(57)【要約】【課題】ステレオペア画像の取得の操作性を向上させる。【解決手段】操作用兼画像表示用のモニタ１００上にステレオ画像取得モードへ切り替えるボタン１０１を設置し、このボタンを押すことにより、画像の左右方向が試料の傾斜方向と一致するように電磁的視野回転手段によりの画像の回転角度を自動で設定する。この状態で、片側の画像１１０をキャプチャしてモニタに表示し、試料を視差角度分だけ傾斜させた状態のライブ画像１１１と重ね合わせ表示し、立体観察しつつ、試料の傾斜角度、画像のずれ量を微調整して立体観察に最適な状態に設定する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子線源と、
前記荷電粒子線源から放出された一次荷電粒子線を試料上に収束して照射するレンズ系と、
前記一次荷電粒子線を試料上に走査する走査手段と、
試料を回転可能に保持し、一次荷電粒子線に対して試料を傾斜させる傾斜回転軸を有する試料ステージと、
一次荷電粒子線の照射により試料から放出された二次信号を検出する検出器と、
前記検出器の信号に基づく試料像を表示する表示部と、
前記走査手段、前記試料ステージ及び前記表示部を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、前記走査手段を制御して試料上での一次荷電粒子線の走査方向を前記試料ステージの傾斜回転軸と直交する方向に制御する処理、前記試料ステージを制御して、前記一次荷電粒子線の走査方向を回転させた角度だけ試料を回転させる処理を行うことを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項２】
請求項１記載の荷電粒子線装置において、前記制御部は、前記処理に続いて、前記試料ステージを前記傾斜回転軸の回りに所定角度回転させる処理、その状態で取得した試料像を前記表示部に表示する処理、前記試料ステージを前記傾斜回転軸の回りに逆方向に所定角度回転させる処理、その状態で取得した試料像を前記表示部に重ね合わせ表示して立体像を表示する処理を行うことを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の荷電粒子線装置において、前記制御部に前記一連の処理を実行させる操作ボタンを有することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項４】
荷電粒子線源と、
前記荷電粒子線源から放出された一次荷電粒子線を試料上に収束して照射するレンズ系と、
前記一次荷電粒子線を試料上に走査する走査手段と、
試料を回転可能に保持し、一次荷電粒子線に対して試料を傾斜させる傾斜回転軸を有する試料ステージと、
一次荷電粒子線の照射により試料から放出された二次信号を検出する検出器と、
前記検出器の信号に基づく試料像を表示する表示部と、
前記試料ステージ及び前記表示部を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、前記試料ステージを前記傾斜回転軸の回りに所定角度回転させて取得した試料のキャプチャ画像と、前記試料ステージを前記傾斜回転軸の回りに逆方向に所定角度回転させて取得した試料のライブ画像を、前記表示部に重ね合わせ表示して立体像を表示することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項５】
請求項２又は４記載の荷電粒子装置において、前記重ね合わせ画像と同時に前記画像表示部に試料のライブ画像を表示することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項６】
請求項２、４又は５記載の荷電粒子装置において、視差による画像のずれ量を計算し、画像の重ね合わせを自動で行うことを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項７】
一次荷電粒子線に対して試料を傾斜させる傾斜回転軸を有する試料ステージに回転可能に保持された試料に、走査手段によって一次荷電粒子線を走査して照射し、試料から放出された二次信号に基づいて画像表示装置に試料像を表示するステップと、
前記走査手段を制御して試料上での一次荷電粒子線の走査方向を前記試料ステージの傾斜回転軸と直交する方向に制御するステップと、
前記試料ステージを制御して、前記一次荷電粒子線の走査方向を回転させた角度だけ試料を回転させるステップと
を有することを特徴とする試料像観察方法。
【請求項８】
請求項７記載の試料像観察方法において、更に、
前記試料ステージを前記傾斜回転軸の回りに所定角度回転させるステップと、
その状態で取得した第１の試料像を前記画像表示装置に表示するステップと、
