JP7160870B2 - 荷電粒子線装置及び設定支援方法 - Google Patents

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Description

本開示は、荷電粒子線装置及び設定支援方法に関し、特に、照射条件の設定を支援する技術に関する。
荷電粒子線装置として、走査電子顕微鏡、電子線マイクロアナライザー、イオンビーム照射装置、等が知られている。以下においては、それらの装置を代表して走査電子顕微鏡について説明する。
走査電子顕微鏡は、荷電粒子線である電子線(電子ビーム)を試料に対して照射し、試料から放出される二次電子、反射電子、特性X線等を検出する装置である。電子線の二次元走査により得られた一連の検出信号に基づいて試料の表面又は表層を表す画像が形成される。試料から出た特性X線の分析により、試料の定性解析及び定量解析が実行される。
走査電子顕微鏡による試料の測定においては、試料を構成する元素によって試料内における電子侵入深さ(電子線侵入深さ、電子散乱深さ)が変化し、また、電子線の加速電圧(入射電圧)によって試料内における電子侵入深さが変化する。これと同様に、試料を構成する元素や電子線の加速電圧によって、試料内において反射電子が発生する深さ(試料から放出される反射電子の発生範囲)、及び、試料内において特性X線が発生する深さ(試料から放出される特性X線の発生範囲)が変化する。
走査電子顕微鏡においては、ユーザーによる数値の指定により、加速電圧等の照射条件が設定される。従来において、照射条件の設定時に、設定作業を支援する模式図等は表示されていない。なお、試料中の電子散乱範囲又は信号発生範囲を推定するシミュレーション装置も知られている。そのような装置は、測定装置ではなく、単体で機能するものであり、そのような装置と荷電粒子線装置の連携は図られていない。
特許文献1及び特許文献2には、X線分析装置が開示されている。それらの文献には、試料内でのX線発生領域の計算、及び、X線発生領域に基づく加速電圧の決定、が記載されている。しかし、それらの特許文献には、ユーザーによる照射条件の設定を支援する技術は開示されていない。なお、本願明細書において、照射条件の設定の概念には、照射条件の確認及び変更が含まれ得る。
特開2004-163135号公報 特開2006-275756号公報
本開示の目的は、荷電粒子線装置において、ユーザーによる照射条件の設定を支援することにある。あるいは、本開示の目的は、荷電粒子線装置において、試料内で生じる物理現象の範囲及びその大きさをイメージしながら、照射条件の設定を行えるようにすることにある。
本開示に係る荷電粒子線装置は、試料に対して荷電粒子線を照射し、前記試料から出る信号を検出する測定部と、照射条件及び試料情報に基づいて、試料内における信号発生範囲を模擬した図形及び前記信号発生範囲の大きさを示す数値を含む参照像を生成する参照像生成部と、前記照射条件を設定する際に前記参照像を含むグラフィカルユーザーインターフェイス画像を表示する表示器と、を含むことを特徴とする。
本開示に係る設定支援方法は、照射条件及び試料情報に基づいて、電子線が照射される試料内における物理現象の範囲を模擬した図形及び前記物理現象の範囲の大きさを示す数値を含む参照像を生成する工程と、ユーザーが前記照射条件の設定を行う際に前記参照像を表示する工程と、を含むことを特徴とする。
本開示によれば、荷電粒子線装置において、ユーザーによる照射条件の設定を支援できる。あるいは、本開示によれば、試料内で生じる物理現象の範囲及びその大きさをイメージしながら、照射条件の設定を行える。
実施形態に係る走査電子顕微鏡を示す概念図である。 第1実施例に係るUI(ユーザーインターフェイス)部を示す図である。 元素テーブルの一例を示す図である。 表示開始操作を説明するための図である。 第1実施例に係る参照像を示す図である。 加速電圧設定用のポップアップウインドウを示す図である。 チルト角設定用のポップアップウインドウを示す図である。 傾斜状態を表した参照像を示す図である。 特性X線発生深さ表示用のポップアップウインドウを示す図である。 加速電圧表示用のポップアップウインドウを示す図である。 特性X線発生深さの指定を説明するための図である。 第2実施例に係るUI部を示す図である。 深さの定義を説明するための図である。 第2実施例に係る参照像を示す図である。 傾斜状態を表した参照像を示す図である。 加速電圧設定用の他のポップアップウインドウを示す図である。 チルト角設定用の他のポップアップウインドウを示す図である。 アニメーション表示を示す図である。 複数の参照像の並列表示を示す図である。
以下、実施形態を図面に基づいて説明する。
(1)実施形態の概要
実施形態に係る荷電粒子線装置は、測定部、参照像生成部、及び、表示器を含む。測定部は、試料に対して荷電粒子線を照射し、試料から出る信号を検出する。参照像生成部は、照射条件及び試料情報に基づいて、試料内における信号発生範囲を模擬した図形及び信号発生範囲の大きさを示す数値を含む参照像を生成する。表示器は、照射条件を設定する際に参照像を含むグラフィカルユーザーインターフェイス画像を表示する。
上記構成によれば、グラフィカルユーザーインターフェイス画像中の参照像の観察を通じて、試料内における信号発生範囲の広がりをイメージ又は認識しながら、照射条件を設定することが可能となる。これにより、荷電粒子線又は荷電粒子線装置についての知識が乏しいユーザーであっても、照射条件を適切に設定することが可能となる。
実施形態において、荷電粒子線は、電子線であり、測定部には、電子線源、検出器等が含まれる。検出器として、二次電子検出器、反射電子検出器、特性X線検出器、等が挙げられる。照射条件の概念には、加速電圧が含まれ、更に試料傾斜角度が含まれる。試料情報は、試料を構成する元素についての元素情報であり、特に、試料内での電子散乱範囲や信号発生範囲に影響を与える物理的情報である。信号発生範囲は、例えば、特性X線の発生範囲、反射電子の発生範囲、等である。複数の信号発生範囲を示す複数の図形及び複数の信号発生範囲の大きさを示す複数の数値を含む参照像が生成されてもよい。参照像に、電子散乱範囲を示す図形及びその大きさを示す数値が含まれてもよい。
