JP5289912B2 - 走査電子顕微鏡、放出電子検出値推定方法、ｓｅｍ像シミュレーション方法、及びそのプログラム - Google Patents

走査電子顕微鏡、放出電子検出値推定方法、ｓｅｍ像シミュレーション方法、及びそのプログラム Download PDF

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本発明は走査電子顕微鏡、放出電子検出値推定方法、ＳＥＭ像シミュレーション方法、及びそのプログラムに関する。
電子ビームによる試料からの放出電子を求める方法としてモンテカルロ法を用いた計算方法が一般的に知られている。この方法では、試料に入射した電子によって発生する反射電子、二次電子の発生過程と乱数を用いて再現し、繰り返し計算を行うことで、上記両電子の放出数、エネルギー、放出角が算出される。反射電子とは試料からの放出電子のうち、エネルギーが例えば、５０ｅＶ以上のものを言い、二次電子とはエネルギーが５０ｅＶ未満の電子を言う。実際に走査電子顕微鏡（所謂ＳＥＭ）が顕微像（所謂ＳＥＭ像）を得る際には、上記二次電子を検出するのが一般的である。
特許文献１には、測長ＳＥＭの高精度化を図るため、上記モンテカルロ法によって得られる放出電子の信号量から電子線の最適フォーカス値を算出する電子線シミュレーション技術が開示されている。同文献によれば、強度分布を仮定した入射電子線の衝突による放出電子のモンテカルロシミュレーションを行い、入射位置及び入射角毎に得られる二次電子の総和をＳＥＭ像の信号量としている。該文献はシミュレーションの精度を向上するための方法、手段について述べたものであって、オペレータが所望するＳＥＭ像を得るように電子光学系等を条件設定するものではない。
なお、磁界レンズ、電界レンズ等の電子光学系によって生じる電場分布、磁場分布の算出には差分法や有限要素法等による計算方法がよく知られている（特許文献１の［００５４］）のでここでは詳細には触れない。
特開２００７−２１８７１１号公報
試料から放出された電子は、電子光学系が生じる磁場又は電場によって偏向を受け、その後、検出器が生じる電場によって集められて検出される。このような電子がＳＥＭ像の形成に寄与する。しかしながら、放出された電子の放出角又はエネルギーによっては、対物レンズ等の電子光学系によって遮断されたり、検出器の検出部以外の箇所に衝突したりすることで、ＳＥＭ像の形成に寄与しない場合もある。即ち、ＳＥＭ像の形成に寄与する電子は全ての放出電子のうちの一部である。
また、検出器は基本的に上述した低エネルギーの電子（二次電子）を検出するが、放出電子の放出角及びエネルギーによっては高エネルギーの電子（反射電子）も検出する。更には、反射電子によって電子光学系等の構造部材から二次電子が放出され、この二次電子を検出してしまう場合も有りうる。
実際に得られるＳＥＭ像はこれらの電子を含んでいるため、試料からの放出電子のみを用いて形成したＳＥＭ像と異なる場合が多い。また、電子光学系等の構成の変化によっても得られるＳＥＭ像が変化する場合もある。
そこで本発明は、実観察で得られる放出電子の検出値を高精度に推定する放出電子検出値推定方法、および実観察で得られるＳＥＭ像を高精度にシミュレーションするＳＥＭ像シミュレーション方法の提供、並びにそのプログラムの提供を目的とする。更に本発明は、上記方法による放出電子検出値推定機能又はＳＥＭ像シミュレーション機能を有し、所望のシミュレーション結果が実観察でも得られるように電子光学系等の一部又は全部を設定できるような走査電子顕微鏡の提供を目的とする。
請求項１記載の発明は放出電子検出値推定方法であって、走査電子顕微鏡内の電子光学系及び検出器が生じる電磁場分布を予め計算する第１のステップと、前記電磁場分布内に設置される試料の少なくとも形状及び組成に関する試料データ及び前記試料に入射する電子ビームの入射条件を入力する第２のステップと、入力された前記試料データ及び前記入射条件に基づいて、前記電子ビームによる前記試料からの第１放出電子の数、放出角、及びエネルギーをモンテカルロ法によって算出する第３のステップと、前記電磁場分布内における前記第１放出電子の軌道を、前記第３のステップによって得られた第１放出電子のパラメータに基づいて計算する第４のステップと、前記第４のステップによる計算結果に基づいて、前記検出器に到達する前記第１放出電子を計数する第５のステップと、前記第３乃至第５までの各ステップを所定の回数繰り返して、前記第５のステップで得られる計数値の平均値を推定検出値として計算する第６のステップと、を備えることを特徴とする。
請求項２記載の発明は、前記第４のステップにおいて、前記第１放出電子が前記電子光学系等に衝突した場合は、前記第４ステップに替えてその衝突によって前記電子光学系等から放出される第２放出電子の数、放出角、及びエネルギーをモンテカルロ法によって算出し、前記第５のステップにおいて、前記第５ステップに替えて前記電磁場分布内の前記第２放出電子の軌道を、前記第４のステップによって得られた前記第２放出電子のパラメータに基づいて計算し、検出器に到達する第２放出電子を計数することを特徴とする。
請求項３記載の発明はＳＥＭ像シミュレーション方法であって、請求項１又は２の何れかに記載の検出値推定方法を有し、更に、前記第６のステップを前記入射ビームの入射位置毎に行って前記入射位置毎の推定検出値を計算するステップと、前記推定検出値に応じた強度を前記入射位置に対応付けて配列させた模擬ＳＥＭ像データを生成するステップとを有することを特徴とする。
請求項４の発明は放出電子検出値推定方法であって、走査電子顕微鏡内の電子光学系及び検出器が生じる電磁場分布を予め計算する第１のステップと、前記電磁場分布内の試料位置から出射する出射電子のエネルギー及び出射角の互いに異なる組み合わせを複数設定する第２のステップと、前記複数の組み合わせに基づいて、前記電磁場分布内の前記出射電子の軌道を計算する第３のステップと、前記第３のステップによる計算結果に基づいて、前記検出器に到達する前記出射電子を計数してその計数値を参照値とし、前記各組み合わせと前記参照値を対応付けた検出値参照テーブルを作成する第４のステップと、前記試料位置に設置される試料の少なくとも形状及び組成に関する試料データ及び前記試料に入射する電子ビームの入射条件を入力する第５のステップと、入力された前記試料データ及び前記入射条件に基づいて、前記電子ビームによる前記試料からの第１放出電子の数、放出角、及びエネルギーをモンテカルロ法によって算出する第６のステップと、前記第６のステップで算出された全ての前記第１放出電子に対して、そのエネルギー及び放出角と最も差の小さい前記検出値参照テーブルの前記出射電子を選択し、選択された出射電子の前記参照値の合計値を算出する第７のステップと、前記第６及び第７のステップを所定の回数繰り返して得られた各合計値の平均値を算出し、該平均値を前記入射位置からの放出電子の推定検出値とする第８のステップと、を備えること特徴とする。
請求項５の発明は、前記第３のステップにおいて、前記出射電子が前記電子光学系等に衝突した場合は、その衝突によって前記電子光学系等から放出される第２放出電子の数、放出角、及びエネルギーをモンテカルロ法によって算出する第９のステップと、前記電磁場分布内における前記第２放出電子の軌道を、前記第９のステップによって得られた前記第２放出電子のパラメータに基づいて計算する第１０のステップと、前記検出器に到達した前記第２放出電子を計数する第１１のステップと、を更に備え、前記第９乃至第１１のステップは複数回実行され、得られた前記第２放出電子の計数値は平均化されて前記参照値に加算されることを特徴とする。
請求項６の発明はＳＥＭ像シミュレーション方法であって、請求項４又は５の何れかに記載の検出値推定方法を有し、更に、前記第８のステップを前記入射ビームの入射位置毎に行って、その推定検出値を計算するステップと、前記推定検出値に応じた強度を前記入射位置に対応付けて配列させた模擬ＳＥＭ像データを生成するステップとを有することを特徴とする。
請求項７の発明は放出電子検出値推定プログラムであって、コンピュータを、走査電子顕微鏡内の電子光学系及び検出器が生じる電磁場分布を予め計算する第１の手段と、前記電磁場分布内に設置される試料の少なくとも形状及び組成に関する試料データ及び前記試料に入射する電子ビームの入射条件を入力する第２の手段と、入力された前記試料データ及び前記入射条件に基づいて、前記電子ビームによる前記試料からの第１放出電子の数、放出角、及びエネルギーをモンテカルロ法によって算出する第３の手段と、前記電磁場分布内における前記第１放出電子の軌道を、前記第３の手段によって得られた第１放出電子のパラメータに基づいて計算する第４の手段と、前記第４の手段による計算結果に基づいて、前記検出器に到達する前記第１放出電子を計数する第５の手段と、前記第３乃至第５までの各手段を所定の回数繰り返して、前記第５の手段で得られる計数値の平均値を推定検出値として計算する第６の手段として機能させることを特徴とする。
