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JP2001266783A - Element mapping apparatus, scanning transmission electron microscope, and element mapping method - Google Patents

Element mapping apparatus, scanning transmission electron microscope, and element mapping method

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Publication number
JP2001266783A
JP2001266783A JP2000084685A JP2000084685A JP2001266783A JP 2001266783 A JP2001266783 A JP 2001266783A JP 2000084685 A JP2000084685 A JP 2000084685A JP 2000084685 A JP2000084685 A JP 2000084685A JP 2001266783 A JP2001266783 A JP 2001266783A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
electron beam
elements
core loss
electron
energy
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2000084685A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kazutoshi Kaji
和利 鍛示
Takashi Aoyama
青山  隆
Toshimichi Taya
俊陸 田谷
Hiroyuki Tanaka
弘之 田中
Shigeto Isagozawa
成人 砂子沢
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP2000084685A priority Critical patent/JP2001266783A/en
Publication of JP2001266783A publication Critical patent/JP2001266783A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】測定領域と複数の測定元素を指定すると、実時
間で複数元素のマッピング像を取得できる元素マッピン
グ装置を備えた走査透過型電子顕微鏡を提供すること。 【解決手段】試料を透過した電子線を電子分光装置でエ
ネルギー分光し、電子エネルギー損失スペクトルを電子
線検出器で検出する。測定する複数元素の全てのコアロ
スピークを検出できるように、元素マッピング装置の光
学系を調整し、複数元素毎に各元素のコアロスピーク電
子線強度を演算し、各元素の演算結果を色を代えて画像
表示する。 【効果】複数元素のコアロスピークを同時に測定し、そ
れらの電子線強度を用いて元素分布像を観察することに
より、精度のよい複数元素の元素分布を得ることができ
る。
(57) [Problem] To provide a scanning transmission electron microscope provided with an element mapping device capable of acquiring a mapping image of a plurality of elements in real time when a measurement region and a plurality of measurement elements are designated. An electron beam transmitted through a sample is subjected to energy spectroscopy by an electron spectroscope, and an electron energy loss spectrum is detected by an electron beam detector. Adjust the optical system of the element mapping device to detect all core loss peaks of multiple elements to be measured, calculate the core loss peak electron beam intensity of each element for each element, and change the color of the calculation result of each element To display an image. [Effect] By simultaneously measuring the core loss peaks of a plurality of elements and observing the element distribution image using their electron beam intensities, a highly accurate element distribution of the plurality of elements can be obtained.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は元素マッピング装
置、走査透過型電子顕微鏡および元素マッピング方法に
関する。
The present invention relates to an element mapping apparatus, a scanning transmission electron microscope, and an element mapping method.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体デバイスや磁気ヘッド素子の微細
化,小型化により、素子はサブミクロン程度の領域に数
NM(ナノメートル)の薄膜を積層した構造となってい
る。このような微小領域の構造,元素分布,結晶構造
は、半導体素子や磁気ヘッド素子の特性を大きく左右す
るようになっているため、微小領域を分析することは重
要である。
2. Description of the Related Art Due to miniaturization and miniaturization of semiconductor devices and magnetic head elements, elements have a structure in which several NM (nanometer) thin films are stacked in a submicron region. Since the structure, element distribution, and crystal structure of such a minute region greatly affect the characteristics of the semiconductor element and the magnetic head element, it is important to analyze the minute region.

【0003】微小領域の観察方法としては、走査型電子
顕微鏡(Scanning Electron Microscope:SEM),透
過型電子顕微鏡(Transmission Electron Microscope:
TEM),走査透過型電子顕微鏡(Scanning Transmissio
n Electron Microscope :STEM)がある。ナノメー
ターレベルの空間分解能を有しているのはTEMとST
EMである。TEMは試料にほぼ平行に電子線を照射
し、透過した電子線をレンズなどで拡大する装置であ
る。一方STEMは微小領域に電子線を収束し、電子線
を試料上で2次元に走査しながら、透過した電子線の強
度を測定し、2次元画像を取得する装置である。
[0003] As a method for observing a minute region, there are a scanning electron microscope (SEM) and a transmission electron microscope (Transmission Electron Microscope: SEM).
TEM), Scanning Transmission Electron Microscope (Scanning Transmissio)
n Electron Microscope (STEM). TEM and ST have nanometer-level spatial resolution
EM. The TEM is a device that irradiates a sample with an electron beam almost in parallel, and enlarges the transmitted electron beam with a lens or the like. On the other hand, the STEM is a device that converges an electron beam on a minute area, measures the intensity of a transmitted electron beam while scanning the electron beam two-dimensionally on a sample, and acquires a two-dimensional image.

【0004】TEMおよびSTEMで検出する透過電子
の強度は、電子が透過した部分の平均原子番号と相関が
ある。このため原子番号が近い、クロム(Cr),マン
ガン(Mn),鉄(Fe),コバルト(Co),ニッケ
ル(Ni),銅(Cu)の薄膜や、平均原子番号が近い
シリコン酸化膜とシリコン窒化膜などは識別することが
できない。
[0004] The intensity of transmitted electrons detected by TEM and STEM has a correlation with the average atomic number of a portion through which electrons have passed. Therefore, thin films of chromium (Cr), manganese (Mn), iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), and copper (Cu) having similar atomic numbers, and silicon oxide films and silicon having similar average atomic numbers A nitride film or the like cannot be identified.

【0005】金属膜の場合、蛍光X線分析を用いて2次
元像を取得することで、Cr,Mn,Fe,Co,N
i,Cuの識別は可能であるが、検出できる蛍光X線強
度が弱いため2次元像を得るには長い測定時間が必要と
なる。蛍光X線分析は軽元素分析に適していないため、
シリコン酸化膜とシリコン窒化膜などの識別は困難であ
る。
In the case of a metal film, a two-dimensional image is obtained by X-ray fluorescence analysis to obtain Cr, Mn, Fe, Co, N
Although i and Cu can be identified, a long measurement time is required to obtain a two-dimensional image because the intensity of the detectable fluorescent X-ray is weak. X-ray fluorescence analysis is not suitable for light element analysis,
It is difficult to distinguish between a silicon oxide film and a silicon nitride film.

【0006】これら問題を解決する分析方法として電子
分光器により透過電子をエネルギー分析する電子エネル
ギー損失分光法(Electron Energy Loss Spectroscop
y:EELS)がある。電子は試料を透過する際に、試
料を構成する元素(電子構造)固有のエネルギー損失が生
ずることから、元素固有のエネルギー損失した電子で2
次元像をつくることにより、TEM/STEM像では識
別することができなかったシリコンの酸化膜や窒化膜を
識別することができる。これらはSTEMとパラレル検
出型の電子エネルギー損失分光器(Electron Energy L
oss Spectrometer:EELS)を組み合わせた方法によ
り、広く用いられている。
[0006] As an analysis method for solving these problems, electron energy loss spectroscopy (Electron Energy Loss Spectroscop) for analyzing the energy of transmitted electrons by an electron spectrometer.
y: EELS). When electrons pass through the sample, an energy loss peculiar to the element (electronic structure) constituting the sample occurs.
By forming a two-dimensional image, an oxide film or a nitride film of silicon, which cannot be identified by the TEM / STEM image, can be identified. These are a STEM and a parallel detection type electron energy loss spectrometer (Electron Energy L).
oss Spectrometer (EELS) is widely used.

