JP2023181757A - 荷電粒子線装置および画像取得方法 - Google Patents

荷電粒子線装置および画像取得方法 Download PDF

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Abstract

【課題】フレーム画像間の位置ずれに起因する画像のぼけを低減できる荷電粒子線装置を提供する。【解決手段】本発明に係る荷電粒子線装置は、荷電粒子線でプローブを形成し、プローブで試料を走査する光学系と、試料上におけるプローブの照射位置のずれを補正する補正処理および光学系にプローブで試料の観察領域を走査させてフレーム画像を取得する画像取得処理を繰り返し行う制御部と、複数のフレーム画像に基づいて、試料の画像を生成する画像処理部と、を含み、制御部は、補正処理において、光学系にプローブで観察領域を走査させて参照画像を取得し、基準画像と参照画像との間の位置ずれ量に基づいてプローブの照射位置のずれを補正し、画像処理部は、基準画像と参照画像との間の位置ずれ情報に基づいて各フレーム画像間の位置ずれを補正し、補正された複数のフレーム画像に基づいて試料の画像を生成する。【選択図】図５

Description

本発明は、荷電粒子線装置および画像取得方法に関する。
電子プローブで試料を走査して走査像を取得する荷電粒子線装置として、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）や、走査透過電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）、電子プローブマイクロアナライザー（ＥＰＭＡ）、オージェ電子分光装置（Ａｕｇｅｒ）などが知られている。
このような荷電粒子線装置では、試料において電子プローブが照射された領域に発生する熱とその周辺の温度ムラなどによって、試料がドリフトする場合がある。また、光学系の温度変化などによって、電子プローブの照射位置がドリフトしてしまう場合がある。このように、時間とともに電子プローブと試料の相対的な位置が変動してしまうと、走査像を高い位置精度で取得することができない。そのため、１０万倍以上の高い倍率で観察や分析が可能な荷電粒子線装置では、電子プローブの照射位置を補正する機能が必須となる。
例えば、特許文献１には、フーリエ変換の積により２つの画像間の相関関数を求めて画像間の位置ずれを検出する方法において、相関のフーリエ成分の実部に１より小さい整数を乗じてフーリエ逆変換し、固定ノイズによる相関のピークが、正味の位置ずれを表すピークよりも小さくなるようにしたことを特徴とする画像間の位置ずれ検出方法が開示されている。この画像間の位置ずれに基づいて、電子プローブの照射位置を補正できる。
また、例えば、特許文献２には、基準画像と比較画像の相互相関関数に基づいてドリフト量を計算し、当該ドリフト量に基づいて電子線を偏向させることによって、電子プローブの照射位置を補正する荷電粒子線装置が開示されている。
特開２０００－３４８１７２号公報 特開２０１５－２１０９９９号公報
荷電粒子線装置では、試料の観察領域を電子プローブで繰り返し走査して複数のフレーム画像を取得し、当該複数のフレーム画像を積算して試料の画像を取得することができる。このように複数のフレーム画像を積算して試料の画像を取得する場合、ドリフト量が大きいと、フレームごとに電子プローブの位置を補正しても、フレーム画像間に位置ずれが生じてしまう。フレーム画像間に位置ずれが生じてしまうと、フレーム画像を積算しても試料の画像にぼけが生じてしまう。
本発明に係る荷電粒子線装置の一態様は、
試料を荷電粒子線で形成されたプローブで走査し、前記試料から放出される信号を検出して画像を取得する荷電粒子線装置であって、
前記荷電粒子線で前記プローブを形成し、前記プローブで前記試料を走査する光学系と、
前記試料上における前記プローブの照射位置のずれを補正する補正処理および前記光学
系に前記プローブで前記試料の観察領域を走査させてフレーム画像を取得する画像取得処理を繰り返し行う制御部と、
複数の前記フレーム画像に基づいて、前記試料の画像を生成する画像処理部と、
を含み、
前記制御部は、前記補正処理において、前記光学系に前記プローブで前記観察領域を走査させて参照画像を取得し、基準画像と前記参照画像との間の位置ずれ量に基づいて前記プローブの照射位置のずれを補正し、
前記画像処理部は、前記基準画像と前記参照画像との間の位置ずれ情報を取得し、前記位置ずれ情報に基づいて各前記フレーム画像間の位置ずれを補正し、補正された複数の前記フレーム画像に基づいて前記試料の画像を生成する。
このような荷電粒子線装置では、プローブの照射位置の補正に加えて、各フレーム画像の位置ずれを補正するため、プローブの照射位置の補正では補正できないフレーム画像間の位置ずれを補正できる。したがって、このような荷電粒子線装置では、フレーム画像間の位置ずれに起因する画像のぼけを低減でき、鮮明な試料の画像を得ることができる。
本発明に係る画像取得方法の一態様は、
試料を荷電粒子線で形成されたプローブで走査し、前記試料から放出される信号を検出して画像を取得する荷電粒子線装置における画像取得方法であって、
前記試料上における前記プローブの照射位置のずれを補正する補正工程および前記プローブで前記試料の観察領域を走査してフレーム画像を取得する画像取得工程を繰り返し行う工程と、
複数の前記フレーム画像に基づいて、前記試料の画像を生成する画像処理工程と、
を含み、
前記補正工程において、前記プローブで前記観察領域を走査して参照画像を取得し、基準画像と前記参照画像との間の位置ずれ量に基づいて前記プローブの照射位置のずれを補正し、
前記画像処理工程では、前記基準画像と前記参照画像との間の位置ずれ情報を取得し、前記位置ずれ情報に基づいて各前記フレーム画像間の位置ずれを補正し、補正された複数の前記フレーム画像に基づいて前記試料の画像を生成する。
