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発明の名称 走査像信号取得方法および走査電子顕微鏡
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2001−35431(P2001−35431A)
公開日 平成13年2月9日(2001.2.9)
出願番号 特願平11−207824
出願日 平成11年7月22日(1999.7.22)
代理人 【識別番号】100085187
【弁理士】
【氏名又は名称】井島 藤治 (外1名)
【テーマコード(参考)】
5C033
【Fターム(参考)】
5C033 FF03 FF04 NN01 
発明者 上村 英助
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【請求項1】 試料表面にX,Y方向の基準となる端部を有した部材を設け、電子ビームを偏向することによって基準端部を検出し、基準端部を基準として電子ビームを偏向し、基準端部から所定の距離の試料部の信号を検出しながら、試料の所定領域の像信号を取得するようにした走査像信号取得方法。
【請求項2】 基準部材は試料から電気的に絶縁されており、基準部材の吸収電流を検出することにより、基準端部の検出を行うようにした請求項1記載の走査像信号取得方法。
【請求項3】 基準部材は試料とは異なった2次電子放出能の材料で形成されており、基準部材からの2次電子を検出することにより、基準端部の検出を行うようにした請求項1記載の走査像信号取得方法。
【請求項4】 電子ビームを試料上に細く収束する手段、電子ビームを試料上で偏向するための偏向器、試料への電子ビームの照射に基づいて得られた信号を検出する検出器、試料表面に設けられ、X,Y方向の基準となる端部を有した基準部材、基準端部を基準として電子ビームを偏向し、基準端部から所定の距離の試料部の信号を検出するように制御する制御手段、検出された試料の所定の領域の各画素信号に基づいて走査像を表示する表示手段とを備えた走査電子顕微鏡。
【請求項5】 基準部材は、試料表面から退避されるように構成されている請求項4記載の走査電子顕微鏡。
【請求項6】 基準部材は、位置合わせのための微動機構が備えられている請求項4記載の走査電子顕微鏡。
【請求項7】 複数の画素単位で基準端部を基準として電子ビームを偏向し、基準端部から所定の距離の試料部の信号を検出するようにした請求項4記載の走査電子顕微鏡。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、振動等の影響を受けずに高い分解能の像を得ることができる走査像信号取得方法および走査電子顕微鏡に関する。
【0002】
【従来の技術】走査電子顕微鏡では、電子銃からの電子ビームをコンデンサレンズと対物レンズによって試料上に集束し、更に電子ビームを2次元的に走査している。そして、試料への電子ビームの照射によって発生した2次電子等を検出し、検出信号を電子ビームの走査に同期した陰極線管に供給し、試料の走査像を得るようにしている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】さて、このような走査電子顕微鏡において、高い分解能で正確な像を得る上で、影響を与える要素として振動、音響、気圧、気流等の変動がある。例えば、振動が試料に伝達すると、試料に照射される電子ビームと試料位置の相対的な関係がずれてしまい、正確な電子ビームの走査ができなくなり、試料形状に正確に一致した像が得られなくなる。このため、アクティブな除振機構を設けるようにしているが、振動の完全なる除去をすることが困難であると共に、センサー、コントローラ、アクチュエータ等の多くの付加的なハードウェアと、複雑なアルゴリズムからなる制御システムが必要となる。
