(57)【要約】      （修正有）【課題】オペレータの熟練度の影響されずに精度良く光軸調整を行うことができる荷電粒子線装置を提供する。【解決手段】電子銃と、電子銃から放出される一次電子線を収束する第一及び第二収束レンズと、一次電子線の光軸調整を行う偏向器と、一次電子線の照射対象である試料への照射量を制限する対物レンズ制限絞りと、一次電子線の試料への照射により得られる二次電子を検出する検出器と、光軸調整を行う際に、検出器で検出された二次電子に基づいて得られる光軸調整用画像１５ａを表示する表示装置とを備え、光軸調整用画像１５ａの画質に関する少なくとも１つのパラメータを予め定めた値となるように調整する画質調整を行う際の倍率を表す倍率情報４１を光軸調整用画像１５ａに隣接又は重畳するように表示する。【選択図】図４
2016035800.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子銃と、
前記荷電粒子銃から放出される一次荷電粒子線を収束する収束レンズと、
前記一次荷電粒子線の光軸調整を行う偏向器と、
前記一次荷電粒子線の照射対象である試料への照射量を制限する制限絞りと、
前記一次荷電粒子線の前記試料への照射により得られる二次荷電粒子を検出する検出器と、
前記光軸調整を行う際に、前記検出器で検出された二次荷電粒子に基づいて得られる光軸調整用画像を表示する表示部と、
前記光軸調整用画像の画質に関する少なくとも１つのパラメータを予め定めた値となるように調整する画質調整を行う際の倍率を表す倍率情報を前記光軸調整用画像に隣接又は重畳するように表示する制御部と
を備えたことを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項２】
荷電粒子銃と、
前記荷電粒子銃から放出される一次荷電粒子線を収束する収束レンズと、
前記一次荷電粒子線の光軸調整を行う偏向器と、
前記一次荷電粒子線の照射対象である試料への照射量を制限する制限絞りと、
前記一次荷電粒子線の前記試料への照射により得られる二次荷電粒子を検出する検出器と、
前記検出器で検出された二次荷電粒子に基づいて得られる光軸調整用画像を表示部に表示する際に、前記光軸調整用画像の画質に関する少なくとも１つのパラメータを予め定めた値となるように調整する画質調整の倍率を表す倍率情報を前記光軸調整用画像に隣接又は重畳するように表示する制御部と
を備えたことを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項３】
電子銃と、
前記電子銃から放出される一次電子線を収束する収束レンズと、
前記一次電子線の光軸調整を行う偏向器と、
前記一次電子線の照射対象である試料への照射量を制限する制限絞りと、
前記一次電子線の前記試料への照射により得られる二次電子を検出する検出器と、
前記光軸調整を行う際に、前記検出器で検出された二次電子に基づいて得られる走査電子顕微鏡像を表示する表示部と、
前記走査電子顕微鏡像の画質に関する少なくとも１つのパラメータを予め定めた値となるように調整する画質調整を行う際の倍率を表す倍率情報を前記走査電子顕微鏡像に隣接又は重畳するように表示する制御部と
を備えたことを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか１項に記載の荷電粒子線装置において、
前記画質調整により調整するパラメータは、コントラスト又はブライトネスの少なくとも一方であることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項５】
請求項４に記載の荷電粒子線装置において、
前記倍率情報は、前記倍率を基準となる軸線と指示線との相対位置により表すことを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項６】
請求項４に記載の荷電粒子線装置において、
前記倍率情報は、前記倍率を数値で表すことを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項７】
