に電界を印加するための電源２と、チャンバー１内で試料１１と対向するように設置されており、試料から離脱した元素を検出する元素検出手段である位置敏感型検出器３と、チャンバー１内を所望の真空状態とするための真空ポンプ等を含む排気機構４とを備えて構成されている。
【００１６】
誤差関数生成手段２０は、３ＤＡＰ装置１０により測定された参照試料１２（試料１１の母結晶構造を有する試料：単結晶構造であることが望ましい。）の構造分布を、参照試料の結晶構造に関する既知の理論的構造との比較により得られた参照試料１２を構成する各元素の位置誤差情報を解析して、参照試料を構成する各元素毎に誤差関数を生成する。ここで、当該誤差関数は、上記の理論的構造との比較により定量的に得られる参照試料１２を構成する各元素毎の位置誤差を、例えば最大エントロピー法により解析し、関数化されてなるものである。
【００１７】
データベース３０は、誤差関数生成手段２０により得られた各誤差関数と、参照試料１２の結晶構造に関する２３０種の空間群データとを収納している。
【００１８】
構造データ修正手段４０は、試料１１の結晶構造における長周期的な構造を取得する長周期的構造取得手段４１と、取得された長周期的構造に基づいて、試料１１の構造分布において欠落している元素を補完する補完手段４２と、元素が補完された試料１１の構造分布を補正する補正手段４３とを備えて構成されている。
【００１９】
長周期的構造取得手段４１は、データベース３０に収納された参照試料１２の誤差関数に基づき、試料１１に相当する結晶構造、ここではデータベース３０に収納された参照試料１２の結晶構造の空間群、試料１１に相当する結晶構造の格子定数、及び試料１１の予想される層構成（試料１１の膜厚、組成等）を基本結晶情報として、試料１１の結晶構造における長周期的な構造を取得する。
【００２０】
補正手段４３は、元素が補完された試料１１の構造分布について、いわゆる第一原理電子状態計算（第一原理バンド計算）を実行し、エネルギー及び応力が最小化する条件を見出すことで試料１１の構造分布を補正する。
【００２１】
（構造解析方法）
以下、図４の構造解析装置を用いた試料１１の具体的な構造解析方法について、図５及び図６を用いて説明する。
本実施形態では、試料１１として、ＭｇＯ単結晶基板（結晶方位：｛００１｝）上に、エピタキシャル成膜した（Ｓｒ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜を針状構造体に加工したものを用い、参照試料１２として、ＭｇＯ単結晶基板（結晶方位：｛００１｝）、及び（Ｓｒ，Ｂａ）ＴｉＯ3の母結晶であるＳｒＴｉＯ3単結晶基板（結晶方位：｛００１｝）を針状構造体に加工したものを用いる。
【００２２】
（１）データベース用の基本データの取得（図５）
ＭｇＯ単結晶基板及びＳｒＴｉＯ3単結晶基板をそれぞれ尖端φ１００ｎｍ、長さ１００μｍにＦＩＢ加工し、２種の参照試料１２を作製して、本実施形態における基本データの取得に供する。
【００２３】
先ず、３ＤＡＰ装置１０を用いて、各参照試料１２について離脱した各元素の位置及び飛行時間を測定し、それぞれ構造分布を得る（ステップＡ１）。
【００２４】
続いて、得られた各参照試料１２の構造分布のデータと、各参照試料１２の結晶構造に関する既知の理論的構造との比較により元素毎の位置誤差を定量的に収集する。そして、誤差関数生成手段２０により、収集された元素毎の位置誤差のデータを最大エントロピー法により解析し関数化することで元素毎に誤差関数を生成する（ステップＡ２）。得られた誤差関数はデータベース３０に蓄積され、同様に各参照試料１２の結晶構造に関するそれぞれ２３０種の空間群データがデータベース３０に蓄積される（ステップＡ３）。
【００２５】
（２）試料１１の構造解析（図６）
高温スパッタ法により、ＭｇＯ単結晶基板上に（Ｓｒ0.8，Ｂａ0.2）ＴｉＯ3膜を成膜し、両者からなる構造体を尖端φ１００ｎｍ、長さ１００μｍにＦＩＢ加工して参照試料１２を作製し、本実施形態の構造解析方法に供する。
【００２６】
先ず、３ＤＡＰ装置１０を用いて、試料１１について離脱した各元素の位置及び飛行時間を測定し、構造分布を得る（ステップＢ１）。
【００２７】
続いて、長周期的構造取得手段４１により、解析用初期データ及び試料１１を構成する各元素の誤差関数に基づいて、試料１１の結晶構造における長周期的な構造を取得する（ステップＢ２，Ｂ３）。
ここでは先ず、データベース３０から誤差関数を選択し、長周期的構造取得手段４１に解析用初期データを入力する（ステップＢ２）。その結果、例えば予め定められた長周期的構造の閾値条件を満たす場合には、当該解析用初期データに対応した長周期的構造が見出されたものと判断され、ステップＢ４へ進む。一方、当該閾値条件を満たさない場合には、当該解析用初期データに対応した長周期的構造が見出されないものと判断され、解析用初期データを適宜変更して再びステップＢ２を実行する（ステップＢ３）。ここで、上記の閾値条件は、例えば、想定する結晶のユニットセル、またはその２倍、３倍のボクセル・フレームを当てはめ、それぞれのフレームにその結晶の最近接原子間距離の1／２未満の幅を閾値として与えることにより適宜決定されるものである。
【００２８】
ここでは、ステップＢ２において、解析用初期データとして、試料１１のＭｇＯ単結晶部分については、データベース３０から空間群No.225を選択し、格子定数を０．４２１１ｎｍ（４．２１１オングストローム）とし、試料１１の（Ｓｒ0.8，Ｂａ0.2）ＴｉＯ3膜部分については、データベース３０から（Ｓｒ0.8，Ｂａ0.2）ＴｉＯ3の母結晶であるＳｒＴｉＯ3の空間群No.221を選択し、格子定数を０．３９０３ｎｍ（３．９０３オングストローム）として、長周期的構造取得手段４１に入力した。その結果、ステップＢ３において、長周期的構造が見出されたものと判断された。
【００２９】
ステップＢ４では、試料１１における基板と薄膜との界面の格子不整合等による層間ストレス等により構造の揺らぎが推定される場合に、それに合わせた補完を行う(格子定数のミスマッチ、それぞれの物質のヤング率等を用いる。)。
ここでは、試料１１ではいわゆるキューブ・オン・キューブに結晶成長しているため、試料１１におけるＭｇＯ単結晶と（Ｓｒ0.8，Ｂａ0.2）ＴｉＯ3膜との界面において、格子定数のミスマッチを考慮した補正を、（Ｓｒ0.8，Ｂａ0.2）ＴｉＯ3膜側に対して行った。
