JPWO2018193605A1 - 荷電粒子線装置および荷電粒子線装置における条件設定方法 - Google Patents

Abstract

操作者の経験に基づくトライアンドエラーに陥ることなく荷電粒子線装置にて所望の画質（コントラスト等）の画像を取得できるよう、操作者の観察条件設定を補助する。このため、試料を戴置するステージ１１５と、荷電粒子ビームを試料に照射する荷電粒子光学系と、荷電粒子ビームと試料との相互作用により発生する電子を検出する検出器１２１，１２２と、操作者により設定される観察条件にしたがってステージ及び荷電粒子光学系を制御し、検出器からの検出信号に基づき画像を形成する制御部１０３と、観察条件を設定するための観察アシスト画面を表示するディスプレイ１０４とを有する荷電粒子線装置であって、制御部は、観察条件において荷電粒子光学系により試料に照射される１画素あたりの照射電子量に関する情報５１０を、観察アシスト画面４０１に表示する。

Description

本発明は、荷電粒子線装置および荷電粒子線装置における条件設定方法に関する。

荷電粒子線装置は、対象試料に荷電粒子線を照射することにより、対象試料の観察や分析等を行う。例えば、走査電子顕微鏡は、荷電粒子線として電子線を用い、電子線を細く絞って様々な速度で試料上を走査しながら照射し、それにより発生した二次電子及び反射電子等の検出信号を結像して画像を形成する装置である。

走査電子顕微鏡は、高倍率で試料上の微細な凹凸を観察する用途に用いられるだけでなく、試料内部の組成の違いにより形成される組成コントラスト像、試料表面の微小な電位差により形成されるボルテージコントラスト像に代表される試料解析や、電子線照射により生じるＸ線を検出して行う組成分析用途に広く用いられている。Ｓ／Ｎ良く明瞭なコントラストの画像を取得するためには、高電圧で加速された電子線を細く絞り照射することの他、電子線の照射量と照射時間を適切に設定して電子ビームを走査することが重要になる。

走査電子顕微鏡では、電子線を様々な速度で走査し、試料上から発生する二次電子、反射電子等の検出した信号を結像して画像を形成するため、一領域あたりの電子照射量および照射時間は、取得コントラストに大きく影響を与える。操作者は、それぞれの組み合わせと表示倍率を調整しながら像観察する。画像１枚を形成するために設定する電子照射時間のダイナミックレンジは広く、数１０ミリ秒〜数百秒である。一般に、高精細でシャープな画像を取得するためには、照射電子の走査速度を遅くして長時間電子を照射してＳ／Ｎに優れた画像を取得する。一方、試料の特徴によってチャージやコンタミネーションの問題がある場合には、トータルの照射時間を短く設定することや、領域あたりの照射時間を短くして取得した画像を積算することで所望の画像を取得しなければならない。

また、操作者は、観察中、観察倍率を数十倍から数百万倍の間で視野を変えながら操作するため、電子の照射量と照射時間だけでなく、倍率操作によっても試料表面の領域あたりに照射される時間あたりの電子密度は変化し、取得される走査電子顕微鏡像のコントラストも変化する。

このように走査電子顕微鏡で観察する像質は上記の条件選択によって変わってくるため、操作者には電子照射による試料への影響や取得像のコントラスト変化に対する知識と、走査電子顕微鏡のユーザインターフェースに対する習熟度が求められる。

特開２０１０−１６００２号公報

適切な電子顕微鏡像を取得するには、前述のように観察領域に照射される照射電子の状態を正しく設定することが重要である。しかし、考慮すべき照射電子状態としては、トータルの照射電子数、１画素あたりの照射電子の滞在時間等があり、照射電子状態に影響する関連パラメータは、取得画像の解像度、スキャン速度、照射電流量等多いため、操作者は経験に基づくトライアンドエラーにより観察試料や目的に応じて最適な設定を導き出していることが多い。例えば、特許文献１では、画素数は、観察用途によって変更する必要があることを述べており、１画素に相当する視野範囲に応じて電子ビーム開き角を変化させることで最良の分解能を得ることを開示しているが、取得画像に対するパラメータの意味を視覚的に確認する手段が無く、電子照射条件の違いを操作者が認識して条件設定するのは難しい。

このため、所望の像コントラストの画像を取得するために、トライアンドエラーにより想定以上の操作時間を要してしまったり、経験の浅い操作者においては、チャージやコンタミネーションのため、所望の高精細でシャープネスに優れる画像が取得できなかったりといった課題があった。そこで、電子の照射量と照射時間およびスキャン方式を適切に設定できるよう、操作者の観察条件設定を補助する必要がある。

