特許 7396954 荷電粒子線装置

(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】

(24)【登録日】2023-12-04

(45)【発行日】2023-12-12

(54)【発明の名称】荷電粒子線装置

(51)【国際特許分類】

   H01J 37/22 20060101AFI20231205BHJP

   H01J 37/244 20060101ALI20231205BHJP

   H01J 37/28 20060101ALI20231205BHJP

【ＦＩ】

H01J37/22 502H

H01J37/244

H01J37/28 B

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2020065591

(22)【出願日】2020-04-01

(65)【公開番号】P2021163664

(43)【公開日】2021-10-11

【審査請求日】2023-01-13

(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

(74)【代理人】

【識別番号】110000350

【氏名又は名称】ポレール弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】備前 香織

(72)【発明者】

【氏名】水原 譲

(72)【発明者】

【氏名】山崎 実

(72)【発明者】

【氏名】備前 大輔

(72)【発明者】

【氏名】高橋 範次

【審査官】植木 隆和

(56)【参考文献】

【文献】特表平０９－５０７３３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－１１９４４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－２４７８０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１６９４０６（ＪＰ，Ａ）

(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】

荷電粒子線を試料に照射する線源と、前記試料から放出される二次荷電粒子の角度弁別に用いられる開口を有する絞りと、前記絞りよりも前記試料の側に設けられ前記絞りに前記二次荷電粒子が衝突することにより発生する前記二次荷電粒子の一部を検出する第一検出器と、前記絞りよりも前記線源の側に設けられ前記開口を通過する二次荷電粒子を検出する第二検出器と、前記第一検出器から出力される第一信号または前記第二検出器から出力される第二信号に基づいて画像を生成する画像生成部を備える荷電粒子線装置であって、
平坦な表面を有する試料である校正試料に対する前記第一信号または前記第二信号に基づいて視野内の位置毎に合成比率を算出する合成比率算出部をさらに備え、
前記画像生成部は、観察試料に対する前記第一信号と前記第二信号とを前記合成比率を用いて合成することにより合成画像を生成することを特徴とする荷電粒子線装置。

【請求項2】

請求項１に記載の荷電粒子線装置であって、
前記合成比率算出部は、前記校正試料に対する前記第一信号または前記第二信号の分布を、指定の関数で近似して得られる近似関数を用いて前記合成比率を算出することを特徴とする荷電粒子線装置。

【請求項3】

請求項２に記載の荷電粒子線装置であって、
前記合成比率算出部は、前記近似関数を前記試料の種類毎または観察条件毎に算出することを特徴とする荷電粒子線装置。

【請求項4】

請求項３に記載の荷電粒子線装置であって、
前記試料に対する観察条件の設定に用いられる画面が表示される入出力部をさらに備え、
前記画面は、前記試料の種類毎または観察条件毎に前記近似関数を算出するか否かが設定される校正可否設定部を有することを特徴とする荷電粒子線装置。

【請求項5】

請求項２に記載の荷電粒子線装置であって、
前記試料と前記第一検出器との間に前記二次荷電粒子の軌道を制御するための軌道制御レンズと、
予め定められた基準関数と前記近似関数との差異が閾値以下になるように前記軌道制御レンズのレンズ強度を制御するレンズ強度制御部をさらに備えることを特徴とする荷電粒子線装置。

【請求項6】

請求項５に記載の荷電粒子線装置であって、
前記基準関数の設定に用いられる入出力部をさらに備えることを特徴とする荷電粒子線装置。

【請求項7】

請求項２に記載の荷電粒子線装置であって、
前記指定の関数はガウス関数である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】

本発明は荷電粒子線装置に係り、特に視野内の画質が均一な合成画像を生成する技術に関する。

【背景技術】

【0002】

荷電粒子線装置は、電子線等の荷電粒子線を試料に照射することによって試料から放出される二次電子等の二次荷電粒子を検出し、試料の微細な構造を観察するための画像を生成する装置であり、半導体の製造工程等に用いられる。微細化にともなって多層化された半導体では、下層から放出される二次電子が側壁に阻まれて検出されにくくなるため、下層の形状が不明瞭な画像が生成される場合がある。

