(57)【要約】【課題】  本発明は荷電粒子ビーム装置のシミュレーション画像表示方法及び装置に関し、オペレータ又は調整員が収差補正の技術を習得し、その手順を理解するのを容易にすることができる荷電粒子ビーム装置のシミュレーション画像表示方法及び装置を提供することを目的としている。【解決手段】  収差補正器を備える荷電粒子ビーム装置において、操作部からのビーム制御条件を入力する操作入力部４４と、該操作入力部４４から入力されたビーム制御条件の補正データを基にシミュレーション演算を行ない、補正後におけるビームの断面形状や試料像のシミュレーション結果を表示手段５０に表示する演算手段４５とを具備して構成される。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
収差補正手段を備える荷電粒子ビーム装置において、演算手段により操作部からのビーム制御条件の補正データを基にシミュレーション演算を行ない、演算後におけるビーム断面形状や試料像のシミュレーション結果を表示手段に表示するようにしたことを特徴とする荷電粒子ビーム装置のシミュレーション画像表示方法。
【請求項２】
前記演算手段は、粒子光学系に与えられた電磁場から、荷電粒子の軌道、収差係数を演算し、該収差係数から試料面位置における荷電粒子の２次元的な電流密度分布を演算し、該電流密度分布のプローブを用いて試料面を走査した時の像を演算し、前記各演算結果の少なくとも１つを表示手段に表示することを特徴とする請求項１記載の荷電粒子ビーム装置のシミュレーション画像表示方法。
【請求項３】
前記演算手段は、前記収差係数として３次以下の開口収差係数を演算することを特徴とする請求項２記載のシミュレーション画像表示方法。
【請求項４】
前記演算手段は、前記収差係数として１次の色収差係数を計算することを特徴とする請求項２記載のシミュレーション画像表示方法。
【請求項５】
前記演算手段は、前記電流密度分布として、試料面位置を任意にずらした時の分布を演算することを特徴とする請求項２記載のシミュレーション画像表示方法。
【請求項６】
収差補正器を備える荷電粒子ビーム装置において、操作部からのビーム制御条件を入力する操作入力部と、
該操作入力部から入力されたビーム制御条件の補正データを基にシミュレーション演算を行ない、補正後におけるビームの断面形状や試料像のシミュレーション結果を表示手段に表示する演算手段と、
を具備することを特徴とする荷電粒子ビーム装置のシミュレーション画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は荷電粒子ビーム装置のシミュレーション画像表示方法及び装置に関する。
に関する。
【背景技術】
【０００２】
走査電子顕微鏡や透過電子顕微鏡において、高分解能の像を観察したりプローブ電流密度を上げることを目的として、電子光学系の中に収差補正装置が組み込まれている。この収差補正装置として、色収差を静電型４極子と磁場型４極子の組合せで補正し、球面収差を４段の８極子で補正する方式が提案されている。その原理については、非特許文献１〜３に詳しく紹介されている。
【０００３】
ここで、上記した収差補正装置の原理の概略を、図４に基づいて説明する。図４において、対物レンズ７の前段に収差補正装置Ｃが配置されている。収差補正装置Ｃは、４段の静電型多極子１，２，３，４と、静電型多極子の２段目と３段目が作り出す電位分布と相似な磁位分布を作り出し、電界と重畳した磁界を形成する２段の磁場型４極子５，６と、４段の静電型４極子が形成する電界と重畳した電界を形成する４段の静電型８極子１１，１２，１３，１４とより構成されている。
【０００４】
図４の構成において、図の左側から入射した荷電粒子ビームは、４段の静電型４極子１，２，３，４と対物レンズ７によって、基準となる荷電粒子ビームの軌道が作られ、試料面１５に荷電粒子ビームがフォーカスされる。この図８では、粒子線のＸ方向の軌道ＲxとＹ方向の軌道Ｒyとを同じ平面上にまとめて模式的に描いている。
【０００５】
基準軌道とは、近軸軌道(収差が無いときの軌道と考えてよい)として、４極子１によってＹ方向の軌道Ｒyが４極子２の中心を通り、４極子２によってＸ方向の軌道Ｒxが４極子３の中心を通り、最後に４極子３，４と対物レンズ７によって荷電粒子ビームが試料面にフォーカスされる軌道をいう。実際には完全なフォーカスのために、これらの相互調整が必要になる。なお、このとき、前記の４段の２極子は軸合せのため用いられる。
【０００６】