このような画像取得方法では、プローブの照射位置の補正に加えて、各フレーム画像の位置ずれを補正するため、プローブの照射位置の補正では補正できないフレーム画像間の位置ずれを補正できる。したがって、このような画像取得方法では、フレーム画像間の位置ずれに起因する画像のぼけを低減でき、鮮明な試料の画像を得ることができる。
第１実施形態に係るオージェ電子分光装置の構成を示す図。 電子プローブの走査を説明するための図。 第１実施形態に係るオージェ電子分光装置の制御部の処理の一例を示すフローチャート。 補正処理の一例を示すフローチャート。 第１実施形態に係るオージェ電子分光装置の画像処理部の処理の一例を示すフローチャート。 第１実施形態に係るオージェ電子分光装置の画像処理部の処理を説明するための図。 第２実施形態に係るオージェ電子分光装置の構成を示す図。 第２実施形態に係るオージェ電子分光装置の制御部の処理の一例を示すフローチャート。 鉛フリー半田の二次電子像、鉛フリー半田のグロスのオージェ像、および鉛フリー半田のネットのオージェ像。 第３実施形態に係るオージェ電子分光装置の制御部の処理の一例を示すフローチャート。 第３実施形態に係るオージェ電子分光装置の動作を説明するための図。 第３実施形態に係るオージェ電子分光装置の動作を説明するための図。 第３実施形態に係るオージェ電子分光装置の動作を説明するための図。 第３実施形態に係るオージェ電子分光装置の画像処理部の処理の一例を示すフローチャート。 第３実施形態に係るオージェ電子分光装置の画像処理部の処理を説明するための図。
以下、本発明の好適な実施形態について図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また、以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。
１． 第１実施形態
１．１． オージェ電子分光装置
まず、第１実施形態に係るオージェ電子分光装置について図面を参照しながら説明する。図１は、第１実施形態に係るオージェ電子分光装置１００の構成を示す図である。
オージェ電子分光装置１００は、オージェ電子分光法による測定を行う。オージェ電子分光法とは、電子線等により励起されて試料から放出されるオージェ電子のエネルギーを測定することによって、元素分析を行う手法である。
オージェ電子分光装置１００は、図１に示すように、光学系２０と、試料ステージ３０と、電子分光器５０と、二次電子検出器７０と、制御部８０と、記憶部８２と、画像処理部９０と、を含む。
光学系２０は、電子線でプローブを形成し、当該プローブで試料Ｓを走査する電子光学系である。光学系２０は、電子源２１と、集束レンズ２２と、偏向器２４と、走査偏向器２５と、対物レンズ２６と、を含む。
電子源２１は、電子線を放出する。電子源２１は、例えば、陰極から放出された電子を陰極と陽極との間に印加された加速電圧によって加速させ、電子線を放出する電子銃である。
集束レンズ２２および対物レンズ２６は、電子源２１から放出された電子線を集束させて電子プローブを形成する。走査偏向器２５は、集束レンズ２２および対物レンズ２６によって集束された電子線を二次元的に偏向させる。走査偏向器２５で電子線を二次元的に偏向させることによって、電子プローブで試料Ｓを走査できる。偏向器２４は、集束された電子線を二次元的に偏向させる。偏向器２４は、例えば、走査像の視野を電磁的に移動させるイメージシフトに用いられる。
試料ステージ３０は、試料Ｓを保持する。試料ステージ３０は、例えば試料Ｓを水平方向に移動させる水平方向移動機構、試料Ｓを高さ方向に移動させる高さ方向移動機構、および試料Ｓを傾斜させる傾斜機構を備えている。試料ステージ３０によって、試料Ｓを位置決めできる。
電子分光器５０は、オージェ電子を分光する。電子分光器５０は、例えば、静電半球型
アナライザーである。電子分光器５０は、内半球電極と、外半球電極と、を有している。電子分光器５０では、内半球電極と外半球電極との間に電圧を印加することで、印加した電圧に応じたエネルギー範囲のオージェ電子を検出する。
電子分光器５０で検出されたオージェ電子をエネルギーごとに計数することによってオージェスペクトルを得ることができる。また、電子プローブで試料Ｓを走査し、試料Ｓ上の各点でのオージェ電子の量（強度）を測定することによって、オージェ像を得ることができる。オージェ像は、試料Ｓ上におけるオージェ電子の強度の分布を示す画像である。
二次電子検出器７０は、電子線が試料Ｓに照射されることによって試料Ｓから放出された二次電子を検出する。電子プローブで試料Ｓを走査し、試料Ｓ上の各点での二次電子の量（強度）を測定することによって、二次電子像を得ることができる。
なお、図示はしないが、オージェ電子分光装置１００は、電子線が試料Ｓに照射されることによって試料Ｓから放出された反射電子を検出する反射電子検出器を備えていてもよい。電子プローブで試料Ｓを走査して、試料Ｓ上の各点での反射電子の量を測定することによって、反射電子像を得ることができる。
制御部８０は、光学系２０を制御する。また、制御部８０は、試料Ｓ上における電子プローブの照射位置のずれを補正する補正処理および光学系２０に電子プローブで試料Ｓの観察領域を走査させてフレーム画像を取得する画像取得処理を繰り返し行う。制御部８０の処理の詳細については後述する「１．２．１． 制御部の処理」で説明する。
制御部８０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＤＳＰ（Digital Signal Processor）などのプロセッサと、記憶装置（ＲＡＭ（Random Access Memory）およびＲＯＭ（Read Only Memory）など）と、を含む。制御部８０では、プロセッサで記憶装置に記憶されたプログラムを実行することにより、各種計算処理、各種制御処理を行う。
