(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料をＺ方向移動ステージ上の傾斜ステージ上に載置し、試料上で細かく絞った電子ビームを２次元的に走査し、試料への電子ビームの走査にともなって得られた信号に基づいて画像を表示するようにした走査電子顕微鏡において、Ｚ方向移動ステージのＺ方向位置を検出することにより試料のＺ方向位置を測定する測定手段と、電子ビームのオートフォーカスを実施する手段とを備え、測定手段によって測定された試料のＺ方向位置と、オートフォーカス動作に基づいて得られた試料のＺ方向位置との差を求め、その差に応じて試料のＺ方向位置の調整を行うようにした走査電子顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、試料を傾斜させる際、試料の傾斜によっても観察視野の移動をなくすようにした走査電子顕微鏡に関する。
【０００２】
【従来の技術】
走査電子顕微鏡では、試料上で電子ビームを２次元的に走査し、試料から発生した２次電子や反射電子を検出し、検出信号を陰極線管に供給して試料の走査像を得るようにしている。
【０００３】
このような走査電子顕微鏡において、試料は水平移動、回転移動、Ｚ方向移動（ワーキングディスタンスの移動）、傾斜移動が可能なステージ上に載せられている。そして、これらの移動を行うことにより、視野移動や回転観察、傾斜観察等を行うようにしている。
【０００４】
ところで、傾斜ステージを駆動して試料の傾斜観察を行う場合、観察画面の中央が傾斜軸上に位置する条件、すなわち、ユーセントリックの条件を保つ必要がある。試料がユーセントリックの条件から外れていると、観察している視野が傾斜にともなって移動してしまう。
【０００５】
図１はこのような状態を示したもので、図１（ａ）は試料ｓがユーセントリックの条件を満足している状態であり、水平状態の試料１の観察中心（光軸Ｏ上の試料位置）Ａ点と傾斜軸Ｐとが一致している。この場合には、水平状態の試料を傾斜させて点線の状態としても、光軸Ｏ上の試料位置Ａは変化せず、傾斜に伴う視野の移動は生じない。
【０００６】
図１（ｂ）は試料ｓがユーセントリックの条件を満足していない状態、すなわち、試料ｓの高さがずれて、水平状態の試料ｓの観察中心（光軸Ｏ上の試料位置）Ａ点と傾斜軸ＰがＺ方向にずれている状態となっている。この場合には、水平状態の試料を傾斜させて点線の状態とすると、水平状態における観察中心Ａ点は光軸ＯからずれてＡ´点となり、その結果、観察視野が変化してしまう。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記したことを考慮し、通常は、観察視野の中心がユーセントリックの位置となるように、試料をステージに装着する際、試料の高さがユーセントリック位置となるように、目視で位置合わせを行う。しかしながら、目視による試料のＺ方向の位置合わせには精度的に限界があると共に、面倒な作業となる。
【０００８】
本発明は、このような点に鑑みてなされたもので、その目的は、自動的に試料の高さ位置をユーセントリックの条件を満足させるように位置合わせすることができる走査電子顕微鏡を実現するにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明に基づく走査電子顕微鏡は、試料をＺ方向移動ステージ上の傾斜ステージ上に載置し、試料上で細かく絞った電子ビームを２次元的に走査し、試料への電子ビームの走査にともなって得られた信号に基づいて画像を表示するようにした走査電子顕微鏡において、Ｚ方向移動ステージのＺ方向位置を検出することにより試料のＺ方向位置を測定する測定手段と、電子ビームのオートフォーカスを実施する手段とを備え、測定手段によって測定された試料のＺ方向位置と、オートフォーカス動作に基づいて得られた試料のＺ方向位置との差を求め、その差に応じて試料のＺ方向位置の調整を行うようにしたことを特徴としている。
【００１０】
