特許 6796616 荷電粒子線装置および画像取得方法

(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】6796616

(24)【登録日】2020年11月18日

(45)【発行日】2020年12月9日

(54)【発明の名称】荷電粒子線装置および画像取得方法

(51)【国際特許分類】

   H01J 37/22 20060101AFI20201130BHJP

   H01J 37/244 20060101ALI20201130BHJP

   H01J 37/28 20060101ALI20201130BHJP

   G01N 23/2251 20180101ALI20201130BHJP

【ＦＩ】

   H01J37/22 502H

   H01J37/244

   H01J37/28 B

   G01N23/2251

   H01J37/22 502F

【請求項の数】6

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2018-99634(P2018-99634)

(22)【出願日】2018年5月24日

(65)【公開番号】特開2019-204704(P2019-204704A)

(43)【公開日】2019年11月28日

【審査請求日】2019年11月27日

(73)【特許権者】

【識別番号】000004271

【氏名又は名称】日本電子株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100090387

【弁理士】

【氏名又は名称】布施 行夫

(74)【代理人】

【識別番号】100090398

【弁理士】

【氏名又は名称】大渕 美千栄

(72)【発明者】

【氏名】大塚 岳志

【審査官】 中尾 太郎

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０４−１０５０１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０７−０６５７７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−３４７２８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−０４７３１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−１５９５７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２５２４２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−１４６５２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１８−０４１６７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１０／０２２４７７９（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｊ ３７／２２

Ｈ０１Ｊ ３７／２４４

Ｈ０１Ｊ ３７／２８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

荷電粒子線で試料上を走査し、前記試料から放出される荷電粒子を検出して走査像を取得する荷電粒子線装置であって、
前記試料から放出される荷電粒子を検出する複数の検出部と、
前記複数の検出部から出力される複数の検出信号に基づいて、前記走査像を生成する画像処理部と、
を含み、
前記画像処理部は、
荷電粒子線の照射位置ごとに、複数の前記検出信号を取得する処理と、
取得した複数の前記検出信号のなかから、信号量の最大値および信号量の最小値を抽出し、前記最大値と前記最小値の差を算出する処理と、
複数の前記検出信号の信号量の総和を算出する処理と、
前記総和に基づく第１の値と前記差に基づく第２の値の和に基づいて、前記照射位置に対応する前記走査像の画素の画素値を求める処理と、
を行う、荷電粒子線装置。

【請求項2】

請求項１において、
前記複数の検出部は、光軸に関して対称に配置されている、荷電粒子線装置。

【請求項3】

請求項１または２において、
前記画素値を決定する処理では、
前記総和をＳｔｏｔａｌとし、前記差をＳｄｉｆｆとし、係数をＫとした場合に、信号量Ｓｃを、
Ｓｃ＝Ｓｔｏｔａｌ＋Ｋ×Ｓｄｉｆｆ
により求め、
前記信号量Ｓｃに基づいて、前記画素値を求める、荷電粒子線装置。

【請求項4】

請求項１または２において、
前記画素値を決定する処理では、前記第２の値を、前記差を変数とした多項式により算出する、荷電粒子線装置。

【請求項5】

請求項１ないし４のいずれか１項において、
前記画像処理部は、荷電粒子線の走査と並行して、複数の前記検出信号を取得する処理、前記差を算出する処理、前記総和を算出する処理、および前記画素値を求める処理を行う、荷電粒子線装置。

【請求項6】

荷電粒子線で試料上を走査し、前記試料から放出される荷電粒子を複数の検出部で検出して走査像を取得する荷電粒子線装置における画像取得方法であって、
荷電粒子線の照射位置ごとに、前記複数の検出部から出力される複数の検出信号を取得する工程と、
取得した複数の前記検出信号のなかから、信号量の最大値および信号量の最小値を抽出し、前記最大値と前記最小値の差を算出する工程と、
複数の前記検出信号の信号量の総和を算出する工程と、
前記総和に基づく第１の値と前記差に基づく第２の値の和に基づいて、前記照射位置に対応する前記走査像の画素の画素値を求める工程と、
を含む、画像取得方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、荷電粒子線装置および画像取得方法に関する。

【背景技術】

【0002】

走査電子顕微鏡（荷電粒子線装置の一例）では、細く絞った電子線を試料上で走査し、電子の入射によって試料から放出された電子を検出して、ＳＥＭ像を取得することができる。一般的なＳＥＭ像では、試料の組成のコントラストおよび試料表面の凹凸のコントラストが混ざっている。