請求項４に記載の荷電粒子線装置において、
前記倍率情報は、前記倍率を前記画質調整の対象となる画像の色調により表すことを特徴とする荷電粒子線装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試料に荷電粒子線を照射することによりその試料の画像取得等を行う荷電粒子線装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
荷電粒子線装置は、対象試料に荷電粒子線を照射することにより、対象試料の観察や分析等を行うものである。例えば、走査電子顕微鏡（SEM : Scanning Electron Microscope）や透過型電子顕微鏡(TEM : Transmission Electron Microscope)においては、対象試料に荷電粒子線として電子線を照射し、検出器により検出した二次電子量又は透過電子量に基づいて、対象試料の顕微鏡像を生成している。
【０００３】
このような荷電粒子線装置として、例えば、特許文献１（特開２００８−８４８２３号公報）には、荷電粒子源と、荷電粒子源から放出する一次荷電粒子線を収束するための収束レンズと、一次荷電粒子線を試料上にフォーカスするための対物レンズと、一次荷電粒子線の試料への照射量を制限するために対物レンズより荷電粒子源側に配置された対物絞りと、一次荷電粒子線の照射によって試料から発生した二次信号を検出する検出器と、一次荷電粒子線の中心を対物絞りの中心に移動させるためのアライナーを備えた荷電粒子線装置に関する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−８４８２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、荷電粒子線装置においては、高精度の試料画像を取得するために、荷電粒子銃から放出される一次荷電粒子線の光軸とレンズや絞り等の中心軸との位置合わせ（光軸調整）を行う必要がある。これは、例えば、試料に照射される一次荷電粒子線の量を制限するための絞りによって必要以上に一次荷電粒子線が遮られることを防ぐためである。そして、光軸調整は、オペレータが、絞りを通過する一次荷電粒子線により得られる光軸調整用の画像の明るさを見ながら行っている。
【０００６】
しかしながら、光軸調整用の画像の明るさによって精度良く光軸調整を行うためには熟練が必要であり、また、光軸調整を行うオペレータの熟練度の違いによって得られる試料画像の質にバラツキが生じることも懸念される。
【０００７】
本発明は上記に鑑みてなされたものであり、オペレータの熟練度の影響されずに精度良く光軸調整を行うことができる荷電粒子線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】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明は、荷電粒子銃と、荷電粒子銃から放出される一次荷電粒子線を収束する収束レンズと、一次荷電粒子線の光軸調整を行う偏向器と、一次荷電粒子線の照射対象である試料への照射量を制限する制限絞りと、一次荷電粒子線の試料への照射により得られる二次荷電粒子を検出する検出器と、検出器で検出された二次荷電粒子に基づいて得られる画像の画質に関する少なくとも１つのパラメータを予め定めた値となるように調整する画質調整を行う際の倍率を表す倍率情報を画像に隣接又は重畳するように表示する制御部とを備えたものとする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、オペレータの熟練度の影響されずに精度良く光軸調整を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施の形態に係る走査電子顕微鏡の全体構成を示す図である。
【図２】陰極の位置調整（機械的軸調整）の様子を示す図である。
【図３】偏向器による光軸調整（電気的軸調整）の様子を示す図である。
【図４】光軸調整を行う際に表示装置に表示される光軸調整用画像の一例を示す図であり、光軸調整が不完全である状態を示す図である。
