(57)【要約】【課題】  加速電圧と照射電流値の照射条件が変わる場合及び／又は異なる装置で試料を観察する場合においても、原子番号差が同じであれば常に同じ輝度とコントラストで反射電子像の表示が行えるようにする。【解決手段】  平均原子番号Ｚ０を持つ標準試料において、加速電圧Ｖ０，照射電流値Ｉ０のときの基準となる反射電子信号強度Ａ（Ｚ０，Ｖ０，Ｉ０）を与える増幅器の増幅率Ｇ０とオフセットＦ０を求めておく。任意の加速電圧Ｖ１と照射電流値Ｉ１のときの反射電子信号強度がＶ０，Ｉ０のときの反射電子信号強度に等しくなる増幅率Ｇ１とオフセットＦ１を求め補正する。次に、指定した平均原子番号の上限と下限に対応する反射電子信号強度の上限Ａ（ＺＵ，Ｖ１，Ｉ１）と下限Ａ（ＺＬ，Ｖ１，Ｉ１）が反射電子像を表示する輝度の上限と下限になる増幅率Ｇ2とオフセットＦ２を求め、指定された平均原子番号の範囲に対応するコントラストと輝度で反射電子像を表示する。【選択図】図１２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
細く絞った電子線を試料表面に照射し、試料から発生する反射電子を検出して反射電子像を取得する機能を有する電子線装置であって、
該電子線の加速電圧を設定する加速電圧設定手段と、
該電子線の照射電流値を測定する照射電流測定手段と、
反射電子検出器からの出力信号を増幅する増幅器の出力信号強度を測定する信号強度測定手段と、
前記増幅器の出力信号強度を増減させて前記反射電子像のコントラストを変化させるように当該増幅器の増幅率を調整する増幅率調整手段と、
前記増幅器の出力信号の直流成分を増減して前記反射電子像の輝度を変化させるように当該増幅器のオフセットを調整するオフセット調整手段と、
平均原子番号が既知の標準試料を使用して、基準となる加速電圧及び／又は照射電流値における反射電子信号強度を測定したときの前記増幅器の出力信号強度と増幅率とオフセットを記憶する記憶手段と、
設定される加速電圧及び／又は照射電流値が前記基準となる加速電圧及び／又は照射電流値に対して変化したときに、前記増幅器が、前記基準となる加速電圧及び／又は照射電流値における反射電子信号強度に等しい信号強度を出力するように補正するための前記増幅器の増幅率とオフセットを求める演算手段とを備え、
任意の加速電圧及び／又は照射電流値の条件において前記反射電子像を取得するとき、前記記憶手段に記憶されている前記基準となる加速電圧及び／又は照射電流値における反射電子信号強度を測定したときの前記増幅器の出力信号強度と増幅率とオフセットに基づいて、前記演算手段が、前記基準となる加速電圧及び／又は照射電流値における反射電子信号強度と等しい強度を出力する前記増幅器の増幅率及びオフセットを求め、前記増幅率調整手段及び前記オフセット調整手段が、当該求められた増幅率及びオフセットになるように前記増幅器の増幅率及びオフセットを調整することを特徴とする電子線装置。
【請求項２】
前記演算手段は、前記増幅器の出力信号強度の変化量と加速電圧及び／又は照射電流値の変化量との関係が線形であると仮定して、前記基準となる加速電圧及び／又は照射電流値における反射電子信号強度と等しい強度を出力する前記増幅器の増幅率及びオフセットを求めることを特徴とする請求項１に記載の電子線装置。
【請求項３】
任意の加速電圧及び／又は照射電流値の条件において反射電子像を取得するとき、所望する平均原子番号の範囲を指定する指定手段を備え、
前記演算手段は、前記指定手段によって指定された平均原子番号の上限及び下限に対応する反射電子信号強度が前記増幅器の出力信号強度の上限及び下限に等しくなる前記増幅器の増幅率及びオフセットを求め、前記増幅率調整手段及び前記オフセット調整手段が、当該求められた増幅率及びオフセットになるように前記増幅器の増幅率及びオフセットを調整することを特徴とする請求項１乃至２の何れかひとつに記載の電子線装置。
【請求項４】
前記指定手段によって指定された平均原子番号の範囲に対応する反射電子信号強度の上限及び下限が、前記増幅器の出力信号強度の上限及び下限に等しくなる前記増幅器の増幅率及びオフセットを求めるとき、
前記演算手段は、予め求められている平均原子番号と前記増幅器の出力信号強度との関係式と、前記記憶手段に記憶されている前記基準となる加速電圧及び／又は照射電流値における反射電子信号強度を測定したときの前記増幅器の出力信号強度、増幅率及びオフセットとに基づいて、
前記上限及び下限に等しくなる信号強度を与える前記増幅器の増幅率及びオフセットを求めることを特徴とする請求項３に記載の電子線装置。
【請求項５】
前記指定手段によって指定された平均原子番号の範囲に相当する前記増幅器の出力信号強度の上限及び下限の範囲の信号強度を用いて表示された反射電子像を任意の強度でレベル分けし、各々のレベル毎に異なる色を対応させたカラーバーと共に当該反射電子像をリアルタイムで表示することを特徴とする請求項３乃至４の何れかひとつに記載の電子線装置。
【請求項６】
細く絞った電子線を試料表面に照射し、試料から発生する反射電子を検出して反射電子像を取得する機能を有する電子線装置の動作方法であって、
当該電子線装置が、
該電子線の加速電圧を設定する加速電圧設定手段と、
該電子線の照射電流値を測定する照射電流測定手段と、
