(57)【要約】【課題】コンタミネーションによる分析誤差を回避し、観察データや分析データの信頼性を向上させることができる電子顕微鏡を提供することにある。【解決手段】  荷電粒子線装置は、荷電粒子線を集束させて試料に照射する対物レンズを有する照射系と、荷電粒子線を偏向走査する偏向走査系と、荷電粒子線の照射により試料から発生する信号を検出して走査像を生成する走査像生成系と、を有する。試料の分析を開始する前に得た第１の画像と試料の分析を開始した後に得た第２の画像を比較する。それによって、試料の像の変化が観測されたら、試料の表面にコンタミネーション被膜を生成するコンタミネーション被膜の生成処理を行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子線を集束させて試料に照射する対物レンズを有する照射系と、上記荷電粒子線を偏向走査する偏向走査系と、上記荷電粒子線の照射により試料から発生する信号を検出して走査像を生成する走査像生成系と、を有し、上記試料の分析を開始する前に得た第１の画像と上記試料の分析を開始した後に得た第２の画像を比較し、上記試料の像の変化を観測したときに、上記試料の表面にコンタミネーション被膜を生成するコンタミネーション被膜の生成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、上記コンタミネーション被膜の生成処理は、上記荷電粒子線の走査を停止し、且つ、上記対物レンズを生成する対物レンズコイルに対する励磁電圧の供給を停止した状態で荷電粒子線を照射することを含むことを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項３】
請求項１記載の荷電粒子線装置において、上記コンタミネーション被膜の生成処理は、上記荷電粒子線の走査を停止し、且つ、上記対物レンズを生成する対物レンズコイルに対する励磁電圧を最大にした状態で荷電粒子線を照射することを含むことを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項４】
請求項１記載の荷電粒子線装置において、上記コンタミネーション被膜の生成処理を行った後に第３の画像を取得し、上記第１の画像と上記第３の画像を比較し、両者の差異が大きい場合に、上記第３の画像のデータを削除し、両者の差異が小さい場合に、上記試料の分析を継続することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項５】
請求項１記載の荷電粒子線装置において、上記試料の分析は、上記荷電粒子線の照射により試料から発生する特性Ｘ線を検出することにより得た元素分布像（Ｍａｐｐｉｎｇ像）を生成することを含むことを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項６】
請求項１記載の荷電粒子線装置において、上記試料の分析は、上記荷電粒子線の照射により試料から発生する陰極線光を検出することにより得たカソードルミネッセンス像を生成することを含むことを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項７】
請求項１記載の荷電粒子線装置において、上記第１の画像と上記第２の画像の比較は、２つの画像の一致度を計算することによって行うことを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項８】
請求項７記載の荷電粒子線装置において、上記一致度が第１の閾値より大きい場合に、上記試料の像の変化を観測しないと判定することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項９】
請求項１記載の荷電粒子線装置において、上記第１の画像と上記第２の画像の比較は、上記第１の画像に対する上記第２の画像の倍率誤差を計算することによって行うことを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項１０】
請求項９記載の荷電粒子線装置において、上記第２の画像の倍率誤差が第１の閾値より大きい場合に、上記試料の像の変化を観測しないと判定することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項１１】
請求項４記載の荷電粒子線装置において、上記第１の画像と上記第３の画像の比較は、２つの画像の一致度を計算することによって行うことを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項１２】
請求項１１記載の荷電粒子線装置において、上記一致度が第２の閾値より小さい場合に、上記第１の画像と上記第３の画像の差異が大きいと判定することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項１３】
請求項４記載の荷電粒子線装置において、上記第１の画像と上記第３の画像の比較は、上記第１の画像に対する上記第３の画像の倍率誤差を計算することによって行うことを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項１４】
請求項１３記載の荷電粒子線装置において、上記第３の画像の倍率誤差が第２の閾値より大きい場合に、上記第１の画像と上記第３の画像の差異が大きいと判定することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項１５】
荷電粒子線を集束させて試料に照射する対物レンズを有する照射系と、試料を透過した上記荷電粒子線を検出して透過像を生成する透過像生成系と、を有し、上記試料の分析を開始する前に得た第１の画像と上記試料の分析を開始した後に得た第２の画像を比較し、上記試料の像の変化を観測したときに、上記試料の表面にコンタミネーション被膜を生成するコンタミネーション被膜の生成処理を行うことを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項１６】
