JP2003142018A - 走査型表面観測装置 - Google Patents

走査型表面観測装置

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JP2003142018A
JP2003142018A JP2001334579A JP2001334579A JP2003142018A JP 2003142018 A JP2003142018 A JP 2003142018A JP 2001334579 A JP2001334579 A JP 2001334579A JP 2001334579 A JP2001334579 A JP 2001334579A JP 2003142018 A JP2003142018 A JP 2003142018A
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JP2001334579A
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Ryozo Takasu
良三 高須
Shigeru Okamura
茂 岡村
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Fujitsu Ltd
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Fujitsu Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 走査型表面観測装置に関し、試料を観察する
に際し、視野の位置把握及び良好な視野の確保を容易に
両立させることができるようにした例えば走査型電子顕
微鏡に代表される走査型表面観測装置を提供しようとす
る。 【解決手段】 電子ビーム発生手段と、電子ビームを絞
る収束レンズ4及び対物レンズ8と、電子ビームをステ
ージ10に載置された試料9上で走査及び偏向する偏向
コイル6と、試料9からの二次電子を検出する二次電子
検出器14と、二次信号を画像信号に変換且つ表示する
像表示装置17と、前記各手段を制御する手段とを備え
てなる走査型表面観測装置に於いて、画像の縦方向と横
方向とで異なる倍率を設定する偏向コイル制御電源13
が付加されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、縦横比が1から大
きく離れた領域を観測するのに好適な走査型表面観測装
置に関する。
【0002】
【従来の技術】現在、例えば走査型電子顕微鏡、走査型
オージェ電子分光計、走査型二次イオン質量分析計、走
査型透過電子顕微鏡、走査型原子間力顕微鏡など多くの
走査型表面観測装置が利用されている。
【0003】例えば、従来の走査型電子顕微鏡に於いて
は、電子源で発生させた電子を収束レンズ及び対物レン
ズを用いて細く絞って電子ビームとし、その電子ビーム
を偏向器を用いて偏向させることで試料上を走査し、試
料から発生する二次信号、即ち、二次電子や反射電子を
二次信号検出器で検出し、その検出信号を電子線の走査
と同期して処理することで試料像を得るようにしてい
る。
【0004】このような走査型電子顕微鏡に於いては、 得られる像の縦及び横の倍率は一致するように設計
されること。 試料ステージの移動速度は縦方向と横方向とで同じ
であるように設計されること。 視野内に於いては何れの箇所でも倍率が一定である
ように設計されること。 電子ビームの走査方向は固定であるように設計され
ること。 試料ステージは縦方向及び横方向の二本の軸に沿っ
て移動させることが可能で、それぞれの移動速度は等し
くなるように設計されること。 の条件の下で作られている。
【0005】ところで、近年、ウエハの切断側面など、
縦及び横の大きさが著しく相違する領域を走査型電子顕
微鏡で観測する必要性が増大していて、しかも、その場
合、試料の厚さ方向(縦方向)に重要な情報が含まれて
いて、横方向については、単に位置を把握できれば良い
程度の情報しか含まれないことが多い。
【0006】このような試料を走査型電子顕微鏡で観察
する場合、薄い縦方向の情報を得ようとして倍率を上げ
ると、試料全体が拡大されるので、視野の位置を把握す
ることが困難になる。換言すると、試料の何処を観察し
ているのか判らない状態になって、視野位置を見誤るよ
うなことが起こり、逆に、試料全体を視野に収めようと
して倍率を下げると、厚さ方向の情報が欠落してしま
う。
