JP2018041676A

JP2018041676A - 電子検出装置及び電子顕微鏡装置

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Publication number: JP2018041676A
Application number: JP2016176187A
Authority: JP
Inventors: フェリックスティミシェル; Timischl Felix
Original assignee: Jeol Ltd
Current assignee: Jeol Ltd
Priority date: 2016-09-09
Filing date: 2016-09-09
Publication date: 2018-03-15
Anticipated expiration: 2036-09-09
Also published as: JP6759021B2

Abstract

【課題】試料表面の形状に依存せずに、均一なコントラストの反射電子組成像を作像できる電子検出装置及び当該電子検出装置を備える電子顕微鏡装置を提供する。【解決手段】本発明の電子検出装置は、試料に照射された電子ビームに基づいて、試料から放出される反射電子を検出する複数の検出器３１と、試料表面に対する電子ビームの光軸の入射角度に基づいて、複数の検出器３１の各検出信号ＩA〜ＩDの補正を行う補正処理部３３２と、を備える。また、本発明の電子顕微鏡装置は、上記構成の電子検出装置を備え、補正処理部３３２で補正された検出信号ＩA〜ＩDに基づいて反射電子組成像を作像し、表示部４に表示する。【選択図】図３

Description

本発明は、電子検出装置及び電子顕微鏡装置に関し、特に、試料から放出される電子を検出する電子検出装置及び当該電子検出装置を備える電子顕微鏡装置に関する。

電子顕微鏡装置において、試料に一次電子線（電子ビーム）を照射すると、試料からは、試料表面の原子を励起して放出される二次電子の他に、照射した電子が試料表面で跳ね返ることによって反射電子が放出される。この反射電子は、試料を構成する元素により発生量が異なり、原子番号が大きいほど発生量が多くなる性質を持っている。また、反射電子は、直進する性質を持っており、試料表面の形状に著しく影響される。したがって、反射電子を検出することにより、試料表面の形状情報を得たり、試料中の組成成分を確認したりすることができる。

従来、反射電子を検出するのに、検出領域が例えば４分割された４分割反射電子検出器が用いられている（例えば、特許文献１参照）。４分割反射電子検出器において、４分割された各検出領域を検出素子Ａ〜Ｄとするとき、検出素子Ａ〜Ｄで取得した検出信号Ｉ_A〜Ｉ_Dを加算することにより、試料表面の形状情報を反映した組成信号Ｉ_COMPOを得ることができる。そして、この組成信号Ｉ_COMPOを基に、所定の信号処理を行うことにより、反射電子組成像を作像することができる。

特開２０１２−１２４０５２号公報

上述したように、４分割反射電子検出器の各検出素子Ａ〜Ｄで取得した検出信号Ｉ_A〜Ｉ_Dを単純に加算して求めた組成信号Ｉ_COMPOは、試料の組成に依存する試料組成依存性を持っている。したがって、組成信号Ｉ_COMPOを基に作像した反射電子組成像から、試料中の組成分布を確認することができる。

しかしながら、単一の組成からできている例えば球体試料の場合、単一組成からできているにも拘わらず、試料上の輝度が一定ではなく、グラデーションが現れる。そのグラデーションの主な原因は、検出信号Ｉ_A〜Ｉ_Dに含まれている、試料表面の凹凸形状に起因するコントラスト成分（以下、「凹凸コントラスト成分」と記述する）である。

このように、反射電子組成像は、試料表面の形状に依存し、試料中の組成情報に起因するコントラスト成分（以下、「組成コントラスト成分」と記述する）だけでなく、凹凸コントラスト成分も含んでいる。そして、凹凸コントラスト成分を含む反射電子組成像からは、試料を確認するためのコントラスト解釈が難しくなる。

そこで、本発明は、試料表面の形状に依存せずに、均一なコントラストの反射電子組成像を作像できる電子検出装置及び当該電子検出装置を備える電子顕微鏡装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の電子検出装置は、
試料に照射された電子ビームに基づいて、試料から放出される電子を検出する複数の検出器と、
試料表面に対する電子ビームの光軸の入射角度に基づいて、複数の検出器の各検出信号の補正を行う補正処理部と、
を備えることを特徴とする。

また、上記目的を達成するために、本発明の電子顕微鏡装置は、
試料に電子ビームを照射するための電子ビーム照射部と、
電子ビームを照射することにより試料から放出される電子を検出する電子検出装置と、
電子検出装置の検出信号を基に作像された像を表示する表示部と、を有し、
電子検出装置は、
試料から放出される電子を検出する複数の検出器と、
試料表面に対する電子ビームの光軸の入射角度に基づいて、複数の検出器の各検出信号の補正を行う補正処理部と、
補正処理部で補正された複数の検出器の各検出信号に基づいて、表示部で表示する像を作像するための処理を行う作像処理部と、を備える
ことを特徴とする。

上記構成の電子検出装置、あるいは電子顕微鏡装置において、試料表面に対する電子ビームの光軸の入射角度に基づいて、複数の検出器の各検出信号の補正を行うことで、組成コントラスト成分を維持しながら、凹凸コントラスト成分を減衰させることができる。

本発明によれば、組成コントラスト成分を維持しながら、凹凸コントラスト成分を減衰させることができるため、試料表面の形状に依存せずに、均一なコントラストの像を作像できる。

