CN103718267A - 带电粒子射线装置 - Google Patents

Abstract

带电粒子射线装置具备：电子射线源(1)；带电粒子光学系统，其包含物镜(9)，将从所述电子射线源(1)放出的电子作为电子射线(2)来照射样本(10)；像差校正器(6)，其对该带电粒子光学系统的像差进行校正；和控制单元(24)，其控制所述带电粒子光学系统和所述像差校正器(6)的各构成要素；在该带电粒子射线装置中，为了使发生在所述像差校正器(6)中的寄生像差的校正所需的时间较短，具备通过学习自律地获得最佳的调整顺序的自动像差校正装置(17)。

Description

带电粒子射线装置

技术领域

本发明涉及带电粒子射线装置，特别涉及具备自动球面像差校正装置的带电粒子射线装置。 

背景技术

在近年的透射型电子显微镜(TEM)或扫描型透射电子显微镜(STEM)等带电粒子射线装置中，具备球面像差校正装置(下面称作像差校正器)。该像差校正器为了在TEM或STEM中对限制分辨率的主要原因的物镜的球面像差(Cs)进行校正而使用。作为像差校正器，已知产生6极子场的2个多极子透镜、和在其间配置2片轴对称透镜(传递透镜)的构成(例如参考专利文献1)。 

通过像差校正器来校正物镜的Cs。但是，由于像差校正器的不完整性、即构成多极子透镜的各个极子的位置偏离、极子材料的磁特性的偏差等，会产生被称作寄生像差的多余的像差。产生的3阶以下的寄生像差为2重对称1阶像散(A1)、1重对称2阶彗星像差(B2)、3重对称2阶像散(A2)、2重对称3阶星形像差(S3)、4重对称3阶像散(A3)。在像差校正器的调整中，除了Cs的校正以外，这些寄生像差的校正也成为必须。 

在产品的像差校正器中附属用于校正Cs和寄生像差的校准工具，调整者能通过使用校准工具来半自动地进行像差校正器的调整(例如参考非专利文献1)。在校准工具的GUI(图形用户界面)上配置像差测定按钮、和与多个像差分别对应的像差校正按钮。通过按下像差测定按钮来从取得的多张电子显微镜像中测定表征残留于光学系统的各像差的大小的像差系数(关于像差测定的方法例如参考专利文献2)。通过按下像差校正按钮，对应于测定的像差系数对像差校正器施加反馈，校正指定的像差(关于像差校正的方法例如参考专利文献3、专利文献4)。 

虽然通过使用校准工具来自动进行像差的测定和校正，但基于像差测定的结果来判断要优先校正哪个像差则交给调整者。通常，调整者从像差系数最大的像差起优先进行校正，直到3阶以下的像差全都成为容许值以下为止反复校正。 

在光盘装置的领域，公开了学习用于校正像差的最佳控制量(记录通过搜索找到的最佳状态)的方法(参考专利文献5)。 

先行技术文献 

专利文献 

专利文献1：JP特表2002-510431号公报 

专利文献2：JP特开2007-180013号公报 

专利文献3：JP特开2007-266008号公报 

专利文献4：JP特开2006-114304号公报 

专利文献5：JP特开2010-218591号公报 

非专利文献 

非专利文献1：P.Hawkes，“Advances in IMAGING and ELECTRON PHYSICS Vol.153Aberration-corrected Electron microscopy”，Academic Press，p.63(2008) 

发明的概要 

发明要解决的课题 

如上述那样，虽然通过使用校准工具来半自动进行像差校正器的调整，但调整所需的时间因校正的像差的判断而改变。 

在此的难点在于校正哪个像差的判断。在像差测定中得到的像差系数中不能避免误差，有越是相对小的像差则测定误差越变大的倾向。例如，在某一像差支配性地大的情况下，其它的小的像差的测定误差变大，若基于测定误差大的像差系数进行校正则有时会导致像差增加。另外，像差校正既相互独立又相互干涉，在对一方进行校正时有时会导致另一方增加。特别地，3阶像差的校正有使2阶以下的像差增加的倾向。 

为此，在现有技术中，只能实现基于仅选择1个像差系数最大的像差来优先进行校正这样比较简单的规则的自动调整(例如参考专利文献4)。 

另外，向专利文献5记载的技术的带电粒子射线装置的应用困难。这 是因为，由于在电磁透镜中有磁滞特性，因此在断开装置的电源等使电磁透镜的状态较大变化后，即使将电磁透镜的状态恢复到以前的最佳状态，也回不到原来的最佳状态。 

在带电粒子射线装置中，若不仅像差系数最大的像差，还要一次性校正第2、第3大像差，则考虑减少像差测定的次数。一般，在像差测定中，由于对于1次的像差测定需要取得多个电子显微镜像，因此花费1分钟前后的时间。但是，在向用于像差校正的像差校正器的反馈中，仅花费1秒以下程度的时间。为此，由于若能相对于1次的像差测定同时校正多个像差，则能减少像差测定的次数，因此认为调整时间缩短的效果较大。 

熟练的调整者一边考虑各像差系数的大小的比例、哪个像差系数处于支配地位，一边通过经验来做出一次性校正多个像差的判断。若将这样的经验预先程序化，则认为能实现调整时间变短的自动进行校正的判断的校准工具。但是，相对于像差系数的大小和种类的无数组合，预先记述最佳的校正的判断并不现实。特别地，带电粒子射线装置不仅在规格不同的情况下，在规格相同的情况下固有的因子也存在差异，例如存在制作误差引起的极子的偏移、磁特性的偏差等的个体差异、装置的设置环境的差异等(以下称作个体差异)，自动进行反映全部个体差异的每个带电粒子射线装置的最佳校正的判断的技术并未实用化。 

