特許 6851345 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】6851345

(24)【登録日】2021年3月11日

(45)【発行日】2021年3月31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 20060101AFI20210322BHJP

   H01J 37/244 20060101ALI20210322BHJP

   H01J 37/28 20060101ALI20210322BHJP

   G01N 23/2251 20180101ALI20210322BHJP

【ＦＩ】

   H01J37/22 502H

   H01J37/244

   H01J37/28 B

   G01N23/2251

【請求項の数】9

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2018-99657(P2018-99657)

(22)【出願日】2018年5月24日

(65)【公開番号】特開2019-204706(P2019-204706A)

(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】 小林 直暉

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１８−０４１６７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−３６２０８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０７−０６５７７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０２−０６１９５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００５／００３６６６８（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｊ３７／００−３７／０２

３７／０５

３７／０９−３７／１８

３７／２１

３７／２４−３７／２４４

３７／２５２−３７／２９５

(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、前記複数の検出信号に基づいて、試料表面の傾斜方向および前記試料表面の傾斜角を算出する処理と、
算出された前記傾斜方向および前記傾斜角に応じて前記走査像の画素の色を決定する処理と、
を行い、
前記画像処理部は、前記傾斜方向を前記画素の色相として表し、前記複数の検出部の向きと前記色相との関係が一定となるように、荷電粒子線の走査方向に基づいて前記色相を変化させる、荷電粒子線装置。

【請求項2】

請求項１において、
前記画像処理部は、前記複数の検出信号の信号量の総和を算出する処理を行い、
前記傾斜角を前記画素の彩度として表し、前記複数の検出信号の信号量の総和を前記画素の明度として表す、荷電粒子線装置。

【請求項3】

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、前記複数の検出信号に基づいて、試料表面の傾斜方向および前記試料表面の傾斜角を算出する処理と、
算出された前記傾斜方向および前記傾斜角に応じて前記走査像の画素の色を決定する処理と、
を行い、
前記画像処理部は、前記複数の検出信号の信号量の総和を算出する処理を行い、
前記傾斜方向を前記画素の色相として表し、前記傾斜角を前記画素の彩度として表し、前記複数の検出信号の信号量の総和を前記画素の明度として表す、荷電粒子線装置。

【請求項4】

請求項２または３において、
前記画像処理部で生成された画像を表示する表示部を含み、
前記画像処理部は、前記走査像と、前記傾斜方向と前記色相との関係を示す色相環と、を前記表示部に表示させる制御を行う、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、
前記傾斜方向および前記傾斜角を算出する処理では、
前記検出信号の信号量をベクトルの大きさとし、基準位置に対する前記検出部の方向をベクトルの向きとして、前記複数の検出部に対応する複数のベクトルの和を求め、
前記和の方向に基づき前記傾斜方向を求め、前記和の大きさに基づき前記傾斜角を求める、荷電粒子線装置。

【請求項6】

請求項１ないし５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、前記傾斜方向および前記傾斜角を算出する処理および前記画素の色を決定する処理を行う、荷電粒子線装置。

【請求項7】

請求項１ないし６のいずれか１項において、
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8】

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に基づいて、試料表面の傾斜方向および前記試料表面の傾斜角を算出する工程と、
算出された前記傾斜方向および前記傾斜角に応じて前記走査像の画素の色を決定する工程と、
を含み、
前記画素の色を決定する工程では、前記傾斜方向を前記画素の色相として表し、前記複数の検出部の向きと前記色相との関係が一定となるように、荷電粒子線の走査方向に基づいて前記色相を変化させる、画像取得方法。

【請求項9】

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に基づいて、試料表面の傾斜方向および前記試料表面の傾斜角を算出する工程と、
算出された前記傾斜方向および前記傾斜角に応じて前記走査像の画素の色を決定する工程と、
を含み、
前記画素の色を決定する工程では、前記複数の検出信号の信号量の総和を算出し、前記傾斜方向を前記画素の色相として表し、前記傾斜角を前記画素の彩度として表し、前記複数の検出信号の信号量の総和を前記画素の明度として表す、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の周囲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】

