JP7059439B2 - 荷電粒子線装置 - Google Patents

Description

本発明は、荷電粒子線装置に関する。

荷電粒子線装置の一種である走査電子顕微鏡（以下、「ＳＥＭ」という）は、電子源から放出された電子線を試料に照射するよう構成され、これにより試料の表面像を観察する装置である。通常、ＳＥＭでは、高い分解能を得るため試料を対物レンズに極力近づけて観察を行う。このため、対物レンズと試料との間の距離が短くなり、広い視野の観察は一般的に困難である。一方、観察対象の試料は一般的にＳＥＭで観察可能な視野サイズよりも大きいため、ＳＥＭ画像のみでは観察すべき箇所を探索することは容易ではない。このため、電子観察系とは別に、光学観察系をナビゲーション用途のために採用したＳＥＭが知られている（例えば特許文献１、２参照）。このＳＥＭでは、電子観察系の最低倍率よりも低い倍率の光学画像を取得し、現在の観察位置を光学画像により低倍率で表示し、更には、そのような低倍率の光学画像上で、次にステージを移動させるべき位置を指定することができる。

このような低倍率の光学画像をナビゲーション用途のために表示する荷電粒子線装置において、試料の低倍率画像をより正確に且つ容易に把握することが求められている。

特開２０１３－３３７６０号公報 国際公開第２０１７／２１６９４１号

この発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、試料の低倍率画像を正確且つ容易に把握することを可能にした荷電粒子線装置を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様に係る荷電粒子線装置は、試料台に搭載された試料に対して荷電粒子線を照射する荷電粒子線光学系と、前記試料から発生する信号を検出する検出器と、前記検出器が検出した信号から観察画像を取得する荷電粒子線撮像装置と、前記試料の光学画像を撮像する光学撮像装置と、前記試料台を回転可能に保持したステージと、前記ステージの移動及び回転を制御するステージ制御装置と、当該複数の光学画像を合成して合成画像を生成する画像合成部とを備える。前記ステージ制御装置は、前記ステージの回転中心とは異なる位置に前記光学撮像装置の撮像範囲の中心が位置するよう前記ステージを移動させた後、前記ステージを回転動作させるよう構成され、前記光学撮像装置は、前記回転動作により前記試料の異なる位置に関する複数の光学画像を取得し、前記画像合成部は、前記回転動作により得られた複数の光学画像を合成して前記合成画像を生成する。

この第１の態様に係る荷電粒子線装置によれば、ステージ制御装置は、ステージの回転中心とは異なる位置に光学撮像装置の撮像範囲の中心が位置するようステージを移動させた後、ステージを回転動作させる。複数の回転角においてそれぞれ試料の撮像がなされ、複数の光学画像が得られれば、これを合成することで試料の低倍率画像を得ることができる。加えて、この第１の態様では、ステージ制御装置において、ステージの回転中心を光学撮像装置の撮像範囲の中心から移動させた後、回転動作を行なうため、ステージの移動範囲を最小限に止めつつ試料の低倍率画像を取得することができる。このため、ステージの可動範囲を小さくすることができるので、大きな真空試料室が不要となるという利点がある。

また、本発明の第２の態様に係る荷電粒子線装置は、試料台に搭載された試料に対して荷電粒子線を照射する荷電粒子線光学系と、前記試料から発生する信号を検出する検出器と、前記検出器が検出した信号から観察画像を取得する荷電粒子線撮像装置と、前記試料の光学画像を撮像する光学撮像装置と、前記試料台を回転可能に保持したステージと、前記ステージを制御するステージ制御装置と、複数の光学画像を合成して合成画像を生成する画像合成部と、前記複数の光学画像の前後関係を制御する画像前後関係制御部と、前記合成画像を表示する表示部とを備える。前記画像合成部は、前記前後関係に従って前記複数の光学画像を合成する。

この第２の態様に係る荷電粒子線装置によれば、ステージの光学撮像装置の撮像範囲に対する移動により複数の光学画像が得られると、その光学画像の前後関係が画像前後関係制御部により制御され、この前後関係に従って複数の光学画像が画像合成部により合成される。前後関係を考慮して合成がなされることで、複数の光学画像を合成した場合であっても、複数の画像の間での段差（つなぎ目）を小さくして合成画像を生成することができる。

更に、本発明の第３の態様に係る荷電粒子線装置は、試料台に搭載された試料に対して荷電粒子線を照射する荷電粒子線光学系と、前記試料から発生する信号を検出する検出器と、前記検出器が検出した信号から観察画像を取得する荷電粒子線撮像装置と、前記試料の光学画像を撮像する光学撮像装置と、前記試料台を回転可能に保持したステージと、前記ステージを制御するステージ制御装置と、複数の光学画像を合成して合成画像を生成する画像合成部と、前記複数の光学画像の前後関係を制御する画像前後関係制御部と、前記合成画像を表示する表示部とを備える。前記荷電粒子線装置により観察されている観察位置が所定の条件に合致する場合、前記光学撮像装置は前記観察位置において前記試料を撮像し、前記画像合成部は、撮像された画像を用いて再度前記合成画像を生成する。

この第３の態様の荷電粒子線装置によれば、光学撮像装置により取得された複数の光学画像を合成して合成画像が生成された後、荷電粒子線装置により観察が開始された場合において、その観察位置が所定の条件に合致した場合、光学撮像装置は当該観察位置において試料を改めて撮像する。この新たに撮像された光学画像を用いて合成画像が生成される。これによれば、当該観察位置において、画像間の境界に発生し得る段差（つなぎ目）の無い合成画像を観察することができる。

