JP3859396B2 - 走査型荷電粒子ビーム装置における試料像観察方法及び走査型荷電粒子ビーム装置 - Google Patents
走査型荷電粒子ビーム装置における試料像観察方法及び走査型荷電粒子ビーム装置 Download PDFInfo
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、走査電子顕微鏡等の走査型荷電粒子ビーム装置における試料像観察方法及び走査型荷電粒子ビーム装置に関し、特に、試料を回転させて観察する際に用いて最適な走査型荷電粒子ビーム装置における試料像観察方法及び走査型荷電粒子ビーム装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
走査電子顕微鏡では、電子銃からの電子ビームをコンデンサレンズと対物レンズによって試料上に集束し、更に電子ビームを2次元的に走査している。そして、試料への電子ビームの照射によって発生した2次電子等を検出し、検出信号を電子ビームの走査に同期した陰極線管に供給し、試料の走査像を得るようにしている。
【0003】
このような走査電子顕微鏡を用いて試料の像観察を行う際、試料ステージを機械的にX−Y方向に移動させたり、回転させたり、傾斜させたりして試料の所望領域の像の観察を行っている。また、この試料の観察範囲の移動や回転は、機械的なものだけでなく、電子ビームの偏向範囲を制御するイメージシフト機能や、電子ビームの2次元走査の方向を電気的に回転させるスキャンローテーション機能によっても行っている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
さて、このような走査電子顕微鏡において、機械的に試料を回転させて観察する場合、観察画面上の中心が回転動の中心として動作するように、X移動とY移動と回転移動とをリンクさせている。走査電子顕微鏡で試料像を観察する場合には、様々な形状の試料観察を行っているが、時として試料観察時に観察している試料像を回転して観察したい場合が生じる。
【0005】
従来は、観察画面上の試料を回転させて観察する場合、試料上に照射する電子ビームを走査している偏向器に入力する走査信号に、水平信号と垂直信号とを混ぜていくことにより、電子ビームの走査領域を回転するようにしている。
【0006】
この場合、図1に示すように、観察画像の中心を像の回転中心とし、観察画像を回転させることができる。図1において観察画面Dの中心Cを回転中心として、90°像の回転を行うと、実線の像1は点線の像2のように回転する。図2はユーセントリックな構造を有したステージの一例を示している。
【0007】
図2において、3は高さ方向(Z方向)に動くZステージであり、Zステージ3上に、Y方向に動くYステージ4、X方向に動くXステージ5、Z軸を中心に回転する回転ステージ6が載せられている。試料は図示していないが、回転ステージ6上に載せられている。更にZステージ3は適宜な機構により、傾斜できるように構成されている。
【0008】
この図2に示した構成のステージでは、光軸Oと傾斜軸と回転軸とを一致させておけば、ステージの傾斜や回転を行っても、観察像の中心位置は常に光軸上にあり、傾斜や回転にともなって試料の逃げが発生することは防止できる。すなわち、機械的な回転を行う場合、ステージの回転中心と観察画像中心とが一致していれば、走査信号により像の回転を行う場合と同様に、観察画面上の中心で画像が回転する。
【0009】
しかしながら、図2のステージ構造で、X−Yステージ(Xステージ5やYステージ6)の移動により、試料観察位置をずらした場合には、X,Yステージ5,6の移動と共に回転中心も移動するため、回転中心と観察画像中心とが一致しなくなる。図3はこのような状態を示しており、図3(a)に示すように、機械的な回転中心Cmと画像中心Cdが離れていると、機械的に90°回転させると、図3(b)に示すように、画面中心にあった実線の像1は、点線の像2に移動してしまい、観察画像の範囲が大幅にずれてしまう。
【0010】
