(57)【要約】【課題】試料の鮮明な画像を撮影することができる電子顕微鏡システム及びその制御方法を提供すること。【解決手段】電子顕微鏡システムは、電子線を発生させる電子銃と、電子線を試料に照射するための光学系と、当該試料をセットするステージと、当該試料を観察するために、当該試料への電子線の照射を基に試料を撮影する撮影機構と、撮影機構が撮影した当該試料の画像を解析する解析機構と、当該試料と撮影機構との相対的位置を調節する位置調節機構と、を備える。位置調節機構は、解析機構の解析結果を基に、ステージ又は撮影機構の視野のうちの少なくとも一方を移動させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子線を発生させる電子銃と、
前記電子線を試料に照射するための光学系と、
当該試料をセットするステージと、
当該試料を観察するために、当該試料への電子線の照射を基に前記試料を撮影する撮影機構と、
前記撮影機構が撮影した当該試料の画像を解析する解析機構と、
当該試料と前記撮影機構との相対的位置を調節する位置調節機構と、を備え、
前記位置調節機構は、前記解析機構の解析結果を基に、前記ステージ又は前記撮影機構の視野のうちの少なくとも一方を移動させることを特徴とする電子顕微鏡システム。
【請求項２】
前記撮影機構は、当該試料の第１次画像及び前記１次画像の撮影時から所定時間後に当該試料の第２次画像を撮影し、
前記解析機構は、前記第１次画像及び前記第２次画像のうちの少なくとも一方を基にして当該試料の少なくとも１つの基準点を指定し、前記第１次画像及び前記第２次画像における前記少なくとも１つの基準点の座標を比較することにより当該試料の移動速度を算出し、
前記位置調節機構は、前記移動速度を基に前記ステージ又は前記撮影機構の前記視野のうちの少なくとも一方を他方に対して相対的に移動させ、
前記撮影機構は、当該移動中又は移動後に当該試料の第３次画像を撮影することを特徴とする請求項１に記載の電子顕微鏡システム。
【請求項３】
前記位置調節機構は、前記第３次撮影のための露光中に前記ステージ又は前記撮影機構の前記視野のうちの少なくとも一方を移動させることを特徴とする請求項２に記載の電子顕微鏡システム。
【請求項４】
前記位置調節機構は、前記解析機構の解析結果を基に、前記撮影機構の前記視野における当該試料の位置が見かけ上変化しないように前記相対的位置を調節することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の電子顕微鏡システム。
【請求項５】
当該試料を加工するための加工機構をさらに備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の電子顕微鏡システム。
【請求項６】
前記基準点は、当該試料の形状の特徴を基に指定されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の電子顕微鏡システム。
【請求項７】
試料の第１次画像を撮影する工程と、
前記第１次画像の撮影から所定時間後に第２次画像を撮影する工程と、
前記第１次画像及び前記第２次画像のうちの少なくとも一方から当該試料の基準点を少なくとも１つ指定する工程と、
前記第１次画像及び前記第２次画像を比較し、当該試料の前記基準点の座標変化及び移動速度を解析する工程と、
前記基準点の座標変化及び移動速度を基に、当該試料を撮影する撮影機構の視野と当該試料との相対的位置関係を調整する工程と、
当該試料と前記撮影機構の視野の相対的位置関係を調整しながら、又は調整した後に当該試料の第３次画像を撮影する工程と、
を含むことを特徴とする電子顕微鏡システムの制御方法。
【請求項８】
当該試料と前記撮影機構の前記視野の相対的位置関係は、当該試料が前記視野において見かけ上静止しているように調整することを特徴とする請求項７に記載の電子顕微鏡システムの制御方法。
【請求項９】
前記第３次画像を撮影するための露光中に当該試料と前記撮影機構の視野の相対的位置関係を調整することを特徴とする請求項７又は８に記載の電子顕微鏡システムの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子装置等の試料を観察するための電子顕微鏡システム、及び当該電子顕微鏡システムを制御するための制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置は、近年、微細化が進行しているため、半導体装置を検査・評価する方法として、電子顕微鏡を使用する方法が知られている（特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１に記載の半導体デバイスのパターンを検査するパターン検査装置は、半導体デバイスの撮影画像からパターンの輪郭データを抽出する輪郭抽出手段と、輪郭データから非直線部位を抽出する非直線部位抽出手段と、半導体デバイスの設計データからパターンの角部位を抽出する角部位抽出手段と、非直線部位抽出手段によって抽出した非直線部位の位置と、角部位抽出手段によって抽出した角部位の位置とを比較し、パターンの欠陥部位の位置を検出する欠陥検出手段とを備える。
