JP4928987B2 - 荷電粒子線調整方法及び荷電粒子線装置 - Google Patents

Description

本発明は荷電粒子線装置に関し、特に、一次荷電粒子線が対物絞り、或いは荷電粒子線通過軌道中に存在する絞りの中心を容易に通過させるようにして、高輝度像を安定に得るのに好適な荷電粒子線装置に関する。

走査電子顕微鏡に代表される荷電粒子線装置では、細く絞った一次荷電粒子線を試料上で走査して、試料からの情報（例えば試料像）を得る。このような荷電粒子線装置の鏡体には、試料照射電流（プローブ電流）を適切に制限するための対物絞りが存在する。もし、この対物絞りの中心と一次荷電粒子線の中心との間にずれがあると、対物絞りによって制限される一次荷電粒子線のプローブ電流量が大きくなり、試料像の明るさが低下する。この場合、適切なプローブ電流制御が実現できず、所望の明るさの試料像が得られないことになる。そのため、常に一次荷電粒子線を対物絞りの中心に通過させて正常な明るさの試料像を得るためには、高精度の調整が必要である。以下、この調整をビーム中心軸調整とする。

通常、ビーム中心軸調整においては、対物絞りの上部に専用の偏向器を配置し、この偏向器によって一次荷電粒子線を対物絞り上で走査し、対物絞りの像を得る。図２（ａ）に対物絞り孔の像の例を示す。この像は、対物絞りを通過した一次荷電粒子線が試料に当たって発生する二次信号によって生成される。この像全体の中心（走査中心）が一次荷電粒子線のビーム中心である。また白い円形の像が対物絞り孔の像であり、その円の中心が対物絞り孔の中心となる。図２（ａ）では、白い円の中心が像の中心からずれていることから、この状態では、試料像観察時においては一次荷電粒子線の中心が対物絞り孔の中心を通過していないことがわかる。

図２（ａ）に示したような状態において、一次荷電粒子線を対物絞り孔の中心に通過させるために、通常は、対物絞り上部に配置されたビーム中心軸調整用の偏向器（アライナー）を用いて、一次荷電粒子線を対物絞り孔の中心に移動させる。このとき、対物絞りの像は図２（ｂ）のようになり、像全体の中心（走査中心）と対物絞り孔の像の中心を一致させることができる。

従来、このビーム中心軸調整用アライナーの設定は、オペレータがこの対物絞り孔の像（調整用像）を見ながら、手動で行っていた。また、荷電粒子線装置の光学条件に対してこのアライナー設定条件を記憶する手段を設け、操作時にこのアライナー設定条件を読み出して設定するという方法があった。更にアライメントを自動で行うために、画像処理によって軸ずれ量を把握する技術が特許文献１に開示されている。

また、走査電子顕微鏡に代表される荷電粒子線装置では、細く収束された荷電粒子線を試料上で走査して試料から所望の情報（例えば試料像）を得る。このような荷電粒子線装置では、レンズに対し光軸にずれがあるとレンズ収差が発生し試料像の解像度が低下するため、分解能の高い試料像を得るためには高精度な軸調整が必要である。そのため従来の軸調整では対物レンズの励磁電流等を周期的に変化させ、そのときの動きを最小とするように軸調整用の偏向器（アライナー）の動作条件を手動で調整していた。また、このような調整を自動で行うための技術として特許文献２に開示の技術がある。

この記載によれば、あるアライメント偏向器の偏向条件において対物レンズ条件を２つの条件に変化させた際の画像のずれを検出し、２ヵ所の画像のずれを方程式に当てはめ、最適なアライメント条件を見つけ出し設定を行うという自動軸調整法の技術が報告されている。

また、荷電粒子線の非点補正を行う非点補正器の中心からずれていると、非点収差の調整を行う際に視野が動き、調整が困難になる。そのため、非点収差補正器の動作に連動して荷電粒子の試料上での位置を制御する別のアライナー（偏向器）を設け、非点収差補正器の設定値（非点補正器）の変化に対する像の動きをキャンセルして、非点収差の調整時に観察像が動かないように視野補正している。このような調整を自動で行うための技術としても特許文献２に開示の技術がある。

