JP2001202914A - 集束イオンビーム装置による二次荷電粒子像の観察方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 集束イオンビーム装置において、イオンビー
ム照射による二次荷電粒子の発生効率の相違によって生
じる、試料の明るい領域と暗い領域を同時に観察できる
ようにする。 【解決手段】 二次荷電粒子検出器の後段の増幅器12の
利得設定を明るい領域と暗い領域で変えて、得られた信
号間で演算を行い、信号を画像表示装置13の入力信号と
して最適化する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は集束イオンビームを
試料の所定領域を走査させながら照射することにより、
試料表面の所定領域を加工する、または／及び、集束イ
オンビーム照射により発生する二次荷電粒子を検出する
ことにより試料表面を観察する集束イオンビーム装置に
関する。

【０００２】特に、二次荷電粒子像の観察方法に関す
る。

【０００３】

【従来の技術】図１に基づいて、二次荷電粒子検出器の
出力信号に対する信号処理について説明する。

【０００４】図１（ａ）に示すように、二次荷電粒子は
検出器で検出される。検出器の出力信号Ｘの範囲は試料
の表面状態によって決まるが、画像表示装置の入力信号
範囲と一致するとは必ずしもいえない。そこで、増幅器
で式（１）に示す演算処理を施し、検出信号が画像表示
装置において最適に表示されるようにする。

【０００５】Ｙ＝Ａ×Ｘ＋Ｂ ・・・ （１） ここで Ｘ：検出器出力 Ａ：増幅器利得 Ｂ：増幅器オフセット Ｙ：画像表示装置入力信号 このとき、図１（ｂ）に示すように、検出器の出力信号
のダイナミックレンジ（最大信号／最小信号）が、画像
表示装置の入力信号のダイナミックレンジより狭い場
合、式（１）に示す演算処理で信号の最適化を実現でき
る。

【０００６】ところが、試料の表面状態によっては、図
１（ｃ）に示すように、検出器の出力信号のダイナミッ
クレンジが、画像表示装置のダイナミックレンジより広
い場合がある。この様な場合、式（１）に示す演算処理
を施すと、検出器の出力信号の情報量を減らして出力す
る結果になる。

【０００７】一般に、この様な場合には、観察領域に明
るい領域（例えば露出した金属表面のように二次電子放
出係数の大きい物質からなる領域）と暗い領域（例えば
シリコン酸化膜のように二次電子放出係数の小さい物質
からなる領域）が混在する。そして、明るい領域を観察
できるように式（１）のＡ及びＢを調整すると、暗い領
域を観察することはできない。また、暗い領域を観察で
きるようにすると、明るい領域が明るく輝き過ぎるハレ
ーション現象を起こし、良好な観察を行うことができな
くなる。また前記Ａの値を小さく設定すると十分なコン
トラストが得られず、実用上使い物にならない。

【０００８】そこで従来は記憶装置のダイナミックレン
ジを画像表示装置のダイナミックレンジよりも広くして
いる。例として、画像表示装置を128階調、記憶装置を1
024階調とする。まずハレーション等で信号が飽和する
ことがないように増幅器の利得を調整して検出器信号を
記憶装置に記憶させる。その後、記憶した検出器信号を
画像表示装置上で画像処理を行い、暗くみえる信号レベ
ルの低い部分をより高いレベルに変換して、暗い領域も
画像表示装置上で観察しやすくしている。

【０００９】

【発明が解決しようとしている課題】集束イオンビーム
は一次荷電粒子がイオンであるため、明るい領域と暗い
領域の二次電子放出率の差が100倍程度で、一次荷電粒
子が電子ビームの場合と比べて検出器の出力信号のダイ
ナミックレンジが10倍程度広い。

【００１０】そのため前記のように記憶装置のダイナミ
ックレンジを広く持たせる必要があり、記憶装置の容量
が大きくなり高価なものとなる。また信号処理を行って
明るい領域と暗い領域の両方を観察可能に調整する操作
は煩雑であり、リアルタイムでの観察は出来ない。

