特許 5743950 走査電子顕微鏡

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5743950

(24)【登録日】2015年5月15日

(45)【発行日】2015年7月1日

(54)【発明の名称】走査電子顕微鏡

(51)【国際特許分類】

   H01J 37/28 20060101AFI20150611BHJP

   H01J 37/295 20060101ALI20150611BHJP

   H01J 37/09 20060101ALI20150611BHJP

   H01J 37/244 20060101ALI20150611BHJP

【ＦＩ】

   H01J37/28 C

   H01J37/295

   H01J37/09 A

   H01J37/244

【請求項の数】7

【全頁数】20

(21)【出願番号】特願2012-102000(P2012-102000)

(22)【出願日】2012年4月27日

(65)【公開番号】特開2013-229267(P2013-229267A)

(43)【公開日】2013年11月7日

【審査請求日】2015年2月18日

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】501387839

【氏名又は名称】株式会社日立ハイテクノロジーズ

(74)【代理人】

【識別番号】100100310

【弁理士】

【氏名又は名称】井上 学

(74)【代理人】

【識別番号】100098660

【弁理士】

【氏名又は名称】戸田 裕二

(74)【代理人】

【識別番号】100091720

【弁理士】

【氏名又は名称】岩崎 重美

(72)【発明者】

【氏名】小柏 剛

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 貢

(72)【発明者】

【氏名】今野 充

【審査官】 桐畑 幸▲廣▼

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭５６−１１６２６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６１−１９０４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平６−３６７２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−２７６１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−１０９５０９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｊ ３７／２８

Ｈ０１Ｊ ３７／０９

Ｈ０１Ｊ ３７／２４４

Ｈ０１Ｊ ３７／２９５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電子線を発生する電子源と、
前記電子線で前記試料上を走査するように偏向する偏向器と、
前記試料上に前記電子線を集束する対物レンズと、
前記試料を透過した走査透過電子を検出する検出器と、
前記試料と前記検出器の間に配置され前記走査透過電子の検出角を制御する絞りと、を備え、
前記電子線は所定の開き角で試料に入射し、
前記試料上でビーム径が最小となるような第一の開き角より大きい第二の開き角で格子像を取得することを特徴とする走査透過電子顕微鏡。

【請求項2】

請求項１に記載の走査透過電子顕微鏡において、
前記第二の開き角はブラッグ角θ_Bの２倍の角度より大きいことを特徴とする走査透過電子顕微鏡。

【請求項3】

請求項２に記載の走査透過電子顕微鏡において、
前記第一の開き角はブラッグ角θ_Bの２倍の角度より小さいことを特徴とする走査透過電子顕微鏡。

【請求項4】

請求項１に記載の走査透過電子顕微鏡において、
前記電子線の最大加速電圧は３０kV以下であることを特徴とする走査透過電子顕微鏡。

【請求項5】

請求項１に記載の走査透過電子顕微鏡において、
前記検出器は前記走査透過電子に含まれる散乱電子と非散乱電子との干渉により生じる干渉縞に起因する信号量を検出するものであって、前記電子線を前記試料上で走査することで前記信号量の強度変化を検出し、当該強度変化から前記試料の結晶格子間隔を求める計算部を有することを特徴とする走査透過電子顕微鏡。

【請求項6】

請求項１に記載の走査透過電子顕微鏡において、
前記格子像を取得するときの条件として、前記第二の開き角と、前記検出角と、前記対物レンズのフォーカス値を前記試料ごとに記憶しておく記憶部を備えることを特徴とする走査透過電子顕微鏡。

【請求項7】

請求項１または５に記載の走査透過電子顕微鏡において、
前記格子像から前記試料の結晶格子間隔を求め、前記結晶格子間隔に基づいて倍率校正を行うことを特徴とする走査透過電子顕微鏡。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、走査電子顕微鏡に関するものである。特に走査透過電子を検出する手段を有する走査電子顕微鏡、および走査透過電子顕微鏡に関する。