如此，在现有技术中，虽然自动进行像差的测定和校正，但关于减少像差测定的次数、缩短调整时间，要进行怎样的校正的判断则未实现自动化。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种自动像差校正装置，能通过学习获得用于自动进行针对多个像差的校正的判断的最佳的调整顺序，能使调整时间较短。 

用于解决课题的手段 

为了解决上述课题，在本发明中，带电粒子射线装置具备：带电粒子射线源；带电粒子光学系统，其将从所述带电粒子射线源放出的带电粒子作为带电粒子射线来照射样本；像差校正器，其校正所述带电粒子光学系 统的像差；和控制单元，其控制所述带电粒子光学系统和所述像差校正器的各构成要素，在该带电粒子射线装置中，特征在于，还具备自动像差校正装置，其通过学习自律地获得最佳的调整顺序。 

发明的效果 

根据本发明，由于能同时实施多个对各像差测定在过去的调整中有效果的像差校正，因此能实现调整时间短的自动像差校正。 

附图说明

图1是表示本发明的第1实施方式中的带电粒子射线装置的系统的构成例的图。 

图2是表示在第1实施方式中实现学习功能的一并校正对象判断/评价单元与价值函数表的相互作用的图。 

图3是表示价值函数表的构造例的图。 

图4是第1实施方式中的带学习功能自动像差校正过程的流程图。 

图5是表示基于状态函数的像差状态的数值化顺序的流程图。 

图6是表示校正目标值的示例的图。 

图7是表示状态函数中的判定基准的示例的图。 

图8是表示价值函数表的像差状态s₁₂₈的更新前、更新后的示例的图。 

图9是表示基于策略函数的进行校正的像差的选择顺序的流程图。 

图10是表示基于随机数的像差选择的概念的图。 

图11是表示基于回报函数的校正结果的评价顺序的流程图。 

图12是表示基于Q学习的价值函数表的更新顺序的流程图。 

图13是表示第1实施方式中的自动像差校正GUI的画面的图。 

图14是表示学习信息GUI的画面的图。 

图15是表示本发明的第2实施方式中的考虑了像差系数的偏差的像差校正的顺序的流程图。 

图16是表示本发明的第3实施方式中的历史记录GUI的画面的图。 

图17是用于实现第3实施方式中的校正的撤销(undo)功能的构成图。 

图18A是本发明的第4实施方式中的一并校正对象判断/评价单元与 价值函数表的相互作用的图。 

图18B是表示第4实施方式中的示教GUI的画面的图。 

具体实施方式

本发明的带电粒子射线装置具有：带电粒子射线源；带电粒子光学系统，其将从所述带电粒子射线源放出的带电粒子作为带电粒子射线来照射样本；像差校正器，其校正所述带电粒子光学系统的像差；和控制单元，其控制所述带电粒子光学系统和所述像差校正器的各构成要素，在这样的带电粒子射线装置中具备：自动像差校正装置，其通过学习来获得针对多个像差的最佳的调整顺序。 

在本发明的代表性的实施方式中，准备记述了对像差系数的每个组合校正各像差时期待的效果(价值)的表(价值函数表)。价值函数表是将针对某像差状态要优先校正哪个像差进行数值化的表。然后，遵循基于价值函数表计算出的像差校正的选择概率来一次性尝试多个像差的校正。即，自动像差校正装置以多个像差为对象一并进行校正，能一并进行评价。但是，因测定的像差状态不同，当然也会有一次性将1个像差作为对象的情况。各校正的效果作为回报被各自定量化，通过强化学习法来更新价值函数表。回报越大的(校正的结果，像差大幅减少的)校正则价值越高，下次的校正中的选择概率上升。反之，带来负的回报的(校正的结果，像差增加的)校正的价值降低，选择概率下降。如此，在多个像差的同时校正的尝试时，反复这些校正效果的评价，直到各像差成为(得到目标的分辨率)目标值以下的值为止。越是反复调整则价值函数表越被最优化，越能作出充分发挥过去的调整经验的像差校正的判断。换言之，强化学习的结果得到的价值函数表是将某像差状态下的各像差的最佳的调整顺序作为数值而赋予的表。 

由于对各像差测定同时实施多个在过去的调整中有效果的像差校正，因此能实现调整时间短的自动像差校正。 

另外，由于自动像差校正装置自律的地通过学习来获得最佳的调整顺序，因此用户即使不是熟练的调整者也能进行合适的像差校正。 

如此，通过强化学习来获得能同时实施多个像差校正的最佳的调整顺 序，由此能实现反映了各个带电粒子射线装置固有的状況的调整时间短的自动像差校正。 

下面，基于附图来详细说明本发明的实施方式。 

实施例1 

参考图1～图13来说明成为本发明的第1实施方式的带电粒子射线装置的示例。 

图1是表示第1实施方式中的带电粒子射线装置的整体的系统的构成例的图。在图1中，作为带电粒子射线装置以扫描型透射电子显微镜(STEM)为例进行说明。带电粒子射线装置具备：电子射线源1(带电粒子射线源)；将从该带电粒子射线源放出的带电粒子作为带电粒子射线来照射样本10的带电粒子光学系统；校正带电粒子光学系统的像差的像差校正器6；控制带电粒子光学系统和像差校正器的各构成要素的控制单元24；和自动像差校正装置17。 

从电子射线源1放出的电子射线2受到会聚透镜3、4的作用而在调整透镜5的物面上结成焦点，通过调整透镜5的作用而平行入射到像差校正器6。 

在像差校正器6中，电子射线2的各像差被校正，通过转印透镜7的作用而在物镜9的上方结成焦点。像差校正器6例如具备多级的6极子透镜和传递透镜，自动校正Cs，A1，B2，A2，C3，S3，A3的各像差。 