【図５】光軸調整を行う際に表示装置に表示される光軸調整用画像の一例を示す図であり、光軸調整が適当に行われた状態を示す図である。
【図６】光軸調整の手順を示すフローチャートである。
【図７】本実施の形態の一変形例を示す図である。
【図８】本実施の形態の他の変形例を示す図である。
【図９】本実施の形態のさらに他の変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態に係る荷電粒子線装置の一例として走査電子顕微鏡を挙げ、図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００１２】
図１は、本実施の形態に係る走査電子顕微鏡の全体構成を示す図である。
【００１３】
図１において、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ : Scanning Electron Microscope）は、荷電粒子源（電子源）としての陰極１と引出電極としての陽極４とを有する電子銃（荷電粒子銃）１７と、電子銃１７から放出される一次電子線（一次荷電粒子線）３を収束する第一及び第二収束レンズ５，７と、一次電子線３の光軸調整を行う偏向器２と、一次電子線３の照射対象である試料１５への照射量を制限する対物レンズ絞り（制限絞り）６と、一次電子線３を試料１５上に走査するための上段及び下段偏向コイル８，９と、試料１５に照射される一次電子線３を細く絞る対物レンズ１０と、一次電子線３の試料１５への照射により得られる二次電子（二次荷電粒子）を検出する二次電子検出器（検出器）１２と、光軸調整を行う際に、二次電子検出器１２で検出された二次電子に基づいて得られる光軸調整用画像を表示する表示装置（表示部）３０と、走査電子線装置全体の動作を制御する制御装置１８とから概略構成されている。
【００１４】
電子銃１７において、陰極１と図示しない引出電極との間に印加される引出電圧によって陰極１から放出された一次電子線３は、陰極１と陽極４との間に印加される電圧Ｖａｃｃにより加速されて、後段の電磁レンズ系に進行する。加速電圧Ｖａｃｃは、制御装置１８に設けられた高電圧制御回路２２により制御されている。
【００１５】
電子銃１７から放出された一次電子線３は偏向器２により光軸の調整が行われ、その後、第一収束レンズ５により収束される。偏向器２は、制御装置１８のアライナー制御部２１により制御されている。また、第一収束レンズ５は、制御装置１８の第一収束レンズ制御部２２により制御されている。
【００１６】
第一収束レンズ５により収束された一次電子線３は、対物レンズ絞り（制限絞り）６によって試料への照射電流量が制限され、その後、第二収束レンズ７により収束される。第二収束レンズ７は、制御装置１８の第二収束レンズ制御部２３により制御されている。
【００１７】
第二収束レンズ７により収束された一次電子線３は、上段及び下段偏向コイル８，９を介して対物レンズ１０に入射され、細く絞られて試料１５上に照射される。このとき、一次電子線３は、上段及び下段変更コイル８，９の作用により試料１５上を二次元的に走査される。上段及び下段偏向コイル８，９は、制御装置１８の偏向制御部２４により制御されている。また、対物レンズ１０は、制御装置１８の対物レンズ制御部２６により制御されている。
【００１８】
また、光軸調整用画像を得る際は、制御部２９によってリレースイッチ１１が導通状態（閉状態）となり、偏向制御部２４による上段及び下段偏向コイル８，９の走査信号がリレースイッチ１１を介して光軸調整を行う偏向器２の信号と同期が取られる。
【００１９】
試料１５は、試料微動装置１４上に配置されており、試料１５が一次電子線３の照射範囲（走査範囲）の所望の位置となるよう水平移動により位置調整される。試料微動装置１４は、制御装置１８の試料微動制御部２７により制御されている。
【００２０】
一次電子線３の照射により試料１５から生じる二次電子のうち、エネルギーの低いものは、対物レンズ１０の磁場によって巻き上げられ、検出器１２により検出される。検出器１２からの検出信号は、増幅器１６により増幅され、制御装置１８の信号制御部２５を介して制御部２９に送られる。なお、対物レンズ１０上部には、直交電磁界（ＥＸＢ）装置１３が配置されており、これによって二次電子による一次電子３の軸ずれが抑制される。