【背景技術】

【0002】

走査電子顕微鏡は、電子銃より放出された一次電子ビームを磁界レンズによって試料上にフォーカスし、さらに磁界式または電界式の偏向器によって一次電子ビームを試料上で走査し、試料からの二次荷電粒子（例えば二次電子や走査透過電子）を検出して、試料の拡大像を得る装置である。この試料の拡大像の観察倍率は、試料面上における一次電子ビームの走査幅と、走査したエリアから得られる二次荷電粒子によって形成された拡大像の表示幅との比率で定義される。一次電子ビームの試料における走査幅は、前記偏向器によって任意に変更することが可能である。従って、拡大像の表示幅が一定の場合、試料上における一次電子ビームの走査領域を広くすれば観察倍率は小さくなり、走査領域を狭くすれば観察倍率は大きくなる。以降、簡便のために、本明細書で表す倍率値は、拡大像の表示幅が世間通例で使用されている値に近い１００mmで定義したものとして説明する。このとき、倍率１万倍とは、１００mm幅の拡大像に１０μｍの領域の試料像が表示されている状態を指す。

【0003】

近年、走査電子顕微鏡で観察される試料は微細化が進んでおり、従来ではほとんど使用されなかった１００万倍以上（試料の表示領域：１００nm以下）での観察が必要とされている。さらに試料構造の寸法を測定するために、この倍率領域において高精度で信頼性の高い寸法校正（倍率校正）が要求されている。寸法校正では観察時の倍率より高い倍率での高精度な寸法測定が必要である。

【0004】

従来、高精度の寸法校正を実施する際は、寸法が既知のマイクロスケールを使用し、それらの複数ピッチの寸法を測定し、その値を真値として利用していた。さらに、二次荷電粒子が走査透過電子の場合、特許文献１のように、結晶構造（格子面間隔）が既知の単結晶薄膜試料を用いて結晶格子像を取得し、それを用いて寸法校正を実施していた。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特許第４４６４８５７号公報（米国特許第７３７５３３０号）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

寸法が既知のマイクロスケールを用いて走査電子顕微鏡の寸法校正する場合、マイクロスケールは１ピッチの最小値が１００nm程度であり、さらに複数の寸法を複数回測定しなければ測定精度が出ないため、１００万倍以上の倍率を持った試料像に対しては、十分な寸法ピッチを持っておらず、寸法校正に適用できなかった。またマイクロスケールの寸法ピッチを小さくする加工は難しく、寸法ピッチが小さくなるほど校正の信頼性は低下してしまう。

【0007】

特許文献１による、結晶構造が既知の単結晶薄膜試料を用いて寸法校正を実施する場合、加速電圧が１００kV以上の透過電子顕微鏡や走査透過電子顕微鏡では、通常の高分解能観察条件において、高分解能の走査透過像および結晶格子像（以下、格子像）が取得できるため、通常の高分解能観察条件が設定されていれば、結晶構造の観察が可能となる。しかし、一般的な商用走査電子顕微鏡による走査透過像観察では、例えば設定可能な加速電圧の最大値が３０kVというように設定可能な最大の加速電圧が低く、加速電圧が１００kV以上の透過電子顕微鏡等に比べて分解能が低い。したがって通常の高分解能観察条件で観察可能な結晶薄膜試料は、格子面間隔ｄが大きい試料（例えばｄ＝１.０nm前後）に限定される。従って、実際のアプリケーションに対するメリットが小さく、観察を試みられてこなかった。

【0008】

本発明は、汎用の走査電子顕微鏡においても、結晶構造が既知の格子像を走査透過像にて取得し、それを用いて高精度な寸法校正（倍率校正）が可能な走査電子顕微鏡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】

【0009】

上記した課題を解決するために、本発明では、電子線を発生する電子源と、前記電子線で前記試料上を走査するように偏向する偏向器と、前記試料上に前記電子線を集束する対物レンズと、前記試料を透過した走査透過電子を検出する検出器と、前記試料と前記検出器の間に配置され前記走査透過電子の検出角を制御する絞りと、を備え、前記電子線は所定の開き角で試料に入射し、前記試料上でビーム径が最小となるような第一の開き角より大きい第二の開き角で格子像を取得することを特徴とする。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、汎用の走査電子顕微鏡においても、結晶構造が既知の格子像を走査透過像にて取得し、それを用いて高精度な寸法校正（倍率校正）が可能な走査電子顕微鏡を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の一実施例の概略図である。