先と同様にある非点補正器の偏向条件において対物レンズ条件を２つの条件に変化させた際の画像のずれを検出し、２ヵ所の画像のずれを方程式に当てはめ、最適なアライメント条件を見つけ出し設定を行うという自動軸調整法の技術が報告されている。

特開２００５−３１０６９９号公報 特開２００２−３５２７５８号公報

上述したような方法で手動によるビーム中心軸調整を行うには、十分な装置操作技術
（操作経験）が必要である。そのため、初心者のオペレータが調整に時間を要したり、調整精度にばらつきが発生したりすることがあった。また、荷電粒子線装置の光学条件に対してアライナー設定条件を記憶する手段を設け、操作時にこのアライナー設定条件を読み出して設定するという方法においては、光学条件により変化するアライナー設定条件をその光学条件毎に記憶しておく必要があり、光学条件を替えて試料像を得る場合、その都度アライナー設定条件の登録および読み出しを行う必要があった。また、仮に同じ光学条件で使用する場合であっても、装置の状態変化などによって、登録したアライナー設定条件を使用すると、調整制度が低下するという問題があった。以上のことから、オペレータはビーム中心軸が対物絞り孔の中心からずれていることに気が付かず、正常な明るさの試料像が得られていないという心配があった。

また、特許文献１に開示の技術でも同様であり、外部環境や装置状態によって、アライナーに所定の制御信号を与えても、所定の偏向ができないことがあるため、正確なアライメントが困難であるという問題があった。

本発明の第１の目的は、光学条件を変更した場合や、装置の状態変化によって荷電粒子線のビーム中心軸が移動した場合であっても、容易にビーム中心軸の調整を可能とする荷電粒子線装置を提供することにある。

また、特許文献２に説明されている自動軸調整法では、アライナーから試料までの間に荷電粒子線や試料室の状態を制御する絞りがあった場合、アライナーの条件によって、荷電粒子線の一部もしくは全体が、絞りによってさえぎられてしまい、試料に到達する荷電粒子線は絞りを通過する前のものとは異なるものとなる。

この異なる荷電粒子線を用いて前記の自動軸調整を行った場合、前記のアライメント条件の変化に対する試料像のずれを導く方程式に当てはまらず、自動軸調整の結果は誤差が大きいものとなってしまう。

本発明の第２の目的は、アライナー以下に絞りを持つ荷電粒子線装置において、前記の自動軸調整法をより高精度に行う方法、及び装置を提供することにある。

上記した第１の目的を達成するために、本発明の一態様によれば、前記荷電粒子線のビーム中心軸調整を偏向器（アライナー）で行う際に、前記アライナーの感度を計測する処理ステップ（１）と、前記一次荷電粒子線と前記対物絞りの中心とのずれを検出する処理ステップ（２）を設け、前記処理ステップ（１）で計測したアライナー感度と前記処理ステップ（２）で検出したずれ量を用いて、前記一次荷電粒子線が前記対物絞りの中心を通過するように前記アライナー設定値を決定し、このアライナー設定値を用いてアライナーを制御する手段を設けた。

上記第２の目的を達成するため、本発明の一例によれば、荷電粒子源と、当該荷電粒子源から放出された荷電粒子線について、対物レンズ及び／又は非点補正器への軸調整を行うアライメント偏向器と、試料から放出された荷電粒子に基づいて画像を備えた荷電粒子線装置において、
前記アライメント偏向器を少なくとも２つの偏向条件に変更したときの前記画像の明るさを評価し、当該少なくとも２つの偏向条件の内、明るい側の画像を用いて、前記アライナー偏向器の調整条件を演算する装置が備えられている荷電粒子線装置を提供する。

以上のような本発明の第１の態様によれば、アライメント偏向器の感度を求めた上で、偏向を行っているので、装置コンディション等に因らず、正確なアライメントを実現できる。

また、以上のような本発明の第２の態様によれば、アライナー以下に絞りがあった場合でも荷電粒子線の光学条件に関わらず、精度の高い軸調整が可能となる。

（実施例１）
前記処理ステップ（１）で実施されるアライナーの感度計測と、前記処理ステップ(２)で実施される一次荷電粒子線の中心と前記対物絞りの中心とのずれ検出について説明する。