【0003】

特許文献１には、放出される方向に応じて二次電子を選択的に検出することで角度弁別し、下層の形状が明瞭な画像を生成することが開示されている。特に、試料に照射される電子線が通過する開口を用いて二次電子を角度弁別するにあたり、開口に向けて電子線に沿うように二つの偏向器で二次電子を偏向することにより、開口の上下に設けられる各検出器の検出効率を向上させている。また、上下の検出器で検出された結果に基づいて生成された二つの画像の明るさを乗除算し、一方の画像から他方の画像を減算することで、所望の観察位置における明るさのダイナミックレンジが広げられた合成画像が生成されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特許第５９４８０８４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら特許文献１では、合成画像の生成に用いられる合成比率が視野内の位置に依らず一定である。角度弁別に用いられる開口の上下に設けられる各検出器の検出効率は視野内に位置によって異なるので、角度弁別された二つの画像を位置に依らず一定である合成比率を用いて生成される合成画像では視野内の画質が不均一になる場合がある。

【0006】

そこで本発明は、視野内の画質が均一な合成画像を生成可能な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】

【0007】

上記目的を達成するために本発明は、荷電粒子線を試料に照射する線源と、前記試料から放出される二次荷電粒子の角度弁別に用いられる開口を有する絞りと、前記絞りよりも前記試料の側に設けられ前記二次荷電粒子の一部を検出する第一検出器と、前記絞りよりも前記線源の側に設けられ前記開口を通過する二次荷電粒子を検出する第二検出器と、前記第一検出器から出力される第一信号または前記第二検出器から出力される第二信号に基づいて画像を生成する画像生成部を備える荷電粒子線装置であって、平坦な表面を有する試料である校正試料に対する前記第一信号または前記第二信号に基づいて視野内の位置毎に合成比率を算出する合成比率算出部をさらに備え、前記画像生成部は、観察試料に対する前記第一信号と前記第二信号とを前記合成比率を用いて合成することにより合成画像を生成することを特徴とする。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、視野内の画質が均一な画像を生成可能な荷電粒子線装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】実施例１に係わる走査電子顕微鏡の一例の概略図である。

【図2】第一検出器及び第二検出器の出力に基づいて生成される画像の一例を示す図である。

【図3】実施例１に係わる合成比率を算出する処理の流れを示す図である。

【図4】画像に対する座標系について説明する図である。

【図5】実施例１に係わる合成画像の生成処理の流れを示す図である。

【図6】合成比率のマップの一例を示す図である。

【図7】実施例２に係わる走査電子顕微鏡の一例の概略図である。

【図8】実施例２に係わる走査電子顕微鏡の他の例の概略図である。

【図9】実施例２に係わる合成比率を算出する処理の流れを示す図である。

【図10】実施例３に係わるＧＵＩを説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、図面を参照して、本発明の荷電粒子線装置の実施例について説明する。荷電粒子線装置は、荷電粒子線が照射される試料から放出される二次荷電粒子を検出することによって、試料を観察する装置である。以下では、荷電粒子線装置の一例として、電子線で試料を走査することにより試料を観察するための画像を生成する走査電子顕微鏡（ＳＥＭ；Scanning Electron Microscope）について説明する。

【実施例1】

【0011】

図１を用いて本実施例の走査電子顕微鏡の全体構成について説明する。図１中の鉛直方向をＺ方向、水平方向をＸ方向及びＹ方向とする。走査電子顕微鏡は、電子線で試料を走査する電子線光学系と、真空中で試料を保持するステージ機構系と、電子線の走査によって試料から放出される二次電子を検出する検出系と、各部から出力されるデータを処理するとともに各部を制御する制御系を備える。

【0012】

電子線光学系は、電子線源１０１、対物レンズ１０３、偏向器１０４、シャッター１２０を有する。電子線源１０１は、所定の加速電圧によって加速された一次電子線１０２を試料１０５に照射する線源である。対物レンズ１０３は一次電子線１０２を試料１０５の表面で収束させるレンズである。偏向器１０４は、試料１０５の表面を走査するために一次電子線１０２を偏向させる磁界や電界を発生させるコイルや電極である。なお、電子線源１０１と対物レンズ１０３の中心とを結ぶ直線は光軸１２１と呼ばれ、偏向器１０４によって偏向されない一次電子線１０２は光軸１２１に沿って試料１０５へ照射される。シャッター１２０は、機械的に光軸１２１を開閉したり、電気的または磁気的に一次電子線１０２を偏向したりすることにより、試料１０５への一次電子線１０２の照射を制御する。

