CN104040676A - 带电粒子线装置以及倾斜观察图像显示方法 - Google Patents

带电粒子线装置以及倾斜观察图像显示方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种带电粒子线装置以及倾斜观察图像显示方法。本发明的带电粒子线装置(100)的控制装置(50)，在每次使一次电子线(4)对样品(15)的表面进行1行份的扫描线的扫描时，经由倾斜线圈(11、12)使一次带子线(4)的照射轴左倾斜、无倾斜、或者右倾斜。并且，在变更了该照射轴时，经由焦点调整线圈(14)按照照射轴的倾斜状态来调整一次电子线(4)的焦点位置，获取1行份的扫描线的样品(15)的表面的左倾斜观察图像、无倾斜观察图像、或者右倾斜观察图像，将到此时为止获取到的与扫描线相关的左倾斜观察图像、无倾斜观察图像、和右倾斜观察图像同时显示在相同的显示装置(31)中。由此，能够大致同时获取并大致同时显示对焦了的无倾斜观察图像和对焦了的倾斜观察图像。

Description

带电粒子线装置以及倾斜观察图像显示方法
技术领域
本发明涉及对样品照射倾斜的一次带电粒子线来获取并显示倾斜观察图像的带电粒子线装置以及倾斜观察图像显示方法。
背景技术
以往，在扫描电子显微镜所代表的带电粒子线装置中，例如，使样品台向左右倾斜，获取左眼用的倾斜图像和右眼用的倾斜图像，基于交叉法、平行法、使用了红绿眼镜的彩色立体图法等来显示3D(立体)观察图像。此外，当获取成为3D观察图像的来源的左右的倾斜观察图像时，取代使样品台倾斜的机构性的控制，而通过电磁控制来使入射至样品的带电粒子线倾斜。
例如，在专利文献1、2中，记载了使带电粒子线倾斜来获取角度不同的观察图像的技术。即，带电粒子线被控制为入射至物镜的轴外，利用物镜的会聚作用而使其倾斜。
此外，在专利文献3、4中，公开了在使带电粒子线倾斜的情况下用于适当调整光学系统的调整部件。例如，在专利文献3中，获取无倾斜观察图像(Top-down像)，对其模板化，在之后的倾斜观察图像的获取时，通过将该倾斜观察图像与模板进行模式匹配，来进行视野偏差或像散校正、焦点校正等操作。此外，在专利文献4中，公开有以下技术，按解析方法来分解在多个透镜的组合和物镜的轴外入射时的带电粒子线的举动，在使带电粒子线倾斜入射至样品上的情况下产生的像差由光学系统构成要素被综合地取消。
进一步地，在专利文献5中，公开了以下技术：通过按电磁方式以1行作为单位来控制带电粒子线的倾斜，从而同时获取左右的倾斜图像，并将获取到的左右的倾斜图像显示在3D显示装置上进行3D观察。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：JP实开昭55-48610号公报
专利文献2：JP特开平2-33843号公报
专利文献3：JP特开2005-310602号公报
专利文献4：JP特开200612664号公报
专利文献5：JP特开20109907号公报
发明的概要
发明要解决的课题
在现有的扫描电子显微镜等中，一般在显示装置中设置1个或者2个观察图像的显示区域。由此，以往，在显示区域为2个的情况下，在该2个显示区域中，或者显示左或右倾斜观察图像的每一个，或者显示将左右中的一方的倾斜观察图像与左或右的倾斜观察图像合成后得到的3D观察图像(例如，彩色立体图像)。此外，当然，在显示区域为1个的情况下，仅仅显示左倾斜观察图像、右倾斜观察图像、或者左或右的倾斜观察图像的3D观察图像之一。
但是，在专利文献1-5等中，针对如何将左或右的倾斜观察图像、和左或右的倾斜观察图像的3D观察图像组合起来进行显示，并没有详细记载。并且，不限于专利文献1-5，在现有技术中，至少不能同时获取左或右的倾斜观察图像和无倾斜观察图像并同时对其进行显示。
一般，先获取并显示无倾斜观察图像，之后，显示左或右的倾斜观察图像和该3D观察图像较为容易。但是，以往，如果同时获取并同时显示无倾斜观察图像和左或右的倾斜观察图像，则由于两者焦点位置不同，存在不能同时获取对两者对焦的观察图像这样的问题。另外，这里所说的“同时”是指，进行观察的人的感觉上“同时”的意思，例如，1秒左右的时间差异被视为“同时”。
发明内容
鉴于这些现有技术的问题，本发明的目的在于，提供一种能够大致同时获取并同时显示对焦的无倾斜观察图像和对焦的倾斜观察图像的带电粒子线装置以及倾斜观察图像显示方法。
用于解决课题的手段