本発明によれば、ナビゲーションのための試料の低倍率画像を正確且つ容易に把握することを可能にした荷電粒子線装置を提供することができる。

本発明の第１の実施の形態に係る荷電粒子線装置の概略図の一例である。 第1の実施の形態に係る荷電粒子線装置において、試料１０８の全体像である合成画像を生成するための処理手順を説明するフローチャートである。 第1の実施の形態に係る荷電粒子線装置において、試料１０８の異なる位置で複数の光学画像を取得（撮像）する手順を説明する概略図である。 図３のような手順で取得された複数の光学画像の合成の手法を概略的に説明しする概略図である。 光学画像の撮像から合成画像の表示までの手順を実行するためのインタフェース画面の一例である。 光学画像の撮像から合成画像の表示までの手順を実行するためのインタフェース画面の一例である。 本発明の第２の実施の形態に係る荷電粒子線装置のインタフェース画面の一例である。 本発明の第３の実施の形態に係る荷電粒子線装置のインタフェース画面の一例である。 本発明の第４の実施の形態に係る荷電粒子線装置の概略図の一例である。 第４の実施の形態に係る荷電粒子線装置の画像処理部により画像を補正する処理を説明するためのフローチャートである。 本発明の第５の実施の形態に係る荷電粒子線装置の概略図の一例である。 本発明の第６の実施の形態に係る荷電粒子線装置の概略図の一例である。

以下、添付図面を参照して本実施形態について説明する。添付図面では、機能的に同じ要素は同じ番号又は対応する番号で表示される場合もある。なお、添付図面は本開示の原理に則った実施形態と実装例を示しているが、これらは本開示の理解のためのものであり、決して本開示を限定的に解釈するために用いられるものではない。本明細書の記述は典型的な例示に過ぎず、本開示の特許請求の範囲又は適用例を如何なる意味においても限定するものではない。

本実施形態では、当業者が本開示を実施するのに十分詳細にその説明がなされているが、他の実装・形態も可能で、本開示の技術的思想の範囲と精神を逸脱することなく構成・構造の変更や多様な要素の置き換えが可能であることを理解する必要がある。従って、以降の記述をこれに限定して解釈してはならない。

［第１の実施の形態］
（全体構成）
図１を参照して、第１の実施の形態に係る荷電粒子線装置の全体構成を説明する。この荷電粒子線装置は、一例として、試料室１０１、荷電粒子線光学系１０２、試料台１０３、ステージ１０４、真空ポンプ１０７、荷電粒子線撮像装置１１０、演算制御部１２０、ステージ制御装置１３０、光学撮像装置１５０、及び真空制御装置１７０から大略構成される。

試料室１０１は、荷電粒子線が散乱しないよう、その内部を真空状態に維持する機能を有し、内部に試料を搭載可能に構成される。試料室１０１の真空引き動作は、真空制御装置１７０が真空ポンプ１０７を制御することにより実行され得る。真空制御装置１７０は、真空引き制御に関する各種パラメータ等を記憶するためのメモリ１７１を備えることができる。

荷電粒子線光学系１０２は、電子源１６１から電子線を発生させるとともに、これを例えば偏向器１６２、及び対物レンズ１６３により偏向・収束させて、試料台１０３上に搭載された試料１０８に照射する機能を有する。図１の構成は一例であり、荷電粒子線光学系１０２は、図示の要素以外に他のレンズや電極を含んでもよいし、類似の要素に置き換えられていても良く、構成の詳細は図示のものに限られない。

試料台１０３は、ステージ１０４上に搭載される。ステージ１０４は、試料台１０３を試料室１０１内においてＸＹ方向（縦方向、横方向）に移動可能に構成されるとともに、試料台１０３を回転軸を中心として回転可能に保持する。ステージ１０４の制御は、演算制御部１２０での演算結果等に従い、ステージ制御装置１３０により実行される。ステージ制御装置１３０は、試料台１０３を光学撮像装置１５０に対し相対的に移動させる。検出器１０５は、試料１０８から発する電子（反射電子、二次電子）等を検出する機能を有する。なお、図１では、検出器１０５は１個のみ図示されているが、検出器１０５の個数や位置は特定のものには限定されないことは言うまでもない。この第１の実施の形態の荷電粒子線装置は、ステージ１０４をＸＹ方向及び回転可能に構成されている。ステージ１０４が回転動作により試料１０８を光学カメラ１０６の撮像範囲（視野）に対し相対的に移動させることにより、試料１０８の複数個所の光学画像が取得できる。この複数個所の光学画像が合成されることで、ナビゲーション用途のための試料１０８の全体の画像が取得される。

荷電粒子線撮像装置１１０は、検出器１０５が検出した信号を画像に変換する機能を有し、信号の情報を記憶するメモリ１１１を内部に備える。また、光学撮像装置１５０は、試料室１０１内の試料１０８の光学画像を光学カメラ１０６により撮影し、その撮像信号を光学画像に変換する機能を有する。光学撮像装置１５０は、その内部において、光学画像を記憶するメモリ１５１を備えている。

演算制御部１２０は、ユーザから入力された観察条件等に従い、荷電粒子線装置の各種構成要素を制御し、観察結果の表示を制御する制御部である。演算制御部１２０は、コンピュータなどの情報処理装置によって構成される。演算制御部１２０は、一例として、ＣＰＵ（プロセッサ）１２１、メモリなどの主記憶装置１２２、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）やソリッドステートドライブ（ＳＳＤ）などの二次記憶装置１２３を内部に備える。また、演算制御部１２０は、キーボード、マウス、タッチモニタなどの入力部１２４、液晶ディスプレイなどの表示部１２５、及び荷電粒子線装置の各構成要素と通信する通信部（図示せず）等を備える。