実施形態においては、信号発生範囲の大きさの変化にかかわらず、図形のサイズが維持されているが、信号発生範囲の大きさの変化に応じて図形のサイズを変化させてもよい。図形のサイズが一定であっても、図形に付随する数値が変化することにより、信号発生範囲の大きさを認識し得る。実施形態においては、図形の外形を通じて試料内の信号発生範囲の形状を凡そ認識することが可能である。もっとも、図形の形状や数値はいずれも目安である。それらが目安であっても、何らの情報がない場合に比べて、ユーザーによる照射条件の設定を支援し得る。
実施形態に係る荷電粒子線装置は、取得部、及び、受付部を含む。取得部は、照射条件として、測定部に既に設定されている照射条件を取得する。受付部は、照射条件として、グラフィカルユーザーインターフェイス画像を通じて入力された照射条件を受け付ける。測定部に既に設定されている照射条件の概念には、測定部を制御する制御部において認識及び管理されている照射条件が含まれる。
実施形態に係る荷電粒子線装置は、適用部を含む。適用部は、グラフィカルユーザーインターフェイス画像を通じて入力された照射条件を測定部に対して適用する。ここで、適用は、有効化、仮設定から本設定への変更、等を意味する。
実施形態において、照射条件を変更すると、参照像が変化する。変化後の参照像を参照しながら、変更後の照射条件の妥当性を評価でき、そのような過程を経て、ユーザーにおいて適切な照射条件を絞り込める。
実施形態において、照射条件には加速電圧が含まれる。加速電圧の変更に伴って参照像が変化する。実施形態において、照射条件には試料傾斜角度が含まれる。試料傾斜角度の変更に伴って参照像が変化する。実施形態において、試料情報は元素情報である。元素情報の変更に伴って参照像が変化する。実施形態において、荷電粒子線は電子線である。参照像には、信号発生範囲としての特性X線発生範囲を模擬した図形及び特性X線発生範囲の大きさを示す数値が含まれる。実施形態において、参照像には、信号発生範囲としての反射電子発生範囲を模擬した図形及び反射電子発生範囲の大きさを示す数値が含まれる。実施形態において、参照像には、試料内における電子散乱範囲を模擬した図形及び電子散乱範囲の大きさを示す数値が含まれる。実施形態において、参照像には照射条件を示す数値が含まれる。信号発生範囲の大きさを示す数値の変更に伴って照射条件を示す数値が変化する。
実施形態に係る支援方法は、第1工程及び第2工程を含む。第1工程では、照射条件及び試料情報に基づいて、電子線が照射される試料内における物理現象の範囲を模擬した図形及び物理現象の範囲の大きさを示す数値を含む参照像が生成される。第2工程では、ユーザーが照射条件の設定を行う際に、参照像が表示される。
実施形態においては、第2工程に続いて、参照像を含むグラフィカルユーザーインターフェイス画像を通じてユーザーにより入力された照射条件が受け付けられる。その後の一定の操作又は入力を経て、受け付けられた照射条件が正式な照射条件となる。
上記設定支援方法は、ソフトウエアの機能により実現され得る。その場合、上記設定支援方法を実行するプログラムが、ネットワーク又は可搬型記憶媒体を介して、荷電粒子線装置、情報処理装置、等に対してインストールされる。
(2)実施形態の詳細
図1には、実施形態に係る荷電粒子線装置が示されている。荷電粒子線装置は、具体的には、走査電子顕微鏡10である。走査電子顕微鏡10は、図示された構成例において、測定部12及び情報処理部14に大別される。情報処理部14は、例えば、パーソナルコンピュータ(PC)により構成される。情報処理部14には、表示器16及び入力器18が接続されている。
測定部12は、鏡筒20及び本体21を有する。本体21の内部が試料室22である。鏡筒20内には、電子線源、集束レンズ、偏向走査レンズ、対物レンズ等が設けられている。それらによって電子ビームつまり電子線23が生成される。試料室22内には、試料ステージ24が設けられ、試料ステージ24によって試料25が保持されている。具体的には、試料ステージ24に対して試料25を保持した試料ホルダが取り付けられている。試料ステージ24は、試料25を上下左右方向に移動させるXYZ機構、試料25を回転させる回転機構、及び、試料25を傾斜させるチルト機構、を備えている。試料傾斜角度はチルト角とも称される。試料25は、例えば、小片状、円板状の形態を有している。他の形態をもった試料25が測定対象とされてもよい。
図示の構成例において、試料25の周囲には、二次電子検出器26、反射電子検出器27、及び、特性X線分光器28が設けられている。それらは模式的に表現されている。試料25に対して電子線23を照射すると、試料25から二次電子及び反射電子が放出され、また試料25から特性X線が放出される。二次電子検出器26により、試料25から放出された二次電子が検出される。反射電子検出器27により、試料25から放出された反射電子が検出される。特性X線分光器28により、試料25から放出された特性X線が検出される。
特性X線分光器28は、例えば、エネルギー分散型特性X線分光器である。それに代えて、又は、それと共に、波長分散型特性X線分光器が設けられてもよい。以上挙げた検出器以外の検出器が設けられてもよい。通常、試料25に対して電子線23が二次元走査される。二次電子検出器26、反射電子検出器27及び特性X線分光器28から出力された複数の検出信号が情報処理部14へ送られている。
情報処理部14は、情報処理を実行するプロセッサ、データ及びプログラムを格納するメモリ、等を有している。図1においては、情報処理部14が発揮する代表的な複数の機能が複数のブロックにより表現されている。具体的には、情報処理部14は、制御部30、試料画像形成部32、分析部34、UI(ユーザーインターフェイス)部36、等として機能する。