本发明涉及的带电粒子线装置具备：带电粒子源；多个电子透镜，其使从上述带电粒子源射出的一次带电粒子线会聚；带电粒子线扫描控制部件，其对上述一次带电粒子线进行偏转控制，使得在上述会聚后的一次带电粒子线照射至样品的表面时，该照射点对上述样品的表面上进行二维扫描；照射轴倾斜部件，其使上述一次带电粒子线照射至上述样品时的上述一次带电粒子线的照射轴倾斜；焦点位置调整部件，其将通过上述照射轴倾斜部件使上述一次带电粒子线的照射轴倾斜的情况下的焦点位置、和未使上述一次带电粒子线的照射轴倾斜的情况下的焦点位置调整为相同的位置；带电粒子检测器，其在上述一次带电粒子线照射至上述样品时，检测从上述样品射出的带电粒子；和控制装置，其基于由上述带电粒子检测器检测到的信号，生成上述样品的表面的观察图像。
并且，上述控制装置在每次经由上述带电粒子线扫描控制部件使上述一次带电粒子线对上述样品的表面进行1行份的扫描线的扫描时，经由上述照射轴倾斜部件使上述一次带电粒子线的照射轴左倾斜、无倾斜、或者右倾斜，并且在变更了上述照射轴时，经由上述焦点位置调整部件按照上述照射轴的倾斜状态来调整上述一次带电粒子线的焦点位置，获取上述1行份的扫描线的上述样品的表面的左倾斜观察图像、无倾斜观察图像、或者右倾斜观察图像，将到此为止获取到的与扫描线相关的上述左倾斜观察图像、上述无倾斜观察图像、和上述右倾斜观察图像同时显示在相同的显示装置中。
根据本发明，在每次一次带电粒子线扫描1行扫描线时，依次交替获取并显示左倾斜观察图像、无倾斜观察图像、或者右倾斜观察图像的1行份的扫描线的观察图像。因此，由于左倾斜观察图像、无倾斜观察图像、以及右倾斜观察图像的显示时间的偏差是1行份扫描线的扫描时间，所以至少用户看起来是，大致同时获取并同时显示左倾斜观察图像、无倾斜观察图像、以及右倾斜观察图像。
此外，倾斜观察图像和无倾斜观察图像之间的焦点位置的调整，使用焦点位置调整部件(焦点调整线圈)几乎瞬时地进行。因此，关于按每1行扫描线获取的左倾斜观察图像、无倾斜观察图像、或者右倾斜观察图像的1行份扫描线的观察图像，都能够作为对焦的观察图像。
发明效果
根据本发明，提供一种能够大致同时获取并大致同时显示对焦的无倾斜观察图像和对焦的倾斜观察图像的带电粒子线装置以及倾斜观察图像显示方法。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式涉及的扫描电子显微镜(带电粒子线装置)的概略构成的例子的图。
图2是表示本发明的实施方式涉及的扫描电子显微镜中在显示装置中显示的观察图像显示画面的构成例的图。
图3是示意性表示针对无倾斜观察时的一次电子线的多个焦点面和该各个焦点面中的射束直径之间的关系的图。
图4是示意性表示针对倾斜观察时的一次电子线的多个焦点面和该各个焦点面中的射束形状之间的关系的图。
图5A是表示本发明的实施方式中同时获取无倾斜观察图像以及倾斜观察图像的情况下的一次电子线的偏转/扫描控制的例子的图。图5A是表示一次电子线对样品的表面进行扫描的扫描线的例子的图。
图5B是示意性表示本发明的实施方式中同时获取无倾斜观察图像以及倾斜观察图像的情况下的一次电子线的偏转/扫描控制的例子的图。图5B是表示各观察模式中的倾斜线圈控制信号以及扫描线圈控制信号的例子的图。
图6是表示将用户进行的观察图像调整流程显示在观察图像显示画面的调整用GUI区域中的例子的图。
图7A是表示在调整用GUI区域中显示的控制参数设定用的GUI的其他的例子的图。
图7B是表示在调整用GUI区域中显示的控制参数设定用的GUI的其他例子的图。
图8是表示图6所示的观察图像调整流程之中，进行步骤S01～步骤S03的调整时，由控制装置执行的主要处理的处理流程的例子的图。
图9是表示使用本发明的实施方式涉及的扫描电子显微镜，实时获取到的左倾斜观察图像、右倾斜观察图像、无倾斜观察图像、以及3D观察图像的例子的图。
图10是表示本发明的实施方式的第2变形例的倾斜观察时的焦点调整部件的要部构成的例子的图。
图11是表示本发明的实施方式的第3变形例的倾斜观察时的焦点调整部件的要部构成的例子的图。
图12是表示本发明的实施方式的第4变形例的倾斜观察时的焦点调整部件的要部构成的例子的图。
具体实施方式
以下，参照附图详细说明本发明的实施方式。
图1是表示本发明的实施方式涉及的扫描电子显微镜(带电粒子线装置)的概略构成的例子的图。扫描电子显微镜100是带电粒子线装置的代表例，以下，在本说明书中，将带电粒子线装置设为扫描电子显微镜1进行说明。
在扫描电子显微镜100中，阴极2以及阳极3构成作为带电粒子源(电子源)的电子枪1。在该阴极2和阳极3之间，如果施加由高压电源控制电路20控制的高电压，则从阴极2射出作为一次带电粒子线的一次电子线4。从阴极2射出的一次电子线4经由加速用的阳极(省略图示)被加速，并导向由第一会聚透镜5、第二会聚透镜6、物镜13等构成的透镜系统40。
导向透镜系统40的一次电子线4，首先在由第一会聚透镜控制电路21以及第二会聚透镜控制电路22控制的第一会聚透镜5以及第二会聚透镜之中通过的同时被收敛，由调节板7去除一次电子线4的不需要的部分，并导向由像散校正线圈控制电路23控制的像散校正线圈8。