本発明はこのような点に鑑みてなされたもので、その目的は、機械的な回転中心と画像中心が一致していない場合にも、回転によって像の逃げが生じない走査型荷電粒子ビーム装置における試料像観察方法及び走査型荷電粒子ビーム装置を実現するにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明に基づく走査型荷電粒子ビーム装置における試料像観察方法は、制御回路による制御によって機械的なX−Y移動、回転ができるステージ上の試料に荷電粒子ビームを照射すると共に、試料上で荷電粒子ビームを2次元的に走査し、試料への荷電粒子ビームの照射によって得られた信号に基づき試料の走査像を表示するようにした走査型荷電粒子ビーム装置において、制御回路の制御により回転ステージを回転させる場合、制御回路が観察像の中心位置と機械的な回転中心との間の距離Lと回転角度に応じてX−Yステージを移動制御すると共に、距離Lの長さが大きくなるほどX−Yステージの移動速度が速くなるように制御し、機械的なステージの回転を行っても常に像が観察画面の中心で回転するようにしたことを特徴としている。
また、本発明に基づく走査型荷電粒子ビーム装置は、制御回路による制御によって機械的なX−Y移動、回転ができるステージ上の試料に荷電粒子ビームを照射すると共に、試料上で荷電粒子ビームを2次元的に走査し、試料への荷電粒子ビームの照射によって得られた信号に基づき試料の走査像を表示するようにした走査型荷電粒子ビーム装置であって、制御回路の制御により回転ステージを回転させる場合、制御回路が、観察像の中心位置と機械的な回転中心との間の距離Lと回転角度に応じてX−Yステージを移動制御すると共に、距離Lの長さが大きくなるほどX−Yステージの移動速度が速くなるように制御し、機械的なステージの回転を行っても常に像が観察画面の中心で回転するようにしたことを特徴としている。
【0012】
本発明では、回転ステージを回転させる場合、観察像の中心位置と機械的な回転中心との間の距離Lと回転角度に応じてX−Yステージを移動させると共に、距離Lの長さに応じてX−Yステージの移動速度を制御し、機械的な回転により常に像が観察画面の中心で回転するようにした。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。図4は本発明の方法を実施するための走査電子顕微鏡の一例を示す図であり、図示していない電子銃から発生し加速された電子ビームEBは、図示していないコンデンサレンズと対物レンズ11によって試料ホルダ12に取り付けられた試料上に細く集束される。電子ビームは更に偏向コイル13とによって試料の所望領域で2次元的に走査される。
【0014】
電子ビームEBの試料への照射によって発生した2次電子は、図示していない2次電子検出器によって検出され、検出信号は適宜増幅されたり、AD変換器によってディジタル信号に変換されて画像メモリーに供給されて記憶される。画像メモリーに記憶された信号は読み出され、陰極線管に供給されることから、陰極線管には試料の走査像が表示される。
【0015】
試料ホルダ12はステージ14上に載せられているが、ステージ14は、図2に示した構成のユーセントリック構造を有している。ステージ14のXステージは、X動駆動回路15によって駆動され、ステージ14のYステージは、Y動駆動回路16によって駆動される。ステージ14の回転(R)ステージは、R動駆動回路17によって駆動され、ステージ14の傾斜(T)ステージは、T動駆動回路18によって駆動される。更に、ステージ14の高さ(Z)ステージは、Z動駆動回路19によって駆動される。
【0016】
X動駆動回路15、Y動駆動回路16、R動駆動回路17、T動駆動回路18、Z動駆動回路19は、CPU20からの信号に基づいて、ステージコントロール回路21により制御される。CPU20には、後述するステージの制御のための制御ソフトウェア22が格納されている。
【0017】
制御ソフトウェア22は、ステージ14のX,Y,回転を指示するジョイスティックなどのポインティングデバイス23と、ユーセントリック動作のON/OFFを指示するスイッチ24からの信号に基づいて動作する。
【0018】
また、このソフトウェア22は、回転動作を指示するグラフィック・ユーザー・インターフェイス(GUI)25からの信号によっても動作する。このソフトウェア22によって求められた各信号値は、ステージ移動信号ユニット26を介してステージコントロール回路21に供給される。
【0019】
ステージ14は各駆動回路によって水平方向や高さ方向への移動、傾斜、回転されるが、移動や傾斜、回転に基づくステージ位置は、位置検出器27によって検出される。位置検出器27によって得られたステージ位置の情報は、ステージコントロール回路21を介してステージ位置表示装置28に供給されることから、表示装置28には、ステージの状態が表示される。このような構成の動作を次に詳説する。