本発明の電子顕微鏡装置の構成の一例を示す概略構成図である。４分割反射電子検出器の検出領域を示す図である。信号処理部が持つ機能の一例を示す機能ブロック図である。単一の組成からできている球体試料における、理想的な場合の反射電子組成像及び走査ラインのラインプロファイルを示す図である。単一の組成からできている球体試料における、検出信号Ｉ_A〜Ｉ_Dを単純に加算した場合の反射電子組成像及び走査ラインのラインプロファイルを示す図である。試料表面の傾斜情報、試料の組成情報、反射電子放出分布、及び検出器の取り付け方向と、検出器の検出信号との関係を示す図である。補正後の検出信号Ｉ_A〜Ｉ_Dに基づいて反射電子組成像を作像する処理手順の一例を示すフローチャートである。比較例１の場合の従来例、実施例１、実施例２及び実施例３の反射電子組成像を示す図である。比較例１の場合の走査ラインのラインプロファイルを示す図である。比較例２の場合の従来例、実施例１、実施例２及び実施例３の反射電子組成像を示す図である。比較例２の場合の走査ラインのラインプロファイルを示す図である。比較例２において調整パラメータｋを変更した場合の走査ラインのラインプロファイルを示す図である。比較例３の場合の従来例、実施例１、実施例２及び実施例３の反射電子組成像を示す図である。比較例３の場合の走査ラインのラインプロファイルを示す図である。比較例４の場合の従来例、実施例１、実施例２及び実施例３の反射電子組成像を示す図である。比較例４の場合の走査ラインのラインプロファイルを示す図である。比較例４において調整パラメータｋを変更した場合の走査ラインのラインプロファイルを示す図である。比較例５の場合の従来例、実施例１、実施例２及び実施例３の反射電子組成像を示す図である。比較例５の場合の走査ラインのラインプロファイルを示す図である。比較例５において調整パラメータｋを変更した場合の走査ラインのラインプロファイルを示す図である。比較例６の場合の従来例、実施例１、実施例２及び実施例３の反射電子組成像を示す図である。比較例６の場合の走査ラインのラインプロファイルを示す図である。比較例６において調整パラメータｋを変更した場合の走査ラインのラインプロファイルを示す図である。比較例７の場合の従来例、実施例１、実施例２及び実施例３の反射電子組成像を示す図である。比較例７の場合の走査ラインのラインプロファイルを示す図である。比較例７において調整パラメータｋを変更した場合の走査ラインのラインプロファイルを示す図である。比較例８の場合の従来例、実施例１、実施例２及び実施例３の反射電子組成像を示す図である。比較例８の場合の走査ラインのラインプロファイルを示す図である。

以下、本発明を実施するための形態（以下、「実施形態」と記述する）について図面を用いて詳細に説明する。本発明は実施形態に限定されるものではなく、実施形態における種々の数値等は例示である。本明細書及び図面において、同一の構成要素又は実質的に同一の機能を有する構成要素には同一の符号を付することとし、重複する説明は省略する。

＜走査電子顕微鏡＞
本発明の電子検出装置について説明する前に、当該電子検出装置を備える本発明の電子顕微鏡装置について説明する。ここでは、本発明の電子顕微鏡装置として、走査電子顕微鏡（Scanning Electron Microscope：ＳＥＭ）装置を例に挙げて説明する。図１は、本発明の電子顕微鏡装置の構成の一例を示す概略構成図である。

図１に示すように、走査電子顕微鏡装置１は、電子ビーム照射部２、電子検出装置３及び表示部４を少なくとも備えている。電子ビーム照射部２は、試料室５内に設けられた試料６に対して電子ビーム（一次電子線）ＥＢを照射する。試料６に電子ビームＥＢを照射すると、試料６からは、二次電子と反射電子とが放出される。二次電子は、試料６の試料表面の原子を励起することによって放出される電子である。反射電子は、試料６に照射した電子が試料表面で跳ね返ることによって放出される電子である。

電子検出装置３は、試料６に電子ビームＥＢを照射したときに、試料６から放出される反射電子を検出し、その検出した反射電子情報を基に、表示部４で表示する反射電子組成像（以下、単に「組成像」と記述する場合がある）を作像するための組成信号を生成する処理を行う。表示部４は、液晶表示装置等からなり、電子検出装置３で生成された組成信号に基づいて反射電子組成像を表示する。走査電子顕微鏡装置１では、表示部４に表示される反射電子組成像から、試料６中の組成分布を確認することができる。

電子ビーム照射部２は、電子銃２１、集束レンズ２２、Ｘ方向走査用偏向器２３、Ｙ方向走査用偏向器２４及び対物レンズ２５等によって構成されている。電子銃２１は、電子プローブと呼ばれる細い電子ビームＥＢを出射する。集束レンズ２２は、電子銃２１から出射される電子ビームＥＢの太さを調整するためのものであり、例えば、磁石の作用を利用した磁界レンズからなる。

Ｘ方向走査用偏向器２３は、試料６に照射する電子ビームＥＢを、図の左右方向であるＸ方向に走査するためのものである。Ｙ方向走査用偏向器２４は、試料６に照射する電子ビームＥＢを、紙面に垂直な方向であるＹ方向に走査するためのものである。電子銃２１から出射される電子ビームＥＢは、Ｘ方向走査用偏向器２３及びＹ方向走査用偏向器２４によって二次元的に走査される。対物レンズ２５は、試料６に照射する電子ビームＥＢの最終的な径を決める焦点合わせのためのものであり、例えば、集束レンズ２２と同様に磁界レンズからなる。