請求項８の発明は、前記第４の手段が、前記第１放出電子が前記電子光学系等に衝突した場合、その衝突によって前記電子光学系等から放出される第２放出電子の数、放出角、及びエネルギーをモンテカルロ法によって算出し、前記第５の手段が、電磁場分布内における前記第２放出電子の軌道を、前記第４の手段によって得られた前記第２放出電子のパラメータに基づいて計算することを特徴とする。
請求項９の発明はＳＥＭ像シミュレーションプログラムであって、前記コンピュータを、請求項７又は８の何れかに記載の各手段と、前記推定検出値に応じた強度を前記入射位置に対応付けて配列させた模擬ＳＥＭ像データを生成する手段として機能させ、前記第６の手段は前記入射ビームの入射位置毎に行って前記入射位置毎の推定検出値を計算することを特徴とする。
請求項１０の発明は、放出電子検出値推定プログラムであって、コンピュータを、走査電子顕微鏡内の電子光学系及び検出器が生じる電磁場分布を予め計算する第１の手段と、前記電磁場分布内の試料位置から出射する出射電子のエネルギー及び出射角の互いに異なる組み合わせを複数設定する第２の手段と、前記複数の組み合わせに基づいて、前記電磁場分布内の前記出射電子の軌道を計算する第３の手段と、前記第３の手段による計算結果に基づいて、前記検出器に到達する前記出射電子を計数してその計数値を参照値とし、前記各組み合わせと前記参照値を対応付けた検出値参照テーブルを作成する第４の手段と、前記試料位置に設置される試料の少なくとも形状及び組成に関する試料データ及び前記試料に入射する電子ビームの入射条件を入力する第５の手段と、入力された前記試料データ及び前記入射条件に基づいて、前記電子ビームによる前記試料からの第１放出電子の数、放出角、及びエネルギーをモンテカルロ法によって算出する第６の手段と、前記第６の手段によって算出された全ての前記第１放出電子に対して、そのエネルギー及び放出角と最も差の小さい前記検出値参照テーブルの前記出射電子を選択し、選択された出射電子の前記参照値の合計値を算出する第７の手段と、前記第６及び第７の手段を所定の回数繰り返して得られた各合計値の平均値を算出し、該平均値を前記入射位置からの放出電子の推定検出値として算出する第８の手段として機能させることを特徴とする。
請求項１１の発明は、前記コンピュータを更に、前記第３の手段による軌道計算において前記出射電子が前記電子光学系等に衝突した場合は、その衝突によって前記電子光学系等から放出される第２放出電子の数、放出角、及びエネルギーをモンテカルロ法によって算出する第９の手段と、前記電磁場分布内における前記第２放出電子の軌道を、前記第９の手段によって得られた前記第２放出電子のパラメータに基づいて計算する第１０の手段と、前記検出器に到達した前記第２放出電子を計数する第１１の手段として機能させ、前記第９乃至第１１の手段は複数回実行され、得られた前記第２放出電子の計数値は平均化されて前記参照値に加算されることを特徴とする。
請求項１２の発明はＳＥＭ像シミュレーションプログラムであって、前記コンピュータを、請求項１０又は１１の何れかに記載の各手段と、前記推定検出値に応じた強度を前記入射位置に対応付けて配列させた模擬ＳＥＭ像データを生成する手段として機能させ、前記第８の手段は前記入射ビームの入射位置毎に行って、その推定検出値を計算することを特徴とする。
請求項１３の発明は、電子光学系と検出器とを少なくとも備える走査電子顕微鏡において、前記電子光学系及び検出器が生じる電磁場分布を予め計算する電磁場分布計算部と、前記電磁場分布内に設置される試料の少なくとも形状及び組成に関する試料データ及び前記試料に入射する電子ビームの入射条件を入力するデータ入力部と、入力された前記試料データ及び前記入射条件に基づいて、前記電子ビームによる前記試料からの第１放出電子の数、放出角、及びエネルギーをモンテカルロ法によって算出する放出電子算出部と、前記電磁場分布内における前記第１放出電子の軌道を、前記放出電子算出部によって得られた第１放出電子のパラメータに基づいて計算する電子軌道計算部と、前記電子軌道計算部による計算結果に基づいて、前記検出器に到達する前記第１放出電子を計数する電子計数部と、前記入射ビームの入射位置毎に前記放出電子算出部、前記電子軌道計算部、前記電子計数部の各処理を所定の回数実行させて、前記電子計数部で得られる計数値の平均値を推定検出値として計算する推定検出値計算部と、前記推定検出値に応じた強度を前記入射位置毎に対応付けて配列させた模擬ＳＥＭ像データを生成する模擬ＳＥＭ像データ生成部と、前記模擬ＳＥＭ像データに基づく模擬ＳＥＭ像を表示する模擬ＳＥＭ像表示部と、を備えることを特徴とする。
請求項１４の発明は、前記電子軌道計算部による軌道計算において、前記第１放出電子が前記電子光学系等に衝突した場合、前記放出電子算出部は、その衝突によって前記電子光学系等から放出される第２放出電子の数、放出角、及びエネルギーをモンテカルロ法によって算出し、前記電子軌道計算部は、前記電磁場分布内における前記第２放出電子の軌道を、前記放出電子算出部によって得られた前記第２放出電子のパラメータに基づいて計算し、前記電子計数部は更に、前記検出器に到達する前記第２放出電子を計数することを特徴とする。
請求項１５の発明は、電子光学系と検出器とを少なくとも備える走査電子顕微鏡において、前記電子光学系及び検出器が生じる電磁場分布を予め計算する電磁場分布計算部と、前記電磁場分布内の試料位置から出射する出射電子のエネルギー及び出射角の互いに異なる組み合わせを複数設定するパラメータ設定部と、前記複数の組み合わせに基づいて、前記電磁場分布内の前記出射電子の軌道を計算する電子軌道計算部と、前記電子軌道計算部による計算結果に基づいて、前記検出器に到達する前記出射電子を計数する電子計数部と、前記電子計数部で得られる計数値を参照値とし、前記各組み合わせと前記参照値を対応付けた検出値参照テーブルを作成する検出値参照テーブル作成部と、前記試料位置に設置される試料の少なくとも形状及び組成に関する試料データ及び前記試料に入射する電子ビームの入射条件を入力するデータ入力部と、入力された前記試料データ及び前記入射条件に基づいて、前記電子ビームによる前記試料からの第１放出電子の数、放出角、及びエネルギーをモンテカルロ法によって算出する放出電子算出部と、前記放出電子算出部によって算出された全ての前記第１放出電子に対して、そのエネルギー及び放出角と最も差の小さい前記検出値参照テーブルの前記出射電子を選択し、選択された出射電子の前記参照値の合計値を前記入射位置からの放出電子の推定検出値として算出する推定検出値算出部と、前記推定検出値に応じた強度を前記入射位置に対応付けて配列させた模擬ＳＥＭ像データを生成する模擬ＳＥＭ像データ生成部と、前記模擬ＳＥＭ像データに基づくＳＥＭ像を表示するＳＥＭ像表示部と、を備え、前記第１放出電子のモンテカルロ法による算出は複数回行われることによって、前記参照値は平均化されることを特徴とする。
請求項１６の発明は、前記電子軌道計算部による軌道計算において前記出射電子が前記電子光学系等に衝突した場合、前記放出電子算出部はその衝突によって前記電子光学系等から放出される第２放出電子の数、放出角、及びエネルギーをモンテカルロ法によって算出し、前記電子軌道計算部は、電磁場分布内における前記第２放出電子の軌道を、前記放出電子算出部によって得られた前記第２放出電子のパラメータに基づいて計算し、前記電子計数部は更に、前記検出器に到達する前記第２放出電子を計数し、前記第２放出電子のモンテカルロ法による算出は複数回行われることによって、前記参照値は平均化されて前記参照値に加算されることを特徴とする。
請求項１７の発明は、少なくとも１つの電極を含む電子光学系と検出器とを少なくとも備える走査電子顕微鏡において、前記電子光学系及び検出器が生じる電磁場分布を前記電極に印加される所定の複数の電圧値に対して予め計算する電磁場分布計算部と、前記各電磁場分布内に設置される試料の少なくとも形状及び組成に関する試料データ及び前記試料に入射する電子ビームの複数の入射位置を入力するデータ入力部と、入力された前記試料データ及び前記入射位置と前記電子ビームの複数の入射エネルギー値とに基づいて、前記電子ビームによる前記試料からの第１放出電子の数、放出角、及びエネルギーをモンテカルロ法によって算出する放出電子算出部と、前記電磁場分布内における前記第１放出電子の軌道を、前記放出電子算出部によって得られた第１放出電子のパラメータに基づいて計算する電子軌道計算部と、前記電子軌道計算部によって計算された軌道のうち、前記検出器に到達する前記第１放出電子を計数する電子計数部と、前記入射位置毎に前記放出電子算出部、電子軌道計算部、電子計数部の各処理を所定の回数繰り返して実行させて、前記電子計数部で得られる計数値の平均値を各入射位置の推定検出値として計算する推定検出値計算部と、前記複数の入射エネルギー値における前記複数の入射位置の前記推定検出値の組み合わせから最もコントラストが高くなる組み合わせの前記入射エネルギー及び前記電圧値を選択する最適コントラスト選択部と、選択された前記入射エネルギー及び前記電圧値を前記電子光学系に設定する印加電圧設定部と、を備えることを特徴とする。