【0003】

例えば、特許文献１には、２つの検出素子を、電子線を通過させる孔を挟んで対称に配置した反射電子検出器を備えた走査電子顕微鏡が記載されている。この走査電子顕微鏡では、２つの検出素子の信号を加算することで、試料の組成が強く反映されたＳＥＭ像（組成像）を取得でき、２つの検出素子の信号を減算することで、試料表面の凹凸が強く反映されたＳＥＭ像（凹凸像）を取得できる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開平７−６５７７５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

走査電子顕微鏡で試料の組成を観察する場合、上記のように２つの検出素子の信号を加算して組成像を取得する。しかしながら、２つの検出素子の信号を加算して組成像を取得したとしても、試料表面に凹凸があれば組成像には凹凸のコントラストが現れてしまう。

【0006】

ここで、反射電子検出器として用いられる半導体検出器は、従来、１０ｋｅＶ程度の比較的高いエネルギーの電子を検出し、それ以下の低いエネルギーの電子の検出は難しかった。そのため、反射電子像の取得は、１０ｋＶ以上の高加速電圧で行われていた。

【0007】

近年、半導体検出器は、２ｋｅＶ程度の比較的低いエネルギーの電子を検出可能なものが登場し、反射電子像の取得を低加速電圧で行えるようになった。低加速電圧では、高加速電圧に比べて電子の散乱領域が狭いため、高加速電圧では観察できなかった微細構造まで観察できる。

【0008】

しかしながら、一方で、低加速電圧で得られる反射電子像は、高加速電圧で得られる反射電子像と比べて、試料表面の凹凸の影響を受けやすい。高加速電圧の場合、電子の散乱領域が広いため、電子の散乱領域に対して試料表面の凹凸が小さくなり、反射電子放出量は凹凸の影響を受けにくい。これに対して、低加速電圧の場合、電子の散乱領域が狭くなるため、電子の散乱領域に対して試料表面の凹凸が大きくなり、反射電子放出量は凹凸の影響を受けやすい。そのため、低加速電圧の場合、組成像には、凹凸のコントラストが現れやすい。

【0009】

本発明の目的は、試料表面の凹凸のコントラストを低減して、良好な組成像を取得することができる荷電粒子線装置および画像取得方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明に係る荷電粒子線装置の一態様は、
荷電粒子線で試料上を走査し、前記試料から放出される荷電粒子を検出して走査像を取得する荷電粒子線装置であって、
前記試料から放出される荷電粒子を検出する複数の検出部と、
前記複数の検出部から出力される複数の検出信号に基づいて、前記走査像を生成する画像処理部と、
を含み、
前記画像処理部は、
荷電粒子線の照射位置ごとに、複数の前記検出信号を取得する処理と、
取得した複数の前記検出信号のなかから、信号量の最大値および信号量の最小値を抽出し、前記最大値と前記最小値の差を算出する処理と、
複数の前記検出信号の信号量の総和を算出する処理と、
前記総和に基づく第１の値と前記差に基づく第２の値の和に基づいて、前記照射位置に対応する前記走査像の画素の画素値を求める処理と、
を行う。

【0011】

このような荷電粒子線装置では、前記総和に基づく第１の値と前記差に基づく第２の値の和に基づいて画素値を求めるため、凹凸のコントラストが低減された良好な組成像を取得することができる。

【0012】

本発明に係る画像取得方法の一態様は、
荷電粒子線で試料上を走査し、前記試料から放出される荷電粒子を複数の検出部で検出して走査像を取得する荷電粒子線装置における画像取得方法であって、
荷電粒子線の照射位置ごとに、前記複数の検出部から出力される複数の検出信号を取得する工程と、
取得した複数の前記検出信号のなかから、信号量の最大値および信号量の最小値を抽出し、前記最大値と前記最小値との差を算出する工程と、
複数の前記検出信号の信号量の総和を算出する工程と、
前記総和に基づく第１の値と前記差に基づく第２の値の和に基づいて、前記照射位置に対応する前記走査像の画素の画素値を求める工程と、
を含む。

【0013】

このような画像取得方法では、前記総和に基づく第１の値と前記差に基づく第２の値の和に基づいて画素値を求めるため、凹凸のコントラストを低減された良好な組成像を取得することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本実施形態に係る走査電子顕微鏡の構成を示す図。

【図2】電子検出器を模式的に示す平面図。

【図3】試料表面の凹凸と信号量の関係を説明するための図。

【図4】試料表面の凹凸と信号量の関係を説明するための図。

【図5】画像処理装置における走査像を生成する処理の一例を示すフローチャート。

【図6】第１検出領域の第１検出信号で生成されたＳＥＭ像。

【図7】第２検出領域の第２検出信号で生成されたＳＥＭ像。

【図8】第３検出領域の第３検出信号で生成されたＳＥＭ像。

【図9】第４検出領域の第４検出信号で生成されたＳＥＭ像。

【図10】信号量Ｓｔｏｔａｌで生成された組成像。

【図11】信号量Ｓｄｉｆｆで生成された傾斜像。

【図12】信号量Ｓｃで生成された走査像。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本発明の好適な実施形態について図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また、以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。