主記憶装置１２２は、荷電粒子線装置全体の動作を制御するコンピュータプログラムを格納している。コンピュータプログラムは、機能ブロックとして、光学画像撮像制御部１２２１、画像前後関係制御部１２２２、画像合成部１２２３、及び結果表示部１２２４等を主記憶装置１２２内に提供する。光学画像撮像制御部１２２１は、光学画像を取得する位置を制御するための制御部である。また、画像前後関係制御部１２２２は、光学撮像装置１５０で撮像された複数の画像の前後関係を制御する。更に、画像合成部１２２３は、撮像された光学画像を、ステージ座標、ステージ回転角度、倍率、画像の前後関係に基づき合成する。また、結果表示部１２２４は、処理した結果（合成画像等）を表示部１２５に表示させる。

ステージ制御装置１３０は、座標記憶部１３１と、制御部１３２と、駆動部１３３とを備える。座標記憶部１３１は、ステージ１０４の座標を記憶する。制御部１３２は、ステージ制御装置１３０全体の動作を制御する。駆動部１３３は、駆動信号を生成してステージ１０４を駆動させる。制御部１３２は、ステージ座標情報を座標記憶部１３１から取得し、演算制御部１２０へ送信する。これにより、演算制御部１２０が、撮影した画像の座標位置を知ることが出来る。なお、ステージ座標は、ステージ制御装置１３０で記憶されてもよいし、演算制御部１２０で記憶されてもよい。

（合成画像の生成手順）
図２のフローチャートを参照して、試料１０８の全体像である合成画像（光学画像）を生成するための処理手順を説明する。

まず、ステップＳ２０１では、演算制御部１２０は、ステージ移動位置を示す制御信号を生成し、その制御信号をステージ制御装置１３０に出力する。ステージ制御装置１３０は、制御信号に示される移動位置に光学カメラ１０６の視野が移動するよう、ステージ１０４を制御する。移動完了後、光学カメラ１０６により試料１０８が撮像される。

続いて、ステップＳ２０２では、演算制御部１２０は、光学カメラ１０６で撮像され光学撮像装置１５０に転送された光学画像を受け取り、メモリ１５１に格納する。光学画像をメモリ１５１に格納する命令は、演算制御部１２０から行っても良いし、光学撮像装置１５０内部から行っても良い。

そして、ステップＳ２０３では、演算制御部１２０は、ステップＳ２０２の撮影時のステージ座標をステージ制御装置１３０から取得し、主記憶装置１２２に記憶する。ステップＳ２０２とステップＳ２０３の実行順序は逆であってもよい。そして、合成画像の生成に必要な複数個所での撮像が全て終了したか否かがステップＳ２０４で判定される。終了した場合には、ステップＳ２０５に移動し、終了していない場合には、再びステップＳ２０１～ステップＳ２０３が繰り返される。

次に、ステップＳ２０５では、ステップＳ２０２で取得された画像の前後関係を、画像前後関係制御部１２２２により制御する。画像の前後関係は、事前に主記憶装置１２２等に記憶された判定基準に従って決定されていてもよいし、ユーザがユーザーインタフェースを使用して画像を選択することで決定してもよい。また、取得された画像を画像処理した結果に基づいて前後関係を決定してもよい。

前後関係が決定されると、ステップＳ２０６では、ステップＳ２０２で取得されたステージ座標情報、及び前後関係の情報に基づき、画像合成部１２２３において合成画像が生成される。そして、ステップＳ２０７において、その合成画像が表示部１２５に表示される。なお、ステップＳ２０５～Ｓ２０７の処理は、ステップＳ２０４による画像取得が完了してから実施しても良いし、画像取得時に随時実行しても良い。

図３は、合成画像を構成する複数の画像の取得（撮像）手順を示しており、図４は、図３のような手順で取得された複数の光学画像の合成の手法を概略的に説明している。図３（Ａ）～（Ｅ）の左側の図は、試料台１０３及びその上に載置された試料１０８と、光学カメラ１０６の撮像範囲３０３との関係を示す概略図である。また、図３（Ａ）～（Ｅ）の右側の図は、左側に示された撮像範囲３０３で撮像される光学画像３０５の例を示している。

通常、撮像範囲３０３は試料１０８よりも小さく、１枚の光学画像３０５では試料１０８全体の外観を把握することが出来ていない。このため、第１の実施の形態の荷電粒子線装置では、ステージ１０４の回転中心とは異なる位置に光学撮像装置１５０の撮像範囲の中心が位置するようステージ１０４を移動させた後、ステージ１０４を回転動作させる。光学撮像装置１５０は、この回転動作により試料１０８の異なる位置（回転角度）に関する複数の光学画像を撮像・取得し、画像合成部１２２３は、この複数の光学画像を合成することで合成画像を生成する。図３及び図４に示す例では、５枚の光学画像（中央１枚、周囲４枚）を撮像する例を示すが、撮像枚数や複数の画像の位置関係等は、この図３及び図４に示す例に限定されるものではない。また、複数の画像の間の重複の度合も図示のものに限定されるものではない。

図３（Ａ）は、ステージ１０４の回転中心３０２が撮像範囲３０３の中心に位置している状態を示しており、この状態で取得された光学画像３０５には、試料１０８の中心部分を含む試料１０８の大部分が含まれる。
図３（Ｂ）は、図３（Ａ）の状態から、ステージ１０４をＸＹ方向に移動させて、試料台１０３の右上が撮像範囲３０３に含まれる状態を示している。この状態で取得された光学画像３０５には、試料１０８の右上部分が含まれる。