像差被校正的电子射线2通过物镜9而会聚，并在样本10上形成微小的探头(probe)。用该探头通过扫描线圈8来对样本10上进行扫描，用暗视野像检测器12接受从样本10出来的散射波，通过暗视野像观察单元14使该散射波的强度与探头扫描同步来在输入输出单元15的图像显示部中显示为亮点串，由此得到样本10的暗视野像。在观察伦奇图(ronchigram)时，停止扫描线圈8进行的电子射线的扫描，用摄像机13接受从样本10出来的透射/散射波，通过伦奇图观察单元16将该透射/散射波的强度的二维的分布在输入输出单元15的图形显示单元部中显示为亮点串。成像透镜11调整入射到暗视野像检测器12和摄像机13的电子射线的扩散。暗视野像观察单元14和伦奇图观察单元16与输入输出单元15以及自动像差校正装置17相互连接。基于自动像差校正装置17的测定 方法，通过切换功能70选择暗视野像观察单元14和伦奇图观察单元16的哪一者的输出(图2参考)。另外，也可以根据需要在输入输出单元15中设置具备具有GUI功能的多个画面的画面显示部，用户通过选择各画面上的按钮或图像等对带电粒子射线装置进行各种输入操作、或取得输出信息。 

自动像差校正装置17由像差测定单元18、一并校正对象判断/评价单元19、像差校正单元20构成。像差测定单元18使用从暗视野像观察单元14输出的暗视野像、或从伦奇图观察单元16输出的伦奇图来测定像差系数。一并校正对象判断/评价单元19一并选择多个或1个以由像差测定单元18测定的像差系数和保存在存储装置21的价值函数表22为基础进行校正的像差，对像差校正单元20发出校正的指示。对于指示一并校正的各像差系数，像差校正单元20通过参考保存于存储装置21的变换系数表23，来根据各像差系数算出校正所需的电流、电压等各控制量(变换系数表预先标定)，并将各控制信号输出给控制单元24。通过控制单元24基于该各控制信号来对像差校正器6和物镜9施加反馈，来校正各像差。由一并校正对象判断/评价单元19评价像差校正的效果，并将该学习结果反映到价值函数表22。另外，自动像差校正装置17例如通过使计算机实现上述像差测定单元、一并校正对象判断/评价单元、以及像差校正单元的各功能的程序来实现。 

本发明中的自动像差校正装置17同时实施多个像差校正，具有进行学习的功能。该自动像差校正的学习功能主要由一并校正对象判断/评价单元19和价值函数表22实现。一并校正对象判断/评价单元19能以多个像差为对象一并进行校正，一并进行评价。该一并校正对象判断/评价单元19具有像差校正选择器25、和像差校正评价器26(参考图2)。像差校正选择器25选择一并校正的多个或1个像差，并对像差校正单元20发出校正的指示。在像差校正评价器26中，校正后的像差校正的效果作为回报而被各自定量化，基于该回报更新价值函数表22。能以多个像差为对象一并进行这样的自律的学习。通过利用基于该价值函数表22的调整顺序，能实现反映了带电粒子射线装置的个体差异的调整时间短的自动像差校正。 

图2是分为某时间点的校正的前后来表示一并校正对象判断/评价单元19和价值函数表22的相互作用的图，将校正前称作试行阶段，将校正后称作评价阶段。在试行阶段(图2(a))，以由像差测定单元18测定的校正前的各像差系数和价值函数表22为基础，像差校正选择器25选择多个一并校正的像差，并对像差校正单元20发出一并校正的指示。在此，像差校正选择器25保持选择的各像差的种类和它们的像差系数。在评价阶段(图2(b))，以由像差测定单元18测定的一并校正后的各像差系数、以及像差校正选择器25所保持的选择的各像差的种类和它们的像差系数为基础，像差校正评价器26评价一并校正的效果并更新价值函数表22。通过反复这些试行阶段和评价阶段，价值函数表22不断被最优化，一并校正对象判断/评价单元19的判断精度不断提升。 

在此，说明价值函数表22的详细。图3是表示价值函数表22的构造的图。所谓价值函数表，是将针对某像差状态要优先校正哪个像差进行数值化的表。价值函数表22将对各像差系数以各自的校正目标值进行标准化后得到的值分极化为N等级，将排列该分极化后的值而成的N进制数的数值变换为10进制数，将由此得到的数值作为像差状态，对该像差状态进行行索引。另外，N优选4～8程度。在图3的示例中，记述了将对6个像差系数(A1、B2、A2、C3、S3、A3)以各自的校正目标值标准化后得到的值分极化为5等级的、与5⁶对应的15625行的像差状态s₁～s₁₅₆₂₅。 

价值函数表22的更新(学习)以回报r(s，a)为基础进行，该回报r(s，a)将在图2(b)中说明的评价阶段中计算的、从某像差状态s起进行特定的校正a时的效果定量化而得到。价值函数表22以将像差系数的组合数值化后的像差状态s为行索引，在第s_i行记述在像差状态s_i下校正A1、B2、A2、C3、S3、A3而得到的回报的估计值(称作价值Q)Q_A1-i、Q_B2-i、Q_A2-i、Q_C3-i、Q_S3-i、Q_A3-i。 

关于价值函数表22的初始值，考虑设定认为接近于回报的真值的值、和完全设定随机的值这两种思路。前者是以熟练者的经验为价值函数表的初始值，通过对其进行学习来不断进行改善的方法，后者是在完全没有经验的情况下通过试行错误来不断最优化价值函数表的方法。作为前者的价值函数表的初始值的决定方式，考虑如下设定方法：由于在某像差状态下 应该是相对越大的像差则进行误差越少的校正，因此将价值设定得较高，在不同的像差状态间，由于越是在各像差系数的总和小的状态下进行的校正则到达设为目标的校正状态的可能性越大，因此使其具有高价值。 

