(57)【要約】【課題】  Ｓ／Ｎ比が改善された試料像を効率良く取得することのできる観察方法及び観察装置を提供すること。【解決手段】  本発明における観察方法は、試料の被観察面に対する荷電粒子ビームの焦点位置の距離を段階的に変化させ、荷電粒子ビームの各焦点位置における試料像を検出し、これにより複数の試料像を取得する工程と、各試料像での画像内位置ごとの画像データにおける荷電粒子ビームによる合焦状態を評価する工程と、各試料像の画像データについて同一の画像内位置ごとに合焦状態が最良となる画像データを抽出する工程と、抽出された最良の画像データを画像内位置ごとに対応付けて合成像を作成する工程と、作成された合成像を観察像として出力する工程とを有する。また、本発明における観察装置は、上記各工程を実行するための手段を備える。【選択図】図３
2005166472.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料の被観察面に対する荷電粒子ビームの焦点位置の距離を段階的に変化させ、荷電粒子ビームの各焦点位置における試料像を検出し、これにより複数の試料像を取得する工程と、各試料像での画像内部分領域ごとの画像データにおける荷電粒子ビームによる合焦状態を評価する工程と、各試料像について画像内位置が同一となる画像内部分領域ごとに合焦状態が最良となる画像内部分領域の画像データを抽出する工程と、抽出された最良の画像データを、その画像内部分領域の画像内位置ごとに対応付けて合成像を作成する工程と、作成された合成像を観察像として出力する工程とを有する観察方法。
【請求項２】
前記合成像を作成する工程を複数回繰り返し、直前に作成された合成像と改めて作成された合成像との積算像を新たな合成像として作成し、当該新たな合成像を観察像として出力することを特徴とする請求項１記載の観察方法。
【請求項３】
前記荷電粒子ビームの電子光学系を構成する対物レンズの励磁条件を変えることにより、前記試料の被観察面に対する前記荷電粒子ビームの焦点位置の距離を段階的に変化させることを特徴とする請求項１若しくは２記載の観察方法。
【請求項４】
前記試料の高さ位置を変えることにより、前記試料の被観察面に対する前記荷電粒子ビームの焦点位置の距離を段階的に変化させることを特徴とする請求項１若しくは２記載の観察方法。
【請求項５】
試料の被観察面に対する荷電粒子ビームの焦点位置の距離を段階的に変化させる手段と、荷電粒子ビームの各焦点位置における試料像を検出し、これにより複数の試料像を取得する手段と、各試料像での画像内部分領域ごとの画像データにおける荷電粒子ビームによる合焦状態を評価する手段と、各試料像について画像内位置が同一となる画像内部分領域ごとに合焦状態が最良となる画像内部分領域の画像データを抽出する手段と、抽出された最良の画像データを、その画像内部分領域の画像内位置ごとに対応付けて合成像を作成する手段と、作成された合成像を観察像として出力する手段とを有する観察装置。
【請求項６】
直前に作成された合成像と改めて作成された合成像との積算像を新たな合成像として作成する手段をさらに備えることを特徴とする請求項５記載の観察装置。
【請求項７】
前記試料の被観察面に対する前記荷電粒子ビームの焦点位置の距離を段階的に変化させる手段は、前記荷電粒子ビームの電子光学系を構成する対物レンズであることを特徴とする請求項５若しくは６記載の観察装置。
【請求項８】
前記試料の被観察面に対する前記荷電粒子ビームの焦点位置の距離を段階的に変化させる手段は、前記試料の高さ位置を制御する試料ステージ機構であることを特徴とする請求項５若しくは６記載の観察装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、観察方法及び観察装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
走査電子顕微鏡等の観察装置においては、真空雰囲気内に配置された試料の被観察面に電子ビームを走査しながら照射し、当該被観察面から発生した２次電子等の被検出電子を試料情報として検出する。そして、検出された試料情報を基に試料像を作成し、当該試料像を観察像として表示したり、必要に応じて記録媒体に記憶する。