制御部30は、測定部12内の個々の機器の動作を制御する。制御部30によって、ユーザー指定された照射条件を実現する複数の動作パラメータが決定される。照射条件には、電子線23の加速電圧、試料25のチルト角、等が含まれる。電子線23の加速電圧は、試料25から見て、電子線23の入射電圧と言い得る。
試料画像形成部32は、電子線23の二次元走査によって得られた一連の検出信号(例えば、一連の二次電子検出信号又は一連の反射電子検出信号)に基づいて、試料25の表面又は表層を表す二次元画像を形成する。分析部34は、特性X線分光器28から出力された検出信号に基づいて、試料25の定性分析及び定量分析を実行するものである。分析部34は、特に、試料を構成する1又は複数の元素、及び、元素ごとの濃度(重量濃度)を分析する機能を備えている。
UI部36は、ユーザーに提供するグラフィカルユーザーインターフェイス(GUI)画像を生成し、GUI画像を通じてユーザーが入力する情報を受け付ける。UI部36は、参照像生成器38を備えている。
参照像生成器38は、参照像を生成するモジュールである。参照像は、試料内における信号発生範囲を模擬する図形及び信号発生範囲の大きさを表す数値を含む画像である。参照像は、GUI画像の要部を構成する。信号発生範囲は、例えば、試料内における特性X線発生範囲であり、より詳しくは、試料から放出される特性X線が発生した範囲である。参照像に、他の信号発生範囲を示す図形が含まれてもよく、また、電子侵入範囲(電子散乱範囲)を示す図形が含まれてもよい。参照像は信号発生範囲の断面を示す像である。信号発生範囲を立体的に表現した参照像が生成されてもよい。
参照像又はそれを含むGUI画像は、ユーザーによる照射条件の設定を支援するための補助的画像である。ユーザーは、GUI画像の観察を通じて信号発生範囲の形状や大きさをイメージ又は認識しながら、GUI画像を通じて加速電圧等の照射条件を決定及び入力し得る。以上のように、UI部36は、演算手段、画像生成手段、及び、受付手段として機能する。
図1に示す構成例では、情報処理部14がUI部36を有していたが、UI部36を他の情報処理部に含めてもよい。例えば、制御部30を含む第1情報処理部及びUI部36を含む第2情報処理部を設け、それらを相互に連携させてもよい。
表示器16は、液晶表示器、有機EL表示デバイス、等により構成される。入力器18は、キーボード、ポインティングデバイス、等により構成される。表示器16及び入力器18として、タッチパネル付き表示器が設けられてもよい。
図2には、UI部36の第1実施例が示されている。図2に示されている複数のブロックは、元素テーブル46を除いて、いずれもソフトウエアにより実現される複数の機能に相当する。受付部40は、加速電圧E、元素S及びチルト角Tを受け付けるモジュールである。受付部40は、それらのデフォルト値を有している。加速電圧Eのデフォルト値は例えば5kVである。元素Sのデフォルト値は例えばアルミニウム(Al)である。チルト角のデフォルト値は例えば0°である。それらは一例に過ぎないものである。
符号42で示すように、受付部40は、ユーザーの操作に従って、制御部から、そこに既に設定されている加速電圧E及びチルト角Tを取得する。すなわち、受付部40は取得部として機能する。また、符号54及び符号44で示すように、受付部40は、GUI画像を通じてユーザーにより入力される加速電圧E、元素S又はチルト角Tを受け付ける機能を有する。なお、加速電圧Eのデフォルト値として、制御部に設定されている加速電圧が採用されてもよい。この場合、受付部40は、参照像生成に先だって、制御部から加速電圧を自動的に取得する。
受付部40において受け付けられた元素Sを特定する情報が元素テーブル46に与えられる。元素テーブル46は、元素データベースを構成するものである。元素Sを特定する情報が元素テーブル46に与えられると、元素Sに対応する元素情報が元素テーブル46から出力される。元素情報には、質量A、原子番号Z、密度ρ、及び、最低励起エネルギーEcが含まれる。最低励起エネルギーは、元素によって、及び、電子軌道によって、相違する。元素テーブル46上において、複数の特性X線に対応する複数の最低励起エネルギーが管理され得る。
特性X線発生深さ演算器48は、加速電圧E、チルト角T及び元素情報に基づいて、特性X線発生深さDを演算する。その計算式については後に説明する。特性X線発生深さDは、後述するように、試料表面に直交する方向における、試料表面からの深さである。よって、元素Sが不変で、加速電圧Eが一定であっても、チルト角Tが変化すると、特性X線発生深さDが変化する。
画像生成器50は、GUI画像を生成するモジュールであり、それには参照像生成器38が含まれる。参照像生成器38に対しては、特性X線発生深さD、加速電圧E、元素S及びチルト角Tが与えられている。参照像には、特性X線発生範囲を模擬した図形、特性X線発生深さDを示す数値、加速電圧Eを示す数値、元素Sを示す記号、及び、チルト角Tを示す数値、が含まれる。特性X線発生深さDは、特性X線発生範囲の深さ方向の最大値である。
実施形態において、特性X線発生範囲を模擬した図形の大きさは、特性X線発生深さDによらずに一定である。一方、特性X線発生深さDに応じてそれを示す数値は変化する。後述するように、チルト角の変更により、各図形における切り取り部分(マスクされる部分)の大きさが変化する。符号52は、表示器に対して出力する信号を示している。符号54は、入力器からの信号を示している。
加速電圧演算器56は、必要に応じて、特性X線発生深さDから加速電圧Eを逆算するモジュールである。その逆算に際しては、元素情報が参照される。逆算された加速電圧Eが受付部40を通じて参照像生成器38に送られ、参照像が更新される。具体的には、加速電圧Eを示す数値が更新される。
図2に示す構成例では、受付部40が照射条件を有効化する適用機能を備えていない。よって、GUI画像上において加速電圧等の照射条件が指定された場合、指定された照射条件を制御部に対して別途入力することが求められる。これはユーザーによる照射条件の設定をより慎重に行わせるための安全策である。この場合でも、GUI画像が照射条件の設定を支援する画像であることに変わりはない。もっとも、後に説明するように、受付部に適用機能を付加し、GUI画像を通じて指定された照射条件が制御部に対して直接的に適用されてもよい。
