JP2020027688A - 荷電粒子線装置および制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】絞り孔の位置決め精度を向上できる荷電粒子線装置を提供する。【解決手段】電子顕微鏡は、互いに径が異なる第１絞り孔１２および第２絞り孔１４が設けられた絞り板１１０と、絞り板１１０を移動させる移動機構１２０と、移動機構１２０を制御する制御部１３０と、を含み、制御部１３０は、第１絞り孔１２が所定位置に位置するように絞り板１１０を移動させる場合に、絞り板１１０が、第１位置を経由して、第２位置に移動するように移動機構１２０を制御する処理と、第２絞り孔１４が所定位置に位置するように絞り板１１０を移動させる場合に、絞り板１１０が、第３位置を経由して、第４位置に移動するように移動機構１２０を制御する処理と、を行い、第１位置と第３位置とは異なる位置であり、第１位置から第２位置に向かう第１ベクトルの向きおよび大きさは、第３位置から第４位置に向かう第２ベクトルの向きおよび大きさと等しい。【選択図】図２

Description

本発明は、荷電粒子線装置および制御方法に関する。

電子顕微鏡や集束イオンビーム装置などの荷電粒子線装置では、様々な絞りが用いられている。例えば、透過電子顕微鏡では、コンデンサー絞り、対物レンズ絞り、制限視野絞りなどが用いられている。

これらの絞りには、互いに径の異なる複数の絞り孔が設けられている。例えば、透過電子顕微鏡では、観察モードや、観察倍率、電子線の照射条件などに応じて適切な径の絞り孔が選択され、選択された絞り孔が光軸に配置される。

荷電粒子線装置において、高い精度で情報を得るためには、絞り孔を正確に位置決めしなければならない。例えば、特許文献１には、電動モーターを用いて、自動で、選択された絞り孔を正確に所定の位置に位置決めすることができる電子顕微鏡が開示されている。

特許文献１では、現在光軸上にセットされている絞り孔から次に光軸上にセットされる絞り孔に絞りを移動させるときの座標が、現在光軸上にセットされている絞り孔と次にセットされる絞り孔のすべての組み合わせについて設定されている。

特開２００４−９５７１９２号公報

上述のように、荷電粒子線装置では高い精度で情報を得るためには、絞り孔を正確に位置決めしなければならないため、絞り孔を正確に位置決めできる荷電粒子線装置が望まれている。

本発明に係る荷電粒子線装置の一態様は、
互いに径が異なる第１絞り孔および第２絞り孔が設けられた絞り板と、
前記絞り板を移動させる移動機構と、
前記移動機構を制御する制御部と、
を含み、
前記制御部は、
前記第１絞り孔が所定位置に位置するように前記絞り板を移動させる場合に、前記絞り板が、第１位置を経由して、第２位置に移動するように前記移動機構を制御する処理と、
前記第２絞り孔が前記所定位置に位置するように前記絞り板を移動させる場合に、前記絞り板が、第３位置を経由して、第４位置に移動するように前記移動機構を制御する処理と、
を行い、
前記第１位置と前記第３位置とは異なる位置であり、
前記第１位置から前記第２位置に向かう第１ベクトルの向きおよび大きさは、前記第３位置から前記第４位置に向かう第２ベクトルの向きおよび大きさと等しい。

このような荷電粒子線装置では、第１ベクトルの向きおよび大きさが第２ベクトルの向きおよび大きさと等しいため、移動機構の機械的ヒステリシスの影響を低減でき、絞り孔の位置決め精度を向上できる。

本発明に係る荷電粒子線装置の一態様は、
互いに径が異なる第１絞り孔および第２絞り孔が設けられた絞り板と、
前記絞り板を移動させる移動機構と、
前記移動機構を制御する制御部と、
を含み、
前記制御部は、
前記第１絞り孔が所定位置に位置するように前記絞り板を移動させる場合に、前記絞り板が、第１位置を経由して、第２位置に移動するように前記移動機構を制御する処理と、
前記第２絞り孔が前記所定位置に位置するように前記絞り板を移動させる場合に、前記絞り板が、第３位置を経由して、第４位置に移動するように前記移動機構を制御する処理と、
前記第１絞り孔が前記所定位置に位置するように前記移動機構を制御したときの前記第１絞り孔の位置の再現性を、前記第１位置から前記第２位置に向かう第１ベクトルの向きおよび大きさの少なくとも一方を変えて評価する処理と、
前記第１絞り孔の位置の再現性の評価結果に基づいて、前記第１ベクトルの向きおよび大きさを決定する処理と、
前記第２絞り孔が前記所定位置に位置するように前記移動機構を制御したときの前記第２絞り孔の位置の再現性を、前記第３位置から前記第４位置に向かう第２ベクトルの向きおよび大きさの少なくとも一方を変えて評価する処理と、
前記第２絞り孔の位置の再現性の評価結果に基づいて、前記第２ベクトルの向きおよび大きさを決定する処理と、
を行う。

このような荷電粒子線装置では、制御部が、第１絞り孔の位置の再現性の評価結果に基づいて第１ベクトルの向きおよび大きさを決定し、第２絞り孔の位置の再現性の評価結果に基づいて第２ベクトルの向きおよび大きさを決定するため、移動機構の機械的ヒステリシスの影響を低減でき、絞り孔の位置決め精度を向上できる。

本発明に係る荷電粒子線装置の制御方法の一態様は、
互いに径が異なる第１絞り孔および第２絞り孔が設けられた絞り板と、前記絞り板を移動させる移動機構と、を含む荷電粒子線装置の制御方法であって、
前記第１絞り孔が所定位置に位置するように前記絞り板を移動させる場合に、前記絞り板が、第１位置を経由して、第２位置に移動するように前記移動機構を制御する工程と、
前記第２絞り孔が前記所定位置に位置するように前記絞り板を移動させる場合に、前記絞り板が、第３位置を経由して、第４位置に移動するように前記移動機構を制御する工程と、
を含み、
前記第１位置と前記第３位置とは異なる位置であり、
前記第１位置から前記第２位置に向かう第１ベクトルの向きおよび大きさは、前記第３位置から前記第４位置に向かう第２ベクトルの向きおよび大きさと等しい。