【０００３】
このような観察装置を用いた試料観察において、最近では、半導体チップやウエハが観察対象（試料）となることがある。半導体チップの表面には配線ラインやコンタクトホールが形成されており、このような配線ラインやコンタクトホールの形状を上記観察装置によって観察して検査をすることが行われている。
【０００４】
半導体チップ（以下、試料という）の表面に形成されたコンタクトホールの観察を行う場合、当該コンタクトホールの底面と周囲上面との間には、そのアスペクト比に基づいて所定高さの段差が設けられているため、当該試料に照射する電子ビームの焦点位置を、対物レンズの励磁条件を変化させてコンタクトホールの底面と周囲上面との間で適宜補正してずらしながら試料像を取得することが行われている。
【０００５】
また、試料の表面形状に合わせた対物レンズの励磁電流マップを、複数の焦点位置画像から画像処理により作成し、焦点位置マップを参照しながら改めて電子ビームの焦点位置を変化させて試料像を取得するものもある（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−４２７０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
試料のコンタクトホールの観察を行う際に、当該コンタクトホールのアスペクト比が高い場合には、試料に照射する電子ビームの焦点位置をずらすための補正量が大きくなる。このときには、対物レンズの励磁条件の変化幅が大きくなることとなり、対物レンズの励磁の応答特性が低下する。よって、電子ビームを試料に照射する際での走査速度を、対物レンズの励磁応答速度に合わせる必要があり、処理時間が長くなって効率が良くなかった。
【０００８】
また、上記特許文献１に記載の観察装置（走査電子顕微鏡装置）においては、取得される試料像のＳ／Ｎ比を改善するために、試料の表面形状に合わせた対物レンズの励磁電流マップを、複数の焦点位置画像から画像処理により作成し、焦点位置マップを参照しながら改めて電子ビームの焦点位置を変化させて試料像を取得する。この場合には、まず当該励磁電流マップのみを作成するために電子ビームの各焦点位置での画像データを取得し、エッジ検出処理と焦点評価処理を行って励磁電流マップ（焦点位置マップ）を作成する。その後、作成された焦点位置マップに基づいて対物レンズを制御し、焦点位置を連続的に変化させて試料像の取得を行っている。
【０００９】
このような手法においても取得される試料像のＳ／Ｎ比は改善されるが、試料像を取得する前に、予め電子ビームの各焦点位置での画像データを取得する必要があるので、効率性の向上という要改善点があった。
【００１０】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、Ｓ／Ｎ比が改善された試料像を効率良く取得することのできる観察方法及び観察装置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】
【００１１】
本発明に基づく観察方法は、試料の被観察面に対する荷電粒子ビームの焦点位置の距離を段階的に変化させ、荷電粒子ビームの各焦点位置における試料像を検出し、これにより複数の試料像を取得する工程と、各試料像での画像内部分領域ごとの画像データにおける荷電粒子ビームによる合焦状態を評価する工程と、各試料像について画像内位置が同一となる画像内部分領域ごとに合焦状態が最良となる画像内部分領域の画像データを抽出する工程と、抽出された最良の画像データを、その画像内部分領域の画像内位置ごとに対応付けて合成像を作成する工程と、作成された合成像を観察像として出力する工程とを有する。
【００１２】
