(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御回路による制御によって機械的なＸ−Ｙ移動、回転ができるステージ上の試料に荷電粒子ビームを照射すると共に、試料上で荷電粒子ビームを２次元的に走査し、試料への荷電粒子ビームの照射によって得られた信号に基づき試料の走査像を表示するようにした走査型荷電粒子ビーム装置において、制御回路の制御により回転ステージを回転させる場合、制御回路が観察像の中心位置と機械的な回転中心との間の距離Ｌと回転角度に応じてＸ−Ｙステージを移動制御すると共に、距離Ｌの長さが大きくなるほどＸ−Ｙステージの移動速度が速くなるように制御し、機械的なステージの回転を行っても常に像が観察画面の中心で回転するようにした走査型荷電粒子ビーム装置における試料像観察方法。
【請求項２】
制御回路による制御によって機械的なＸ−Ｙ移動、回転ができるステージ上の試料に荷電粒子ビームを照射すると共に、試料上で荷電粒子ビームを２次元的に走査し、試料への荷電粒子ビームの照射によって得られた信号に基づき試料の走査像を表示するようにした走査型荷電粒子ビーム装置であって、制御回路の制御により回転ステージを回転させる場合、制御回路が、観察像の中心位置と機械的な回転中心との間の距離Ｌと回転角度に応じてＸ−Ｙステージを移動制御すると共に、距離Ｌの長さが大きくなるほどＸ−Ｙステージの移動速度が速くなるように制御し、機械的なステージの回転を行っても常に像が観察画面の中心で回転するようにした走査型荷電粒子ビーム装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、走査電子顕微鏡等の走査型荷電粒子ビーム装置における試料像観察方法及び走査型荷電粒子ビーム装置に関し、特に、試料を回転させて観察する際に用いて最適な走査型荷電粒子ビーム装置における試料像観察方法及び走査型荷電粒子ビーム装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
走査電子顕微鏡では、電子銃からの電子ビームをコンデンサレンズと対物レンズによって試料上に集束し、更に電子ビームを２次元的に走査している。そして、試料への電子ビームの照射によって発生した２次電子等を検出し、検出信号を電子ビームの走査に同期した陰極線管に供給し、試料の走査像を得るようにしている。
【０００３】
このような走査電子顕微鏡を用いて試料の像観察を行う際、試料ステージを機械的にＸ−Ｙ方向に移動させたり、回転させたり、傾斜させたりして試料の所望領域の像の観察を行っている。また、この試料の観察範囲の移動や回転は、機械的なものだけでなく、電子ビームの偏向範囲を制御するイメージシフト機能や、電子ビームの２次元走査の方向を電気的に回転させるスキャンローテーション機能によっても行っている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
さて、このような走査電子顕微鏡において、機械的に試料を回転させて観察する場合、観察画面上の中心が回転動の中心として動作するように、Ｘ移動とＹ移動と回転移動とをリンクさせている。走査電子顕微鏡で試料像を観察する場合には、様々な形状の試料観察を行っているが、時として試料観察時に観察している試料像を回転して観察したい場合が生じる。
【０００５】
従来は、観察画面上の試料を回転させて観察する場合、試料上に照射する電子ビームを走査している偏向器に入力する走査信号に、水平信号と垂直信号とを混ぜていくことにより、電子ビームの走査領域を回転するようにしている。
【０００６】
この場合、図１に示すように、観察画像の中心を像の回転中心とし、観察画像を回転させることができる。図１において観察画面Ｄの中心Ｃを回転中心として、９０°像の回転を行うと、実線の像１は点線の像２のように回転する。図２はユーセントリックな構造を有したステージの一例を示している。
【０００７】
図２において、３は高さ方向（Ｚ方向）に動くＺステージであり、Ｚステージ３上に、Ｙ方向に動くＹステージ４、Ｘ方向に動くＸステージ５、Ｚ軸を中心に回転する回転ステージ６が載せられている。試料は図示していないが、回転ステージ６上に載せられている。更にＺステージ３は適宜な機構により、傾斜できるように構成されている。
【０００８】