請求項１５記載の荷電粒子線装置において、上記コンタミネーション被膜の生成処理は、上記対物レンズを生成する対物レンズコイルに対する励磁電圧の供給を停止した状態で荷電粒子線を照射することを含むことを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項１７】
請求項１５記載の荷電粒子線装置において、上記コンタミネーション被膜の生成処理は、上記対物レンズを生成する対物レンズコイルに対する励磁電圧を最大にした状態で荷電粒子線を照射することを含むことを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項１８】
請求項１５記載の荷電粒子線装置において、上記コンタミネーション被膜の生成処理を行った後に第３の画像を取得し、上記第１の画像と上記第３の画像を比較し、両者の差異が大きい場合に、上記第３の画像のデータを削除し、両者の差異が小さい場合に、上記試料の分析を継続することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項１９】
請求項１５記載の荷電粒子線装置において、上記試料の分析は、上記荷電粒子線の照射により試料から発生する特性Ｘ線を検出することにより得た点分析像又は線分析象を生成することを含むことを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項２０】
対物レンズを有する照射系によって荷電粒子線を集束させて試料に照射することと、上記荷電粒子線を偏向走査することと、上記荷電粒子線の照射により試料から発生する信号を検出して走査像を生成することと、上記試料の分析を開始する前に得た第１の画像と上記試料の分析を開始した後に得た第２の画像を比較することと、上記試料の像の変化を観測したときに、上記荷電粒子線の走査を停止し、且つ、上記対物レンズを生成する対物レンズコイルに対する励磁電圧の供給を停止した状態で荷電粒子線を照射するか、又は、上記荷電粒子線の走査を停止し、且つ、上記対物レンズを生成する対物レンズコイルに対する励磁電圧を最大にした状態で荷電粒子線を照射することによって、上記試料の表面にコンタミネーション被膜を生成することと、
を含む荷電粒子線を用いた試料の分析方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は走査透過と透過形電子顕微鏡における、走査像や走査透過像と透過像と特性X線によるMapping像と画像データと陰極線光によるカソードルミネッセンス（CL）像におけるコンタミネーションによる信頼性表示とコンタミネーション低減に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１４を参照して電子顕微鏡におけるコンタミネーションの発生について説明する。電子顕微鏡では、試料台の上に配置された試料は、高真空の雰囲気内にある。図示のように、高真空雰囲気下にて電気的に正に帯電した微粒子が発生する。このような微粒子は、試料以外に由来するものもあるが、大部分は、試料の内部から真空雰囲気中に放出した陽イオンである。正に帯電した微粒子は、電子線に引き付けれ、試料表面の電子線照射領域にて固定される。
【０００３】
こうして観察対象物に微粒子が付着することをコンタミネーションと称する。図１５ａは、コンタミネーションが発生していないときの観察対象物を模式的に示し、図１５ｂは、コンタミネーションが発生しているときの観察対象物を模式的に示す。図示のように、コンタミネーションによって観察対象物が大きくなっている。これは微粒子が電子線照射によって焼きついて固定化されたからである。
【０００４】
電子線によるコンタミネーションの発生は、走査型電子顕微鏡ばかりでなく、走査透過型電子顕微鏡、透過型電子顕微鏡でも起きる。更に、荷電粒子線を用いる荷電粒子線装置においてもコンタミネーションは発生する。電気的に正の荷電粒子線を用いる場合には、負に帯電した微粒子が付着することによって、観察対象物が大きくなる。
【０００５】
ここでは、コンタミネーションによって観察対象物が大きくなる場合を示した。即ち、微粒子が観察対象物に付着して観察対象物が大きくなる場合を示した。しかしながら、微粒子が観察対象物に衝突して観察対象物が小さくなる場合もある。これはエッジングと称される。
【０００６】
いずれにしても、コンタミネーションによって、観察対象物の寸法が変化する。従って、コンタミネーションを放置すると、観察対象物を正確に観察することができなくなる。
【０００７】
図９ａは、コンタミネーションが発生していないときの半導体の表面を示し、図９ｂは、コンタミネーションが発生しているときの半導体の表面を示す。半導体の場合には、特定の材料の部分にコンタミネーションが発生する。図９ｂは、コンタミネーションが生じた部分の点分析９０１の結果を示す。点分析の結果では、コンタミネーションの部分にピークが現れる。従って、半導体の場合、観察対象物が拡大することはないが、正確な像が得られなくなる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
電子顕微鏡では、走査像、走査透過像、又は、透過像を得ることができる。更に、特性X線によるMapping像、画像データ、陰極線光によるカソードルミネッセンス（CL）像等を得ることができる。
【０００９】
しかしながら、これらの像では、コンタミネーションによる画像変形や分析結果の変性の信頼性を証明することができない。また、コンタミネーション付着により画像の明るさが変動するため、従来の画像処理方法では、相関計算の精度が著しく低下する問題があった。
【００１０】
