JPH07282769A - 電子線回折装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 結晶状態の分布を正確に表すことができ、ま
た、回折パターンからの特徴的な回折斑点の選択を必要
としない電子線回折装置を提供する。 【構成】 走査される電子線を試料３に照射して得られ
る回折パターンによって試料表面の結晶状態の分布像を
求める電子線回折装置において、回折パターンを撮像す
る撮像装置７と、基準回折パターンを格納する画像メモ
リ１４と、撮像装置によって得られる回折パターンと画
像メモリに格納されている回折パターンとの比較により
両回折パターンの類似度を求める画像処理装置１３とを
備え、類似度に基づいて試料表面の結晶状態の分布像を
求める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、試料に電子線を照射し
て得られる回折像を観察することにより、試料表面の結
晶状態を観察する電子線回折装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】試料表面の結晶状態を観察する手法とし
て、試料に電子線を照射して得られる回折像を観察する
走査型反射電子回折装置（走査型ＲＨＥＥＤ）が知られ
ている。例えば、図１２の従来の走査型反射電子回折装
置においては、電子銃２から放出される一次電子ビーム
４は、真空容器１内の試料３の表面に収束されるととも
に該試料３の表面上で走査される。そして、試料３から
放出される２次電子強度を図示しない２次電子検出器に
より輝度変調信号に変えてＣＲＴ１２に走査像を表示し
ている。この従来の電子線回折装置において試料表面の
結晶状態を観察する場合には、はじめに試料３の目的と
する結晶粒の分析すべき場所を選択し、この分析点に一
次電子ビーム４を固定照射して得られる反射回折線５
を、蛍光スクリーン６上に回折パターンとして形成して
いる。そして、この回折パターンを構成する回折斑点の
中から図示しない光学系やアパーチャを通して特徴的な
回折斑点を選び、フォトマルチプライヤなどの光電変換
素子９を用いて回折斑点の明るさをＣＲＴの輝度信号と
して走査像を観察している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記の
従来の電子線回折装置においては、回折パターンから特
徴的な回折斑点を選択する必要があるという問題点があ
り、また、回折パターン中の一部の領域の明るさのみに
よって結晶状態の走査像を得るため、結晶状態の分布を
正確に表すことができないという問題点がある。図１３
は、従来の電子線回折装置の回折パターンから輝度信号
を求める図である。例えば、観察中の領域が結晶状態Ａ
と結晶状態Ｂとからなる場合、走査線（図中の矢印）に
沿って走査すると、結晶状態Ａと結晶状態Ｂは結晶状態
が異なるため、求められた回折パターンは異なることに
なる。そこで、得られる回折パターンの中から、特徴的
な回折斑点を定めてその回折斑点の輝度信号を求め、こ
れによって結晶状態の分布の観察を行っている。ここ
で、結晶状態Ａの観察点Ｐ_A 、及び結晶状態Ｂの観察点
Ｐ_B から得られるそれぞれの回折パターン中において、
選択した特徴的な回折斑点（●で示される）の位置が一
致する場合には、回折パターンが異なるにもかかわらず
同じ輝度信号が送られ、ＣＲＴ上には異なる結晶状態に
対しても同様に表示され、結晶状態を区別することが困
難となっている。

【０００４】従来、前記問題点を解決するために、回折
パターン中から複数個の回折斑点を選択し、それらの明
るさを示す信号強度の積をＣＲＴの輝度信号とする電子
線回折装置が提案されているが、充分な効果を得るもの
とはなっていない。

【０００５】そこで、本発明は、前記した従来の電子線
回折装置の問題点を解決し、結晶状態の分布を正確に表
すことができる電子線回折装置を提供することを目的と
する。また、本発明は、回折パターンからの特徴的な回
折斑点の選択を必要としない電子線回折装置を提供する
ことを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、走査される電
子線を試料に照射して得られる回折パターンによって試
料表面の結晶状態の分布像を求める電子線回折装置にお
いて、回折パターンを撮像する撮像装置と、基準回折パ
ターンを格納する画像メモリと、撮像装置によって得ら
れる回折パターンと画像メモリに格納されている回折パ
ターンとの比較により両回折パターンの類似度を求める
画像処理装置とを備え、類似度に基づいて試料表面の結
晶状態の分布像を求めることにより、前記目的を達成す
る。

