JP2014149923A - 荷電粒子線装置 - Google Patents

Abstract

【課題】荷電粒子線装置のナビゲーション機能において、拡大像と低倍率像の両方の保存情報を容易に取出せるようにする。
【解決手段】ナビゲーション機能により指定した観察位置１１〜１６を記録した低倍率像１と指定観察位置での拡大像を関連付けて記憶装置に保存し、低倍率像のファイルを開いた際には関連する拡大像３を開いて両者の関係を可視化し、また逆に、拡大像を開いた際には関連する低倍率像も開いて両者の関係を可視化することに関する。ナビゲーション機能により指定した観察位置情報を持つ低倍率像の保存画像と指定観察位置での拡大像の保存画像から両者の関係の確実な再生、可視化が可能となる。これにより、荷電粒子線装置の観察対象の探索機能のみならず観察位置情報と一体の荷電粒子線像データベースとしての機能をナビゲーション機能に追加することができ、荷電粒子線装置の機能と操作性を向上させることができる。
【選択図】図４

Description

本発明は、比較的低倍率の像を表示させ、この像上で観察位置や観察領域を指定できるナビゲーション機能を備えた荷電粒子線装置に関する。例えば、ナビゲーション機能を備えた走査電子顕微鏡に関する。

走査電子顕微鏡においては、電子源より発生させた電子線を電子レンズにより細く収束させるとともに面状に走査して試料上に照射し、照射点より発生する二次電子あるいは反射電子等の電子を検出器により検出し、検出した信号を電子線走査と同期させてモニタ等の表示手段に表示することによって試料の拡大像を得る。拡大像の倍率は、試料上の電子線走査領域と表示手段の表示領域の大きさの比で決まり、電子線走査領域が比較的大きい場合には低倍率像、小さい場合には高倍率像が表示される。試料は、試料室内に設置された試料ステージ上に搭載される。試料ステージは、ＸＹＺ方向に機械的に移動可能であり、ステージを移動させて試料上の観察対象を電子線走査領域内に移動させれば、その拡大像を観察できる。電子顕微鏡は光学顕微鏡よりも分解能が高いため、高倍率での観察に適し、より小さい対象を観察することができる。しかしその一方で、試料全体の大きさに比べて極端に小さい対象を観察するなどの場合には、観察対象を見つけにくくなってしまう。

対処方法として、まず低倍率像下で観察対象近くの大きな構造を目印として、およそのステージ位置を決めてから、その周辺を高倍率像下で詳細に探すと見つけ易い。このことから、試料全体の形状を認識できるように比較的低倍率の像を表示させ、この像上で観察位置や観察領域を指定できる機能（以下ナビゲーション機能）を装備した電子顕微鏡が市販されている。この機能においては、低倍率像上に現在観察位置が表示されるとともに、現在観察位置での拡大像が表示される。なお、低倍率像として、電子顕微鏡像に限らず光学顕微鏡像あるいは試料の図面など外部機器によって取得した像も使用できる。

特開2011-129458号公報（特許文献１）には、現在観察視野中で撮影領域と撮影条件を設定しその設定領域、設定条件で像を自動的に取得させる方法が記載されている。

また、特開2000-357481号公報（特許文献２）には、試料上の異なった視野の複数の映像信号をそれぞれ試料の位置情報と共に記憶し、記憶した複数の視野の映像信号に基づいて複数の試料像を同時に表示させ、表示された複数の試料像の内の任意の試料像を選択し、選択された試料像に対応した試料位置に試料を自動的に移動させるようにした走査型荷電粒子ビーム装置における試料像観察方法が記載されている。

特開2011-129458号公報 特開2000-357481号公報

本願発明者が、走査電子顕微鏡におけるナビゲーション機能について、その機能および操作性の向上について鋭意検討した結果、次の知見を得るに至った。

観察目的や観察する試料によっては、試料上の観察対象の位置を示す低倍率像が、観察対象の拡大像と同等に重要となる場合がある。例えば、基板などの不良原因解析を目的とする観察では、まずデータ取得の際に効率的に漏れなくデータを取得できるようナビゲーション機能として低倍率像が重要である。取得時のみならずデータ取得後に保存したデータから解析を実施する際、どこの部位がどんな状態になっているのか両者の関係を明確に認識できるように可視化することが重要である。両者の関係が明確でないと不良原因が解析困難となる。