なお、従来同様、照射条件を設定するための設定画像(但し参照像を有しない)を通じて、照射条件の新規設定、照射条件の確認、及び、照射条件の変更を行える。そのような設定画像は、図1に示した制御部により生成される。例えば、電子線又は走査電子顕微鏡についての知識及び経験が豊富なユーザーにおいては、GUI画像の表示を経由せずに、設定画像上において照射条件を設定し得る。
図3には、元素テーブルの構成例が示されている。元素テーブル46は、不揮発メモリ上に構築される。元素テーブル46は、複数の元素に対応する複数のレコード60を有する。各レコードは、元素62に対応する複数の情報からなる。それらの情報には、原子番号64、質量66、密度(重量密度)68、最低励起エネルギー70、等が含まれる。上記のように、複数の特性X線に対応して複数の最低励起エネルギー70が登録され得る。
図4には、GUI画像の表示を開始する際に行われる操作が示されている。画面72内には、複数のウインドウ74,75が含まれる。ウインドウ74はメインウインドウであり、その中には複数の画像が選択的に表示される。それらの画像には設定画像及びGUI画像が含まれる。
メニューバー76には、複数のボタン77a,77b,77cが含まれる。例えば、ボタン77cはGUI画像の表示を起動するためのボタンである。ボタン77cをポインタ78で選択し、クリック操作を行うことにより、ウインドウ74内に、参照像を含むGUI画像が表示される。
図5には、第1実施例に係るGUI画像81が示されている。GUI画像81には、第1実施例に係る参照像82が含まれる。図示の例では、GUI画像81には、ガイダンス表示120も含まれる。参照像82には、複数の図形84,90,102,108,112、複数の数値86,96,114、及び、複数のラベル(文字列)92,98,106,110,116が含まれる。参照像82は、試料の縦断面(電子線の軌道を含む断面)に相当する。
図形84は、三角形であり、具体的には下向きの尖塔形を有し、それは電子線を模擬している。図形90は試料表面を模擬する直線である。実際には、試料表面に凹凸があっても、図形90は直線のままである。図形90よりも下側が試料内部に相当している。図形84の頂点104が図形90に接している。頂点104は電子線を照射する点を示している。数値86は加速電圧(入射電圧)を示すものである。破線で表現されたボックス88,94,100,118は、その内部の値がユーザーにより変更可能な値であることを示している。それらはポインタ認識領域として機能する。数値96は、チルト角を示している。チルト角として、0°から90°の範囲内の任意の数値を指定し得る。その範囲は例示である。ラベル98は、チルト角を示すシンボルである。
ラベル92は、試料を構成する元素を示している。具体的にはラベル92は元素記号である。元素はユーザーにより指定される。試料が複数の元素により構成される場合、主要な元素又は支配的な元素が指定されてもよい。複数の元素を同時に指定できる構成を採用してもよい。例えば、周期律表を表示し、その中から1又は複数の元素が選択されてもよい。
図形102は、液滴形状を有し、その頂点は上記頂点104に一致している。図形102は二次電子発生範囲を模擬したものである。その内部には二次電子を示すラベル(SE)106が表示されている。図形102のサイズは、加速電圧等にかかわらず一定である。もちろん、そのサイズを加速電圧等に応じて変化させてもよい。なお、液滴形状における2つの斜辺は水平軸に対して+45°及び-45°傾いている。
図形108は、液滴形状を有し、その頂点は上記頂点104に一致している。図形108は反射電子発生範囲を模擬したものである。その内部には反射電子を示すラベル(BSE)110が表示されている。図形108のサイズも、加速電圧等にかかわらず一定である。もちろん、そのサイズを加速電圧等に応じて変化させてもよい。
図形112は、液滴形状を有し、その頂点は上記頂点104に一致している。図形112は特性X線発生範囲を模擬したものである。その内部には特性X線を示すラベル(Characteristic X-ray)116が表示されている。図形112のサイズも、加速電圧等にかかわらず一定である。もちろん、そのサイズを加速電圧等に応じて変化させてもよい。図形112の内部には、特性X線発生深さ(つまり上記D)を示す数値114が表示されている。その数値は、試料から放出される特性X線の発範囲の大きさ(深さ方向の最大値)を示すものである。数値114は、加速電圧の変更に伴って変化し、元素の変更に伴って変化し、あるいは、チルト角の変更に伴って変化する。複数の特性X線が生じる場合、いずれか1つの特性X線について発生深さが表示される。実施形態においては、加速電圧に応じて、複数の特性X線の中から発生深さを表示する特性X線を選択するためのテーブルが用意され、そのテーブルの参照により、加速電圧に応じて、表示する発生深さが選択されている。もちろん、複数の発生深さを併記するようにしてもよい。
ガイダンス表示120は、入射電圧つまり加速電圧から特性X線発生深さが計算されていることを示している。それとは逆に、特性X線発生深さから加速電圧が計算されている場合、後に示す別のガイダンス表示が提示される。
図形102,108,112に対してペイント処理を施してもよい。それらの中から表示対象図形を任意に選択できるようにしてもよい。参照像82の表示サイズを調整できるように構成してもよい。図形102,108,112の形状として、液滴形状以外の図形、例えば円形、楕円形、壺形状等が採用されてもよい。
図5において、ポインタ(カーソル)121を数値86に近付け、具体的には、ボックス88内に位置させ、その上で、クリック操作を行うと、図6に示すウインドウ122がポップアップ表示される。
