JP2019169433A - 荷電粒子ビーム軸合わせ装置、荷電粒子ビーム照射装置および荷電粒子ビーム軸合わせ方法 - Google Patents

Abstract

【課題】荷電粒子ビームの軸を高い精度でかつ高い効率で合わせることが可能な荷電粒子ビーム軸合わせ装置、荷電粒子ビーム照射装置および荷電粒子ビーム軸合わせ方法を提供する。【解決手段】対物レンズ２７の強度が設定部Ｂにより第１の強度に設定された状態で、試料の第１の走査像が生成部Ｃにより生成される。次に、対物レンズ２７の強度が設定部Ｂにより第２の強度に設定される。第１および第２の強度の間での荷電粒子ビームの回転量差が回転量差特定部Ｅにより特定される。第２の強度において、回転量差を相殺する回転が荷電粒子ビームに付与されるように走査部２６が走査制御部Ｆにより制御された状態で、試料の第２の走査像が生成部Ｃにより生成される。位置関係特定部Ｈにより特定された第１および第２の走査像の相対的な位置関係に基づいて、第１および第２の走査像の位置が一致するように偏向部２４が偏向制御部Ｋにより制御される。【選択図】図３

Description

本発明は、荷電粒子ビームの軸合わせを行う荷電粒子ビーム軸合わせ装置、荷電粒子ビーム照射装置および荷電粒子ビーム軸合わせ方法に関する。

試料を高い分解能で分析または観察する装置として、荷電粒子ビーム照射装置が知られている。例えば、特許文献１には、電子銃、入口側ビーム偏向部、二段のコンデンサレンズからなる集束レンズ系、出口側ビーム偏向部、対物アパーチャ板、走査コイルおよび対物レンズを含む電子ビーム照射装置が記載されている。

電子ビーム照射装置においては、電子銃から出射された電子ビームが、集束レンズ系を通過することにより集束された後、対物アパーチャ板を通過することによりビーム径が制限される。その後、電子ビームは、走査コイルを通過することにより面内で走査されつつ、対物レンズを通過することにより小さな径に絞られ、試料に照射される。電子ビームが照射された試料からは二次電子または特性Ｘ線等が放出され、これらが検出されることにより試料の観察または分析が行われる。

入口側ビーム偏向部は、電子ビームが集束レンズ系の各コンデンサレンズの中心を通過するように電子ビームの軸合わせを行うために用いられる。出口側ビーム偏向部は、電子ビームが対物レンズの中心を通過するように電子ビームの軸合わせを行うために用いられる。

特開２０１１−５４４２６号公報

特許文献１に記載された電子ビームの軸合わせにおいては、走査コイルにより電子ビームが走査されつつ、対物レンズの強度が変化される。ここで、電子ビームが対物レンズの中心を通過していない場合、対物レンズの強度が変化すると、電子ビームの試料上での照射位置が回転しながら変化する。そこで、使用者は、電子ビームの照射位置を示す対物ウォブリング像を観測し、対物ウォブリング像の回転中心の変化が最小となるように出口側ビーム偏向部を調整する。

しかしながら、対物ウォブリング像は不鮮明であるため、対物ウォブリング像の回転中心を正確に特定することは容易ではない。そのため、使用者の熟練度によっては、電子ビームの軸を高い精度で合わせることができない。また、出口側ビーム偏向部の微調整を繰り返す必要があるので、電子ビームの軸合わせには長時間を要する。

本発明の目的は、荷電粒子ビームの軸を高い精度でかつ高い効率で合わせることが可能な荷電粒子ビーム軸合わせ装置、荷電粒子ビーム照射装置および荷電粒子ビーム軸合わせ方法を提供することである。

（１）第１の発明に係る荷電粒子ビーム軸合わせ装置は、対物レンズの磁場により荷電粒子ビームを集束して試料に照射し、荷電粒子ビームを走査部により試料の表面で２次元的に走査させるとともに、荷電粒子ビームを偏向部により偏向することにより荷電粒子ビームの軸と対物レンズの光軸との位置関係を調整可能な荷電粒子ビーム照射装置において荷電粒子ビームの軸を対物レンズの光軸に合わせる荷電粒子ビーム軸合わせ装置であって、対物レンズの磁場強度を第１の強度および第２の強度に設定する設定部と、第１の強度と第２の強度との間の強度差に基づいて、磁場強度が第１の強度に設定された場合と磁場強度が第２の強度に設定された場合との間での荷電粒子ビームの回転量の差を回転量差として特定する回転量差特定部と、磁場強度が第２の強度に設定されたときに、回転量差特定部により特定された回転量差を相殺する回転を荷電粒子ビームに付与するように走査部を制御する走査制御部と、磁場強度が第１の強度に設定されたときに試料からの荷電粒子に基づいて第１の走査像を生成し、磁場強度が第２の強度に設定されたときに試料からの荷電粒子に基づいて第２の走査像を生成する生成部と、第１の走査像と第２の走査像との相対的な位置関係を特定する位置関係特定部と、位置関係特定部により特定された位置関係に基づいて、第１の走査像の位置と第２の走査像の位置とが一致するように偏向部を制御する偏向制御部とを備える。