記憶部８２は、制御部８０で取得した画像を記憶する。記憶部８２は、例えば、ＲＡＭや、ハードディスクなどを含む。
画像処理部９０は、試料Ｓの画像を生成する。画像処理部９０は、複数のフレーム画像に基づいて、試料Ｓの画像を生成する。画像処理部９０の処理の詳細については後述する「１．２．２． 画像処理部の処理」で説明する。
画像処理部９０は、例えば、ＣＰＵやＤＳＰなどのプロセッサと、ＲＡＭやＲＯＭなどの記憶装置と、を含む。画像処理部９０では、プロセッサで記憶装置に記憶されたプログラムを実行することにより、各種計算処理、各種制御処理を行う。
図２は、オージェ電子分光装置１００における電子プローブの走査を説明するための図である。
オージェ電子分光装置１００では、電子源２１から放出された電子を集束レンズ２２および対物レンズ２６で集束して電子プローブを形成し、走査偏向器２５で電子線を偏向させることによって電子プローブで試料Ｓを走査する。電子プローブで試料Ｓを走査し、試料Ｓ上の各点から放出されたオージェ電子を電子分光器５０で分光し、特定のエネルギーのオージェ電子を検出することによってオージェ像を取得できる。また、電子プローブで試料Ｓを走査し、試料Ｓ上の各点から放出された二次電子を二次電子検出器７０で検出することによって二次電子像を取得できる。
オージェ電子分光装置１００では、図２に示すように、試料Ｓの観察領域Ｓ２をラスター走査する。例えば、電子プローブの走査は、図２に示すように、Ｘ軸に沿って走査線Ｌを引き、走査線Ｌを引く位置をＹ軸に沿って移動させることを繰り返すことで行われる。観察領域Ｓ２を電子プローブで１回走査することによって、１つのフレーム画像Ｆを得ることができる。オージェ電子分光装置１００では、観察領域Ｓ２を電子プローブで繰り返し走査することによって複数のフレーム画像Ｆを取得し、複数のフレーム画像Ｆに基づいて１つの試料Ｓの画像（オージェ像）を生成する。複数のフレーム画像Ｆに基づいて試料Ｓの画像を生成することによって、電子線による試料Ｓの損傷を低減しつつ、ノイズが低減された画像を得ることができる。
１．２． 動作
１．２．１． 制御部の処理
図３は、オージェ電子分光装置１００の制御部８０の処理の一例を示すフローチャートである。ここでは、オージェ電子分光装置１００がオージェ像を取得するときの動作について説明する。
制御部８０がオージェ像を取得する処理を実行する前に、ユーザーがオージェ像を取得するための光学系２０の条件（加速電圧やプローブ電流等）および電子分光器５０の条件を設定する。ユーザーは制御部８０の設定部（ユーザーインターフェイス等）を操作して、これらの条件を設定する。設定部におけるこれらの条件の設定が制御部８０の処理に反映される。
また、ユーザーが試料Ｓ上の観察領域Ｓ２を決定する。ユーザーは、例えば、オージェ電子分光装置１００において試料Ｓの二次電子像を取得して試料Ｓを観察し、観察領域Ｓ２を決定する。
ユーザーは、光学系２０の条件、電子分光器５０の条件、および観察領域Ｓ２を決定した後、オージェ電子分光装置１００に対して、オージェ像の取得を開始する指示を行う。
制御部８０は、ユーザーがオージェ像の取得を開始する指示を行ったか否かを判定する（Ｓ１００）。制御部８０は、開始ボタンに対する押下操作が行われた場合や、入力機器から開始指示が入力された場合に、ユーザーが開始指示を行ったと判定する。
制御部８０は、ユーザーが開始指示を行ったと判定した場合（Ｓ１００のＹｅｓ）、基準画像を取得する（Ｓ１０２）。
基準画像は、オージェ像の位置の基準となる画像である。ここでは、基準画像は、二次電子像である。制御部８０は、例えば、光学系２０に、電子プローブで観察領域Ｓ２を走査させ、二次電子検出器７０から基準画像（二次電子像）のデータを取得する。なお、基準画像は、観察領域Ｓ２を決定した後、開始指示が行われる前に取得されてもよい。
次に、制御部８０は、試料Ｓ上における電子プローブの照射位置のずれを補正する補正処理を行う（Ｓ１０４）。補正処理Ｓ１０４については後述する。
次に、制御部８０は、フレーム画像Ｆを取得する画像取得処理を行う（Ｓ１０６）。
制御部８０は、図２に示すように、光学系２０に電子プローブで観察領域Ｓ２を走査させ、オージェ像のフレーム画像Ｆのデータを取得する。オージェ像のフレーム画像Ｆは、観察領域Ｓ２を１回走査して得られたオージェ像である。制御部８０は、フレーム画像Ｆを記憶部８２に記憶させる。
次に、制御部８０は、フレーム画像Ｆを設定された数だけ取得したか否かを判定する（Ｓ１０８）。
制御部８０は、記憶部８２に記憶されたフレーム画像Ｆを数え、あらかじめ設定された数だけフレーム画像Ｆを取得したか否かを判定する。
制御部８０は、フレーム画像Ｆを設定された数だけ取得していないと判定した場合（Ｓ１０８のＮｏ）、補正処理Ｓ１０４、画像取得処理Ｓ１０６、および判定処理Ｓ１０８を行う。制御部８０は、フレーム画像Ｆを設定された数だけ取得したと判定されるまで、補正処理Ｓ１０４、および画像取得処理Ｓ１０６を繰り返す。制御部８０は、１フレームごとに補正処理Ｓ１０４および画像取得処理Ｓ１０６を行う。
制御部８０は、フレーム画像Ｆを設定された数だけ取得したと判定した場合（Ｓ１０８のＹｅｓ）、処理を終了する。これにより、設定された数のフレーム画像Ｆを取得できる。
なお、ここでは、補正処理Ｓ１０４の後に、画像取得処理Ｓ１０６を行う場合について説明したが、画像取得処理Ｓ１０６の後に、補正処理Ｓ１０４を行ってもよい。
図４は、補正処理Ｓ１０４の一例を示すフローチャートである。
まず、制御部８０は、光学系２０に電子プローブで観察領域Ｓ２を走査させて参照画像を取得する（Ｓ１４０）。
参照画像は、観察領域Ｓ２の二次電子像である。制御部８０は、光学系２０に、電子プローブで観察領域Ｓ２を走査させ、二次電子検出器７０から参照画像（二次電子像）のデータを取得する。制御部８０は、取得した参照画像としての二次電子像を記憶部８２に記録させる。
