JP5274897B2 - Scanning electron microscope for cross-sectional observation - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は試料の一部を集束イオンビームで加工してその断面の画像を得るようにした断面観察用走査電子顕微鏡に関する。 The present invention relates to a scanning electron microscope for cross-sectional observation in which a part of a sample is processed with a focused ion beam to obtain an image of the cross section.
試料の表面をイオンビームで加工して試料断面を作り、その試料断面を走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察する断面観察用走査電子顕微鏡がある。該断面観察用走査電子顕微鏡は、観察試料の表面に穴あけ加工により断面を形成し、この断面の深さ方向のＳＥＭ画像を得るものである。図５は従来装置の構成を示す図である。（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図である。（ａ）において、紙面に垂直な方向に走査電子顕微鏡筒１０１が配置され、試料表面をイオンビームにより加工する集束イオンビーム鏡筒１０２が配置されている。 There is a scanning electron microscope for cross-sectional observation in which the surface of a sample is processed with an ion beam to form a sample cross section, and the sample cross section is observed with a scanning electron microscope (SEM). The scanning electron microscope for observing a cross section forms a cross section by drilling a surface of an observation sample, and obtains an SEM image in the depth direction of the cross section. FIG. 5 is a diagram showing a configuration of a conventional apparatus. (A) is a top view, (b) is a side view. In (a), a scanning electron microscope tube 101 is disposed in a direction perpendicular to the paper surface, and a focused ion beam column 102 for processing a sample surface with an ion beam is disposed.
１０４は観察試料１０３の周辺に配置された電子の反射信号を検出する第１の信号検出器１、１０５は観察試料１０３の上方に配置された電子の反射信号を検出する第２の信号検出器２である。ここで、電子の反射信号とは、２次電子信号と反射電子信号とをいう。
104 second signal detection for detecting the first is the signal detector 1, 10 5 reflected signals located above the observation sample 103 electrons for detecting a reflected signal arranged around the observation sample 103 electronic This is vessel 2. Here, the reflected signal of electrons means a secondary electron signal and a reflected electron signal.
このように構成された装置の動作を以下に説明する。先ず観察試料１０３上で、被加工部位１０７、即ち穴あけ加工をしたい部位を決定する。図６はイオンビームによる試料表面のエッチングの説明図である。観察試料１０３の表面に垂直な方向からイオンビーム１０６を当てる。観察試料１０３には被加工部位１０７に穴があき、観察断面１０９が形成される。 The operation of the apparatus configured as described above will be described below. First, a portion to be processed 107, that is, a portion to be drilled is determined on the observation sample 103. FIG. 6 is an explanatory diagram of etching of the sample surface by an ion beam. An ion beam 106 is applied from a direction perpendicular to the surface of the observation sample 103. In the observation sample 103, a hole is formed in the processed portion 107, and an observation cross section 109 is formed.
穴あけ加工をしたい部位が決定されたら、観察試料１０３を載せた試料ステージ（図示せず）を、集束イオンビーム鏡筒１０２に対して垂直になるように傾斜させる。集束イオンビーム鏡筒１０２に適切な加速電圧とビーム電流を設定し、イオンビーム１０６を発生させ、観察試料１０３の被加工部位１０７に照射する。通常は矩形にイオンビーム１０６を走査する。 When the part to be drilled is determined, a sample stage (not shown) on which the observation sample 103 is placed is tilted so as to be perpendicular to the focused ion beam column 102. An appropriate acceleration voltage and beam current are set in the focused ion beam column 102 to generate an ion beam 106 and irradiate the processed portion 107 of the observation sample 103. Usually, the ion beam 106 is scanned in a rectangular shape.
イオンビームの走査方向は、上から下、即ち走査電子顕微鏡筒１０１に近い部位から遠ざかる方向に走査させ、観察断面１０９の側で走査を止めることを繰り返す。そうすることにより、観察断面１０９をきれいに仕上げることができる。観察断面１０９をきれいに仕上げたのち、試料ステージの傾斜角度はそのままにして、走査電子顕微鏡筒１０１から電子ビーム１１０を発生させ、観察試料１０３の観察断面１０９付近を走査させる。 The scanning direction of the ion beam is repeated from the top to the bottom, that is, the direction away from the portion close to the scanning electron microscope tube 101, and the scanning is stopped on the observation cross section 109 side. By doing so, the observation cross section 109 can be finished cleanly. After finishing the observation cross section 109 cleanly, the electron beam 110 is generated from the scanning electron microscope cylinder 101 while keeping the tilt angle of the sample stage as it is, and the vicinity of the observation cross section 109 of the observation sample 103 is scanned.
図７は試料表面からの信号検出の様子を示す図である。観察試料１０３に電子ビーム１１０を照射させることによって発生した２次電子信号又は反射電子信号１１１を信号検出器１１２で検出する。該信号検出器１１２で検出された信号は、信号増幅器１１３で適切な電気信号に変換され、走査信号に同期させて画像メモリ１１４に蓄積される。走査電子顕微鏡では、画像メモリ１１４の内容を常時ディスプレイに表示させているので、観察断面１０９の走査電子顕微鏡像を得ることができる。 FIG. 7 is a diagram showing a state of signal detection from the sample surface. A signal detector 112 detects a secondary electron signal or a reflected electron signal 111 generated by irradiating the observation sample 103 with the electron beam 110. The signal detected by the signal detector 112 is converted into an appropriate electric signal by the signal amplifier 113 and stored in the image memory 114 in synchronization with the scanning signal. In the scanning electron microscope, since the contents of the image memory 114 are always displayed on the display, a scanning electron microscope image of the observation cross section 109 can be obtained.