また、本発明に基づく観察装置は、試料の被観察面に対する荷電粒子ビームの焦点位置の距離を段階的に変化させる手段と、試料の被観察面に対する荷電粒子ビームの焦点位置の距離を段階的に変化させる手段と、荷電粒子ビームの各焦点位置における試料像を検出し、これにより複数の試料像を取得する手段と、各試料像での画像内部分領域ごとの画像データにおける荷電粒子ビームによる合焦状態を評価する手段と、各試料像について画像内位置が同一となる画像内部分領域ごとに合焦状態が最良となる画像内部分領域の画像データを抽出する手段と、抽出された最良の画像データを、その画像内部分領域の画像内位置ごとに対応付けて合成像を作成する手段と、作成された合成像を観察像として出力する手段とを有する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明においては、荷電粒子ビームの焦点位置を段階的に変化させた際での各試料像の画像データについて、画像内位置が同一となる画像内部分領域ごとに合焦状態が最良となる画像内部分領域の画像データを抽出し、これにより抽出された最良の画像データを、その画像内部分領域の画像内位置ごとに対応付けて合成像を作成して観察像として出力する。
【００１４】
従って、荷電粒子ビームの焦点位置を段階的に変化させて得られた各試料像の画像データを基に合成像を作成するので、改めて焦点位置を変化させて試料像の取得を行う必要がなく、Ｓ／Ｎ比が改善された試料像を効率良く得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００１６】
図１は、本発明における観察装置を示す概略構成図である。同図において、１００は観察装置であり、当該観察装置１００は走査電子顕微鏡の構成を備えている。
【００１７】
この観察装置１００は電子銃１を有しており、電子銃１からは電子ビーム（荷電粒子ビーム）７が加速されて放出される。電子銃１から放出された電子ビーム７は、集束レンズ２及び対物レンズ４により、試料８の被観察面８ａに細く集束されて照射される。このとき、走査コイル３により電子ビーム７は被観察面８ａ上を適宜走査される。なお、集束レンズ２、走査コイル３、及び対物レンズ４により電子光学系６が構成されている。
【００１８】
試料８は、試料ステージ機構５のステージ（図示せず）に載置されている。この試料ステージ機構５は、試料８を水平方向、垂直方向、傾斜方向、及び回転方向に適宜移動させるためのものである。
【００１９】
電子銃１、集束レンズ２、走査コイル３、対物レンズ４、及び試料ステージ機構５は、それぞれ対応する駆動部１ａ〜５ａにより被駆動部として駆動制御される。各駆動部１ａ〜５ａは、それぞれバスライン１２に接続されている。
【００２０】
電子ビーム７が照射された試料８の被観察面８ａからは、２次電子等の被検出電子９が発生する。発生した被検出電子９は、試料情報として検出器１０により検出される。検出器１０は、検出した被検出電子１０に基づいて検出信号を出力する。検出器１０からの当該検出信号は、増幅されてＡ／Ｄ変換部１１に送られてディジタル信号に変換され、バスライン１２に出力される。
【００２１】
バスライン１２には画像形成部１５が接続されている。この画像形成部１５は、バスライン１２を介してＡ／Ｄ変換部１１からのディジタル化された検出信号を受けて、当該検出信号に基づいて画像データからなる試料像を形成する。これにより形成された試料像は、バスライン１２を介して画像記憶部１６に送られ、当該画像記憶部１６に格納されて記憶される。
【００２２】
また、バスライン１２には演算部１７が接続されており、当該演算部１７は、この観察装置１００の制御等に必要とされる演算を実行する。
【００２３】
さらに、バスライン１２には画像作成部１８が接続されており、当該画像作成部１８は、画像記憶部１６に記憶された試料像を基に後述する合成像を作成する。
【００２４】
そして、バスライン１２には、画像表示部１９と入力部２０とが接続されている。画像表示部１９は、ＬＣＤやＣＲＴ等の画像表示装置からなり、画像形成部１５により形成された試料像や画像作成部により作成された合成像を適宜表示する。また、入力部２０は、マウスやジョイスティック等のポインティングデバイス及びキーボードを有している。この観察装置１００のオペレータ（操作者）は、入力部２０を操作することによって観察装置の動作条件等を入力することができる。