【００３０】
続いて、補完手段４２により、取得された長周期的構造に基づいて、試料１１の構造分布において欠落している元素を、全体の原子収率に合わせて補完する（ステップＢ５）。
ここでは、（Ｓｒ0.8，Ｂａ0.2）ＴｉＯ3膜中のＢａ原子については，最近接の空のＳｒサイトに入れた。ＳｒＴｉＯ3に置換したＢａのようなドーパントに関しては、Ａサイト(Ｓｒサイト)に置換することが明らかであるため、単純に空のＳｒサイトに入れたが、置換位置が不明な場合には複数のケースを想定して構築し、後述の第一原理状態計算を行って最適位置を決定することができる。空格子点については，空間群に基づいて補完し，（Ｓｒ0.8，Ｂａ0.2）ＴｉＯ3膜の場合では、ＳｒとＢａとを組成比に応じて補填した。
【００３１】
続いて、上記のように再構築された試料１１の構造分布に対して座標を設定し、全原子の位置座標をデータとして出力する（ステップＢ６）。ここで、当該座標データを、各種第一原理計算コードとの互換性が取れるようにファイル変換を行うようにしても良い。
【００３２】
続いて、補正手段４３により、元素が補完された試料１１の構造分布について、いわゆる第一原理電子状態計算（第一原理バンド計算）を実行し、エネルギー及び応力が最小化する条件を見出すことで試料１１の構造分布をより正確に補正する（ステップＢ７）。
ここでは、上記の座標データの中から、試料１１におけるＭｇＯ単結晶と（Ｓｒ0.8，Ｂａ0.2）ＴｉＯ3膜との界面部分、及び試料１１における（Ｓｒ0.8，Ｂａ0.2）ＴｉＯ3膜の一部(周期境界条件を考慮して、１００原子程度)を抽出し、それぞれの構造について第一原理電子状態計算を行ってエネルギー及び応力が最小化する条件を見出し、その結果得られた原子間距離等の構造データを用いて、再構築された試料１１の構造分布のデータを補正した。
【００３３】
以上のような手順で試料１１について分析、解析を行うことにより、従来法では試料１１の結晶構造をアモルファス状として把握できるに過ぎなかったのに対して、正確な結晶構造を含む全体像として原子レベルで試料１１の構造を把握できるようになった。
【００３４】
以上説明したように、本実施形態によれば、結晶構造を有している試料１１について、当該結晶構造を原子レベルで正確に再構築することが可能となる。
【００３５】
なお、本実施形態の図５のステップＡ２〜Ａ３、及び図６のステップＢ２〜Ｂ７における構造解析方法についてのプログラムコード等は、コンピュータのＲＡＭやＲＯＭなどに記憶されたプログラムが動作することによって実現できる。このプログラム、及び当該プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記憶媒体は本発明の実施形態に含まれる。
【００３６】
具体的に、前記プログラムは、例えばＣＤ−ＲＯＭのような記録媒体に記録し、或いは各種伝送媒体を介し、コンピュータに提供される。前記プログラムを記録する記録媒体としては、ＣＤ−ＲＯＭ以外に、フレキシブルディスク、ハードディスク、磁気テープ、光磁気ディスク、不揮発性メモリカード等を用いることができる。他方、前記プログラムの伝送媒体としては、プログラム情報を搬送波として伝搬させて供給するためのコンピュータネットワーク（ＬＡＮ、インターネットの等のＷＡＮ、無線通信ネットワーク等）システムにおける通信媒体（光ファイバ等の有線回線や無線回線等）を用いることができる。
【００３７】
また、コンピュータが供給されたプログラムを実行することにより上述の実施形態の機能が実現されるだけでなく、そのプログラムがコンピュータにおいて稼働しているＯＳ（オペレーティングシステム）あるいは他のアプリケーションソフト等と共同して上述の実施形態の機能が実現される場合や、供給されたプログラムの処理の全てあるいは一部がコンピュータの機能拡張ボードや機能拡張ユニットにより行われて上述の実施形態の機能が実現される場合も、かかるプログラムは本発明の実施形態に含まれる。
【００３８】
例えば、図７は、パーソナルユーザ端末装置の内部構成を示す模式図である。この図７において、１２００はコンピュータＰＣである。ＰＣ１２００は、ＣＰＵ１２０１を備え、ＲＯＭ１２０２またはハードディスク（ＨＤ）１２１１に記憶された、あるいはフレキシブルディスクドライブ（ＦＤ）１２１２より供給されるデバイス制御ソフトウェアを実行し、システムバス１２０４に接続される各デバイスを総括的に制御する。
【００３９】
ＰＣ１２００のＣＰＵ１２０１、ＲＯＭ１２０２またはハードディスク（ＨＤ）１２１１に記憶されたプログラムにより、本実施形態における図５のステップＡ２〜Ａ３、及び図６のステップＢ２〜Ｂ７等の手順が実現される。
【００４０】
１２０３はＲＡＭであり、ＣＰＵ１２０１の主メモリ、ワークエリア等として機能する。１２０５はキーボードコントローラ（ＫＢＣ）であり、キーボード（ＫＢ）１２０９や不図示のデバイス等からの指示入力を制御する。
【００４１】
１２０６はＣＲＴコントローラ（ＣＲＴＣ）であり、ＣＲＴディスプレイ（ＣＲＴ）１２１０の表示を制御する。１２０７はディスクコントローラ（ＤＫＣ）であり、ブートプログラム（起動プログラム：パソコンのハードやソフトの実行（動作）を開始するプログラム）、複数のアプリケーション、編集ファイル、ユーザファイル及びネットワーク管理プログラム等を記憶するハードディスク（ＨＤ）１２１１や、フレキシブルディスク（ＦＤ）１２１２とのアクセスを制御する。
【００４２】
１２０８はネットワークインタフェースカード（ＮＩＣ）であり、ＬＡＮ１２２０を介して、ネットワークプリンタ、他のネットワーク機器、あるいは他のＰＣと双方向のデータのやり取りを行う。
【００４３】
以下、本発明の諸態様を付記としてまとめて記載する。
【００４４】
（付記１）３次元構造物である試料の構造解析を行う方法であって、
結晶構造を有する前記試料を解析対象として、
３次元アトムプローブ法により、前記試料の構造分布を測定するステップと、
前記試料の前記構造分布の測定結果に基づいて、結晶構造を決定する少なくとも１つの基本結晶情報を用いて前記構造分布を修正し、前記試料の構造を再構築するステップと
を含むことを特徴とする構造解析方法。
【００４５】
（付記２）前記試料の前記構造分布を測定するステップの前に、
前記試料の母結晶構造を有する参照試料を解析対象として、３次元アトムプローブ法により、前記参照試料の構造分布を測定するステップと、