請求項１８の発明は、前記電子軌道計算部による軌道計算において前記第１放出電子が前記電子光学系等に衝突した場合、前記放出電子算出部は更に、その衝突によって前記電子光学系等から放出される第２放出電子の数、放出角、及びエネルギーをモンテカルロ法によって算出し、前記電子軌道計算部は、前記電磁場分布内における前記第２放出電子の軌道を、前記放出電子算出部によって得られた前記第２放出電子のパラメータに基づいて計算し、前記電子計数部は更に、前記電子軌道計算部による計算結果に基づいて、前記検出器に到達する前記第２放出電子を計数することを特徴とする。
請求項１９の発明は、少なくとも１つの電極を含む電子光学系と検出器とを少なくとも備える走査電子顕微鏡において、前記電子光学系及び検出器が生じる電磁場分布を前記電極に印加される所定の複数の電圧値に対して予め計算する電磁場分布計算部と、前記各電磁場分布内に設置される試料の少なくとも形状及び組成に関する試料データ及び前記試料に入射する電子ビームの複数の入射位置を入力するデータ入力部と、入力された前記試料データ及び前記入射位置と前記電子ビームの複数の入射エネルギー値とに基づいて、前記電子ビームによる前記試料からの第１放出電子の数、放出角、及びエネルギーをモンテカルロ法によって算出する放出電子算出部と、前記電磁場分布内における前記第１放出電子の軌道を、前記放出電子算出部によって得られた第１放出電子のパラメータに基づいて計算する電子軌道計算部と、前記電子軌道計算部によって計算された軌道のうち、前記検出器に到達する前記第１放出電子を計数する電子計数部と、前記入射位置毎に前記放出電子算出部、電子軌道計算部、電子計数部の各処理を所定の回数繰り返して実行させて、前記電子計数部で得られる計数値の平均値を各入射位置の推定検出値として計算する推定検出値計算部と、模擬ＳＥＭ像データ生成部で生成された全模擬ＳＥＭ像を一覧表示するための模擬ＳＥＭ像一覧表示データ生成部と、一覧表示された模擬ＳＥＭ像の中からオペレータが選択する像選択部と、選択された模擬ＳＥＭ像に相当する前記入射エネルギー及び前記電圧値を前記電子光学系に設定する印加電圧設定部と、を備えることを特徴とする。
本発明によれば、実際の走査電子顕微鏡の電子光学系及び検出器の諸条件（即ち、形状、印加電圧、アンペアターン等）に基づいた電磁場が再現されるため、推定検出値を高精度に算出できる。また、放出電子に対して、実際の電磁場による偏向又は電子光学系等の物理的構成要素による遮断が考慮されるので、推定検出値は実際の走査電子顕微鏡において得られる検出値に近くなる。
また、推定検出値の算出において検出対象となる電子は、試料から直接放出された電子のみならず、上記放出電子が電子光学系等に衝突したことによって放出された電子も含めることが出来る。従って、上記推定検出値の精度を更に高めることが出来る。
また、試料の各位置からの検出値が推定できるので、これら推定検出値を各位置毎に配列させて画像データとすれば模擬ＳＥＭ像が得られる。電子光学系の設定条件及び入射電子の入射条件を変えた各種の模擬ＳＥＭ像が実観察以前に得られるので、実際の試料を用いた観察の試行錯誤を繰り返す必要がなくなる。従って、電子ビームによる試料の汚染等の劣化が低減される。
更に、走査電子顕微鏡の電子光学系及び検出器によって生じる電磁場分布が予め計算され、この電磁場分布における試料位置からの出射電子及びこの出射電子に起因する二次電子の検出数が出射電子の出射条件毎に参照値として求められ、これらが検出値参照テーブルとして保存される。そして、試料から放出される電子のエネルギー、放出角等をこの検出値参照テーブルの出射電子の出射条件に当てはめることで、当該電子を放出した事象の検出値が検出値参照テーブルの参照値から求められる。即ち、あらゆる出射条件の電子に対して、検出器が検出する電子の数が検出値参照テーブルとして保存されているので、試料からの放出された電子の軌道計算を個別に行う必要が無く、検出値の推定が容易になる。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について説明する。
図１は本発明の第１実施形態に係る走査電子顕微鏡の模式図である。図２は本発明の第１実施形態に係る制御処理部のブロック図である。
第１実施形態に係る走査電子顕微鏡は、顕微鏡本体１と、電源部８と、制御装置１０とを備える。顕微鏡本体１内には、電子線２を発生する電子銃３と、電子線２の集束、偏向等を行う電子光学系４と、試料５が設けられる試料ステージ６と、顕微鏡本体１内の電子を検出する検出器７が設置される。電源部８は制御装置１０によって制御され、電子銃３及び電子光学系４に電圧又は電流を印加する。なお、電子銃３及び電子光学系４は電子線２の光軸（図示せず）に沿って配置され、試料ステージ６は光軸上に位置する。
電子光学系４は電子線２の集束、収差補正、偏向等を行う電極又は磁極、及び検出器７に電子を到達させる電極又は磁極によって構成される。例えば、図１に示すように、電子光学系４は電子線２を集束する集束レンズ４ａ、電子線２を試料５上でスキャンするための偏向器４ｂ、集束レンズ４ａで集束された電子線２を更に微小な電子線に集束する対物レンズ４ｃから構成される。さらに例えば、図３に示すように、対物レンズ４ｃの前後に電極４１、４２等が設けられる。電極４１、４２は検出器７による電子の検出効率を向上させるための電場を発生する。なお、図３に示す例では対物レンズ４ｃが磁界レンズである場合を想定しており、励磁のためのコイル４３が設けられている。
制御装置１０は、図１に示すようにＣＰＵ１１と、内部記憶手段１２と、電源制御部１３と、信号処理部１４と、制御処理部１５と、入力部（データ入力部）１６と、表示部（ＳＥＭ像表示部）１７と、外部記憶手段１８を備える。これらはバスによって相互に接続されている。内部記憶手段１２は例えばＲＡＭ、ＲＯＭ等である。また、外部記憶手段１８は例えば、ハードディスクドライブ、フロッピー（登録商標）ディスクドライブ等のリームバブルメディアである。ＣＰＵ１１は内部記憶手段１２に記憶されたプログラムを実行し、電源制御部１３、信号処理部１４、制御処理部１５などを制御する。本発明に係る放出電子検出値の推定やＳＥＭ像のシミュレーションは制御処理部１５で処理される。また、ＣＰＵ１１は、電源制御部１３、電源部８を介して電子光学系４が生じる電場及び磁場を設定することで電子線２を試料上でスキャンする。検出器７は電子線２によって試料５から放出された二次電子を検出して検出信号を出力する。ＣＰＵ１１はこの検出信号を受信した信号処理部を制御して、表示部１７に実ＳＥＭ像を表示させる。
制御処理部１５は、電磁場分布計算部２０と、放出電子算出部２１と、電子軌道計算部２２と、電子計数部２３と、推定検出値計算部２４と、模擬ＳＥＭ像データ生成部２５とを備える。プログラムが実行している間、制御処理部１５は内部記憶手段１２のプログラム記憶部３０、データベース３１、データ記憶部３２に格納されたプログラム、データ等を参照する。制御処理部１５には入力部（データ入力部）１６からのデータが入力される。例えば、試料５の形状や組成、電子光学系４の設定値等が入力部１６から入力される。制御処理部１５は表示部（ＳＥＭ像表示部）１７とも接続されており、例えば、後述する模擬ＳＥＭ像データ生成部２５によって生成された画像データを模擬ＳＥＭ像として表示部１７に表示させる。
なお、制御処理部１５はコンピュータ（図示せず）に搭載されても良い。この場合、コンピュータは、図１の制御装置１０から電源制御部１３、信号処理部１４を省いた構成となり、本発明の放出電子検出値の推定、或いは、ＳＥＭ像シミュレーションはコンピュータ単体で実行される。
本発明の第１実施形態に係る放出電子検出値推定方法およびＳＥＭ像シミュレーション方法の処理について説明する。
図４、５は本実施形態の走査電子顕微鏡において実行される放出電子検出値推定方法およびＳＥＭ像シミュレーション方法の各処理を示すフローチャートであり、図４は基礎電磁場分布データの作成手順を示すフローチャート、図５は基礎電磁場分布データを用いた推定検出値テーブルの作成手順及び模擬ＳＥＭ像の表示手順を示すフローチャートである。
本実施形態では、まず試料５と電子光学系４と検出器７を含む空間内の電磁場分布を計算する。
図４に示すように、最初のステップＡ１において、電子光学系４及び検出器７等の電場又は磁場を生じる各構成部材の形状及び位置、並びに印加電圧、印加アンペアターン等の情報を含む要素データを入力する。要素データは入力部（データ入力部）１６から入力される。要素データは機密情報であり、設計者や開発者等のオペレータ（ユーザ）ではない者によって入力される。また、要素データを入力部１６から入力する代わりに外部記憶装置１８から要素データを読み込ませても良い。或いはまた、プログラム記憶部３０に記憶されるプログラムに当該要素データを含ませて、そのデータを読み込んでも良い。