【0020】
2次電子像の観察を行う場合、図示していない電子銃から発生し加速された電子ビームEBは、図示していないコンデンサレンズと対物レンズ11によって試料ホルダ12に取り付けられた試料上に細く集束される。電子ビームは更に偏向コイル13とによって試料の所望領域で2次元的に走査される。
【0021】
電子ビームEBの試料への照射によって発生した2次電子は、図示していない2次電子検出器によって検出され、検出信号は適宜増幅されたり、AD変換器によってディジタル信号に変換されて画像メモリーに供給されて記憶される。画像メモリーに記憶された信号は読み出され、陰極線管に供給されることから、陰極線管には試料の走査像が表示される。
【0022】
ここで、陰極線管に表示された試料像を回転させる場合、機械的な回転中心と像の中心とが一致している場合には、回転にともなって像が逃げることはないが、機械的な回転中心と像の中心が一致していない場合、回転前の像の中心は、回転後他の位置に移動してしまう。この機械的な回転中心と像の中心が一致していない場合の動作について、次に図5を参照して説明する。
【0023】
図5において、Cdが画面中心位置であり、Cmが機械的な回転中心である。機械的な回転中心Cmの座標は、画面中心Cdを座標原点とした場合、(X,Y)となる。この状態で、ポインティングデバイス23を操作してステージ14に含まれる回転ステージを角度θa回転させると、特別な補正動作をさせないと、画像中心位置CdはCd´(X´,Y´)の位置に移動することになる。
【0024】
本発明では、機械的な回転を行っても、常に像の中心位置はCdの位置にあるように動作させる。このためには、機械的なステージの回転を行った場合、Xステージを駆動して−X´だけX方向に移動させ、Yステージを駆動して−Y´だけY方向にステージを移動させれば良い。
【0025】
このため、ステージの回転を行う前に、現在のステージ位置を位置検出器27から読み込み、機械的な回転中心Cmの座標原点からのずれ量(X,Y)を求める。次に、回転中心Cmと像中心Cdとの間の距離Lと角度θとを算出する。この算出は次の式によって行うことができる。
【0026】
L=√(X2+Y2)
θ=tan-1(Y/X)
次に、R動駆動回路17により機械的にステージを角度θaだけ回転させる場合、Xステージを駆動して−X´だけX方向に移動させ、Yステージを駆動して−Y´だけY方向にステージを移動させ画像中心を移動させずに像の回転を行う。この場合の補正量X´,Y´は次の式によって求められる。
【0027】
X´=L×cos(θ+θa)−X
Y´=L×sin(θ+θa)−Y
このような補正量の算出や補正量に基づく各駆動回路の制御は、CPU20内のステージ移動制御ソフトウェア22によって実行される。なお、このθaの変化量は、ある一定のステップごとに計算し、補正していくことが望ましい。これは、回転により、X,Y位置の補正を行うごとに機械的な回転軸の中心も動くためであり、回転時におけるθaのステップの細かさは、回転の動きの滑らかさに依存する。また、回転と同時に移動する機械軸中心のX,Yの値軌跡をあらかじめ計算で求めて記憶しておき、回転角に応じて記憶された値を読み出しながらステージのX,Y位置補正を行っても良い。
【0028】
以上のような動作を行うことにより、画像中心と機械的な回転中心の位置がずれていた場合に、機械的にステージを回転させても、観察画像中心で画像を回転させることができる。なお、回転補正後の機械的な回転中心は、Cm´の位置に移動する。
【0029】
ところで、機械的なステージの回転動作を行う場合、回転中心と観察画像中心との間の距離Lが長い場合と短い場合とで、X方向およびY方向のステージの移動速度を一定とすると、観察画面上では、回転中心が常に観察画面中心とならなくなる。すなわち、特定の距離Lでは、観察画像中心で画像を回転させることができるが、特定の距離L以外では、ステージの回転にともなって、画面上中心がずれていき、最後に中心に戻る現象が生じる。
【0030】
そのため、本発明では、機械的な回転中心と観察画像中心との間の距離LとX,Yステージの移動速度をリンクさせ、距離Lの値にかかわらず、観察画面上での回転速度を一定に見えるようにする。実際には、Lの値が大きくなるほどX,Yステージの移動速度を速く制御する。このような制御は、ステージ移動制御ソフトウェアによって実行される。このことは、距離Lの値が変わっても、図5における座標位置X´,Y´から座標原点への移動時間を常に一定とすることである。