そのため、例えば、試料表面を平らにして、試料表面に凹凸がない状態で観察を行うことで、凹凸のコントラストを無くすことができる。しかしながら、走査電子顕微鏡では、ナノスケールでの観察が可能であり、試料をナノスケールで平坦にすることは困難である。

【0007】

したがって、従来、試料の組成を観察する場合には、組成像および凹凸像を同一視野で撮影し、組成像と凹凸像を見比べながら、得られた組成像のコントラストが、組成によるものか、凹凸によるものかを判断しなければならなかった。

【0008】

本発明は、組成のコントラストと凹凸のコントラストを容易に判別できる走査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。

【課題を解決するための手段】

【0009】

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、前記複数の検出信号に基づいて、試料表面の傾斜方向および前記試料表面の傾斜角を算出する処理と、
算出された前記傾斜方向および前記傾斜角に応じて前記走査像の画素の色を決定する処理と、
を行い、
前記画像処理部は、前記傾斜方向を前記画素の色相として表し、前記複数の検出部の向きと前記色相との関係が一定となるように、荷電粒子線の走査方向に基づいて前記色相を変化させる。
このような荷電粒子線装置では、試料表面の凹凸が色で表される走査像を取得できるため、組成のコントラストと凹凸のコントラストを容易に判別できる。

【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、前記複数の検出信号に基づいて、試料表面の傾斜方向および前記試料表面の傾斜角を算出する処理と、
算出された前記傾斜方向および前記傾斜角に応じて前記走査像の画素の色を決定する処理と、
を行い、
前記画像処理部は、前記複数の検出信号の信号量の総和を算出する処理を行い、
前記傾斜方向を前記画素の色相として表し、前記傾斜角を前記画素の彩度として表し、前記複数の検出信号の信号量の総和を前記画素の明度として表す。
このような荷電粒子線装置では、試料表面の凹凸が色で表される走査像を取得できるため、組成のコントラストと凹凸のコントラストを容易に判別できる。

【0011】

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に基づいて、試料表面の傾斜方向および前記試料表面の傾斜角を算出する工程と、
算出された前記傾斜方向および前記傾斜角に応じて前記走査像の画素の色を決定する工程と、
を含み、
前記画素の色を決定する工程では、前記傾斜方向を前記画素の色相として表し、前記複数の検出部の向きと前記色相との関係が一定となるように、荷電粒子線の走査方向に基づいて前記色相を変化させる。
このような画像取得方法では、試料表面の凹凸が色で表される走査像を取得できるため、組成のコントラストと凹凸のコントラストを容易に判別できる。

【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に基づいて、試料表面の傾斜方向および前記試料表面の傾斜角を算出する工程と、
算出された前記傾斜方向および前記傾斜角に応じて前記走査像の画素の色を決定する工程と、
を含み、
前記画素の色を決定する工程では、前記複数の検出信号の信号量の総和を算出し、前記傾斜方向を前記画素の色相として表し、前記傾斜角を前記画素の彩度として表し、前記複数の検出信号の信号量の総和を前記画素の明度として表す。
このような画像取得方法では、試料表面の凹凸が色で表される走査像を取得できるため、組成のコントラストと凹凸のコントラストを容易に判別できる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】実施形態に係る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】画像処理部で生成された走査像の一例を示す図。

【図4】走査像を説明するための図。

【図5】第１検出領域の第１検出信号で生成されたＳＥＭ像。

【図6】第２検出領域の第２検出信号で生成されたＳＥＭ像。

【図7】第３検出領域の第３検出信号で生成されたＳＥＭ像。

【図8】第４検出領域の第４検出信号で生成されたＳＥＭ像。

【図9】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。

【発明を実施するための形態】

【0014】

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。

【0015】

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。

【0016】

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。

【0017】

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。

【0018】

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。

【0019】

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。

【0020】

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。

【0021】

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。

【0022】

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。

【0023】

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。

【0024】

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，９ｃ，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。