【図2】ビーム開き角α_i、検出角β_iの説明図である。

【図3】本実施例の処理ステップである。

【図4】設定画面の一例である。

【図5】試料に一次電子ビーム入射したときの挙動を示す図である。

【図6】ブラッグ角θ_Bよりビーム開き角α_iが小さい状態（α_i＜θ_B）の図である。

【図7】ビーム開き角α_iがθ_B＜α_i≦２θ_Bの範囲に有る場合の図である。

【図8】ビーム開き角α_iが２θ_B＜α_iの範囲に有る場合の図である。

【図9】格子像が得られる過程を示した図である。

【図10】電子ビーム走査位置に対する格子像信号の変化を示した図である。

【図11】一次電子ビーム開き角に対する像コントラストの変化を示した図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、図面を参照し、本発明の実施例について詳細に説明する。

【0013】

図１は、本発明の一実施例の概略図である走査電子顕微鏡である。なお、本実施例において走査と電子顕微鏡とは走査透過電子を検出する手段を有する走査電子顕微鏡であり、走査透過電子顕微鏡と呼ばれることもある。

【0014】

陰極１と第一陽極２に印加される電圧Ｖ１によって陰極１から放出された一次電子ビーム３は、第二陽極４に印加される電圧Ｖ_accに加速されて、後段の電磁レンズ系に進行する。ここで、この加速電圧Ｖ_accおよびＶ１は、高電圧制御回路２２で制御されている。一次電子ビーム３は第一収束レンズ制御回路２３で制御された第一収束レンズ５で収束される。さらに一次電子ビーム３は、対物絞り６で不要な領域が除去された後、第二収束レンズ制御回路２４で制御される第二収束レンズ７で再び収束され、対物レンズ制御回路２６によって制御される対物レンズ１２によって試料１３に細く絞られ、さらに偏向制御回路２５が接続された上段偏向コイル８および下段偏向コイル１０で試料１３上を二次元的に走査される。試料１３は走査透過電子を取得するために薄膜である必要がある。また、寸法校正に用いるため結晶格子間隔が既知のものである必要がある。試料１３は、試料微動制御回路２７によって制御される試料微動装置１４上にある。試料１３の一次電子ビーム照射点から発生する信号のうち、試料表面の情報を持つ二次電子１６は、対物レンズ１２の磁場によって巻き上げられて、対物レンズ上部に配置された直交電磁界（ＥＸＢ）装置１７によって一次電子ビーム３と分離されて検出器２０に検出され、増幅器２１で増幅される。また、一次電子ビーム３が試料１３を透過することによって得られる走査透過電子４１は、試料１３の下方に設置された検出器４２に検出され、増幅器４３で増幅される。なお、走査透過電子４１には後述する散乱電子及び非散乱電子が含まれる。このとき、走査透過電子４１は、対物レンズ１２と検出器４２との間に設置された絞り４４によって、検出角度が制限される。増幅器２１と増幅器４３は、信号制御回路２８によって制御されている。各種制御回路２２〜２８は、装置全体を制御するコンピュータ３０によって制御される。増幅された二次電子および透過電子の信号は、表示装置３１の画面に試料の拡大像として表示される。コンピュータ３０には、他に該表示装置３１上に表示された観察画像を画像情報として取得するための画像取得部３２と、これら観察画像に対して種々の画像処理を行う画像処理部３３と、この画像処理の結果からパラメータを計算したり、その他種々の計算をしたりするための計算部３４と、観察画像や計算結果を保存するための内部メモリ等の記憶部３５と、観察条件などを入力するための入力部３６が接続されている。画像取得部３２は表示装置３１を経由せず、撮像した画像を直接取得することも可能である。なお、画像取得部３２、画像処理部３３、計算部３４、記憶部３５、はコンピュータ３０の機能として実装されていても良いし、コンピュータ３０において実行されるプログラムによって実現されてもよい。また、画像処理部３３が計算部３４の機能を兼ねていても良いし、その逆でも良い。また入力部３６は、表示装置３１がタッチパネルであって表示装置３１に表示される画面と兼用されてもよい。

