(57)【要約】【課題】コストアップと装置の大型化を防ぎなから、試料の表面の立体形状を容易に得ることができる走査電子顕微鏡を提供する。【解決手段】対物レンズにより電子ビームを集束させて試料を走査し、試料から発生する信号を検出して第１の画像を生成して表示装置の画面へ表示させ、対物レンズの励磁を変えた後に電子ビームを集束させて試料を走査し、試料から発生する信号を検出して第２の画像を生成して表示装置の画面へ表示させ、表示装置の画面に表示させた第２の画像の焦点が合うように制御電極に印加される電圧を調整した後に電子ビームを集束させて試料を走査し、試料から発生する信号を検出して第３の画像を生成し、表示装置の画面に表示させる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子ビームを試料上に集束する対物レンズと、前記電子ビームを前記試料上で走査する走査偏向器と、前記電子ビームの照射によって前記試料から発生する信号を検出する検出器と、該検出器で得られた信号から画像を生成し、表示装置へ表示させる画像処置部とを備えた走査型電子顕微鏡において、
画像を生成し、表示された後、前記対物レンズの励磁条件を変化させる対物レンズ制御部を備え、前記画像処理部は、前記対物レンズ制御部により励磁条件が変化させられた前記対物レンズで前記電子ビームを前記試料に集束させ、前記検出器で得られた信号に基づいて第２の画像を生成し、前記表示装置へ該第２の画像を表示させるとともに、さらに前記第２の画像の焦点が合うように前記電子ビームの焦点を調整する制御電極を設け、前記画像処理部は、該制御電極により焦点が調整された後に、前記検出器で検出された信号から第３の画像を生成し、前記表示装置へ表示することを特徴とする走査型電子顕微鏡。
【請求項２】
請求項１の記載において、前記第３の画像は複数生成され、該複数の第３の画像を記憶する記憶部を設けたことを特徴とする走査型電子顕微鏡。
【請求項３】
請求項２の記載において、前記画像処理部は、前記記憶部に記憶された前記複数の第３の画像を前記表示装置の画面のひとつの領域に同時に表示させることを特徴とする走査型電子顕微鏡。
【請求項４】
請求項２の記載において、前記画像処理部は、前記記憶部に記憶された前記複数の第３の画像から立体像を生成し、前記表示装置の画面へ表示させることを特徴とする走査型電子顕微鏡。
【請求項５】
請求項２の記載において、第３の画像の枚数は任意に指定されることを特徴とする走査型電子顕微鏡。
【請求項６】
前記第３の画像の枚数の指定は、枚数を入力指定する領域が表示されることを特徴とする走査型電子顕微鏡。
【請求項７】
前記第３の画像は角度で指定されることを特徴とする走査型電子顕微鏡。
【請求項８】
請求項７の記載において、前記角度の指定は、角度を入力する領域が表示されることを特徴とする走査型電子顕微鏡。
【請求項９】
指定された角度に応じて磁場レンズの励磁電流を制御することを特徴とする走査型電子顕微鏡。
【請求項１０】
請求項１の記載において、前記対物レンズは磁場レンズであり、前記制御電極は静電レンズであることを特徴とする走査型電子顕微鏡。
【請求項１１】
請求項１の記載において、前記対物レンズのレンズ面と前記制御電極のレンズ面とは同一面にあることを特徴とする走査型電子顕微鏡。
【請求項１２】
前記第１の画像と、対物レンズの励磁電流を変化させて得られた第３の画像の位置ずれが生じた場合、第１の画像を規準として位置を合わせることを特徴とした走査型電子顕微鏡。
【請求項１３】
対物レンズにより電子ビームを集束させて試料を走査し、該試料から発生する信号を検出して第１の画像を生成して表示装置の画面へ表示させ、前記対物レンズの励磁を変えた後に前記電子ビームを集束させて前記試料を走査し、該試料から発生する信号を検出して第２の画像を生成して前記表示装置の画面に表示させ、該表示装置の画面に表示された前記第２の画像の焦点が合うように制御電極に印加させる電圧を調整した後に前記電子ビームを集束させて前記試料を走査し、該試料から発生する信号を検出して第３の画像を生成し、前記表示装置の画面に表示させることを特徴とする電子顕微鏡の像表示方法。
【請求項１４】
請求項１３の記載において、前記第３の画像は複数生成され、該複数の第３の画像が記憶部に記憶されることを特徴とする電子顕微鏡の像表示方法。
