(57)【要約】【課題】観察像のコントラスト及びブライトネスが変化しても迅速に適正な値に自動調整することができる荷電粒子線装置及びその画像調整方法を提供する。【解決手段】試料６に荷電粒子線を照射して観察像を取得する荷電粒子線装置において、二次電子検出器１１での二次電子の電気信号化の際の増幅率を調節する検出器パラメーターＰを設定する調整電源１４と、検出器パラメーターＰの適正値と試料ステージ７の傾斜角θとの相関関係を記憶した記憶部２０と、試料ステージ７の傾動時、記憶部２０に記憶した上記相関関係を基に試料ステージ７の傾斜角θに応じて検出器パラメーターＰの値を補正し調整電源１４に出力する補正演算部１９とを有する。【選択図】図１
2008103107.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料に荷電粒子線を照射して観察像を取得する荷電粒子線装置において、
傾動可能な試料ステージと、
この試料ステージ上の試料の上面に荷電粒子線を照射する荷電粒子線光学系と、
荷電粒子線の照射により試料から放出される二次電子を検出し電気信号化する二次電子検出器と、
この二次電子検出器からの電気信号を基に観察像の表示信号を生成する画像表示系と、
前記二次電子検出器での二次電子の電気信号化の際の増幅率を調節する検出器パラメーターを設定するパラメーター設定手段と、
前記検出器パラメーターの適正値と前記試料ステージの傾斜角との相関関係を記憶した記憶手段と、
前記試料ステージの傾動時、前記記憶手段に記憶した前記相関関係を基に前記試料ステージの傾斜角に応じて前記検出器パラメーターの値を補正し前記パラメーター設定手段に出力する補正手段と
を有することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項２】
請求項１の荷電粒子線装置において、
前記試料ステージの傾斜角度がθ１からθ２に変化した場合、
前記補正手段は、前記試料ステージの傾動前の検出器パラメーターをＰ１、二次電子発生量の試料ステージ傾斜角に対する依存性を表す関数をκ（θ）、二次電子発生量の検出器パラメーターＰに対する依存性を表す関数をｆ（Ｐ）、ｆ（Ｐ）の逆関数をφ［ｇ］としたとき、
Ｐ２＝φ［｛κ（θ１）／κ（θ２）｝ｆ（Ｐ１）］
で表される式に従って前記検出器パラメーターをＰ２に補正する
ことを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項３】
請求項１の荷電粒子線装置において、前記パラメーター設定手段に代えて、前記画像表示系での電気信号の表示信号化の際の画像の輝度のオフセット値を調節するバイアスパラメーターを設定するバイアス設定手段を備え、
前記記憶手段は、前記検出器パラメーターの適正値と前記試料ステージの傾斜角との相関関係に代えて、前記バイアスパラメーターの適正値と前記試料ステージの傾斜角との相関関係を記憶し、
前記補正手段は、前記試料ステージの傾動時、前記記憶手段に記憶した前記相関関係を基に前記試料ステージの傾斜角に応じて前記バイアスパラメーターの値を補正し前記バイアス設定手段に出力する
ことを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項４】
請求項１の荷電粒子線装置において、前記画像表示系での電気信号の表示信号化の際の画像の輝度のオフセット値を調節するバイアスパラメーターを設定するバイアス設定手段を更に備え、
前記補正手段は、前記試料ステージの非傾動時には検出器パラメーターとバイアスパラメーターを自動的に並行補正し、試料ステージの傾動時に前記並行補正を一時的に解除して前記相関関係に基づいて検出器パラメーターを補正する
ことを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項５】
請求項３又は４の荷電粒子線装置において、
前記試料ステージの傾斜角度がθ１からθ２に変化した場合、
前記補正手段は、Ｂ１を前記試料ステージの傾動前のバイアスパラメーター、κ（θ）を二次電子発生量の試料ステージ傾斜角に対する依存性を表す関数、Ｂｈを定数としたとき、
Ｂ２＝Ｂ１−｛κ（θ１）／κ（θ２）−１｝（Ｂｈ−Ｂ１）
で表される式に従って前記バイアスパラメーターをＢ２に補正する
ことを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項６】
請求項１の荷電粒子線装置において、前記試料上に形成された位置確認用マークを前記試料ステージが傾斜した状態で観察する際、前記検出器パラメーターの値を前記相関関係にしたがって強制的に自動補正することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項７】
請求項１の荷電粒子線装置において、前記検出器パラメーターを自動的に変更し続ける動作モードと、前記検出器パラメーターの自動変更を行わない動作モードを有し、これらの動作モードから操作者が任意の一方を選択する操作が可能な入力部を有することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項８】