この荷電粒子ビーム軸合わせ装置においては、対物レンズの磁場強度が第１の強度に設定された状態で、試料からの荷電粒子に基づいて第１の走査像が生成される。また、対物レンズの磁場強度が第２の強度に設定される。第１の強度と第２の強度との間の強度差に基づいて、磁場強度が第１の強度に設定された場合と磁場強度が第２の強度に設定された場合との間での荷電粒子ビームの回転量差が特定される。磁場強度が第２の強度に設定されたときに、特定された回転量差を相殺する回転が荷電粒子ビームに付与されるように走査部が制御される。磁場強度が第２の強度に設定された状態で、試料からの荷電粒子に基づいて第２の走査像が生成される。生成された第１の走査像と第２の走査像との相対的な位置関係が特定される。

ここで、磁場強度の変化による荷電粒子ビームの回転量差が相殺されているので、第１の走査像と第２の走査像との間で回転は発生せず、磁場強度の変化による走査像の回転中心を特定する必要がない。具体的には、第１の走査像と第２の走査像との相対的な位置関係は平行移動の関係となる。そのため、使用者の熟練度にかかわらず、第１の走査像と第２の走査像との相対的な位置関係を平行移動量として高い精度でかつ短時間で特定することが可能になる。特定された位置関係に基づいて、第１の走査像の位置と第２の走査像の位置とが一致するように偏向部が制御される。その結果、荷電粒子ビームの軸を高い精度でかつ高い効率で合わせることができる。

（２）荷電粒子ビーム軸合わせ装置は、第１および第２の走査像に画像処理を行う画像処理部をさらに備え、位置関係特定部は、画像処理部による画像処理の結果に基づいて、第１の走査像と第２の走査像との位置関係を特定してもよい。この場合、第１および第２の走査像の全体を用いて位置関係を特定することができる。これにより、第１の走査像と第２の走査像との位置関係をより高い精度で特定することができる。

（３）荷電粒子ビーム軸合わせ装置は、対物レンズの磁場強度と荷電粒子ビームの回転量との対応関係を示す回転情報を取得する回転情報取得部をさらに備え、回転量差特定部は、回転情報取得部により取得された回転情報に基づいて荷電粒子ビームの回転量差を特定してもよい。この場合、容易にかつより高い効率で荷電粒子ビームの回転量差を特定することができる。

（４）荷電粒子ビーム軸合わせ装置は、第１の走査像と第２の走査像との位置関係と、荷電粒子ビームの偏向量との対応関係を示す偏向情報を取得する偏向情報取得部と、偏向情報取得部により取得された偏向情報に基づいて、第１の走査像の位置と第２の走査像の位置とを一致させるための荷電粒子ビームの偏向量を特定する偏向量特定部とをさらに備え、偏向制御部は、偏向量特定部により特定された荷電粒子ビームの偏向量に基づいて偏向部を制御してもよい。この場合、容易にかつより高い効率で荷電粒子ビームの偏向量を特定し、偏向部を制御することができる。

（５）荷電粒子ビーム軸合わせ装置は、対物レンズの磁場強度の指定を受け付ける受付部をさらに備え、設定部は、受付部により受け付けられた磁場強度に基づいて第１および第２の強度を設定してもよい。この場合、容易にかつより高い効率で荷電粒子ビームの偏向量を特定し、偏向部を制御することができる。第１および第２の強度を所望の値に設定することができる。

（６）対物レンズの焦点が試料に一致するときの対物レンズの磁場強度を第３の強度と定義した場合、設定部は、第３の強度より所定の値だけ小さい磁場強度を第１および第２の強度のうちの一方に設定し、第３の強度より所定の値だけ大きい磁場強度を第１および第２の強度のうちの他方に設定してもよい。この場合、第１の走査像のぼけの程度と第２の走査像のぼけの程度が等しくなる。これにより、第１の走査像と第２の走査像との相対的な位置関係をより容易に特定することができる。

（７）第２の発明に係る荷電粒子ビーム照射装置は、荷電粒子ビームを生成する荷電粒子源と、荷電粒子源により生成された荷電粒子ビームを磁場により集束して試料に照射する対物レンズと、対物レンズを通して試料に照射される荷電粒子ビームを試料の表面で２次元的に走査させる走査部と、荷電粒子源により生成された荷電粒子ビームを偏向することにより荷電粒子ビームの軸と対物レンズの光軸との位置関係を調整する偏向部と、試料の表面での荷電粒子ビームの走査により試料から生成される荷電粒子を検出する検出部と、荷電粒子ビームの軸を対物レンズの光軸に合わせる荷電粒子ビーム軸合わせ装置とを備え、荷電粒子ビーム軸合わせ装置は、対物レンズの磁場強度を第１の強度および第２の強度に設定する設定部と、第１の強度と第２の強度との間の強度差に基づいて、磁場強度が第１の強度に設定された場合と磁場強度が第２の強度に設定された場合との間での荷電粒子ビームの回転量の差を回転量差として特定する回転量差特定部と、磁場強度が第２の強度に設定されたときに、回転量差特定部により特定された回転量差を相殺する回転を荷電粒子ビームに付与するように走査部を制御する走査制御部と、磁場強度が第１の強度に設定されたときに検出部により検出される荷電粒子に基づいて第１の走査像を生成し、磁場強度が第２の強度に設定されたときに検出部により検出される荷電粒子に基づいて第２の走査像を生成する生成部と、第１の走査像と第２の走査像との相対的な位置関係を特定する位置関係特定部と、位置関係特定部により特定された位置関係に基づいて、第１の走査像の位置と第２の走査像の位置とが一致するように偏向部を制御する偏向制御部とを備える。