反射電子検出器からの出力信号を増幅する増幅器の出力信号強度を測定する信号強度測定手段と、
前記増幅器の出力信号強度を増減させて前記反射電子像のコントラストを変化させるように当該増幅器の増幅率を調整する増幅率調整手段と、
前記増幅器の出力信号の直流成分を増減して前記反射電子像の輝度を変化させるように当該増幅器のオフセットを調整するオフセット調整手段と、
平均原子番号が既知の標準試料を使用して、基準となる加速電圧及び／又は照射電流値における反射電子信号強度を測定したときの前記増幅器の出力信号強度と増幅率とオフセットを記憶する記憶手段と、
設定される加速電圧及び／又は照射電流値が前記基準となる加速電圧及び／又は照射電流値に対して変化したときに、前記増幅器が、前記基準となる加速電圧及び／又は照射電流値における反射電子信号強度に等しい信号強度を出力するように補正するための前記増幅器の増幅率とオフセットを求める演算手段とを備え、
任意の加速電圧及び／又は照射電流値の条件において前記反射電子像を取得するとき、前記記憶手段に記憶されている前記基準となる加速電圧及び／又は照射電流値における反射電子信号強度を測定したときの前記増幅器の出力信号強度と増幅率とオフセットに基づいて、前記演算手段が、前記基準となる加速電圧及び／又は照射電流値における反射電子信号強度と等しい強度を出力する前記増幅器の増幅率及びオフセットを求め、前記増幅率調整手段及び前記オフセット調整手段が、当該求められた増幅率及びオフセットになるように前記増幅器の増幅率及びオフセットを調整することを特徴とする電子線装置の動作方法。
【請求項７】
前記演算手段は、前記増幅器の出力信号強度の変化量と加速電圧及び／又は照射電流値の変化量との関係が線形であると仮定して、前記基準となる加速電圧及び／又は照射電流値における反射電子信号強度と等しい強度を出力する前記増幅器の増幅率及びオフセットを求めることを特徴とする請求項６に記載の電子線装置の動作方法。
【請求項８】
前記演算手段は、指定された平均原子番号の上限及び下限に対応する反射電子信号強度が前記増幅器の出力信号強度の上限及び下限に等しくなる前記増幅器の増幅率及びオフセットを求め、前記増幅率調整手段及び前記オフセット調整手段が、当該求められた増幅率及びオフセットになるように前記増幅器の増幅率及びオフセットを調整することを特徴とする請求項６乃至７の何れかひとつに記載の電子線装置の動作方法。
【請求項９】
指定された平均原子番号の範囲に対応する反射電子信号強度の上限及び下限が、前記増幅器の出力信号強度の上限及び下限に等しくなる前記増幅器の増幅率及びオフセットを求めるとき、
前記演算手段は、予め求められている平均原子番号と前記増幅器の出力信号強度との関係式と、前記記憶手段に記憶されている前記基準となる加速電圧及び／又は照射電流値における反射電子信号強度を測定したときの前記増幅器の出力信号強度、増幅率及びオフセットとに基づいて、
前記上限及び下限に等しくなる信号強度を与える前記増幅器の増幅率及びオフセットを求めることを特徴とする請求項８に記載の電子線装置の動作方法。
【請求項１０】
指定された平均原子番号の範囲に相当する前記増幅器の出力信号強度の上限及び下限の範囲の信号強度を用いて表示された反射電子像を任意の強度でレベル分けし、各々のレベル毎に異なる色を対応させたカラーバーと共に当該反射電子像をリアルタイムで表示することを特徴とする請求項８乃至９の何れかひとつに記載の電子線装置の動作方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、細く絞った電子線を試料表面に照射し、試料から発生する反射電子を用いて反射電子像を取得し、これにより観察や分析を行う走査電子顕微鏡（以下「ＳＥＭ」と略記）や電子プローブマイクロアナライザ（以下「ＥＰＭＡ」と略記）等の電子線装置に係わり、特に適正な輝度とコントラストをもつ反射電子像を取得及び表示するための電子線装置及びその動作方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子線を照射した試料から発生する反射電子（後方散乱電子又は背面散乱電子とも称される）の強度は、試料の平均原子番号に依存することが知られている。しかし、試料面が傾斜しているとき反射電子の最大強度を与える方向が、該試料面の法線に対しほぼ対称なため、傾斜面に対する一方向のみに配置された検出器に入射する反射電子強度は、面傾斜の方向にも大きく左右される。そのため、実際には、組成（平均原子番号）情報と凹凸（面傾斜）情報を分離することのできる反射電子像観察装置を備える装置が多い。
【０００３】
図９は、この種の反射電子像観察装置により組成と凹凸の情報分離を行う原理説明図である。図９（ａ）に示す反射電子検出器は、照射電子線に対して対称に検出感度が等しい一対の検出器（図中ではＡとＢで表す）を配置している。図９（ｂ）に示すように、ＡとＢの検出器からの出力信号の和（Ａ＋Ｂ）をとれば、面傾斜の情報は打ち消され組成情報が強調される。逆に差（Ａ−Ｂ）をとれば組成の情報は打ち消され凹凸情報が強調される。（Ａ＋Ｂ）の像は反射電子組成像（又は単に「組成像」）、（Ａ−Ｂ）の像は反射電子凹凸像（又は単に「凹凸像」）と呼ばれている。反射電子信号強度と平均原子番号との関係を論ずる場合は、試料が水平且つ平滑であることを前提とするか若しくは図９に示す（Ａ＋Ｂ）の出力信号を利用することを前提としている。
