JP2017208285A - 荷電粒子線装置 - Google Patents

Abstract

【課題】オペレータが目視で調整するため、調整精度と調整時間にバラツキが生じ得る。【解決手段】荷電粒子線装置に、荷電粒子線の照射によって生じる試料の像を撮影する撮影装置と、前記荷電粒子線を偏向させる偏向コイルと、前記荷電粒子線を集束させる磁界レンズと、前記偏向コイル及び前記磁界レンズを制御する制御装置と、前記荷電粒子線の電磁的軸調整に関する情報を表示するインターフェース部とを設ける。【選択図】図２

Description

本発明は、荷電粒子線装置に関する。

透過型電子顕微鏡（以下、ＴＥＭ）は、試料を通過した電子線により生じる透過像を観察する装置である。観察方法の１つは、蛍光板を使用する方法である。この場合、ＴＥＭは、試料を通過した電子線を蛍光板に結像し、蛍光板に写った試料の透過像を装置の窓を通じて観察する。この観察は、実時間（すなわち、リアルタイム）で行うことが可能である。

観察方法には、蛍光板を使用しない方法もある。この場合、ＴＥＭは、試料を透過した電子線の画像をテレビカメラ等の撮影装置を用いて直接検出し、検出された透過像の画像信号を装置の外部に接続された表示装置に送り表示する。この場合、オペレータは、表示装置に表示された透過像を観察する。ただし、この観察方法は、装置構成によっては画像処理に時間を要し、リアルタイムでなく時間遅れが生じる可能性がある。

通常、ＴＥＭの制御装置は装置本体から離れた場所に設置されており、オペレータは、当該制御装置のある場所からＴＥＭの動作を制御する。このため、透過像が表示される表示装置は、オペレータが観察し易いように、制御装置が設置された場所に設置される。

特開２００８−１８１７８６号公報

ＴＥＭを用いて試料を観察する場合、試料を観察する前に軸調整を行う必要がある。軸調整には、機械的軸調整と電磁的軸調整がある。機械的軸調整では、物理的に鏡体等を動かして光軸を調整する。電磁的軸調整では、レンズやコイル等の電流値を変化させて光軸を調整する。機械的軸調整はオペレータが行うことは無いが、電磁的軸調整はオペレータが行うこともある。

オペレータが行う電磁的軸調整には、電流軸中心調整、電圧軸中心調整、ビーム偏向支点調整、フォーカス調整がある。これらのうち電流軸中心調整と、電圧軸中心調整と、ビーム偏向支点調整は定期的に行われる。これらの軸調整は、オペレータが目視により行う。そのため、調整精度と調整時間にバラツキが生じ得る。特に、軸調整の調整精度は試料観察に影響を与えるため、高い調整精度が求められる。

上記課題を解決するために、本発明は、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。本明細書は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、「荷電粒子線の照射によって生じる試料の像を撮影する撮影装置と、前記荷電粒子線を偏向させる偏向コイルと、前記荷電粒子線を集束させる磁界レンズと、前記偏向コイル及び前記磁界レンズを制御する制御装置と、前記荷電粒子線の電磁的軸調整に関する情報を表示するインターフェース部とを有する荷電粒子線装置」である。

本発明によれば、オペレータは、調整指標として表示された情報を参照して電磁的軸調整を行うことができ、調整精度と調整時間のバラツキを低減できる。前述した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施の形態の説明により明らかにされる。

実施例に係るＴＥＭの構成例を示す図。 電流軸中心調整時に用いられる操作画面の一例を示す図。 電流軸中心調整時に実行される処理手順例を示すフローチャート。 ＴＥＭで取得される観察像の一例を示す図。 画面更新処理Ｓ１０９の詳細内容を示すフローチャート。 電圧軸中心調整時に用いられる操作画面の一例を示す図。 ビーム偏向支点調整時に用いられる操作画面の一例を示す図。 ビーム偏向支点調整時に実行される処理手順例を示すフローチャート。 ビーム偏向支点調整時に取得される観察像の一例を示す図。 フォーカス調整時に用いられる操作画面の一例を示す図。 フォーカス調整時に実行される処理手順例を示すフローチャート。

以下、図面に基づいて、本発明の実施例を説明する。なお、本発明は、後述する実施例に限定されるものではなく、その技術思想の範囲において、種々の変形が可能である。

（１）実施例１
（１−１）装置構成
図１に、ＴＥＭの構成例を示す。電子銃１から放出されて加速された電子線は、照射系レンズ２によって収束された後、第１偏向コイル３及び第２偏向コイル４によって偏向される。更に、電子線は、対物レンズ（前磁場）５によって試料台７に装着された試料６に結像される。電子線発生装置１２は、電子銃１に与える電圧を調整して電子線のエネルギーを制御する。電子線を試料６に照射する電子線照射系は、破線で囲んで示す装置本体の内部に収納される。装置本体の内部は、真空排気ポンプ１６によって真空に保たれる。

試料６を透過した電子線は、結像系レンズ８により拡大されて蛍光板１１に結像される。これにより、蛍光板１１には試料透過像に対応する蛍光板面像が現れる。蛍光板面像は、蛍光板撮影用のカメラ（第１の撮像装置）９により撮影される。カメラ９は、蛍光板面像に当たる画像信号を出力する。本実施例のＴＥＭは、蛍光板１１を使用しない観察方法にも対応する。当該観察方法を用いる場合、蛍光板駆動装置１５が蛍光板１１を電子線の光軸上から退避させ、試料６を透過した電子線をカメラ（第２の撮像装置）１０の撮影面に直接入射させる。これにより、カメラ１０は、試料透過像に当たる画像信号を出力する。