制御部８０は、基準画像と参照画像（二次電子像）との間の位置ずれ量および位置ずれの方向を求める（Ｓ１４２）。
制御部８０は、例えば、パターンマッチングにより基準画像と参照画像との間の位置ずれ量および位置ずれの方向を求める。また、例えば、基準画像と参照画像をそれぞれフーリエ変換し、基準画像のフーリエ変換した結果と、参照画像をフーリエ変換した結果の相関関数を計算し、位置ずれ量および位置ずれの方向を求めてもよい。また、制御部８０は、特開２０００－３４８１７２号公報に記載された手法を用いて、基準画像と参照画像との間の位置ずれ量および位置ずれの方向を求めてもよい。
次に、制御部８０は、基準画像と参照画像との間の位置ずれ量が所定量以上か否かを判定する（Ｓ１４３）。所定量は、ユーザーが任意の値に設定可能である。
制御部８０は、基準画像と参照画像との間の位置ずれ量が所定量以上と判定した場合（Ｓ１４３のＹｅｓ）、基準画像と参照画像との間の位置ずれ量および位置ずれの方向に基づいて、光学系２０を動作させて、試料Ｓ上の電子プローブの照射位置のずれを補正する（Ｓ１４４）。
制御部８０は、基準画像と参照画像との間の位置ずれ量および位置ずれの方向に基づいて、試料Ｓ上の電子プローブの照射位置のずれがキャンセルされるように光学系２０を動
作させる。例えば、照射位置のずれの補正は、偏向器２４によって電子線を偏向させることによって、電子プローブの照射位置を、位置ずれの方向とは反対方向に、位置ずれ量だけ移動させることで行われる。偏向器２４によって電子プローブの位置ずれを補正した状態で、走査偏向器２５によって電子プローブの走査を行う。これにより、電子プローブの照射位置が補正された状態で、電子プローブの走査を行うことができる。
制御部８０は、電子プローブの照射位置のずれがキャンセルされるように光学系２０を動作させた後、または、基準画像と参照画像との間の位置ずれ量が所定量以上ではないと判定した場合（Ｓ１４３のＮｏ）、補正処理を終了する。
１．２．２． 画像処理部の処理
画像処理部９０は、画像取得処理Ｓ１０６を繰り返すことで取得された複数のフレーム画像Ｆに基づいて、試料Ｓの画像を生成する。
図５は、画像処理部９０の処理の一例を示すフローチャートである。図６は、画像処理部９０の処理を説明するための図である。
まず、画像処理部９０は、記憶部８２に記録された基準画像、複数の参照画像、および複数のフレーム画像Ｆを読み出して、基準画像、複数の参照画像、および複数のフレーム画像Ｆを取得する（Ｓ２００）。
次に、画像処理部９０は、基準画像と各参照画像との間の位置ずれ情報を取得する（Ｓ２０２）。
画像処理部９０は、基準画像と各参照画像との間の相互情報量に基づいて、参照画像を幾何学的変換、すなわち、アフィン変換（平行移動、回転、拡大縮小など）することで、基準画像と位置合わせを行う。これにより、画像処理部９０は、基準画像と各参照画像との間の位置ずれ情報を取得する。位置ずれ情報は、基準画像と各参照画像との間の位置ずれに関する情報であり、基準画像と各参照画像との間の位置ずれ量、位置ずれの方向、回転、拡大縮小率などの情報を含む。
次に、画像処理部９０は、基準画像と各参照画像との間の位置ずれ情報に基づいて、各フレーム画像Ｆの位置ずれを補正する（Ｓ２０４）。
上述した補正処理Ｓ１０４は、１フレームごとに行われるため、１フレームごとに参照画像とフレーム画像Ｆが取得される。そのため、各フレーム画像Ｆの位置ずれは、基準画像と各フレーム画像Ｆと同じフレームで取得された参照画像との間の位置ずれ情報に基づいて補正される。
画像処理部９０は、各フレーム画像Ｆの位置（座標）を、基準画像と各参照画像との間の位置ずれの方向とは反対方向に、位置ずれ量だけ移動させる。例えば、画像処理部９０は、１フレーム目のフレーム画像Ｆの位置（座標）を、基準画像と１フレーム目の参照画像との間の位置ずれの方向とは反対方向に、基準画像と１フレーム目の参照画像との間の位置ずれ量だけ移動させる。これにより、１フレーム目のフレーム画像Ｆを構成する各画素の座標が、位置ずれの方向とは反対方向に位置ずれ量だけ変更される。また、画像処理部９０は、基準画像と１フレーム目の参照画像との間の回転に基づいて、１フレーム目のフレーム画像Ｆの回転を補正する。また、画像処理部９０は、基準画像と１フレーム目の参照画像との間の拡大縮小率に基づいて、１フレーム目のフレーム画像Ｆを拡大または縮小させる。画像処理部９０は、２フレーム目以降のフレーム画像Ｆに対しても１フレーム目のフレーム画像Ｆと同様の処理を行って、各フレーム画像Ｆの位置ずれを補正する。
次に、画像処理部９０は、位置ずれが補正された複数のフレーム画像Ｆに基づいて試料Ｓの画像ＩＳ（オージェ像）を生成する（Ｓ２０６）。
画像処理部９０は、図６に示すように、位置ずれが補正された複数のフレーム画像Ｆを重ねて、同じ座標の画素ごとに画素値を平均または積算する。これにより、試料Ｓの画像ＩＳ（オージェ像）を生成できる。画素値は、各画素の明るさを表す値であり、オージェ電子の量（強度）に対応している。ここでは、オージェ像（画像ＩＳ）は、グレースケール画像であり、オージェ電子の量（強度）を各画素の明るさで表している。
１．３． 効果
オージェ電子分光装置１００では、制御部８０は、試料Ｓ上における電子プローブの照射位置のずれを補正する補正処理Ｓ１０４および光学系２０に電子プローブで試料Ｓの観察領域Ｓ２を走査させてフレーム画像Ｆを取得する画像取得処理Ｓ１０６を繰り返し行う。また、画像処理部９０は、複数のフレーム画像Ｆに基づいて、試料Ｓの画像ＩＳを生成する。また、制御部８０は、補正処理Ｓ１０４において、光学系２０に電子プローブで観察領域Ｓ２を走査させて参照画像を取得し、基準画像と参照画像との間の位置ずれ量に基づいて電子プローブの照射位置のずれを補正する。また、画像処理部９０は、基準画像と参照画像との間の位置ずれ情報に基づいて各フレーム画像Ｆ間の位置ずれを補正し、補正された複数のフレーム画像Ｆに基づいて試料Ｓの画像を生成する。