【0025】

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。

【0026】

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。

【0027】

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。

【0028】

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。

【0029】

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。

【0030】

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。

【0031】

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。

【0032】

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。

【0033】

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。

【0034】

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。

【0035】

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。

【0036】

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。

【0037】

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検出信号に基づいて試料表面の傾斜方向および試料表面の傾斜角を算出する処理と、算出された試料表面の傾斜方向および試料表面の傾斜角に応じて走査像の画素の色を決定する処理と、を行う。また、画像処理部３０は、第１〜第４検出信号の信号量の総和に基づいて走査像の画素
の明度を決定する処理を行う。

【0038】

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。

【0039】

２． 画像取得方法
まず、画像処理部３０で生成される走査像について説明する。図３は、画像処理部３０で生成された走査像１０２の一例を示している。図３において、領域Ｒは赤系の色の領域であり、領域Ｇは緑系の色の領域であり、領域Ｂは青系の色の領域である。なお、図３では、便宜上、各領域を区画する破線を引いたが、隣り合う領域間において色相は連続的に変化している。

【0040】

画像処理部３０で生成される走査像１０２では、試料表面の傾斜方向を色相Ｈ、試料表面の傾斜角を彩度Ｓ、第１〜第４信号の信号量の総和を明度Ｖとして表している。

【0041】

走査像１０２において、試料表面の傾斜方向は、図３に示す色相環１０４で表される。例えば、赤色の画素は、試料表面が色相環１０４において赤色（Ｒｅｄ）が示す方向を向いていることを表している。同様に、緑色の画素は、試料表面が色相環１０４において緑色（Ｇｒｅｅｎ）が示す方向を向いていることを表し、青色の画素は、試料表面が色相環１０４において青色（Ｂｌｕｅ）が示す方向を向いていることを表している。例えば、図３に示す走査像１０２では、領域Ｒ、領域Ｇ、および領域Ｂから、試料表面が凹んでいることが確認できる。

【0042】

色相環１０４は、色相を環状に配置したものである。図３に示す色相環では、色相が連続的に配列されているが、色相を１２等分して配列したものや、２４等分して配列したものであってもよい。

【0043】

図４は、走査像１０２を説明するための図である。

【0044】

試料表面の傾斜方向とは、試料表面の傾斜の向きである。具体的には、試料表面の傾斜方向は、試料表面の法線ベクトルの水平面内の成分の向きである。試料表面の傾斜方向は、照明効果の影の向きに対応する。照明効果とは、ＳＥＭ像が、検出器方向から光を当てたようなコントラストを持つことをいう。

【0045】

図４に示す例では、試料１０１の領域Ｒ１の傾斜方向は、領域Ｒ１の法線ベクトルＰ１の水平面内の成分Ｖ１の方向として表される。走査像１０２では、領域Ｒ１に対応する画素の色相Ｈは、成分Ｖ１の方向に対応する色相環１０４の色相で表される。また、試料１０１の領域Ｒ２の傾斜方向は、領域Ｒ２の法線ベクトルＰ２の水平面内の成分Ｖ２の方向として表される。走査像１０２では、領域Ｒ２に対応する画素の色相Ｈは、成分Ｖ２の方向に対応する色相環１０４の色相で表される。なお、図４に示す例では、成分Ｖ１の向きと成分Ｖ２の向きは、互いに反対方向であるため、走査像１０２では、領域Ｒ２に対応する画素の色は、領域Ｒ１に対応する画素の色の補色となる。