【請求項１５】
請求項１４の記載において、前記記憶部に記憶された前記複数の第３の画像を前記表示装置の画面のひとつの領域に同時に表示させることを特徴とする電子顕微鏡の像表示方法。
【請求項１６】
請求項１４の記載において、前記記憶部に記憶された前記複数の第３の画像から立体像を生成し、前記表示装置の画面へ表示させることを特徴とする電子顕微鏡の像表示方法。
【請求項１７】
請求項１４の記載において、指定された枚数の第３の画像で立体像を生成することを特徴とする電子顕微鏡の像表示方法。
【請求項１８】
請求項１４の記載において、指定された角度で取得した第３の画像で立体像を生成することを特徴とする電子顕微鏡の像表示方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は走査電子顕微鏡に係り、特に半導体装置の製造プロセスにおける半導体ウエハ等の試料を様々な方向から観察して形状を判別する走査電子顕微鏡、および走査電子顕微鏡における像表示方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造プロセスにおいて、半導体ウエハとよばれる基板に回路パターンが形成されていく過程で、異物の付着，パターンの転写寸法不良，加工不良などの欠陥が発生する場合がある。この欠陥を製造プロセスの途中で早期に発見し、工程を見直すことで半導体装置の製造歩留まりを向上させることができる。欠陥は非常に微小なので、発見には走査電子顕微鏡（Scanning Electron Microscope、以下、ＳＥＭと略す場合がある）の技術を応用した検査装置が利用されている。
【０００３】
例えば、半導体試料の微細な寸法を測長するＣＤ−ＳＥＭと呼ばれる測長用電子顕微鏡装置や、検査の段階で異常な測長値が検出された場所や異物を検出した場所を更に詳細に観察し分析するレビューＳＥＭと呼ばれる観察用電子顕微鏡装置がある。特に、レビューＳＥＭにおいては、異常個所や異物である欠陥の種類を判別したり、分析することで、欠陥の原因となった工程を特定したり、異物の混入箇所を特定し、半導体ウエハの製作過程における歩留まりの向上に大きな役割を果たす。
【０００４】
欠陥あるいは異物の形状、特に凹凸情報は、欠陥の種類や異物を特定するのに重要である。異物ならば試料の表面から凸状に高さをもっており、表面研磨時の傷であれば、表面から凹状に低くなっている。また、エッチング工程における不良は、形成された穴の側面の傾斜の程度によって判断できる。
【０００５】
ＳＥＭを用いた観察において、試料の凹凸情報を見る場合や、平面観察では見えない部分を観察する場合、試料を傾斜させる、或いはビームを傾斜させることでそれらの情報を得ることができる（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
試料のＳＥＭ像を立体的に表示する手法として、４分割された反射電子検出器で検出した信号を合成する手法や（例えば、特許文献２参照）、立体像に陰影を付けて表示する手法（例えば、特許文献３，特許文献４参照）が知られている。
【０００７】
これらの手法により、試料の表面の凹凸の状況を分解能の高いＳＥＭ画像で表示できるので、装置のオペレータにとって、その欠陥が何であるかを判定し易くなるという利点がある。しかし、複数個の検出器を配置する構成は、装置のコストアップによる製品単価の上昇と大型化が避けられないため、現状よりも簡単で安価な構成で、試料の表面の立体形状を容易に表示することができる装置が求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００６−４９１６１号公報
【特許文献２】特開２００２−３１５２０号公報
【特許文献３】特開２００１−１１０３５１号公報