この図２に示した構成のステージでは、光軸Ｏと傾斜軸と回転軸とを一致させておけば、ステージの傾斜や回転を行っても、観察像の中心位置は常に光軸上にあり、傾斜や回転にともなって試料の逃げが発生することは防止できる。すなわち、機械的な回転を行う場合、ステージの回転中心と観察画像中心とが一致していれば、走査信号により像の回転を行う場合と同様に、観察画面上の中心で画像が回転する。
【０００９】
しかしながら、図２のステージ構造で、Ｘ−Ｙステージ（Ｘステージ５やＹステージ６）の移動により、試料観察位置をずらした場合には、Ｘ，Ｙステージ５，６の移動と共に回転中心も移動するため、回転中心と観察画像中心とが一致しなくなる。図３はこのような状態を示しており、図３（ａ）に示すように、機械的な回転中心Ｃｍと画像中心Ｃｄが離れていると、機械的に９０°回転させると、図３（ｂ）に示すように、画面中心にあった実線の像１は、点線の像２に移動してしまい、観察画像の範囲が大幅にずれてしまう。
【００１０】
本発明はこのような点に鑑みてなされたもので、その目的は、機械的な回転中心と画像中心が一致していない場合にも、回転によって像の逃げが生じない走査型荷電粒子ビーム装置における試料像観察方法及び走査型荷電粒子ビーム装置を実現するにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明に基づく走査型荷電粒子ビーム装置における試料像観察方法は、制御回路による制御によって機械的なＸ−Ｙ移動、回転ができるステージ上の試料に荷電粒子ビームを照射すると共に、試料上で荷電粒子ビームを２次元的に走査し、試料への荷電粒子ビームの照射によって得られた信号に基づき試料の走査像を表示するようにした走査型荷電粒子ビーム装置において、制御回路の制御により回転ステージを回転させる場合、制御回路が観察像の中心位置と機械的な回転中心との間の距離Ｌと回転角度に応じてＸ−Ｙステージを移動制御すると共に、距離Ｌの長さが大きくなるほどＸ−Ｙステージの移動速度が速くなるように制御し、機械的なステージの回転を行っても常に像が観察画面の中心で回転するようにしたことを特徴としている。
また、本発明に基づく走査型荷電粒子ビーム装置は、制御回路による制御によって機械的なＸ−Ｙ移動、回転ができるステージ上の試料に荷電粒子ビームを照射すると共に、試料上で荷電粒子ビームを２次元的に走査し、試料への荷電粒子ビームの照射によって得られた信号に基づき試料の走査像を表示するようにした走査型荷電粒子ビーム装置であって、制御回路の制御により回転ステージを回転させる場合、制御回路が、観察像の中心位置と機械的な回転中心との間の距離Ｌと回転角度に応じてＸ−Ｙステージを移動制御すると共に、距離Ｌの長さが大きくなるほどＸ−Ｙステージの移動速度が速くなるように制御し、機械的なステージの回転を行っても常に像が観察画面の中心で回転するようにしたことを特徴としている。
【００１２】
本発明では、回転ステージを回転させる場合、観察像の中心位置と機械的な回転中心との間の距離Ｌと回転角度に応じてＸ−Ｙステージを移動させると共に、距離Ｌの長さに応じてＸ−Ｙステージの移動速度を制御し、機械的な回転により常に像が観察画面の中心で回転するようにした。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。図４は本発明の方法を実施するための走査電子顕微鏡の一例を示す図であり、図示していない電子銃から発生し加速された電子ビームＥＢは、図示していないコンデンサレンズと対物レンズ１１によって試料ホルダ１２に取り付けられた試料上に細く集束される。電子ビームは更に偏向コイル１３とによって試料の所望領域で２次元的に走査される。
【００１４】
電子ビームＥＢの試料への照射によって発生した２次電子は、図示していない２次電子検出器によって検出され、検出信号は適宜増幅されたり、ＡＤ変換器によってディジタル信号に変換されて画像メモリーに供給されて記憶される。画像メモリーに記憶された信号は読み出され、陰極線管に供給されることから、陰極線管には試料の走査像が表示される。
【００１５】
試料ホルダ１２はステージ１４上に載せられているが、ステージ１４は、図２に示した構成のユーセントリック構造を有している。ステージ１４のＸステージは、Ｘ動駆動回路１５によって駆動され、ステージ１４のＹステージは、Ｙ動駆動回路１６によって駆動される。ステージ１４の回転（Ｒ）ステージは、Ｒ動駆動回路１７によって駆動され、ステージ１４の傾斜（Ｔ）ステージは、Ｔ動駆動回路１８によって駆動される。更に、ステージ１４の高さ（Ｚ）ステージは、Ｚ動駆動回路１９によって駆動される。