【０００４】
また、電子顕微鏡で観察するための試料は、集束イオンビーム（ＦＩＢ；Focus Ion Beam）加工等により薄膜加工することもあり、この場合にも電子顕微鏡は使用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−４７６６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
以下の分析は、本発明の観点から与えられる。
【０００７】
図５に、本発明が解決しようとする課題を説明するための概略図を示す。図５は、電子顕微鏡で試料を観察した場合の視野９１を示す。視野９１には、試料の観察対象（図５においてはスペード形状）９２が映し出されている。特許文献１に記載の技術のように、電子顕微鏡により試料を観察する場合、熱等の影響により、画像撮影の露光中に試料が移動（ドリフト）してしまうことがある（例えば、図５（ａ）に示す例においては右下方向）。ドリフトが生じると、図５（ｂ）に示すように、視野９１において観察対象９２の流れる過程が露光されてしまうので、鮮明な画像を得ることができない。
【０００８】
そこで、鮮明な画像を得る対策として、露光時間を短くする方法が考えられる。しかし、露光が不十分となりこれによっても鮮明な画像が得られなくなってしまう。また、別の対策として、試料のドリフトが収束するまで待つ方法もあるが、この場合には撮影に長時間を要してしまうことになる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の第１視点によれば、電子線を発生させる電子銃と、電子線を試料に照射するための光学系と、当該試料をセットするステージと、当該試料を観察するために、当該試料への電子線の照射を基に試料を撮影する撮影機構と、撮影機構が撮影した当該試料の画像を解析する解析機構と、当該試料と撮影機構との相対的位置を調節する位置調節機構と、を備える電子顕微鏡システムが提供される。位置調節機構は、解析機構の解析結果を基に、ステージ又は撮影機構の視野のうちの少なくとも一方を移動させる。
【００１０】
本発明の第２視点によれば、試料の第１次画像を撮影する工程と、第１次画像の撮影から所定時間後に第２次画像を撮影する工程と、第１次画像及び第２次画像のうちの少なくとも一方から当該試料の基準点を少なくとも１つ特定する工程と、第１次画像及び第２次画像を比較し、当該試料の基準点の座標変化及び移動速度を解析する工程と、基準点の座標変化及び移動速度を基に、当該試料を撮影する撮影機構と当該試料との相対的位置関係を調整する工程と、当該試料と撮影機構の相対的位置関係を調整しながら、又は調整した後に当該試料の第３次画像を撮影する工程と、を含む電子顕微鏡システムの制御方法が提供される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は、以下の効果のうち少なくとも１つを有する。
【００１２】
本発明によれば、試料がドリフトしたとしても撮影機構に対しては見かけ上試料を静止させることができる。また、試料を撮影するための十分な露光時間を確保することができる。これにより、試料がドリフトしている場合であっても試料の鮮明な画像を得ることができる。
【００１３】
また、本発明によれば、試料のドリフトが収まるまで撮影を待つ必要はない。これにより、試料がドリフトしている場合であっても短時間で試料の画像を撮影することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１実施形態に係る電子顕微鏡システムの概略図。
【図２】撮影機構の視野の例を示す概略図。
【図３】撮影機構の視野の例を示す概略図。
【図４】撮影機構の視野の例を示す概略図。
【図５】本発明が解決しようとする課題を説明するための概略図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
上記第１視点及び第２視点の好ましい形態を以下に記載する。
【００１６】