画像の撮影倍率は、電子線調整装置１３の制御により可変できる。撮影視野は、試料移動装置１４による試料台７の位置移動により調整できる。電子線発生装置１２、電子線調整装置１３、試料移動装置１４、蛍光板駆動装置１５、真空排気ポンプ１６は、いずれも装置本体側に設けられる。

破線で囲んで示すコンピュータ１７には、中央演算ユニット１７ａ、画像表示用メモリ１７ｂ、入出力インターフェース１７ｃ、画像メモリ１７ｄ、１７ｅ、プログラム格納メモリ１７ｆ、データ保存用メモリ１７ｇが含まれる。中央演算ユニット１７ａは、プログラム格納メモリ１７ｆに格納されているプログラムを実行し、各種の機能を提供する。例えば中央演算ユニット１７ａは、カメラ９又は１０から受信した画像信号を画像メモリ１７ｄに一時保管する。ここでの画像信号は、蛍光板画像又は試料透過像である。画像メモリ１７ｄに既に画像信号が保管されている場合、中央演算ユニット１７ａは、画像信号を画像保存メモリ１７ｅに一時保管する。画像メモリ１７ｄと画像保存メモリ１７ｅの両方に既に画像信号が保管されている場合、中央演算ユニット１７ａは、交互に、格納されている画像信号を削除し、保管領域を確保する。

中央演算ユニット１７ａは、試料透過像を画面に表示する場合、画像メモリ１７ｄ（又は１７ｅ）から読み出した画像信号を画像表示用メモリ１７ｂに格納し、その後、入出力インターフェース１７ｃを通じて表示装置（インターフェース部）１８に表示する。ＴＥＭに関する各種データ、中央演算ユニット１７ａが演算により算出したデータ等は、データ保存用メモリ１７ｇに保存される。中央演算ユニット１７ａは、プログラム格納メモリ１７ｆに格納されているプログラムの実行を通じ、電子線発生装置１２、電子線調整装置１３、試料移動装置１４、蛍光板駆動装置１５、真空排気ポンプ１６の動作を制御する。

（１−２）電流軸中心の調整動作
（ａ）処理の概要
電流軸中心の調整時、オペレータは、操作パネルの操作を通じて中央演算ユニット１７ａにアクセスし、該当するプログラムの実行を指示する。中央演算ユニット１７ａは、電子線調整装置１３を制御し、対物レンズ５の電流値を正負の方向にわずかに変化させ続ける。対物レンズ５の電流値の変化により、蛍光板１１に表示される蛍光板画像又はカメラ１０で観察された試料透過像は回転され、同時に拡大又は縮小される。

次に、中央演算ユニット１７ａは、カメラ９又は１０から受信した画像信号を画像メモリ１７ｄ又は１７ｅに一時的に保管すると共に、画像表示用メモリ１７ｂに画像信号を保管して、表示装置１８に表示する。

図２に、電流軸中心の調整時に表示される操作画面の一例を示す。中央演算ユニット１７ａは、インターフェース画面１９と調整情報表示画面２３に表示される情報の全部又は一部をリアルタイムで更新する。これにより、オペレータは、リアルタイムで調整結果を確認することができ、作業効率を上げることができる。

インターフェース画面１９には、電流値を変化させる前後に撮影された２つの画像１９Ａ又は１９Ｂが表示されている。画像１９Ａは電流値の変化前の画像に対応し、画像１９Ｂは電流値の変化後の画像に対応する。いずれも同じカメラ９又は１０で撮影された画像である。すなわち、画像１９Ａ及び１９Ｂは、いずれも蛍光板画像又は試料透過像である。図２は、電流値の変化により、画像１９Ｂが画像１９Ａに対して回転され同時に拡大された様子を表している。勿論、画像１９Ｂが画像１９Ａに対して縮小されることもある。

中央演算ユニット１７ａは、プログラム格納メモリ１７ｆに格納されている画像処理プログラムを実行し、画像１９Ａから画像１９Ｂへの変化に内在する変換特性と当該変換特性を打ち消すための調整量を計算する。中央演算ユニット１７ａは、計算結果として、回転中心位置２０、回転中心移動方向２１、移動量２２をインターフェース画面１９に表示する。回転中心位置２０は、電流値の変化に伴い画像間に生じた回転変換の中心位置を示す。回転中心移動方向２１は、調整時に回転中心を移動すべき方向を示す。移動量２２は、調整時に回転中心位置２０を移動すべき量を示す。なお、インターフェース画面１９には、移動量２２として、ピクセル値が表示される。ピクセル値は、後述する特徴的な図形の画面上での長さに相当する。

中央演算ユニット１７ａは、回転中心位置２０、回転中心移動方向２１、移動量２２等の情報に基づいて調整情報を計算し、計算結果（調整指標）を調整情報表示画面２３に提示する。図２の場合、調整情報表示画面２３は、インターフェース画面１９の右側に配置される。調整情報表示画面２３には、調整手順２４、簡易光線図２５、調整対象名２６、擬似ツマミ２７Ａ及び２７Ｂ、ツマミ回転方向２８、調整量２９が表示される。因みに、擬似ツマミ２７ＡはＸ軸用の調整ツマミであり、擬似ツマミ２７ＢはＹ軸用の調整ツマミである。調整対象名２６を表す記号「ＢＴ」は、偏向コイル３及び４を表している。