【０００７】本発明の基準回折パターンは、基準とする
結晶状態を表す回折パターンを特定する情報であり、回
折パターン像そのものや回折パターンを特定する回折斑
点のパラメータとすることができる。また、本発明の類
似度は、回折パターン間の比較を行う基準となるもので
あり、回折パターン像そのものや回折パターンを特定す
る回折斑点のパラメータを用いて、基準回折パターンと
測定回折パターンとの関連性を示すことができるもので
ある。

【０００８】

【作用】前記構成とすることにより、電子線回折装置に
おいて、電子線を試料上で走査しながら照射し、試料か
ら回折して得られる電子線により形成される回折パター
ン像を求める。そして、この回折パターン像を撮像装置
によって撮像する。画像処理測定は、この撮像装置によ
り撮像した回折パターンと画像メモリ中の基準回折パタ
ーンとの比較を行って、両回折パターンの類似度を求
め、この類似度に基づいて試料表面の結晶状態の分布像
を求める。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の実施例を図を参照しながら詳
細に説明する。 〔実施例の構成〕本発明の電子線回折装置の構成につい
て、図１の本発明の電子線回折装置のブロック構成図を
用いて説明する。図１において、真空容器１には電子銃
２が設けられ、この電子銃２からの電子線４は真空容器
１内の試料３の表面に鋭角的に照射され、試料３の表面
上を走査する。この電子線２の試料表面上の走査は、走
査信号発生回路１０により電子線２を制御して行われ
る。なお、走査信号発生回路１０と電子銃４との間には
倍率調整回路１１が接続されている。走査する電子線は
試料３の表面において反射，回折されて反射回折電子線
５となり、蛍光スクリーン６上に回折パターンを投影す
る。試料３の表面の結晶構造や幾何学構造等の結晶状態
は試料表面の各位置において相違しており、前記電子線
の走査によって試料表面上で照射位置を移動させると、
該走査に応じて回折パターンが変化する。そして、この
蛍光スクリーン６上に投影された回折パターンは撮像装
置７により撮像され、画像処理装置１３において画像信
号処理が行われた後、ＣＲＴ１２で試料表面の結晶状態
の表示が行われる。画像処理装置１３における画像信号
処理は、撮像装置７から入力される回折パターンを基準
回折パターンと比較することによって、回折パターンの
類似度を求めるものである。そのため、画像処理装置１
３には基準回折パターンを格納する画像メモリ１４が接
続されている。該画像メモリ１４は、前記類似度を求め
るための基準回折パターンそのもの、あるいはそのパラ
メータが格納することができ、また、撮像装置７からの
回折パターン、画像処理装置１３の処理結果等を格納す
るよう構成することもできる。なお、撮像装置７と蛍光
スクリーン６との間にはシェードが設けられ、撮像感度
を向上させている。また、ＣＲＴ１２は、走査信号発生
回路１０からの走査信号を入力して、撮像装置７からの
走査された回折パターンの信号と同期がとられている。

【００１０】〔実施例の作用〕次に、本発明の実施例の
作用について説明する。図２は、本発明の実施例による
回折パターンの比較処理の機能を説明する図である。図
２の（ａ）は試料３の表面の一部分を表しており、該部
分は結晶状態Ａ（図中の左下がりの斜線部分）と結晶状
態Ｂ（図中の右下がりの斜線部分）から形成されている
ものとする。