通过了像散校正线圈8的一次电子线4，进一步地在由扫描线圈控制电路24控制的上段以及下段的扫描线圈9、10、以及由倾斜线圈控制电路25控制的上段以及下段的倾斜线圈11、12之中通过，并导向由物镜控制电路26控制的物镜13。
通过了物镜13之中的一次电子线4被物镜13再次收敛，并照射至载置在样品台16上的样品15的表面。另外，样品台16由样品台控制电路29控制，不仅仅能够进行向x、y、z方向移动，而且还能进行样品载置面的旋转和倾斜等。另外，x-y平面通常为水平的平面，z方向为与水平面垂直的方向。
一次电子线4在通过扫描线圈9、10之中时，接受按照提供给该扫描线圈9、10的扫描线圈控制信号(水平偏转信号、垂直偏转信号等)而生成的电磁力，被适当地向x、y方向偏转，其结果，样品15的表面上的一次电子线4的照射点对样品15的表面上进行二维扫描。此外，一次电子线4在通过倾斜线圈11、12之中时，接受按照提供给该倾斜线圈11、12的倾斜线圈控制信号而产生的电磁力，并发生倾斜。
此外，由焦点调整线圈控制电路27控制并通常使用于自动焦点调整的用途的焦点调整线圈14与物镜13一起设置。另外，在本发明的实施方式中，焦点调整线圈14起到将一次电子线4倾斜时的焦点位置、和一次电子线4未倾斜时的焦点位置对准的作用，针对该作用后面详细说明。
如果一次电子线4照射至样品15的表面，则从该照射部位射出二次电子和反射电子等。该射出的二次电子和反射电子等由二次电子检测器17和反射电子检测器18等检测，该检测信号由信号放大器19放大后，经由信号输入电路28被计算机30取入。
被计算机30取入的二次电子和反射电子等的检测信号被适当进行图像处理，作为样品15的表面的观察图像被保存至图像存储器32中，并显示在显示装置31中。
这里，计算机30是控制装置50的中枢，与作为控制装置50的其他的构成要素的高压电源控制电路20、第一会聚透镜控制电路21、第二会聚透镜控制电路22、像散校正线圈控制电路23、扫描线圈控制电路24、倾斜线圈控制电路25、物镜控制电路26、焦点调整线圈控制电路27、信号输入电路28、样品台控制电路29等连接，统一控制这些控制电路。
此外，对计算机30连接键盘、鼠标、跟踪球等的输入装置33，用户能够经由输入装置33来设定观察图像的获取条件(例如，一次电子线4的加速电压、扫描速度、倾斜观察图像获取时的倾斜角等)。
此外，虽然详细情况后述，在本实施方式中，通过使载置了样品15的样品台16机构性地向左或者右倾斜，从而不是获取样品15的表面的左或者右的倾斜观察图像，而是控制倾斜线圈11、12的励磁电流等，通过使入射至样品15的表面的一次电子线4向左或者右倾斜，来获取样品15的表面的左或者右的倾斜观察图像。
图2是表示本发明的实施方式涉及的扫描电子显微镜100中在显示装置31中显示的观察图像显示画面的构成例的图。如图2所示，显示装置31中显示的观察图像显示画面310包含4个观察图像显示区域311以及1个调整用GUI(Graphical User Interface，用户图像界面)区域312而构成。
在这4个观察图像显示区域311的每一个中显示左倾斜观察图像311a、右倾斜观察图像311b、无倾斜观察图像311c、以及3D观察图像311d。此外，在调整用GUI区域312中，在获取这些显示图像时，进行对焦等各种调整时，显示支援用户的操作的信息和按钮等。
此外，虽然详细情况后述，但在本实施方式中，按每1行扫描线来获取并显示左倾斜观察图像311a、右倾斜观察图像311b、或者无倾斜观察图像311c的1行份的观察图像数据。因此，仅仅以彼此1行份的扫描线的扫描时间的时间偏差便能大致同时获取左倾斜观察图像311a、右倾斜观察图像311b、以及无倾斜观察图像311c的每一个，并大致同时显示。其中，彩色立体等3D观察图像311d的显示延迟该生成时间份的时间，该生成时间为1秒及1秒以下，3D观察图像311d也大致同时被显示。
图3是示意性表示针对无倾斜观察时的一次电子线4的多个焦点面和该各个焦点面中的射束直径之间的关系的图。如图3所示，在无倾斜观察时的情况下，一次电子线4在通过扫描线圈9、10进行了扫描/偏转控制后，通过物镜13的大致中心，相对于样品15的表面大致垂直地照射。
这里，在像散等调整完毕的情况下，在焦点面41成为射束形状44，分辨率成为最高。
另一方面，比焦点面41更靠近物镜13的焦点面42中的射束形状45的射束直径比射束形状44的射束直径大。此外，比焦点面42进一步靠近物镜13的焦点面43中的射束形状46的射束直径比射束形状45的射束直径进一步变大。这样，在射束直径变大的情况下，根据该射束直径，相应地所获取的观察图像的分辨率降低。