本発明の目的は、コンタミネーションによる分析誤差を回避し、観察データや分析データの信頼性を向上させることができる電子顕微鏡を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の荷電粒子線装置は、荷電粒子線を集束させて試料に照射する対物レンズを有する照射系と、荷電粒子線を偏向走査する偏向走査系と、荷電粒子線の照射により試料から発生する信号を検出して走査像を生成する走査像生成系と、を有する。
【００１２】
試料の分析を開始する前に得た第１の画像と試料の分析を開始した後に得た第２の画像を比較する。それによって、試料の像の変化が観測されたら、試料の表面にコンタミネーション被膜を生成するコンタミネーション被膜の生成処理を行う。
【００１３】
コンタミネーション被膜の生成処理は、荷電粒子線の走査を停止し、且つ、対物レンズを生成する対物レンズコイルに対する励磁電圧の供給を停止する。又は、コンタミネーション被膜の生成処理は、荷電粒子線の走査を停止し、且つ、対物レンズを生成する対物レンズコイルに対する励磁電圧を最大にする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によると、コンタミネーションによる分析誤差を回避し、観察データや分析データの信頼性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１を参照して本発明による透過走査型電子顕微鏡の例を説明する。本例の透過走査型電子顕微鏡装置は、電子銃１、第１及び第２の照射レンズコイル２、３、第１及び第２の偏向コイル４、５、対物レンズコイル６、第１及び第２の電磁式試料イメージ移動用コイル７、８、第１及び第２の中間レンズコイル９、１０、第１及び第２の投射レンズコイル１１、１２、励磁電源１３〜２３、デジタルアナログ変換器（DAC）２４〜３４、マイクロプロッセサ３５、記憶装置３６、演算装置３７、ＣＲＴコントローラ３８、モニタ（ＣＲＴ）３９、インターフェース（I/F）４０〜４１、倍率切替用ロータリーエンコーダ４２、入力用ロータリーエンコーダ４３、キーボード４４、マウス４５、ＲＡＭ４６、ＲＯＭ４７、画像取込みインターフェース４８、ＴＶカメラ制御部４９、及び、ＴＶカメラ５０を有する。ＴＶカメラ５０は、光学レンズ５１及びＣＣＤ５２を有する。対物レンズコイル６は強励磁レンズのため、試料の上側と下側にレンズが形成される。光軸上には、試料ステージ５３及びシンチレータ５４が設けられている。本例の透過走査型電子顕微鏡装置は、更に、２次電子検出器６１、Ｘ線検出器６２、カソードルミネッセンス（ＣＬ）検出器６３、暗視野像検出器６４、及び、明視野像検出器６５を有する。
【００１６】
本例の透過走査型電子顕微鏡によって、透過像、透過走査像、走査像、元素分布像、蛍光像、等が得られる。透過走査像、走査像、元素分布像、及び、蛍光像を走査像と総称する。尚、ここでは、電子顕微鏡について説明するが、本発明は電子顕微鏡ばかりでなく荷電粒子線装置にも適用可能である。
【００１７】
図２（ａ）は、本例の電子顕微鏡装置のうち透過走査像を得るために使用する透過走査型電子顕微鏡部を示す。透過走査型電子顕微鏡部は、電子銃１、収束電子レンズ、偏向コイル４、５、２次電子検出器６１、Ｘ線検出器６２、カソードルミネッセンス（ＣＬ）検出器６３、暗視野像検出器６４、及び、明視野像検出器６５を有する。２次電子検出器６１によって検出された２次電子信号によって走査像が得られる。Ｘ線検出器６２によって検出された特性Ｘ線によって、元素分布像（Ｍａｐｐｉｎｇ像）が得られる。Ｘ線検出器６２の代わりにＥＤＸ検出器を設け、ＥＤＸ検出器からの出力によって元素分布像（Ｍａｐｐｉｎｇ像）を求めてもよい。カソードルミネッセンス（ＣＬ）検出器６３によって検出された陰極線光によりカソードルミネッセンス像が得られる。暗視野像検出器６４、及び、明視野像検出器６５によって走査透過像が得られる。
【００１８】
走査像及び透過走査像を得る手順を簡単に説明する。観察者は、キーボード４４及びマウス４５を使用して、視野より撮像対象を探す。ＲＯＭ４７に格納された走査像又は透過走査像用のレンズデータを読み出し、デジタルアナログ変換器（DAC）２４〜３４に供給する。デジタルアナログ変換器（DAC）２４〜３４は、レンズ系のデータをアナログ信号に変換し、励磁電源１３〜２３に供給する。励磁電源１３〜２３は、各レンズ系のレンズコイル２、３、６、９〜１２に電流を出力する。
【００１９】
電子銃１によって生成された電子線は、第１及び第２の照射レンズコイル２、３により収束され、第１及び第２の偏向コイル４、５によって走査され、対物レンズコイル６によって結像され、試料ステージ５３上の試料に照射される。試料から、２次電子、特性Ｘ線、蛍光が発生する。２次電子は２次電子検出器６１によって検出され、特性Ｘ線は蛍光Ｘ線検出器６２によって検出され、蛍光はカソードルミネッセンス（ＣＬ）検出器６３によって検出される。２次電子検出器６１によって得られた走査像、Ｘ線検出器６２によって得られた元素分布像、及び、カソードルミネッセンス（ＣＬ）検出器６３によって得られた蛍光像は、モニタ（ＣＲＴ）３９によって表示される。
【００２０】
試料を透過した電子線のうち透過電子は明視野像検出器６５によって検出され、散乱電子は暗視野像検出器６４によって検出される。明視野像検出器６５によって得られた明視野像及び暗視野像検出器６４によって得られた暗視野像は、モニタ（ＣＲＴ）３９によって表示される。
【００２１】
図２（ｂ）は、本例の電子顕微鏡装置のうち透過像を得るために使用する透過型電子顕微鏡部を示す。透過型電子顕微鏡部は、電子銃１、収束電子レンズ、対物絞り、拡大レンズ、シンチレータ５４、ＴＶカメラ５０を有する。
【００２２】
次に、透過像を得る手順を簡単に説明する。観察者は、キーボード４４及びマウス４５を使用して、視野より撮像対象を探す。ＲＯＭ４７に格納された透過像用のレンズデータを読み出し、デジタルアナログ変換器（DAC）２４〜３４に供給する。デジタルアナログ変換器（DAC）２４〜３４は、レンズ系のデータをアナログ信号に変換し、励磁電源１３〜２３に供給する。励磁電源１３〜２３は、各レンズ系のレンズコイル２、３、６、９〜１２に電流を出力する。