【0007】EELSは扇型の磁場セクターを電子分光
器とし、その前後に4重極電磁レンズと6重極電磁レン
ズを配置し、最下流にパラレル検出器を持つ構造として
いる。4重極電磁レンズはEELSスペクトルのフォー
カスの調整と、EELSスペクトルの拡大に用いる。6
重極電磁レンズは検出器に投影されるEELSスペクト
ルの収差を低減するために用いる。4重極電磁レンズで
拡大したEELSスペクトルをパラレル検出器に投影
し、広い範囲の電子エネルギー損失スペクトルを測定す
る。
EELS has a structure in which a fan-shaped magnetic sector is used as an electron spectrometer, a quadrupole electromagnetic lens and a hexapole electromagnetic lens are arranged before and after the sector, and a parallel detector is provided at the most downstream. The quadrupole electromagnetic lens is used for adjusting the focus of the EELS spectrum and expanding the EELS spectrum. 6
The dipole electromagnetic lens is used to reduce the aberration of the EELS spectrum projected on the detector. The EELS spectrum enlarged by the quadrupole electromagnetic lens is projected on a parallel detector, and a wide range of electron energy loss spectrum is measured.

【0008】EELSの構造に関する先行技術として
は、例えば、米国特許第4,743,756 号公報,特開平7−2
1966号公報,特開平7−21967号公報,特開平7−29544号
公報等がある。
Prior art relating to the structure of EELS is disclosed in, for example, US Pat. No. 4,743,756, and JP-A-7-2.
1966, JP-A-7-21967 and JP-A-7-29544.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】従来のEELSとST
EMを組み合わせた分析装置では、ユーザーが(1)測
定場所の指定→(2)元素の指定→(3)電子線のエネ
ルギー強度分布を電子線検出部で測定し→(4)検出部
のバックグラウンド補正とゲインを補正し→(5)バッ
クグラウンド領域の指定→(6)パワーローモデル(I
=A×Exp〔−r〕)等のバックグラウンドフィッテ
ング関数を指定→(7)シグナル強度の積分領域の指定
→(8)測定場所での指定元素のシグナル強度を前記画
像表示装置に表示する→(1)の繰り返し操作を全ての
測定点で行う必要があり、2次元像を得るには多大な時
間が必要となり実時間で元素分布像が得ることは、困難
である。また、全ての測定点でEELSスペクトルを測
定した後、(2)〜(7)の指定をユーザーが行い、2次
元像を得る方法も考えられる。この方法の場合では測定
データが膨大な量になる上、実時間で元素分布像が得ら
れない。
SUMMARY OF THE INVENTION Conventional EELS and ST
In an analyzer combined with EM, the user (1) designates a measurement place → (2) designates an element → (3) measures the energy intensity distribution of an electron beam with an electron beam detection unit → (4) backs up the detection unit Correct ground correction and gain → (5) Designate background area → (6) Power low model (I
= A × Exp [−r]) etc. → (7) Designation of integration area of signal intensity → (8) Display of signal intensity of specified element at measurement location on the image display device → It is necessary to repeat the operation (1) at all measurement points, and it takes a long time to obtain a two-dimensional image, and it is difficult to obtain an element distribution image in real time. Also, a method is conceivable in which after measuring the EELS spectrum at all measurement points, the user specifies (2) to (7) and obtains a two-dimensional image. In the case of this method, the amount of measured data becomes enormous, and an element distribution image cannot be obtained in real time.

【0010】以上のように実時間で元素分布像が得られ
ない場合、次のような課題がある。
When the element distribution image cannot be obtained in real time as described above, there are the following problems.

【0011】(A)例えば、シリコンの酸化膜と窒化膜
の界面の分析を行うような場合に、TEM/STEM像
で視野確認を行うため、分析領域(酸化膜と窒化膜の界
面)が識別できない。このためEELSスペクトルを測
定し、解析で元素分布像を得るまで、分析領域に計測し
たい領域が含まれているか判定ができない。
(A) For example, when analyzing the interface between a silicon oxide film and a nitride film, the analysis area (the interface between the oxide film and the nitride film) is identified in order to confirm the visual field with a TEM / STEM image. Can not. For this reason, until the EELS spectrum is measured and the element distribution image is obtained by analysis, it cannot be determined whether or not the analysis region includes the region to be measured.

【0012】(B)例えば、分析領域の2次元像を得る
には、EELSスペクトルの測定と各測定点で前述した
(1)〜(8)の操作が必要となり、測定と解析に多く
の時間が必要なので、数多くの試料を測定する検査のよ
うな作業には向かない。
(B) For example, in order to obtain a two-dimensional image of the analysis area, the measurement of the EELS spectrum and the above-mentioned operations (1) to (8) are required at each measurement point, so that much time is required for measurement and analysis. It is not suitable for work such as inspection for measuring a large number of samples because of the need for

【0013】(C)例えば、多層膜断面を分析する場
合、各層を構成する元素を1画像毎に観察したのでは、
各層の位置関係を正確に判定ができない。
(C) For example, when analyzing a cross section of a multilayer film, if the elements constituting each layer are observed for each image,
The positional relationship between the layers cannot be determined accurately.

【0014】以上の課題を解決するためには実時間で元
素分布像を得ることが不可欠である。
In order to solve the above problems, it is essential to obtain an element distribution image in real time.

【0015】本発明の目的は、EELSとSTEMを組
み合わせた分析装置で実時間で複数元素の分布像を取得
可能な装置および方法を提供することにある。
An object of the present invention is to provide an apparatus and a method capable of acquiring a distribution image of a plurality of elements in real time with an analyzer that combines EELS and STEM.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】本発明の特徴は、電子線
を発生させる電子線源と、電子線を走査する走査部と、
試料に電子線を収束させる対物レンズと、電子線のエネ
ルギー分光する電子分光部と、電子分光部により分光さ
れた電子線の一部または全部を検出する電子線検出部
と、電子線検出器で検出する電子エネルギー損失スペク
トルを拡大する拡大磁場レンズと、電子線検出部により
検出された電子線強度を用いて計算する演算装置を備え
た走査透過型電子顕微鏡において、測定する全ての元素
のコアロスピークが電子線検出器で検出されるように拡
大磁場レンズを制御する制御装置を有し、電子線を走査
部を用いて走査すると同時に又は並行して、複数元素の
コアロスピークを含む電子線を用いて、それぞれの元素
毎に演算した演算結果を画像表示装置に表示することを
特徴とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is characterized by an electron beam source for generating an electron beam, a scanning unit for scanning the electron beam,
An objective lens for converging the electron beam on the sample, an electron spectroscopy unit for performing energy spectroscopy of the electron beam, an electron beam detection unit for detecting a part or all of the electron beam separated by the electron spectroscopy unit, and an electron beam detector. Core loss peaks of all elements to be measured in a scanning transmission electron microscope equipped with an expanding magnetic field lens that expands the electron energy loss spectrum to be detected and an arithmetic unit that calculates using the electron beam intensity detected by the electron beam detector Has a control device that controls the expanding magnetic field lens so that it is detected by the electron beam detector, and simultaneously or in parallel with scanning the electron beam using the scanning unit, using an electron beam including a core loss peak of a plurality of elements The calculation result calculated for each element is displayed on the image display device.