【００１１】両者の結晶状態を比較観察する場合、本発
明の実施例においては、試料表面を矢印の走査線にそっ
て走査して得られる回折パターンを撮像装置７で撮像
し、画像処理装置１３に送信する。例えば、測定点Ｐ_A
（結晶状態Ａとする）と測定点Ｐ_B （結晶状態Ｂとす
る）において撮像し、それぞれ図２の（ｂ）に示す回折
パターンが得られたとする。画像処理装置１３中のパタ
ーン比較手段２０は、この撮像された回折パターンと画
像メモリ１４中の基準回折パターンとの比較を行って、
基準回折パターンに対する類似度を求め、この類似度信
号に基づいて試料の結晶状態をＣＲＴ等の表示手段に表
示する。この類似度による結晶状態の表示、及び類似度
については後の項で説明する。なお、図２の（ｂ）では
画像メモリ中の基準回折パターンとして測定点Ｐ_B の回
折パターンと同じ回折パターンを示しているが、この基
準回折パターンは一例であって、測定点Ｐ_A の回折パタ
ーンあるいはその他の回折パターンとすることもでき
る。画像メモリ１４に格納しておく基準回折パターンと
しては、走査中に撮像装置によって撮像した回折パター
ンを用いることができる。この場合には、観察中の特定
部分と同じ結晶状態の分布を求めることができるという
効果がある。また、画像メモリ１４に格納しておく基準
回折パターンとして、撮像装置からの回折パターンによ
らず、あらかじめ格納しておいた既知の回折パターンを
用いることもできる。この場合には、試料表面における
既知の結晶状態の分布を求めることができるという効果
がある。

【００１２】（類似度による出力表示）次に、本発明の
電子線回折装置において、類似度にによる結晶状態の表
示ついて説明する。前記したように、本発明の電子線回
折装置においては、試料表面の結晶状態の分布像を求め
るために、回折パターンの比較により求めた類似度を用
いている。図３は、本発明の電子線回折装置に用いる類
似度を説明する図であり、図では試料表面が結晶状態Ａ
と結晶状態Ｂとからなる場合について示している。走査
線に沿って得られる回折パターンと結晶状態Ａの基準回
折パターンとを比較すると類似度Ａが得られ、また、回
折パターンと結晶状態Ｂの基準回折パターンとを比較す
ると類似度Ｂが得られる。それぞれ類似度Ａ及び類似度
Ｂは、グラフに示すように結晶状態の境界線を境として
大きく変化する。この類似度を各走査ごとに求めると、
二次元の結晶状態を出力表示することができる。なお、
図示する出力表示は類似度を複数個のしきい値により求
めた例であり、この場合には、類似する結晶状態におい
て角度変化等による微小変化を表示することができる。
なお、図においては、微小変化を斜線の密度を異ならせ
て示しているが、ＣＲＴ上では色変化によって表すこと
もできる。

【００１３】（類似度の算出例１）次に、本発明の電子
線回折装置における類似度の算出について図４を用いて
説明する。この第１の算出例は、回折パターンを撮像す
る各画素の出力を使用して、出力状態の一致する画素の
個数により類似度を定めるものである。なお、図４では
１８個の画素の場合を例示しているが、この画素の個数
は任意であり、撮像装置あるいは処理回路に応じて定め
ることができる。撮像装置が複数個の画素により構成さ
れている場合、各画素の出力強度の大きさは回折パター
ンの回折斑点の明るさに応じて変化する。この画素の出
力強度の大きさをあるしきい値によって二値化すると、
例えば、図４に示すように二種類の画素状態で形成され
る分布パターンが得られる。例えば、図では明るい回折
斑点に対応して大きな出力を出す画素を模様地によって
表している。また、図では各画素を横方向の１〜６の数
字と縦方向のａ〜ｃの符号の組み合わせによって表して
いる。回折パターンの比較において、例えば、測定回折
パターンａを基準回折パターンと比較すると、両回折パ
ターンとも１ａ，１ｃ，３ｂ，５ａ，及び５ｃで表され
る画素に対応する回折斑点が明るく、その他の画素に対
応する回折斑点が暗くなっており、全画素の出力状態が
一致している。