【0004】本発明は、このような点に鑑みてなされたもので、その目的は、高価で複雑な除振機構を必要とせず、高い分解能で正確な像を得ることができる走査像信号取得方法および走査電子顕微鏡を実現するにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】請求項1に基づく走査像信号取得方法は、試料表面にX,Y方向の基準となる端部を有した部材を設け、電子ビームを偏向することによって基準端部を検出し、基準端部を基準として電子ビームを偏向し、基準端部から所定の距離の試料部の信号を検出しながら、試料の所定領域の像信号を取得するようにしたことを特徴としている。
【0006】請求項1の発明では、試料と共に振動等の影響を受ける基準部材の基準端部を基準として電子ビームを偏向し、基準端部から所定の距離の試料部の信号を検出しながら、試料の所定領域の像信号を取得するようにしたので、振動等の外乱の影響のない像信号を取得できる。
【0007】請求項2の発明では、請求項1の発明において、基準部材を試料から電気的に絶縁し、基準部材の吸収電流を検出することにより、基準端部の検出を行うようにした。
【0008】請求項3の発明では、請求項1の発明において、基準部材を試料とは異なった2次電子放出能の材料で形成し、基準部材からの2次電子を検出することにより、基準端部の検出を行うようにした。
【0009】請求項4に基づく走査電子顕微鏡は、電子ビームを試料上に細く収束する手段、電子ビームを試料上で偏向するための偏向器、試料への電子ビームの照射に基づいて得られた信号を検出する検出器、試料表面に設けられ、X,Y方向の基準となる端部を有した基準部材、基準端部を基準として電子ビームを偏向し、基準端部から所定の距離の試料部の信号を検出するように制御する制御手段、検出された試料の所定の領域の各画素信号に基づいて走査像を表示する表示手段とを備えたことを特徴としている。
【0010】請求項4の発明では、試料と共に振動等の影響を受ける基準部材の基準端部を基準として電子ビームを偏向し、基準端部から所定の距離の試料部の信号を検出しながら、試料の所定領域の像信号を取得するようにしたので、振動等の外乱の影響のない像信号を取得できる。
【0011】請求項5の発明では、請求項4の発明において、基準部材を試料表面から退避されるように構成した。請求項6の発明では、請求項4の発明において、基準部材に位置合わせのための微動機構を備えた。
【0012】請求項7の発明では、請求項4の発明において、複数の画素単位で基準端部を基準として電子ビームを偏向し、基準端部から所定の距離の試料部の信号を検出するようにした。
【0013】
【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詳細に説明する。図1は本発明に基づく走査電子顕微鏡の一例を示す図であり、1は電子銃である。電子銃1から発生し加速された電子ビームEBは、コンデンサレンズ2と対物レンズ3により、試料4上に細く収束される。
【0014】電子ビームEBは更に走査コイル5、あるいは走査コイル6によって試料の所望領域で2次元的に走査される。走査コイル6としては応答が早く、ヒステリシスの影響が無視できる空芯コイルが用いられる。走査コイル5あるいは6には、CPUのごとき制御回路7によって制御されるデジタル走査信号発生器8からの走査信号が、走査制御回路9とスイッチ10を介して供給される。なお、スイッチ10は制御回路7によって切り換えられる。
【0015】電子ビームEBの試料4への照射によって発生した2次電子は、2次電子検出器11によって検出され、検出信号は増幅器12によって増幅された後、AD変換器13によってディジタル信号に変換される。ディジタル信号に変換された信号は、画像メモリー14に供給されて記憶される。
【0016】画像メモリー14に記憶された信号は読み出され、DA変換器15を介して陰極線管16に供給されることから、陰極線管16には試料の走査像が表示される。なお、画像メモリー14への各画素信号の記憶は、記憶制御回路17によって制御される。
【0017】試料4の上部には、試料4表面から僅かに離されて、L字状の金属製基準部材18が配置されている。この金属製基準部材18と試料4とは絶縁状態とされており、基準部材18に電子ビームが照射されると、基準部材18で信号が検出され、検出信号は増幅器19を介して信号処理回路20に供給される。