＜電子検出装置＞
電子検出装置３は、電子ビーム照射部２によって試料６に照射された電子ビームに基づいて、試料６から放出される電子、より具体的には反射電子を検出する複数の検出器３１を備えている。複数の検出器３１は、二次元的に走査される電子ビームに基づいて、試料６から放出される反射電子をピクセル（画素）単位で検出する例えば半導体タイプの反射電子検出器（半導体検出器）からなり、対物レンズ２５の下面側に試料６に対向して設けられる。本実施形態に係る電子検出装置３では、複数の検出器３１として、周知の４分割反射電子検出器を用いている。

４分割反射電子検出器は、図２に示すように、検出領域の中心点Ｏを中心として、検出領域が４分割され、中心部に電子ビームの通過穴３１１を有する構成となっており、検出領域の中心点Ｏが電子ビーム照射部２から照射される電子ビームの光軸に合致するように配置される。この４分割反射電子検出器において、４分割された各検出領域を検出素子Ａ〜Ｄとするとき、４個の検出素子Ａ〜Ｄのそれぞれが、反射電子を検出する検出器となる。すなわち、複数の検出器３１として４分割反射電子検出器を用いるとき、複数の検出器３１は４個の検出器ということになる。

なお、ここでは、複数の検出器３１として、４分割反射電子検出器を例示しているが、４分割反射電子検出器に限られるものではない。すなわち、検出領域の中心点Ｏを中心として、検出領域が放射状に複数に分割されている検出器であれば、複数の検出器３１として用いることができる。

電子検出装置３は、反射電子を検出する複数の検出器３１の他に、増幅部３２及び信号処理部３３を備えている。複数の検出器３１である検出素子Ａ〜Ｄは、電子ビームＥＢ（電子プローブ）を走査した際に、走査ピクセル（画素）ごとに検出した反射電子の量に応じたレベルの検出信号Ｉ_A〜Ｉ_Dを出力する。増幅部３２は、走査ピクセルごとに検出素子Ａ〜Ｄから出力される検出信号Ｉ_A〜Ｉ_Dを増幅して信号処理部３３に供給する。

図３に、信号処理部３３が持つ機能の一例を示す。信号処理部３３は、傾斜情報取得処理部３３１、補正処理部３３２及び作像処理部３３３の各機能部を持つデジタル信号処理部である。この信号処理部３３については、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、ソフトウェアで実行するマイクロコンピュータによって実現することができる。また、傾斜情報取得処理部３３１、補正処理部３３２及び作像処理部３３３の各機能部については、それらの一部または全部を、例えば集積回路で設計する等により、ハードウェアで実現することもできる。

上記構成の信号処理部３３において、傾斜情報取得処理部３３１は、試料６の試料表面の傾斜情報、例えば法線ベクトル及び傾斜角度の各情報を取得する。傾斜角度は、電子ビームの光軸に対する試料表面の傾斜角度φである。ここで、試料表面の傾斜角度φを取得する手法について例示する。

図２において、検出器３１の検出領域を４分割する一方の分割線の方向をＸ方向とし、これに直交する他方の分割線の方向をＹ方向とするとき、Ｙ方向の分割線に関して一方側の検出素子Ａの検出信号Ｉ_Aと検出素子Ｃの検出信号Ｉ_Cとを加算し、Ｙ方向の分割線に関して他方側の検出素子Ｂの検出信号Ｉ_Bと検出素子Ｄの検出信号Ｉ_Dとを加算する。そして、加算結果（Ｉ_A＋Ｉ_C）と加算結果（Ｉ_B＋Ｉ_D）との差を求めることで、Ｘ方向の試料表面の傾斜角度φ_Xを取得することができる。

また、Ｘ方向の分割線に関して一方側の検出素子Ａの検出信号Ｉ_Aと検出素子Ｄの検出信号Ｉ_Dとを加算し、Ｘ方向の分割線に関して他方側の検出素子Ｂの検出信号Ｉ_Bと検出素子Ｃの検出信号Ｉ_Cとを加算する。そして、加算結果（Ｉ_A＋Ｉ_D）と加算結果（Ｉ_B＋Ｉ_C）との差を求めることで、Ｙ方向の試料表面の傾斜角度φ_Yを取得することができる。

なお、ここで例示した傾斜角度の取得法は、一例であって、上記の取得法に限られるものではない。すなわち、検出器３１の各検出信号Ｉ_A〜Ｉ_Dを用いて傾斜角度を取得するのではなく、専用の傾斜角度検出手段を用いる取得法などであってもよい。

補正処理部３３２は、試料６の試料表面に対する電子ビームＥＢの光軸の入射角度に基づいて、検出器３１の各検出信号Ｉ_A〜Ｉ_Dの補正を行う。補正処理部３３２における補正処理の詳細については後述する。

作像処理部３３３は、補正処理部３３２で補正された検出器３１の各検出信号Ｉ_A〜Ｉ_Dに基づいて、表示部４で表示する反射電子組成像を作像するための処理を行う。具体的には、作像処理部３３３は、走査ピクセルごとに検出器３１の各検出素子Ａ〜Ｄで取得した検出信号Ｉ_A〜Ｉ_Dを、次式（１）のように加算することにより、反射電子組成像を作像するための組成信号Ｉ_COMPOを算出する処理を行う。

