JP5205306B2 - 走査型電子顕微鏡 - Google Patents

Description

本発明は走査型電子顕微鏡に関し、特にその視野探しに関するものである。

走査型電子顕微鏡の観察位置指定像を用いた視野探しは、まず低倍率の観察位置指定像を取得し、その観察位置指定像と試料ステージ上の試料ホルダ／電子ビームとのアライメント調整を行ったのち、観察位置指定像より観察したい部分を目印（ポインタの表示）で指示することで行っている。

視野探しの例が特許文献１に記載されている。

その後、目印（ポインタ表示）をターゲットとして高倍率像を取得する。その際、微調整は、低倍率の観察位置指定像は使用せず、手動の操作手段（トラックボール等）を用いて行っている。

従来の走査電子顕微鏡の観察位置指定像を用いた視野探しのアライメント調整は、以下のように行っていた。まず低倍率像を取得して、その低倍率像中の特徴的な個所を見つけ出す。その後、その特徴点が視野の中心に来るようにステージを移動させ、高倍率像を取得して前記特徴点を見つけ出し、その特徴点が視野の中心に来たことを確認して、その座標を記憶する。この作業を複数回行い（つまり、複数の特徴点を用いる）、アライメントの調整を行っていた。

特開昭５４−７８０７５号公報

走査型電子顕微鏡の観察位置指定像を用いた視野探しのアライメント調整は、上記のように、予め異なる倍率（低倍率像及び高倍率像等）で取得された試料ホルダの観察像を２枚以上用いて、各々の基準となる特徴点を関連付ける必要がある。

この操作は、試料ステージの移動を繰り返し行い特徴点を見出す必要があり、煩雑な操作である。

また高倍率での視野探しでは、観察位置指定像の目印（ポインタ表示）を使用することができず、手動での操作手段（トラックボール等）を用いて微調整を行うため、観察視野を見失う要因になっている。

本発明の目的は、アライメント調整が容易に行え、また観察視野の見失いを防止することで、視野探しを容易にすることに適した走査型電子顕微鏡を提供することにある。

本発明の課題を達成するために、本発明は、電子源と、電子源から放出された一次電子線を試料上に集束する対物レンズと、試料を搭載する試料ステージと、前記一次電子線を試料上で走査する偏向器と、前記一次電子線の照射により試料から発生する信号電子を検出する検出器と、当該検出器で検出された信号電子に基づいて、試料像を生成する制御装置と、当該試料像を表示する表示装置と、を備えた電子顕微鏡において、試料ステージ像を取得する撮像装置を備え、当該撮像装置で取得した試料ステージ像を用いて、試料ステージの位置及び移動距離及び／又は移動方向と、前記表示装置上での試料ステージの位置及び移動距離及び／又は移動方向との対応関係の情報を記憶する記憶装置と、当該対応関係の情報を用いて、走査電子顕微鏡で取得した試料像と、当該試料像を取得している試料ステージ上での位置情報を前記表示装置上に表示することを特徴とする走査電子顕微鏡を提供する。

本発明により、走査型電子顕微鏡の観察位置指定像を用いた視野探しのアライメント調整が容易に行え、また観察視野の見失いが防止されることで、視野探しが容易になり操作性が向上する。

また、電子ビームを試料に照射せずに観察位置／観察倍率／回転量を確認できるため、試料へのコンタミネーションやチャージアップのダメージを最小限に抑えることが可能となる。

走査電子顕微鏡の基本構成を説明した図。 光学撮像装置を組み込んだ構成を説明した図。 アライメント方法を説明した図。 観察領域の表示方法を説明した図。

本発明の一実施形態について、図面を用いて実施例を説明する。

図１は、本発明に基づく走査型電子顕微鏡の実施例の基本構成例を説明した図である。電子銃１より放出された電子ビーム４はアノード２により制御／加速され、コンデンサレンズ３および対物レンズ６により試料ステージ９上の試料８に集束される。試料８は、ステージ制御部１０によって移動，回転，傾斜することができる。

集束された電子ビーム４は偏向器５によって倍率，回転を制御され、試料８の任意の領域を走査し、電子ビーム４の照射によって試料８を特徴づける信号電子７（例えば、二次電子や反射電子等）が発生する。発生した信号電子７は検出器１１によって検出し、画像記録部１２に記憶され、主制御部１３，コンピュータ部１４を介し、表示部１５に表示される。

図２は本発明で用いられる撮像装置２２を走査型電子顕微鏡に組み込んだ図である。

試料ステージ９を試料室２１に取り付けられた撮像装置２２の撮像装置撮像位置２５に移動し、撮像装置２２より光学像（例えばＣＣＤ（撮像装置２２）で取得した光学像）が撮像できる。撮像装置２２で撮像された光学像は、コンピュータ部１４に転送され表示部１５に表示される。