【0013】

ステージ機構系は、可動ステージ１０６を有する。可動ステージ１０６は、試料１０５を保持するとともに、Ｘ方向及びＹ方向に試料１０５を移動させる。可動ステージ１０６に保持される試料１０５には、接地電圧よりも低い負電圧が印加されてもよく、印加される負電圧によって一次電子線１０２は減速作用を受ける。

【0014】

検出系は、二次電子絞り１０９、第一検出器１１１、第二検出器１１２を有する。二次電子絞り１０９は、例えば円形の開口１０９ａを有する金属板であり、試料１０５から放出される二次電子１０８の一部が開口１０９ａを通過する。開口１０９ａを通過する二次電子１０８は、試料１０５から放出される方向と光軸１２１とのなす角度が比較的小さいので、開口１０９ａを通過するか否かによって二次電子１０８が角度弁別される。すなわち開口１０９ａは、試料１０５から放出される二次電子１０８の角度弁別に用いられる。なお開口１０９ａの位置を光軸１２１に一致させて一次電子線１０２が開口１０９ａを通過できるようにしても良いし、一次電子線１０２が通過する孔とは別に二次電子１０８の角度弁別用の開口１０９ａが設けられても良い。以降では、二次電子絞り１０９の開口１０９ａの位置が光軸１２１に一致する場合について説明する。

【0015】

第一検出器１１１は、二次電子絞り１０９よりも試料１０５の側に設けられ、二次電子絞り１０９に二次電子１０８が衝突することにより発生する三次電子１１０を検出する検出器である。すなわち第一検出器１１１は、三次電子１１０を検出することにより、二次電子絞り１０９の開口１０９ａを通過しない二次電子１０８を間接的に検出する。

【0016】

第二検出器１１２は、二次電子絞り１０９よりも電子線源１０１の側に設けられ、開口１０９ａを通過する二次電子１０８を検出する検出器である。第一検出器１１１や第二検出器１１２には、シンチレータ・ライトガイド・光電子増倍管で構成されるＥ-Ｔ検出器や半導体検出器が用いられても良いし、他の構成の検出器が用いられても良い。例えば、円環形状の半導体検出器やＭＣＰ（Micro-Channel Plate）で二次電子絞り１０９を構成することにより、二次電子絞り１０９を第一検出器１１１として機能させても良い。

【0017】

制御系は、リターディング制御部１０７、第一検出器制御部１１３、第二検出器制御部１１４、画像生成部１１５、入出力部１１６、記憶部１１７、合成比率算出部１１８、ＳＥＭ制御部１１９を有する。リターディング制御部１０７は、可動ステージ１０６の上の試料１０５に印加される負電圧を制御する回路である。第一検出器制御部１１３及び第二検出器制御部１１４は、第一検出器１１１及び第二検出器１１２をそれぞれ制御し、ゲインやオフセットを調整する回路である。

【0018】

画像生成部１１５は、第一検出器１１１から出力される第一信号または第二検出器１１２から出力される第二信号に基づいて画像を生成する演算器であり、例えば、ＭＰＵ（Micro Processing Unit）やＧＰＵ（Graphics Processing Unit）等である。

【0019】

入出力部１１６は、試料１０５を観察するための条件である観察条件が入力されたり、画像生成部１１５によって生成される画像が表示されたりする装置であり、例えばキーボードやマウス、タッチパネル、液晶ディスプレイ等である。

【0020】

記憶部１１７は、各種データやプログラムが記憶される装置であり、例えばＨＤＤ（Hard Disk Drive）やＳＳＤ（Solid State Drive）等である。記憶部１１７には、ＳＥＭ制御部１１９等によって実行されるプログラムや入出力部１１６から入力される観察条件、画像生成部１１５によって生成される画像等が記憶される。

【0021】

合成比率算出部１１８は、画像生成部１１５が第一信号と第二信号とを合成して合成画像を生成するときに用いる合成比率を算出する演算器であり、例えばＭＰＵ等である。合成比率が算出される処理の流れについては図３を用いて後述される。

【0022】

ＳＥＭ制御部１１９は、各部を制御するとともに、各部で生成されるデータを処理したり送信したりする演算器であり、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）やＭＰＵ等である。