あるいは、例えば黒鉛と樹脂の境界部を観察する場合、電子顕微鏡像には色の情報がないため、観察中の部位が黒鉛か樹脂か判別困難である。試料によっては組成の違いによるコントラストの差から判別できるが、黒鉛と樹脂ではコントラストに差が生じにくい。そこで、試料上の観察対象の位置を示す低倍率像として光学顕微鏡像を使用すると、両者の色の違いから明確に判別できようになる。このような場合にも、前例同様観察対象の位置を示す低倍率像と拡大像の関係を明確に認識できるように可視化することが、データ取得の際のみならず取得したデータの解析の際にも重要であり、拡大像と低倍率像の両方の保存情報を容易に取出せるようにする必要がある。

前述の「ナビゲーション機能」によれば、低倍率像上で指定した観察位置が表示されるとともに、その位置での拡大像が表示されるので観察対象を容易に探し出すことができる。しかし現状では、これらの像を記録媒体にファイルとして保存する際に、低倍率像と拡大像は各々関連性のない独立したファイルとして保存され、関連付けがなされない。現状の機能でこの関連付けを実施しようとするならば、操作者は意識的に特別な操作を実施しなければならない。例えば、低倍率像と拡大像の関連性を保存ファイル名から認識できるように両者の保存操作の際にファイル名に共通の名称を含ませるとともに、低倍率像に表示されている観察位置番号を拡大像の保存ファイル名に含ませるなどの操作である。しかしこのような操作は、操作者に多大な負担を課すものであり実用的でない。これらのことから、現状のナビゲーション機能においては、指定観察位置情報を保持している低倍率の保存像と指定観察位置での拡大保存像から両者の関係を確実に再生、可視化することができていない。

本発明の目的は、荷電粒子線装置のナビゲーション機能において、拡大像と低倍率像の両方の保存情報を容易に取出せるようにすることに関する。

本発明は、ナビゲーション機能により指定した観察位置を記録した低倍率像と指定観察位置での拡大像を関連付けて記憶装置に保存し、低倍率像のファイルを開いた際には関連する拡大像を開いて両者の関係を可視化し、また逆に、拡大像を開いた際には関連する低倍率像も開いて両者の関係を可視化することに関する。

本発明によれば、ナビゲーション機能により指定した観察位置情報を持つ低倍率像の保存画像と指定観察位置での拡大像の保存画像から両者の関係の確実な再生、可視化が可能となる。これにより、荷電粒子線装置の観察対象の探索機能のみならず観察位置情報と一体の荷電粒子線像データベースとしての機能をナビゲーション機能に追加することができ、荷電粒子線装置の機能と操作性を向上させることができる。

実施例にかかる電子顕微鏡の構成図 ナビゲーション機能の操作画面 ナビゲーション機能の操作画面 ナビゲーション機能での像保存と像を開く操作のフロー（低倍率像の保存） ナビゲーション機能での像保存と像を開く操作のフロー（高倍率像の保存） ナビゲーション機能での像保存と像を開く操作のフロー（低倍率像の保存ファイルを開く） ナビゲーション機能での像保存と像を開く操作のフロー（高倍率像の保存ファイルを開く） 低倍率像と拡大像の可視化例（１） 低倍率像と拡大像の可視化例（２） 低倍率像と拡大像の可視化例（３） 低倍率像と拡大像の可視化例（４）

実施例では、荷電粒子線を照射する荷電粒子線照射光学系と、試料を載置する試料ステージと、荷電粒子線の照射により試料から生じる信号を検出する検出器と、試料像を表示する画像表示装置と、試料像にかかる電子ファイルを保存する記憶装置と、を備えた荷電粒子線装置であって、記憶装置が、試料像または試料図面にかかる第１の電子ファイルと、試料像上または試料図面上に表示された位置における拡大像にかかる第２の電子ファイルを関連付けて保存し、画像表示装置が、第１の電子ファイルを開いて試料像または試料図面を表示する際に、対応する第２の電子ファイルも開いて拡大像を同時に表示し、且つ、第２の電子ファイルを開いて拡大像を表示する際に、対応する第１の電子ファイルも開いて試料像または試料図面を同時に表示することを開示する。

また、実施例では、記憶装置が、第１の電子ファイルと、試料像上または試料図面上における拡大像の位置情報と、第２の電子ファイルを関連付けて保存することを開示する。

また、実施例では、記憶装置が、第１の電子ファイルに、試料像上または試料図面上における拡大像の位置情報と、第２の電子ファイルのファイル名を記録して保存し、第２の電子ファイルに、第１の電子ファイルのファイル名を記録して保存することを開示する。