【００１１】先行技術として、特開平07−073839号があ
るが、アナログの回路で構成されているために、信号の
遅れが生じるためにリアルタイムな画像表示ができな
い。また、速い信号は増幅されずに増幅器を通過してし
まうため、最適な観察ができない。

【００１２】そこで、本発明は、集束イオンビーム装置
において、イオンビーム照射による二次荷電粒子の発生
効率の相違によって生じる、試料の明るい領域と暗い領
域を安価な回路構成で、リアルタイムで同時に観察でき
るようにすることを課題とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に本発明では、図２のような構成とし、二次荷電粒子検
出器の後段にある増幅器の利得設定を明るい領域と暗い
領域で変えて、得られた信号間で演算を行い、得られた
信号を画像表示装置の入力信号として最適化するように
した。

【００１４】すなわち、イオンを発生するイオン源と、
前記イオンを集束イオンビームとする電子レンズ系と、
前記集束イオンビームを走査する偏向電極と、試料の表
面から放出される二次荷電粒子を検出する検出器と、検
出器の検出信号を増幅する増幅器と、増幅された検出器
信号をデジタル信号に変換する変換器と、二次元強度分
布を記憶する記憶装置と、二次元強度分布の演算をする
演算装置と、二次元強度分布の強度分布に基づいて試料
表面に形成されているパターンを表示する表示装置とを
有する集束イオンビーム装置により、前記集束イオンビ
ームを試料表面に走査照射して試料表面の第一の観察部
分が画像表示装置で観察可能となるように第一の増幅器
の利得を調整して第一の利得を決定する第一の工程と、
前記集束イオンビームを試料表面に走査照射して試料表
面の第二の観察部分が画像表示装置で観察可能となるよ
うに第二の増幅器の利得を調整して第二の利得を決定す
る第二の工程と、第一の工程で決定した第一の利得を第
一の増幅器に設定し、前記集束イオンビームを試料表面
に走査照射して試料表面から放出された二次荷電粒子の
検出信号を、増幅器で増幅し、得られた二次元強度分布
を記憶装置に記憶する第三の工程と、第二の工程で決定
した第二の利得を第二の増幅器に設定し、前記集束イオ
ンビームを試料表面に走査照射して試料表面から放出さ
れた二次荷電粒子の検出信号を、増幅器で増幅し、二次
元強度分布を得る第四の工程と、第三の工程で記憶装置
に記憶された二次元強度分布と、第四の工程で得た二次
元強度分布を演算し、その結果を画像表示装置に表示す
る第五の工程と、からなることを特徴とする前記集束イ
オンビーム装置による二次荷電粒子像の観察方法を提供
する。

【００１５】また、第一の工程および第二の工程で行う
利得の設定はその都度行う必要はなく、一度設定したも
のを試料交換後も継続して使用してもよい。

【００１６】また、図３のような構成とし、第一の工程
で記憶した利得を、分解能の高い変換器を使用して信号
を変換し、データ変換テーブルを使って信号のビット数
を減らして、得られた二次元強度分布を記憶装置に記憶
し、その結果を画像表示装置に表示することで、部品の
数も減り、記憶装置の容量も大きくする必要がない。

【００１７】

【実施例】図１(a)に基づいて、二次荷電粒子検出器の
出力信号に対する信号処理について説明する。イオンを
発生するイオン源と、前記イオンを集束イオンビームと
する電子レンズ系と、前記集束イオンビームを走査する
偏向電極により、イオンビームは試料の表面に集束し、
走査照射される。このとき試料の表面から二次荷電粒子
が放出され、検出器によりその検出強度が電気信号とな
って出力される。この電気信号は微弱なものであるた
め、増幅器により増幅される。増幅された信号は画像表
示装置に入力されイオンビームの走査信号と同期して二
次元像として表示される。この画像表示装置には画像を
記憶する記憶手段と、記憶された画像と入力された信号
を演算する演算装置が接続されている。

【００１８】図２を用いて増幅器から、画像表示装置ま
での構成例を説明する。第一、第二の増幅器の出力信号
は第一、第二のアナログ／デジタル変換器（Ａ／D）で
デジタル信号に変換され、少なくとも一走査画面分の記
憶容量をもつ記憶装置に入力される。記憶装置は演算装
置につながり、内容は画像表示装置にて表示される。

