JP3487705B2

JP3487705B2 - 荷電粒子ビーム装置

Info

Publication number: JP3487705B2
Application number: JP01266396A
Authority: JP
Inventors: 和広本田
Original assignee: Jeol Ltd
Current assignee: Jeol Ltd
Priority date: 1996-01-29
Filing date: 1996-01-29
Publication date: 2004-01-19
Anticipated expiration: 2016-01-29
Also published as: DE19703048A1; DE19703048B4; US5767515A; JPH09204893A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複数のレンズを精
度良く制御できる走査電子顕微鏡等の荷電粒子ビーム装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】走査電子顕微鏡や電子ビーム描画装置等
の電子ビーム装置では、電子ビームを複数のレンズによ
って集束し、試料に照射している。この場合、各レンズ
の強度は、レンズが静電型であれば、電圧で決まり、レ
ンズが静磁場型であれば、コイルに流す電流量で決ま
る。この電圧または電流量をレンズ制御量とすると、走
査電子顕微鏡などでは、複数のレンズ制御量を加速電圧
や試料に照射するビーム電流量の変化に応じて細かく設
定している。

【０００３】図１に複数のレンズを備え、それぞれにレ
ンズ制御量を設定するようにした走査電子顕微鏡の一例
を示す。図中１は電子銃であり、電子銃１から発生した
電子ビームＥＢは、第１コンデンサレンズ２、第２コン
デンサレンズ３と対物レンズ（最終段集束レンズ）４に
よって試料５上に細く集束される。また、電子ビームＥ
Ｂは、図示していない偏向器によって偏向され、試料５
上の電子ビームの照射位置は走査される。

【０００４】試料５への電子ビームの照射によって発生
した２次電子ｅは、２次電子検出器６によって検出され
る。検出器６の検出信号は、増幅器、コントラストや輝
度調整回路などが含まれている画像信号処理装置７を介
して陰極線管８に供給される。前記第２コンデンサレン
ズ３と対物レンズ４との間には、試料５に照射される一
次電子ビームＥＢの電流量を制限するための対物レンズ
絞り９が配置されている。この対物レンズ絞り９と、複
数のレンズ、すなわち、第１と第２のコンデンサレンズ
２，３のレンズ制御量を制御することにより、対物レン
ズ絞り９を通過して試料５に照射される電子量が決めら
れる。また、対物レンズ絞り９の下部には、電子ビーム
光路に挿脱可能な状態でファラデーカップ１０が設けら
れている。

【０００５】前記電子銃１から発生する一次電子ビーム
ＥＢの加速電圧は、加速電圧制御装置１１によって発生
される。また、第１コンデンサレンズ２のレンズ制御量
は、第１コンデンサレンズ制御装置１２によって発生さ
れ、第２コンデンサレンズのレンズ制御量は第２コンデ
ンサレンズ制御装置１３によって発生される。更に、対
物レンズ４のレンズ制御量は、対物レンズ制御装置１４
によって発生される。これら加速電圧制御装置１１、第
１コンデンサレンズ制御装置１２、第２コンデンサレン
ズ制御装置１３、対物レンズ制御装置１４にレンズ制御
量の目標値を設定し、それらを制御するためにコンピュ
ータ１５が設けられている。

【０００６】コンピュータ１５にはレンズ制御量を決定
するレンズデータ設定手段１６が構築されており、レン
ズデータ設定手段１６はレンズ制御量が格納されている
レンズデータテーブル１７を参照して、各レンズ制御量
を決定する。このレンズデータ設定手段１６で決定され
たレンズ制御量は、マンマシンインターフェース１８を
介して加速電圧制御装置１１と、第１コンデンサレンズ
制御装置１２と、第２コンデンサレンズ制御装置１３
と、対物レンズ制御装置１４に渡される。

【０００７】１９は操作用陰極線管であり、操作用陰極
線管１９から各レンズ制御量を決定するパラメータをレ
ンズデータ設定手段１６に渡し、各レンズのレンズ制御
量が連動して決められる。なお、対物レンズ絞り９の下
に配置されたファラデーカップ１０からの電流量を測定
する電流量測定器２０が設けられており、電流量測定器
２０の出力はコンピュータ１５に供給される。このよう
な構成の動作を次に説明する。

【０００８】通常の２次電子像を観察する場合、コンピ
ュータ１５は図示していない電子ビーム偏向ユニットを
制御し、このユニットから所定の２次元走査信号を偏向
器に供給する。その結果、試料５上の任意の２次元領域
が電子ビームＥＢによってラスター走査される。試料５
への電子ビームの照射によって発生した２次電子は、検
出器６によって検出される。その検出信号は、画像信号
処理装置７を介して偏向器への走査信号と同期した陰極
線管８に供給され、陰極線管８には試料の任意の領域の
２次電子像が表示される。

