JPH11185688A - 観察装置及びその倍率調整方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、電子顕微鏡等の観察装置の倍率を
校正する際に標準試料を用いた倍率調整処理を行うこと
なく、観察対象の試料の観察中にも倍率の校正を行うこ
とができる観察装置及びその倍率調整方法を提供するこ
とを課題とする。 【解決手段】 観察装置は、観察試料を任意の倍率で観
察する顕微鏡と、電子顕微鏡に対する観察試料の相対的
な位置関係を任意に変化させるステージと、観察試料が
搭載されたステージの位置を検出するスケールと、電子
顕微鏡により観察された試料を所定の倍率で拡大表示す
るモニターと、電子顕微鏡の走査偏向器を調整すること
により、ステージ上の観察試料に対する観察倍率を任意
に設定する倍率調整部と、観察試料の画像情報のモニタ
ーへの拡大表示、ステージの移動制御、スケールによる
ステージ位置の変化量の計測、電子顕微鏡の倍率制御倍
率調整のための演算処理を実行するコントローラと、を
有して構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、観察装置及びその倍率
調整方法に関し、特に、電子顕微鏡、電子ビーム検査装
置等において、観察された試料画像を、予め設定した任
意の倍率でモニター上に正確に表示するための校正方法
及びその構成に関する。通常、電子顕微鏡や電子ビーム
検査装置等においては、任意の試料を観察する場合、事
前に光学系の倍率の校正を行う必要がある。すなわち、
光学系に設定した倍率と、現実に拡大表示された画像の
倍率が一致しているか否かを検定する必要があり、この
ような倍率の校正により観察された試料の寸法を正確に
把握することができる。特に、近年の半導体集積回路
（ＬＳＩ）の高集積化、高機能化に伴い、サブミクロン
単位の配線幅を正確に捉えることは、ＬＳＩの製造、検
査工程において、極めて重要である。

【０００２】

【従来の技術】一般に、電子顕微鏡や電子ビーム検査装
置等の観察装置における倍率の校正は、予め寸法が判明
している標準試料を観察し、標準試料の実際の寸法とモ
ニター上に表示された画像の大きさに基づいて実際の表
示倍率（以下、実倍率という）を算出して、観察装置に
設定された倍率（以下、設定倍率という）とのずれを補
正することにより行われている。

【０００３】具体的には、標準試料として、予め所定の
寸法で形成されたメッシュ形状のものや球形状の高分子
ポリマーを、顕微鏡の試料搭載台（ステージ）上に搭載
し、例えば、モニター上に表示されたメッシュや標準試
料の大きさにより顕微鏡の実倍率を算出する方法が採用
されている。このような方法によれば、例えば、１／１
０μｍオーダーの精度で倍率の検定を行うことができ、
倍率の校正を高い精度で実現することができる。

【０００４】これに対して、光学顕微鏡の場合には、接
眼レンズと対物レンズの組み合わせにより倍率が決定さ
れ、上述した電子顕微鏡等のように連続的な倍率の設定
を行うことはできないため、実倍率と設定倍率のずれを
校正することはできない。そこで、予め実倍率と設定倍
率のずれを考慮して、設定倍率Ｍで観察したときの実倍
率をｍ（≠Ｍ）と換算することにより補正を行ってい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の倍率の
校正方法においては、既知の寸法の標準試料を観察し、
表示手段上に拡大表示された画像が何倍になっているか
を判別し、観察装置の設定倍率と実倍率とのずれを補正
するという、一連の倍率調整処理を観察対象となる試料
の観察前に行わなければならないという問題があった。

【０００６】また、電子顕微鏡等の電子ビームを用いた
観察装置においては、電気的な動作条件等の変動により
簡単に、しかも著しく倍率が変わるという問題を有して
いる。さらに、倍率の調整処理時に用いられる標準試料
との高さと観察対象となる試料の高さが正確に一致して
いないと、顕微鏡と観察対象との離間距離（焦点距離）
が異なって倍率が変化することとなり、校正された倍率
の精度が劣化するため、再度調整処理を行う必要があっ
た。