【0046】

走査像１０２では、試料表面の傾斜角が大きい程、彩度Ｓが大きくなる。試料表面の傾斜角は、照明効果の影の強さに対応する。

【0047】

図４に示す例では、領域Ｒ１の傾斜角θ_１は、領域Ｒ２の傾斜角θ_２よりも大きい。そのため、走査像１０２では、領域Ｒ１に対応する画素の彩度Ｓは、領域Ｒ２に対応する画素の彩度Ｓよりも大きくなる。

【0048】

走査像１０２では、試料表面の傾斜がない平坦な部分では、明度Ｖのみで表される。すなわち、走査像１０２では、試料表面の平坦な部分は、一般的なＳＥＭ像と同様に、グレースケールで表される。走査像１０２を構成する画素の明度Ｖは、後述するように、４つの検出領域９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄの検出信号の信号量の総和として表される。そのため、明度Ｖは、組成像のコントラストに対応する。

【0049】

上記のように、走査像１０２を構成する複数の画素において、試料表面の傾斜方向を色相Ｈとして表し、試料表面の傾斜角を彩度Ｓとして表すことにより、試料表面の凹凸を色の変化として確認できる。さらに、走査像１０２では、４つの検出領域９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄの検出信号の信号量の総和を明度Ｖとして表すことにより、試料Ｓの組成を明度の変化として確認できる。このように、走査像１０４では、グレースケールで表される組成像に、凹凸を色の変化として表す画像を重ねたような画像となる。

【0050】

次に、走査像１０２を生成する方法について説明する。走査像１０２は、画像処理部３０で生成される。画像処理部３０は、第１検出領域９ａから出力される第１検出信号、第２検出領域９ｂから出力される第２検出信号、第３検出領域９ｃから出力される第３検出信号、および第４検出領域９ｄから出力される第４検出信号に基づいて、走査像１０２を生成する。

【0051】

図５は、第１検出信号で生成されたＳＥＭ像である。図６は、第２検出信号で生成されたＳＥＭ像である。図７は、第３検出信号で生成されたＳＥＭ像である。図８は、第４検出信号で生成されたＳＥＭ像である。

【0052】

図５〜図８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。

【0053】

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とした場合、走査像１０２の画素の色相Ｈ、彩度Ｓ、および明度Ｖは、それぞれ次式を用いて計算できる。

【0054】

【数1】

【0055】

彩度Ｓおよび明度Ｖに関しては、次式で示すように、画素間で共通の係数やオフセット量を加えて値を調節することで、画像の明るさや色の濃さを調整できる。

【0056】

【数2】

【0057】

ただし、Ｏｓは彩度Ｓのオフセット量であり、Ｏｖは明度Ｖのオフセット量である。

【0058】

なお、色相Ｈ、彩度Ｓ、および明度Ｖは、それぞれの０以上１．０以下の範囲の値をとるが、上記式を用いて彩度Ｓおよび明度Ｖを計算した値がマイナスになる場合は０とし、１．０以上の値になる場合は１．０とする。

【0059】

走査電子顕微鏡１００では、電子線の走査の方向によって画像の向きを変えることができる（スキャンローテーション）。走査電子顕微鏡１００において、電子線の走査の方向を変えると、電子検出器８の向きと色相Ｈとが合わなくなってしまう。この場合、色相Ｈを、電子線の走査方向の角度を考慮した値とすることで向きを合わせることができる。

【0060】

【数3】

【0061】

例えば、電子線の走査方向がスキャン角度ＳｃａｎＡｎｇｌｅとしてラジアンで表されている場合、Ｈ０は次式で表される。

【0062】

【数4】

【0063】

ただし、Ｈ＞１．０の場合、Ｈ＝Ｈ−１．０とする。また、Ｈ＜０．０の場合、Ｈ＝Ｈ＋１．０とする。これにより、Ｈの値を、０〜１．０の範囲内に収めることができる。

【0064】

なお、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。

【0065】

３． 処理
次に、画像処理部３０における処理を説明する。以下では、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おり、検出領域は第ｋの画素（ｋ＝０，１，２，３，・・・，ｎ−１）として表される第０〜第ｎ−１の検出領域で構成されているものとして説明する。