【0017】また、本発明の特徴は、複数元素の分布像
を観察する場合、ユーザー(操作者)が、(1)測定場所
の指定→(2)元素の指定→(3)電子線のエネルギー強
度分布を電子線検出部で測定し→(4)検出部のバック
グラウンド補正とゲインを補正し→(5)バックグラウ
ンド領域の指定→(6)パワーローモデル(I=A×E
xp〔−r〕)等のバックグラウンドフィッテング関数
を指定→(7)シグナル強度の積分領域の指定→(8)
測定場所での指定元素のシグナル強度を画像表示装置に
表示する→(1)を繰り返すという作業を、測定場所,
測定元素毎に行い元素分布像を得ていた操作を、ユーザ
ー(操作者)が、(1)測定領域の指定→(2)測定す
る全ての元素の指定を一度に行うことで、他の処理を装
置側で実行することにある。これにより、指定した複数
元素の元素分布像を実時間で得られることを特徴とす
る。また、指定した元素毎に画像に表示する色を指定す
ると、各元素の分布位置の識別が容易になる。更に、各
元素の境界において、隣り合う元素が混在しているよう
な場合には、その境界部分ではそれぞれ指定した元素の
色が混ざり合った色を示し、混在している状態が定量的
に判別できることが可能となる。更に、操作性の向上・
測定時間の短縮が可能となる。
A feature of the present invention is that, when observing a distribution image of a plurality of elements, a user (operator) is required to (1) specify a measurement place → (2) specify an element → (3) energy of an electron beam. The intensity distribution is measured by the electron beam detector → (4) background correction and gain of the detector are corrected → (5) background area designation → (6) power low model (I = A × E)
xp [-r]) etc. → (7) Designation of signal intensity integration area → (8)
Display the signal intensity of the specified element at the measurement location on the image display device → Repeat (1)
The user (operator) performs the operation of obtaining the element distribution image for each measurement element by performing (1) specifying the measurement area → (2) specifying all the elements to be measured at once, thereby performing other processing. Is performed on the device side. Thereby, an element distribution image of a plurality of specified elements can be obtained in real time. In addition, when the color to be displayed on the image is designated for each designated element, the distribution position of each element can be easily identified. Furthermore, when adjacent elements are mixed at the boundary of each element, the color of the specified element is mixed at the boundary, and the mixed state is quantitatively determined. What you can do is possible. In addition, improved operability
Measurement time can be reduced.

【0018】[0018]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
実施の形態を説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0019】図1は、本発明の実施例による元素マッピ
ング装置用エネルギーフィルタを備えた走査透過型電子
顕微鏡(本書では、電顕とも称す)の主要部分の概略構
成図である。図1(a)は正面図、図1(b)は図1
(a)を電子線源1の方向から見た図(上面図)であ
る。本図では、電子線源1からZコントラスト検出器21
までを、電顕本体として記載している。電顕本体には図
示しないが、電顕として機能するための電子線の走査を
制御するための構成等を含んでいる。また、フォーカス
調整用電磁レンズ16から電子線検出器13までの部分を元
素マッピング装置用エネルギーフィルタとして記載して
いる。制御装置26は、データーベース24からの情報に基
づいて拡大磁場レンズ15や加速管19を制御し、電子線検
出器13からの電子線強度や電子線走査コイル3からの信
号を取り込む。電子線検出器13からの電子線強度信号
は、演算装置23へ送られ、演算結果が制御装置26に伝送
される。演算結果は、電子線走査コイル3からの信号を
参照して、画像表示装置25で元素分布像を表示する。元
素マッピング装置とは、制御装置26、演算装置23,デー
ターベース24,画像表示装置25を含む構成を言うが、こ
れらに元素マッピング装置用エネルギーフィルタを含ん
だ構成を言う場合もある。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a main part of a scanning transmission electron microscope (also referred to as an electron microscope in this document) provided with an energy filter for an element mapping apparatus according to an embodiment of the present invention. FIG. 1A is a front view, and FIG.
FIG. 2A is a diagram (top view) viewed from the direction of the electron beam source 1. In the figure, the Z-contrast detector 21
Are described as the electron microscope body. Although not shown, the electron microscope main body includes a configuration for controlling scanning of an electron beam for functioning as an electron microscope. Also, a portion from the focus adjustment electromagnetic lens 16 to the electron beam detector 13 is described as an energy filter for an element mapping device. The control device 26 controls the magnifying magnetic field lens 15 and the accelerating tube 19 based on the information from the database 24 and takes in the electron beam intensity from the electron beam detector 13 and the signal from the electron beam scanning coil 3. The electron beam intensity signal from the electron beam detector 13 is sent to the calculation device 23, and the calculation result is transmitted to the control device 26. The calculation result refers to a signal from the electron beam scanning coil 3 and displays an element distribution image on the image display device 25. The element mapping device refers to a configuration including the control device 26, the arithmetic device 23, the database 24, and the image display device 25, but may also refer to a configuration including an energy filter for the element mapping device.

【0020】電子線源1は、例えば、冷陰極電界放出型
の電子線源を用いることができる。
As the electron beam source 1, for example, a cold cathode field emission type electron beam source can be used.

【0021】電子線源1で発生した電子線2は、電子線
走査コイル3で偏向される。偏向された電子線2は、対
物レンズ上部磁場4により試料5面で収束し、対物レン
ズ下部磁場6直後に走査物点7を形成する。この走査物
点7は電子線2を電子線走査コイル3を用いて試料面上
を走査しても動かない。
An electron beam 2 generated by an electron beam source 1 is deflected by an electron beam scanning coil 3. The deflected electron beam 2 is converged on the surface of the sample 5 by the objective lens upper magnetic field 4, and forms a scanning object point 7 immediately after the objective lens lower magnetic field 6. The scanning object point 7 does not move even when the electron beam 2 is scanned on the sample surface using the electron beam scanning coil 3.

【0022】試料で回折した電子線は結像レンズ8前に
像物点9を形成する。この像物点9は電子線2を走査す
ると動くが、像物点9に形成されている透過電子(TE
M)像は動かない。通常のEELSはこの像物点9を結
像レンズ8で物点10に結び、仮想光源としてEELS
スペクトルを測定している。本実施例では走査物点7を
結像レンズ8で物点10に結像して仮想光源とした。EE
LS測定では光源位置が移動すると電子分光装置11の収
差条件が変化するため、エネルギー安定度の高い測定に
は向かないためである。
The electron beam diffracted by the sample forms an image object point 9 in front of the imaging lens 8. The image point 9 moves when the electron beam 2 is scanned, but the transmitted electrons (TE) formed at the image point 9 are moved.
M) The image does not move. In a normal EELS, this image object point 9 is connected to an object point 10 by an imaging lens 8, and EELS is used as a virtual light source.
The spectrum is being measured. In this embodiment, an image of the scanning object point 7 is formed on the object point 10 by the imaging lens 8 to form a virtual light source. EE
This is because in the LS measurement, when the position of the light source moves, the aberration condition of the electron spectroscopic device 11 changes, which is not suitable for measurement with high energy stability.

【0023】この物点10を仮想光源とした電子線は、下
流に設置された、扇型の電子分光装置11に入射する。電
子分光装置11を構成している磁石の磁場は図1の紙面に
垂直な磁場空間を形成する。電子分光装置11に入射した
電子線は90゜偏向さると共に、エネルギー分光され、
エネルギー分散面12にフォーカスする。本実施例ではエ
ネルギー分散面12は電子線検出器13の上にある。
The electron beam using the object point 10 as a virtual light source enters a fan-shaped electron spectroscope 11 installed downstream. The magnetic field of the magnet constituting the electron spectroscope 11 forms a magnetic field space perpendicular to the plane of FIG. The electron beam incident on the electron spectroscope 11 is deflected by 90 ° and energy-spectroscopy is performed.
Focus on energy dispersive surface 12. In this embodiment, the energy dispersion surface 12 is on the electron beam detector 13.