图4是示意性表示针对倾斜观察时的一次电子线4的多个焦点面和该各个焦点面中的射束形状之间的关系的图。在倾斜观察时，如图4所示，一次电子线4由扫描线圈9、10进行扫描/偏转控制，进一步地，由倾斜线圈11、12进行倾斜控制。其结果，一次电子线4在物镜13的中心轴外通过，从左侧或者右侧的斜上方对样品15的表面(例如，焦点面41、42、43等)进行入射。
一般，在无倾斜观察时进行了焦点调整后，在不进行物镜13和焦点调整线圈14的动作条件(励磁电流等)的变更而进行了左或者右的倾斜观察的情况下，由物镜13收敛的一次电子线4的焦点位置比无倾斜观察时的焦点面41(参照图3)更向物镜13侧移动。
这是由于，在倾斜观察时，例如，如果在焦点面42成为射束形状48，则在焦点面41、43会成为射束形状47、49(图4参照)。由此，所获取的观察图像的分辨率比射束形状48时高，比射束形状47、49时低。
以上，根据图3以及图4的说明结果可以说，在进行了无倾斜观察后，进行倾斜观察的情况下，或者在进行了倾斜观察后，进行无倾斜观察的情况下，如果要尽可能地获取高分辨率的观察图像，则在对无倾斜观察和倾斜观察的观察模式进行切换时，需要进行焦点调整等透镜系统40的控制参数的调整。
图5A、5B是示意性表示本发明的实施方式中同时获取无倾斜观察图像以及倾斜观察图像的情况下的一次电子线4的偏转/扫描控制的例子的图，图5A是表示一次电子线4对样品15的表面进行扫描的扫描线的例子的图，图5B是表示各观察模式中的倾斜线圈控制信号以及扫描线圈控制信号的例子的图。另外，在图5A、5B以及以下的说明中，记号L是指获取左倾斜观察图像的左倾斜观察模式，记号T是指获取无倾斜观察图像的无倾斜观察模式，记号R是指获取右倾斜观察图像的右倾斜观察模式。
在本实施方式中，控制装置50(参照图1)在每次使一次电子线4扫描1行扫描线时变更观察模式，同时获取1行份扫描线的左倾斜观察图像、无倾斜观察图像、或者右倾斜观察图像。即，如图5A所示，对于1根扫描线，一面将观察模式切换为L→T→R，一面采取各个观察模式各1次地一共扫描3次。并且，这样的扫描，逐一前进扫描线，同时针对1帧的所有扫描线重复进行。另外，在图5A中，由稍稍偏离的3根横向的箭头线来表示对1根扫描线扫描3次。
以上，为了实现由图5A说明的一次电子线4的扫描，控制装置50经由倾斜线圈控制电路25对倾斜线圈11、12，提供与观察模式250(L、T、R)的切换同步地被切换的倾斜线圈控制信号251(参照图5B)。此外，控制装置50经由扫描线圈控制电路24对扫描线圈9、10提供用于与观察模式250(L、T、R)的切换同步的水平偏转控制的扫描线圈控制信号241，并且提供用于与从观察模式250的R向L切换(即，3次扫描的结束)同步的垂直偏转控制的扫描线圈控制信号242(参照图5B)。
控制装置50为了同时获取无倾斜观察图像以及倾斜观察图像，除了以上说明的倾斜线圈11、12以及扫描线圈9、10的控制以外，需要进一步进行变更焦点的位置的控制。即，如使用图3以及图4所说明的，在无倾斜观察模式和倾斜观察模式中，如果物镜13和焦点调整线圈14的控制参数(励磁电流)相同，则其焦点的位置不同。因此，为了在两者得到更好的分辨率的观察图像，需要针对两者将焦点的位置设为相同。
在本实施方式中，在获取无倾斜观察图像时(以下，称为无倾斜观察模式)，使用物镜13进行对焦，在获取倾斜观察图像时(以下，称为倾斜观察模式)，样品15的位置和物镜13的励磁电流不变，通过调整焦点调整线圈14的励磁电流，从而使倾斜观察模式中的焦点位置与无倾斜观察模式中的焦点位置一致。
由此，控制装置50在观察模式250从倾斜观察模式向无倾斜观察模式切换、或者从无倾斜观察模式向倾斜观察模式切换时，经由焦点调整线圈控制电路27，仅仅通过对提供给焦点调整线圈14的励磁电流进行变更的控制，就能够使无倾斜观察模式中的焦点位置和倾斜观察模式中的焦点位置相同。
另外，针对无倾斜观察模式中的焦点位置、物镜13的励磁电流、倾斜观察模式中的焦点调整线圈14的励磁电流等，事前进行调整并求取。针对该调整步骤，下面详细说明。
此外，如以上所说明的，在本说明书中，控制装置50的控制以无倾斜观察模式中的物镜13以及焦点调整线圈14的控制参数(励磁电流)为基本，对倾斜观察模式中的焦点调整线圈14的控制参数进行变更(这在以后的说明中也相同)。但是，并不限定于该说明，控制装置50的控制可以以左(或者右)的倾斜观察模式中的物镜13以及焦点调整线圈14的控制参数为基本，来对无倾斜观察模式以及右(或者左)的倾斜观察模式中的焦点调整线圈14的控制参数进行变更。