前記試料ステージを前記傾斜回転軸の回りに逆方向に所定角度回転させるステップと、
その状態で取得した第２の試料像を前記画像表示装置に重ね合わせ表示して立体像を表示するステップとを有することを特徴とする試料像観察方法。
【請求項９】
請求項８記載試料像観察方法において、
試料上で段差のある２点を抽出するステップと、
当該２点の高低差を求めるステップと、
前記高低差に対応した画像ずれ量を求めるステップと、
前記第１の試料像と第２の試料像の重ね合わせ位置を求めた画像ずれ量だけずらすステップとを有することを特徴とする試料像観察方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子顕微鏡装置等の荷電粒子線装置及び試料像観察方法、特に立体画像取得方法及び立体画像表示方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
荷電粒子線を利用した顕微鏡、例えば、電子顕微鏡等は焦点深度が深く、また、焦点前後での画像のぼけが少ないため、表面に凹凸のある物体の観察に適している。しかし、その画像表示は平面的な２次元表示である。表面の状態を観察する限りにおいては２次元表示で十分であるが、例えば、半導体デバイス、ナノマテリアル、マイクロマシン等の分野において、その構造、欠陥等の観察を行うには、作製したものをそのままの状態で立体的に観察する必要があるため、簡単に立体表示が可能な装置が望まれている。画像を立体観察する方法としては、試料を左右に視差角度分だけ傾斜させて、各々の角度における試料からの信号を検出してステレオペア画像を構成し、立体観察する方法が従来から知られている。試料を傾斜させる替わりに、視差角度分だけ傾けて設置した２台の電子銃を用いて取得した各々の画像からステレオペア画像を構成し、立体観察する方法もある（特許文献１参照）。また、試料を視差角度分だけ傾斜させる替わりに、電子検出に関して指向性のある反射電子検出器を右目用、左目用として２台設置し、各々の画像からステレオペア画像を取得する方法もある（特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平５−４１１９５号公報
【特許文献２】特開平１１−１４４６６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
前述のようにステレオペア画像の取得方法に関しては種々の方法が考案されており、ステレオペア画像は通常は試料傾斜による２枚の画像の視差を利用して作成する。そのためには、試料の傾斜方向が画面で見て左右方向になるように調整しなければならず、また、その操作は通常は電磁的視野回転で行うが、荷電粒子線装置では焦点距離などの観察条件が変わると像回転を生じるため、非常に手間がかかっていた。また、右目用、左目用に取得したそれぞれの画像の合成に熟練を要したり、最適な画像が得られるまで、何回か試料の傾斜角度を変えて画像キャプチャを繰り返さなくてはならないという問題点もあった。
【０００４】
本発明は、荷電粒子線装置を利用したステレオペア画像の取得に関し、操作性を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明による荷電粒子線装置は、操作用兼画像表示用のモニタ上にステレオ画像取得モードへ切り替える操作ボタンが設置されており、このボタンを押すと、画像の左右方向が試料の傾斜方向と一致するように、電磁的視野回転手段で画像の回転角度が自動で設定されるようになっている。ただし、荷電粒子線装置では通常は磁界の影響により像回転を生じるため、荷電粒子線の走査コイル位置での走査方向と試料の傾斜方向で位置合わせを行っても、画像の左右方向と試料の傾斜方向は一致しない。上記像回転の回転量は、対物レンズと試料間の距離等のレンズ条件により決まるため、レンズ条件から磁界による像回転量を算出することにより、画像左右方向と試料傾斜方向が一致するように電磁的視野回転で自動で角度ずれ補正を行う。その状態で、片側の画像をキャプチャしてモニタに表示し、試料を視差角度分だけ傾斜させた状態のライブ画像と先にキャプチャした画像とを色違い重ね合わせ表示し、対応した色眼鏡で立体観察しつつ、試料の傾斜角度、画像のずれ量を微調整することで効率良く立体観察に最適な状態に設定できる。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によると、ステレオペア画像取得時の試料の傾斜角度調整すなわち視差角度調整、画像重ね合わせのずれ量の調整等が容易になり、ステレオペア画像取得の操作性が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。ここでは、走査電子顕微鏡を例にとって説明するが、本発明はＦＩＢ（focused ion beam）装置等、試料上で荷電粒子線を走査して試料画像を取得する他の荷電粒子線装置にも同様に適用できる。