前記参照試料の前記構造分布を、前記参照試料の結晶構造に関する既知の理論的構造との比較により得られた前記参照試料を構成する各元素の位置誤差情報を解析して、前記参照試料の前記各元素毎に誤差関数を生成するステップと
を更に含むことを特徴とする付記１に記載の構造解析方法。
【００４６】
（付記３）前記参照試料は、単結晶構造を有するものであることを特徴とする付記２に記載の構造解析方法。
【００４７】
（付記４）前記試料の構造を再構築するステップにおいて、前記基本結晶情報は、前記試料に相当する結晶構造の空間群、前記試料に相当する結晶構造の格子定数、及び前記試料の予想される層構成のうちから選択された少なくとも１つであることを特徴とする付記１〜３のいずれか１項に記載の構造解析方法。
【００４８】
（付記５）前記試料の構造を再構築するステップにおいて、前記試料の結晶構造における長周期的な構造を取得し、前記試料の前記構造分布を修正することを特徴とする付記４に記載の構造解析方法。
【００４９】
（付記６）前記試料の構造を再構築するステップにおいて、取得された前記長周期的な構造に基づいて、前記試料の前記構造分布において欠落している元素を補完することを特徴とする付記５に記載の構造解析方法。
【００５０】
（付記７）前記試料の構造を再構築するステップにおいて、前記元素が補完された前記試料の前記構造分布について第一原理電子状態計算を実行し、前記試料の前記構造分布を補正することを特徴とする付記６に記載の構造解析方法。
【００５１】
（付記８）３次元構造物である試料の構造解析を行う装置であって、
結晶構造を有する前記試料を解析対象としており、
３次元アトムプローブ装置と、
前記３次元アトムプローブ装置により、前記試料の構造分布が測定され、前記試料の前記構造分布の測定結果に基づいて、結晶構造を決定する少なくとも１つの基本結晶情報を用いて前記構造分布を修正し、前記試料の構造を再構築する構造データ修正手段と
を含むことを特徴とする構造解析装置。
【００５２】
（付記９）前記試料の前記構造分布を測定する前に、前記試料の母結晶構造を有する参照試料を解析対象として、前記３次元アトムプローブ装置により、前記参照試料の構造分布が測定され、
前記参照試料の前記構造分布を、前記参照試料の結晶構造に関する既知の理論的構造との比較により得られた前記参照試料を構成する各元素の位置誤差情報を解析して、前記参照試料の前記各元素毎に誤差関数を生成する誤差関数生成手段を更に含むことを特徴とする付記８に記載の構造解析装置。
【００５３】
（付記１０）前記基本結晶情報は、前記試料に相当する結晶構造の空間群、前記試料に相当する結晶構造の格子定数、及び前記試料の予想される層構成のうちから選択された少なくとも１つであることを特徴とする付記８又は９に記載の構造解析装置。
【００５４】
（付記１１）前記構造データ修正手段は、前記試料の結晶構造における長周期的な構造を取得する長周期的構造取得手段を含むことを特徴とする付記１０に記載の構造解析装置。
【００５５】
（付記１２）前記構造データ修正手段は、取得された前記長周期的な構造に基づいて、前記試料の前記構造分布において欠落している元素を補完する補完手段を含むことを特徴とする付記１１に記載の構造解析装置。
【００５６】
（付記１３）前記構造データ修正手段は、前記元素が補完された前記試料の前記構造分布について第一原理電子状態計算を実行し、前記試料の前記構造分布を補正する補正手段を含むことを特徴とする付記１２に記載の構造解析装置。
【００５７】
（付記１４）３次元構造物である結晶構造を有する試料を構造解析対象として、
３次元アトムプローブ法により測定された前記試料の構造分布に基づいて、結晶構造を決定する少なくとも１つの基本結晶情報を用いて前記構造分布を修正し、前記試料の構造を再構築するステップをコンピュータに実行させるためのプログラム。
【００５８】
（付記１５）前記試料の前記構造分布を測定するステップの前に、
前記試料の母結晶構造を有する参照試料を解析対象として、３次元アトムプローブ法により測定された前記参照試料の構造分布を、前記参照試料の結晶構造に関する既知の理論的構造との比較により得られた前記参照試料を構成する各元素の位置誤差情報を解析して、前記参照試料の前記各元素毎に誤差関数を生成するステップをコンピュータに実行させるための付記１４に記載のプログラム。
【００５９】
（付記１６）前記試料の構造を再構築するステップにおいて、前記基本結晶情報は、前記試料に相当する結晶構造の空間群、前記試料に相当する結晶構造の格子定数、及び前記試料の予想される層構成のうちから選択された少なくとも１つであることを特徴とする付記１４又は１５に記載のプログラム。
【００６０】
（付記１７）前記試料の構造を再構築するステップにおいて、前記試料の結晶構造における長周期的な構造を取得し、前記試料の前記構造分布を修正することを特徴とする付記１６に記載のプログラム。
【００６１】
（付記１８）前記試料の構造を再構築するステップにおいて、取得された前記長周期的な構造に基づいて、前記試料の前記構造分布において欠落している元素を補完することを特徴とする付記１７に記載のプログラム。
【００６２】
（付記１９）前記試料の構造を再構築するステップにおいて、前記元素が補完された前記試料の前記構造分布について第一原理電子状態計算を実行し、前記試料の前記構造分布を補正することを特徴とする付記１８に記載のプログラム。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明において、試料の結晶構造における長周期的構造を取得する様子を示す模式図である。
【図２】本発明において、得られた長周期的構造で元素が欠落している様子を示す模式図である。
【図３】本発明において、得られた長周期的構造で欠落している元素を補完する様子を示す模式図である。
【図４】本実施形態による構造解析装置の概略構成を示す模式図である。
【図５】本実施形態において、データベース用の基本データを取得するフロー図である。
【図６】本実施形態において、試料の構造解析を行うフロー図である。
【図７】パーソナルユーザ端末装置の内部構成を示す模式図である。
【符号の説明】
【００６４】
１ チャンバー
２ 電源
３ 位置敏感型検出器
４ 排気機構
１０ ３ＤＡＰ装置
１１ 試料
１２ 参照試料
２０ 誤差関数生成手段
３０ データベース
４０ 構造データ修正手段