图6是表示将用户进行的观察图像调整流程显示在观察图像显示画面310的调整用GUI区域312中的例子的图。此外，图7A、B是表示在调整用GUI区域312中显示的控制参数设定用的GUI的其他的例子的图。
该图6所示的观察图像调整流程3121表示为了能够同时获取无倾斜观察图像和倾斜观察图像，而应当由用户事前进行的调整作业的步骤，提以便于用户的调整作业。
例如，在观察图像调整流程3121中，此时用户正在执行调整的步骤被黑白反转显示。此外，在调整用GUI区域312中，在显示了观察图像调整流程3121的区域的附近，显示用户辅助区域3122。并且，在该用户辅助区域3122中显示与此时正在执行调整的步骤(黑白反转显示的步骤)相关的调整内容的说明事项、用于用户输入数据的输入框3123、图7A、B所示这样的单选按钮(radio button)3124、滑动条3125等。
以下，针对观察图像调整流程3121的内容进行说明。用户首先进行无倾斜观察图像的焦点调整(步骤S01)。该作业内容与由一般的扫描电子显微镜进行的观察图像的焦点调整相同，控制装置50获取作为该用户的焦点调整作业的最终结果而确定的对电子枪1和透镜系统40的各种控制参数(例如，加速电压，物镜13的励磁电流等)。
接着，用户设定一次电子线4的倾斜量(步骤S02)。这里，控制装置50首先在用户辅助区域3122之中，显示用于用户输入倾斜角的输入框3123等。因此，如果用户直接在输入框3123中输入倾斜角，或者从下拉式显示的值中选择并输入倾斜角，则控制装置50获取输入至输入框3123的数值作为一次电子线4的倾斜角。
另外，这里所说的倾斜角，是在倾斜观察时输入至样品15的表面的一次电子线4与物镜的中心轴形成的角(ωi：参照图4)，相当于一次电子线4入射至样品15的表面(焦点面41、42、43)时的入射角。其中，无倾斜观察时的一次电子线4向样品15的表面入射的入射角为0度(即，一次电子线4垂直地入射至在样品台16上水平保持的样品15的表面)。并且，在无倾斜观察时和倾斜观察时，设样品15的位置和斜率没有变更。
另外，在图6中，倾斜角经由输入框3123被输入至控制装置50，但是也可以经由图7A、B所示的单选按钮3124、滑动条3125而输入至控制装置50。这里，在单选按钮3124等的显示中，倾斜角的刻度不限定为1.0度，也可以是0.1度和0.5度等较小的角度，还可以是2度等较大的角度。
接着，控制装置50基于获取到的倾斜角，计算倾斜线圈11、12的励磁电流，将计算出的励磁电流提供给倾斜线圈11、12。由此，使一次电子线4倾斜，实现倾斜观察模式。
因此，用户进行倾斜观察图像的焦点调整(步骤S03)。此时，用户进行的作业内容，基本上，与步骤S01中的无倾斜观察图像的焦点调整相同，但是在该步骤中的焦点调整中，不变更样品15的位置和斜率，物镜13的励磁电流也不改变。因此，步骤S03中的焦点调整是使用了焦点调整线圈14的调整，控制装置50获取由该焦点调整決定的焦点调整线圈14的励磁电流等。
另外，在步骤S01～S03中，针对控制装置50、即计算机30执行的主要的处理的内容，另外参照图8详细说明。
接着，用户进行倾斜观察图像的像散调整(步骤S04)。在倾斜观察模式中，由于发生像散，所以用户对该像散进行校正和调整。进一步地，用户进行左右的倾斜观察图像的定位(步骤S05)，在彩色立体等3D观察中准备多个方法的情况下，选择该3D观察方法(步骤S06)。
另外，在图6的用户进行的观察图像调整流程中，步骤S03～步骤S05的调整不必按照该顺序来进行，用户也可以按照任意的顺序来切换进行这些调整。
最后，用户对直至步骤S06的作业中调整后的调整条件进行登记(步骤S07)。具体地，将到此为止调整后的调整条件(从控制装置50向电子枪1和透镜系统40输出的各种控制参数(各种控制电压和电流))存储在计算机30的存储装置中。
图8是表示图6所示的观察图像调整流程3121之中、在进行步骤S01～步骤S03的调整时，由控制装置50执行的主要处理的处理流程的例子的图，表示直至获取在步骤S03中用户开始倾斜观察图像的焦点调整所需的倾斜观察图像的初始观察图像为止的处理流程。
首先，由于用户针对无倾斜观察图像进行焦点调整，所以控制装置50显示对该焦点调整进行支援的各种调整用GUI，并且针对无倾斜观察图像获取得到最佳的焦点时的焦点调整信息(例如，加速电压(V1)等各种控制参数)(步骤S11)，此时，获取物镜13的励磁电流(1obj)，作为焦点调整信息而言最重要的控制参数(步骤S12)。
接着，控制装置50，使用该获取到的物镜13的励磁电流(Iobj)、以及如下所示的式(1)，计算物镜球面像差系数(CS)(步骤S13)。这里，省略式(1)中包含的函数式F1(Iobj)的详细说明。
【数1】
CS＝F1(Iobj) (1)