【0007】また、重要な情報が含まれているであろう
箇所を拡大して観察できるように、しかも、視野位置も
確認できるようにする為、高倍率モードと低倍率モード
を切り換えて観察できる走査型電子顕微鏡も知られてい
るが、両モードを切り換えた際に視野の位置ずれを生ず
るので、やはり、位置の把握・確認は困難である。
【0008】更にまた、観察面に於ける試料像の構図
は、最初に試料をセットした際の配置位置関係で決まっ
てしまい、観察中に試料の方向や配置位置を変えること
はできないので、希望する構図の試料像にするには、取
得された画像に対して画像処理を加えなければならなか
った。
【0009】図4は縦方向と横方向とで大きさが著しく
異なる試料を観察した際の像表示装置に表示された画面
を表す要部平面図であり、(A)は試料全体を視野に収
めるようにした場合の画面、(B)は情報が多く含まれ
ている縦方向の観察を良好に行えるように倍率を上げた
場合の画面をそれぞれ示している。
【0010】図から明らかなように、(A)に依れば、
試料の全体を観察できるが、縦方向には小さな像になっ
てしまうから、情報を得ることは困難であり、また、
(B)に依れば、縦方向の観察は容易になるが、試料の
殆どが画面からはみ出してしまい、現在観察している箇
所が試料のどの位置なのか把握することは難しい。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】本発明では、試料を観
察するに際し、視野の位置把握及び良好な視野の確保を
容易に両立させることができるようにした例えば走査型
電子顕微鏡に代表される走査型表面観測装置を提供しよ
うとする。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明に依る走査型表面
観測装置に於いては、水平方向と垂直方向とで像の倍率
を独立可変とし、また、画像中心部と画像周縁部とに於
いても像の倍率が異なるように設定することを可能と
し、且つ、その倍率変化は中心部から周縁部まで緩徐に
連続変化させることが基本になっていて、加えて、荷電
粒子ビームが走査する方形の範囲を任意の角度で回転さ
せることを可能とし、更に、試料ステージは前記回転の
角度及びそれぞれの軸方向に於ける倍率と連動して移動
できるようにして視野の確保を容易にしている。尚、本
発明の走査型表面観測装置に於いては、走査型電子顕微
鏡のみならず、走査型オージェ電子分光計、走査型二次
イオン質量分析計、走査型透過電子顕微鏡、走査型原子
間力顕微鏡など多くの観測装置に応用することができ、
従って、観測対象物を電子ビームで走査するだけでな
く、他にイオン・ビームや探針などを用いて走査しても
同様である。
【0013】前記手段を採ることに依り、ある軸方向、
例えば縦方向に於ける分解能を維持しながら、前記縦方
向に直交する他の軸方向、例えば横方向に於ける観察位
置の把握が容易になり、従って、広い観察視野を維持し
ながら必要箇所を高い倍率で観察することが可能であ
り、また、縦方向及び横方向それぞれの方向について異
なった倍率を設定した場合に於いても、その倍率変化は
緩徐に連続して変化するように設定してあるので、装置
の操作に違和感は発生せず、更にまた、細長い視野の観
察を行う場合であっても視野から試料がはみ出すことな
く、必要箇所を高い倍率で観察することができ、その場
合に於いても自然な操作感が阻害されることはない。
【0014】
【発明の実施の形態】図1は本発明に於ける実施の形態
1を説明する為の走査型電子顕微鏡を表す要部説明図で
ある。
【0015】図に於いて、1は陰極、2は第1陽極、3
は第2陽極、4は収束レンズ、5はアパーチュア、6は
偏向コイル、7は一次電子線、8は対物レンズ、9は試
料、10は試料ステージ、11は高電圧制御電源、12
はレンズ制御電源、13は偏向コイル制御電源、14は
二次電子検出器、15は対物レンズ制御電源、16はス
テージ制御電源、17は像表示装置、18は二次電子を
それぞれ示している。
【0016】図示の走査型電子顕微鏡に於いて、陰極1
と第1陽極2との間には高電圧電源11からの高電圧が
印加され、陰極1から所要のエミッション電流が引き出
される。
【0017】陰極1と第2陽極3との間には、高電圧制
御電源11からの加速電圧が印加される為、陰極1から
放出された一次電子線7は、レンズ制御電源12からの
電圧で制御された収束レンズ4で収束され、アパーチュ
ア5で不要な領域が除去される。