本発明では、Ｚ方向移動ステージのＺ方向位置を検出することにより試料のＺ方向（高さ方向）の位置を測定すると共に、オートフォーカス動作に基づいて試料のＺ方向位置を算出し、得られた２種のＺ方向位置の差に応じて試料の高さ方向の位置を補正する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。図２は本発明が適用された走査電子顕微鏡を示している。図中１は電子銃であり、電子銃１から発生し加速された電子ビームＥＢは、コンデンサレンズ２、対物レンズ３により試料４上に細く集束される。対物レンズ３に接近して補助コイル５が配置されているが、対物レンズ３は駆動回路６により駆動され、補助コイル５は駆動回路７により駆動される。
【００１２】
更に電子ビームＥＢは偏向コイル８によりＸ，Ｙの２方向に走査される。偏向コイル８には、走査回路９より走査信号が供給されるが、走査回路９は走査制御回路１０によって制御される。
【００１３】
試料４への電子ビームＥＢの照射によって試料から発生した２次電子は、２次電子検出器１１によって検出される。２次電子検出器１１の検出信号は、図示していない陰極線管に供給されると共に、ＡＤ変換器１２を介してメモリー１３に供給されて記憶される。メモリー１３に記憶された信号は、１画面分の信号ごとに積算回路１４において積算される。
【００１４】
試料４はＺ方向移動ステージ１５上に設けられた傾斜ステージ１６上に載せられている。Ｚ方向移動ステージ１５は駆動回路１７によって駆動され、試料４をＺ方向に移動させる。また、傾斜ステージ１６は駆動回路１８によって駆動され、試料４を傾斜させる。試料のＺ方向位置は、Ｚ位置検出手段１９によって測定される。
【００１５】
前記走査制御回路１０、対物レンズ駆動回路６、補助コイル駆動回路７、Ｚ方向移動ステージ駆動回路１７、傾斜ステージ駆動回路１８は、コンピュータ２０によって制御される。また、積算回路１４からの積算値は、コンピュータ２０に供給される。
【００１６】
コンピュータ２０は後述するオートフォーカス動作を行い、このオートフォーカス動作に基づいて得られた試料のＺ方向位置の信号は比較回路２１に供給される。また、Ｚ方向位置検出手段１９によって測定されたＺ位置の信号も、比較回路２１に供給される。コンピュータ２０にはメモリー２２が設けられており、このメモリー２２には比較回路２１によって求められたＺ方向の位置ずれ量が記憶される。このような構成の動作を次に説明する。
【００１７】
まず、通常の走査電子顕微鏡像の観察は、電子銃１から発生し加速された電子ビームＥＢをコンデンサレンズ２と対物レンズ４によって試料４上に細く集束する。更に走査制御回路１０から設定された走査速度と倍率に応じて走査回路９から走査信号を偏向コイル８に供給することにより、試料４上の所定領域で電子ビームを２次元的に走査する。
【００１８】
試料４への電子ビームＥＢの照射によって発生した２次電子は、２次電子検出器１１によって検出される。検出器１１の検出信号は、図示していない陰極線管に供給されることから、陰極線管には試料の走査像が表示される。
【００１９】
次に試料の位置に関し、ユーセントリックの条件を満足させる位置補正動作について説明する。最初に、試料４をステージ上に載せた後、Ｚ位置検出手段１９により試料のＺ位置を測定する。測定された試料のＺ位置信号は、コンピュータ２０と比較回路２１に供給される。
【００２０】
コンピュータ２０は、供給されたＺ位置信号に基づいて対物レンズ駆動回路６を制御し、このＺ位置に対応した励磁強度で対物レンズ３を駆動させる。この状態でコンピュータ２０は、オートフォーカス動作を実行する。このオートフォーカス動作は、図３に示すように、画像Ｄに対し、傾斜軸Ｐに沿った範囲Ｓで行うように、コンピュータ２０は走査制御回路１０を制御する。
【００２１】
なお、このオートフォーカス動作を行う前には、必ず対物レンズ３のヒステリシス除去を行い、フォーカス高さ位置の精度を高くする必要がある。オートフォーカスは、コンピュータ２０により補助コイル駆動回路７を制御し、補助コイル５にステップ上の励磁電流を流し、１ステップごとに試料上の電子ビームの焦点をずらすようにする。この１ステップごとに試料上の範囲Ｓは電子ビームによって１回走査される。