更に詳細に図４を説明すると、Ｘ方向の軌道Ｒxの荷電粒子ビームは４極子１によって拡散(凹レンズと同様な作用)され、次いで４極子２によって集束(凸レンズと同様な作用)されて４極子３の中心を通るようになされ、４極子３の中心を通過した後、４極子４によって集束されて、対物レンズ７に向かう。一方、Ｙ方向の軌道Ｒyの荷電粒子ビームは４極子１によって集束されて４極子２の中心を通るようになされ、４極子２の中心を通過した後、４極子３によって集束され、最後に４極子４によって拡散された後、対物レンズ７に向かう。このようにＸ方向の軌道Ｒxに作用する４極子１の拡散作用と、Ｙ方向の軌道Ｒyに作用する４極子４の拡散作用とを合成することによって、一個の凹又は凸レンズの如くに働かせることができる。
【０００７】
次に、収差補正装置Ｃによる色収差補正について説明する。図４に示したような系で先ず色収差を補正するには、上記の基準軌道を変えないように静電型４極子２の電位φq2［Ｖ］と磁場型４極子５の励磁Ｊ2［ＡＴ］（あるいは磁位）が調整され、レンズ系全体としてＸ方向の色収差が０に補正される。同様に基準軌道を変えないように静電型４極子３の電位φq3［Ｖ］と磁場型４極子６の励磁J3［ＡＴ］が調整され、レンズ系全体としてＹ方向の色収差が０に補正される。
【０００８】
次に、球面収差補正（３次の開口収差補正）について説明する。球面収差を補正する場合には、Ｘ，Ｙ方向の色収差の補正を行った後に、静電型８極子１２の電位φO2［Ｖ］によってレンズ系全体としてＸ方向の球面収差を０に補正し、静電型８極子１３の電位φO3［Ｖ］によってＹ方向の球面収差を０に補正する。
【０００９】
次に、ＸＹが合成された方向の球面型収差を静電型８極子１１，１４で０に補正する。実際は交互の繰返し調整が必要になる。なお、４極子や８極子の電位や励磁の重畳は、１個の１２極子を用いて、１２極の各極子に印加する電位や励磁を変化させ２極子，４極子，６極子，８極子などの合成が行われ、実用化されている。この方法については、例えば非特許文献４に紹介されている。
【００１０】
すなわち、静電型の場合には図５に示すように、１２個の電極Ｕn(ｎ＝1, 2, …, 12)に対して、独立に電圧を供給できる最終段電源Ａn(ｎ＝1, 2, …, 12)が接続され、４極子場を作る場合には、理想的な４極子場に近い場が得られるように４極子電源２０からの出力電圧が各最終段電源Ａnに供給される。最終段電源Ａnの出力電圧が４極子電源２０の出力電圧に比例すると仮定すれば、４極子電源２０の出力電圧の比は上記の非特許文献４に示された値になる。また、この４極子場に重ねて８極子場を作る場合には、理想的な８極子場に近い場が得られるように、８極子電源２８からの出力電圧が前記４極子電源２０の出力電圧と加算されて各最終段電源Ａnに供給される。以下同様の考え方で、１個の１２極子で２ｎ極子(ｎ＝１、２、…６)の多極子場を重ねた場が得られる。
【００１１】
次に磁場型の場合には図６に示すように、１２個のマグネットＷn(ｎ＝1, 2, …, 12)のコイルに対して、独立に励磁電流を供給できる最終段電源Ｂn(ｎ＝1, 2, …, 12)が接続され、磁場型４極子場を作る場合には、理想的な磁場型の４極子場に近い場が得られるように磁場型４極子電源１５からの出力電圧が各電源Ｂnに供給される。最終段電源Ｂnの出力電流が磁場型４極子電源１５の出力電圧に比例すると仮定すれば、この出力電圧の比は上記の非特許文献４に示されている励磁力の比になる。本発明では、磁場型の４極子場以外の多極子場の重畳は説明されていないが、最終段電源Ｂnの入力電圧に多極子場の電圧を加算することによって、静電型と同様に磁場型の多極子場の重畳が可能になる。なお、ここで、図６では各マグネットＷnの外側を磁気的につなぐヨークは省略されている。
【００１２】
次に、静電型と磁場型を重ねる場合には、マグネットＷnが電極Ｕnを兼ねることができるように導電性の磁性体を用いれば良い。この場合、マグネットのコイルは電極とは電気的に絶縁して配置される。
【００１３】
以下の説明では、説明を簡単にするために、あたかも２ｎ極子を互いに重ねたかのように記述しているが、実際には１つの１２極子に対し複数の多極子場の重畳は上記のように電圧信号の加算によって行っている。
【００１４】
なお、色収差補正が終わった後、球面収差補正を行う前に、４段の６極子による２次の開口収差を補正する必要が生じる場合がある。その補正法は前記の球面収差の補正法と同様の手順で行う。この２次の開口収差は収差補正装置の機械的精度に依存して発生するものであるが、通常は補正量も小さく本件収差補正装置における範囲では高次収差への影響も小さい。従来のこの種の装置として、長時間にわたって安定で最適な収差補正をすることができる荷電粒子ビーム装置の収差補正装置が知られている（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００３−２０３５９３号公報
【非特許文献１】H. Rose, Optik 33, Heft 1, 1-24 (1971)