図８は試料表面のエッチングと得られる信号の様子を示す図である。観察試料１０３にイオンビーム加工で得られた観察断面１０９が形成され、この観察断面に電子ビーム１１０を照射することにより、該観察断面１０９から２次電子信号又は反射電子信号１１１が放出される。 FIG. 8 is a diagram showing a state of etching of the sample surface and a signal obtained. An observation cross section 109 obtained by ion beam processing is formed on the observation sample 103, and a secondary electron signal or a reflected electron signal 111 is emitted from the observation cross section 109 by irradiating the observation cross section 109 with the electron beam 110.
得られた走査電子顕微鏡像には、観察断面１０９が見えている。集束イオンビーム鏡筒を持たない通常の走査電子顕微鏡システムでは、このような断面を観察することはできない。 An observation cross section 109 is visible in the obtained scanning electron microscope image. Such a cross section cannot be observed with a normal scanning electron microscope system that does not have a focused ion beam column.
従来のこの種装置としては、一対の反射電子検出器からの輝度信号をそれぞれ、Ｌ，Ｒ、２次電子検出器からの輝度信号をＳとする時、それぞれＬ，Ｒ及びＳの１次同次式を用いてＬの調整値Ｌｃ及びＲの調整値Ｒｃを演算する技術が知られている（例えば特許文献１参照）。 In this type of conventional device, when the luminance signals from a pair of backscattered electron detectors are L, R, and the luminance signals from the secondary electron detector are S, the primary of L, R, and S are respectively the same. A technique for calculating an adjustment value Lc for L and an adjustment value Rc for R using the following equations is known (see, for example, Patent Document 1).
また、試料近辺に第１の検出器と第２の検出器を設け、これら第１及び第２の検出器の出力を加算したものを積算処理し、積算処理した信号を陰極線管に２次電子画像として表示すると共に、前記積算処理した信号を元に特定パターンの測長を行なう技術が知られている（例えば特許文献２参照）。
図９は２次電子信号と反射電子信号の発生の様子を示す図である。観察断面１０９の周囲を電子ビーム１１０で走査すると、反射信号は試料表面と観察断面１０９からそれぞれ発生する。この時、試料表面から発生する２次電子信号及び反射電子信号１１５と、観察断面１０９から発生する２次電子信号及び反射電子信号１１６とでは、前者の方が検出しやすく、後者は検出されにくい。その理由を以下に説明する。 FIG. 9 is a diagram showing how secondary electron signals and reflected electron signals are generated. When the periphery of the observation cross section 109 is scanned with the electron beam 110, reflected signals are generated from the sample surface and the observation cross section 109, respectively. At this time, the secondary electron signal and the reflected electron signal 115 generated from the sample surface and the secondary electron signal and the reflected electron signal 116 generated from the observation section 109 are easier to detect, and the latter is difficult to detect. . The reason will be described below.
通常の走査電子顕微鏡では、信号検出器１１２（図７参照）の配置場所は、図５の信号検出器１の場所である。即ち、観察試料１０３にできるだけ近い位置である。更に信号検出器１では、一般にエバーハートトーンリー（Ｅｖｅｒｈｅａｒｔ−Ｔｈｏｒｎｌｅｙ）型２次電子検出器を使用しており、検出器の先端には、２次電子引き込み用のコレクタグリッドを備え、＋３００Ｖ程度の電圧をかけられるようになっている。 In a normal scanning electron microscope, the location of the signal detector 112 (see FIG. 7) is the location of the signal detector 1 in FIG. That is, the position is as close as possible to the observation sample 103. Further, the signal detector 1 generally uses an Everheart-Thornley type secondary electron detector, and has a collector grid for drawing secondary electrons at the tip of the detector, and has a voltage of about + 300V. A voltage can be applied.
検出器先端のコレクタグリッドが作る電界は、観察試料１０３の被観察部位の極近傍にまで達する。この電界により、被観察部位から発生した２次電子信号が信号検出器１に吸い寄せられ、画像信号として検出される。 The electric field generated by the collector grid at the tip of the detector reaches the very vicinity of the observation site of the observation sample 103. Due to this electric field, secondary electron signals generated from the site to be observed are attracted to the signal detector 1 and detected as image signals.
ところで、発生する信号は大まかに２次電子信号と反射電子信号に分類できる。２次電子信号とは、５０ｅＶ以下と比較的低いエネルギーを持って発生する電子による信号である。２次電子信号は発生量が比較的多いため、信号のＳ／Ｎ比が良く、高分解能観察に適している。しかしながら、発生量の試料組成依存性が少ないため、観察試料の組成を見るのが困難である。 By the way, the generated signals can be roughly classified into secondary electron signals and reflected electron signals. The secondary electron signal is a signal generated by electrons generated with a relatively low energy of 50 eV or less. Since the amount of secondary electron signals generated is relatively large, the signal has a good S / N ratio and is suitable for high-resolution observation. However, since the generation amount is less dependent on the sample composition, it is difficult to see the composition of the observation sample.
また、試料の非均一帯電現象、いわゆるチャージアップ現象によって、異常コントラストを生じやすい。反射電子信号とは、５０ｅＶ〜加速電圧までのエネルギーを持って発生する電子による信号である。発生量の試料組成依存性があり、観察試料の組成コントラストが見やすい。また、チャージアップ現象による異常コントラストが生じにくい。これらの理由から、近年の走査電子顕微鏡では、反射電子信号成分を主体に観察することが多くなっている。 In addition, abnormal contrast tends to occur due to a non-uniform charging phenomenon of the sample, a so-called charge-up phenomenon. The reflected electron signal is a signal generated by electrons generated with energy from 50 eV to an acceleration voltage. The generation amount depends on the sample composition, and the composition contrast of the observation sample is easy to see. In addition, abnormal contrast due to the charge-up phenomenon hardly occurs. For these reasons, in the recent scanning electron microscope, the reflected electron signal component is mainly observed.
