荷電粒子顕微鏡及び解析方法
【課題】従来に比べて分解能をより一層向上させることができる荷電粒子顕微鏡及び解析方法を提供する。
【解決手段】試料２０内で広がった電子線プローブをＣＣＤカメラ２３で撮影し、電子線プローブ（実効的プローブ）の形状、大きさ及び強度分布のデータを取得する。その後、ＣＣＤカメラ２３を電子線の通過域から退避させ、ＳＴＥＭ検出器２２により観察像を取得するとともに、ＥＥＬＳ検出器２４によりＥＥＬＳスペクトルを取得する。次いで、電子線プローブ（実効的プローブ）の形状、大きさ及び強度分布のデータを使用し、分析目的位置毎に分析目的位置に照射される電子線量（強度）とその周囲に照射される電子線量とを演算し、その結果に基づいてＳＴＥＭ検出器２２又はＥＥＬＳ検出器２４により得た測定値を演算処理して、周囲の影響を排除した真の測定値を得る。
【解決手段】試料２０内で広がった電子線プローブをＣＣＤカメラ２３で撮影し、電子線プローブ（実効的プローブ）の形状、大きさ及び強度分布のデータを取得する。その後、ＣＣＤカメラ２３を電子線の通過域から退避させ、ＳＴＥＭ検出器２２により観察像を取得するとともに、ＥＥＬＳ検出器２４によりＥＥＬＳスペクトルを取得する。次いで、電子線プローブ（実効的プローブ）の形状、大きさ及び強度分布のデータを使用し、分析目的位置毎に分析目的位置に照射される電子線量（強度）とその周囲に照射される電子線量とを演算し、その結果に基づいてＳＴＥＭ検出器２２又はＥＥＬＳ検出器２４により得た測定値を演算処理して、周囲の影響を排除した真の測定値を得る。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、荷電粒子（電子及びイオン等）を用いて試料の観察及び分析を行う荷電粒子顕微鏡及びその荷電粒子顕微鏡の分解能を向上させる解析方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
走査透過型電子顕微鏡（Scanning Transmission Electron Microscope：ＳＴＥＭ）は、極めて小さく収束された電子線プローブを試料表面に平行な方向に走査することによって、空間分解能が極めて高い観察像を得ることができる。また、走査透過型電子顕微鏡は、電子線の照射にともなって試料から放出されるＸ線を検出する検出器や試料により散乱された電子のエネルギー損失スペクトルを検出する検出器等を備えている。これにより、観察位置と測定値又は物性値とを関連付けて分析評価を行うことができる。そのため、走査透過型電子顕微鏡は、半導体デバイスの開発にも広く使用されている。
【０００３】
近年の半導体デバイスの微細化にともない、走査透過型電子顕微鏡にはより一層高い分解能が要求されている。走査透過型電子顕微鏡の分解能を上げるためには、電子線のプローブサイズ（直径）を更に小さくすることが考えられる。しかし、プローブサイズを極端に小さくすると、電流量も小さくなるため、良好な精度で分析評価を行うことができなくなる。また、試料に入射した電子線は試料と相互作用してプローブサイズが広がってしまうため、プローブサイズを小さくしても空間分解能の向上には限界がある。そこで、従来から電子顕微鏡により得たデータを演算処理して分解能を向上させることが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−２２７７５０号公報
【特許文献２】特開平６−１６３３７３号公報
【特許文献３】特開２０００−８２４３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したように、従来から、電子顕微鏡により得たデータを演算処理して分解能を向上させることが提案されている。しかしながら、従来の方法では電子線の実効的プローブサイズが考慮されてなく、分解能を十分に向上させることができない、又は定量分析ができないなどの問題点がある。
【０００６】
以上から、従来に比べて分解能をより一層向上させることができる荷電粒子顕微鏡及び解析方法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】
【０００７】
一観点によれば、収束された荷電粒子線を試料の表面に沿って走査して前記試料の解析を行う荷電粒子顕微鏡の解析方法において、前記試料内で広がった荷電粒子線の形状、大きさ及び荷電粒子の強度分布のデータを得る工程と、前記試料に荷電粒子線を照射しながら前記荷電粒子線を前記試料の表面に沿って走査し、分析目的位置毎に前記荷電粒子線の照射にともなって発生する現象を測定器で測定する工程と、前記試料内で広がった荷電粒子線の形状、大きさ及び荷電粒子の強度分布のデータから前記分析目的位置毎に前記分析目的位置に照射される荷電粒子線量とその周囲に照射される荷電粒子線量とを演算し、その結果に基づいて前記測定器により得た測定値に対し前記分析目的位置の周囲の影響を排除する演算を行う工程とを有する解析方法が提供される。
【０００８】
なお、荷電粒子線の照射にともなって発生する現象には、Ｘ線の放出、荷電粒子線の回折及び荷電粒子線のエネルギー損失等がある。
【発明の効果】
【０００９】
荷電粒子線を分析目的位置に照射する場合、分析目的位置のサイズが小さいと、分析目的位置の周囲にも荷電粒子線が照射されて、目的とする分析結果に分析目的位置の周囲の影響が含まれてしまう。
【００１０】
上記一観点に係る解析方法では、試料内で広がった荷電粒子線の形状、大きさ及び荷電粒子の強度分布のデータを取得しておく。これにより、分析目的位置の周囲の影響を見積もることができ、測定器で得た測定値から分析目的位置の周囲の影響を排除する演算を行うことで分析目的位置の真の測定値を得ることができる。その結果、荷電粒子顕微鏡の分解能が向上する。
【００１１】
分析目的位置の周囲の影響を排除する演算は、例えば分析目的位置における周囲の影響を排除した測定値をＡcalcとし、分析目的位置に照射される荷電粒子線の強度をＩAとし、分析目的位置の周囲に照射される荷電粒子線の強度をＩBとし、分析目的位置での測定値をＡexpとし、分析目的位置の周囲での測定値をＢexpとしたときに、Ａcalc＝Ａexp×ＩA−Ｂexp×ＩBで表される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、実施形態に係る荷電粒子顕微鏡（走査透過型電子顕微鏡：ＳＴＥＭ）の構造を示す模式図である。
【図２】図２（ａ）はＥＥＬＳ検出器を用いたＳＴＥＭ−ＥＥＬＳスペクトラムイメージング法を示す概念図、図２（ｂ）はＥＥＬＳ検出器の出力から得られるＥＥＬＳスペクトルの例を示す図である。
【図３】図３は、走査方向に沿って連続するＥＥＬＳスペクトルの例を示す模式図である。
【図４】図４（ａ），（ｂ）は、連続多点分析の概念を示す模式図である。
【図５】図５（ａ）〜（ｃ）は、２種類の材料が接して配置された試料におけるプローブサイズの影響を示す図である。
【図６】図６は、シミュレーション計算により得られた電子線プローブの形状（強度分布）を示す図である。
【図７】図７（ａ）〜（ｃ）は、同じくその電子線プローブの形状を３次元表示した図である。
【図８】図８（ａ），（ｂ）は、実施形態に係る解析方法の概要を示す図である。
【図９】図９は、実施形態に係る分析方法を示すフローチャートである。
【図１０】図１０は、実効的プローブの映像の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、実施形態について、添付の図面を参照して説明する。
【００１４】
図１は、実施形態に係る荷電粒子顕微鏡（走査透過型電子顕微鏡：ＳＴＥＭ）の構造を示す模式図である。
