JP2000251823A - 走査型荷電粒子ビーム装置における試料傾斜観察方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 試料傾斜時の観察位置のずれをなくして、画
像観察を行うことができる走査型荷電粒子ビーム装置に
おける試料傾斜観察方法を実現する。 【解決手段】 試料交換後オートフォーカス機能により
試料の高さ位置が求められ、この求められた高さ位置と
真のユーセントリックの高さ位置との差が求められる。
この差に基づいてＣＰＵ１６は、あらかじめ記憶してお
いた式や補正テーブルなどにより換算処理を行い、試料
の傾斜角に対するＸ方向の画像の移動量を算出する。得
られたＸ方向の移動量は、ＣＰＵ１６によりイメージシ
フト駆動回路１８を介してイメージシフトコイル１７に
供給される。イメージシフトコイル１７は電子ビームＥ
Ｂを偏向し、傾斜によってずれた量だけ観察視野を移動
させる。この結果、試料が基準高さ位置にセットされて
いない場合でも試料の傾斜による観察視野の移動は補正
され、観察者は視野移動のない画面を観察することがで
きる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、走査電子顕微鏡等
の走査型荷電粒子ビーム装置に関し、特に、試料を傾斜
させて像観察する際に用いて好適な走査型荷電粒子ビー
ム装置における試料傾斜観察方法に関する。

【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】このような走査電子顕微鏡を用いて試料の
像観察を行う際、試料の断面を観察する場合などでは、
試料を傾斜させて観察を行っている。試料傾斜を行い画
像観察する場合、ステージ系にユーセントリック機能を
備えることが必要である。すなわち、各構成要素の機械
的な配置により、試料を傾斜させる際、傾斜前と傾斜後
で視野が移動しないようにすることが必要である。

【０００４】ユーセントリック動作を行う場合、ステー
ジの傾斜軸に目視によって試料表面の高さを合わせる
か、あるいは、治具等を用いて高さ合わせを行うように
している。ステージの傾斜軸に試料表面の高さが一致す
ることができた場合、図１に示すように、試料を傾斜さ
せると観察画面上を中心として試料の傾斜が行われる。
図１において、傾斜前の試料１が傾斜によって１´の位
置となる。Ｏは光軸であり、試料１表面と光軸Ｏとが交
差した位置Ｐ（傾斜軸）を中心として試料が角度θ傾斜
させられる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、試料表
面の高さを傾斜軸Ｐに一致させることを目視で行うこと
は困難であり、傾斜軸と試料表面高さが一致しないケー
スが多い。図２は傾斜軸と試料表面高さが一致せず、傾
斜軸Ｐと試料１の表面高さＬだけずれがある場合を示し
ており、水平方向に配置された試料１を角度θ傾斜させ
ると、１´の状態となる。この結果、水平位置での観察
位置Ｓは、Ｘ方向にｘ，Ｚ方向（高さ方向）にｚだけず
れたＳ´に移動し、光軸Ｏからずれることから、視野の
移動が発生してしまう。

【０００６】更に、目視や治具によって試料表面を傾斜
軸に合わせることができたとしても、ステージに試料ホ
ルダを取り付けた時の機械的な公差により、高さ誤差が
発生したり、ステージの傾斜軸と光軸とのＸ−Ｙ方向の
位置のずれにより、試料の傾斜による視野のずれが発生
する。

【０００７】図３はＸ方向の位置ずれによる試料傾斜時
の視野のずれを説明するための図であり、試料ステージ
に試料ホルダをセットした時、電子ビームの光軸Ｏと傾
斜軸Ｐの傾斜軸中心Ｐ´とが距離Ｌだけずれている場合
を示している。この場合、水平方向に位置されている試
料１の観察位置はＳであるが、この観察位置は、傾斜に
よって試料が１´の位置になると、Ｘ方向にｘ、Ｚ方向
（高さ方向）にｚだけずれたＳ´の位置に移動する。

【０００８】このように、試料の表面と傾斜軸の高さが
ずれていたり、傾斜軸中心と光軸とがずれていると、観
察画面上では、試料傾斜と共に観察したい位置がずれて
いってしまう。特に、高倍率における像観察では、観察
画面上から観察した試料像が外れてしまう現象が生じ
る。この現象が生じると、試料のＸ，Ｙの位置を補正
し、そして傾斜をやり直さねばならず、極めて作業が煩
雑となる。