【００１９】以下の手順により、試料表面の二次電子像
を観察する。

【００２０】(1)集束イオンビームを試料表面に走査照
射して試料表面の第一の観察部分例えば金属のような明
るい領域が画像表示装置で観察可能となるように増幅器
の利得を調整してその利得Ｇ１を決定する。

【００２１】(2)集束イオンビームを試料表面に走査照
射して試料表面の第二の観察部分例えばシリコン酸化膜
が画像表示装置で観察可能となるように増幅器の利得を
調整してその利得Ｇ２を決定する。

【００２２】(3)増幅器の利得をＧ１に設定し、前記集
束イオンビームを試料表面に走査照射して試料表面から
放出された二次電子の検出信号を増幅器で増幅し、アナ
ログ／デジタル変換し、演算装置に入力される。この場
合は特に演算は行わず、演算装置入力信号をそのまま記
憶装置に記憶する。

【００２３】(4)増幅器の利得をＧ２に設定し、前記集
束イオンビームを試料表面に走査照射して試料表面から
放出された二次荷電粒子の検出信号を増幅器で増幅し、
アナログ／デジタル変換された信号と前記(3)で記憶装
置に記憶された二次元強度分布を演算し、その結果を画
像表示装置に表示する。

【００２４】また、前記(1)および(2)で行う利得の決定
はその都度行う必要はなく、一度決定した利得を試料交
換後も継続して使用してもよい。

【００２５】集束イオンビームの一画面走査毎に増幅器
の利得を第一の利得と第二の利得に交互に切り換えて、
信号を取り込み記憶されている信号と演算し、その結果
を記憶し表示してもよい。その際、演算を一画素毎に行
うようにすれば記憶装置の容量を節約できる。つまり一
画面分の記憶容量があれば実現でき、複数画面分の記憶
容量は必要ない。

【００２６】演算に関しては入力信号と記憶されている
信号を単純に平均化してもよい。

【００２７】また入力信号が飽和することが予測される
場合はアナログ／デジタル変換した信号（デジタル値）
に演算装置で+1をすることで信号レベルを下げることが
できる。例えばアナログ／デジタル変換した信号がFFと
なり、飽和した場合、+1することで00となる。そのよう
な工程を行うことで、飽和した入力信号分は無効にな
る。この場合は記憶されている信号との演算は加算とす
る。この場合の演算処理は式（２）で表される。

【００２８】 Ｙ＝（Ｇ１×Ｘ＋１）＋Ｇ２×Ｘ ・・・ （２） ここで Ｘ ：検出器出力 Ｇ１：明るい領域で調整した利得 Ｇ２：暗い領域で調整した利得 Ｙ ：画像表示装置入力信号 また繰り返し信号入力される場合は、「演算装置への入
力信号と記憶されている信号を演算し、結果を記憶し表
示する」という動作を繰り返し行う。

【００２９】本方法で検出器出力を増幅器で増幅した結
果が画像表示装置信号入力範囲内におさめる過程を、図
４を使って説明する。図４(a)では検出器出力の比較的
低い信号レベル（画像で暗く見える）部分を画像表示装
置で観察可能なように利得を決めている。図４(b)では
検出器出力の比較的高い信号レベル（画像で明るく見え
る）部分を画像表示装置で観察可能なように利得を決め
ている。両者とも画像表示装置への入力は入力信号範囲
内におさまっている。図４(a)および(b)の画像表示装置
入力信号を単純平均した結果は画像表示装置への入力信
号範囲内におさまっている。