図6において、ウインドウ122には、加速電圧の入力欄124、取得ボタン126、OKボタン128、及び、キャンセルボタン130が含まれる。入力欄124を利用して加速電圧を数値として直接的に入力することが可能である。取得ボタン126をクリックすると、制御部に設定されている加速電圧が取得され、その加速電圧が入力欄124に反映される。OKボタン128のクリックにより、ウインドウ122がクローズし、入力欄124に入力した加速電圧が参照像に反映される。具体的には、加速電圧を示す数値が変更され、特性X線発生深さを示す数値が変更される。
図5において、ポインタ121をボックス100内に位置させた上で、クリック操作を行うと、図7に示すウインドウ132がポップアップ表示される。ウインドウ132には、チルト角の入力欄134、取得ボタン136、OKボタン138、及び、キャンセルボタン140が含まれる。入力欄134を利用してチルト角を数値として直接的に入力することが可能である。取得ボタン136をクリックすると、制御部に設定されているチルト角が取得され、それが入力欄134に反映される。OKボタン138のクリックにより、ウインドウ132がクローズし、入力欄134に入力したチルト角が参照像に反映される。この場合、参照像の形態が変化し、特性X線発生深さを示す数値が変化する。
図8には、チルト角として30°を指定した場合に表示される参照像が示されている。数値96として「30.000°」が表示されている。試料表面を示す直線90Aが傾斜した状態にあり、その傾き角度は30°である。電子線を示す図形の向き及び位置は維持されている。図8に示す例では、図形102,108,112に対してマスク領域は及んでおらず、個々の図形102,108,112の全体が表示されている。特性X線発生深さを示す数値114はチルト角に応じて変化する。試料傾斜状態における深さの定義については後に詳述する。
図5において、ポインタ121をボックス114内に位置させると(クリック操作は不要)、図9に示すウインドウ144が自動的にポップアップ表示される。図9において、ウインドウ144には、特性X線発生深さを示す2つの数値146,148が含まれる。数値146はL線の発生深さを示しており、数値148はK線の発生深さを示している。これにより、複数の特性X線が生じる場合におけるそれぞれの特性X線の発生深さを認識することが可能である。参照像には1つの数値114しか含まれていないが、参照像に複数の発生深さを示す複数の数値を含めてもよい。実施形態によれば、参照像の内容を簡素化することが可能である。
図5において、ポインタ121をボックス88内に位置させると(クリック操作は不要)、図10に示すウインドウ150が自動的にポップアップ表示される。図10において、ウインドウ150には、2つの特性X線に対応した2つの入射電圧を示す数値152,154が含まれる。数値152は、L線の発生深さに対応した入射電圧を示しており、数値154はK線の発生深さに対応した入射電圧を示している。これにより、複数の特性X線が生じる元素について、特定の特性X線を観測したい場合に指定すべき加速電圧を認識することが可能となる。参照像には1つの加速電圧を示す数値しか含まれていないが、参照像に複数の加速電圧を示す複数の数値を併記してもよい。実施形態によれば、参照像の内容を簡素化することが可能である。
図5において、ポインタ121をボックス118内に位置させ、その状態で、クリック操作を行うと、図11に示すウインドウ156がポップアップ表示される。図11において、ウインドウ156には、特性X線発生深さの入力欄158、OKボタン160等が含まれる。入力欄158を利用して発生深さを直接入力し、OKボタン160を操作すると、その発生深さに対応する加速電圧が計算され、数値86が更新される。その場合、ガイダンス表示162が表示される。このように、発生深さから加速電圧を逆算することが可能である。
次に、図12以降の各図面を参照しながら、UI部の第2実施例について説明する。図12に示されている複数のブロックは、元素テーブル180を除いて、いずれもソフトウエアにより実現される機能を示している。受付部172は、加速電圧E、元素S及びチルト角Tを受け付けるモジュールである。
符号176で示すように、受付部40は、ユーザーの操作に従って、制御部から、そこに設定されている加速電圧E及びチルト角Tを取得する取得部として機能し、また、分析部から、試料を構成する元素Sの情報を取得する取得部として機能する。試料が複数の元素により構成される場合、各元素の濃度が併せて取得されてもよい。受付部172は、符号194及び符号174で示すように、GUI画像を通じてユーザーにより入力された加速電圧E、元素S又はチルト角Tを受け付ける機能を有する。
受付部172は、ユーザー操作に従って、受け付けられた照射条件を制御部へ転送し、その照射条件を適用つまり有効化する転送部としても機能する(符号178を参照)。転送される照射条件は、加速電圧E及びチルト角Tの内の両方又は一方である。
受付部40において受け付けられた元素Sを特定する情報が元素テーブル180に与えられている。元素テーブル180は元素データベースを構成するものである。元素Sを特定する情報が元素テーブル180に与えられると、その元素Sに対応する元素情報が元素テーブル180から出力される。元素情報には、質量A、原子番号Z、密度ρ、及び、最低励起エネルギーEcが含まれる。最低励起エネルギーEcは、特性X線を生じさせる最低のエネルギーに相当する。
電子侵入深さ演算器182は、加速電圧E、チルト角T及び元素情報に基づいて、電子侵入深さDPEを演算する。電子侵入深さDPEを求めるための計算式については後に説明する。電子侵入深さDPEは電子散乱範囲の深さ方向の大きさである。電子侵入深さ演算器182は、電子散乱範囲の横幅、つまり深さ軸に直交する方向の幅Dφを演算する機能も有している。電子散乱範囲の幅Dφを求めるための計算式については後に説明する。
反射電子発生深さ演算器184は、実施形態において、電子侵入深さDPEに基づいて反射電子発生深さDBSEを演算する。必要であれば、その演算の際に元素情報が参照されてもよい。反射電子発生深さDBSEを求めるための計算式については後に説明する。特性X線発生深さ演算器186は、加速電圧E、チルト角T及び元素情報に基づいて、特性X線発生深さDを演算する。その計算式については後に説明する。