上記要素データを用いて、電磁場分布計算部２０は各要素によって生じる各電場分布、各磁場分布を基礎電磁場分布として計算する（ステップＡ２）。各基礎電磁場分布は、各要素が上記空間内に生じる電磁場分布であり、後述する電子の軌道計算に用いられる電磁場分布は各基礎電磁場分布を重ね合わせることによって得られる。計算された各基礎電磁場分布は基礎電磁場分布データとしてデータベース３１に記憶保存される。
次に各基礎電磁場分布データを用いた放出電子の推定検出値の算出及び模擬ＳＥＭ像表示までの各処理について説明する。
図５に示すように、ステップＢ１において、オペレータは各要素に印加する電圧、アンペアターン等の電磁場解析用データ及び電子線２の加速電圧、入射位置、入射角等の入射条件を入力する。ここで入力する印加電圧及びアンペアターンは各々複数個入力するので電磁場分布は複数個作成される。更に次に、オペレータは試料５の形状及び組成等の試料データを１種類入力する。例えば、図６に示すような試料５の場合、オペレータは試料５ａの成分Ａ及び形状、試料５ｂの成分及び形状を入力し、それぞれに電子線２が入射する位置Ｃ、Ｄを入力する。
電磁場分布計算部２０は、データベース３１に記憶保存された各基礎電磁場分布データを読み込み（ステップＢ２）、オペレータによって入力された電磁場解析用データを用いて、上記空間内の電場分布Ｅ及び磁場分布Ｍ（以下便宜上、これらの分布を総称して電磁場分布ＥＭと称する）を計算する（ステップＢ３）。電磁場分布ＥＭは、基礎電磁場分布のそれぞれに対して、電磁場解析用データの電圧或いはアンペアターンを、要素データの印加電圧或いはアンペアターンで除した値を乗じて、更に、重ね合わせることで得られる。例えば、電極４１についての基礎電場分布及びその要素データとして入力した印加電圧をそれぞれＥｔ（ｘ，ｙ，ｚ）、Ｖｓｔとし、検出器７についての基礎電場分布及びその要素データとして入力した印加電圧をそれぞれＥｄ（ｘ，ｙ，ｚ）、Ｖｓｄとし、更にオペレータによって入力された電極４１、検出器７の各印加電圧がそれぞれＶｕｔ、Ｖｕｄとすると、これら電極４１、検出器７によって生じる電場分布Ｅ（ｘ，ｙ，ｚ）は、
Figure 0005289912
 と表される。同様に、例えば、対物レンズ４ｃについての基礎磁場分布及びその要素データとして入力したコイル４３に印加されたアンペアターンをそれぞれＭｏ（ｘ，ｙ，ｚ）、ＮＩｓとし、更にオペレータによって入力されたアンペアターンをＮＩｕとすると、対物レンズ４ｃによって生じる磁場分布Ｍ（ｘ，ｙ，ｚ）は、
Figure 0005289912
 と表される。
次に、放出電子算出部２１は、試料５の試料データおよび電子線２の入射条件に基づいて、電子線２によって試料５から放出される電子（第１放出電子）５０（５１）の数、放出角θｚ、θｘ、及びエネルギー等（図６参照）をモンテカルロ法により計算する（ステップＢ４）。
電子軌道計算部２２は、ステップＢ３によって求められた電磁場分布ＥＭ（即ち電場分布Ｅ及び磁場分布Ｍ）とステップＢ４によって求められた第１放出電子の各パラメータとを用いて、第１放出電子の軌道を計算する（ステップＢ５）。
放出角又はエネルギーによっては、第１放出電子が電子光学系４に衝突する場合がある（図３に示す第１放出電子５１）。ＣＰＵ１１はこの衝突が起こったか否かを判断し（ステップＢ６）、衝突があった場合（ステップＢ６でＹＥＳ）には、放出電子算出部２１が再びその衝突によって電子光学系４から放出される電子（第２放出電子）５２の数、放出角、及びエネルギー等をモンテカルロ法により計算する（ステップＢ７）。そして、電子軌道計算部２２は、ステップＢ３の処理によって求められた電磁場分布ＥＭとステップＢ７によって求められた第２放出電子の各パラメータと用いて、第２放出電子の軌道を計算する（ステップＢ８）。なお、第１放出電子が電子光学系４に衝突しない場合や衝突する電子光学系４の材質によっては二次電子放出率が著しく低い場合（ステップＢ６でＮＯ）も有り得る。そのような材質の使用は設計者等にとっては既知であるので、ステップＢ６〜Ｂ８までの処理を予め省略してもよい。この場合、ステップＢ５の処理から直ちにステップＢ９に進む。
ここまでの処理によって、電磁場分布ＥＭ内における全ての放出電子の軌道が求められている。ステップＢ９において電子計数部２３は、これら全ての軌道のうち検出器７に到達する軌道の数、即ち、検出器７によって検出される第１放出電子と第２放出電子を計数する。この計数値はデータ記憶部３２において積算計数値として積算される。
モンテカルロ法は乱数を利用した計算方法であるため、ステップＢ４の第１放出電子に対する計算精度及びステップＢ７の第２放出電子に対する計算精度を上げるには繰り返し計算を行う必要がある。そこで、これらを計算する所定の回数を予め設定しておき、推定検出値計算部２４はステップＢ４及びＢ７の計算が上記所定の回数行なわれたか否かを判断し（ステップＢ１０）、所定の回数に達していない場合には（ステップＢ１０でＮＯ）ステップＢ４に戻り、再び第１放出電子の算出からの各処理を行う。所定の回数に達した場合には（ステップＢ１０でＹＥＳ）、積算計数値を所定の回数で除した値を推定検出値として算出する（ステップＢ１１）。推定検出値はデータ記憶部３２に記憶される。例えば、図７に示すように、１回目の第１及び第２放出電子の数が３個であり、その結果、検出器７が検出する検出電子数が２であったとする。このような計算を１００回繰り返した結果、第１及び第２放出電子の総数が２９７個であり、検出電子数の合計が１８７個であったとする。計算は１００回行ったので、推定検出値は１．８７（＝１８７／１００）となる。
ステップＢ４からＢ１１までの処理では、ステップＢ１において入力された入射条件のうち１つの入射位置について放出電子が計算される。ステップＢ１において電子線２の入射位置を複数設定した場合、ＣＰＵ１１はこれらの全ての入射位置に対して推定検出値が算出されたか否かを判断し（ステップＢ１２）、全ての入射位置に対して推定検出値が算出されていない場合には（ステップＢ１２でＮＯ）、電子線２の入射位置を変えて再びステップＢ４からの処理を行う。全ての入射位置に対して推定検出値が算出された場合には（ステップＢ１２でＹＥＳ）、ステップＢ３で計算された全ての電磁場分布に対して、推定検出値が算出されたか否かを判断する（ステップＢ１３）。推定検出値が全ての電磁場分布に対して算出されていない場合には（ステップＢ１３でＮＯ）、残りの電磁場分布に対して推定検出値を算出するためステップＢ４に戻る。推定検出値が全ての電磁場分布に対して算出された場合には（ステップＢ１３でＹＥＳ）、次のステップに進む。
この時点で全ての電磁場分布ＥＭ及び入射条件に対して推定検出値が算出されている。ＣＰＵ１１はこれら推定検出値を推定検出値テーブルとして作成し（ステップＢ１４）、データベース３１に記憶する。
模擬ＳＥＭ像データ生成部２５は、データベース３１に記憶された推定検出値テーブルの推定検出値から、それに応じた強度を入射位置毎に配列させて模擬ＳＥＭ像データを生成する（ステップＢ１５）。この模擬ＳＥＭ像データを用いて模擬ＳＥＭ像を表示部１７で表示させると（ステップＢ１６）、全処理が終了する。なお、制御処理部１５は、模擬ＳＥＭ像データ生成部２５の他、すべての模擬ＳＥＭ像を一覧表示するための模擬ＳＥＭ像一覧表示データ生成部３４を有してもよく、望むなら模擬ＳＥＭ像の一覧表示を観察することが出来る。
本実施形態によれば、走査電子顕微鏡の電子光学系及び検出器によって生じる電磁場分布が計算され、一方、モンテカルロ法を用いて試料から放出される電子が算出される。そして、上記電磁場内を通過する電子の軌道を計算し、検出器に到達した電子のみが推定検出値として得られる。
また、実際の走査電子顕微鏡の電子光学系及び検出器の諸条件（即ち、形状、印加電圧、アンペアターン等）に基づいて電磁場を再現するので、推定検出値を高精度に算出できる。また、放出電子に対して、実際の電磁場による偏向又は電子光学系等の物理的構成要素による遮断が考慮されるので、推定検出値は実際の走査電子顕微鏡において得られる検出値に近くなる。
また、推定検出値の算出において検出対象となる電子は、試料から直接放出された電子のみならず、上記放出電子が電子光学系に衝突したことによって放出された電子も含めることが出来る。従って、上記推定検出値の精度を更に高めることが出来る。
また、試料の各位置からの検出値が推定できるので、これら推定検出値を各位置毎に配列させて画像データとすれば模擬ＳＥＭ像が得られる。電子光学系の設定条件及び入射電子の入射条件を変えた各種の模擬ＳＥＭ像が個別表示あるいは一覧表示として実観察以前に得られるので、実際の試料を用いた観察の試行錯誤を繰り返す必要がなくなる。従って、電子ビームによる試料の汚染等の劣化が低減される。
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について説明する。第２実施形態に係る走査電子顕微鏡は、第１実施形態で述べた推定検出値テーブルを用いて最適な（又は所望の）コントラスト、あるいは一覧表示で指定した模擬ＳＥＭ像の実ＳＥＭ像が得られるように構成した走査電子顕微鏡である。