ところで、式（１）のように、検出信号Ｉ_A〜Ｉ_Dを加算して求めた組成信号Ｉ_COMPOは、主に、次の依存性（ａ）〜（ｃ）を持っている。
（ａ）試料６の組成に依存する試料組成依存性
（ｂ）試料６からの反射電子の放出角度γに依存する放出角度依存性（γ（φ））
（ｃ）反射率ηの試料表面の傾斜角度に依存する試料表面傾斜角度依存性（η（φ））
なお、試料６の組成に依存する試料組成依存性は、反射率ηの試料組成依存性ということもできる。ここで、反射率ηは、試料６の試料表面に入射する電子ビーム量に対する試料表面で反射する電子ビーム量の比率である。また、放出角度依存性は、試料表面の傾斜により、反射電子の放出分布と検出器３１の取り付け方向の角度が変わることによって、検出器３１に入る反射電子の量が変わることである。

上述したように、走査ピクセルごとに検出器３１の各検出素子Ａ〜Ｄで取得した検出信号Ｉ_A〜Ｉ_Dを単純に加算して求めた組成信号Ｉ_COMPOは、試料組成依存性（ａ）を待っている。したがって、組成信号Ｉ_COMPOを基に作像し、表示部４に表示した反射電子組成像から、試料６中の組成分布を確認することができることになる。

しかしながら、単一の組成からできている例えば球体試料の場合、単一組成からできているにも拘わらず、試料６上の輝度が一定ではなく、グラデーションが現れる。このことについて、以下に具体的に説明する。

単一の組成からできている球体試料の場合、理想的には、図４に示すように、反射電子組成像（図の上）については試料６上の輝度が全体的に一定となり、当該組成像の真ん中の走査ラインのラインプロファイル（図の下）については平坦となる。

これに対して、走査ピクセルごとに検出器３１の各検出素子Ａ〜Ｄで取得した検出信号Ｉ_A〜Ｉ_Dを単純に加算して組成信号Ｉ_COMPOを求めると、図５に示すように、反射電子組成像（図の上）については試料６上の輝度が一定ではなく、走査ラインのラインプロファイル（図の下）については周縁部が減衰した波形となる。

このように、検出信号Ｉ_A〜Ｉ_Dを単純に加算して組成信号Ｉ_COMPOを求めた場合、球体試料が単一の組成（本例では、鉄鋼）からできているにも拘わらず、試料６上の輝度が一定ではなく、グラデーション（輝度の濃淡）が現れる。そのグラデーションの主な原因は、検出信号Ｉ_A〜Ｉ_Dに含まれている凹凸コントラスト成分（試料表面の凹凸形状に起因するコントラスト成分）である。

［実施例］
そこで、本発明の電子検出装置３は、補正処理部３３２を信号処理部３３の一機能部として備えている。補正処理部３３２は、組成コントラスト成分を維持しながら、凹凸コントラスト成分を減衰させ、試料表面の形状に依存せずに、均一なコントラストの反射電子組成像を作像する。そのために、補正処理部３３２は、試料６の試料表面に対する電子ビームＥＢの光軸の入射角度に基づいて、検出信号Ｉ_A〜Ｉ_Dに対して補正処理を行う。以下に、補正処理部３３２で実行する補正処理の具体的な実施例について説明する。

（実施例１）
試料６の試料表面の傾斜情報（試料表面の法線ベクトルｎ及び電子ビームＥＢに対する試料表面の傾斜角度φ）、試料６の組成情報ρ、反射電子ＢＳＥの放出分布、及び検出器３１の取り付け方向Ｎと、検出器３１の検出信号Ｉ（Ｉ_A〜Ｉ_D）とは、一般的に、図６に示すような関係を持つ。ここで、検出器３１の取り付け方向Ｎは、反射電子ＢＳＥに対する検出器３１の取り付け角度についての情報である。図６において、反射電子放出分布は、試料６の試料表面に対するｃｏｓ分布である。

ここで、反射電子ＢＳＥの信号量が試料表面の法線ベクトルｎに対してｃｏｓ（γ）の放出角度依存性を持っていると仮定すれば、検出信号Ｉ（ベクトル）、組成情報ρ、検出器３１の取り付け方向Ｎ（テンソル）及び法線ベクトルｎの関係を、次式（２）で表すことができる。

そして、式（２）を組成情報ρの式に並べ直すことにより、次式（３）が得られる。

つまり、式（３）から明らかなように、検出器３１の取り付け方向Ｎ及び検出信号Ｉから組成情報ρを求めることができる。厳密には、式（３）のρは、試料６の組成（反射率η）、照射電流及び検出器３１の収光率に依存する。ただし、照射電流及び検出器３１の収光率が反射電子組成像の取得中一定であると仮定すれば、式（３）のρは、試料６の組成情報のみを表すことになる。