【０００７】また、光学顕微鏡においても、観察対象を
光学系を介して拡大した後、カメラ等用いてモニタ上に
表示するような場合には、倍率の換算の精度が劣るとい
う問題があった。本発明は、上記問題点を解決し、電子
顕微鏡等の観察装置の倍率を校正する際に標準試料を用
いた倍率調整処理を行うことなく、観察対象の試料の観
察中にも倍率の校正を行うことができる観察装置及びそ
の倍率調整方法を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１記載の発明は、前記観察対象物の形状を画
像情報として認識する観察手段と、前記観察対象物と前
記観察手段との相対的な位置関係を任意に変化させる移
動手段と、前記移動手段による前記位置関係を計測する
計測手段と、前記観察手段により観察された前記観察対
象物の画像情報を表示する表示手段と、前記観察手段を
操作して前記表示手段に表示される前記観察対象物の倍
率を任意に設定する倍率調整手段と、前記表示手段上に
表示された任意の画像の座標間寸法と、前記計測手段に
より計測された、該画像の座標間寸法に相当する前記位
置関係とに基づいて、前記表示手段に表示された前記観
察対象物の表示倍率を算出する演算手段と、前記演算手
段により算出された表示倍率と、前記倍率調整手段によ
り設定された倍率とを比較して、一致させる制御手段
と、を具備することを特徴としている。

【０００９】また、請求項２記載の発明は、請求項１記
載の観察装置において、前記計測手段は、前記表示手段
に表示された画像の複数の任意の点を、所定の基準位置
に合致させたときの前記位置関係を変化量として計測
し、前記演算手段は、該変化量に対する前記画像の任意
の点の座標間寸法を前記表示倍率として算出することを
特徴としている。

【００１０】さらに、請求項３記載の発明は、請求項１
又は２記載の観察装置において、前記観察手段は、電子
ビームを前記観察対象物に照射して発生する２次電子を
検出することにより、前記観察対象物の形状を画像情報
として認識することを特徴としている。そして、請求項
４記載の発明は、観察手段により観察された観察対象物
の形状を任意の倍率で表示手段に表示する観察装置の倍
率調整方法において、前記観察対象物の形状を前記表示
手段に表示する際の倍率を任意に設定する処理と、前記
表示手段上に表示された前記観察対象物の画像から複数
の任意の点を座標情報として抽出する処理と、前記複数
の任意の点を、前記表示手段上の所定の基準位置に順次
合致させたときの前記観察対象物と前記観察手段との相
対的な位置関係を変化量として計測する処理と、前記複
数の任意の点の座標情報と前記位置関係の変化量に基づ
いて、前記表示手段に表示される前記観察対象物の表示
倍率を算出する処理と、該表示倍率及び前記設定倍率を
比較して、一致させる処理と、を含むことを特徴として
いる。

【００１１】すなわち、本発明によれば、観察対象の試
料の任意のパターンについての表示手段上での座標間寸
法と、この座標間寸法に対応する観察手段と試料との位
置関係の変位量とに基づいて実倍率が算出され、設定倍
率との差が補正される。したがって、観察対象の試料を
用いて倍率の調整処理を実行することができるため、既
知の寸法の標準試料を用いた一連の倍率調整処理を事前
に行うことなく、適時倍率の的確な校正を実現すること
ができる。

【００１２】特に、観察手段と試料との位置関係を計測
する計測手段として、マグネスケールやレーザ測長器な
どのように分解能が１／１００μｍオーダーの高精度の
ものを使用することにより、近年のＩＣパターン寸法と
して一般的な１／１０μｍオーダーの寸法測定を精度良
く行うことができ、より正確な倍率の校正を実現するこ
とができる。

【００１３】

【本発明の実施態様】以下、本発明に係る観察装置及び
その倍率調整方法について、実施例を示して説明する。
本発明に係る観察装置の一実施例について、図１を参照
して説明する。図１において、観察装置１０は、観察手
段を構成する顕微鏡１と、移動手段を構成するステージ
２と、計測手段を構成するスケール３と、表示手段を構
成するモニター４と、倍率調整手段を構成する倍率調整
部５と、演算手段及び制御手段を構成するコントローラ
６と、を有して構成されている。