【0023】

図２を用いて、画像生成部１１５によって生成される画像の一例について説明する。図２には、表面が平坦な試料１０５から放出された二次電子１０８を第一検出器１１１と第二検出器１１２が検出することによって生成される画像がそれぞれ示される。視野の中心付近から放出される二次電子１０８は二次電子絞り１０９の開口１０９ａを通過して第二検出器１１２で検出されるのに対し、視野の辺縁に向かうに従って二次電子絞り１０９に衝突して第一検出器１１１で検出される二次電子１０８が増加する。その結果、第一検出器１１１の画像では視野の中心付近が暗く辺縁に向かうに従って明るくなり、第二検出器１１２の画像では視野の中心付近が明るく辺縁に向かうに従って暗くなる。なお図２に示される二つの画像を単純に加算すると、表面が平坦な試料１０５であるので、明るさが均一な画像が生成される。

【0024】

本実施例では、多層化された試料１０５の下層の形状が明瞭であるとともに視野内の画質が均一な合成画像を生成するために、角度弁別によって生成される二つの画像の合成に用いられる合成比率を視野内の位置毎に算出する。視野内の位置毎の合成比率の算出には、平坦な表面を有する試料１０５である校正試料に対する画像の明るさの分布である輝度分布を表す関数が用いられる。

【0025】

図３を用いて、合成比率の算出に用いられる関数を算出する処理の流れの一例について、ステップ毎に説明する。

【0026】

（Ｓ３０１）
平坦な表面を有する試料１０５である校正試料が可動ステージ１０６に保持されて、走査電子顕微鏡に搬入される。なお校正試料は平坦な表面を有するだけでなく、均質な材質であることが好ましい。例えばシリコンのベアウェハが校正試料として用いられる。

【0027】

（Ｓ３０２）
第一検出器制御部１１３または第二検出器制御部１１４が、第一検出器１１１または第二検出器１１２のゲインとオフセットを調整する。ゲインとオフセットは、画像生成部１１５によって生成される画像の輝度が上限および下限において飽和しないように調整される。

【0028】

（Ｓ３０３）
シャッター１２０によって一次電子線１０２の照射が停止された状態における第一検出器１１１または第二検出器１１２からの出力に基づいて、画像生成部１１５がノイズ画像Ｉｍｇ＿０を生成する。ノイズ画像Ｉｍｇ＿０は、第一検出器１１１または第二検出器１１２の電気ノイズの成分を表す画像である。生成されたノイズ画像Ｉｍｇ＿０は、記憶部１１７に記憶される。

【0029】

（Ｓ３０４）
ＳＥＭ制御部１１９はＮ＝１を設定するとともにシャッター１２０を開き、校正試料への一次電子線１０２の照射を開始する。なおＮは画像の枚数である。

【0030】

（Ｓ３０５）
可動ステージ１０６は、平坦な表面が視野内に配置されるように、校正試料を移動させる。なおＳ３０５からＳ３０８のループによって本ステップが複数回繰り返される場合、前回視野内に配置された位置とは異なる位置が視野内に配置されることが好ましい。

【0031】

（Ｓ３０６）
第一検出器１１１または第二検出器１１２からの出力に基づいて、画像生成部１１５が校正試料の画像Ｉｍｇ＿Ｎを生成する。生成される画像Ｉｍｇ＿Ｎは、図２に例示されるような画像であり、第一検出器１１１の画像と第二検出器１１２の画像との少なくとも一方が生成される。なおＳ３０５からＳ３０８のループによって本ステップが複数回繰り返される場合、前回生成された画像と同じ種類の画像が生成される。すなわち、第一検出器１１１の画像が前回生成された場合は第一検出器１１１の画像が今回も生成され、第一検出器１１１の画像と第二検出器１１２の画像との二つの画像が前回生成された場合は今回も二つの画像が生成される。生成された画像Ｉｍｇ＿Ｎは、記憶部１１７に記憶される。

【0032】

（Ｓ３０７）
ＳＥＭ制御部１１９は、Ｎの値が予め定められた閾値Ｎｔｈに達したか否かを判定する。Ｎの値が閾値Ｎｔｈに達していなければＳ３０８へ処理が進められ、達していればＳ３０９へ処理が進められる。