この荷電粒子ビーム照射装置においては、荷電粒子源により生成された荷電粒子ビームが偏向部により偏向されることにより、荷電粒子ビームの軸と対物レンズの光軸との位置関係が調整される。荷電粒子ビームは、対物レンズの磁場により集束されて試料に照射され、走査部により試料の表面で２次元的に走査される。試料の表面での荷電粒子ビームの走査により試料から生成される荷電粒子が検出部により検出される。検出された荷電粒子に基づいて、対物レンズ、走査部および偏向部の動作が荷電粒子ビーム軸合わせ装置により制御される。荷電粒子ビーム軸合わせ装置の制御によれば、荷電粒子ビームの軸を高い精度でかつ高い効率で合わせることができる。

（８）第３の発明に係る荷電粒子ビーム軸合わせ方法は、対物レンズの磁場により荷電粒子ビームを集束して試料に照射し、荷電粒子ビームを走査部により試料の表面で２次元的に走査させるとともに、荷電粒子ビームを偏向部により偏向することにより荷電粒子ビームの軸と対物レンズの光軸との位置関係を調整可能な荷電粒子ビーム照射装置において荷電粒子ビームの軸を対物レンズの光軸に合わせる荷電粒子ビーム軸合わせ方法であって、対物レンズの磁場強度を第１の強度に設定するステップと、磁場強度が第１の強度に設定されたときに、試料からの荷電粒子に基づいて第１の走査像を生成するステップと、対物レンズの磁場強度を第２の強度に設定するステップと、第１の強度と第２の強度との間の強度差に基づいて、磁場強度が第１の強度に設定された場合と磁場強度が第２の強度に設定された場合との間での荷電粒子ビームの回転量の差を回転量差として特定するステップと、磁場強度が第２の強度に設定されたときに、特定された回転量差を相殺する回転を荷電粒子ビームに付与するように走査部を制御するステップと、磁場強度が第２の強度に設定されたときに、試料からの荷電粒子に基づいて第２の走査像を生成するステップと、第１の走査像と第２の走査像との相対的な位置関係を特定するステップと、特定された位置関係に基づいて、第１の走査像の位置と第２の走査像の位置とが一致するように偏向部を制御するステップとを含む。

この荷電粒子ビーム軸合わせ方法によれば、荷電粒子ビームの軸を高い精度でかつ高い効率で合わせることができる。

本発明によれば、荷電粒子ビームの軸を高い精度でかつ高い効率で合わせることができる。

本発明の一実施の形態に係る荷電粒子ビーム照射装置の構成を示す図である。 図１の照射部の概略構成を示す図である。 荷電粒子ビーム照射装置が備える軸合わせ装置の構成を示す図である。 軸合わせプログラムにより行われる軸合わせ処理のアルゴリズムを示すフローチャートである。 軸合わせ処理における走査像の変化の一例を示す図である。

以下、本発明の実施の形態に係る荷電粒子ビーム軸合わせ装置（以下、軸合わせ装置と略記する。）、それを備えた荷電粒子ビーム照射装置、および荷電粒子ビーム軸合わせ方法について図面を参照しながら詳細に説明する。本実施の形態においては、荷電粒子ビーム照射装置は、ＥＰＭＡ（電子線マイクロアナライザ）用の電子ビーム照射装置である。

（１）荷電粒子ビーム照射装置の構成
図１は、本発明の一実施の形態に係る荷電粒子ビーム照射装置の構成を示す図である。図１においては、主として荷電粒子ビーム照射装置１００のハードウエアの構成が示される。図１に示すように、荷電粒子ビーム照射装置１００は、処理装置１０および照射部２０を含む。

処理装置１０は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）１１、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）１２、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）１３、記憶装置１４、操作部１５、表示部１６および入出力Ｉ／Ｆ（インターフェイス）１７により構成される。ＣＰＵ１１、ＲＡＭ１２、ＲＯＭ１３、記憶装置１４、操作部１５、表示部１６および入出力Ｉ／Ｆ１７はバス１８に接続される。

