JP2760786B2 - 走査電子顕微鏡およびその試料台移動方法 - Google Patents
走査電子顕微鏡およびその試料台移動方法Info
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/02—Details
- H01J37/20—Means for supporting or positioning the objects or the material; Means for adjusting diaphragms or lenses associated with the support
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- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/26—Electron or ion microscopes; Electron or ion diffraction tubes
- H01J37/28—Electron or ion microscopes; Electron or ion diffraction tubes with scanning beams
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は，微細対象物の観察，検査に係り、特に観察
の際の視野移動の操作性に優れた走査電子顕微鏡（以下
SEMと略する）に関する。 〔従来の技術〕 従来、SEMによる観察においては、視野の変更を行う
場合には、電子線の入射位置を電子レンズの調整により
変化させる方法、試料台を移動させる方法が用いられて
いる。前者は、試料台の機械的移動がないので、操作が
簡単であるが、移動の範囲が限定されたり、電子ビーム
の入射精度が劣化するという制限があり、後者の試料台
移動方式を用いざるを得ない。試料台は、目的に応じ、
水平移動，回転移動，傾斜移動を組合わせて用いられ
る。これらの移動は、ほとんどの場合、操作者がつまみ
を動かして直接機械的に動きが伝えられる。単純な試料
台の構造では、例えば、傾斜した際に、傾斜前に観察し
ていた部位が視野から逃げるというような欠点がある。
そこで、アイ・ビー・エム、テクニカルデイスクロージ
ヤーブレテイン、26巻,3A号，（1983年）第1173頁から
第1174頁（IBM Technical,Disclosure Bulletin、vol、
26、No・3A（1983）pp.1173−1174）に見られるよう
な、特別な機械的工夫を行つて、観察を容易にすること
が試みられている。また、半導体の検査等においては、
試料台を自動的に測定点から次の測定点まで移動したり
設計図面上で指定した位置へ試料台を移動したりし、微
妙な位置合わせは、画像情報に基づいて決定するシステ
ムが開発されている。これについては、例えば、日本学
術振興会荷電粒子ビームの工業への応用第132委員会第9
7回研究資料第63頁から第68頁に「CADデータ・ベースを
結合したEBテスタ・システム」との題で小松文朗ほかに
より発表されている。 〔発明が解決しようとする問題点〕 上記従来技術のうち、前者には、機械的な動作の仕方
が倍率にかかわらず一定なため、視野の移動の速度が倍
率によつて異なる。また、機械的制約によつて動作が限
られる。機械的な摩耗によつて動作精度が劣化する等の
点問題があつた。また、上記従来技術のうち後者には、
予め観察の対象が決まつている場合にのみしか使えない
という問題があつた。 本発明の目的は、予め観察対象の詳細が知られていな
い場合においても適用が可能で、観察中の画像を中心と
して、試料台の機械的構造を意識せずに視野の移動が可
能で、機械的な摩耗による動作精度の劣化にも対応でき
るSEMを提供することにある。 〔問題点を解決するための手段〕 上記目的は、試料の走査に使用する電子線を発射する
電子銃と試料を載せる試料台を有する走査電子顕微鏡
に、移動前の試料台と移動後の試料台との関係から少な
くとも１つの座標軸を検出し、検出された前記座標軸を
もとに、前記移動前の試料台の姿勢と前記移動前の試料
台を走査して得られる画像との対応関係を決定すること
と、移動前後の試料台を走査して得られる各々の画像の
相関関係を計算し、前記相関関係が予め定めた基準を満
たさない場合は、前記相関関係が前記基準を満たす位置
まで前記移動後の試料台を移動することにより達成され
る 〔作用〕 試料台の姿勢と前記試料台を表示した画像との対応関
係を決定する手段によって得られた、試料台と試料台を
表示した画像との対応関係の情報及び試料台の機械的な
動作精度を考慮して操作者の所望の視野の変更を試料台
の移動を分割し、分割された移動ごとに位置の修正を加
えることによって行うので、操作者は試料台の機械的構
造を意識することがなく所望の視野を選択することがで
きる。 〔実施例〕 以下、本発明の一実施例を第１図から第14図を用いて
説明する。 第１図は本発明の一実施例のハードウエア構成図であ
る。SEM鏡体101中の電子銃102より放出された電子線103
は集束レンズ104、偏向コイル105及び対物レンズ106で