インターフェース画面１９に表示される画像１９Ａ及び１９Ｂの組が更新されるたび、中央演算ユニット１７ａは、前記の画像処理プログラムを実行し、その都度、回転中心位置２０、回転中心移動方向２１、移動量２２及び調整情報表示画面２３の表示内容を更新する。オペレータは、インターフェース画面１９と調整情報表示画面２３に提示された情報を参照し、電流軸中心調整を行う。このように本実施例では、オペレータは、具体的な数値や客観的な情報に基づいて調整作業を行うことができ、オペレータ間での調整バラツキや調整時間差を小さくすることができる。

（ｂ）処理動作の内容
図３に、電流軸中心調整時において、中央演算ユニット１７ａが実行する画像処理プログラムの処理手順例を示す。画像処理プログラムは、画像メモリ１７ｄ（又は１７ｅ）に保管された画像信号を処理対象とし、インターフェース画面１９及び調整情報表示画面２３に表示する情報の計算などを実行する。

まず、中央演算ユニット１７ａは、画像メモリ１７ｄ（又は１７ｅ）から画像信号を取得する（Ｓ１０１）。前述したように、画像信号は、カメラ９で撮影された蛍光板面像又はカメラ１０で撮影された試料透過像であり、両方ではない。次に、中央演算ユニット１７ａは、対物レンズ５の現在の電流値を電子線調整装置１３より取得し、変化の有無を確認する（Ｓ１０２）。対物レンズ５の現在の電流値が、Ｓ１０１で読み出した画像信号を撮影したときの電流値と異なる場合、中央演算ユニット１７ａは、別の画像メモリ１７ｅ（又は１７ｄ）から画像信号を取得する（Ｓ１０３）。対物レンズ５の現在の電流値が、Ｓ１０１で読み出した画像信号を撮影したときの電流値と同じである場合、中央演算ユニット１７ａは、その変化が確認されるまでＳ１０２の確認処理を繰り返す。

中央演算ユニット１７ａは、Ｓ１０１で取得された画像信号とＳ１０３で取得された画像信号を処理し、２枚の画像間の回転量θを算出する（Ｓ１０４）。この２枚の画像は同じカメラで撮影された画像である。以下、回転量θの算出手順を説明する。まず、中央演算ユニット１７ａは、取得した２枚の画像から特徴的な領域を抽出する。特徴的な領域とは、例えば試料上の傷や汚れである。

図４に、特徴的な領域の一例を示す。特徴的領域１０１は、対物レンズ５の電流値が変化したことにより、観察像中の特徴的領域１００が回転及び平行移動した状態を表している。特徴的な領域には、例えばＳＩＦＴ（Scale Invariant Feature Transform）特徴量がある。ＳＩＦＴ特徴量は、例えば以下の方法により抽出できる。まず、画像から特徴点を検出する。特徴点は、例えば平滑度の異なるGaussianフィルタで平滑化した画像の変化から検出する。拡大又は縮小の影響を排除するために、異なる解像度の画像を作成してGaussianフィルタによる平滑化を行う。次に、検出した特徴点からＳＩＦＴ特徴量を生成する。ＳＩＦＴ特徴量は、特徴点周辺の輝度変化が最も大きい向きを調べる。

特徴点の向きを基準に、特徴点を中心とした４×４のブロックを設定し、ブロック毎に輝度変化を８方向で表すことで１２８次元のベクトルを求める。１２８次元ベクトルを長さ１に正規化し、１つの特徴点に対するＳＩＦＴ特徴量とする。ＳＩＦＴ特徴量は、一般的な画像処理ライブラリでアルゴリズムが提供されており、それらを利用しても良い。ＳＩＦＴ特徴量は、１２８次元のベクトルを扱うため、移動、回転、拡大又は縮小により変化した画像に対して、変化前の画像のＳＩＦＴ特徴量と変化後のＳＩＦＴ特徴量の画像を対応させることができる。

次に、中央演算ユニット１７ａは、２枚の画像から抽出した特徴的な領域の座標を利用して、ホモグラフィー行列を求める。ホモグラフィー行列は、２次元の射影変換を表す。ホモグラフィー行列は、一般的な画像処理ライブラリを利用することにより容易に算出することができる。２枚の画像間で対応する特徴点座標の組みから求められるホモグラフィー行列の一般式を式１に示す。

ここで、ｓｘはＸ方向の拡大率であり、ｓｙはＹ方向の拡大率である。θは回転角度、ｅはＸ方向の移動量、ｆはＹ方向の移動量である。なお、＊は、乗算子である。

次に、中央演算ユニット１７ａは、ホモグラフィー行列を用いて回転量θを求める。式２に、その計算式を示す。

その後、中央演算ユニット１７ａは、２枚の画像から特徴的な領域の拡大率又は縮小率を算出する（Ｓ１０５）。拡大率又は縮小率も、ホモグラフィー行列を用いて求めることが出来る。式３に、その計算式を示す。

その後、中央演算ユニット１７ａは、２枚の画像から特徴的な領域の回転中心座標を算出する（Ｓ１０６）。回転中心座標もホモグラフィー行列から算出することができる。式４に、その計算式を示す。

その後、中央演算ユニット１７ａは、求めた回転中心位置から画像の中心位置までの距離を算出する（Ｓ１０７）。式５に、その計算式を示す。

次に、中央演算ユニット１７ａは、回転中心座標と画像の中心位置までの距離に基づいて、必要な調整値を求める（Ｓ１０８）。調整値を求めるために、中央演算ユニット１７ａは、調整パラメータに対する電子ビームの傾斜角度をキャリブレーション値として求めておく。キャリブレーション値は、例えば電流値１ｍＡ当たりのビームスポットの移動ベクトル（ｂｘ，ｂｙ）である。式６に、キャリブレーション値の例を示す。