４１ 長周期的構造取得手段
４２ 補完手段
４３ 補正手段
【技術分野】
【０００１】
本発明は、３次元構造物である試料に電界を印加し、電界による試料からの元素の離脱現象を利用して、離脱した元素の位置及び飛行時間を測定する３次元アトムプローブ法を用いた構造解析方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、３次元構造物である試料に電界を印加し、電界による試料からの元素の離脱現象を利用して、位置敏感型検出器（position sensitive detector）により、離脱した元素の位置及び飛行時間を検出する、いわゆる３次元アトムプローブ（Three Dimensional Atom Probe：以下、３ＤＡＰと略称する。）法が開発されている。この３ＤＡＰを用いることにより、各元素が不均一に分布する合金状態の試料や、相異なる複数の材料が積層されてなる多層薄膜試料を、針状構造体の先端部位としたものを対象として、先端表面の元素から順次電界蒸発させてゆく。この電界蒸発により離脱した元素の位置及び飛行時間を位置敏感型検出器で検出することにより、試料中の原子分布を３次元的に再構成することができる（特許文献１及び非特許文献１を参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開平９−１５２４１０号公報
【非特許文献１】D.J. Larson, Thin Solid Films, 505 (2006) 16-21
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
３ＤＡＰ法は、原子レベルで微細構造を再構築する微細且つ局所領域の構造解析技術として開発されてきたが、検出できる元素数は実際の試料の６０％程度である。そのため、３ＤＡＰ法を用いた従来の構造解析方法では、実際の試料が結晶構造を有している場合であっても、アモルファス状の構造物として再構築されてしまい、取得した構造データから結晶構造の推定を行うことは不可能であると考えられている。また、試料がドーパント等の不純物を含む材料からなる場合、不純物の結晶内における存在位置や明確な結合状態等を推定することはできない。
【０００５】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、結晶構造を有している試料について、当該結晶構造を原子レベルで正確に再構築することを可能とする構造解析方法及び装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の構造解析方法は、３次元構造物である試料の構造解析を行う方法であって、結晶構造を有する前記試料を解析対象として、３次元アトムプローブ法により、前記試料の構造分布を測定するステップと、前記試料の前記構造分布の測定結果に基づいて、結晶構造を決定する少なくとも１つの基本結晶情報を用いて前記構造分布を修正し、前記試料の構造を再構築するステップとを含む。
【０００７】
本発明の構造解析装置は、３次元構造物である試料の構造解析を行う装置であって、結晶構造を有する前記試料を解析対象としており、 ３次元アトムプローブ装置と、前記３次元アトムプローブ装置により、前記試料の構造分布が測定され、前記試料の前記構造分布の測定結果に基づいて、結晶構造を決定する少なくとも１つの基本結晶情報を用いて前記構造分布を修正し、前記試料の構造を再構築する構造データ修正手段とを含む。
【０００８】
本発明のプログラムは、３次元構造物である結晶構造を有する試料を構造解析対象として、３次元アトムプローブ法により測定された前記試料の構造分布に基づいて、結晶構造を決定する少なくとも１つの基本結晶情報を用いて前記構造分布を修正し、前記試料の構造を再構築するステップをコンピュータに実行させるためのものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、結晶構造を有している試料について、当該結晶構造を原子レベルで正確に再構築することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
−本発明の基本骨子−
本発明では、３ＤＡＰ法を用いて試料の原子構造を、その結晶構造を含めて正確に再構築すべく、結晶構造を決定する少なくとも１つの基本結晶情報を用いて３ＤＡＰ法により得られた試料の構造分布を修正し、当該試料の構造を再構築する。
【００１１】
ここで、結晶構造を決定する基本結晶情報としては、試料に相当する結晶構造の空間群、試料に相当する結晶構造の格子定数、及び試料の予想される層構成（厚み、組成等）などが挙げられる。これらの基本結晶情報を組み合わせて用いることにより、例えば図１に示すように、試料の結晶構造における長周期的構造（図示の例では破線で囲む領域）を取得することができる。
【００１２】
更に、この長周期的構造に基づいて、試料の構造分布において欠落している元素を補完する。
具体的には、試料の構造分布において、例えば図２に示すような４種類の長周期的構造１０１，１０２，１０３，１０４が見出された場合、これらに基づいて、図３に示すように、図２で欠落している元素を補完する。この場合、試料の構造分布について第一原理電子状態計算を実行し、エネルギー及び応力が最小化する条件を見出すことで構造分布を補正し、試料の構造のより正確な再構築が可能となる。
【００１３】
更に本発明では、３ＤＡＰ法により試料の構造分布を測定する前に、試料の母結晶構造を有する参照試料を解析対象として、３次元アトムプローブ法により、参照試料の構造分布を測定し、測定された参照試料の構造分布と参照試料の結晶構造に関する既知の理論的構造との比較により得られた参照試料を構成する各元素の位置誤差情報を解析して、試料を構成する各元素について誤差関数を生成することが望ましい。この場合、得られた誤差関数をデータベース化しておく。そして、当該誤差関数に基づき、上記の基本結晶情報を用いて、試料の結晶構造における長周期的な構造をより正確に取得することができる。
【００１４】
−本発明を適用した好適な実施形態−
（構造解析装置の構成）
図４は、本実施形態による構造解析装置の概略構成を示す模式図である。