図９に示すように、第２実施形態に係る走査電子顕微鏡は、第１実施形態の構成に加えて、制御処理部１５に最適コントラスト選択部２８と印加電圧設定部２９とを備える。また、後述するように、模擬ＳＥＭ像一覧表示データ生成部３４と像選択部３５とを更に備えても良い。本実施形態に係る走査電子顕微鏡では、図４に示す各処理と図５に示すステップＢ１からステップＢ１４までの処理が行なわれ、次に、ステップＢ１５及びステップＢ１６に代えて図１０に示すステップＣ１からステップＣ７までの処理が行なわれる。即ち、第２実施形態に係る走査電子顕微鏡では、算出した推定検出値に基づいて最適なコントラストとなる電子光学系の印加電圧及びアンペアターンが選択され、この選択値を用いた実観察が行われる。
本実施形態におけるＳＥＭ像表示までの各処理について説明する。
上述したように、図４に示す各処理と図５に示すステップＢ１からステップＢ１４までの処理については説明を割愛する。ただし、ステップＢ１において、オペレータは試料５上の観察位置（例えば図６に示すＣ点とＤ点）を入力しているものとする。この観察位置は電子線２の入射条件の１つである入射位置と同等である。そして、ステップＢ１４の処理が終了した時点では、オペレータが想定する全ての電磁場分布及び入射条件に対する推定検出値が推定検出値テーブルとして保存されている。図８はこの推定検出値テーブルの一例である。図６に示す試料５上のＣ点及びＤ点に電子線２が入射した時のそれぞれの推定検出値が、加速電圧、電極４１、４２の設定電圧毎に算出されている。
図１０に示すように、最適コントラスト選択部２８（図９参照）は検出値推定値テーブル（図８参照）を参照し（ステップＣ１）、各印加電圧の組み合わせにおいて得られた試料５の観察位置Ｃ点、Ｄ点の各推定検出値の差を算出する（ステップＣ２）。
次に、最も大きい差となる印加電圧の組み合わせを選択する（ステップＣ３）。即ち、ＳＥＭ像における観察位置Ｃ点、Ｄ点間のコントラストが最適となる組み合わせを選択する。図８に示す例では、条件番号８における各推定検出値の差が最も大きいことがわかる。従って、この場合、条件番号８の各印加電圧が最適な組み合わせとして選択される。
最適な組み合わせの別の算出方法としては、（各推定検出値の差）／（各推定検出値の総和）の値が最大となる印加電圧の組み合わせを選択しても良い。この方法によれば、条件番号７の組み合わせが最適な組み合わせとして選択される。
印加電圧設定部２９は最適コントラスト選択部２８によって選択された各印加電圧を電子光学系４（図１参照）に設定するよう、電源制御部１３を制御する（ステップＣ４）。
電源制御部１３は観察位置Ｃ点及びＤ点を含む観察領域をスキャンするように電子線２を制御する（ステップＣ５）。その後、検出器７から得られる検出信号を信号処理部１４が処理し（ステップＣ６）、表示部１７にＳＥＭ像が表示される（ステップＣ７）。
このように、オペレータは推定検出値テーブルに基づいて試料上の複数の位置の推定検出値を比較し、最適なコントラストとなる加速電圧、印加電圧等の組み合わせ（条件番号）を選択し指定する。指定された組み合わせが実際の電子光学系に設定されるので、最適なコントラストのＳＥＭ像が得られる。なお、上記組み合わせには、対物レンズ等の磁界レンズに印加されるアンペアターンを含めても良い。更にこの他、第２実施形態に係る制御処理部１５は、模擬ＳＥＭ像一覧表示データ生成部３４と像選択部３５とを備えても良い。この場合、模擬ＳＥＭ像一覧表示データ生成部３４は、模擬ＳＥＭ像データ生成部２５で生成される全ての模擬ＳＥＭ像を一覧表示するための画像データを生成する。この一覧からオペレータが選択、指定した模擬ＳＥＭ像を像選択部３５が検出し、電子光学系及び検出器等の各構成部材が条件指定されるので、選択された模擬ＳＥＭ像取得時の加速電圧、印加電圧等に基づくコントラストのＳＥＭ像が得られる。
本発明の第２実施形態によれば、推定検出値が実際の走査電子顕微鏡の電子光学系及び検出器の諸条件を考慮して算出される。従って、選択された上記組み合わせは、実際の観察における電子光学系の設定値に近くなる。
さらに、所望の位置間のコントラストが最適となる加速電圧、印加電圧等の組み合わせや模擬ＳＥＭ像が実観察前に得られるため、実際の試料を用いて試行錯誤を繰り返す必要が無くなる。従って、試料の電子線による劣化を最小限に留めた状態で指定した条件の実観察を行うことが可能となる。
（第３実施形態）
本発明の第３実施形態について説明する。
本発明の第３実施形態に係る走査電子顕微鏡は、第１実施形態の制御処理部１５に検出器参照テーブル作成部を更に備える。その他の構成については第１実施形態と同様である。本実施形態の走査電子顕微鏡は、後述する検出値参照テーブルを用いることによって、第１及び第２実施形態で述べた推定検出値の算出及び模擬ＳＥＭ像データの生成が高速になるように構成された走査電子顕微鏡である。
図１１は本実施形態に係る制御処理部１５のブロック図である。同図に示すように、制御処理部１５は第１実施形態の構成に加え、検出値参照テーブル作成部３３を備える。検出値参照テーブル部３３は、電子光学系４の各設定値及び試料５の取付位置から出射する電子（出射電子）の出射角、エネルギー等の異なる組み合わせに対して、検出器７が検出する電子の数（後述する参照値）を表した検出値参照テーブルを作成する。
図１２および図１３は本発明の第３実施形態に係る放出電子検出値推定方法及びＳＥＭ像シミュレーション方法のフローチャートであり、図１２は検出値参照テーブルの作成手順を示すフローチャート、図１３は検出値参照テーブルを用いた模擬ＳＥＭ像の表示或いは推定検出値テーブルの作成を示すフローチャートである。
次に各基礎電磁場分布データを用いた放出電子の推定検出値の算出及び模擬ＳＥＭ像表示までの各処理について説明する。
本実施形態でも第１実施形態で述べた基礎電磁場分布が電子の軌道計算に必要であるため、最初に図４に示すステップＡ１からステップＡ３までの処理を行う。これらの処理については第１実施形態で述べたので説明を割愛する。
次に、電磁場分布計算部２０はデータベース３１から基礎電磁場分布データを読み込み（ステップＤ１）、更に電磁場解析用データを読み込む（ステップＤ２）。第１実施形態で述べたように、電磁場解析用データは電子光学系４や検出器７の各要素に印加する電圧、アンペアターン等の設定値データであり、各要素に対して予め所定の値が設定されている。或いは、図５に示すステップＢ２のようにオペレータから入力しても良い。
電磁場分布計算部２０は、これら各基礎電磁場分布データ及び電磁場解析用データを用いて、電磁場分布ＥＭ（即ち、電場分布Ｅ及び磁場分布Ｍ）を計算する（ステップＤ３）。その計算手法は第１実施形態におけるステップＢ３の処理と同一である。
次に電子軌道計算部２２は出射条件データを読み込む（ステップＤ４）。出射条件データは、試料５の取付位置を出発点として対物レンズ４ｃ側に出射する出射電子についての出射位置、出射角、エネルギー等の複数の組み合わせを有する。例えばエネルギーについては０．１ｅＶのような０ｅＶに近い値から電子線２の加速電圧に等しいエネルギーまで等間隔、或いは対数間隔に設定される。また、出射角については試料５を想定したときのその表面から対物レンズ４ｃ側の全方向（図６に示す全てのθｚ及びθｘ）に対して等間隔に設定される。なお、上記表面が傾斜している場合もあるので、出射角θｚの値は９０度を越える場合もある。また、出射位置は試料５を想定したときのその表面と電子光学系４の中心軸（即ち光軸）との交点に設定されるのが好ましいが、当該表面上であれば任意であり、複数の位置を指定してもよい。また出射条件データはオペレータが入力部１６から入力しても良いし、予めプログラムの一部としてプログラム記憶部３０に記憶させても良い。或いは、上記のような設定条件に基づき、ＣＰＵ１１が作成しても良い。
このような出射条件データを用いて、電子軌道計算部２２は電磁場分布ＥＭにおける出射電子の軌道を計算する（ステップＤ５）。その後、ＣＰＵ１１は出射電子が電子光学系４と衝突したか否かを判断し（ステップＤ６）、衝突があった場合（ステップＤ６でＹＥＳ）には、放出電子算出部２１がその衝突によって電子光学系４から放出される電子（第２放出電子）の数、放出角、及びエネルギー等をモンテカルロ法により計算する（ステップＤ７）。そして、電子軌道計算部２２は、ステップＤ３の処理によって求められた電磁場分布ＥＭにおける第２放出電子の軌道を計算する（ステップＤ８）。
ステップＤ９において電子計数部２３は、検出器７に到達する第２放出電子の軌道の数、即ち、検出器７によって検出される第２放出電子を計数する。この検出値（第２放出電子検出値）はモンテカルロ法による第２放出電子のパラメータに依存しているため、精度良く求めるにはこのパラメータを多数回算出するのが好ましい。従って、次のステップであるステップＤ１０において、第２放出電子が所定の回数算出されたか否かを判断し、その回数に達していない場合（ステップＤ１０でＮＯ）はステップＤ７に戻り、第２放出電子を再計算する。