ＲＡＭ１２は、ＣＰＵ１１の作業領域として用いられる。ＲＯＭ１３にはシステムプログラムが記憶される。記憶装置１４は、ハードディスクまたは半導体メモリ等の記憶媒体を含み、軸合わせプログラムを記憶する。ＣＰＵ１１が記憶装置１４に記憶された軸合わせプログラムをＲＡＭ１２上で実行することにより、後述する軸合わせ処理が行われる。

操作部１５は、キーボード、マウスまたはタッチパネル等の入力デバイスである。表示部１６は、液晶表示装置等の表示デバイスである。使用者は、操作部１５を用いて後述する軸合わせ装置に各種指示を行うことができる。表示部１６は、軸合わせ装置により生成された試料の走査像を表示可能である。入出力Ｉ／Ｆ１７は、照射部２０に接続される。

図２は、図１の照射部２０の概略構成を示す図である。図２に示すように、照射部２０は、荷電粒子源２１、集束レンズ２２、偏向部２３，２４、対物アパーチャ板２５、走査部２６、対物レンズ２７、試料台２８および検出部２９を含む。また、照射部２０は、荷電粒子源２１、集束レンズ２２、偏向部２３，２４、走査部２６、対物レンズ２７および検出部２９の各々を駆動するための図示しない電源をさらに含む。電源の動作は、処理装置１０により制御される。

荷電粒子源２１は、例えば電子銃であり、試料台２８に向けて電子ビームを荷電粒子ビームとして出射する。偏向部２３、集束レンズ２２、偏向部２４、対物アパーチャ板２５、走査部２６および対物レンズ２７は、この順で電子ビームの出射方向に並ぶように、荷電粒子源２１と試料台２８とを結ぶ軸Ａｘ上に配列される。

偏向部２３は、例えばアライメントコイルにより構成され、電子ビームを偏向部２３の光軸に垂直な平面内で偏向する。偏向部２３は、軸Ａｘに平行な方向に離間して配置された２つのアライメントコイルにより構成されてもよい。偏向部２３は、荷電粒子源２１から出射された電子ビームが後述する各コンデンサレンズ２２Ａ，２２Ｂの中心を通過するように調整される。

集束レンズ２２は、互いの相対的な位置関係が固定されたコンデンサレンズ２２Ａ，２２Ｂにより構成される。各コンデンサレンズ２２Ａ，２２Ｂは、偏向部２３により偏向された電子ビームが対物アパーチャ板２５の前の焦点で集束するように調整される。

偏向部２４は、偏向部２３と同様の構成を有し、集束レンズ２２により集束された電子ビームが対物レンズ２７の中心を通過するように調整される。対物アパーチャ板２５は、偏向部２４により偏向された電子ビームを通過させることにより、電子ビームの電流を制限する。

走査部２６は、例えば走査コイルにより構成され、対物アパーチャ板２５を通過した電子ビームを走査部２６の光軸に垂直な平面内で２次元的に走査する。また、走査部２６は、走査する方向を回転させることも可能である。対物レンズ２７は、走査部２６により走査された電子ビームが所定の位置で集束するように調整される。

試料台２８には、分析または観察の対象となる試料Ｓが載置される。走査部２６により２次元的に走査されかつ対物レンズ２７により集束された電子ビームは、試料Ｓの表面の各部に照射される。検出部２９は、反射電子検出器または二次電子検出器により構成され、電子ビームが照射されたことにより試料Ｓの表面の各部から反射される電子または試料Ｓの表面の各部から放出される電子（二次電子）を検出する。検出部２９により検出された電子に基づいて図１の処理装置１０により試料Ｓの走査像が生成される。

対物レンズ２７の磁場強度（以下、単に強度と呼ぶ。）は、電子ビームが試料台２８に載置された試料Ｓ上で集束するように調整される。ここで、強度が変化すると、電子ビームは、強度の変化に対応した角度だけ対物レンズ２７の光軸を中心に回転する。そのため、電子ビームが対物レンズ２７の中心を通過していない場合、電子ビームの試料Ｓ上での照射位置は、回転しながら変化する。そこで、電子ビームが対物レンズ２７の中心を通過するように偏向部２４を調整するための軸合わせ装置が荷電粒子ビーム照射装置１００に設けられる。

（２）軸合わせ装置
図３は、荷電粒子ビーム照射装置１００が備える軸合わせ装置１の構成を示す図である。図３に示すように、軸合わせ装置１は、受付部Ａ、設定部Ｂ、生成部Ｃ、回転情報取得部Ｄ、回転量差特定部Ｅ、走査制御部Ｆ、画像処理部Ｇ、位置関係特定部Ｈ、偏向情報取得部Ｉ、偏向量特定部Ｊおよび偏向制御部Ｋを含む。

図１のＣＰＵ１１が記憶装置１４に記憶された軸合わせプログラムを実行することにより、軸合わせ装置１の構成要素（Ａ〜Ｋ）の機能が実現される。軸合わせ装置１の構成要素（Ａ〜Ｋ）の一部または全てが電子回路等のハードウエアにより実現されてもよい。