【０００４】
図１０に、試料の平均原子番号に対する反射電子検出器の信号強度をいくつかの加速電圧について測定したデータのグラフを示す。横軸は平均原子番号、縦軸は反射電子信号強度である。但し、銅（平均原子番号は２９番）のときの反射電子信号強度を基準に規格化している。平均原子番号が増加するにつれて、反射電子強度が単調に増加していることがわかる。反射電子強度の原子番号依存性は、実際には最低励起電圧の変化の項などにより厳密にはやや複雑な関係をとるため線形ではない。しかし限定された原子番号差の範囲であれば実用的には線形近似が可能である。
【０００５】
反射電子強度の原子番号依存性は種々の分析に用いられている。例えば、特許文献１の特開昭５２−１１７１９２号公報には、反射電子強度と石炭・コークス中の水素及び炭素の含有比の関係とを利用して石炭・コークスの性状判定を行う技術が開示されている。また例えば、特許文献２の特開平８−２０１３１７号公報には、原子番号が既知の標準試料と反射電子強度との関係から検量線を予め作成しておき、実測した反射電子強度から金属試料中の化合物の同定を行う技術が開示されている。また例えば、特許文献３の特開平８−１４８１１１号公報には、反射電子の組成コントラストを利用してベアウェハ上の異物を自動的に探索する技術が開示されている。
【０００６】
上記のように反射電子信号は試料の組成情報を良く反映するため、二次電子信号と並んでＳＥＭやＥＰＭＡ等の表面観察・分析装置において広く利用されている。例えば、特許文献４の特開２０００−３６２７６号公報には、コンピュータ制御により像観察を行う電子顕微鏡において、二次電子像と反射電子像を切り換えて観察するときのコントラストと輝度の再調整を不要とする技術が開示されている。
【０００７】
【特許文献１】特開昭５２−１１７１９２号公報
【特許文献２】特開平８−２０１３１７号公報
【特許文献３】特開平８−１４８１１１号公報
【特許文献４】特開２０００−３６２７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ＳＥＭやＥＰＭＡで観察や分析を行う場合、試料の状態や観察・分析の目的に応じて、加速電圧と照射電流値の照射条件を大きく変えることが一般的である。試料上に存在する介在物等の組成の異なる部分を識別するときは、反射電子像の輝度とコントラストを適当に調整して見易く表示すればよい。
【０００９】
図１１は、反射電子像の輝度及びコントラストと反射電子信号強度との関係を説明するための概念図である。図１１（ａ）は低コントラスト、（ｂ）は高コントラストで表示した同一視野の反射電子像である。試料中の三つの相（α、β、Ｍ）はそれぞれの組成によって決まる平均原子番号を持っている。電子線を直線Ｌ上で走査させたときの反射電子信号強度の変化をそれぞれの右側のグラフに示している。反射電子像のコントラストは、加速電圧や照射電流値の照射条件を変えたり増幅器の増幅率を変えることにより変化する。また、汚れ等により反射電子検出器の感度が変化することによっても変化する。増幅器の増幅率を変化させると信号の直流分も変化するので、通常は増幅器のオフセットを変化させて輝度の調整を行う。
【００１０】
しかしながら、同種の試料（同一の試料内での異なる場所の試料部分を含む）について、照射条件を変えて観察する際に、反射電子像中において同じ組成の箇所を同じ輝度やコントラストになるように表示したいという場合がある。この場合標準試料を用いていちいち反射電子検出器の感度を校正するのは手間がかかるという問題がある。
【００１１】
また装置が異なる場合、装置に装備されている反射電子検出器の感度やその増幅器の増幅率などが異なるため、同じ試料の反射電子像を比較しようとしても比較するための基準がないため正確な比較は行えないという問題がある。
【００１２】
また、特開昭５２−１１７１９２号公報や特開平８−２０１３１７号公報に開示されている技術の場合は、反射電子強度と試料の平均原子番号との関係（検量線）を厳密に一定に保つ必要があるため、試料に照射する電子線の加速電圧と照射電流値は常に同じ条件を用いるか、これら条件が変わったときはあらためて検量線の再測定を行わなければならないという問題がある。
【００１３】
本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであって、その目的は、加速電圧と照射電流値の照射条件が変わる場合及び／又は異なる装置で試料を観察する場合においても、原子番号差が同じであれば常に同じ輝度とコントラストで反射電子像の表示が行えるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記の問題を解決するために、請求項１記載の発明は、細く絞った電子線を試料表面に照射し、試料から発生する反射電子を検出して反射電子像を取得する機能を有する電子線装置において、
該電子線の加速電圧を設定する加速電圧設定手段と、
該電子線の照射電流値を測定する照射電流測定手段と、
反射電子検出器からの出力信号を増幅する増幅器の出力信号強度を測定する信号強度測定手段と、
前記増幅器の出力信号強度を増減させて前記反射電子像のコントラストを変化させるように当該増幅器の増幅率を調整する増幅率調整手段と、