このような荷電粒子線装置の制御方法では、第１ベクトルの向きおよび大きさが第２ベクトルの向きおよび大きさと等しいため、移動機構の機械的ヒステリシスの影響を低減でき、絞り孔の位置決め精度を向上できる。

本発明に係る荷電粒子線装置の制御方法の一態様は、
互いに径が異なる第１絞り孔および第２絞り孔が設けられた絞り板と、前記絞り板を移動させる移動機構と、を含む荷電粒子線装置の制御方法であって、
前記第１絞り孔が所定位置に位置するように前記絞り板を移動させる場合に、前記絞り板が、第１位置を経由して、第２位置に移動するように前記移動機構を制御する工程と、
前記第２絞り孔が前記所定位置に位置するように前記絞り板を移動させる場合に、前記絞り板が、第３位置を経由して、第４位置に移動するように前記移動機構を制御する工程と、
前記第１絞り孔が前記所定位置に位置するように前記移動機構を制御したときの前記第１絞り孔の位置の再現性を、前記第１位置から前記第２位置に向かう第１ベクトルの向きおよび大きさの少なくとも一方を変えて評価する工程と、
前記第１絞り孔の位置の再現性の評価結果に基づいて、前記第１ベクトルの向きおよび大きさを決定する工程と、
前記第２絞り孔が前記所定位置に位置するように前記移動機構を制御したときの前記第２絞り孔の位置の再現性を、前記第３位置から前記第４位置に向かう第２ベクトルの向きおよび大きさの少なくとも一方を変えて評価する工程と、
前記第２絞り孔の位置の再現性の評価結果に基づいて、前記第２ベクトルの向きおよび大きさを決定する工程と、
を含む。

このような荷電粒子線装置の制御方法では、第１絞り孔の位置の再現性の評価結果に基づいて第１ベクトルの向きおよび大きさを決定し、第２絞り孔の位置の再現性の評価結果に基づいて第２ベクトルの向きおよび大きさを決定するため、移動機構の機械的ヒステリシスの影響を低減でき、絞り孔の位置決め精度を向上できる。

第１実施形態に係る電子顕微鏡の構成を示す図。 絞り装置の構成を示す図。 絞り装置の動作の参考例を説明するための図。 絞り装置の動作の参考例を説明するための図。 絞り装置の動作を説明するための図。 絞り装置の動作を説明するための図。 絞り装置の動作の参考例を説明するための図。 絞り装置の動作を説明するための図。 絞り装置の動作を説明するための図。 制御部の処理の一例を示すフローチャート。 ＴＥＭ像から第１絞り孔の中心の座標情報を取得する手法を説明するための図。

以下、本発明の好適な実施形態について図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また、以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。

１． 第１実施形態
１．１． 電子顕微鏡の構成
まず、第１実施形態に係る電子顕微鏡（荷電粒子線装置の一例）について図面を参照しながら説明する。図１は、第１実施形態に係る電子顕微鏡１０００の構成を示す図である。なお、図１には、互いに直交する３つの軸として、Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸を図示している。Ｚ軸は、光軸Ｌに平行な軸である。

電子顕微鏡１０００は、図１に示すように、絞り装置１００を含む。電子顕微鏡１０００は、さらに、電子源１００２と、照射レンズ１００４と、試料ステージ１００６と、試料ホルダー１００８と、対物レンズ１０１０と、中間レンズ１０１２と、投影レンズ１０１４と、撮像装置１０１６と、を含んで構成されている。電子顕微鏡１０００は、試料Ｓを透過した電子線で結像する透過電子顕微鏡である。

電子源１００２は、電子を発生させる。電子源１００２は、例えば、陰極から放出された電子を陽極で加速し電子線を放出する電子銃である。

照射レンズ１００４は、電子源１００２から放出された電子線を集束して試料Ｓに照射する。照射レンズ１００４は、図示はしないが、複数の電子レンズで構成されていてもよい。

絞り装置１００は、互いに径が異なる複数の絞り孔が設けられた絞り板１１０と、絞り板１１０を移動させる移動機構１２０と、移動機構１２０を制御する制御部１３０と、記憶部１３２と、を含んで構成されている。

絞り板１１０は、照射系に組み込まれている。絞り板１１０は、コンデンサー絞りとして機能する。コンデンサー絞りは、試料Ｓに入射する電子線の開き角および照射量を調整するための絞りである。電子顕微鏡１０００では、移動機構１２０によって、絞り孔を切り替えることにより、電子線の開き角および照射量を変更することができる。

試料ステージ１００６は、試料ホルダー１００８が保持している試料Ｓを位置決めする。試料ステージ１００６では、試料Ｓを移動させるための移動機構を備えている。

対物レンズ１０１０は、試料Ｓを透過した電子線で透過電子顕微鏡像（以下、「ＴＥＭ像」ともいう）を結像するための初段のレンズである。中間レンズ１０１２および投影レンズ１０１４は、対物レンズ１０１０によって結像された像を拡大し、撮像装置１０１６上に結像させる。対物レンズ１０１０、中間レンズ１０１２、および投影レンズ１０１４は、電子顕微鏡１０００の結像系を構成している。

撮像装置１０１６は、結像系によって結像されたＴＥＭ像を撮影する。撮像装置１０１６は、例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）カメラ、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）カメラ等のデジタルカメラである。

電子顕微鏡１０００では、電子源１００２から放出された電子線は、照射レンズ１００４によって集束されて試料Ｓに照射される。このとき、コンデンサー絞りとして機能する絞り板１１０によって試料Ｓに照射される電子線の開き角および照射量が制御される。試料Ｓに照射された電子線は、試料Ｓを透過して対物レンズ１０１０によって結像される。対物レンズ１０１０によって結像されたＴＥＭ像は、中間レンズ１０１２および投影レンズ１０１４によってさらに拡大され、撮像装置１０１６で撮影される。

