(57)【要約】【課題】本発明は荷電粒子線装置に関し、試料の凹凸が激しい場合でも、試料の前面にわたって正確な試料像を得ることができる荷電粒子線装置を提供することを目的としている。【解決手段】試料上を３次元的に走査して試料からの２次的粒子を検出器で検出して試料像を得るようにした荷電粒子線装置において、各走査位置でのＺ方向のフォーカス位置が記述されたフォーカスパターン記憶部１３と、対物レンズ３に近接して配置され、試料のＺ方向のフォーカスを微調整するフォーカス微調整コイル６と、を有し、走査コイル５で２次元的に走査すると共に、試料２上の走査位置に応じて、前記フォーカスパターン記憶部１３に記憶されたデータに基づき、前記フォーカス微調整コイル６でＺ方向の位置を調整しながら３次元走査を行なうように構成する。【選択図】図１
2007287561.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料上を３次元的に走査して試料からの２次的粒子を検出器で検出して試料像を得るようにした荷電粒子線装置において、
各走査位置でのＺ方向のフォーカス位置が記述されたフォーカスパターン記憶部と、
対物レンズに近接して配置され、試料のＺ方向のフォーカスを微調整するフォーカス微調整コイルと、
を有し、走査コイルで２次元的に走査すると共に、試料上の走査位置に応じて、前記フォーカスパターン記憶部に記憶されたデータに基づき、前記フォーカス微調整コイルでＺ方向の位置を調整しながら３次元走査を行なうことを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項２】
時間変化に対して追従するようにフォーカスパターンを変化させることを特徴とする請求項１記載の荷電粒子線装置。
【請求項３】
試料のホールを観察する場合、試料の深さに応じて前記検出器のゲインを変えるようにしたことを特徴とする請求項１記載の荷電粒子線装置。
【請求項４】
未知の試料に対してフォーカス微調整コイルを連続的に可変して画像を取得し、フォーカスパターンを作成することを特徴とする請求項１記載の荷電粒子線装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は荷電粒子線装置に関し、更に詳しくは試料を３次元的に走査する場合のＺ方向のフォーカス調整に改良を加えた荷電粒子線装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて試料の画像を得る場合、電子ビームを試料面上にプローブ径が細かくなるように焦点（フォーカス）が合わされる。その電子ビームを試料面上で２次元的に走査し、試料から放出される２次電子等を信号として検出する。この信号を増幅し、画像処理ボードを通してディスプレイ上に走査像を表示している。
【０００３】
また、分解能の選択により作動距離（ＷＤ：Ｗｏｒｋ  Ｄｉｓｔａｎｃｅ）を可変している。画像を高分解能で観察する場合には、短ＷＤを使用する。一方で、試料全体を把握する場合には、低倍で観察するため、長ＷＤを使用する。また、最小プローブ径を得るためには、対物レンズの収差係数に依存するが、最適開き角が存在する。その開き角により焦点の合っている深さ（焦点深度）は変化する。
【０００４】
また、その焦点深度が変化すると、試料の凹凸により焦点が合う場所とぼける場所が混在することになる。通常、オペレータが、それらの最適な条件を考慮して形態観察及び写真撮影等の記録を実施する。
【０００５】
従来のこの種の装置としては、Ｚ軸情報の異なる走査像を取り込むために、電子線のフォーカス位置の設定および変更ができる手段と、各Ｚ軸情報に対する走査像を記憶する画像メモリを設け、この画像メモリのデータを基に各Ｚ軸情報に対応した試料の断面輪郭像を抽出し、各Ｚ軸情報に対応した断面輪郭像とＺ軸情報とから３次元像を生成する技術が知られている（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平５−２９９０４８号公報（段落００２０〜００３１、図１〜図４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来技術の場合、特に高分解能観察のために短ＷＤに設定すると、使用する開き角が大きくなるために焦点深度が浅くなる。また、その位置で低倍観察をすると走査角度を大きくしなければならず、歪み等が発生しやすくなる。従って、倍率を同じレンズ条件のまま、低くすることができない。
【０００７】
また、近年、超高分解能観察をするために使用される強磁界型低収差レンズ（セミインレンズ）の場合、短ＷＤで磁場の漏れが大きく数千ガウスある。その影響により、低倍での歪みも大きい。また、画像の周辺のぼけが大きくなる。その理由は、周辺を電子ビームが走査する際に、磁界により偏向され試料より上面に焦点が移動する。