この構造解析装置は、３ＤＡＰ装置１０と、解析対象である試料１１に先立って３ＤＡＰ装置１０により参照試料１２について測定された構造分布に基づき、所定の誤差関数を生成する誤差関数生成手段２０と、得られた誤差関数等を収納するデータベース３０と、得られた誤差関数を用い、３ＤＡＰ装置１０により測定された試料１１の構造分布に基づいて、結晶構造を決定する少なくとも１つの基本結晶情報を用いて試料１１の構造分布を修正する構造データ修正手段４０とを備えて構成されている。
【００１５】
３ＤＡＰ装置１０は、内部に試料１１が配置されるチャンバー１と、試料１１に電界を印加するための電源２と、チャンバー１内で試料１１と対向するように設置されており、試料から離脱した元素を検出する元素検出手段である位置敏感型検出器３と、チャンバー１内を所望の真空状態とするための真空ポンプ等を含む排気機構４とを備えて構成されている。
【００１６】
誤差関数生成手段２０は、３ＤＡＰ装置１０により測定された参照試料１２（試料１１の母結晶構造を有する試料：単結晶構造であることが望ましい。）の構造分布を、参照試料の結晶構造に関する既知の理論的構造との比較により得られた参照試料１２を構成する各元素の位置誤差情報を解析して、参照試料を構成する各元素毎に誤差関数を生成する。ここで、当該誤差関数は、上記の理論的構造との比較により定量的に得られる参照試料１２を構成する各元素毎の位置誤差を、例えば最大エントロピー法により解析し、関数化されてなるものである。
【００１７】
データベース３０は、誤差関数生成手段２０により得られた各誤差関数と、参照試料１２の結晶構造に関する２３０種の空間群データとを収納している。
【００１８】
構造データ修正手段４０は、試料１１の結晶構造における長周期的な構造を取得する長周期的構造取得手段４１と、取得された長周期的構造に基づいて、試料１１の構造分布において欠落している元素を補完する補完手段４２と、元素が補完された試料１１の構造分布を補正する補正手段４３とを備えて構成されている。
【００１９】
長周期的構造取得手段４１は、データベース３０に収納された参照試料１２の誤差関数に基づき、試料１１に相当する結晶構造、ここではデータベース３０に収納された参照試料１２の結晶構造の空間群、試料１１に相当する結晶構造の格子定数、及び試料１１の予想される層構成（試料１１の膜厚、組成等）を基本結晶情報として、試料１１の結晶構造における長周期的な構造を取得する。
【００２０】
補正手段４３は、元素が補完された試料１１の構造分布について、いわゆる第一原理電子状態計算（第一原理バンド計算）を実行し、エネルギー及び応力が最小化する条件を見出すことで試料１１の構造分布を補正する。
【００２１】
（構造解析方法）
以下、図４の構造解析装置を用いた試料１１の具体的な構造解析方法について、図５及び図６を用いて説明する。
本実施形態では、試料１１として、ＭｇＯ単結晶基板（結晶方位：｛００１｝）上に、エピタキシャル成膜した（Ｓｒ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜を針状構造体に加工したものを用い、参照試料１２として、ＭｇＯ単結晶基板（結晶方位：｛００１｝）、及び（Ｓｒ，Ｂａ）ＴｉＯ3の母結晶であるＳｒＴｉＯ3単結晶基板（結晶方位：｛００１｝）を針状構造体に加工したものを用いる。
【００２２】
（１）データベース用の基本データの取得（図５）
ＭｇＯ単結晶基板及びＳｒＴｉＯ3単結晶基板をそれぞれ尖端φ１００ｎｍ、長さ１００μｍにＦＩＢ加工し、２種の参照試料１２を作製して、本実施形態における基本データの取得に供する。
【００２３】
先ず、３ＤＡＰ装置１０を用いて、各参照試料１２について離脱した各元素の位置及び飛行時間を測定し、それぞれ構造分布を得る（ステップＡ１）。
【００２４】
続いて、得られた各参照試料１２の構造分布のデータと、各参照試料１２の結晶構造に関する既知の理論的構造との比較により元素毎の位置誤差を定量的に収集する。そして、誤差関数生成手段２０により、収集された元素毎の位置誤差のデータを最大エントロピー法により解析し関数化することで元素毎に誤差関数を生成する（ステップＡ２）。得られた誤差関数はデータベース３０に蓄積され、同様に各参照試料１２の結晶構造に関するそれぞれ２３０種の空間群データがデータベース３０に蓄積される（ステップＡ３）。
【００２５】
（２）試料１１の構造解析（図６）
高温スパッタ法により、ＭｇＯ単結晶基板上に（Ｓｒ0.8，Ｂａ0.2）ＴｉＯ3膜を成膜し、両者からなる構造体を尖端φ１００ｎｍ、長さ１００μｍにＦＩＢ加工して参照試料１２を作製し、本実施形態の構造解析方法に供する。
【００２６】
先ず、３ＤＡＰ装置１０を用いて、試料１１について離脱した各元素の位置及び飛行時間を測定し、構造分布を得る（ステップＢ１）。
【００２７】
続いて、長周期的構造取得手段４１により、解析用初期データ及び試料１１を構成する各元素の誤差関数に基づいて、試料１１の結晶構造における長周期的な構造を取得する（ステップＢ２，Ｂ３）。
ここでは先ず、データベース３０から誤差関数を選択し、長周期的構造取得手段４１に解析用初期データを入力する（ステップＢ２）。その結果、例えば予め定められた長周期的構造の閾値条件を満たす場合には、当該解析用初期データに対応した長周期的構造が見出されたものと判断され、ステップＢ４へ進む。一方、当該閾値条件を満たさない場合には、当該解析用初期データに対応した長周期的構造が見出されないものと判断され、解析用初期データを適宜変更して再びステップＢ２を実行する（ステップＢ３）。ここで、上記の閾値条件は、例えば、想定する結晶のユニットセル、またはその２倍、３倍のボクセル・フレームを当てはめ、それぞれのフレームにその結晶の最近接原子間距離の1／２未満の幅を閾値として与えることにより適宜決定されるものである。
【００２８】
ここでは、ステップＢ２において、解析用初期データとして、試料１１のＭｇＯ単結晶部分については、データベース３０から空間群No.225を選択し、格子定数を０．４２１１ｎｍ（４．２１１オングストローム）とし、試料１１の（Ｓｒ0.8，Ｂａ0.2）ＴｉＯ3膜部分については、データベース３０から（Ｓｒ0.8，Ｂａ0.2）ＴｉＯ3の母結晶であるＳｒＴｉＯ3の空間群No.221を選択し、格子定数を０．３９０３ｎｍ（３．９０３オングストローム）として、長周期的構造取得手段４１に入力した。その結果、ステップＢ３において、長周期的構造が見出されたものと判断された。
【００２９】