【０００９】次に、各レンズの制御について説明する。
各レンズの制御は、操作用陰極線管１９に加速電圧や試
料に照射される電流量などのパラメータを入力し、この
パラメータの値をマンマシンインターフェース１８を介
してレンズデータ設定手段１６に供給する。レンズデー
タ設定手段１６は、与えられたパラメータに基づき、レ
ンズデータテーブル１７に格納されているデータを読み
だし、それぞれのレンズの制御量をマンマシンインター
フェース１８を介して各レンズの制御装置１２，１３，
１４に供給する。この結果、各レンズ２，３，４は、与
えられた加速電圧に応じ、所定の制御量が得られるよう
にその強度は調整される。

【００１０】なお、この際、加速電圧を変えるように操
作用陰極線管１９を操作すれば、加速電圧制御装置１１
を介して、電子銃１からの一次電子ビームＥＢの加速電
圧は変えられる。また、所定の電流量の電子ビームが試
料５に照射されることを確認するために、フアラデーカ
ップ１０を電子ビーム光軸上に挿入し、一次電子ビーム
ＥＢの電流量を検出する。ファラデーカップ１０の検出
信号は電流量測定器２０によって測定され、その値はマ
ンマシンインターフェース１８を介してレンズデータ設
定手段１６に供給される。測定された電流量が設定値と
異なっていた場合には、操作用陰極線管１９にその電流
量が表示され、オペレータは操作用陰極線管１９に表示
された電流量に基づき、各レンズ制御量を修正するよう
にコンピュータ５に指示を行う。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】電子顕微鏡では、数段
の電子レンズによって一次電子ビームＥＢの軌道が制御
される多変数制御システムがとられている。また、最終
出力が走査電子顕微鏡像であるため、フィードバック信
号は得られず、オープンループで制御されるのが普通で
ある。すなわち、観察条件（加速電圧，試料への照射電
流量等）ごとに、各レンズのレンズ制御量をレンズデー
タテーブル１７にテーブル化しておき、ある観察条件に
よりレンズデータ設定手段１６が適当なレンズ制御量を
レンズデータテーブル１７から選択する。

【００１２】レンズデータテーブル１７に格納されてい
るデータは、予め電子光学系の物理計算がなされたもの
であるが、加速電圧、照射電流量、対物レンズ絞り径、
仮想光源位置をパラメータとして、離散的に求められて
いる。すなわち、電子顕微鏡の制御システムは、非線形
でかつ多変数システムのため、制御精度を向上させるた
めには、計算点をきめ細かく離散化しなければならず、
計算量とレンズデータテーブル１７に格納されるデータ
数が膨大となってしまう。

【００１３】また、仮想光源位置、対物レンズ絞り径お
よび照射電流量を決める電子銃１の角電流密度または輝
度は、正確な測定ができず、誤差を持ったあいまいな値
であるため、計算結果と実際とは微妙なズレが生じる。
このズレを補正しようとしても、多変数システムである
ため、１つのレンズ強度のみを変えることができず、全
部のレンズのレンズ強度を補正しなければならない。

【００１４】図２にレンズデータテーブル１７に格納さ
れている第１コンデンサレンズ２を制御するレンズ制御
量Ｖｃ１のデータ構造例を示す。Ｖｃ１は、加速電圧Ｖ
ａ、仮想光源位置Ｚｏ、プローブ電流量Ｉｐ、対物レン
ズ絞り９の径φａの関数である。ここで簡単化のため、
対物レンズ絞り９の径φａは決まっているものとする
と、次の関係が得られる。

【００１５】Vc1 ＝ Vc1(Va,Zo,Ip) 図２に示すように、データ構造は、Ｖａ，Ｚｏ，Ｉｐの
離散的な格子点上にＶｃ１が存在する第１コンデンサレ
ンズ制御テーブル群から成っている。仮想光源位置Ｚｏ
は、電子銃１からの電子を引き出す電圧Ｖexの関数であ
り、Ｚｏ＝Ｚｏ（Ｖex）である。したがって、引出電圧
Ｖexを決めれば、Ｚｏが決まり、Ｖｃ１はＶａとＩｐと
で決まることになり、第１コンデンサレンズ２の制御範
囲は、図２に示す平面上の第１コンデンサレンズ制御テ
ーブル２１となる。なお、このテーブル２１が集合して
第１コンデンサレンズ制御テーブル群２２となる。

【００１６】しかしながら、引出電圧Ｖexを変えると、
電子銃１からの一次電子ビームＥＢの角電流密度が変化
し、試料５に照射される電流量Ｉｐも変わるため、単純
にＶｃ１を照射電流量Ｉｐと加速電圧Ｖａとで決定する
ことはできない。また、図３に示すように、第２コンデ
ンサレンズ３のレンズ制御量Ｖｃ２のデータ構造も図２
に示した第１コンデンサレンズ２のデータ構造と同様な
構造となっている。図３で、２３が第２コンデンサレン
ズ制御テーブルであり、２４が第２コンデンサレンズ制
御テーブル群である。更に、Ｖｃ１とＶｃ２とは独立で
はなく、組み合わせによって決定しなければならない。