下面，基于图4所示的流程图来说明本发明中的带学习功能自动像差校正过程(下面称作自动校正过程)。自动校正过程大致分为图2(a)中说明的试行阶段(图4的S1～S4)和图2(b)中说明的评价阶段(图4的S5～S9)。在试行阶段，由像差测定单元18测定当前的像差系数(S1)，通过状态函数根据像差系数来确定像差状态(S2)，通过策略函数(Policy Function)概率地选择多个基于价值函数表22进行校正的像差(S3)，对由像差校正单元20选择的像差进行校正(S4)。在评价阶段，由像差测定单元18测定校正后的像差系数(S5)，确定校正后的像差状态(S7)，通过回报函数将校正的效果定量化为回报(S8)。然后，通过以回报为基础以Q学习来更新价值函数表，将学习结果反映到价值函数表22(S9)。在评价阶段的中途，检查各像差是否为校正目标值以下(S6)，若为“是”，则像差校正的序列、即像差的调整结束。通过反复调整直到各像差成为目标值以下，得到带电粒子射线装置固有的最优化的价值函数表。另一方面，若检查结果为“否”，则将校正前的像差系数和像差状态分别置换为校正后的像差系数和像差状态(S10)，在结束1次的像差校正的序列后，返回试行阶段S3，在下一序列中反复同样的处理。 

在此，在说明与图2的关联时，图4的S2和S3由图2的像差校正选择器25执行，图4的S6～S9由图2的像差校正评价器26执行。 

下面，详细说明上述的状态函数、策略函数、回报函数、Q学习。 

图5是表示基于状态函数的像差状态的数值化顺序(图4的S2)的详细的流程图。状态函数以像差测定单元18输出的像差系数的集合C_t＝{A_1t，B_2t，A_2t，C_3t，S_3t，A_3t}为输入，在取各像差系数的绝对值后(S2-1)，以校正目标值进行标准化(S2-2)。校正目标值例如根据瑞利(Rayleigh)的四分之一波长法则来计算。 

在图6示出加速电压200kV下以分辨率78pm为目标的情况、和加速电压80kV下以分辨率138pm为目标的情况下的校正目标值。 

接下来，遵循例如图7所示的判定基准，对标准化后的值进行5等级 评价并变换为0～4的数值(S2-3)，以A1、B2、A2、C3、S3、A3的顺序排列来设为6位的5进制数(S2-4)。最后，从5进制数变换为10进制数(S2-5)来得到表征像差状态的10进制数的数值s_t。 

例如，若将得到的10进制的数值s_t设为128，则在图8的价值函数表22-1中表示像差状态s₁₂₈。 

图9是表示基于策略函数的进行校正的像差的选择顺序(图4的S3)的详细的流程图。策略函数以状态函数输出的像差状态s_t为输入，通过参考价值函数表的第s_t行来取得像差状态s_t下校正A1、B2、A2、C3、S3、A3的价值Q_A1、Q_B2、Q_A2、Q_C3、Q_S3、Q_A3(S3-1)。在图8的价值函数表22-1的像差状态s₁₂₈下，价值成为A1＝7，B2＝3.5，A2＝0，C3＝14，S3＝3.5，A3＝10.5。然后，对应于这些价值的高低来算出选择各像差的概率(S3-2)。作为选择概率的算出法，考虑例如将价值的高低视作能量时的、以下式(1)的玻尔兹曼分布作为各像差的选择概率p_i的方法(玻尔兹曼法)。 

[数1] 

$p_i=\frac{\exp [Q_i/T]}{\underset{j=\{A1,B2,A2,C3,S3,A3\}}{\mathrm{\Σexp}[Q_j/T]}},i=A1,B2,A2,C3,S3,A3---\left(1\right)$

通过玻尔兹曼分布的温度参数T(无量纲量)来决定概率的分配，T越大则价值越小的校正也易于被选上。但是，若使T较大则会对各种像差的组合试行校正，其反面，价值函数表的收敛变慢。概率地选择进行校正的像差是为了防止价值函数表停留在准最佳值(局部极小)上。在得到各像差的选择概率后，使用随机数来选择1个进行校正的像差(S3-3)。 

图10是表示基于随机数的像差选择的概念的图。选择概率的总和为1，各像差的选择概率在0到1间的数的直线上占有与其值相应的幅度。在此，产生以相同概率呈现0以上不足1的实数的随机数v，若0≤v＜v₁则选择A1，若v₁≤v＜v₂则选择B2，若v₂≤v＜v₃则选择A2，若v₃≤v＜v₄则选择C3，若v₄≤v＜v₅则选择S3，若v₅≤v＜1则选择A3。在图10的情况下，由于成为v₃≤v＜v₄的概率最高，因此易于选择C3。通过反复基于该随机数的像差的选择过程(S3-3)，最大选择3个像差。但是，选择 概率为5％以下的像差除外(S3-4)。通过如此地在选择概率中设置下限来一次性选择多个像差，能尝试一次性校正多个像差的效率良好的校正，并且作为学习的结果不会选择没有效果的像差。如此，例如在图8的价值函数表22-1的像差状态s₁₂₈下，选择A1、C3、S3这3个像差。将进行校正的像差追加在列表L中(S3-5)，将该列表L交给像差校正单元20来执行像差校正(S-4)。 