【００２１】
制御装置１８の各制御部２０，・・・，２７は、さらに上位の制御部２９により制御されている。制御部２９では、検出器１２で検出された二次電子と偏向制御部２４による上段及び下段変更コイル８，９の走査情報とに基づいて試料の画像が生成され、制御装置１８に接続された表示装置３０に表示される。
【００２２】
また、制御装置１８の制御部２９には、表示装置３０上に表示された試料１５の観察画像を画像情報として取得するための画像取得装置３１と、観察画像に対して種々の画像処理を行う画像処理装置３２と、画像処理の結果に基づいて種々の計算を行う計算装置３３と、観察画像や計算結果を保存するための記憶装置３４と、種々の設定値などを入力するための入力装置３５とが接続されている。
【００２３】
このような荷電粒子線装置（走査電子顕微鏡）においては、使用とともに消耗する陰極１の交換や、その他部品の交換、或いは、電子光学系の条件の変更を行った場合に、各部材の軸合わせ（光軸調整）を行う必要がある。
【００２４】
図２は陰極の位置調整（機械的軸調整）の様子を示す図であり、図３は偏向器による光軸調整（電気的軸調整）の様子を示す図である。
【００２５】
図２に示すように、電子銃１７において、交換後の陰極１（位置１ａ）と陽極４の中心軸４ａとのずれが比較的大きい場合は、陰極１から放出される一次電子線３の陽極４により遮られる量（電流量）が多くなり、従って、偏向器２等を通って試料１５に到達する一次電子線３が少なくなってしまう。そこで、陰極１を水平移動して陽極４の中心軸４ａ上に位置調整（機械的軸調整）することにより、陰極１から放出されて陽極４を通過する一次電子線３を極大化させ、試料１５に照射される一次電子線３を多くする。
【００２６】
また、図２に示すように、陰極１から放出される一次電子線３の光軸３ａと、陰極４や偏向器２、対物レンズ絞り６等の中心軸６ａとのズレが比較的大きい場合は、陰極１から放出される一次電子線３の対物レンズ絞り６により遮られる量（電流量）が多くなり、従って、試料１５に到達する一次電子線３が少なくなってしまう。そこで、偏向器２により一次電子線３を偏向して中心軸６ａに沿うように光軸調整（電気的軸調整）することにより、陰極１から放出されて対物レンズ絞り６を通過する一次電子線３を極大化させ、試料１５に照射される一次電子線３を多くする。
【００２７】
図４及び図５は、光軸調整を行う際に表示装置３０に表示される光軸調整用画像の一例を示す図であり、図４は光軸調整が不完全である状態、図５は光軸調整が適当に行われた状態をそれぞれ示している。
【００２８】
図４及び図５においては、光軸調整用画像として、検出器１２で検出された二次電子に基づいて得られた試料１５の画像１５ａが表示されている。また、表示装置３０には、光軸調整用画像（画像１５ａ）の画質に関する少なくとも１つのパラメータ（例えば、コントラスト、ブライトネス、或いは、その両者）を予め定めた値となるように調整する画質調整（オートコントラスト、オートブライトネス、或いは、オートコントラスト・ブライトネス）を行う際の倍率を表す倍率情報が光軸調整用画像１５ａに重畳するように表示されている。制御部２９の制御により表示装置３０に表示される倍率情報は、そのパラメータの大きさの基準となる数値軸（軸線）４０と、数値軸４０上の位置を指示する指示線４１とを含んで構成されており、数値軸４０と指示線４１との相対位置により倍率情報を示している。
【００２９】
倍率情報とは、光軸調整用画像（画像１５ａ）の画質に関するパラメータを予め定めた値となるように調整する画質調整を行う際の倍率を表すものである。すなわち、画質調整では、例えば、得られた光軸調整用画像のコントラストＣ、予め定めたコントラストの規定値Ｃ１、及び、画質調整における倍率Ｂとした場合の各数値の関係が（コントラストＣ）×（倍率Ｂ）＝（規定値Ｃ１）となるように倍率Ｂを求める。
【００３０】