【特許文献４】特開２００６−２２８９９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、装置のコストアップと大型化を防止して、試料の表面の立体形状を容易に表示することができる走査電子顕微鏡を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明の実施形態は、対物レンズにより電子ビームを集束させて試料を走査し、試料から発生する信号を検出して第１の画像を生成して表示装置の画面へ表示させ、対物レンズの励磁を変えた後に電子ビームを集束させて試料を走査し、試料から発生する信号を検出して第２の画像を生成して表示装置の画面へ表示させ、表示装置の画面に表示された第２の画像の焦点が合うように制御電極に印加される電圧を調整した後に電子ビームを集束させて試料を走査し、試料から発生する信号を検出して第３の画像を生成し、表示装置の画面に表示させる構成としたものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、装置のコストアップと大型化を防止して、試料の表面の立体形状を容易に得ることができる走査電子顕微鏡を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】走査電子顕微鏡の概略構成を示す縦断面図である。
【図２】図１の試料上の部分のみを取り出した縦断面図である。
【図３】画像の例を示す画面図である。
【図４】試料上の部分のみを取り出した斜視図である。
【図５】試料の表面形状を示す斜視図である。
【図６】凹凸輪郭を有する対象物の電子ビームによる走査の領域を示す平面図である。
【図７】凹凸輪郭を有する対象物の画像を示す画面図である。
【図８】図１の試料上の部分のみを取り出した縦断面図である。
【図９】図１の試料上の部分のみを取り出した縦断面図である。
【図１０】凹凸輪郭を有する対象物の電子ビームによる走査の領域を示す平面図である。
【図１１】凹凸輪郭を有する対象物の画像を示す画面図である。
【図１２】図１の試料上の部分のみを取り出した縦断面図である。
【図１３】回転した画像を取得するときの手順を示すフローチャートである。
【図１４】回転した画像を取得するときの手順を示すフローチャートである。
【図１５】凹凸輪郭を有する対象物の電子ビームによる走査の領域を示す平面図である。
【図１６】試料の拡大像を表示する像表示装置の画面図である。
【図１７】試料の拡大像を表示する像表示装置の画面図である。
【図１８】図１に示した対物レンズの縦断面図である。
【図１９】図１に示した対物レンズの縦断面図である。
【図２０】試料の拡大像を表示する像表示装置の画面図である。
【図２１】試料の拡大像を表示する像表示装置の画面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
【００１４】
図１は、走査電子顕微鏡の概略構成を示す縦断面図であり、各機器を真空中に納める真空カラムは省略している。
【００１５】
電子銃１０１は、電子源１０２，引出電極１０３，加速電極１０４から構成される。電子源１０２と引出電極１０３との間に引出電圧Ｖ１が印加されて、電子源１０２から電子ビーム１０５が引き出される。加速電極１０４は、アース電位に維持され、加速電極１０４と電子源１０２との間に加速電圧Ｖ０が印加され、この加速電圧Ｖ０によって電子ビーム１０５は加速される。
【００１６】
加速された電子ビーム１０５は、レンズ制御電源１０７に接続された第１の集束レンズ１０８、および第２の集束レンズ１０９によって、光軸１３１上にクロスオーバ１３２，１３３を持つように集束される。絞り１０６により、第１の集束レンズ１０８を通過した電子ビーム１０５の横に広がる不要なエネルギーが除去される。電子ビーム１０５は、対物レンズ１１０によって、試料ステージ１１１上の半導体ウエハ等の試料１１２に集束される。
【００１７】
磁場レンズである対物レンズ１１０の励磁電流は、対物レンズ制御部１１３により制御される。静電レンズで構成される制御電極１１４は、試料１１２へ焦点が合うように電子ビーム１０５の開き角を調整する。制御電極１１４に印加される電圧は、制御電極制御部１１５により制御される。
【００１８】
試料１１２は、集束された電子ビーム１０５によって照射され、走査信号発生装置１１６に接続されたＹ偏向器１１７，Ｘ偏向器１１８によって偏向されることで、試料１１２の表面を走査される。電子ビーム１０５の非点収差を補正する非点収差補正器１１９は、非点収差補正制御部１２０により制御される。
【００１９】