図３（Ｃ）は、図３（Ｂ）の状態から、ステージ１０４を反時計回りに９０°回転させた状態を示している。この状態で取得された光学画像３０５には、図３（Ｂ）の状態のときに試料台１０３の右下に位置していた試料１０８の部分が含まれる。
図３（Ｄ）は、図３（Ｃ）の状態から、ステージ１０４を更に反時計回りの９０°回転させた状態を示している。この状態で取得された光学画像３０５には、図３（Ｂ）の状態のときに試料台１０３の左下に位置していた試料１０８の部分が含まれる。
図３（Ｅ）は、図３（Ｄ）の状態から、ステージ１０４を更に反時計回りの９０°回転させた状態を示している。この状態で取得された光学画像３０５には、図３（Ｂ）の状態のときに試料台１０３の左上に位置していた試料１０８の部分が含まれる。
このようにして、試料台１０３をＸＹ方向に移動させた後、更に試料台１０３を回転させつつ複数の光学画像を得ることで、試料１０８の全体の画像を取得することができる。

図４（Ａ）は、図３（Ｂ）～（Ｅ）の状態において得られた４つの光学画像４０２～４０５を合成して、試料１０８の全体が含まれる合成画像を生成した例を示している。合成動作は、各光学画像を撮像した際のステージ座標、ステージ１０４の回転角度、光学画像倍率をファクターとして実行することができる。この図４（Ａ）の例は、画像の取得順が最も後である図３（Ｅ）の光学画像を最も前側とし、取得順が古い（早い）光学画像ほど後ろ側になるように合成がなされている。最も前側の光学画像は、その全体が表示されるが、それよりも後ろ側の光学画像は、前側の光学画像により一部が遮蔽される。複数の光学画像の前後関係は、複数の光学画像間で試料１０８の画像のズレ(つなぎ目)が最も小さくなるよう、再決定することができる。画像間のズレが大きい場合、試料１０８の形状が正確に再現されず、ナビゲーション用途に合成画像を用いた場合、位置決め精度が低下してしまうため、できるだけズレが少なくなるよう、合成を行うことが好適である。

図４（Ｂ）は、図３（Ａ）～（Ｅ）の状態において得られた５つの光学画像４０１～４０５を合成して、試料１０８の全体が含まれる合成画像を生成した例を示している。この図４（Ｂ）では、図３（Ａ）の状態で撮像された光学画像４０１が最も前側となるよう、合成画像が生成されている。この合成手法によると、試料１０８の中央付近（試料１０８の大部分が含まれている）で画像のズレ（つなぎ目）のない画像を出力することが可能であり、図４（Ａ）の場合に比べ、ナビゲーション精度を向上させることができる。

図５は、光学画像の撮像（ステップＳ２０２）～合成画像の表示（ステップＳ２０７）までに使用するインタフェース画面の一例である。光学画像の撮像（ステップＳ２０２）においては、まず、表示部１２５において、撮影位置を指定するための指定用画像５０１が表示される。指定用画像５０１上に表示された撮影位置表示線５０２を確認することで、試料台１０３上のどの位置で光学画像を取得するかを確認することが出来る。なお、撮影位置は、例えば水平方向撮影位置設定部５０３及び垂直方向撮影位置設定部５０４のスライドバーを調整し、撮影位置表示線５０２の交差位置を調整することで指定され得る。

ユーザは、撮像位置の指定後、光学画像取り込み部５０７をマウス（入力部１２４の一例）を用いてクリックする。光学撮像装置１５０は、演算制御部１２０を介してこのクリック信号を受信して、指定された箇所において光学画像の撮像を行う。撮影位置の調整は、水平方向撮影位置設定部５０３及び垂直方向撮影位置設定部５０４のスライドバーに加え、水平方向撮影位置調整部５０５、垂直方向撮像位置調整部５０６のボタンによって行っても良い。また、直接座標値をキーボード等で入力しても良いし、指定用画像５０１上において、ポインタを移動させてマウス等でクリックすることで撮影位置を指定しても良い。なお、図５には、合成画像の前後関係を制御（変更）するための前後関係制御部６０３（後述）も表示されている。

この図５の例では、手動で光学画像の撮像位置を指定しているが、予め演算制御部１２０のメモリ１５１で座標位置を記憶しても良い。また、撮像位置の指定は、例えば図４（Ｂ）のように中央１枚、周辺４枚の画像の計５枚の画像を撮像する場合には、その５枚の画像のそれぞれについて撮像位置の指定を行っても良い。また、中央の画像の撮像位置のみを指定し、周辺の画像の撮像位置は、演算制御部１２０において試料１０８の大きさに従い自動的に決定してもよい。

こうして、例えば中央１枚、周辺４枚の計５枚の光学画像が撮像されると、画像合成部１２２３において５枚の光学画像が合成され、その合成画像が表示部１２５に表示される。図６は、合成画像を含むインタフェース画面の一例である。図６（Ａ）は、初期状態の合成画像が表示されている画面の一例を示しており、図６（Ｂ）は、命令により合成画像が再度生成され表示された画面の一例を示している。