【0033】

（Ｓ３０８）
ＳＥＭ制御部１１９は、Ｎの値に１を加算して更新し、Ｓ３０５へ処理を戻す。

【0034】

（Ｓ３０９）
画像生成部１１５は、画像Ｉｍｇ＿１から画像Ｉｍｇ＿Ｎｔｈを記憶部から読み出し、画像Ｉｍｇ＿１から画像Ｉｍｇ＿Ｎｔｈまでの平均画像Ｉｍｇ＿ａｖｅを生成する。生成された平均画像Ｉｍｇ＿ａｖｅは、記憶部１１７に記憶される。平均画像Ｉｍｇ＿ａｖｅでは、一次電子線１０２の揺らぎ成分や校正試料の平坦度のばらつき等が抑制される。

【0035】

（Ｓ３１０）
画像生成部１１５は、Ｓ３０３で生成されたノイズ画像Ｉｍｇ＿０とＳ３０９で生成された平均画像Ｉｍｇ＿ａｖｅとの差分画像Ｉｍｇ＿ｓｕｂを生成する。生成された差分画像Ｉｍｇ＿ｓｕｂは、記憶部１１７に記憶される。

【0036】

（Ｓ３１１）
合成比率算出部１１８は、Ｓ３１０で生成された差分画像Ｉｍｇ＿ｓｕｂの輝度分布を指定の関数によってフィッティング、すなわち近似して近似関数を得る。指定の関数ｆ（ｘ、ｙ）には、例えば次式に示されるようなガウス関数が用いられる。

【0037】

【数1】

【0038】

ここで、（ｘ、ｙ）の原点は視野の中心すなわち光軸１２１の位置であり、例えば第一検出器１１１の画像に対して図４に例示されるような座標系になる。なおｘ、ｙの単位は長さであって例えばμｍやｎｍである。またａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆはガウス関数の係数であって最小二乗法等を用いたフィッティングによって算出される。フィッティングによって算出された係数ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆの値は、記憶部１１７に記憶される。

【0039】

以上説明した処理の流れによって、指定の関数を特定するために、例えば数１に含まれる係数ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆが、校正試料に対する第一検出器１１１または第二検出器１１２の画像の輝度分布に基づいて算出される。これらの係数によって特定される指定の関数は、観察対象の試料１０５である観察試料に対して生成される角度弁別された二つの画像、すなわち観察試料に対する第一検出器１１１の画像と第二検出器１１２の画像とを合成する比率である合成比率の算出に用いられる。

【0040】

図５を用いて、観察試料の合成画像を生成する処理の流れの一例について、ステップ毎に説明する。

【0041】

（Ｓ５０１）
観察対象の試料１０５である観察試料が可動ステージ１０６に保持されて、走査電子顕微鏡に搬入される。

【0042】

（Ｓ５０２）
ＳＥＭ制御部１１９は、観察試料に対する観察条件を取得する。観察条件は、例えば画像の倍率や画素数であり、入出力部１１６を介して操作者によって入力されたり、観察試料の種類に応じて予め定められる条件が記憶部１１７から読み出されたりする。

【0043】

（Ｓ５０３）
合成比率算出部１１８は、図３のＳ３１１でのフィッティング結果、例えば係数ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆを記憶部１１７から読み出す。

【0044】

（Ｓ５０４）
合成比率算出部１１８は、Ｓ５０３で読み出されたフィッティング結果を用いて、視野内の各位置に合成比率がマッピングされた合成比率マップを作成する。指定の関数が数１であるとき、第一検出器１１１の合成比率マップｇ（Ｎｘ、Ｎｙ）及び第二検出器１１２の合成比率マップｈ（Ｎｘ、Ｎｙ）は、例えば次式によって表される。

【0045】

【数2】

【0046】

【数3】

【0047】

ここで、（Ｎｘ、Ｎｙ）は視野の中心を原点とする座標系における各画素の位置、Ｐは一画素あたりの長さ、例えば５ｎｍ／画素、ｇ（Ｎｘ、Ｎｙ）及びｈ（Ｎｘ、Ｎｙ）の単位は％である。図６に、第一検出器１１１の合成比率マップｇ（Ｎｘ、Ｎｙ）の一例を示す。

【0048】

（Ｓ５０５）
画像生成部１１５は、Ｓ５０４で作成された合成比率マップを用いて、観察試料に対する第一検出器１１１の画像と第二検出器１１２の画像とを合成することにより合成画像を生成する。合成画像の生成には、例えば次式が用いられる。