１．２． 絞り装置
次に、絞り装置１００について、図面を参照しながら説明する。図２は、絞り装置１００の構成を示す図である。なお、図２には、互いに直交する３つの軸として、Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸を図示している。

絞り装置１００は、図２に示すように、絞り板１１０と、移動機構１２０と、制御部１３０と、記憶部１３２と、を含む。

絞り板１１０には、互いに径が異なる複数の絞り孔が設けられている。図示の例では、絞り板１１０には、第１絞り孔１２、第２絞り孔１４、第３絞り孔１６、第４絞り孔１８が設けられている。なお、絞り孔の数は、２以上であれば特に限定されない。第１絞り孔１２、第２絞り孔１４、第３絞り孔１６、および第４絞り孔１８は、Ｘ軸に沿って配列されている。

絞り板１１０は、支持部材２０によって支持されている。支持部材２０は、棒状の部材であり、先端に絞り板１１０が固定されている。支持部材２０の後端は、レバー３４に接触している。支持部材２０は、ケース２２に収容されている。

移動機構１２０は、Ｘ移動機構３０と、Ｙ移動機構５０と、を含む。

Ｘ移動機構３０は、絞り板１１０をＸ方向に移動させる。Ｘ移動機構３０は、ばね３２と、てこ式のレバー３４と、ロッド３６と、送りねじ３８と、減速機４０と、モーター４２と、エンコーダ４４と、リミットスイッチ４６と、を含む。

ばね３２は、ケース２２に収容されている。ばね３２の先端はケース２２に当接し、ばね３２の後端は、支持部材２０の後端に当接している。ばね３２を圧縮することによって、支持部材２０は−Ｘ方向に付勢される。

ロッド３６は、レバー３４を押したり、引いたりする。すなわち、ロッド３６は、レバー３４を＋Ｘ方向に移動させたり、−Ｘ方向に移動させたりする。ロッド３６は、送りねじ３８に接続されている。送りねじ３８は、モーター４２の回転運動をＸ方向の直線運動に変換する。モーター４２の回転は、減速機４０を介して送りねじ３８に伝達される。

エンコーダ４４は、モーター４２に取り付けられている。エンコーダ４４は、モーター４２と連動して位置情報を出力する。エンコーダ４４は、絞り板１１０のＸ方向の位置情報を、エンコーダパルス信号として出力する。

リミットスイッチ４６は、レバー３４を介して、絞り板１１０のＸ方向の位置を検出する。リミットスイッチ４６は、絞り板１１０のＸ方向の位置情報を、リミットスイッチ信号として出力する。

このように、絞り板１１０のＸ方向の位置情報は、エンコーダ４４およびリミットスイッチ４６から出力される。

Ｘ移動機構３０では、減速機４０で速度が低減されたモーター４２の回転運動を、送りねじ３８が直線運動に変換して、ロッド３６に伝達する。これにより、ロッド３６は、Ｘ方向に移動する。このとき、ロッド３６が＋Ｘ方向に移動すると、レバー３４が支持部材２０を押して支持部材２０が＋Ｘ方向に移動し、絞り板１１０が＋Ｘ方向に移動する。また、ロッド３６が−Ｘ方向に移動すると、支持部材２０がばね３２の付勢力により−Ｘ方向に移動し、絞り板１１０が−Ｘ方向に移動する。ロッド３６が＋Ｘ方向に移動するのか、あるいは−Ｘ方向に移動するのかは、モーター４２の回転方向によって決まる。

Ｙ移動機構５０は、絞り板１１０をＹ方向に移動させる。Ｙ移動機構５０は、ばね５２と、てこ式のレバー５４と、ロッド５６と、送りねじ５８と、減速機６０と、モーター６２と、エンコーダ６４と、リミットスイッチ６６と、を含む。

はね５２とレバー５４は、ケース２２を挟んで配置されている。ばね５２は、ケース２２の＋Ｙ方向に配置され、レバー５４は、ケース２２の−Ｙ方向に配置されている。ばね
５２が圧縮されることによって、ケース２２は−Ｙ方向に付勢される。

ロッド５６は、レバー５４を押したり、引いたりする。すなわち、ロッド５６は、レバー５４を＋Ｙ方向に移動させたり、−Ｙ方向に移動させたりする。ロッド５６は、送りねじ５８に接続されている。送りねじ５８は、モーター６２の回転運動をＹ方向の直線運動に変換する。モーター６２の回転は、減速機６０を介して送りねじ５８に伝達される。

エンコーダ６４は、モーター６２に取り付けられている。エンコーダ６４は、モーター６２と連動して位置情報を出力する。エンコーダ６４は、絞り板１１０のＹ方向の位置情報を、エンコーダパルス信号として出力する。

リミットスイッチ６６は、レバー５４を介して、絞り板１１０のＹ方向の位置を検出する。リミットスイッチ６６は、絞り板１１０のＹ方向の位置情報を、リミットスイッチ信号として出力する。

このように、絞り板１１０のＹ方向の位置情報は、エンコーダ６４およびリミットスイッチ６６から出力される。

Ｙ移動機構５０では、減速機６０で速度が低減されたモーター６２の回転運動を、送りねじ５８が直線運動に変換して、ロッド５６に伝達する。これにより、ロッド５６は、Ｙ方向に移動する。このとき、ロッド５６が＋Ｙ方向に移動すると、レバー５４がケース２２を押して、絞り板１１０が＋Ｙ方向に移動する。また、ロッド５６が−Ｙ方向に移動すると、ばね５２の付勢力によりケース２２が−Ｙ方向に押されて、絞り板１１０が−Ｙ方向に移動する。ロッド５６が＋Ｙ方向に移動するのか、あるいは、−Ｙ方向に移動するのかは、モーター６２の回転方向によって決まる。

絞り装置１００は、さらに、制御基板７０を含む。制御基板７０には、モーター駆動回路７２と、エンコーダパルス受信回路７４と、電圧計測回路７６と、制御用プログラマブル素子７８と、が設けられている。