ステップＢ４では、試料１１における基板と薄膜との界面の格子不整合等による層間ストレス等により構造の揺らぎが推定される場合に、それに合わせた補完を行う(格子定数のミスマッチ、それぞれの物質のヤング率等を用いる。)。
ここでは、試料１１ではいわゆるキューブ・オン・キューブに結晶成長しているため、試料１１におけるＭｇＯ単結晶と（Ｓｒ0.8，Ｂａ0.2）ＴｉＯ3膜との界面において、格子定数のミスマッチを考慮した補正を、（Ｓｒ0.8，Ｂａ0.2）ＴｉＯ3膜側に対して行った。
【００３０】
続いて、補完手段４２により、取得された長周期的構造に基づいて、試料１１の構造分布において欠落している元素を、全体の原子収率に合わせて補完する（ステップＢ５）。
ここでは、（Ｓｒ0.8，Ｂａ0.2）ＴｉＯ3膜中のＢａ原子については，最近接の空のＳｒサイトに入れた。ＳｒＴｉＯ3に置換したＢａのようなドーパントに関しては、Ａサイト(Ｓｒサイト)に置換することが明らかであるため、単純に空のＳｒサイトに入れたが、置換位置が不明な場合には複数のケースを想定して構築し、後述の第一原理状態計算を行って最適位置を決定することができる。空格子点については，空間群に基づいて補完し，（Ｓｒ0.8，Ｂａ0.2）ＴｉＯ3膜の場合では、ＳｒとＢａとを組成比に応じて補填した。
【００３１】
続いて、上記のように再構築された試料１１の構造分布に対して座標を設定し、全原子の位置座標をデータとして出力する（ステップＢ６）。ここで、当該座標データを、各種第一原理計算コードとの互換性が取れるようにファイル変換を行うようにしても良い。
【００３２】
続いて、補正手段４３により、元素が補完された試料１１の構造分布について、いわゆる第一原理電子状態計算（第一原理バンド計算）を実行し、エネルギー及び応力が最小化する条件を見出すことで試料１１の構造分布をより正確に補正する（ステップＢ７）。
ここでは、上記の座標データの中から、試料１１におけるＭｇＯ単結晶と（Ｓｒ0.8，Ｂａ0.2）ＴｉＯ3膜との界面部分、及び試料１１における（Ｓｒ0.8，Ｂａ0.2）ＴｉＯ3膜の一部(周期境界条件を考慮して、１００原子程度)を抽出し、それぞれの構造について第一原理電子状態計算を行ってエネルギー及び応力が最小化する条件を見出し、その結果得られた原子間距離等の構造データを用いて、再構築された試料１１の構造分布のデータを補正した。
【００３３】
以上のような手順で試料１１について分析、解析を行うことにより、従来法では試料１１の結晶構造をアモルファス状として把握できるに過ぎなかったのに対して、正確な結晶構造を含む全体像として原子レベルで試料１１の構造を把握できるようになった。
【００３４】
以上説明したように、本実施形態によれば、結晶構造を有している試料１１について、当該結晶構造を原子レベルで正確に再構築することが可能となる。
【００３５】
なお、本実施形態の図５のステップＡ２〜Ａ３、及び図６のステップＢ２〜Ｂ７における構造解析方法についてのプログラムコード等は、コンピュータのＲＡＭやＲＯＭなどに記憶されたプログラムが動作することによって実現できる。このプログラム、及び当該プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記憶媒体は本発明の実施形態に含まれる。
【００３６】
具体的に、前記プログラムは、例えばＣＤ−ＲＯＭのような記録媒体に記録し、或いは各種伝送媒体を介し、コンピュータに提供される。前記プログラムを記録する記録媒体としては、ＣＤ−ＲＯＭ以外に、フレキシブルディスク、ハードディスク、磁気テープ、光磁気ディスク、不揮発性メモリカード等を用いることができる。他方、前記プログラムの伝送媒体としては、プログラム情報を搬送波として伝搬させて供給するためのコンピュータネットワーク（ＬＡＮ、インターネットの等のＷＡＮ、無線通信ネットワーク等）システムにおける通信媒体（光ファイバ等の有線回線や無線回線等）を用いることができる。
【００３７】
また、コンピュータが供給されたプログラムを実行することにより上述の実施形態の機能が実現されるだけでなく、そのプログラムがコンピュータにおいて稼働しているＯＳ（オペレーティングシステム）あるいは他のアプリケーションソフト等と共同して上述の実施形態の機能が実現される場合や、供給されたプログラムの処理の全てあるいは一部がコンピュータの機能拡張ボードや機能拡張ユニットにより行われて上述の実施形態の機能が実現される場合も、かかるプログラムは本発明の実施形態に含まれる。
【００３８】
例えば、図７は、パーソナルユーザ端末装置の内部構成を示す模式図である。この図７において、１２００はコンピュータＰＣである。ＰＣ１２００は、ＣＰＵ１２０１を備え、ＲＯＭ１２０２またはハードディスク（ＨＤ）１２１１に記憶された、あるいはフレキシブルディスクドライブ（ＦＤ）１２１２より供給されるデバイス制御ソフトウェアを実行し、システムバス１２０４に接続される各デバイスを総括的に制御する。
【００３９】
ＰＣ１２００のＣＰＵ１２０１、ＲＯＭ１２０２またはハードディスク（ＨＤ）１２１１に記憶されたプログラムにより、本実施形態における図５のステップＡ２〜Ａ３、及び図６のステップＢ２〜Ｂ７等の手順が実現される。
【００４０】
１２０３はＲＡＭであり、ＣＰＵ１２０１の主メモリ、ワークエリア等として機能する。１２０５はキーボードコントローラ（ＫＢＣ）であり、キーボード（ＫＢ）１２０９や不図示のデバイス等からの指示入力を制御する。
【００４１】
１２０６はＣＲＴコントローラ（ＣＲＴＣ）であり、ＣＲＴディスプレイ（ＣＲＴ）１２１０の表示を制御する。１２０７はディスクコントローラ（ＤＫＣ）であり、ブートプログラム（起動プログラム：パソコンのハードやソフトの実行（動作）を開始するプログラム）、複数のアプリケーション、編集ファイル、ユーザファイル及びネットワーク管理プログラム等を記憶するハードディスク（ＨＤ）１２１１や、フレキシブルディスク（ＦＤ）１２１２とのアクセスを制御する。
【００４２】
１２０８はネットワークインタフェースカード（ＮＩＣ）であり、ＬＡＮ１２２０を介して、ネットワークプリンタ、他のネットワーク機器、あるいは他のＰＣと双方向のデータのやり取りを行う。
【００４３】
以下、本発明の諸態様を付記としてまとめて記載する。
【００４４】
（付記１）３次元構造物である試料の構造解析を行う方法であって、
結晶構造を有する前記試料を解析対象として、
３次元アトムプローブ法により、前記試料の構造分布を測定するステップと、