第１の発明として、試料を戴置するステージと、荷電粒子ビームを試料に照射する荷電粒子光学系と、荷電粒子ビームと試料との相互作用により発生する電子を検出する検出器と、操作者により設定される観察条件にしたがってステージ及び荷電粒子光学系を制御し、検出器からの検出信号に基づき画像を形成する制御部と、観察条件を設定するための観察アシスト画面を表示するディスプレイとを有する荷電粒子線装置であって、制御部は、観察条件において荷電粒子光学系により試料に照射される１画素あたりの照射電子量に関する情報を、観察アシスト画面に表示する。

また、第２の発明として、荷電粒子線装置における条件設定方法であって、荷電粒子線装置の観察条件を設定する条件設定部と荷電粒子線装置による観察像を表示する画像表示部を含むユーザインターフェース画面をディスプレイに表示し、観察像の観察条件での１画素あたりの照射電子量に関する情報を含む観察アシスト画面をディスプレイに表示し、操作部からの指示を受け、観察像をキャプチャする画像キャプチャ条件での１画素あたりの照射電子量に関する情報を観察アシスト画面に表示する。

１画素あたりの照射電子量に関する情報を表示することで、操作者が容易に荷電粒子線装置の条件設定が行えるようになる。

走査電子顕微鏡の概要を示す図。 走査電子顕微鏡のユーザインターフェースを示す図。 電子顕微鏡像のイメージ図。 観察アシスト画面の表示例を示す図。 観察アシスト画面の詳細を示す図。 電子ビームイメージ変化の表示例を示す図。 観察アシスト画面の別の表示例を示す図。 観察アシスト画面の別の表示例を示す図。 観察アシスト画面の別の表示例を示す図。 観察アシスト画面を使用して観察条件を設定するフロー図。

本発明を走査電子顕微鏡に適用した実施例を説明する。走査電子顕微鏡は、観察対象である試料上に照射電子を走査させ、発生する電子を検出して像形成し、操作者は形成された画像により試料を観察する。図１は、走査電子顕微鏡の概要を示す図である。走査電子顕微鏡は鏡体１０１、試料室１０２、制御部１０３、ディスプレイ１０４および操作部１０５を有する。鏡体１０１及び試料室１０２は真空ポンプ１０６により真空が保たれている。鏡体１０１の内部は高真空に維持され、電子銃１１１で作られた電子ビームが試料室１０２のステージ１１５に戴置された試料１１６に向けて進行し、その過程で電子ビームはコンデンサレンズ１１２、対物レンズ１１３といった電磁レンズによって細く絞りこまれる。偏向コイル１１４に走査信号を加えることにより、電子ビームは試料表面で走査（スキャン）される。これらの電子ビームを制御する各機構を包括して電子光学系と称する。電子ビームが試料表面に照射されることにより、電子と試料との相互作用により電子が発生する。試料表面から発生する電子には、発生メカニズムによりエネルギーの異なる電子が含まれる。このため、エネルギーの異なる電子のそれぞれを効率的に検出するため、複数の検出器が設けられることもある。図１の例では、主に二次電子を検出する二次電子検出器１２１、二次電子よりもエネルギーの高い反射電子を主に検出する反射電子検出器１２２が設けられている。また、画像を形成するのみならず、電子ビームを試料に照射することにより発生する特性Ｘ線から元素分析を行うため、ＥＤＸ（Energy dispersive X-ray spectrometry）検出器１２３のような検出器を設けてもよい。二次電子検出器１２１や反射電子検出器１２２で検出された発生電子情報は制御部１０３の画像メモリ１２４に蓄えられ、画像形成され、ディスプレイ１０４に表示される。制御部１０３は、操作部１０５より操作者により設定される観察条件に基づき、走査電子顕微鏡の各機構を制御するとともに、検出器で検出された発生電子情報から画像を形成する。また、操作者による観察条件の設定を容易化するため、制御部１０３にはスキャンモード記憶部１２５が設けられている。スキャンモード記憶部１２５には、複数のあらかじめ定められたスキャンモードが記憶されており、操作者はそれを読み出して観察条件を設定することができる。制御部１０３は設定された観察条件に基づき、走査電子顕微鏡の電子光学系の動作を制御する。制御部１０３はパーソナルコンピュータ（ＰＣ）のような情報制御機器にて実現される。

図２に、走査電子顕微鏡のディスプレイ１０４に表示されるユーザインターフェース画面２００の一例を示す。操作者が観察条件を調整しながら試料観察を行うため、ユーザインターフェース画面２００には、走査電子顕微鏡の観察条件を表示、設定するための条件設定部と観察像を表示する画像表示部とが含まれる。図２の例では、条件設定部として、加速電圧設定部２０１、倍率設定部２０２、スキャン速度設定部２０３、キャプチャ条件設定部２０４、電子光学条件設定部２０５が設けられている。電子光学条件設定部２０５にはプローブ電流モード設定部２０６とビーム状態設定部２０７とが含まれている。また、画像表示部には信号選択部２１５により選択される、走査電子顕微鏡に設けられた検出器から形成される画像（ライブ像）２１１〜２１４が表示される。エネルギーの異なる電子ごとの検出信号またはそれらの組み合わせに基づき画像を形成することができ、例えばライブ像２１１は二次電子（ＳＥ）の検出信号に基づき形成される画像、ライブ像２１３は反射電子（ＢＳＥ）の検出信号に基づき形成される画像である。操作者は、観察目的により、表示するライブ像の数やライブ像を表示させる検出信号の種類を信号選択部２１５により選択することができる。