【非特許文献２】J. Zach, Optik 83, No.1, 30-40 (1989)
【非特許文献３】J. Zach and M. Haider, Nucl. Instr. and Meth. In Phys. Res.A 363, 316-325 (1995)
【非特許文献４】M. Haider et al., Optik 63, No.1, 9-23 (1982)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
従来の技術による収差補正の手続きは、前述したように複雑であり、その手順の各段階における、像のぼけ方の方向性や対称性等は分かりにくいため、オペレータ又は調整員が収差補正の技術を習得し、その手順を理解するのには相当な期間の教育が必要であった。
【００１６】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであって、オペレータ又は調整員が収差補正の技術を習得し、その手順を理解するのを容易にすることができる荷電粒子ビーム装置のシミュレーション画像表示方法及び装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
請求項１記載の発明は、収差補正手段を備える荷電粒子ビーム装置において、演算手段により操作部からのビーム制御条件の補正データを基にシミュレーション演算を行ない、演算後におけるビーム断面形状や試料像のシミュレーション結果を表示手段に表示するようにしたことを特徴とする。
【００１８】
請求項２記載の発明は、前記演算手段は、粒子光学系に与えられた電磁場から、荷電粒子の軌道、収差係数を演算し、該収差係数から試料面位置における荷電粒子の２次元的な電流密度分布を演算し、該電流密度分布のプローブを用いて試料面を走査した時の像を演算し、前記各演算結果の少なくとも１つを表示手段に表示することを特徴とする。
【００１９】
請求項３記載の発明は、前記演算手段は、前記収差係数として３次以下の開口収差係数を演算することを特徴とする。
請求項４記載の発明は、前記演算手段は、前記収差係数として１次の色収差係数を計算することを特徴とする。
【００２０】
請求項５記載の発明は、前記演算手段は、前記電流密度分布として、試料面位置を任意にずらした時の分布を演算することを特徴とする。
請求項６記載の発明は、収差補正器を備える荷電粒子ビーム装置において、操作部からのビーム制御条件を入力する操作入力部と、該操作入力部から入力されたビーム制御条件の補正データを基にシミュレーション演算を行ない、補正後におけるビームの断面形状や試料像のシミュレーション結果を表示手段に表示する演算手段と、を具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
請求項１記載の発明によれば、収差補正時における各補正段階での演算結果を表示手段に表示するので、オペレータ又は調整員が収差補正の技術を習得し、その手順を理解するのを容易にすることができる。
【００２２】
請求項２記載の発明によれば、荷電粒子の２次元的な電流密度分布を基に、当該電流密度分布のプローブを用いて試料面を走査した時の像を表示手段に表示することができるので、オペレータ又は調整員が収差補正の技術を習得し、その手順を理解するのを容易にすることができる。
【００２３】
請求項３記載の発明によれば、前記演算手段は収差係数として３次以下の収差係数を演算することができる。
請求項４記載の発明によれば、前記演算手段は収差係数として１次の色収差係数を演算することができる。
【００２４】
請求項５記載の発明によれば、前演算手段は、試料位置を任意にずらした時の分布を演算することができる。
請求項６記載の発明によれば、収差補正器により収差補正を演算する場合に、シミュレーション演算結果を表示手段により表示させるので、オペレータ又は調整員が収差補正の技術を習得し、その手順を理解するのを容易にすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態例を詳細に説明する。図１は本発明の一実施の形態例を示す構成図である。図において、３１は光路に沿って設けられた対物絞り、３２〜３５は４段の静電型多極子である。これら多極子のうち、３３と３４は、電位分布と相似な磁位分布を重畳させることが可能な磁場型の多極子としての機能も有している。３６は試料面に電子ビームを照射するための対物レンズ（ＯＬ）、３７は試料面である。
【００２６】