前記試料の前記構造分布の測定結果に基づいて、結晶構造を決定する少なくとも１つの基本結晶情報を用いて前記構造分布を修正し、前記試料の構造を再構築するステップと
を含むことを特徴とする構造解析方法。
【００４５】
（付記２）前記試料の前記構造分布を測定するステップの前に、
前記試料の母結晶構造を有する参照試料を解析対象として、３次元アトムプローブ法により、前記参照試料の構造分布を測定するステップと、
前記参照試料の前記構造分布を、前記参照試料の結晶構造に関する既知の理論的構造との比較により得られた前記参照試料を構成する各元素の位置誤差情報を解析して、前記参照試料の前記各元素毎に誤差関数を生成するステップと
を更に含むことを特徴とする付記１に記載の構造解析方法。
【００４６】
（付記３）前記参照試料は、単結晶構造を有するものであることを特徴とする付記２に記載の構造解析方法。
【００４７】
（付記４）前記試料の構造を再構築するステップにおいて、前記基本結晶情報は、前記試料に相当する結晶構造の空間群、前記試料に相当する結晶構造の格子定数、及び前記試料の予想される層構成のうちから選択された少なくとも１つであることを特徴とする付記１〜３のいずれか１項に記載の構造解析方法。
【００４８】
（付記５）前記試料の構造を再構築するステップにおいて、前記試料の結晶構造における長周期的な構造を取得し、前記試料の前記構造分布を修正することを特徴とする付記４に記載の構造解析方法。
【００４９】
（付記６）前記試料の構造を再構築するステップにおいて、取得された前記長周期的な構造に基づいて、前記試料の前記構造分布において欠落している元素を補完することを特徴とする付記５に記載の構造解析方法。
【００５０】
（付記７）前記試料の構造を再構築するステップにおいて、前記元素が補完された前記試料の前記構造分布について第一原理電子状態計算を実行し、前記試料の前記構造分布を補正することを特徴とする付記６に記載の構造解析方法。
【００５１】
（付記８）３次元構造物である試料の構造解析を行う装置であって、
結晶構造を有する前記試料を解析対象としており、
３次元アトムプローブ装置と、
前記３次元アトムプローブ装置により、前記試料の構造分布が測定され、前記試料の前記構造分布の測定結果に基づいて、結晶構造を決定する少なくとも１つの基本結晶情報を用いて前記構造分布を修正し、前記試料の構造を再構築する構造データ修正手段と
を含むことを特徴とする構造解析装置。
【００５２】
（付記９）前記試料の前記構造分布を測定する前に、前記試料の母結晶構造を有する参照試料を解析対象として、前記３次元アトムプローブ装置により、前記参照試料の構造分布が測定され、
前記参照試料の前記構造分布を、前記参照試料の結晶構造に関する既知の理論的構造との比較により得られた前記参照試料を構成する各元素の位置誤差情報を解析して、前記参照試料の前記各元素毎に誤差関数を生成する誤差関数生成手段を更に含むことを特徴とする付記８に記載の構造解析装置。
【００５３】
（付記１０）前記基本結晶情報は、前記試料に相当する結晶構造の空間群、前記試料に相当する結晶構造の格子定数、及び前記試料の予想される層構成のうちから選択された少なくとも１つであることを特徴とする付記８又は９に記載の構造解析装置。
【００５４】
（付記１１）前記構造データ修正手段は、前記試料の結晶構造における長周期的な構造を取得する長周期的構造取得手段を含むことを特徴とする付記１０に記載の構造解析装置。
【００５５】
（付記１２）前記構造データ修正手段は、取得された前記長周期的な構造に基づいて、前記試料の前記構造分布において欠落している元素を補完する補完手段を含むことを特徴とする付記１１に記載の構造解析装置。
【００５６】
（付記１３）前記構造データ修正手段は、前記元素が補完された前記試料の前記構造分布について第一原理電子状態計算を実行し、前記試料の前記構造分布を補正する補正手段を含むことを特徴とする付記１２に記載の構造解析装置。
【００５７】
（付記１４）３次元構造物である結晶構造を有する試料を構造解析対象として、
３次元アトムプローブ法により測定された前記試料の構造分布に基づいて、結晶構造を決定する少なくとも１つの基本結晶情報を用いて前記構造分布を修正し、前記試料の構造を再構築するステップをコンピュータに実行させるためのプログラム。
【００５８】
（付記１５）前記試料の前記構造分布を測定するステップの前に、
前記試料の母結晶構造を有する参照試料を解析対象として、３次元アトムプローブ法により測定された前記参照試料の構造分布を、前記参照試料の結晶構造に関する既知の理論的構造との比較により得られた前記参照試料を構成する各元素の位置誤差情報を解析して、前記参照試料の前記各元素毎に誤差関数を生成するステップをコンピュータに実行させるための付記１４に記載のプログラム。
【００５９】
（付記１６）前記試料の構造を再構築するステップにおいて、前記基本結晶情報は、前記試料に相当する結晶構造の空間群、前記試料に相当する結晶構造の格子定数、及び前記試料の予想される層構成のうちから選択された少なくとも１つであることを特徴とする付記１４又は１５に記載のプログラム。
【００６０】
（付記１７）前記試料の構造を再構築するステップにおいて、前記試料の結晶構造における長周期的な構造を取得し、前記試料の前記構造分布を修正することを特徴とする付記１６に記載のプログラム。
【００６１】
（付記１８）前記試料の構造を再構築するステップにおいて、取得された前記長周期的な構造に基づいて、前記試料の前記構造分布において欠落している元素を補完することを特徴とする付記１７に記載のプログラム。
【００６２】
（付記１９）前記試料の構造を再構築するステップにおいて、前記元素が補完された前記試料の前記構造分布について第一原理電子状態計算を実行し、前記試料の前記構造分布を補正することを特徴とする付記１８に記載のプログラム。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明において、試料の結晶構造における長周期的構造を取得する様子を示す模式図である。
【図２】本発明において、得られた長周期的構造で元素が欠落している様子を示す模式図である。
【図３】本発明において、得られた長周期的構造で欠落している元素を補完する様子を示す模式図である。
【図４】本実施形態による構造解析装置の概略構成を示す模式図である。
【図５】本実施形態において、データベース用の基本データを取得するフロー図である。