【0015】

図２は、一次電子ビーム３に対するビーム開き角α_i、および走査透過電子４１に対する検出角β_iについての説明図である。ビーム開き角α_iは、一次電子ビーム３が試料１３に入射するときの拡がりを半角で表したものである。ビーム開き角α_iは、対物絞り６の孔径と、第二収束レンズ７による一次電子ビームのクロスオーバ位置４５の変化により設定される。また検出角β_iは、試料１３の一次電子ビームの照射点から検出器４２の検出面を見込んだ角である。検出角β_iは、絞り４４の孔径を変化させることによって設定される。

【0016】

試料１３の実体像を観察するときには、通常、一次電子ビーム径を最小とするように試料へのビーム照射開き半角（以下、ビーム開き角）α_iを調整する。この場合に得られる画像のコントラストが最もよくなるからである。これを通常の高分解能観察条件と称する。

【0017】

本実施例における処理の詳細を、図３を用いて説明する。

【0018】

ＳＴＥＰ１
この処理では、走査電子顕微鏡が通常の高分解能観察条件になるように、一次電子ビーム３の開き角α_iやフォーカスＦを設定する。本ステップでの条件設定は入力部３６からの指示に従って行われてもよいし、後述する図４のようなＧＵＩによって自動的に設定されても良い。これにより、ユーザは高分解能の二次電子像や走査透過電子像を表示装置３１上にて観察することができる。ここでビーム開き角α_iは、一次電子ビーム３のフォーカス位置で決まる対物レンズ１２の球面収差と色収差、および加速電圧Ｖ_accで決まる回折現象が最小になるときの値で与えられ、またフォーカスＦは、対物レンズ１２と試料との距離（ワーキングディスタンス：ＷＤ）と対物レンズ１２の励磁との関係によって設定される。

【0019】

なお、ＳＴＥＰ１は、本実施例のいずれのステップと順序を入れ替えて行われてもよいし、必ずしも実行されなくても良い。

【0020】

ＳＴＥＰ２
この処理では、観察したい薄膜結晶試料の格子面間隔ｄを設定する。ｄの値は、それぞれの結晶試料によって既知の値であり、例えば珪素（シリコン；Ｓｉ）の（１１１）結晶面間隔は０.３１４nmである。格子面間隔ｄの設定の方法の例を図４に示す。ここでは、走査透過像の種類を選択できるＧＵＩ５１を、表示装置３１に表示する。ユーザは観察方法選択部分５２において、高分解能走査透過電子像観察「UHR STEM」および格子像観察「Lattice Image」を、入力部３６を用いて選択できる。「UHR STEM」が選択されているときは、図４（ａ）に示した表示となり、前記ＳＴＥＰ１で示した条件が設定される。一方、「Lattice Image」が選択されたときは、図４（ｂ）に示した表示となり、加えて走査透過像での観察対象とする薄膜結晶試料リスト５３が表示される。ユーザはこの薄膜結晶試料リスト５３から、現在観察している薄膜結晶試料を選択する。試料が選択されると、それに対応した条件がＳＴＥＰ３以降に設定される。

【0021】

ＳＴＥＰ３
この処理では、ＳＴＥＰ２で決定された試料の格子面間隔ｄを持った格子像を取得するために、最適な電子ビーム開き角α_i、透過電子の検出角β_i、およびＳＴＥＰ１の試料観察で設定されたフォーカスＦからのフォーカス変化量ΔＦを設定する。ここで格子像とは、薄膜試料を透過した電子の干渉によって得られるコントラスト（位相コントラスト）によって得られる像である。

【0022】

ここで、α_iおよびβ_iの決定方法について、図５〜図１０を用いて説明する。

【0023】

図５に示すように、格子面間隔ｄを持った試料１３に一次電子ビーム３が入射すると、薄膜結晶試料の原子に散乱されずに薄膜結晶試料を透過する非散乱電子６１と、膜結晶試料の原子に散乱された散乱電子６２が試料を透過する。ここで散乱電子は、ブラッグの法則よりブラッグ角θ_Bの２倍の角度（２θ_B）で散乱される。ここで、
θ_B＝λ／２ｄ
であり、λは電子の波長で、加速電圧Ｖ_accを用いて
λ＝√（１.５／Ｖ_acc） （nm）
で求められる。