図１０は信号検出器１が検出する電子の模式図である。試料表面から発生する２次電子信号１１７は、ほとんど全て信号検出器１で検出される。観察断面１０９から発生する２次電子信号１１９は、半分以上は信号検出器１で検出されるが、観察試料自体に吸収されてしまう２次電子も少なくないため、試料表面から発生する２次電子信号１１７に比べると信号量が少ない。 FIG. 10 is a schematic diagram of electrons detected by the signal detector 1. Almost all secondary electron signals 117 generated from the sample surface are detected by the signal detector 1. More than half of the secondary electron signal 119 generated from the observation cross section 109 is detected by the signal detector 1, but there are not a few secondary electrons that are absorbed by the observation sample itself, and therefore secondary electrons generated from the sample surface. Compared with the signal 117, the signal amount is small.
反射電子信号に関しては、コレクタグリッドが作る電界による引き込み効果を受けないため、単純に観察面を見込む立体角で信号量が比較できる。試料表面から発生する反射電子信号１１８は、出射角が信号検出器１の方向を向いたものが検出され、反射電子像成分となる。 Since the reflected electron signal is not affected by the electric field generated by the collector grid, the amount of signal can be simply compared at a solid angle that looks at the observation surface. The reflected electron signal 118 generated from the sample surface is detected when the emission angle is directed toward the signal detector 1 and becomes a reflected electron image component.
ところが、観察断面１０９から発生する反射電子信号１２０のうち、出射角が信号検出器１の方向を向いたものがほとんど存在しないため、観察断面１０９の反射電子像成分はほとんど無い。従って、試料表面から発生する２次電子信号及び反射電子信号１１５と、観察断面１０９から発生する２次電子信号及び反射電子信号１１６とでは、前者の方が検出しやすく、後者は検出しにくい。言い換えれば、得られた走査電子顕微鏡像は、試料表面の情報が非常に強く、対する観察断面１０９はほとんど見えない。 However, among the reflected electron signals 120 generated from the observation cross section 109, there is almost no reflected electron image component of the observation cross section 109 because there is almost no output angle directed toward the signal detector 1. Therefore, the secondary electron signal and reflected electron signal 115 generated from the sample surface and the secondary electron signal and reflected electron signal 116 generated from the observation cross section 109 are easier to detect, and the latter is difficult to detect. In other words, in the obtained scanning electron microscope image, the information on the sample surface is very strong and the observation cross section 109 is hardly visible.
このことから、断面観察用走査電子顕微鏡では、信号検出器１１２の置き場所を、図５の信号検出器２の場所にすることが考えられる。即ち、観察断面１０９を見込む位置である。図１１は観察断面から発生する反射電子信号検出の様子を示す図である。 From this, in the scanning electron microscope for cross-sectional observation, it can be considered that the signal detector 112 is placed at the signal detector 2 in FIG. That is, it is a position where the observation cross section 109 is expected. FIG. 11 is a diagram showing a state of detection of the reflected electron signal generated from the observation cross section.
図１１において、観察断面１０９から発生する反射電子信号１２０を検出できるようになる。但し、信号検出器２を配置する場所には、走査電子顕微鏡筒１０１と観察試料１０３が存在するため、検出器を被観察部位に近づけることができない。また、検出器先端のコレクタグリッドが作る電界は、接地電位である走査電子顕微鏡筒１０１と観察試料１０３が近接しているため、被観察部位の近傍まで達することができない。 In FIG. 11, the reflected electron signal 120 generated from the observation cross section 109 can be detected. However, since the scanning electron microscope tube 101 and the observation sample 103 exist at the place where the signal detector 2 is disposed, the detector cannot be brought close to the site to be observed. In addition, the electric field generated by the collector grid at the tip of the detector cannot reach the vicinity of the site to be observed because the scanning electron microscope tube 101 at the ground potential and the observation sample 103 are close to each other.
従って、試料表面から発生する２次電子信号１１７の検出効率が半分程度に低下する。また、試料表面から発生する反射電子信号１１８は、信号検出器２に対する見込み角が小さいため、効率は小さくなるものの、実際の画像を見ると、それなりの信号量は得られていると考えられる。 Therefore, the detection efficiency of the secondary electron signal 117 generated from the sample surface is reduced to about half. In addition, the reflected electron signal 118 generated from the sample surface has a small angle of view with respect to the signal detector 2 and thus has a low efficiency. However, when an actual image is viewed, a reasonable amount of signal is obtained.
観察断面１０９から発生する２次電子信号１１９も、コレクタグリッド電界の効果が小さいことから、検出効率が低下する。観察断面１０９から発生する反射電子信号１２０は、前述の通り、多くが検出できるようになる。但し、観察断面１０９から発生する反射電子信号１２０は、半分が観察試料１０３に当たって消えてしまうため、そもそも発生量が少ない。 The secondary electron signal 119 generated from the observation cross section 109 is also less effective in the collector grid electric field, so that the detection efficiency is lowered. Many of the reflected electron signals 120 generated from the observation cross section 109 can be detected as described above. However, since half of the reflected electron signal 120 generated from the observation cross section 109 hits the observation sample 103 and disappears, the generation amount is small in the first place.
結果として、信号検出器２から得られた走査電子顕微鏡像は、試料表面の情報が若干少なくなり、観察断面１０９の情報が若干見えるようになるが、依然として試料表面の方が明るく、観察断面が暗い像となる。 As a result, in the scanning electron microscope image obtained from the signal detector 2, the information on the sample surface is slightly reduced and the information on the observation cross section 109 is slightly visible, but the sample surface is still brighter and the observation cross section is It becomes a dark image.