【0018】図2に試料4とL字状の基準部材18を示している。基準部材18は支持部材21によって支持されているが、支持部材21は軽くて剛性の高い材料で形成されており、端部は試料の傾斜ステージ上に取り付けられている。このことによって、試料4と基準部材18とは、振動等の外乱に対し、同等の影響を受けることになる。
【0019】この支持部材21は基準部材18を試料表面から退避させるために回転、あるいは移動可能に設けられている。図3は回転により基準部材18を試料4表面から退避させる例を示している。支持部材21の端部は回転軸22に取り付けられており、回転軸22を回転させることにより、基準部材18は試料4表面から退避させられる。図4は支持部材の端部が直線移動機構23に取り付けられた例を示しており、支持部材21は、基準部材18と共に図中矢印方向に移動可能にされている。このような構成の動作を次に説明する。
【0020】まず、通常の走査電子顕微鏡像を得る場合には、スイッチ10が切り換えられ、デジタル走査信号発生器8からの通常の2次元走査信号が走査制御回路9を介して走査コイル5に供給される。この結果、試料4の所定領域は、電子ビームEBによって2次元的にディジタル走査される。
【0021】電子ビームEBの走査によって試料4から発生した2次電子は、2次電子検出器11によって検出される。検出器11の検出信号は、増幅器12によって増幅された後、AD変換器13によりディジタル信号に変換され、画像メモリー14に供給されて記憶される。各画素信号の画像メモリー14における記憶領域の選択は、制御回路7の制御による記憶制御回路17によって制御される。
【0022】画像メモリー14に記憶された信号は読み出され、DA変換器15によって変換された信号は陰極線管16に供給されることから、陰極線管16には、試料4の走査2次電子像が表示される。
【0023】次に振動等の影響を防止して、高い倍率の像を高分解能で観察する例を図5を用いて説明する。この場合、L字状の基準部材18が試料4の表面に配置されると共に、スイッチ10が切り換えられ、応答の早い走査コイル6によって電子ビームの走査・偏向が行われる。このとき、基準部材18は試料から僅かに浮かして配置されている。なお、基準部材18はY方向の直線状の端部18yと、X方向の直線状の端部18xとを有している。
【0024】まず、観察する領域Rのほぼ左上に電子ビームを照射し、この位置から、電子ビームをX方向に偏向する。この電子ビームの偏向により、電子ビームEBが基準部材18のY方向の端部18yに至ると、基準部材18から信号が得られ、この信号は増幅器19を介して信号処理回路20に供給される。
【0025】信号処理回路20は、信号を成形し、制御回路7に供給する。制御回路7は基準部材18に電子ビームが照射されたことを検知し、その後、電子ビームEBの偏向の向きを反転させるよう、ディジタル走査信号発生器8を制御する。そして、電子ビームの偏向の向きが反転され、基準部材18のY方向の端部18yから距離x0だけ、電子ビームを偏向するようにディジタル走査信号発生器8を制御する。
【0026】距離x0だけ電子ビームが偏向された後、今度は電子ビームをY方向に偏向する。この電子ビームの偏向により、電子ビームEBが基準部材18のX方向の端部18xに至ると、基準部材18から信号が得られ、この信号は増幅器19を介して信号処理回路20に供給される。
【0027】信号処理回路20は、信号を成形し、制御回路7に供給する。制御回路7は基準部材18に電子ビームが照射されたことを検知し、その後、電子ビームEBの偏向の向きを反転させるよう、ディジタル走査信号発生器8を制御する。そして、電子ビームの偏向の向きが反転され、基準部材18のX方向の端部18xから距離y0だけ、電子ビームを偏向するようにディジタル走査信号発生器8を制御する。
【0028】このような制御により電子ビームが基準部材のY方向の端部18yから距離x0、X方向の端部18xから距離y0離れた位置に照射された時、制御回路7は記憶制御回路17を制御し、2次電子検出信号を画像メモリー14の座標(x0,y0)に対応した位置に記憶させる。
【0029】次に、座標(x0,y0)の位置の信号が検出された後、電子ビームは再びX方向に偏向される。この電子ビームの偏向により、電子ビームEBが基準部材18のY方向の端部18yに至ると、基準部材18から信号が得られ、この信号は増幅器19を介して信号処理回路20に供給される。