【００１７】レンズ制御量のデータ構造を第１コンデン
サレンズ２と第２コンデンサレンズ３とを例にして図
２，図３に示したが、実際には、全てのレンズに対して
各レンズの制御量は、互いに独立ではなく、組み合わせ
によって決定しなければならず、膨大な量の制御点を加
速電圧Ｖａ、照射電流量Ｉｐ、対物レンズ絞り径φａ、
仮想光源位置Ｚｏを離散化して組み合わせて作らなけれ
ばならない。

【００１８】すなわち、Ｖａの量子化数をｎ、Ｉｐの量
子化数をｍ、φａの量子化数をｑ、Ｚｏの量子化数をｒ
とすると、それぞれＶａ，ｎ、Ｉｐ，ｍ、φａ，ｑ、Ｚ
ｏ，ｒとすると、各レンズのレンズ制御量の量子化数
は、ｎ×ｍ×ｑ×ｒ個となる。仮に、加速電圧を５０ス
テップ（ｎ＝５０）、照射電流量を１０ステップ（ｍ＝
１０）、対物レンズ絞り径を５ステップ（ｑ＝５）、仮
想光源位置を１０ステップ（ｒ＝１０）とすると、各レ
ンズのレンズ制御量の量子化数は、２５，０００個とな
り、膨大なデータ数となって、データをハンドリングす
ることは事実上不可能となる。すなわち、データと装置
とがある一部分だけ合わなくても、全制御点に対して物
理計算をし直さなければならず、多大な時間を要してい
た。また、データテーブルは、数字の羅列であるため、
その数字が有する物理的な意味が分からないという欠点
があった。

【００１９】本発明は、このような点に鑑みてなされた
もので、その目的は、少ないデータ量で各レンズの制御
を精度良く行うことができる荷電粒子ビーム装置を実現
するにある。

【００２０】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明に基づく
荷電粒子ビーム装置は、荷電粒子ビーム源からの荷電粒
子ビームを複数のレンズによって集束するようにした荷
電粒子ビーム装置において、各レンズのレンズ制御量を
決定する各種条件をファジイ推論により補正する手段
と、補正された条件にしたがって各レンズを制御するレ
ンズ制御量をファジイ推論するファジイ推論手段と、フ
ァジイ推論で参照されるｉｆ／ｔｈｅｎ形式で記述され
たルールを格納するルールベースとを備えたことを特徴
としている。

【００２１】

【００２２】

【００２３】

【００２４】請求項１の発明では、各レンズのレンズ制
御量を決定する各種条件をファジイ推論により補正する
手段と、補正された条件にしたがって各レンズを制御す
るレンズ制御量をファジイ推論するファジイ推論手段
と、ファジイ推論で参照されるｉｆ／ｔｈｅｎ形式で記
述されたルールを格納するルールベースとを備え複数の
レンズのレンズ制御量をファジイ推論により決定する。

【００２５】請求項２の発明に基づく荷電粒子ビーム装
置では、請求項１の発明において、ルールベースに格納
されたルールを修正、削除、追加できるルールエディタ
を備えたことを特徴としている。

【００２６】請求項２の発明では、ルールベースに格納
されたルールを修正、削除、追加する。

【００２７】

【発明の実施の形態】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４はファジイ推論手段を
備えた電子ビーム装置の一例を示しており、図１の従来
装置と同一ないしは類似の構成要素には同一番号を付
し、その詳細な説明は省略する。この実施の形態で、加
速電圧制御装置１１、第１コンデンサレンズ制御装置１
２、第２コンデンサレンズ制御装置１３、対物レンズ制
御装置１４とにレンズ制御量の目標値を指示し、制御す
るためにコンピュータ２５が設けられている。

【００２８】コンピュータ２５内には、各レンズ制御量
をファジイ推論によって推論するファジイ推論手段２６
と、ファジイ推論手段２６に入力する変数を作成する前
処理手段２７と、ファジイ推論手段２６の出力を評価す
る後処理手段２８と、ファジイ推論手段２６において各
レンズ制御量を推論する際に、参照されるｉｆ／ｔｈｅ
ｎ形式で記述されたルールが格納されているルールベー
ス２９と、ルールベース２９に格納されているルールを
編集できるルールエディタ３０とが構築されている。こ
のファジイ推論手段２６と、前処理手段２７と、後処理
手段２８と、ルールベース２９と、ルールエディタ３０
とは、レンズ制御装置３１を構成する。

【００２９】図５にコンピュータ２５内でのデータの入
出力の状況を示す。図５において、加速電圧Ｖａと仮想
光源位置Ｚｏと照射電流量Ｉｐと対物レンズ絞り径φａ
と試料位置Ｚｓとを前処理手段２７に入力すると、前処
理手段２７は、加速電圧内部変数＃Ｖａと仮想光源位置
内部変数＃Ｚｏと照射電流量内部変数＃Ｉｐと対物レン
ズ絞り径内部変数＃φａと試料位置内部変数＃Ｚｓとを
ファジイ推論手段２６に出力する。