【0016】

また、以下では、本発明に係る荷電粒子線装置として、電子線を照射して試料から放出される電子を検出して走査像を取得する走査電子顕微鏡を例に挙げて説明する。なお、本発明に係る荷電粒子線装置は電子線以外の荷電粒子線（イオンビーム等）を照射して試料から放出される荷電粒子を検出して走査像を取得する装置であってもよい。

【0017】

１． 走査電子顕微鏡の構成
まず、本実施形態に係る走査電子顕微鏡について図面を参照しながら説明する。図１は、本実施形態に係る走査電子顕微鏡１００の構成を示す図である。

【0018】

走査電子顕微鏡１００は、電子線で試料１０１上を走査し、試料１０１から放出される電子を検出して、走査像を取得する。走査電子顕微鏡１００は、図１に示すように、電子源２と、収束レンズ３と、対物レンズ４と、走査偏向器５と、試料ステージ６と、電子検出器８と、走査信号発生器１０と、増幅器１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄと、信号調整器１４と、信号取得部１６と、信号変換器１８と、操作部２０と、表示部２２と、記憶部２４と、画像処理部３０と、を含む。

【0019】

電子源２は、電子を発生させる。電子源２は、例えば、陰極から放出された電子を陽極で加速し電子線を放出する電子銃である。

【0020】

収束レンズ３は、対物レンズ４とともに、電子源２から放出された電子線を収束させて電子プローブを形成する。収束レンズ３によって、電子プローブの径やプローブ電流（照射電流量）を制御することができる。

【0021】

対物レンズ４は、試料１０１の直前に配置された電子プローブを形成するためのレンズである。対物レンズ４は、例えば、コイルと、ヨークと、を含んで構成されている。対物レンズ４では、コイルで作られた磁力線を、鉄などの透磁率の高い材料で作られたヨークに閉じ込め、ヨークの一部に切欠きを作ることで、高密度に分布した磁力線を光軸ＯＡ上に漏洩させる。

【0022】

走査偏向器５は、収束レンズ３と対物レンズ４とによって形成された電子プローブ（収束された電子線）を偏向させる。走査偏向器５は、電子プローブで、試料１０１上を走査するために用いられる。走査偏向器５は、走査信号発生器１０が発生させた走査信号に応じて駆動し、電子線を偏向させる。この結果、電子プローブで試料１０１上を走査することができる。

【0023】

試料ステージ６には、試料１０１が載置される。試料ステージ６は、試料１０１を支持している。試料ステージ６は、試料１０１を移動させるための駆動機構を有している。

【0024】

電子検出器８は、試料１０１に電子線が照射されることによって試料１０１から放出された電子（例えば、反射電子）を検出する。電子検出器８は、例えば、半導体検出器である。電子検出器８は、対物レンズ４と試料ステージ６との間に配置されている。

【0025】

図２は、電子検出器８を模式的に示す平面図である。電子検出器８は、図２に示すように、４つの検出領域（第１検出領域９ａ、第２検出領域９ｂ、第３検出領域９ｃ、第４検出領域９ｄ）を有している分割型検出器である。４つの検出領域９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄは、それぞれ独立して電子を検出可能である。すなわち、４つの検出領域９ａ，９ｂ，９
ｃ，９ｄの各々が、検出された電子の量に応じた信号量の検出信号を出力する検出部として機能する。図示の例では、第１検出領域９ａから第１検出信号が出力され、第２検出領域９ｂから第２検出信号が出力され、第３検出領域９ｃから第３検出信号が出力され、第４検出領域９ｄから第４検出信号が出力される。

【0026】

図２に示す例では、円環状の検出面を円周方向に分割することで、４つの検出領域９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄが形成されている。電子検出器８には、電子線を通過させる孔が設けられている。電子検出器８では、４つの検出領域９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄが光軸ＯＡに関して対称に配置されている。４つの検出領域９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄは、光軸ＯＡに垂直な面内に配置されている。すなわち、４つの検出領域９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄは、光軸ＯＡに垂直な面内において、光軸ＯＡに関して対称に配置されている。４つの検出領域９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄの面積は、例えば、互いに等しい。

【0027】

なお、検出器（検出面）の形状や、分割数は、図２に示す例に限定されない。また、電子検出器８として分割型検出器のかわりに、検出領域が１つの電子検出器を複数配置してもよい。この場合、１つの電子検出器が１つの検出部を構成する。

