JP2015146283A - 荷電粒子線装置及び画像生成方法 - Google Patents
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Abstract
装置の大型化を回避しつつ、深さ方向に構造を持つ試料の観察において、所望の深さの試料形状を反映したSEM像を、1回の画像取得で生成することが可能な荷電粒子線装置を提供する。
【解決手段】
荷電粒子源202から放出された荷電粒子ビームを試料へ照射し走査する照射光学系205と、荷電粒子ビームの照射により試料から発生する荷電粒子207を検出し所定のサンプリング周期で電気信号に変換する検出器209を有する検出光学系と、検出器209からの電気信号に基づき画像を生成する画像処理部222を備え、画像処理部222は、各サンプリング時間の電気信号から画素毎に波高値のピークH(T5)を検出し、検出された波高値のピークH(T5)に基づき画像を生成する。
【選択図】図3
Description
1画素あたりの走査時間は、観察者が設定するプローブ電子線の走査速度と、画像の総画素数によって決定されるが、場合によっては1画素分の走査の時間間隔に、数回(例えば2回)しかサンプリング時間が訪れない可能性がある。このようなとき、以下に説明する手法では、原理的に検出できる最大の信号電子の数が1画素毎のサンプリング回数と等しくなるため(例では最大2個)、1画素あたりの最大輝度が小さく(最大輝度2)、1回の走査で得られる1フレーム画像には高いSN(Signal to Noise Ratio)は期待できない。このような場合、1回の画像取得を行う間に、視野領域内を複数回走査し、走査回数に応じたフレームの画像を積算して、SNの高い画像を得る。
本実施形態では、出力電気信号が検出されたBSEのエネルギーに依存した波高を持つ検出器が必要となるが、そのような検出器の例としては、信号電子を蛍光体に衝突させて光に変換し、その光信号を光電子増倍管に代表される光増幅器によって増幅して電気信号に変換するシンチレータと光増幅器を組み合わせた検出器や、信号電子をシリコンやゲルマニウムなどの半導体からなる検出器に衝突させ、半導体内で電子−正孔対を作りこれを電極に集めることで電気信号に変換する半導体検出器、信号電子の入射によって半導体個体で発生した電子を内部に印加した電位勾配によって雪崩的に増幅し、これを電極に集めることで電気信号に変換するアヴァランシェ検出器などがある。なお、検出器としては上記のものに限られず、検出される出力電気信号が、BSEのエネルギーに依存していれば、他のどのような検出器であっても構わない。
また、荷電粒子線装置は、走査電子顕微鏡に限らず、走査イオン顕微鏡または収束イオンビーム加工装置であっても良い。
以下、図面を用いて実施例について説明する。
図2は、図1に示す信号電子検出系212の機能ブロック図である。試料204から発生した信号電子207はアニュラー型蛍光体209に衝突し光信号220を発生させる。光電子増倍器221は、この光信号220を電気信号に変換し増幅し、信号検出回路222に出力する。信号検出回路222は、アンプ223、アナログデジタル変換器(A/D変換器)224、波高計測部225、画像形成部226を備えている。アンプ223は、光電子増倍器221からの電気信号出力を増幅し、A/D変換器224に出力する。A/D変換器224は、アンプ223の電気信号出力を所定のクロックでサンプリングしてデジタル電圧信号にし、波高計測部225に出力する。波高計測部225では、デジタル電圧信号から、各サンプリング時間において、信号電子207が検出されたか否かを判定し、検出判定があった場合には、デジタル電圧信号の波高を計測し、後段の画像形成部226に判定結果と波高を出力する。画像形成部226では、波高に応じたフィルタ処理を行い、単数または複数の1フレーム画像情報を後段の画像処理部227に出力する。画像処理部227では、あらかじめ指定した回数の走査回数分、画像データを集計し、平均化処理、諧調処理などの画像処理を行い、最終的なデジタル画像を出力する。
視野を1度走査し終わる毎に、画像形成部226は3つの画像を画像処理部227に受け渡す。画像処理部227では、3つの画像それぞれについて、あらかじめ指定した回数の走査回数分(フレーム数分)、画像データを集計し、平均化処理、諧調処理などの画像処理を行い、最終的なデジタル画像を出力する。図4の下段にフレーム積算後の模式化した、高波高領域画像240、中波高領域画像241、低波高領域画像242を示す。
ここで、より浅い領域を観察する場合は、プローブ電子のエネルギーを下げればよい。図10に、プローブ電子を10keVとし、図5に示す試料から取得される信号波高とBSE発生率との関係を示す。すなわち、プローブ電子のエネルギーが10keVのときのA〜D点にプローブ電子線を照射したときのBSEの発生率と、検出されたBSE信号の波高の関係のグラフを示している。このとき、高波高領域253を使って得られるSEM像は、高波高領域画像240とほぼ変わらない画像となるが、中波高領域254を使って得られるSEM像は、位置AとB間でコントラストがつかず、位置B、C、D間でコントラストがつき、図11に示される中波高領域画像251となる。低波高領域255で得られる低波高領域画像252では、位置AとBでコントラストがつかず、位置CとDでもコントラストがつかない。一方、C(D)とB(A)間ではコントラストがつくため、低波高領域画像252は、深さ306での断面像のような画像になる。