偏向され、試料111上を走査する。試料111の乗る試料台
は、上下方向に移動するＺステージ107、水平の２方向
に移動するＸ−Ｙステージ108、その法線が鉛直面内で
傾斜する傾斜ステージ109、傾斜ステージ109の作る傾斜
面内で回転する回転ステージ110より成る。この試料台
では、下のステージの動きはそのまま上のステージへ伝
わる。例えば、Ｘ−Ｙステージ108が移動すると、傾斜
ステージ109と回転ステージ110はＸ−Ｙステージ108と
ともに動く。しかし,Zステージ107は動かない。この試
料台の上の試料111より、電子線103の入射に対応して放
出される２次電子112は検出器113により検出され、偏向
コイル105と同期して走査するモニタースクリーン114上
に画像を形成する。この信号は、同時にA/D変換器115に
よりデイジタル化され、フレームメモリ116上に画像と
して記憶される。このフレームメモリ116は複数枚の画
像を記憶できるようにしておく。CRT117はフレームメモ
リ116の内容を選択して表示する。演算処理部118は、フ
レームメモリ116の内容を用い、２つの画像間の対応点
の探索等の処理を行う。制御部119は、演算処理部118の
情報等を用いて、Ｚステージ107,X−Ｙステージ108,傾
斜ステージ109,回転ステージ110,偏向コイル105等を制
御する。これらの動作は操作卓120の指示のもとに行わ
れる。 次に、本発明の一実施例の処理の流れを第２図から第
７図で説明する。第２図は処理の全体を示す図、第３図
は、第２図ブロツク204の詳細を示す図、第４図は、第
２図ブロツク206の詳細及び第３図ブロツク303の詳細を
示す図、第５図は第３図ブロツク304の詳細を示す図、
第６図は第３図ブロツク305の詳細を示す図、第７図は
第３図ブロツク307の詳細を示す図である。第２図ブロ
ツク201において操作者はSEMで試料111の表面を観察し
ている。対象物をより詳細に観察するため、視野を変更
するため、ブロツク202で処理内容を選択する。本実施
例で用意した機能は、視野中心の回転，視野を中心とし
て軸を指定した傾斜，移動する量を画面の幅及び、縦横
の方向を基準とした水平移動の３つである。これらの機
能を選択した背景を簡単に説明すると、SEMでは、電子
工学系の都合により、第１図のＸ−Ｙステージ108の移
動方向であるＸ軸Ｙ軸や、傾斜ステージ109の傾斜軸の
位置などを容易に知ることが出来ないということであ
る。すなわち、これらステージを手動で動作させても、
それに対する視野の動きは予想出来ない。しかし、観察
者が望むのは、大部分の場合、視野を中心あるいは基準
とした移動である。これが上記機能選択の背景である。
視野中心の移動を選択した場合、検出器の位置関係を保
つ等のために、回転ステージ110とＸ−Ｙステージ108を
実際に動作させることは、特別な場合を除いてないの
で、第２図ブロツク203におけるように偏向コイル105を
制御することにより、走査方向を回転させ（ラスターロ
ーテーシヨン回路を用いる。）結果として視野を回転さ
せる。第２図ブロツク204の視野を中心として軸を指定
した傾斜を選択した場合には、実際に傾斜ステージ109
及びＸ−Ｙステージ108を移動させなければならない。
この詳細については、第３図を用いて説明する。第３図
ブロツク301においては、別の角度から観察したい特徴
点を指定する。この操作は第８図（ａ）CRT801中で特徴
点802をカーソル803で指定することにより行う。このカ
ソール803内部の画像は記憶され後のパターンマツチン
グに用いられる。ブロツク302では第８図（ｂ）のCRT80
1上で傾斜軸804を指定する。ブロツク303では現在の画
面中でのＸ軸Ｙ軸の方向を算出する。これについては、
第４図ブロツク401にて試料台移動前の画像を記憶す
る。次にブロツク402では試料台の第１図Ｘ−Ｙステー
ジ108をＸ方向に移動する。この移動量は第９図移動前
の特徴点902がCRT901中から飛び出さないように、倍率
を考慮して決定する。具体的には、CRT901の一辺の長さ
をL,倍率をｆとした場合、例えばL/5fだけ動かせばよ
い。Ｘ軸Ｙ軸が座標軸904で示される位置にあつた場合
には、例えば、移動後の特徴点903のように移動する。
ブロツク403ではブロツク401と同様に画像を取り込み記
憶する。ブロツク404では、ブロツク401で取り込んだ画
像中の移動前の特徴点902がブロツク403で取り込んだ画
像中でどの位置にあるかを、画像間演算により行う。具
体的には、第10図において、CRT1001上の画像はデイジ
タル的に表現されており、Ｎ×Ｎの二次元配列をそれぞ
れ構成しているものとしたとき、これらの画像間の相関
値を求めることにより行う。移動前の画像の配列をＡ、
移動後の配列をＢで表す。A,Bの（i,j）成分の値Aij,B
ijがそれぞれの画像濃度を表している。配列Ａの（i,
j）成分の位置と配列Ｂの（ｉ′,j′）成分の位置との
相関値Riji′ｊ′を次のように定義する。ただし配列の
添字が１〜Ｎの範囲を越えないようＭを決めておく。 上の式は、Ａαβ、α＝ｉ−M,…,i＋M,β＝ｊ−Ｍ、
…,j＋Ｍで指定される。第10図（ａ）第一の画像片1003