前記増幅器の出力信号の直流成分を増減して前記反射電子像の輝度を変化させるように当該増幅器のオフセットを調整するオフセット調整手段と、
平均原子番号が既知の標準試料を使用して、基準となる加速電圧及び／又は照射電流値における反射電子信号強度を測定したときの前記増幅器の出力信号強度と増幅率とオフセットを記憶する記憶手段と、
設定される加速電圧及び／又は照射電流値が前記基準となる加速電圧及び／又は照射電流値に対して変化したときに、前記増幅器が、前記基準となる加速電圧及び／又は照射電流値における反射電子信号強度に等しい信号強度を出力するように補正するための前記増幅器の増幅率とオフセットを求める演算手段とを備え、
任意の加速電圧及び／又は照射電流値の条件において前記反射電子像を取得するとき、前記記憶手段に記憶されている前記基準となる加速電圧及び／又は照射電流値における反射電子信号強度を測定したときの前記増幅器の出力信号強度と増幅率とオフセットに基づいて、前記演算手段が、前記基準となる加速電圧及び／又は照射電流値における反射電子信号強度と等しい強度を出力する前記増幅器の増幅率及びオフセットを求め、前記増幅率調整手段及び前記オフセット調整手段が、当該求められた増幅率及びオフセットになるように前記増幅器の増幅率及びオフセットを調整することを特徴とする。
【００１５】
また請求項２記載の発明は、前記演算手段が、前記増幅器の出力信号強度の変化量と加速電圧及び／又は照射電流値の変化量との関係が線形であると仮定して、前記基準となる加速電圧及び／又は照射電流値における反射電子信号強度と等しい強度を出力する前記増幅器の増幅率及びオフセットを求めることを特徴とする。
【００１６】
また請求項３記載の発明は、任意の加速電圧及び／又は照射電流値の条件において反射電子像を取得するとき、所望する平均原子番号の範囲を指定する指定手段を備え、
前記演算手段が、前記指定手段によって指定された平均原子番号の上限及び下限に対応する反射電子信号強度が前記増幅器の出力信号強度の上限及び下限に等しくなる前記増幅器の増幅率及びオフセットを求め、前記増幅率調整手段及び前記オフセット調整手段が、当該求められた増幅率及びオフセットになるように前記増幅器の増幅率及びオフセットを調整することを特徴とする。
【００１７】
また請求項４記載の発明は、前記指定手段によって指定された平均原子番号の範囲に対応する反射電子信号強度の上限及び下限が、前記増幅器の出力信号強度の上限及び下限に等しくなる前記増幅器の増幅率及びオフセットを求めるとき、
前記演算手段は、予め求められている平均原子番号と前記増幅器の出力信号強度との関係式と、前記記憶手段に記憶されている前記基準となる加速電圧及び／又は照射電流値における反射電子信号強度を測定したときの前記増幅器の出力信号強度、増幅率及びオフセットとに基づいて、
前記上限及び下限に等しくなる信号強度を与える前記増幅器の増幅率及びオフセットを求めることを特徴とする。
【００１８】
また請求項５記載の発明は、前記指定手段によって指定された平均原子番号の範囲に相当する前記増幅器の出力信号強度の上限及び下限の範囲の信号強度を用いて表示された反射電子像を任意の強度でレベル分けし、各々のレベル毎に異なる色を対応させたカラーバーと共に当該反射電子像をリアルタイムで表示することを特徴とする。
【００１９】
また、請求項６記載の発明は、細く絞った電子線を試料表面に照射し、試料から発生する反射電子を検出して反射電子像を取得する機能を有する電子線装置の動作方法において、
当該電子線装置が、
該電子線の加速電圧を設定する加速電圧設定手段と、
該電子線の照射電流値を測定する照射電流測定手段と、
反射電子検出器からの出力信号を増幅する増幅器の出力信号強度を測定する信号強度測定手段と、
前記増幅器の出力信号強度を増減させて前記反射電子像のコントラストを変化させるように当該増幅器の増幅率を調整する増幅率調整手段と、
前記増幅器の出力信号の直流成分を増減して前記反射電子像の輝度を変化させるように当該増幅器のオフセットを調整するオフセット調整手段と、
平均原子番号が既知の標準試料を使用して、基準となる加速電圧及び／又は照射電流値における反射電子信号強度を測定したときの前記増幅器の出力信号強度と増幅率とオフセットを記憶する記憶手段と、
設定される加速電圧及び／又は照射電流値が前記基準となる加速電圧及び／又は照射電流値に対して変化したときに、前記増幅器が、前記基準となる加速電圧及び／又は照射電流値における反射電子信号強度に等しい信号強度を出力するように補正するための前記増幅器の増幅率とオフセットを求める演算手段とを備え、
任意の加速電圧及び／又は照射電流値の条件において前記反射電子像を取得するとき、前記記憶手段に記憶されている前記基準となる加速電圧及び／又は照射電流値における反射電子信号強度を測定したときの前記増幅器の出力信号強度と増幅率とオフセットに基づいて、前記演算手段が、前記基準となる加速電圧及び／又は照射電流値における反射電子信号強度と等しい強度を出力する前記増幅器の増幅率及びオフセットを求め、前記増幅率調整手段及び前記オフセット調整手段が、当該求められた増幅率及びオフセットになるように前記増幅器の増幅率及びオフセットを調整することを特徴とする。
【００２０】