像差校正通过以像差校正单元20算出的控制量为基础，控制单元24对像差校正器6和物镜9施加反馈来进行，但为了避免摆动(像差系数在目标值的上下振动)，将控制量(反馈量)与1以下的衰减系数K相乘。在此，对每个像差系数考虑测定误差来将K设为K＝1.0-(测定的相对误差)。例如，若测定的相对误差为20％，则设为K＝0.8来校正像差系数的80％的量。通过如此决定衰减系数K，能对应于测定值的可靠度来调整反馈量，与将K设为固定值的情况相比，能实现效率良好的校正。即，由于在像差大时测定的相对误差变小，因此能通过使反馈量较多来减少校正的次数，由于像差小时测定的相对误差变大，因此能通过使反馈量减小来防止摆动。 

图11是表示基于回报函数的校正结果的评价顺序(图4的S8)的详细的流程图。回报函数以像差校正前后的像差系数的集合C_t＝{A_1t，B_2t，A_2t，C_3t，S_3t，A_3t}、C_t+1＝{A_1t+1，B_2t+1，A_2t+1，C_3t+1，S_3t+1，A_3t+1}、以及由策略函数输出的校正的(校正过的)像差的列表L为输入。 

首先，对C_t以及C_t+1的各要素取绝对值(S8-1)并以校正目标值进行标准化(S8-2)，由此得到校正前后的标准化后的像差系数，然后，将校正前后的标准化后的像差系数之差(校正前-校正后)与权重系数W相乘设为回报(S8-3)。由此，作为各像差的回报，输出r＝{r_A1，r_B2，r_A2，r_C3，r_S3，r_A3}。权重系数W设为校正后的综合的像差越小则越大。例如，在图5的S2-3中将5等级评价的值的总和设为∑，则设为W＝1/∑。以上那样决定的回报若校正的结果像差减少则成为正，反之若增加则成为负，差越大则回报越大，另外，校正后的综合的像差越小则回报越大。但是，未校正过的像差(列表L中没有要素的像差)的回报设为零。 

图12是表示基于Q学习的价值函数表22的更新顺序(图4的S9) 的详细的流程图。首先，参考价值函数表22的第s_t行、以及第s_t+1行来取得在校正前后的像差状态s_t、以及s_t+1下校正A1、B2、A2、C3、S3、A3的价值Q_A1、Q_B2、Q_A2、Q_C3、Q_S3、Q_A3以及Q′_A1、Q′_B2、Q′_A2、Q′ _C3、Q′_S3、Q′_A3(S9-1、S9-2)。例如，将第s_t行设为s₁₂₈(图8的价值函数表22-1)，将第s_t+1行设为s₃₄₅。使用根据这些价值和回报函数计算出的各像差的回报r_i，通过Q学习来更新针对校正过的像差的价值(S9-3)。 

所谓Q学习是强化学习中的价值的更新法之一，遵循下式(2)来更新价值。 

[数2] 

$Q_i\←Q_i+a\{r_i-Q_i+\mathrm{\γ}\underset{j=(A1,B2,A2,C3,S3,A3)}{\max }[{Q^{\′}}_j\left]\right\},i\∈L---\left(2\right)$

在此，α为学习率(0＜α≤1)，γ为缩减率(0≤γ≤1)。α表征重视当前的价值和通过行动得到的结果的哪一者。α越接近1则越重视得到的结果，价值的变化变大。反之，若使α接近于0，则变得重视当前的价值，价值的变化变小。另一方面，γ表征重视当前的回报和将来的回报的哪一者。γ越接近于0则越重视当前的回报，越接近于1则越重视将来的回报。在本发明中，在Q学习中设为作为标准的值的α＝0.1、γ＝0.9。将通过Q学习而更新的像差状态s_t中的价值反映到价值函数表的第s_t行来记录学习结果(S9-4)。 

例如，作为针对基于图8所示的价值函数表22-1校正后的像差状态s₁₂₈的像差的学习结果，在更新的价值函数表22-2中，与效果大的像差系数C3相关的价值从14大幅增大到21，与效果小的像差系数A1相关的价值从7若干增加到9，与认可相反效果的像差系数A3相关的价值从10.5大幅减少到4。 

如此地，在结束与像差状态s₁₂₈相关的像差校正的序列后，在像差状态置换为s_t+1、在上述示例中置换为s₃₄₅后(图4的S10)，返回试行阶段(图4的S3)，在与下一像差状态s₃₄₅相关的序列中反复与像差状态s₁₂₈的情况相同的处理。 

通过以上说明的自动调整过程，与像差校正器的调整同时进行价值函数表22的学习，选择越反复调整则越有效果的像差校正。 

另外，在使规格相同的带电粒子射线装置中，通常设置初始值相同的价值函数表(主表)。根据本实施例，通过学习来更新反映了各带电粒子射线装置的个体差异的主表，使其成为赋予反映了各带电粒子射线装置的个体差异的最佳的调整顺序的、固有的价值函数表。 

图13是表示输入输出单元15的自动像差校正GUI的画面150的一例的图。自动像差校正GUI的画面150由开始调整的调整开始按钮28、停止调整的调整停止按钮29、暂时停止调整的暂时停止按钮30、表示调整的进程的理论分辨率图形的显示部31、表示各像差系数的倾向的像差趋势的显示部32、由伦奇图观察单元16取得的伦奇图的显示部33等构成。在理论分辨率图形的显示部31中，在横轴取序列编号36，在纵轴取分辨率，显示根据各像差的像差系数计算的理论分辨率线34和目标分辨率线35，使校正进展到何种程度可视化。反复执行像差校正直到理论分辨率线34成为目标分辨率线35以下。像差趋势的显示部32按每个像差系数使过去数次的校正的倾向可视化。对于以复数来表征像差系数的寄生像差(A1、B2、A2、S3、A3)，在复平面上绘制像差系数并用线连结(37～41)，由此，不仅各像差的大小，方向也可视化，各像差的校正是否在正确的方向上前进变得明确。此时，使连结绘制的线的颜色从当前的绘制朝向过去的绘制逐渐变薄，或者使线的粗细逐渐变细，由此即使是线复杂地交叉的绘制也能易于看清校正的过程。另外，在伦奇图的显示部33中，能通过观察在伦奇图的中央看到的对比度均匀的平坦区域是否扩展到目标平坦区域线43，来判断校正的程度。用户对应于像差校正的进程状況或伦奇图的状态来操作GUI画面150的调整停止按钮29或暂时停止按钮30，能对与此相伴而显示的新的GUI画面进行需要的操作。 