次に、中央演算ユニット１７ａは、Ｓ１０８で求めておいたパラメータを使用し、回転中心を観察画面の中央まで調整するための傾斜用コイルの電流値を算出する。式７に、その計算式を示す。

その後、中央演算ユニット１７ａは、Ｓ１０４〜Ｓ１０８で算出した結果をインターフェース画面１９及び調整情報表示画面２３に表示する（Ｓ１０９）。具体的には、調整手順２４、簡易光線図２５、調整対象名２６、擬似ツマミ２７Ａ及び２７Ｂ、ツマミ回転方向２８、調整量２９が表示される。

図５に、画面更新処理Ｓ１０９の詳細内容を示す。画面更新処理１０９は、中央演算ユニット１７ａによって算出した移動量や回転量を、インターフェース画面１９と調整情報表示画面２３に表示するための処理である。画面更新処理Ｓ１０９の実行時、中央演算ユニット１７ａは、計算値（すなわち計算結果）をデータ保存用メモリ１７ｇ（図１）から取得する（Ｓ２０１）。

次に、中央演算ユニット１７ａは、取得した結果に基づいて、インターフェース画面１９上に、電流の変化前後に撮影された２つの画像１９Ａ及び１９Ｂと、その回転中心位置２０を表すマーカを描画する（Ｓ２０２）。マーカの描画後、中央演算ユニット１７ａは、インターフェース画面１９上に移動量２２を描画し（Ｓ２０３）、更に、回転中心移動方向２１を描画する（Ｓ２０４）。

次に、中央演算ユニット１７ａは、調整情報表示画面２３に調整手順２４を描画する（Ｓ２０５）。調整手順２４とは、例えば「１．観察画面を表示する」、「２．電源電圧を100V増やす」、「３．観察画面上に表示された観察像の変化量を確認する」、「４．調整情報表示画面で調整対象のツマミや調整量を確認する」、「５．調整対象のツマミを調整情報表示画面に表示された量だけ変化させる」、「６．電源電圧を100V減らす」、「７．調整終了」等のメッセージである。

調整手順２４の表示後、中央演算ユニット１７ａは、調整内容に対応した簡易光線図２５を描画する（Ｓ２０６）。簡易光線図２５には、例えば調整対象である磁界レンズ（照射系レンズ２、対物レンズ５、結像系レンズ等）及び偏向コイル３、４の両方又は一方の位置関係が記号又は図で表され、磁界レンズ及び偏向コイルの両方又は一方を通過する電子ビームの軌道が表される。

その後、中央演算ユニット１７ａは、調整対象名２６と対応する調整ツマミ模式図（図２の場合は擬似ツマミ２７Ａ及び２７Ｂ）を調整情報表示画面２３の下部に表示する（Ｓ２０７）。最後に、中央演算ユニット１７ａは、調整が必要となる擬似ツマミ（擬似ツマミ２７Ａ及び２７Ｂの両方又は一方）の上部に、調整量２９と調整方向（図２の場合はツマミ回転方向２８）を描画する（Ｓ２０８）。調整量２９は、磁界レンズ及び偏向コイル３、４の制御に用いる電流値又は電流値に相当する値である。電流値に相当する値とは、例えばディジット（digit）と呼ばれるアナログ値をデジタル値に変換した時の最小単位である。なお、図５に示す処理手順は一例であり、各ステップの実行順序は任意である。

（１−３）実施例の効果
前述したように、本実施例におけるＴＥＭ（図１）は、オペレータによる電磁的軸調整作業に際し、手動調整の前後で生じた変化や調整作業をサポートする各種の情報を計算してインターフェース画面１９及び調整情報表示画面２３に表示する。従って、オペレータは、適切な調整手順や調整量を参照して軸調整作業を行うことができ、調整精度と調整時間差のバラツキを共に低減できる。

（２）実施例２
（２−１）装置構成
本実施例においても、図１に示す構成のＴＥＭを使用する。本実施例では、オペレータが、ＴＥＭの電圧軸中心を調整する場合の動作を説明する。

（２−２）電圧軸中心の調整動作
電圧軸中心の調整時も、オペレータは、操作パネルの操作を通じて中央演算ユニット１７ａにアクセスし、該当するプログラムの実行を指示する。中央演算ユニット１７ａは、電子線発生装置１２を制御し、電子銃１に印加する電圧を正負の方向に交互に変化させ続ける。電子銃１に印加される電圧値が変化すると、蛍光板１１に表示される蛍光板画像又はカメラ１０で観察された試料透過像が対物レンズ５の電流値変化に合わせて拡大され又は縮小される。

次に、中央演算ユニット１７ａは、カメラ９又はカメラ１０から受信した画像信号を画像メモリ１７ｄ又は１７ｅに一時的に保管すると共に、画像表示用メモリ１７ｂに画像信号を保管して、表示装置１８に表示する。

図６に、電圧軸中心の調整時に表示されるインターフェース画面３１と調整情報表示画面３５の一例を示す。インターフェース画面３１には、電圧値を変化させる前後に撮影された２つの画像３０Ａ及び３０Ｂが表示される。本実施例では、画像３０Ａは電圧値の変化前の画像に対応し、画像３０Ｂは電圧値の変化後の画像に対応する。いずれも同じカメラ９又は１０で撮影された画像である。すなわち、画像３０Ａ及び３０Ｂは、いずれも蛍光板画像又は試料透過像である。図６は、電圧値の変化により、画像３０Ｂが画像３０Ａに対して拡大された様子を表している。勿論、画像３０Ｂが画像３０Ａに対して縮小されることもある。