【００３０】あるいは、アナログ／デジタル変換器をビ
ット数が多いものを使用し、その信号をデータ変換テー
ブルに入力する。データ変換テーブルには、信号レベル
の強度に応じて異なる利得が設定されており、既に求め
てある二次元強度分布で画像を表示することにより、検
出器出力の比較的低い信号レベル部分と、比較的高い信
号レベル部分の両方を画像表示装置で観察可能になる。
さらに、実際に表示された画像を観察して、データ変換
テーブルの利得を変更して、特定領域をより見やすくす
ることも可能である。また、アナログ／デジタル変換器
にてビット数を増やした分を、データ変換テーブルで信
号のビット数を減らすことで、記憶装置の容量の大きい
ものが必要になることもない。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、二次荷電粒子検出器の後段にある増幅器の利得設定
を明るい領域と暗い領域で変えて、得られた信号間で演
算を行い、信号を画像表示装置入力信号として最適化を
するようにしたことにより、従来、記憶装置の記憶容量
の少ない安価な装置構成で同時に観察することが困難で
あった、試料の明るい領域と暗い領域を、同時に観察で
きるようになり、また信号をデジタル処理することで、
リアルタイムに観察することが出来、また速い信号が増
幅されずに画像に表示されることも防ぐ。

【００３２】また、画像を取り込んだ後の信号処理の調
整などの煩雑な操作を必要とせず、観察部分が観察可能
な増幅器の利得を決定させる簡単な操作で済む。

【００３３】また、ビット数が多いアナログ／デジタル
変換器と、データ変換テーブルを組み合わせて使用する
ことにより、試料の明るい領域と暗い領域を同時に観察
でき、画像を観察しながら、特定領域の利得を変えて観
察をしやすくする効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】増幅器から画像表示装置までの構成例を説明す
る図。

【図２】二次荷電粒子検出器の出力信号に対する信号処
理を説明する図。

【図３】データ変換テーブルを用いた場合の信号処理を
説明する図。

【図４】本発明による検出器出力と画像表示装置入力信
号範囲を説明する図。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 勝美 千葉県千葉市美浜区中瀬１丁目８番地 セ イコーインスツルメンツ株式会社内 (72)発明者 中沢 勝則 千葉県千葉市美浜区中瀬１丁目８番地 セ イコーインスツルメンツ株式会社内