電子ビーム１０５が試料１１２の表面で走査されると、試料１１２から二次電子や反射電子が放出される。一般に、５０ｅＶを境界として以下を二次電子、以上を反射電子と呼んでいる。以下、二次電子や反射電子を総称して二次信号１２１と呼ぶ。試料１１２で発生した二次信号１２１は、直交電磁界発生器１２２によって軌道を曲げられ、検出器１２３によって検出される。直交電磁界発生器１２２は、下方から上方へ向かう二次信号１２１に対して軌道を曲げ、上方から下方へ向かう電子ビーム１０５に対しては影響を及ぼさない。前述のように二次信号１２１は電子自身のエネルギーに大小があり、試料１１２から放出された後の軌道に差があるため、エネルギーが大きく直線性の高い反射電子は対物レンズ１１０の近くに設置された図示しない反射電子検出器で検出し、エネルギーが小さい二次電子は、図示しないブースティング電極で直交電磁界発生器１２２の高さまで引上げられてから図示しない二次電子検出器で検出する構成を採用している走査電子顕微鏡もある。このように、二次信号１２１の特徴により検出系の機能を工夫することができるが、本発明は、様々な検出系に共通の技術なので、本発明の実施態様では、検出系の機能や構成は限定していない。
【００２０】
二次信号１２１を検出した検出器１２３から出力される信号は増幅され、ディジタル信号に変換され、画像処理部１２４の記憶部１２５へ保持される。また、像表示装置１２６の輝度変調信号とすることで、像表示装置１２６に試料１１２の拡大像を表示することができる。拡大像の倍率は、Ｙ偏向器１１７やＸ偏向器１１８によって試料１１２の表面を電子ビーム１０５が走査されたときの偏向幅と、像表示装置１２６に表示された試料１１２の画像の幅の比である。
【００２１】
前述したレンズ制御電源１０７，非点収差補正制御部１２０，走査信号発生装置１１６，画像処理部１２４は、主制御部１２７に接続され、主制御部１２７のプロセッサーによって統合制御される。
【００２２】
試料１１２を載せた試料ステージ１１１は、ステージ駆動装置１２８により水平移動可能である。必要に応じて試料１１２を高さ方向へ移動させる移動機構を組み込んでもよい。試料ステージ１１１の水平方向の位置は、位置モニター用測定装置１２９により測定され、主制御部１２７へ送られる。
【００２３】
高さ測定装置１３４は試料１１２の高さを測定し、その値を主制御部１２７へ送り、主制御部１２７はこの値に基づいてレンズ制御電源１０７に送る制御値を決定し、レンズ制御電源１０７から送られる制御値によって各レンズの強度が制御されて、電子ビーム１０５の焦点が試料１１２に合わせられる。
【００２４】
高分解能の画像を得るためには、高エネルギーの電子ビーム１０５を試料１１２へ照射する必要がある。しかし、材料によっては破壊されてしまう場合があるため、試料１１２へ可変減速電源１３０から電圧を印加して、電子銃１０１と試料１１２との間に電位差をつくり、電子ビーム１０５が試料１１２上では低エネルギーになるようにして、試料１１２の破壊を防ぐリターディングと呼ばれる既知の技術が用いられる。
【００２５】
図２は、図１の試料上の部分のみを取り出した縦断面図、図３は、画像の例を示す画面図である。レビューＳＥＭでは、検出器を複数個配置し、電子ビームの走査方向と検出器の配置との関係から、画像の陰影状態を検知して試料の凹凸を判定することが行われている。例えば、図２に示すように、光軸２０１を中心として２個の検出器２０２，２０３を対向配置し、電子ビーム２０４を矢印で示すように走査して、試料２０５から発生する信号を、２個の検出器２０２，２０３で検出する構成が知られている。図３は、この構成により得られた画像の例で、図３（ａ）は、検出器２０３で検出された信号に基づいて形成された画像であり、画面３０１には、試料の輪郭３０２の他に、影３０３が現れている。図３（ｂ）は、検出器２０２で検出された信号に基づいて形成された画像であり、画面３０１には、試料の輪郭３０４の他に、影３０５が現れている。両方の画像を並べてディスプレイに表示させることにより、オペレータは２つの画像の陰影の状態から、その撮像された対象物が凸の形状をしていると判断できる。対象物が凹状の場合は、検出器２０３で検出された信号の画像は、図３（ａ）に示すようになり、検出器２０２で検出された信号の画像は、図３（ｂ）に示すようになる。
【００２６】