【００２５】
観察装置１００における上記各構成要素は、バスライン１２に接続された制御部１３によって制御される。この制御部１３には、観察装置１００の各構成要素を制御する際の条件データを記憶するための条件記憶部１４が接続されている。
【００２６】
以上が本発明における観察装置の構成である。次に図２及び図３を参照して、本発明における観察方法について説明する。ここで、図２は、本発明における観察方法の一実施例を示すフローチャートである。
【００２７】
まず、オペレータによる入力部２０の操作により、積算回数ｍを入力する（ステップＳ１）。
【００２８】
この積算回数ｍは、後述する合成像の積算処理回数となり、一例として６４回とする。
【００２９】
次に、オペレータは積算処理の１周期の期間中における画像の取得数ｎを設定して入力する。この画像の取得数ｎは、当該１周期の期間において、対物レンズ４の励磁条件を段階的に変化させて電子ビームの焦点を移動させる際の段階数に対応する。すなわち、本実施例においては、後述するように対物レンズ４の励磁条件を段階的に変化させ、各段階において電子ビーム７の試料８上での走査を行い、その度ごとに試料像（画像）を、検出器１０を介して検出して取得することとなる。
【００３０】
オペレータにより当該取得数ｎが入力されると、観察装置１００内での制御部１３による制御によって、演算部１７は対物レンズ４を励磁するための励磁電流Ｊの初期値Ｊｓ、可変幅ΔＪ、最終値Ｊｅを求める（ステップＳ２）。
【００３１】
この励磁電流Ｊの初期値Ｊｓ及び最終値Ｊｅは、所定の条件に基づいて計算してもよいし、また当該励磁電流Ｊの最小値及び最大値を予め条件記憶部１４に記憶させておき、それらを読み出して設定してもよい。励磁電流Ｊの初期値Ｊｓ及び最終値Ｊｅとの差分を、上記取得数ｎから１を差し引いた値で割ることにより、可変幅ΔＪが算出される。
【００３２】
その後、対物レンズ４の励磁電流Ｊを初期値Ｊｓに設定する（ステップＳ３）。
【００３３】
これは、対物レンズ４を駆動制御する駆動部４ａの駆動条件を制御部１３により制御することにより行われる。また、これと同時に集束レンズ２を駆動部２ａを介して所定条件にて駆動制御する。なお、試料８は、試料ステージ機構５による移動制御によって所定の位置に固定されている。
【００３４】
この状態で、電子銃１から電子ビーム７を試料８の被観察面８ａに照射するとともに、走査コイル３を駆動部３ａを介して駆動させる。これにより、当該被観察面８ａ上を電子ビーム７が走査（スキャン）する。このときの試料像を検出器１０を介して検出して取得し、画像記憶部１６に記憶させる（ステップＳ４）。
【００３５】
そして、制御部１３は、励磁電流Ｊが最終値Ｊｅとなり、ｎ枚の試料像を取得したか否かを判断する（ステップＳ５）。
【００３６】
この時点では、励磁電流Ｊは初期値Ｊｓであり、１枚の試料像のみ取得しているので、ステップＳ５での判断結果はＮＯとなる。当該判断結果がＮＯとなった場合には、励磁電流Ｊを、可変幅ΔＪだけ増加させてＪｓ＋ΔＪに設定する。これにより、対物レンズ４の励磁条件が変化する（ステップＳ６）。
【００３７】
その後、ステップＳ４に戻って再度試料像を取得し、ステップＳ５にて励磁電流Ｊが最終値Ｊｅとなり、ｎ枚の試料像を取得したか否かを判断するという工程を繰り返す（ループＬ１）。
【００３８】
このループＬ１の工程について、図３を参照しながら詳述する。ここで、図３は、対物レンズ４の励磁電流Ｊの時間変化を示すグラフである。
【００３９】
図３の下側には経過時間ｔを分割した期間Ｔが示されている。まず、期間Ｔ（１，１）においては、励磁電流Ｊを初期値Ｊｓに設定して試料像（画像１＿１）を取得する。次の期間Ｔ（１，２）においては、励磁電流ＪをＪｓ＋ΔＪに設定し、そのときの試料像（画像１＿２）を取得する。以下同様に、励磁電流ＪをΔＪずつ増加していき、各々の期間における試料像を取得する。取得した各試料像は、画像記憶部１６に記憶される。
【００４０】