モーター駆動回路７２は、モーター４２およびモーター６２を駆動する。エンコーダパルス受信回路７４は、エンコーダ４４から出力されるエンコーダパルス信号、およびエンコーダ６４から出力されるエンコーダパルス信号を受信する。電圧計測回路７６は、リミットスイッチ４６から出力されるリミットスイッチ信号、およびリミットスイッチ６６から出力されるリミットスイッチ信号を検出する。制御用プログラマブル素子７８は、モーター駆動回路７２、エンコーダパルス受信回路７４、および電圧計測回路７６を統括して制御する。制御基板７０（制御用プログラマブル素子７８）は、制御部１３０との間で情報をやり取りする。

制御部１３０は、例えば、絞り装置１００を動作させるための各種条件を設定し、絞り装置１００の動作を監視する。制御部１３０の機能は、例えば、各種プロセッサ（ＣＰＵ（Central Processing Unit）等）でプログラムを実行することにより実現できる。

記憶部１３２は、制御部１３０が各種の計算処理や制御処理を行うためのプログラムやデータを記憶している。記憶部１３２の機能は、例えば、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、およびハードディスクなどにより実現できる。

１．３． 絞り装置の動作
次に、絞り装置１００の動作について説明する。以下では、まず、絞り装置の動作の参考例について説明し、次に、第１実施形態に電子顕微鏡１０００の絞り装置１００の動作
について説明する。

図３および図４は、絞り装置の動作の参考例を説明するための図である。ここでは、１つの絞り孔（第１絞り孔１２）の位置制御について説明する。

図３に示す参考例では、初期位置Ｐ０から第１絞り孔１２が光軸Ｌ上に位置するように絞り板１１０を移動させる場合、絞り板１１０を初期位置Ｐ０からターゲット位置Ｐ１まで最短距離で移動させている。

ここで、＋Ｘ方向は移動機構１２０（具体的にはＸ移動機構３０）の負荷が大きくなる方向であり、−Ｘ方向は移動機構１２０（具体的にはＸ移動機構３０）の負荷が小さくなる方向である。図示の例では、＋Ｘ方向は、ばね３２が圧縮される方向であるため、Ｘ移動機構３０の負荷が大きくなる。また、＋Ｙ方向は移動機構１２０（具体的にはＹ移動機構５０）の負荷が大きくなる方向であり、−Ｙ方向は移動機構１２０（具体的にはＹ移動機構５０）の負荷が小さくなる方向である。図示の例では、＋Ｙ方向は、ばね５２が圧縮される方向であるため、Ｙ移動機構５０の負荷が大きくなる。

図３に示す参考例では、初期位置Ｐ０からターゲット位置Ｐ１に向かうベクトルＶ０のＸ成分は、移動機構１２０の負荷が大きくなる方向であり、ベクトルＶ０のＹ成分は、移動機構１２０の負荷が小さくなる方向である。

ここで、図４に示すように、初期位置Ｐ０から初期位置Ｐ０ｄに初期位置を変更する。この場合、初期位置Ｐ０ｄからターゲット位置Ｐ１に向かうベクトルＶ０ｄのＸ成分は、図３に示す例と同様に移動機構１２０の負荷が大きくなる方向であるが、ベクトルＶ０ｄのＹ成分は、図３に示す例と異なり、移動機構１２０の負荷が大きくなる方向である。

そのため、図３に示す場合と、図４に示す場合では、動作を停止した際の移動機構１２０における機械の変形および機械の歪みの程度が異なってしまう。したがって、図３および図４に示すように、絞り板１１０を最短距離で移動させる場合、機械的ヒステリシスの影響により絞り孔の位置再現性が低下し、絞り孔の位置決め精度が低下してしまう。

図５および図６は、絞り装置１００の動作を説明するための図である。

図５に示す例では、初期位置Ｐ０から第１絞り孔１２が光軸Ｌ上に位置するように絞り板１１０を移動させる場合、絞り板１１０を、初期位置Ｐ０から経由位置Ｐ３を経由して、ターゲット位置Ｐ１に移動させる。経由位置Ｐ３からターゲット位置Ｐ１に向かうベクトルＡは、Ｙ成分のみを有し、Ｙ成分は移動機構１２０の負荷が大きくなる方向である。

ここで、図６に示すように、初期位置Ｐ０から初期位置Ｐ０ｄに初期位置を変更する。この場合でも、経由位置Ｐ３を経由して、ターゲット位置Ｐ１に絞り板１１０を移動させることにより、経由位置Ｐ３からターゲット位置Ｐ１に向かうベクトルＡは、図５に示す場合と、向きおよび大きさが同じになる。このように、経由位置Ｐ３を経由して、ターゲット位置Ｐ１に絞り板１１０を移動させることにより、初期位置をどの位置に設定しても、動作を停止した際の移動機構１２０における機械の変形および機械の歪みを同程度にできる。したがって、絞り孔の位置再現性を向上でき、絞り孔の位置決め精度を向上できる。

上記では、１つの絞り孔（第１絞り孔１２）の位置制御について説明したが、複数の絞り孔の位置制御も同様に行うことができる。以下では、まず、絞り装置の動作の参考例について説明し、次に、第１実施形態に電子顕微鏡１０００の絞り装置１００の動作につい
て説明する。

図７は、絞り装置の参考例を説明するための図である。なお、図７では、絞り板１１０の第１絞り孔１２の中心を基準位置とし、基準位置の座標で絞り板１１０の位置を特定する。すなわち、絞り板１１０を初期位置Ｐ０（Ｘ０，Ｙ０）からターゲット位置Ｐ１（Ｘ１，Ｙ１）まで移動させるといった場合、絞り板１１０の基準位置を初期位置Ｐ０からターゲット位置Ｐ１まで移動させることをいう。また、ここでは、基準位置を、絞り板１１０の第１絞り孔１２の中心としたが、基準位置は、絞り板１１０の任意の位置に設定可能である。例えば、基準位置を、絞り板１１０の中心としてもよい。