【0066】

検出領域の数をｎ個とした場合、走査像を生成する処理では、まず、検出信号の信号量をベクトルの大きさとし、基準位置に対する検出領域の方向をベクトルの向きとして、複数の検出領域に対応する複数のベクトルの和を求める。そして、当該和の方向に基づき試料表面の傾斜角、すなわち画素の色相Ｈを求め、当該和の大きさに基づき試料表面の傾斜角、すなわち画素の彩度Ｓを求める。これをすべての画素に対して行うことで、走査像を生成することができる。

【0067】

ここで、基準位置は、任意の位置に設定可能であるが、例えば、４つの検出領域９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄが配置された面内における光軸ＯＡの位置である。図２に示す例では、４つの検出領域９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄの方向、すなわちベクトルの向きは、それぞれ矢印Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４で表される。

【0068】

図９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。

【0069】

まず、１検出領域分の角度Ａｄを求める（Ｓ１０）。１検出領域分の角度は、Ａｄ＝２π／ｎで求めることができる。

【0070】

次に、ｇ＝０として（Ｓ１２）、第ｇの画素（ｉ，ｊ）において、Ｘ方向の信号量Ｘ（ｉ，ｊ）、Ｙ方向の信号量Ｙ（ｉ，ｊ）、および信号量の総和Ｖ（ｉ，ｊ）を求める。

【0071】

具体的には、まず、ｋ＝０として（Ｓ１４）、第ｋ検出領域の検出信号を取得し、次式を用いて信号量Ｘ（ｉ，ｊ）、信号量Ｙ（ｉ，ｊ）、および信号量の総和Ｖ（ｉ，ｊ）を計算する（Ｓ１６）。

【0072】

【数5】

【0073】

ただし、Ｄ（ｉ，ｊ，ｋ）は、第ｇの画素に対応する照射位置において第ｋ検出領域で検出された検出信号の信号量を表している。なお、ｋ＝０の場合、右辺のＸ（ｉ，ｊ）、Ｙ（ｉ，ｊ）、およびＶ（ｉ，ｊ）は零とする。

【0074】

次に、ｋ＝ｋ＋１として（Ｓ１８）、同様に、信号量Ｘ（ｉ，ｊ）、信号量Ｙ（ｉ，ｊ）、および信号量の総和Ｖ（ｉ，ｊ）を計算する。この計算を、ｋ＞ｎ−１となるまで繰り返す（Ｓ２０）。これにより、第ｇの画素（ｇ＝０）における、Ｘ方向の信号量Ｘ（ｉ，ｊ）、Ｙ方向の信号量Ｙ（ｉ，ｊ）、および信号量の総和Ｖ（ｉ，ｊ）を求めることができる。

【0075】

次に、第ｇの画素（ｇ＝０）における色相Ｈを算出する（Ｓ２２）。第ｇの画素（ｉ，ｊ）の色相Ｈは、次式で求めることができる。

【0076】

【数6】

【0077】

次に、第ｇの画素（ｇ＝０）における彩度Ｓを算出する（Ｓ２４）。第ｇの画素（ｉ，ｊ）の彩度Ｓは、次式で求めることができる。

【0078】

【数7】

【0079】

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、求めた色相Ｈ、彩度Ｓ、および明度Ｖ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（Ｓ２６）。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、求めた色相Ｈ、彩度Ｓ、および明度Ｖで表示される。

【0080】

次に、ｇ＝ｇ＋１として（Ｓ２８）、ステップＳ１４に戻って、同様に、第ｇの画素（ｇ＝１）における、Ｘ方向の信号量Ｘ（ｉ，ｊ）、Ｙ方向の信号量Ｙ（ｉ，ｊ）、および信号量の総和Ｖ（ｉ，ｊ）を算出する（Ｓ１４、Ｓ１６、Ｓ１８、Ｓ２０、Ｓ２２、Ｓ２４）し、描画処理（Ｓ２６）を行う。これらの処理を、ｇ＞ｍ−１となるまで繰り返す（Ｓ３０）。