【図６】本実施形態において、試料の構造解析を行うフロー図である。
【図７】パーソナルユーザ端末装置の内部構成を示す模式図である。
【符号の説明】
【００６４】
１ チャンバー
２ 電源
３ 位置敏感型検出器
４ 排気機構
１０ ３ＤＡＰ装置
１１ 試料
１２ 参照試料
２０ 誤差関数生成手段
３０ データベース
４０ 構造データ修正手段
４１ 長周期的構造取得手段
４２ 補完手段
４３ 補正手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
３次元構造物である試料の構造解析を行う方法であって、
結晶構造を有する前記試料を解析対象として、
３次元アトムプローブ法により、前記試料の構造分布を測定するステップと、
前記試料の前記構造分布の測定結果に基づいて、結晶構造を決定する少なくとも１つの基本結晶情報を用いて前記構造分布を修正し、前記試料の構造を再構築するステップと
を含むことを特徴とする構造解析方法。
【請求項２】
前記試料の前記構造分布を測定するステップの前に、
前記試料の母結晶構造を有する参照試料を解析対象として、３次元アトムプローブ法により、前記参照試料の構造分布を測定するステップと、
前記参照試料の前記構造分布を、前記参照試料の結晶構造に関する既知の理論的構造との比較により得られた前記参照試料を構成する各元素の位置誤差情報を解析して、前記参照試料の前記各元素毎に誤差関数を生成するステップと
を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の構造解析方法。
【請求項３】
前記試料の構造を再構築するステップにおいて、前記基本結晶情報は、前記試料に相当する結晶構造の空間群、前記試料に相当する結晶構造の格子定数、及び前記試料の予想される層構成のうちから選択された少なくとも１つであり、
前記試料の結晶構造における長周期的な構造を取得し、前記試料の前記構造分布を修正することを特徴とする請求項１又は２に記載の構造解析方法。
【請求項４】
前記試料の構造を再構築するステップにおいて、取得された前記長周期的な構造に基づいて、前記試料の前記構造分布において欠落している元素を補完することを特徴とする請求項３に記載の構造解析方法。
【請求項５】
前記試料の構造を再構築するステップにおいて、前記元素が補完された前記試料の前記構造分布について第一原理電子状態計算を実行し、前記試料の前記構造分布を補正することを特徴とする請求項４に記載の構造解析方法。
【請求項６】
３次元構造物である試料の構造解析を行う装置であって、
結晶構造を有する前記試料を解析対象としており、
３次元アトムプローブ装置と、
前記３次元アトムプローブ装置により、前記試料の構造分布が測定され、前記試料の前記構造分布の測定結果に基づいて、結晶構造を決定する少なくとも１つの基本結晶情報を用いて前記構造分布を修正し、前記試料の構造を再構築する構造データ修正手段と
を含むことを特徴とする構造解析装置。
【請求項１】
３次元構造物である試料の構造解析を行う方法であって、
結晶構造を有する前記試料を解析対象として、
３次元アトムプローブ法により、前記試料の構造分布を測定するステップと、
前記試料の前記構造分布の測定結果に基づいて、結晶構造を決定する少なくとも１つの基本結晶情報を用いて前記構造分布を修正し、前記試料の構造を再構築するステップと
を含むことを特徴とする構造解析方法。
【請求項２】
前記試料の前記構造分布を測定するステップの前に、
前記試料の母結晶構造を有する参照試料を解析対象として、３次元アトムプローブ法により、前記参照試料の構造分布を測定するステップと、
前記参照試料の前記構造分布を、前記参照試料の結晶構造に関する既知の理論的構造との比較により得られた前記参照試料を構成する各元素の位置誤差情報を解析して、前記参照試料の前記各元素毎に誤差関数を生成するステップと
を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の構造解析方法。
【請求項３】
前記試料の構造を再構築するステップにおいて、前記基本結晶情報は、前記試料に相当する結晶構造の空間群、前記試料に相当する結晶構造の格子定数、及び前記試料の予想される層構成のうちから選択された少なくとも１つであり、
前記試料の結晶構造における長周期的な構造を取得し、前記試料の前記構造分布を修正することを特徴とする請求項１又は２に記載の構造解析方法。
【請求項４】
前記試料の構造を再構築するステップにおいて、取得された前記長周期的な構造に基づいて、前記試料の前記構造分布において欠落している元素を補完することを特徴とする請求項３に記載の構造解析方法。
【請求項５】
前記試料の構造を再構築するステップにおいて、前記元素が補完された前記試料の前記構造分布について第一原理電子状態計算を実行し、前記試料の前記構造分布を補正することを特徴とする請求項４に記載の構造解析方法。
【請求項６】
３次元構造物である試料の構造解析を行う装置であって、
結晶構造を有する前記試料を解析対象としており、
３次元アトムプローブ装置と、
前記３次元アトムプローブ装置により、前記試料の構造分布が測定され、前記試料の前記構造分布の測定結果に基づいて、結晶構造を決定する少なくとも１つの基本結晶情報を用いて前記構造分布を修正し、前記試料の構造を再構築する構造データ修正手段と
を含むことを特徴とする構造解析装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００８−２１５８３４（Ｐ２００８−２１５８３４Ａ）
【公開日】平成２０年９月１８日（２００８．９．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−４９５０２（Ｐ２００７−４９５０２）
【出願日】平成１９年２月２８日（２００７．２．２８）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年９月１８日（２００８．９．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年２月２８日（２００７．２．２８）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
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