図７に示す参考例では、初期位置から第１絞り孔１２が光軸Ｌ上に位置するように絞り板１１０を移動させる場合、絞り板１１０を初期位置Ｐ０からターゲット位置Ｐ１まで最短距離で移動させている。同様に、初期位置から第２絞り孔１４が光軸Ｌ上に位置するように絞り板１１０を移動させる場合、絞り板１１０を初期位置Ｐ０からターゲット位置Ｐ２まで最短距離で移動させている。

この場合、初期位置Ｐ０からターゲット位置Ｐ１に向かうベクトルＶ１と初期位置Ｐ０からターゲット位置Ｐ２に向かうベクトルＶ２とは、向きおよび大きさが異なる。そのため、初期位置から第１絞り孔１２が光軸Ｌ上に位置するように絞り板１１０を移動させる場合と、初期位置から第２絞り孔１４が光軸Ｌ上に位置するように絞り板１１０を移動させる場合とでは、移動機構１２０における機械の変形および機械の歪みの程度が異なる。したがって、機械的ヒステリシスの影響により、絞り孔の位置決め精度が低下してしまう。

図８は、絞り装置１００の動作を説明するための図である。

これに対して、図８に示す例では、初期位置から第１絞り孔１２が光軸Ｌ上に位置するように絞り板１１０を移動させる場合、絞り板１１０を、初期位置Ｐ０から経由位置Ｐ３（Ｘ３，Ｙ３）を経由して、ターゲット位置Ｐ１に移動させる。すなわち、例えば、絞り板１１０を、初期位置Ｐ０から経由位置Ｐ３に最短距離で移動させた後、経由位置Ｐ３からターゲット位置Ｐ１に最短距離で移動させる。

また、初期位置から第２絞り孔１４が光軸Ｌ上に位置するように絞り板１１０を移動させる場合、絞り板１１０を、初期位置Ｐ０から経由位置Ｐ４（Ｘ４，Ｙ４）を経由して、ターゲット位置Ｐ２に移動させる。すなわち、例えば、絞り板１１０を、初期位置Ｐ０から経由位置Ｐ４に最短距離で移動させた後、経由位置Ｐ４からターゲット位置Ｐ２に最短距離で移動させる。

この場合、経由位置Ｐ３からターゲット位置Ｐ１に向かう第１ベクトルＡ１と、経由位置Ｐ４からターゲット位置Ｐ２に向かう第２ベクトルＡ２とは、向きおよび大きさが互いに等しい。そのため、初期位置から第１絞り孔１２が光軸Ｌ上に位置するように絞り板１１０を移動させる場合と、初期位置から第２絞り孔１４が光軸Ｌ上に位置するように絞り板１１０を移動させる場合とでは、移動機構１２０における機械の変形および機械の歪みを同程度にできる。したがって、図７に示す参考例と比べて、機械的ヒステリシスの影響を低減でき、絞り孔の位置決め精度を向上できる。

図９は、絞り装置１００の動作の他の例を説明するための図である。

図９に示す例では、第１絞り孔１２が光軸Ｌ上に位置している状態（すなわち、初期位置をターゲット位置Ｐ１とした場合）から第２絞り孔１４が光軸Ｌ上に位置するように絞
り板１１０を移動させる。この場合、絞り板１１０を、ターゲット位置Ｐ１から経由位置Ｐ４を経由して、ターゲット位置Ｐ２に移動させる。

また、第２絞り孔１４が光軸Ｌ上に位置している状態（すなわち、初期位置をターゲット位置Ｐ２とした場合）から第１絞り孔１２が光軸Ｌ上に位置するように絞り板１１０を移動させる場合、絞り板１１０を、ターゲット位置Ｐ２から経由位置Ｐ３を経由して、ターゲット位置Ｐ１に移動させる。

図９に示す例でも、第１ベクトルＡ１と第２ベクトルＡ２とは、向きおよび大きさが互いに等しい。したがって、絞り孔の位置決め精度を向上できる。

ｎ個のターゲット位置がある場合、ターゲット位置をＰｍ（Ｘｍ，Ｙｍ）［ｍ＝１，２，３，・・・，ｎ］とし、経由位置をＰｍ´（Ｘｍ´，Ｙｍ´）とした場合、経由位置Ｐｍ´からターゲット位置Ｐｍに向かうベクトルＡ（以下、「アプローチベクトル」ともいう）は、次式のように表される。

Ａ（Ｘ，Ｙ）＝Ｐｍ（Ｘｍ，Ｙｍ）−Ｐｍ´（Ｘｍ´，Ｙｍ´）

図８および図９に示す例では、第１絞り孔１２を選択したときのアプローチベクトルＡは、第１ベクトルＡ１であり、第２絞り孔１４を選択したときのアプローチベクトルＡは、第２ベクトルＡ２である。絞り装置１００では、アプローチベクトルＡは、どの絞り孔を選択したときも同じ向きおよび同じ大きさである。

ここで、任意の絞り孔が光軸Ｌ上に位置している状態からα番目の絞り孔が光軸Ｌ上に位置するように絞り板１１０をターゲット位置Ｐα（Ｘα，Ｙα）に移動させる場合、経由位置は、Ｐα（Ｘα，Ｙα）−Ａ（Ｘ，Ｙ）で表される。そのため、絞り装置１００において、上述した図８および図９に示す動作を実現するためには、絞り孔が光軸Ｌ上に位置している状態での絞り板１１０の座標（すなわちターゲット位置Ｐｍ）と、アプローチベクトルＡと、を設定すればよい。絞り装置１００では、ターゲット位置Ｐｍの情報、およびアプローチベクトルＡの情報（すなわち、アプローチベクトルＡの向きおよび大きさの情報）は、記憶部１３２に記録されている。