【０００８】
また、試料の凹凸が激しい場合に写真上にて焦点の合わない部分が増加する。更に、全体でバランスをとると開き角を小さくする必要があり、プローブ径が大きくなってしまう。
【０００９】
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、試料の凹凸が激しい場合でも、試料の前面にわたって正確な試料像を得ることができる荷電粒子線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】
【００１０】
（１）請求項１記載の発明は、試料上を３次元的に走査して試料からの２次的粒子を検出器で検出して試料像を得るようにした荷電粒子線装置において、各走査位置でのＺ方向のフォーカス位置が記述されたフォーカスパターン記憶部と、対物レンズに近接して配置され、試料のＺ方向のフォーカスを微調整するフォーカス微調整コイルと、を有し、走査コイルで２次元的に走査すると共に、試料上の走査位置に応じて、前記フォーカスパターン記憶部に記憶されたデータに基づき、前記フォーカス微調整コイルでＺ方向の位置を調整しながら３次元走査を行なうことを特徴とする。
（２）請求項２記載の発明は、時間変化に対して追従するようにフォーカスパターンを変化させることを特徴とする。
（３）請求項３記載の発明は、試料のホールを観察する場合、試料の深さに応じて前記検出器のゲインを変えるようにしたことを特徴とする。
（４）請求項４記載の発明は、未知の試料に対してフォーカス微調整コイルを連続的に可変して画像を取得し、フォーカスパターンを作成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
（１）請求項１記載の発明によれば、走査コイルによるＸ，Ｙ方向の２次元走査に、予め２次元走査位置に対応するＺ方向のフォーカスパターンによりＺ方向のフォーカス位置をフォーカス微調整コイルで調整するため、試料の全面にわたってフォーカスが合った画像を得ることができる。
（２）請求項２記載の発明によれば、フォーカスパターンの時間変化を作成することにより、試料移動或いは形態変化に対応することができる。
（３）請求項３記載の発明によれば、試料のホールを観察する場合、試料の深さに応じて増幅器のゲインを変えることにより、試料像の暗い部分を明るくして見やすくした画像を得ることができる。
（４）請求項４記載の発明によれば、未知の試料に対しても有効なフォーカスパターンを作成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
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、１は１次電子線、５は該１次電子線を偏向走査する偏向コイル（走査コイル）、３は１次電子線を試料上に焦点合わせするための対物レンズ、２は試料である。４は試料２から放出される２次電子を検出する２次電子検出器、７は該２次電子検出器４で検出された画像信号をディジタルデータに変換した後、所定の画像処理を行なう画像処理ボード、８は画像処理ボード７の出力を受けて画像を表示する表示部である。
【００１３】
６は対物レンズの内側に配置されたＺ軸方向のフォーカス位置を微調整するフォーカス微調整コイルである。９は偏向コイル５を励磁する電源、１０は対物レンズ３を励磁する電源、１１はフォーカス微調整コイル６を励磁する電源である。２０はこれら電源９〜１１の出力を制御するＣＰＵである。１２はこれら電源９〜１１とＣＰＵ２０間を接続するバスである。１３は、試料の２次元平面の各座標位置におけるフォーカスパターンが記憶されたフォーカスパターン記憶部である。該フォーカスパターン記憶部１３としては、例えばハードディスク装置が用いられる。
【００１４】
ここで、フォーカスパターンとは、１次電子線が常にＸＹ平面のどの位置でもフォーカスが合うようにフォーカス微調整コイル６に流す電流値のことである。ここでは、試料のＸＹ平面の各位置において試料上に焦点が合うようなフォーカス微調整コイル６に流す励磁電流の値が予め測定され、フォーカスパターン記憶部１３に記憶されているものとする。このフォーカスパターンを記憶する方法としては、従来技術の範囲内でどのような方法を採用してもかまわない。この場合において、加速電圧、ＷＤおよびレンズ条件等に対応して予めフォーカスパターンを記憶しておく。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。
【００１５】