【0028】

また、図１に示す例では、電子検出器８が対物レンズ４の直下に配置されているが、電子検出器８は、試料１０１から放出された反射電子を検出することができればその位置は特に限定されない。

【0029】

例えば、図示はしないが、走査電子顕微鏡１００において、対物レンズ４として、レンズの磁場を積極的に試料１０１付近まで発生させることで低加速電圧での分解能を向上させたレンズ（いわゆるシュノーケルレンズ）を用いた場合、電子検出器８を対物レンズ４内に配置してもよい。この場合、試料１０１から放出された電子は対物レンズ４の中心穴を通過して対物レンズ４内に到達しやすいためである。

【0030】

走査電子顕微鏡１００では、電子源２から放出された電子線を収束レンズ３および対物レンズ４によって収束して電子プローブを形成し、走査偏向器５で電子線を偏向させることによって、電子プローブで試料１０１上を走査する。これにより、試料１０１から電子（例えば反射電子）が放出される。試料１０１から放出された反射電子は、電子検出器８で検出される。

【0031】

第１検出領域９ａから出力された検出信号は、増幅器１２ａで増幅される。第２検出領域９ｂから出力された第２検出信号は、増幅器１２ｂで増幅される。第３検出領域９ｃから出力された第３検出信号は、増幅器１２ｃで増幅される。第４検出領域９ｄから出力された第４検出信号は、増幅器１２ｄで増幅される。増幅器１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄにおける検出信号の増幅率およびオフセット量等は、信号調整器１４により調整される。

【0032】

信号取得部１６は、増幅器１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄで増幅された第１〜第４検出信号を取得する。また、信号取得部１６は、走査信号発生器１０からの走査信号を受け付けて、試料１０１における電子線の照射位置の情報を取得する。信号取得部１６では、第１〜第４検出信号が電子線の照射位置の情報に関連づけられる。信号取得部１６は、例えば、専用回路により実現できる。

【0033】

信号取得部１６から出力された検出信号は、信号変換器１８において画像処理部３０で読み取り可能な信号に変換される。

【0034】

操作部２０は、ユーザーからの指示を信号に変換して画像処理部３０に送る処理を行う
。操作部２０は、例えば、ボタン、キー、タッチパネル型ディスプレイ、マイクなどの入力機器により実現できる。

【0035】

表示部２２は、画像処理部３０で生成された画像を出力する。表示部２２は、例えば、ＬＣＤ（liquid crystal display）などのディスプレイにより実現できる。

【0036】

記憶部２４は、画像処理部３０が各種の計算処理を行うためのプログラムやデータ等を記憶している。また、記憶部２４は、画像処理部３０のワーク領域として用いられる。記憶部２４は、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、およびハードディスクなどにより実現できる。

【0037】

画像処理部３０は、４つの検出領域９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄから出力される第１〜第４検出信号に基づいて、走査像を生成する処理を行う。

【0038】

具体的には、画像処理部３０は、電子線の照射位置ごとに、第１〜第４検出信号を取得する処理と、取得した第１〜第４検出信号のなかから、信号量の最大値および信号量の最小値を抽出し、最大値と最小値との差を算出する処理と、複数の検出信号の信号量の総和を算出する処理と、前記総和に基づく第１の値と前記差に基づく第２の値の和に基づいて、前記照射位置に対応する画素の画素値を求める処理と、を行う。

【0039】

画像処理部３０の機能は、各種プロセッサー（ＣＰＵ（Central Processing Unit）など）でプログラムを実行することにより実現できる。なお、画像処理部３０の機能の少なくとも一部を、ＡＳＩＣ（ゲートアレイ等）などの専用回路により実現してもよい。

【0040】

２． 画像取得方法
次に、走査像を生成する手法について説明する。

【0041】

試料１０１上の１点である照射位置（ｘ，ｙ）で得られた、第１検出信号の信号量をａとし、第２検出信号の信号量をｂとし、第３検出信号の信号量をｃとし、第４検出信号の信号量をｄとする。

【0042】

まず、照射位置（ｘ，ｙ）で得られた第１〜第４検出信号のなかから、信号量の最大値Ｓｍａｘ（ａ，ｂ，ｃ，ｄ）と、信号量の最小値Ｓｍｉｎ（ａ，ｂ，ｃ，ｄ）を抽出する。そして、最大値Ｓｍａｘ（ａ，ｂ，ｃ，ｄ）と最小値Ｓｍｉｎ（ａ，ｂ，ｃ，ｄ）の差の信号量Ｓｄｉｆｆ＝Ｓｍａｘ（ａ，ｂ，ｃ，ｄ）−Ｓｍｉｎ（ａ，ｂ，ｃ，ｄ）を求める。