【００１５】
本実施形態に係る走査透過型電子顕微鏡は、図１に示すように、制御部１０と、電子銃１１と、収束レンズ１２ａ，１２ｂと、収束レンズ絞り１３と、走査コイル１５と、ＥＤＳ（Energy Dispersive x-ray Spectroscopy）検出器１７と、対物レンズ１８と、試料搭載部１９と、投影レンズ２１と、ＳＴＥＭ（Scanning Transmission Electron Microscope）検出器２２と、ＣＣＤカメラ（実効的プローブ撮影部）２３と、ＥＥＬＳ（Electron Energy Loss Spectroscopy）検出器２４とを有している。
【００１６】
電子銃１１は、制御部１０からの信号に応じた加速電圧で電子を加速し、電子線として出力する。電子銃１１の下方には、複数段（図１では２段）の収束レンズ１２ａ，１２ｂが配置されている。これらの収束レンズ１２ａ，１２ｂは、制御部１０からの信号に応じて、電子銃１１から出力された電子線を所望の大きさに収束する。
【００１７】
収束レンズ１２ａ，１２ｂの下方には収束レンズ絞り１３が配置されている。収束レンズ１２ａ，１２ｂにより収束された電子線は不要な広がり部分をもつため、この収束レンズ絞り１３により不要な広がり部分をカットする。
【００１８】
収束レンズ絞り１３の下方には、走査コイル１５が配置されている。走査コイル１５は、制御部１０からの信号に応じて、試料搭載部１９に搭載された試料２０の表面を電子線プローブが走査するように電子線を屈折する。
【００１９】
走査コイル１５の下方には、ＥＤＳ検出器（測定器）１７、対物レンズ１８及び試料搭載部１９が配置されている。試料２０は試料搭載部１９に搭載され、対物レンズ１８は制御部１０からの信号に応じて、試料２０の表面又はその近傍で焦点が合うように電子線を屈折する。ＥＤＳ検出器１７は、電子線の照射により試料２０から放出されたＸ線を検出し、その検出結果に応じた信号を制御部１０に出力する。
【００２０】
試料搭載部１９の下方には複数段（図１では１段のみ図示）の投影レンズ２２が配置されている。本実施形態においては、投影レンズ２２に２つのモードが用意されている。一つはＳＴＥＭ像観察時に用いられる回折像モード（観察像取得モード）であり、他の一つは電子線の実効的プローブの撮影に用いられる実像モード（実効的プローブ撮影モード）である。回折像モードから実像モードへの変更、及び実像モードから回折像モードへの変更は、投影レンズ２２のレンズ条件を切り替えること、すなわち制御部１０からの信号により投影レンズ２２に供給する電流を変化させることにより行われる。
【００２１】
投影レンズ２２の下方には、ＳＴＥＭ検出器２２、ＣＣＤカメラ２３及びＥＥＬＳ検出器（測定器）２４が配置されている。
【００２２】
ＳＴＥＭ検出器２２は、試料２０により大きな角度で散乱された電子を検出するリング状のＤＦ（Dark-field）検出器と、試料２０を透過した電子を検出するＢＦ（Bright-Field）検出器とを有している。制御部１０は、ＳＴＥＭ検出器２２から出力された信号を処理して明視野ＳＴＥＭ像又は暗視野ＳＴＥＭ像を作成する。なお、本実施形態においては、ＳＴＥＭ検出器２２は制御部１０により制御されて電子線の通過域から外れる位置に移動可能になっている。
【００２３】
ＣＣＤカメラ２３は、電子線の実効的プローブの撮影に使用される。投射レンズ２２を実像モードに設定すると、電子線がＣＣＤカメラ２３の位置で結像し、電子線の実効的プローブの形状、大きさ及び電子線強度分布のデータを取得できる。ＣＣＤカメラ２３も、制御部１０により制御されて電子線の通過域から外れる位置に移動可能になっている。実効的プローブの詳細は後述する。ＣＣＤカメラ２３に替えて、ＴＶカメラ、イメージングプレート又は感光フィルム等を使用して電子線の実効的プローブの形状、大きさ及び電子線強度分布のデータを取得するようにしてもよい。
【００２４】
ＥＥＬＳ検出器２４は、試料２０を透過した電子線のエネルギー損失スペクトルの測定に使用される。
【００２５】
図２（ａ）は、ＥＥＬＳ検出器を用いたＳＴＥＭ−ＥＥＬＳスペクトラムイメージング法を示す概念図である。ここで、２２ａはＤＦ検出器（ＳＴＥＭ検出器）を示している。また、図２（ａ）では試料２０を複数の直方体に分割しているが、１つの直方体は１つの画素（分析目的位置ともいう）を模式的に示したものである。
【００２６】
電子線（電子線プローブ）は、角度（電子線入射半角度）ａで試料２０に照射される。試料２０に照射された電子線は、試料２０を厚さ方向に進行する際に試料２０中の原子と相互作用して、その結果電子が散乱されたり、Ｘ線が発生したりする。ＤＦ検出器２２ａには、試料２０により大きな角度で散乱された電子線（高角度散乱電子又は熱散漫散乱電子）が検出され、ＥＥＬＳ検出器２４には試料２０を透過した電子線（試料入射前の電子線と同じ向きの透過電子線）が入射される。
【００２７】
制御部１９は、例えばＤＦ検出器２２ａから出力される信号からＳＴＥＭ像を生成するとともに、ＥＥＬＳ検出器２４から出力される信号からＥＥＬＳスペクトル（電子線エネルギー損失スペクトル）を取得する。
【００２８】
図２（ｂ）は、横軸にエネルギーをとり、縦軸に強度（カウント数）をとって、ＥＥＬＳ検出器２４の出力から得られるＥＥＬＳスペクトルの例を示す図である。この図２（ｂ）に示すように、ＥＥＬＳ検出器２４の出力から、電子線が透過した試料位置に対応するＥＥＬＳスペクトルが得られる。実際には試料２０の表面に沿って電子線を走査させながらＥＥＬＳスペクトルを取得するので、図３に模式的に示すように、走査方向に沿って連続するＥＥＬＳスペクトルが得られる。なお、図３は、電子線プローブをｙ方向に走査させた例を示している。
【００２９】
このような連続多点分析を行う場合、電子線のプローブサイズよりも画素のサイズのほうが小さいと、隣接した画素にも電子線の一部が照射されてしまう。このため、ＤＦ検出器２２ａ及びＥＥＬＳ検出器２４から出力される信号には、隣接した画素の情報が含まれてしまう。
【００３０】
図４（ａ），（ｂ）は、連続多点分析の概念を示す模式図である。この図４（ａ），（ｂ）に示すように、連続多点分析では、電子線プローブを試料２０の表面に沿って走査しながら、試料２０から放出されるＸ線又は試料を透過した電子線を検出して電子顕微鏡像を得るとともに、画素（分析目的位置）毎の分析（元素分析等）を行う。電子線のプローブサイズよりも画素サイズのほうが小さい場合、各画素で得られる情報には隣接する画素の情報が含まれている。
【００３１】
図５（ａ）〜（ｃ）は、２種類の材料が接して配置された試料におけるプローブサイズの影響を示す図である。ここでは、図５（ａ）の左に平面図、右に断面図を示すように、異なる材料Ａ，Ｂが接して配置された試料の組成を調べるものとする。この場合、図５（ｂ）に示すように、電子線プローブを試料の表面に沿って走査してＥＤＳ検出器１７又はＥＥＬＳ検出器２４によりＸ線又は電子線エネルギー損失スペクトルを検出して、各画素（分析目的位置）毎に組成を分析する。なお、図５（ｂ）の左図は試料表面を走査する電子線プローブの軌跡を示す模式上面図であり、右図は同じくその模式側面図である。
【００３２】
電子線のプローブサイズが画素のサイズよりも大きいと、材料Ａと材料Ｂとの接触位置近傍では、図５（ｃ）に示すようにあたかも材料Ａと材料Ｂとが入り混じっているかのような情報が得られる。ラインプロファイルの測定においても同様であり、電子線プローブの重なりによって材料Ａ，Ｂの接触位置のプロファイルがぼけてしまう。なお、図５（ｃ）の左図は分析により得た材料Ａ，Ｂの分布状態を模式的に示す平面図であり、右図は分析により得た材料Ａ，Ｂの分布状態を模式的に示すグラフである。