【００２３】
試料を透過した電子線は、第１及び第２の電磁式試料イメージ移動用コイル７、８、第１及び第２の中間レンズコイル９、１０、及び、第１及び第２の投射レンズコイル１１、１２を経由して、シンチレータ５４上に投影される。シンチレータ５４は、透明ガラス上に塗布された蛍光体を有する。従って、蛍光体は、試料の透過像を発光する。発光した透過像は、透明ガラスを透過し、光学レンズ５１を介して、ＣＣＤ５２によって受光される。ＣＣＤ５２は、受光した透過像を電気信号に変換し、それをＴＶカメラ制御部４９に送信する。ＴＶカメラ制御部４９は画像データを、画像取込みインターフェース４８を介して、マイクロプロッセサ３５、記憶装置３６、及び、演算装置３７に送信する。透過像は、記憶装置３６に記憶され、モニタ（ＣＲＴ）３９によって表示される。
【００２４】
図３を参照して本発明の電子顕微鏡によるコンタミネーション防止処理方法の概略を説明する。本発明によると、コンタミネーションの発生が予測されると、又は、コンタミネーションが実際に発生し始めたら、電子線の走査を停止し、対物レンズコイル６に対する励磁電圧の供給を、停止するか、又は、それを最大にする。電子線の走査を停止するには、偏向コイル４、５をオフにすればよい。
【００２５】
対物レンズコイル６に対する励磁電圧の供給を停止する場合を説明する。図示のように、集束電子レンズ３００によって集束された電子線束３１１は再び拡大して対物レンズ３０１に導かれる。しかしながら、対物レンズコイル６に対する励磁電圧の供給が停止されているため対物レンズ機能が生じない。そのため、拡大した電子線束３１２はそのまま試料３０２に照射される。従って、試料表面における電子線照射領域は観察視野範囲より大きくなる。
【００２６】
電子線照射領域が大きくなると、電子線密度は小さくなる。例えば、対物レンズ機能が働いていない場合の電子線照射領域の面積は、対物レンズ機能が働いている場合の電子線スポットの面積の１００倍以上である。従って、電子線密度は、１／１００以下になる。
【００２７】
電子線が照射された領域では、コンタミネーションが発生する。しかしながら、電子線密度が小さいため、コンタミネーションの発生量は僅かであり且つ緩慢である。試料表面の電子線照射領域では、コンタミネーションによる薄い層が形成される。これをコンタミネーション被膜と称することとする。コンタミネーション被膜が形成されると、通常の電子線密度の電子線を照射しても、新たにコンタミナーションが発生することがない。即ち、コンタミネーション被膜は、新たにコンタミネーションが発生することを阻止するための保護膜として機能する。
【００２８】
対物レンズコイル６に対する励磁電圧を最大にする場合を説明する。この場合、対物レンズ機能が強く作用する。そのため、焦点の位置は、試料表面から遠ざかる。対物レンズ３０１によって焦点を結んだ電子線束３１３は、拡大して試料３０２に照射される。そのため、図示のように、電子線照射領域は観察視野範囲より大きくなる。そこで、対物レンズコイル６に対する励磁電圧を停止する場合と同様に、電子線照射領域では、コンタミネーション被膜が生成される。
【００２９】
本発明によると、試料の表面にコンタミネーション被膜を生成することにより、新たにコンタミネーションが発生することを防止する。コンタミネーション被膜は、観察視野範囲より大きな領域にて生成される。
【００３０】
ここでは、電子線を走査する走査型又は走査透過型について説明した。しかしながら、電子線を走査しない透過型電子顕微鏡であっても同様である。但し、透過型電子顕微鏡では、単に、対物レンズコイル６に対する励磁電圧を、停止するか、又は、最大にする。
【００３１】
図４を参照して本発明の電子顕微鏡による試料の分析方法の第１の例の操作手順を説明する。ステップＳ１０１にて分析時間又は取り込みフレーム枚数を設定する。ここで、分析時間及び取り込みフレーム枚数を説明する。本例では、分析として元素分布像（Mapping像）を生成する。元素分布像を得るには２つの方法が想定される。第１の方法では、１画素毎にスキャンを行い、元素分布像を得る。これを全ての画素に対して順に実行する。１つの画素に対するスキャンの時間は比較的長いが、各画素に対して１回のスキャンを行う。この場合、１つの視野の元素分布像を得るための時間が分析時間である。第２の方法では、画素のライン毎にスキャンを行い、１フレームの元素分布像を得る。これを繰り返すことにより複数のフレームの元素分布像が得られる。これらの元素分布像を積算することによって１つの視野の元素分布像が得られる。１フレームの時間は比較的短いが複数のフレームを得る必要がある。この場合、取り込みフレーム枚数を設定する。
【００３２】
ステップＳ１０２にて、一致度の閾値と照射時間を設定する。ここでは、２つの閾値を設定する。第１の閾値は、一致度の最大許容値である。第２の閾値は、一致度の最小許容値である。例えば、第１の閾値を９０％、第２の閾値を８５％とする。照射時間は、上述のように、コンタミネーション被膜を生成するために、電子線を試料に照射する時間である。ステップＳ１０３にて、視野探しを行い、ステップＳ１０４にて視野を決める。
【００３３】
こうして観察対象物が存在する視野が決まると、ステップＳ１０５にて、画像Ｉ１を取り込む。画像Ｉ１は、走査像又は走査透過像である。こうして取り込んだ画像Ｉ１は、モニタ（ＣＲＴ）３９に表示され、ＲＡＭ４６又は記憶装置３６に保存される。
【００３４】
ステップＳ１０６からステップＳ１１３は、分析時間内に行う処理、又は、取り込みフレーム枚数が終了するまで行う処理である。ステップＳ１０６にて、Ｘ線検出器６２によって元素分布像（Mapping像）の生成を開始する。元素分布像（Mapping像）の代わりにカソードルミネッセンス（CL）像を得てもよい。ステップＳ１０７にて、分析時間が経過した又は取り込みフレーム枚数が終了したか否かを判定する。分析時間及び取り込みフレーム枚数はステップＳ１０１にて設定した。分析時間が経過していない場合又は取り込みフレーム枚数が終了していない場合には、ステップＳ１０８に進み、分析時間が経過している場合又は取り込みフレーム枚数が終了している場合には、ステップＳ１１４に進む。