前記アライナーは、通常二次元（Ｘ，Ｙ）方向に一次荷電粒子線をアライメントできる。ここで、アライナーの初期状態（Ｘ₀，Ｙ₀）に対する、アライナー補正量をＸ₁，Ｙ₁としたとき、ビーム中心軸調整用像上での円形像の中心位置Ｗ_ALB を複素数を用いて表すと、次式（１）の関係となる。

ここで、Ｃは、ビーム中心軸調整用像の中心と円形像の中心とのずれ量を複素数で表したもの、ＤはＸ方向のアライメント信号Ｘに対応する円形像の移動感度を複素数で表したもの、εは前記アライナーのＸ方向に対するＹ方向の相対感度（感度比およびアライナーの直交ずれを示す）を複素数で表したものである。ビーム中心軸調整の目的は、式（１）に示したＷ_ALB を０にするアライナーの補正量Ｘ₁，Ｙ₁を求めることに対応する。従って、式（１）において左辺を０にするためのアライナー補正量Ｘ_opt，Ｙ_optは式（２）の関係になる。

ここで、εおよびＣ／Ｄは未知数であるため、アライナー補正量（Ｘ₁，Ｙ₁）をそれぞれＳだけ変化させ、このときのビーム中心軸調整用像上での円形像の中心座標位置を、画像処理で計測する。表１に、アライナーの変化量に対する円形像の中心位置Ｗ_ALB の関係を示す。なお、円形像の中心位置を求める画像処理技術は、種々の方法があり十分既知の技術である。

表１に示した、ビーム中心軸調整用像上の円形像の中心位置（Ｗ₁ ，Ｗ₂ ，Ｗ₃ ）から、εとＣ／Ｄを解くと、それぞれ、式（３），式（４）に示す関係となる。

式（３），（４）で得られた結果を式（２）に代入することにより、アライナーの補正量（Ｘ_opt，Ｙ_opt）を求めることができる。また、Ｗ₃−Ｗ₁とＷ₂−Ｗ₁は２つの偏向器の一方を調整したときに得られる第１の画像ずれと、２つの偏向器の他方を調整したときに得られる第２の画像ずれであり、本例ではこの２つの画像ずれに基づいて、アライメントのための偏向器の感度を検出している。

以下、図面を参照し、本発明の実施例について詳細に説明する。図１は、本発明の一実施例の概略図であり、荷電粒子線装置の一つである、電界放出形電子銃を搭載した走査電子顕微鏡である。

ただし、本発明は搭載された電子銃によって効果が限定されるものではない。陰極１と第一陽極２に印加される電圧Ｖ１によって陰極１から放出された一次電子ビーム３は第二陰極４に印加される電圧Ｖacc に加速されて、後段の電磁レンズ系に進行する。ここで、この加速電圧Ｖacc およびＶ１は、高電圧制御回路２２で制御されている。一次電子ビーム３は第一収束レンズ制御回路２３で制御された第一収束レンズ５で収束される。

ここで一次電子ビーム３は、対物レンズ６より陰極１側（荷電粒子源側）に配置された対物レンズ絞り６でビームの試料照射電流が制限されるが、ビームの中心を対物レンズ絞り６の孔中心へ通過させるために、ビーム中心軸調整用アライナー４１およびアライナー制御回路４２と、対物レンズ絞り６上でビームを走査するためのビーム中心軸調整用の偏向器４３が設けられている。

さらに一次電子ビーム３は、第二収束レンズ制御回路２４で制御される第二収束レンズ７で再び収束され、対物レンズ制御回路２７によって制御される対物レンズ１２によって試料１３に細く絞られ、さらに偏向制御回路２６が接続された上段偏向コイル８および下段偏向コイル１０で試料１３上を二次元的に走査される。また、ビーム中心軸調整像を得る際は、本走査信号がリレースイッチ４４を介してビーム中心軸調整用の偏向器４３に接続され、偏向コイル９の走査信号と同期が取られて動作する。