另外，物镜球面像差系数(CS)也可以不根据式(1)来求出，而是通过参照针对各加速电压(V1)以及励磁电流(Iobj)预先设定的控制表来求取。
接着，用户经由输入框3123(图6：参照用户辅助区域3122)设定倾斜角，从而控制装置50获取该被输入的倾斜角(ωi)(步骤S14)。
接着，控制装置50计算与获取到的倾斜角(ωi)相对应的倾斜线圈11、12的励磁电流(步骤S15)，在倾斜观察时，将该计算出的励磁电流提供给倾斜线圈11、12(步骤S16)。其结果，在倾斜观察时，一次电子线4的照射中心轴相对于物镜13的中心轴倾斜。
接着，控制装置50计算焦点面变化量(ΔZf)(步骤S17)。焦点面变化量(ΔZf)如使用图3以及图4所说明的，是最佳的焦点面在无倾斜观察时和倾斜观察时之间移动时的移动量，一般，使用物镜13的球面像差系数(CS)、和一次电子线4与物镜13的中心轴所呈的角即样品上倾斜角(ωi)通过式(2)而求出。
【数2】
ΔZ f = C S × ω i 2 - - - ( 2 )
接着，控制装置50使用后述的式(5)，计算焦点调整线圈14的励磁电流(If)(步骤S18)。
这里，焦点调整线圈14的励磁调整量(ΔExf)使用焦点面变化量(ΔZf)，通过式(3)给出。另外，省略式(3)中包含的函数式G(ΔZf)的详细说明。
【数3】
ΔExf＝G(ΔZf) (3)
此外，焦点调整线圈14的励磁调整量(ΔExf)使用焦点调整线圈14的励磁电流(If)、匝数(Nf)、加速电压(V1)由下面的式(4)给出。
【数4】
Δ E xf = N f · I f V 1 - - - ( 4 )
由此，焦点调整线圈14的励磁电流(If)基于式(3)以及式(4)，由下面的式(5)表示。
【数5】
I f = ΔE xf · V 1 N f = G ( ΔZ f ) · V 1 N f - - - ( 5 )
另外，这里，基于式(5)来计算焦点调整线圈励磁电流(If)，但是也可以通过参照对加速电压(V1)和焦点面变化量(ΔZf)预先设定的控制表，来求取焦点调整线圈励磁电流(If)。
接着，控制装置50在倾斜观察时，向焦点调整线圈14提供使用式(5)计算出的焦点调整线圈14的励磁电流(If)(步骤S19)。
通过以上，倾斜观察时的焦点调整由计算机30自动进行。其中，该焦点调整由于自动进行，所以不一定限于对用户来说很满意的调整，在该条件下获取到的倾斜观察图像，被用作用户之后进行的倾斜观察图像的焦点调整的初始观察图像。
图9是表示使用本发明的实施方式涉及的扫描电子显微镜100，实际获取到的左倾斜观察图像311a、右倾斜观察图像311b、无倾斜观察图像311c、以及3D观察图像311d的例子的图。
如以上，根据本实施方式，用户或者控制装置50通过执行图6以及图8所示的无倾斜观察图像以及倾斜观察图像的焦点调整流程，能够在所有焦点对焦的状态下大致同时获取图9所示的左倾斜观察图像311a、右倾斜观察图像311b、无倾斜观察图像311c、以及3D观察图像311d，并大致同时显示。
另外，这些成为可能正是由于，在控制装置50切换无倾斜观察模式和倾斜观察模式时，不改变物镜13的励磁电流，仅仅改变焦点调整线圈14的励磁电流，便能立即进行两者间的焦点调整。即，物镜13由于包含铁心，所以因该磁滞现象使得焦点调整的应答时间变慢，但是由于焦点调整线圈14不包含铁心，因此焦点调整的应答时间快。因此，在本实施方式中，在无倾斜观察模式和倾斜观察模式之间，能够几乎瞬时地切换该焦点距离，所以能够按扫描线的每1行来切换无倾斜观察模式和倾斜观察模式。
(实施方式的第1变形例)
在本发明的实施方式中，如图5A、5B所示，每次扫描1行扫描线时进行L→T→R的观察模式的切换，但是也可以不是在每次扫描1行扫描线进行切换，而是在每次获取1帧(例如，1个画面512根扫描线)的观察图像时进行L→T→R的观察模式的切换。在该情况下，不必3次扫描1根扫描线。
(实施方式的第2变形例)
图10是表示本发明的实施方式的第2变形例中倾斜观察时的焦点调整部件的要部构成的例子的图。在本发明的实施方式和该第1变形例中，作为倾斜观察时的焦点调整部件，使用焦点调整线圈14，但是在该第2变形例中，取代焦点调整线圈14，如图10所示，将设置在物镜13的附近的静电透镜51、52用作焦点调整部件。
另外，在该情况下，L→T→R的观察模式的切换也可以考虑上述第1变形例，在每次扫描1行扫描线时进行，或者，按每1帧来进行。
(实施方式的第3变形例)
图11是表示本发明的实施方式的第3变形例中的倾斜观察时的焦点调整部件的要部构成的例子的图。在本发明的实施方式和该第1变形例中，作为倾斜观察时的焦点部件而使用的焦点调整线圈14被设置在物镜13的磁极附近，但是不限定为磁极附近，如图11所示，也可以设置在物镜14的下面附近。此外，考虑第2变形例，也可以取代焦点调整线圈14，将静电透镜(51、52)设置在物镜14的下面附近。