【００１４】顕微鏡１は、例えば、周知の電子顕微鏡で
あって、走査偏向器によりステージ上に搭載された観察
対象の試料（以下、観察試料という）１１を任意の走査
範囲及び倍率で観察する。ステージ２は、Ｘ−Ｙステー
ジ等の移動機構上に試料搭載部を有し、固定された電子
顕微鏡１に対する観察試料１１の相対的な位置関係を任
意に変化させる。

【００１５】スケール３は、観察試料１１が搭載された
ステージ２の位置、すなわち、相対的な位置関係をｘ、
ｙ方向の変化量として検出する計測器であって、例え
ば、周知のマグネスケール、レーザスケール、レーザ干
渉を利用したレーザ測長器等を適用することができる。
モニター４は、電子顕微鏡１により観察された試料１１
を所定の倍率で拡大表示することにより、マウスやキー
ボード等を介してステージ２の移動や倍率の変更、調整
等の操作を行う際のインターフェースとしての役割を果
たす。

【００１６】倍率調整部５は、電子顕微鏡１の鏡筒に設
けられた走査偏向器を調整することにより、ステージ２
上の観察試料１１に対する観察倍率を任意に設定する。
コントローラ６は、電子顕微鏡１の走査、倍率制御、ス
テージ２の移動制御、スケール３によるステージ位置の
変化量の計測、電子顕微鏡１により観察された試料１１
の画像情報のモニター４への拡大表示、オペレータによ
る種々の命令の処理等に加え、後述する倍率調整のため
の演算処理を実行する。具体的な動作については、倍率
調整方法の説明において詳述する。

【００１７】なお、電子顕微鏡１の鏡筒の電子ビームの
経路、観察試料１１は、周知のように、真空状態下に保
持されなければならない。次に、上述した観察装置１０
における倍率調整方法について、図２のフローチャート
に従い、図３から図６を参照して説明する。まず、観察
試料１１に対する表示倍率（設定倍率）Ｍが任意に設定
される。これにより、電子顕微鏡１により観察されたス
テージ２上の観察試料１１、あるいは、観察試料１１の
任意のパターン１１ａが、図３に示すように、見かけ上
Ｍ倍に拡大されてモニター４に画像パターン１２ａとし
て表示される（Ｓ１１）。

【００１８】ここで、観察試料１１のパターンのうち、
モニター４も画面に全体形状が入る大きさを有する矩形
パターン１１ａを任意に選択し（Ｓ１２）、その頂点を
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４とすると、モニター４の画面４
ａには、図４に示すように、各点が対応する頂点Ｄ１、
Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４を有する画像パターン１２ａとして表
示される。

【００１９】次いで、モニター４に表示された画像パタ
ーン１２ａの各頂点Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４のうち、頂
点Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３をマウス等により指示することによ
り、座標情報としてコントローラ６に保持される（Ｓ１
３）。すなわち、モニター４に表示された画像パターン
１２ａの大きさを算出するために必要な数の座標情報を
保持すればよい。そのため、後述する基準点を構成する
クロスカーソルに対して画像パターン１２ａが平行に表
示され、回転方向の変位を生じていない場合には、コン
トローラ６は画像パターン１２ａの２つの頂点Ｄ１、Ｄ
３のみを保持すればよい。

【００２０】そして、モニター４の画面表示範囲の実寸
法とドット数から、単位ドット当たりの寸法をあらかじ
めを求めておくことにより、３点の座標情報から画像パ
ターン１２ａのｘ−ｙ各方向の表示寸法（Ｄ１−Ｄ２、
Ｄ２−Ｄ３）が算出される。次いで、図５に示すよう
に、モニター４の画面４ａに縦横方向、すなわち、ｘ−
ｙ方向に直交するライン（以下、クロスカーソルとい
う）１３を表示し、このラインの交点を基準点１３ａと
する（Ｓ１４）。この基準点１３ａ画面４ａ上での表示
位置は、どの位置でも構わないが、本発明の倍率調整処
理が終了するまでは、基準点１３ａの位置を固定する必
要がある。なお、図５においては、基準点１３ａをクロ
スカーソル１３により表示する例を示したが、小さな十
字カーソル等で表示してもよい。