【００１４】そこで、類似度を例えば、 類似度＝｛（出力状態が一致した画素数）／（全画素
数）｝×１００％ によって定めると、測定回折パターンａの類似度は、
（１８／１８）×１００％＝１００％となる。また、測
定回折パターンｂを基準回折パターンと比較すると、３
ｂの画素に対応する回折斑点の明るさが異なり、その他
の画素に対応する回折斑点の明るさは一致している。し
たがって、この場合の測定回折パターンｂの類似度は、
（１７／１８）×１００％＝９４％となる。また、測定
回折パターンｃを基準回折パターンと比較すると、全て
の画素に対応する回折斑点の明るさが異っており、この
場合の測定回折パターンｂの類似度は、（０／１８）×
１００％＝０％となる。この類似度の算出は画像処理測
定１３内のパターン比較手段において行うことができ
る。そして、基準回折パターンは、パターン比較時に画
像メモリ１４から読み出して用いることができ、この基
準回折パターンとして測定回折パターンや既知の回折パ
ターンとすることができる。なお、前記二値化を行うし
きい値の値を調整することにより、類似度の調整を行う
こともできる。例えば、しきい値を高くすると類似度を
厳しく設定することができ、また、しきい値を低くする
と類似度を緩く設定することができる。

【００１５】（類似度の算出例２）次に、本発明の電子
線回折装置における類似度の第２の算出例について図
５，図６を用いて説明する。この第２の算出例は、回折
パターンの比較基準を回折パターンの画像ではなく、回
折パターンのパラメータを用いる例である。図６におい
て、基準回折パターンの特徴を示す回折斑点のパラメー
タをあらかじめ求めてメモリ２１に記憶しておき、該メ
モリ２１からある回折斑点のパラメータを読み出して、
測定回折パターン中の対応する回折斑点との比較を行っ
て類似度を求めるものである。この処理は信号強度測定
手段２２及び比較手段２０において行うことができる。
例えば、図５において、基準回折パターン中の特徴を示
す回折斑点の位置（ｘ，ｙ）や回折信号強度Ｉのパラメ
ータをメモリ２１中に格納しておく。そして、このメモ
リ２１から回折斑点の位置（ｘ_n ，ｙ_n ）と回折信号強
度Ｉ_n のパラメータを読み出し、測定回折パターンの回
折斑点の位置（ｘ_n ，ｙ_n ）に対応する回折信号強度Ｉ
_N を信号強度測定手段２２において求める。そして、求
めた回折信号強度Ｉ_N の回折信号強度Ｉ_n に対する比を
比較手段２０で求め、以下に示すような類似度を定める
ことができる。 類似度＝（Ｉ_N ／Ｉ_n ）×１００％ なお、前記類似度の定義は一例であり、例えば、同様の
回折信号強度に対する回折斑点の位置ずれの程度により
類似度を定めるなど、別の定義により設定することもで
きる。

【００１６】（類似度の算出例３）次に、本発明の電子
線回折装置における類似度の第３の算出例について図
７，図８を用いて説明する。この第３の算出例は、前記
第２の算出例と同様にして、回折パターンのパラメータ
を用いて類似度を求める例である。図８において、基準
回折パターンの特徴を示す回折斑点のパラメータをあら
かじめ求めてメモリ２１に記憶しておき、該メモリ２１
からある回折斑点のパラメータを比較手段２０に読み出
し、測定回折パターン中の対応する回折斑点との比較を
行って類似度を求める。例えば、図７において、基準回
折パターン中の特徴を示す回折斑点間の距離ｄ₁ ，
ｄ₂ 、及び回折斑点により形成される角度θをパラメー
タとしてメモリ２１中に格納しておく。そして、このメ
モリ２１から回折斑点間の距離ｄ₁ ，ｄ₂ 、及び回折斑
点により形成される角度θのパラメータを読み出し、測
定回折パターンの回折斑点間の距離Ｄ₁ ，Ｄ₂ 、及び回
折斑点により形成される角度Θとの比較を比較手段２０
において行い、類似度を求める。この類似度としては、
類似度関数ｆ（Ｄ_1M／ｄ_1n，Ｄ_2M／ｄ_2n，Θ_M ／θ_n ）
を定め、基準回折パターン及び測定回折パターンの回折
斑点について類似度関数の値を演算して求めることがで
きる。この類似度関数ｆ（Ｄ_1M／ｄ_1n，Ｄ_2M／ｄ_2n，Θ
_M ／θ_n ）としては、例えば次式のように各パラメータ
の類似度の平均を求める関数とすることができる。