上記第１視点の好ましい形態によれば、撮影機構は、当該試料の第１次画像及び１次画像の撮影時から所定時間後に当該試料の第２次画像を撮影する。解析機構は、第１次画像及び第２次画像のうちの少なくとも一方を基にして当該試料の少なくとも１つの基準点を特定し、第１次画像及び第２次画像における少なくとも１つの基準点の座標を比較することにより当該試料の移動速度を算出する。移動機構は、移動速度を基にステージ又は撮影機構のうちの少なくとも一方を他方に対して相対的に移動させる。撮影機構は、当該移動中又は移動後に当該試料の第３次画像を撮影する。
【００１７】
上記第１視点の好ましい形態によれば、移動機構は、第３次撮影のための露光中にステージ又は撮影機構のうちの少なくとも一方を移動させる。
【００１８】
上記第１視点の好ましい形態によれば、電子顕微鏡システムは、当該試料を加工するための加工機構をさらに備える。
【００１９】
上記第１視点の好ましい形態によれば、基準点は、当該試料の形状の特徴を基に指定される。
【００２０】
上記第２視点の好ましい形態によれば、当該試料と撮影機構の視野の相対的位置関係は、当該試料が視野において見かけ上静止しているように調整する。
【００２１】
上記第２視点の好ましい形態によれば、第３次画像を撮影するための露光中に当該試料と撮影機構の視野の相対的位置関係を調整する。
【００２２】
本発明の第１実施形態に係る電子顕微鏡システムについて説明する。図１に、本発明の第１実施形態に係る電子顕微鏡システムの概略図を示す。本発明の電子顕微鏡システム１０は、電子線を発生させる電子銃１１と、電子線を試料に照射するための光学系１２と、試料３２をセットするステージ１３と、試料３２を観察するために、試料３２への電子線の照射を基に試料３２を撮影する撮影機構１５と、試料３２と撮影機構１５の視野との相対的位置を調節する位置調節機構１４，１６と、システム内の各機構を制御する制御ユニットと、撮影機構１５が撮影した画像を表示する表示機構２０と、を備える。制御ユニットは、例えば、各機構の動作を制御する制御機構１７と、設定条件、観測データ等の情報を記憶する記憶機構１８と、撮影機構１５が撮影した試料３２の画像を解析する解析機構１９と、を有する。電子顕微鏡システム１０は、さらに、試料３２を加工するための加工機構（不図示）を備えてもよい。
【００２３】
電子顕微鏡システム１０としては、例えば、透過型顕微鏡（ＴＥＭ）や走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を使用することができる。図１に示す撮影機構１５の位置等はイメージを示すための例示であり、撮影機構１５等の位置等は、適用する電子顕微鏡システムや観測方法に応じて適宜設定する。
【００２４】
電子銃１１及び光学系１２は、一般的に使用されているものを使用することができる。例えば、電子銃１１は、熱電子銃、電解放出電子銃、ショットキー電子銃等を適用することができる。光学系１２は、例えば、収束レンズ、対物レンズ、結像レンズ等を有する。
【００２５】
図１において、第１位置調節機構１４はステージ１３の位置を調節するものであり、第２位置調節機構１６は撮影機構１５の視野の位置を調節する（例えば撮影機構１５の向きを調節する）ものである。図１に示す形態においては、電子顕微鏡システム１０は、第１位置調節機構１４及び第２位置調節機構１６の両方を有しているが、いずれか一方のみを有するものでもよい。
【００２６】
加工機構としては、例えば、試料３２を薄膜化するための装置、例えばＦＩＢ加工するための装置等が挙げられる。
【００２７】
本発明の第１実施形態に係る電子顕微鏡システムにおける各機構の動作と共に、本発明の第１実施形態に係る電子顕微鏡システムの制御方法について説明する。図２〜図４に、撮影機構の視野の例を示す概略図を示す。
【００２８】
まず、観察する試料３２をステージ１３にセットする。次に、通常の電子顕微鏡の撮影のように、光学系１２を経由して電子銃１１から発生させた電子線を試料３２に照射し、撮影機構１５は、試料３２の第１次画像を撮影する。第１次画像を撮影したときの視野３１には、図２に示すような試料３２の観察対象（スペード形状）３３の画像が映し出されていることとする。次に、第１次画像の撮影後から所定時間後（例えば数秒後）に試料３２の第２次画像を撮影する。第２次画像を撮影したときの視野３１には、例えば、図３に示すように、図２に示す視野３１と比べて観察対象（スペード形状）３３が右下方向に移動した観測結果が表示されていることとする。
【００２９】
第１次画像及び第２次画像の撮影は、試料３２の観察対象３３を直接的に観察するための撮影ではなく、観察対象３３を観察する準備のための撮影である。第１の目的は、試料３２の観察対象３３の特徴的な箇所（後述の「基準点」）を指定するための画像を得ることである。第２の目的は、第１次画像撮影時と第２次画像撮影時間における試料３２の観察対象３３の座標変化及び移動速度を算出するための画像を得ることである。第１次画像の撮影と第２次画像を撮影する間隔は、試料３２がドリフト（移動）した場合に解析機構１９が試料３２の移動を検出できるような間隔に設定すると好ましい。