【０００９】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、試料傾斜時の観察位置のずれをな
くして、画像観察を行うことができる走査型荷電粒子ビ
ーム装置における試料傾斜観察方法を実現するにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】第１の発明に基づく走査
型荷電粒子ビーム装置における試料傾斜観察方法は、Ｘ
−Ｙ移動、傾斜ができるステージ上の試料に荷電粒子ビ
ームを照射すると共に、試料上で荷電粒子ビームを２次
元的に走査し、試料への荷電粒子ビームの照射によって
得られた信号に基づき試料の走査像を表示するように構
成された走査型荷電粒子ビーム装置において、試料の傾
斜観察を行う際にオートフォーカス機能により試料の高
さ位置を求め、ステージ傾斜による試料の傾斜角とこの
高さ位置に基づいて観察位置のずれ量を求め、試料傾斜
後の電子ビームと試料との相対的な関係を補正するよう
にしたことを特徴としている。

【００１１】第１の発明では、試料傾斜後に、あらかじ
めオートフォーカス機能で求めた試料の高さ位置と、ス
テージ傾斜による試料の傾斜角とに基づいて観察位置の
ずれ量を求め、試料傾斜後の電子ビームと試料との相対
的な関係を補正して、傾斜後でも観察位置のずれを防止
する。

【００１２】第２の発明に基づく走査型荷電粒子ビーム
装置における試料傾斜観察方法は、請求項１の発明にお
いて、試料傾斜後の電子ビームと試料との相対的な関係
の補正として、Ｘ方向の位置を補正する。

【００１３】第３の発明に基づく走査型荷電粒子ビーム
装置における試料傾斜観察方法は、請求項２の発明にお
いて、試料傾斜後の電子ビームと試料との相対的な関係
の補正が、Ｘ方向の位置について行われ、このＸ方向の
位置をイメージシフトにより補正する。

【００１４】第４の発明に基づく走査型荷電粒子ビーム
装置における試料傾斜観察方法は、請求項２の発明にお
いて、試料傾斜後の電子ビームと試料との相対的な関係
補正が、Ｘ方向の位置について行われ、このＸ方向の位
置を機械的な試料の移動により補正する。

【００１５】第５の発明に基づく走査型荷電粒子ビーム
装置における試料傾斜観察方法は、請求項１の発明にお
いて、試料傾斜後の電子ビームと試料との相対的な関係
の補正として、試料の高さ方向の位置を補正する。

【００１６】第６の発明に基づく走査型荷電粒子ビーム
装置における試料傾斜観察方法は、請求項５の発明にお
いて、試料傾斜後の電子ビームと試料との相対的な関係
の補正が、試料の高さ方向の位置について行われ、この
高さ方向の位置に基づくフォーカスのずれを電気的に補
正する。

【００１７】第７の発明に基づく走査型荷電粒子ビーム
装置における試料傾斜観察方法は、請求項５の発明にお
いて、試料傾斜後の電子ビームと試料との相対的な関係
の補正が、試料の高さ方向の位置について行われ、この
高さ方向の位置を機械的な試料の移動により補正する。

【００１８】第８の発明に基づく走査型荷電粒子ビーム
装置における試料傾斜観察方法は、Ｘ−Ｙ移動、傾斜が
できるステージ上の試料に荷電粒子ビームを照射すると
共に、試料上で荷電粒子ビームを２次元的に走査し、試
料への荷電粒子ビームの照射によって得られた信号に基
づき試料の走査像を表示するように構成された走査型荷
電粒子ビーム装置において、試料の傾斜観察を行う際に
オートフォーカス機能により試料の高さ位置を求め、傾
斜角とこの高さ位置に基づいて観察位置のずれ量を求
め、試料傾斜後の電子ビームと試料との相対的な関係を
補正すると共に、光軸と傾斜軸中心とのずれ量に基づき
試料傾斜後の電子ビームと試料との相対的な関係を補正
するようにしたことを特徴としている。