操作者は、加速電圧設定部２０１、スキャン速度設定部２０３、プローブ電流モード設定部２０６等から走査電子顕微鏡の観察条件を設定する。走査電子顕微鏡の観察条件の設定を容易化するため、スキャン速度については複数のモードがあらかじめ設定されており、操作者はあらかじめ設定されたモードの一つを選択することができる。例えば、図２の例ではスキャン速度設定部２０３には「R1」「S1」等と表示されたボタンが表示されており、それぞれのボタンは、電子ビームが試料表面を走査するスキャン速度の異なるモードに対応している。例えば、操作者は所望の視野領域を探索する場合にR1モード（ＴＶスキャンモード）を選択し、所望の視野領域が見つかったところで、異なるスキャン速度モードに切り替えたり、他のパラメータを調整したりして、ライブ像を所望のコントラストに調整する。また、倍率設定部２０２により観察像の倍率を調整することもできる。最終的に取得したい画像がディスプレイ上に表示できたところで、画像キャプチャまたは保存を行い、最終画像を取得する。画像キャプチャ時の像解像度とスキャン速度については、キャプチャ条件設定部２０４から選択設定する。最終画像の解像度はディスプレイに表示されるライブ画像の解像度よりも高いものが求められる。このため、視野領域探索時に用いられる観察スキャンモードとは別にキャプチャスキャンモードが所望の像解像度に応じてあらかじめ設定されている。以上に説明したようなあらかじめ設定された観察スキャン、キャプチャスキャンの各モードは制御部１０３のスキャンモード記憶部１２５に記憶されている（図１参照）。

しかしながら、あらかじめ設定されたスキャンモードで適切な画質の画像が得られない場合には、操作者は観察条件の調整を行わなければならない。このような場合、観察条件の調整は操作者の経験に基づくトライアンドエラーに陥りがちである。画像のコントラスト等を調整するには照射電子の条件を設定しなければならないが、関連パラメータが多く、理解が難しいことが一因である。さらに、操作者に照射電子の条件を調整するために必要なパラメータが開示されていない場合もある。

組成Ａと組成Ｂとを含む試料の組成コントラスト像を取得する場合を例に説明する。組成コントラスト像は、試料の原子番号効果で生じる反射電子の検出個数の差異によりコントラストが形成される。異なった観察条件、例えば異なる倍率で撮像された組成コントラスト像同士を相対比較するには、Ｘ倍で撮影したときの組成Ａ領域と組成Ｂ領域とのコントラストが、Ｙ倍で撮影したときの組成Ａ領域と組成Ｂ領域とのコントラストと同一であることが望ましい。しかしながら、画素あたりの入力電子数と発生電子の個数にはおおよその比例関係が成り立つとしても、入力電子数に関連するパラメータは多く、倍率を変更すること自体が画素あたりの入力電子数を変えてしまう。このため、Ｘ倍で撮像したときのコントラストをＹ倍で撮像するときに再現するには、倍率変更に伴う入力電子数の変化を相殺させる何らかの観察条件の変更を加える必要が生じる。

別の例として、絶縁材料等の静電容量の大きい試料を観察する場合を挙げる。所定の観察スキャンモードからキャプチャスキャンモードに切り替えて、高倍率条件下で高解像度のキャプチャ画像を取得しようとしたとする。その結果、静電容量の大きい試料の微小領域に多くの電子が照射された結果としてチャージアップ現象が発生し、観察スキャンモードでは観察されていたコントラストがキャプチャ画像からは消失してしまうこともある。

図３に適切な観察結果（キャプチャ画像）が得られない具体的な例を示す。原画像３０１はディスプレイ上に表示される生の画像（ライブ像、ＴＶ像）のイメージ図であり、画像３０２〜３０５は、原画像３０１を所定のキャプチャスキャンモードで取得した電子顕微鏡像のイメージ図（キャプチャ画像）である。輪郭になだらかな輝度諧調が生じた画像３０２は、複数フレームの画像を積算して画像生成するときにビーム照射の影響で発生した像ドリフトの影響を受けて生じる。輪郭が歪んだ（流れた）画像３０３は、電子ビームを比較的長い時間照射したことにより生じたチャージの影響で１フレーム画像を取得する画面の後半に像流れが生じたものである。コントラスト消失画像３０４は、電子ビームを照射したことにより生じたチャージ等の現象が原因でコントラストが消失したものである。強度が変わった画像３０５は、観察条件が変わったことで検出電子のＳ／Ｎの割合が変化したことにより、濃淡の強度が変わってしまったものである。これらは、原画像３０１を取得したときの観察条件から別の観察条件に切り替えたことにより、観察領域当たりの照射電子数が変化したことで像ドリフトやチャージアップが生じたことに起因する。一方、光学条件を調整するパラメータには、観察領域当たりの照射電子数に影響を与える多種類のパラメータが存在する。そこで、本実施例の走査電子顕微鏡においては、観察領域当たりの照射電子数を指標として観察条件を調整するアシスト画面を設け、観察条件を設定できるようにする。