により移動前の特徴点1002を指定し、Ｂαβ，α＝ｉ′
−M,…,i′＋M,β＝ｊ′−M,…,j′＋Ｍで指定される。
第10図（ｂ）第二の画像片との相関値を表す。この相関
値は二つの画像片が似ていればいる程値が大きくなり、
第二の画像片1005が移動後の特徴点1004を含み、第一の
画像片1002と同様のものになつた場合に最大になる。す
なわち、第二の画像片を配列Ｂ中で動かし、相関値最大
の点を求めれば、対応点を決定することができる。ブロ
ツク405ではこの対応点の位置情報より、移動量と方向
を計算する。第一の画像片が（i,j）を中心とし、対応
する第二の画像片が（ｉ′,j′）を中心としている場合
には、Ｘ軸は、この２点を結んだ方向となる。第３図に
戻り、ブロツク304では、画面に対する機械的な傾斜軸
の位置を求める。この詳細について、第５図と第11図を
用いて説明する。第５図ブロツク501では移動前の画像
を取り込み記憶する。ブロツク502では試料台を傾斜す
る。この傾斜の大きさは、第11図移動前の特徴点がCRT1
101中より飛び出してしまわない程度の大きさでなけれ
ばならない。試料の厚さは未知であるので概略の値しか
指定することは出来ないが、傾斜前の試料台傾斜角をθ
１、試料台の横幅をＷ、倍率をｆ、CRTの一辺を長さを
Ｌとすると、 ラジアン程度の傾斜を行えば、中央の特徴点が画面より
飛び出すことはない。ブロツク503では、移動後の特徴
点1103を含んだ画像を取り込み記憶する。ブロツク504
では、第４図ブロツク404と同様の方法で対応点決定を
行う。ブロツク505では、傾斜軸1104の位置方向を計算
する。ブロツク501で取り込んだ画像の（i,j）画素が、
ブロツク503で取り込んだ画素の（ｉ′,j′）画素に対
応したとすると、傾斜軸の方向はこれら２点を通る直線
に直交する方向になる。軸までの距離の導出は第12図で
説明する。移動前の特徴点1201が水平面と角度θ１をな
す移動前の試料台上面1202上にあり、移動後の特徴点12
03が水平面と角度θ２をなす移動後の試料台上面1204の
上にある。移動前と移動後の特徴点と傾斜軸1205との水
平距離をそれぞれl1とl2,試料台面上での距離をｒとす
ると l1＝rcosθ１ l2＝rcosθ２ これより、次の式でｒを求めることができる。 以上の処理では、試料そのものの厚さを考慮していな
いので、正確な値を得られないが、画面に対して概略の
傾斜軸の位置を知ることができる。次に第３図ブロツク
305では回転中心位置の算出を行う。その詳細を第６
図，第13図で説明する。ブロツク601では画像を読み込
み記憶する。ブロツク602では試料台を回転させる。こ
の結果、第13図CRT1301上で、中央にあつた第一の特徴
点1302は第二の特徴点1303の位置に移動する。ブロツク
603ではこの画像を取り込む。ブロツク604では、前述と
同様の相関計算により、対応点を決定する。ブロツク60
5では試料台を逆方向に回転する。これより第三の特徴
点1304の画像が得られる。ブロツク606では、この画像
を取り込み、ブロツク607では対応点の決定を行う。ブ
ロツク608では回転中心位置を算出する。試料台が傾斜
しているので、回転中心1205を中心とした回転運動は、
短軸と長軸の比が、傾斜角をθとしたとき、tanθで表
わされる楕円で表わされる。傾斜軸1206をＹ軸、これと
直交する方向にＸ軸をとり、回転中心を（x0,y0）、３
つの特徴点の座標が（x1,y1），（x2,y2），（x3,y3）
とすると、３点よりこの楕円は決定され（短軸と長軸の
比は与えられている。）、 で、回転中心を与えることができる。以上、第３図ブロ
ツク303,ブロツク304,ブロツク305の処理により、観察
画面に対する試料台の位置関係を知ることができた。次
にブロツク306では、ブロツク301,ブロツク302の指定に
従い、各ステージの移動量を算出する。ただし、本実施
例の試料台とラスターローテーシヨン機構では、自由度
が十分ではなく、所望の動作を厳密に行うことはできな
い場合が多い。そこで、近似的に次の動作を行う。第14
図において、CRT1401上の移動前の特徴点1402上に操作
者により指定された、移動前の指定された傾斜軸1403
（この軸は水平面内に位置するものとする。）があり、
試料台の傾斜軸1407とβの角度をなしている。この試料
台自体はθだけ傾斜しているとき、tan-1（tanβ/cos
θ）だけ、回転中心1408を中心に回転させると、移動後
の特徴点1405上の移動後の指定された傾斜軸1406は、傾
斜軸1403と平行になる。ここで、第３図ブロツク302で
指示された傾斜角がΔθであつたとすると、 だけ傾斜させると、結果的にΔθだけ傾斜させたことに
なる。しかし、視野中で、特徴点や指定された傾斜軸が
回転しているので、ラスターローテーシヨン回路を用
い、−tan-1（tanβ/cos（θ＋Δθ′））だけ回転させ
る。この移動は近似的なもので、指定された傾斜軸方向
の試料表面の傾きは異なつているが、指定された傾斜軸
のまわりの傾斜角は正確である。ただし、この移動によ
り、特徴点は最初のCRT1401よりはずれるので、Ｘ−Ｙ
ステージを移動して、視野を回復しなければならない。