【0024】

以下、図６から図８はブラッグ角θ_Bとビーム開き角α_iとの関係に応じた電子波の干渉状態を説明する図である。図６から図８は、簡単のため、光軸を含む試料垂直断面での図を示している。したがって、以下で説明する散乱電子の電子波は実際にはドーナツ状に一定の散乱角を持って散乱されているものである。

【0025】

ＳＴＥＰ１の条件の場合には、図６（ａ）に示したような状態となり、ブラッグ角θ_Bよりビーム開き角α_iが小さい状態（α_i＜θ_B）となる。このとき、非散乱電子６１と散乱電子６２とは重ならない。従って、信号検出面６４においては図６（ｂ）のような信号形態となる。なお、信号検出面６４とは検出器４２の検出面のことである。

【0026】

次に、図７（ａ）に示すように、α_iを図６（ａ）の状態（ＳＴＥＰ１の条件）から拡大させ、θ_B＜α_i≦２θ_Bの範囲に有る場合について述べる。このときは、散乱電子６２の片側と非散乱電子６１の電子波２波が重なるため、信号検出面６４における２波の重なった部分の領域では、図７（ｂ）に示すように電子波の干渉縞６５が現れる。

【0027】

さらに、図８（ａ）に示すように、α_iを図７（ａ）の状態からさらに拡大させ、α_i＞２θ_Bの範囲に有る場合について述べる。このときは、両方の散乱電子と非散乱電子の電子波３波が重なり、信号検出面６４において、図８（ｂ）に示すように非散乱電子の中央に干渉縞６６が現れる。この中央にできた干渉縞に対して、図９（ａ）に示すように絞り４４によって形成される検出角β_iの検出範囲６７で走査透過電子の信号として検出する。さらに、一次電子ビーム３を試料１３上で走査することにより、図９（ｂ）のように干渉縞６５および６６がシフトする。

【0028】

図１０は横軸を試料１３の走査位置として、縦軸を検出角β_iの範囲で検出された走査透過電子の総量としたグラフである。一次電子ビーム３を試料１３上で走査することにより干渉縞６５および６６がシフトして、図１０に示すように、走査透過電子像内では強弱を持った格子像信号６８が現れる。この格子像信号６８の強度変化を検出器４２で検出し、増幅器４３で増幅して、信号制御回路２８およびコンピュータ３０を介して、表示装置３１に格子像として出力される。

【0029】

以上より、少なくともα_iは２θ_Bよりも大きい角度を設定する必要があるが、加速電圧３０kV以下で格子像を観察するためには、さらに適切なビーム開き角（α_i1とする）を設定する必要がある。これを図１１で説明する。図１１は所定の格子面間隔ｄ、所定の加速電圧Ｖ_accのときの、ビーム開き角と像コントラストとの関係を示したものである。

【0030】

通常の二次電子像や走査透過像は、二次電子／走査透過像コントラスト７０のようにＳＴＥＰ１でのビーム開き角（α_i0とする）でビーム径が最小になり、そこで像のコントラストも最大となる。加速電圧が１００kV以上の走査透過電子顕微鏡では、ビーム径最小でのビーム開き角α_i0より２θ_Bの方が小さいので、走査透過像のコントラストが最大の条件（ビーム径最小でのビーム開き角α_i0）で格子像が可視化される。このため格子間隔に応じてビーム開き角α_iを厳密に調整する必要はない。一方、最大加速電圧が３０kV以下の汎用走査電子顕微鏡では、ビーム径が最小となるような条件であるビーム開き角α_i0は２θ_Bより小さいので、ビーム開き角α_i0の条件では格子像を得ることができない。

【0031】

前述のように格子像観察のためにビーム開き角α_iをα_i0からさらに増大させると、対物レンズ１２の収差による一次電子ビーム径の拡大とともに像コントラストが低下する。また、前述のようにビーム開き角α_iが２θ_Bよりも大きい値でないと、格子像は現れない。