このように、オージェ電子分光装置１００では、電子プローブの照射位置の補正に加えて、各フレーム画像Ｆの位置ずれを補正するため、電子プローブの照射位置の補正では補正できないフレーム画像Ｆ間の位置ずれを補正できる。そのため、オージェ電子分光装置１００では、フレーム画像Ｆ間の位置ずれに起因する画像のぼけを低減でき、鮮明な試料Ｓの画像ＩＳを得ることができる。したがって、オージェ像の空間分解能を向上できる。
オージェ電子分光装置１００では、参照画像は二次電子像であり、フレーム画像Ｆはオージェ像である。二次電子像は、オージェ像に比べて、短時間でノイズが少ない画像を取得できる。したがって、参照画像として二次電子像を用いることによって、短時間で正確に補正処理Ｓ１０４を行うことができる。
１．４． 変形例
上述した第１実施形態では、制御部８０は、補正処理Ｓ１０４において二次電子像を参照画像として取得し、画像取得処理Ｓ１０６においてフレーム画像Ｆとしてオージェ像を取得した。
これに対して、制御部８０は、参照画像をオージェ像と同時に取得してもよい。オージェ電子分光装置１００では、図１に示すように、オージェ電子を検出するための電子分光器５０と二次電子検出器７０の両方を備えているため、オージェ電子と二次電子を同時に検出できる。したがって、観察領域Ｓ２の１回の走査において電子分光器５０でオージェ電子を検出し、二次電子検出器７０で二次電子を検出することによって、オージェ像（フレーム画像）と参照画像を同時に取得してもよい。
２． 第２実施形態
２．１． オージェ電子分光装置
次に、第２実施形態に係るオージェ電子分光装置について、図面を参照しながら説明する。図７は、第２実施形態に係るオージェ電子分光装置２００の構成を示す図である。以下、第２実施形態に係るオージェ電子分光装置２００において、第１実施形態に係るオージェ電子分光装置１００の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付
し、その詳細な説明を省略する。
上述したオージェ電子分光装置１００では、図１に示すように、電子分光器５０と二次電子検出器７０を備えていた。これに対して、オージェ電子分光装置２００では、図７に示すように二次電子検出器を備えていない。
２．２． 動作
２．２．１． 制御部の処理
上述したオージェ電子分光装置１００では、基準画像および参照画像は二次電子像であり、フレーム画像Ｆはオージェ像であった。これに対して、オージェ電子分光装置２００では、基準画像、参照画像、およびフレーム画像Ｆは、オージェ像である。
図８は、オージェ電子分光装置２００の制御部８０の処理の一例を示すフローチャートである。以下では、上述した図３に示すオージェ電子分光装置１００の例と異なる点について説明し、同様の点については説明を省略する。
制御部８０は、ユーザーがオージェ像の取得開始の指示を行ったか否かを判定する（Ｓ３００）。
次に、制御部８０は、ユーザーが開始指示を行ったと判定した場合（Ｓ３００のＹｅｓ）、基準画像を取得する（Ｓ３０２）。
制御部８０は、基準画像として、オージェ像を取得する。すなわち、制御部８０は、光学系２０に電子プローブで観察領域Ｓ２を走査させ、電子分光器５０からオージェ像のデータを取得する。なお、基準画像としてのオージェ像は、１フレーム目のフレーム画像Ｆとしても用いられる。
次に、制御部８０は、フレーム画像Ｆを取得する画像取得処理を行う（Ｓ３０４）。画像取得処理Ｓ３０４は、上述した画像取得処理Ｓ１０６と同様に行われる。ここでは、２フレーム目のフレーム画像Ｆを取得する。
次に、制御部８０は、試料Ｓ上における電子プローブの照射位置のずれを補正する補正処理を行う（Ｓ３０６）。
補正処理Ｓ３０６では、基準画像として処理Ｓ３０２で取得した１フレーム目のオージェ像を用い、参照画像として２フレーム目のオージェ像を用いる点を除いて、上述した図４に示す補正処理Ｓ１０４と同様に行われる。
次に、制御部８０は、フレーム画像Ｆを設定された数だけ取得したか否かを判定する（Ｓ３０８）。判定処理Ｓ３０８は、上述した判定処理Ｓ１０８と同様に行われる。
制御部８０は、フレーム画像Ｆを設定された数だけ取得していないと判定した場合（Ｓ３０８のＮｏ）、画像取得処理Ｓ３０４、補正処理Ｓ３０６、および判定処理Ｓ３０８を行う。補正処理Ｓ３０６では、基準画像として処理Ｓ３０２で取得した１フレーム目のオージェ像を用い、参照画像として画像取得処理Ｓ３０４で取得した３フレーム目のオージェ像を用いる。
制御部８０は、フレーム画像Ｆを設定された数だけ取得したと判定されるまで、画像取得処理Ｓ３０４、補正処理Ｓ３０６、および判定処理Ｓ３０８を繰り返す。このように、制御部８０は、１フレームごとに画像取得処理Ｓ３０４および補正処理Ｓ３０６を行う。
制御部８０は、フレーム画像Ｆを設定された数だけ取得したと判定した場合（Ｓ３０８のＹｅｓ）、処理を終了する。これにより、設定された数のフレーム画像Ｆを取得できる。
図９は、鉛フリー半田の二次電子像、鉛フリー半田のグロスのオージェ像、および鉛フリー半田のネットのオージェ像である。グロスのオージェ像は、オージェスペクトルのピーク位置での強度の分布を示す画像である。ネットのオージェ像は、オージェスペクトルのピーク位置での強度からバックグラウンド位置での強度を差し引いたものである。
図９に示すように、グロスのオージェ像は、Ｓ／Ｎ比（signal to noise ratio）も大きく、二次電子像と類似している。そのため、グロスのオージェ像は、基準画像および参照画像として好適である。
２．２．２． 画像処理部の処理