以上のとおり、装置の持つ分解能性能を維持しつつ、1回の画像取得で極表面の情報を反映したSEM像と、深さ方向の構造がグラデーションとして反映されたSEM像と、任意の深さでの断面図のようなSEM像の3種を得ることが可能になる。
上記では、信号の波高が厳密にBSEのエネルギーに比例すると仮定したが、実際は比例しない場合がある。このような場合、BSEのエネルギーと波高の関係を予め調査し、その情報をもとに画像処理部227で明るさがBSEのエネルギーに比例するように諧調補正をかけてもよい。また、BSEのエネルギーと深さの関係をシミュレーションなどから求め、その情報をもとに画像処理部227で明るさが深さに比例するように諧調補正をかけてもよい。
上記では波高を互いに重複しない3つの領域で弁別して3つの画像を出力する場合について説明したが、弁別する領域は3つ以上であっても良いし、互いに領域が重複しても良い。また、次に示すように、得られた複数の画像を処理して1つの画像に合成しても良い。
得られた複数の画像を処理して1つの画像に合成する手法は、上記で示したマルチデコンボリューション処理に限定されるものではなく、例えば1つもしくは複数の波高領域画像を強調して全波高領域画像を合成することで、特定の深さ情報を強調する手法などの合成処理や、1つもしくは複数の波高領域画像を微分処理して全波高領域画像を合成することで、特定の深さ情報の明るさの変化を強調する手法などの合成処理であっても構わない。
Claims (13)
- 荷電粒子源から放出された荷電粒子ビームを試料へ照射し走査する照射光学系と、
前記荷電粒子ビームの照射により試料から発生する荷電粒子を検出し所定のサンプリング周期で電気信号に変換する検出器を有する検出光学系と、
前記検出器からの電気信号に基づき画像を生成する画像処理部を備え、
前記画像処理部は、各サンプリング時間の電気信号パルスから画素毎に検出された荷電粒子の数を計数し、前記電気信号パルスの波高値に基づき画像を生成することを特徴とする荷電粒子線装置。 - 請求項1に記載の荷電粒子線装置において、
前記画像処理部は、サンプリング時間毎に得られる電気信号パルスを、直近のサンプリング時間における電気信号パルスと比較し、前記波高値の最大値及び最小値のうちいずれか一方のみ更新が停止した時点での波高値に基づき前記画素毎に波高値のピークを検出することを特徴とする荷電粒子線装置。 - 請求項2に記載の荷電粒子線装置において、
前記ピーク検出された画素毎の波高値を、複数の波高領域に弁別し、弁別後の波高領域毎の計数値に基づき当該画素の輝度を設定することを特徴とする荷電粒子線装置。 - 請求項2に記載の荷電粒子線装置において、
前記ピーク検出された画素毎の波高値を、複数の波高領域に弁別し、弁別後の波高領域毎に複数の画素から構成される画像データを生成し、波高領域毎の画像データを合成することを特徴とする荷電粒子線装置。 - 請求項2に記載の荷電粒子線装置において、
前記ピーク検出された画素毎の波高値を、複数の波高領域に弁別し、所定の波高領域に含まれる波高値のみに基づいて画像データを生成することを特徴とする荷電粒子線装置。 - 請求項4に記載の荷電粒子線装置において、
前記波高領域毎に生成される画像データに対しデコンボリューション処理を行い、処理後の画像データを合成することを特徴とする荷電粒子線装置。 - 請求項2ないし請求項6のいずれか1項に記載の荷電粒子線装置において、
前記画像処理部は、画像データを構成する1ライン分の画素毎に波高値のピーク検出を行うことを特徴とする荷電粒子線装置。 - 請求項2ないし請求項6のいずれか1項に記載の荷電粒子線装置において、
前記検出器は、アニュラー型の検出器であって、前記照射光学系の光軸上に配置されることを特徴とする荷電粒子線装置。 - 請求項2ないし請求項6のいずれか1項に記載の荷電粒子線装置において、
前記荷電粒子ビームの照射により試料から発生する荷電粒子を、前記照射光学系の光軸外に偏向する偏向器を備え、前記偏向器により偏向される前記荷電粒子の軌道上に前記検出器を配置することを特徴とする荷電粒子線装置。 - 請求項8に記載の荷電粒子線装置において、
前記アニュラー型の検出器は、中央に前記荷電粒子ビームを通過可能とする開口を有し、前記試料に対向する感受面を複数のセグメントに分割されてなることを特徴とする荷電粒子線装置。 - 荷電粒子ビームを試料に照射し、試料から発生する荷電粒子を検出し画像生成する荷電粒子線装置の画像生成方法において、
前記検出される荷電粒子を所定のサンプリング周期で電気信号に変換し、
各サンプリング時間の電気信号パルスから画素毎に検出された荷電粒子の数を計数し、
前記電気信号パルスの波高値に基づき画像を生成することを特徴とする荷電粒子線装置の画像生成方法。 - 請求項11に記載の荷電粒子線装置の画像生成方法において、
前記サンプリング時間毎に得られる電気信号パルスを、直近のサンプリング時間における電気信号パルスと比較し、
比較結果により波高値の最大値又は最小値を更新し、
前記波高値の最大値及び最小値のうちいずれか一方のみ更新が停止した時点での波高値に基づき前記画素毎に波高値のピークを検出することを特徴とする荷電粒子線装置の画像生成方法。 - 請求項12に記載の荷電粒子装置の画像生成方法において、
前記ピーク検出された画素毎の波高値を、予め設定された複数の波高領域に弁別し、
前記弁別された波高領域毎の件数値に基づき当該画素の輝度を設定することを特徴とする荷電粒子線装置の画像生成方法。
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