１．４． 電子顕微鏡の動作
次に、電子顕微鏡１０００の動作の一例について説明する。

図８に示すように、絞り板１１０が初期位置Ｐ０に位置している状態で、ユーザーが操作部（図示せず）を介して第１絞り孔１２を選択する指令を入力すると、制御部１３０は、記憶部１３２から、アプローチベクトルＡの情報およびターゲット位置Ｐ１の情報を読み出して、当該情報に基づいて、移動機構１２０を制御する。具体的には、制御部１３０は、絞り板１１０が経由位置Ｐ３を経由してターゲット位置Ｐ１に移動するように移動機構１２０を制御する。このとき、制御部１３０は、経由位置Ｐ３からターゲット位置Ｐ１まで、第１ベクトルＡ１に沿って絞り板１１０を移動させる。これにより、第１絞り孔１２が光軸Ｌ上に配置される。

次に、ユーザーが操作部を介して第２絞り孔１４を選択する指令を入力すると、図９に示すように、制御部１３０は、記憶部１３２から、アプローチベクトルＡの情報およびターゲット位置Ｐ２の情報を読み出して、当該情報に基づいて、移動機構１２０を制御する。具体的には、制御部１３０は、絞り板１１０が経由位置Ｐ４を経由してターゲット位置Ｐ２に移動するように移動機構１２０を制御する。このとき、制御部１３０は、経由位置Ｐ４からターゲット位置Ｐ２まで、第２ベクトルＡ２に沿って絞り板１１０を移動させる
。これにより、第２絞り孔１４が光軸Ｌ上に配置される。

１．５． 特徴
電子顕微鏡１０００は、例えば、以下の特徴を有する。

電子顕微鏡１０００では、制御部１３０は、第１絞り孔１２が光軸Ｌに位置するように絞り板１１０を移動させる場合に、絞り板１１０が、経由位置Ｐ３（第１位置）を経由して、ターゲット位置Ｐ１（第２位置）に移動するように移動機構１２０を制御する処理を行う。また、制御部１３０は、第２絞り孔１４が光軸Ｌに位置するように絞り板１１０を移動させる場合に、絞り板１１０が、経由位置Ｐ４（第３位置）を経由してターゲット位置Ｐ２（第４位置）に移動するように移動機構１２０を制御する処理を行う。また、経由位置Ｐ３と経由位置Ｐ４とは異なる位置であり、経由位置Ｐ３からターゲット位置Ｐ１に向かう第１ベクトルＡ１の向きおよび大きさは、経由位置Ｐ４からターゲット位置Ｐ２に向かう第２ベクトルＡ２の向きおよび大きさと等しい。

そのため、電子顕微鏡１０００では、機械的ヒステリシスの影響を低減して、絞り孔の位置決め精度を向上できる。

２． 第２実施形態
２．１． 電子顕微鏡の構成
第２実施形態に係る電子顕微鏡の構成は、上述した電子顕微鏡１０００の構成と同じであり、図示および説明を省略する。

２．２． 手法
第２実施形態では、制御部１３０がアプローチベクトルを設定する処理を行う。以下では、上述した第１実施形態と異なる点について説明し、同様の点については説明を省略する。

ここで、移動機構１２０では、絞り板１１０が停止する位置によっても機械的ヒステリシスが変化する。例えば、図２に示すように、Ｘ移動機構３０では、ばね３２が用いられているため、ばね３２が大きく圧縮されている場合とばね３２がほとんど圧縮されていない場合とでは、Ｘ移動機構３０にかかる負荷も異なる。そのため、絞り板１１０が停止する位置によっても、機械的ヒステリシスも変化する。

したがって、制御部１３０は、絞り孔ごとに、位置再現性を確認しながら、アプローチベクトルＡを設定する。例えば、制御部１３０は、第１絞り孔１２が光軸Ｌ上に位置するように移動機構１２０を制御したときの第１絞り孔１２の位置の再現性を、第１ベクトルＡ１の向きおよび大きさの少なくとも一方を変えて評価する。そして、第１絞り孔１２の位置の再現性の評価結果に基づいて、第１ベクトルＡ１の向きおよび大きさを決定する。

同様に、制御部１３０は、第２絞り孔１４が光軸Ｌ上に位置するように移動機構１２０を制御したときの第２絞り孔１４の位置の再現性を、第２ベクトルＡ２の向きおよび大きさの少なくとも一方を変えて評価する。そして、第２絞り孔１４の位置の再現性の評価結果に基づいて、第２ベクトルＡ２の向きおよび大きさを決定する。

制御部１３０は、上記の処理を、絞り板１１０の全ての絞り孔について行う。これにより、すべての絞り孔に対してアプローチベクトルＡの向きおよび大きさを決定することができる。

２．３． 処理
図１０は、制御部１３０の処理の一例を示すフローチャートである。

制御部１３０は、まず、ｎ＝１として（Ｓ１０）、第１絞り孔１２を選択する（Ｓ１２）。具体的には、制御部１３０は、初期位置Ｐ０から第１絞り孔１２が光軸Ｌ上に位置するように移動機構１２０を制御する。ここでは、第１ベクトルＡ１は設定されておらず、初期位置Ｐ０からターゲット位置Ｐ１まで、最短距離で絞り板１１０を移動させる。

なお、あらかじめ任意のアプローチベクトルＡを設定しておいてもよい。この場合、絞り板１１０が初期位置Ｐ０から経由位置Ｐ３を経由して、ターゲット位置Ｐ１に移動するように移動機構１２０を制御する。

次に、制御部１３０は、ＴＥＭ像から第１絞り孔１２の中心の座標情報（以下「第１座標情報」ともいう）を取得する（Ｓ１４）。

図１１は、ＴＥＭ像から第１絞り孔１２の中心の座標情報を取得する手法を説明するための図である。図１１に示すように、ＴＥＭ像を２値化し、２値画像から第１絞り孔１２の中心の位置を計算により求める。