オージェ電子分光装置２００の画像処理部９０の処理は、基準画像および参照画像としてオージェ像を用いる点を除いて、上述した図５に示すオージェ電子分光装置１００の画像処理部９０の処理と同様であり、その説明を省略する。
２．３． 効果
オージェ電子分光装置２００では、参照画像とフレーム画像Ｆは、オージェ像である。このようにオージェ電子分光装置２００では、参照画像とフレーム画像Ｆが同じであるため、例えば、参照画像として二次電子像を取得する必要がなく、短時間で複数のフレーム画像Ｆを取得できる。
３． 第３実施形態
３．１． オージェ電子分光装置
第３実施形態に係るオージェ電子分光装置の構成は、上述した図１に示すオージェ電子分光装置１００と同様であり、その説明を省略する。
３．２． 動作
３．２．１． 制御部の処理
上述したオージェ電子分光装置１００では、制御部８０は１フレームごとに補正処理Ｓ１０４を行ったが、第３実施形態に係るオージェ電子分光装置では、制御部８０は、１／Ｎ（Ｎは２以上の整数）ごとに補正処理を行う。
図１０は、第３実施形態に係るオージェ電子分光装置の制御部８０の処理の一例を示すフローチャートである。図１１～図１３は、第３実施形態に係るオージェ電子分光装置の動作を説明するための図である。以下では、上述した図３に示すオージェ電子分光装置１００の例と異なる点について説明し、同様の点については説明を省略する。
制御部８０は、ユーザーが開始指示を行ったと判定した場合（Ｓ４００のＹｅｓ）、基準画像を取得する（Ｓ４０２）。
基準画像を取得する処理Ｓ４０２は、上述した図３に示す基準画像を取得する処理Ｓ１０２と同様に行われる。なお、基準画像は、観察領域Ｓ２を決定した後、開始指示を行う前に取得してもよい。
次に、制御部８０は、試料Ｓ上における電子プローブの照射位置のずれを補正する補正処理を行う（Ｓ４０４）。補正処理Ｓ４０４は、補正処理Ｓ１０４と同様に行われる。
次に、制御部８０は、図１１に示すように、光学系２０に、観察領域Ｓ２を１／Ｎ（Ｎは２以上の整数）フレーム分だけ走査させて、部分画像ＰＩ－１を取得する（Ｓ４０６）。図示の例では、観察領域Ｓ２を３分割している。すなわち、図示の例では、Ｎ＝３である。観察領域Ｓ２の分割数は、任意に設定可能である。制御部８０は、取得した部分画像ＰＩ－１を記憶部８２に記憶させる。
次に、制御部８０は、１フレーム分の部分画像が取得されたか否かを判定する（Ｓ４０８）。図示の例では、観察領域Ｓ２は３分割されているため、制御部８０は、３つの部分画像ＰＩ－１、ＰＩ－２、ＰＩ－３が取得された場合に、１フレーム分の部分画像を取得したと判定する。
制御部８０は、１フレーム分の部分画像が取得されていないと判定した場合（Ｓ４０８のＮｏ）、補正処理Ｓ４０４を行い、図１２に示すように、部分画像ＰＩ－２を取得する（Ｓ４０６）。次に、制御部８０は、１フレーム分の部分画像が取得されていないと判定した場合（Ｓ４０８のＮｏ）、補正処理Ｓ４０４を行い、図１３に示すように、部分画像ＰＩ－３を取得する（Ｓ４０６）。これにより、１フレーム分の部分画像ＰＩ－１、ＰＩ－２、ＰＩ－３を取得できる。すなわち、１つのフレーム画像Ｆを取得できる。このように、制御部８０は、１／Ｎフレームごとに補正処理Ｓ４０４を行い、１／Ｎフレーム分の部分画像を取得する処理をＮ回繰り返すことで、フレーム画像Ｆを取得する。
制御部８０は、１フレーム分の部分画像が取得されたと判定した場合（Ｓ４０８のＹｅｓ）、フレーム画像Ｆを設定された数だけ取得したか否かを判定する（Ｓ４１０）。
制御部８０は、フレーム画像Ｆを設定された数だけ取得していないと判定した場合（Ｓ４１０のＮｏ）、補正処理Ｓ４０４、画像取得処理Ｓ４０６、判定処理Ｓ４０８、および判定処理Ｓ４１０を行う。制御部８０は、フレーム画像Ｆを設定された数だけ取得したと判定されるまで、補正処理Ｓ４０４、画像取得処理Ｓ４０６、判定処理Ｓ４０８、および判定処理Ｓ４１０を繰り返す。
制御部８０は、フレーム画像Ｆを設定された数だけ取得したと判定した場合（Ｓ４１０のＹｅｓ）、処理を終了する。これにより、設定された数のフレーム画像Ｆを構成する複数の部分画像を取得できる。例えば、フレーム画像Ｆの数が１０枚に設定されている場合、１０×Ｎ枚の部分画像を取得できる。
３．２．２． 画像処理部の処理
画像処理部９０は、取得された複数の部分画像に基づいて、試料Ｓの画像を生成する。
図１４は、画像処理部９０の処理の一例を示すフローチャートである。図１５は、画像処理部９０の処理を説明するための図である。以下では、上述した図５に示すオージェ電子分光装置１００の例と異なる点について説明し、同様の点については説明を省略する。
まず、画像処理部９０は、記憶部８２に記録された基準画像、複数の参照画像、および複数の部分画像を読み出して、基準画像、複数の参照画像、および複数の部分画像を取得する（Ｓ５００）。
次に、画像処理部９０は、基準画像と各参照画像との間の位置ずれ情報を取得する（Ｓ５０２）。
画像処理部９０は、上述した図５に示す基準画像と参照画像との間の位置ずれ情報を取
得する処理Ｓ２０２と同様の手法で、基準画像と各参照画像との間の位置ずれ情報を取得する。
次に、画像処理部９０は、基準画像と各参照画像との間の位置ずれ情報に基づいて、各部分画像の位置ずれを補正する（Ｓ５０４）。
上述したように、補正処理Ｓ１０４は、１／Ｎフレームごとに行われるため、１／Ｎフレームごとに参照画像と部分画像が取得される。そのため、各部分画像の位置ずれは、基準画像と、各部分画像と同じフレームで取得された参照画像との間の位置ずれ情報に基づいて補正される。
次に、画像処理部９０は、位置ずれが補正された複数の部分画像に基づいて試料Ｓの画像（オージェ像）を生成する（Ｓ５０６）。
画像処理部９０は、例えば、複数の部分画像を重ね、同じ座標に画素が２以上ある場合には画素値の平均を求めて試料Ｓの画像ＩＳの画素値とする。また、同じ座標に画素が１つの場合には当該１つの画素の画素値を試料Ｓの画像ＩＳの画素値とする。