これは、第３図のブロツク303,304,305で、画面に対す
るＸ軸Ｙ軸の方向、傾斜軸の位置、回転中心の位置を求
めてあるので、計算できる。最後に第３図ブロツク307
では、ブロツク306で求めた移動量に基づき移動を行
う。ただし、試料台の機械的精度を考え、回転や傾斜は
それぞれ一度では行わず、数回に分け小量ずつ行い、そ
の都度、相関計算による位置合わせを行う。第７図ブロ
ツク701から706では回転の処理を行う。何回に分けて回
転させるかは、機械的精度等の要因で決定する。本実施
例では仮に５回に分けるものとする。ブロツク701では
画像を入力する。ブロツク702では上述の角度の５分の
１だけ試料台を回転する。ブロツク703では、それに対
応し、XY移動を行い、再び特徴点を視野中に確保する。
ブロツク704では、その画像を入力する。ブロツク1405
では対応点を決定し、ブロツク704では特徴点が画面中
央に来るよう、Ｘ−Ｙ移動する。ここで、ブロツク701
に戻り再像入力より繰り返す。ブロツク707からブロツ
ク711では傾斜を行う。この処理も分割して行うが、こ
の回数も機械的精度等により決定する。本実施例では５
回に分割するものとする。ブロツク707では回転処理を
終了した画像を入力する。ブロツク708では上述の角度
の５分の１だけ傾斜を行う。ブロツク709では，特徴点
を視野の中に戻すようＸ−Ｙ移動を行う。ブロツク710
では画像を入力する。ブロツク711では対応点を決定
し、それに基づき、ブロツク712でＸ−Ｙ移動を行い、
特徴点を中央に戻す。最後にブロツク713ではラスター
ローテーシヨン回路を起動し、視野中での指定した傾斜
軸を最初の位置に戻す。以上で、傾斜処理を終り、次に
第２図、ブロツク205以下の水平移動処理の説明をす
る。操作者は、本実施例では、画面の幅単位で移動量を
指定する。ブロツク205では倍率の値より実際の試料台
の動きの量を計算する。ブロツク206では第３図ブロツ
ク303と同様にＸ軸Ｙ軸の方向を算出する。それに従
い、ブロツク207とブロツク208では、ＸステージとＹス
テージの移動を行う。 以上、本実施例では、操作者は画面を中心とした視野
の移動を自動的に行うことができる。 〔発明の効果〕 本発明によれば、試料台の機械的構造や摩耗による動
作精度の劣化にかかわらず、操作者が望む観察中の画像
を基準とした視野移動ができるのでSEM操作性が向上す
る効果がある。
の際の視野移動の操作性に優れた走査電子顕微鏡（以下
SEMと略する）に関する。 〔従来の技術〕 従来、SEMによる観察においては、視野の変更を行う
場合には、電子線の入射位置を電子レンズの調整により
変化させる方法、試料台を移動させる方法が用いられて
いる。前者は、試料台の機械的移動がないので、操作が
簡単であるが、移動の範囲が限定されたり、電子ビーム
の入射精度が劣化するという制限があり、後者の試料台
移動方式を用いざるを得ない。試料台は、目的に応じ、
水平移動，回転移動，傾斜移動を組合わせて用いられ
る。これらの移動は、ほとんどの場合、操作者がつまみ
を動かして直接機械的に動きが伝えられる。単純な試料
台の構造では、例えば、傾斜した際に、傾斜前に観察し
ていた部位が視野から逃げるというような欠点がある。
そこで、アイ・ビー・エム、テクニカルデイスクロージ
ヤーブレテイン、26巻,3A号，（1983年）第1173頁から
第1174頁（IBM Technical,Disclosure Bulletin、vol、
26、No・3A（1983）pp.1173−1174）に見られるよう
な、特別な機械的工夫を行つて、観察を容易にすること
が試みられている。また、半導体の検査等においては、
試料台を自動的に測定点から次の測定点まで移動したり
設計図面上で指定した位置へ試料台を移動したりし、微
妙な位置合わせは、画像情報に基づいて決定するシステ
ムが開発されている。これについては、例えば、日本学
術振興会荷電粒子ビームの工業への応用第132委員会第9
7回研究資料第63頁から第68頁に「CADデータ・ベースを
結合したEBテスタ・システム」との題で小松文朗ほかに
より発表されている。 〔発明が解決しようとする問題点〕 上記従来技術のうち、前者には、機械的な動作の仕方
が倍率にかかわらず一定なため、視野の移動の速度が倍
率によつて異なる。また、機械的制約によつて動作が限
られる。機械的な摩耗によつて動作精度が劣化する等の
点問題があつた。また、上記従来技術のうち後者には、
予め観察の対象が決まつている場合にのみしか使えない
という問題があつた。 本発明の目的は、予め観察対象の詳細が知られていな
い場合においても適用が可能で、観察中の画像を中心と
して、試料台の機械的構造を意識せずに視野の移動が可
能で、機械的な摩耗による動作精度の劣化にも対応でき
るSEMを提供することにある。 〔問題点を解決するための手段〕 上記目的は、試料の走査に使用する電子線を発射する
電子銃と試料を載せる試料台を有する走査電子顕微鏡
に、移動前の試料台と移動後の試料台との関係から少な
くとも１つの座標軸を検出し、検出された前記座標軸を
もとに、前記移動前の試料台の姿勢と前記移動前の試料
台を走査して得られる画像との対応関係を決定すること