【００１９】第８の発明では、試料傾斜後に、あらかじ
めオートフォーカス機能で求めた試料の高さ位置と、ス
テージ傾斜による試料の傾斜角とに基づいて観察位置の
ずれ量を求め、試料傾斜後の電子ビームと試料との相対
的な関係を補正すると共に、光軸と傾斜軸中心とのずれ
量に基づき試料傾斜後の電子ビームと試料との相対的な
関係を補正して、傾斜後でも観察位置のずれを防止す
る。

【００２０】

【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４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、図示していない電子
銃から発生し加速された電子ビームは、図示していない
コンデンサレンズと対物レンズ１０によって試料１１上
に細く集束される。電子ビームは更に走査コイル（図示
せず）によって試料１１の所望領域で２次元的に走査さ
れる。

【００２１】電子ビームの試料１１への照射によって発
生した２次電子は、２次電子検出器１２によって検出さ
れ、検出信号は増幅器１３を介して電子ビームの走査と
同期した陰極線管１４に供給される。この結果、陰極線
管１４には試料の走査像が表示される。増幅器１３から
の検出信号はＤＡ変換器１５にも供給されており、ＤＡ
変換器１５によってディジタル信号に変換された信号
は、ＣＰＵ１６に供給される。

【００２２】電子ビームＥＢの光軸に沿ってイメージシ
フトコイル１７が配置されているが、このイメージシフ
トコイル１７へのイメージシフト信号は、ＣＰＵ１６か
ら駆動回路１８を介して供給される。対物レンズ１０は
ＣＰＵ１６によって制御されるフォーカス制御回路１９
によって制御される。また、試料１１はステージ２０上
に配置されており、ステージ２０は、モータ駆動回路２
１によってＸ−Ｙ水平移動、傾斜、回転がなされるよう
に構成されている。なお、ＣＰＵ１６には、メモリー２
２が接続されており、このメモリー２２には、各種の補
正情報等が格納されている。このような構成の動作を次
に説明する。

【００２３】走査電子顕微鏡像を観察する場合、電子ビ
ームが対物レンズ１０によって試料１１上に細く集束さ
れ、更に、電子ビームＥＢは２次元的に走査される。試
料１１への電子ビームの照射によって発生した２次電子
は、２次電子検出器１２によって検出される。検出信号
は、増幅器１３を介して電子ビームの走査に同期した陰
極線管１４に輝度変調信号として供給されることから、
陰極線管１４には試料の走査２次電子像が表示される。

【００２４】次に試料の傾斜観察について説明する。試
料１１を試料ステージ２０にセットした際の傾斜軸中心
Ｐ´と光軸Ｏとがずれている場合（機械的ユーセントリ
ック位置の誤差）、図３で説明したように、高さ方向
（Ｚ方向）でｚ、傾斜ずれ方向（Ｘ方向）でｘだけ観察
位置のずれが発生する。これは固定のパラメータである
ため、あらかじめ各傾斜角に対する補正値ｚ，ｘの値を
求めメモリー２２に記憶させておく。この図３の場合、
光軸Ｏと傾斜軸中心Ｐ´との間のずれ量はＬであるた
め、補正値ｚ，ｘは次の通りとなる。

【００２５】ｚ＝Ｌ・ｓｉｎθ ｘ＝Ｌ−Ｌ・ｃｏｓθ この結果、試料１１を傾斜させた際には、傾斜角θに応
じて補正値ｚ，ｘをメモリー２２から読み出す。補正値
ｚに関しては、ＣＰＵ１６は対物レンズ１０のフォーカ
ス制御回路１９を制御し、この補正値ｚに応じて電子ビ
ームのフォーカスを調整し、傾斜によってＺ方向のずれ
が生じてもフォーカスが合うようにされる。

【００２６】一方、Ｘ方向の補正値ｘについては、ＣＰ
Ｕ１６はイメージシフト駆動回路１８を介してイメージ
シフトコイル１７に補正値ｘに応じた信号を供給する。
イメシーシフトコイル１７は、電子ビームＥＢを偏向
し、傾斜によってずれた量だけ観察視野を移動させる。
この結果、機械的ユーセントリック位置がずれていて
も、試料の傾斜により観察視野は移動せず、また、フォ
ーカスがずれることもなくなる。