試料に荷電粒子線を照射して観察像を取得する荷電粒子線装置において、
試料の上面に荷電粒子線を照射する荷電粒子線光学系と、
荷電粒子線の照射により試料から放出される二次電子を検出し電気信号化する二次電子検出器と、
この二次電子検出器からの電気信号を基に観察像の表示信号を生成する画像表示系と、
前記二次電子検出器での二次電子の電気信号化の際の増幅率を調節する検出器パラメーターを設定するパラメーター設定手段と、
前記検出器パラメーターの適正値と荷電粒子線のビーム電流値との相関関係を記憶した記憶手段と、
荷電粒子線のビーム電流値の変動時、前記記憶手段に記憶した前記相関関係を基に荷電粒子線のビーム電流値に応じて前記検出器パラメーターの値を補正し前記パラメーター設定手段に出力する補正手段と
を有することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項９】
請求項８の荷電粒子線装置において、
荷電粒子線のビーム電流値がｉｂ１からｉｂ２に変化した場合、
前記補正手段は、ビーム電流値の変動前の検出器パラメーターをＰ１、二次電子発生量のビーム電流値に対する依存性を表す関数をλ（ｉｂ）、二次電子発生量の検出器パラメーターＰに対する依存性を表す関数をｆ（Ｐ）、ｆ（Ｐ）の逆関数をφ［ｇ］としたとき、
Ｐ２＝φ［｛λ（ｉｂ１）／λ（ｉｂ２）｝ｆ（Ｐ１）］
で表される式に従って前記検出器パラメーターをＰ２に補正する
ことを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項１０】
請求項８の荷電粒子線装置において、試料上に形成された位置確認用マークをビーム電流値の異なる荷電粒子線で再度観察する際に、前記検出器パラメーターの値を前記相関関係にしたがって強制的に自動補正することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項１１】
傾動可能な試料ステージと、この試料ステージ上の試料の上面に荷電粒子線を照射する荷電粒子線光学系と、荷電粒子線の照射により試料から放出される二次電子を検出し電気信号化する二次電子検出器と、この二次電子検出器からの電気信号を基に観察像の表示信号を生成する画像表示系と、前記二次電子検出器での二次電子の電気信号化の際の増幅率を調節する検出器パラメーターを設定するパラメーター設定手段とを備え、試料に荷電粒子線を照射して観察像を取得する荷電粒子線装置の画像調整方法において、
前記試料ステージの傾動時、記憶手段に記憶した前記検出器パラメーターの適正値と前記試料ステージの傾斜角との相関関係を基に前記試料ステージの傾斜角に応じて前記検出器パラメーターの値を補正する
ことを特徴とする荷電粒子線装置の画像調整方法。
【請求項１２】
試料の上面に荷電粒子線を照射する荷電粒子線光学系と、荷電粒子線の照射により試料から放出される二次電子を検出し電気信号化する二次電子検出器と、この二次電子検出器からの電気信号を基に観察像の表示信号を生成する画像表示系と、前記二次電子検出器での二次電子の電気信号化の際の増幅率を調節する検出器パラメーターを設定するパラメーター設定手段とを備え、試料に荷電粒子線を照射して観察像を取得する荷電粒子線装置の画像調整方法において、
荷電粒子線のビーム電流値の変動時、記憶手段に記憶した前記検出器パラメーターの適正値と荷電粒子線のビーム電流値との相関関係を基に荷電粒子線のビーム電流値に応じて前記検出器パラメーターの値を補正する
ことを特徴とする荷電粒子線装置の画像調整方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試料に荷電粒子線を照射して観察像を取得する荷電粒子線装置及びその画像調整方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
走査型電子顕微鏡や走査型イオン顕微鏡（集束イオンビーム観察・加工装置）を含む荷電粒子線装置は、荷電粒子線（電子ビーム又はイオンビーム）を試料面（試料上面）に走査して試料から放出される二次電子を検出し、それを電気信号に変換して画像化する。平面的な形状を持つ試料面を観察する場合、水平姿勢の試料ステージ上の試料に荷電粒子線を照射し試料の垂直上方からの観察像を得るのが通常であるが、試料面の微細な凹凸構造を立体的に把握したり、試料面に対し斜め方向に集束イオンビームを入射させて試料を加工したりする必要がある場合、試料に対する荷電流視線の入射方向を相対的に変更するために試料を搭載した試料ステージを傾動させる。
【０００３】
しかし、二次電子の発生量は試料面に対する荷電粒子線の入射角度に依存して変化し、一般に荷電粒子線が試料面に垂直入射するときに二次電子発生量が最小値をとり試料面の傾斜角が大きくなるにつれて二次電子発生量が増加する。そのため、一般に荷電粒子線装置では観察像のコントラストとブライトネスを調節するためのパラメーターが用意されているが、試料ステージ非傾斜時の画像が適正となるようにパラメーターが調整してあっても、試料ステージ傾斜時には観察像のコントラストとブライトネスが適正に保たれない場合がある。