なお、撮像装置２２は、光学素子でなくても良く、試料ステージ９のほぼ全体の像が取得できる撮像装置であればよい。

撮像装置２２を走査電子顕微鏡の試料室２１に組み込まれた場合、真空中での光学像の取得が可能となり、試料８への異物付着，試料室２１への異物混入を軽減することができる。

または、外置きされた撮像スタンド２３に試料ステージ９を取り付けることで、光学像の撮像を可能とし、試料室２１に取り付けられた撮像装置２２同様、コンピュータ部１４に転送され表示部１５に表示される。

撮像スタンド２３の試料取り付け部は交換可能な構造とすることで、走査型電子顕微鏡の機種に依存せず、同一撮像スタンド２３を使用可能とする。

もしくは、試料ステージ９に取り付け部変換機構を設け、同一撮像スタンド２３を使用するのでも良い。

なお、撮像スタンド２３を用いた場合、当該試料ステージ９が撮像スタンド２３から走査電子顕微鏡に組み込まれた後も、同じ位置関係を有する。

次に、走査電子顕微鏡，撮像装置２２、及び表示装置１５のアライメント方法について説明する。

まず、走査電子顕微鏡において、目標点が電子顕微鏡の視野の中心となるように、ステージを配置し、そのステージの位置を記憶しておく（例えば、その位置をステージの原点（０，０）とする）。その後、ステージを移動する（例えば、移動後の位置を（１００，１０）とする）。そして、ステージの移動後に、先ほどの目標点が撮像装置２２の視野の中心となるように撮像装置２２を配置する。

走査電子顕微鏡と撮像装置２２との位置関係は、このようにして決まる（つまり、ステージを（１００，１０）移動させれば互いの原点に移動できる。）。

また、撮像装置２２で取得した光学像の中心が、表示装置１５の中心になるように表示装置１５を設定する。

これにより、走査電子顕微鏡，撮像装置２２，表示装置１５の中心が揃うことになる。

表示装置１５には、光学像が表示されるが、光学像の倍率は任意である（例えば光学像の倍率をＫとする）。

次に調整ガイドを用いたアライメント方法を図３に示す。

図３（ａ）は表示部１５に表示された、試料ステージ９の光学像２６，アライメント用の調整ガイド２７である。

調整ガイド２７は、試料台と同じ形状である。用いる試料台を事前に選択すると、それと同じ形状のものが表示装置１５に表示される。光学像の表示倍率がＫであれば、調整ガイド２７の大きさもＫ倍される。

調整ガイド２７は、最初の段階では、表示装置１５の中心に表示されている。仮に試料ステージ９が正しい位置に取り付けてあれば、表示装置１５に表示された光学像２６上の試料ステージ９の外枠と、調整ガイド２７は一致している。

しかし、試料ステージ９を取り付ける際の取り付けズレなどの要因により、表示装置１５の表示部の中心位置に表示しない場合がある。この中心からのズレ量が電子ビーム４，試料ステージ９上の試料８のアライメント項目となる。

アライメント方法は初めに図３（ｂ）に示すように、調整ガイド２７をマウス１７，キーボード１８，操作パネル２０などの入力装置で、光学像２６上の試料との位置合わせを行う。

この操作により、表示装置１５上での試料ステージの中心と、走査電子顕微鏡における試料ステージ９の中心の位置ずれが補正できる。

次に図３（ｃ）に示すように、調整ガイド２７を試料ステージ９の形状に合うようにサイズ変更する。

この操作により、表示装置１５上での移動量と、走査電子顕微鏡における試料ステージ９の移動量の対応付けができる。

回転方向のアライメントをする場合には、その後図３（ｄ）に示すように、調整ガイド２７を試料の回転方向に合わせ回転させ、試料台８と調整ガイド２７の形状が一致するよう操作する。

この操作により、表示装置１５上での移動方向と、走査電子顕微鏡における試料ステージ９の移動方向との対応付けができる。

なお上記操作は順番を変えて行っても良い。

また、上記の操作を画像処理のパターン認識技術を用い自動で行うこともできる。また、前回のアライメント情報を用いた、大きさ／位置／回転で表示しても良い。

調整ガイドは中心位置，大きさの基準値を持っていればよい。更に、回転の基準値も持たせると、回転方向のアライメントも可能となる。

ガイドの形状は、本実施例では円を用いたが、これに限られない。正方形の試料ステージ９の場合には、正方形のガイドを用いればよい。このとき、正方形のガイドを用いれば回転方向が容易に求まる。

なお、調整ガイド２７はアライメントを行う際に表示され、表示／非表示の切り替えを可能とする。

次に、移動後の調整ガイド２７と調整ガイド基準値とで、移動量（Ｘ，Ｙ），拡大／縮小率（％），回転量（Θ）を計算することで、試料８のアライメント値が設定される。

設定されたアライメント値は、観察位置指定／表示像２９を用いた視野探しを行う際に駆動する試料ステージ９の座標系に、前記移動量（Ｘ，Ｙ），拡大／縮小率（％）を乗じて使用する。