【0049】

【数4】

【0050】

ここで、Ｉｍｇ１（Ｎｘ、Ｎｙ）は第一検出器１１１の画像、Ｉｍｇ２（Ｎｘ、Ｎｙ）は第二検出器１１２の画像、Ｉｍｇ１２（Ｎｘ、Ｎｙ）は合成画像である。

【0051】

（Ｓ５０６）
ＳＥＭ制御部１１９は、Ｓ５０５で生成された合成画像を、入出力部１１６に表示させたり、記憶部１１７に記憶させたりする。

【0052】

以上説明した処理の流れによって、観察試料に対する第一検出器１１１の画像と第二検出器１１２の画像、すなわち角度弁別された二つの画像が合成されるので、多層化された試料１０５の下層の形状が明瞭な合成画像が生成される。また合成画像の生成に用いられる合成比率が、平坦な表面を有する校正試料に対する第一検出器１１１の画像または第二検出器１１２の画像に基づいて算出されるので、視野内の画質が均一な合成画像が生成される。

【実施例2】

【0053】

実施例１では、平坦な表面を有する校正試料に対する第一検出器１１１の画像または第二検出器１１２の画像の輝度分布を指定の関数で近似して得られる近似関数に基づいて合成比率を算出することについて説明した。本実施例では、第一検出器１１１の画像または第二検出器１１２の画像の輝度分布から得られる近似関数の機差を調整する機能を有する走査電子顕微鏡について説明する。

【0054】

図７を用いて、本実施例の走査電子顕微鏡の構成の一例について説明する。なお、実施例１と同じ構成には同じ符号を付与して説明を省略する。本実施例の走査電子顕微鏡は、実施例１の構成に加えて、軌道制御レンズ７０１とレンズ強度制御部７０２を備える。

【0055】

軌道制御レンズ７０１は、試料１０５と偏向器１０４との間に設けられ、二次電子１０８の軌道を制御するための磁界や電界を発生させるコイルや電極である。レンズ強度制御部７０２は、軌道制御レンズ７０１によって発生させられる磁界や電界の強度を制御する回路である。二次電子１０８の軌道を制御するための磁界や電界の強度がレンズ強度制御部７０２によって制御されることにより、二次電子絞り１０９の開口１０９ａを通過する二次電子１０８の分布が変化する。すなわち軌道制御レンズ７０１とレンズ強度制御部７０２によって、第一検出器１１１の画像または第二検出器１１２の画像の輝度分布が制御されることにより、輝度分布から得られる近似関数が調整される。

【0056】

図８を用いて、本実施例の走査電子顕微鏡の構成の他の例について説明する。図８では、図７の軌道制御レンズ７０１とは異なり、軌道制御レンズ８０１が偏向器１０４と第一検出器１１１との間に設けられる。なお軌道制御レンズ８０１も軌道制御レンズ７０１と同様に、二次電子１０８の軌道を制御するための磁界や電界を発生させるコイルや電極であり、レンズ強度制御部７０２によって磁界や電界の強度が制御される。すなわち軌道制御レンズ８０１とレンズ強度制御部７０２によって、第一検出器１１１の画像または第二検出器１１２の画像の輝度分布から得られる近似関数が調整される。

【0057】

図９を用いて、本実施例における合成比率の算出に用いられる関数を算出する処理の流れの一例について説明する。なお、図３と同じ処理には同じステップ番号を付与して説明を省略する。

【0058】

（Ｓ３０１）～（Ｓ３１１）
実施例1と同様である。

【0059】

（Ｓ９０１）
ＳＥＭ制御部１１９は、Ｓ３１１でフィッティングされた結果が基準範囲内であるか否かを判定する。フィッティング結果が基準範囲内でなければＳ９０２へ処理が進められ、基準範囲内であれば処理の流れは終了となる。基準範囲内であるか否かは、例えば次式によって判定される。

【0060】

【数5】

【0061】

ここで、Δは予め定められた閾値、ｆ（ｘ、ｙ）はフィッティング結果として得られた近似関数、ｆ０（ｘ、ｙ）は予め定められた基準関数である。基準関数は、記憶部１１７に予め記憶されたものが必要に応じて読み出されても良いし、入出力部１１６を介して操作者によって設定されても良い。