以下、上記及びその他の新規な特徴と効果について、図面を参酌して説明する。尚、図面は専ら発明の理解のために用いるものであり、権利範囲を限定するものではない。

図１は、本実施例にかかる電子顕微鏡の概略構成図である。

電子顕微鏡（荷電粒子線装置、試料観察システム）１００において、電子銃１０１から放射された一次電子ビーム１０２は、収束レンズ１０３および対物レンズ１０８によって収束され、上段偏向器１０６と下段偏向器１０７によって試料１０９上で走査される。試料１０９から発生した信号電子は検出器１１０で検出され、後記する各回路１１１〜１１７を介し、コンピュータ（処理部）１１９で処理された走査位置に対応して記録された信号が画像表示装置１１８に表示される。試料１０９上に一次電子ビーム１０２を点状に集束するため、フォーカスＸ調整を行うＸ方向非点補正器１０４、フォーカスＹ調整を行うＹ方向非点補正器１０５が設けられ、これらの制御条件を調整することでフォーカスＸ調整、フォーカスＹ調整（非点収差補正）ができる。また収束レンズ１０３または対物レンズ１０８の励磁強度を調整することで試料１０９上にフォーカス調整を行うことができる。以上の電子光学系は電子顕微鏡カラム（荷電粒子線装置）１２０に収められている。

また、これらは高電圧制御回路１１１、集束レンズ制御回路１１２、Ｘ方向非点補正器制御回路１１３、Ｙ方向非点補正器制御回路１１４、偏向器制御回路１１５、対物レンズ制御回路１１６、検出信号制御回路１１７を通して、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などのコンピュータ１１９から制御されている。各制御回路１１１〜１１７は別々に設けられていても、一つの基板に設けられていてもよく、またコンピュータ１１９に含まれていてもよい。コンピュータ１１９には画像表示装置１１８、記憶装置１２１、メモリ１２２が接続されている。後記するように画像表示装置１１８に表示される操作画面（図２、図４〜図７）を介して、ユーザは対物レンズ１０８のフォーカス条件、Ｘ方向非点補正器１０４およびＹ方向非点補正器１０５の非点補正条件を調整する。また、本実施例における操作画面は、後記するように各操作段階などに対応して記憶装置（記憶部）１２１に予め保存されている。またコンピュータ１１９がネットワークに接続されていれば、当該ネットワークに接続された別の記憶装置に操作画面が記憶されていてもよい。

また、メモリ１２２には操作プログラム１３１が展開されており、コンピュータ１１９によってこの操作プログラム１３１が実行されている。操作プログラム１３１は操作画面を画像表示装置１１８に表示し、入力装置１２３を介して入力された情報を基に、各部１０１〜１１７を制御する。

ここで、操作画面とは、詳細を後記して説明するが、ユーザの操作段階に応じて表示される各画面である。

図２(a)は、ナビゲーション機能の操作画面である。電子顕微鏡により取得した低倍率像1上に、現在観察位置１６が「○」マークで表示され、現在観察位置での拡大像である現在位置拡大像２が表示される。低倍率像1は、電子顕微鏡により取得した像あるいは光学顕微鏡などの外部機器により取得した像でも良い。低倍率像１を使用する準備として、低倍率像１上の現在観察位置１６と現在位置拡大像２の位置を正確に合わせるための調整操作を行う。その後、操作者が試料ステージを移動させると、それに応じて現在観察位置１６も移動する。操作者は、現在観察位置１６を低倍率像1上で確認しながら、現在位置拡大像２を観察することができる。低倍率像１上に表示されている「＋」マークと番号（１）〜（５）は、既に指定した観察位置１１〜１５を示している。各観察位置１１〜１５での拡大像である拡大像３１〜３５は、電子顕微鏡の記憶装置１２１に一次保存されており、番号（１）〜（５）が付加されてキャプチャボックス３にサムネイル表示されている。現在位置拡大像２に対してキャプチャ操作を行うと、図２(b)に示すように、現在観察位置が「＋」マーク表示に切り替り、番号（６）が付加される。同時に、現在位置拡大像２は電子顕微鏡の記憶装置１２１に一次保存され、キャプチャボックス３内に拡大像３６として追加表示される。この操作画面においては、低倍率像上で指定した観察位置が表示されるとともに、その位置での拡大像が表示されるので、両者の関係が明確に認識できる。