第２放出電子がモンテカルロ法によって所定の回数算出された場合（ステップＤ１０でＹＥＳ）、電子計数部２３はステップＤ９で得られた第２放出電子検出値の平均化を行い（ステップＤ１１）、更に、ステップＤ５で得られた出射電子の軌道から検出器７への到達する出射電子の数（出射電子検出値）を計数し、第２放出電子検出値の平均値と出射電子検出値とを合算して、参照値を算出する（ステップＤ１２）。即ち参照値とは、ある出射電子の出射条件下での、検出値７が検出する電子の数である。
ＣＰＵ１１は全ての電磁場分布ＥＭ及び出射条件における参照値が算出されたか否かを判断し（ステップＤ１３）、算出されていない場合には（ステップＤ１３でＮＯ）、ステップＤ２に戻って、電磁場解析用データの読み込み処理を行う。
全ての参照値が算出された場合には（ステップＤ１３でＹＥＳ）、電子光学系４の設定値、出射電子の出射条件に応じた参照値のテーブル（検出値参照テーブル）を作成し、データベース３１に保存して処理を終了する（ステップＤ１４）。図１４は検出値参照テーブルの一例であり、電子光学系４のある設定値において算出された、出射電子のエネルギー及び出射角θｚに対する参照値を表す。
なお、出射電子が電子光学系４に衝突しない場合や衝突する電子光学系４の材質によっては二次電子放出率が著しく低い場合（ステップＤ６でＮＯ）も有り得る。そのような材質の使用は設計者等にとっては既知であるので、ステップＤ７〜Ｄ１１までの処理を予め省略してもよい。この場合、ステップＤ６から直ちにステップＤ１２に進む。
次に、検出値参照テーブルを用いた推定検出値の算出手順及び模擬ＳＥＭ像データの生成手順について説明する。
上記の処理によって検出値参照テーブルが作成された後、図１３に示すように、オペレータは入力部１６から観察に用いる試料５の形状、組成等の情報を含む試料データ及び、電子線２の加速電圧、入射位置、入射角等の入射条件等を入力する（ステップＥ１）。
放出電子算出部２１は入力された試料５の試料データおよび電子線２の入射条件に基づいて、電子線２によって試料５から放出される電子（第１放出電子）の数、放出角、及びエネルギーをモンテカルロ法により計算する（ステップＥ２）。
推定検出値計算部２４は検出値参照テーブルの中から、各第１放出電子の放出角及びエネルギーに近い条件の出射電子を選択する（ステップＥ３）。例えば、第１放出電子のエネルギーが１．３ｅＶ、放出角θｚが３８度であったとする。この場合、図１４に示す検出値参照テーブルの中でこれに最も近い出射電子はエネルギーが１ｅＶ、放出角が４５度の出射電子であり、その参照値は１である。そこでＣＰＵ１１は、この第１放出電子を放出する事象によって検出器７が検出する電子の数（推定検出値）を１に設定する（ステップＥ４）。或いはまた、第１放出電子のエネルギーが９９９．８ｅＶ、放出角が４１度であったとする。この場合、検出値参照テーブルの中で最も近い出射電子はエネルギーが１０００ｅＶ、放出角が４５度であり、その参照値は１．８７である。そこでＣＰＵ１１は、この事象による推定検出値を１．８７に設定する。このように、ステップＥ４では、第１放出電子に対してエネルギー及び放出角の差が最も小さくなる出射電子の参照値が選択され、この参照値が第１放出電子を放出する事象の推定検出値に設定される。
第１放出電子はモンテカルロ法によって算出されるため、精度を上げるには繰り返し計算を行う必要ある。そこで、ＣＰＵ１１はステップＥ５において、第１放出電子が所定の回数算出されたか否かを判断し、所定の回数に達していない場合には（ステップＥ５でＮＯ）、ステップＥ２に戻って第１放出電子をモンテカルロ法によって再計算する。所定の回数に達した場合（ステップＥ５でＹＥＳ）、ＣＰＵ１１は得られた複数の推定検出値を平均化し（ステップＥ６）する。
次に、ＣＰＵ１１は全ての入射条件に対して推定検出値を算出したか否かを判断し（ステップＥ７）、算出していない場合には（ステップＥ７でＮＯ）、入射条件を変更して、ステップＥ２に戻る。全ての入射条件に対して推定検出値が算出された場合（ステップＥ７でＹＥＳ）、ＣＰＵ１１は更に、平均化された推定検出値を推定検出値テーブルとして作成し（ステップＥ７）、データベース３１に記憶する。
この時点で全ての入射条件に対して推定検出値が算出されている。ＣＰＵ１１はこれら推定検出値を推定検出値テーブルとして作成し（ステップＥ８）、データベース３１に記憶する。
模擬ＳＥＭ像データ生成部２５は、データベース３１に記憶された推定検出値テーブルの推定検出値から、それに応じた強度を入射位置毎に配列させて模擬ＳＥＭ像データを生成する（ステップＥ９）。この模擬ＳＥＭ像データを用いて模擬ＳＥＭ像を表示部１７で表示させると（ステップＥ１０）、全処理が終了する。
本実施形態によれば、第１実施形態と同様の効果が得られ、更に、推定検出値の算出及び模擬ＳＥＭ像データの生成が高速になる。
これに加え、本実施形態では、走査電子顕微鏡の電子光学系及び検出器によって生じる電磁場分布が予め計算される。更に、この電磁場分布における試料位置からの出射電子及びこの出射電子に起因する二次電子の検出数が、出射電子の出射条件毎に参照値として求められ、これらが検出値参照テーブルとして保存される。そして、試料から放出される電子のエネルギー、放出角等を検出値参照テーブルの出射電子の出射条件に当てはめることで、当該電子を放出した事象の検出値が検出値参照テーブルの参照値から求められる。即ち、あらゆる出射条件の電子に対して、検出器が検出する電子の数が検出値参照テーブルとして保存されているので、試料からの放出された電子の軌道計算を個別に行う必要が無く、検出値の推定が高速且つ容易になる。
また第１実施形態と同様に、制御処理部１５はすべての模擬ＳＥＭ像を一覧表示するための模擬ＳＥＭ像一覧表示データ生成部３４を有してもよく（図１１参照）、望むなら模擬ＳＥＭ像の一覧表示を観察することが出来る。
（第４実施形態）
本発明の第４実施形態について説明する。
第４実施形態に係る走査電子顕微鏡は、第２及び第３実施形態の構成を備えたものである。即ち、推定検出値テーブルを用いて最適なコントラストのＳＥＭ像が得られるように構成した走査電子顕微鏡である。
第４実施形態に係る走査電子顕微鏡は、第３実施形態の構成に加えて、図９に示す制御処理部１５に最適コントラスト選択部２８と印加電圧設定部２９とを備える（図示せず）。本実施形態に係る走査電子顕微鏡では、図４、図１２に示す各処理と図１３に示すステップＥ１からステップＥ８までの処理が行なわれ、次に、ステップＥ９及びステップＥ１０に代えて図１０に示すステップＣ１からステップＣ７までの処理が行なわれる。即ち、第４実施形態に係る走査電子顕微鏡でも、第２実施形態と同様に、算出した推定検出値に基づいて最適なコントラストとなる電子光学系の印加電圧及びアンペアターンが選択され、この選択値を用いた実観察が行われる。
本実施形態でも第３実施形態と同様の効果が得られる。
また、所望の位置間のコントラストが最適となる加速電圧、印加電圧等の組み合わせが実観察前に得られるため、実際の試料を用いて試行錯誤を繰り返す必要が無くなる。しかも検出値参照テーブルを用いるため、上記組み合わせが容易に求まる。従って、試料の電子線による劣化を最小限に留めた状態で実観察を行うことが可能となる。
本実施形態に係る制御処理部１５は、第２実施形態で述べた模擬ＳＥＭ像一覧表示データ生成部３４と像選択部３５と備えても良い。この場合、模擬ＳＥＭ像データ生成部２５で生成される全ての模擬ＳＥＭ像が一覧表示され、この一覧からオペレータが選択、指定すると、電子光学系及び検出器等の各構成部材がシミュレーション時の条件に設定されるので、模擬ＳＥＭ像取得時の加速電圧、印加電圧等に基づくコントラストのＳＥＭ像が得られる。
本発明に係る走査電子顕微鏡の模式図である。 本発明の第１実施形態に係る制御処理部のブロック図である。 本発明に係る対物レンズ周辺の模式図である。 本発明に係る基礎電磁場分布データの作成手順を示すフローチャートである。 本発明の第１実施形態に係る基礎電磁場分布データを用いた推定検出値テーブルの作成手順及び模擬ＳＥＭ像の表示手順を示すフローチャートである。 本発明に用いられる試料の一例及び出射電子又は第１放出電子の一例を示す模式図である。 推定検出値の算出を説明するための数表である。 本発明の推定検出値テーブルの一例である。 本発明の第２実施形態に係る制御処理部のブロック図である。 本発明の第２実施形態に係るＳＥＭ像の表示手順を示すフローチャートである。 本発明の第３実施形態に係る制御処理部のブロック図である。 本発明に係る検出値参照テーブルの作成手順を示すフローチャートである。 本発明の第３実施形態に係る模擬ＳＥＭ像の表示手順を示すフローチャートである。 本発明の第３実施形態に係る検出値参照テーブルの一例である。
符号の説明
１：顕微鏡本体
２：電子線
３：電子銃
４：電子光学系
４ｃ：対物レンズ
７：検出器
８：電源部
１０：制御装置
１１：ＣＰＵ
１５：制御処理部
２０：電磁場分布計算部
２１：放出電子算出部
２２：電子軌道計算部
２３：電子計数部
２４：推定検出値計算部
２５：模擬ＳＥＭ像データ生成部
２８：最適コントラスト選択部
２９：印加電圧設定部
３３：検出値参照テーブル作成部

Claims (19)

  1. 走査電子顕微鏡内の電子光学系及び検出器が生じる電磁場分布を予め計算する第１のステップと、