【００３５】
ステップＳ１０８にて、画像Ｉ２を取り込み、保存する。画像Ｉ２は、走査像又は走査透過像である。ステップＳ１０９にて、画像Ｉ１と画像Ｉ２の一致度を計算し、それが第１の閾値より大きいか否かを判定する。ここでは、第１の閾値は９０％である。一致度の計算方法は後に説明する。一致度と共に移動量の計算を行ってもよい。更に、正規化相関で計算を行ってもよい。２つの画像Ｉ１、Ｉ２の一致度が９０％より大きい場合には、ステップＳ１０７に戻る。即ち、一致度が、第１の閾値を超えていれば、コンタミネーションの発生の可能性は無いと判定する。２つの画像Ｉ１、Ｉ２の一致度が９０％より大きくない場合にはステップＳ１１０に進む。即ち、一致度が、第１の閾値を超えていない場合には、コンタミネーションの発生の可能性が有ると判定し、ステップＳ１１０にて、コンタミネーション低減処理を実行する。コンタミネーション低減処理は図３を参照して説明した。電子線の走査を停止し、対物レンズコイル６に対する励磁電圧の供給を停止するか、又は、それを最大にする。それによって、観察視野範囲より大きな領域にて電子線が照射される。電子線照射領域にてコンタミネーション被膜が生成される。
【００３６】
ステップＳ１１１にて、コンタミネーション低減処理のための電子線の照射時間が終了したか否かを判定する。照射時間はステップＳ１０２にて設定した。照射時間が終了したらステップＳ１１２に進む。ステップＳ１１２にて、画像Ｉ３を取り込み、保存する。画像Ｉ３は、走査像又は走査透過像である。ステップＳ１１３にて、画像Ｉ１と画像Ｉ３の一致度を計算し、それが第２の閾値より大きいか否かを判定する。ここでは、第２の閾値は８５％である。一致度の計算方法は後に説明する。２つの画像Ｉ１、Ｉ３の一致度が８５％より大きい場合には、ステップＳ１０６に戻り、再度、元素分布像（Mapping像）を得る。コンタミネーション低減処理によって観察対象物の像が変化するが、その変化量は許容範囲であると判定し、分析を継続する。再度、元素分布像（Mapping像）を得るのは、コンタミネーション防止処理によって観察対象物の像が変化している可能性を考慮したものである。２つの画像Ｉ１、Ｉ３の一致度が８５％より大きくない場合には、ステップＳ１１５に進む。
【００３７】
こうして、ステップＳ１０６からステップＳ１１３の処理を行い、分析時間が経過したか、又は、取り込みフレーム枚数が終了すると、ステップＳ１１４に進む。ステップＳ１１４にて、分析処理を終了し、元素分布像（Mapping像）と一致度を、モニタ（ＣＲＴ）３９に表示し、ＲＡＭ４６又は記憶装置３６に保存する。分析中に、ドリフトにより画像Ｉ２、Ｉ３が移動した場合は、イメージシフトで位置補正を行ってもよい。
【００３８】
ステップＳ１１５にて、分析領域を試料の位置情報にリンクさせて保存する。更に、分析領域をカラーで画像にオーバーラップして表示する。
【００３９】
図８は、画像に分析領域８０１、８０２をカラーでオーバーラップさせて表示した例を示す。図８ａは、比較的大きな拡大率で表示した画像の例を示し、図８ｂは比較的小さな拡大率で表示した画像の例を示す。分析領域８０１、８０２の周囲に黒い領域が示されているのがコンタミネーションである。
【００４０】
再び、図４に戻る。ステップＳ１１２を経由してステップＳ１１５に進んだ場合を説明する。この場合、画像Ｉ３と画像Ｉ１の一致度は85%以下である。画像Ｉ３と最初の画像Ｉ１の差異が大きいため、画像Ｉ３をデータとして保存する必要はない。この場合、分析領域を試料の位置情報にリンクさせて保存する。
【００４１】
図５を参照して本発明の電子顕微鏡による試料の分析方法の第２の例の操作手順を説明する。図４を参照して説明した第１の例では、ステップＳ１０９及びステップＳ１１３の判定処理において、一致度を用いたが、本例では、ステップＳ２０９及びステップＳ２１３の判定処理において倍率誤差を用いる点が異なる。それ以外は第１の例と同様であってよい。以下に、第１の例と異なる処理のみを説明する。
【００４２】
ステップＳ２０２にて、倍率誤差の閾値と照射時間を設定する。倍率誤差の閾値として２つの閾値を設定する。第１の閾値は、倍率誤差の最大許容値である。第２の閾値は、倍率誤差の最小許容値である。例えば、第１の閾値を５％、第２の閾値を１０％とする。照射時間は、上述のように、コンタミネーション被膜を生成するために、電子線を試料に照射する時間である。
【００４３】
ステップＳ２０９にて、画像Ｉ１と画像Ｉ２を比較し、画像Ｉ１に対する画像Ｉ２の倍率誤差を計算し、それが第１の閾値より小さいか否かを判定する。ここでは、第１の閾値は５％である。倍率誤差の計算方法は後に説明する。倍率誤差と共に移動量の計算を行ってもよい。更に、正規化相関で計算を行ってもよい。画像Ｉ１に対する画像Ｉ２の倍率誤差が第１の閾値５％より小さい場合には、コンタミネーションの発生の可能性は無いと判定する。この場合にはステップＳ２０７に戻る。画像Ｉ１に対する画像Ｉ２の倍率誤差が第１の閾値５％より小さくない場合にはコンタミネーションの発生の可能性が有ると判定する。この場合には、ステップＳ２１０に進み、コンタミネーション低減処理を実行する。
【００４４】
ステップＳ２１３にて、画像Ｉ１と画像Ｉ３を比較し、画像Ｉ１に対する画像Ｉ３の倍率誤差を計算し、それが第２の閾値より小さいか否かを判定する。ここでは、第２の閾値は１０％である。画像Ｉ１に対する画像Ｉ３の倍率誤差が第２の閾値１０％より小さい場合には、ステップＳ２０６に戻り、再度、元素分布像（Mapping像）を得る。コンタミネーション低減処理によって観察対象物の像が変化するが、その変化量は許容範囲であると判定し、分析を継続する。再度、元素分布像（Mapping像）を得るのは、コンタミネーション防止処理によって観察対象物の像が変化している可能性を考慮したものである。
【００４５】