【0024】本実施例では、エネルギー分散面12上に形
成されるスペクトルは電子分光装置11の電子線の回転半
径が100mmの場合、1eV/μm程度になる。これを
拡大磁場レンズ15で100倍に拡大する。このとき拡大
磁場レンズ15のフォーカス位置をエネルギー分散面12と
一致させるためにフォーカス調整用電磁レンズ16の磁場
を調整する。これにより、電子線検出器13上に投影され
るEELSスペクトル18は0.01eV/μmとなる。25
μm/チャンネルのマルチチャンネルプレートアレイを
電子線検出器13として用いれば0.25eV/チャンネ
ルとなる。検出器は1024チャンネルで構成されてい
るので、フルレンジで250eV程度となる。
In this embodiment, the spectrum formed on the energy dispersion surface 12 is about 1 eV / μm when the electron beam of the electron spectroscope 11 has a turning radius of 100 mm. This is magnified 100 times by the magnifying magnetic field lens 15. At this time, the magnetic field of the focus adjustment electromagnetic lens 16 is adjusted so that the focus position of the magnifying magnetic field lens 15 coincides with the energy dispersion surface 12. Thus, the EELS spectrum 18 projected on the electron beam detector 13 becomes 0.01 eV / μm. 25
If a multi-channel plate array of μm / channel is used as the electron beam detector 13, it will be 0.25 eV / channel. Since the detector is composed of 1024 channels, the full range is about 250 eV.

【0025】本実施例のフォーカス調整用電磁レンズ1
6,電子分光装置11,拡大磁場レンズ15,電子線検出器
13からなる部分を元素マッピング装置用エネルギーフ
ィルタと呼ぶ。元素マッピング装置用エネルギーフィル
タは、ゼロロス電子線が電子線検出器13中央に来るよう
に構成する。コアロス電子線のように250eV以上ロ
スした電子線の強度は、電子分光装置11内部に設置した
加速管19で電子線を加速して測定する。500eVロス
した電子線の強度を測定する場合加速管に500Vを印
加しロス電子を加速する。これにより、測定したいロス
電子線を検出器13中央に持ってくることができる。
The focus adjusting electromagnetic lens 1 of the present embodiment.
The part composed of 6, the electron spectroscopy device 11, the expanding magnetic field lens 15, and the electron beam detector 13 is called an energy filter for an element mapping device. The energy filter for the element mapping device is configured so that the zero-loss electron beam comes to the center of the electron beam detector 13. The intensity of an electron beam that has lost 250 eV or more, such as a core-loss electron beam, is measured by accelerating the electron beam with an acceleration tube 19 installed inside the electron spectroscope 11. When measuring the intensity of a 500 eV loss electron beam, 500 V is applied to the accelerating tube to accelerate the loss electrons. Thus, the loss electron beam to be measured can be brought to the center of the detector 13.

【0026】複数元素のマッピングを実時間で行う場合
に必要な条件は、複数元素それぞれのコアロスピークが
見えることと、測定中同じエネルギーロスした電子線は
電子線検出器の同じ場所にフォーカスすることである。
The conditions necessary when mapping a plurality of elements in real time are that the core loss peak of each of the plurality of elements can be seen and that the electron beam having the same energy loss during the measurement is focused on the same place of the electron beam detector. It is.

【0027】次に、本実施例を用いた実時間で複数元素
のマッピングを行う方法の実施例を述べる。
Next, an embodiment of a method for mapping a plurality of elements in real time using this embodiment will be described.

【0028】図2を用いて、元素マッピング像を得るた
めの処理の一例を示す。
An example of a process for obtaining an element mapping image will be described with reference to FIG.

【0029】従来、ユーザーが(1)分析元素を選択→
(2)電子線ロスエネルギーを調べる→(3)EELS
装置のドリフトチューブの電圧調整→(4)スペクトル
確認→(5)分析領域の指定→(6)電子線損失エネル
ギー強度分布測定→(7)検出手段のバックグラウンド
補正,ゲイン補正→(8)バックグラウンド領域の指定
→(9)パワーローモデル(I=A×Exp〔−r〕)
等のバックグラウンドフィッテング関数を指定→(1
0)シグナル強度の積分領域の指定→(11)測定場所
での指定元素のシグナル強度を画像表示装置に表示する
→(1)、の処理を繰り返して、測定場所,測定元素毎
に行い、複数元素の分布像を得ていた。
Conventionally, the user selects (1) an analysis element →
(2) Investigate electron beam loss energy → (3) EELS
Voltage adjustment of the drift tube of the device → (4) Spectrum confirmation → (5) Designation of analysis area → (6) Measurement of electron beam energy loss distribution → (7) Background correction and gain correction of detection means → (8) Back Designation of ground area → (9) Power low model (I = A × Exp [-r])
Specify background fitting function such as → (1
0) Designation of integration area of signal intensity → (11) Display of signal intensity of specified element at measurement location on image display device → Repeat (1) for each measurement location and measurement element. An element distribution image was obtained.

【0030】本発明の実施例では、操作者は(1)複数
元素の指定と各元素を画像表示装置で表示する色を指定
する処理201→(4)スペクトル確認処理204→
(5)測定領域を指定する処理である分析領域の指定処
理205に関与すれば良く、その他の処理は、(2)電
子線ロスエネルギーを調べる→(3)EELS装置のド
リフトチューブの電圧調整→(6)複数元素のコアロス
ピークを含む電子線損失エネルギー強度分布測定→
(7)検出手段のバックグラウンド補正,ゲイン補正→
(8)バックグラウンド領域の指定→(9)パワーローモ
デル(I=A×Exp〔−r〕)等のバックグラウンド
フィッテング関数を指定→(10)各元素毎にシグナル
強度の積分領域の指定→(11)測定場所における各元
素毎のシグナル強度を、指定した色で画像表示装置に表
示する→(1)、の処理を演算装置23の制御下で、電
子顕微鏡本体と元素マッピング装置用エネルギーフィル
タを制御して、測定処理を実行するので、指定した複数
元素の元素分布像を実時間で得られる。
In the embodiment of the present invention, the operator (1) designates a plurality of elements and designates a color for displaying each element on the image display device 201 → (4) spectrum confirmation process 204 →
(5) It suffices to be involved in the analysis region designation process 205, which is the process of designating the measurement region. Other processes are (2) check the electron beam loss energy → (3) adjust the voltage of the drift tube of the EELS device → (6) Measurement of electron beam energy intensity distribution including core loss peaks of multiple elements →
(7) Background correction and gain correction of detection means →
(8) Designation of background area → (9) Designation of background fitting function such as power low model (I = A × Exp [−r]) → (10) Designation of integration area of signal intensity for each element → (11) The signal intensity of each element at the measurement location is displayed on the image display device in the designated color. → (1) The processing of the electron microscope body and the energy filter for the element mapping device under the control of the arithmetic unit 23 And the measurement process is executed, so that an element distribution image of the specified plural elements can be obtained in real time.

【0031】言い換えれば、図2で一例を示すように、
(1)複数の分析元素を指定し、各元素毎に画像表示す
る色を指定する処理201,(2)各元素毎に電子線ロ
スエネルギーを調べる処理であるEELSテーブルを調
べる処理202,(3)ドリフトチューブの電圧調整を
行う処理であるドリフトチューブの電圧調整処理20
3,(4)スペクトル確認する処理であるスペクトル確
認処理204,(5)分析領域を指定する処理である分
析領域の指定処理205が行われる。
In other words, as shown in FIG.
(1) A process 201 of designating a plurality of analysis elements and designating a color for image display for each element, (2) a process 202 of examining an EELS table which is a process of examining electron beam loss energy for each element, (3) A) Drift tube voltage adjustment process 20 for adjusting the drift tube voltage
3, (4) a spectrum confirmation process 204, which is a process for confirming the spectrum, and (5) an analysis region designation process 205, which is a process for designating the analysis region.