また請求項７記載の発明は、前記演算手段が、前記増幅器の出力信号強度の変化量と加速電圧及び／又は照射電流値の変化量との関係が線形であると仮定して、前記基準となる加速電圧及び／又は照射電流値における反射電子信号強度と等しい強度を出力する前記増幅器の増幅率及びオフセットを求めることを特徴とする。
【００２１】
また請求項８記載の発明は、前記演算手段が、指定された平均原子番号の上限及び下限に対応する反射電子信号強度が前記増幅器の出力信号強度の上限及び下限に等しくなる前記増幅器の増幅率及びオフセットを求め、前記増幅率調整手段及び前記オフセット調整手段が、当該求められた増幅率及びオフセットになるように前記増幅器の増幅率及びオフセットを調整することを特徴とする。
【００２２】
また請求項９記載の発明は、指定された平均原子番号の範囲に対応する反射電子信号強度の上限及び下限が、前記増幅器の出力信号強度の上限及び下限に等しくなる前記増幅器の増幅率及びオフセットを求めるとき、
前記演算手段は、予め求められている平均原子番号と前記増幅器の出力信号強度との関係式と、前記記憶手段に記憶されている前記基準となる加速電圧及び／又は照射電流値における反射電子信号強度を測定したときの前記増幅器の出力信号強度、増幅率及びオフセットとに基づいて、
前記上限及び下限に等しくなる信号強度を与える前記増幅器の増幅率及びオフセットを求めることを特徴とする。
【００２３】
また請求項１０記載の発明は、指定された平均原子番号の範囲に相当する前記増幅器の出力信号強度の上限及び下限の範囲の信号強度を用いて表示された反射電子像を任意の強度でレベル分けし、各々のレベル毎に異なる色を対応させたカラーバーと共に当該反射電子像をリアルタイムで表示することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２４】
請求項１又は請求項６記載の発明によれば、
加速電圧と照射電流値の照射条件が変わったり装置が異なったりしても、同じ平均原子番号差を持つ視野の反射電子像であれば同じコントラストと輝度で表示することができる。そのため、同じか又は同種の試料について異なる照射条件や装置で表示された反射電子像間の定量的な比較が行える。
【００２５】
また請求項２又は請求項７記載の発明によれば、
反射電子強度と試料の平均原子番号との関係を異なる加速電圧に対して校正するとき、少なくとも一つの標準試料を用いれば良いので校正を簡単に行うことができる。
【００２６】
また請求項３又は請求項８記載の発明によれば、
所望する平均原子番号の範囲で表示するようにした反射電子像において、上限の平均原子番号に対応する位置を最も明るい状態、下限の位置を最も暗い状態に固定し、常に同じコントラストと輝度となるように表示するので、同じか又は同種の試料について異なる照射条件や装置で表示された反射電子像間の定量的な比較が行える。
【００２７】
また請求項４又は請求項９記載の発明によれば、
平均原子番号と前記増幅器の出力信号強度との関係を予め求めておくので、反射電子像をリアルタイムに観察しながら、同じか又は同種の試料について異なる照射条件や装置で表示された反射電子像間の定量的な比較を行うことができる。
【００２８】
また請求項５又は請求項１０記載の発明によれば、
異なる平均原子番号レベル毎にカラー表示された反射電子像をカラーバーと共にリアルタイムで観察できるので、同じか又は同種の試料について異なる照射条件や装置で表示された反射電子像間の定量的な比較を見易く且つ素早く行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下図面を参照しながら、本発明の実施の形態について説明する。但し、この例示によって本発明の技術範囲が制限されるものでは無い。各図において、同一または類似の動作を行うものには共通の符号を付し、詳しい説明の重複を避ける。なお、本発明の説明において、反射電子信号強度又は反射電子像と記述するときは、反射電子の凹凸情報を取り除いた組成情報を指すものとする。
【００３０】
図１に、本発明を実施する電子線装置の概略構成例を示す。図１において、電子線装置の鏡体１の内部は図示しない真空排気装置により真空が保たれている。加速電圧設定手段を含む電子線制御系１３により駆動される電子銃２から放出された電子線ＥＢは、集束レンズ３と対物レンズ４により細く絞られ試料８に照射される。走査コイル６による偏向作用に基づいて、電子線ＥＢは試料８上を二次元的に走査する。電子線ＥＢの試料８への照射により発生した反射電子ＢＥは反射電子検出器７により検出される。反射電子ＢＥの検出信号は増幅器１０、画像処理装置（信号強度測定手段を含む）１１、バス２０を経て制御・演算装置（演算手段）１６に送られ、表示装置１７に走査コイル６の走査に同期した反射電子像として表示される。増幅率調整手段とオフセット調整手段とを含む増幅器制御系１２は、制御・演算装置１６からの指示に基づいて増幅器１０の増幅率及びオフセットの設定を制御・調整する。試料８が取り付けられた試料ホルダ９を載置した試料ステージ１４は、ステージ制御系１５により駆動されて、試料８上の電子線ＥＢの照射位置を変えることができるようになっている。
【００３１】