【0043】

照射位置において、試料表面が平坦（水平）であれば、４つの検出領域９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄでは等しく電子が検出されるので、第１〜第４検出信号の信号量はほぼ等しくなり、信号量Ｓｄｉｆｆはほぼ零となる。

【0044】

これに対して、照射位置において、試料表面が傾いていれば、試料表面の法線方向の検出領域の検出信号の信号量が多くなり、当該法線方向とは反対方向の検出領域の検出信号の信号量が少なくなる。そのため、最小値Ｓｍｉｎ（ａ，ｂ，ｃ，ｄ）と最大値Ｓｍａｘ（ａ，ｂ，ｃ，ｄ）に差が生じる。このとき、傾斜角が大きいほど、信号量Ｓｄｉｆｆは大きくなる。そのため、信号量Ｓｄｉｆｆを求めることで、試料表面の傾斜を検出できる。

【0045】

次に、第１〜第４検出信号の信号量ａ，ｂ，ｃ，ｄの総和の信号量Ｓｔｏｔａｌ＝ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄを求める。信号量Ｓｔｏｔａｌは、一般的に使用される円環状の半導体検出器
と同様の信号となるため、信号量Ｓｔｏｔａｌには、組成の信号と、試料表面の傾斜の信号と、が含まれる。そのため、信号量Ｓｔｏｔａｌで生成された走査像は、試料１０１の組成と試料表面の凹凸の両方が反映された画像となる。

【0046】

信号量Ｓｔｏｔａｌは、試料表面の傾斜が大きくなるに従って減少するため、信号量Ｓｄｉｆｆに基づく値に応じて信号量Ｓｔｏｔａｌを補正すれば、走査像において凹凸のコントラストを低減できる。

【0047】

例えば、信号量Ｓｄｉｆｆが傾斜角に比例して増加し、総和Ｓｔｏｔａｌが傾斜角に比例して減少する場合、次式に示すように、信号量Ｓｄｉｆｆに係数Ｋを掛けて、総和Ｓｔｏｔａｌに加算することで、信号量Ｓｃ（次式参照）を求める。

【0048】

Ｓｃ＝Ｓｔｏｔａｌ＋Ｋ×Ｓｄｉｆｆ
係数Ｋは、任意の定数であり、あらかじめ設定されていてもよい。また、係数Ｋを任意の定数として走査像を生成し、生成された走査像を表示部２２に表示させ、表示部２２に表示された走査像を見て、ユーザーが係数Ｋを設定してもよい。このとき、走査像の生成と、係数Ｋの設定と、を繰り返すことで、良好な走査像を得ることができる。

【0049】

次に、信号量Ｓｃに基づいて、照射位置（ｘ，ｙ）に対応する画素の画素値を求める。ここでは、走査像はグレースケールで表されるため、画素値は輝度値である。通常のＳＥＭ像を生成する場合と同様に、信号量Ｓｃに応じて、輝度値を決定する。例えば、輝度値は信号量に比例するものとして、画素の輝度値を決定する。

【0050】

このようにして、走査像を構成するすべての画素について画素値を求めることで、凹凸のコントラストが低減された走査像を得ることができる。

【0051】

なお、次式のように、信号量Ｓｄｉｆｆに応じて信号のオフセット量Ｏｓを変化させてもよい。

【0052】

Ｓｃ＝Ｓｔｏｔａｌ＋Ｋ×（Ｓｄｉｆｆ＋Ｏｓ）
これにより、凹凸のコントラストをより低減できる。

【0053】

なお、上記では、信号量Ｓｄｉｆｆが傾斜角に比例して増加し、信号量Ｓｔｏｔａｌが傾斜角に比例して減少する場合について説明したが、これは比較的、試料表面の傾斜角が小さい場合に有効である。試料表面の傾斜が大きい場合、この関係から大きく外れる場合がある。そのため、試料表面の傾斜が大きい場合には、次式に示すように、信号量Ｓｄｉｆｆを変数とした多項式を信号量Ｓｔｏｔａｌに加えてもよい。

【0054】

Ｓｃ＝Ｓｔｏｔａｌ＋ｆ（Ｓｄｉｆｆ）
例えば、ｆ（Ｓｄｉｆｆ）＝Ｃ１×Ｓｄｉｆｆ^２＋Ｃ２×Ｓｄｉｆｆ＋Ｃ３としてもよい。ただし、Ｃ１、Ｃ２、およびＣ３は、任意の定数である。

【0055】

以下、上記の手法で凹凸のコントラストが低減された走査像を得ることができる理由について説明する。

【0056】

まず、試料表面の凹凸と信号量の関係を説明する。

【0057】

反射電子の放出率と試料表面の傾斜角の関係は、試料表面が水平の場合（傾斜角が零の場合）に放出率が最大となり、試料表面の傾斜角が大きくなるに従って放出率は低下する。

【0058】

図３および図４は、試料表面の凹凸と信号量の関係を説明するための図である。ここでは、便宜上、電子検出器が２つの検出領域（検出領域Ｒ２および検出領域Ｒ４）を有しているものとする。