【0032】更に、(6)各元素の電子線損失エネルギ
ー強度分布を測定するための測定処理206は、次の処
理207乃至処理212を繰り返して実行される。ま
ず、スペクトルを取得する処理であるスペクトル取得処
理207には、電子線検出器13のバックグラウンド補
正,ゲインを補正する処理を含んでも良い。(8)バッ
クグラウンド補正208では、バックグラウンド領域の
指定とバックグラウンドフィッテング関数を指定する処
理を行う。
Further, (6) the measurement process 206 for measuring the electron beam loss energy intensity distribution of each element is executed by repeating the following processes 207 to 212. First, the spectrum acquisition process 207, which is a process of acquiring a spectrum, may include a process of correcting the background and a gain of the electron beam detector 13. (8) In the background correction 208, a process of specifying a background area and a background fitting function is performed.

【0033】強度の差分を計算する処理209では、シ
グナル強度の積分領域の指定を行う。その後、(11)指
定された測定場所での指定元素のシグナル強度を画像表
示装置に表示する元素マッピング像表示処理210を行
う。測定ポイントが全て測定されたか否かで測定完了を
判定する測定完了判定処理211が行われ、完了してい
ない場合(図中のNO)は、試料上の電子線照射位置を
変える処理212を行った後、処理207へ戻る。完了
している場合(図中のYES)は、分析領域での複数元
素の元素分布像を取得し測定を終了する。
In the process 209 for calculating the difference between the intensities, the integration region of the signal intensity is specified. Thereafter, (11) an element mapping image display process 210 for displaying the signal intensity of the specified element at the specified measurement location on the image display device is performed. A measurement completion determination process 211 for determining whether measurement has been completed based on whether or not all the measurement points have been measured is performed. If the measurement has not been completed (NO in the figure), a process 212 for changing the electron beam irradiation position on the sample is performed. After that, the process returns to the process 207. If the measurement has been completed (YES in the figure), the element distribution image of a plurality of elements in the analysis region is obtained, and the measurement ends.

【0034】図3に、コアロス電子のEELSスペクト
ルの形状を示す。コアロス電子とは、電子線が原子の内
殻電子を励起することで、元素固有のエネルギーを失っ
た電子のことである。
FIG. 3 shows the shape of the EELS spectrum of core loss electrons. Core-loss electrons are electrons that have lost element-specific energy when an electron beam excites inner-shell electrons of an atom.

【0035】図3(a)に示すように、コアロスピーク
27の直前(プレウィンドウ28)と直後(ポストウィ
ンドウ29)の範囲をそれぞれ1ウインドとしてコアロ
ススペクトルを測定する場合(2ウィンドウ法)、ウィ
ンドウの幅と2ウィンドウ間のエネルギー幅を決める必
要がある。データベース24は、各元素に対応した、コ
アロスエネルギー(eV)とウィンドウ幅(チャンネル
数),ウィンドウの間隔(チャンネル数)の条件をデー
タとして保持する。
As shown in FIG. 3A, when the core loss spectrum is measured with the range immediately before the core loss peak 27 (pre-window 28) and immediately after the core loss peak (post-window 29) as one window (two-window method), the window And the energy width between the two windows must be determined. The database 24 holds, as data, conditions of core loss energy (eV), window width (number of channels), and window interval (number of channels) corresponding to each element.

【0036】ユーザーが測定元素を複数個指定し、元素
毎に画像表示する色を指定する。指定された元素のコア
ロスエネルギー全てを電子線検出器で検出できるよう
に、拡大磁場レンズと加速管19に印加する電圧をそれぞ
れ調整する。データーベース24の与える各元素毎のウィ
ンドウ幅とウィンドウの間隔を制御装置26に送信する。
制御装置26では、測定する全ての元素が電子線検出器13
で検出できるように、各元素毎のウィンドウ幅とウィン
ドウの間隔を電子線検出器13に当てはめる。2ウィンド
ウから得られた電子線強度は演算装置23で電子線検出器
13固有のバックグラウンドとゲインを補正したのち、2
ウィンドウの強度比を元素毎に演算装置23で計算し
て、計算結果を制御装置26に送信する。各元素の計算
結果を、電子線走査コイル3からの信号に基づいて、画
像表示装置25に元素毎に指定した色で表示する。このよ
うに処理することにより、実時間で複数元素の元素分布
像を取得することができる。この方法は短い演算時間で
バックグラウンドの影響の無い複数元素の元素分布像が
得れる。
The user designates a plurality of measurement elements, and designates a color for image display for each element. The voltages applied to the magnifying magnetic field lens and the accelerating tube 19 are adjusted so that all of the core loss energy of the specified element can be detected by the electron beam detector. The window width and window interval for each element provided by the database 24 are transmitted to the control device 26.
In the control device 26, all the elements to be measured are stored in the electron beam detector 13
The window width and the window interval of each element are applied to the electron beam detector 13 so that the electron beam can be detected. The electron beam intensity obtained from the two windows is calculated by the arithmetic unit 23 using an electron beam detector.
13 After correcting the inherent background and gain,
The arithmetic unit 23 calculates the window intensity ratio for each element, and transmits the calculation result to the control unit 26. The calculation result of each element is displayed on the image display device 25 in a color designated for each element on the basis of a signal from the electron beam scanning coil 3. By performing such processing, an element distribution image of a plurality of elements can be obtained in real time. According to this method, an element distribution image of a plurality of elements without influence of the background can be obtained in a short calculation time.

【0037】図3(b)を用いて3ウィンドウ法を説明
する。図3(a)を用いて説明した2ウィンドウ法同
様、データベース24は、コアロスエネルギー(eV)と
ウィンドウ幅(チャンネル数),ウィンドウの間隔(チ
ャンネル数)の条件データを保持する。
The three-window method will be described with reference to FIG. Similarly to the two-window method described with reference to FIG. 3A, the database 24 holds condition data of core loss energy (eV), window width (number of channels), and window interval (number of channels).

【0038】ユーザーが複数の測定元素を指定し、元素
毎に画像表示する色を指定する。指定された元素のコア
ロスエネルギー全てを電子線検出器で検出できるよう
に、拡大磁場レンズと加速管19に印加する電圧を調整す
る。データーベース24の与える各元素毎のウィンドウ幅
とウィンドウの間隔とのデータを制御装置26に送信す
る。制御装置26では、測定する全ての元素のコアロスピ
ークが電子線検出器13で検出できるように、元素毎のウ
ィンドウ幅とウィンドウの間隔を電子線検出器13に当て
はめて(図3(b)参照)、EELSスペクトルを測定
し、検出器固有のバックグラウンドとゲインを補正す
る。各元素毎に、各元素のコアロスより低エネルギー側
の2ウィンドウ(プレ1ウィンドウ30,プレ2ウインド
ウ31)の電子線強度をパワーローモデル(I×=A×E
xp〔−r〕)に従って演算し、各元素のコアロスより
高エネルギー側の1ウィンドウのバックグラウンド32を
演算する。各元素毎に、各元素のコアロスより高エネル
ギー側のポストウィンドウ29の電子線強度から各元素毎
に演算した各元素のバックグラウンド32を引いた結果
を、2ウインドウ法の場合と同様に、元素毎に指定した
色で画像表示装置25に表示する。この作業を、電子顕微
鏡本体の電子線走査コイル3の信号と連動して行うこと
により、実時間で複数元素の元素分布像の取得が可能と
なる。
The user designates a plurality of measurement elements, and designates a color for image display for each element. The voltage applied to the expanding magnetic field lens and the accelerating tube 19 is adjusted so that all the core loss energies of the specified element can be detected by the electron beam detector. The data of the window width and window interval for each element provided by the database 24 is transmitted to the control device 26. The control device 26 applies the window width and window interval of each element to the electron beam detector 13 so that the core loss peaks of all the elements to be measured can be detected by the electron beam detector 13 (see FIG. 3B). ), Measure the EELS spectrum and correct the detector-specific background and gain. For each element, the electron beam intensity of the two windows (pre-1 window 30, pre-2 window 31) on the lower energy side than the core loss of each element is calculated using a power-low model (I × = A × E).
xp [−r]) to calculate the background 32 of one window on the higher energy side than the core loss of each element. For each element, the result obtained by subtracting the background 32 of each element calculated for each element from the electron beam intensity of the post window 29 on the higher energy side than the core loss of each element is the same as in the two-window method. The image is displayed on the image display device 25 in a designated color every time. By performing this operation in conjunction with the signal of the electron beam scanning coil 3 of the electron microscope main body, it is possible to obtain an element distribution image of a plurality of elements in real time.