中央演算ユニット１７ａは、プログラム格納メモリ１７ｆに格納されている画像処理プログラムを実行し、画像３０Ａから画像３０Ｂへの変化をもたらす変換特性と当該変換特性を打ち消すための調整量を計算する。中央演算ユニット１７ａは、計算結果として、拡大・縮小中心位置３２、拡大・縮小中心移動方向３３、移動量３４をインターフェース画面３１に表示する。拡大・縮小中心位置３２は、電圧値の変化に伴い画像間に生じた拡大・縮小変換の中心位置を示す。拡大・縮小中心移動方向３３は、調整時に拡大・縮小中心を移動すべき方向を示す。移動量３４は、調整時に拡大・縮小中心位置３２を移動すべき量を示す。なお、インターフェース画面３１には、移動量３４として、ピクセル値が表示される。

中央演算ユニット１７ａは、拡大・縮小中心位置３２、拡大・縮小中心移動方向３３、移動量３４等の情報に基づいて調整情報を計算し、計算結果を調整情報表示画面３５に提示する。図６の場合、調整情報表示画面３５は、インターフェース画面３１の右隣に配置される。調整情報表示画面３５には、調整手順３６、簡易光線図３７、調整対象名３８、擬似ツマミ３９Ａ及び３９Ｂ、ツマミ回転方向４０、調整量４１が表示される。因みに、擬似ツマミ３９ＡはＸ軸用の調整ツマミであり、擬似ツマミ３９ＢはＹ軸用の調整ツマミである。調整対象名３８を表す記号「ＢＴ」は、偏向コイル３及び４を表している。

インターフェース画面３１に表示される画像１９Ａ及び１９Ｂの組が更新されるたび、中央演算ユニット１７ａは、前記画像処理プログラムを実行し、その都度、拡大・縮小中心位置３２、拡大・縮小中心移動方向３３、移動量３４及び調整情報表示画面３５の表示内容を更新する。オペレータは、インターフェース画面３１と調整情報表示画面３５に提示された情報を参照し、電圧軸中心調整を行う。このように本実施例では、具体的な数値や客観的な情報に基づいて調整作業を行うことができ、オペレータ間での調整バラツキや調整時間差を小さくすることができる。

本処理は、実施例１で説明した処理動作と類似している処理が多い。従って、基本的な処理動作は図３と同じになる。相違部分は、本実施例の場合、Ｓ１０４の回転量の算出処理が不要な点とＳ１０６で回転中心ではなく拡大・縮小中心位置を算出する点とＳ１０７で回転中心ではなく拡大・縮小中心から画像の中心までの移動距離を算出する点である。電圧軸調整時の観察像は、電圧が変化しても回転しないためである。

（２−３）実施例の効果
前述したように、本実施例におけるＴＥＭ（図１）は、オペレータによる電磁的軸調整作業に際し、調整前後で生じた変化や調整作業をサポートする各種の情報を計算してインターフェース画面３１及び調整情報表示画面３５に表示する。従って、オペレータは、適切な調整手順や調整量を参照して軸調整作業を行うことができ、調整精度と調整時間差のバラツキを共に低減できる。

（３）実施例３
（３−１）装置構成
本実施例においても、図１に示す構成のＴＥＭを使用する。本実施例では、オペレータが、ＴＥＭのビーム偏向支点を調整する場合の動作を説明する。

（３−２）ビーム偏向支点の調整動作
ＴＥＭの電子ビームを傾斜させるための偏向支点の調整時も、オペレータは、操作パネルの操作を通じて中央演算ユニット１７ａにアクセスし、該当するプログラムの実行を指示する。中央演算ユニット１７ａは、電子線調整装置１３を制御して照射系レンズ２の電流値を変化させ、電子線が蛍光板１１上でスポットとなるように調整する。その後、オペレータは、操作パネルを操作して中央演算ユニット１７ａにアクセスし、カメラ制御プログラムの実行を指示する。カメラ制御プログラムを実行した中央演算ユニット１７ａは、蛍光板１１をカメラ９で撮影して、画像メモリ１７ｄ（又は１７ｅ）に保存する。

この後、オペレータは、操作パネルの操作を通じて電子線調整装置１３を制御し、偏向コイル３及び偏向コイル４の両方又は一方の電流値を変化させる。偏向コイル３又は偏向コイル４の電流値が変化すると、蛍光板１１に照射される電子ビームのスポット位置が変化する。その後、オペレータは、カメラ制御プログラムを用いて蛍光板１１をカメラ９で撮影し、画像メモリ１７ｅ（又は１７ｄ）に保存する。この状態で、中央演算ユニット１７ａは、プログラム格納メモリ１７ｆに格納されている画像処理プログラムを実行し、表示装置１８に表示する。

図７に、ビーム偏向支点の調整時に表示されるインターフェース画面５１と調整情報表示画面５６の一例を示す。インターフェース画面５１には、移動前の基準スポット５２Ａと移動後のスポット５３Ａが表示される。また、インターフェース画面５１には、移動後のビームスポット中心位置５３から基準ビームスポット中心位置５２の方向に向かうビームスポット移動方向５４と移動量５５が表示される。

また、調整情報表示画面５６には、調整手順５７、調整時の簡易光線図５８、調整対象名５９、擬似ツマミ６０Ａ及び６０Ｂ、ツマミ調整方向６１、調整量６２が表示される。因みに、擬似ツマミ６０ＡはＸ軸用の調整ツマミであり、擬似ツマミ６０ＢはＹ軸用の調整ツマミである。調整対象名５９を表す記号「ＢＴＸ」は、偏向コイル３及び４のＸ軸成分を表している。