【0018】その後、一次電子線7は対物レンズ制御電
源15で制御された対物レンズ8に依って試料9上に微
小スポットとして収束され、偏向コイル6で偏向され、
試料9上を二次元走査する。
【0019】偏向コイル6から一次電子線7に加えられ
る走査信号は、観察倍率に対応する偏向コイル制御電源
13からの電圧で縦方向及び横方向に独立して走査する
ことをを可能にするものである。
【0020】試料9は、一次元電子線7に対して傾斜可
能なステージ10に固定され、二次元的に移動できるよ
うになっていて、そのステージ10の動きはステージ制
御電源16からの電圧で制御されている。
【0021】一次電子線7の照射に依って試料9から発
生した二次電子18は二次電子検出器14に依って検出
され、その検出信号は一次電子線7の走査と同期して画
像を生成し、像表示装置17に試料像を表示する。
【0022】本発明では、走査型表面観測装置に於い
て、人が要求する情報は、視野中央部に多く存在し、視
野周縁部では少ない旨の特性を利用し、周縁部では倍率
を下げて広い視野を確保し、情報量が集中する中央部で
は倍率を上げて得られる情報量を増大させる。
【0023】このようにするには、縦方向と横方向とで
独立に倍率を変化させることが必要であり、偏向コイル
6のうち、縦方向の偏向を受け持つものに与える走査信
号のみ振幅を小さくすれば、図4(B)に示したよう
に、縦方向には大きく拡大されて、しかも、試料全体を
視野に収めた像が実現することができ、観察は容易にな
る。尚、これは、縦と横が逆であっても同様である。
【0024】具体的な走査信号としては、偏向コイル6
に対して偏向コイル制御電源13から与える電圧を正常
な鋸歯状波、即ち、電圧が立ち上がって直線的に増大し
てゆく三角波ではなく、目的に沿って非直線的に増大す
るもの、即ち、視野中央部では遅く掃引し、且つ、視野
周縁部では速く掃引するように、そして、掃引速度の変
化は視野中央部と視野周縁部との間で滑らかに行われる
ようにする。
【0025】図2は走査信号の波形を表す線図であっ
て、縦軸には偏向出力を、また、横軸には時間をそれぞ
れ採ってあり、図から明らかなように、視野周縁を走査
する場合には、偏向出力は短い時間で鋭く立ち上がり、
そして、その間は直線的に緩徐に上昇する波形になって
いて、最初の立ち上がり(視野周縁部)、直線的な増加
(視野中央部)、最終の立ち上がり(視野周縁部)は全
て滑らかに変化していることが看取されよう。
【0026】図3は本発明を実施して試料を観察した結
果の画像を表す要部平面図であり、(A)は縦横両方の
軸に対して掃引速度を変調した場合の画像を、また、
(B)は横の軸に対してのみ掃引速度を変調した場合の
画像をそれぞれ示していて、何れの場合も試料は等間隔
の格子状構造をなしている。
【0027】図から明らかなように、広い観察領域を把
握しながら、多くの情報が含まれている領域、即ち、視
野中央部では高い倍率の画像が得られている。
【0028】この場合の試料ステージ10の移動速度
は、縦方向と横方向とで独立して制御できるものとし、
それぞれの方向の移動速度は、縦方向と横方向とで独立
に設定された倍率に対応して決まるように設定すること
で、像表示装置17上での移動速度を縦方向と横方向と
で一致させることができ、これに依って、自然な操作感
を実現することができる。
【0029】また、縦方向の走査信号と横方向の走査信
号とに相関をもたせることで、掃引方向、従って、掃引
範囲全体を回転させることができ、そのようにすること
に依って、細長い視野で観察を行う際、試料が視野から
はみ出るようなことを防ぐことができる。
【0030】更に、試料ステージ10は、常に像表示装
置17上での画像と一致した方向に移動させることで、
人間の感覚になじむ自然な操作感が得られる。
【0031】
【発明の効果】本発明に依る走査型表面観測装置では、
荷電粒子ビーム発生手段と、荷電粒子ビームを絞る収束
レンズ手段及び対物レンズ手段と、荷電粒子ビームを試
料ステージに載置された試料上で走査及び偏向する偏向
手段と、該試料からの二次信号を検出する手段と、二次
信号を画像信号に変換且つ表示する手段と、前記各手段
を制御する手段とを備えてなる走査型表面観測装置に於
いて、画像の縦方向と横方向とで異なる倍率を設定する
手段が付加された構成が基本になっている。
【0032】前記構成を採ることに依り、ある軸方向、
例えば縦方向に於ける分解能を維持しながら、前記縦方
向に直交する他の軸方向、例えば横方向に於ける観察位