【0062】

（Ｓ９０２）
レンズ強度制御部７０２は、軌道制御レンズ７０１または軌道制御レンズ８０１が発生する磁界や電界の強度を設定し、Ｓ３０４へ処理を戻す。なお本ステップで設定される磁界や電界の強度は、数５の右辺の値が小さくなるように設定されることが好ましい。

【0063】

以上説明した処理の流れによって、校正試料に対する第一検出器１１１の画像または第二検出器１１２の画像の輝度分布から得られる近似関数の機差を調整することができる。

【実施例3】

【0064】

実施例１では、校正試料の画像の輝度分布に基づいて算出された合成比率を用いて、観察試料の合成画像を生成することについて説明した。観察試料には様々な種類が存在し、観察試料の種類や観察条件に応じて表面の帯電状態が変化する。試料表面の帯電は、二次電子１０８の軌道を変化させるので角度弁別される画像の輝度分布も変化させる。そこで本実施例では、試料１０５の種類や観察条件に応じて合成比率を変更することについて説明する。

【0065】

具体的には、試料１０５の種類や観察条件毎に図３の処理の流れに従って合成比率の算出に用いられる関数ｆ（ｘ、ｙ）が算出され、記憶部１１７に記憶される。試料１０５の種類や観察条件毎に算出され、記憶部１１７に記憶された関数ｆ（ｘ、ｙ）は、観察試料の種類や観察条件に応じて読み出され、合成画像の生成に用いられる。

【0066】

図１０を用いて、本実施例に係るＧＵＩ（Graphical User Interface）の一例について説明する。図１０に例示されるＧＵＩは、試料１０５の種類や観察条件毎に関数ｆ（ｘ、ｙ）を算出するときに用いられる。なお図１０のＧＵＩは、試料名表示部１００１、加速電圧表示部１００２、プローブ電流表示部１００３、倍率表示部１００４、走査種類表示部１００５、フレーム数表示部１００６、合成比率表示部１００７、校正可否設定部１００８を有する。

【0067】

試料名表示部１００１には、試料の種類を表す試料名が表示される。加速電圧表示部１００２には、一次電子線１０２が加速される電圧が表示される。プローブ電流表示部１００３には、一次電子線１０２の電流量が表示される。倍率表示部１００４には、画像の倍率が表示される。走査種類表示部１００５には、走査種類が表示される。フレーム数表示部１００６には、画像のフレーム数が表示される。合成比率表示部１００７には、合成比率の代表値、例えば視野の中心における合成比率が表示される。校正可否設定部１００８では、図１０のＧＵＩに表示される試料１０５の種類や観察条件に対して関数ｆ（ｘ、ｙ）を算出しなおすか否かが設定される。すなわち、校正可否設定部１００８のチェックボックスにチェックが付与されれば、図３の処理の流れに従って関数ｆ（ｘ、ｙ）が算出しなおされ、記憶部１１７に記憶される。

【0068】

以上説明したように本実施例によれば、試料１０５の種類や観察条件に応じて、合成比率の算出に用いられる関数ｆ（ｘ、ｙ）が算出されるので、観察試料の帯電状態に応じた合成比率が用いられて合成画像が生成される。その結果、多層化された試料１０５の表面が帯電した場合であっても、下層の形状が明瞭であって視野内の画質が均一な合成画像が生成される。

【0069】

以上、本発明の複数の実施例について説明した。なお、本発明はこれらの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ても良い。また上記の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。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】

【0070】

１０１：電子線源、１０２：一次電子線、１０３：対物レンズ、１０４：偏向器、１０５：試料、１０６：可動ステージ、１０７：リターディング制御部、１０８：二次電子、１０９：二次電子絞り、１０９ａ：開口、１１０：三次電子、１１１：第一検出器、１１２：第二検出器、１１３：第一検出器制御部、１１４：第二検出器制御部、１１５：画像生成部、１１６：入出力部、１１７：記憶部、１１８：合成比率算出部、１１９：ＳＥＭ制御部、１２０：シャッター、１２１：光軸、７０１：軌道制御レンズ、７０２：レンズ強度制御部、８０１：軌道制御レンズ、１００１：試料名表示部、１００２：加速電圧表示部、１００３：プローブ電流表示部、１００４：倍率表示部、１００５：走査種類表示部、１００６：フレーム数表示部、１００７：合成比率表示部、１００８：校正可否設定部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】