【０００４】
それに対し、取得画像から求めた信号強度分布の中央域を表示階調域内の中央域に合わせた後、信号強度分布から求めた累積度数（信号強度分布の端部域）を表示階調域内の中央域に合わせる工程（コントラスト微調整）と信号強度分布の端部域を示す累積度数を表示階調域の端部域に合わせる工程（ブライトネス調整）とを交互繰り返すことで、観察像のコントラスト及びブライトネスを自動調整する装置がある（特許文献１等参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−２４３９０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前述したように試料ステージ傾斜時には観察像のコントラストやブライトネスが適正値から変化するため、試料ステージを傾動させた場合には適正な画像を得るために画像のコントラストとブライトネスを再調整する必要が生じるが、オペレーターにとってこの調整のためにマニュアル操作する作業は負担である。特に、試料ステージ傾斜を繰り返し行う必要がある場合にはこの再調整が作業を煩瑣にする要因となる。また集束イオンビーム観察・加工装置において、試料上にあらかじめ形成された位置確認用マークをＳＩＭ像で認識しつつ加工位置を微補正しながら傾斜加工する工程は、人為的な調整なしに適正なコントラストを持つマーク像を取得することができなければ自動化は困難である。
【０００７】
上記従来技術は、試料ステージ傾斜角の変化に伴う上記課題に着目するものではないが、観察像のコントラストとブライトネスを自動調整する機能を備えている。そこで、試料ステージを傾動させる際のコントラストとブライトネスの自動調整のために上記従来技術を適用した場合を考えると、観察像を繰り返し取得しながらコントラストとブライトネスを交互に微調整するため、調整完了までに試行的に数回〜数十回の画像取得を実施する必要がある。したがって、試料ステージを傾動させる度にコントラスト及びブライトネスの調整に長い時間を要し、全体作業の長時間化の一因になる。
【０００８】
また、荷電粒子線のビーム電流値が変化しても観察像のコントラストやブライトネスが変化するため、荷電粒子線のビーム電流値が変化したときにもコントラストやブライトネスをその都度補正する必要がある。
【０００９】
本発明は上記に鑑みなされたものであり、観察像のコントラスト及びブライトネスが変化しても迅速に適正な値に自動調整することができる荷電粒子線装置及びその画像調整方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明は、試料に荷電粒子線を照射して観察像を取得する荷電粒子線装置において、二次電子検出器での二次電子の電気信号化の際の増幅率を調節する検出器パラメーターを設定するパラメーター設定手段と、検出器パラメーターの適正値と試料ステージの傾斜角との相関関係を記憶した記憶手段と、試料ステージの傾動時、記憶手段に記憶した上記相関関係を基に試料ステージの傾斜角に応じて検出器パラメーターの値を補正しパラメーター設定手段に出力する補正手段とを有する。
【００１１】
上記目的を達成するために、また本発明は、試料に荷電粒子線を照射して観察像を取得する荷電粒子線装置において、二次電子検出器での二次電子の電気信号化の際の増幅率を調節する検出器パラメーターを設定するパラメーター設定手段と、検出器パラメーターの適正値と荷電粒子線のビーム電流値との相関関係を記憶した記憶手段と、荷電粒子線のビーム電流値の変動時、記憶手段に記憶した上記相関関係を基に荷電粒子線のビーム電流値に応じて前記検出器パラメーターの値を補正しパラメーター設定手段に出力する補正手段とを有する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、観察像のコントラスト及びブライトネスが変化しても迅速に適正な値に自動調整することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下に図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。
【００１４】
（第１の実施の形態）
図１は本発明の第１の実施の形態に係る荷電粒子線装置の全体構成を表す概略図である。
図１では、荷電粒子線装置の一例としてＦＩＢ装置やＦＩＢ−ＳＥＭ等の集束イオンビーム観察・加工装置の構成図を示している。この集束イオンビーム観察・加工装置は、試料ステージ７、イオンビーム光学系２５、二次電子検出器１１、アンプ１２、画像表示系１３、調整電源１４，１５、装置制御部１７、ステージ駆動系１８を有している。
【００１５】