【０００８】
図１は、本発明による走査電子顕微鏡の構成例を示す概略図である。電子線源１２から放出された一次電子線１は、コンデンサレンズ等のレンズ系１０を通り、走査コイル８によって、試料ステージ６に保持された試料５上に走査される。電子線照射によって試料５から放出された二次電子２は、二次電子検出器３で検出される。二次電子検出器３の検出信号は信号処理部４に送られ、信号処理部４では走査に同期した信号をモニタ１００に送り、モニタ１００上に信号強度が画像１０２として表示される。電子線源１２は電子線制御部１３によって制御され、走査コイル８は走査コイル制御部９によって制御され、レンズ系１０はレンズ制御部１１によって制御される。試料ステージ６は、試料ステージ制御部７により制御される。また、各制御部は、統括制御部１４の制御下にある。走査コイル制御部９は、試料上での一次電子線の走査方向を変えることにより、試料５を回転させずに画像１０２を回転させることができる。
【０００９】
図２は、試料ステージと走査コイルによる一次電子線の走査方向の関係を示す図である。図３は、試料ステージの傾斜を説明する図である。試料ステージ６は、保持している試料５を面内で回転することができると共に、傾斜回転軸１５を有し、傾斜回転軸１５の周りに試料を傾斜させることができる。試料ステージ制御部７は、一方向に傾斜可能な試料ステージ６の傾斜角度φ及び回転角度ψを制御するものであり、傾斜角度φを変えることで一次電子線１の試料５への入射角度を変えることができる（図３参照）。また、走査コイル制御部９によって一次電子線の走査方向１６を図２（ａ）、図２（ｂ）に示すように変えることができる。一次電子線の走査方向を変えることによって、試料上の走査領域１７も図２（ａ）、図２（ｂ）に示すように変化し、モニタ１００上に表示される画像１０２が回転する。
【００１０】
図４は、モニタの画面構成を示す図である。モニタ１００の画面には、ステレオ画像取得モード切り替えボタン１０１、画像表示ウィンドウ１０３、及び図示しない各種操作ボタンが表示される。
【００１１】
図８は、本発明によるステレオペア画像取得の処理手順を示すフローチャートである。本発明の画像取得方法によると、まず最初にステップ１でステレオ画像取得モード切り替えボタン１０１を押すと、ステレオ画像取得モードに切り替わり、ステップ２及びステップ３に進んで、画像の左右方向と試料の傾斜方向が一致するように、電磁的視野回転手段により画像の回転角度が走査コイル制御部９の制御により自動で設定される。
【００１２】
この画像の回転角度の制御というのは、電磁的視野回転機能により意図的に画像を回転させた角度分θ１を元に戻し、さらに、磁場の影響により生じた像回転の角度分θ２を補正するものである。磁場の影響による像回転は、回転角度をθ２、荷電粒子の質量をｍ、荷電粒子の電荷量をｅ、軸上電位をΦ、磁束密度をＢ、磁界レンズ軸上の位置をｚとすると、下式で表される（裏克己著「電子・イオンビーム光学」共立出版（1994年8月25日）第39頁）。
【００１３】
【数１】
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走査コイル制御部９は走査コイル８を制御して、上記のようにして求めた角度θ１及びθ２だけ走査方向を回転させ、画像の左右方向と試料の傾斜方向が一致した状態、すなわち図２（ｂ）に示すように試料５上における一次電子線の走査方向１６が試料ステージ６の傾斜回転軸１５と直交している状態とする。
【００１４】
次に、ステップ４に進み、試料ステージ制御部７は、試料ステージ６の回転機構によって試料ステージを（θ１+θ２）だけ回転させ、一次電子線の走査方向を変更したことによるモニタ上の画像の観点を元に戻す。このとき、モニタ画面上に表示された試料像において立体視したい方向が左右方向になっていなければ、試料ステージ６を適宜回転させて立体視したい方向がモニタ画面の左右方向となるように（試料ステージ回転傾斜軸１５に垂直な方向になるように）調整する。
【００１５】
次にステップ５で、試料ステージ制御部７は、図３（ａ）に示すように試料ステージ６を視差角度分だけ傾斜回転軸１５の周りに回転させて試料を傾斜させ、ステップ６においてステレオペア画像の片側の画像となる試料の静止画像をキャプチャし、図４のモニタ上に画像１１０のように表示する。片側の静止画像キャプチャが終了したら、ステップ７に進み、図３（ｂ）に示すように視差角度分である８°程度だけ試料を反対方向に傾斜させてもう片側の画像をキャプチャできる状態にし、ステップ８において、図４に示すようにライブ画像１１１を先のキャプチャ画像１１０と色違いで重ね合わせて表示する。