得られた画像に対して、コントラスト調整、ブライトネス調整、ガンマ補正を行なうなどして、観察断面の像を明るくすることはできるものの、試料表面が明るくなりすぎて白飛びしてしまい、見栄えが悪い。また、欠点として、信号検出器２は試料表面から発生する２次電子信号１１７の検出効率が悪いため、信号のＳ／Ｎ比が悪く、試料表面の高分解能観察ができない。 Although the image of the observation cross section can be brightened by performing contrast adjustment, brightness adjustment, gamma correction, etc. on the obtained image, the sample surface becomes too bright and white out, so it does not look good . Further, as a drawback, since the signal detector 2 has poor detection efficiency of the secondary electron signal 117 generated from the sample surface, the signal S / N ratio is poor and high-resolution observation of the sample surface cannot be performed.
以上をまとめると、以下のような問題がある。
１）断面観察用走査電子顕微鏡を用いて観察断面１０９の像を取得すると、試料表面が明るくなりすぎてしまい、観察断面１０９の像の見栄えが悪くなる。
２）観察断面１０９が見える位置に検出器を移動すると、試料表面の高分解能観察ができない。
In summary, there are the following problems.
1) When an image of the observation cross section 109 is acquired using a scanning electron microscope for cross-section observation, the surface of the sample becomes too bright, and the image of the observation cross section 109 looks poor.
2) When the detector is moved to a position where the observation section 109 can be seen, high-resolution observation of the sample surface cannot be performed.
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであって、観察断面が明るく見えるような断面観察用走査電子顕微鏡を提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide a scanning electron microscope for cross-sectional observation so that the observation cross-section looks bright.
（１）請求項１記載の発明は、イオンビームを走査しながら試料表面を加工する集束イオンビーム鏡筒と、加工した試料断面に電子ビームを照射する走査電子顕微鏡筒とからなる断面観察用走査電子顕微鏡において、観察試料に近い位置に配置され、２次電子信号又は反射電子信号を検出する第１の信号検出器と、該第１の信号検出器の出力を記憶する第１の画像メモリと、観察試料の上部に配置され、２次電子信号又は反射電子信号を検出する第２の信号検出器と、該第２の信号検出器の出力を記憶する第２の画像メモリと、前記第１の画像メモリの出力と前記第２の画像メモリの出力とを受けて、何れか一方の画像を処理してマスキングパターンを生成し、このマスキングパターンと他方の画像との乗算を行ない、前記試料の試料断面の画像を強調した画像を得る画像演算装置と、を具備することを特徴とする。
(1) The invention described in claim 1 is a cross-section observation scan comprising a focused ion beam column that processes a sample surface while scanning an ion beam, and a scanning electron microscope column that irradiates an electron beam onto the processed sample cross section. In the electron microscope, a first signal detector that is disposed near the observation sample and detects a secondary electron signal or a reflected electron signal, and a first image memory that stores an output of the first signal detector; A second signal detector disposed on the top of the observation sample for detecting a secondary electron signal or a reflected electron signal, a second image memory for storing an output of the second signal detector, and the first In response to the output of the image memory and the output of the second image memory, one of the images is processed to generate a masking pattern, the masking pattern is multiplied by the other image, and the sample Of sample cross section Characterized by comprising an image computing unit for obtaining an image emphasizing an image, a.
（２）請求項２記載の発明は、イオンビームを走査しながら試料表面を加工する集束イオンビーム鏡筒と、加工した試料断面に電子ビームを照射する走査電子顕微鏡筒とからなる断面観察用走査電子顕微鏡において、観察試料の上部に配置され、２次電子信号又は反射電子信号を検出する信号検出器と、該信号検出器に第１のバイアス電圧を与えた時の該信号検出器の出力を記憶する第１の画像メモリと、前記信号検出器に第２のバイアス電圧を与えた時の該信号検出器の出力を記憶する第２の画像メモリと、前記第１の画像メモリの出力と前記第２の画像メモリの出力とを受けて、何れか一方の画像を処理してマスキングパターンを生成し、このマスキングパターンと他方の画像との乗算を行ない、前記試料の試料断面の画像を強調した画像を得る画像演算装置と、を具備することを特徴とする。
(2) The invention according to claim 2 is a cross-sectional observation scan comprising a focused ion beam column that processes a sample surface while scanning an ion beam, and a scanning electron microscope column that irradiates an electron beam onto the processed sample cross section. In an electron microscope, a signal detector that is disposed above an observation sample and detects a secondary electron signal or a reflected electron signal, and an output of the signal detector when a first bias voltage is applied to the signal detector. A first image memory for storing; a second image memory for storing an output of the signal detector when a second bias voltage is applied to the signal detector; an output of the first image memory; In response to the output of the second image memory, one of the images is processed to generate a masking pattern, and the masking pattern is multiplied by the other image to emphasize the sample cross-sectional image of the sample. Picture Characterized by comprising an image computing unit, the obtaining.
（１）請求項１記載の発明によれば、観察試料に近い位置に第１の信号検出器の出力を設け、観察試料の上部に第２の信号検出器を設け、それぞれの信号検出器をメモリに記憶させ、これらメモリに記憶された画像信号のうち、何れか一方の画像を処理してマスキングパターンを生成し、このマスキングパターンと他方の画像との乗算をすることにより、試料表面の画像の明るさを除去して試料断面の画像を強調した画像を得ることができる。
(1) According to the invention described in claim 1, the output of the first signal detector is provided at a position close to the observation sample, the second signal detector is provided above the observation sample, and the respective signal detectors are provided. The image of the sample surface is stored in the memory, and one of the image signals stored in the memory is processed to generate a masking pattern, and this masking pattern is multiplied by the other image. Thus, it is possible to obtain an image in which the image of the cross section of the sample is emphasized.