と、移動前後の試料台を走査して得られる各々の画像の
相関関係を計算し、前記相関関係が予め定めた基準を満
たさない場合は、前記相関関係が前記基準を満たす位置
まで前記移動後の試料台を移動することにより達成され
る 〔作用〕 試料台の姿勢と前記試料台を表示した画像との対応関
係を決定する手段によって得られた、試料台と試料台を
表示した画像との対応関係の情報及び試料台の機械的な
動作精度を考慮して操作者の所望の視野の変更を試料台
の移動を分割し、分割された移動ごとに位置の修正を加
えることによって行うので、操作者は試料台の機械的構
造を意識することがなく所望の視野を選択することがで
きる。 〔実施例〕 以下、本発明の一実施例を第１図から第14図を用いて
説明する。 第１図は本発明の一実施例のハードウエア構成図であ
る。SEM鏡体101中の電子銃102より放出された電子線103
は集束レンズ104、偏向コイル105及び対物レンズ106で
偏向され、試料111上を走査する。試料111の乗る試料台
は、上下方向に移動するＺステージ107、水平の２方向
に移動するＸ−Ｙステージ108、その法線が鉛直面内で
傾斜する傾斜ステージ109、傾斜ステージ109の作る傾斜
面内で回転する回転ステージ110より成る。この試料台
では、下のステージの動きはそのまま上のステージへ伝
わる。例えば、Ｘ−Ｙステージ108が移動すると、傾斜
ステージ109と回転ステージ110はＸ−Ｙステージ108と
ともに動く。しかし,Zステージ107は動かない。この試
料台の上の試料111より、電子線103の入射に対応して放
出される２次電子112は検出器113により検出され、偏向
コイル105と同期して走査するモニタースクリーン114上
に画像を形成する。この信号は、同時にA/D変換器115に
よりデイジタル化され、フレームメモリ116上に画像と
して記憶される。このフレームメモリ116は複数枚の画
像を記憶できるようにしておく。CRT117はフレームメモ
リ116の内容を選択して表示する。演算処理部118は、フ
レームメモリ116の内容を用い、２つの画像間の対応点
の探索等の処理を行う。制御部119は、演算処理部118の
情報等を用いて、Ｚステージ107,X−Ｙステージ108,傾
斜ステージ109,回転ステージ110,偏向コイル105等を制
御する。これらの動作は操作卓120の指示のもとに行わ
れる。 次に、本発明の一実施例の処理の流れを第２図から第
７図で説明する。第２図は処理の全体を示す図、第３図
は、第２図ブロツク204の詳細を示す図、第４図は、第
２図ブロツク206の詳細及び第３図ブロツク303の詳細を
示す図、第５図は第３図ブロツク304の詳細を示す図、
第６図は第３図ブロツク305の詳細を示す図、第７図は
第３図ブロツク307の詳細を示す図である。第２図ブロ
ツク201において操作者はSEMで試料111の表面を観察し
ている。対象物をより詳細に観察するため、視野を変更
するため、ブロツク202で処理内容を選択する。本実施
例で用意した機能は、視野中心の回転，視野を中心とし
て軸を指定した傾斜，移動する量を画面の幅及び、縦横
の方向を基準とした水平移動の３つである。これらの機
能を選択した背景を簡単に説明すると、SEMでは、電子
工学系の都合により、第１図のＸ−Ｙステージ108の移
動方向であるＸ軸Ｙ軸や、傾斜ステージ109の傾斜軸の
位置などを容易に知ることが出来ないということであ
る。すなわち、これらステージを手動で動作させても、
それに対する視野の動きは予想出来ない。しかし、観察
者が望むのは、大部分の場合、視野を中心あるいは基準
とした移動である。これが上記機能選択の背景である。
視野中心の移動を選択した場合、検出器の位置関係を保
つ等のために、回転ステージ110とＸ−Ｙステージ108を
実際に動作させることは、特別な場合を除いてないの
で、第２図ブロツク203におけるように偏向コイル105を
制御することにより、走査方向を回転させ（ラスターロ
ーテーシヨン回路を用いる。）結果として視野を回転さ
せる。第２図ブロツク204の視野を中心として軸を指定
した傾斜を選択した場合には、実際に傾斜ステージ109
及びＸ−Ｙステージ108を移動させなければならない。
この詳細については、第３図を用いて説明する。第３図
ブロツク301においては、別の角度から観察したい特徴
点を指定する。この操作は第８図（ａ）CRT801中で特徴
点802をカーソル803で指定することにより行う。このカ
ソール803内部の画像は記憶され後のパターンマツチン
グに用いられる。ブロツク302では第８図（ｂ）のCRT80
1上で傾斜軸804を指定する。ブロツク303では現在の画
面中でのＸ軸Ｙ軸の方向を算出する。これについては、
第４図ブロツク401にて試料台移動前の画像を記憶す
る。次にブロツク402では試料台の第１図Ｘ−Ｙステー
ジ108をＸ方向に移動する。この移動量は第９図移動前
の特徴点902がCRT901中から飛び出さないように、倍率
を考慮して決定する。具体的には、CRT901の一辺の長さ
をL,倍率をｆとした場合、例えばL/5fだけ動かせばよ
い。Ｘ軸Ｙ軸が座標軸904で示される位置にあつた場合