例えば、図１５に示すように、１フレーム目に取得された部分画像ＰＩ－１，ＰＩ－２，ＰＩ－３に、２フレーム目に取得された部分画像ＰＩ－４，ＰＩ－５，ＰＩ－６を重ねた場合、座標（Ｘ１，Ｙ１）の位置Ｐ１では、部分画像ＰＩ－１と部分画像ＰＩ－４が重なっている。そのため、部分画像ＰＩ－１の座標（Ｘ１，Ｙ１）の画素の画素値と、部分画像ＰＩ－４の座標（Ｘ１，Ｙ１）の画素の画素値を平均し、画像ＩＳの座標（Ｘ１，Ｙ１）の画素の画素値とする。所定の位置において、３以上の部分画像が重なっている場合も同様に、部分画像の画素値の平均を画像ＩＳの画素の画素値とする。
また、座標（Ｘ２，Ｙ２）の位置Ｐ２では、部分画像ＰＩ－４が存在している。そのため、部分画像ＰＩ－４の座標（Ｘ２，Ｙ２）の画素の画素値を、画像ＩＳの座標（Ｘ２，Ｙ２）の画素の画素値とする。
ここで、１つのフレーム画像Ｆを構成するＮ個の部分画像において、隣り合う部分画像の隙間２に対応する画像ＩＳの画素の画素値は、他のフレーム画像Ｆの画素値に基づいて決定される。
例えば、図１５に示すように、フレーム画像Ｆを構成する３つの部分画像ＰＩ－１，ＰＩ－２，ＰＩ－３において、隣り合う部分画像ＰＩ－２と部分画像ＰＩ－３の隙間２がある。このとき、他のフレーム画像Ｆを構成する３つの部分画像ＰＩ－４，ＰＩ－５，ＰＩ－６のうちの部分画像ＰＩ－６は、隙間２に重なる。そのため、隙間２の領域に対応する画像ＩＳの画素の画素値は、隙間２に重なる部分画像ＰＩ－６の画素の画素値が用いられる。このように、１つのフレーム画像Ｆにおいて、部分画像の位置ずれを補正することで生じた空白部分は、他のフレーム画像Ｆの画素値を用いて補われる。
このようにして、画像処理部９０は、位置ずれが補正された複数の部分画像に基づいて試料Ｓの画像ＩＳを生成する。
３．３． 効果
第３実施形態に係るオージェ電子分光装置では、制御部８０は、補正処理Ｓ４０４を、１／Ｎフレームごとに行い、画像取得処理Ｓ４０６において、光学系２０に観察領域Ｓ２を１／Ｎフレーム分だけ走査させて、部分画像を取得し、補正処理Ｓ４０４および画像取
得処理Ｓ４０６をＮ回繰り返すことによって、各フレーム画像Ｆを取得する。このように第３実施形態では、１／Ｎフレームごとに補正処理Ｓ４０４が行われるため、例えば、１フレームごとに補正処理を行う場合と比べて、より短い時間間隔で電子プローブの照射位置のずれを補正できる。
第３実施形態に係るオージェ電子分光装置では、画像処理部９０は、基準画像と参照画像との間の位置ずれ情報に基づいて各部分画像間の位置ずれを補正し、補正された複数の部分画像に基づいて試料Ｓの画像ＩＳを生成する。そのため、第３実施形態では、より短い時間間隔で電子プローブの照射位置のずれを補正できる。
第３実施形態に係るオージェ電子分光装置では、画像処理部９０は、補正された複数の部分画像を重ね、同じ座標に画素が２以上ある場合には画素値の平均を求めて試料Ｓの画像ＩＳの画素値とし、同じ座標に画素が１つの場合には当該１つの画素の画素値を試料Ｓの画像ＩＳの画素値とする。そのため、第３実施形態では、部分画像が重なる数に応じて画素値が大きくならないため、部分画像が重なる数が異なることによる画素値の違いが画像ＩＳに現れない。
例えば、同じ座標に画素が２以上ある場合に画素値を積算して画像ＩＳの画素値とすると、部分画像が重なる数が多いほど画素値が大きくなってしまう。そのため、部分画像が重なる数が異なることによる画素値の違いが画像ＩＳに現れてしまう。同じ座標に画素が２以上ある場合に画素値の平均を求めて試料Ｓの画像ＩＳの画素値とする場合には、このような問題が生じない。
第３実施形態に係るオージェ電子分光装置では、画像処理部９０は、複数のフレーム画像Ｆのうちの１つのフレーム画像Ｆを構成するＮ個の部分画像において、隣り合う部分画像の隙間２に対応する試料Ｓの画像ＩＳの画素の画素値を、複数のフレーム画像Ｆのうちの他のフレーム画像Ｆの画素値に基づいて決定する。そのため、第３実施形態では、Ｎ個の部分画像からなる１つのフレーム画像Ｆに、画素値がない空白部分が生じた場合でも、他のフレーム画像Ｆの画素値で補うことができる。
４． 変形例
なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。
例えば、上述した第１～第３実施形態では、すべてのフレーム画像を取得した後に、取得した複数のフレーム画像を積算または平均して試料Ｓの画像ＩＳを生成したが、フレーム画像を取得する処理と、フレーム画像を積算または平均する画像処理を並行して行って、リアルタイムに試料Ｓの画像をディスプレイなどの表示部に表示させてもよい。
また、例えば、上述した第１～第３実施形態では、本発明に係る荷電粒子線装置が、オージェ電子分光装置の場合について説明したが、本発明に係る荷電粒子線装置は、電子線やイオンビームなどの荷電粒子線でプローブを形成し、当該プローブで試料を走査して走査像を取得する装置であればよい。また、プローブで試料を走査して試料で発生した信号は、二次電子や、反射電子、オージェ電子などの電子、特性Ｘ線などのＸ線、非弾性散乱電子、カソードルミネッセンスなどの光であってもよい。
本発明に係る荷電粒子線装置は、例えば、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）、走査透過電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）、電子プローブマイクロアナライザー（ＥＰＭＡ）、二次イオン質量分析装置（ＳＩＭＳ）であってもよい。
また、例えば、上述した第１～第３実施形態では、試料Ｓの画像ＩＳとしてオージェ像を取得する場合について説明したが、本発明に係る荷電粒子線装置は、オージェ像以外の様々な試料Ｓの画像を取得してもよい。例えば、試料Ｓの画像として、二次電子像や、反射電子像、ＥＤＳ（energy dispersive X-ray spectroscopy）による元素マップ、ＷＤＳ（wavelength-dispersive X-ray spectroscopy）による元素マップ、ＥＥＬＳ（electron