そして、期間Ｔ（１，ｎ）において励磁電流Ｊが最終値Ｊｅとなったときに、ｎ枚目の試料像（画像１＿ｎ）が取得される。なお、図３の例においては、図面をわかりやすくするため、取得数ｎを４として表現している。このようにすることにより、試料８の被観察面８ａに対する電子ビーム７の焦点位置の距離が段階的に変化し、電子ビーム７の各焦点位置における試料像が検出され、これにより複数の試料像が取得されることとなる。
【００４１】
ループＬ１内の工程により、励磁電流Ｊが最終値Ｊｅとなり、ｎ枚の試料像を取得した場合には、図２中のステップＳ５での判断結果はＹＥＳとなる。当該判断結果がＹＥＳとなった場合には、合焦判定アルゴリズムを用いて全合焦画像を作成する（ステップＳ７）。
【００４２】
このときには、以下の手法により全合焦画像が作成される。まず、上述のループＬ１の各工程を経ることにより画像記憶部１６に記憶されたｎ枚の各試料像について、合焦評価処理を実施する。
【００４３】
この合焦評価処理について、図４及び図５を参照して説明する。図４は、記録された各試料像の画像データを示す図であり、図４（Ａ）〜図４（Ｄ）は、それぞれ１枚目〜４枚目の各試料像における画像データを示す。また、図５は、各試料像についての合焦評価処理を行った後に作成される全合焦画像の画像データの一例を示す図である。
【００４４】
合焦評価処理が行われる際には、各試料像の画像データは、画像内において所定領域ごとに分割される。
【００４５】
図４に示す例においては、各試料像の画像データが、縦５１２ピクセル、横５１２ピクセルからなる画像データ（すなわち、５１２＊５１２ピクセルからなる画像データ）とした場合の例を示している。この５１２＊５１２ピクセルからなる各画像データを、画像内において、例えば３０ピクセル＊３０ピクセルからなる領域（画像内部分領域）ごとに分割する。
【００４６】
ここで、１〜４枚目の試料像の画像内位置における当該分割後でのｋ行ｌ列に位置する画像内部分領域の画像データを、それぞれＡ（ｋ，ｌ）、Ｂ（ｋ，ｌ）、Ｃ（ｋ，ｌ）、及びＤ（ｋ，ｌ）と表現すると、図４（Ａ）〜図４（Ｄ）に示すごとくとなる。これら各試料像における各画像内部分領域の画像データＡ（ｋ，ｌ）、Ｂ（ｋ，ｌ）、Ｃ（ｋ，ｌ）、及びＤ（ｋ，ｌ）のそれぞれについて合焦評価処理を実施する。
【００４７】
この合焦評価処理を実施する際には、いくつかの手法の中の一つを選んで行うことが考えられる。以下に、合焦評価処理を実施する際に適用される手法の中の２つを示す。
【００４８】
まず第１の手法は、「高周波に基づいた手法」である。これは、画像の鮮明さは画像データの高周波量に関係する点を用いる。画像データの高周波を得るには、二次微分を計算することとなる。
【００４９】
画像データに対する二次微分の近似値Ｌは、
【００５０】
【数１】
2005166472.tif 000003
と表現される。
【００５１】
ここで、Ｉ（ｘ，ｙ）は位置（ｘ，ｙ）における強度（ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ）であり、ｌａは二次微分オペレータである。この二次微分オペレータｌａは
【００５２】
【数２】
2005166472.tif 000004
と表される。
【００５３】
これにより演算された二次微分値の中から、所定の閾値より大きい二次微分値の絶対値の和を算出する。当該和の算出式は
【００５４】
【数３】
2005166472.tif 000005
となる。この和の値が大きな画像データほど焦点の合った画像データである。
【００５５】
この第１の手法の他に、第２の手法もある。当該第２の手法は、「グレイレベルの分散を用いる手法」である。これは、合焦画像データの強度の分散は大きくなり、また非合焦画像データは、その強度の変動が小さく、その結果、強度の分散が小さくなる点を用いる。
【００５６】
分散の計算式は
【００５７】
【数４】
2005166472.tif 000006
となる。
【００５８】
ここで、σ２は分散、μは画像データの平均強度である。この計算式を用いて分散σ２を算出し、当該σ２が最大となる画像データを選ぶ。