そこで、実施例１に係る補正処理では、組成情報ρに対して、式（３）を満足する補正を実行することになる。この補正処理により、組成情報ρから、凹凸コントラスト成分の一因となる、先述した依存性（ｂ）、即ち反射電子ＢＳＥの放出角度依存性を除去することができる。そして、反射電子ＢＳＥの放出角度依存性（γ（φ））が除去された組成情報ρを基に作像処理を行うことで、組成コントラスト成分を維持しながら、凹凸コントラスト成分を減衰させ、試料表面の形状に依存せずに、均一なコントラストの反射電子組成像を作像できる。

（実施例２）
実施例１は、反射電子ＢＳＥの放出角度依存性（γ（φ））を除去する例である。これに対して、実施例２は、反射電子ＢＳＥの放出角度依存性（γ（φ））及び反射率ηの試料表面傾斜角度依存性（η（φ））の両方を除去する例である。

ここでは、検出器３１の検出素子Ａの検出信号Ｉ_Aを例に挙げて、実施例２の補正処理について説明を行うが、他の検出素子Ｂ〜Ｄの各検出信号Ｉ_B〜Ｉ_Dに対しても、検出信号Ｉ_Aと同じ補正処理が行われる。

反射電子ＢＳＥの放出分布及び反射率ηの試料表面傾斜角度依存性によると、検出信号Ｉ_Aを次式（４）で表すことができる。

ここで、Ω_Aは検出器３１の取り込み範囲であり、γは反射電子ＢＳＥの放出角度であり、φは試料６の試料表面の傾斜角度であり、ｋは調整パラメータであり、ｉ₀は反射率（＝反射電子ＢＳＥの放出率）ηに比例する一定の因数である。また、ｃｏｓ［γ（φ）］は反射電子ＢＳＥの放出分布（図６の円）を表し、ｓｅｃ（φ）^kは反射率ηの試料表面傾斜角度依存性を表している。

式（４）において、試料表面の傾斜角度φは、検出器３１の取り込み角度に依存しないため、ｓｅｃ（φ）^kを積分の項の外側に移動できる。ｓｅｃ（φ）^kは、二次電子の放出率δの試料表面傾斜角度依存性を表すが、反射率ηの試料表面傾斜角度依存性の近似として扱うことができる。

そして、式（４）における検出信号Ｉ_Aを、次式（５）に置き換えれば、反射率ηの試料表面傾斜角度依存性を除去できる。

このようにして求めた式（５）を、式（３）に代入すると、反射電子ＢＳＥの放出角度依存性（γ（φ））及び反射率ηの試料表面傾斜角度依存性（η（φ））の両方を除去することができる。

そこで、実施例２に係る補正処理では、検出器３１の検出信号Ｉ（Ｉ_A〜Ｉ_D）に対して、式（５）を代入して得られる式（３）を満足する補正を実行することになる。この補正処理により、検出信号Ｉ（Ｉ_A〜Ｉ_D）から、凹凸コントラスト成分の一因となる、反射率ηの試料表面傾斜角度依存性を除去すること、及び、組成情報ρから反射電子ＢＳＥの放出角度依存性を除去することができる。そして、これらの依存性が除去された検出信号Ｉ（Ｉ_A〜Ｉ_D）を基に作像処理を行うことで、組成コントラスト成分を維持しながら、凹凸コントラスト成分を減衰させ、試料表面の形状に依存せずに、均一なコントラストの反射電子組成像を作像できる。

（実施例３）
式（４）を次式（６）に置き換えることができる。

式（６）においては、反射率ηを表す近似を変えて式（４）のｓｅｃ（φ）^kを、反射電子放出角度分布［１＋ｃｏｓ（φ）］^kに置き換えている。式（６）を検出器３１の取り込み範囲Ω_Aで積分すると、次式（７）のようになる。

式（７）において、Θ_AとΘ_Bはそれぞれ検出素子Ａ及び反射電子ＢＳＥの方位角（Ａｚｉｍｕｔｈ）である。また、ｄ_Aとｃ_Aは検出器３１の幾何学パラメータであり、検出器３１と試料６の相対的な位置関係を変えない限り一定である。他の検出素子Ｂ〜Ｄの各検出信号Ｉ_B〜Ｉ_Dについても同様である。

式（７）を用いて、検出信号Ｉ_A〜Ｉ_Dに対して補正処理を行わずに、単純に加算を行って組成信号Ｉ_COMPOを生成すると、組成信号Ｉ_COMPOは次式（８）で表される。

ここで、ｃ_A＝ｃ_B＝ｃ_C＝ｃ_Dであるため、式（８）では、検出器３１の幾何学パラメータをｃ^*に置き換えている。そして、式（８）において、組成信号Ｉ_COMPOを次式（９）に置き換えれば、反射電子ＢＳＥの放出角度依存性（γ（φ））及び反射率ηの試料表面傾斜角度依存性（η（φ））の両方を除去することができる。

そこで、実施例３に係る補正処理では、検出器３１の検出信号Ｉ（Ｉ_A〜Ｉ_D）に対して、式（９）を満足する補正を実行することになる。この補正処理により、検出信号Ｉ（Ｉ_A〜Ｉ_D）から、凹凸コントラスト成分の一因となる、反射電子ＢＳＥの放出角度依存性及び反射率ηの試料表面傾斜角度依存性の両方を除去することができる。そして、これらの依存性が除去された検出信号Ｉ（Ｉ_A〜Ｉ_D）を基に作像処理を行うことで、組成コントラスト成分を維持しながら、凹凸コントラスト成分を減衰させ、試料表面の形状に依存せずに、均一なコントラストの反射電子組成像を作像できる。