次に、制御部１３０は、第ｎ＋１絞り孔、すなわち、第２絞り孔１４を選択する（Ｓ１６）。具体的には、制御部１３０は、第１絞り孔１２が光軸Ｌ上に位置している状態から、第２絞り孔１４が光軸Ｌ上に位置するように移動機構１２０を制御する。なお、ここでは、第２絞り孔が光軸Ｌ上に位置するように移動機構１２０を制御したが、ステップＳ１６において絞り板１１０を移動させる位置は特に限定されず、任意の位置に絞り板１１０を移動させることができる。

次に、制御部１３０は、第１絞り孔１２を選択し（Ｓ１８）、ＴＥＭ像から第１絞り孔１２の中心の座標情報（以下「第２座標情報」ともいう）を取得する（Ｓ２０）。ステップＳ１８の処理は、ステップＳ１２の処理と同様に行われる。また、ステップＳ２０の処理は、ステップＳ１４の処理と同様に行われる。

次に、制御部１３０は、第１座標情報と第２座標情報に基づいて、第１絞り孔１２の位置の再現性を評価する（Ｓ２２）。制御部１３０は、例えば、第１座標情報と第２座標情報との差分を計算し、当該差分が所定値以上の場合には再現性なしと判定し、当該差分が所定値未満の場合には再現性ありと判定する。

制御部１３０は、再現性なしと判定した場合（Ｓ２２のＮｏ）、アプローチベクトルＡ（ここでは第１ベクトルＡ１）を変更する（Ｓ２４）。具体的には、制御部１３０は、第１ベクトルＡ１の向きおよび大きさの少なくとも一方を変更する。例えば、移動機構１２０の機械的負荷が比較的大きい場合には、アプローチベクトルＡが大きくなるように変更する。そして、制御部１３０は、絞り板１１０が初期位置Ｐ０に位置するように移動機構１２０を制御する（Ｓ２６）。

制御部１３０は、ステップＳ１２に戻って、再び、ステップＳ１２、ステップＳ１４、ステップＳ１６、ステップＳ１８、ステップＳ２０、およびステップＳ２２の処理を行って、第１絞り孔１２の位置の再現性を評価する。

制御部１３０は、再現性ありと判定した場合（Ｓ２２のＹｅｓ）、このときの第１ベクトルＡ１の向きおよび大きさを、第１絞り孔１２の第１ベクトルＡ１の向きおよび大きさに決定する（Ｓ２８）。

次に、制御部１３０は、ｎ＝ｍか否かを判定する（Ｓ３０）。すなわち、すべての絞り孔に対して経由位置が設定されたか否かを判定する。

制御部１３０は、ｎ＝ｍでないと判定した場合（Ｓ３０のＮｏ）、ｎ＝ｎ＋１として（ＳＳ３２）、第２絞り孔１４を選択する（Ｓ１２）。そして、制御部１３０は、ステップＳ１２、ステップＳ１４、ステップＳ１６、ステップＳ１８、ステップＳ２０、ステップＳ２２、ステップＳ２４、ステップＳ２６、ステップＳ２８の処理を行う。すなわち、第２絞り孔１４の位置の再現性を、第２ベクトルＡ２の向きおよび大きさの少なくとも一方を変えて評価し、再現性の評価結果に基づいて、第２ベクトルＡ２の向きおよび大きさを決定する。

制御部１３０は、ｎ＝ｍと判定した場合（Ｓ３０のＹｅｓ）、すなわち、すべての絞り孔に対してアプローチベクトルＡの向きおよび大きさを決定した場合に、処理を終了する。

２．４． 特徴
第２実施形態に係る電子顕微鏡は、例えば、以下の特徴を有する。

第２実施形態に係る電子顕微鏡では、制御部１３０は、第１絞り孔１２が光軸Ｌに位置するように移動機構１２０を制御したときの第１絞り孔１２の位置の再現性を、第１ベクトルＡ１の向きおよび大きさの少なくとも一方を変えて評価する処理と、第１絞り孔１２の位置の再現性の評価結果に基づいて、第１ベクトルＡ１の向きおよび大きさを決定する処理を行う。同様に、制御部１３０は、第２絞り孔１４が光軸Ｌに位置するように移動機構１２０を制御したときの第２絞り孔１４の位置の再現性を、第２ベクトルＡ２の向きおよび大きさの少なくとも一方を変えて評価する処理と、第２絞り孔１４の位置の再現性の評価結果に基づいて、第２ベクトルＡ２の向きおよび大きさを決定する処理と、を行う。

そのため、第２実施形態に係る電子顕微鏡では、絞り孔の位置決め精度を向上できる。また、第２実施形態に係る電子顕微鏡では、各絞り孔のアプローチベクトルの向きおよび大きさを自動で決定できる。

３． その他
なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。

例えば、上述した第１実施形態および第２実施形態では、絞り板１１０をコンデンサー絞りとして用いた例について説明したが、絞り板１１０を、例えば対物絞りとして用いてもよいし、制限視野絞りとして用いてもよい。対物絞りは、対物レンズ１０１０の後焦点面に配置され、明視野像や暗視野像を得るために透過波や回折波を取り込むための絞りである。制限視野絞りは、対物レンズ１０１０と中間レンズ１０１２との間（対物レンズ１０１０の像面）に配置され、制限視野回折を行う際、回折図形を得る試料の領域を制限する絞りである。

また、例えば、上述した第１実施形態および第２実施形態では、絞り孔が光軸Ｌ上に位置するように絞り板１１０を移動させる場合について説明したが、絞り孔が光軸Ｌ上以外の所定位置に位置するように絞り板１１０を移動させてもよい。例えば、絞り板１１０を対物絞りとして用いる場合、回折波のみを取り込む際には、回折波の位置に絞り孔を配置させる。

また、例えば、上述した第１実施形態および第２実施形態では、本発明に係る荷電粒子
線装置が透過電子顕微鏡である場合について説明したが、本発明に係る荷電粒子線装置は、走査電子顕微鏡であってもよいし、走査透過電子顕微鏡であってもよい。また、本発明に係る荷電粒子線装置は、電子線以外の荷電粒子線（イオンビーム等）を照射する装置であってもよい。例えば、本発明に係る荷電粒子線装置は、集束イオンビーム装置であってもよい。