（２）請求項２記載の発明によれば、信号検出器に第１のバイアス電圧を印加した状態で得られた画像出力を記憶する第１のメモリと、信号検出器に第２のバイアス電圧を印加した状態で得られた画像出力を記憶する第２のメモリとを設け、これらメモリに記憶された画像信号のうち、何れか一方の画像を処理してマスキングパターンを生成し、このマスキングパターンと他方の画像との乗算をすることにより、試料表面の画像の明るさを除去して試料断面の画像を強調した画像を得ることができる。この発明によれば、信号検出器が１個ですむので低コストになる。
(2) According to the invention described in claim 2, the first memory for storing the image output obtained in a state where the first bias voltage is applied to the signal detector, and the second bias voltage to the signal detector. And a second memory for storing the image output obtained in a state where the image is applied to process one of the image signals stored in the memory to generate a masking pattern. Is multiplied by the other image to remove the brightness of the image on the sample surface and obtain an image in which the image of the sample cross section is emphasized. According to this invention, since only one signal detector is required, the cost is reduced.
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１は本発明の第１の実施の形態を示す構成図である。図５と同一のものは、同一の符号を付して示す。図示されていないが、本発明に係る断面観察用走査電子顕微鏡は、図５に示すような走査電子顕微鏡筒１０１と、集束イオンビーム鏡筒１０２とを有している。１０３は観察試料、１０９は該観察試料１０３に形成された観察断面、１１１は観察試料１０３から発生する２次電子信号又は反射電子信号である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing a first embodiment of the present invention. The same components as those in FIG. 5 are denoted by the same reference numerals. Although not shown, the scanning electron microscope for cross-sectional observation according to the present invention has a scanning electron microscope tube 101 and a focused ion beam column 102 as shown in FIG. Reference numeral 103 denotes an observation sample, 109 denotes an observation cross section formed on the observation sample 103, and 111 denotes a secondary electron signal or a reflected electron signal generated from the observation sample 103.
１０４は、２次電子信号又は反射電子信号１１１を検出する第１の信号検出器１、１１３は該信号検出器１の出力を増幅する信号増幅器、１１４は該信号増幅器１１３の出力を図示しないＡ／Ｄ変換器でデジタルデータに変換したものを記憶する第１の画像メモリ１である。１０５は主として観察断面１０９から出力される２次電子信号又は反射電子信号１３０を検出する第２の信号検出器２である。 Reference numeral 104 denotes a first signal detector 1 for detecting a secondary electron signal or a reflected electron signal 111, 113 denotes a signal amplifier for amplifying the output of the signal detector 1, and 114 denotes an output of the signal amplifier 113 not shown in FIG. A first image memory 1 that stores data converted into digital data by a / D converter. Reference numeral 105 denotes a second signal detector 2 that mainly detects a secondary electron signal or a reflected electron signal 130 output from the observation section 109.
１２３は該信号検出器２の出力を増幅する信号増幅器、１２４は該信号増幅器１２３の出力を図示しないＡ／Ｄ変換器でデジタルデータに変換したものを記憶する第２の画像メモリ２である。１２１は画像メモリ１の出力と画像メモリ２の出力との画像演算処理を行なう画像演算装置である。１２２は該画像演算装置１２１の出力を記憶する第３の画像メモリ３、１２５は該画像メモリ３のデータを読み出して表示するディスプレイである。このように構成された装置の動作を説明すれば、以下の通りである。 123 is a signal amplifier for amplifying the output of the signal detector 2, and 124 is a second image memory 2 for storing the output of the signal amplifier 123 converted into digital data by an A / D converter (not shown). Reference numeral 121 denotes an image arithmetic apparatus that performs image arithmetic processing on the output of the image memory 1 and the output of the image memory 2. Reference numeral 122 denotes a third image memory 3 for storing the output of the image arithmetic unit 121, and 125 is a display for reading out and displaying data in the image memory 3. The operation of the apparatus configured as described above will be described as follows.
ここでは、集束イオンビーム装置により、既に観察試料１０３に観察断面１０９が形成されているものとして説明する。走査電子顕微鏡筒１０１（図５参照）から観察試料１０３に電子ビームを２次元方向に走査すると、該観察試料１０３からは２次電子信号又は反射電子信号１１１と２次電子信号又は反射電子信号１３０が出力する。このうち、２次電子信号又は反射電子信号１１１は信号検出器１により検出される。検出された２次電子信号又は反射電子信号１１１は図示しないＡ／Ｄ変換器によりデジタルデータに変換された後、画像メモリ１に記憶される。 Here, it is assumed that the observation cross section 109 has already been formed in the observation sample 103 by the focused ion beam apparatus. When the observation sample 103 is scanned in a two-dimensional direction from the scanning electron microscope tube 101 (see FIG. 5), a secondary electron signal or reflected electron signal 111 and a secondary electron signal or reflected electron signal 130 are output from the observation sample 103. Is output. Among these, the secondary electron signal or the reflected electron signal 111 is detected by the signal detector 1. The detected secondary electron signal or reflected electron signal 111 is converted into digital data by an A / D converter (not shown) and then stored in the image memory 1.