【0030】信号処理回路20は、信号を成形し、制御回路7に供給する。制御回路7は基準部材18に電子ビームが照射されたことを検知し、その後、電子ビームEBの偏向の向きを反転させるよう、ディジタル走査信号発生器8を制御する。そして、電子ビームの偏向の向きが反転され、基準部材18のY方向の端部18yから距離x1だけ、電子ビームを偏向するようにディジタル走査信号発生器8を制御する。
【0031】距離x1だけ電子ビームが偏向された後、今度は電子ビームをY方向に偏向する。この電子ビームの偏向により、電子ビームEBが基準部材18のX方向の端部18xに至ると、基準部材18から信号が得られ、この信号は増幅器19を介して信号処理回路20に供給される。
【0032】信号処理回路20は、信号を成形し、制御回路7に供給する。制御回路7は基準部材18に電子ビームが照射されたことを検知し、その後、電子ビームEBの偏向の向きを反転させるよう、ディジタル走査信号発生器8を制御する。そして、電子ビームの偏向の向きが反転され、基準部材18のX方向の端部18xから距離y0だけ、電子ビームを偏向するようにディジタル走査信号発生器8を制御する。
【0033】このような制御により電子ビームが基準部材のY方向の端部18yから距離x1、X方向の端部18xから距離y0離れた位置に照射された時、制御回路7は記憶制御回路17を制御し、2次電子検出信号を画像メモリー14の座標(x1,y0)に対応した位置に記憶させる。
【0034】同様にして、次々と各画素の信号が得られ、(xn,yn)の座標値の信号が検出されて画像メモリー14に記憶されると、領域Rに含まれる全画素の信号が画像メモリー14に記憶されることになる。この段階で画像メモリー14に記憶された信号が読み出され、DA変換器15を介して陰極線管16に供給されることから、陰極線管16には試料領域Rの像が表示される。
【0035】この得られた像は、基準部材18の2つの端部18x,18yを基準として、電子ビームを所定の距離偏向しながら検出した信号に基づくものであり、試料4と基準部材18とが振動等の影響を共通して受けることから、振動等の影響のない美しい像となる。
【0036】以上の説明では、1画素ごとに基準部材18の端部を基準として信号の取得を行ったが、外乱の周期によっては、荷電粒子ビームまで細かくする必要はない。例えば、所定の画素のブロック(例えば、5×5画素のブロック)ごとや、所定の数のX方向のライン画素ごとに、基準部材18を用いた電子ビームの位置制御を行うようにしても良い。
【0037】図6は、所定の画素のブロック(例えば、5×5画素のブロック)ごとに基準部材18の端部を基準とした信号の取得を行う例を示したもので、図中黒丸の画素Paについて基準部材18の端部を基準とした信号の取得を行い、白丸の画素Pbについては、画素Paを基準として電子ビームの偏向走査を行う。すなわち、25画素に1回基準部材18を用いた偏向位置補正動作を行う。
【0038】図7は、より振動等の周期が早い場合であり、所定の画素のライン(例えば、5画素のライン)ごとに基準部材18の端部を基準とした信号の取得を行う例を示したもので、図中黒丸の画素Paについて基準部材18の端部を基準とした信号の取得を行い、白丸の画素Pbについては、画素Paを基準として電子ビームの偏向走査を行う。すなわち、5画素に1回基準部材を用いた偏向位置補正動作を行う。
【0039】上記したように、高い倍率の像観察においては、基準部材18の端部を基準とした位置合わせを行って、試料の所定領域で電子ビームの偏向を行うが、低い倍率の像を観察する場合には、観察視野内に基準部材18が入ってしまうことも生じる。その場合には、図3や図4で示した機構を用いて、基準部材18を試料表面から退避させれば良い。
【0040】ところで、高倍率像の観察時に基準部材18を用いた電子ビームの偏向・走査が行われるが、その場合、基準部材18と観察領域との間の位置合わせが必要となる。図8は基準部材18の位置合わせを説明するための図であり、Rは10万倍の観察範囲を示しており、観察範囲Rの中点Cが電子ビームの光軸と一致している。