また、式（９）を用いて実際の組成信号Ｉ_COMPOを補正してみると、補正項［１＋ｃｏｓ（φ）］^k・２ｃ^*・ｃｏｓ（φ）の傾斜角度φへの依存性が強すぎることが分かる。そこで、次式（１０）のように、調整パラメータｋを導入すると、傾斜角度φへの依存性が強すぎることなく、適切な補正処理を実現可能になる。

以上説明したように、実施例１〜実施例３に係る補正処理によれば、検出器３１の検出信号Ｉ（Ｉ_A〜Ｉ_D）に対して補正を行っても、組成コントラスト成分については変わらず維持しつつ、凹凸コントラスト成分を減衰させ、試料表面の形状に依存せずに、均一なコントラストの反射電子組成像を作像できる。その結果、反射電子組成像のコントラスト解釈が容易になるため、凹凸コントラスト成分を間違えて組成コントラスト成分として捉える可能性が低くなる。

タングステンフィラメントを使用する汎用の電子顕微鏡装置では、一般的に、検出器が対物レンズの中に置かれるインレンズ（Ｉｎ−ｌｅｎｓ）の検出ではなく、対物レンズの下面に固定される半導体タイプの検出器を反射電子の検出に利用する。この場合、構造上、理想的な反射電子組成像を提供できないが、実施例１〜実施例３に係る補正処理によれば、汎用の電子顕微鏡装置であっても、高価な構造が必要なインレンズ検出によって得た場合の反射電子組成像に近い、凹凸コントラスト成分の少ない反射電子組成像を作像することができる。

（反射電子組成像の作像の手順）
次に、検出器３１の検出信号Ｉ_A〜Ｉ_Dに対して、凹凸コントラスト成分を減衰させるための補正を行い、その補正後の検出信号Ｉ_A〜Ｉ_Dに基づいて反射電子組成像を作像する処理手順について、図７のフローチャートを用いて説明する。

ここでは、図３に示す構成の信号処理部３３について、プロセッサが傾斜情報取得処理部３３１、補正処理部３３２及び作像処理部３３３の各機能を実現するプログラムを解釈し、ソフトウェアで実行するマイクロコンピュータによって実現する場合を例に挙げて説明する。この場合は、以下に説明する処理は、プロセッサによる制御の下に実行されることになる。

プロセッサは、検出器３１の検出素子Ａ〜Ｄから検出信号Ｉ_A〜Ｉ_Dを取得し（ステップＳ１１）、次いで、試料６の試料表面の傾斜情報を取得する（ステップＳ１２）。試料表面の傾斜情報については、先述したように、一例として、検出信号Ｉ_A〜Ｉ_Dの演算結果から、試料表面に対する傾斜角度φ（φ_X，φ_Y）を取得することができる。

次に、プロセッサは、検出信号Ｉ_A〜Ｉ_Dに対して、実施例１〜実施例３に係る補正処理を実行し、試料６の表面形状から生じる凹凸コントラスト成分を取り除く（ステップＳ１３）。次に、補正後の検出信号Ｉ_A〜Ｉ_Dに基づいて、試料６の組成情報を強調した組成信号Ｉ_COMPOを生成し（ステップＳ１４）、次いで、組成信号Ｉ_COMPOに基づく反射電子組成像を表示部４に表示する（ステップＳ１５）。

上述した一連の処理は、実施例２及び実施例３の場合を想定しており、実施例１の場合は、試料６の試料表面の傾斜情報を取得するステップＳ１２の処理を省くことが可能である。実施例１〜実施例３は全て実時間（リアルタイム）での処理が可能である。また、実施例２及び実施例３は、試料表面の傾斜角度φの情報を用いているが、周知の傾斜角度検出手法により、試料表面の傾斜角度φを実時間で取得することが可能である。

以上説明した、凹凸コントラスト成分を減衰させるための補正処理は、試料６の試料表面の傾斜情報に基づき、検出器３１の検出素子Ａ〜Ｄで取得できない分の反射電子を補うように検出信号Ｉ_A〜Ｉ_Dを補正する処理である。そして、補正後の検出信号Ｉ_A〜Ｉ_Dに基づいて、反射電子組成像を作像することで、試料表面の形状に依存せず均一なコントラストの反射電子組成像を作像し、表示部４に表示させることができる。

なお、実施例１では、反射電子ＢＳＥの放出角度依存性を除去する補正について、実施例２及び実施例３では、反射電子ＢＳＥの放出角度依存性及び反射率ηの試料表面傾斜角度依存性の両方を除去する補正について説明したが、反射率ηの試料表面傾斜角度依存性を除去する補正とすることもできる。

［比較例］
続いて、検出信号Ｉ_A〜Ｉ_Dに対して補正処理を行わずに、単純に加算を行って組成信号Ｉ_COMPOを生成する場合を従来例とするとき、実施例１、実施例２及び実施例３のそれぞれの効果について、従来例と比較して説明する。

（比較例１）
比較例１は、試料６として直径３ｍｍの鋼球を用い、作動距離（Working Distance；ＷＤ）を９ｍｍとし、観察倍率を３０倍としたときの例である。また、調整パラメータｋのデフォルト値として、実施例２ではｋ＝０．０２を設定し、実施例３ではｋ＝０．１５を設定している。比較例１の場合の従来例、実施例１、実施例２及び実施例３の反射電子組成像を図８に示し、走査ラインのラインプロファイルを図９に示す。