試料１３は試料微動制御回路２９によって制御される試料微動装置１４上にある。試料１３の一次電子ビーム照射点から発生する信号のうち、比較的浅い角度で放出されるエネルギーの高い反射電子１５は、検出器１８に検出されて増幅器１９で増幅される。またエネルギーの低い二次電子１６は、対物レンズ１２の磁場によって巻き上げられて、対物レンズ上部に配置された直交電磁界（ＥＸＢ）装置１７によって一次電子ビーム３に軸ずれを起こすことなく検出器２０に検出され、増幅器２１で増幅される。

増幅器１９および２１は信号制御回路２８によって制御されており、これを含めた各種制御回路２２〜２９は、装置全体を制御するコンピュータ３０によって制御される。増幅された二次電子および反射電子の信号は、表示装置３１の画面に試料の拡大像として表示される。

コンピュータ３０には、他に該表示装置３１上に表示された観察画像を画像情報として取得するための画像取得手段３２と、これら観察画像に対して種々の画像処理を行う画像処理手段３３と、この画像処理の結果から、アライナーの感度パラメータを計算したり、その他種々の計算をしたりするための計算手段３４と、観察画像や計算結果を保存するための内部メモリ３５と、観察条件などを入力するための入力手段３６が接続されている。

次に、本発明を用いてビーム中心軸調整を行う方法について、図３および図４を用いて詳細に説明する。図３は、本実施例でのビーム中心軸調整の流れを示したものであり、これを処理するプログラムは内部メモリ３５にプログラムとして登録され、コンピュータ
３０からの命令で処理される。また図４は、本実施例でのビーム中心軸調整の表示像の様子を模式的に示したものである。

ＳＴＥＰ１：
ビーム中心軸調整用の偏向器４３により、対物レンズ絞り６上で一次電子ビーム３の走査を開始する。

ＳＴＥＰ２：
表示装置３１に表示された試料像から、ＳＴＥＰ１より得られる絞り孔の像(調整用像)を表示する。

ＳＴＥＰ３：
ビーム中心軸調整用アライナー４１の現在の設定条件（１）（Ｂ_X0，Ｂ_Y0）で、画像取得手段３２を用いて調整用像を取得する。これを内部メモリ３５に画像（１）として記憶する。このときの表示像の状態は、図４（ａ）の状態である。

ＳＴＥＰ４：
ビーム中心軸調整用アライナー４１を条件（２）（Ｂ_X0＋Ｓ，Ｂ_Y0）に設定して、
ＳＴＥＰ３と同じように調整用像を取得し、画像（２）として記憶する。このときの表示像の状態は、図４（ｂ）の状態である。

なお、ビーム中心軸調整用アライナー４１を条件（２）（Ｂ_X0＋Ｓ，Ｂ_Y0）に設定した場合、調整用像中の円形像の移動量は、常に一定であることが望ましい。これは、移動量が大きすぎると、調整用像の画像領域から円形像がはみ出てしまう可能性があり、また、移動量が小さすぎると、画像処理にて円形像が移動していないと判断してしまう可能性があるためである。円形像の移動量を常に一定となるようにした場合、第一収束レンズ５で収束される一次電子ビーム３の収束点位置（クロスオーバ位置）と、アライナー変化量との間には、図８に示すような関係がある。従って、予め第一収束レンズ５のクロスオーバ位置に対するＳの変化を装置に登録しておき、アライナーにＳの変化量を与えるときは、現在設定している第一収束レンズ５のクロスオーバ位置を読み出すようにすれば、調整用像中の円形像の移動量を、常に一定にすることができる。

ＳＴＥＰ５：
ビーム中心軸調整用アライナー４１を条件（３）（Ｂ_X0，Ｂ_Y0＋Ｓ）に設定して、
ＳＴＥＰ３と同じように調整用像を取得し、画像（３）として記憶する。このときの表示像の状態は、図４（ｃ）の状態である。

ＳＴＥＰ６：
画像（１），（２），（３）より、ビーム中心軸調整用像上での円形像の中心座標位置Ｗ₁ ，Ｗ₂ ，Ｗ₃ を、画像処理で計測する。ここで、円形像の中心位置の計測は例えば画像処理手段３３に登録されている既知の画像処理技術で行うことができる。また、円形像の重心位置を求めることに置き換えてもよい。この円形像の中心座標位置を内部メモリ
３５に記憶する。