画像生成器188は、GUI画像を生成するモジュールであり、それには参照像生成器190が含まれる。参照像生成器190に対しては、電子侵入深さ(電子散乱範囲の深さ)DPE、電子散乱範囲の幅Dφ、反射電子発生深さDBSE、特性X線発生深さD、加速電圧E、元素S及びチルト角Tが与えられている。符号192は、表示器に対して出力する信号を示している。符号194は、入力器からの信号を示している。
加速電圧演算器196は、必要に応じて、特性X線発生深さDから加速電圧Eを逆算するモジュールである。その逆算に際しては、元素情報が参照される。逆算された加速電圧Eが受付部172に送られている(符号198を参照)。
以下、電子侵入深さDPE、電子散乱範囲の幅Dφ、反射電子発生深さDBSE、及び、特性X線発生深さDの計算方法について説明する。
まず、試料が傾斜していないことを前提とする。電子侵入深さDPEは、公知の以下の(1)式によって計算される。
Figure 0007160870000001
上記(1)式において、Aは原子の質量を示しており、Eは加速電圧を示しており、ρは元素の密度を示しており、Zは原子番号を示している。公知の以下の(2)式によっても電子侵入深さDPEを計算し得る。
Figure 0007160870000002
質量A、密度ρ、原子番号Zは、元素テーブル上において特定される。電子散乱範囲の幅Dφは、一般に、電子侵入深さDPEとほぼ同じであると考えられている。それを表したのが以下の(3)式である。
Figure 0007160870000003
反射電子発生深さDBSEは以下の(4)式によって計算される。すなわち、反射電子発生深さDBSEは、電子侵入深さDPEの半分として、電子侵入深さDPEから計算される。
Figure 0007160870000004
特性X線発生深さDは、以下の(5)式によって計算される。以下のEcは、特定の電子軌道についての最低励起エネルギーである。
Figure 0007160870000005
特性X線発生深さDから加速電圧Eを逆算する場合、上記(5)を変形した以下の(6)式を用いればよい。
Figure 0007160870000006
一方、試料がチルト角Tで傾斜している場合、以下の(7)式によって定義される補正係数kが利用される。
Figure 0007160870000007
具体的には、電子侵入深さDPE、反射電子発生深さDBSE、及び、特性X線発生深さDに対して、補正係数kを乗算することにより、傾斜状態での電子侵入深さDPE’、反射電子発生深さDBSE’、及び、特性X線発生深さD’が求められる。ちなみに、以下に説明するモデルに従う場合、電子散乱範囲の幅Dφは、試料の傾斜に依存しない。
深さの定義及び補正係数について、図13を用いて、更に詳しく説明する。図13において、Fは試料表面を示している。Z軸は傾斜前の電子線に相当している。電子侵入深さがDPEで示されている。電子侵入深さDPEは試料内の電子散乱範囲の大きさを規定するものであり、図13において、電子散乱範囲は円(実際は球)Qで表現されている。その原点がOで示されている。試料表面から原点Oまでの距離(Z軸上の深さ)はDPE/2である。
チルト角Tに従って試料が傾斜する。見方を変えると、試料に対して電子線が相対的に傾斜する。傾斜後の電子線がZ1で示されている。このように、図13においては、説明のため、試料の位置及び姿勢を固定し、電子線を傾斜させている。傾斜後の電子散乱範囲が円Q’で示されている。
実施形態においては、試料表面からそれに直交する方向の距離が深さであるとの定義が採用されている。その定義に従う場合、試料傾斜後の電子散乱範囲の原点O’の深さは、(DPE/2)×cosTとなる。その深さに対して円Q’の半径DPE/2を加えたもの、つまり、DPE×1/2(1+cosT)が試料傾斜後における電子侵入深さとなる。その計算式からDPEを除外したものが上記補正係数kである。
試料表面からそれに直交する方向の距離が深さであるとの定義を採用したため、チルト角Tの増加に従って、電子侵入深さDPE、反射電子発生深さDBSE、及び、特性X線発生深さDは、それぞれ減少する。
以上において示した計算式やモデルは一例であり、他の計算式やモデルを利用してもよい。いずれにしても、電子散乱範囲、反射電子発生範囲、及び、特性X線発生範囲といった物理現象の範囲の形状及び大きさを大まかに示す目安をユーザーに提供すれば、それらの情報がまったく得られない場合に比べて、ユーザーの負担を軽減でき、あるいは、ユーザーによる照射条件設定を支援することが可能となる。
図14には、第2実施例において生成及び表示されるGUI画像が示されている。そのGUI画像には、第2例に係る参照像202、及び、ガイダンス表示120が含まれる。図14において、図5に示した要素と同様の要素には同一の符号を付してある。
参照像202には、複数の図形84,90,102,108,112,204、及び、複数の数値86,96,114,206,208,212、及び、複数のラベル(文字列)92,98,106,110,116,210が含まれる。参照像202は、試料の縦断面に相当する。
図形84は、下向きの尖塔形を有し、それは電子線を示している。図形90は試料表面を模擬する直線である。図形84の頂点104が図形90に接している。頂点104は電子線を照射する点を示している。数値86は加速電圧(入射電圧)を示すものである。数値96は、チルト角を示している。ラベル98は、チルト角を示すシンボルである。
ラベル92は、試料を構成する元素を示している。具体的にはそれは元素記号である。試料が複数の元素により構成される場合、上述したように、主要な元素又は支配的な元素が選択される。複数の元素を指定できるように構成してもよい。例えば、周期律表を表示し、その中から1又は複数の元素を選択できるように構成してもよい。