(实施方式的第4变形例)
图12是表示本发明的实施方式的第4变形例中的倾斜观察时的焦点调整部件的要部构成的例子的图。在本发明的实施方式和该第1变形例中，作为倾斜观察时的焦点部件而使用的焦点调整线圈14被设置在物镜13的磁极附近，但是不限定为磁极附近，也可以如图12所示，设置在比物镜14更靠近电子枪1侧。此外，考虑第2变形例，也可以取代焦点调整线圈14，将静电透镜(51、52)设置在比物镜14更靠近电子枪1侧。
上述记载针对实施例进行了说明，但是本发明不限于此，本领域技术人员应当知晓在本发明的精神和附加的权利要求书的范围内能够进行各种变更以及修正。
符号说明：
1 电子枪(带电粒子源)
2 阴极
3 阳极
4 一次电子线(带电粒子线)
5 第一会聚透镜
6 第二会聚透镜
7 调节板
8 像散校正线圈
9，10 扫描线圈(带电粒子线扫描控制部件)
11，12 倾斜线圈(照射轴倾斜部件)
13 物镜
14 焦点调整线圈(焦点位置调整部件)
15 样品
16 样品台
17 二次电子检测器(带电粒子检测器)
18 反射电子检测器(带电粒子检测器)
19 信号放大器
20 高压电源控制电路
21 第一会聚透镜控制电路
22 第二会聚透镜控制电路
23 像散校正线圈控制电路
24 扫描线圈控制电路
25 倾斜线圈控制电路
26 物镜控制电路
27 焦点调整线圈控制电路
28 信号输入电路
29 样品台控制电路
30 计算机
31 显示装置
32 图像存储器
33 输入装置
40 透镜系统
50 控制装置
51 静电透镜
100 扫描电子显微镜(带电粒子线装置)
241 扫描线圈控制信号(水平偏转信号)
242 扫描线圈控制信号(垂直偏转信号)
250 观察模式
251 倾斜线圈控制信号
310 观察图像显示画面
311 观察图像显示区域
311a 左倾斜观察图像
311b 右倾斜观察图像
311c 无倾斜观察图像
311d 3D观察图像
312 调整用GUI区域
3121 观察图像调整流程
3122 用户辅助区域
3123 输入框
3124 单选按钮
3125 滑动条

Claims (8)

1.一种带电粒子线装置，其特征在于，具备：
带电粒子源；
多个电子透镜，其使从上述带电粒子源射出的一次带电粒子线会聚；
带电粒子线扫描控制部件，其对上述一次带电粒子线进行偏转控制，使得在会聚后的上述一次带电粒子线照射至样品的表面时，该一次带电粒子线的照射点对上述样品的表面上进行二维扫描；
照射轴倾斜部件，其使上述一次带电粒子线照射至上述样品时的上述一次带电粒子线的照射轴倾斜；
焦点位置调整部件，其将通过上述照射轴倾斜部件使上述一次带电粒子线的照射轴倾斜的情况下的焦点位置、和未使上述一次带电粒子线的照射轴倾斜的情况下的焦点位置调整为相同的位置；
带电粒子检测器，其在上述一次带电粒子线照射至上述样品时，检测从上述样品射出的带电粒子；和
控制装置，其基于由上述带电粒子检测器检测到的信号，生成上述样品的表面的观察图像，
上述控制装置，
在每次经由上述带电粒子线扫描控制部件使上述一次带电粒子线对上述样品的表面进行1行份的扫描线的扫描时，经由上述照射轴倾斜部件使上述一次带电粒子线的照射轴左倾斜、无倾斜、或者右倾斜，并且在变更了上述照射轴时，经由上述焦点位置调整部件按照上述照射轴的倾斜状态来调整上述一次带电粒子线的焦点位置，获取上述1行份的扫描线的上述样品的表面的左倾斜观察图像、无倾斜观察图像、或者右倾斜观察图像，将到此时为止获取到的与扫描线相关的上述左倾斜观察图像、上述无倾斜观察图像、和上述右倾斜观察图像同时显示在相同的显示装置中。
2.根据权利要求1所述的带电粒子线装置，其特征在于，
上述控制装置，
经由上述一次带电粒子线扫描控制部件控制使得对上述样品的表面的相同的1行扫描线进行3次扫描，在该3次扫描的每一次扫描中，依次使上述一次带电粒子线的照射轴左倾斜、无倾斜、或者右倾斜。
3.根据权利要求1所述的带电粒子线装置，其特征在于，
上述控制装置，进一步地，
根据上述左倾斜观察图像和上述右倾斜观察图像生成3D观察图像，将所生成的该3D观察图像、上述左倾斜观察图像、上述右倾斜观察图像、和上述无倾斜观察图像同时显示在相同的显示装置中。
4.根据权利要求1所述的带电粒子线装置，其特征在于，
上述焦点位置调整部件，由不具有磁性体的金属芯的线圈构成。
5.一种带电粒子线装置，其特征在于，具备：
带电粒子源；
多个电子透镜，其使从上述带电粒子源射出的一次带电粒子线会聚；
带电粒子线扫描控制部件，其对上述一次带电粒子线进行偏转控制，使得在会聚后的上述一次带电粒子线照射至样品的表面时，该一次带电粒子线的照射点对上述样品的表面上进行二维扫描；