図３(a)には、図２(b)の操作画面において、低倍率像１を保存する場合の操作フローを示す。低倍率像１を選択し保存操作を開始すると、まず「関連付け保存を実行するか？」の問合せメッセージが表示される。これに対して「実行しない」を選択した場合には、低倍率像１の保存操作画面に移り、ここで保存ファイル名を入力する。この場合は、従来と同様に、拡大像３１〜３６との関連付けがなされずに、独立したファイルとして保存される。観察対象を探すだけが目的であれば、この選択でも良い。保存データを解析等に使用する目的があれば「実行する」を選択する。これにより、低倍率像１の保存操作画面に移るので、保存ファイル名を入力する。次に、キャプチャボックス３にサムネイル表示されている拡大像３１〜３６の保存操作画面に移り、ここで各像の保存ファイル名を入力する。ここでのファイル名の入力については、逐一入力するよりは、低倍率像1の保存ファイル名に連番を付加する形などによって一括入力できるようにした方が効率的である。

拡大像３１〜３６を保存する場合も同様であり、図３(b)の操作フローとなる。キャプチャボックス３を選択して保存操作を開始すると、まず「関連付け保存を実行するか？」の問合せメッセージが表示される。これに対して「実行しない」を選択した場合には、拡大像３１〜３６の保存操作画面に移り、ここで保存ファイル名を入力する。この場合は、従来と同様に、低倍率像との関連付けがなされずに独立したファイルとして保存される。観察対象を探すだけが目的であればこの選択でも良い。保存データを解析等に使用する目的があれば「実行する」を選択する。これにより、低倍率像１の保存操作画面に移るので、保存ファイル名を入力する。次に、キャプチャボックス３にサムネイル表示されている拡大像３１〜３６の保存操作画面に移り、ここで各像の保存ファイル名を入力する。ここでのファイル名の入力については、逐一入力するよりは、低倍率像１の保存ファイル名に連番を付加する形などによって一括入力できるようにした方が効率的である。

以上の操作により、低倍率像１と拡大像３１〜３６が記憶装置１２１に保存される。記録媒体に保存してもよい。低倍率像１の保存ファイルには、観察位置１１〜１６を表示させるための情報および拡大像３１〜３６の保存ファイル名が、観察位置を示す番号（１）〜（６）と対で保存され、拡大像３１〜３６の保存ファイルには、低倍率像１の保存ファイル名が記録される。これにより、両者の保存ファイルと観察位置情報が関連付けられて保存される。

図３(c)は、図２(a)(b)により保存した低倍率像１の保存ファイルを開く場合の操作フローである。操作を開始すると、図３(a)(b)の操作フローによって関連付け保存が実行された低倍率像については「関連像を表示するか？」の問合せメッセージが表示される。これに対して「表示しない」を選択した場合には、従来と同様に、低倍率像１のみが開かれる。

「表示する」を選択した場合には、低倍率像１のファイルに加えて、低倍率像１の保存ファイルに記録された拡大像３１〜３６のファイルも開かれ、例えば図２(b)の画面が表示される。

図３(d)は、図３(a)(b)により保存した拡大像３１〜３６の保存ファイルを開く場合の操作フローである。拡大像３１〜３６のいずれかのファイル、例えば拡大像３１を選択して操作を開始すると、図３(a)(b)のフローによって関連付け保存が実行された場合には「関連像を表示するか？」の問合せメッセージが表示される。これに対して「表示しない」を選択した場合には、従来と同様に、選択した像のみが開かれ表示される。「表示する」を選択した場合には、低倍率像１の保存ファイルに加え低倍率像１の保存ファイルに記録されている拡大像３１〜３６の保存ファイルも開かれ、例えば図２(b)の画面が表示される。

以上のような操作により、記憶装置１２１などに保存した低倍率像１あるいは拡大像３１〜３６のいずれか一方のみの保存ファイルを開くだけで、例えば図２と同じ画面が表示されるので、両者の関係が明確に認識できる。

図２には、現在位置拡大像2が表示されているが、保存した像の閲覧専用画面とすれば、現在位置拡大像２を省くことができるので可視化の自由度が増し、表示レイアウトを様々に工夫できる余地が増える。例えば図４のように、拡大像３１〜３６のサムネイル表示を大きくしても良い。また例えば、図５のように、カーソル４で拡大像３１〜３６のサムネイル表示のいずれかを指すと、その像を拡大表示５として表示しても良い。

図６は、光学顕微鏡で取得した低倍率像６を表示した例である。低倍率像６上に、組成情報を、入力メモ７により追加表示している。本例のように電子顕微鏡により取得した低倍率像１では組成の違いが判別できなくても、光学顕微鏡では色の違いから判別できる場合がある。従って本例のような試料の場合には、観察位置を指定してデータを取得するときと、保存したデータを解析するときのいずれにおいても光学顕微鏡像６の使用が適している。