図４は、図１の試料上の部分のみを取り出した斜視図、図５は、試料の表面形状を示す斜視図である。図４に示すように、６個の検出器４０１，４０２，４０３，４０４，４０５，４０６を光軸４０７の周りに配置して試料４０８からの信号情報量を増やし、図５に示すように、画面に三次元像５０１を表示させることができる。この画面表示であれば、オペレータは、直感的に立体形状５０２を見ることができるので、図２および図３に示したような、画面内の影と検出器の位置とを合わせて凹凸状態を判断する必要がない。しかし、複数個の検出器を配置する構成は、装置のコストアップと大型化が避けられないため、簡単な構成で試料の表面の立体形状を容易に知ることができる構成が求められている。
【００２７】
図６から図１１は、磁場レンズによる電子ビームの回転を説明する図で、図６と図１０は、図５に示したような凹凸輪郭を有する対象物の電子ビームによる走査の領域を示す平面図、図７と図１１は、図５に示したような凹凸輪郭を有する対象物の画像を示す画面図である。また、図８と図９は、図１の試料上の部分のみを取り出した縦断面図である。
【００２８】
図６に示すように、凹凸部の輪郭６０４を有する試料６０１の表面を、走査開始点６０２の位置から電子ビームで走査し、領域６０３の全体を走査する。図７は、これにより得られた画面の例で、像表示装置１２６の画面７０１に、図６の試料６０１の画像７０２が表示される。このときの電子ビームの状態は、図８に示すように、電子ビーム１０５の焦点が試料６０１に合うように、対物レンズ制御部１１３によって対物レンズ１１０の励磁条件が調整されている。
【００２９】
試料の対象物の高さが高くなり、その高い部分に焦点を合わせるために、対物レンズの励磁条件を変えると、得られる画像が回転する。これを、図９から図１１を用いて説明する。図９において、試料６０１の高さが変わって試料面９０１の位置になった場合、この位置に電子ビーム１０５の焦点が合うように、対物レンズ制御部１１３により対物レンズ１１０の励磁強度を強くし、軌跡９０２から軌跡９０３に電子ビーム１０５の軌跡を変える。このとき、磁場レンズは電子ビーム１０５に対して回転作用を及ぼすため、図１０に示すように、試料６０１上の凹凸部の輪郭６０４に対して電子ビーム１０５で走査される領域１００１が回転してしまう。そして、得られる画像は、図１１に示すように、像表示装置１２６に表示された画面７０１に表示されるような、凹凸部の輪郭１１０２が回転した位置にある像１１０１になってしまう。試料６０１が図１０に示すような回転していることが判り易い凹凸部の輪郭６０４であれば、像１１０１が回転していることが判るが、像１１０１が方向性のない輪郭しか含まない場合は、回転しているかどうか判らない。また、対物レンズ１１０の励磁強度を強くして電子ビーム１０５の絞りを強めると、焦点深度が浅くなり、焦点のずれによって像１１０１がぼけた画像になってしまう可能性がある。
【００３０】
図１２は、図１の試料上の部分のみを取り出した縦断面図である。対物レンズ１１０の近傍に、制御電極１１４を設け、試料１１２の高さが変化したとき、対物レンズ１１０の励磁強度を変えずに、制御電極１１４に与える電圧を変えて、焦点が試料１１２に合うように、主制御部１２７で制御する。例えば、図１２に示すように、試料１１２の試料面１２０４に焦点が合った状態で、制御電極１１４への印加電圧が０であるとする。試料１１２の高さが試料面１２０１まで上昇した場合、対物レンズ１１０の励磁強度を上げると、電子ビーム１０５は軌跡１２０１から軌跡１２０２に変わるので、電子ビーム１０５の焦点が上昇し、試料面１２０１に焦点を合わせることができる。しかし、図９で説明したように、画像が回転してしまうので、試料１１２の高さが試料面１２０１まで上昇した場合、対物レンズ１１０の励磁強度を上げずに、制御電極制御部１１５から制御電極１１４に負の電圧を与えると、電子ビーム１０５は軌跡１２０２が軌跡１２０１に変化し、電子ビーム１０５の焦点が上昇し、試料面１２０１に焦点を合わせることができる。このとき、対物レンズ１１０の励磁強度は変えず、静電レンズである制御電極１１４の電圧を変えるだけで、図１１に示したような画像の回転なしで、焦点を新しい面の高さに合わせることができる。制御電極１１４へ印加する電圧の変更値は、制御電極１１４への印加電圧の初期値に対して、焦点を上昇させる場合は負の方向とし、焦点を下降させる場合は正の方向とする。したがって、制御電極１１４への印加電圧の初期値が０である場合、焦点を上昇させる場合は負の電圧、焦点を下降させる場合は正の電圧を制御電極１１４へ与える。制御電極１１４への印加電圧の初期値が正の値である場合、焦点を上昇させる場合はその値よりも小さな電圧、焦点を下降させる場合はその値よりも大きな電圧を制御電極１１４へ与える。制御電極１１４への印加電圧の初期値が負の値である場合、焦点を上昇させる場合はその値よりも小さな電圧、焦点を下降させる場合はその値よりも大きな電圧を制御電極１１４へ与える。