光軸調整が不完全である状態においては、図４に示すように、光軸調整用画像１５ａの画質に関するパラメータ、つまり、コントラストやブライトネスの値は小さくなり、結果として倍率Ｂが大きくなる。言い換えると、光軸調整が適当に行われた状態においては、パラメータの値は大きくなり、結果として図５に示すように、倍率Ｂが小さくなるということである。すなわち、倍率Ｂがより小さくなるように光軸調整を行うことにより、光軸調整を適切に行うことができる。
【００３１】
本実施の形態においては、画質調整を常時行う自動画質調整の状態において、表示装置３０の光軸調整用画像１５ａ及び倍率情報を確認しつつ、入力装置３５等を用いて偏向器２の設定を調整して光軸調整を行う。偏向器２による光軸調整の状態に応じて、指示線４１が倍率の高低方向（図４及び図５の上下方向）に移動する。倍率情報には、指示線４１に追従して下方（即ち、倍率の低い方向）にのみ移動するマーカー４２が設けられている。したがって、マーカー４２は、指示線４１の移動に従って下方に押し下げられ、結果として、指示線４１が極小値を示す位置を示す。そして、このマーカー４２が示す極小値に指示線４１が一致するように偏向器２の設定を調整することにより、倍率をより小さく設定することができ、光軸調整を容易にかつ適切に行うことができる。
【００３２】
以上のように構成した本実施の形態の走査電子顕微鏡の光軸調整の手順を図６をもちいて説明する。
【００３３】
図６は、本実施の形態における光軸調整の手順を示すフローチャートである。
【００３４】
図６において、まず、光軸調整用画像１５ａを取得しつつ画質調整を開始する（ステップＳ１０）。次に、図示しないネジ機構等により陰極１の水平位置を調整する機械的軸調整を行いつつ（ステップＳ２０）、光軸調整用画像１５ａ及び倍率情報を参照する（ステップＳ３０）。そして、倍率情報が極小値となったかどうかを判定し（ステップＳ４０）、判定結果がＮＯの場合には、判定結果がＹＥＳになるまでステップＳ２０，Ｓ３０を繰り返す。
【００３５】
また、ステップＳ４０での判定結果がＹＥＳの場合には、入力装置３５等により偏向器２の設定を調整する電気的軸調整を行いつつ（ステップＳ５０）、光軸調整用画像１５ａ及び倍率情報を参照する（ステップＳ６０）。そして、倍率情報が極小値となったかどうかを判定し（ステップＳ７０）、判定結果がＮＯの場合には、判定結果がＹＥＳになるまでステップＳ５０，Ｓ６０を繰り返し、ステップＳ７０での判定結果がＹＥＳとなった場合には、光軸調整を終了する。
【００３６】
以上のように構成した本実施の形態における効果を説明する。
【００３７】
走査電子顕微鏡や透過型電子顕微鏡などの荷電粒子線装置においては、高精度の試料画像を取得するために、電子銃（荷電粒子銃）から放出される一次電子線（一次荷電粒子線）の光軸とレンズや絞り等の中心軸との位置合わせ（光軸調整）を行う必要がある。これは、例えば、試料に照射される一次電子線の量を制限するための絞りによって必要以上に一次電子線が遮られることを防ぐためである。
【００３８】
従来技術において光軸調整は、オペレータが、絞りを通過する一次荷電粒子線により得られる光軸調整用の画像の明るさを見ながら行っていた。しかしながら、光軸調整用の画像の明るさによって精度良く光軸調整を行うためには熟練が必要であり、また、光軸調整を行うオペレータの熟練度の違いによって得られる試料画像の質にバラツキが生じることも懸念される。
【００３９】
これに対し、本実施の形態においては、電子銃１（荷電粒子銃）から放出される一次電子線３（一次荷電粒子線）を収束する第一及び第二収束レンズ５，７（収束レンズ）と、一次電子線３の光軸調整を行う偏向器２と、一次電子線３の照射対象である試料１５への照射量を制限する対物レンズ絞り６（制限絞り）と、一次電子線３の試料への照射により得られる二次電子（二次荷電粒子）を検出する検出器１２とを備えた走査電子顕微鏡（荷電粒子線装置）において、光軸調整を行う際に、検出器１２で検出された二次電子に基づいて得られる光軸調整用画像１５ａを表示装置３０（表示部）に表示するとともに、光軸調整用画像１５ａの画質に関する少なくとも１つのパラメータ（コントラストＣなど）を予め定めた値（規定値Ｃ１など）となるように調整する画質調整を行う際の倍率（倍率Ｂなど）を表す倍率情報を光軸調整用画像１５ａに重畳するように表示するように構成した。これにより、オペレータは容易に光軸調整における調整状態を把握することができるので、オペレータの熟練度の影響されずに精度良く光軸調整を行うことができる。