３８は１段目多極子電極用電源、３９は２段目多極子電極・コイル用電源、４０は３段目多極子電極・コイル用電源、４１は４段目多極子用電源、４２は対物レンズ用電源である。これら電源は、静電型多極子３２〜３５に双極子電場、４極子電場、６極子電場、８極子電場、４極子磁場を発生させるための電源である。４３は、操作入力部４４での設定に基づいて前記電源３８〜４２を制御する制御部である。該制御部４３としては、例えばコンピュータが用いられる。４４は制御部４３と接続され、各種のコマンド等を入力する操作入力部である。該操作入力部４４としては、例えばキーボード、マウス、つまみ等が用いられる。４５は操作入力部４４と接続され、シミュレーションによる演算を行ないその結果を出力する演算手段としての演算部で、本発明を特徴付ける部分である。
【００２７】
シミュレーションの状態を演算するのに必要なデータは予め演算部４５に記憶されている。例えば、対物レンズつまみをある方向に回転させると、得られる画像がどのようになるかというようなデータが予め記憶されている。５０は画像を表示する表示部である。該表示部５０としては、例えばＣＲＴや液晶表示装置等が用いられる。
【００２８】
５１は試料面３７の近傍に配置された２次電子検出器である。該２次電子検出器５１の出力は、前記制御部４３に入力される。該制御部４３は表示部５０に測定画像情報を与える。一方、演算部４５はシミュレーション画像を与える。この結果、表示部５０には測定画像Ａとシミュレーション画像Ｂとが表示されることになる。このように構成された装置の動作を説明すれば、以下の通りである。
【００２９】
本発明の要旨は以下の通りである。例えば、初心者がこの収差補正装置を操作しているものとする。そこで、実際に測定した画像が表示部５０に表示されているが、満足すべき画像ではない。例えば、ぼけた画像が表示されているものとする。このような場合、初心者はどの部分を操作すると画像がどのように変わるのか分からないので、操作のしようがない場合がある。このような場合に、シミュレーション画像を表示部５０に表示させておく。表示された画像はぼけた画像であったものとする。オペレータが、操作入力部４４のつまみを操作して、その結果、表示部５０に表示されている画像がどのように変わるかを認識する。つまり、オペレータが操作入力部４４のつまみを例えば右方向に回したところ、ぼけていた画像がくっきりとした画像になってきたものとする。
【００３０】
そこで、オペレータは、シミュレーション画像を消して、測定画像のみにし、前述したように、操作つまみを右方向に回す。この結果、測定画像は焦点のあった画像になってくる。このようにして、シミュレーションによる画像変化から実際の測定画像の変化のようすを予め認識した状態で、調整するのである。この調整の結果、制御部４３は電源３８〜４２に制御信号を与えて、収差がなくなる方向に駆動することになる。そして、表示部５０には、焦点の合った画像が得られる。
【００３１】
以下、本発明を詳細に説明する。先ず、初期状態で試料面３７に電子ビームを照射し、その表面から放射される２次電子を検出器５１により検出する。なお、検出される画像は２次電子である必要はなく、放射電子等であってもよい。制御部４３は検出器５１からの画像信号を受けて、所定の画像処理を行なった後、表示部５０に画像を表示させる。ここで、表示部５０に表示される画像が鮮明な画像ではなかったものとする。
【００３２】
そこで、オペレータは操作入力部４４を操作して制御部４３に指令を伝えて、装置をシミュレーションモードに設定する。シミュレーションモードでは、制御部４３は測定画像に加えてシミュレーション画像を表示部５０に表示する。そこで、オペレータはシミュレーション画像を参照して、画像が鮮明でなかった時における操作入力部４４から例えば、つまみを回してシミュレーション画像が鮮明になるように調整を行なう。
【００３３】
画像が鮮明になるように操作入力部４４のつまみを調整した時の操作手順をオペレータは記憶しておく。そして、表示部５０に測定画像のみを表示して、シミュレーションにより行なった手順でつまみ等を操作して測定画像が鮮明になるように調整を行なう。具体的には、操作入力部４４からの調整に応じて、制御部４３は電源３８〜４２を制御して収差補正を行なうことになる。この結果、オペレータ又は調整員が収差補正の技術を習得し、その手順を理解するのを容易にすることができる。
【００３４】
図２は本発明によるシミュレーションの説明図である。６０はシミュレーション前の画像である。ここで、オペレータが操作入力部４４を操作すると中心画像６０は変化する。６１は左右方向にノイズが乗っている画像、６２は左右方向にノイズが乗っている画像、６３は上下方向にノイズが乗っている画像、６４は上下方向にノイズが乗っている画像である。ここで、例えば画像６１に対して、調整つまみを回して、画像が６０に示すように鮮明な画像になったものとする。調整つまみを回すと、演算部３５には調整つまみを回す時の演算式が記憶されているので、入力された操作手順の状態に応じた演算を行なって表示部５０に表示させる。