図形102は、液滴形状を有し、その頂点は上記頂点104に一致している。図形102は二次電子発生範囲を模擬したものである。その内部には二次電子を示すラベル(SE)106が表示されている。図形102のサイズは、加速電圧等にかかわらず一定である。もちろん、そのサイズを加速電圧等に応じて変化させてもよい。
図形108は、液滴形状を有し、その頂点は上記頂点104に一致している。図形108は反射電子発生範囲を模擬したものである。その内部には反射電子を示すラベル(BSE)110が表示されている。また、反射電子発生深さを示す数値212が表示されている。図形108のサイズは、加速電圧等にかかわらず一定であるが、上記同様に、そのサイズを加速電圧等に応じて変化させてもよい。数値212は、加速電圧の変更に伴って変化し、元素の変更に伴って変化し、あるいは、チルト角の変更に伴って変化する。
図形112は、液滴形状を有し、その頂点は上記頂点104に一致している。図形112は特性X線発生範囲を模擬したものである。その内部には特性X線を示すラベル(Characteristic X-ray)116が表示されている。図形112のサイズも、加速電圧等にかかわらず一定である。もちろん、そのサイズを加速電圧等に応じて変化させてもよい。図形112の内部には、特性X線発生深さを示す数値114が表示されている。その数値は、試料から放出される特性X線の発生範囲の大きさ(深さ方向の幅)を示すものである。数値114は、加速電圧の変更に伴って変化し、元素の変更に伴って変化し、あるいは、チルト角の変更に伴って変化する。
図形204は、液滴形状を有し、その頂点は上記頂点104に一致している。図形204は電子散乱範囲を模擬したものである。その内部には、入射電子を示すラベル210が表示されている。図形204のサイズも、加速電圧等にかかわらず一定である。もちろん、そのサイズを加速電圧等に応じて変化させてもよい。
図形204の内部には、電子散乱範囲の大きさ(電子侵入深さ)を示す数値206が表示されており、また、電子散乱範囲の幅を示す数値208が表示されている。数値206は、加速電圧の変更に伴って変化し、元素の変更に伴って変化し、あるいは、チルト角の変更に伴って変化する。数値206は、加速電圧の変更に伴って変化し、あるいは、元素の変更に伴って変化するが、チルト角の変更に伴っては変化しない。
ガイダンス表示120は、入射電圧つまり加速電圧から特性X線発生深さが計算されていることを示している。
図形102,108,112,204に対してペイント処理が施されており、各図形が相互に識別されている。もっとも、図形102,108,112,204における重合領域においては、いずれかの図形(小さい方の図形)が優先的に表示されている。図形102,108,112,204の形状として、液滴形状以外の図形、例えば円形、楕円形状、壺形状等を採用してもよい。複数の範囲の相互間において、大小関係が逆転する場合には、その旨を表示し、あるいは、1又は複数の図形を消去してもよい。
図15には、試料が傾斜した場合における参照像が示されている。数値96Aがチルト角を示している。試料表面を示す図形90Bが傾斜状態にある。もとの複数の図形の内で、直線よりも上側に出る部分はマスク処理され、マスク処理後の図形102A,108A,112A,204Aが表示されている。複数の数値として表示されている複数の深さは、上記で説明したように、それぞれ、試料面に直交する方向における深さである。
参照像を観察しながら、加速電圧やチルト角を変更して、試料との関係で、最適な照射条件を決定し、その上で、その照射条件を実際に適用して、試料の測定を行える。
第2実施例を採用する場合、GUI画像上において、例えば、加速電圧を含むボックスをクリックした時点で、図16に示すウインドウ214をポップアップ表示させてもよい。ウインドウ214には、加速電圧の入力欄124、取得ボタン126、OKボタン128、及び、キャンセルボタン130に加えて、適用ボタン216が含まれる。適用ボタン216を操作すると、その時点においてGUI画像上で指定されている加速電圧が、制御部に設定される実際の加速電圧となる。
第2実施例を採用する場合、GUI画像上において、例えば、チルト角を含むボックスをクリックした時点で、図17に示すウインドウ218をポップアップ表示させてもよい。ウインドウ218には、チルト角の入力欄134、取得ボタン136、OKボタン138、及び、キャンセルボタン140に加えて、適用ボタン220が含まれる。適用ボタン220を操作すると、その時点においてGUI画像上で指定されているチルト角が、制御部に設定される実際のチルト角となる。
図18には、参照像表示前のアニメーション表示が例示されている。複数の画像222~228によって画像内容の動的変化が示されている。実際にはより多くの画像が表示されるが、図18においては代表的な幾つかの画像222~228が示されている。
最初に画像222が表示される。画像222には試料表面を示す線232と電子線を示す図形230が表示される。その後、画像224及び画像226に示されるように、試料内での電子散乱を模擬する像が表示される。その像は複数の直線からなるものである。例えば、符号234及び符号236で示すように、ランダムに直線を生成し、その数を徐々に増加させることにより、電子散乱を模擬する像を生成し得る。画像222についてはその表示を省略してもよい。
実際にモンテカルロシミュレーション等を行うことにより電子散乱状態の変化を示す動画像を形成してよいが、その場合には時間がかかるので、簡易的なアニメーション表示を採用したものである。アニメーション表示の終了時点で、直ちに参照像238が表示される。このような表示によれば、知識や経験の乏しいユーザーであっても、測定時に生じる物理現象をイメージし易くなり、照射条件の設定を視覚的に支援することが可能となる。上記の参照像は、既に設定されている照射条件を確認する場合においても機能する。