【００２２】
１ステップごとの電子ビームの走査に基づいて、検出器１１によって検出された２次電子検出信号は、ＡＤ変換器１２によってディジタル信号に変換された後、メモリー１３に送られて記憶される。メモリー１３に記憶された１画面分の検出信号は、積算回路１４により積算される。積算回路１４の積算信号は、コンピュータ２０に供給され、そのときの補助コイル５の励磁電流に対応させて記憶される。
【００２３】
このような試料上の範囲Ｓにおける電子ビームの走査、および、２次電子検出信号の積算処理と記憶を、補助コイル５へのステップ状の励磁電流変化ごとに行うと、コンピュータ２０には補助コイル５の各励磁電流ごとの積算結果が得られることになる。コンピュータ２０は、各積算結果を比較し、積算値の最大ピーク値が得られた励磁電流を取得し、この励磁電流を補助コイル５に供給するか、対物レンズ５の励磁電流の補正を行って、オートフォーカス合わせを終了させる。
【００２４】
さて、このようなオートフォーカス動作にともない、コンピュータ２０は積算値の最大ピーク値から試料４のＺ方向位置を算出する。算出されたＺ方向位置は、比較回路２１に供給される。比較回路２１では、コンピュータ２０から供給されたオートフォーカス動作により求められた試料のＺ方向位置と、Ｚ位置検出手段１９によって測定されたＺ方向位置との差ΔＺを求める。
【００２５】
この差ΔＺの値はコンピュータ２０に供給され、コンピュータ２０はこの値に基づいてＺ方向ステージ駆動回路１７を制御し、Ｚ方向移動ステージ１５を移動させて試料４の高さ補正を行う。この動作により、試料４はユーセントリックの条件を満足することになり、試料の傾斜観察を行っても、視野の逃げが発生することはない。
【００２６】
なお、コンピュータ２０によって求められた差分ΔＺの値は、メモリー２２に送られて記憶される。このメモリー２２に記憶されたΔＺは、その後ステージを移動させた場合に、試料のＺ方向移動誤差分のデフォルト値として使用される。
【００２７】
以上本発明の一実施の形態を説明したが、本発明はこの形態に限定されるものではない。例えば、２次電子を検出したが、反射電子を検出するようにしても良い。
【００２８】
【発明の効果】
本発明では、Ｚ方向移動ステージのＺ方向位置を検出することにより試料のＺ方向（高さ方向）の位置を測定すると共に、オートフォーカス動作に基づいて試料のＺ方向位置を検出し、得られた２種のＺ方向位置の差に応じて試料の高さ方向の位置を補正するようにしたので、ユーセントリックの位置を自動的に検出でき、自動的に、高い精度で試料の高さ位置をユーセントリック位置に設定することができる。その結果、試料を試料ステージ上にセットする場合の誤差の許容範囲が広がることになる。また、試料を移動や回転、傾斜させる５軸ステージをモータコントロールする場合のユーセントリック動作を、自動的に高い精度で実現させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ユーセントリックの条件を説明するための図である。
【図２】本発明に基づく走査電子顕微鏡の一例を示す図である。
【図３】オートフォーカス時の試料の電子ビームによる走査範囲を説明するための図である。
【符号の説明】
１  電子銃
２  コンデンサレンズ
３  対物レンズ
４  試料
５  補助コイル
６，７，１７，１８  駆動回路
８  偏向コイル
９  走査回路
１０  走査制御回路
１１  ２次電子検出器
１２  ＡＤ変換器
１３  メモリー
１４  積算回路
１５  Ｚ方向移動ステージ
１６  傾斜ステージ
１９  Ｚ位置検出手段
２０  コンピュータ
２１  比較回路
２２  メモリー
【図１】
0003678910.tif 000002
【図２】
0003678910.tif 000003
【図３】
0003678910.tif 000004