【0032】

ここからさらにビーム開き角を増大させてα_i＞２θ_Bとすると格子像が得られる。ここで、加速電圧３０kV以下の走査電子顕微鏡では、ビーム径が拡大しているため、図１１に示すように、格子面間隔ｄおよび加速電圧に対して、設定するビーム開き角α_iの最適範囲が加速電圧１００kV〜２００kVの走査透過電子顕微鏡と比較して非常に限定されている。従って、加速電圧３０kV以下の走査電子顕微鏡において結晶薄膜試料を用いた寸法校正を実施する場合は、常に安定して格子像を取得するための最適条件に設定することが望ましい。格子像のコントラストは、格子像が観察できるビーム開き角（α_i＞２θ_B）に対して、図１１の格子像コントラスト７１のように、ビーム開き角α_i1でコントラストが最大となる。よって、格子像観察のためにはビーム開き角をα_i1に設定する。α_i1は、
α_i1＝２θ_B＋Δα_i
の値で定義される。θ_Bは上記の計算式より決定され、またΔα_iは、検出角β_iとともに、あらかじめ取得された実験結果にもとづき決定される。Δα_iは、格子面間隔ｄ、加速電圧Ｖ_acc、検出角β_i、対物レンズのワーキングディスタンス（ＷＤ）に依存する量である。ここで格子面間隔ｄ、加速電圧Ｖ_accは図４でのユーザの入力から決定され、検出角β_iおよびワーキングディスタンス（ＷＤ）は格子像を取得するときの装置の状態から決まる。よって、予め格子面間隔ｄ、加速電圧Ｖ_acc、検出角β_i、対物レンズのワーキングディスタンス（ＷＤ）に対して最適なΔα_iを求めて記憶部３５に記憶しておけば、格子像取得時に最適なΔα_iを読み出して設定することができる。

【0033】

次に、フォーカス変化量ΔＦの設定について説明する。ＳＴＥＰ１で設定された通常の高分解能観察条件でのフォーカスＦに対し、格子像を観察するためのフォーカスＦ′は、対象となる薄膜結晶試料の格子間隔ｄによって変化する。従って、フォーカスＦとＦ′の間にはずれがあるため、ΔＦ＝Ｆ−Ｆ′の量だけ、フォーカス設定をずらす必要がある。ここで、１００kV以上の走査透過電子顕微鏡の場合、格子像観察時のビーム開き角αｉ′が大きくないため、フォーカス変化ΔＦのずれが大きな画像変化とはならない。従って、通常はフォーカス変化ΔＦを与えることなく格子像を観察している。しかし、加速電圧３０kV以下の走査電子顕微鏡の場合、格子像を観察するためには、上述のようにα_iを大きくする必要があるため、フォーカス変化ΔＦのずれが大きな画像変化となって現れる。従って、３０kV以下で格子像を観察するときは、フォーカスを調整する必要がある。フォーカスはユーザがその都度調整しても良いが、最適なフォーカスに設定することに熟練を要するため、試料の格子間隔ｄに応じて格子像を観察するための最適なフォーカス条件Ｆ′（またはフォーカス条件Ｆからの変化ΔＦ）を装置側で設定することが必要となる。このフォーカス条件Ｆ′は、ブラッグ角θ_Bの関数で与えられるため、上記式のように加速電圧と格子間隔ｄを用いて決定される。

【0034】

また、検出角βについても最適値が存在する。図２で説明したように、検出角βは絞り４４の穴径によって決まっているので、これを調整することでβの最適値を選択できる。例えば多段階または連続的に穴径を切り替えられるように絞り４４の穴径を可変とするとよい。また別の例としては絞り４４自体を別の穴径を持つ絞りと交換可能としてもよい。複数の穴径すなわち複数の検出角に対してそれぞれ開き角をα_i1、フォーカス条件Ｆ′として格子像の取得を試み、最も鮮明な格子像が取得できる条件を選択しておく。