には、例えば、移動後の特徴点903のように移動する。
ブロツク403ではブロツク401と同様に画像を取り込み記
憶する。ブロツク404では、ブロツク401で取り込んだ画
像中の移動前の特徴点902がブロツク403で取り込んだ画
像中でどの位置にあるかを、画像間演算により行う。具
体的には、第10図において、CRT1001上の画像はデイジ
タル的に表現されており、Ｎ×Ｎの二次元配列をそれぞ
れ構成しているものとしたとき、これらの画像間の相関
値を求めることにより行う。移動前の画像の配列をＡ、
移動後の配列をＢで表す。A,Bの（i,j）成分の値Aij,B
ijがそれぞれの画像濃度を表している。配列Ａの（i,
j）成分の位置と配列Ｂの（ｉ′,j′）成分の位置との
相関値Riji′ｊ′を次のように定義する。ただし配列の
添字が１〜Ｎの範囲を越えないようＭを決めておく。 上の式は、Ａαβ、α＝ｉ−M,…,i＋M,β＝ｊ−Ｍ、
…,j＋Ｍで指定される。第10図（ａ）第一の画像片1003
により移動前の特徴点1002を指定し、Ｂαβ，α＝ｉ′
−M,…,i′＋M,β＝ｊ′−M,…,j′＋Ｍで指定される。
第10図（ｂ）第二の画像片との相関値を表す。この相関
値は二つの画像片が似ていればいる程値が大きくなり、
第二の画像片1005が移動後の特徴点1004を含み、第一の
画像片1002と同様のものになつた場合に最大になる。す
なわち、第二の画像片を配列Ｂ中で動かし、相関値最大
の点を求めれば、対応点を決定することができる。ブロ
ツク405ではこの対応点の位置情報より、移動量と方向
を計算する。第一の画像片が（i,j）を中心とし、対応
する第二の画像片が（ｉ′,j′）を中心としている場合
には、Ｘ軸は、この２点を結んだ方向となる。第３図に
戻り、ブロツク304では、画面に対する機械的な傾斜軸
の位置を求める。この詳細について、第５図と第11図を
用いて説明する。第５図ブロツク501では移動前の画像
を取り込み記憶する。ブロツク502では試料台を傾斜す
る。この傾斜の大きさは、第11図移動前の特徴点がCRT1
101中より飛び出してしまわない程度の大きさでなけれ
ばならない。試料の厚さは未知であるので概略の値しか
指定することは出来ないが、傾斜前の試料台傾斜角をθ
１、試料台の横幅をＷ、倍率をｆ、CRTの一辺を長さを
Ｌとすると、 ラジアン程度の傾斜を行えば、中央の特徴点が画面より
飛び出すことはない。ブロツク503では、移動後の特徴
点1103を含んだ画像を取り込み記憶する。ブロツク504
では、第４図ブロツク404と同様の方法で対応点決定を
行う。ブロツク505では、傾斜軸1104の位置方向を計算
する。ブロツク501で取り込んだ画像の（i,j）画素が、
ブロツク503で取り込んだ画素の（ｉ′,j′）画素に対
応したとすると、傾斜軸の方向はこれら２点を通る直線
に直交する方向になる。軸までの距離の導出は第12図で
説明する。移動前の特徴点1201が水平面と角度θ１をな
す移動前の試料台上面1202上にあり、移動後の特徴点12
03が水平面と角度θ２をなす移動後の試料台上面1204の
上にある。移動前と移動後の特徴点と傾斜軸1205との水
平距離をそれぞれl1とl2,試料台面上での距離をｒとす
ると l1＝rcosθ１ l2＝rcosθ２ これより、次の式でｒを求めることができる。 以上の処理では、試料そのものの厚さを考慮していな
いので、正確な値を得られないが、画面に対して概略の
傾斜軸の位置を知ることができる。次に第３図ブロツク
305では回転中心位置の算出を行う。その詳細を第６
図，第13図で説明する。ブロツク601では画像を読み込
み記憶する。ブロツク602では試料台を回転させる。こ
の結果、第13図CRT1301上で、中央にあつた第一の特徴
点1302は第二の特徴点1303の位置に移動する。ブロツク
603ではこの画像を取り込む。ブロツク604では、前述と
同様の相関計算により、対応点を決定する。ブロツク60
5では試料台を逆方向に回転する。これより第三の特徴
点1304の画像が得られる。ブロツク606では、この画像
を取り込み、ブロツク607では対応点の決定を行う。ブ
ロツク608では回転中心位置を算出する。試料台が傾斜
しているので、回転中心1205を中心とした回転運動は、
短軸と長軸の比が、傾斜角をθとしたとき、tanθで表
わされる楕円で表わされる。傾斜軸1206をＹ軸、これと
直交する方向にＸ軸をとり、回転中心を（x0,y0）、３
つの特徴点の座標が（x1,y1），（x2,y2），（x3,y3）
とすると、３点よりこの楕円は決定され（短軸と長軸の
比は与えられている。）、 で、回転中心を与えることができる。以上、第３図ブロ
ツク303,ブロツク304,ブロツク305の処理により、観察
画面に対する試料台の位置関係を知ることができた。次
にブロツク306では、ブロツク301,ブロツク302の指定に
従い、各ステージの移動量を算出する。ただし、本実施
例の試料台とラスターローテーシヨン機構では、自由度
が十分ではなく、所望の動作を厳密に行うことはできな
い場合が多い。そこで、近似的に次の動作を行う。第14
図において、CRT1401上の移動前の特徴点1402上に操作
者により指定された、移動前の指定された傾斜軸1403