置の把握が容易になり、従って、広い観察視野を維持し
ながら必要箇所を高い倍率で観察することが可能であ
り、また、縦方向及び横方向それぞれの方向について異
なった倍率を設定した場合に於いても、その倍率変化は
緩徐に連続して変化するように設定してあるので、装置
の操作に違和感は発生せず、更にまた、細長い視野の観
察を行う場合であっても視野から試料がはみ出すことな
く、必要箇所を高い倍率で観察することができ、その場
合に於いても自然な操作感が阻害されることはない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に於ける実施の形態1を説明する為の走
査型電子顕微鏡を表す要部説明図である。
【図2】走査信号の波形を表す線図である。
【図3】本発明を実施して試料を観察した結果の画像を
表す要部平面図である。
【図4】縦方向と横方向とで大きさが著しく異なる試料
を観察した際の像表示装置に表示された画面を表す要部
平面図である。
【符号の説明】
1 陰極 2 第1陽極 3 第2陽極 4 収束レンズ 5 アパーチュア 6 偏向コイル 7 一次電子線 8 対物レンズ 9 試料 10 試料ステージ 11 高電圧制御電源 12 レンズ制御電源 13 偏向コイル制御電源 14 二次電子検出器 15 対物レンズ制御電源 16 ステージ制御電源 17 像表示装置 18 二次電子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4M106 BA02 DH08 5C001 AA03 CC04 5C033 FF01 FF05 FF06 JJ07 MM07 UU01 UU03

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】荷電粒子ビーム発生手段と、荷電粒子ビー
    ムを絞る収束レンズ手段及び対物レンズ手段と、荷電粒
    子ビームを試料ステージに載置された試料上で走査及び
    偏向する偏向手段と、該試料からの二次信号を検出する
    手段と、二次信号を画像信号に変換且つ表示する手段
    と、前記各手段を制御する手段とを備えてなる走査型表
    面観測装置に於いて、画像の縦方向と横方向とで異なる
    倍率を設定する手段が付加されてなることを特徴とする
    走査型表面観測装置。
  2. 【請求項2】前記画像の縦方向と横方向とで異なる倍率
    を設定する手段が視野中央部と視野周縁部とで異なる倍
    率を設定できるものであることを特徴とする請求項1記
    載の走査型表面観測装置。
  3. 【請求項3】前記試料ステージの移動速度を画像の縦横
    それぞれの方向に於ける倍率に対応して縦横それぞれの
    方向で独立に変化させ得る手段が付加されてなることを
    特徴とする請求項1記載の走査型表面観測装置。
  4. 【請求項4】荷電粒子ビームが試料上を走査する矩形範
    囲を回転させる手段が付加されてなることを特徴とする
    請求項1記載の走査型表面観測装置。
  5. 【請求項5】荷電粒子ビームが試料上を走査する矩形範
    囲に連動して試料ステージを視野と一致した方向に移動
    させる手段が付加されてなることを特徴とする請求項4
    記載の走査型表面観測装置。
JP2001334579A 2001-10-31 2001-10-31 走査型表面観測装置 Withdrawn JP2003142018A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006138864A (ja) * 2001-08-29 2006-06-01 Hitachi Ltd 試料寸法測定方法及び走査型電子顕微鏡
JP2007003535A (ja) * 2001-08-29 2007-01-11 Hitachi Ltd 試料寸法測定方法及び走査型電子顕微鏡

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006138864A (ja) * 2001-08-29 2006-06-01 Hitachi Ltd 試料寸法測定方法及び走査型電子顕微鏡
JP2007003535A (ja) * 2001-08-29 2007-01-11 Hitachi Ltd 試料寸法測定方法及び走査型電子顕微鏡

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