图14是表示输入输出单元15的图像显示部中的学习信息GUI的画面151的一例的图。学习信息GUI的画面151由设定学习参数的参数面板44、显示学习的统计信息的统计面板45、使价值函数表可视化的价值函数表面板46构成。参数面板44由设定图12的流程图所述的Q学习中的学习率α和缩减率γ的文本框47和48、以及图9的S3-2所述的作为选择概率的算出法来使用玻尔兹曼法的情况下设定温度参数T的文本框49构成。统计面板45由显示学习的合计次数的合计学习次数标签50、显示访问的 像差状态的数量的访问状态数标签51、显示合计学习次数除以访问状态数而得到的学习次数的平均值的平均学习次数标签52构成。在价值函数表面板46中，关于各像差状态s_i，用灰度色标等颜色灰度来表现针对访问的像差状态的价值的大小。由此，用户能掌握学习进展得到何种程度。 

根据本实施方式，自动像差校正装置能遵循自律学习的价值函数表的值一次性进行多个像差的校正。另外，本实施方式在包含更高阶的像差的像差校正中能同样地应用。 

根据本实施方式，通过强化学习获得能同时实施多个像差校正的最佳的调整顺序，由此能实现反映了带电粒子射线装置的个体差异的调整时间短的自动像差校正。另外，由于自动像差校正装置通过学习自律地获得最佳的调整顺序，因此用户不是熟练的调整者也能进行合适的像差校正。 

实施例2 

参考图15来说明成为本发明的第2实施方式的带电粒子射线装置的示例。 

在本发明中，由于以根据校正前后的像差系数计算出的回报为基础来更新价值函数表，因此像差测定的正确性变得重要。为此，记录像差系数的测定历史记录，在像差测定的偏差为某指定值以上时，还考虑不进行像差校正的方法。 

图15是表示考虑了像差系数的测定的偏差的像差校正的顺序的流程图。下面仅叙述与第1实施方式的相异点。在存储装置21中保存记录像差系数的测定历史记录的测定历史记录表(图示略)。像差校正单元20将像差测定单元18输出的各像差系数追加到测定历史记录表中(S4-1)，根据测定历史记录表的数据来计算标准偏差(S4-2)。若标准偏差大于指定的值(S4-3)，则不进行像差校正，若小于指定的值，则执行像差校正(S4-4)，清除测定历史记录表(S4-5)。另外，测定历史记录和标准偏差的计算也可以分别对像差系数的大小和方向进行。 

根据本实施方式，考虑测定历史记录，基于正确性高的像差测定，通过强化学习获得能同时实施多个像差校正的最佳的调整顺序，由此能实现调整时间短的自动像差校正。另外，由于自动像差校正装置能通过学习自律地获得最佳的调整顺序，因此带电粒子射线装置的用户也可以不是熟练 的调整者。 

实施例3 

参考图16、图17来说明成为本发明的第3实施方式的带电粒子射线装置的示例。 

在作为像差校正的结果只得到负的回报的情况下，考虑返回到进行校正之前的状态来重新进行像差校正的选择的方法。为了返回进行校正之前的状态，需要以下的撤销功能：即，预先记录控制单元24的控制量的历史记录即校正的历史记录，若有指示则恢复到预先记录的控制量。 

下面叙述与第1实施方式的相异点。图16是表示历史记录GUI的画面152的一例的图。图17是用于实现撤销功能的自动像差校正装置17的构成图。自动像差校正装置17具备记录控制单元24的控制量的控制量记录单元27。 

在历史记录GUI的画面152中，在历史记录项目53中显示序列编号54、校正过的像差55、即将校正前的理论分辨率56。序列编号54与图13的自动像差校正GUI的画面150的序列编号36对应。在该示例中，在每个序列同时校正2个或3个像差，与此相伴，理论分辨率56的值也发生变化。另外，在序列编号9进行的C3和S3的校正前的理论分辨率56的值最佳。 

图17的(a)是记录阶段，在像差测定单元18进行像差测定时(图4的S-1、S-5)对控制量记录单元27作出指示，记录控制单元24的控制量。图17的(b)是恢复阶段，在由一并校正对象判断/评价单元19计算各像差系数的回报时(图4的S-8)，在所选的像差校正的回报全都为负的情况下，对控制量记录单元27作出指示，恢复到预先记录了控制单元24的控制量的值。在接下来进行的价值函数表的更新中(图4的S-9)，由于所选的像差校正的价值的(由于回报为负)减少，因此在返回图4的S-3来重新进行像差校正的选择时易于选择另外的像差校正。 

另外，通过跨到过去预先保存控制量记录单元27记录的控制量(校正的历史记录)，能实现恢复为任意时间点的状态的控制量的历史记录功能。另外，还考虑能将保存的控制量写出到文件中，读入写出的文件来恢复。 