偏向コイル３又は偏向コイル４の電流値を変化させる度、中央演算ユニット１７ａは、画像メモリ１７ｄ（又は１７ｅ）に画像信号を格納する。画像メモリ１７ｄ（又は１７ｅ）に格納されている画像信号は、基準ビームスポット中心位置５２を求めるために必要となる。このため、この画像信号は、ビーム偏向支点の調整作業が終了するまで破棄されない。電子ビームを並行移動させるための偏向支点の調整も、同様の手順を適用できる。

図８に、ビーム偏向支点の調整時において、中央演算ユニット１７ａが実行する画像処理プログラムの処理手順例を示す。画像処理プログラムは、画像メモリ１７ｄ又は１７ｅに保存された画像信号を処理対象とし、インターフェース画面５１及び調整情報表示画面５６に表示する情報の計算などを実行する。

まず、中央演算ユニット１７ａは、画像メモリ１７ｄ（又は１７ｅ）から基準となる画像信号を取得する（Ｓ３０１）。図９を参照し、基準となる画像信号の具体例を説明する。図９は、ビーム偏向支点の調整中にインターフェース画面５１に表示される観察像の一例である。スポット５２Ａは、偏向コイル３又は４の電流値を変化させる前の電子ビームスポットを示し、スポット５３Ａは、偏向コイル３又は４の電流値を変化させた後の電子ビームスポットを示す。Ｓ３０１では、例えば観察視野内にスポット５２Ａのみが存在する画像信号が取得される。

次に、中央演算ユニット１７ａは、偏向コイル３と偏向コイル４に流す電流が変化しているか否かを確認する（Ｓ３０２）。変化が無い場合、中央演算ユニット１７ａは、確認動作を繰り返す。変化がある場合、中央演算ユニット１７ａは、画像メモリ１７ｅ（又は１７ｄ）から画像を取得する（Ｓ３０３）。この時取得される画像は、例えば観察視野内にスポット５３Ａのみが存在している画像である。

２つの画像が取得されると、中央演算ユニット１７ａは、画像メモリ１７ｄ（又は１７ｅ）の画像と画像メモリ１７ｅ（又は１７ｄ）の画像に基づいてビームスポットの移動量を計算する（Ｓ３０４）。移動量ΔＤの計算式を式８に示す。

その後、中央演算ユニット１７ａは、計算した移動量ΔＤに基づいて、スポット５３Ａをスポット５２Ａの位置に調整するための調整値を計算する（Ｓ３０５）。調整値を求めるために、中央演算ユニット１７ａは、調整パラメータに対する電子ビームの傾斜角度をキャリブレーション値として求めておく。キャリブレーション値は、例えば偏向コイル３及び４の電流値１ｍＡ当たりのビームスポットの移動ベクトル（ｂｘ，ｂｙ）である。式９に、キャリブレーション値の例を示す。

次に、中央演算ユニット１７ａは、調整値計算時に求めておいたパラメータを使用して、スポット２０１をスポット２００の重心座標まで調整するための傾斜用コイルの電流値を算出する。式１０に、その計算式を示す。

最後に、中央演算ユニット１７ａは、Ｓ３０４及びＳ３０５の情報を利用し、インターフェース画面５１及び調整情報表示画面５６を更新する（Ｓ３０６）。更新動作の内容は、図５で説明した手順と同様である。

（３−３）実施例の効果
前述したように、本実施例におけるＴＥＭ（図１）は、オペレータによる電磁的軸調整作業に際し、調整前後で生じた変化や調整作業をサポートする各種の情報を計算してインターフェース画面５１及び調整情報表示画面５６に表示する。従って、オペレータは、適切な調整手順や調整量を参照して軸調整作業を行うことができ、調整精度と調整時間差のバラツキを共に低減できる。

（４）実施例４
（４−１）装置構成
本実施例においても、図１に示す構成のＴＥＭを使用する。本実施例では、オペレータが、ＴＥＭのフォーカスを調整する場合の動作を説明する。

（４−２）フォーカスの調整動作
フォーカスの調整時も、オペレータは、操作パネル等の操作を通じて中央演算ユニット１７ａに対応するプログラムの実行を指示する。プログラムを実行した中央演算ユニット１７ａは、カメラ９で撮影された蛍光板画像を画像メモリ１７ｄ（又は１７ｅ）に格納する。さらに、オペレータは、操作パネル等を通じて電子線調整装置１３を制御し、偏向コイル３又は偏向コイル４の電流値を変化させる。

偏向コイル３又は偏向コイル４の電流値が変化した後、中央演算ユニット１７ａは、カメラ９で撮影された蛍光板画像を画像メモリ１７ｅ（又は１７ｄ）に格納する。その後、中央演算ユニット１７ａは、画像メモリ１７ｄ及び１７ｅに格納された画像信号から画像のフォーカス量を計算する。この計算結果を、中央演算ユニット１７ａは、表示装置（インターフェース部）１８に表示する。

図１０に、フォーカス調整時に表示されるインターフェース画面７１と調整情報表示画面７６の一例を示す。インターフェース画面７１には、目標フォーカス量を表した点線の円形７２と、現在のフォーカス量を表した一点鎖線の円形７３と、アンダーフォーカス又はオーバーフォーカスの方向を示す矢印７４と、現在のフォーカス量７５が表示される。一方、調整情報表示画面７６には、調整手順７７、調整時の簡易光線図７８、調整対象名７９、擬似ツマミ８０、調整ツマミ回転方向８１、調整量８２が表示される。調整対象名７９を表す記号「ＯＢＪ」は、対物レンズ５を表している。