【００３０】ファジイ推論手段２６は、加速電圧内部変
数＃Ｖａと仮想光源位置内部変数＃Ｚｏと照射電流量内
部変数＃Ｉｐと対物レンズ絞り径内部変数＃φａと試料
位置内部変数＃Ｚｓとから、ルールベース２９に格納さ
れているｉｆ／ｔｈｅｎ形式で記述されたルールを参照
して、ファジイ推論によって第１コンデンサレンズ制御
量目標値内部変数＃Ｖｃｌ、第２コンデンサレンズ制御
量目標値内部変数＃Ｖｃ２、対物レンズ制御量目標値内
部変数＃Ｖｏｌとを推論し、それらを後処理手段２８に
出力する。

【００３１】後処理手段２８は、＃Ｖｃｌ、＃Ｖｃ２、
＃Ｖｏｌとから、数値を評価して、第１コンデンサレン
ズ制御量目標値Ｖｃ１と、第２コンデンサレンズ制御量
目標値Ｖｃ２と、対物レンズ制御量目標値Ｖｏｌとを出
力し、それらの値をそれぞれ第１コンデンサレンズ制御
装置１２、第２コンデンサレンズ制御装置１３、対物レ
ンズ制御装置１４に供給する。なお、上記構成で、ルー
ルエディタ３０により、ルールベース２３に格納されて
いるｉｆ／ｔｈｅｎ形式で記述されたルールを編集する
ことができる。

【００３２】上記した実施の形態における動作を更に詳
細に説明する。前記したように、加速電圧Ｖａと仮想光
源位置Ｚｏと照射電流量Ｉｐと対物レンズ絞り径φａと
試料位置Ｚｓとを前処理手段２７に入力すると、前処理
手段２７は、加速電圧内部変数＃Ｖａと仮想光源位置内
部変数＃Ｚｏと照射電流量内部変数＃Ｉｐと対物レンズ
絞り径内部変数＃φａと試料位置内部変数＃Ｚｓとをフ
ァジイ推論手段２６に出力する。上記各内部変数は、次
式によって求められる。

【００３３】

【数１】

【００３４】上記した式において、Ｖａ・normは加速電
圧正規化係数、Ｚｏ・normは仮想光源正規化係数、Ｉｐ
・normは照射電流量正規化係数、φａ・normは対物レン
ズ絞り径正規化係数、Ｚｓ・normは試料位置正規化係数
である。前記｛＃Ｖａ，＃Ｚｏ，＃Ｉｐ，＃φａ，＃Ｚ
ｓ｝の入力変数空間は、それぞれ複数のファジイ集合に
よって分割されている。この入力変数空間のファジイ集
合による分割例を図６に示す。

【００３５】図６（ａ）は＃Ｖａの分割例を示してお
り、ここでは、＃Ｖａの領域｛＃Ｖａ・min ，＃Ｖａ・
max ｝を１６個のファジイ集合｛０．５ｋＶ，１ｋＶ，
２ｋＶ，３ｋＶ，４ｋＶ，５ｋＶ，６ｋＶ，７ｋＶ，８
ｋＶ，９ｋＶ，１０ｋＶ，１１ｋ，１２ｋＶ，１３ｋ
Ｖ，１４ｋＶ，１５ｋＶ｝で分割した。また、図６
（ｂ）に示すように、＃Ｚｏの領域｛＃Ｚｏ・min ，＃
Ｚｏ・max ｝を８個のファジイ集合｛７．５Ｚｏ，７．
０Ｚｏ，６．５Ｚｏ，６．０Ｚｏ，５．５０Ｚｏ，５．
０Ｚｏ，４．５Ｚｏ，４．０Ｚｏ｝で分割した。

【００３６】更に、図６（ｃ）に示すように、＃Ｉｐの
領域｛＃Ｉｐ・min ，＃Ｉｐ・max ｝を１６個のファジ
イ集合｛Ｉｐ・１，Ｉｐ・２，Ｉｐ・３，Ｉｐ・４，Ｉ
ｐ・５，Ｉｐ・６，Ｉｐ・７，Ｉｐ・８，Ｉｐ・９，Ｉ
ｐ・１０，Ｉｐ・１１，Ｉｐ・１２，Ｉｐ・１３，Ｉｐ
・１４，Ｉｐ・１５，Ｉｐ・１６｝で分割した。また、
図６（ｄ）に示すように、＃φａの領域｛＃φａ・min
，＃φａ・max ｝を５個のファジイ集合｛３５μｍ，
４０μｍ，４５μｍ，５０μｍ，５５μｍ｝で分割し
た。また、図６（ｅ）に示すように、＃Ｚｓの領域｛＃
Ｚｓ・min ，＃Ｚｓ・max ｝を５個のファジイ集合
｛５．０Ｚｓ，５．５Ｚｓ，６．０Ｚｓ，６．５Ｚｓ，
７．０Ｚｓ｝で分割した。