【００１７】ｆ＝｛（Ｄ_1M／ｄ_1n＋Ｄ_2M／ｄ_2n＋Θ_M ／
θ_n ）／３｝×１００％ なお、前記類似度関数の定義は一例であり、測定実験に
応じて各パラメータの類似性に応じた類似度関数の定義
を定めたり、パラメータに掛ける比重を異ならせるな
ど、他の定義により設定することができる。

【００１８】（基準回折パターンの設定）次に、画像メ
モリ１４に格納する基準回折パターンの設定について、
図９を用いて説明する。図９の（ａ）は基準回折パター
ンの第１の設定を説明する図である。第１の設定は、撮
像装置７からの回折パターンを画像処理装置１３を介し
て画像メモリ１４に入力し、基準回折パターンとして記
憶するものである。この回折パターンの信号の流れは、
図において破線で示している。したがって、この基準回
折パターンの設定では、試料表面の測定中において求め
た特定の結晶状態における回折パターンを基準回折パタ
ーンとすることができる。画像メモリ１４に格納された
回折パターンは、再び画像処理装置１３に読み出され、
撮像装置７から得られる別の回折パターンとの比較が行
われる。

【００１９】図９の（ｂ）は基準回折パターンの第２の
設定を説明する図である。第２の設定は、既知の基準回
折パターンの持つパラメータを図示しない入力手段を介
して画像メモリ１４に格納するものである。このパラメ
ータとしては、前記したように回折斑点の位置，及び回
折信号強度、あるいは回折斑点間の距離，及び角度を用
いることができる。パラメータの画像メモリ１４への入
力は、パラメータの直接入力、あるいはパラメータ形成
手段２３を介しての入力を行うことができる。パラメー
タ形成手段２３を用いる場合には、パラメータ形成手段
２３に試料の物質や表面状態等に関するデータを入力し
て該データに基づいたパラメータを求め、そのパラメー
タを画像メモリ１４に入力するものである。この場合に
は、パラメータ形成手段２３において、試料の物質や表
面状態等に関するデータに対するパラメータをメモリ中
に格納しておくことによって行うことができる。この回
折パターンのパラメータの流れは、図において破線で示
している。したがって、この基準回折パターンの設定で
は、試料表面において、単にパラメータを設定すること
により既知の結晶状態の探索を行うことができる。パラ
メータの入力によって画像メモリ１４から読み出された
回折パターンは、画像処理装置１３において撮像装置か
らの得られる回折パターンと比較が行われる。

【００２０】（複数の基準パターンとの比較）次に、本
発明の電子線回折装置において、複数の基準パターンと
の比較を行う場合について、図１０及び図１１を用いて
説明する。図１０は複数の画像メモリを用いて複数の基
準パターンとの比較を行う場合であり、画像処理装置１
３には、複数個の画像メモリ３１〜３ｎが接続され、各
画像メモリ３１〜３ｎには基準回折パターン１〜ｎが格
納されている。画像処理装置１３は撮像装置７から測定
回折パターンが入力されると、各画像メモリ３１〜３ｎ
から基準回折パターン１〜ｎを順に読み出し、測定回折
パターンとの比較を行って類似度を求める。この構成に
より、試料表面の複数の結晶状態を分析し表示すること
ができる。また、図１１は画像処理測定と画像メモリの
組を複数個用いて複数の基準パターンとの比較を行う場
合であり、各画像処理装置４１〜４ｎにはそれぞれ画像
メモリ３１〜３ｎが接続され、各画像メモリ３１〜３ｎ
には基準回折パターン１〜基準回折パターンｎが格納さ
れている。画像処理装置４１〜４ｎは撮像装置７から測
定回折パターンが入力されると、各画像メモリ３１〜３
ｎから基準回折パターン１〜ｎを順に読み出し、測定回
折パターンとの比較を行って類似度を求める。この構成
により、試料表面の複数の結晶状態を分析し表示するこ
とができる。