照射轴倾斜部件，其使上述一次带电粒子线照射至上述样品时的上述一次带电粒子线的照射轴倾斜；
焦点位置调整部件，其将通过上述照射轴倾斜部件使上述一次带电粒子线的照射轴倾斜的情况下的焦点位置、和未使上述一次带电粒子线的照射轴倾斜的情况下的焦点位置调整为相同的位置；
带电粒子检测器，其在上述一次带电粒子线照射至上述样品时，检测从上述样品射出的带电粒子；和
控制装置，其基于由上述带电粒子检测器检测到的信号，生成上述样品的表面的观察图像，
上述控制装置，进一步地，
在每次经由上述带电粒子线扫描控制部件使上述一次带电粒子线对上述样品的表面进行1帧份的扫描线的扫描时，经由上述照射轴倾斜部件使上述一次带电粒子线的照射轴左倾斜、无倾斜、或者右倾斜，并且在变更了上述照射轴时，经由上述焦点位置调整部件按照上述照射轴的倾斜状态来调整上述一次带电粒子线的焦点位置，获取上述1帧份的扫描线的上述样品的表面的左倾斜观察图像、无倾斜观察图像、或者右倾斜观察图像，将到此时为止获取到的与帧相关的上述左倾斜观察图像、上述无倾斜观察图像、和上述右倾斜观察图像同时显示在相同的显示装置中。
6.一种带电粒子线装置中的倾斜观察图像显示方法，该带电粒子线装置具备：
带电粒子源；
多个电子透镜，其使从上述带电粒子源射出的一次带电粒子线会聚；
带电粒子线扫描控制部件，其对上述一次带电粒子线进行偏转控制，使得在会聚后的上述一次带电粒子线照射至样品的表面时，该一次带电粒子线的照射点对上述样品的表面上进行二维扫描；
照射轴倾斜部件，其使上述一次带电粒子线照射至上述样品时的上述一次带电粒子线的照射轴倾斜；
焦点位置调整部件，其将通过上述照射轴倾斜部件使上述一次带电粒子线的照射轴倾斜的情况下的焦点位置、和未使上述一次带电粒子线的照射轴倾斜的情况下的焦点位置调整为相同的位置；
带电粒子检测器，其在上述一次带电粒子线照射至上述样品时，检测从上述样品射出的带电粒子；和
控制装置，其基于由上述带电粒子检测器检测到的信号，生成上述样品的表面的观察图像，
该倾斜观察图像显示方法的特征在于，
上述控制装置，
在每次经由上述带电粒子线扫描控制部件使上述一次带电粒子线对上述样品的表面进行1行份的扫描线的扫描时，经由上述照射轴倾斜部件使上述一次带电粒子线的照射轴左倾斜、无倾斜、或者右倾斜，并且在变更了上述照射轴时，经由上述焦点位置调整部件按照上述照射轴的倾斜状态来调整上述一次带电粒子线的焦点位置，获取上述1行份的扫描线的上述样品的表面的左倾斜观察图像、无倾斜观察图像、或者右倾斜观察图像，将到此时为止获取到的与扫描线相关的上述左倾斜观察图像、上述无倾斜观察图像、和上述右倾斜观察图像同时显示在相同的显示装置中。
7.根据权利要求6所述的倾斜观察图像显示方法，其特征在于，
上述控制装置，进一步地，
根据上述左倾斜观察图像和上述右倾斜观察图像生成3D观察图像，将生成的该3D观察图像与上述左倾斜观察图像、上述右倾斜观察图像、和上述无倾斜观察图像一起同时显示在相同的显示装置中。
8.一种带电粒子线装置中的倾斜观察图像显示方法，该带电粒子线装置具备：
带电粒子源；
多个电子透镜，其使从上述带电粒子源射出的一次带电粒子线会聚；
带电粒子线扫描控制部件，其对上述一次带电粒子线进行偏转控制，使得在会聚后的上述一次带电粒子线照射至样品的表面时，该一次带电粒子线的照射点对上述样品的表面上进行二维扫描；
照射轴倾斜部件，其使上述一次带电粒子线照射至上述样品时的上述一次带电粒子线的照射轴倾斜；
焦点位置调整部件，其将通过上述照射轴倾斜部件使上述一次带电粒子线的照射轴倾斜的情况下的焦点位置、和未使上述一次带电粒子线的照射轴倾斜的情况下的焦点位置调整为相同的位置；
带电粒子检测器，其在上述一次带电粒子线照射至上述样品时，检测从上述样品射出的带电粒子；和
控制装置，其基于由上述带电粒子检测器检测到的信号，生成上述样品的表面的观察图像，
该倾斜观察图像显示方法的特征在于，
上述控制装置，进一步地，
在每次经由上述带电粒子线扫描控制部件使上述一次带电粒子线对上述样品的表面进行1帧份的扫描线的扫描时，经由上述照射轴倾斜部件使上述一次带电粒子线的照射轴左倾斜、无倾斜、或者右倾斜，并且在变更了上述照射轴时，经由上述焦点位置调整部件按照上述照射轴的倾斜状态来调整上述一次带电粒子线的焦点位置，获取上述1帧份的扫描线的上述样品的表面的左倾斜观察图像、无倾斜观察图像、或者右倾斜观察图像，将到此时为止获取到的与帧相关的上述左倾斜观察图像、上述无倾斜观察图像、和上述右倾斜观察图像同时显示在相同的显示装置中。
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