照射電流検出器（照射電流測定手段）５は、電子線ＥＢの通路に挿脱可能なように支持されており、電子線ＥＢの照射電流値を測定するときには当該通路に挿入される。電子銃２、集束レンズ３、対物レンズ４、照射電流検出器５、走査コイル６は、バス２０、電子線制御系１３を介して制御・演算装置１６によって制御される。記憶装置（記憶手段）１８には、本発明の実施に必要なパラメータ及び校正曲線データが記憶されている。１９は、マウス、キーボードなどの入力装置（指定手段）である。
【００３２】
画像処理装置１１には、反射電子信号のアナログ・デジタル変換を行うＡ／Ｄ変換器２１、フレーム積算等の処理を行う画像演算部２２、反射電子像を表示するためのデータを記憶する画像メモリ２３が構成されている。増幅器１０からのアナログ出力はＡ／Ｄ変換器２１によりデジタル変換される。本発明において、増幅器１０から出力される反射電子信号強度の測定は、Ａ／Ｄ変換器２１のＡ／Ｄ変換出力を測定することにより行われる。当該測定は、画像処理装置１１内で行われる。これによる測定結果は、画像処理装置１１から、バス２０を介して制御・演算装置に送られる。
【００３３】
なお、実際の装置では、上述した以外にも非点補正コイル、像移動コイル、絞りなどが配置されているが、ここでは概略の説明にとどめるため、これらの説明は省略している。
【００３４】
図３は、原子番号の異なるいくつかの標準試料について、反射電子信号強度の照射電流依存性を実測した結果を示すグラフである。横軸は照射電流値（任意スケール）、縦軸は反射電子強度（任意スケール）である。但し、図１０に示された原子番号効果を補正している。反射電子信号強度と照射電流値とはほぼ比例関係にあることがわかる。
【００３５】
次に、図４は、原子番号の異なるいくつかの標準試料について、反射電子信号強度の加速電圧依存性を実測した結果を示すグラフである。横軸は加速電圧（任意スケール）、縦軸は反射電子信号強度（任意スケール）である。但し、図１０の原子番号効果を補正している。反射電子強度と加速電圧とはほぼ比例関係にあることがわかる。直線が横軸と交わる切片Ｂの加速電圧は、反射電子検出器の特性等に依存する定数である。
【００３６】
図１０、図３及び図４のグラフから、基準となる平均原子番号Ｚ０を持つ試料について、照射電流Ｉ０と加速電圧Ｖ０における反射電子信号強度Ａ（Ｚ０，Ｖ０，Ｉ０）と、平均原子番号Ｚを持つ試料について、照射電流Ｉ１と加速電圧Ｖ１に変化させたときの反射電子信号強度Ａ（Ｚ，Ｖ１，Ｉ１）との関係を下式（１）のように表すことができる。
【００３７】
【数１】
2008123990.tif 000003
【００３８】
ここに、Ｂは反射電子検出器の特性に依存する定数項である。また、ｆ（Ｚ）は図１０のグラフにおける反射電子信号強度と平均原子番号の関係を表す関数であり、Ｚ＝Ｚ０のときｆ（Ｚ）＝１となる。
【００３９】
平均原子番号が２９番より低ければ、ｆ（Ｚ）は線形関数で近似が可能である。また、実際の測定を行う試料の原子番号が、Ａ（Ｚ０，Ｖ０，Ｉ０）の測定に用いる基準となる標準試料の平均原子番号に近い場合は、線形関数を用いてもよい近似が期待できる。例えば、実際の測定を行う試料の平均原子番号が３６番以下であれば標準試料として銅（Ｚ０＝２９）を用いるとよい。同様に、実際の測定を行う試料の平均原子番号が３７番から５４番の場合はモリブデン（Ｚ０＝４２）、５５番以上の場合は金（Ｚ０＝７９）を標準試料として用いるとよい。より広い平均原子番号の範囲について適用させたい場合は、ｆ（Ｚ）を多項式で近似させればよい。ｆ（Ｚ）にどのような関数を用いるかは測定の目的により異なるため、本発明では特に限定はしない。
【００４０】
式（１）の関係から、基準となる平均原子番号Ｚ０を持つ試料において反射電子信号強度Ａ（Ｚ０，Ｖ０，Ｉ０）を得たときの増幅器のゲインをＧ０とすれば、平均原子番号Ｚ０を持つ試料において照射電流Ｉ１と加速電圧Ｖ１のときに同じ反射電子信号強度を得るために必要な増幅器のゲインＧ１は、下式（２）で与えられる。
【００４１】
【数２】
2008123990.tif 000004
【００４２】
ここで、平均原子番号Ｚ０を持つ試料において反射電子信号強度Ａ（Ｚ０，Ｖ０，Ｉ０）を求める手順を、図６に示すフロー図を参照しながら説明する。なお、操作者の行う作業を含む一連の手順は、制御・演算装置１６に格納されているプログラムにより制御される。
【００４３】
ステップＳ１：操作者は、平均原子番号Ｚ０を持つ標準試料の反射電子信号強度Ａ（Ｚ０，Ｖ０，Ｉ０）の測定を行うための条件として、加速電圧Ｖ０、照射電流Ｉ０を設定する。
ステップＳ２：操作者は、増幅器１０の増幅率を標準試料の信号強度が測定可能な大きさに設定する。即ち、図５に示すように、標準試料の信号強度がＡ／Ｄ変換出力のＤＭａｘを超えない適当なレベルに設定する。
ステップＳ３：操作者は、試料に電子線を照射しないか又は照射電流や加速電圧が十分小さくて、標準試料から反射電子が発生しない条件に設定する。
ステップＳ４：操作者は、増幅器１０のオフセットを信号強度のゼロ点が測定可能なレベルに設定する。図５は、この増幅率を調整する方法を説明するための図である。信号強度のゼロ点がＡ／Ｄ変換出力のＤＭｉｎを下回らない適当なレベルとなるようにオフセットを調整する。なお、装置により異なるが、Ａ／Ｄ変換出力は８ビットから１６ビット程度の範囲に設定されていることが多い。