在用户用鼠标双击画面152的历史记录项目时，通过控制量记录单元27使控制单元24的控制量恢复到该时间点的值来使状态复元。例如，在对图16的序列编号9的历史记录项目进行双击等来选择时，复元到以序列编号9进行的C3和S3的校正前的理论分辨率90pm的状态。每当进行像差的校正时，历史记录项目就会增加，由于最新的历史记录项目显示在历史记录GUI的画面152的最下方，因此显示不了的使用滚动条57来进行参考。 

另外，以上说明的撤销、历史记录在磁滞特性越显著使电磁透镜的状态越大地变化时完全不发挥功能。但是，由于在通常的调整过程中不会一次性地使电磁透镜的状态较大改变，返回前一步的状态的撤销没有问题地发挥功能。基于历史记录功能的状态的复元度还依赖于返回何种程度的过去的状态，但在占调整过程的大部分的寄生像差的校正中，由于大多使用没有磁滞特性的空芯的偏转线圈，实用上的问题较少。 

根据本实施方式，通过强化学习获得能同时实施多个像差校正的、最佳的调整顺序，由此能实现调整时间短的自动像差校正。另外，由于自动像差校正装置通过学习自律地获得最佳的调整顺序，因此即使用户不是熟练的调整者也能进行合适的像差校正。 

实施例4 

参考图18A、图18B来说明成为本发明的第4实施方式的带电粒子射线装置的示例。 

在本发明中，通过自律的学习来使最佳的价值函数表不断最优化，但在调整的过程中，也可以根据状況不同由用户(调整者)示教价值函数表的值。 

图18A是表示校正前的试行阶段中的输入输出单元15与一并校正对象判断/评价单元19以及价值函数表22的相互作用的图。与第1实施方式不同，在第4实施方式中，一并校正对象判断/评价单元19具备示教/修正器155。另外，输入输出单元15具有示教GUI功能。在试行阶段，以由像差测定单元18测定的校正前的各像差系数和价值函数表22为基础，像差校正选择器25选择多个一并校正的像差，显示在输入输出单元15的画面153上。用户(调整者)根据需要在示教GUI中示教价值函数表的值， 将该结果经过示教/修正器155而输入给像差校正选择器25。一并校正对象判断/评价单元19基于示教/修正后的数据向像差校正单元20作出一并校正的指示。 

图18B是表示示教GUI的画面153的一例的图。在显示示教GUI的画面153时，直到按下采用按钮61为止都不进行图4的S4的校正。在价值文本框58和价值条59中反映在图9的S3-1中取得的价值Qi的值，对在图9的S3-2中选择的像差附加○记号60。若选择的像差是期望的像差，则通过调整者按下采用按钮61来继续图4的S4以下的处理。若选择的像差不是期望的像差，则通过将期望的值代入价值文本框58并按下再试行按钮62，基于修正的价值通过图9的S3-2、S3-3所示的过程来再选择进行校正的像差。 

根据本实施方式，通过强化学习和用户(调整者)的经验来获得能同时实施多个像差校正的最佳的调整顺序，由此能实现调整时问短的自动像差校正。 

上面以扫描型透射电子显微镜为例说明了本发明的各实施方式，但本发明关于像差的测定方法和校正方法并未受到任何限制，也能将像差校正器应用到其它的带电粒子射线装置、例如透射型电子显微镜、扫描型电子显微镜、聚焦离子束装置等中。 

如此，根据本发明，通过同时实施多个在过去的调整中有效果的像差校正，能实现调整时间短的自动像差校正。 

符号说明： 

1  电子射线源 

2  电子射线 

3、4  会聚透镜 

5  调整透镜 

6  像差校正器 

7  转印透镜 

8  扫描线圈 

9  物镜 

10  样本 

11  成像透镜 

12  暗视野像检测器 

13  摄像机 

14  暗视野像观察单元 

15  输入输出单元 

16  伦奇图观察单元 

17  自动像差校正装置 

18  像差测定单元 

19  一并校正对象判断/评价单元 

20  像差校正单元 

21  存储装置 

22  价值函数表 

23  变换系数表 

24  控制单元 

25  像差校正选择器 

26  像差校正评价器 

27  控制量记录单元 

28  调整开始按钮 

29  调整停止按钮 

30  暂时停止按钮 

31  理论分辨率图形的显示部 

32  像差趋势的显示部 

33  伦奇图的显示部 

34  理论分辨率线 

35  目标分辨率线 

36  序列编号 

37  A1趋势 

38  B2趋势 

39  A2趋势 

40  S3趋势 

41  A3趋势 

42  C3趋势 

43  目标平坦区域线 

44  参数面板 

45  统计面板 

46  价值函数表面板 

47  学习率α设定文本框 

48  缩减率γ设定文本框 

49  温度参数T设定文本框 

50  合计学习次数标签 

51  访问状态数标签 

52  平均学习次数标签 

53  历史记录项目 

54  序列编号(与序列编号36对应) 

55  校正过的像差 

56  理论分辨率 

57  滚动条 

58  价值文本框 

59  价值条 

60  选择的记号 

61  采用按钮 

62  再试行按钮 

150  自动像差校正GUI的画面 

151  学习信息GUI的画面 

152  历史记录GUI的画面 

153  示教GUI的画面 。

Claims (20)