【００３３】
図６は、横軸に位置（電子線プローブの中心からの距離）をとり、縦軸に強度（相対強度）をとって、シミュレーション計算により得られた電子線プローブの形状（強度分布）を示す図である。また、図７（ａ）〜（ｃ）は同じくその電子線プローブの形状を３次元表示した図である。なお、電子線プローブの形状は電子線入射条件に依存する。ここでは、ＳＴＥＭで用いられている一般的な条件、すなわち加速電圧が２００ｋＶ、電子線入射半角度ａが１２ｍｒａｄ、球面収差係数（Ｃｓ）が１．０ｍｍ、色収差係数（Ｃｃ）が１．０ｍｍ、フォーカスずれ量（Δｆ）が−５０ｎｍのときのプローブ形状を示している。また、実効的プローブサイズの計算時には、試料が厚さ３０ｎｍのシリコン（Ｓｉ）単結晶からなるものとした。
【００３４】
試料の観察に使用する観察用プローブは、図６，図７（ａ）に示すようにプローブ径が例えば０．１５ｎｍと小さく、そのため空間分解能は極めて高い。しかし、このプローブ径とするためには電子線強度を低くする必要があり、ＥＤＳやＥＥＬＳを用いた分析を行う場合にスペクトル強度が十分でなく良好な分析結果を得ることができない。そこで、分析を行う際には、図６，図７（ｂ）に示すようにプローブ径を例えば０．４ｎｍに大きくし、空間分解能を犠牲にする替わりに電流量を増加させて測定を行う。
【００３５】
電子線のプローブ径は、電子線が試料を透過する際に試料中の原子と相互作用して広がる。上記した条件では、直径が０．４ｎｍの電子線プローブを試料（厚さ３０ｎｍのシリコン単結晶）に照射した場合、試料内で電子線プローブの直径は約１．２ｎｍまで広がり（図６，図７（ｃ）参照）、入射時の約３倍となる。本実施形態では、試料内で広がった電子線プローブを、実効的プローブと呼んでいる。なお、試料内での電子線プローブの広がりは試料の組成や厚さ等に依存する。また、実効的プローブサイズはプローブ関数と相互作用のパラメータとのコンボリューションにより表され、電子線の中心を極大値とした強度分布となる。
【００３６】
図８（ａ），（ｂ）は、本実施形態に係る解析方法の概要を示す図である。図８（ａ），（ｂ）において、矩形はそれぞれの画素を示しており、図８（ａ）中の円は実効的プローブの直径を示している。画素のサイズは例えば０．８ｎｍ×０．８ｎｍであり、実効的プローブの直径は例えば１．２ｎｍである。
【００３７】
実効的プローブサイズが画素サイズよりも大きいと、画素Ａに電子線を照射しても画素Ａの周囲の画素Ｂ〜Ｉにも電子線が照射されてしまう。ここで、各画素Ａ〜Ｉに照射される電子線の強度をＩAa，ＩAb，…ＩAiとする。但し、全体の電子線強度をＩtotalとすると、Ｉtotal＝ＩAa＋ＩAb＋ＩAc＋ＩAd＋ＩAe＋ＩAf＋ＩAg＋ＩAh＋ＩAiであり、この値はどの画素に電子線を照射する場合であっても変わらないとする。また、図８（ａ）からわかるようにＩAb＝ＩAc＝ＩAd＝ＩAeであり、ＩAf＝ＩAg＝ＩAh＝ＩAiである。
【００３８】
これらの電子線ＩAa，ＩAb，…，ＩAiの強度は、例えば図５，図６に示すシミュレーション結果、又はＣＣＤカメラ２３により取得した電子線プローブ（実効的プローブ）の映像から計算により求めることができる。
【００３９】
各画素Ａ〜Ｉの位置での測定値（例えば、ＥＥＬＳスペクトルの測定値）をＡexp，Ｂexp，…，Ｉexpとする。この場合、画素Ａの真の測定値Ａcalcは、下記（１）式のようになる。
【００４０】
【数１】
全ての画素において測定を行い、各画素毎に（１）式のような関係式をたてて連立方程式とする。この場合、各画素において隣接する画素の測定値が常に異なる場合は解を得ることができない。しかし、例えば図５に示すように測定値が同一になる画素が多数連続する場合は連立方程式を解くことが可能になり、各画素の真の測定値、すなわち各画素毎に他の画素からの影響を除いた測定値を得ることができる。
【００４１】
なお、上記の例では電子線プローブの形状が真円の場合について説明したが、電子線プローブの形状が真円でない場合についても、同様の計算により真の測定値を得ることができる。また、上記の例では画素Ａに対し電子線を照射したときに同時に８つの画素（画素Ｂ〜Ｉ）にも電子線が照射される場合について説明したが、電子線が同時に照射される画素の数が８以外の場合であっても、同様の計算により真の測定値を得ることができる。
【００４２】
図９は、本実施形態に係る分析方法を示すフローチャートである。なお、以下の説明には、図１も参照する。
【００４３】
まず、ステップＳ１１において、観察条件を設定する。すなわち、観察する試料のデータを入力するとともに画素数及び画素サイズ等を設定する。
【００４４】
次に、ステップＳ１２に移行し、試料台１９に試料２０を搭載する。その後、ステップＳ１３において、倍率を調整する。
【００４５】
次に、実効的プローブの形状、大きさ及び電子線強度分布を測定する。具体的には、ステップＳ１４において、ＳＴＥＭ検出器２２を電子線の通過域の外に退避させ、ＣＣＤカメラ２３を電子線の通過域に配置する。そして、投影レンズ２１を実像モードに設定する。その後、ステップＳ１５に移行し、電子銃１１を稼働して試料２０に電子線を照射する。
【００４６】
試料２０を透過した電子線は投影レンズ２１によりＣＣＤカメラ２３の位置で結像し、例えば図１０に示すような実効的プローブの映像がＣＣＤカメラ２３により撮影される。このＣＣＤカメラ２３で撮影された映像は制御部１０に伝達され、制御部１０はこの映像から実効的プローブの形状、大きさ及び電子線強度分布を求める。これらの実効的プローブに関するデータは、制御部１０内に記憶される。
【００４７】
なお、実効的プローブのサイズ（大きさ）を測定するためには、金（Ａｕ）等のように格子間隔が既知の単結晶を用いて予め電子顕微鏡像のスケールを校正しておくことが必要である。ＣＣＤカメラ２３により実際に実効的プローブの形状、大きさ及び電子線強度分布を測定する替わりに、シミュレーション計算により実効的プローブの形状、大きさ及び電子線強度分布のデータを得てもよい。
【００４８】
次に、ステップＳ１６において、投影レンズ２１を回折像モードに設定する。また、ＣＣＤカメラ２３を電子線の照射域から退避させ、ＳＴＥＭ検出器２２（ＤＦ検出器２２ａ）を電子線の照射域に配置する。それ以外の条件は、実効的プローブ測定時の条件と同じとする。
【００４９】
次に、ステップＳ１７において、ＳＴＥＭ像を取得するとともにＥＥＬＳスペクトルを測定する。すなわち、電子銃１１を稼働して試料２０に電子線を照射するとともに、走査コイル１５を稼働して電子線を試料の表面に沿って走査する。制御部１０は、ＳＴＥＭ検出器２２から出力される信号によりＳＴＥＭ像を生成するとともに、ＥＥＬＳ検出器２４から出力される信号によりＥＥＬＳスペクトルを得る。
【００５０】
次いで、ステップＳ１８において、制御部１０は画素サイズのデータ及び実効的プローブのデータを使用し、前記（１）式に示すような計算を行って、各画素毎の観察像強度及びＥＥＬＳスペクトルを解析計算する。このようにして、各画素毎に他の画素の影響を排除した測定値を得ることができ、分解能が高い解析を行うことができる。これにより、例えば正確な元素組成像又は物性値分布像を得ることができる。
【００５１】
なお、上記の実施形態は走査透過型電子顕微鏡について説明したが、上記に開示した技術を電子線の替わりに水素又はヘリウムのイオンビームを使用するイオン顕微鏡に適用することも可能である。
【００５２】
以下、本発明の諸態様を、付記としてまとめて記載する。
【００５３】
（付記１）収束された荷電粒子線を試料の表面に沿って走査して前記試料の解析を行う荷電粒子顕微鏡の解析方法において、