画像Ｉ３の倍率誤差が１０％より小さくない場合には、画像Ｉ３と最初の画像Ｉ１の差異が大きいため、画像Ｉ３をデータとして保存する必要はない。この場合は、ステップＳ２１５に進む。
【００４６】
ステップＳ２０７の判断にて、分析時間が経過している場合又は取り込みフレーム枚数が終了している場合には、ステップＳ２１４に進む。ステップＳ２１４にて、分析処理を終了し、元素分布像（Mapping像）と倍率誤差を、モニタ（ＣＲＴ）３９に表示し、ＲＡＭ４６又は記憶装置３６に保存する。
【００４７】
図６を参照して本発明の電子顕微鏡による試料の分析方法の第３の例の操作手順を説明する。図４を参照して説明した第１の例では、ステップＳ１０５、ステップＳ１０８、及び、ステップＳ１１２にて、走査像又は走査透過像を取得した。即ち、画像Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３は走査像又は走査透過像である。本例では、ステップＳ３０５、ステップＳ３０８、及び、ステップＳ３１２にて、走査像、走査透過像又は透過像を取得する。即ち、本例では、画像Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３は走査像、走査透過像又は透過像である。透過像の場合、ステップＳ３０１にて、分析時間、取り込みフレーム及び待ち時間を設定する。待ち時間は、透過像を得る場合に像が安定化するまでの時間である。
【００４８】
更に、本例では、画像Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３が透過像の場合、ステップＳ３０６にて、X線分析装置の出力より点（スポット）分析又は線（ライン）分析を行う。
【００４９】
図９は、点分析による像の例を示す。この例では、試料は、半導体である。図９ａは、試料にコンタミネーションが起きていない場合の像、図９ｂは、試料にコンタミネーションが起きていない場合の像である。図９ｂの右上に点分析の結果を示すスペクトラムが示されている。
【００５０】
図７を参照して本発明の電子顕微鏡による試料の分析方法の第４の例の操作手順を説明する。図６を参照して説明した第３の例では、ステップＳ３０９及びステップＳ３１３の判定処理において、一致度を用いたが、本例では、ステップＳ４０９及びステップＳ４１３の判定処理において倍率誤差を用いる点が異なる。それ以外は第３の例と同様であってよい。尚、倍率誤差を用いる点は、図５を参照して説明した第２の例と同様である。
【００５１】
図１０はモニタ装置に表示された入力画面の例を示す。この入力画面にて、図４のステップＳ１０１及びステップＳ１０２の処理、及び、図６のステップＳ３０１及びステップＳ３０２の処理において、パラメータの設定を行う。この入力画面には、分析時間１０００、照射時間１００１、一致度の第１の閾値１００２、一致度の第２の閾値１００３、及び、待ち時間１００４を、それぞれ入力するための欄が設けられている。待ち時間１００４は、透過像を得る場合に像が安定するまでの待ち時間である。
【００５２】
図１１はモニタ装置に表示された入力画面の他の例を示す。この入力画面にて、図５のステップＳ２０１及びステップＳ２０２の処理、及び、図７のステップＳ４０１及びステップＳ４０２の処理において、パラメータの設定を行う。この入力画面には、分析時間１１００、照射時間１１０１、倍率誤差の第１の閾値１１０２、倍率誤差の第２の閾値１１０３、及び、待ち時間１１０４を、それぞれ入力するための欄が設けられている。
【００５３】
以下に、（１）移動量の計算、（２）一致度の計算、及び、（３）画像間の回転量及び拡大縮小率の推定について説明する。
【００５４】
（１）移動量を計算する方法（ドリフトの影響を判断）
図１２を参照して、２つの像の移動量の計算方法を説明する。先ず、撮像対象物像を含む基準画像１２０１を設定する。基準画像１２０１はM×Nの画素数を有し、これを画像ベクトルf1(ｍ、ｎ)として記録する。次に、基準画像１２０１に対して移動した撮像対象物像を含む測定対象画像１２０２を記録する。測定対象画像１２０２は、M×Nの画素数を有し、これを画像ベクトルf2(ｍ、ｎ)として記録する。基準画像１２０１及び測定対象画像１２０２は自然画像（虚数を含まない）であり、ｍ＝0,1,2,・・・M-1、 ｎ＝0,1,2,・・・N-1である。
【００５５】
基準画像１２０１のベクトルf1(m,n) 、及び、測定対象画像１２０２のベクトルf2(m,n)の離散フーリエ画像F1(m,n) 、F2(m,n)はそれぞれ式(1)、(2)によって定義される。
F1(u,v)＝A(u,v)ejθ(u,v)    ・・・・・(1)
F2(u,v)＝B(u,v)ejφ(u,v)    ・・・・・(2)
但し、u＝0,1,2,・・・M-1、 v＝0,1,2,・・・N-1
【００５６】
ここに、A(u,v)、B(u,v)は振幅スペクトル、θ(u,v)、φ(u,v)は位相スペクトルである。位相相関では、２画像間で像の平行移動があった場合には相関のピークの位置が像の移動量だけずれる。従って、以下に説明するように、２画像間で像の平行移動量の求めるために、相関のピーク位置の移動量を求める、まず、測定対象画像１２０２が、ｘ方向にr’だけ移動したと仮定して、移動後の測定対象画像のベクトルをf4(m,n)＝f2(m+r’,n)とする。
【００５７】
式(2)と同様に移動後の測定対象画像ベクトルf4(m,n) の離散フーリエ画像F4(u,v)を求めると式(3)が得られる。
F4(u,v)＝ ΣΣ f2(m+r’,n)e -j2π(mu/M＋nv/N)
＝B(u,v)ej(φ＋２πr’u/M)  ・・・・・(3)
【００５８】
振幅スペクトルB(u,v)を定数と仮定すると、離散フーリエ画像F4(u,v)は、画像のコントラストに依存しない位相画像である。移動後の測定対象画像ベクトルf4(m,n)の位相画像F’4 (u,v)は、式(4)によって表される。
F4’(u,v)＝ ej(φ＋２πr’u/M)     ・・・・・(4)