    前記電磁場分布内に設置される試料の少なくとも形状及び組成に関する試料データ及び前記試料に入射する電子ビームの入射条件を入力する第２のステップと、
    入力された前記試料データ及び前記入射条件に基づいて、前記電子ビームによる前記試料からの第１放出電子の数、放出角、及びエネルギーをモンテカルロ法によって算出する第３のステップと、
    前記電磁場分布内における前記第１放出電子の軌道を、前記第３のステップによって得られた第１放出電子のパラメータに基づいて計算する第４のステップと、
    前記第４のステップによる計算結果に基づいて、前記検出器に到達する前記第１放出電子を計数する第５のステップと、
    前記第３乃至第５までの各ステップを所定の回数繰り返して、前記第５のステップで得られる計数値の平均値を推定検出値として計算する第６のステップと、
    を備えることを特徴とする放出電子検出値推定方法。
  2. 前記第４のステップにおいて、前記第１放出電子が前記電子光学系等に衝突した場合は、前記第４ステップに替えてその衝突によって前記電子光学系等から放出される第２放出電子の数、放出角、及びエネルギーをモンテカルロ法によって算出し、
    前記第５のステップにおいて、前記第５ステップに替えて前記電磁場分布内の前記第２放出電子の軌道を、前記第４のステップによって得られた前記第２放出電子のパラメータに基づいて計算し、検出器に到達する第２放出電子を計数する
    ことを特徴とする請求項１に記載の放出電子検出値推定方法。
  3. 請求項１又は２の何れかに記載の検出値推定方法を有し、更に、
    前記第６のステップを前記入射ビームの入射位置毎に行って前記入射位置毎の推定検出値を計算するステップと、
    前記推定検出値に応じた強度を前記入射位置に対応付けて配列させた模擬ＳＥＭ像データを生成するステップと
    を有することを特徴とするＳＥＭ像シミュレーション方法。
  4. 走査電子顕微鏡内の電子光学系及び検出器が生じる電磁場分布を予め計算する第１のステップと、
    前記電磁場分布内の試料位置から出射する出射電子のエネルギー及び出射角の互いに異なる組み合わせを複数設定する第２のステップと、
    前記複数の組み合わせに基づいて、前記電磁場分布内の前記出射電子の軌道を計算する第３のステップと、
    前記第３のステップによる計算結果に基づいて、前記検出器に到達する前記出射電子を計数してその計数値を参照値とし、前記各組み合わせと前記参照値を対応付けた検出値参照テーブルを作成する第４のステップと、
    前記試料位置に設置される試料の少なくとも形状及び組成に関する試料データ及び前記試料に入射する電子ビームの入射条件を入力する第５のステップと、
    入力された前記試料データ及び前記入射条件に基づいて、前記電子ビームによる前記試料からの第１放出電子の数、放出角、及びエネルギーをモンテカルロ法によって算出する第６のステップと、
    前記第６のステップで算出された全ての前記第１放出電子に対して、そのエネルギー及び放出角と最も差の小さい前記検出値参照テーブルの前記出射電子を選択し、選択された出射電子の前記参照値の合計値を算出する第７のステップと、
    前記第６及び第７のステップを所定の回数繰り返して得られた各合計値の平均値を算出し、該平均値を前記入射位置からの放出電子の推定検出値とする第８のステップと、
    を備えること特徴とする放出電子検出値推定方法。
  5. 前記第３のステップにおいて、前記出射電子が前記電子光学系等に衝突した場合は、その衝突によって前記電子光学系等から放出される第２放出電子の数、放出角、及びエネルギーをモンテカルロ法によって算出する第９のステップと、
    前記電磁場分布内における前記第２放出電子の軌道を、前記第９のステップによって得られた前記第２放出電子のパラメータに基づいて計算する第１０のステップと、
    前記検出器に到達した前記第２放出電子を計数する第１１のステップと、
    を更に備え、
    前記第９乃至第１１のステップは複数回実行され、得られた前記第２放出電子の計数値は平均化されて前記参照値に加算される
    ことを特徴とする請求項４に記載の放出電子検出値推定方法。
  6. 請求項４又は５の何れかに記載の検出値推定方法を有し、更に、
    前記第８のステップを前記入射ビームの入射位置毎に行って、その推定検出値を計算するステップと、
    前記推定検出値に応じた強度を前記入射位置に対応付けて配列させた模擬ＳＥＭ像データを生成するステップと
    を有することを特徴とするＳＥＭ像シミュレーション方法。
  7. コンピュータを、
    走査電子顕微鏡内の電子光学系及び検出器が生じる電磁場分布を予め計算する第１の手段と、
    前記電磁場分布内に設置される試料の少なくとも形状及び組成に関する試料データ及び前記試料に入射する電子ビームの入射条件を入力する第２の手段と、
    入力された前記試料データ及び前記入射条件に基づいて、前記電子ビームによる前記試料からの第１放出電子の数、放出角、及びエネルギーをモンテカルロ法によって算出する第３の手段と、
    前記電磁場分布内における前記第１放出電子の軌道を、前記第３の手段によって得られた第１放出電子のパラメータに基づいて計算する第４の手段と、
    前記第４の手段による計算結果に基づいて、前記検出器に到達する前記第１放出電子を計数する第５の手段と、
    前記第３乃至第５までの各手段を所定の回数繰り返して、前記第５の手段で得られる計数値の平均値を推定検出値として計算する第６の手段
    として機能させることを特徴とする放出電子検出値推定プログラム。
  8. 前記第４の手段は、前記第１放出電子が前記電子光学系等に衝突した場合、その衝突によって前記電子光学系等から放出される第２放出電子の数、放出角、及びエネルギーをモンテカルロ法によって算出し、
    前記第５の手段は、電磁場分布内における前記第２放出電子の軌道を、前記第４の手段によって得られた前記第２放出電子のパラメータに基づいて計算する
    ことを特徴とする請求項７に記載の放出電子検出値推定プログラム。
  9. 前記コンピュータを、
    請求項７又は８の何れかに記載の各手段と、
    前記推定検出値に応じた強度を前記入射位置に対応付けて配列させた模擬ＳＥＭ像データを生成する手段として機能させ、
    前記第６の手段は前記入射ビームの入射位置毎に行って前記入射位置毎の推定検出値を計算することを特徴とするＳＥＭ像シミュレーションプログラム。
  10. コンピュータを、
    走査電子顕微鏡内の電子光学系及び検出器が生じる電磁場分布を予め計算する第１の手段と、
    前記電磁場分布内の試料位置から出射する出射電子のエネルギー及び出射角の互いに異なる組み合わせを複数設定する第２の手段と、
    前記複数の組み合わせに基づいて、前記電磁場分布内の前記出射電子の軌道を計算する第３の手段と、
    前記第３の手段による計算結果に基づいて、前記検出器に到達する前記出射電子を計数してその計数値を参照値とし、前記各組み合わせと前記参照値を対応付けた検出値参照テーブルを作成する第４の手段と、
    前記試料位置に設置される試料の少なくとも形状及び組成に関する試料データ及び前記試料に入射する電子ビームの入射条件を入力する第５の手段と、
    入力された前記試料データ及び前記入射条件に基づいて、前記電子ビームによる前記試料からの第１放出電子の数、放出角、及びエネルギーをモンテカルロ法によって算出する第６の手段と、
    前記第６の手段によって算出された全ての前記第１放出電子に対して、そのエネルギー及び放出角と最も差の小さい前記検出値参照テーブルの前記出射電子を選択し、選択された出射電子の前記参照値の合計値を算出する第７の手段と、
    前記第６及び第７の手段を所定の回数繰り返して得られた各合計値の平均値を算出し、該平均値を前記入射位置からの放出電子の推定検出値として算出する第８の手段
    として機能させることを特徴とする放出電子検出値推定プログラム。
  11. 前記コンピュータを、更に、
    前記第３の手段による軌道計算において前記出射電子が前記電子光学系等に衝突した場合は、その衝突によって前記電子光学系等から放出される第２放出電子の数、放出角、及びエネルギーをモンテカルロ法によって算出する第９の手段と、
    前記電磁場分布内における前記第２放出電子の軌道を、前記第９の手段によって得られた前記第２放出電子のパラメータに基づいて計算する第１０の手段と、
    前記検出器に到達した前記第２放出電子を計数する第１１の手段
    として機能させ、
    前記第９乃至第１１の手段は複数回実行され、得られた前記第２放出電子の計数値は平均化されて前記参照値に加算される
    ことを特徴とする請求項１０に記載の放出電子検出値推定プログラム。
  12. 前記コンピュータを、
    請求項１０又は１１の何れかに記載の各手段と、