ＳＴＥＰ７：
ＳＴＥＰ６で求めた円形像の中心座標位置より、前記計算式（１）〜（４）に示した計算手順により、アライナーの補正量（Ｂ_X1，Ｂ_Y1）を決定する。

ＳＴＥＰ８：
ＳＴＥＰ７で決定したアライナーの補正量（Ｂ_X1，Ｂ_Y1）を、アライナー制御回路４２を通してビーム中心軸調整用アライナー４１に設定する。このときの表示像の状態は、図４（ｄ）の状態である。

以上の処理ステップより、ビーム中心軸調整を実施するとき、従来のように手動で調整するステップが無くなり、調整が自動化できる。その結果、光学条件を変更した場合や、装置の状態変化によって荷電粒子線のビーム中心軸が移動した場合でも、操作初心者が容易にビーム中心軸の調整を実施することが可能となる。

また、本処理を実施する前に、ビーム中心軸調整用偏向器４３による対物絞り上での走査幅を、第一収束レンズ５で収束される一次電子ビームの収束点位置(クロスオーバ位置)に応じて計算し、設定するステップを設けてもよい。これにより、調整画面上には常に一定の大きさの対物絞り孔の像（円形像）が表示され、ビーム中心軸の調整精度を向上させることができる。

また、円形像の中心位置を画像処理にて精度よく検出するためには、円形像はむらのない、均一の明るさの像である必要がある。しかし、円形像には、しばし試料構造の像情報や、対物レンズ形状の像情報が含まれてしまう場合がある。そこで、本処理を実施する前に、上段偏向コイル８および下段偏向コイル１０による一次電子ビームの試料上での二次元走査幅を小さくするステップを設けてもよい。また、円形像の明るさやコントラストを、試料像を表示していたときの条件から変更して、適切に設定するステップを設けてもよい。また、円形像の外形には影響を与えない対物レンズ１２の状態に対して、対物レンズ制御回路２７を通してビームを試料上にフォーカスしない条件に変更するステップを設けてもよい。以上、これらのステップにより、対物絞り孔の像（円形像）には、対物レンズ１２の二次電子像情報や、試料１３に含まれた特徴的な試料構造の二次電子像情報が含まれないようになり、常に一定の明るさおよびコントラストを持った円形像を表示することができる。従って、画像処理による円形像の中心座標位置の誤検出を少なくすることができ、高精度のビーム中心軸調整を実施することができる。

また、本実施例では、調整精度を向上させるために、以下に示すような処理ステップＡを、図３のＳＴＥＰ２とＳＴＥＰ３の間に追加することも可能である。

まず、アライナーの初期状態における、円形像の検出に関し、詳細に説明する。

アライナー設定の初期状態によっては、図５に示すように、円形像が調整用像の端に寄りすぎて、円の一部が表示されない場合がある。この場合、画像処理によって円形像を認識して円の中心を求める際、実際の円の中心位置とは異なる位置を、円の中心と認識してしまう可能性があり、ビーム中心軸調整における調整精度が、大幅に低下する恐れがある。そこで、前記ＳＴＥＰ３の状態である、ビーム中心軸調整用アライナー４１の現在の設定条件（１）（Ｂ_X0，Ｂ_Y0）で、画像取得手段３２を用いて調整用像を取得する状態において、調整用像のある画像領域から外れた位置に円形像が存在した場合は、調整用像の中心方向に円形像が移動するようにアライナーを制御する。これを、図６および図７を用いて説明する。

図６において、ビーム中心軸調整の調整像の全領域が６４０×４８０画素であるとする。このとき、画像の中心座標を（０，０）とすると、画像の四隅角の各座標は、図６に示した通りとなる。ここで、この調整像内に表示された円形像の一部が、ある画像領域、例えば調整像全体の７／８となる５６０×４２０画素の外側に存在する場合は、円形像を中心方向に一定量移動させるようにアライナーを制御（例えばＳだけ変化）する。円形像がこの領域に存在するか否かは、図６に示すように、円形像部分のＸ方向の最大値(Ｘmax )と最小値（Ｘmin ）、およびＹ方向の最大値（Ｙmax ）と最小値（Ｙmin ）を、画像処理により求め、これが図７の表に示したような条件に当てはまるかどうかを確認すればよい。例えば、Ｘmin ＝−３００，Ｙmax ＝＋２１０（Ｙ方向は調整像領域からはみ出している状態）となっている場合は、図７の表中の（１）に相当するので、円形像をＸ方向に
＋Ｓ、Ｙ方向に−Ｓ変化させるようにアライナーを制御すればよい。以上の処理ステップＡにより、円形像が調整用像内の端に寄りすぎて円全体が表示されなくなるという心配がなくなり、ビーム中心軸調整における調整精度を向上させることができる。