【００１６】
Ｘ動駆動回路１５、Ｙ動駆動回路１６、Ｒ動駆動回路１７、Ｔ動駆動回路１８、Ｚ動駆動回路１９は、ＣＰＵ２０からの信号に基づいて、ステージコントロール回路２１により制御される。ＣＰＵ２０には、後述するステージの制御のための制御ソフトウェア２２が格納されている。
【００１７】
制御ソフトウェア２２は、ステージ１４のＸ，Ｙ，回転を指示するジョイスティックなどのポインティングデバイス２３と、ユーセントリック動作のＯＮ／ＯＦＦを指示するスイッチ２４からの信号に基づいて動作する。
【００１８】
また、このソフトウェア２２は、回転動作を指示するグラフィック・ユーザー・インターフェイス（ＧＵＩ）２５からの信号によっても動作する。このソフトウェア２２によって求められた各信号値は、ステージ移動信号ユニット２６を介してステージコントロール回路２１に供給される。
【００１９】
ステージ１４は各駆動回路によって水平方向や高さ方向への移動、傾斜、回転されるが、移動や傾斜、回転に基づくステージ位置は、位置検出器２７によって検出される。位置検出器２７によって得られたステージ位置の情報は、ステージコントロール回路２１を介してステージ位置表示装置２８に供給されることから、表示装置２８には、ステージの状態が表示される。このような構成の動作を次に詳説する。
【００２０】
２次電子像の観察を行う場合、図示していない電子銃から発生し加速された電子ビームＥＢは、図示していないコンデンサレンズと対物レンズ１１によって試料ホルダ１２に取り付けられた試料上に細く集束される。電子ビームは更に偏向コイル１３とによって試料の所望領域で２次元的に走査される。
【００２１】
電子ビームＥＢの試料への照射によって発生した２次電子は、図示していない２次電子検出器によって検出され、検出信号は適宜増幅されたり、ＡＤ変換器によってディジタル信号に変換されて画像メモリーに供給されて記憶される。画像メモリーに記憶された信号は読み出され、陰極線管に供給されることから、陰極線管には試料の走査像が表示される。
【００２２】
ここで、陰極線管に表示された試料像を回転させる場合、機械的な回転中心と像の中心とが一致している場合には、回転にともなって像が逃げることはないが、機械的な回転中心と像の中心が一致していない場合、回転前の像の中心は、回転後他の位置に移動してしまう。この機械的な回転中心と像の中心が一致していない場合の動作について、次に図５を参照して説明する。
【００２３】
図５において、Ｃｄが画面中心位置であり、Ｃｍが機械的な回転中心である。機械的な回転中心Ｃｍの座標は、画面中心Ｃｄを座標原点とした場合、（Ｘ，Ｙ）となる。この状態で、ポインティングデバイス２３を操作してステージ１４に含まれる回転ステージを角度θａ回転させると、特別な補正動作をさせないと、画像中心位置ＣｄはＣｄ´（Ｘ´，Ｙ´）の位置に移動することになる。
【００２４】
本発明では、機械的な回転を行っても、常に像の中心位置はＣｄの位置にあるように動作させる。このためには、機械的なステージの回転を行った場合、Ｘステージを駆動して−Ｘ´だけＸ方向に移動させ、Ｙステージを駆動して−Ｙ´だけＹ方向にステージを移動させれば良い。
【００２５】
このため、ステージの回転を行う前に、現在のステージ位置を位置検出器２７から読み込み、機械的な回転中心Ｃｍの座標原点からのずれ量（Ｘ，Ｙ）を求める。次に、回転中心Ｃｍと像中心Ｃｄとの間の距離Ｌと角度θとを算出する。この算出は次の式によって行うことができる。
【００２６】
Ｌ＝√（Ｘ2＋Ｙ2）
θ＝ｔａｎ-1（Ｙ／Ｘ）
次に、Ｒ動駆動回路１７により機械的にステージを角度θａだけ回転させる場合、Ｘステージを駆動して−Ｘ´だけＸ方向に移動させ、Ｙステージを駆動して−Ｙ´だけＹ方向にステージを移動させ画像中心を移動させずに像の回転を行う。この場合の補正量Ｘ´，Ｙ´は次の式によって求められる。
【００２７】
Ｘ´＝Ｌ×ｃｏｓ（θ＋θａ）−Ｘ
Ｙ´＝Ｌ×ｓｉｎ（θ＋θａ）−Ｙ
このような補正量の算出や補正量に基づく各駆動回路の制御は、ＣＰＵ２０内のステージ移動制御ソフトウェア２２によって実行される。なお、このθａの変化量は、ある一定のステップごとに計算し、補正していくことが望ましい。これは、回転により、Ｘ，Ｙ位置の補正を行うごとに機械的な回転軸の中心も動くためであり、回転時におけるθａのステップの細かさは、回転の動きの滑らかさに依存する。また、回転と同時に移動する機械軸中心のＸ，Ｙの値軌跡をあらかじめ計算で求めて記憶しておき、回転角に応じて記憶された値を読み出しながらステージのＸ，Ｙ位置補正を行っても良い。