【0039】データーベース24に含まれるコアロスピー
ク27の情報の例としては、鉄(Fe)の場合、EL2:
721eV,EL3:708eV,2ウィンドウ法:W
1:50チャンネル,ΔW:4チャンネル,W2:50
チャンネル,3ウィンドウ法:W1:25チャンネル,
ΔW12:0チャンネル,W2:25チャンネル,ΔW
23:2チャンネル,W3:50チャンネルである。ウ
ィンドウの幅(W)と間隔(ΔW)はチャンネル数の代
わりにエネルギー幅でも良い。
As an example of the information of the core loss peak 27 included in the database 24, in the case of iron (Fe), EL2:
721 eV, EL3: 708 eV, two-window method: W
1:50 channels, ΔW: 4 channels, W2: 50
Channel, 3-window method: W1: 25 channel,
ΔW12: 0 channel, W2: 25 channel, ΔW
23: 2 channel and W3: 50 channel. The width (W) and interval (ΔW) of the window may be an energy width instead of the number of channels.

【0040】本実施例では、電子線検出器13として、マ
ルチチャンネルプレートアレイを用いたが、各ウインド
ウ幅に合わせたシンチレーション検出器61〜63を用いて
もよい(図4を参照)。この場合、測定する元素の数に
応じて、シンチレーション検出器を装着すればよい。図
4の1組のシンチレーション検出器を用いて、3ウイン
ドウ法で2次元元素分布像を作成する。図3(b)を参
照すると、シンチレーション検出器61はプレ1ウインド
ウ30、シンチレーション検出器62はプレ1ウインドウ3
1、シンチレーション検出器63はポストウインドウ29に
対応する。シンチレーション検出器61〜63は、入射した
電子線強度を電気信号に変換して制御装置26に入力す
る。
In this embodiment, a multi-channel plate array is used as the electron beam detector 13, but scintillation detectors 61 to 63 adapted to each window width may be used (see FIG. 4). In this case, a scintillation detector may be mounted according to the number of elements to be measured. Using a set of scintillation detectors in FIG. 4, a two-dimensional element distribution image is created by a three-window method. Referring to FIG. 3B, the scintillation detector 61 is the pre-1 window 30, and the scintillation detector 62 is the pre-1 window 3.
1. The scintillation detector 63 corresponds to the post window 29. The scintillation detectors 61 to 63 convert the intensity of the incident electron beam into an electric signal and input the electric signal to the control device 26.

【0041】制御装置26では、シンチレーション検出器
61〜63に入射した電子線強度I1、I2およびI3を演
算装置23に送信する。演算装置23では電子線強度I1お
よびI2をパワーローモデルに当てはめてバックグラン
ド電子線強度を求め、シンチレーション検出器63で検出
した電子線強度I3との差分を取ることにより、定量的
に元素分布像を求めることができる。このようなシンチ
レーション検出器61〜63の1組を複数組並べることで、
複数元素の元素分布像を観察することができる。
In the control device 26, a scintillation detector
The electron beam intensities I1, I2 and I3 incident on 61 to 63 are transmitted to the arithmetic unit 23. The arithmetic unit 23 determines the background electron beam intensity by applying the electron beam intensity I1 and I2 to the power-low model, and obtains a difference from the electron beam intensity I3 detected by the scintillation detector 63 to quantitatively determine the element distribution image. Can be requested. By arranging a plurality of such sets of the scintillation detectors 61 to 63,
An element distribution image of a plurality of elements can be observed.

【0042】本実施例の元素マッピング装置を用いて、
半導体素子を測定した例を図5に示す。試料はDRAM
(Dynamic Random Access Memory)のキャパシタ部分で
あり、絶縁膜にシリコン酸化膜とシリコン窒化膜が用い
られている。従来、酸素と窒素の2次元分布像をそれぞ
れ独立して得ることができた。しかし、シリコン酸化膜
とシリコン窒化膜の位置関係については、それぞれの2
次元分布像からは知ることができなかった。しかし、本
実施例によれば、1回の測定で、酸素と窒素の2つの分
布を得ることができる。したがって、シリコン酸化膜と
シリコン窒化膜の位置関係をナノメーター以下の分解能
で明確にできる。
Using the element mapping apparatus of this embodiment,
FIG. 5 shows an example of measuring a semiconductor element. Sample is DRAM
(Dynamic Random Access Memory), in which a silicon oxide film and a silicon nitride film are used as insulating films. Conventionally, two-dimensional distribution images of oxygen and nitrogen can be obtained independently of each other. However, regarding the positional relationship between the silicon oxide film and the silicon nitride film,
It could not be known from the dimensional distribution image. However, according to the present embodiment, two distributions of oxygen and nitrogen can be obtained by one measurement. Therefore, the positional relationship between the silicon oxide film and the silicon nitride film can be clarified with a resolution of nanometer or less.

【0043】本発明の特徴を例示すると次の通りであ
る。
The features of the present invention are as follows.

【0044】1.電子線を発生させる電子線源と、前記
電子線を走査する走査部と、試料に前記電子線を収束さ
せる対物レンズと、前記電子線のエネルギー分光する電
子分光部と、前記電子分光部により分光された前記電子
線の一部または全部を検出する電子線検出部を備えた、
走査透過型電子顕微鏡において、前記電子線検出器で検
出するエネルギー損失スペクトルを拡大する拡大磁場レ
ンズと、前記電子線検出器で検出するエネルギー損失ス
ペクトルに複数元素のコアロスピークが含まれるように
前記拡大磁場レンズを制御する制御装置と、少なくとも
前記電子線検出部により検出された前記複数元素のコア
ロスピークを含む電子線強度を用いて計算する演算装置
を有し、前記電子線を前記走査部を用いて走査すると同
時に、前記演算装置の各元素毎の計算結果を画像表示装
置に表示することを特徴とする元素マッピング装置用エ
ネルギーフィルタ及び、これを備えた走査透過型電子顕
微鏡。
1. An electron beam source for generating an electron beam, a scanning unit for scanning the electron beam, an objective lens for converging the electron beam on a sample, an electron dispersing unit for dispersing the energy of the electron beam, and dispersing by the electron dispersing unit. An electron beam detection unit for detecting a part or all of the electron beam,
In a scanning transmission electron microscope, an expanding magnetic field lens for expanding an energy loss spectrum detected by the electron beam detector, and the expanding so that an energy loss spectrum detected by the electron beam detector includes core loss peaks of a plurality of elements. A control device for controlling a magnetic lens, and a calculation device for calculating using an electron beam intensity including at least the core loss peaks of the plurality of elements detected by the electron beam detection unit, wherein the electron beam is transmitted using the scanning unit. An energy filter for an element mapping device, wherein the calculation result for each element is displayed on an image display device at the same time as scanning by an arithmetic unit, and a scanning transmission electron microscope including the same.