【0041】10万倍の場合、観察範囲Rの一辺の長さはおおよそ1μmである。通常電子ビームのイメージシフト機能での電子ビームの偏向範囲は±5μmであるから、光軸Cから基準部材の基準辺までの距離が±4μ程度であれば、イメージシフト機能を用いて基準部材18の基準辺を観察範囲にとらえることができる。図8において、点線で示した領域R´がイメージシフトによる観察領域である。
【0042】この領域R´の走査像を観察することにより、基準部材18のX,Y方向の基準辺の状態が確認できる。この観察により、基準辺の垂直、水平の方向が傾いている場合には、スキャンローテーションにより方向を合わせることを行っても良いし、実際の画素情報の取得時に、傾きの情報を与えて電子ビームの偏向・走査の方向を補正するようにしても良い。
【0043】なお、基準部材18の端部が光軸Cから±4μm以内に入るように、事前に機械的な位置合わせが必要である。その場合、基準部材18の取り付け時に治工具を使用して正確に取り付ける、基準部材に移動機構を設けて調整可能に構成する等が考えられる。この移動機構としては、ピエゾ素子の利用が好ましい。
【0044】上記した基準部材18としては、金属製の材料を用い、基準部材18の吸収電流を用いて電子ビームの偏向制御を行うようにしたが、基準部材として2次電子の放出能が、試料4に比べて極めて高いか逆に極めて低い材料を用い、基準部材18からの2次電子を検出することにより、電子ビームの偏向制御を行うようにしても良い。
【0045】また、電子ビームを偏向し、基準部材18の端部を検出したときに電子ビームの偏向の向きを反転させるようにしたが、電子ビームを基準部材18を横切ってある程度まで偏向し、その後偏向の向きを反転させ、電子ビームが再び基準部材18の端部を横切った時を基準として、所定の位置までの偏向を行うようにしても良い。この方式の場合には、走査コイルのヒステリシスの影響を著しく小さくすることができる。
【0046】以上本発明の実施の形態を詳述したが、本発明はこの形態に限定されない。例えば、電磁的な走査コイルを用いて電子ビームの偏向・走査を行うようにしたが、高速の電子ビームの偏向が可能な静電偏向器を用いるようにしても良い。その場合には、切り換えスイッチ10は不要となる。また、各画素信号を画像メモリーに一次記憶させるようにしたが、所定のタイミングで得られた信号を直接陰極線管に供給しても良い。
【0047】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に基づく走査像信号取得方法は、試料表面にX,Y方向の基準となる端部を有した部材を設け、電子ビームを偏向することによって基準端部を検出し、基準端部を基準として電子ビームを偏向し、基準端部から所定の距離の試料部の信号を検出しながら、試料の所定領域の像信号を取得するようにした。
【0048】すなわち、試料と共に振動等の影響を受ける基準部材の基準端部を基準として電子ビームを偏向し、基準端部から所定の距離の試料部の信号を検出しながら、試料の所定領域の像信号を取得するようにしたので、振動等の外乱の影響のない像信号を取得できる。
【0049】また、本発明に基づく走査電子顕微鏡は、電子ビームを試料上に細く収束する手段、電子ビームを試料上で偏向するための偏向器、試料への電子ビームの照射に基づいて得られた信号を検出する検出器、試料表面に設けられ、X,Y方向の基準となる端部を有した基準部材、基準端部を基準として電子ビームを偏向し、基準端部から所定の距離の試料部の信号を検出するように制御する制御手段、検出された試料の所定の領域の各画素信号に基づいて走査像を表示する表示手段とを備えた。
【0050】この結果、試料と共に振動等の影響を受ける基準部材の基準端部を基準として電子ビームを偏向し、基準端部から所定の距離の試料部の信号を検出しながら、試料の所定領域の像信号を取得するようにしたので、振動等の外乱の影響のない像信号を取得でき、高い分解能で美しい、正確な像を表示することができる。




 

 


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