【0059】

図３に示すように、検出領域Ｒ２と検出領域Ｒ４とは、光軸ＯＡを挟んで対称な位置に配置されている。なお、実際の装置では、電子の走査領域に対して電子検出器が十分に大きく、電子の放出点に関して検出領域Ｒ２と検出領域Ｒ４とは対称となるため、検出領域Ｒ２と検出領域Ｒ４とはほぼ同じ角度範囲の電子を検出する。そのため、試料表面が平坦（水平）であれば、検出領域Ｒ２と検出領域Ｒ４には同じ量の電子が入射する。

【0060】

図４には、電子線で、平坦な第１部分１０１ａから凸形状の頂点１０１ｂを通って、平坦な第２部分１０１ｃまで走査した場合の検出領域Ｒ２の信号量Ａと検出領域Ｒ４の信号量Ｂを示している。

【0061】

検出領域Ｒ２の信号量Ａは、電子線が第１部分１０１ａから凸形状の頂点１０１ｂに向かうに従って増加し、電子線が頂点１０１ｂから第２部分１０１ｃに向かうに従って減少する。

【0062】

これに対して、検出領域Ｒ４の信号量Ｂは、電子線が第１部分１０１ａから頂点１０１ｂに向かうに従って減少し、電子線が頂点１０１ｂから第２部分１０１ｃに向かうに従って増加する。

【0063】

ここで、反射電子の放出率は、試料表面が水平の状態が最大であり、試料表面の傾斜角が大きくなるに従って低下する。そのため、試料表面が水平の場合の信号量ｈに対して、試料表面の傾斜により信号量が増えた方の信号量の増加量をｈ１とし、信号量が減った方の減少量をｈ２とすると、それぞれの絶対値は｜ｈ１｜＜｜ｈ２｜となる。そのため、信号量Ａと信号量Ｂとを足し合わせても、図３に示すように、信号量Ａ＋Ｂは平坦にならず、傾斜のあるところで信号量が低下する。

【0064】

したがって、本実施形態では、信号量Ａと信号量Ｂに基づいて、試料表面の傾斜情報を取得する。

【0065】

具体的には、まず、電子線を走査しながら、信号量Ａと信号量Ｂとを比較して、信号量の最大値Ｓｍａｘ（Ａ，Ｂ）と信号量の最小値Ｓｍｉｎ（Ａ，Ｂ）を抽出する。第１部分１０１ａと頂点１０１ｂとの間では、信号量Ａが信号量Ｂよりも大きいため、最大値Ｓｍａｘ（Ａ，Ｂ）は信号量Ａとなり、最小値Ｓｍｉｎ（Ａ，Ｂ）は信号量Ｂとなる。また、頂点１０１ｂと第２部分１０１ｃとの間では、信号量Ｂが信号量Ａよりも大きいため、最大値Ｓｍａｘ（Ａ，Ｂ）は信号量Ｂとなり、最小値Ｓｍｉｎ（Ａ，Ｂ）は信号量Ａとなる。また、第１部分１０１ａおよび第２部分１０１ｃでは、信号量Ａと信号量Ｂは等しくなるため、最大値Ｓｍａｘ（Ａ，Ｂ）と最小値Ｓｍｉｎ（Ａ，Ｂ）は同じ値となる。信号量Ａと信号量Ｂが同じ値の場合、最大値Ｓｍａｘ（Ａ，Ｂ）および最小値Ｓｍｉｎ（Ａ，Ｂ）はどちらの値であってもよい。

【0066】

次に、最大値Ｓｍａｘ（Ａ，Ｂ）と最小値Ｓｍｉｎ（Ａ，Ｂ）の差を求める。抽出した最大値Ｓｍａｘ（Ａ，Ｂ）と最小値Ｓｍｉｎ（Ａ，Ｂ）は、常に、最大値Ｓｍａｘ（Ａ，Ｂ）≧最小値Ｓｍｉｎ（Ａ，Ｂ）の関係を満たすため、減算結果である信号量Ｓｄｉｆｆ＝Ｓｍａｘ（Ａ，Ｂ）−Ｓｍｉｎ（Ａ，Ｂ）は、正の数または零となる。信号量Ｓｄｉｆｆは、試料表面が水平の場合、ほぼ零となり、試料表面の傾斜が大きい程、値が大きくなる。そのため、信号量Ｓｄｉｆｆから、試料表面の傾斜の大きさを判断できる。