【0045】2.上記1.記載の走査透過型電子顕微鏡
は、ユーザーが(1)測定領域の指定→(2)複数の元
素の指定と、各元素を表示する色を指定することで、指
定した複数元素の元素分布像を実時間で得られることを
特徴とする元素マッピング装置用エネルギーフィルタ及
び、これを備えた走査透過型電子顕微鏡。
2. The above 1. The scanning transmission electron microscope described above allows a user to (1) specify a measurement area → (2) specify a plurality of elements and a color for displaying each element, thereby obtaining an element distribution image of the specified plurality of elements. An energy filter for an element mapping device, which is obtained in real time, and a scanning transmission electron microscope including the same.

【0046】3.上記1.記載の走査透過型電子顕微鏡
は、複数元素のコアロスエネルギーのデータベースを有
し、指定した複数元素のコアロスエネルギーを前記デー
ターベースから得たのち、前記電子分光部と前記電子線
検出部を前記複数元素全てのコアロスエネルギーの前記
電子線が検出されるように電子光学系を制御装置によっ
て自動的に調整し、前記走査部で前記電子線を走査する
と同時に、指定した元素毎に、各元素のコアロスエネル
ギーの直前と直後の電子線強度を前記電子線検出部で測
定し、前記演算装置を用いて、前記電子線検出部のバッ
クグラウンド補正とゲイン補正を行い、前記元素毎に、
各元素のコアロスエネルギー直後の電子線強度を前記各
元素のコアロスエネルギー直前の電子線強度で除算し、
得られた元素毎の演算結果を指定した元素毎の色を用い
て実時間で前記画像表示装置にすることを特徴とする元
素マッピング装置用エネルギーフィルタ及び、これを備
えた走査透過型電子顕微鏡。
3. The above 1. The scanning transmission electron microscope described has a database of core loss energies of a plurality of elements, and after obtaining core loss energies of a plurality of specified elements from the database, the electron spectroscopy unit and the electron beam detection unit are connected to the plurality of elements. The controller automatically adjusts the electron optical system so that the electron beam of all core loss energies is detected, and simultaneously scans the electron beam with the scanning unit, the core loss energy of each element for each specified element. The electron beam intensity immediately before and immediately after is measured by the electron beam detector, using the arithmetic device, performs background correction and gain correction of the electron beam detector, for each element,
The electron beam intensity immediately after the core loss energy of each element is divided by the electron beam intensity immediately before the core loss energy of each element,
An energy filter for an element mapping device, wherein the obtained calculation result for each element is used in the image display device in real time using colors for each specified element, and a scanning transmission electron microscope including the same.

【0047】4.上記1.記載の走査透過型電子顕微鏡
は、複数元素のコアロスエネルギーのデータベースを有
し、指定した複数元素のコアロスエネルギーを前記デー
ターベースから得たのち、前記電子分光部と前記電子線
検出部を前記指定した複数元素全てのコアロスエネルギ
ーの前記電子線が検出されるように電子光学系を制御装
置によって自動的に調整し、前記走査部で前記電子線を
走査すると同時に、指定した元素毎に各元素のコアロス
エネルギーの直前の電子線強度を前記電子線検出部を用
いて測定し、指定した元素毎に各元素のコアロスエネル
ギー直後の電子線強度を前記電子線検出部を用いて測定
する。前記演算装置は前記電子線検出部のバックグラウ
ンド補正とゲイン補正を行い、元素毎に各元素の前記コ
アロスエネルギー直前の電子線強度分布から、各元素の
前記コアロスエネルギー直後の電子線強度のバックグラ
ウンドを演算し、各元素の前記コアロスエネルギー直後
の電子線強度の補正を自動的に行い、得られた元素毎の
演算結果を実時間で前記画像表示装置に、指定された各
元素の色で表示することを特徴とする元素マッピング装
置用エネルギーフィルタ及び、これを備えた走査透過型
電子顕微鏡。
4. The above 1. The scanning transmission electron microscope described has a database of core loss energies of a plurality of elements, and after obtaining the core loss energies of the specified plurality of elements from the database, the electron spectroscopy unit and the electron beam detection unit are designated. The electron optical system is automatically adjusted by the control device so that the electron beam of the core loss energy of all of the plurality of elements is detected, and the electron beam is scanned by the scanning unit. The electron beam intensity immediately before the energy is measured using the electron beam detection unit, and the electron beam intensity immediately after the core loss energy of each element is measured for each specified element using the electron beam detection unit. The arithmetic unit performs background correction and gain correction of the electron beam detection unit, and calculates the background of the electron beam intensity immediately after the core loss energy of each element from the electron beam intensity distribution immediately before the core loss energy of each element for each element. And automatically corrects the electron beam intensity immediately after the core loss energy of each element, and displays the obtained calculation result for each element on the image display device in real time with the color of each specified element. An energy filter for an element mapping device, and a scanning transmission electron microscope including the same.

【0048】5.電子線を発生させる電子線源と、前記
電子線を走査する走査部と、試料に前記電子線を収束さ
せる対物レンズと、前記電子線のエネルギー分光する電
子分光部と、前記電子分光部により分光された前記電子
線の一部または全部を検出する電子線検出部を備えた、
透過型電子顕微鏡において、上記1.から4.記載の元
素マッピング用エネルギーフィルタを備えたことを特徴
とする透過型電子顕微鏡。
5. An electron beam source for generating an electron beam, a scanning unit for scanning the electron beam, an objective lens for converging the electron beam on a sample, an electron dispersing unit for dispersing the energy of the electron beam, and dispersing by the electron dispersing unit. An electron beam detection unit for detecting a part or all of the electron beam,
In a transmission electron microscope, the above-mentioned 1. From 4. A transmission electron microscope comprising the energy filter for element mapping according to any one of the preceding claims.

【0049】[0049]

【発明の効果】本発明によれば、EELSとSTEMを
組み合わせた分析装置で実時間で複数元素の元素分布像
を取得可能な装置および方法を提供できる。
According to the present invention, it is possible to provide an apparatus and a method capable of obtaining an element distribution image of a plurality of elements in real time with an analyzer combining EELS and STEM.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施例の主要部分の概略構成図。FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a main part of an embodiment of the present invention.

【図2】元素マッピング像を得るための処理の一例を示
す図。
FIG. 2 is a diagram showing an example of a process for obtaining an element mapping image.

【図3】コアロス電子のEELSスペクトルの一例を示
す図。
FIG. 3 is a diagram showing an example of an EELS spectrum of core loss electrons.

【図4】シンチレーション検出器とEELSスペクトル
の関係を示す図。
FIG. 4 is a diagram showing a relationship between a scintillation detector and an EELS spectrum.