観察アシスト画面を使用して観察条件を設定するフローを図１０に示す。図１０とディスプレイ１０４に表示される操作画面の画面例を参照しながら、操作者が観察条件を調整、設定するフローについて説明する。まず、操作者は観察アシスト画面を表示させる（Ｓ１００１）。図４に、観察アシスト画面がディスプレイ１０４に別ウィンドウの態様で表示された例を示す。走査電子顕微鏡のユーザインターフェース画面２００から電子光学条件設定部２０５のビーム状態ボタン２０７を押すと、ＳＥＭビーム状態を表示する観察アシスト画面４０１が表示される。観察アシスト画面４０１を表示するとき、ユーザインターフェース画面２００は画像表示部に電子顕微鏡像を非表示にできるようにしてもよい。ライブ像の確認が不要な場合には、ライブ像を表示し続けることで、試料に不要な電子ビームを照射することを避けるためである。

図５に観察アシスト画面４０１の詳細を示す。観察アシスト画面には、操作者に理解しやすくするため、画像を取得する観察領域を示す観察領域イメージ図５０１と観察領域に照射される電子ビームを示す電子ビームイメージ図５０８とを表示している。

観察領域イメージ図５０１は、１画素を１マスとして図示し、１フレーム視野を鳥瞰図として表現している。１フレーム中のすべての画素を表示することはできないので、画素の繰り返しの一部は省略し、１フレームと１画素のサイズを同時に確認できるようにしている。観察領域イメージ表示は図５のものには限られない。例えば、一部の画素の省略は図のような点線ではなく、省略波線等で表現してもよく、あるいはフレームイメージと分離して、１〜少数の画素イメージを丸枠等で囲んで表現するといったことも考えられる。更に、このイメージ図の配色や線種を変更することでサイズの変化を表現するようにしてもよい。観察領域イメージ図５０１には、１フレームのサイズ５０２、１フレームあたりのスキャン時間５０３、１ラインあたりのスキャン時間５０４、１画素のサイズ５０５、１画素あたりのスキャン時間（画素時間＝Dwell Time）５０６が合わせて表示され、観察領域イメージ図５０１の視認性を補助している。スキャン時間に関する値については、数値だけで表示するのみならず、スキャンする範囲を直感的に理解しやすくするため、図５のように矢印表示を付する等の工夫を行うことが望ましい。また、特にスキャン時間、画素サイズ、積算数といった値は、照射電子数に直接影響を与える数値であるので、領域５０７にまとめて表示することが望ましい。

電子ビームイメージ図５０８には電子ビームの照射電子の数や照射電流を模擬して表示し、さらに照射電流値５０９を表示している。照射電流値５０９は、電子顕微鏡の鏡体にファラデーカップ等の測定器が設けられていれば実測値を、あるいは、あらかじめ取得しておいた校正値に基づき、当該観察条件での照射電流値を算出して表示する。電子ビームイメージ図５０８の表示例を図６に示す。電子ビームイメージ図は、照射電子の数や照射電流に応じて色や形を変え、操作者が電子ビームの状態をイメージできるよう補助する。原図６０１から照射電子が増加した場合、イメージ図６０２のように照射電子を模擬する白丸の数を増加させる。これに対して、照射電流を高めた場合はイメージ図６０３のように背景の色を赤濃色にする等して、電子ビームを操作者が視覚的にイメージしやすいように変化させる。高倍率になると照射電子密度が高くなる弊害として、ビーム照射による試料のダメージおよび局所的に生じるコンタミネーションの発生がある。照射電子のイメージを図６０２や図６０３のように変化させることによって、ビーム照射によるダメージを試料へ与えることなく、実際の画像取得前に視覚的に確認することが可能になる。基準となる原図６０１とする観察条件は、操作者が電子ビームの条件を調整しやすいよう、観察ごとに設定できるようにしておくことが望ましい。