【００２８】
以上のような動作を行うことにより、画像中心と機械的な回転中心の位置がずれていた場合に、機械的にステージを回転させても、観察画像中心で画像を回転させることができる。なお、回転補正後の機械的な回転中心は、Ｃｍ´の位置に移動する。
【００２９】
ところで、機械的なステージの回転動作を行う場合、回転中心と観察画像中心との間の距離Ｌが長い場合と短い場合とで、Ｘ方向およびＹ方向のステージの移動速度を一定とすると、観察画面上では、回転中心が常に観察画面中心とならなくなる。すなわち、特定の距離Ｌでは、観察画像中心で画像を回転させることができるが、特定の距離Ｌ以外では、ステージの回転にともなって、画面上中心がずれていき、最後に中心に戻る現象が生じる。
【００３０】
そのため、本発明では、機械的な回転中心と観察画像中心との間の距離ＬとＸ，Ｙステージの移動速度をリンクさせ、距離Ｌの値にかかわらず、観察画面上での回転速度を一定に見えるようにする。実際には、Ｌの値が大きくなるほどＸ，Ｙステージの移動速度を速く制御する。このような制御は、ステージ移動制御ソフトウェアによって実行される。このことは、距離Ｌの値が変わっても、図５における座標位置Ｘ´，Ｙ´から座標原点への移動時間を常に一定とすることである。
【００３１】
なお、上記したような機械的な回転によっても常に観察画像の中心が動かないように動作させることはせず、機械的な回転のみで観察画像の中心も自然に移動するように観察したい場合には、スイッチ２４を用いてユーセントリック動作をＯＦＦの状態とし、ステージ移動制御ソフトウェア２２の動作を停止させれば良い。
【００３２】
以上本発明の実施の形態を詳述したが、本発明はこの形態に限定されない。例えば、回転動作を行う際に、回転による補正を所定の回転ステップごとに行うようにしたが、ステップを持たせずに、回転と同時にＸ，Ｙを目的の値に直接動作させるようにしても良い。特に、直接回転角を指定して回転させる場合は、指定の角度の値を直接算出し、Ｘ，Ｙの補正移動を行っても良い。また、走査電子顕微鏡を例に説明したが、イオンビームを試料上で走査する装置にも本発明を適用することができる。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に基づく走査型荷電粒子ビーム装置における試料像観察方法は、機械的なＸ−Ｙ移動、回転ができるステージ上の試料に荷電粒子ビームを照射すると共に、試料上で荷電粒子ビームを２次元的に走査し、試料への荷電粒子ビームの照射によって得られた信号に基づき試料の走査像を表示するようにした走査型荷電粒子ビーム装置において、回転ステージを回転させる場合、観察像の中心位置と機械的な回転中心との間の距離Ｌと回転角度に応じてＸ−Ｙステージを移動させると共に、距離Ｌの長さに応じてＸ−Ｙステージの移動速度を制御するようにしたので、画像中心位置と機械的な回転位置とがずれていても、機械的にステージを回転させても、常に像を観察画面の中心で回転させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】画像中心と機械的な回転中心とが一致している状態を説明するための図である。
【図２】ユーセントリックステージの一例を示す図である。
【図３】画像中心と機械的な回転中心とが一致していない状態を説明するための図である。
【図４】本発明に基づく方法を実施するための走査電子顕微鏡の一例を示す図である。
【図５】機械的回転に伴う補正動作を説明するための図である。
【符号の説明】
１１  対物レンズ
１２  試料ホルダ
１３  偏向コイル
１４  ステージ
１５〜１９  各ステージの駆動回路
２０  ＣＰＵ
２１  ステージコントロール回路
２２  ステージ移動制御ソフトウェア
２３  ポインティングデバイス
２４  スイッチ
２５  ＧＵＩ
２６  ステージ移動信号発生ユニット
２７  位置検出器
２８  表示装置
【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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