図６（Ａ）は、初期状態として、５つの光学画像４０１～４０５を合成し、且つ中央の光学画像４０１が最も前側に来るような前後関係で合成画像を生成し表示した場合におけるインタフェース画面を示している。ユーザは、表示された合成画像を見て、５つの光学画像４０１～４０５のうち最も前側に表示したい画像をカーソル６０４で選択する（カーソル６０４及び入力部１２４は、複数の光学画像の少なくとも１つを選択させる選択部として機能する）。例えば、図６（Ａ）の状態で、光学画像４０１よりも後ろ側にある光学画像４０２にマウスのカーソル６０４を移動させると、前後関係制御部６０３は、その操作の内容に従い、光学画像４０１～４０５の前後関係を切り替える。これにより、例えば図６（Ｂ）に示すように、選択した光学画像４０２を合成画像上で最も前側に移動させることができる。これにより、ナビゲーションを行いたい領域付近でつなぎ目が無く、ひずみの少ない画像で位置の提示、位置決めを行うことが出来る。

（効果）
以上説明したように、この第１の実施の形態の荷電粒子線装置によれば、ステージ１０４の回転中心（第１の位置）とは異なる位置（第２の位置）に光学撮像装置１５０の撮像範囲（視野）の中心が位置するようステージ１０４をＸＹ方向に移動させた後、ステージ１０４が回転動作させられる。そして、異なる位置（回転角度）に関する複数の光学画像を撮像・取得し、この複数の光学画像を合成することで合成画像を生成する。このようなＸＹ方向の移動と、回転動作とを組み合わせて複数の光学画像を取得し、合成することで、ステージ１０４の移動範囲を制限し、大きな真空試料室を要することなく低倍率の合成画像を得ることができる。

また、合成画像が表示された状態で、適宜合成画像を構成する複数の光学画像を選択することにより、前後関係を切り替えた新たな合成画像を表示することができる。複数の光学画像を合成する際、画像の間に段差（つなぎ目）が生じることがある。ユーザが合成画像中で最も前側の光学画像を選択可能とすることで、このような段差（つなぎ目）による影響を受けることなくナビゲーションを実行することができる。

なお、前後関係の制御は、ユーザによる入力部１２４からの入力により行っても良いが、画像の前後関係を事前に制御及び演算制御部１２０のメモリ１５１に記憶しておき、この前後関係の記憶情報に従って制御が行われても良い。また、合成画像は表示する際に一枚の画像として合成して表示しても良いし、複数枚の画像を一枚の画像とはせず、表示上合成して表示することも可能である。

なお、図６の動作において、合成画像中で前側に移動させる光学画像の選択は、単にマウスのクリックにより実行するようにしてもよいし、光学画像に与えられた番号や記号を指定することにより行っても良い。また、演算制御部１２０が試料の情報に基づいて自動で前後関係を制御しても良い。例えば画像処理を行い、試料の大部分が含まれる光学画像を優先的に最も前側に表示しても良い。又は、試料１０８の高さの測定を行い、その測定結果によって光学画像の前後関係を制御しても良い。これにより、観察箇所への移動の位置決め精度を向上させることが可能となる。

［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態の荷電粒子線装置を、図７を参照して説明する。この第２の実施の形態の荷電粒子線装置の全体構成は、第１の実施の形態（図１）と略同一で良いため、重複する説明は省略する。また、合成画像の生成のための光学画像の撮像の手順や、最初の合成画像の生成の手順も、第１の実施の形態（図３～図４）と略同一で良いため、以下では重複する説明は書略する。ただし、この第２の実施の形態では、合成画像における複数の光学画像の前後関係の制御の方法が第１の実施の形態とは異なっている。具体的には、この第２の実施の形態の第１の実施の形態に対する相違点は、最初に合成画像を生成した後、観察位置が複数の光学画像の境界位置に対応する場合、その観察位置において光学画像を再度撮像し、その再撮像された光学画像を用いて、合成画像を生成し直すことである。

図７は、第２の実施の形態において光学画像を再度撮像し、合成画像を生成し直す動作を行う場合におけるインタフェース画面の一例を示す。図７（Ａ）のインタフェース画面は、一例として、観察画像表示部７０１、観察倍率表示部７０２、観察倍率調整部７０３、ナビゲーション部７０４、及び光学画像取り込み部７０６を備えている。

観察画像表示部７０１は、荷電粒子線撮像装置１１０で撮像された観察画像を表示する部分である。また、観察倍率表示部７０２は、観察画像表示部７０１の観察画像の観察倍率を表示し、観察画像倍率調整部７０３は、その観察倍率を調整するためのスライドバー及び／又はボタンを備えている。ナビゲーション部７０４は、合成画像を表示する表示部であり、その内部には、観察画像表示部７０１に表示されている観察画像を示すインジケータ７０５が表示される。このインジケータ７０５は、図示のような矩形表示であってもよいし、ステージ１０４の位置のみを表す十字マークや、点マークであってもよい。

光学画像取り込み部７０６は、光学撮像装置１５０により光学画像を取り込むためのインタフェースであり、クリックすると、現在の観察位置を中心として、換言すればインジケータ７０５の表示部分で光学画像が撮影される。そして、その撮影された新たな光学画像を含めた合成画像が、新たに画像合成部１２２３において合成される。その際、図７（Ｂ）に示すように、新たに撮像された光学画像は、合成画像中で最も前側になるように合成される。なお、このようにして改めて合成画像が生成された後において、第１の実施の形態と同様に、合成画像中の複数の光学画像のいずれかをマウス等により選択して最も前側に変更することも可能である。