受付部Ａは、使用者から対物レンズ２７の強度の指定を受け付ける。使用者は、操作部１５を操作することにより、所望の強度を指定することができる。設定部Ｂは、対物レンズ２７の強度が受付部Ａにより受け付けられた強度に設定されるように、対物レンズ２７の駆動電源を制御する。生成部Ｃは、検出部２９により検出された電子に基づいて試料Ｓの走査像を生成し、生成された走査像を表示部１６に表示させる。

記憶装置１４には、対物レンズ２７の強度と電子ビームの回転量との対応関係を示す回転情報が予め記憶されている。回転情報は、電子光学系の構造に基づいて理論計算により生成されてもよいし、実験に基づいて生成されてもよい。回転情報取得部Ｄは、記憶装置１４から回転情報を取得する。

回転量差特定部Ｅは、対物レンズ２７の強度が変化した場合、強度の変化量と回転情報取得部Ｄにより取得された回転情報とに基づいて、変化前後の強度の際に対応する電子ビームの回転量の差を回転量差として特定する。走査制御部Ｆは、回転量差特定部Ｅにより特定された電子ビームの回転量差に基づいて、対物レンズ２７の強度の変化による電子ビームの回転が相殺されるように走査部２６を制御する。具体的には、走査制御部Ｆは、対物レンズ２７の強度の変化による回転とは逆方向に、回転量差特定部Ｅにより特定された回転量差だけ走査方向を回転させるように走査部２６の駆動電源を制御する。

画像処理部Ｇは、強度の変化前後の走査像に正規化相互相関等の画像処理を行う。位置関係特定部Ｈは、画像処理部Ｇによる画像処理の結果に基づいて、強度の変化前後の走査像の相対的な位置関係を特定する。具体的には、電子ビームの回転が走査部２６により相殺されるので、強度の変化前後の走査像の相対的な位置関係は平行移動の関係となる。位置関係特定部Ｈは、強度の変化前後の走査像の平行移動量を特定する。変化前後の走査像に画像処理が行われるので、位置関係特定部Ｈは、変化前後の走査像の全体を用いて平行移動量を高い精度で特定することができる。平行移動量は、平面状の走査像内において互いに直交する２方向の平行移動量を含む。

記憶装置１４には、走査像の平行移動量と偏向部２４による電子ビームの偏向量との対応関係を示す偏向情報が予め記憶されている。偏向情報は、電子光学系の構造に基づいて理論計算により生成されてもよいし、実験に基づいて生成されてもよい。偏向情報取得部Ｉは、記憶装置１４から偏向情報を取得する。

偏向量特定部Ｊは、位置関係特定部Ｈにより特定された平行移動量と偏向情報取得部Ｉにより取得された偏向情報とに基づいて、電子ビームの偏向量を特定する。偏向量は、偏向部２４に垂直な平面内で互いに直交する２方向の偏向量を含む。これらの２方向の偏向量は、上記の走査像内において互いに直交する２方向の平行移動量にそれぞれ対応する。

偏向制御部Ｋは、偏向量特定部Ｊにより特定された電子ビーム偏向量に基づいて、走査像の平行移動が相殺されるように偏向部２４の駆動電源を制御する。これにより、偏向部２４を通過する電子ビームは対物レンズ２７の中心を通過することとなる。

（３）軸合わせ処理
図４は、軸合わせプログラムにより行われる軸合わせ処理のアルゴリズムを示すフローチャートである。図５（ａ）〜（ｄ）は、軸合わせ処理における走査像の変化の一例を示す図である。なお、軸合わせ処理の実行前には、偏向部２４を通過する電子ビームは対物レンズ２７の中心を通過していないことを仮定する。

まず、受付部Ａは、対物レンズ２７の強度として第１の強度が受け付けられたか否かを判定する（ステップＳ１）。第１の強度が受け付けられない場合、受付部Ａは、第１の強度が受け付けられるまで待機する。第１の強度が受け付けられた場合、設定部Ｂは、対物レンズ２７の強度を第１の強度に設定する（ステップＳ２）。

生成部Ｃは、対物レンズ２７の第１の強度における走査像を第１の走査像として生成する（ステップＳ３）。第１の走査像の例が図５（ａ）に示される。図５（ａ）に示すように、第１の走査像においては、正三角形状の特徴部分Ｐが現れている。

次に、受付部Ａは、対物レンズ２７の強度として第２の強度が受け付けられたか否かを判定する（ステップＳ４）。第２の強度が受け付けられない場合、受付部Ａは、第２の強度が受け付けられるまで待機する。第２の強度が受け付けられた場合、設定部Ｂは、対物レンズ２７の強度を第２の強度に設定する（ステップＳ５）。

仮に、この状態で走査像が生成された場合には、図５（ｂ）の太い矢印で示すように、各部分の位置が回転しながら変化することとなる。図５（ｂ）の例では、位置が変化する前の特徴部分Ｐ（第１の走査像における特徴部分Ｐ）が点線で示され、位置が変化した後の特徴部分Ｐが実線で示されている。