本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法および結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。

１２…第１絞り孔、１４…第２絞り孔、１６…第３絞り孔、１８…第４絞り孔、２０…支持部材、２２…ケース、３０…Ｘ移動機構、３２…ばね、３４…レバー、３６…ロッド、３８…送りねじ、４０…減速機、４２…モーター、４４…エンコーダ、４６…リミットスイッチ、５０…Ｙ移動機構、５２…ばね、５４…レバー、５６…ロッド、５８…送りねじ、６０…減速機、６２…モーター、６４…エンコーダ、６６…リミットスイッチ、７０…制御基板、７２…モーター駆動回路、７４…エンコーダパルス受信回路、７６…電圧計測回路、７８…制御用プログラマブル素子、１００…絞り装置、１１０…絞り板、１２０…移動機構、１３０…制御部、１３２…記憶部、１０００…電子顕微鏡、１００２…電子源、１００４…照射レンズ、１００６…試料ステージ、１００８…試料ホルダー、１０１０…対物レンズ、１０１２…中間レンズ、１０１４…投影レンズ、１０１６…撮像装置

Claims (5)

1. 互いに径が異なる第１絞り孔および第２絞り孔が設けられた絞り板と、
   前記絞り板を移動させる移動機構と、
   前記移動機構を制御する制御部と、
   を含み、
   前記制御部は、
   前記第１絞り孔が所定位置に位置するように前記絞り板を移動させる場合に、前記絞り板が、第１位置を経由して、第２位置に移動するように前記移動機構を制御する処理と、
   前記第２絞り孔が前記所定位置に位置するように前記絞り板を移動させる場合に、前記絞り板が、第３位置を経由して、第４位置に移動するように前記移動機構を制御する処理と、
   を行い、
   前記第１位置と前記第３位置とは異なる位置であり、
   前記第１位置から前記第２位置に向かう第１ベクトルの向きおよび大きさは、前記第３位置から前記第４位置に向かう第２ベクトルの向きおよび大きさと等しい、荷電粒子線装置。
2. 互いに径が異なる第１絞り孔および第２絞り孔が設けられた絞り板と、
   前記絞り板を移動させる移動機構と、
   前記移動機構を制御する制御部と、
   を含み、
   前記制御部は、
   前記第１絞り孔が所定位置に位置するように前記絞り板を移動させる場合に、前記絞り板が、第１位置を経由して、第２位置に移動するように前記移動機構を制御する処理と、
   前記第２絞り孔が前記所定位置に位置するように前記絞り板を移動させる場合に、前記絞り板が、第３位置を経由して、第４位置に移動するように前記移動機構を制御する処理と、
   前記第１絞り孔が前記所定位置に位置するように前記移動機構を制御したときの前記第１絞り孔の位置の再現性を、前記第１位置から前記第２位置に向かう第１ベクトルの向きおよび大きさの少なくとも一方を変えて評価する処理と、
   前記第１絞り孔の位置の再現性の評価結果に基づいて、前記第１ベクトルの向きおよび大きさを決定する処理と、
   前記第２絞り孔が前記所定位置に位置するように前記移動機構を制御したときの前記第２絞り孔の位置の再現性を、前記第３位置から前記第４位置に向かう第２ベクトルの向きおよび大きさの少なくとも一方を変えて評価する処理と、
   前記第２絞り孔の位置の再現性の評価結果に基づいて、前記第２ベクトルの向きおよび大きさを決定する処理と、
   を行う、荷電粒子線装置。
3. 請求項１または２において、
   前記所定位置は、光軸の位置である、荷電粒子線装置。
4. 互いに径が異なる第１絞り孔および第２絞り孔が設けられた絞り板と、前記絞り板を移動させる移動機構と、を含む荷電粒子線装置の制御方法であって、
   前記第１絞り孔が所定位置に位置するように前記絞り板を移動させる場合に、前記絞り板が、第１位置を経由して、第２位置に移動するように前記移動機構を制御する工程と、
   前記第２絞り孔が前記所定位置に位置するように前記絞り板を移動させる場合に、前記絞り板が、第３位置を経由して、第４位置に移動するように前記移動機構を制御する工程と、
   を含み、
   前記第１位置と前記第３位置とは異なる位置であり、
   前記第１位置から前記第２位置に向かう第１ベクトルの向きおよび大きさは、前記第３位置から前記第４位置に向かう第２ベクトルの向きおよび大きさと等しい、荷電粒子線装置の制御方法。
5. 互いに径が異なる第１絞り孔および第２絞り孔が設けられた絞り板と、前記絞り板を移動させる移動機構と、を含む荷電粒子線装置の制御方法であって、
   前記第１絞り孔が所定位置に位置するように前記絞り板を移動させる場合に、前記絞り板が、第１位置を経由して、第２位置に移動するように前記移動機構を制御する工程と、
   前記第２絞り孔が前記所定位置に位置するように前記絞り板を移動させる場合に、前記絞り板が、第３位置を経由して、第４位置に移動するように前記移動機構を制御する工程と、
   前記第１絞り孔が前記所定位置に位置するように前記移動機構を制御したときの前記第１絞り孔の位置の再現性を、前記第１位置から前記第２位置に向かう第１ベクトルの向きおよび大きさの少なくとも一方を変えて評価する工程と、
   前記第１絞り孔の位置の再現性の評価結果に基づいて、前記第１ベクトルの向きおよび大きさを決定する工程と、
   前記第２絞り孔が前記所定位置に位置するように前記移動機構を制御したときの前記第２絞り孔の位置の再現性を、前記第３位置から前記第４位置に向かう第２ベクトルの向きおよび大きさの少なくとも一方を変えて評価する工程と、
   前記第２絞り孔の位置の再現性の評価結果に基づいて、前記第２ベクトルの向きおよび大きさを決定する工程と、
   を含む、荷電粒子線装置の制御方法。