【００５９】
このようにして合焦評価処理を実施する。なお、このときに用いられる手法（上記各画像データの分割を含む）は、合焦判定アルゴリズムとして記憶させておき、これに基づいて演算部１７により実施される。
【００６０】
このようにして、各試料像での画像内部分領域ごとの画像データにおける電子ビームによる合焦状態を評価した後、これに引き続いて全合焦画像を作成する。このときには、まず、各試料像について画像内位置が同一となる画像内部分領域ごとに合焦状態が最良となる画像内部分領域の画像データを抽出する。そして、抽出された最良の画像データを、その画像内部分領域の画像内位置ごとに対応付けて合成像を作成する。このようにして作成された合成像が全合焦画像となる。この全合焦画像の作成は、画像作成部１８により行われる。
【００６１】
図５に、このときに作成される全合焦画像の画像データの一例を示す。図５に示された全合焦画像の場合には、画像内位置における上記分割後での１行１列目に対応する領域には、２枚目の試料像における画像内部分領域の画像データＢ（１，１）が最良のものとして対応付けられている。そして、１行２列目、２行１列、及び２行２列に対応する領域には、１枚目、４枚目、及び３枚目の各試料像における画像内部分領域の画像データＡ（１，２）、Ｄ（２，１）、及びＣ（２，２）が、それぞれ最良のものとして対応付けられている。
【００６２】
その後、作成された全合焦画像が１枚目であるか否かが判断される（ステップＳ８）。
【００６３】
この時点では、全合焦画像は１枚目であるので、ステップ８での判断結果はＹＥＳとなる。当該判断結果がＹＥＳとなった場合には、当該全合焦画像を表示する（ステップＳ９）。
【００６４】
ステップＳ９においては、画像作成部１８により作成された合成像（全合焦画像）が、観察像として画像表示部１９に出力される。そして、画像表示部１９により当該合成像が表示され、オペレータによって観察像として確認することができる。また、当該１枚目の全合焦画像の作成時には、上述した積算処理回数として１がカウントされる。なお、画像表示部１９により表示されている観察像は、後に作成される積算像が観察像として表示される直前まで、表示され続けることとなる。
【００６５】
その後、積算回数ｍ（一例として６４回）と等しいｍ枚の全合焦画像を取得したか否かを判断する（ステップＳ１１）。
【００６６】
この時点では、１枚の全合焦画像のみを取得しているので、ステップＳ１１での結果はＮＯとなる。当該判断がＮＯとなった場合には、ステップＳ３に戻って励磁電流Ｊを初期値Ｊｓに再設定してループＬ１の工程を繰り返し、以降ステップＳ７を経た後ステップＳ８にて、作成された全合焦画像が１枚目であるか否かが判断される。
【００６７】
全合焦画像が２枚目以降の場合には、ステップＳ８での判断結果はＮＯとなる。当該判断結果がＮＯとなった場合には、直前に作成された全合焦画像もしくは積算像と当該時点で作成された全合焦画像との積算像を作成して表示する（ステップＳ１０）。
【００６８】
例えば、当該時点で作成された全合焦画像が２枚目である場合には、当該全合焦画像とその直前に作成された１枚目の全合焦画像との積算像を作成する。また、当該時点で作成された全合焦画像が３枚目以降のものである場合には、当該全合焦画像とその直前に作成された積算像との積算像を作成する。
【００６９】
このときの積算像は、２つの画像において、画像内での同一位置に対応する画像データどうしの平均値を求め、当該平均値を画像内位置ごとに対応付けて作成する。なお、当該積算像の作成は、画像作成部１８によって実行される。
【００７０】
この積算像作成工程について、図３を参照しながら説明する。図３においては、ｍ′枚目の積算像を形成する場合が示されている。この場合は、同図に示すごとく、ｍ′枚目の全合焦画像を作成した後、ｍ′−１枚目の積算像（図中では「全合焦画像ｍ′−１」と記載）と当該ｍ′枚目の全合焦画像との積算像を作成して表示する。
【００７１】