図19に示すように、複数の参照像242,244を同時に表示してもよい。参照像242は、信号発生範囲及び電子散乱範囲を示す参照像である。参照像244は、試料室内の様子を模式的に示す画像である。具体的には、参照像244は、試料室を水平方向から見た様子を示すCG画像である。参照像244には、対物レンズの下端部を示すオブジェクト248、及び、試料ホルダを示すオブジェクト250が含まれる。試料ホルダによって試料が保持される。試料ホルダは試料ステージにより支持され、又は、試料ステージの一部である。
制御部に対して、試料の傾斜角度を設定すると、試料ホルダが傾斜し、それに伴ってオブジェクト250が傾斜する。傾斜角度がTxで示されている。一方、UI部に対して、傾斜角度としてTxを指定し、又は、制御部に設定された傾斜角度TxをUI部に読み込ませると、参照像242が表示される。試料表面を示す図形246の傾斜角度はTxである。2つの参照242,224の同時観察により、電子線と試料の関係を把握しつつ、試料内部で生じる物理現象をイメージすることが可能となる。その上で、照射条件の確認又は変更を行える。
参照像242と共に表示される画像として、参照像244以外の画像が表示されてもよい。例えば、試料ホルダの上面を撮影して得られた画像が表示されるようにしてもよい。
上記実施形態においては、走査電子顕微鏡について説明したが、上記で説明した事項が他の荷電粒子線装置に適用されてもよい。
10 走査電子顕微鏡、12 測定部、14 情報処理部、16 表示器、18 入力器、22 試料室、23 電子線、24 試料ステージ、25 試料、36,188 UI部、38,190 参照像生成器、40,172 受付部、46,180 元素テーブル、48,186 特性X線発生深さ演算器、50,188 画像生成器、56,196 加速電圧演算器、82,202 参照像、182 電子侵入深さ演算器、184 反射電子発生深さ演算器。

Claims (11)

  1. 試料に対して荷電粒子線を照射し、前記試料から出る信号を検出する測定部と、
    照射条件及び試料情報に基づいて、前記試料の縦断面上の信号発生範囲を模擬した図形及び前記信号発生範囲の大きさを示す数値を含む参照像を生成する参照像生成部と、
    前記荷電粒子線の照射条件の設定時に、前記参照像を含むグラフィカルユーザーインターフェイス画像を表示する表示器と、
    を含み、
    前記照射条件には試料傾斜角度が含まれ、
    前記参照像には前記試料の表面を示す線が含まれ、
    前記試料傾斜角度の変更に伴って前記線の傾斜角度が変化する、
    ことを特徴とする荷電粒子線装置。
  2. 試料に対して荷電粒子線を照射し、前記試料から出る信号を検出する測定部と、
    照射条件及び試料情報に基づいて、前記試料内における信号発生範囲を模擬した図形及び前記信号発生範囲の大きさを示す数値を含む参照像を生成する参照像生成部と、
    前記荷電粒子線の照射条件の設定時に、前記参照像を含むグラフィカルユーザーインターフェイス画像を表示する表示器と、
    前記照射条件として、前記測定部に対して既に設定されている照射条件を取得する取得部と
    含むことを特徴とする荷電粒子線装置。
  3. 請求項1記載の荷電粒子線装置において、
    前記グラフィカルユーザーインターフェイス画像を通じて入力された照射条件を前記測定部に対して適用する適用部を含む、
    ことを特徴とする荷電粒子線装置。
  4. 請求項1記載の荷電粒子線装置において、
    前記照射条件には加速電圧が含まれ、
    前記加速電圧の変更に伴って前記参照像が変化する、
    ことを特徴とする荷電粒子線装置。
  5. 請求項1記載の荷電粒子線装置において、
    前記参照像生成部は、前記図形において前記線よりも上側に出る部分をマスク処理する、
    ことを特徴とする荷電粒子線装置。
  6. 請求項1記載の荷電粒子線装置において、
    前記試料情報は元素情報であり、
    前記元素情報の変更に伴って前記参照像が変化する、
    ことを特徴とする荷電粒子線装置。
  7. 請求項1記載の荷電粒子線装置において、
    前記荷電粒子線は電子線であり、
    前記参照像には、前記信号発生範囲としての特性X線発生範囲を模擬した図形及び前記特性X線発生範囲の大きさを示す数値が含まれる、
    ことを特徴とする荷電粒子線装置。
  8. 請求項1記載の荷電粒子線装置において、
    前記参照像には、前記信号発生範囲としての反射電子発生範囲を模擬した図形及び前記反射電子発生範囲の大きさを示す数値が含まれる、
    ことを特徴とする荷電粒子線装置。
  9. 請求項1記載の荷電粒子線装置において、
    前記参照像には、前記試料内における電子散乱範囲を模擬した図形及び前記電子散乱範囲の大きさを示す数値が含まれる、
    ことを特徴とする荷電粒子線装置。
  10. 試料に対して荷電粒子線を照射し、前記試料から出る信号を検出する測定部と、
    照射条件及び試料情報に基づいて、前記試料内における信号発生範囲を模擬した図形及び前記信号発生範囲の大きさを示す数値を含む参照像を生成する参照像生成部と、
    前記荷電粒子線の照射条件の設定時に、前記参照像を含むグラフィカルユーザーインターフェイス画像を表示する表示器と、
    を含み、
    前記参照像には前記照射条件を示す数値が含まれ、
    前記信号発生範囲の大きさを示す数値の変更に伴って前記照射条件を示す数値が変化する、
    ことを特徴とする荷電粒子線装置。
  11. 照射条件及び試料情報に基づいて、電子線が照射される試料の縦断面上の物理現象の範囲を模擬した図形及び前記物理現象の範囲の大きさを示す数値を含む参照像を生成する工程と、
    ユーザーが前記照射条件の設定を行う際に前記参照像を表示する工程と、
    を含み、
    前記照射条件には試料傾斜角度が含まれ、
    前記参照像には前記試料の表面を示す線が含まれ、
    前記試料傾斜角度の変更に伴って前記線の傾斜角度が変化する、
    ことを特徴とする設定支援方法。
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