【００３１】
一方、上述の原理を応用して、回転させた画像を取得することができる。図１２において、試料１１２の試料面１２０４を一定としたとき、対物レンズ１１０の励磁強度を上げ、電子ビーム１０５を軌跡１２０２から軌跡１２０３に変えることで仮の試料面１２０１まで焦点を上昇させる。そうすると、図１０に示したように走査の方向が回転するとともに、焦点は試料面１２０１にあり、試料面１２０４には合っていないので、試料１１２の画像はぼけたものになってしまう。
【００３２】
そこで、制御電極１１４に電圧を与えて、電子ビーム１０５が軌跡１２０３から軌跡１２０２に変えて、焦点を試料面１２０４に合うように制御する。こうすると、走査方向が回転した状態で焦点の合った試料１１２の画像を得ることができる。実際の制御では、対物レンズ１１０の励磁強度を変えてから制御電極へ印加する電圧を変えるのではなく、両者を一度に行うことで、時間の短縮になる。主制御部１２７は、オペレータによって指定された画像の回転角度あるいは画像取得枚数から対物レンズ１１０と制御電極１１４の制御量を演算し、制御値を対物レンズ制御部１１３と制御電極制御部１１５に送る。対物レンズ制御部１１３は対物レンズ１１０の励磁強度を変えると同時に、制御電極制御部１１５は制御電極１１４に印加する電圧を変える。
【００３３】
このように、電磁レンズと静電レンズの組み合わせを用いると、試料の高さが一定の対象物に対して、焦点が合い、かつ走査方向を変えた画像を取得することができる。そして、これらの画像を合成すると、図５に示したような、凹凸情報を含む三次元画像を得ることができる。例えば、対物レンズ１１０の励磁強度が６種類の走査角度の異なるかつ焦点の合った画像を得るようにし、これらの画像を合成すると、図４に示すような６個の検出器を用いた場合と同様の画像を得ることができる。
【００３４】
このように、磁場レンズの励磁条件と静電レンズで構成される制御電極の電圧条件を組み合わせることで、試料を複数の方向から電子ビームで走査することになり、その結果、試料の情報信号から形状情報、特に凹凸情報を得ることができる。
【００３５】
対物レンズの励磁強度を変えることで変化した焦点位置を、試料に印加するリターディング電圧を変えることによって、元に戻すことも可能である。しかし、試料に印加するリターディング電圧を変えると照射エネルギーが変わるので、試料で発生する二次信号のエネルギー密度が変わってしまい、対物レンズの励磁強度の変化の前後で得られる画像の質が異なってしまうので、リターディング電圧を変える手法は採用できない。
【００３６】
図１３は、回転した画像を取得するときの手順を示すフローチャートである。はじめに、画像の回転の基準とする基準画像を第１の画像として取得する（ステップ１３０１）。次に、オペレータにより、立体画像形成に必要な取得画像枚数の値ｎ枚が入力される（ステップ１３０２）。図１に示した主制御部１２７は、３６０度を入力された枚数ｎで除して走査の方向を求め、対物レンズ１１０の励磁強度を演算し、電子ビームの走査方向の最初の方向に、対物レンズ制御部１１３により対物レンズ１１０の励磁強度を変化させる（ステップ１３０３）。
【００３７】