（この軸は水平面内に位置するものとする。）があり、
試料台の傾斜軸1407とβの角度をなしている。この試料
台自体はθだけ傾斜しているとき、tan-1（tanβ/cos
θ）だけ、回転中心1408を中心に回転させると、移動後
の特徴点1405上の移動後の指定された傾斜軸1406は、傾
斜軸1403と平行になる。ここで、第３図ブロツク302で
指示された傾斜角がΔθであつたとすると、 だけ傾斜させると、結果的にΔθだけ傾斜させたことに
なる。しかし、視野中で、特徴点や指定された傾斜軸が
回転しているので、ラスターローテーシヨン回路を用
い、−tan-1（tanβ/cos（θ＋Δθ′））だけ回転させ
る。この移動は近似的なもので、指定された傾斜軸方向
の試料表面の傾きは異なつているが、指定された傾斜軸
のまわりの傾斜角は正確である。ただし、この移動によ
り、特徴点は最初のCRT1401よりはずれるので、Ｘ−Ｙ
ステージを移動して、視野を回復しなければならない。
これは、第３図のブロツク303,304,305で、画面に対す
るＸ軸Ｙ軸の方向、傾斜軸の位置、回転中心の位置を求
めてあるので、計算できる。最後に第３図ブロツク307
では、ブロツク306で求めた移動量に基づき移動を行
う。ただし、試料台の機械的精度を考え、回転や傾斜は
それぞれ一度では行わず、数回に分け小量ずつ行い、そ
の都度、相関計算による位置合わせを行う。第７図ブロ
ツク701から706では回転の処理を行う。何回に分けて回
転させるかは、機械的精度等の要因で決定する。本実施
例では仮に５回に分けるものとする。ブロツク701では
画像を入力する。ブロツク702では上述の角度の５分の
１だけ試料台を回転する。ブロツク703では、それに対
応し、XY移動を行い、再び特徴点を視野中に確保する。
ブロツク704では、その画像を入力する。ブロツク1405
では対応点を決定し、ブロツク704では特徴点が画面中
央に来るよう、Ｘ−Ｙ移動する。ここで、ブロツク701
に戻り再像入力より繰り返す。ブロツク707からブロツ
ク711では傾斜を行う。この処理も分割して行うが、こ
の回数も機械的精度等により決定する。本実施例では５
回に分割するものとする。ブロツク707では回転処理を
終了した画像を入力する。ブロツク708では上述の角度
の５分の１だけ傾斜を行う。ブロツク709では，特徴点
を視野の中に戻すようＸ−Ｙ移動を行う。ブロツク710
では画像を入力する。ブロツク711では対応点を決定
し、それに基づき、ブロツク712でＸ−Ｙ移動を行い、
特徴点を中央に戻す。最後にブロツク713ではラスター
ローテーシヨン回路を起動し、視野中での指定した傾斜
軸を最初の位置に戻す。以上で、傾斜処理を終り、次に
第２図、ブロツク205以下の水平移動処理の説明をす
る。操作者は、本実施例では、画面の幅単位で移動量を
指定する。ブロツク205では倍率の値より実際の試料台
の動きの量を計算する。ブロツク206では第３図ブロツ
ク303と同様にＸ軸Ｙ軸の方向を算出する。それに従
い、ブロツク207とブロツク208では、ＸステージとＹス
テージの移動を行う。 以上、本実施例では、操作者は画面を中心とした視野
の移動を自動的に行うことができる。 〔発明の効果〕 本発明によれば、試料台の機械的構造や摩耗による動
作精度の劣化にかかわらず、操作者が望む観察中の画像
を基準とした視野移動ができるのでSEM操作性が向上す
る効果がある。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の一実施例のハードウエア構成図、第２
図乃至第７図はそれぞれ本発明の一実施例の処理の流れ
のフローチヤート、第８図乃至第14図はそれぞれそれら
のフローチヤートの内容の説明図である。
図乃至第７図はそれぞれ本発明の一実施例の処理の流れ
のフローチヤート、第８図乃至第14図はそれぞれそれら
のフローチヤートの内容の説明図である。
フロントページの続き
(72)発明者 古屋 寿宏
勝田市市毛882番地 株式会社日立製作
所那珂工場内
(56)参考文献 特開 昭60−39749（ＪＰ，Ａ)
特開 昭52−43355（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 １．試料の操作に使用する電子線を発射する電子銃と試
料を載せる試料台とを有する走査電子顕微鏡において、 移動前の試料台と移動後の試料台との位置あるいは姿勢
の関係のうち少なくとも一方の関係から少なくとも１つ
の座標軸を検出する検出手段と、 前記検出手段によって検出された前記座標軸をもとに、
前記移動前の試料台の姿勢と前記移動前の試料台を走査
して得られる画像との対応関係を決定する決定手段と、 を有することを特徴とする走査電子顕微鏡。 ２．請求項１記載の走査電子顕微鏡において、 前記座標軸は３次元直交座標軸系の座標軸であることを
特徴とする走査電子顕微鏡。 ３．請求項１または請求項２記載の走査電子顕微鏡にお
いて、 前記試料台を走査して得られる画像上で指定された位置
に該試料台を移動させるための移動量を前記決定手段に
よって得られた前記対応関係に基づいて計算する移動量