【００２１】次いで、図６（ａ）に示すように、観察試
料１１が搭載されたステージ２をｘ−ｙ方向に移動し、
モニター４に表示された画像パターン１２ａの頂点Ｄ１
を基準点１３ａに一致させる。このとき、ステージ２に
隣接して設けられたスケール３によりステージ２のｘ−
ｙ方向の位置を計測して、コントローラ６に保持する
（Ｓ１５）。

【００２２】このような操作を画像パターンの頂点Ｄ
２、Ｄ３についても順次繰り返し、計測されたステージ
２の位置から画像パターン１２ａのＤ１−Ｄ２、Ｄ２−
Ｄ３の寸法に対応する観察試料１１の実寸法Ｒ１−Ｒ
２、Ｒ２−Ｒ３が算出される。次いで、観察試料１１の
実寸法と画像パターン１２ａの表示寸法から表示倍率、
すなわち観察装置１０に倍率Ｍを設定した場合の実倍率
ｍを算出する（Ｓ１６）。

【００２３】次いで、設定倍率Ｍと実倍率ｍとを比較し
（Ｓ１７）、実倍率ｍを設定倍率Ｍに一致させるために
必要な調整量を算出する。本実施例においては、電子顕
微鏡１を適用した例を示しているので、実倍率ｍを設定
倍率Ｍに一致させるために必要な調整量は、走査偏向器
への印加電圧の補正量として求められる（Ｓ１８）。次
いで、算出された補正量の分だけ走査偏向器への印加電
圧を補正して、実倍率ｍを設定倍率Ｍに一致させる（Ｓ
１９）。

【００２４】上述したような観察装置の倍率調整方法に
よれば、観察試料の観察中に倍率の校正を適時実行する
ことができるため、従来技術として示したように、事前
に既知の寸法の標準試料を用いた倍率調整処理を行う必
要がない。なお、本実施例においては、特定（一つ）の
設定倍率に対する倍率調整方法について説明したが、倍
率調整の精度を一層向上させるためには、複数の異なる
設定倍率について同様の処理を行えばよい。

【００２５】また、本実施例においては、モニター４に
表示された画像パターン１２ａの各頂点の座標情報をコ
ントローラ６に保持した後、スケール３により観察試料
１１の実寸法を計測したが、この順序を逆にしてもよ
い。さらに、設定倍率Ｍと実倍率ｍを一致させる方法と
して、上述したように実倍率ｍを設定倍率Ｍに一致させ
るように補正量を算出する方法の他に、観察装置におけ
る設定倍率Ｍの表示を実倍率ｍに一致させるように修正
する方法を適用してもよい。

【００２６】次に、観察装置として光学顕微鏡を適用し
た場合について説明する。この場合、顕微鏡としてカメ
ラ付きの光学鏡筒を設けることにより、上述した実施例
と同様に、設定倍率Ｍに対する実倍率ｍを算出すること
ができる。しかしながら、光学顕微鏡においては、その
構成上、連続的な任意の倍率を設定することができない
ため、図２に示した倍率調整方法のうち、設定倍率Ｍと
実倍率ｍとを比較して、補正量を算出し、実倍率ｍを設
定倍率Ｍに一致させる処理を実行することはできない。

【００２７】そのため、図２に示すように、観察試料の
実寸法とモニター上での表示寸法から算出された実倍率
ｍを、モニターあるいは専用のディスプレイ上に実倍率
ｍとして表示することにより（Ｓ２０）、オペレータは
見かけ上の倍率Ｍに囚われることなく正確な倍率を認識
することができる。ところで、上述した実施例において
は、モニター４の画面４ａに単にクロスカーソル１３を
表示して基準点１３ａとすることを説明したが、実際に
は、画像パターン１２ａの明るさに応じてクロスカーソ
ル１３の明るさを変更する必要がある。