イメージ図の近傍にドーズ量５１０が表示される。操作者は観察条件の調整、設定にあたり、この値を参照できる。ドーズ量５１０として、図５の例では、１画素あたりの照射電子数、単位長あたりの走査における照射電子数（線密度）、単位面積当たりの照射電子数（面密度）を表示している。これらに代えてこれらに相当する物理量を表示してもよいが、少なくとも観察条件を変えた場合に、１画素あたりの照射電子量の変化が定量的に比較できるよう、操作者が認識できることが重要である。なお、１画素あたりの照射電子数は（照射電流（ｐＡ）×画素時間（μｓ））／ｅ（ｅ：電気素量）で求められる。また、線密度は、１画素あたりの照射電子数／画素サイズで求められる。

また、観察アシスト画面４０１には、ユーザインターフェース画面２００の条件設定部にて走査電子顕微鏡に設定された関連するパラメータを読み取り、関連パラメータ５２０として表示されている。具体的には、関連パラメータ５２０には加速電圧設定部２０１、倍率設定部２０２、スキャン速度設定部２０３、電子光学条件設定部２０５で設定した値が表示されている。

以上説明した通り、走査電子顕微鏡の制御部１０３はライブ像の照射電子量を算出し、照射電子量に関連するパラメータとともに観察アシスト画面４０１に表示する（Ｓ１００２：図１０）。これにより、操作者は画像表示部に表示されているライブ像について、ビーム状態を決定するパラメータとその結果としての照射電子量を観察アシスト画面４０１において一元的に確認することができる。

観察アシスト画面４０１にはスキャン／キャプチャの選択ボタン５２３が配置されているので、操作者はいずれかを選択する（Ｓ１００３）。操作者が観察視野の探索を継続し、通常スキャン条件を調整する場合には「スキャン」を選択し、観察視野を確定しキャプチャスキャン条件の確認、調整を行う場合には「キャプチャ」を選択する。「キャプチャ」を選択した場合には、キャプチャ条件設定部２０４で設定されたキャプチャスキャンモードの関連パラメータと当該関連パラメータに基づき算出される照射電子量とが表示される（Ｓ１００４）。

操作者は、観察開始後、観察スキャンモードで、試料位置と観察倍率を変えながら試料上の観察対象視野を探索する。この段階においては、観察像の輝度コントラストを粗くあわせ、視野探しが可能な程度のＳ／Ｎでできるだけ速い走査速度で電子を照射して視野探しをする。これに対して、キャプチャ画像を取得するためのキャプチャスキャンでは、操作者は十分なＳ／Ｎの画像を取得するため、画素あたりの電子照射時間を長く設定したり、複数フレームの画像を積算させたりする。このため、キャプチャスキャンの設定は、その前段の観察スキャンの設定とは別に設定される。しかし、この切り替えにより、コントラストのつき方が違ったり、視野探し中には見られなかったチャージ等の影響で像ドリフトやハレーションが現れたりすることがあるのは前述の通りである。スキャン／キャプチャの選択ボタン５２３においていずれかを選択することで、通常スキャン、キャプチャスキャンのいずれのスキャンモードに対しても観察アシスト画面４０１により１画素あたりの照射電子量を確認することができる。

観察スキャンにおいて、観察条件を調整する場合について説明する。観察アシスト画面４０１を起動した状態で加速電圧設定部２０１、倍率設定部２０２、スキャン速度設定部２０３、プローブ電流モード設定部２０６の値を更新する（Ｓ１００５）と、それに応じて観察アシスト画面４０１の関連パラメータ５２０を更新し、ビーム状態に関する情報５０１〜５１４を更新させる（Ｓ１００６）。図５の例では読取ボタン５２１と計算ボタン５２２とを示している。ユーザインターフェース画面２００の条件設定部の設定値の変更により観察アシスト画面４０１を自動的に更新させるようにしてもよいし、操作者の指示に応じて観察アシスト画面４０１を更新するようにしてもよい。例えば、操作者により読取ボタン５２１が押された際に関連パラメータ５２０を更新し、計算ボタン５２２が押された際に更新された関連パラメータ５２０により情報５０１〜５１４を更新する。計算ボタン５２２が押されたときのみに更新することで、照射電子量を算出する制御部の負荷を軽減することができる。

また、観察アシスト画面４０１上で、関連パラメータを編集することも可能とする。観察アシスト画面４０１の関連パラメータ５２０を編集可能とし、関連パラメータ５２０を更新して計算ボタン５２２を押した際は、編集された関連パラメータの内容を用いて、情報５０１〜５１４を更新する。図５の例では、画素数、スキャンモードをプルダウンメニューにて編集でき、照射電流量を照射電流入力ボックス５１１に数値入力できるようにした例である。この機能を用いれば、操作者は走査電子顕微鏡のスキャンモードを実際に変更する前に１画素あたりの照射電子量に関連する情報を確認し、算出された１画素あたりの照射電子量に基づき適切な観察条件を設定することができる。観察条件を決定した後、操作者は観察アシスト画面で設定した観察条件を適用するよう操作部から指示することにより、観察を継続する。