【0067】

なお、組成による信号量の変化は、試料表面の傾斜の影響を受けない。そのため、信号量Ｓｄｉｆｆには、組成の情報は含まれない。

【0068】

ここで、図４に示すように、信号量Ｓｔｏｔａｌ＝Ａ＋Ｂは、試料表面の傾斜角が大きくなるほど信号量が低下するのに対して、信号量Ｓｄｉｆｆ＝Ｓｍａｘ（Ａ，Ｂ）−Ｓｍｉｎ（Ａ，Ｂ）は、試料表面の傾斜角が大きくなるほど信号量が増加する。そこで、信号量Ｓｔｏｔａｌに基づく値（第１の値）と信号量Ｓｄｉｆｆに基づく値（第２の値）を足し合わせることで、試料表面の傾斜による信号量の変化が相殺され、試料表面の凹凸の影響が低減された走査像を得ることができる。

【0069】

３． 処理
次に、画像処理部３０における処理を説明する。図５は、画像処理部３０における走査像を生成する処理の一例を示すフローチャートである。ここでは、走査像は、第ｇの画素（ｇ＝０，１，２，・・・，ｍ−１）として表される第１〜第ｍの画素で構成されているものとする。

【0070】

まず、ｇ＝０として（Ｓ１０）、第ｇの画素（ｇ＝０）に対応する照射位置における第１検出信号、第２検出信号、第３検出信号、および第４検出信号を取得する（Ｓ１２）。

【0071】

次に、ステップＳ１０で取得された第１〜第４検出信号のなかから、信号量の最大値Ｓｍａｘ（ａ，ｂ，ｃ，ｄ）および信号量の最小値Ｓｍｉｎ（ａ，ｂ，ｃ，ｄ）を抽出し、最大値Ｓｍａｘ（ａ，ｂ，ｃ，ｄ）と最小値Ｓｍｉｎ（ａ，ｂ，ｃ，ｄ）の差の信号量Ｓｄｉｆｆ＝Ｓｍａｘ（ａ，ｂ，ｃ，ｄ）−Ｓｍｉｎ（ａ，ｂ，ｃ，ｄ）を算出する（Ｓ１４）。

【0072】

次に、ステップＳ１０で取得された第１〜第４検出信号の信号量の総和の信号量Ｓｔｏｔａｌ＝ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄを算出する（Ｓ１６）。

【0073】

次に、信号量Ｓｔｏｔａｌに、係数Ｋを掛けた信号量Ｓｄｉｆｆを加算して、信号量Ｓｃ＝Ｓｔｏｔａｌ＋Ｋ×Ｓｄｉｆｆを算出する（Ｓ１８）。

【0074】

次に、信号量Ｓｃに基づいて、画素値（輝度値）を求める（Ｓ２０）。

【0075】

次に、表示部２２において第ｇの画素（ｇ＝０）に対応する領域が、求めた輝度値で表示されるように表示部２２を制御する処理（描画処理）を行う（Ｓ２２）。これにより、表示部２２の第ｇの画素（ｇ＝０）に対応する領域が、求めた輝度値で表示される。

【0076】

次に、ｇ＝ｇ＋１として（Ｓ２４）、ステップＳ１２に戻って、同様に、第ｇの画素（ｇ＝１）の画素値を求めて（Ｓ１４、Ｓ１６、Ｓ１８、Ｓ２０）、描画処理（Ｓ２２）を行う。これらの処理を、ｇ＞ｍ−１となるまで繰り返す（Ｓ２６）。

【0077】

以上の処理により、走査像を表示部２２に表示させることができる。このようにして、走査像を生成することができる。

【0078】

なお、上記の走査像を生成する処理は、電子線の走査と並行して行われてもよい。これにより、試料１０１の走査像をリアルタイムに表示部２２に表示することができる。

【0079】

また、最初に、第１検出信号でＳＥＭ像（図６参照）を生成し、第２検出信号でＳＥＭ像（図７参照）を生成し、第３検出信号でＳＥＭ像（図８参照）を生成し、第４検出信号
でＳＥＭ像（図９参照）を生成した後に、生成した４つのＳＥＭ像から画素ごとに信号量ａ，ｂ，ｃ，ｄの情報を取得して、上述した図５に示す処理と同様の処理を行って、走査像を生成してもよい。

【0080】

図６は、第１検出信号（信号量ａ）で生成されたＳＥＭ像である。図７は、第２検出信号（信号量ｂ）で生成されたＳＥＭ像である。図８は、第３検出信号（信号量ｃ）で生成されたＳＥＭ像である。図９は、第４検出信号（信号量ｄ）で生成されたＳＥＭ像である。