回転情報取得部Ｄは、記憶装置１４から回転情報を取得する（ステップＳ６）。回転量差特定部Ｅは、対物レンズ２７の強度の変化量とステップＳ６で取得された回転情報とに基づいて、電子ビームの回転量差を特定する（ステップＳ７）。強度の変化量は、ステップＳ２で設定された第１の強度（または予め設定された第１の強度）に対するステップＳ５で設定された第２の強度の差である。走査制御部Ｆは、ステップＳ７で特定された電子ビームの回転量差に基づいて、電子ビームの回転が相殺されるように走査部２６を制御する（ステップＳ８）。

その後、生成部Ｃは、対物レンズ２７の第２の強度における走査像を第２の走査像として生成する（ステップＳ９）。電子ビームの回転が相殺されているので、図５（ｃ）の第２の走査像の各部分には、図５（ｂ）に示されるような回転が発生しない。したがって、第２の走査像の各部分は、第１の走査像における各部分からの平行移動となる。

画像処理部Ｇは、ステップＳ３，Ｓ９でそれぞれ生成された第１および第２の走査像に画像処理を行う（ステップＳ１０）。位置関係特定部Ｈは、ステップＳ１０における画像処理の結果に基づいて、第１の走査像に対する第２の走査像の平行移動量を特定する（ステップＳ１１）。図５（ｄ）においては、第１の走査像が第２の走査像に重なるように点線で図示されている。また、第２の走査像内で互いに直交する２方向の平行移動量Δｘ，Δｙが図示されている。

偏向情報取得部Ｉは、記憶装置１４から偏向情報を取得する（ステップＳ１２）。偏向量特定部Ｊは、ステップＳ１１で特定された平行移動量とステップＳ１２で取得された偏向情報とに基づいて、電子ビームの偏向量を特定する（ステップＳ１３）。偏向制御部Ｋは、ステップＳ１３で特定された電子ビームの偏向量に基づいて、第１の走査像に対する第２の走査像の平行移動が相殺されるように偏向部２４を制御し（ステップＳ１４）、軸合わせ処理を終了する。

ここで、対物レンズ２７の焦点が試料Ｓに一致するときの対物レンズ２７の強度より所定の値だけ小さい強度を第３の強度と定義する。この場合、使用者は、ステップＳ１において、第３の強度より所定の値だけ小さい強度、および第３の強度より所定の値だけ大きい強度の一方を第１の強度として指定することが好ましい。また、使用者は、ステップＳ４において、第３の強度より所定の値だけ小さい強度、および第３の強度より所定の値だけ大きい強度の他方を第２の強度として指定することが好ましい。

この指定によれば、ステップＳ３で生成される第１の走査像のぼけの程度と、ステップＳ９で生成される第２の走査像のぼけの程度が等しくなる。これにより、ステップＳ１１において、第１の走査像と第２の走査像との相対的な位置関係をより容易に特定することができる。

（４）効果
本実施の形態に係る荷電粒子ビーム照射装置１００においては、対物レンズ２７の強度が設定部Ｂにより第１の強度に設定された状態で、検出部２９により検出される電子に基づいて第１の走査像が生成部Ｃにより生成される。その後、対物レンズ２７の強度が設定部Ｂにより第２の強度に設定される。第１の強度と第２の強度との間の強度差に基づいて、強度が第１の強度に設定された場合と強度が第２の強度に設定された場合との間での電子ビームの回転量差が回転量差特定部Ｅにより特定される。

強度が第２の強度に設定されたときに、特定された回転量差を相殺する回転が電子ビームに付与されるように走査部２６が走査制御部Ｆにより制御される。強度が第２の強度に設定された状態で、検出部２９により検出される電子に基づいて第２の走査像が生成部Ｃにより生成される。生成された第１の走査像と第２の走査像との相対的な位置関係が位置関係特定部Ｈにより特定される。

ここで、強度の変化による電子ビームの回転量差が相殺されているので、第１の走査像と第２の走査像との間で回転は発生しない。したがって、強度の変化による走査像の回転中心を特定する必要がない。また、回転中心が走査像の視野外に存在することにより回転中心の特定が困難になることもない。具体的には、第１の走査像と第２の走査像との相対的な位置関係は平行移動の関係となる。

この構成によれば、使用者の熟練度にかかわらず、第１の走査像と第２の走査像との相対的な位置関係を平行移動量として高い精度でかつ短時間で特定することが可能になる。特定された位置関係に基づいて、第１の走査像の位置と第２の走査像の位置とが一致するように偏向部２４が偏向制御部Ｋにより制御される。その結果、電子ビームの軸を高い精度でかつ高い効率で合わせることができる。

（５）他の実施の形態
（ａ）上記実施の形態において、荷電粒子ビームは電子ビームであるが、本発明はこれに限定されない。荷電粒子ビームはイオンビーム等の他の荷電粒子ビームであってもよい。

（ｂ）上記実施の形態において、軸合わせ装置１は受付部Ａを含むが、本発明はこれに限定されない。設定部Ｂに第３の強度が予め登録される場合には、軸合わせ装置１は受付部Ａを含まなくてもよい。この場合、ステップＳ１，Ｓ４の処理が省略される。そのため、荷電粒子ビームの軸合わせをより容易に自動化することが可能になる。