【００２８】そのためのクロスカーソルの表示方法とし
て、次のような方法を適用することができる。 観察対象（画像パターン）の明るさ（輝度）が、輝度
データ範囲の１／２よりも明るい場合には、クロスカー
ソルを黒で表示し、１／２より暗い場合には、クロスカ
ーソルを白で表示する。 モニターに表示されている全画像データの中から輝度
データの最小値及び最大値を抽出し、（最小値＋最大
値）／２の明るさとなるようにクロスカーソルを表示す
る。

【００２９】このようなクロスカーソルの表示方法によ
れば、白黒表示機能しか持たないモニターの場合、画像
パターン１２ａ等の観察対象の明るさとクロスカーソル
１３の明るさが近似して、画像パターン１２ａの頂点と
基準点１３ａとの一致状況が認識しづらくなるという問
題を解決することができる。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
観察対象の試料の任意のパターンについての表示手段上
での座標間寸法と、この座標間寸法に対応する観察手段
と試料との位置関係の変位量とに基づいて実倍率が算出
され、設定倍率との差を補正することにより倍率の調整
処理が実行されるため、既知の寸法の標準試料を用いた
一連の倍率調整処理を事前に行うことなく、適時倍率の
的確な校正を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る観察装置の一実施例を示す概略構
成図である。

【図２】本発明に係る観察装置の倍率調整方法を示すフ
ローチャートである。

【図３】観察試料の拡大表示と倍率の関係を説明する概
念図である。

【図４】モニターに表示された画像パターンの例を示す
図である。

【図５】モニターに表示された基準点の一例を示す図で
ある。

【図６】ステージ位置を計測するためのモニター上での
操作例を示す図である。

【符号の説明】

１ 顕微鏡 ２ ステージ ３ スケール ４ モニター ４ａ 画面 ５ 倍率調整部 ６ コントローラ １０ 観察装置 １１ 観察試料 １１ａ 矩形パターン １２ａ 画像パターン １３ クロスカーソル １３ａ 基準点

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】前記観察対象物の形状を画像情報として認
   識する観察手段と、 前記観察対象物と前記観察手段との相対的な位置関係を
   任意に変化させる移動手段と、 前記移動手段による前記位置関係を計測する計測手段
   と、 前記観察手段により観察された前記観察対象物の画像情
   報を表示する表示手段と、 前記観察手段を操作して前記表示手段に表示される前記
   観察対象物の倍率を任意に設定する倍率調整手段と、 前記表示手段上に表示された任意の画像の座標間寸法
   と、前記計測手段により計測された、該画像の座標間寸
   法に相当する前記位置関係とに基づいて、前記表示手段
   に表示された前記観察対象物の表示倍率を算出する演算
   手段と、 前記演算手段により算出された表示倍率と、前記倍率調
   整手段により設定された倍率とを比較して、一致させる
   制御手段と、を具備することを特徴とする観察装置。
2. 【請求項２】前記計測手段は、前記表示手段に表示され
   た画像の複数の任意の点を、所定の基準位置に合致させ
   たときの前記位置関係を変化量として計測し、 前記演算手段は、該変化量に対する前記画像の任意の点
   の座標間寸法を前記表示倍率として算出することを特徴
   とする請求項１記載の観察装置。
3. 【請求項３】前記観察手段は、電子ビームを前記観察対
   象物に照射して発生する２次電子を検出することによ
   り、前記観察対象物の形状を画像情報として認識するこ
   とを特徴とする請求項１又は２記載の観察装置。
4. 【請求項４】観察手段により観察された観察対象物の形
   状を任意の倍率で表示手段に表示する観察装置の倍率調
   整方法において、 前記観察対象物の形状を前記表示手段に表示する際の倍
   率を任意に設定する処理と、 前記表示手段上に表示された前記観察対象物の画像から
   複数の任意の点を座標情報として抽出する処理と、 前記複数の任意の点を、前記表示手段上の所定の基準位
   置に順次合致させたときの前記観察対象物と前記観察手
   段との相対的な位置関係を変化量として計測する処理
   と、 前記複数の任意の点の座標情報と前記位置関係の変化量
   に基づいて、前記表示手段に表示される前記観察対象物
   の表示倍率を算出する処理と、 該表示倍率及び前記設定倍率を比較して、一致させる処
   理と、を含むことを特徴とする観察装置の倍率調整方
   法。