【００３７】上記した各分割において、ファジイ集合同
志が交わりを持つことに特徴がある。また、図６で示し
た各ファジイ集合は、要素のその集合における属性の度
合（メンバーシップ値）を示すメンバーシップ関数で表
現されている。すなわち、図６（ａ）に示すように、あ
る＃Ｖａ（三角印部）が入力されたとき、ファジイ集合
｛１ｋＶ｝に属するメンバーシップ値は、μ（１ｋＶ｜
＃Ｖａ）であり、ファジイ集合｛２ｋＶ｝に属するメン
バーシップ値はμ（２ｋＶ｜＃Ｖａ）となることを示し
ている。

【００３８】同様に、図６（ｂ）には、ある＃Ｚｏのフ
ァジイ集合｛７．０Ｚｏ｝に属するメンバーシップ値μ
（７．０Ｚｏ｜＃Ｚｏ）を、図６（ｃ）には、ある＃Ｉ
ｐのファジイ集合｛Ｉｐ・１｝に属するメンバーシップ
値μ（Ｉｐ・１｜＃Ｉｐ）とファジイ集合｛Ｉｐ・２｝
に属するメンバーシップ値μ（Ｉｐ・２｜＃Ｉｐ）と
を、図６（ｄ）には、ある＃φａのファジイ集合｛５０
μｍ｝に属するメンバーシップ値μ（５０μｍ｜＃φ
ａ）とファジイ集合｛５５μｍ｝に属するメンバーシッ
プ値μ（５５μｍ｜＃φａ）とを、図６（ｅ）には、あ
る＃Ｚｓのファジイ集合｛５．０Ｚｓ｝に属するメンバ
ーシップ値μ（５．０Ｚｓ｜＃Ｚｓ）とファジイ集合
｛５．５Ｚｓ｝に属するメンバーシップ値μ（５．５Ｚ
ｓ｜＃Ｚｓ）とを示している。

【００３９】前記ルールベース２９には、前記｛＃Ｖ
ａ，＃Ｚｏ，＃Ｉｐ，＃φａ，＃Ｚｓ｝から、前記｛＃
Ｖｃ１，＃Ｖｃ２，＃Ｖｏｌ｝を決定するルールが、た
とえば次のようにｉｆ／ｔｈｅｎ形式（ｉｆＡｔｈｅｎ
Ｂ；Ａが成り立つ場合はＢとする）で記述されている。
なお、このｉｆ／ｔｈｅｎルールは単なる一例である。

【００４０】 if Va is 0.5kV and Zo is 7.5Zo and Ip is Ip・1 and φa is 35μm and Zs is 5.0Zs then Vcl is 355.0 and Vc2 is 50.5 and Vo1 is 1000.0 if Va is 0.5kV and Zo is 6.0Zo and Ip is Ip・5 and φa is 40μｍ and Zs is 5.0Zs then Vc1 is 200.0 and Vc2 is 130.0 and Vo1 is 800.0 … … … 前記ファジイ推論手段２６においては、ルールベース２
９に格納されているルールを参照して、入力変数｛＃Ｖ
ａ，＃Ｚｏ，＃Ｉｐ，＃φａ，＃Ｚｓ｝から、出力変数
｛＃Ｖｃ１，＃Ｖｃ２，＃Ｖｏｌ｝をファジイ推論す
る。上述したｉｆ／ｔｈｅｎルール例は、ｔｈｅｎ部
（後件部）の出力変数を数値で記述した場合であるが、
次のように、ｔｈｅｎ部の出力変数をファジイ集合で記
述することもできる。この例を次に示す。

【００４１】 if Va is 0.5kV and Zo is 7.5Zo and Ip is Ip・1 and φa is 35μm and Zs is 5.0Zs then Vcl is F355.0 and Vc2 is F50.5 and Vo1 is F1000.0 if Va is 0.5kV and Zo is 6.0Zo and Ip is Ip・5 and φa is 40μｍ and Zs is 5.0Zs then Vc1 is F200.0 and Vc2 is F130.0 and Vo1 is F800.0 … … … 上記した例で、Ｆ３５５．０，Ｆ５０．５，Ｆ１００
０．０，Ｆ２００．０，Ｆ１３０．０，Ｆ８００．０
は、それぞれファジイ集合である。なお、ｔｈｅｎ部の
出力変数を数値で記述した場合と、ファジイ集合で記述
した場合とでは、ファジイ推論のアルゴリズムが異な
る。まず、ｔｈｅｎ部の出力変数を数値で記述した場合
のアルゴリズムについて次に述べる。