図２は本発明による画像作成の説明図である。図２に示す画像は、本発明の一実施例におけるディスプレイ上に表示した表示画面中のメイン画面の一例を中間調画像の写真で示す図である。図２の１２５が画像メモリ１に記憶された画像である。周囲の明るさに対して、観察断面１０９の部分が黒く写っている。観察断面１０９の情報はほとんど含まれておらず、試料表面の２次電子情報成分が多く含まれていることが分かる。 FIG. 2 is an explanatory diagram of image creation according to the present invention. The image shown in FIG. 2 is a diagram showing an example of the main screen in the display screen displayed on the display in one embodiment of the present invention as a photograph of a halftone image. 2 is an image stored in the image memory 1. The portion of the observation cross section 109 appears black with respect to the surrounding brightness. It can be seen that the information of the observation cross section 109 is hardly included, and a lot of secondary electron information components on the sample surface are included.
一方、観察断面１０９からの２次電子信号又は反射電子信号１３０は、信号検出器１０５で検出される。該信号検出部１０５で検出された信号は、続く信号増幅器１２３で増幅された後、図示しないＡ／Ｄ変換器によりデジタルデータに変換された後、画像メモリ２に記憶される。図２の１２６は画像メモリ２に記憶された画像を示している。観察断面１０９の画像情報が含まれたものとなっている。 On the other hand, the secondary electron signal or the reflected electron signal 130 from the observation cross section 109 is detected by the signal detector 105. The signal detected by the signal detector 105 is amplified by the subsequent signal amplifier 123, converted into digital data by an A / D converter (not shown), and stored in the image memory 2. Reference numeral 126 in FIG. 2 denotes an image stored in the image memory 2. The image information of the observation cross section 109 is included.
画像メモリ２に記憶された画像１２６における試料表面の情報は強すぎるので弱くしたい。そのため、画像メモリ１に記憶された画像１２５を画像演算装置１２１で処理することにより、マスキングパターン１２７を生成する。処理の内容は、白黒反転、コントラスト調整、ブライトネス調整である。マスキングパターン１２７は、試料表面を暗くし、観察断面１０９を明るくするようなマスキングパターンとなる。 Since the information on the sample surface in the image 126 stored in the image memory 2 is too strong, we want to weaken it. Therefore, a masking pattern 127 is generated by processing the image 125 stored in the image memory 1 by the image arithmetic device 121. The contents of processing are black and white inversion, contrast adjustment, and brightness adjustment. The masking pattern 127 is a masking pattern that darkens the sample surface and brightens the observation cross section 109.
再び画像演算装置１２１を用いてこのマスキングパターン１２７を画像メモリ２の画像に乗算し、適切なコントラスト調整及びブライトネス調整を行ない、画像メモリ３に記憶する。画像メモリ３に記憶された画像１２８は、加工された観察断面の情報が試料表面の像に埋もれておらず、画像メモリ２の画像１２６に対して試料断面の情報が強調された像になっている。 The image calculation device 121 is used again to multiply the image in the image memory 2 by this masking pattern 127, and appropriate contrast adjustment and brightness adjustment are performed and stored in the image memory 3. The image 128 stored in the image memory 3 is an image in which the information on the processed cross section is not embedded in the image on the sample surface, and the information on the sample cross section is emphasized with respect to the image 126 in the image memory 2. Yes.
この構成の場合、試料表面の高分解能観察を行なうには、画像メモリ１の画像１２５と、画像メモリ２の画像１２６を画像演算装置１２１で加算した後、適切なコントラスト調整及びブライトネス調整を行えばよい。 In the case of this configuration, in order to perform high-resolution observation of the sample surface, the image 125 in the image memory 1 and the image 126 in the image memory 2 are added by the image calculation device 121, and then appropriate contrast adjustment and brightness adjustment are performed. Good.
このように、本発明によれば、観察試料１０３に近い位置に第１の信号検出器１の出力を設け、観察試料１０３の上部に第２の信号検出器２を設け、それぞれの信号検出器をメモリ１，２に記憶させ、これらメモリ１，２に記憶された画像信号のうち、第１の信号検出器１の出力を記憶するメモリを白黒反転してマスク画像を作り、前記第２の信号検出器２の出力を記憶するメモリ２と論理演算をすることにより、試料表面の画像の明るさを除去して試料断面の画像を強調した画像を得ることができる。 As described above, according to the present invention, the output of the first signal detector 1 is provided at a position close to the observation sample 103, the second signal detector 2 is provided above the observation sample 103, and each signal detector is provided. Are stored in the memories 1 and 2, and among the image signals stored in the memories 1 and 2, the memory for storing the output of the first signal detector 1 is reversed in black and white to form a mask image, and the second By performing a logical operation with the memory 2 that stores the output of the signal detector 2, it is possible to obtain an image in which the brightness of the image on the sample surface is removed and the image of the sample cross section is emphasized.
図３，図４は本発明の第２の実施の形態を示す構成図である。図１，図５と同一のものは、同一の符号を付して示す。図３，図４に示す実施の形態は、図１に示す実施の形態では検出器が２個だったものを１個にしたものである。図３，図４において、図示されていないが、本発明に係る断面観察用走査電子顕微鏡は、図５に示すような走査電子顕微鏡筒１０１と、集束イオンビーム鏡筒１０２とを有している。１０３は観察試料、１０９は該観察試料１０３に形成された観察断面、１１７は試料表面から発生する２次電子信号、１１８は試料表面から発生する反射電子信号である。１１９は観察断面１０９から発生する２次電子信号、１２０は観察断面１０９から発生する反射電子信号である。 3 and 4 are configuration diagrams showing a second embodiment of the present invention. 1 and 5 are denoted with the same reference numerals. The embodiment shown in FIG. 3 and FIG. 4 is one in which the number of detectors in the embodiment shown in FIG. 1 is two. Although not shown in FIGS. 3 and 4, the scanning electron microscope for cross-sectional observation according to the present invention includes a scanning electron microscope tube 101 and a focused ion beam column 102 as shown in FIG. . 103 is an observation sample, 109 is an observation cross section formed on the observation sample 103, 117 is a secondary electron signal generated from the sample surface, and 118 is a reflected electron signal generated from the sample surface. Reference numeral 119 denotes a secondary electron signal generated from the observation section 109, and 120 denotes a reflected electron signal generated from the observation section 109.