1.一种带电粒子射线装置，具备：

带电粒子射线源；

带电粒子光学系统，其将从所述带电粒子射线源放出的带电粒子作为带电粒子射线来照射样本；

像差校正器，其校正所述带电粒子光学系统的像差；和

控制单元，其控制所述带电粒子光学系统和所述像差校正器的各构成要素，

所述带电粒子射线装置的特征在于，

还具备：

自动像差校正装置，其通过学习自律地获得最佳的调整顺序。

2.一种带电粒子射线装置，其特征在于，具有：

带电粒子射线源；

带电粒子光学系统，其将从所述带电粒子射线源放出的带电粒子作为带电粒子射线来照射样本；

像差校正器，其校正所述带电粒子光学系统的像差；

控制单元，其控制所述带电粒子光学系统和所述像差校正器的各构成要素；

所述像差测定单元，其测定所述带电粒子光学系统的多个像差系数；

存储装置，其保存价值函数表，该价值函数表保持所述测定的多个像差系数中的表示校正哪个像差的值；

校正对象判断单元，其基于所述测定的像差系数和所述价值函数表的值来判断多个像差的校正；和

像差校正单元，其校正由所述校正对象判断单元进行了所述校正的判断的所述多个像差。

3.根据权利要求2所述的带电粒子射线装置，其特征在于，

所述校正对象判断单元，根据由所述像差测定单元测定的像差校正前后的像差系数将该像差校正的效果定量化为回报，基于该回报来更新所述价值函数表的所述值。

4.根据权利要求2所述的带电粒子射线装置，其特征在于，

所述价值函数表，将对各像差系数以各自的校正目标值进行标准化后得到的值分级化为N等级，将排列该分级化后的值而成的N进制数的数值变换为10进制数，将由此得到的数值设为像差状态，并将该像差状态作为行索引。

5.根据权利要求4所述的带电粒子射线装置，其特征在于，

所述价值函数表，作为初始值，按照以下方式进行设定：在某行的所述像差状态下，像差相对越大具有越高的值，在不同的像差状态之间，各像差系数的总和越小的像差状态具有越高的值。

6.根据权利要求2所述的带电粒子射线装置，其特征在于，

所述校正对象判断单元，遵循与所述价值函数表相应的选择概率来判断1个或多个像差的校正。

7.根据权利要求3所述的带电粒子射线装置，其特征在于，

在将校正后的综合的像差越小则越大的权重系数设为W时，所述回报设为W×((校正前的像差系数)-(校正后的像差系数))。

8.根据权利要求7所述的带电粒子射线装置，其特征在于，

将对各像差系数以各自的校正目标值进行标准化后得到的值分级化为N等级，所述权重系数设为该分级化后的值的总和的倒数。

9.根据权利要求2所述的带电粒子射线装置，其特征在于，

所述像差校正单元，通过参考保存在所述存储装置中的变换系数表来从进行校正的像差的像差系数变换为校正控制量，使该校正控制量与衰减系数K相乘后反馈到所述控制单元，由此来校正所述像差。

10.根据权利要求9所述的带电粒子射线装置，其特征在于，

所述衰减系数K设为1.0-(像差系数的相对误差)。

11.根据权利要求2所述的带电粒子射线装置，其特征在于，

还具备：

控制量记录单元，其记录所述控制单元的控制量，

所述控制量记录单元记录所述像差校正单元校正像差前的所述控制单元的控制量，

在所述校正对象判断单元算出的所述回报全都为负的情况下，通过使所述控制单元恢复该记录的控制量来返回到校正前的状态。

12.根据权利要求2所述的带电粒子射线装置，其特征在于，

所述像差校正单元，将由所述像差测定单元测定的像差系数作为测定历史记录来进行记录，根据该测定历史记录来算出该像差系数的标准偏差，直到该标准偏差成为事前设定的阈值以下为止都限制所述像差的校正。

13.根据权利要求11所述的带电粒子射线装置，其特征在于，

所述控制量记录单元，预先将记录的所述控制单元的控制量作为历史记录来进行保存，通过使所述控制单元恢复任意的时间点的控制量来返回到任意的时间点的状态。

14.根据权利要求11所述的带电粒子射线装置，其特征在于，

所述控制量记录单元，将记录的所述控制单元的控制量作为文件写出到外部存储装置，通过读入该写出的文件来恢复所述控制单元的控制量。

15.根据权利要求2所述的带电粒子射线装置，其特征在于，

所述自动像差校正装置具备图像显示单元，

在所述图像显示单元中显示所述校正的进程。

16.根据权利要求15所述的带电粒子射线装置，其特征在于，

所述校正的进程将以复数表征的像差系数绘制在复平面上。

17.根据权利要求15所述的带电粒子射线装置，其特征在于，

具备：

控制量记录单元，其记录所述控制单元的控制量的历史记录，

基于所述控制量记录单元的信息在所述图像显示单元中显示所述校正的历史记录，

接受针对该显示的历史记录的1个项目的指定，返回到在该历史记录中追加该1个项目的时间点的所述控制量的状态。

18.根据权利要求15所述的带电粒子射线装置，其特征在于，

在所述图像显示单元中显示所述价值函数表的值、和以该价值函数表的值为基础而选择的像差，能交互地进行所述价值函数表的修正。

19.一种带电粒子射线装置，其特征在于，具有：

带电粒子射线源；

带电粒子光学系统，其将从所述带电粒子射线源放出的带电粒子作为带电粒子射线来照射样本；

评价部，其基于所述带电粒子光学系统的像差校正的测定结果来评价实施的校正顺序；

选择部，其基于所述评价，来选择得到高于其它校正顺序的评价的校正顺序；和

像差校正器，其执行所述选择的校正顺序。

20.一种带电粒子射线装置，其特征在于，具有：

带电粒子射线源；

带电粒子光学系统，其将从所述带电粒子射线源放出的带电粒子作为带电粒子射线来照射样本；

评价部，其基于所述带电粒子光学系统的像差校正的测定结果来评价实施的校正顺序；

表变换部，其基于所述评价来变更用于确定校正顺序的表的值；和

像差校正器，其执行基于所述表而确定的校正顺序。

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