試料ステージ７は、試料６を搭載するもので、ステージ駆動系１８からの指令により面内方向（ｘ，ｙ方向）や上下方向（ｚ方向）の移動、回転、傾斜角度の変更の動作が可能な構成である。ステージ駆動系１８は、装置制御部１７からの指令信号を受けて試料ステージ７に指令を出力する。
【００１６】
イオンビーム光学系２５は、試料ステージ７上の試料６の上面に荷電粒子線（本例ではイオンビーム）２を照射する荷電粒子線光学系である。イオンビーム光学系２５は、イオン源１、イオン源１から発生したイオンビーム２を偏向する偏向器３，４、イオンビーム２を絞るレンズ５等を有している。偏向器３は直流増幅器８からの指令で作動し、偏向器４は偏向増幅器９からの指令により作動する。直流増幅器８は操作制御部１７からの指令信号を基に偏向器３に指令を出力し、偏向増幅器９は操作制御部１７からの指令信号を基に偏向信号発生器１０より出力される偏向信号に応じて偏向器４に指令を出力する。レンズ５は電源１６による印加電圧により励磁して電子レンズを形成する。電源１６による印加電圧は装置制御部１７からの指令信号により制御される。
【００１７】
二次電子検出器１１は、イオンビーム２の照射により試料６から放出される二次電子を検出し電気信号化する。詳細は後述するが、二次電子検出器１１では、調整電源１４により印加される電圧（検出器パラメーターＰ）に応じた増幅率で二次電子が電気信号化される。調整電源１４は、前記二次電子検出器での二次電子の電気信号化の際の増幅率を調節する検出器パラメーターＰを設定するパラメーター設定手段として機能する。また、調整電源１５は、画像表示系１３での電気信号の表示信号化の際の画像の輝度のオフセット値を調節するバイアスパラメーターＢを設定するバイアス設定手段として機能する。
【００１８】
上記アンプ１２は、二次電子検出器１１の出力とバイアス調整電源１５の出力とを入力して両者を線形加算し、画素輝度値として画像表示系１３に出力する（図２参照）。画像表示系１３は、二次電子検出器１１からの電気信号、厳密にはアンプ１２からの画素輝度値と偏向器３，４によるイオンビーム２のスポット座標とから観察像（二次電子像）の表示信号を生成する。生成した表示信号は装置制御部１７を介して表示部２６に出力され、表示部２６に観察像（本例ではＳＩＭ像）が表示される。
【００１９】
また、装置制御部１７には、操作者の入力操作を受け付ける入力部２７が接続しており、操作者の入力操作により入力部２７からの操作信号が装置制御部１７に入力される。表示部２６をタッチパネルにする等して、入力部２７の機能の一部又は全部を表示部２６に持たせても良い。
【００２０】
図５は上記した二次電子検出器１１の概略構成図である。
二次電子検出器には、図５に示すようなＥＴ型の検出器が用いられることが多い。この図５に示された二次電子検出器１１では、二次電子５０がシンチレータ５１に入射するとシンチレータ５１内に光子５２が発生し、この光子５２がフォトカソード５３に入射すると光電効果によってフォトカソード５３の光電面から真空の電子倍増管５４の中に電子５５が放出される。この電子５５は電子倍増管５４内の複数のダイノード５６で順次反射する際に加速され、
この電子５５は、電場により加速されて複数のダイノード５６のうちの最上流位置のダイノード５６に衝突し、この衝突により複数の二次電子が放出される。これらの二次電子は２つ目のダイノード５６との電位差により加速され、２つ目のダイノード５６で再び二次電子放出を起こし電子数を増加させる。こうして複数のダイノード５６に繰り返し衝突することにより飛躍的に数が増大（増幅）した電子がアノード５７に到着し、電気信号として出力される。
【００２１】
このとき、各ダイノード５６には電位差を作るような電圧分配回路５８が接続しており、この電圧分配回路５８にかける電圧を変化させる可変電圧が上述した調整電源１４である。つまり、検出器パラメーターＰは調整電源１４が電圧分配回路５８にかける電圧の値である。
【００２２】
図３は装置制御部１７の本発明に関わる主要部を抽出して表した機能ブロック図である。
図３に示すように、検出器パラメーターＰの適正値と試料ステージ７の傾斜角との相関関係を記憶した記憶部２０、記憶部２０に記憶した相関関係を基に試料ステージ７の傾斜角に応じて検出器パラメーターＰの値を補正し調整電源１４に出力する補正演算部１９、ステージ駆動系１８に対して試料ステージ７に関する指令信号を出力する駆動演算部２１、一時的に情報を記憶する一時記憶部２２等を有している。
【００２３】
次に上記構成のイオンビーム観察・加工装置の動作を説明する。
図示しない引き出し電極によってイオン源１から引き出されたイオンビーム２が偏向器３，４及びレンズ５の中を通って試料ステージ７の上に設置された試料６の上面に照射される。イオンビーム２は偏向器４の動的偏向によって試料上のある領域（視野）内に走査される。イオンビーム２の照射により試料面上の局所的なビームスポットから放出される二次電子は二次電子検出器１１に検出され、調整電源１４により設定された検出器パラメーターＰに応じた増幅率で増幅されて電気信号化される。二次電子検出器１１の出力は調整電源１５により設定されたバイアスＢの出力値とともにアンプ１２に入力され、そこで線形加算されて画素輝度値として画像表示系１３に出力される。画像表示系１３は、二次電子検出器１１からの電気信号、厳密にはアンプ１２からの画素輝度値と偏向器３，４によるイオンビーム２のスポット座標とから観察像の各画素の表示信号を生成する。生成した表示信号は装置制御部１７を介して表示部２６に出力され、表示部２６に観察像が表示される。