【図5】半導体素子の酸素と窒素の元素分布像を観察し
た一例を示す図。
FIG. 5 is a diagram showing an example of observing an oxygen and nitrogen element distribution image of a semiconductor element.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…電子線源、2…電子線、3…電子線走査コイル、4
…対物レンズ上部磁場、5…試料、6…対物レンズ下部
磁場、7…走査物点、8…結像レンズ、9…像物点、1
0…物点、11…電子分光装置、12…エネルギー分散
面、13…電子線検出器、15…拡大磁場レンズ、16
…フォーカス調整用電磁レンズ、18…EELSスペク
トル、19…加速管、20…2次電子検出器、21…Z
コントラスト検出器、23…演算装置、24…データー
ベース、25…画像表示装置、26…制御装置、27…
コアロスピーク、28…プレウィンドウ、29…ポスト
ウィンドウ、30…プレ1ウィンドウ、31…プレ2ウ
ィンドウ、32…バックグラウンド、61…プレ1ウィ
ンドウに対応するシンチレーション検出器、62…プレ
2ウィンドウに対応するシンチレーション検出器、63
…ポストウィンドウに対応するシンチレーション検出
器。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Electron beam source, 2 ... Electron beam, 3 ... Electron beam scanning coil, 4
... Magnetic field above the objective lens, 5... Sample, 6... Magnetic field below the objective lens, 7... Scanning object point, 8.
0: Object point, 11: Electron spectroscope, 12: Energy dispersion surface, 13: Electron beam detector, 15: Magnifying lens, 16
... Electromagnetic lens for focus adjustment, 18 ... EELS spectrum, 19 ... Accelerator tube, 20 ... Secondary electron detector, 21 ... Z
Contrast detector, 23 arithmetic unit, 24 database, 25 image display unit, 26 control unit, 27 unit
Core loss peak, 28 pre window, 29 post window, 30 pre 1 window, 31 pre 2 window, 32 background, 61 scintillation detector corresponding to pre 1 window, 62 corresponding to pre 2 window Scintillation detector, 63
… Scintillation detector corresponding to the post window.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田谷 俊陸 茨城県ひたちなか市大字市毛882番地 株 式会社日立製作所計測器グループ内 (72)発明者 田中 弘之 茨城県ひたちなか市大字市毛882番地 株 式会社日立製作所計測器グループ内 (72)発明者 砂子沢 成人 茨城県ひたちなか市大字市毛882番地 株 式会社日立製作所計測器グループ内 Fターム(参考) 2G001 AA03 BA12 CA03 DA01 DA02 DA06 DA08 EA05 FA06 FA09 FA25 GA01 GA04 GA06 JA13 KA01 LA11 5C033 SS03 SS04 SS07 SS08 SS10 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Toshiriku Tatani 882-mo, Oita-shi, Hitachinaka-shi, Ibaraki Prefecture Within the Hitachi Measuring Instruments Group, Inc. Hitachi, Ltd. Measuring Instruments Group (72) Inventor, Shigetoshi Sunagozawa 882, Oji-shi, Hitachinaka-shi, Ibaraki Prefecture F-term in Hitachi, Ltd. Measuring Instruments Group (Reference) 2G001 AA03 BA12 CA03 DA01 DA02 DA06 DA08 EA05 FA06 FA09 FA25 GA01 GA04 GA06 JA13 KA01 LA11 5C033 SS03 SS04 SS07 SS08 SS10

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 電子線のエネルギー分光を行う電子分光
部と、 前記電子分光部により分光された前記電子線の一部また
は全部を検出する電子線検出部と、 前記電子線検出器で検出するエネルギー損失スペクトル
を拡大する拡大磁場レンズと、 分析対象の元素のコアロスエネルギーのデータベースを
記憶する記憶部と、 前記電子線検出部の出力と前記記憶部の出力とに基づい
て計算する演算装置と、 前記演算装置の計算結果を表示する画像表示装置とを有
する元素マッピング装置において、 前記電子線検出器で検出するエネルギー損失スペクトル
に、複数元素のコアロスピークが含まれるように前記拡
大磁場レンズを制御し、 前記複数元素の各元素のコアロスピークを含む電子線強
度を用いて前記演算装置で演算した各元素の結果を、前
記画像表示装置の画像の同一場所に表示する制御装置を
有することを特徴とする元素マッピング装置。
1. An electron spectroscopy unit for performing energy spectroscopy of an electron beam, an electron beam detection unit for detecting a part or all of the electron beams separated by the electron spectroscopy unit, and detecting by the electron beam detector. An expanding magnetic field lens that expands an energy loss spectrum, a storage unit that stores a database of core loss energies of elements to be analyzed, and an arithmetic unit that calculates based on an output of the electron beam detection unit and an output of the storage unit. An element mapping device having an image display device that displays a calculation result of the arithmetic device.The energy loss spectrum detected by the electron beam detector controls the magnifying magnetic field lens so that a core loss peak of a plurality of elements is included. The result of each element calculated by the arithmetic device using the electron beam intensity including the core loss peak of each of the plurality of elements, Element mapping apparatus characterized by comprising a control device to be displayed on the same location of the image of the image display device.
【請求項2】 請求項1記載の元素マッピング装置と、
電子線を発生させる電子線源と、前記電子線の走査を制
御する走査部と、試料に前記電子線を収束させる対物レ
ンズとを備えた走査透過型電子顕微鏡とを有することを
特徴とする元素マッピング装置を備えた走査透過型電子
顕微鏡。
2. The element mapping device according to claim 1,
An element comprising: a scanning transmission electron microscope including an electron beam source that generates an electron beam, a scanning unit that controls scanning of the electron beam, and an objective lens that converges the electron beam on a sample. Scanning transmission electron microscope equipped with a mapping device.
【請求項3】 測定領域と複数の測定元素を指定する処
理と、指定された複数の元素のコアロスエネルギーのデ
ータを前記記憶部から得る処理と、 指定された複数の元素のコアロススペクトルを測定する
処理と、 測定装置固有のゲインを補正する処理と、 指定された複数の元素毎に、前記コアロススペクトルに
おいて、それぞれのコアロスピーク前後の電子線強度で
それぞれ除算し、得られた各元素毎の演算結果を表示す
ることを特徴とする元素マッピング方法。
3. A process for designating a measurement region and a plurality of measurement elements, a process of obtaining core loss energy data of the designated plurality of elements from the storage unit, and measuring a core loss spectrum of the designated plurality of elements. Processing, a process for correcting the gain specific to the measuring device, and, for each of the plurality of specified elements, dividing by the electron beam intensity before and after each of the core loss peaks in the core loss spectrum, and calculating for each of the obtained elements An element mapping method characterized by displaying a result.
【請求項4】 測定領域と複数の測定元素を指定する処
理と、 指定された複数の元素のコアロスエネルギーのデータを
前記記憶部から得る処理と、 指定された複数の元素のコアロススペクトルを測定する
処理と、 測定装置固有のゲインを補正する処理と、 指定された複数の元素毎に、前記コアロスエネルギー直
前の電子線強度分布から、前記コアロスエネルギー直後
の電子線強度のバックグラウンドを演算し、前記コアロ
スエネルギー直後の電子線強度から前記バックグランド
の電子線強度を差し引く処理を行い、得られた各元素毎
の演算結果を表示することを特徴とする元素マッピング
方法。
4. A process of designating a measurement region and a plurality of measurement elements, a process of obtaining data of core loss energies of the plurality of designated elements from the storage unit, and measuring a core loss spectrum of the designated plurality of elements. Processing, a process of correcting the gain specific to the measurement device, and, for each of a plurality of specified elements, from the electron beam intensity distribution immediately before the core loss energy, calculate the background of the electron beam intensity immediately after the core loss energy, An element mapping method, comprising: performing a process of subtracting the background electron beam intensity from the electron beam intensity immediately after core loss energy, and displaying the obtained calculation result for each element.
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