    前記推定検出値に応じた強度を前記入射位置に対応付けて配列させた模擬ＳＥＭ像データを生成する手段
    として機能させ、
    前記第８の手段は前記入射ビームの入射位置毎に行って、その推定検出値を計算することを特徴とするＳＥＭ像シミュレーションプログラム。
  13. 電子光学系と検出器とを少なくとも備える走査電子顕微鏡において、
    前記電子光学系及び検出器が生じる電磁場分布を予め計算する電磁場分布計算部と、
    前記電磁場分布内に設置される試料の少なくとも形状及び組成に関する試料データ及び前記試料に入射する電子ビームの入射条件を入力するデータ入力部と、
    入力された前記試料データ及び前記入射条件に基づいて、前記電子ビームによる前記試料からの第１放出電子の数、放出角、及びエネルギーをモンテカルロ法によって算出する放出電子算出部と、
    前記電磁場分布内における前記第１放出電子の軌道を、前記放出電子算出部によって得られた第１放出電子のパラメータに基づいて計算する電子軌道計算部と、
    前記電子軌道計算部による計算結果に基づいて、前記検出器に到達する前記第１放出電子を計数する電子計数部と、
    前記入射ビームの入射位置毎に前記放出電子算出部、前記電子軌道計算部、前記電子計数部の各処理を所定の回数実行させて、前記電子計数部で得られる計数値の平均値を推定検出値として計算する推定検出値計算部と、
    前記推定検出値に応じた強度を前記入射位置毎に対応付けて配列させた模擬ＳＥＭ像データを生成する模擬ＳＥＭ像データ生成部と、
    前記模擬ＳＥＭ像データに基づく模擬ＳＥＭ像を表示する模擬ＳＥＭ像表示部と、
    を備えることを特徴とする走査電子顕微鏡。
  14. 前記電子軌道計算部による軌道計算において、前記第１放出電子が前記電子光学系等に衝突した場合、前記放出電子算出部は、その衝突によって前記電子光学系等から放出される第２放出電子の数、放出角、及びエネルギーをモンテカルロ法によって算出し、
    前記電子軌道計算部は、前記電磁場分布内における前記第２放出電子の軌道を、前記放出電子算出部によって得られた前記第２放出電子のパラメータに基づいて計算し、
    前記電子計数部は更に、前記検出器に到達する前記第２放出電子を計数する
    ことを特徴とする請求項１３に記載の走査電子顕微鏡。
  15. 電子光学系と検出器とを少なくとも備える走査電子顕微鏡において、
    前記電子光学系及び検出器が生じる電磁場分布を予め計算する電磁場分布計算部と、
    前記電磁場分布内の試料位置から出射する出射電子のエネルギー及び出射角の互いに異なる組み合わせを複数設定するパラメータ設定部と、
    前記複数の組み合わせに基づいて、前記電磁場分布内の前記出射電子の軌道を計算する電子軌道計算部と、
    前記電子軌道計算部による計算結果に基づいて、前記検出器に到達する前記出射電子を計数する電子計数部と、
    前記電子計数部で得られる計数値を参照値とし、前記各組み合わせと前記参照値を対応付けた検出値参照テーブルを作成する検出値参照テーブル作成部と、
    前記試料位置に設置される試料の少なくとも形状及び組成に関する試料データ及び前記試料に入射する電子ビームの入射条件を入力するデータ入力部と、
    入力された前記試料データ及び前記入射条件に基づいて、前記電子ビームによる前記試料からの第１放出電子の数、放出角、及びエネルギーをモンテカルロ法によって算出する放出電子算出部と、
    前記放出電子算出部によって算出された全ての前記第１放出電子に対して、そのエネルギー及び放出角と最も差の小さい前記検出値参照テーブルの前記出射電子を選択し、選択された出射電子の前記参照値の合計値を前記入射位置からの放出電子の推定検出値として算出する推定検出値算出部と、
    前記推定検出値に応じた強度を前記入射位置に対応付けて配列させた模擬ＳＥＭ像データを生成する模擬ＳＥＭ像データ生成部と、
    前記模擬ＳＥＭ像データに基づくＳＥＭ像を表示するＳＥＭ像表示部と、
    を備え、
    前記第１放出電子のモンテカルロ法による算出は複数回行われることによって、前記参照値は平均化される
    ことを特徴とする走査電子顕微鏡。
  16. 前記電子軌道計算部による軌道計算において前記出射電子が前記電子光学系等に衝突した場合、前記放出電子算出部はその衝突によって前記電子光学系等から放出される第２放出電子の数、放出角、及びエネルギーをモンテカルロ法によって算出し、
    前記電子軌道計算部は、電磁場分布内における前記第２放出電子の軌道を、前記放出電子算出部によって得られた前記第２放出電子のパラメータに基づいて計算し、
    前記電子計数部は更に、前記検出器に到達する前記第２放出電子を計数し、
    前記第２放出電子のモンテカルロ法による算出は複数回行われることによって、前記参照値は平均化されて前記参照値に加算される
    ことを特徴とする請求項１５に記載の走査電子顕微鏡。
  17. 少なくとも１つの電極を含む電子光学系と検出器とを少なくとも備える走査電子顕微鏡において、
    前記電子光学系及び検出器が生じる電磁場分布を前記電極に印加される所定の複数の電圧値に対して予め計算する電磁場分布計算部と、
    前記各電磁場分布内に設置される試料の少なくとも形状及び組成に関する試料データ及び前記試料に入射する電子ビームの複数の入射位置を入力するデータ入力部と、
    入力された前記試料データ及び前記入射位置と前記電子ビームの複数の入射エネルギー値とに基づいて、前記電子ビームによる前記試料からの第１放出電子の数、放出角、及びエネルギーをモンテカルロ法によって算出する放出電子算出部と、
    前記電磁場分布内における前記第１放出電子の軌道を、前記放出電子算出部によって得られた第１放出電子のパラメータに基づいて計算する電子軌道計算部と、
    前記電子軌道計算部によって計算された軌道のうち、前記検出器に到達する前記第１放出電子を計数する電子計数部と、
    前記入射位置毎に前記放出電子算出部、電子軌道計算部、電子計数部の各処理を所定の回数繰り返して実行させて、前記電子計数部で得られる計数値の平均値を各入射位置の推定検出値として計算する推定検出値計算部と、
    前記複数の入射エネルギー値における前記複数の入射位置の前記推定検出値の組み合わせから最もコントラストが高くなる組み合わせの前記入射エネルギー及び前記電圧値を選択する最適コントラスト選択部と、
    選択された前記入射エネルギー及び前記電圧値を前記電子光学系に設定する印加電圧設定部と、
    を備えることを特徴とする走査電子顕微鏡。
  18. 前記電子軌道計算部による軌道計算において前記第１放出電子が前記電子光学系等に衝突した場合、前記放出電子算出部は更に、その衝突によって前記電子光学系等から放出される第２放出電子の数、放出角、及びエネルギーをモンテカルロ法によって算出し、
    前記電子軌道計算部は、前記電磁場分布内における前記第２放出電子の軌道を、前記放出電子算出部によって得られた前記第２放出電子のパラメータに基づいて計算し、
    前記電子計数部は更に、前記電子軌道計算部による計算結果に基づいて、前記検出器に到達する前記第２放出電子を計数する
    ことを特徴とする請求項１７に記載の走査電子顕微鏡。
  19. 少なくとも１つの電極を含む電子光学系と検出器とを少なくとも備える走査電子顕微鏡において、
    前記電子光学系及び検出器が生じる電磁場分布を前記電極に印加される所定の複数の電圧値に対して予め計算する電磁場分布計算部と、
    前記各電磁場分布内に設置される試料の少なくとも形状及び組成に関する試料データ及び前記試料に入射する電子ビームの複数の入射位置を入力するデータ入力部と、
    入力された前記試料データ及び前記入射位置と前記電子ビームの複数の入射エネルギー値とに基づいて、前記電子ビームによる前記試料からの第１放出電子の数、放出角、及びエネルギーをモンテカルロ法によって算出する放出電子算出部と、
    前記電磁場分布内における前記第１放出電子の軌道を、前記放出電子算出部によって得られた第１放出電子のパラメータに基づいて計算する電子軌道計算部と、
    前記電子軌道計算部によって計算された軌道のうち、前記検出器に到達する前記第１放出電子を計数する電子計数部と、
    前記入射位置毎に前記放出電子算出部、電子軌道計算部、電子計数部の各処理を所定の回数繰り返して実行させて、前記電子計数部で得られる計数値の平均値を各入射位置の推定検出値として計算する推定検出値計算部と、
    模擬ＳＥＭ像データ生成部で生成された全模擬ＳＥＭ像を一覧表示するための模擬ＳＥＭ像一覧表示データ生成部と、
    一覧表示された模擬ＳＥＭ像の中からオペレータが選択する像選択部と、
    選択された模擬ＳＥＭ像に相当する前記入射エネルギー及び前記電圧値を前記電子光学系に設定する印加電圧設定部と、
    を備えることを特徴とする走査電子顕微鏡。
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