【００５９】
位相画像F’1(u,v)にF’2(u,v)の複素供役を乗ずることによって、式（5）の合成位相画像１２０３のベクトルH14(u,v)が得られる。
H14(u,v)＝F’1(u,v)(F’2(u,v))*
＝ ej(θ-φ-２πru/M )     ・・・・・(5)
【００６０】
合成位相画像１２０３のベクトルH14(u,v)を逆フーリエ変換することによって、式(6)の相関強度画像１２０４のベクトルG14(r,s)が得られる。
G14(r,s)＝ΣΣ(H14(u,v)) ej2π(ur/M+us/N)
＝ΣΣ(ej(θ-φ-２πr’u/M ）) ej2π(ur/M+us/N)
＝G12(r-r’)  ・・・・・(6)
【００６１】
式(6)より、２つの画像１，２間にX方向に位置ずれ量r’が存在する場合、相関強度画像のピークの位置は-r’だけずれることがわかる。即ち、相関強度画像より、ピークの位置の移動量-r’を求めることにより、２つの画像１，４間のX方向の移動量r’を求めることができる。
【００６２】
以上のように、本例の相関計算は、位相成分のみによる演算であり、相関強度画像G14(r,s)は位相成分のみを含む。従って、基準画像と測定対象画像の間に、明るさやコントラストの差があっても、基準画像と測定対象画像の間の移動量を求めることができる。
【００６３】
２つの画像１，２間にX方向に位置ずれ量が存在する場合は、相関強度画像１２０４の中心１２０５よりΔG(pixel)の位置１２０６にピークが発生する。例えば２つの画像１、２間にてX方向に2pixelのずれがあると、合成位相画像１２０３のベクトルH14は２周期の波になる。これを逆フーリエ変換すると相関強度画像１２０４のベクトルG12が得られる。相関強度画像１２０４のベクトルG12では、中心１２０５からΔG ＝2pixelずれた位置１２０６にピークが発生する。このΔG(pixel)は、ＴＶカメラ５０のＣＣＤの受光面における移動量に相当する。ここで、ＣＣＤ上の移動量ΔGを試料面上の実際の移動量Δｘに変換する。ＣＣＤの受光面の径をL、受光面上の透過電子顕微鏡像の倍率をM、ＣＣＤの受光面の画素数Lmとすると、移動量Δｘは式(7)によって表される。
Δx＝ΔG(pixel)×L／Lm(pixel)／M          ・・・・・(7)
【００６４】
Δxは２つ画像１，２間の試料面上におけるＸ方向の相対的な移動量である。同様にY方向の移動量を計算する。
【００６５】
（２）一致度を計算する方法（画像の変化を判断）
次に、基準画像に対する測定対象画像の一致度、即ち、測定対象画像の精度について説明する。上述の相関計算では、数学的に位相成分のみを使用して移動量を演算する。従って、相関強度画像１２０４に現れるピークはδピークとなる。例えば２つの画像１，２間にて1.5画素ずれると合成位相画像１２０３は1.5周期の波となる。これを逆フーリエ変換して得られる相関強度画像１２０４では、中心１２０５より1.5pixelずれた位置にδピークが現れるはずであるが、1.5の画素は存在しないので、δピークの値は1pixel目と2pixel目に振り分けられる。1pixel目と2pixel目の間の重心を計算することにより、真のδピーク位置を計算すると1/10pixel程度の精度の計算結果が得られる。
【００６６】
また、相関強度画像１２０４には、δピークが現れるため、２つの画像１、２間における類似性の評価を相関強度画像１２０４のピークの高さによって行うことができる。基準画像１２０１のベクトルをf1(ｍ、ｎ)、相関強度画像１２０４のピークの高さPeak(pixel)とすると、一致度(%)は式(8)によって表される。
一致度(%)＝（Peak）／（ｍ×ｎ）×100    ・・・・・・・・・・(8)
【００６７】
例えば、基準画像１２０１の画素数を128pixel×128pixel、相関強度画像１２０４のPeak(pixel)を16384(pixel)とすると、一致度＝（16384）／（128×128）×100＝100(％)となる。
【００６８】
（３）画像間の回転量・拡大縮小率を推定する方法
連続空間で定義された2次元画像fc(x1,x2)を考える。ここで、x1およびx2は実数である。fc(x1,x2)をx1およびx2方向にそれぞれδ1およびδ2だけ平行移動し、その画像の原点(x1,x2)=(0,0)を中心に角度θ回転し、s倍に拡大した画像をgc(x1,x2)とする。このとき、連続空間画像gc(x1,x2)は以下の式で表される。
gc(x1,x2)=fc(s(x1-δ1)cosθ-s(x2-δ2)sinθ,
s(x1-δ1)sinθ+s(x2-δ2)cosθ)     ・・・・・(9)
【００６９】
これらの連続空間画像fc(x1,x2)およびgc(x1,x2)を標本化間隔T1とT2で標本化した離散空間画像をそれぞれf(n1,n2)とg(n1,n2)とし、次式で定義する。
f(n1,n2)=fc(x1,x2)x1=n1T1,x2=n2T2          ・・・・・(10)
g(n1,n2)=fc(s(x1-δ1)cosθ-s(x2-δ2)sinθ,
s(x1-δ1)sinθ+s(x2-δ2)cosθ)               ・・・・・(11)
【００７０】
ここで、x1=n1T1，x2=n2T2とする。以下では単純化するため、M1=M2=M，N1=N2=N，T1=T2=1とする。連続空間画像fc(x1,x2)の2次元フーリエ変換をFc(Ω1,Ω2)とし、離散空間画像f(n1,n2)およびg(n1,n2)の2次元DFTをそれぞれF(k1,k2)およびG(k1,k2)とすると、以下の関係式が成り立つ。
|F(k1,k2)|≒|Fc(Ω1,Ω2)|           ・・・・・(12)
|G(k1,k2)|≒1/s2|Fc(1/s (Ω1 cosθ- Ω2 sinθ) ,
1/s(Ω1sinθ+Ω2cosθ) |          ・・・・・(13)
【００７１】