【００３５】
オペレータはこの時の操作シーケンスを覚えておく。また、他の画像６２〜６４についても画像が鮮明になる操作シーケンスを覚えておく。そこで、シミュレーション画像は消して、実際に測定している画像を表示部５０に表示する。そして、測定画像にノイズが乗っている画像であった場合に、オペレータは操作つまみを回転させて６０に示すように鮮明な画像を得ることができる。以上の操作は、６２〜６４の画像についても全く同様である。
【００３６】
例えば、静電型多極子３２〜３５を使用して収差を補正するために操作入力部４４を操作すると、その都度設定値は演算部４５に送られる。演算部４５では、静電型多極子３２〜３５に単位電圧又は単位電流を与えたときの電磁場のデータを予め持っており、操作入力部４４で設定された設定値に基づき、実際に加えられる電磁場が計算される。その電磁場を使用して、荷電粒子の軌道、収差係数を演算する。
【００３７】
前記得られた収差係数から試料面位置における荷電粒子の電流密度分布を計算し、該電流密度分布をプローブとして試料面を走査した時の画像を計算する。図３はシミュレーション動作の説明図である。（ａ）は荷電粒子ビームの軌道、（ｂ）は試料を走査するための荷電粒子ビームの断面形状を、（ｃ）は変更を加える画像、（ｄ）は（ａ）に示す荷電粒子ビームを用いて（ｃ）に示す試料を走査した結果、演算により得られた画像である。このような画像のうち、各段階における画像、例えば（ｂ）、（ｄ）等の画像を表示部５０に表示させる。
【００３８】
このようにすることにより、荷電粒子の２次元的な電流分布密度を基に、当該電流密度分布のプローブを用いて試料面を走査した時の画像を表示部５０に表示させることができるので、オペレータ又は調整員が収差補正の技術を習得し、その手順を理解するのを容易にすることができる。
【００３９】
以上、説明したように、本発明によれば、電流密度分布の様子がリアルタイムに表示部に表示されるので、収差補正の各手順が、どのような意味をもっているかを理解することが容易となる。また、その結果、オペレータ又は調整員が収差補正の技術を習得するのに必要な期間を短縮することができる。
【００４０】
本発明によれば、演算部４５は、収差係数として３次以下の開口収差係数を演算することができる。また、収差係数として１次の色収差係数を演算することができる。また、試料位置を任意にずらした時の分布を演算することができる。このような演算結果は、演算部４５から表示部５０に画像データを送って表示させることができる。この結果、オペレータ又は調整員は、各収差係数の画像を認識することができる。
【００４１】
上述の実施の形態例では、操作入力部４４と制御部４３間を接続した場合について説明しているが、本願発明の実施形態例はこれに限るものではなく、操作入力部４４と制御部４３間を接続しないようにすることもできる。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明は、走査電子顕微鏡、電子プローブマイクロアナライザ、オージェ電子分光装置、イオンマイクロプローブ、透過電子顕微鏡等の調整に利用される。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の一実施の形態例を示す構成図である。
【図２】本発明によるシミュレーションの説明図である。
【図３】シミュレーション動作の説明図である。
【図４】収差補正装置の原理を説明するための図である。
【図５】静電型１２極子を１２以下の静電型多極子として用いる方法を示す図である。
【図６】磁場型１２極子を１２以下の電磁場型多極子として用いる方法を示す図である。
【符号の説明】
【００４４】
３１  対物絞り
３２  静電型多極子
３３  静電型多極子
３４  静電型多極子
３５  静電型多極子
３６  対物レンズ
３７  試料
３８  電源
３９  電源
４０  電源
４１  電源
４２  電源
４３  制御部
４４  操作入力部
４５  演算部
５０  表示部
５１  検出器
【図１】
2005302468.tif 000003
【図２】
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【図４】
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【図５】
2005302468.tif 000006
【図６】
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【図３】
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