１０５は、試料表面又は観察断面１０９から発生する２次電子信号又は反射電子信号を検出する信号検出器である。１２３は該信号検出器１０５の出力を増幅する信号増幅器、１１４は該信号増幅器１１３の出力を図示しないＡ／Ｄ変換器でデジタルデータに変換したものを記憶する第１の画像メモリ１である。 A signal detector 105 detects a secondary electron signal or a reflected electron signal generated from the sample surface or the observation cross section 109. 123 is a signal amplifier for amplifying the output of the signal detector 105, and 114 is a first image memory 1 for storing the output of the signal amplifier 113 converted into digital data by an A / D converter (not shown).
１２４は該信号増幅器１２３の出力を図示しないＡ／Ｄ変換器でデジタルデータに変換したものを記憶する第２の画像メモリ２である。１２１は画像メモリ１の出力と画像メモリ２の出力との画像演算処理を行なう画像演算装置である。１２２は該画像演算装置１２１の出力を記憶する第３の画像メモリ３、１２５は該画像メモリ３のデータを読み出して表示するディスプレイである。１３５は信号検出器１０５に印加されるバイアス電源である。このように構成された装置の動作を説明すれば、以下の通りである。 Reference numeral 124 denotes a second image memory 2 for storing the output of the signal amplifier 123 converted into digital data by an A / D converter (not shown). Reference numeral 121 denotes an image arithmetic apparatus that performs image arithmetic processing on the output of the image memory 1 and the output of the image memory 2. Reference numeral 122 denotes a third image memory 3 for storing the output of the image arithmetic unit 121, and 125 is a display for reading out and displaying data in the image memory 3. A bias power source 135 is applied to the signal detector 105. The operation of the apparatus configured as described above will be described as follows.
本発明は信号検出器１０５に印加するバイアス電源１３５の条件を変えた２つ以上の画像を演算し、前記加工した試料断面の形状を強調した画像を得るようにしたものである。本発明は、図２に示す画像例と同様の処理を行なう。 In the present invention, two or more images with different conditions of the bias power supply 135 applied to the signal detector 105 are calculated, and an image in which the shape of the processed sample cross section is emphasized is obtained. The present invention performs the same processing as the image example shown in FIG.
先ず、信号検出器１０５のバイアス電源１３５を＋５０Ｖ〜３００Ｖ程度の適切な電圧に設定した時に信号検出器１０５で得られた画像を、画像メモリ２に記憶する。記憶された画像１２６は、加工した試料断面の反射電子情報成分が含まれるが、試料表面の２次電子情報成分も多く含まれる。 First, an image obtained by the signal detector 105 when the bias power supply 135 of the signal detector 105 is set to an appropriate voltage of about +50 V to 300 V is stored in the image memory 2. The stored image 126 includes a reflected electron information component of the processed sample cross section, but also includes a lot of secondary electron information components of the sample surface.
これに対して、信号検出器１０５のバイアス電源１３５を＋３００Ｖ程度の適切な電圧に設定した画像を図３に示すように画像メモリ１に記憶する。記憶された画像１２５は、試料断面の情報がほとんど増えないのに対し、試料表面の２次電子情報が多く含まれる。画像メモリ２に記憶された画像１２６における試料表面の２次電子情報成分は強すぎるので、弱くし、試料断面の反射電子情報成分を強調したい。そこで、以下のような処理を行なう。処理の内容は、図１に示す第１の実施の形態と同様である。 On the other hand, an image in which the bias power supply 135 of the signal detector 105 is set to an appropriate voltage of about +300 V is stored in the image memory 1 as shown in FIG. The stored image 125 contains a large amount of secondary electron information on the sample surface, while the information on the sample cross section hardly increases. Since the secondary electron information component on the sample surface in the image 126 stored in the image memory 2 is too strong, it is desired to make it weak and emphasize the reflected electron information component on the sample cross section. Therefore, the following processing is performed. The contents of the processing are the same as those in the first embodiment shown in FIG.
画像メモリ１に記憶された画像１２５を、画像演算装置１２１で処理することにより、マスキングパターン１２７（図２参照）を生成する。処理の内容は、白黒反転、コントラスト調整、ブライトネス調整である。試料表面を暗くして、試料断面を明るくするようなマスキングパターンとなる。 A masking pattern 127 (see FIG. 2) is generated by processing the image 125 stored in the image memory 1 by the image calculation device 121. The contents of processing are black and white inversion, contrast adjustment, and brightness adjustment. The masking pattern is such that the sample surface is darkened and the sample cross section is brightened.
次に、再び画像演算装置１２１を用いてこのマスキングパターン１２７を画像メモリ２の画像に乗算し、適切なコントラスト調整及びブライトネス調整を行ない、画像メモリ３に記憶する。画像メモリ３に記憶された画像１２８は、加工された試料断面の情報が試料表面の像にうずもれておらず、画像メモリ２の画像１２６に対して試料断面の情報が強調された像になっている。この構成の場合、検出器が１個ですむため、安価に試料断面像の見栄えを向上することができる。この発明の効果は、図１に示す第１の実施の形態と同じである。 Next, the masking pattern 127 is again multiplied by the image in the image memory 2 using the image arithmetic unit 121, and appropriate contrast adjustment and brightness adjustment are performed and stored in the image memory 3. The image 128 stored in the image memory 3 is an image in which the information of the processed sample cross section is not struck by the image of the sample surface and the information of the sample cross section is emphasized with respect to the image 126 of the image memory 2. It has become. In this configuration, since only one detector is required, the appearance of the sample cross-sectional image can be improved at low cost. The effect of the present invention is the same as that of the first embodiment shown in FIG.