【００４２】図７は２入力１出力のファジイ推論を行う
例を示しており、ここでは、２入力を加速電圧内部変数
＃Ｖａと、照射電流量内部変数＃Ｉｐとし、１出力を第
１コンデンサレンズ制御量内部変数＃Ｖｃ１としてい
る。ここで、＃Ｖａ＝ｖ、＃Ｉｐ＝ｐとし、図７（ａ）
に示すように、ｎルール目のｔｈｅｎ部で記述されてい
るＶｃ１が「Ｖｃ１ｉｓｖｃ１_ｎ」（ただし、ｖｃ
ｌ_ｎは数値）で、図７（ｂ）に示すように、ｍルール目
のｔｈｅｎ部で記述されているＶｃ１が「Ｖｃ１ｉｓ
ｖｃｌ_ｍ」（ただし、ｖｃｌ_ｍは数値）であったとき、
例えば、第ｎルール目が次のように記述されているとす
る。

【００４３】 if Va is 2kV and Ip is Ip・3 then Vc1 is vcln この場合、前記入力ｖのファジイ集合｛２ｋＶ｝に属す
るメンバーシップ値は、μ（２ｋＶ｜ｖ）であり、入力
ｐのファジイ集合｛Ｉｐ・３｝に属するメンバーシップ
値は、μ（Ｉｐ・３｜ｐ）であり、図７（ａ）のｎルー
ル目のｉｆ部（前件部）の成立する確からしさμ_ｎをｍ
ｉｎ｛μ（２ｋＶ｜ｖ），μ（Ｉｐ・３｜ｐ）｝で評価
する。すなわち、第ｎルール目のｉｆ部の成立する確か
らしさμ _ｎを次のようにする。

【００４４】μn ＝ min｛μ (Vn｜p)，μ(Ipn｜p)｝上式で、ＶｎとＩｐｎはｎルールに記述されている加速
電圧、照射電流量のファジイ集合である。同様にして、
入力変数が３以上のときも、各々のメンバーシップ値の
中で最小となるものとを選択するものとする。この時、
ｎルール目のｔｈｅｎ部に記述されている数値ｖｃ１_ｎ
の確からしさをμ_ｎ・ｖｃ１_ｎと評価する。上記の操作
を全てのルールに対して行い、出力となる推論値§Ｖｃ
１を次の通りとする。

【００４５】

【数２】

【００４６】上記した推論の操作は、出力変数が２以上
のときも同様にして行う。次に、ｔｈｅｎ部の出力変数
をファジイ集合で記述した場合について、図８を用いて
説明する。図８は２入力１出力の例であり、２入力を加
速電圧内部変数＃Ｖａと、照射電流量内部変数＃Ｉｐと
し、１出力を第１コンデンサレンズ制御量内部変数＃Ｖ
ｃ１としている。ここで、＃Ｖａ＝ｖ、＃Ｉｐ＝ｐと
し、図８（ａ）に示すように、ｎルール目のｔｈｅｎ部
で記述されているＶｃ１が「Ｖｃ１ｉｓｖｃ１_ｎ」
（ただし、ｖｃｌ_ｎはファジイ集合）で、図８（ｂ）に
示すように、ｍルール目のｔｈｅｎ部で記述されている
Ｖｃ１が「Ｖｃ１ｉｓｖｃｌ_ｍ」（ただし、ｖｃｌ
_ｍはファジイ集合）であったとき、例えば、第ｎルール
目が次のように記述されているとする。

【００４７】 if Va is 2kV and Ip is Ip・3 then Vcl is vcln この場合、前記入力ｖのファジイ集合｛２ｋＶ｝に属す
るメンバーシップ値は、μ（２ｋＶ｜ｖ）であり、入力
ｐのファジイ集合｛Ｉｐ・３｝に属するメンバーシップ
値は、μ（Ｉｐ・３｜ｐ）であり、図８（ａ）のｎルー
ル目のｉｆ部（前件部）の成立する確からしさμ_ｎをｍ
ｉｎ｛μ（２ｋＶ｜ｖ），μ（Ｉｐ・３｜ｐ）｝で評価
する。すなわち、第ｎルール目のｉｆ部の成立する確か
らしさμ _ｎを次のようにする。

【００４８】μn ＝ min｛μ (Vn｜p)，μ(Ipn｜p)｝上式で、ＶｎとＩｐｎはｎルールに記述されている加速
電圧、照射電流量のファジイ集合である。同様にして、
入力変数が３以上のときも、各々のメンバーシップ値の
中で最小となるものとを選択するものとする。この時、
ｎルール目のｔｈｅｎ部に記述されているファジイ集合
ｖｃ１_ｎを表現するメンバシップ関数μ（ｖｃ１_ｎ）
と、ｎルール目のｉｆ部の成立する確からしさμ_ｎとか
ら、新たにファジイ集合を評価したメンバシップ関数μ
Ｂｎを次式によって作り出す。