具体的には、設定部Ｂは、軸合わせ処理のステップＳ２において、第３の強度より所定の値だけ小さい強度、および第３の強度より所定の値だけ大きい強度の一方を第１の強度として設定する。また、設定部Ｂは、軸合わせ処理のステップＳ４において、第３の強度より所定の値だけ小さい強度、および第３の強度より所定の値だけ大きい強度の他方を第２の強度として設定する。

（ｃ）上記実施の形態において、軸合わせ装置１は画像処理部Ｇを含むが、本発明はこれに限定されない。第１の走査像と第２の走査像との相対的な位置関係を容易に特定可能な場合には、第１および第２の走査像に画像処理が行われなくてもよく、軸合わせ装置１は画像処理部Ｇを含まなくてもよい。

（ｄ）上記実施の形態において、軸合わせ装置１は回転情報取得部Ｄを含むが、本発明はこれに限定されない。回転量差特定部Ｅが、演算等により対物レンズ２７の強度の変化量に基づいて電子ビームの回転量差を特定可能である場合には、軸合わせ装置１は回転情報取得部Ｄを含まなくてもよい。

（ｅ）上記実施の形態において、軸合わせ装置１は偏向情報取得部Ｉおよび偏向量特定部Ｊを含むが、本発明はこれに限定されない。偏向量特定部Ｊが、演算等により走査像の平行移動量に基づいて偏向部２４による電子ビームの偏向量を特定可能である場合には、軸合わせ装置１は偏向情報取得部Ｉを含まなくてもよい。また、使用者が偏向量を判断し、偏向制御部Ｋが使用者により判断された偏向量に基づいて偏向部２４を制御する場合には、軸合わせ装置１は偏向量特定部Ｊを含まなくてもよい。

１…軸合わせ装置，１０…処理装置，１１…ＣＰＵ，１２…ＲＡＭ，１３…ＲＯＭ，１４…記憶装置，１５…操作部，１６…表示部，１７…入出力Ｉ／Ｆ，１８…バス，２０…照射部，２１…荷電粒子源，２２…集束レンズ，２２Ａ，２２Ｂ…コンデンサレンズ，２３，２４…偏向部，２５…対物アパーチャ板，２６…走査部，２７…対物レンズ，２８…試料台，２９…検出部，１００…荷電粒子ビーム照射装置，Ａ…受付部，Ａｘ…軸，Ｂ…設定部，Ｃ…生成部，Ｄ…回転情報取得部，Ｅ…回転量差特定部，Ｆ…走査制御部，Ｇ…画像処理部，Ｈ…位置関係特定部，Ｉ…偏向情報取得部，Ｊ…偏向量特定部，Ｋ…偏向制御部，Ｐ…特徴部分，Ｓ…試料

Claims (8)