【００２７】次に、試料１１が傾斜軸の高さとずれてス
テージ２０にセットされた場合、図２で説明したよう
に、Ｘ方向にｘ、Ｚ方向（高さ方向）にｚにずれが発生
し、そのずれの補正動作について説明する。まず最初
に、試料交換後オートフォーカス機能により試料の高さ
位置を求める。このため、ＣＰＵ１６はフォーカス制御
回路１９を制御してステップ状に電子ビームのフォーカ
スを変化させ、各ステップごとに電子ビームの試料上の
２次元走査を行う。

【００２８】この２次元走査によって発生した２次電子
は、検出器１２によって検出され、検出信号は増幅器１
３、ＤＡ変換器１５を介してＣＰＵ１６に供給される。
ＣＰＵ１６は、各ステップ状のフォーカス位置ごとに検
出された信号を積算し、最大の積算値が得られたときの
フォーカス位置を求める。このフォーカス位置の値か
ら、試料表面の高さ方向の位置が求められ、例えば、図
２の場合、この測定された高さ位置（試料の表面Ｓ）と
真のユーセントリックの高さ位置（傾斜軸Ｐ）との差Ｌ
が求められる。

【００２９】この求められた差Ｌに基づいてＣＰＵ１６
は、あらかじめ傾斜角に対する補正値ｚ，ｘの値を求め
メモリー２２に記憶しておく。この補正値Ｚ、Ｘは次式
の通りとなる。

【００３０】ｚ＝Ｌ−Ｌ・ｃｏｓθ ｘ＝−Ｌ・ｓｉｎθ そして、図３の場合と同様に、試料１１を傾斜させた際
には、傾斜角θに応じて補正値ｚ，ｘをメモリー２２か
ら読み出す。補正値ｚに関しては、ＣＰＵ１６は対物レ
ンズ１０のフォーカス制御回路１９を制御し、この補正
値ｚに応じて電子ビームのフォーカスを調整し、傾斜に
よってＺ方向のずれが生じてもフォーカスが合うように
される。

【００３１】補正値ｘについては、ＣＰＵ１６はイメー
ジシフト駆動回路１８を介してイメージシフトコイル１
７に補正値ｘに応じた信号を供給する。イメージシフト
コイル１７は、電子ビームＥＢを偏向し、傾斜によって
ずれた量だけ観察視野を移動させる。

【００３２】この結果、試料が基準高さ位置にセットさ
れていない場合でも試料の傾斜による観察視野の移動は
補正され、観察者は視野移動のない画面を観察すること
ができる。

【００３３】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、走査電子顕微
鏡について説明したが、イオンビームを走査する装置に
も本発明を適用することができる。また、ユーセントリ
ックの補正をイメージシフトによる像移動とフォーカス
調整で行ったが、Ｘ方向のずれ量とＺ方向のずれ量をモ
ータ駆動回路２１に供給し、ステージ２０のＸ方向とＺ
方向の機械的な移動によってずれ量の補正を行うように
しても良い。この場合、メモリー２２にずれ量のしきい
値を記憶させておき、ＣＰＵ１６はこのしきい値に基づ
き、機械的な補正か電気的な補正かを選択できるように
することは有効である。

【００３４】更に、上記では、Ｘ方向とＺ方向の補正動
作について説明したが、Ｙ方向の傾斜軸に機械的な公差
によってユーセントリック位置の誤差が生じる場合に
は、この誤差の補正をＸ方向の補正動作と同様にして行
うことができる。更にまた、倍率や観察画像の焦点深度
によって補正が必要とする精度が異なる。このため、倍
率や観察画像の焦点深度によって、機械的なモータ駆動
による補正か、電気的なイメージシフトによる補正かを
切り換えるように構成しても良い。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように、第１から第７の発
明では、試料傾斜後に、あらかじめオートフォーカス機
能で求めた試料の高さ位置と、ステージ傾斜による試料
の傾斜角とに基づいて観察位置のずれ量を求め、試料傾
斜後の電子ビームと試料との相対的な関係を補正するよ
うにしたので、傾斜後でも観察位置のずれを防止するこ
とができる。

【００３６】第８の発明では、試料傾斜後に、あらかじ
めオートフォーカス機能で求めた試料の高さ位置と、ス
テージ傾斜による試料の傾斜角とに基づいて観察位置の
ずれ量を求め、試料傾斜後の電子ビームと試料との相対
的な関係を補正すると共に、光軸と傾斜軸中心とのずれ
量に基づき試料傾斜後の電子ビームと試料との相対的な
関係を補正するようにしたので、傾斜後でも観察位置の
ずれを防止する。