【００３０】
次に、解析機構１９は、第１次画像及び第２次画像のうちの少なくとも一方から少なくとも１つの試料３２の観察対象３３の基準点３３ａ（図２〜図４における○印の箇所）を指定する。基準点３３ａは、例えば、観察対象３３において特徴的な形状を有する箇所とすることができる。基準点３３ａは、複数指定すると好ましい。図３に示す形態においては、３つの基準点３３ａを指定している。次に、解析機構１９は、第１次画像（例えば図２）と第２次画像（例えば図３）とを比較し、基準点３３ａの移動データを算出する。移動データとしては、例えば、基準点３３ａの座標変化及び移動速度が挙げられる。
【００３１】
上記説明においては、撮影機構１５が撮影した２つの画像から基準点３３ａ及びその移動データを算出したが、撮影機構１５に３つ以上の画像を撮影させ、その３つ以上の試料３２画像から基準点３３ａ及びその移動データを算出してもよい。
【００３２】
次に、撮影機構１５は、試料３２の観察対象３３を観察するための画像である第３次画像を撮影するため観察対象３３を露光する。このとき、第２位置調節機構１６は、解析機構１９が算出した観察対象３３の移動データを基に、撮影機構１５の視野３１を観察対象３３に対して相対的に移動させる。第１位置調節機構１４を使用する場合には、ステージ１３を観察対象３３に対して相対的に移動させる。好ましくは、第２位置調節機構１６は、観察対象３３と撮影機構１５の視野３１の相対的位置関係が、観察対象３３を撮影したときに観察対象３３が視野３１の見かけ上静止しているように調整する。例えば、図４に示すように、撮影機構１５が観察対象３３を露光中に、第２位置調節機構１６は、解析機構１９が算出した観察対象３３の移動方向及び移動速度と同じ方向及び速度で撮影機構１５の視野３１を移動させる。この場合、観察対象３３がドリフトしたとしても、観察対象３３と撮影機構１５の視野３１の相対的位置関係は同一に維持されている（観察対象３３は視野３１の中央付近に維持されている）ので、撮影機構１５の視野３１においては画像上観察対象３３は静止しているように見える。次に、撮影のための必要な露光時間を確保できたら、撮影機構１５は、観察対象３３と撮影機構１５の視野３１の相対的位置関係を調整しながら、又は調整後に、観察対象３３の第３次画像を撮影する。
【００３３】
本発明においては、試料３２がドリフトしたとしても撮影機構１５に対しては観察対象３３は静止して見えることになる。また、十分な露光時間を確保することができる。さらに、試料３２のドリフトが収まるまで撮影を待つ必要はない。これにより、本発明によれば、短時間で観察対象３３の鮮明な画像を得ることができる。
【００３４】
本発明の電子顕微鏡システム及びその制御方法は、上記実施形態に基づいて説明されているが、上記実施形態に限定されることなく、本発明の範囲内において、かつ本発明の基本的技術思想に基づいて、上記実施形態に対し種々の変形、変更及び改良を含むことができることはいうまでもない。また、本発明の請求の範囲の枠内において、種々の開示要素の多様な組み合わせ・置換ないし選択が可能である。
【００３５】
本発明のさらなる課題、目的及び展開形態は、請求の範囲を含む本発明の全開示事項からも明らかにされる。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明は、電子顕微鏡を使用する装置に適用することができ、試料の観察時のみならず、試料の加工時にも適用することができる。
【符号の説明】
【００３７】
１０          電子顕微鏡システム
１１          電子銃
１２          光学系
１３          ステージ
１４          第１位置調節機構
１５          撮影機構
１６          第２位置調節機構
１７          制御機構
１８          記憶機構
１９          解析機構
２０          表示機構
３１          視野
３２          試料
３３          観察対象
３３ａ        基準点
９１          視野
９２          観察対象
【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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