【００４９】μＢn ＝ min｛μn ，μ(vcl1n) ｝上記の操作を全てのルールに対して行い、新たに出力合
成関数μＢ＊を次式によって作り出す。

【００５０】

【数３】

【００５１】この出力合成関数μＢ＊から、μＢ＊の重
心を次式によって計算し、出力となる第１コンデンサレ
ンズのレンズ制御値の推論値§Ｖｃ１とする。

【００５２】

【数４】

【００５３】ここで、出力変数＃Ｖｃ１をｖ＝＃Ｖｃ１
とし、ａ，ｂは出力変数空間の境界値である。同様にし
て、出力変数が２以上のときも上記の操作を行う。上述
したｔｈｅｎ部の出力変数を数値で記述した場合、ある
いは、ファジイ集合で記述した場合のファジイ推論が、
図４で示したファジイ推論手段２６で実行され、第１コ
ンデンサレンズ制御量目標値内部変数＃Ｖｃ１と第２コ
ンデンサレンズ制御量目標値内部変数＃Ｖｃ２と対物レ
ンズ制御量目標値内部変数＃Ｖｏｌとが、後処理手段２
８に出力される。後処理手段２８では、＃Ｖｃ１と＃Ｖ
ｃ２と＃Ｖｏｌとを適切な目標値に変数変換して、第１
コンデンサレンズ制御量目標値Ｖｃ１、第２コンデンサ
レンズ制御量目標値Ｖｃ２、対物レンズ制御量目標値Ｖ
ｏｌとする。変数変換の方法は、例えば、 Vc1 ＝α＃Vc1 ，Vc2 ＝β＃Vc2 ，Vo1 ＝γ＃Vo1 のように、パラメータα，β，γを乗算することが考え
られる。なお、上記したルールベース２９に格納されて
いるルールは、ルールエディタ３０によって修正、削
除、追加ができる。

【００５４】以上の構成では、電子レンズの制御規則が
数値の羅列ではなく、ｉｆ／ｔｈｅｎ形式で記述されて
いるため、その物理的意味が分かりやすく、データハン
ドリングが容易となる。また、新たに制御規則を追加、
削除したい場合でも、ルールを追加、削除するだけで良
く、従来のように、数値計算のアルゴリズムまで変える
必要はない。更に、ルールで記述された制御点は、ファ
ジイ集合で記述されるため、出力変数空間全域において
ファジイ推論され、従って、従来、膨大なデータを必要
としていた電子レンズの制御を少ないルール数で行える
ことになる。

【００５５】図９に本発明の具体的な実施の形態を示し
ている。この実施の形態では、ファジイ推論を第１のフ
ァジイ推論手段２６ａと、第２のファジイ推論手段２６
ｂとで行う。第１のファジイ推論手段２６ａには、前処
理手段２７より、入力変数｛＃Ｖａ，＃Ｚｏ，＃Ｉｐ，
＃φａ，＃Ｚｓ｝が入力され、この第１のファジイ推論
手段２６ａは、制御空間ルールベース２９ａに格納され
ているｉｆ／ｔｈｅｎ形式のルールを参照して、補正さ
れた加速電圧Ｖａ^＋と、補正された仮想光源位置Ｚｏ^＋
と、補正された照射電流量Ｉｐ^＋と、補正された対物レ
ンズ絞り径φａ^＋と、補正された試料位置Ｚｓ^＋とを、
上述した公知のファジイ推論で行う。

【００５６】また、第２のファジイ推論手段２６ｂは、
第１のファジイ推論手段２６ａで得られたＶａ^＋，Ｚｏ
^＋，Ｉｐ^＋，φａ^＋，Ｚｓ^＋から電子光学システム（Ｅ
ＯＳ）のルールベース２９ｂに格納されているｉｆ／ｔ
ｈｅｎ形式のルールを参照して、＃Ｖｃ１，＃Ｖｃ２，
＃Ｖｏｌをファジイ推論する。

【００５７】図１０に電子光学システムのルールベース
２９ｂに格納されているルールに記述されているデータ
構造例を示す。簡単化のために、この例では、対物レン
ズ絞り径φａと試料位置Ｚｓは決定されているものと
し、第２のファジイ推論手段２６ｂでは、３入力｛Ｖａ
^＋，Ｚｏ^＋，Ｉｐ^＋｝、３出力｛＃Ｖｃ１，＃Ｖｃ２，
＃Ｖｏｌ｝のファジイ推論を行うものとする。

【００５８】図１０に示したように、３次元空間上に各
変数で量子化された格子点上に、物理計算によって得ら
れた＃Ｖｃ１，＃Ｖｃ２，＃Ｖｏｌがある。各格子点
は、それぞれの条件における最適値であるが、実際に
は、前処理手段２７に入力されるＶａ，Ｚｏ，Ｉｐに
は、装置に起因する誤差があり、最適値からずれる場合
がある。従って、第１のファジイ推論手段２６ａでこの
最適値からずれている箇所の条件を補正する。これは、
図１１に示すように、３次元の制御空間を歪めることで
あり、ファジイ推論により、実際の装置に適合する最適
条件を任意に抽出することができる。