前記試料内で広がった荷電粒子線の形状、大きさ及び荷電粒子の強度分布のデータを得る工程と、
前記試料に荷電粒子線を照射しながら前記荷電粒子線を前記試料の表面に沿って走査し、分析目的位置毎に前記荷電粒子線の照射にともなって発生する現象を測定器で測定する工程と、
前記試料内で広がった荷電粒子線の形状、大きさ及び荷電粒子の強度分布のデータから前記分析目的位置毎に前記分析目的位置に照射される荷電粒子線量とその周囲に照射される荷電粒子線量とを演算し、その結果に基づいて前記測定器により得た測定値に対し前記分析目的位置の周囲の影響を排除する演算を行う工程と
を有することを特徴とする解析方法。
【００５４】
（付記２）前記試料内で広がった荷電粒子線の大きさが、前記分析目的位置の大きさよりも大きいことを特徴とする付記１に記載の解析方法。
【００５５】
（付記３）前記荷電粒子線が、電子線であることを特徴とする付記１又は２に記載の解析方法。
【００５６】
（付記４）前記試料内で広がった荷電粒子線の形状、大きさ及び荷電粒子の強度分布のデータは、前記試料を透過した荷電粒子線を撮影して得ることを特徴とする付記１乃至３のいずれか１項に記載の解析方法。
【００５７】
（付記５）前記試料内で広がった荷電粒子線の形状、大きさ及び荷電粒子の強度分布のデータは、シミュレーション計算により得ることを特徴とする付記１乃至３のいずれか１項に記載の解析方法。
【００５８】
（付記６）前記演算は、前記分析目的位置における周囲の影響を排除した測定値をＡcalcとし、前記分析目的位置に照射される前記荷電粒子線の強度をＩAとし、前記分析目的位置の周囲に照射される荷電粒子線の強度をＩBとし、前記分析目的位置での測定値をＡexpとし、前記分析目的位置の周囲での測定値をＢexpとしたときに、Ａcalc＝Ａexp×ＩA−Ｂexp×ＩBで表されることを特徴とする付記１乃至５のいずれか１項に記載の解析方法。
【００５９】
（付記７）荷電粒子線を放出する荷電粒子源と、
前記荷電粒子線を試料上に収束させる収束レンズと、
前記荷電粒子線を前記試料の表面に沿って走査させる走査コイルと、
前記試料に対し前記荷電粒子源と反対の側に配置され、実効的プローブ撮影モードと観察像取得モードとに切り換え可能な投影レンズと、
前記投影レンズが前記実効的プローブ撮影モードのときに前記試料内で広がった前記荷電粒子線からなる実効的プローブを撮影する実効的プローブ撮影部と、
前記投影レンズが前記観察像取得モードのときに前記試料の観察像を取得する観察像取得部と、
前記投影レンズが前記観察像取得モードのときに前記試料の分析目的位置から前記荷電粒子線の照射にともなって発生する現象を測定する測定器と、
前記荷電粒子線源、前記収束レンズ、前記走査コイル及び前記投影レンズを制御するとともに、前記実効的プローブ撮影部で撮影した実効的プローブのデータと、前記観察像取得部で取得した観察像のデータと、前記測定器で得た測定値とが入力される制御部とを有し、
前記制御部は、前記実効的プローブのデータから前記分析目的位置に照射される荷電粒子線量とその周囲に照射される荷電粒子線量とを演算し、その結果に基づいて前記観察像取得部で取得した観察像のデータ又は前記測定器により得た測定値に対し前記分析目的位置の周囲の影響を排除する演算を行うことを特徴とする荷電粒子顕微鏡。
【００６０】
（付記８）前記荷電粒子線が、電子線であることを特徴とする付記７に記載の荷電粒子顕微鏡。
【００６１】
（付記９）前記実効的プローブ撮影部は、前記観察像取得モードのときに前記荷電粒子線の通過域から外れる位置に配置されることを特徴とする付記７又は８に記載の荷電粒子顕微鏡。
【００６２】
（付記１０）前記演算は、前記分析目的位置における周囲の影響を排除した測定値をＡcalcとし、前記分析目的位置に照射される前記荷電粒子線の強度をＩAとし、前記分析目的位置の周囲に照射される荷電粒子線の強度をＩBとし、前記分析目的位置での測定値をＡexpとし、前記分析目的位置の周囲での測定値をＢexpとしたときに、Ａcalc＝Ａexp×ＩA−Ｂexp×ＩBで表されることを特徴とする付記７乃至９のいずれか１項に記載の荷電粒子顕微鏡。
【符号の説明】
【００６３】
１０…制御部、１１…電子銃、１２ａ，１２ｂ…収束レンズ、１３…収束レンズ絞り、１５…走査コイル、１７…ＥＤＳ検出器、１８…対物レンズ、１９…試料搭載部、２０…試料、２１…投影レンズ、２２…ＳＴＥＭ検出器、２３…ＣＣＤカメラ、２４…ＥＥＬＳ検出器。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、荷電粒子（電子及びイオン等）を用いて試料の観察及び分析を行う荷電粒子顕微鏡及びその荷電粒子顕微鏡の分解能を向上させる解析方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
走査透過型電子顕微鏡（Scanning Transmission Electron Microscope：ＳＴＥＭ）は、極めて小さく収束された電子線プローブを試料表面に平行な方向に走査することによって、空間分解能が極めて高い観察像を得ることができる。また、走査透過型電子顕微鏡は、電子線の照射にともなって試料から放出されるＸ線を検出する検出器や試料により散乱された電子のエネルギー損失スペクトルを検出する検出器等を備えている。これにより、観察位置と測定値又は物性値とを関連付けて分析評価を行うことができる。そのため、走査透過型電子顕微鏡は、半導体デバイスの開発にも広く使用されている。
【０００３】
近年の半導体デバイスの微細化にともない、走査透過型電子顕微鏡にはより一層高い分解能が要求されている。走査透過型電子顕微鏡の分解能を上げるためには、電子線のプローブサイズ（直径）を更に小さくすることが考えられる。しかし、プローブサイズを極端に小さくすると、電流量も小さくなるため、良好な精度で分析評価を行うことができなくなる。また、試料に入射した電子線は試料と相互作用してプローブサイズが広がってしまうため、プローブサイズを小さくしても空間分解能の向上には限界がある。そこで、従来から電子顕微鏡により得たデータを演算処理して分解能を向上させることが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−２２７７５０号公報
【特許文献２】特開平６−１６３３７３号公報
【特許文献３】特開２０００−８２４３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したように、従来から、電子顕微鏡により得たデータを演算処理して分解能を向上させることが提案されている。しかしながら、従来の方法では電子線の実効的プローブサイズが考慮されてなく、分解能を十分に向上させることができない、又は定量分析ができないなどの問題点がある。
【０００６】
以上から、従来に比べて分解能をより一層向上させることができる荷電粒子顕微鏡及び解析方法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】
【０００７】
一観点によれば、収束された荷電粒子線を試料の表面に沿って走査して前記試料の解析を行う荷電粒子顕微鏡の解析方法において、前記試料内で広がった荷電粒子線の形状、大きさ及び荷電粒子の強度分布のデータを得る工程と、前記試料に荷電粒子線を照射しながら前記荷電粒子線を前記試料の表面に沿って走査し、分析目的位置毎に前記荷電粒子線の照射にともなって発生する現象を測定器で測定する工程と、前記試料内で広がった荷電粒子線の形状、大きさ及び荷電粒子の強度分布のデータから前記分析目的位置毎に前記分析目的位置に照射される荷電粒子線量とその周囲に照射される荷電粒子線量とを演算し、その結果に基づいて前記測定器により得た測定値に対し前記分析目的位置の周囲の影響を排除する演算を行う工程とを有する解析方法が提供される。