energy loss spectroscopy）による元素マップを取得してもよい。
また、例えば、上述した第１～第３実施形態では、基準画像および参照画像として二次電子像を用いる場合について説明したが、基準画像および参照画像は、二次電子像に限定されず、反射電子像や、オージェ像、ＥＤＳによる元素マップ、ＥＥＬＳによる元素マップなどであってもよい。
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、さらに種々の変形が可能である。例えば、本発明は、実施形態で説明した構成と実質的に同一の構成を含む。実質的に同一の構成とは、例えば、機能、方法、及び結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成である。また、本発明は、実施形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
２…隙間、２０…光学系、２１…電子源、２２…集束レンズ、２４…偏向器、２５…走査偏向器、２６…対物レンズ、３０…試料ステージ、５０…電子分光器、７０…二次電子検出器、８０…制御部、８２…記憶部、９０…画像処理部、１００…オージェ電子分光装置、２００…オージェ電子分光装置

Claims (9)

  1. 試料を荷電粒子線で形成されたプローブで走査し、前記試料から放出される信号を検出して画像を取得する荷電粒子線装置であって、
    前記荷電粒子線で前記プローブを形成し、前記プローブで前記試料を走査する光学系と、
    前記試料上における前記プローブの照射位置のずれを補正する補正処理および前記光学系に前記プローブで前記試料の観察領域を走査させてフレーム画像を取得する画像取得処理を繰り返し行う制御部と、
    複数の前記フレーム画像に基づいて、前記試料の画像を生成する画像処理部と、
    を含み、
    前記制御部は、前記補正処理において、前記光学系に前記プローブで前記観察領域を走査させて参照画像を取得し、基準画像と前記参照画像との間の位置ずれ量に基づいて前記プローブの照射位置のずれを補正し、
    前記画像処理部は、前記基準画像と前記参照画像との間の位置ずれ情報を取得し、前記位置ずれ情報に基づいて各前記フレーム画像間の位置ずれを補正し、補正された複数の前記フレーム画像に基づいて前記試料の画像を生成する、荷電粒子線装置。
  2. 請求項１において、
    前記制御部は、
    前記補正処理を、１／Ｎ（Ｎは２以上の整数）フレームごとに行い、
    前記画像取得処理において、前記光学系に、前記観察領域を１／Ｎフレーム分だけ走査させて、部分画像を取得し、
    前記補正処理および前記画像取得処理をＮ回繰り返すことによって、各前記フレーム画像を取得する、荷電粒子線装置。
  3. 請求項２において、
    前記画像処理部は、前記位置ずれ情報に基づいて各前記部分画像間の位置ずれを補正し、補正された前記複数の部分画像に基づいて前記試料の画像を生成する、荷電粒子線装置。
  4. 請求項３において、
    前記画像処理部は、
    補正された前記複数の部分画像を重ね、同じ座標に画素が２以上ある場合には画素値の平均を求めて前記試料の画像の画素値とし、同じ座標に画素が１つの場合には当該１つの画素の画素値を前記試料の画像の画素値とする、荷電粒子線装置。
  5. 請求項３において、
    前記画像処理部は、
    複数の前記フレーム画像のうちの１つの前記フレーム画像を構成する前記Ｎ個の部分画像において、隣り合う前記部分画像の隙間に対応する前記試料の画像の画素の画素値を、複数の前記フレーム画像のうちの他の前記フレーム画像の画素値に基づいて決定する、荷電粒子線装置。
  6. 請求項１において、
    前記参照画像と前記フレーム画像は、同じ画像である、荷電粒子線装置。
  7. 請求項６において、
    前記プローブで前記試料を走査することによって前記試料から放出されたオージェ電子を検出する検出器を含み、
    前記参照画像と前記フレーム画像は、オージェ像である、荷電粒子線装置。
  8. 請求項１において、
    前記プローブで前記試料を走査することによって前記試料から放出されたオージェ電子を検出する第１検出器と、
    前記プローブで前記試料を走査することによって前記試料から放出された二次電子または反射電子を検出する第２検出器と、
    を含み、
    前記参照画像は、二次電子像または反射電子像であり、
    前記フレーム画像は、オージェ像である、荷電粒子線装置。
  9. 試料を荷電粒子線で形成されたプローブで走査し、前記試料から放出される信号を検出して画像を取得する荷電粒子線装置における画像取得方法であって、
    前記試料上における前記プローブの照射位置のずれを補正する補正工程および前記プローブで前記試料の観察領域を走査してフレーム画像を取得する画像取得工程を繰り返し行う工程と、
    複数の前記フレーム画像に基づいて、前記試料の画像を生成する画像処理工程と、
    を含み、
    前記補正工程において、前記プローブで前記観察領域を走査して参照画像を取得し、基準画像と前記参照画像との間の位置ずれ量に基づいて前記プローブの照射位置のずれを補正し、
    前記画像処理工程では、前記基準画像と前記参照画像との間の位置ずれ情報を取得し、前記位置ずれ情報に基づいて各前記フレーム画像間の位置ずれを補正し、補正された複数の前記フレーム画像に基づいて前記試料の画像を生成する、画像取得方法。
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