ステップＳ５：標準試料の信号強度及びゼロ点の２つのレベルが、何れもＡ／Ｄ変換出力のＤＭａｘとＤＭｉｎ値の間の適当なレベルに設定されれば、そのときの増幅率をＧ０、オフセットをＦ０に決定し次のステップに進む。増幅率及び／又はオフセットを再設定する場合はステップＳ２に戻る。
ステップＳ６：標準試料の信号強度のＡ／Ｄ出力からゼロ点の出力を差し引き、
増幅率Ｇ０におけるＡ（Ｚ０，Ｖ０，Ｉ０）を求める。増幅率Ｇ０、オフセットＦ０と信号強度Ａ（Ｚ０，Ｖ０，Ｉ０）は図１の記憶装置１８に記憶される。
【００４４】
次に、式（１）中の定数項Ｂを求める手順を、図７に示すフロー図を参照しながら説明する。なお、操作者の行う作業を含む一連の手順は、制御・演算装置１６に格納されているプログラムにより制御される。
【００４５】
ステップＳ１１：操作者は、加速電圧Ｖ０、照射電流Ｉ０を設定する。
ステップＳ１２：図６のフローで説明した手順と同様の手順で標準試料の反射電子信号強度Ａ（Ｚ０，Ｖ０，Ｉ０）の測定を行う。
ステップＳ１３：操作者は、加速電圧をＶ０＋δ、照射電流をＩ０に設定する。例えば、δは−５ｋＶ程度に設定するとよい。
ステップＳ１４：標準試料の信号強度のＡ／Ｄ出力からゼロ点の出力を差し引き、増幅率Ｇ０におけるＡ（Ｚ０，Ｖ０＋δ，Ｉ０）を求める。
ステップＳ１５：定数項Ｂを下式（３）により求める。なお、式（３）は、式（１）においてＶ１＝Ｖ０＋δを代入し、Ｂについて解いた式である。
【００４６】
【数３】
2008123990.tif 000005
【００４７】
定数項Ｂは図１の記憶装置１８に記憶される。
【００４８】
定数項Ｂは反射電子検出器の特性により異なるだけでなく、反射電子が入射する面に汚れが付着することによって変化する場合もある。そのため、装置の使用状況に応じて適宜上記の手順で校正を行うことが望ましい。
【００４９】
次に、加速電圧と照射電流値の照射条件が変わったり装置が異なったりしたときに、同じ平均原子番号差を持つ視野の反射電子像を同じ輝度とコントラストで表示するための手順を、図８を参照しながら説明する。なお、操作者の行う作業を含む一連の手順は、制御・演算装置１６に格納されているプログラムにより制御される。
【００５０】
ステップＳ２１：任意の照射条件（照射電流Ｉ１と加速電圧Ｖ１）を設定し、観察したい視野の反射電子像を表示する。
ステップＳ２２：表示したい平均原子番号Ｚの範囲を上側ＺＵと下側ＺＬで指定する。
ステップＳ２３：図１の照射電流検出器５を用いて照射電流値Ｉ１を測定する。
ステップＳ２４：反射電子像を表示している照射条件（照射電流Ｉ１と加速電圧Ｖ１）と基準となる照射条件（照射電流Ｉ０と加速電圧Ｖ０）との信号強度の違いを補正するための増幅率Ｇ１を上記式（２）を用いて求める。
ステップＳ２５：平均原子番号ＺＵとＺＬに対応する反射電子信号強度Ａ（ＺＵ，Ｖ０，Ｉ０）とＡ（ＺＬ，Ｖ０，Ｉ０）を求める。
ステップＳ２６：Ａ（ＺＵ，Ｖ０，Ｉ０）とＡ（ＺＬ，Ｖ０，Ｉ０）がＡ／Ｄ変換出力のＤＭａｘとＤＭｉｎになるような増幅率Ｇ２とオフセットＦ２を求め、反射電子像を再表示する。図１２は、上記の増幅率とＡ／Ｄ変換出力との関係を説明するための概念図である。説明を簡単にするため、ｆ（Ｚ）を線形で近似している。図１２から、増幅率Ｇ２とオフセットＦ２をゼロとするためにＦ１からの必要な変化量ΔＦ２は下式（４）と（５）により求められる。
【００５１】
【数４】
2008123990.tif 000006
【００５２】
【数５】
2008123990.tif 000007
【００５３】
ステップＳ２７：目的に応じて像観察や撮影を行う。平均原子番号を適当なレベルに分割しそれぞれのレベルを色分けしてカラー表示してもよい。
【００５４】
以上述べたように、反射電子信号の増幅器の増幅率を試料の平均原子番号を基準として調整することにより、加速電圧と照射電流値の照射条件が変わる場合及び／又は異なる装置で試料を観察する場合においても、原子番号差が同じであれば常に同じ輝度とコントラストで反射電子像の表示を行うことができる。
【００５５】
このように本発明は、細く絞った電子線ＥＢを試料８の表面に照射し、試料８から発生する反射電子ＢＥを検出して反射電子像を取得する機能を有する電子線装置において、電子線ＥＢの加速電圧を設定する加速電圧設定手段１３と、電子線ＥＢの照射電流値を測定する照射電流測定手段５と、反射電子検出器７からの出力信号を増幅する増幅器１０の出力信号強度を測定する信号強度測定手段１１と、増幅器１０の出力信号強度を増減させて反射電子像のコントラストを変化させるように増幅器１０の増幅率を調整する増幅率調整手段１２と、増幅器１０の出力信号の直流成分を増減して反射電子像の輝度を変化させるように増幅器１０のオフセットを調整するオフセット調整手段１２と、平均原子番号が既知の標準試料を使用して、基準となる加速電圧及び／又は照射電流値における反射電子信号強度を測定したときの増幅器１０の出力信号強度と増幅率とオフセットを記憶する記憶手段１８と、設定される加速電圧及び／又は照射電流値が前記基準となる加速電圧及び／又は照射電流値に対して変化したときに、増幅器１０が、前記基準となる加速電圧及び／又は照射電流値における反射電子信号強度に等しい信号強度を出力するように補正するための増幅器１０の増幅率とオフセットを求める演算手段１６とを備え、任意の加速電圧及び／又は照射電流値の条件において反射電子像を取得するとき、記憶手段１８に記憶されている前記基準となる加速電圧及び／又は照射電流値における反射電子信号強度を測定したときの増幅器１０の出力信号強度と増幅率とオフセットに基づいて、演算手段１６が、前記基準となる加速電圧及び／又は照射電流値における反射電子信号強度と等しい強度を出力する増幅器１０の増幅率及びオフセットを求め、増幅率調整手段１２及びオフセット調整手段１２が、当該求められた増幅率及びオフセットになるように増幅器１０の増幅率及びオフセットを調整することを特徴としている。