【００２１】なお、前記各画像処理装置４１〜４ｎに接
続する画像メモリを複数個とする構成も可能であり、各
画像処理装置ごとに異なる処理を設定することも可能と
なる。

【００２２】（本発明の実施の態様）本発明の電子線回
折装置の第１の実施態様は、画像メモリは撮像装置によ
って撮像される回折パターンを格納することを特徴とす
るものであり、この実施態様は、試料の任意の結晶状態
を基準として結晶状態の分布像を求めることができると
いう効果を奏する。本発明の電子線回折装置の第２の実
施態様は、画像メモリは既知の回折パターンを格納する
ことを特徴とするものであり、この実施態様は、試料表
面中から求める結晶状態を探索することができるという
効果を奏する。本発明の電子線回折装置の第３の実施態
様は、画像メモリは回折パターンのパラメータを格納す
ることを特徴とするものであり、この実施態様は、試料
表面中から求める結晶状態を探索することができるとい
う効果を奏する。本発明の電子線回折装置の第４の実施
態様は、画像メモリは複数個の基準回折パターンを格納
する機能を具備することを特徴とするものであり、この
実施態様は、複数個の回折パターンの比較を行うことが
できるという効果を奏する。

【００２３】なお、該機能は、複数個の画像メモリの設
置あるいは、画像メモリ中における複数個の格納領域の
形成により実現することができる。本発明の電子線回折
装置の第５の実施態様は、画像処理装置は画素単位に回
折パターンの比較を行うことを特徴とするものであり、
この実施態様は、撮像装置の画素信号を有効に利用でき
るという効果を奏する。本発明の電子線回折装置の第６
の実施態様は、画像処理装置は回折パターンのパラメー
タ比較を行うことを特徴とするものであり、この実施態
様は、比較演算速度が向上するという効果を奏する。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
結晶状態の分布を正確に表すことができる電子線回折装
置を提供することができる。また、回折パターンからの
特徴的な回折斑点の選択を必要としない電子線回折装置
を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電子線回折装置のブロック構成図であ
る。

【図２】本発明の実施例による回折パターンの比較処理
の機能を説明する図である。

【図３】本発明の電子線回折装置に用いる類似度を説明
する図である。

【図４】本発明の電子線回折装置における類似度の算出
を説明する図である。

【図５】本発明の電子線回折装置における類似度の第２
の算出例を説明する図である。

【図６】本発明の電子線回折装置における類似度の第２
の算出例を説明する図である。

【図７】本発明の電子線回折装置における類似度の第３
の算出例を説明する図である。

【図８】本発明の電子線回折装置における類似度の第３
の算出例を説明する図である。

【図９】本発明の電子線回折装置の基準回折パターンの
設定を説明する図である。

【図１０】本発明の電子線回折装置の複数の基準パター
ンとの比較例図である。

【図１１】本発明の電子線回折装置の複数の基準パター
ンとの比較例図である。

【図１２】従来の走査型反射電子回折装置である。

【図１３】従来の電子線回折装置の回折パターンから輝
度信号を求める図である。

【符号の説明】

１…真空容器、２…電子銃、３…試料、４…電子線、５
…反射回折電子線、６…蛍光スクリーン、７…撮像装
置、１０…走査信号発生回路、１１…倍率調整回路、１
２…ＣＲＴ、１３，４１〜４ｎ…画像処理装置、１４…
画像メモリ、２０…比較手段、２１，３１〜３ｎ…メモ
リ、２２…信号強度測定手段、２３…パラメータ形成手
段

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 走査される電子線を試料に照射して得ら
   れる回折パターンによって試料表面の結晶状態の分布像
   を求める電子線回折装置において、前記回折パターンを
   撮像する撮像装置と、基準回折パターンを格納する画像
   メモリと、前記撮像装置によって得られる回折パターン
   と前記画像メモリに格納されている回折パターンとの比
   較により両回折パターンの類似度を求める画像処理装置
   とを備え、前記類似度に基づいて試料表面の結晶状態の
   分布像を求めることを特徴とする電子線回折装置。