（実施例２）
以下、図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。

図９は、本発明の一例である走査電子顕微鏡の概略構成図である。フィラメント５１と陽極５３には、マイクロプロセッサ（ＣＰＵ）９０で制御される高圧制御電源７０により電圧が印加され、所定のエミッション電流で一次電子線５４がフィラメント１から引き出される。フィラメント５１と陽極５３の間には、ＣＰＵ９０で制御される高圧制御電源
７０により加速電圧が印加され、陰極５１から放出された一次電子線５４が加速されて後段のレンズ系に進行する。一次電子線５４は、レンズ制御電源７１，７２で制御された収束レンズ５５，５６で収束され、絞り板５８で一次電子線の不要な領域が除去された後に、対物レンズ付近で絞り板６１を通り対物レンズ制御電源７３で制御された対物レンズ
５７により試料６０に微小スポットとして収束される。対物レンズ５７は、対物レンズ制御電源７３から供給される電流によって、一次電子線５４の収束条件を変化させるように構成されている。

一次電子線５４は設定倍率に応じて、走査コイル制御電源７４から供給される電流によって制御される走査コイル５９によって試料６０上を二次元的に走査される。一次電子線の照射で試料６０から発生した二次電子等の二次信号６２は、対物レンズ５７の上部に進行した後、二次信号検出器６３に検出される。二次信号検出器６３で検出された信号は、信号増幅器６４で増幅された後、画像メモリ７５に転送されて像表示装置７６に試料像として表示される。なお、上記ＣＰＵ９０には画像メモリ７５に転送された画像情報を解析し、その明るさを評価するプログラムが組み込まれ、ＣＰＵ９０は画像解析装置としての機能をも備えている。

走査コイル５９の近傍もしくは同じ位置に１段の偏向コイル１０１が配置されており、対物レンズに対するアライナーとして動作する。この偏向コイル１０１は、対物レンズ用アライナー制御電源８１から供給される電流によって、その動作が制御される。また、対物レンズと絞り板との間には、ＸおよびＹ方向の非点を補正するための８極の非点補正コイル１０２が配置される。非点補正コイル１０２は、非点補正用制御電源８２から供給される電流によって、一次電子線５４の非点を抑制するように制御される。非点補正コイルの近傍、もしくは同じ位置には非点補正コイルの軸ずれを補正するアライナー１０３が配置される。このアライナー１０３は、非点補正器用アライナー制御電源８３から供給される電流によって、その動作が制御される。

像表示装置７６には、試料像のほかに電子光学系の設定や走査条件の設定を行う種々の操作ボタンの他、軸条件の確認や自動軸合わせの開始を指示するボタンを表示させることができる。

一次電子線５４が対物レンズ５７の中心からずれた位置を通過した状態（軸がずれた状態）でフォーカス調整を行うと、フォーカス調整に伴い視野の動きが生じる。オペレータが軸ずれに気が付いた場合、表示装置に表示された処理開始ボタンをマウスでクリックするなどの操作により軸合わせ処理の開始を指示することができる。オペレータから軸合わせの指令を受けると、制御ＣＰＵ９０は、図１０のフローに沿って処理を開始する。

（実施例３）
図１０の処理フローについて、以下に詳細に説明する。

第１ステップ：
対物レンズ５７の現在の条件、あるいは、現在の条件に基づいて決められる（例えば、現在のフォーカス条件からフォーカスを少しずらした条件）を条件１として対物レンズ７に設定する。次に、アライナー１０１の現在の条件、あるいは、予め決められた条件をアライナー１０１の条件１として設定する。この対物レンズ条件１とアライナー条件１で画像１を取得する。