所望のライブ像が得られなければ、関連パラメータを再度更新し、所望のライブ像が得られれば画像キャプチャの条件設定を行うため、選択ボタン５２３でキャプチャを選択する（Ｓ１００７、Ｓ１００３）。これにより、キャプチャ条件設定部２０４で設定されたキャプチャスキャンモードの関連パラメータと当該関連パラメータに基づき算出される照射電子量とが表示される（Ｓ１００４）。操作者は観察アシスト画面４０１に表示されるキャプチャスキャンモードでの１画素あたりの照射電子量と観察スキャンでの１画素あたりの照射電子量との乖離を確認する（Ｓ１００８）。乖離が小さい場合は条件の調整不要とし、画像キャプチャを行う（Ｓ１０１１）。乖離が大きい場合は、キャプチャ条件設定部２０４等のキャプチャスキャンに関わる観察条件を調整する（Ｓ１００９）と、それに応じて観察アシスト画面４０１の関連パラメータ５２０を更新し、ビーム状態に関する情報５０１〜５１４を更新させる（Ｓ１０１０）。ステップＳ１００９とステップＳ１０１０の処理は、それぞれステップＳ１００５とステップＳ１００６の処理と同様であるので、説明は省略する。これにより、観察スキャンでの照射電子量との乖離が小さくなれば、画像キャプチャを実行する（Ｓ１０１１）。

なお、図５の例では、関連パラメータ５２０として、写真倍率、画面倍率、ＦＯＶ（Field of View：観察視野サイズ）の少なくともいずれかが表示される。走査電子顕微鏡の写真倍率は従来より像写真を127mm×95mm（４×５写真サイズ）の写真に表示したサイズで倍率を規定していたが、昨今では、画面倍率はディスプレイ１０４に表示したサイズで倍率表示したり、画像視野の寸法を用いたＦＯＶ表示により観察視野の寸法を規定したり、複雑化している。図５に示したように、観察アシスト画面４０３上にて１画素のサイズ５０５等と合わせて表示することにより操作者が違いを認識しやすくなる。

図７に、観察アシスト画面の変形例を示す。走査電子顕微鏡で取得した電子顕微鏡像を電子ファイルとして保存する場合、電子顕微鏡像の電子ファイルと紐づけて、電子顕微鏡像取得時の観察条件の設定内容を付帯情報としてテキストファイルデータの形式で保存することがある。観察アシスト画面４０２に設けた付帯情報取得ボタン７０１を押すことにより、付帯情報または取得した電子顕微鏡像を選択し、選択した付帯情報から必要なパラメータを取得し、取得した付帯情報を観察アシスト画面上にある関連パラメータ５２０に反映させるとともに、照射電子量を算出し、情報５０１〜５１４を表示する。これにより、操作者は過去に取得した電子顕微鏡像について、取得時の電子ビーム状態やスキャン条件を、後からでもディスプレイ１０４で視覚的に確認することができる。なお、制御部１０３以外の情報処理装置に同じプログラムを実行できるようにすれば、制御部１０３以外の情報処理装置でも実現できる。

また、付帯情報取得ボタン７０１から付帯情報を選択して取得後、送信ボタン７０２にてユーザインターフェース画面２００の条件設定部に観察条件を送信することができる。これにより、過去の電子顕微鏡像取得時と同じ観察条件を再現することができる。

図８、図９に観察アシスト画面の別の変形例を示す。図８に示した観察アシスト画面４０３では、表示されたライン走査に関するパラメータ５０４、フレーム走査に関するパラメータ５０３、画素時間に関するパラメータ５０６、画素数５０２について、観察アシスト画面４０３からパラメータを編集でき、走査電子顕微鏡の設定を直接変更することができるものとする。操作者は、編集したパラメータのスキャンモードを、観察アシスト画面４０３中の保存ボタン８０１により名前をつけて保存することができる。保存したスキャンモードの情報は制御部１０３のスキャンモード記憶部１２５にオリジナルスキャンモードとして記憶される。保存したスキャンモードを操作者オリジナルのスキャンモードとして呼び出せるように、標準のスキャン速度設定部２０３と同じように、オリジナルスキャンモード設定部８０２をユーザインターフェース画面２００に配置する。オリジナルスキャンモード設定部８０２を配置したユーザインターフェースの一例を図９に示す。

図９では、操作者が編集し生成したスキャンモードと頻繁に使う標準のスキャンモードをスキャンモードリスト９０１として表示できることが特徴である。これにより一度スキャンモードリストを決定すれば、観察対象や目的に応じて予め保存したスキャンモードを容易に設定することが可能になる。さらに、ルーティン観察時にも操作者は繰り返しスキャン設定を編集する必要がなくなり、スループット良く観察することができる。スキャンモードリストには観察アシスト画面４０３へ遷移するための観察アシストボタン９０２（例えば、ビーム状態ボタン）を設けてもよい。