【００２４】
ここで、図４は試料ステージの傾斜角を変えて試料上の同じ部位に荷電粒子線を照射し、二次電子発生量の試料ステージ傾斜角度依存性を調べたデータを示すグラフである。横軸には試料面に対する荷電粒子線の入射角を、縦軸には荷電粒子線が試料に垂直入射する場合を基準に規格化した値をとっている。
図４から、試料からの二次電子発生量は試料面に対する荷電粒子線の入射角度に依存して変化することが判る。一般に角度が０°の場合（荷電粒子線が試料面に垂直入射する場合）に二次電子発生量が最小値をとり、それに対して荷電粒子線の入射角が大きくなるにつれて二次電子発生量が増加する傾向がある。
【００２５】
したがって、入射角が０°のときの観察像のコントラストやブライトネスが適正となるように検出器パラメーターＰやバイアスパラメーターＢが設定されていれば、二次電子を検出して得られる観察像は、同一条件下では試料ステージが傾斜するとそれによって画像全体のブライトネスが増し、コントラストも強まる。極端な場合には傾斜に伴って画像全体の輝度値が飽和、或いはそれに近い状態となってしまい、有意の画像情報を取得できなくなることもあり得る。そのため、試料ステージ非傾斜時（入射角０°のとき）に観察像のコントラストとブライトネスを調整してあっても、試料ステージ傾斜時には適正なコントラストとブライトネスを持つ観察像を得るために、検出器パラメーターＰやバイアスパラメーターＢを再調整する必要が生じる。
【００２６】
二次電子情報の画像化の方法としては、試料面上の局所的な二次電子発生量Ｉに応じて、先に図２に示したような回路構成によって観察像の画素輝度値ｉが決まる。また、先に図５で説明した通り、二次電子検出器１１では、各ダイノード５６にかかる電位差を設定するために電圧分配回路５８に検出器パラメーターＰとなる電圧が印加されており、検出器パラメーターＰの設定値に依存して電子倍増管５４における電子の増倍率が変わる。図６（ａ）は一般の電子倍増管における増倍率、すなわち二次電子発生量の検出器パラメーターＰに対する依存性を表す関数ｆ（Ｐ）の例である。
【００２７】
図２に示したように、画素輝度値ｉは２つの成分の和として与えられる。一つは二次電子検出器１１の出力に比例する成分であり、これは画素毎に（試料面の局所的な各部位の二次電子発生量に対応した）異なる値をとる。もう一つは、画像全体の輝度値のオフセットを上下するバイアスパラメーターＢに比例する成分である。画素輝度値ｉを表す式は、
ｉ＝α・Ｉ・ｆ（Ｐ）＋β・Ｂ  ・・・（１）
と与えられる。αとβは定係数である。
【００２８】
続いて、試料ステージ７の傾斜角度θをθ１からθ２に変更する場合を考える。試料ステージ７の傾斜角度θは、入力部２７からの操作信号又は事前に格納された動作プログラムに応じて装置制御部１７内の駆動演算部２１で演算されるステージ制御系１８への指令信号を基に与えられる。ステージ制御系１８への指令信号は一時記憶部２２に記憶されている。
【００２９】
例えば、試料ステージ７が非傾斜のとき（θ＝０で荷電粒子線が試料面に垂直入射する）、観察像を構成するある画素に対応する試料上の微小領域からの二次電子発生量をＩとする。このとき、図４に例示した荷電粒子線条件に関する二次電子発生量のステージ傾斜角に対する依存性を表す関数をκ（θ）とすると、傾斜角度θ１，θ２の場合の試料面上の同じ部位からの二次電子発生量はそれぞれκ（θ１）・Ｉ，κ（θ２）・Ｉである。試料ステージ７の傾斜角度θ１のときの検出器パラメーターをＰ１、バイアスパラメーターをＢ１とし、試料ステージ７の傾斜角度をθ１からθ２に変更したとき、検出器パラメーターＰ１をＰ２に、バイアスパラメーターＢ１をＢ２に変更することによって、画素輝度値ｉが維持されるとすると、
ｉ＝α・κ（θ１）・Ｉ・ｆ（Ｐ１）＋β・Ｂ１
＝α・κ（θ２）・Ｉ・ｆ（Ｐ２）＋β・Ｂ２  ・・・（２）
という式が成り立つ。
【００３０】
したがって、関数ｆ（Ｐ）の逆関数をφ［ｇ］（図６（ｂ）参照）とすると、
Ｐ２＝φ［｛κ（θ１）／κ（θ２）｝・ｆ（Ｐ１）］  ・・・（３ａ）
Ｂ２＝Ｂ１  ・・・（３ｂ）
のように、両パラメーターＰ，Ｂのうち検出器パラメーターＰのみを変更することで、試料ステージ７の傾斜角度変更後も観察像が変更前と同じコントラスト及びブライトネスで表示されることになる。
【００３１】