即ち、信号検出器１０５に第１のバイアス電圧を印加した状態で得られた画像出力を記憶する第１のメモリと、信号検出器１０５に第２のバイアス電圧を印加した状態で得られた画像出力を記憶する第２のメモリとを設け、これらメモリに記憶された画像信号のうち、第１のメモリを白黒反転してマスク画像を作り、前記第２のメモリと論理演算をすることにより、試料表面の画像の明るさを除去して試料断面の画像を強調した画像を得ることができる。 That is, a first memory that stores an image output obtained with the first bias voltage applied to the signal detector 105, and an image obtained with the second bias voltage applied to the signal detector 105. A second memory for storing the output, and among the image signals stored in these memories, the first memory is reversed in black and white to form a mask image, and by performing a logical operation with the second memory, It is possible to obtain an image in which the brightness of the image on the sample surface is removed and the image of the sample cross section is emphasized.
本発明によれば、マスク画像と画像演算を用いて、観察断面が明るくなるようにした結果、以下の効果が得られる。
１）断面観察用走査電子顕微鏡を用いて、観察断面の像を取得した時、試料表面が明るくなりすぎるのを防ぎ、観察断面の像の見栄えをよくすることができる。
２）実施の形態１の場合、観察断面の像の見栄えをよくすることと、試料表面の高分解能観察とを両立することができる。
According to the present invention, the following effects are obtained as a result of making the observation cross section bright by using the mask image and the image calculation.
1) When an image of an observation cross section is acquired using a scanning electron microscope for cross section observation, the surface of the sample can be prevented from becoming too bright, and the appearance of the image of the observation cross section can be improved.
2) In the case of Embodiment 1, it is possible to improve both the appearance of the image of the observation cross section and the high resolution observation of the sample surface.
１０３ 観察試料
１０４ 信号検出器
１０５ 信号検出器
１０９ 観察断面
１１３ 信号検出器
１１４ 画像メモリ１
１２１ 画像演算装置
１２２ 画像メモリ３
１２３ 信号増幅器
１２４ 画像メモリ２
１２５ ディスプレイ
103 Observation Sample 104 Signal Detector 105 Signal Detector 109 Observation Section 113 Signal Detector 114 Image Memory 1
121 Image processing device 122 Image memory 3
123 Signal amplifier 124 Image memory 2
125 display
Claims (2)
観察試料に近い位置に配置され、２次電子信号又は反射電子信号を検出する第１の信号検出器と、
該第１の信号検出器の出力を記憶する第１の画像メモリと、
観察試料の上部に配置され、２次電子信号又は反射電子信号を検出する第２の信号検出器と、
該第２の信号検出器の出力を記憶する第２の画像メモリと、
前記第１の画像メモリの出力と前記第２の画像メモリの出力とを受けて、何れか一方の画像を処理してマスキングパターンを生成し、このマスキングパターンと他方の画像との乗算を行ない、前記試料の試料断面の画像を強調した画像を得る画像演算装置と、
を具備することを特徴とする断面観察用走査電子顕微鏡。 In a scanning electron microscope for cross-sectional observation comprising a focused ion beam column that processes a sample surface while scanning an ion beam, and a scanning electron microscope column that irradiates an electron beam onto the processed sample cross section,
A first signal detector disposed near the observation sample and detecting a secondary electron signal or a reflected electron signal;
A first image memory for storing the output of the first signal detector;
A second signal detector disposed on the observation sample and detecting a secondary electron signal or a reflected electron signal;
A second image memory for storing the output of the second signal detector;
Receiving the output of the first image memory and the output of the second image memory, processing one of the images to generate a masking pattern, and multiplying the masking pattern by the other image ; An image arithmetic device for obtaining an image in which an image of a sample cross section of the sample is emphasized;
A scanning electron microscope for cross-sectional observation, comprising:
観察試料の上部に配置され、２次電子信号又は反射電子信号を検出する信号検出器と、
該信号検出器に第１のバイアス電圧を与えた時の該信号検出器の出力を記憶する第１の画像メモリと、
前記信号検出器に第２のバイアス電圧を与えた時の該信号検出器の出力を記憶する第２の画像メモリと、
前記第１の画像メモリの出力と前記第２の画像メモリの出力とを受けて、何れか一方の画像を処理してマスキングパターンを生成し、このマスキングパターンと他方の画像との乗算を行ない、前記試料の試料断面の画像を強調した画像を得る画像演算装置と、
を具備することを特徴とする断面観察用走査電子顕微鏡。 In a scanning electron microscope for cross-sectional observation comprising a focused ion beam column that processes a sample surface while scanning an ion beam, and a scanning electron microscope column that irradiates an electron beam onto the processed sample cross section,
A signal detector disposed on the top of the observation sample and detecting a secondary electron signal or a reflected electron signal;
A first image memory for storing an output of the signal detector when a first bias voltage is applied to the signal detector;
A second image memory for storing an output of the signal detector when a second bias voltage is applied to the signal detector;
Receiving the output of the first image memory and the output of the second image memory, processing one of the images to generate a masking pattern, and multiplying the masking pattern by the other image ; An image arithmetic device for obtaining an image in which an image of a sample cross section of the sample is emphasized;
A scanning electron microscope for cross-sectional observation, comprising:
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