【０００８】
なお、荷電粒子線の照射にともなって発生する現象には、Ｘ線の放出、荷電粒子線の回折及び荷電粒子線のエネルギー損失等がある。
【発明の効果】
【０００９】
荷電粒子線を分析目的位置に照射する場合、分析目的位置のサイズが小さいと、分析目的位置の周囲にも荷電粒子線が照射されて、目的とする分析結果に分析目的位置の周囲の影響が含まれてしまう。
【００１０】
上記一観点に係る解析方法では、試料内で広がった荷電粒子線の形状、大きさ及び荷電粒子の強度分布のデータを取得しておく。これにより、分析目的位置の周囲の影響を見積もることができ、測定器で得た測定値から分析目的位置の周囲の影響を排除する演算を行うことで分析目的位置の真の測定値を得ることができる。その結果、荷電粒子顕微鏡の分解能が向上する。
【００１１】
分析目的位置の周囲の影響を排除する演算は、例えば分析目的位置における周囲の影響を排除した測定値をＡcalcとし、分析目的位置に照射される荷電粒子線の強度をＩAとし、分析目的位置の周囲に照射される荷電粒子線の強度をＩBとし、分析目的位置での測定値をＡexpとし、分析目的位置の周囲での測定値をＢexpとしたときに、Ａcalc＝Ａexp×ＩA−Ｂexp×ＩBで表される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、実施形態に係る荷電粒子顕微鏡（走査透過型電子顕微鏡：ＳＴＥＭ）の構造を示す模式図である。
【図２】図２（ａ）はＥＥＬＳ検出器を用いたＳＴＥＭ−ＥＥＬＳスペクトラムイメージング法を示す概念図、図２（ｂ）はＥＥＬＳ検出器の出力から得られるＥＥＬＳスペクトルの例を示す図である。
【図３】図３は、走査方向に沿って連続するＥＥＬＳスペクトルの例を示す模式図である。
【図４】図４（ａ），（ｂ）は、連続多点分析の概念を示す模式図である。
【図５】図５（ａ）〜（ｃ）は、２種類の材料が接して配置された試料におけるプローブサイズの影響を示す図である。
【図６】図６は、シミュレーション計算により得られた電子線プローブの形状（強度分布）を示す図である。
【図７】図７（ａ）〜（ｃ）は、同じくその電子線プローブの形状を３次元表示した図である。
【図８】図８（ａ），（ｂ）は、実施形態に係る解析方法の概要を示す図である。
【図９】図９は、実施形態に係る分析方法を示すフローチャートである。
【図１０】図１０は、実効的プローブの映像の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、実施形態について、添付の図面を参照して説明する。
【００１４】
図１は、実施形態に係る荷電粒子顕微鏡（走査透過型電子顕微鏡：ＳＴＥＭ）の構造を示す模式図である。
【００１５】
本実施形態に係る走査透過型電子顕微鏡は、図１に示すように、制御部１０と、電子銃１１と、収束レンズ１２ａ，１２ｂと、収束レンズ絞り１３と、走査コイル１５と、ＥＤＳ（Energy Dispersive x-ray Spectroscopy）検出器１７と、対物レンズ１８と、試料搭載部１９と、投影レンズ２１と、ＳＴＥＭ（Scanning Transmission Electron Microscope）検出器２２と、ＣＣＤカメラ（実効的プローブ撮影部）２３と、ＥＥＬＳ（Electron Energy Loss Spectroscopy）検出器２４とを有している。
【００１６】
電子銃１１は、制御部１０からの信号に応じた加速電圧で電子を加速し、電子線として出力する。電子銃１１の下方には、複数段（図１では２段）の収束レンズ１２ａ，１２ｂが配置されている。これらの収束レンズ１２ａ，１２ｂは、制御部１０からの信号に応じて、電子銃１１から出力された電子線を所望の大きさに収束する。
【００１７】
収束レンズ１２ａ，１２ｂの下方には収束レンズ絞り１３が配置されている。収束レンズ１２ａ，１２ｂにより収束された電子線は不要な広がり部分をもつため、この収束レンズ絞り１３により不要な広がり部分をカットする。
【００１８】
収束レンズ絞り１３の下方には、走査コイル１５が配置されている。走査コイル１５は、制御部１０からの信号に応じて、試料搭載部１９に搭載された試料２０の表面を電子線プローブが走査するように電子線を屈折する。
【００１９】
走査コイル１５の下方には、ＥＤＳ検出器（測定器）１７、対物レンズ１８及び試料搭載部１９が配置されている。試料２０は試料搭載部１９に搭載され、対物レンズ１８は制御部１０からの信号に応じて、試料２０の表面又はその近傍で焦点が合うように電子線を屈折する。ＥＤＳ検出器１７は、電子線の照射により試料２０から放出されたＸ線を検出し、その検出結果に応じた信号を制御部１０に出力する。
【００２０】
試料搭載部１９の下方には複数段（図１では１段のみ図示）の投影レンズ２２が配置されている。本実施形態においては、投影レンズ２２に２つのモードが用意されている。一つはＳＴＥＭ像観察時に用いられる回折像モード（観察像取得モード）であり、他の一つは電子線の実効的プローブの撮影に用いられる実像モード（実効的プローブ撮影モード）である。回折像モードから実像モードへの変更、及び実像モードから回折像モードへの変更は、投影レンズ２２のレンズ条件を切り替えること、すなわち制御部１０からの信号により投影レンズ２２に供給する電流を変化させることにより行われる。
【００２１】
投影レンズ２２の下方には、ＳＴＥＭ検出器２２、ＣＣＤカメラ２３及びＥＥＬＳ検出器（測定器）２４が配置されている。
【００２２】
ＳＴＥＭ検出器２２は、試料２０により大きな角度で散乱された電子を検出するリング状のＤＦ（Dark-field）検出器と、試料２０を透過した電子を検出するＢＦ（Bright-Field）検出器とを有している。制御部１０は、ＳＴＥＭ検出器２２から出力された信号を処理して明視野ＳＴＥＭ像又は暗視野ＳＴＥＭ像を作成する。なお、本実施形態においては、ＳＴＥＭ検出器２２は制御部１０により制御されて電子線の通過域から外れる位置に移動可能になっている。
【００２３】
ＣＣＤカメラ２３は、電子線の実効的プローブの撮影に使用される。投射レンズ２２を実像モードに設定すると、電子線がＣＣＤカメラ２３の位置で結像し、電子線の実効的プローブの形状、大きさ及び電子線強度分布のデータを取得できる。ＣＣＤカメラ２３も、制御部１０により制御されて電子線の通過域から外れる位置に移動可能になっている。実効的プローブの詳細は後述する。ＣＣＤカメラ２３に替えて、ＴＶカメラ、イメージングプレート又は感光フィルム等を使用して電子線の実効的プローブの形状、大きさ及び電子線強度分布のデータを取得するようにしてもよい。
【００２４】
ＥＥＬＳ検出器２４は、試料２０を透過した電子線のエネルギー損失スペクトルの測定に使用される。
【００２５】
図２（ａ）は、ＥＥＬＳ検出器を用いたＳＴＥＭ−ＥＥＬＳスペクトラムイメージング法を示す概念図である。ここで、２２ａはＤＦ検出器（ＳＴＥＭ検出器）を示している。また、図２（ａ）では試料２０を複数の直方体に分割しているが、１つの直方体は１つの画素（分析目的位置ともいう）を模式的に示したものである。
【００２６】
電子線（電子線プローブ）は、角度（電子線入射半角度）ａで試料２０に照射される。試料２０に照射された電子線は、試料２０を厚さ方向に進行する際に試料２０中の原子と相互作用して、その結果電子が散乱されたり、Ｘ線が発生したりする。ＤＦ検出器２２ａには、試料２０により大きな角度で散乱された電子線（高角度散乱電子又は熱散漫散乱電子）が検出され、ＥＥＬＳ検出器２４には試料２０を透過した電子線（試料入射前の電子線と同じ向きの透過電子線）が入射される。