例えば、図４に示したような６つの方向から取得した画像から立体画像を形成する場合、ｎ＝６が入力されると、基準画像の走査方向に対して、３６０度を６で除して６０度になるので、基準画像の走査方向を０度として、＋６０度，＋１２０度，−６０度，−１２０度，−１８０度の方向で走査するように、対物レンズの励磁強度を５種類求める。そして、はじめに、例えば＋６０度の走査方向になるように対物レンズ１１０の励磁強度を変えるとともに、焦点が合うように制御電極１１４の印加電圧を変えて、画像を取得する。この画像を第２の画像とする（ステップ１３０４）。第２の画像の焦点が合っているかどうかの確認をし（ステップ１３０５）、焦点が合っていない場合は、制御電極１１４に印加される電圧を変更して焦点調整を行い（ステップ１３０６）、再度、第２の画像を取得する。焦点が合っている場合は、画像を画像処理部１２４の記憶部１２５に記憶する（ステップ１３０７）。これらの一連の作業をｎ−１枚に達するまで繰り返し実施し（ステップ１３０８）、ｎ−１枚目の画像の取得が終了したら、図５に示したような立体画像を形成し、像表示装置１２６のディスプレイへ表示する（ステップ１３０９）。
【００３８】
図１４は、図１３と同じく、回転した画像を取得するときの手順を示すフローチャートである。図１３と異なるのは、取得枚数ｎを指定するのではなく、電子ビームを走査する方向を角度で直接指定する点である。はじめに、走査方向の基準となる基準画像を第１の画像として取得する（ステップ１４０１）。次に、オペレータにより、立体画像形成に必要な取得画像の走査方向が、第１の画像の走査方向を基準とした角度θで入力される（ステップ１４０２）。基準画像と角度を変えた画像の２枚だけで立体像を作成する場合は、角度θは、ひとつの値でよい。図４に示したような６つの方向から取得した画像から立体画像を形成する場合、基準画像の走査方向を０度として、＋６０度，＋１２０度，−６０度，−１２０度，−１８０度を入力することで、それぞれの角度で走査された画像が生成され、図５に示したような立体画像を形成する。
【００３９】
図１に示した主制御部１２７は、入力された角度θに従って、対物レンズ１１０の励磁強度を演算し、対物レンズ制御部１１３により対物レンズ１１０の励磁強度を変化させ、焦点が合うように制御電極１１４の印加電圧も変えて、画像を取得する（ステップ１４０３）。この画像を第２の画像とする（ステップ１４０４）。第２の画像の焦点が合っているかどうかの確認をし（ステップ１４０５）、焦点が合っていない場合は、制御電極１１４に印加される電圧を変更して焦点調整を行い（ステップ１４０６）、再度、第２の画像を取得する。焦点が合っている場合は、第２の画像を画像処理部１２４の記憶部１２５に記憶する（ステップ１４０７）。入力された角度θの数分の画像取得が終了したかどうかを確認し（ステップ１４０８）、終了していれば立体画像を形成し、ディスプレイへ表示する（ステップ１４０９）。
【００４０】
なお、角度θが複数の場合の角度θの入力方法としては、上述のように、得たい画像の枚数分の角度をはじめに全て入力する方法、１回の画像取得毎に角度を入力する方法が考えられる。
【００４１】
また、図４に示した従来例では、一回の走査で６方向の画像を同時に得ることができるのに対して、図１３に示した例では、三次元画像を形成するための６回の走査を行うので、１枚の三次元画像を形成するための時間が多くかかってしまう。対象物によっては、三次元形状を把握するために、必ずしも６方向からの画像は必要でなく、例えば、基準画像と６０度および−６０度の走査方向の画像の３枚、基準画像と６０度の走査方向の画像の２枚、基準画像と９０度の走査方向の画像の２枚、基準画像と１８０度の走査方向の画像の２枚というように、少なくとも２枚あれば、画像中の対象物の陰影が２方向にできる。したがって、オペレータが見たい部分の画像を取得できるような走査方向の２枚や３枚の画像を取得するようにすれば、画像取得のための時間が長くかかってしまうのを避けることができる。
【００４２】
図１５は、図６と同様、凹凸輪郭を有する対象物の電子ビームによる走査の領域を示す平面図である。図１５（ａ）において、図６に示した凹凸輪郭６０４を含む試料６０１の基準画像の電子ビームの走査の領域６０３に対して、図１０に示すように、走査方向を回転させて領域１５０１の画像を取得する。そして、領域６０３と領域１５０１の２つの画像から立体像を生成すると、領域６０３と領域１５０１の間の共通な領域が小さくなっているので、四角形の画面に表示される立体像は領域１５０２の大きさに小さくなってしまう。そこで、基準画像の電子ビームの走査の領域６０３の角を含む大きさの図１５（ｂ）に示す領域１５０３で、電子ビームを走査する。そして、領域６０３と領域１５０３の画像の共通な領域から、領域６０３と同じ大きさの領域１５０４の立体像を生成する。このように、電子ビームの走査の方向を変えたときには、走査の幅も変更することで、基準画像と同じ大きさの領域の立体画像を生成することができる。