1. 対物レンズの磁場により荷電粒子ビームを集束して試料に照射し、前記荷電粒子ビームを走査部により試料の表面で２次元的に走査させるとともに、前記荷電粒子ビームを偏向部により偏向することにより前記荷電粒子ビームの軸と前記対物レンズの光軸との位置関係を調整可能な荷電粒子ビーム照射装置において前記荷電粒子ビームの軸を前記対物レンズの光軸に合わせる荷電粒子ビーム軸合わせ装置であって、
   前記対物レンズの磁場強度を第１の強度および第２の強度に設定する設定部と、
   前記第１の強度と前記第２の強度との間の強度差に基づいて、磁場強度が前記第１の強度に設定された場合と磁場強度が前記第２の強度に設定された場合との間での前記荷電粒子ビームの回転量の差を回転量差として特定する回転量差特定部と、
   磁場強度が前記第２の強度に設定されたときに、前記回転量差特定部により特定された回転量差を相殺する回転を前記荷電粒子ビームに付与するように前記走査部を制御する走査制御部と、
   磁場強度が前記第１の強度に設定されたときに試料からの荷電粒子に基づいて第１の走査像を生成し、磁場強度が前記第２の強度に設定されたときに試料からの荷電粒子に基づいて第２の走査像を生成する生成部と、
   前記第１の走査像と前記第２の走査像との相対的な位置関係を特定する位置関係特定部と、
   前記位置関係特定部により特定された位置関係に基づいて、前記第１の走査像の位置と前記第２の走査像の位置とが一致するように前記偏向部を制御する偏向制御部とを備える、荷電粒子ビーム軸合わせ装置。
2. 前記第１および第２の走査像に画像処理を行う画像処理部をさらに備え、
   前記位置関係特定部は、前記画像処理部による画像処理の結果に基づいて、前記第１の走査像と前記第２の走査像との位置関係を特定する、請求項１記載の荷電粒子ビーム軸合わせ装置。
3. 前記対物レンズの磁場強度と前記荷電粒子ビームの回転量との対応関係を示す回転情報を取得する回転情報取得部をさらに備え、
   前記回転量差特定部は、前記回転情報取得部により取得された回転情報に基づいて前記荷電粒子ビームの回転量差を特定する、請求項１または２記載の荷電粒子ビーム軸合わせ装置。
4. 前記第１の走査像と前記第２の走査像との位置関係と、前記荷電粒子ビームの偏向量との対応関係を示す偏向情報を取得する偏向情報取得部と、
   前記偏向情報取得部により取得された偏向情報に基づいて、前記第１の走査像の位置と前記第２の走査像の位置とを一致させるための前記荷電粒子ビームの偏向量を特定する偏向量特定部とをさらに備え、
   前記偏向制御部は、前記偏向量特定部により特定された前記荷電粒子ビームの偏向量に基づいて前記偏向部を制御する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の荷電粒子ビーム軸合わせ装置。
5. 前記対物レンズの磁場強度の指定を受け付ける受付部をさらに備え、
   前記設定部は、前記受付部により受け付けられた磁場強度に基づいて前記第１および第２の強度を設定する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の荷電粒子ビーム軸合わせ装置。
6. 前記対物レンズの焦点が試料に一致するときの前記対物レンズの磁場強度を第３の強度と定義した場合、前記設定部は、前記第３の強度より所定の値だけ小さい磁場強度を前記第１および第２の強度のうちの一方に設定し、前記第３の強度より前記所定の値だけ大きい磁場強度を前記第１および第２の強度のうちの他方に設定する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の荷電粒子ビーム軸合わせ装置。
7. 荷電粒子ビームを生成する荷電粒子源と、
   前記荷電粒子源により生成された前記荷電粒子ビームを磁場により集束して試料に照射する対物レンズと、
   前記対物レンズを通して試料に照射される前記荷電粒子ビームを試料の表面で２次元的に走査させる走査部と、
   前記荷電粒子源により生成された前記荷電粒子ビームを偏向することにより前記荷電粒子ビームの軸と前記対物レンズの光軸との位置関係を調整する偏向部と、
   試料の表面での前記荷電粒子ビームの走査により試料から生成される荷電粒子を検出する検出部と、
   前記荷電粒子ビームの軸を前記対物レンズの光軸に合わせる荷電粒子ビーム軸合わせ装置とを備え、
   前記荷電粒子ビーム軸合わせ装置は、
   前記対物レンズの磁場強度を第１の強度および第２の強度に設定する設定部と、
   前記第１の強度と前記第２の強度との間の強度差に基づいて、磁場強度が前記第１の強度に設定された場合と磁場強度が前記第２の強度に設定された場合との間での前記荷電粒子ビームの回転量の差を回転量差として特定する回転量差特定部と、
   磁場強度が前記第２の強度に設定されたときに、前記回転量差特定部により特定された回転量差を相殺する回転を前記荷電粒子ビームに付与するように前記走査部を制御する走査制御部と、
   磁場強度が前記第１の強度に設定されたときに前記検出部により検出される荷電粒子に基づいて第１の走査像を生成し、磁場強度が前記第２の強度に設定されたときに前記検出部により検出される荷電粒子に基づいて第２の走査像を生成する生成部と、
   前記第１の走査像と前記第２の走査像との相対的な位置関係を特定する位置関係特定部と、
   前記位置関係特定部により特定された位置関係に基づいて、前記第１の走査像の位置と前記第２の走査像の位置とが一致するように前記偏向部を制御する偏向制御部とを備える、荷電粒子ビーム照射装置。
8. 対物レンズの磁場により荷電粒子ビームを集束して試料に照射し、前記荷電粒子ビームを走査部により試料の表面で２次元的に走査させるとともに、前記荷電粒子ビームを偏向部により偏向することにより前記荷電粒子ビームの軸と前記対物レンズの光軸との位置関係を調整可能な荷電粒子ビーム照射装置において前記荷電粒子ビームの軸を前記対物レンズの光軸に合わせる荷電粒子ビーム軸合わせ方法であって、
   前記対物レンズの磁場強度を第１の強度に設定するステップと、
   磁場強度が前記第１の強度に設定されたときに、試料からの荷電粒子に基づいて第１の走査像を生成するステップと、
   前記対物レンズの磁場強度を第２の強度に設定するステップと、
   前記第１の強度と前記第２の強度との間の強度差に基づいて、磁場強度が前記第１の強度に設定された場合と磁場強度が前記第２の強度に設定された場合との間での前記荷電粒子ビームの回転量の差を回転量差として特定するステップと、
   磁場強度が前記第２の強度に設定されたときに、特定された回転量差を相殺する回転を前記荷電粒子ビームに付与するように前記走査部を制御するステップと、
   磁場強度が前記第２の強度に設定されたときに、試料からの荷電粒子に基づいて第２の走査像を生成するステップと、
   前記第１の走査像と前記第２の走査像との相対的な位置関係を特定するステップと、
   特定された位置関係に基づいて、前記第１の走査像の位置と前記第２の走査像の位置とが一致するように前記偏向部を制御するステップとを含む、荷電粒子ビーム軸合わせ方法。

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