本実施例の場合、中央演算ユニット１７ａは、対物レンズ５の電流値が変化する度、インターフェース画面７１の表示内容（目標フォーカス量を表した点線の円形７２、現在のフォーカス量を表した一点鎖線の円形７３、アンダーフォーカス又はオーバーフォーカスの方向を示す矢印７４、現在のフォーカス量７５）と調整情報表示画面７６の内容を更新する。また、偏向コイル３又は偏向コイル４の電流値が変化した場合、中央演算ユニット１７ａは、画像メモリ１７ｄ及び１７ｅに保存されている画像信号を交互に更新する。

図１１に、フォーカス調整時において、中央演算ユニット１７ａが実行する画像処理プログラムの処理手順例を示す。まず、中央演算ユニット１７ａは、対物レンズ５の電流値を取得する(Ｓ４０１)。次に、中央演算ユニット１７ａは、カメラ９又は１０を用いて蛍光板画像及び試料透過像のうちいずれか一方を撮影して、画像メモリ１７ｄ（又は１７ｅ）に画像信号を保存し、画像メモリ１７ｄ（又は１７ｅ）から画像信号を取得する（Ｓ４０２）。

続いて、中央演算ユニット１７ａは、対物レンズ５の電流値が変化しているか否かを確認する（Ｓ４０３）。変化が無い場合、中央演算ユニット１７ａは、確認動作を繰り返す。変化がある場合、中央演算ユニット１７ａは、画像メモリ１７ｅ（又は１７ｄ）から画像を取得する（Ｓ４０４）。

この後、中央演算ユニット１７ａは、画像メモリ１７ｄ及び１７ｅから画像信号を取得し、２枚の画像から必要なフォーカス量を計算する（Ｓ４０５）。具体的には、フォーカス量の計算のために２枚の画像間の相関値を取り、２枚の画像間の移動量を計算する。移動量の計算は、例えばテンプレートマッチングを用いる方法がある。移動量は、Ｘ方向とＹ方向の２つの方向の移動量が求められる。この時のＸ方向の移動量の符号が「＋」の場合はアンダーフォーカスとなる。符号が「−」の場合はオーバーフォーカスとなる。

画像のフォーカス量の計算例を式１１に示す。式１１に用いられる変数について説明する。

ここで、Magは、フォーカス調整時の装置倍率であり、MagCamは、カメラの倍率である。また、Csは、球面収差係数であり、Focusは、移動量より計算されたフォーカス量である。また、Ｘは、２枚の画像間のＸ方向の移動量であり、Ｙは、２枚の画像間のＹ方向の移動量である。BeamTiltは、電子ビームの傾斜角度である。因みに、Csの値は、事前に実験やシミュレーションにより求める必要がある。その他の変数は装置状態を管理するソフトウェア等から取得することが可能である。

求めたFocus量の単位は「ｍｍ」である。求めたFocus量とフォーカス調整時の対物レンズの電流値から、対物レンズ５に設定する調整値を計算することができる。フォーカス量から電流値を求める方法は、例えば実験により対物レンズ５の電流値の変化と像の移動量の関係を予め求めておき、その値を使用してフォーカス量の変化に必要な対物レンズ５の電流値を求めることが可能である。

計算結果に従い、中央演算ユニット１７ａは、インターフェース画面７１と調整情報表示画面７６の表示内容を変更する（Ｓ４０６）。具体的には、中央演算ユニット１７ａは、インターフェース画面７１に、目標フォーカス値を表した点線の円形７２、現在のフォーカス量を表した一点鎖線の円形７３、アンダーフォーカス又はオーバーフォーカスの方向を示す矢印７４、現在のフォーカス量７５を表示する。また、中央演算ユニット１７ａは、調整情報表示画面７６に、調整手順７７、調整時の簡易光線図７８、調整対象名７９、擬似ツマミ８０、調整ツマミ回転方向８１と調整量８２を表示する。

（４−３）実施例の効果
前述したように、本実施例におけるＴＥＭ（図１）は、オペレータによる電磁的軸調整作業に際し、調整前後で生じた変化や調整作業をサポートする各種の情報を計算してインターフェース画面７１及び調整情報表示画面７６に表示する。従って、オペレータは、適切な調整手順や調整量を参照して軸調整作業を行うことができ、調整精度と調整時間差のバラツキを共に低減できる。

（５）各実施例において提供される機能
上述したように、実施例１〜４に係る画像処理機能を有するＴＥＭには、電流軸中心調整、電圧軸中心調整、ビーム偏向支点調整又はフォーカス調整のいずれかの調整時に、以下に示す機能が実行される。
（ａ）表示装置１８上の観察画面に特徴的な図形の重心位置（中心位置を含む。）を表示する機能
（ｂ）軸調整のために移動する方向と移動量を表示する機能
（ｃ）調整手順、調整時の簡易光線図、調整対象名、調整時に操作する偏向コイル又は磁界レンズを模した擬似ツマミ、ツマミの調整方向、調整量（縦方向のpixel値単位の移動量、横方向のpixel値単位の移動量を含む。）を表示する機能
（ｄ）調整の前後で像の回転があった場合には、その回転中心を表示する機能

（６）他の実施例
本発明は、上述した実施例に限定されるものでなく、様々な変形例を含んでいる。例えば、上述した実施例は、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必要はない。また、ある実施例の一部を他の実施例の構成に置き換えることができる。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できる。また、各実施例の構成の一部について、他の実施例の構成の一部を追加、削除又は置換することもできる。なお、前述の各実施例では、荷電粒子線装置の一例としてＴＥＭを例示しているが、本発明は、荷電粒子（例えば電子線）によって照射される試料６の表面領域から出力される信号電子（例えば２次電子、反射電子など）を検出する走査型電子顕微鏡（いわゆるＳＥＭ）の軸調整等にも適用することができる。