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 試料の表面から放出される二次荷電粒子
   を検出する検出器と、検出器の検出信号を増幅する増幅
   器と、増幅された検出器信号をデジタル信号に変換する
   変換器と、二次元強度分布を記憶する記憶装置と、二次
   元強度分布の演算をする演算装置と、二次元強度分布の
   強度分布に基づいて試料表面に形成されているパターン
   を表示する表示装置とを有する集束イオンビーム装置に
   より、 試料表面の明るい領域と暗い領域の２つの観察部分を、
   画像表示装置で同時に観察ができることを特徴とする集
   束イオンビーム装置による二次荷電粒子像の観察方法。
2. 【請求項２】 請求項１記載の集束イオンビーム装置に
   よる二次荷電粒子像の観察方法であって、 前記集束イオンビームを試料表面に走査照射して試料表
   面の第一の観察部分が画像表示装置で観察可能となるよ
   うに第一の増幅器の利得を調整して第一の利得を決定す
   る第一の工程と、 前記集束イオンビームを試料表面に走査照射して試料表
   面の第二の観察部分が画像表示装置で観察可能となるよ
   うに第二の増幅器の利得を調整して第二の利得を決定す
   る第二の工程と、 第一の工程で決定した第一の利得を第一の増幅器に設定
   し、前記集束イオンビームを試料表面に走査照射して試
   料表面から放出された二次荷電粒子の検出信号を、増幅
   器で増幅し、得られた二次元強度分布を記憶装置に記憶
   する第三の工程と、 第二の工程で決定した第二の利得を第二の増幅器に設定
   し、前記集束イオンビームを試料表面に走査照射して試
   料表面から放出された二次荷電粒子の検出信号を、増幅
   器で増幅し、二次元強度分布を得る第四の工程と、 第三の工程で記憶装置に記憶された二次元強度分布と、
   第四の工程で得た二次元強度分布を演算し、その結果を
   画像表示装置に表示する第五の工程と、からなることを
   特徴とする前記集束イオンビーム装置による二次荷電粒
   子像の観察方法。
3. 【請求項３】 請求項２記載の集束イオンビーム装置に
   よる二次荷電粒子像の観察方法であって、 試料の観察場所を変えないで前記第一の工程、第二の工
   程、第三の工程、第四の工程および第五の工程を行うこ
   とを特徴とする前記集束イオンビーム装置による二次荷
   電粒子像の観察方法。
4. 【請求項４】 請求項２記載の集束イオンビーム装置に
   よる二次荷電粒子像の観察方法であって、 前記第一の工程を行い、試料または試料の観察場所を変
   えた後に、前記第二の工程、第三の工程、第四の工程お
   よび第五の工程を行うことを特徴とする前記集束イオン
   ビーム装置による二次荷電粒子像の観察方法。
5. 【請求項５】 請求項２記載の集束イオンビーム装置に
   よる二次荷電粒子像の観察方法であって、 前記第一の工程および前記第二の工程を行い、試料また
   は試料の観察場所を変えた後に、前記第四の工程および
   第五の工程を行うことを特徴とする前記集束イオンビー
   ム装置による二次荷電粒子像の観察方法。
6. 【請求項６】 請求項１記載の集束イオンビーム装置に
   よる二次荷電粒子像の観察方法であって、 前記集束イオンビームを試料表面に走査照射して試料表
   面の第一の観察部分が画像表示装置で観察可能となるよ
   うに第一の増幅器の利得を調整して第一の利得を決定
   し、 前記集束イオンビームを試料表面に走査照射して試料表
   面の第二の観察部分が画像表示装置で観察可能となるよ
   うに第二の増幅器の利得を調整して第二の利得を決定し
   た後、 第一の利得を第一の増幅器に設定し、前記集束イオンビ
   ームを試料表面に走査照射して試料表面から放出された
   二次荷電粒子の検出信号を、第一の増幅器で増幅し、得
   られた二次元強度分布と記憶装置に記憶されている信号
   強度を演算してその結果を画像表示装置に表示すること
   を前期集束イオンビームの一画面走査分行う第一の工程
   と、第二の利得を増幅器に設定し、前記集束イオンビー
   ムを試料表面に走査照射して試料表面から放出された二
   次荷電粒子の検出信号を、第二の増幅器で増幅し、得ら
   れた二次元強度分布と記憶装置に記憶されている信号強
   度を演算してその結果を記憶装置に記憶し画像表示装置
   に表示することを前期集束イオンビームの一画面走査分
   行う第二の工程とからなり、 前記第一の工程と第二の工程を繰り返し行うことを特徴
   とする前記集束イオンビーム装置による二次荷電粒子像
   の観察方法。
7. 【請求項７】 請求項１から請求項６に記載の集束イオ
   ンビーム装置による二次荷電粒子像の観察方法であっ
   て、 演算を表示装置の一画素毎に行うことを特徴とする前記
   集束イオンビーム装置による二次荷電粒子像の観察方
   法。
8. 【請求項８】 試料の表面から放出される二次荷電粒子
   を検出する検出器と、検出器の検出信号を増幅する増幅
   器と、増幅された検出器信号をデジタル信号に変換する
   変換器と、デジタル信号のデータから二次元強度分布を
   作成するデータ変換テーブルと、二次元強度分布を記憶
   する記憶装置と、二次元強度分布の強度分布に基づいて
   試料表面に形成されているパターンを表示する表示装置
   とを有する集束イオンビーム装置により、 試料表面の明るい領域と暗い領域の２つの観察部分を、
   画像表示装置で同時に観察ができることを特徴とする集
   束イオンビーム装置による二次荷電粒子像の観察方法。
9. 【請求項９】 請求項８記載の集束イオンビーム装置に
   よる二次荷電粒子像の観察方法であって、 前記集束イオンビームを試料表面に走査照射して試料表
   面から放出された二次荷電粒子の検出信号を増幅器で増
   幅し、変換器を使用してデジタル信号に変換し、データ
   変換テーブルを使って得られた二次元強度分布を記憶装
   置に記憶し、画像表示装置に表示することを特徴とする
   前記集束イオンビーム装置による二次荷電粒子像の観察
   方法。