以上、本発明を走査電子顕微鏡に適用した例を説明した。適用対象は、これに限られず、電子線を照射して試料を観察する顕微鏡一般、例えば透過電子顕微鏡、走査型透過電子顕微鏡にも適用可能であり、イオンビームを試料に照射する集束イオンビーム装置（ＦＩＢ：Focused Ion Beam）にも適用可能なものである。

また、操作画面のディスプレイへの表示方法も実施の形態記載のものに限定されず、さまざまな変形が可能なものである。例えば、観察アシスト画面をユーザインターフェース画面２００と別ウィンドウの態様で表示されるようにしたが、ユーザインターフェース画面の一部として同じウィンドウの態様で表示されるようにしてもよい。また、例えば、観察アシスト画面上で関連パラメータを更新した場合、あるいはスキャンとキャプチャとを切り替えたときなどに、新旧の観察アシスト画面の情報を容易に比較できるように、観察アシスト画面を複数開けるようにしたり、観察アシスト画面上に更新前の情報を残して表示したりしてもよい。

１０１：鏡体、１０２：試料室、１０３：制御部、１０４：ディスプレイ、１０５：操作部、１０６：真空ポンプ、１１１：電子銃、１１２：コンデンサレンズ、１１３：対物レンズ、１１４：偏向コイル、１１５：ステージ、１１６：試料、１２１：二次電子検出器、１２２：反射電子検出器、１２３：ＥＤＸ検出器、１２４：画像メモリ、１２５：スキャンモード記憶部。

第１の発明として、試料を載置するステージと、荷電粒子ビームを試料に照射する荷電粒子光学系と、荷電粒子ビームと試料との相互作用により発生する電子を検出する検出器と、操作者により設定される観察条件にしたがってステージ及び荷電粒子光学系を制御し、検出器からの検出信号に基づき画像を形成する制御部と、観察条件を設定するための観察アシスト画面を表示するディスプレイとを有する荷電粒子線装置であって、制御部は、観察条件において荷電粒子光学系により試料に照射される１画素あたりの照射電子量に関する情報を、観察アシスト画面に表示する。

本発明を走査電子顕微鏡に適用した実施例を説明する。走査電子顕微鏡は、観察対象である試料上に照射電子を走査させ、発生する電子を検出して像形成し、操作者は形成された画像により試料を観察する。図１は、走査電子顕微鏡の概要を示す図である。走査電子顕微鏡は鏡体１０１、試料室１０２、制御部１０３、ディスプレイ１０４および操作部１０５を有する。鏡体１０１及び試料室１０２は真空ポンプ１０６により真空が保たれている。鏡体１０１の内部は高真空に維持され、電子銃１１１で作られた電子ビームが試料室１０２のステージ１１５に載置された試料１１６に向けて進行し、その過程で電子ビームはコンデンサレンズ１１２、対物レンズ１１３といった電磁レンズによって細く絞りこまれる。偏向コイル１１４に走査信号を加えることにより、電子ビームは試料表面で走査（スキャン）される。これらの電子ビームを制御する各機構を包括して電子光学系と称する。電子ビームが試料表面に照射されることにより、電子と試料との相互作用により電子が発生する。試料表面から発生する電子には、発生メカニズムによりエネルギーの異なる電子が含まれる。このため、エネルギーの異なる電子のそれぞれを効率的に検出するため、複数の検出器が設けられることもある。図１の例では、主に二次電子を検出する二次電子検出器１２１、二次電子よりもエネルギーの高い反射電子を主に検出する反射電子検出器１２２が設けられている。また、画像を形成するのみならず、電子ビームを試料に照射することにより発生する特性Ｘ線から元素分析を行うため、ＥＤＸ（Energy dispersive X-ray spectrometry）検出器１２３のような検出器を設けてもよい。二次電子検出器１２１や反射電子検出器１２２で検出された発生電子情報は制御部１０３の画像メモリ１２４に蓄えられ、画像形成され、ディスプレイ１０４に表示される。制御部１０３は、操作部１０５より操作者により設定される観察条件に基づき、走査電子顕微鏡の各機構を制御するとともに、検出器で検出された発生電子情報から画像を形成する。また、操作者による観察条件の設定を容易化するため、制御部１０３にはスキャンモード記憶部１２５が設けられている。スキャンモード記憶部１２５には、複数のあらかじめ定められたスキャンモードが記憶されており、操作者はそれを読み出して観察条件を設定することができる。制御部１０３は設定された観察条件に基づき、走査電子顕微鏡の電子光学系の動作を制御する。制御部１０３はパーソナルコンピュータ（ＰＣ）のような情報制御機器にて実現される。