その後、ステップＳ１１にて、積算回数ｍと等しいｍ枚の全合焦画像を取得したか否かを判断し、ループＬ２の工程が繰り返される。このループＬ２の工程においては、画像作成部１８において、合成像を作成する工程を複数回繰り返し、直前に作成された合成像と改めて作成された合成像との積算像を新たな合成像として作成し、当該新たな合成像を観察像として画像作成部１８から出力することとなる。
【００７２】
ループＬ２の工程が繰り返された後、ステップＳ１１にて、積算回数ｍと等しいｍ枚の全合焦画像を取得したか否かの判断、すなわち図３におけるｍ′が当初設定された積算回数ｍと等しいか否かの判断を行い、ｍ′＝ｍとなったときに終了する。
【００７３】
以上が、本発明における観察方法の一実施例である。上記実施例では、図２に示したループＬ１の工程において、対物レンズ４の励磁電流Ｊを段階的に変化させていたが、これに限定されるものではない。
【００７４】
図６に、本発明における観察方法の変形例を示す。この変形例においては、対物レンズ４に供給する励磁電流Ｊは一定として、集束レンズ２及び対物レンズ４による電子ビーム７の焦点位置は固定しておく。
【００７５】
この状態で、試料ステージ機構５のステージ５ａの垂直方向位置（Ｚ方向位置）をΔＺずつ段階的に変化させる。ステージ５ａ上には試料８が載置されているので、試料８の被観察面８ａの高さ位置が段階的に変わることとなり、当該被観察面８ａに対する電子ビーム７の焦点位置の距離が段階的に変化することとなる。試料８の被観察面８ａと電子ビーム７の焦点位置との間の距離がΔＺずつ変化する各段階において、走査コイル３を駆動制御して電子ビーム７を被観察面８ａ上で走査して試料像を検出器１０で検出する。この場合においても、当該距離を変化させた各段階における試料像を取得することができる。
【００７６】
なお、電子ビーム７の焦点位置を固定とし、試料８の被観察面８ａの高さ位置を変化させて取得した複数の試料像は倍率が変化することとなる。これにより、各試料像において像の回転が生じることとなる。
【００７７】
当該像の回転角度をΘとすると、Θは
【００７８】
【数５】
2005166472.tif 000007
で表される。ここで、Ｖは電子ビームの加速電圧である。よって、倍率補正と回転補正を行った後に全合焦画像を作成する必要がある。
【００７９】
このように、本発明においては、電子ビームの焦点位置を段階的に変化させた際での各試料像の画像データについて、同一画像内位置ごとに合焦状態が最良となる画像データを抽出し、これにより抽出された最良の画像データを画像内位置ごとに対応付けて合成像を作成して観察像として出力する。
【００８０】
従って、荷電粒子ビームの焦点位置を段階的に変化させて得られた各試料像の画像データを基に合成像を作成するので、改めて焦点位置を変化させて試料像の取得を行う必要がなく、Ｓ／Ｎ比が改善された試料像を効率良く得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】本発明における観察装置を示す概略構成図である。
【図２】本発明における観察方法の一実施例を示すフローチャートである。
【図３】図３は、対物レンズ４の励磁電流Ｊの時間変化を示すグラフである。
【図４】図４は、各試料像の画像データを示す図である。
【図５】図５は、各試料像についての合焦評価処理を行った後に作成される全合焦画像の画像データの一例を示す図である。
【図６】本発明における観察方法の変形例を示す図である。
【符号の説明】
【００８２】
１…電子銃、２…集束レンズ、３…走査コイル、４…対物レンズ、５…試料ステージ機構、６…電子光学系、７…電子ビーム（荷電粒子ビーム）、８…試料、８ａ…被観察面、９…被検出電子、１０…検出器、１３…制御部、１５…画像形成部、１６…画像記憶部、１７…演算部、１８…画像作成部、１９…画像表示部
【図１】
2005166472.tif 000008
【図２】
2005166472.tif 000009
【図３】
2005166472.tif 000010
【図４】
2005166472.tif 000011
【図５】
2005166472.tif 000012
【図６】
2005166472.tif 000013