図９のラインプロファイルにおいて、横軸は試料６の走査ライン上における走査位置Ｘを表し、縦軸は走査ライン上の試料６の明るさを表している。また、一点鎖線は従来例に係る組成像の場合を示し、実線は実施例１に係る組成像の場合を示し、点線は実施例２に係る組成像の場合を示し、破線は実施例３に係る組成像の場合を示している。以下の比較例においても同様である。

図８の組成像の対比から明らかなように、従来例に係る組成像に現れていたグラデーションが、実施例１〜実施例３では、検出信号Ｉ_A〜Ｉ_Dに対する補正処理によって減衰されていることがわかる。ただし、図９のラインプロファイルに示すように、実施例１及び実施例３では、真ん中に若干のへこみが生ずる。

（比較例２）
比較例２は、試料６として直径０．８ｍｍの鋼球を用い、作動距離を１１ｍｍとし、観察倍率を１００倍としたときの例である。また、調整パラメータｋのデフォルト値として、実施例２ではｋ＝０．０５を設定し、実施例３ではｋ＝０．１５を設定している。比較例２の場合の従来例、実施例１、実施例２及び実施例３の反射電子組成像を図１０に示し、走査ラインのラインプロファイルを図１１に示す。

図１０の組成像の対比から明らかなように、従来例に係る組成像に現れていたグラデーションが、実施例１〜実施例３では、検出信号Ｉ_A〜Ｉ_Dに対する補正処理によって減衰されていることがわかる。また、調整パラメータｋを、実施例２ではｋ＝０．０２に調整し、実施例３ではｋ＝０．２に調整することで、グラデーションの減衰効果を更に向上できる。比較例２において、調整パラメータｋを変更した場合の走査ラインのラインプロファイルを図１２に示す。

（比較例３）
比較例３は、試料６として直径０．８ｍｍの鋼球を用い、作動距離を２１ｍｍとし、観察倍率を１００倍としたときの例である。また、調整パラメータｋのデフォルト値として、実施例２ではｋ＝０．０５を設定し、実施例３ではｋ＝０．１５を設定している。比較例３の場合の従来例、実施例１、実施例２及び実施例３の反射電子組成像を図１３に示し、走査ラインのラインプロファイルを図１４に示す。

比較例３は、比較例２とは、試料６及び観察倍率については同じであるが、作動距離が異なっている。図１４の組成像の対比から明らかなように、従来例に係る組成像に現れていたグラデーションが、実施例１〜実施例３では、検出信号Ｉ_A〜Ｉ_Dに対する補正処理によって減衰されている。すなわち、比較例３の場合、作動距離が大きくても、作動距離が小さい比較例２と同様の作用、効果を得ることができることがわかる。

（比較例４）
比較例４は、試料６として高さ０．７６ｍｍの円錐体を用い、作動距離を９ｍｍとし、観察倍率を３０倍としたときの例である。また、調整パラメータｋのデフォルト値として、実施例２ではｋ＝０．０５を設定し、実施例３ではｋ＝０．１５を設定している。比較例４の場合の従来例、実施例１、実施例２及び実施例３の反射電子組成像を図１５に示し、走査ラインのラインプロファイルを図１６に示す。

図１５の組成像の対比から明らかなように、従来例に係る組成像では、円錐体の真ん中の平坦部と傾斜部との輝度差が大きいのに対し、実施例１〜実施例３では、検出信号Ｉ_A〜Ｉ_Dに対する補正処理によって、円錐体の真ん中の平坦部と傾斜部との輝度差が小さくなっていることがわかる。また、調整パラメータｋを、実施例２ではｋ＝０．０１に調整し、実施例３ではｋ＝０．３に調整することで、円錐体の真ん中の平坦部と傾斜部との輝度差を更に小さくできる。比較例４において、調整パラメータｋを変更した場合の走査ラインのラインプロファイルを図１７に示す。

（比較例５）
比較例５は、試料６としてメッシュ材を用い、作動距離を１１ｍｍとし、観察倍率を９０倍としたときの例である。また、調整パラメータｋのデフォルト値として、実施例２ではｋ＝０．０５を設定し、実施例３ではｋ＝０．１５を設定している。比較例５の場合の従来例、実施例１、実施例２及び実施例３の反射電子組成像を図１８に示し、走査ラインのラインプロファイルを図１９に示す。

図１８の組成像の対比から明らかなように、従来例に係る組成像では、メッシュ材の水平部分と垂直部分との輝度差が大きいのに対し、実施例１〜実施例３では、検出信号Ｉ_A〜Ｉ_Dに対する補正処理によって、メッシュ材の水平部分と垂直部分との輝度差が小さくなっていることがわかる。また、調整パラメータｋを、実施例２ではｋ＝０．０１に調整し、実施例３ではｋ＝０．３に調整することで、メッシュ材の水平部分と垂直部分との輝度差を更に小さくできる。比較例５において、調整パラメータｋを変更した場合の走査ラインのラインプロファイルを図２０に示す。