そこで、本実施の形態の場合、補正演算部１９により、上記のような原理の下、試料ステージ７の傾動前後の傾斜角（駆動演算部２１の出すステージ制御系１８への指令信号から算出）、及び記憶部２０に記憶された検出器パラメーターＰの適正値と試料ステージ７の傾斜角との相関関係（例えば上式（３）、或いは事前に用意されたＰの適正値とステージ傾斜角の組合せのテーブル）に基づき、試料ステージ７の傾斜角度が変更された際に、傾斜角に応じた検出器パラメーターＰの適正値が自動的に算出され、それが調整電源１４に出力されて調整電源１４による検出器パラメーターＰの設定値が新たな適正値に書き換えられる。
【００３２】
したがって、本実施の形態によれば、試料面に対する荷電粒子線の入射角度が変化しても、コントラスト及びブライトネスを迅速に適正な値に調整することができ、全体的な作業所要時間を短縮することができる。例えば、試料ステージ傾斜時に、適正なコントラストを持つ画像を得るために画像のコントラストとブライトネスを再調整する必要もないので、オペレーターの作業負担も軽減される。また、人為的な調整をせずに適正なコントラストを持つマーク像を取得できるため、集束イオンビーム観察・加工装置において試料上に予め形成された位置確認用マークを画像から認識して加工位置を自動的に微調整しながら傾斜加工を行う工程の自動化にも貢献できる。
【００３３】
例えば、集束イオンビーム観察・加工装置において、試料の表面付近の一部を薄片もしくはブロック形状にして取り出したい場合、加工予定位置近傍に事前に形成しておいた位置確認マークを参照しながら、試料ステージを傾斜させて斜め方向の底切り加工を行う必要が生じる。図７（ａ）及び図７（ｂ）にそのような場合のマークと加工パターンの例の一部を示した。図７（ａ）はステージ非傾斜時の加工パターンと参照マークの配置例、図７（ｂ）はステージ４５°傾斜時の底切り加工位置と参照マークの配置例を図示している。
【００３４】
図７（ａ）に示すように、まず試料ステージ７が非傾斜状態のとき、試料の摘出部分の近傍に事前に形成された位置確認用のマークを参照しながら、摘出部分の周囲を除去するために加工領域１〜４のイオンビームによる加工を試料面の真上から行う。マーク位置と加工領域の相対位置関係は事前に登録されており、ＳＩＭ像によりマークを参照することによって、取り出し対象部分が確実に残るように加工位置の微補正を施しながら加工領域１〜４を加工し除去する。その後、摘出部分を分離するために、図７（ｂ）に示すように試料ステージを傾斜させ（例えば４５°）、傾斜したステージ上のマーク位置をＳＩＭ像で確認しながら底切り加工を行う（実際には摘出部分の持ち上げ・移設のためにプローブ接着等の工程が生じるが、ここでは説明を省略する）。図７（ｂ）は４５°傾斜した試料を荷電粒子線光学系側から見ているため、図７（ａ）の図示に比べて上下方向寸法が見かけ上、縮んで見えている。
【００３５】
このようにステージを傾斜させて摘出部分を底切り分離加工する場合、摘出部分の底切り加工位置とマークの位置関係を事前に登録しておけば、マーク位置をＳＩＭ像から自動認識させて加工位置の微補正をかけることが可能となり、自動底切り加工の位置精度も確保できる。しかし、この場合に自動認識に耐え得る適正なマーク像を得るには、試料ステージの傾斜角度に応じてコントラストとブライトネスが適正に調整されていなければならない。図７（ｂ）に検出器パラメーターを補正しない場合のマーク画像の例（左）と、本実施の形態により検出器パラメーターをステージ傾斜角に応じて補正した場合のマーク画像の例（右）を示した。このように、試料上に形成された位置確認用マークを試料ステージが傾斜した状態で観察する際、検出器パラメーターの値を本実施の形態により強制的に自動補正することによって、試料ステージ傾斜時にも、図７（ａ）に示したステージ非傾斜時のマーク像と同等の適正なコントラストとブライトネスを持つマーク像が得られる。
【００３６】
予めブライトネス・コントラストの自動調整機能を備えている荷電粒子線装置に本実施の形態を適用する場合、試料ステージの非傾動時に検出器パラメーターとバイアスパラメーターを自動的に並行して補正するようにし、試料ステージの傾動時には両パラメーターの並行補正を一時的に解除して本実施の形態のステージ傾斜角に応じた検出器パラメーターの補正が補正演算部１９により実行されるような動作手続きをソフトウエアに組んでおけば、試料ステージ傾斜に伴う画像コントラスト調整の遅延がほとんどない優れた調整機構を備えた装置を提供することができる。
【００３７】
なお、本実施の形態では、バイアスパラメーターＢを変えずに上式（３ａ）及び（３ｂ）にしたがって検出器パラメーターＰを変更する場合を例に挙げて説明したが、検出器パラメーターＰは変えずにバイアスパラメーターＢを変更してステージ傾斜に対応することも考えられる。バイアスパラメーターＢで調整する場合、輝度値の全体的なオフセット量を調整することになるのでコントラストに変化が生じる可能性があるが、観察像の全体的な輝度値の変化を抑えることができる。試料ステージ７の傾動前後で、画素の平均輝度が変わらないようにするには、傾動前のバイアスパラメーターＢ１を、
Ｂ２＝Ｂ１−｛κ（θ１）／κ（θ２）−１｝（ｉ１／β−Ｂ１）  ・・・（４）