（効果）
以上説明したように、第２の実施の形態によれば、光学撮像装置１５０により取得された複数の光学画像を合成して合成画像が生成された後、荷電粒子線撮像装置１１０により観察が開始された場合において、その観察位置が所定の条件に合致した場合（例えばその観察位置に複数の画像の境界が含まれている場合）、光学撮像装置１５０により観察位置において試料の光学画像が改めて撮像され、合成画像が再度生成される。これによれば、当該観察位置において、画像間の境界に発生し得る段差（つなぎ目）の無い合成画像を観察することが一層容易になる。

［第３の実施の形態］
次に、本発明の第３の実施の形態の荷電粒子線装置を、図８を参照して説明する。この第３の実施の形態の荷電粒子線装置の全体構成は、第１の実施の形態（図１）と略同一で良いため、重複する説明は省略する。また、合成画像の生成のための光学画像の撮像の手順や、最初の合成画像の生成の手順も、第１の実施の形態（図３～図４）と略同一で良いため、以下では重複する説明は省略する。ただし、この第３の実施の形態では、合成画像における複数の光学画像の前後関係の制御の方法が第１の実施の形態とは異なっている。具体的には、この第３の実施の形態の第１の実施の形態に対する相違点は、最初に合成画像を生成した後、観察位置の変化に応じて、合成画像中での複数の光学画像の前後関係を変更して合成画像を改めて生成することである。

図８は、最初に合成画像を生成して表示部１２５に表示させた後、合成画像を生成し直す動作を行う場合における表示例を示す。ナビゲーション部７０４以外の表示は、第２の実施の形態と同一で良いので、図示は省略する。図８では、前述の実施の形態と同様に、光学画像４０１～４０５の５つの光学画像を合成して合成画像が生成される場合を例として示している。

図８（Ａ）において、荷電粒子線撮像装置１１０が観察している観察位置がインジケータ７０５により示されている。この実施の形態では、観察位置を示すインジケータ７０５の位置にある光学画像が、合成画像の中で最も前側になるよう、合成がされている。図８（Ａ）では、インジケータ７０５により示される観察位置が試料台１０３の中心にある。このため、中心にある光学画像４０１が最も前側となるように合成画像が生成・表示される。一方、観察位置が例えば図８（Ｂ）に示すように周辺側、例えば試料台１０３の右上に移動した場合、インジケータ７０５の位置は、中心の光学画像４０１の中心位置８０７よりも、右上の光学画像４０２の中心位置８０６に近い。このため、演算制御部１２０の画像合成部１２２３では、インジケータ７０５が最も近い位置にある光学画像４０２が合成画像中で最も前側となるように合成画像を再生成し表示する。この結果、観察位置（インジケータ７０５付近）において段差やつなぎ目が無い合成画像を提供することができる。なお、この第３の実施の形態において、上記観察位置に従った前後関係の制御に加え、ユーザの選択による前後関係の制御（図６）や、観察位置が所定の条件に合致した場合における当該観察位置での再度の撮影（図７）を併せて実行することも可能である。

［第４の実施の形態］
次に、本発明の第４の実施の形態の荷電粒子線装置を、図９及び図１０を参照して説明する。
図９は第４の実施の形態に係る荷電粒子線装置の全体構成を説明する概略図であり、図１０は合成画像を生成・表示する手順を示すフローチャートである。図９の装置において、第１の実施の形態（図１）と同一の構成要素については、図９においても同一の参照符号を付しているので、以下では重複する説明は省略し、異なる部分を中心に説明する。

この第４の実施の形態の荷電粒子線装置は、第１の実施の形態の構成に加えて、更に画像処理部１２２５及び位置合わせ処理部１２２６を備えている。画像処理部１２２５は、複数の光学画像を生成する場合において、各光学画像にぼかし処理、半透明化処理などの画像処理を施す機能を有する。位置合わせ処理部１２２６は、隣接する光学画像の間の位置合わせ（マッチング、補正）のための処理を実行する。

図１０のフローチャートを参照して、第４の実施の形態の荷電粒子線装置における合成画像の生成の手順（図２のステップ２０６に相当）を説明する。ステップＳ１００１では、入力された光学画像に対するひずみ補正処理を行う、これは事前に取得したひずみ特性に基づいて補正してもよいし、入力画像からひずみ量を推定して補正してもよい。

続くステップＳ１００２では、複数の光学画像の座標情報に基づき、複数の光学画像を配列する。そして、ステップＳ１００３では、複数の光学画像間の重なり部分を使用して画像間のマッチング（位置合わせ）を実行し、更に位置の補正を行う。この際のマッチングは公知の手法を採用することができ、特定のものには限定されない。例えば一方の画像の一部をテンプレートとして、他方の画像で探索を行い、位置の特定を行うテンプレートマッチングを行ってもよいし、一方の画像で特徴点を抽出し、他方の画像でも同様に特徴点を抽出してマッチングを行う特徴点のマッチングを行ってもよい。また、ＡＩ技術を活用し、重なり部分と同一の場所を決定してもよい。

そして、ステップＳ１００４では、重なり部分及びその周辺の光学画像のぼかし処理を行う。更に、ステップＳ１００５では重なり部分及びその周辺の光学画像の半透明化を行う。ステップＳ１００６では、ぼかし処理及び半透明化処理を経由した複数の画像を合成する。以上の結果により得られる画像は、画像間のひずみの影響がなく、つなぎ目の一層少ない、一枚の画像として出力することが可能である。なお、半透明化処理は、重なり部分において上側の画像のみについて実行してもよいが、重ね合わされる画像の下側の画像も半透明化処理の対象としてもよい。本ステップで出力された画像をナビゲーション用途にそのまま使ってもよいし、出力された画像に対し、さらに追加で光学画像を取得し、前後関係を制御して合成し、表示してもよい。