【００４０】
また、従来技術のように、光軸調整用の画像の明るさのみで光軸調整の状態を判断する場合には、他の構成間の軸のずれやその他の不具合の発生を把握することは困難であり、試料への一次電子線の照射角度が浅くなり、取得した試料画像のコントラスト等が低下することも懸念されるが、本実施の形態においては、試料画像の状態を把握しながら光軸調整を同時に行うことができるので、試料の鮮明な画像を取得するという目的からみて適切で無い範囲の調整実施を抑制することができ、精度良く光軸調整を行うことができる。
【００４１】
なお、本実施の形態における荷電粒子線装置においては、種々の変更が可能である。
【００４２】
例えば、図７に示すように、倍率情報の数値軸４０を非表示とし、光軸調整用画像１５ａに重畳するように指示線４１のみを用いても良い。この場合にも、直感的に指示線４１が下方にいくに従って倍率が小さくなることは把握できるので、オペレータは容易に光軸調整における調整状態を把握することができ、オペレータの熟練度の影響されずに精度良く光軸調整を行うことができる。
【００４３】
また、図８に示すように、倍率情報を画像の色調により表示するように構成することも考えられる。例えば、倍率が大きい場合は光軸調整用画像１５ａの色調をより赤色になるようにし、倍率が小さくなるに従って青色になるように構成する。この場合においても、オペレータは容易に光軸調整における調整状態を把握することができる。
【００４４】
さらに、図９に示すように、倍率情報を数値４３で表現し、光軸調整用画像１５ａの一部に重畳するように表示しても良い。この場合においても、オペレータは容易に光軸調整における調整状態を把握することができる。
【００４５】
なお、指示線４１や数値４３については、光軸調整用画像１５ａと倍率情報とをオペレータが同時に認識できる範囲にあればよく、光軸調整用画像１５ａに隣接するように配置してもよい。
【００４６】
また、本実施の形態においては、荷電粒子線装置の一例として走査電子顕微鏡（SEM）を示して説明したが、収束イオンビーム（TEM）装置や、収束イオンビーム走査電子顕微鏡(FIB-SEM)、走査透過型電子顕微鏡（STEM）などにも適用することができる。
【符号の説明】
【００４７】
１  陰極
２  偏向器
３  電子線（荷電粒子線）
４  陽極
５  第一収束レンズ
６  対物レンズ絞り（制限絞り）
７  第二収束レンズ
８  上段偏向コイル
９  下段偏向コイル
１０  対物レンズ
１１  リレースイッチ
１２  二次電子検出器
１３  直交電磁界（ＥＸＢ）装置
１４  試料微動装置
１５  試料
１６  増幅器
１７  荷電粒子銃
１８  制御装置
２０  高電圧制御部
２１  アライナー制御部
２２  第一収束レンズ制御部
２３  第二収束レンズ制御部
２４  偏向制御部
２５  信号制御部
２６  対物レンズ制御部
２７  試料微動装置制御部
３０  表示装置
３１  画像取得装置
３２  画像処理装置
３３  計算装置
３４  記憶装置
３５  入力装置
４０  数値軸
４１  指示線
４２  マーカー
【図１】
2016035800.tif 000003
【図２】
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【図３】
2016035800.tif 000005
【図４】
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【図５】
2016035800.tif 000007
【図６】
2016035800.tif 000008
【図７】
2016035800.tif 000009
【図８】
2016035800.tif 000010
【図９】
2016035800.tif 000011