【００２７】
制御部１９は、例えばＤＦ検出器２２ａから出力される信号からＳＴＥＭ像を生成するとともに、ＥＥＬＳ検出器２４から出力される信号からＥＥＬＳスペクトル（電子線エネルギー損失スペクトル）を取得する。
【００２８】
図２（ｂ）は、横軸にエネルギーをとり、縦軸に強度（カウント数）をとって、ＥＥＬＳ検出器２４の出力から得られるＥＥＬＳスペクトルの例を示す図である。この図２（ｂ）に示すように、ＥＥＬＳ検出器２４の出力から、電子線が透過した試料位置に対応するＥＥＬＳスペクトルが得られる。実際には試料２０の表面に沿って電子線を走査させながらＥＥＬＳスペクトルを取得するので、図３に模式的に示すように、走査方向に沿って連続するＥＥＬＳスペクトルが得られる。なお、図３は、電子線プローブをｙ方向に走査させた例を示している。
【００２９】
このような連続多点分析を行う場合、電子線のプローブサイズよりも画素のサイズのほうが小さいと、隣接した画素にも電子線の一部が照射されてしまう。このため、ＤＦ検出器２２ａ及びＥＥＬＳ検出器２４から出力される信号には、隣接した画素の情報が含まれてしまう。
【００３０】
図４（ａ），（ｂ）は、連続多点分析の概念を示す模式図である。この図４（ａ），（ｂ）に示すように、連続多点分析では、電子線プローブを試料２０の表面に沿って走査しながら、試料２０から放出されるＸ線又は試料を透過した電子線を検出して電子顕微鏡像を得るとともに、画素（分析目的位置）毎の分析（元素分析等）を行う。電子線のプローブサイズよりも画素サイズのほうが小さい場合、各画素で得られる情報には隣接する画素の情報が含まれている。
【００３１】
図５（ａ）〜（ｃ）は、２種類の材料が接して配置された試料におけるプローブサイズの影響を示す図である。ここでは、図５（ａ）の左に平面図、右に断面図を示すように、異なる材料Ａ，Ｂが接して配置された試料の組成を調べるものとする。この場合、図５（ｂ）に示すように、電子線プローブを試料の表面に沿って走査してＥＤＳ検出器１７又はＥＥＬＳ検出器２４によりＸ線又は電子線エネルギー損失スペクトルを検出して、各画素（分析目的位置）毎に組成を分析する。なお、図５（ｂ）の左図は試料表面を走査する電子線プローブの軌跡を示す模式上面図であり、右図は同じくその模式側面図である。
【００３２】
電子線のプローブサイズが画素のサイズよりも大きいと、材料Ａと材料Ｂとの接触位置近傍では、図５（ｃ）に示すようにあたかも材料Ａと材料Ｂとが入り混じっているかのような情報が得られる。ラインプロファイルの測定においても同様であり、電子線プローブの重なりによって材料Ａ，Ｂの接触位置のプロファイルがぼけてしまう。なお、図５（ｃ）の左図は分析により得た材料Ａ，Ｂの分布状態を模式的に示す平面図であり、右図は分析により得た材料Ａ，Ｂの分布状態を模式的に示すグラフである。
【００３３】
図６は、横軸に位置（電子線プローブの中心からの距離）をとり、縦軸に強度（相対強度）をとって、シミュレーション計算により得られた電子線プローブの形状（強度分布）を示す図である。また、図７（ａ）〜（ｃ）は同じくその電子線プローブの形状を３次元表示した図である。なお、電子線プローブの形状は電子線入射条件に依存する。ここでは、ＳＴＥＭで用いられている一般的な条件、すなわち加速電圧が２００ｋＶ、電子線入射半角度ａが１２ｍｒａｄ、球面収差係数（Ｃｓ）が１．０ｍｍ、色収差係数（Ｃｃ）が１．０ｍｍ、フォーカスずれ量（Δｆ）が−５０ｎｍのときのプローブ形状を示している。また、実効的プローブサイズの計算時には、試料が厚さ３０ｎｍのシリコン（Ｓｉ）単結晶からなるものとした。
【００３４】
試料の観察に使用する観察用プローブは、図６，図７（ａ）に示すようにプローブ径が例えば０．１５ｎｍと小さく、そのため空間分解能は極めて高い。しかし、このプローブ径とするためには電子線強度を低くする必要があり、ＥＤＳやＥＥＬＳを用いた分析を行う場合にスペクトル強度が十分でなく良好な分析結果を得ることができない。そこで、分析を行う際には、図６，図７（ｂ）に示すようにプローブ径を例えば０．４ｎｍに大きくし、空間分解能を犠牲にする替わりに電流量を増加させて測定を行う。
【００３５】
電子線のプローブ径は、電子線が試料を透過する際に試料中の原子と相互作用して広がる。上記した条件では、直径が０．４ｎｍの電子線プローブを試料（厚さ３０ｎｍのシリコン単結晶）に照射した場合、試料内で電子線プローブの直径は約１．２ｎｍまで広がり（図６，図７（ｃ）参照）、入射時の約３倍となる。本実施形態では、試料内で広がった電子線プローブを、実効的プローブと呼んでいる。なお、試料内での電子線プローブの広がりは試料の組成や厚さ等に依存する。また、実効的プローブサイズはプローブ関数と相互作用のパラメータとのコンボリューションにより表され、電子線の中心を極大値とした強度分布となる。
【００３６】
図８（ａ），（ｂ）は、本実施形態に係る解析方法の概要を示す図である。図８（ａ），（ｂ）において、矩形はそれぞれの画素を示しており、図８（ａ）中の円は実効的プローブの直径を示している。画素のサイズは例えば０．８ｎｍ×０．８ｎｍであり、実効的プローブの直径は例えば１．２ｎｍである。
【００３７】
実効的プローブサイズが画素サイズよりも大きいと、画素Ａに電子線を照射しても画素Ａの周囲の画素Ｂ〜Ｉにも電子線が照射されてしまう。ここで、各画素Ａ〜Ｉに照射される電子線の強度をＩAa，ＩAb，…ＩAiとする。但し、全体の電子線強度をＩtotalとすると、Ｉtotal＝ＩAa＋ＩAb＋ＩAc＋ＩAd＋ＩAe＋ＩAf＋ＩAg＋ＩAh＋ＩAiであり、この値はどの画素に電子線を照射する場合であっても変わらないとする。また、図８（ａ）からわかるようにＩAb＝ＩAc＝ＩAd＝ＩAeであり、ＩAf＝ＩAg＝ＩAh＝ＩAiである。
【００３８】
これらの電子線ＩAa，ＩAb，…，ＩAiの強度は、例えば図５，図６に示すシミュレーション結果、又はＣＣＤカメラ２３により取得した電子線プローブ（実効的プローブ）の映像から計算により求めることができる。
【００３９】
各画素Ａ〜Ｉの位置での測定値（例えば、ＥＥＬＳスペクトルの測定値）をＡexp，Ｂexp，…，Ｉexpとする。この場合、画素Ａの真の測定値Ａcalcは、下記（１）式のようになる。
【００４０】
【数１】
全ての画素において測定を行い、各画素毎に（１）式のような関係式をたてて連立方程式とする。この場合、各画素において隣接する画素の測定値が常に異なる場合は解を得ることができない。しかし、例えば図５に示すように測定値が同一になる画素が多数連続する場合は連立方程式を解くことが可能になり、各画素の真の測定値、すなわち各画素毎に他の画素からの影響を除いた測定値を得ることができる。
【００４１】
なお、上記の例では電子線プローブの形状が真円の場合について説明したが、電子線プローブの形状が真円でない場合についても、同様の計算により真の測定値を得ることができる。また、上記の例では画素Ａに対し電子線を照射したときに同時に８つの画素（画素Ｂ〜Ｉ）にも電子線が照射される場合について説明したが、電子線が同時に照射される画素の数が８以外の場合であっても、同様の計算により真の測定値を得ることができる。
【００４２】
図９は、本実施形態に係る分析方法を示すフローチャートである。なお、以下の説明には、図１も参照する。
【００４３】
まず、ステップＳ１１において、観察条件を設定する。すなわち、観察する試料のデータを入力するとともに画素数及び画素サイズ等を設定する。
【００４４】