【0081】

図６〜図９に示す４つのＳＥＭ像を比較すると、組成のコントラストは同じであるが、凹凸のコントラストが異なる。これは、照明効果によるものである。

【0082】

図１０は、信号量Ｓｔｏｔａｌ＝ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄで生成された走査像（組成像）である。図１０に示す組成像では、組成のコントラストが得られているが、視野の中心付近には、凹凸のコントラストが確認できる。

【0083】

図１１は、信号量Ｓｄｉｆｆ＝Ｓｍａｘ（ａ，ｂ，ｃ，ｄ）−Ｓｍｉｎ（ａ，ｂ，ｃ，ｄ）で生成された走査像（傾斜像）である。図１１に示す傾斜像では、視野の中心付近に、凹部または凸部があることがわかる。

【0084】

図１２は、信号量Ｓｔｏｔａｌ＋ｋ×Ｓｄｉｆｆで生成された走査像である。図１２に示す走査像では、図１０に示す組成像と比べて、凹凸のコントラストが低減している。

【0085】

４． 特徴
走査電子顕微鏡１００は、例えば、以下の特徴を有する。

【0086】

走査電子顕微鏡１００では、画像処理部３０は、電子線の照射位置ごとに、複数の検出信号を取得する処理と、取得した複数の検出信号のなかから、信号量の最大値Ｓｍａｘおよび信号量の最小値Ｓｍｉｎを抽出し、最大の信号量と最小の信号量との差Ｓｄｉｆｆを算出する処理と、複数の検出信号の信号量の総和Ｓｔｏｔａｌを算出する処理と、前記和に基づく第１の値（総和Ｓｔｏｔａｌ）と前記差に基づく第２の値（Ｋ×Ｓｄｉｆｆ、またはｆ（Ｓｄｉｆｆ））に基づいて、照射位置に対応する画素の画素値を求める処理と、を行う。

【0087】

そのため、走査電子顕微鏡１００では、上述したように、凹凸のコントラストが低減された良好な走査像（組成像）を取得することができる。
走査電子顕微鏡１００では、複数の検出領域９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄは、光軸ＯＡに関して対称に配置されているため、検出信号から画素値を求める計算を簡素化することができる。

【0088】

走査電子顕微鏡１００では、信号量Ｓｃを、Ｓｃ＝Ｓ_{ｔｏｔａｌ}＋Ｋ×Ｓ_ｄｉｆｆにより求め、信号量Ｓｃに基づいて画素値を求める。そのため、走査電子顕微鏡１００では、凹凸のコントラストが低減された走査像を取得することができる。

【0089】

走査電子顕微鏡１００では、画素値を決定する処理では、前記第２の値を、差の信号量Ｓｄｉｆｆを変数とした多項式ｆ（Ｓｄｉｆｆ）により算出する。そのため、走査電子顕微鏡１００では、凹凸のコントラストが低減された走査像を取得することができる。

【0090】

走査電子顕微鏡１００では、画像処理部３０は、電子線の走査と並行して、第１〜第４検出信号を取得する処理、差の信号量Ｓｄｉｆｆを算出する処理、総和の信号量Ｓｔｏｔ
ａｌを算出する処理、および信号量Ｓｃに基づき画素値を求める処理を行う。そのため、走査電子顕微鏡１００では、凹凸のコントラストが低減された走査像を短時間で取得することができる。

【0091】

なお、上述した実施形態及び変形例は一例であって、これらに限定されるわけではない。例えば各実施形態及び各変形例は、適宜組み合わせることが可能である。

【0092】

例えば、上述した実施形態では、第１の値としての総和Ｓｔｏｔａｌに、差に基づく第２の値（Ｋ×Ｓｄｉｆｆ）を加算することで、信号量Ｓｃを算出したが、例えば、総和Ｓｔｏｔａｌに任意の係数Ｋ´を掛けた第１の値（Ｋ´×Ｓｔｏｔａｌ）に、第２の値を加算することで信号量Ｓｃを算出してもよい。

【0093】

また、例えば、上記では、電子検出器８が４つの検出領域９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄを有する場合について説明したが、電子検出器８が有する検出領域の数は、２以上であればよく、３以上であることが好ましい。

【0094】

本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法および結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。

【符号の説明】

【0095】

２…電子源、３…収束レンズ、４…対物レンズ、５…走査偏向器、６…試料ステージ、８…電子検出器、９ａ…第１検出領域、９ｂ…第２検出領域、９ｃ…第３検出領域、９ｄ…第４検出領域、１０…走査信号発生器、１２ａ…増幅器、１２ｂ…増幅器、１２ｃ…増幅器、１２ｄ…増幅器、１４…信号調整器、１６…信号取得部、１８…信号変換器、２０…操作部、２２…表示部、２４…記憶部、３０…画像処理部、１００…走査電子顕微鏡

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】