計算手段と、 前記計算された移動量を１以上に分割する手段と、 前記分割された移動量だけ前記試料台を移動させる移動
手段と、 移動前の前記試料台を走査して得られる画像を記憶する
記憶手段と、 前記移動手段による前記試料台の移動後に、前記移動後
の試料台を走査して得られる画像と前記記憶手段によっ
て記憶された前記移動前の試料台を走査して得られる画
像との相関関係を計算する計算手段と、 前記計算手段によって計算される前記相関関係が予め定
めた基準を満たさない場合は、前記相関関係が前記基準
を満たす位置まで前記移動後の試料台を移動させる位置
補正手段と、 を有することを特徴とする走査電子顕微鏡。 ４．請求項３記載の走査電子顕微鏡において、 前記移動手段、前記計算手段および前記位置補正手段と
を前記分割する手段における分割数回繰返す繰返し手段
を有することを特徴とする走査電子顕微鏡。 ５．試料の走査に使用する電子線を発射する電子銃と試
料を載せる試料台とを有する走査電子顕微鏡において、 前記試料台を走査して得られる画像上で指定された位置
に該試料台を移動させるための移動量を計算する移動量
計算手段と、 前記計算された移動量を１以上に分割する手段と、 前記分割された移動量だけ前記試料台を移動させる移動
手段と、 移動前の前記試料台を表示した画像を記憶する記憶手段
と、 前記移動手段による前記試料台の移動後に、前記移動後
の試料台を走査して得られる画像と前記記憶手段によっ
て記憶された前記移動前の試料台を走査して得られる画
像との相関関係を計算する計算手段と、 前記計算手段によって計算される前記相関関係が予め定
めた基準を満たさない場合は、前記相関関係が前記基準
を満たす位置まで前記移動後の試料台を移動させる位置
補正手段と、 を有することを特徴とする走査電子顕微鏡。 ６．請求項５記載の走査電子顕微鏡において、 前記移動手段、前記計算手段および前記位置補正手段と
を前記分割する手段における分割数回繰返す繰返し手段
を有することを特徴とする走査電子顕微鏡。 ７．試料の操作に使用する電子線を発射する電子銃と試
料を載せる試料台とを有する走査電子顕微鏡において、 移動前後の試料台の位置あるいは姿勢の関係のうち少な
くとも一方の関係から少なくとも１つの座標軸を検出
し、前記座標軸に基づいて試料台の姿勢と試料台を走査
して得られる画像との対応関係を決定することを特徴と
する試料台移動方法。 ８．試料の走査に使用する電子線を発射する電子銃と試
料を載せる試料台とを有する走査電子顕微鏡において、 試料台を走査して第１の画像を得、前記試料第を移動さ
せて該試料台を走査して第２の画像を得、前記第１の画
像と前記第２の画像との相関関係を計算し、前記相関関
係が予め定めた基準を満たさない場合は前記移動された
試料台を前記基準を満たすように移動することを特徴と
する試料台移動方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62061020A JP2760786B2 (ja) | 1987-03-18 | 1987-03-18 | 走査電子顕微鏡およびその試料台移動方法 |
| US07/169,599 US4803358A (en) | 1987-03-18 | 1988-03-17 | Scanning electron microscope |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62061020A JP2760786B2 (ja) | 1987-03-18 | 1987-03-18 | 走査電子顕微鏡およびその試料台移動方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63228556A JPS63228556A (ja) | 1988-09-22 |
| JP2760786B2 true JP2760786B2 (ja) | 1998-06-04 |
Family
ID=13159213
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62061020A Expired - Lifetime JP2760786B2 (ja) | 1987-03-18 | 1987-03-18 | 走査電子顕微鏡およびその試料台移動方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4803358A (ja) |
| JP (1) | JP2760786B2 (ja) |
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-
1988
- 1988-03-17 US US07/169,599 patent/US4803358A/en not_active Expired - Lifetime
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Legal Events
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| EXPY | Cancellation because of completion of term |