で与えられる値に補正する。この場合、試料ステージ７の傾斜角度変更前の画素輝度平均値ｉ１が既知である必要があるが、例えば画素平均輝度値ｉ１を最大輝度値の１／２程度の値ｉｈ（輝度値範囲０〜２５５であれば、ｉｈ＝１２８）に近いものと仮定し、Ｂｈ＝ｉｈ／βという定数をとれば、
Ｂ２＝Ｂ１−｛κ（θ１）／κ（θ２）−１｝（Ｂｈ−Ｂ１）  ・・・（５）
と置けばよい。
【００３８】
ステージ傾斜角に応じてバイアスパラメーターＢを補正する場合、この関係式（５）又は事前検討されたバイアスパラメーターＢの適正値とステージ傾斜角との組合せのテーブル等を記憶部２０に記憶しておき、補正演算部１９は、試料ステージ７の傾動時に記憶部２０からそうした相関関係を読み出してステージ傾斜角に応じた適正なバイアスパラメーターＢを調整電源１５に出力する。これにより調整電源１５によるバイアスパラメーターＢの設定値がステージ傾斜角に応じた適正な値に書き換えられる。
【００３９】
また、試料ステージ７の傾動に伴って、検出器パラメーターＰとバイアスパラメーターＢの双方を変更することも考えられる。この場合、例えば、試料ステージ７の傾斜角度θに対して観察像が適正となるような検出器パラメーターＰとバイアスパラメーターＢの組合せを事前にテーブルとして記憶部２０に格納しておき、試料ステージ７の傾動時、補正演算部１９が、記憶部２０からテーブルを読み出して試料ステージ７の傾斜角度を基に適正なパラメーターＰ，Ｂを選択するようにすれば良い。
【００４０】
なお、以上に説明した試料ステージの傾斜に伴うコントラスト変更は、観察対象とする試料面が比較的平らな場合に有効であるが、より凹凸のある立体的な物体を観察対象とする場合には、傾斜輝度特性関数の概念を単純に適用することが適当であるとは言えず、むしろ補正をかけない方が好都合となる状況も想定される。このため荷電粒子線装置において、試料ステージ傾斜に伴うコントラスト補正を自動的に行う動作モードと、試料ステージ傾斜に伴うコントラスト補正を施さない動作モードを設けてあって、それが入力部２７又は表示部２６を用いて操作者が一方の動作モードを任意に選択操作できるようにすることで、試料に適した傾斜画像取得が可能となる。
【００４１】
また、ステージ傾斜角と輝度の特性関数は、図４に示したようにビームモードによっておおよそ決まると考えてよいが、観察対象とする試料表面の材質によっても若干の違いが生じ得る。操作者が全く種類の異なる試料を扱う必要があり、かつ高精度のコントラスト補正がそれぞれの試料に対して要求される場合には、観察している試料の種類ごとに、調整式が含むパラメーターを自動計測して登録できることが望ましい。
【００４２】
例えば、試料ステージ非傾斜時に取得した画像データの画素の輝度平均が＜ｉ_０＞、試料ステージを４５°傾斜したときに同じ試料面上の位置から取得した画像データの画素の輝度平均が＜ｉ_４５＞、そのときのバイアスパラメーターがＢであったとすると、図４において横軸４５°のところに、相対的な二次電子発生量（＜ｉ_４５＞−βＢ）／（＜ｉ_０＞−βＢ）のデータ点をプロットでき、０°の発生量１の点を通る適当な特性式の形があらかじめ決めておけば、そのパラメーターを決めることが可能である。ユーザーが試料の種類に応じて、ビームモード毎に、このように決めた特性式のパラメーター登録しておいて、登録されたパラメーターからそのときの試料の種類に応じて、そのとき採用するパラメーター値を選択して設定できる機能を用意しておけば、試料毎の材質の違いに対応した高精度のコントラスト調整が可能となる。
【００４３】
また、試料ステージ７の傾斜角は駆動演算部２１の指令値を基に演算されることとしたが、ステージ傾斜角の算出方法はこれに限定されない。例えば、試料ステージ７に試料ステージ７の傾斜角を検出する角度センサを設けておき、この角度センサの検出信号を装置制御部１７に入力するようにしても良い。
【００４４】
（第２の実施の形態）
本発明の荷電粒子線装置の第２の実施の形態を説明する。
第１の実施の形態では、試料面に対する荷電粒子線の入射角度による二次電子発生量の変化に付随する画像コントラストの自動補正に言及したが、本実施の形態では、荷電粒子線の電流量が変化した場合の画素輝度のブライトネスの変化に対応してパラメーターを補正する。本実施の形態の場合、荷電粒子線装置のハード構成は前の実施の形態と実質的に同じくすることができ、装置制御部１７の機能が相違してくる。まず、記憶部２０には、検出器パラメーターＰと荷電粒子線のビーム電流値ｉｂとの相関関係が記憶されている。この相関関係には、例えば後述する式（６）で表されるような特性式や事前調査された検出器パラメーターＰとビーム電流値ｉｂの組合せを表すテーブル等が挙げられる。
【００４５】
ビーム電流値ｉｂは装置制御部１７の駆動演算部２１（又は別途設けられた演算部）で演算される荷電粒子線の図示しない引き出し電極への印加電圧から算出される。或いは荷電粒子線光学系２５に荷電粒子線のビーム電流値ｉｂをモニターする手段（電流計等）を設けてその検出値を装置制御部１７に入力するようにしても良い。