【００５６】
このとき、演算手段１６が、増幅器１０の出力信号強度の変化量と加速電圧及び／又は照射電流値の変化量との関係が線形であると仮定して、前記基準となる加速電圧及び／又は照射電流値における反射電子信号強度と等しい強度を出力する増幅器１０の増幅率及びオフセットを求めるようにすることができる。
【００５７】
また、本発明の電子線装置は、任意の加速電圧及び／又は照射電流値の条件において反射電子像を取得するとき、所望する平均原子番号の範囲を指定する指定手段１９を備えており、演算手段１６が、指定手段１９によって指定された平均原子番号の上限及び下限に対応する反射電子信号強度が増幅器１０の出力信号強度の上限及び下限に等しくなる増幅器１０の増幅率及びオフセットを求め、増幅率調整手段１２及びオフセット調整手段１２が、当該求められた増幅率及びオフセットになるように増幅器１０の増幅率及びオフセットを調整することができる。
【００５８】
このとき、指定手段１９によって指定された平均原子番号の範囲に対応する反射電子信号強度の上限及び下限が、増幅器１０の出力信号強度の上限及び下限に等しくなる増幅器１０の増幅率及びオフセットを求めるときに、演算手段１６が、予め求められている平均原子番号と増幅器１０の出力信号強度との関係式と、記憶手段１８に記憶されている前記基準となる加速電圧及び／又は照射電流値における反射電子信号強度を測定したときの増幅器１０の出力信号強度、増幅率及びオフセットとに基づいて、前記上限及び下限に等しくなる信号強度を与える前記増幅器の増幅率及びオフセットを求めることができる。
【００５９】
そして、指定手段１９によって指定された平均原子番号の範囲に相当する増幅器１０の出力信号強度の上限及び下限の範囲の信号強度を用いて表示された反射電子像を任意の強度でレベル分けし、各々のレベル毎に異なる色を対応させたカラーバーと共に当該反射電子像をリアルタイムで表示装置１７により表示することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明を実施する電子線装置の概略構成例。
【図２】本発明を実施する電子線装置の画像処理部の概略構成例。
【図３】反射電子信号強度の照射電流依存性を示すグラフ。
【図４】反射電子信号強度の加速電圧依存性を示すグラフ。
【図５】標準試料の信号強度とゼロ点を決める方法を説明するための図。
【図６】平均原子番号Ｚ０を持つ試料において反射電子信号強度を求める手順を示すフロー図。
【図７】定数項Ｂを求める手順を示すフロー図。
【図８】異なる照射条件で同じ平均原子番号差を持つ視野の反射電子像を同じ輝度とコントラストで表示するための手順を示すフロー図。
【図９】反射電子信号持つ組成情報と凹凸情報を分離するための原理説明図。
【図１０】反射電子信号強度の平均原子番号依存性を示すグラフ。
【図１１】反射電子像の輝度及びコントラストと反射電子信号強度との関係を説明するための概念図。
【図１２】増幅率とＡ／Ｄ変換出力との関係を説明するための概念図。
【符号の説明】
【００６１】
（同一または類似の動作を行うものには共通の符号を付す。）
ＥＢ  電子線                    ＢＥ  反射電子
１  鏡体                        ２  電子銃
３  集束レンズ                  ４  対物レンズ
５  照射電流検出器              ６  走査コイル
７  反射電子検出器              ８  試料
９  試料ホルダ                  １０  増幅器
１１  画像処理部                １２  増幅器制御系
１３  電子線制御系              １４  試料ステージ
１５  ステージ制御系            １６  制御・演算装置
１７  表示装置                  １８  記憶装置
１９  入力装置                  ２０  バス
２１  Ａ／Ｄ変換器              ２２  画像演算部
２３  画像メモリ
【図１】
2008123990.tif 000008
【図２】
2008123990.tif 000009
【図３】
2008123990.tif 000010
【図４】
2008123990.tif 000011
【図５】
2008123990.tif 000012
【図６】
2008123990.tif 000013
【図７】
2008123990.tif 000014
【図８】
2008123990.tif 000015
【図９】
2008123990.tif 000016
【図１０】
2008123990.tif 000017
【図１１】
2008123990.tif 000018
【図１２】
2008123990.tif 000019