基本動作としては、先ず試料２上にフォーカスされた１次電子線１を偏向コイル５で走査する。その時において、走査される位置（仮にデジタル走査した場合、各ピクセルに相当）毎に、ＣＰＵ２０がフォーカスパターン記憶部１３から順次フォーカスパターンデータを読み出してフォーカス微調整コイル６にデータを送り、フォーカス値を可変させる。即ち、本発明によれば、試料２の平面をＸ，Ｙの２次元走査すると共に、ＸＹ面の位置に対応したフォーカスパターンデータでＺ軸方向にフォーカス微調整コイル６によりフォーカス合わせを行なう３次元的な走査を行なう。
【００１６】
このようにして、試料２に焦点が合った状態で１次電子線が照射されると、試料２の表面からは２次電子が放出される。この２次電子は２次電子検出器４により検出され、画像処理ボード７に入る。該画像処理ボード７では、検出した信号をＡ／Ｄ変換器によりデジタルデータに変換した後、所定の画像処理を行なった後、表示部８に表示させる。本発明によれば、試料の全面にわたりフォーカスが合った画像が得られる。
【００１７】
例えば、使用するフォーカス値は、低倍、短ＷＤ、セミインレンズを使用する場合には、周辺においてはフォーカスを強くし、中心部は弱くするようなパターンとする。その結果、試料２の全面にわたり焦点が合わされる。従って、周辺のみが回転しているような歪み画像となるようなことは無くなる。
【００１８】
また、試料の傾斜が２方向ある時も、試料に大きな段差がある場合でも、フォーカスパターンが記憶されていれば、試料全面に焦点を合わすことが可能となる。このように、本発明によれば、走査（偏向）コイル５によるＸ，Ｙ方向の２次元走査に、予め２次元走査位置に対応するＺ方向のフォーカスパターンによりＺ方向のフォーカス位置をフォーカス微調整コイル６で調整するため、試料２の全面にわたってフォーカスが合った画像を得ることができる。
【００１９】
また、本発明によれば、フォーカスパターンの時間変化を作成することにより、試料移動或いは形態変化に対応することができる。また、本発明によれば、試料に形成されたホールを観察する場合、試料の深さに応じて増幅器（画像処理ボード７の前段に設けられた増幅器）のゲインを変えることにより、試料像の暗い部分を明るくして見やすくした画像を得ることができる。
【００２０】
また、予めフォーカスパターンが無い場合に、フォーカス微調整コイル６の励磁を上下に可変し、各Ｚフォーカス位置での画像を取得して、解析することにより、フォーカスパターンを作成することができる。例えば、試料からの２次電子は、焦点が合った場合に最も強くなるので、２次電子検出器４の検出出力が最も高い時におけるフォーカス微調整コイルの励磁電流をその位置におけるフォーカスパターンとする。このような操作を試料の全面にわたり行なうことで、試料のフォーカスパターンを作成することができ、次回以降は、この作成したフォーカスパターンを用いてＳＥＭ画像を得ることができる。このように、未知の試料に対しても有効なフォーカスパターンを作成することができる。
【００２１】
本発明によれば、試料の凹凸が激しい場合でも、試料全面にフォーカスを合わせることができ、高分解能観察が可能となる。
上述の実施の形態例では、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）に本発明を適用した場合を例にとったが、本発明はこれに限るものではなく、イオンビーム等の粒子線を用いた走査型の装置に等しく適用することができる。また、前述の実施の形態例は、試料観察位置が確定し、固定された状態でのものである。しかしながら、形態観察の応用としては、時間で位置及び形状が変化する場合、それに追従してフォーカスする必要も出てくる。その場合、時間変化と共に予想或いは予め設定したフォーカスパターン群を使用して常に試料全面にフォーカスすることが考えられる。
【００２２】
また、上述の実施の形態例では、２次的粒子として２次電子を用いた場合を例にとったが、本発明はこれに限るものではなく、図示されていない他のそれぞれの検出器を用いて反射電子、光、Ｘ線、イオンを検出する場合にも同様に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施の形態例を示す構成図である。
【符号の説明】
【００２４】
１    １次電子線
２    試料
３    対物レンズ
４    ２次電子検出器
５    偏向コイル
６    フォーカス微調整コイル
７    画像処理ボード
８    表示部
９    電源
１０  電源
１１  電源
１２  バス
１３  フォーカスパターン記憶部
２０  ＣＰＵ
【図１】
2007287561.tif 000003