【００４６】
検出器パラメーターＰと荷電粒子線のビーム電流値ｉｂとの相関関係は、ビーム電流値ｉｂの変動前の検出器パラメーターをＰ１、例えば図８に示されるような二次電子発生量のビーム電流値に対する依存性を表す関数をλ（ｉｂ）、二次電子発生量の検出器パラメーターＰに対する依存性を表す関数をｆ（Ｐ）、ｆ（Ｐ）の逆関数をφ［ｇ］とした場合、荷電粒子線のビーム電流値がｉｂ１からｉｂ２に変化したとき、
Ｐ２＝φ［｛λ（ｉｂ１）／λ（ｉｂ２）｝・ｆ（Ｐ１）］  ・・・（６）
で表される。
【００４７】
この式（６）で表される特性式は記憶部２０に予め記憶され、本実施の形態では、ビーム電流値ｉｂが変化したとき、補正演算部１９が式（６）の特正式と変動前後のビーム電流値から検出器パラメーターＰを迅速に適正値に調整することができるので、観察像のコントラスト・ブライトネスを適正に維持することができる。また、イオンビーム観察・加工装置に本実施の形態を適用した場合、例えば、同じマークをビーム電流値の異なるビームモードで参照して、大電流ビームの粗加工から小電流ビームによる精細加工までを実施するとき、マーク参照の際に本実施の形態により検出器パラメーターＰを自動補正することにより、確実なマーク認識が可能となる。
【００４８】
本実施の形態の場合、想定されるビーム電流値の変化は、意図的なビームモードの変更に伴うものであっても良いし、粒子源（イオン源）の状態の経時変動の結果として結果的に生じるものであっても良い。また、特正式（６）の代わりに事前に検討された検出器パラメーターＰの適正値とビーム電流値との組合せのテーブルを上記相関関係として用意しておき、テーブルを基にビーム電流値に応じた検出器パラメーターＰの適正値を補正するようにしても良い。
【００４９】
また、第１の実施の形態と同様、検出器パラメーターＰの補正の代わりに、或いはそれと共に、ビーム電流値ｉｂの変動に伴ってバイアスパラメーターＢを補正することもできる。さらには、本実施の形態と第１の実施の形態を組合せ、試料ステージの傾斜角とビーム電流値がともに変化した場合に、双方の変化に応じて検出器パラメーターＰとバイアスパラメーターＢの少なくとも一方を補正するようにすることも考えられる。
【００５０】
さらに、以上においては、本発明をイオンビーム観察・加工装置に適用した場合を例示して説明したが、例えばＳＥＭ等、試料に荷電粒子線（電子ビーム、イオンビーム等）を照射して二次電子像を取得する荷電粒子線装置であれば本発明は適用可能である。また、検出器パラメーターＰとバイアスパラメーターＢの一方しか補正しない場合、調整電源１４，１５の双方にパラメーターの設定値を変更する機能を持たせる必要はない。検出器パラメーターＰのみを補正する場合は調整電源１５にバイアスパラメーターＢの設定値を変更する機能を持たせる必要は必ずしもない。同様に、バイアスパラメーターＢのみを補正する場合は調整電源１４に検出器パラメーターＰの設定値を変更する機能を持たせる必要は必ずしもない。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る荷電粒子線装置の全体構成を表す概略図である。
【図２】観察像の画素輝度値データの生成原理を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る荷電粒子線装置に備えられた装置制御部の主要部を抽出して表した機能ブロック図である。
【図４】二次電子発生量の試料面傾斜角度依存特性（傾斜輝度特性関数）の例を示すグラフである。
【図５】本発明の第１の実施の形態に係る荷電粒子線装置に備えられた二次電子検出器の概略構成図である。
【図６】ＥＴ型電子検出器の増倍率の検出器パラメーター依存性を表す関数ｆ（Ｐ）と、その逆関数φの例を表すグラフである。
【図７】集束イオンビーム観察・加工装置による、試料表面部位からの薄片取り出し用加工パターンおよび位置確認用マークの配置例を表す図である。
【図８】二次電子発生量のビーム電流値依存特性の例を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５２】
２      荷電粒子線
６      試料
７      試料ステージ
１１    二次電子検出器
１３    画像表示系
１４    調整電源
１５    調整電源
１９    補正演算部
２０    記憶部
２５    荷電粒子線光学系
２６    表示部
２７    入力部
ｆ      関数
ｉｂ    ビーム電流値
Ｂ      バイアスパラメーター
Ｐ      検出器パラメーター
θ      ステージ傾斜角度
κ      関数
λ      関数
φ      関数ｆの逆関数
【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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