【００５９】以上本発明の実施の形態を詳述したが、本
発明はこれらの形態に限定されない。例えば、走査電子
顕微鏡を例に説明したが、走査電子顕微鏡に限らず、電
子プローブマイクロアナライザやオージェ分光装置、あ
るいは、イオンマイクロプローブ装置などの複数のレン
ズによって荷電粒子ビームを集束する装置全てに本発明
を適用することができる。

【００６０】

【発明の効果】以上説明したように、従来、数段のレン
ズで荷電粒子ビームを集束する荷電粒子ビーム装置で
は、膨大な数の制御データが必要であったが、本発明で
は、複数のレンズのレンズ制御量をファジイ推論により
決定するようにしたので、少ない数のルールにより各レ
ンズの制御を行うことができる。また、従来の膨大な数
の制御データでは、データハンドリングが事実上不可能
であったが、本発明においては、データはｉｆ／ｔｈｅ
ｎルールで記述されているので、データの持つ物理的意
味が分かりやすく、追加、削除、修正が容易となる。

【００６１】更に、従来、多変数制御系の入力空間を量
子化し、その間を線形補完していたが、精度を上げよう
とすると、量子化数が膨大となり、一方、量子化数を下
げると、精度が低下してしまったが、本発明におけるフ
ァジイ推論では、高い精度できめ細かく各レンズの制御
を行うことができる。

【００６２】更にまた、多変数制御系では、全ての変数
が連動しているために、データの一部を追加、削除、修
正できないが、ファジイ推論は、多入力多出力であるた
め、部分的なルールを追加、削除、修正しても、全ての
変数が連動してファジイ推論される。

【００６３】特に本発明では、各レンズのレンズ制御量
を決定する各種条件をファジイ推論により補正する手段
と、補正された条件にしたがって各レンズを制御するレ
ンズ制御量をファジイ推論するファジイ推論手段と、フ
ァジイ推論で参照されるｉｆ／ｔｈｅｎ形式で記述され
たルールを格納するルールベースとを備え、複数のレン
ズのレンズ制御量をファジイ推論により決定するように
したので、装置ごとの固有の機器差を容易にルールとし
て記述（ルール化）でき、制御精度を向上させることが
できる。

【００６４】請求項２に基づく発明では、ルールベース
に格納されたルールを修正、削除、追加できるルールエ
ディタを備えるようにしたので、容易に部分的なルール
を修正、削除、追加することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の各レンズのレンズ制御量の制御を行うこ
とができる走査電子顕微鏡を示す図である。

【図２】第１コンデンサレンズのレンズ制御量のデータ
構造を示す図である。

【図３】第１コンデンサレンズのレンズ制御量のデータ
構造を示す図である。

【図４】本発明に基づく走査電子顕微鏡の一例を示す図
である。

【図５】図４の走査電子顕微鏡におけるコンピュータ内
でのデータの入出力の状況を示す図である。

【図６】入力変数空間のファジイ集合による分割例を示
す図である。

【図７】ｔｈｅｎ部の出力変数を数値で記述した場合の
ファジイ推論を説明するための図である。

【図８】ｔｈｅｎ部の出力変数をファジイ集合で記述し
た場合のファジイ推論を説明するための図である。

【図９】本発明の他の実施の形態におけるコンピュータ
内でのデータの入出力の状況を示す図である。

【図１０】電子光学システムのルールベースに格納され
ているルールに記述されているデータ構造例を示す図で
ある。

【図１１】電子光学システムのルールベースに格納され
ているルールに記述されている補正によって歪められた
データ構造例を示す図である。

【符号の説明】

１電子銃２第１コンデンサレンズ３第２コンデンサレンズ４対物レンズ５試料６２次電子検出器７画像処理装置８画像表示用陰極線管９対物レンズ絞り１０ファラデーカップ１１加速電圧制御装置１２第１コンデンサレンズ制御装置１３第２コンデンサレンズ制御装置１４対物レンズ制御装置１８マンマシンインターフェース１９操作用陰極線管２０電流量測定器２５コンピュータ２６ファジイ推論手段２７前処理手段２８後処理手段２９ルールベース３０ルールエディタ

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】荷電粒子ビーム源からの荷電粒子ビーム
を複数のレンズによって集束するようにした荷電粒子ビ
ーム装置において、各レンズのレンズ制御量を決定する各種条件をファジイ
推論により補正する手段と、補正された条件にしたがって各レンズを制御するレンズ
制御量をファジイ推論するファジイ推論手段と、ファジイ推論で参照されるｉｆ／ｔｈｅｎ形式で記述さ
れたルールを格納するルールベースとを備えた荷電粒子
ビーム装置。
【請求項２】ルールベースに格納されたルールを修
正、削除、追加できるルールエディタを備えた請求項１
記載の荷電粒子ビーム装置。