ここで、k1=k2=-M,・・・,M，Ω1=2πk1/N，Ω2=2πk2/Nとする。したがって、振幅スペクトル|F(k1,k2)| および|G(k1,k2)| を用いることで画像の回転および拡大縮小のみを取り扱うことができる。
【００７２】
離散空間画像FLP(l1,l2)およびGLP(l1,l2)をそれぞれF(k1,k2)およびG(k1,k2)のLog-Polar変換とする。ただし、l1=-M,・・・,Mおよびl2=-M,・・・,Mとする。このとき
|FLP(l1,l2)| および|GLP(l1,l2)| は以下の式で表される。
|FLP(l1,l2)|≒1/s2|Fc (rπcosφ,rπsinφ) | ・・・・・(14)
|GLP(l1,l2)|≒1/s2|Fc（r/sπcos(φ+θ),
r/sπsin(φ+θ)）|・・・・・(15)
【００７３】
ただし，φ=l1π/Nおよびr=N(2l2+2M+1)/2Nである。式(14)および式(15)から、以下の関係式が成り立つ。
|GLP(l1,l2)|≒1/s2|FLP・(l1+N/πθ,l2-NlogNs)|・・・・・(16)
【００７４】
上式において、元の画像f(n1,n2)およびg(n1,n2)間の回転量θと拡大縮小率sが、画像FLP(l1,l2)およびGLP(l1,l2)間の平行移動量(Nθ/π,-NlogNs)に変換されていることがわかる。したがって、前記で述べた位相限定相関法に基づく平行移動量推定を行うことで元の画像f(n1,n2)およびg(n1,n2)の回転量θと拡大縮小率sを推定することができる。
以下に回転量および拡大縮小率を推定する手順を示す。また、図１３に推定手順の各ステップで得られる画像を図示する。
(a):画像f(n1,n2)およびg(n1,n2)の2次元DFT  F(k1,k2)およびG(k1,k2)をそれぞれ計算する。
(b):振幅スペクトル|F(k1,k2)| および|G(k1,k2)| を計算する。
【００７５】
自然画像では，そのエネルギーの大部分が低周波領域に集中し，高周波成分のエネルギーは相対的に小さいことが知られている。したがって，|F(k1,k2)| および|G(k1,k2)| の代わりに，log(F(k1,k2)+1)およびlog(G(k1,k2)+1)を用いる。
【００７６】
(c):|Log-Polar| 変換|FLP(l1,l2|)| および|GLP(l1,l2)| を計算する。ただし、変換の際に|F(k1,k2)| および|G(k1,k2)| の非整数値座標の値を補間手法により推定する。
(d):|FLP(l1,l2)| および|GLP(l1,l2)| 間の平行移動量を位相限定相関法による関数を用いて推定することにより，回転量θおよび拡大縮小率sを求めることができる。
【００７７】
以上本発明の例を説明したが、本発明は上述の例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲にて様々な変更が可能であることは当業者に容易に理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】本発明による透過走査型電子顕微鏡の例を示す図である。
【図２】本発明による電子顕微鏡装置の透過走査型電子顕微鏡部及びを透過型電子顕微鏡部を示す図である。
【図３】本発明の電子顕微鏡によるコンタミネーション低減処理方法の概略を説明する図である。
【図４】本発明の電子顕微鏡による画像取得方法の第１の例の操作手順を説明する図である。
【図５】本発明の電子顕微鏡による画像取得方法の第２の例の操作手順を説明する図である。
【図６】本発明の電子顕微鏡による画像取得方法の第３の例の操作手順を説明する図である。
【図７】本発明の電子顕微鏡による画像取得方法の第４の例の操作手順を説明する図である。
【図８】本発明の電子顕微鏡において画像に分析領域をカラーでオーバーラップさせて表示した例を示す図である。
【図９】試料である半導体の表面の点分析による像の例を示す図である。
【図１０】モニタ装置に表示された入力画面の例を示す図である。
【図１１】モニタ装置に表示された入力画面の他の例を示す図である。
【図１２】２つの像の移動量の計算方法を説明する図である。
【図１３】回転量および拡大縮小率を推定する手順の各ステップで得られる画像を示す図である。
【図１４】電子顕微鏡におけるコンタミネーションの発生を説明する図である。
【図１５】電子顕微鏡におけるコンタミネーションの発生によって像が変化する状態を説明する図である。
【符号の説明】
【００７９】
１：電子銃、２：第１照射レンズコイル、３：第２照射レンズコイル、４：第１偏向コイル、５：第２偏向コイル、６：対物レンズコイル、７：第１電磁式試料イメージ移動用コイル、８：第２電磁式試料イメージ移動用コイル、９：第１中間レンズコイル、１０：第２中間レンズコイル、１１：第１投射レンズコイル、１２：第２投射レンズコイル、１３〜２３：励磁電源、２４〜３４：デジタルアナログ変換器（DAC）、３５：マイクロプロッセサ、３６：記憶装置、３７：演算装置、３８：ＣＲＴコントローラ、３９：モニタ（ＣＲＴ）、４０〜４１：I/F、４２：倍率切替用ロータリーエンコーダ、４３：入力用ロータリーエンコーダ、４４：キーボード、４５：マウス、４６：RAM、４７：ROM、４８：画像取込みインターフェース、４９： ＴＶカメラ制御部、５０：ＴＶカメラ、５１：光学レンズ、５２：ＣＣＤ、５３：試料ステージ、５４：シンチレータ、５５：対物絞り、６１：２次電子検出器、６２：Ｘ線検出器、６３：カソードルミネッセンス（ＣＬ）検出器、６４：暗視野像検出器、６５：明視野像検出器
【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】
2008130428.tif 000012
【図１１】
2008130428.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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