なお、図５の例では、関連パラメータ５２０として、写真倍率、画面倍率、ＦＯＶ（Field of View：観察視野サイズ）の少なくともいずれかが表示される。走査電子顕微鏡の写真倍率は従来より像写真を127mm×95mm（４×５写真サイズ）の写真に表示したサイズで倍率を規定していたが、昨今では、画面倍率はディスプレイ１０４に表示したサイズで倍率表示したり、画像視野の寸法を用いたＦＯＶ表示により観察視野の寸法を規定したり、複雑化している。図５に示したように、観察アシスト画面４０１上にて１画素のサイズ５０５等と合わせて表示することにより操作者が違いを認識しやすくなる。

Claims (12)

1. 試料を戴置するステージと、
   荷電粒子ビームを前記試料に照射する荷電粒子光学系と、
   前記荷電粒子ビームと前記試料との相互作用により発生する電子を検出する検出器と、
   操作者により設定される観察条件にしたがって前記ステージ及び前記荷電粒子光学系を制御し、前記検出器からの検出信号に基づき画像を形成する制御部と、
   前記観察条件を設定するための観察アシスト画面を表示するディスプレイとを有し、
   前記制御部は、前記観察条件において前記荷電粒子光学系により前記試料に照射される１画素あたりの照射電子量に関する情報を、前記観察アシスト画面に表示する荷電粒子線装置。
2. 請求項１において、
   前記制御部は、前記１画素あたりの照射電子量に関する情報として、１画素あたりの照射電子数、単位長あたりの走査における照射電子数、単位面積あたりの照射電子数のいずれか少なくとも１つを前記観察アシスト画面に表示する荷電粒子線装置。
3. 請求項１において、
   前記制御部は、前記観察アシスト画面に前記画像の画質に影響する関連パラメータをあわせて表示する荷電粒子線装置。
4. 請求項３において、
   操作者の入力を受ける操作部を有し、
   前記制御部は、前記観察アシスト画面上で、前記操作部により編集された関連パラメータが適用された場合の観察条件において、前記荷電粒子光学系により前記試料に照射される１画素あたりの照射電子量に関する情報を、前記観察アシスト画面に表示する荷電粒子線装置。
5. 請求項４において、
   前記制御部は、前記操作部からの指示を受け、前記操作部により編集された関連パラメータを適用した観察条件にしたがって前記ステージ及び前記荷電粒子光学系を制御する荷電粒子線装置。
6. 請求項４において、
   前記制御部は、あらかじめ定められたスキャンモードを記憶するスキャンモード記憶部を有し、
   前記制御部は、前記操作部により編集された関連パラメータが適用されるスキャンモードをオリジナルスキャンモードとして前記スキャンモード記憶部に記憶し、前記観察条件を設定する際に、前記あらかじめ定められたスキャンモードまたは前記オリジナルスキャンモードを読み出し可能とする荷電粒子線装置。
7. 請求項１において、
   前記制御部は、電子ファイルとして保存された画像に紐づけられた付帯情報に含まれる観察条件を読み出し、前記付帯情報に含まれる観察条件において前記荷電粒子光学系により前記試料に照射される１画素あたりの照射電子量に関する情報を、前記観察アシスト画面に表示する荷電粒子線装置。
8. 荷電粒子線装置の観察条件を設定する条件設定部と前記荷電粒子線装置による観察像を表示する画像表示部とを含むユーザインターフェース画面をディスプレイに表示し、
   前記観察像の観察条件での１画素あたりの照射電子量に関する情報を含む観察アシスト画面を前記ディスプレイに表示し、
   操作部からの指示を受け、前記観察像をキャプチャする画像キャプチャ条件での１画素あたりの照射電子量に関する情報を前記観察アシスト画面に表示する、荷電粒子線装置における条件設定方法。
9. 請求項８において、
   前記１画素あたりの照射電子量に関する情報として、１画素あたりの照射電子数、単位長あたりの走査における照射電子数、単位面積あたりの照射電子数のいずれか少なくとも１つを前記観察アシスト画面に表示する、荷電粒子線装置における条件設定方法。
10. 請求項８において、
    前記観察アシスト画面に、前記観察像または前記観察像をキャプチャして取得されるキャプチャ画像の画質に影響する関連パラメータをあわせて表示し、
    前記観察アシスト画面上に表示された関連パラメータに対して、前記操作部より編集を受け、
    前記操作部により編集された関連パラメータが適用された場合の観察条件における１画素あたりの照射電子量に関する情報を前記観察アシスト画面に表示する、荷電粒子線装置における条件設定方法。
11. 請求項１０において、
    前記操作部からの指示を受け、前記操作部により編集された関連パラメータを適用した観察条件での前記観察像の表示または前記キャプチャ画像の取得を行う、荷電粒子線装置における条件設定方法。
12. 請求項１０において、
    前記操作部により編集された関連パラメータが適用されるスキャンモードをオリジナルスキャンモードとして記憶する、荷電粒子線装置における条件設定方法。

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