【００１６】
この状態で、ステップ９において、色眼鏡で立体観察し、試料の傾斜角度すなわち視差角度、左右の画像のずれ量を立体観察に最適な状態に設定する。ステップ１０において最適な状態に設定されたら、ステップ１１に進んでもう片側の画像をキャプチャし、ステップ１２において、図７に示すように右目用キャプチャ画像と左目用キャプチャ画像１１０，１１２を合成表示することで、ステレオペア画像の静止画を得る。
【００１７】
なお、立体表示方法に関しては、色違い表示を利用しても、視差のみを利用しても構わない。色違い表示の際には左右の視差画像を一つの画像表示領域内に重ねて表示するが、視差のみを利用する際には、左右の視差画像を左右に隣り合わせた画像表示領域に並べて表示するなどの手法も一般的である。
【００１８】
視差のある画像を取得する際は、試料を視差角分左右に傾斜させて２枚の画像を取得することになるが、ステレオ画像取得モード切り替えボタン１０１が押された際に自動的に片方の視差角まで試料を傾斜し、画像キャプチャ実行後に今度は反対側の視差角まで自動的に試料を傾斜することで、都度視差角分の試料傾斜を手動で行う手間が省け、さらにステレオペア画像取得の操作性を容易にすることも可能である。
【００１９】
以上の方法により、従来よりも効率よくステレオペア画像の静止画を取得できる。
【００２０】
図５、図６は、本発明の変形例を示す図であり、キャプチャ画像とライブ画像の合成画像表示ウィンドウとは別にライブ画像のみを表示するウィンドウを設けた例を示している。図５に示す例の場合、キャプチャ画像とライブ画像の合成画像表示ウィンドウ１０４に並べてライブ画像のみを表示するウィンドウ１０６を設けている。また、図６に示す例の場合、キャプチャ画像とライブ画像の合成画像表示ウィンドウ１０４に比較して小さなウィンドウ１０６にライブ画像のみを表示するようにしている。ライブ画像のみの表示ウィンドウ１０５または１０６を設けることにより、ライブ画像のフォーカス合わせ等が容易になり、さらに効率よくステレオペア画像を取得できる。
【００２１】
また、ステレオペア画像の取得方法において、キャプチャ画像とライブ画像の重ね合わせを自動で行うようにしてもよい。自動化の方法の例としては、まず最初に試料上で段差のある２点を抽出し、それぞれの点において焦点の合うレンズ条件を見つける。上記レンズ条件から、先に抽出した２点の高低差を計算し、予め高低差が既知の試料で決定した、高低差と最適な画像ずれ量のデータベースより２点間の視差が画面上でどれだけあればいいか求める。その結果をもとに、イメージシフトあるいは試料移動により画像の重ね合わせ位置をずらす。以上のような方法により、画像の重ね合わせの調整が自動化できる。
【００２２】
また、キャプチャ画像とライブ画像の重ね合わせに関して、視差による像ずれ量を予め画面上で何ピクセルになるか決めておいて、画像処理により重ね合わせのずれ量が予め決めたピクセル数になるように画像を配置し、最終微調整は立体観察しながら手動で行うようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明による走査電子顕微鏡の構成例を示す概略図。
【図２】試料ステージと走査コイルによる一次電子線の走査方向の関係を示す図。
【図３】試料ステージの傾斜を説明する図。
【図４】モニタの画面構成を示す図。
【図５】モニタ上の画像表示例を示す図。
【図６】モニタ上の画像表示例を示す図。
【図７】モニタ上の画像表示例を示す図。
【図８】本発明によるステレオペア画像取得の処理手順を示すフローチャート。
【符号の説明】
【００２４】
１  一次電子線
２  二次電子
３  二次電子検出器
４  信号処理部
５  試料
６  試料ステージ
７  試料ステージ制御部
８  走査コイル
９  査用コイル制御部
１０  レンズ系
１１  レンズ制御部
１２  電子線源
１３  電子線源制御部
１４  統括制御部
１５  傾斜回転軸
１６  一次電子線の走査方向
１７  走査領域
１００  モニタ
１０１  ステレオモード切り替えボタン
１０２  画像
１０３  画像表示用ウィンドウ
１０４  合成画像表示用ウィンドウ
１０５  ライブ画像表示用サブウィンドウ
１０６  ライブ画像表示用サブウィンドウ
１１０  キャプチャ画像
１１１  ライブ画像
１１２  キャプチャ画像
【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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