【図面の簡単な説明】

【図１】試料がユーセントリックの位置にあるときの試
料の傾斜を示す図である。

【図２】試料が基準高さからずれてセットされたときの
試料の傾斜を示す図である。

【図３】光軸と試料の傾斜軸中心とがずれているときの
試料の傾斜を示す図である。

【図４】本発明に基づく方法を実施するための走査電子
顕微鏡の一例を示す図である。

【符号の説明】

１０ 対物レンズ １１ 試料 １２ ２次電子検出器 １３ 増幅器 １４ 陰極線管 １５ ＤＡ変換器 １６ ＣＰＵ １７ イメージシフトコイル １８ 駆動回路 １９ フォーカス制御回路 ２０ ステージ ２１ モータ駆動回路 ２２ メモリー

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｘ−Ｙ移動、傾斜ができるステージ上の
   試料に荷電粒子ビームを照射すると共に、試料上で荷電
   粒子ビームを２次元的に走査し、試料への荷電粒子ビー
   ムの照射によって得られた信号に基づき試料の走査像を
   表示するように構成された走査型荷電粒子ビーム装置に
   おいて、試料の傾斜観察を行う際にオートフォーカス機
   能により試料の高さ位置を求め、ステージ傾斜による試
   料の傾斜角とこの高さ位置に基づいて観察位置のずれ量
   を求め、試料傾斜後の電子ビームと試料との相対的な関
   係を補正するようにした荷電粒子ビーム装置における試
   料傾斜観察方法。
2. 【請求項２】 試料傾斜の方向がＸ方向であり、試料傾
   斜後の電子ビームと試料との相対的な関係の補正は、Ｘ
   方向について行われる請求項１記載の荷電粒子ビーム装
   置における試料傾斜観察方法。
3. 【請求項３】 試料傾斜後の電子ビームと試料との相対
   的な関係の補正が、Ｘ方向について行われ、このＸ方向
   の位置はイメージシフトにより補正される請求項２記載
   の荷電粒子ビーム装置における試料傾斜観察方法。
4. 【請求項４】 試料傾斜後の電子ビームと試料との相対
   的な関係の補正が、Ｘ方向について行われ、このＸ方向
   の位置は機械的な試料の移動により補正される請求項２
   記載の荷電粒子ビーム装置における試料傾斜観察方法。
5. 【請求項５】 試料傾斜後の電子ビームと試料との相対
   的な関係の補正は、試料の高さ方向の位置について行わ
   れる請求項１記載の荷電粒子ビーム装置における試料傾
   斜観察方法。
6. 【請求項６】 試料傾斜後の電子ビームと試料との相対
   的な関係の補正が、試料の高さ方向の位置について行わ
   れ、この高さ方向の位置に基づくフォーカスのずれが電
   気的に補正される請求項５記載の荷電粒子ビーム装置に
   おける試料傾斜観察方法。
7. 【請求項７】 試料傾斜後の電子ビームと試料との相対
   的な関係の補正が、試料の高さ方向の位置について行わ
   れ、この高さ方向の位置は機械的な試料の移動により補
   正される請求項５記載の荷電粒子ビーム装置における試
   料傾斜観察方法。
8. 【請求項８】 Ｘ−Ｙ移動、傾斜ができるステージ上の
   試料に荷電粒子ビームを照射すると共に、試料上で荷電
   粒子ビームを２次元的に走査し、試料への荷電粒子ビー
   ムの照射によって得られた信号に基づき試料の走査像を
   表示するように構成された走査型荷電粒子ビーム装置に
   おいて、試料の傾斜観察を行う際にオートフォーカス機
   能により試料の高さ位置を求め、傾斜角とこの高さ位置
   に基づいて観察位置のずれ量を求め、試料傾斜後の電子
   ビームと試料との相対的な関係を補正すると共に、光軸
   と傾斜軸中心とのずれ量に基づき試料傾斜後の電子ビー
   ムと試料との相対的な関係を補正するようにした荷電粒
   子ビーム装置における試料傾斜観察方法。