さらに図７は、参考図として試料図面８を低倍率像６とともに表示させた例である。図面はスキャナで読み込んだものや、CADデータを変換したものを使用する。図３のフローに、もう一つの低倍率像に関する操作および処理を追加すれば可能となる。この例では、図面から試料の高さの違いが認識できるため、例えばX線分析を行う場合、ステージをＺ方向に移動して試料表面の高さを分析位置に合わせるときに、どの位置でどの程度上下させれば良いか観察操作中に容易に認識でき、便利である。また、光学顕微鏡により判別した組成と分析データに矛盾がないかなど、データのチェックや、解析の際にも有用である。

以上の例のように、低倍率像の保存ファイルと低倍率像上で指定された位置の拡大像の保存ファイルとの関連情報および低倍率像に記録された観察位置と拡大像との関連情報を維持したまま保存することにより、保存したデータから低倍率像と拡大像の関係を明確に認識できるよう可視化できる。低倍率像と拡大像、およびその関係を可視化することは、観察位置を指定してデータを取得する際のみならず、保存したデータから解析を実施する際にも有用である。

本実施例では、走査電子顕微鏡を例に説明したが、これに限られず、走査透過電子顕微鏡、透過電子顕微鏡、集束イオンビーム装置などの荷電粒子線装置にも適用でき、本明細書では、このような適用形態も開示する。また、本明細書では、このような機能を荷電粒子線装置で実施するためのプログラムや、このようなプログラムが記録された記録媒体も開示する。

１…低倍率像、２…現在位置拡大像、３…キャプチャボックス、
４…カーソル、５…カーソルで指したサムネイルの拡大表示、
６…光学顕微鏡で取得した低倍率像、７…入力メモ、８…試料図面、
１１〜１６…観察位置、３１〜３６…拡大像のサムネイル表示
１００…電子顕微鏡（荷電粒子線装置、荷電粒子線装置システム）、
１０１…電子銃、１０２…一次電子ビーム、１０３…集束レンズ、
１０４…Ｘ方向非点補正器、１０５…Ｙ方向非点補正器、
１０６…上段偏向器、１０７…下段偏向器、１０８…対物レンズ、
１０９…試料、１１０…検出器、１１１…高電圧制御回路、
１１２…集束レンズ制御回路、１１３…Ｘ方向非点補正器制御回路、
１１４…Ｙ方向非点補正器制御回路、１１５…偏向器制御回路、
１１６…対物レンズ制御回路、１１７…検出信号制御回路、
１１８…画像表示装置、１１９…コンピュータ（処理部）、
１２０…電子顕微鏡カラム（荷電粒子線装置）、１２１…記憶装置（記憶部）、
１２２…メモリ、１２３…入力装置、１３１…操作プログラム

Claims (3)

1. 荷電粒子線を照射する荷電粒子線照射光学系と、
   試料を載置する試料ステージと、
   荷電粒子線の照射により試料から生じる信号を検出する検出器と、
   試料像を表示する画像表示装置と、
   試料像にかかる電子ファイルを保存する記憶装置と、を備えた荷電粒子線装置であって、前記記憶装置が、試料像または試料図面にかかる第１の電子ファイルと、前記試料像上または試料図面上に表示された位置における拡大像にかかる第２の電子ファイルを関連付けて保存し、
   前記画像表示装置が、前記第１の電子ファイルを開いて試料像または試料図面を表示する際に、対応する前記第２の電子ファイルも開いて拡大像を同時に表示し、且つ、前記第２の電子ファイルを開いて拡大像を表示する際に、対応する前記第１の電子ファイルも開いて試料像または試料図面を同時に表示すること特徴とする荷電粒子線装置。
   
2. 請求項１記載の荷電粒子線装置において、
   前記記憶装置が、前記第１の電子ファイルと、前記試料像上または試料図面上における前記拡大像の位置情報と、前記第２の電子ファイルを関連付けて保存することを特徴とする荷電粒子線装置。
   
3. 請求項１記載の荷電粒子線装置において、
   前記記憶装置が、前記第１の電子ファイルに、前記試料像上または試料図面上における前記拡大像の位置情報と、前記第２の電子ファイルのファイル名を記録して保存し、前記第２の電子ファイルに、前記第１の電子ファイルのファイル名を記録して保存することを特徴とする荷電粒子線装置。