【0031】
なお、上記したような機械的な回転によっても常に観察画像の中心が動かないように動作させることはせず、機械的な回転のみで観察画像の中心も自然に移動するように観察したい場合には、スイッチ24を用いてユーセントリック動作をOFFの状態とし、ステージ移動制御ソフトウェア22の動作を停止させれば良い。
【0032】
以上本発明の実施の形態を詳述したが、本発明はこの形態に限定されない。例えば、回転動作を行う際に、回転による補正を所定の回転ステップごとに行うようにしたが、ステップを持たせずに、回転と同時にX,Yを目的の値に直接動作させるようにしても良い。特に、直接回転角を指定して回転させる場合は、指定の角度の値を直接算出し、X,Yの補正移動を行っても良い。また、走査電子顕微鏡を例に説明したが、イオンビームを試料上で走査する装置にも本発明を適用することができる。
【0033】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に基づく走査型荷電粒子ビーム装置における試料像観察方法は、機械的なX−Y移動、回転ができるステージ上の試料に荷電粒子ビームを照射すると共に、試料上で荷電粒子ビームを2次元的に走査し、試料への荷電粒子ビームの照射によって得られた信号に基づき試料の走査像を表示するようにした走査型荷電粒子ビーム装置において、回転ステージを回転させる場合、観察像の中心位置と機械的な回転中心との間の距離Lと回転角度に応じてX−Yステージを移動させると共に、距離Lの長さに応じてX−Yステージの移動速度を制御するようにしたので、画像中心位置と機械的な回転位置とがずれていても、機械的にステージを回転させても、常に像を観察画面の中心で回転させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】画像中心と機械的な回転中心とが一致している状態を説明するための図である。
【図2】ユーセントリックステージの一例を示す図である。
【図3】画像中心と機械的な回転中心とが一致していない状態を説明するための図である。
【図4】本発明に基づく方法を実施するための走査電子顕微鏡の一例を示す図である。
【図5】機械的回転に伴う補正動作を説明するための図である。
【符号の説明】
11 対物レンズ
12 試料ホルダ
13 偏向コイル
14 ステージ
15〜19 各ステージの駆動回路
20 CPU
21 ステージコントロール回路
22 ステージ移動制御ソフトウェア
23 ポインティングデバイス
24 スイッチ
25 GUI
26 ステージ移動信号発生ユニット
27 位置検出器
28 表示装置
Claims (2)
- 制御回路による制御によって機械的なX−Y移動、回転ができるステージ上の試料に荷電粒子ビームを照射すると共に、試料上で荷電粒子ビームを2次元的に走査し、試料への荷電粒子ビームの照射によって得られた信号に基づき試料の走査像を表示するようにした走査型荷電粒子ビーム装置において、制御回路の制御により回転ステージを回転させる場合、制御回路が観察像の中心位置と機械的な回転中心との間の距離Lと回転角度に応じてX−Yステージを移動制御すると共に、距離Lの長さが大きくなるほどX−Yステージの移動速度が速くなるように制御し、機械的なステージの回転を行っても常に像が観察画面の中心で回転す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。
- 制御回路による制御によって機械的なX−Y移動、回転ができるステージ上の試料に荷電粒子ビームを照射すると共に、試料上で荷電粒子ビームを2次元的に走査し、試料への荷電粒子ビームの照射によって得られた信号に基づき試料の走査像を表示するようにした走査型荷電粒子ビーム装置であって、制御回路の制御により回転ステージを回転させる場合、制御回路が、観察像の中心位置と機械的な回転中心との間の距離Lと回転角度に応じてX−Yステージを移動制御すると共に、距離Lの長さが大きくなるほどX−Yステージの移動速度が速くなるように制御し、機械的なステージの回転を行っても常に像が観察画面の中心で回転するようにした走査型荷電粒子ビーム装置。
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