上述した各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現しても良い。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することにより（すなわちソフトウェア的に）実現しても良い。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリ、ハードディスク、SSD（Solid State Drive）等の記憶装置、又は、ICカード、SDカード、DVD等の記憶媒体に格納することができる。また、制御線や情報線は、説明上必要と考えられるものを示すものであり、製品上必要な全ての制御線や情報線を表すものでない。実際にはほとんど全ての構成が相互に接続されていると考えて良い。

１…電子銃
２…照射系レンズ
３…第１偏向コイル
４…第２偏向コイル
５…対物レンズ
６…試料
７…試料台
８…結像系レンズ
９…カメラ（蛍光板撮影用）
１０…カメラ（透過像撮影用）
１１…蛍光板
１２…電子線発生装置
１３…電子線調整装置
１４…試料移動装置
１５…蛍光板駆動装置
１６…真空排気ポンプ
１７…コンピュータ
１７ａ…中央演算ユニット
１７ｂ…画像表示用メモリ
１７ｃ…入出力インターフェース
１７ｄ…画像メモリ
１７ｅ…画像メモリ
１７ｆ…プログラム格納メモリ
１７ｇ…データ保存用メモリ

Claims (15)

1. 荷電粒子線の照射によって生じる試料の像を撮影する撮影装置と、
   前記荷電粒子線を偏向させる偏向コイルと、
   前記荷電粒子線を集束させる磁界レンズと、
   前記偏向コイル及び前記磁界レンズを制御する制御装置と、
   前記荷電粒子線の電磁的軸調整に関する情報を表示するインターフェース部と
   を有する荷電粒子線装置。
2. 請求項１に記載の荷電粒子線装置において、
   前記電磁的軸調整に関する情報は、電流軸中心調整、電圧軸中心調整、ビーム偏向支点調整及びフォーカス調整に関する情報のうち少なくとも１つである
   ことを特徴とする荷電粒子線装置。
3. 請求項１に記載の荷電粒子線装置において、
   前記撮影装置は、前記荷電粒子線によって照射される前記試料の表面像を撮影する撮影装置、前記試料を透過した前記荷電粒子線が蛍光板に形成する像を撮影する撮影装置、前記試料を通過した前記荷電粒子線の像を直接撮影する撮影装置のうちのいずれか１つ又は組み合わせである
   ことを特徴とする荷電粒子線装置。
4. 請求項１に記載の荷電粒子線装置において、
   前記電磁的軸調整に関する情報は、調整の前後で、同一の前記撮影装置を用いて取得された２枚の画像間の回転量である
   ことを特徴とする荷電粒子線装置。
5. 請求項１に記載の荷電粒子線装置において、
   前記電磁的軸調整に関する情報は、調整の前後で、同一の前記撮影装置を用いて取得された２枚の画像間で共通する特徴的な図形の縦方向と横方向の移動量のピクセル値である
   ことを特徴とする荷電粒子線装置。
6. 請求項５に記載の荷電粒子線装置において、
   前記ピクセル値は、特徴的な図形の画面上での長さである
   ことを特徴とする荷電粒子線装置。
7. 請求項１に記載の荷電粒子線装置において、
   前記電磁的軸調整に関する情報は、調整の前後で、同一の前記撮影装置を用いて取得された２枚の画像間で共通する特徴的な図形の中心位置又は重心位置を表示する記号である
   ことを特徴とする荷電粒子線装置。
8. 請求項１に記載の荷電粒子線装置において、
   前記電磁的軸調整に関する情報は、調整の前後で、同一の前記撮影装置を用いて取得された２枚の画像間のフォーカス量を表示する図形である
   ことを特徴とする荷電粒子線装置。
9. 請求項１に記載の荷電粒子線装置において、
   前記電磁的軸調整に関する情報は、調整手順である
   ことを特徴とする荷電粒子線装置。
10. 請求項１に記載の荷電粒子線装置において、
    前記電磁的軸調整に関する情報は、調整時の光線図である
    ことを特徴とする荷電粒子線装置。
11. 請求項１に記載の荷電粒子線装置において、
    前記電磁的軸調整に関する情報は、調整時に変化させる前記偏向コイル及び前記磁界レンズの両方又は一方の名称である
    ことを特徴とする荷電粒子線装置。
12. 請求項１に記載の荷電粒子線装置において、
    前記電磁的軸調整に関する情報は、調整時に変化させる前記偏向コイル及び前記磁界レンズの両方又は一方を擬したツマミである
    ことを特徴とする荷電粒子線装置。
13. 請求項１に記載の荷電粒子線装置において、
    前記電磁的軸調整に関する情報は、調整時に変化させる前記偏向コイル及び前記磁界レンズの両方又は一方に対応するツマミの回転方向である
    ことを特徴とする荷電粒子線装置。
14. 請求項１に記載の荷電粒子線装置において、
    前記電磁的軸調整に関する情報は、調整時に変化させる前記偏向コイル及び前記磁界レンズの両方又は一方に対応する電流値若しくは電流値に相当する値である
    ことを特徴とする荷電粒子線装置。
15. 請求項１に記載の荷電粒子線装置に加えて、
    前記インターフェース部は、前記電磁的軸調整に関する情報をリアルタイムに更新する
    ことを特徴とする荷電粒子線装置。

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