設定されたアライメント値は、試料８毎にデータベースファイル１９に格納する。また格納されるアライメント値は試料８に依存しない一意の値としても良い。

格納したアライメント値は、試料８交換時に読み出し可能とする。または、自動的に読み出しとしても良い。

上記のアライメント方法を用いることで、電子ビーム４，試料ステージ９上の試料８、とのアライメントを容易に行うことが可能となる。

次に観察位置指定／表示像に表示する観察領域ガイドの表示方法を図４に示す。

図４（ａ）は表示部１５に表示された、リアルタイムで得られた観察像２８、図４（ｂ）は表示部１５に表示された、観察位置指定／表示像２９，観察領域ガイド３０である。

観察位置指定／表示像２９は電子ビーム４により生成された画像でも、前記に示した光学像でも良い。また、予め保存されている像を表示するのでも良い。

観察領域ガイド３０は観察位置指定／表示像２９上をリアルタイムで観察している観察像２８の領域を示す。

観察領域ガイド３０はステージ制御部１０で制御される試料ステージ９が移動、または偏向器５により電子ビーム４が移動した場合に生じる、観察像２８の移動に対応し、その移動量に応じてリアルタイムに表示位置を移動する。

図４（ｃ）に示すように、試料ステージ９の回転，電子ビーム４の回転に対応し、図４（ｄ）のように観察領域ガイド３０が回転する。もしくは観察位置指定／表示像２９が回転しても良い。

また、図４（ｅ）に示すように、倍率設定器１６により観察像２８の倍率を変更した場合、図４（ｆ）のようにその倍率に対応して観察領域ガイド３０のサイズを拡大／縮小する。

観察領域ガイド３０は、アライメントを行った時点の観察条件と、現在の観察条件が異なった場合は非表示とし、観察条件が再度一致した時は、観察領域ガイド３０を再表示する。

もしくは、表示／非表示の切り替えは自動で行わず設定可能としても良い。

図４では、観察像２８，観察位置指定／表示像２９は別々の表示部１５に表示されているが、同一の表示部１５に表示しても良い。また、観察位置指定／表示像２９は、必要に応じて表示／非表示を切り替えることもできる。

上記により、観察像２８と観察領域ガイド３０の表示がリアルタイムに連動するため、観察視野の見失いを防止することができる。

１ 電子銃
２ アノード
３ コンデンサレンズ
４ 電子ビーム
５ 偏向器
６ 対物レンズ
７ 信号電子
８ 試料
９ 試料ステージ
１０ ステージ制御部
１１ 検出器
１２ 画像記憶部
１３ 主制御部
１４ コンピュータ部
１５ 表示部
１６ 倍率設定器
１７ マウス
１８ キーボード
１９ 記憶媒体（データベース格納エリア）
２０ 操作パネル
２１ 試料室
２２ 撮像装置
２３ 撮像スタンド
２４ 走査型電子顕微鏡観察位置
２５ 光学撮像装置撮影位置
２６ 光学像
２７ アライメントガイド枠
２８ 観察像
２９ 観察位置指定／表示像
３０ 観察表示ガイド

Claims (3)

1. 電子源と、電子源から放出された一次電子線を試料上に集束する対物レンズと、試料を搭載する試料ステージと、前記一次電子線を試料上で走査する偏向器と、前記一次電子線の照射により試料から発生する信号電子を検出する検出器と、当該検出器で検出された信号電子に基づいて、試料像を生成する制御装置と、当該試料像を表示する表示装置と、
   を備えた電子顕微鏡において、
   試料ステージ像を取得する撮像装置と、
   当該撮像装置で取得した試料ステージ像を用いて、試料ステージの位置及び移動距離及び／又は移動方向と、前記表示装置上での試料ステージの位置及び移動距離及び／又は移動方向との対応関係の情報を記憶する記憶装置と、を備え、
   前記表示装置には、前記撮像装置で取得した試料ステージ像と、試料ステージと画像上の位置関係を決める調整ガイドが表示され、
   観察位置指定像である前記撮像装置で取得した試料ステージ像は任意の倍率で表示でき、
   当該任意の倍率で表示された前記撮像装置で取得した試料ステージ像に対し、前記調整ガイドを拡大または縮小ならびに移動してあわせることにより、試料ステージの位置及び移動距離及び／又は移動方向と、前記表示装置上での試料ステージの位置及び移動距離及び／又は移動方向との対応関係の情報を取得し、
   当該対応関係の情報を用いて、走査電子顕微鏡で取得した試料像と、当該試料像を取得している試料ステージ上での位置情報を前記表示装置上に表示することを特徴とする走査電子顕微鏡。
2. 請求項１記載の走査型電子顕微鏡において、調整ガイド機能の回転が行える機能を有することを特徴とする走査型電子顕微鏡。
3. 請求項１記載の走査型電子顕微鏡において、既知のサイズの試料ステージを撮像した画像を用い、画像処理にてサイズ，形状を判別し、自動的にアライメントを行える機能を有することを特徴とする走査型電子顕微鏡。

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