次に、ステップＳ１２に移行し、試料台１９に試料２０を搭載する。その後、ステップＳ１３において、倍率を調整する。
【００４５】
次に、実効的プローブの形状、大きさ及び電子線強度分布を測定する。具体的には、ステップＳ１４において、ＳＴＥＭ検出器２２を電子線の通過域の外に退避させ、ＣＣＤカメラ２３を電子線の通過域に配置する。そして、投影レンズ２１を実像モードに設定する。その後、ステップＳ１５に移行し、電子銃１１を稼働して試料２０に電子線を照射する。
【００４６】
試料２０を透過した電子線は投影レンズ２１によりＣＣＤカメラ２３の位置で結像し、例えば図１０に示すような実効的プローブの映像がＣＣＤカメラ２３により撮影される。このＣＣＤカメラ２３で撮影された映像は制御部１０に伝達され、制御部１０はこの映像から実効的プローブの形状、大きさ及び電子線強度分布を求める。これらの実効的プローブに関するデータは、制御部１０内に記憶される。
【００４７】
なお、実効的プローブのサイズ（大きさ）を測定するためには、金（Ａｕ）等のように格子間隔が既知の単結晶を用いて予め電子顕微鏡像のスケールを校正しておくことが必要である。ＣＣＤカメラ２３により実際に実効的プローブの形状、大きさ及び電子線強度分布を測定する替わりに、シミュレーション計算により実効的プローブの形状、大きさ及び電子線強度分布のデータを得てもよい。
【００４８】
次に、ステップＳ１６において、投影レンズ２１を回折像モードに設定する。また、ＣＣＤカメラ２３を電子線の照射域から退避させ、ＳＴＥＭ検出器２２（ＤＦ検出器２２ａ）を電子線の照射域に配置する。それ以外の条件は、実効的プローブ測定時の条件と同じとする。
【００４９】
次に、ステップＳ１７において、ＳＴＥＭ像を取得するとともにＥＥＬＳスペクトルを測定する。すなわち、電子銃１１を稼働して試料２０に電子線を照射するとともに、走査コイル１５を稼働して電子線を試料の表面に沿って走査する。制御部１０は、ＳＴＥＭ検出器２２から出力される信号によりＳＴＥＭ像を生成するとともに、ＥＥＬＳ検出器２４から出力される信号によりＥＥＬＳスペクトルを得る。
【００５０】
次いで、ステップＳ１８において、制御部１０は画素サイズのデータ及び実効的プローブのデータを使用し、前記（１）式に示すような計算を行って、各画素毎の観察像強度及びＥＥＬＳスペクトルを解析計算する。このようにして、各画素毎に他の画素の影響を排除した測定値を得ることができ、分解能が高い解析を行うことができる。これにより、例えば正確な元素組成像又は物性値分布像を得ることができる。
【００５１】
なお、上記の実施形態は走査透過型電子顕微鏡について説明したが、上記に開示した技術を電子線の替わりに水素又はヘリウムのイオンビームを使用するイオン顕微鏡に適用することも可能である。
【００５２】
以下、本発明の諸態様を、付記としてまとめて記載する。
【００５３】
（付記１）収束された荷電粒子線を試料の表面に沿って走査して前記試料の解析を行う荷電粒子顕微鏡の解析方法において、
前記試料内で広がった荷電粒子線の形状、大きさ及び荷電粒子の強度分布のデータを得る工程と、
前記試料に荷電粒子線を照射しながら前記荷電粒子線を前記試料の表面に沿って走査し、分析目的位置毎に前記荷電粒子線の照射にともなって発生する現象を測定器で測定する工程と、
前記試料内で広がった荷電粒子線の形状、大きさ及び荷電粒子の強度分布のデータから前記分析目的位置毎に前記分析目的位置に照射される荷電粒子線量とその周囲に照射される荷電粒子線量とを演算し、その結果に基づいて前記測定器により得た測定値に対し前記分析目的位置の周囲の影響を排除する演算を行う工程と
を有することを特徴とする解析方法。
【００５４】
（付記２）前記試料内で広がった荷電粒子線の大きさが、前記分析目的位置の大きさよりも大きいことを特徴とする付記１に記載の解析方法。
【００５５】
（付記３）前記荷電粒子線が、電子線であることを特徴とする付記１又は２に記載の解析方法。
【００５６】
（付記４）前記試料内で広がった荷電粒子線の形状、大きさ及び荷電粒子の強度分布のデータは、前記試料を透過した荷電粒子線を撮影して得ることを特徴とする付記１乃至３のいずれか１項に記載の解析方法。
【００５７】
（付記５）前記試料内で広がった荷電粒子線の形状、大きさ及び荷電粒子の強度分布のデータは、シミュレーション計算により得ることを特徴とする付記１乃至３のいずれか１項に記載の解析方法。
【００５８】
（付記６）前記演算は、前記分析目的位置における周囲の影響を排除した測定値をＡcalcとし、前記分析目的位置に照射される前記荷電粒子線の強度をＩAとし、前記分析目的位置の周囲に照射される荷電粒子線の強度をＩBとし、前記分析目的位置での測定値をＡexpとし、前記分析目的位置の周囲での測定値をＢexpとしたときに、Ａcalc＝Ａexp×ＩA−Ｂexp×ＩBで表されることを特徴とする付記１乃至５のいずれか１項に記載の解析方法。
【００５９】
（付記７）荷電粒子線を放出する荷電粒子源と、
前記荷電粒子線を試料上に収束させる収束レンズと、
前記荷電粒子線を前記試料の表面に沿って走査させる走査コイルと、
前記試料に対し前記荷電粒子源と反対の側に配置され、実効的プローブ撮影モードと観察像取得モードとに切り換え可能な投影レンズと、
前記投影レンズが前記実効的プローブ撮影モードのときに前記試料内で広がった前記荷電粒子線からなる実効的プローブを撮影する実効的プローブ撮影部と、
前記投影レンズが前記観察像取得モードのときに前記試料の観察像を取得する観察像取得部と、
前記投影レンズが前記観察像取得モードのときに前記試料の分析目的位置から前記荷電粒子線の照射にともなって発生する現象を測定する測定器と、
前記荷電粒子線源、前記収束レンズ、前記走査コイル及び前記投影レンズを制御するとともに、前記実効的プローブ撮影部で撮影した実効的プローブのデータと、前記観察像取得部で取得した観察像のデータと、前記測定器で得た測定値とが入力される制御部とを有し、
前記制御部は、前記実効的プローブのデータから前記分析目的位置に照射される荷電粒子線量とその周囲に照射される荷電粒子線量とを演算し、その結果に基づいて前記観察像取得部で取得した観察像のデータ又は前記測定器により得た測定値に対し前記分析目的位置の周囲の影響を排除する演算を行うことを特徴とする荷電粒子顕微鏡。
【００６０】
（付記８）前記荷電粒子線が、電子線であることを特徴とする付記７に記載の荷電粒子顕微鏡。
【００６１】
（付記９）前記実効的プローブ撮影部は、前記観察像取得モードのときに前記荷電粒子線の通過域から外れる位置に配置されることを特徴とする付記７又は８に記載の荷電粒子顕微鏡。
【００６２】
（付記１０）前記演算は、前記分析目的位置における周囲の影響を排除した測定値をＡcalcとし、前記分析目的位置に照射される前記荷電粒子線の強度をＩAとし、前記分析目的位置の周囲に照射される荷電粒子線の強度をＩBとし、前記分析目的位置での測定値をＡexpとし、前記分析目的位置の周囲での測定値をＢexpとしたときに、Ａcalc＝Ａexp×ＩA−Ｂexp×ＩBで表されることを特徴とする付記７乃至９のいずれか１項に記載の荷電粒子顕微鏡。
【符号の説明】
【００６３】
１０…制御部、１１…電子銃、１２ａ，１２ｂ…収束レンズ、１３…収束レンズ絞り、１５…走査コイル、１７…ＥＤＳ検出器、１８…対物レンズ、１９…試料搭載部、２０…試料、２１…投影レンズ、２２…ＳＴＥＭ検出器、２３…ＣＣＤカメラ、２４…ＥＥＬＳ検出器。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
収束された荷電粒子線を試料の表面に沿って走査して前記試料の解析を行う荷電粒子顕微鏡の解析方法において、