［第５の実施の形態］
次に、本発明の第５の実施の形態の荷電粒子線装置を、図１１を参照して説明する。図１１は第５の実施の形態に係る荷電粒子線装置の全体構成を説明する概略図である。図１１の装置において、第１の実施の形態（図１）と同一の構成要素については、図１１においても同一の参照符号を付しているので、以下では重複する説明は省略し、異なる部分を中心に説明する。

この第５の実施の形態の荷電粒子線装置は、第１の実施の形態の構成に加えて、更に光源１１０１と、光源制御装置１１１０とを備えて構成される。光源１１０１は、試料室１０１の内部を照明するために設けられた光源であり、その光量や照明のタイミング等は、光源制御装置１１１０により制御される。光源制御装置１１１０は、制御部１１１１と、駆動部１１１２とを備える。制御部１１１１は、光源制御装置１１１０全体の動作を制御する。駆動部１１１２は、駆動信号を生成し光源１１０１を駆動させる。

この光源１１０１は、試料室１０１を光源１１０１により照射し、この照射光の試料台１０３及び試料１０８での反射光による画像を光学カメラ１０６で撮像して、前述の合成画像を生成する。合成画像の生成方法は前述の実施の形態と同様でよい。光源１１０１は、白色光源であってもよいし、特定の波長に限定された光源であってもよい。また、光源の形式は、ランプ光源、発光ダイオード、レーザ光源など、様々な形式のものが採用し得る。光源１１０１に、図示しない拡散板や投影光学系を備えることも可能である。この第５の実施の形態では、このような光源１１０１を設けることで、真空引き中や、真空排気後であっても光学画像を撮影することが可能となる。真空引き中に光学画像を撮影し、合成画像を生成することができれば、撮像に要する時間を短縮し、検査のスループットを向上させることができる。

［第６の実施の形態］
次に、本発明の第６の実施の形態の荷電粒子線装置を、図１２を参照して説明する。図１２は第６の実施の形態に係る荷電粒子線装置の全体構成を説明する概略図である。図１２の装置において、第１の実施の形態（図１）と同一の構成要素については、図１１においても同一の参照符号を付しているので、以下では重複する説明は省略し、異なる部分を中心に説明する。

この第６の実施の形態の荷電粒子線装置は、前述の実施の形態に加え、光学カメラとして複数台、例えば２台の光学カメラ（第１光学カメラ１２０１、第２光学カメラ１２０２）を備えている。第１光学カメラ１２０１は第２光学カメラ１２０２よりも画角が大きく、より広い視野を撮影することが可能である。このように、複数の種類の画像の前後関係を切り替えて表示することで、位置決め処理がより容易になる。例えば第１光学カメラ１２０１で取得した画像から、第２光学カメラで撮影する位置を指定する。この撮影結果から、ナビゲーション画像の表示倍率を大きくしたときに、画像の前後関係を制御し、第２光学カメラ１２０２の画像を前面に表示し、ナビゲーション精度を上げてもよい。第１光学カメラ１２０１と第２光学カメラ１２０２はどちらの画角が大きくても問題ない。また、光学カメラの個数は２個に限られず、３個以上であっても良い。

尚、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１０１…試料室、 １０２…荷電粒子線光学系、 １０３…試料台、 １０４…ステージ、 １０５…検出器、 １０６…光学カメラ、 １０７…真空ポンプ、 １０８…試料、 １１０…荷電粒子線撮像装置、 １１１…メモリ、 １２０…演算制御部、 １２２…主記憶装置、 １２３…二次記憶装置、 １２４…入力部、 １２５…表示部、 １３０…ステージ制御装置、 １３１…座標記憶部、 １３２…制御部、 １３３…駆動部、 １５０…光学撮像装置、 １５１…メモリ、 １６１…電子源、 １６２…偏向器、 １６３…対物レンズ、 １７０…真空制御装置、 １７１…メモリ、 ３０２…回転中心、 ３０３…撮像範囲、 ３０５…光学画像、 ４０１～４０５…光学画像、 ５０１…指定用画像、 ５０２…撮影位置表示線、 ５０３…水平方向撮影位置設定部、 ５０４…垂直方向撮影位置設定部、 ５０５…水平方向撮影位置調整部、 ５０６…垂直方向撮像位置調整部、 ５０７…光学画像取り込み部、 ６０３…前後関係制御部、 ６０４…カーソル、 ７０１…観察画像表示部、 ７０２…観察倍率表示部、 ７０３…観察画像倍率調整部、 ７０３…観察倍率調整部、 ７０４…ナビゲーション部、 ７０５…インジケータ、 ７０６…光学画像取り込み部、 ８０７…中心位置、 １１０１…光源、 １１１０…光源制御装置、 １１１１…制御部、 １１１２…駆動部、 １２０１…第１光学カメラ、 １２０２…第２光学カメラ、 １２２１…光学画像撮像制御部、 １２２２…画像前後関係制御部、 １２２３…画像合成部、 １２２４…結果表示部、 １２２５…画像処理部、 １２２６…位置合わせ処理部。

Claims (19)