【００４３】
図１６、および図１７は、試料１１２の拡大像を表示する像表示装置１２６の画面図である。図１６において、像表示装置１２６はディスプレイの画面１６０１を有し、この画面１６０１に、ＳＥＭで撮像された試料の像１６０２が画像表示領域１６０３に表示される。画面１６０１の一部には、図１３で説明した取得する画像の数、または図１４で説明した取得する画像の角度を入力し、立体像の形成を指示する領域１６０４が設けられている。立体像の形成の指示があると、主制御部１２７は、図１３または図１４に示した手順を実行し、図１７に示すように、立体像１７０１が画像表示領域１６０３に表示される。
【００４４】
図１８は、図１に示した対物レンズ１１０の縦断面図であり、図１または図１２に示した制御電極１１４の他の実施例を示す。図１８（ａ）に示す構成は、対物レンズ１１０の磁極の一部に絶縁物を介して制御電極１８０１を設けたものであり、対物レンズ１１０のレンズ場と制御電極１８０１のレンズ場が一致するため、互いのレンズ場のずれによって発生する走査位置のずれや収差の発生を回避することができる。図１８（ｂ）に示す構成も、図１８（ａ）と同じく、対物レンズ１１０の磁極の一部に絶縁物を介して制御電極１８０２を設けたものであり、対物レンズ１１０のレンズ場と制御電極１８０２のレンズ場が一致するため、互いのレンズ場のずれによって発生する走査位置のずれや収差の発生を回避することができる。
【００４５】
図１９は、図１に示した対物レンズ１１０の縦断面図であり、電子ビーム１０５の焦点補正を磁場レンズで行うときの構成を示している。試料１１２の下面側に補正レンズ１９０１を設け、補正レンズ１９０１の励磁条件を補正レンズ制御部１９０２で制御する。補正レンズ制御部１９０２と対物レンズ制御部１１３は、主制御部１２７に接続され、電子ビーム１０５の軌道が所望の状態になるように制御される。画像を回転させるために、対物レンズ制御部１１３により対物レンズ１１０の励磁条件が制御されて、電子ビーム１０５の軌跡が軌跡１９０３から軌跡１９０４へ移動すると、焦点が試料１１２よりも下面側に結ばれてしまう。そこで、対物レンズ１１０の励磁のときに、軌跡１９０３を維持するように、補正レンズ１９０１を励磁する。
【００４６】
図２０、及び図２１は、試料１１２の拡大像を表示する像表示装置１２６の画面図である。対物レンズの励磁条件を変えるとともに、制御電極の印加電圧を変えて取得した画像信号は、図１に示した記憶部１２５に記憶される。図２０の画面２００１には、画像領域２００２に、たとえば４つの方向から撮像した４枚の画像２００３が同時に表示されている。オペレータはこの画像から観察対象の状態を４方向から同時に見ることができる。図２１の画面２１０１には、画像領域２１０２に、複数の角度から撮像した画像から生成した立体像２１０３が表示されている。元の画像が複数あれば、様々な角度から見た観察対象の立体像を生成することができるので、オペレータは角度指示ウィンドウ２１０４でその角度を指定して、任意の方向から見た観察対象の立体像を生成させることができる。これにより、観察対象が何であるかの推定が容易になり、その特徴の分類を正確に行うことができる。
【００４７】
以上述べたように、本発明によれば、装置のコストアップと大型化を防止して、試料の表面の立体形状を容易に得ることができる走査電子顕微鏡を得ることができる。
【符号の説明】
【００４８】
１０５  電子ビーム
１０７  レンズ制御電源
１１０  対物レンズ
１１１  試料ステージ
１１２  試料
１１３  対物レンズ制御部
１１４，１８０１，１８０２  制御電極
１１５  制御電極制御部
１２１  二次信号
１２３  検出器
１２４  画像処理部
１２５  記憶部
１２６  像表示装置
１２７  主制御部
１２８  ステージ駆動装置
１３４  高さ測定装置
１９０１  補正レンズ
１９０２  補正レンズ制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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