前記試料内で広がった荷電粒子線の形状、大きさ及び荷電粒子の強度分布のデータを得る工程と、
前記試料に荷電粒子線を照射しながら前記荷電粒子線を前記試料の表面に沿って走査し、分析目的位置毎に前記荷電粒子線の照射にともなって発生する現象を測定器で測定する工程と、
前記試料内で広がった荷電粒子線の形状、大きさ及び荷電粒子の強度分布のデータから前記分析目的位置毎に前記分析目的位置に照射される荷電粒子線量とその周囲に照射される荷電粒子線量とを演算し、その結果に基づいて前記測定器により得た測定値に対し前記分析目的位置の周囲の影響を排除する演算を行う工程と
を有することを特徴とする解析方法。
【請求項２】
前記試料内で広がった荷電粒子線の大きさが、前記分析目的位置の大きさよりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の解析方法。
【請求項３】
前記試料内で広がった荷電粒子線の形状、大きさ及び荷電粒子の強度分布のデータは、前記試料を透過した荷電粒子線を撮影して得ることを特徴とする請求項１又は２に記載の解析方法。
【請求項４】
前記試料内で広がった荷電粒子線の形状、大きさ及び荷電粒子の強度分布のデータは、シミュレーション計算により得ることを特徴とする請求項１又は２に記載の解析方法。
【請求項５】
前記演算は、前記分析目的位置における周囲の影響を排除した測定値をＡcalcとし、前記分析目的位置に照射される前記荷電粒子線の強度をＩAとし、前記分析目的位置の周囲に照射される荷電粒子線の強度をＩBとし、前記分析目的位置での測定値をＡexpとし、前記分析目的位置の周囲での測定値をＢexpとしたときに、Ａcalc＝Ａexp×ＩA−Ｂexp×ＩBで表されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の解析方法。
【請求項６】
荷電粒子線を放出する荷電粒子源と、
前記荷電粒子線を試料上に収束させる収束レンズと、
前記荷電粒子線を前記試料の表面に沿って走査させる走査コイルと、
前記試料に対し前記荷電粒子源と反対の側に配置され、実効的プローブ撮影モードと観察像取得モードとに切り換え可能な投影レンズと、
前記投影レンズが前記実効的プローブ撮影モードのときに前記試料内で広がった前記荷電粒子線からなる実効的プローブを撮影する実効的プローブ撮影部と、
前記投影レンズが前記観察像取得モードのときに前記試料の観察像を取得する観察像取得部と、
前記投影レンズが前記観察像取得モードのときに前記試料の分析目的位置から前記荷電粒子線の照射にともなって発生する現象を測定する測定器と、
前記荷電粒子線源、前記収束レンズ、前記走査コイル及び前記投影レンズを制御するとともに、前記実効的プローブ撮影部で撮影した実効的プローブのデータと、前記観察像取得部で取得した観察像のデータと、前記測定器で得た測定値とが入力される制御部とを有し、
前記制御部は、前記実効的プローブのデータから前記分析目的位置に照射される荷電粒子線量とその周囲に照射される荷電粒子線量とを演算し、その結果に基づいて前記観察像取得部で取得した観察像のデータ又は前記測定器により得た測定値に対し前記分析目的位置の周囲の影響を排除する演算を行うことを特徴とする荷電粒子顕微鏡。
【請求項１】
収束された荷電粒子線を試料の表面に沿って走査して前記試料の解析を行う荷電粒子顕微鏡の解析方法において、
前記試料内で広がった荷電粒子線の形状、大きさ及び荷電粒子の強度分布のデータを得る工程と、
前記試料に荷電粒子線を照射しながら前記荷電粒子線を前記試料の表面に沿って走査し、分析目的位置毎に前記荷電粒子線の照射にともなって発生する現象を測定器で測定する工程と、
前記試料内で広がった荷電粒子線の形状、大きさ及び荷電粒子の強度分布のデータから前記分析目的位置毎に前記分析目的位置に照射される荷電粒子線量とその周囲に照射される荷電粒子線量とを演算し、その結果に基づいて前記測定器により得た測定値に対し前記分析目的位置の周囲の影響を排除する演算を行う工程と
を有することを特徴とする解析方法。
【請求項２】
前記試料内で広がった荷電粒子線の大きさが、前記分析目的位置の大きさよりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の解析方法。
【請求項３】
前記試料内で広がった荷電粒子線の形状、大きさ及び荷電粒子の強度分布のデータは、前記試料を透過した荷電粒子線を撮影して得ることを特徴とする請求項１又は２に記載の解析方法。
【請求項４】
前記試料内で広がった荷電粒子線の形状、大きさ及び荷電粒子の強度分布のデータは、シミュレーション計算により得ることを特徴とする請求項１又は２に記載の解析方法。
【請求項５】
前記演算は、前記分析目的位置における周囲の影響を排除した測定値をＡcalcとし、前記分析目的位置に照射される前記荷電粒子線の強度をＩAとし、前記分析目的位置の周囲に照射される荷電粒子線の強度をＩBとし、前記分析目的位置での測定値をＡexpとし、前記分析目的位置の周囲での測定値をＢexpとしたときに、Ａcalc＝Ａexp×ＩA−Ｂexp×ＩBで表されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の解析方法。
【請求項６】
荷電粒子線を放出する荷電粒子源と、
前記荷電粒子線を試料上に収束させる収束レンズと、
前記荷電粒子線を前記試料の表面に沿って走査させる走査コイルと、
前記試料に対し前記荷電粒子源と反対の側に配置され、実効的プローブ撮影モードと観察像取得モードとに切り換え可能な投影レンズと、
前記投影レンズが前記実効的プローブ撮影モードのときに前記試料内で広がった前記荷電粒子線からなる実効的プローブを撮影する実効的プローブ撮影部と、
前記投影レンズが前記観察像取得モードのときに前記試料の観察像を取得する観察像取得部と、
前記投影レンズが前記観察像取得モードのときに前記試料の分析目的位置から前記荷電粒子線の照射にともなって発生する現象を測定する測定器と、
前記荷電粒子線源、前記収束レンズ、前記走査コイル及び前記投影レンズを制御するとともに、前記実効的プローブ撮影部で撮影した実効的プローブのデータと、前記観察像取得部で取得した観察像のデータと、前記測定器で得た測定値とが入力される制御部とを有し、
前記制御部は、前記実効的プローブのデータから前記分析目的位置に照射される荷電粒子線量とその周囲に照射される荷電粒子線量とを演算し、その結果に基づいて前記観察像取得部で取得した観察像のデータ又は前記測定器により得た測定値に対し前記分析目的位置の周囲の影響を排除する演算を行うことを特徴とする荷電粒子顕微鏡。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１１−２２０５９（Ｐ２０１１−２２０５９Ａ）
【公開日】平成２３年２月３日（２０１１．２．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１６８５７６（Ｐ２００９−１６８５７６）
【出願日】平成２１年７月１７日（２００９．７．１７）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年２月３日（２０１１．２．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年７月１７日（２００９．７．１７）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
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