（比較例６）
比較例６は、試料６として高さ１０μｍのシリコンピラミッドを用い、作動距離を１０ｍｍとし、観察倍率を１０００倍としたときの例である。また、調整パラメータｋのデフォルト値として、実施例２ではｋ＝０．０５を設定し、実施例３ではｋ＝０．１５を設定している。比較例６の場合の従来例、実施例１、実施例２及び実施例３の反射電子組成像を図２１に示し、走査ラインのラインプロファイルを図２２に示す。

図２１の組成像の対比から明らかなように、従来例に係る組成像では、ピラミッドと母体との輝度差及びエッジ効果が大きいのに対し、実施例１〜実施例３では、検出信号Ｉ_A〜Ｉ_Dに対する補正処理によってピラミッドと母体との輝度差及びエッジ効果が小さくなっていることがわかる。また、調整パラメータｋを、実施例２ではｋ＝０．１に調整することで、ピラミッドと母体との輝度差及びエッジ効果を更に小さくできる。比較例５において、調整パラメータｋを変更した場合の走査ラインのラインプロファイルを図２３に示す。

（比較例７）
比較例７は、試料６として山の高さ０．１９ｍｍのネジを用い、作動距離を１０ｍｍとし、観察倍率を３０倍としたときの例である。また、調整パラメータｋのデフォルト値として、実施例２ではｋ＝０．０５を設定し、実施例３ではｋ＝０．１５を設定している。比較例７の場合の従来例、実施例１、実施例２及び実施例３の反射電子組成像を図２４に示し、走査ラインのラインプロファイルを図２５に示す。

図２４の組成像の対比から明らかなように、従来例に係る組成像では、ネジ部の山と谷の輝度差が大きいのに対し、実施例１〜実施例３では、検出信号Ｉ_A〜Ｉ_Dに対する補正処理によって、ネジ部の山と谷の輝度差が小さくなっていることがわかる。また、調整パラメータｋを、実施例２ではｋ＝０．０４に調整し、実施例３ではｋ＝０．４に調整することで、ネジ部の山と谷の輝度差を更に小さくできる。比較例５において、調整パラメータｋを変更した場合の走査ラインのラインプロファイルを図２６に示す。

（比較例８）
比較例８は、試料６として表面が平坦なはんだを用い、作動距離を１０ｍｍとし、観察倍率を２０００倍としたときの例である。また、調整パラメータｋのデフォルト値として、実施例２ではｋ＝０．０５を設定し、実施例３ではｋ＝０．１５を設定している。比較例８の場合の従来例、実施例１、実施例２及び実施例３の反射電子組成像を図２７に示し、走査ラインのラインプロファイルを図２８に示す。

試料６が、表面が平坦なはんだであることから、従来例に係る組成像は、凹凸コントラスト成分を含まない組成コントラストとなる。そして、実施例１〜実施例３に係る組成像も、図２７の組成像の対比から明らかなように、従来例に係る組成像と同じ組成コントラストとなる。このことは、検出信号Ｉ_A〜Ｉ_Dに対する補正処理を実施したとしても、試料６の組成コントラストは変わらず維持されることを意味している。

上述した比較例１〜比較例８から明らかなように、実施例１〜実施例３に係る補正処理によれば、デフォルト設定（調整パラメータｋのデフォルト値）で、従来例に係る反射電子組成像よりも理想的な像に近い組成コントラストの反射電子組成像を作像することができる。また、実施例２及び実施例３に係る補正処理によれば、調整パラメータｋの調整によって凹凸コントラスト成分を更に低減するこができる。

＜変形例＞
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変形実施が可能である。

１…走査電子顕微鏡装置、２…電子ビーム照射部、３…電子検出装置、４…表示部、５…試料室、６…試料、２１…電子銃、２２…集束レンズ、２３…Ｘ方向走査用偏向器、２４…Ｙ方向走査用偏向器、２５…対物レンズ、３１…複数の検出器（４分割反射電子検出器）、３２…増幅部、３３…信号処理部、３３１…傾斜情報取得処理部、３３２…補正処理部、３３３…作像処理部

Claims

試料に照射された電子ビームに基づいて、前記試料から放出される電子を検出する複数の検出器と、
前記試料の試料表面に対する前記電子ビームの光軸の入射角度に基づいて、前記複数の検出器の各検出信号の補正を行う補正処理部と、
を備えることを特徴とする電子検出装置。
前記補正処理部は、前記試料から放出される電子の前記試料からの放出角度に対する依存性について補正を行う
ことを特徴とする請求項１に記載の電子検出装置。
前記補正処理部は更に、前記試料の試料表面における反射率の試料傾斜角度に対する依存性について補正を行う
ことを特徴とする請求項２に記載の電子検出装置。
試料に電子ビームを照射するための電子ビーム照射部と、
前記電子ビームを照射することにより前記試料から放出される電子を検出する電子検出装置と、
前記電子検出装置の検出信号を基に作像された像を表示する表示部と、を有し、
前記電子検出装置は、
前記試料から放出される電子を検出する複数の検出器と、
前記試料の試料表面に対する前記電子ビームの光軸の入射角度に基づいて、前記複数の検出器の各検出信号の補正を行う補正処理部と、
前記補正処理部で補正された前記複数の検出器の各検出信号に基づいて、前記表示部で表示する像を作像するための処理を行う作像処理部と、を備える
ことを特徴とする電子顕微鏡装置。