【0081】

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。

【0082】

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、例えば、試料の走査像をリアルタイムに確認することができる。

【0083】

また、最初に、図５〜図８に示す４つのＳＥＭ像を生成した後に、当該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９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。

【0084】

４． 特徴
走査電子顕微鏡１００は、例えば、以下の特徴を有する。

【0085】

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、複数の検出信号に基づいて、試料表面の傾斜方向および試料表面の傾斜角を算出する処理と、算出された試料表面の傾斜方向および試料表面の傾斜角に応じて走査像の画素の色を決定する処理と、を行う。したがって、走査電子顕微鏡１００では、試料表面の凹凸が色で表される走査像を取得できるため、組成のコントラストと凹凸のコントラストを容易に判別できる。

【0086】

走査電子顕微鏡１００では、画像処理部３０は、複数の検出信号の信号量の総和を算出する処理を行い、試料表面の傾斜方向を画素の色相Ｈとして表し、試料表面の傾斜角を画素の彩度Ｓとして表し、複数の検出信号の信号量の総和を画素の明度Ｖとして表す。そのため、画像処理部３０で生成された走査像では、試料表面の凹凸の状態が色相Ｈおよび彩度Ｓの変化として表され、かつ、試料１０１の組成が明度Ｖの変化として表される。したがって、組成のコントラストと凹凸のコントラストを容易に判別できる。

【0087】

走査電子顕微鏡１００では、画像処理部３０で生成された画像を表示する表示部２２を含み、画像処理部３０は、走査像１０２と、試料表面の傾斜方向と色相Ｈとの関係を示す色相環１０４と、を表示部２２に表示させる制御を行う。そのため、走査電子顕微鏡１００では、試料表面の傾斜方向を容易に確認することができる。

【0088】

走査電子顕微鏡１００では、画像処理部３０は、検出信号の信号量をベクトルの大きさとし、検出領域の位置をベクトルの向きとして、複数の検出領域に対応する複数のベクトルの和を求め、当該和の方向に基づき試料表面の傾斜方向を求め、当該和の大きさに基づき試料表面の傾斜角を求める。そのため、走査電子顕微鏡１００では、走査像の１つの画素に対応する１つの照射位置で得られた検出信号から、前記１つの画素の色相Ｈ、彩度Ｓ、および明度Ｖを求めることができる。これにより、走査電子顕微鏡１００では、例えば、電子線の走査と、走査像の生成を、並行して行うことができる。そのため、走査電子顕微鏡１００では、組成のコントラストと凹凸のコントラストを容易に判別できる走査像を、通常のＳＥＭ像と同様に、短時間で取得できる。したがって、例えば、走査電子顕微鏡１００では、リアルタイムに、組成のコントラストと凹凸のコントラストを容易に判別できる走査像を取得できる。

【0089】

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、試料表面の傾斜方向および試料表面の傾斜角の大きさを算出する処理および走査像の画素の色を決定する処理を行う。そのため、走査電子顕微鏡１００では、組成のコントラストと凹凸のコントラストを容易に判別できる走査像を短時間で取得できる。

【0090】

走査電子顕微鏡１００では、複数の検出領域９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄが光軸ＯＡに関して対称に配置されているため、検出信号から試料表面の傾斜方向および試料表面の傾斜角を求める計算を簡素化できる。

【0091】

５． 変形例
なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。

【0092】

例えば、上述した実施形態では、走査像において、試料表面の傾斜方向および試料表面の傾斜角を、色相、彩度、および明度で表現したが、例えば、試料表面の傾斜方向および試料表面の傾斜角を、ＲＧＢやＣＭＹＫなどで表現してもよい。

【0093】

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。

【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】