【0035】

なお、最適検出角β_i、デフォーカス量ΔＦについても、図１１で示した開き角α_iに対するコントラストの関係と同様に、最適範囲が非常に限定されているので、上記と同様に、格子像を得るために最適な検出角β_i、デフォーカス量ΔＦを予め求めておき、記憶部３５に記憶しておくのがよい。この際、最適な開き角α_i1（または最適なΔα_i）、最適な検出角β_i、最適なフォーカス条件Ｆ′（または最適なΔＦ）をセットにして記憶しておくとよい。以上より決定された、格子像観察のためのビーム開き角α_i、検出角β_i、フォーカスＦからのフォーカス変化量ΔＦに関する情報は、あらかじめ薄膜結晶試料ごとに記憶部３５に記憶され、ＳＴＥＰ２で設定された薄膜結晶試料（または格子面間隔ｄ）に応じて、記憶部３５より呼び出され、計算部３４およびコンピュータ３０を介して設定される。

【0036】

ＳＴＥＰ４
ＳＴＥＰ３で設定した条件の下で得られた格子像を画像取得部３２によって取得する。この格子像は表示装置３１上に表示されてもよい。また、画像処理部３３により、取得した格子像に対するフーリエ変換（ＦＴ）を行い、フーリエ変換パターン（ＦＴ情報）を取得する。これにより、所望の格子間隔ｄが得られているかを確認することができる。所望の格子間隔ｄが得られている場合には以下に説明する倍率校正は不要であると判断できる。もし所望の格子間隔ｄが得られていない場合は、その旨を警告するメッセージＧＵＩ上に表示することで、測定の信頼性を向上することも可能である。

【0037】

ＳＴＥＰ５
ＳＴＥＰ４で得られた格子像のＦＴ情報から、計算部３４によって画像の１画素に対応する寸法を計算し、その結果をもとにＳＴＥＰ４で得られた格子像の実際の倍率値Ｍ′を計算する。

【0038】

ＳＴＥＰ６
ＳＴＥＰ５の結果から、ＳＴＥＰ４においてコンピュータ３０によって設定されている倍率値Ｍと、実際の倍率Ｍ′との誤差率εを、次式で計算する。
ε＝（Ｍ−Ｍ′）／Ｍ′

【0039】

ＳＴＥＰ７
ＳＴＥＰ６で求めた倍率誤差εがゼロになるように、コンピュータ３０から偏向制御回路２５を通して、上段偏向コイル８および下段偏向コイル１０に流れる電流を変更することにより、走査電子顕微鏡の電子ビーム走査幅を校正する。

【0040】

このように、本実施例によれば、薄膜結晶試料の格子像を用いた信頼性の高い寸法校正が可能となる。

【0041】

特に、加速電圧が低い走査電子顕微鏡においても、薄膜結晶試料の格子像を容易に観察することが可能になるので、既知の面間隔ｄにより高倍率での倍率校正が可能になる。従って、従来は不可能であった１００万倍以上の高倍率での寸法測定に対して、信頼性の高い走査電子顕微鏡を提供できる。

【0042】

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

【符号の説明】

【0043】

１ 陰極
２ 第一陽極
３ 一次電子ビーム
４ 第二陽極
５ 第一収束レンズ
６ 対物絞り
７ 第二収束レンズ
８ 上段偏向コイル
１０ 下段偏向コイル
１２ 対物レンズ
１３ 試料
１４ 試料微動装置
１６ 二次電子
１７ 直交電磁界（ＥＸＢ）装置
２０、４２ 検出器
２１、４３ 増幅器
２２ 高電圧制御回路
２３ 第一収束レンズ制御回路
２４ 第二収束レンズ制御回路
２５ 偏向制御回路
２６ 対物レンズ制御回路
２７ 試料微動制御回路
２８ 信号制御回路
３０ コンピュータ
３１ 表示装置
３２ 画像取得部
３３ 画像処理部
３４ 計算部
３５ 記憶部
３６ 入力部
４１ 走査透過電子
４４ 絞り
４５ クロスオーバ位置
５１ ＧＵＩ
５２ 観察方法選択部分
５３ 薄膜結晶試料リスト
６１ 非散乱電子
６２ 散乱電子
６４ 信号検出面
６５、６６ 干渉縞
６７ 検出範囲
６８ 格子像信号
７０ 二次電子／走査透過電子像コントラスト
７１ 格子像コントラスト

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】