1. 試料台に搭載された試料に対して荷電粒子線を照射する荷電粒子線光学系と、
   前記試料から発生する信号を検出する検出器と、
   前記検出器が検出した信号から観察画像を取得する荷電粒子線撮像装置と、
   前記試料の光学画像を撮像する光学撮像装置と、
   前記試料台を回転可能に保持したステージと、
   前記ステージの移動及び回転を制御するステージ制御装置と、
   当該複数の光学画像を合成して合成画像を生成する画像合成部と
   を備え、
   前記ステージ制御装置は、前記ステージの回転中心とは異なる位置に前記光学撮像装置の撮像範囲の中心が位置するよう前記ステージを移動させた後、前記ステージを回転動作させるよう構成され、前記光学撮像装置は、前記回転動作により前記試料の異なる位置に関する複数の光学画像を取得し、
   前記画像合成部は、前記回転動作により得られた複数の光学画像を合成して前記合成画像を生成する
   ことを特徴とする荷電粒子線装置。
2. 前記ステージ制御装置は、前記試料の第１の位置が前記光学撮像装置の視野の中心である第1状態から、前記第１の位置とは異なる第２の位置が前記光学撮像装置の視野の中心である第２状態に前記ステージを移動させた後、前記ステージを回転させて前記複数の光学画像を取得する、請求項１に記載の荷電粒子線装置。
3. 前記複数の光学画像の前後関係を制御する画像前後関係制御部を更に備え、
   前記画像合成部は、前記前後関係に従って前記複数の光学画像を合成する、請求項１に記載の荷電粒子線装置。
4. 前記光学撮像装置は、前記第１状態において第１の光学画像を撮像し、前記第２状態が得られた後、前記ステージの複数の回転角の各々において第２の光学画像を撮像する、請求項２に記載の荷電粒子線装置。
5. 前記第１の光学画像及び前記第２の光学画像の前後関係を制御する画像前後関係制御部を更に備え、
   前記画像合成部は、前記前後関係に従って前記複数の光学画像を合成する、請求項４に記載の荷電粒子線装置。
6. 前記画像合成部は、前記第１の光学画像が前記第２の光学画像よりも前側となるよう、前記合成画像を生成する、請求項４に記載の荷電粒子線装置。
7. 試料台に搭載された試料に対して荷電粒子線を照射する荷電粒子線光学系と、
   前記試料から発生する信号を検出する検出器と、
   前記検出器が検出した信号から観察画像を取得する荷電粒子線撮像装置と、
   前記試料の光学画像を撮像する光学撮像装置と、
   前記試料台を回転可能に保持したステージと、
   前記ステージを制御するステージ制御装置と、
   複数の光学画像を合成して合成画像を生成する画像合成部と、
   前記複数の光学画像の前後関係を制御する画像前後関係制御部と、
   前記合成画像を表示する表示部と
   を備え、
   前記画像合成部は、前記前後関係に従って前記複数の光学画像を合成する
   ことを特徴とする荷電粒子線装置。
8. 前記画像前後関係制御部は、前記荷電粒子線撮像装置による観察位置に従って前記前後関係を制御する、請求項７に記載の荷電粒子線装置。
9. 前記表示部は、前記合成画像を構成する複数の光学画像の少なくとも１つを選択させる選択部を備え、
   前記画像合成部は、前記選択部での選択の結果に従って前記複数の光学画像を合成する、請求項７に記載の荷電粒子線装置。
10. 前記画像合成部は、前記複数の光学画像を合成する場合に、前記光学画像に対しぼかし処理を実行可能に構成された、請求項７に記載の荷電粒子線装置。
11. 前記画像合成部は、前記複数の光学画像を合成する場合に、前記光学画像を半透明化する処理を実行可能に構成された、請求項７に記載の荷電粒子線装置。
12. 試料室を照明する光源と、前記光源を制御する光源制御装置とを更に備え、
    前記光学撮像装置は、前記光源によって前記試料室を照明して前記光学画像を撮像する、請求項７に記載の荷電粒子線装置。
13. 前記光学撮像装置は、前記試料室を真空引きする動作の実行中に、前記光源によって前記試料室を照明して前記光学画像を撮像する、請求項１２に記載の荷電粒子線装置。
14. 前記光学撮像装置は、画角の異なる複数のカメラを備える、請求項７に記載の荷電粒子線装置。
15. 試料台に搭載された試料に対して荷電粒子線を照射する荷電粒子線光学系と、
    前記試料から発生する信号を検出する検出器と、
    前記検出器が検出した信号から観察画像を取得する荷電粒子線撮像装置と、
    前記試料の光学画像を撮像する光学撮像装置と、
    前記試料台を回転可能に保持したステージと、
    前記ステージを制御するステージ制御装置と、
    複数の光学画像を合成して合成画像を生成する画像合成部と、
    前記複数の光学画像の前後関係を制御する画像前後関係制御部と、
    前記合成画像を表示する表示部と
    を備え、
    前記荷電粒子線撮像装置により観察されている観察位置が所定の条件に合致する場合、前記光学撮像装置は前記観察位置において前記試料を撮像し、前記画像合成部は、撮像された画像を用いて再度前記合成画像を生成する
    ことを特徴とする荷電粒子線装置。
16. 前記ステージ制御装置は、前記ステージを回転させて前記複数の光学画像を取得する、請求項１５に記載の荷電粒子線装置。
17. 前記複数の光学画像の前後関係を制御する画像前後関係制御部を更に備え、
    前記画像合成部は、前記前後関係に従って前記複数の光学画像を合成する、請求項１５に記載の荷電粒子線装置。
18. 前記画像合成部は、再度前記合成画像を生成する際、前記観察位置において撮像された画像が前側となるよう、前記合成画像を生成する、請求項１５に記載の荷電粒子線装置。
19. 前記表示部は、前記合成画像を構成する複数の光学画像を選択させる選択部を備え、
    前記画像合成部は、前記選択部での選択の結果に従って前記複数の光学画像を合成する、請求項１５に記載の荷電粒子線装置。

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