第２ステップ：
アライナー１０１の偏向条件を図１１のように、条件１に対して光軸に垂直な平面内で１８０度偏向した条件を条件２として、これをアライナー１０１に設定する。そして、対物レンズ５７の条件を１として、画像２を取得する。

第３ステップ：
アライナー１０１の偏向条件を条件１もしくは条件２に対して光軸に垂直な平面内で
９０度偏向した条件を条件３として、これをアライナー１０１に設定する。そして、対物レンズ５７の条件を１として、画像３を取得する。

第４ステップ：
アライナー１０１の偏向条件を条件３に対して光軸に垂直な平面内で１８０度偏向した条件を条件４として、これをアライナー１０１に設定する。そして、対物レンズ５７の条件を１として、画像４を取得する。

第５ステップ：
制御ＣＰＵ９０の画像解析を用いて、画像１と画像２の平均明るさを算出し、比較する。より明るい方向のアライナー条件を条件５と、画像を画像５として登録する。

第６ステップ：
制御ＣＰＵ９０の画像解析を用いて、画像３と画像４の平均明るさを算出し、比較する。より明るい方向のアライナー条件を条件６と、画像を画像６として登録する。

第７ステップ：
アライナー１０１の偏向条件を条件５として、これをアライナー１０１に設定する。そして、対物レンズ５７の条件を２として、画像７を取得する。

第８ステップ：
アライナー１０１の偏向条件を条件６として、これをアライナー１０１に設定する。そして、対物レンズ５７の条件を２として、画像８を取得する。

第９ステップ：
画像１と同条件で再度画像を取得し、これを画像５９として登録する。

第１０ステップ：
画像５と画像７の視差（画像のずれ）を画像処理により検出し、これを視差１として登録する。画像間の視差は、例えば、画像５と画像７の画像を互いに画素単位でずらしながら画像相関を求め、画像相関値が最大になる画像のずらし量から検出することが可能である。その他、視差の検出が可能な画像処理ならば、本実施例に適用が可能である。

第１１ステップ：
画像６と画像８の視差を画像処理により検出して、これを視差２として登録する。

第１２ステップ：
画像１と画像９の視差を画像処理により検出して、これを視差３として登録する。画像１と画像９とは同一条件で取得したものであるから、これらの画像間にずれ（視差３）があれば、このずれは試料やビームのドリフトによって作られたものである。

第１３ステップ：
視差３からドリフト成分を検出して、視差１，２に対してドリフト成分を補正（除去）する。例えば、画像１と画像９の取り込み間隔がｔ秒であれば、単位時間（秒）当たりのドリフト（ｄ）は、ｄ＝（視差５）／ｔで表される。一方、画像１と２、画像３と４の取り込み間隔がＴ１２，Ｔ３４とすれば、視差１と視差２には、それぞれ、ｄ×Ｔ１２、およびｄ×Ｔ３４のドリフト成分が含まれていることになるため、視差１，視差２からドリフト成分を差し引くことで、軸ずれに起因した正確な視差を算出することができる。

第１４ステップ：
ドリフト補正された視差１と視差２からアライナー５１の最適値を計算して、アライナーに設定する。２つの視差からアライナーの最適条件の導出は特許文献１に説明された条件による。

このように本発明実施例によれば、アライナー以下に絞りがあった場合でも、絞りによる誤差を低減し、変化する軸ずれの状態や荷電粒子光学系の動作条件（例えば、ビームエネルギーや焦点距離，光学倍率など）に対応が可能であり、軸調整の自動化を容易に実現することが可能になる。

図１０の処理フローで対物レンズに対する軸ずれの自動調整の精度が向上する原理を図１１，図１２を用いて説明する。アライナーによりアライメント条件を変更すると対物レンズ上で荷電粒子線中心軸は対物レンズ中心よりＷＡＬだけ移動する。

しかしアライナー以下に絞り板を持つ走査電子顕微鏡においては図１２の斜線部分のように絞り板により荷電粒子線が像面まで届かないけられ領域が発生する。通常よりもすくない量の荷電粒子線しか試料に届かなくなるので、画像は暗い物となり、視差検出の相関値も低下し自動調整に誤差が生じる。

そこで、図１１のようにアライメントの偏向方向を２方向だけでなく、それぞれ180°転換した４方向に偏向する。画像の明るさを検出し、１８０°対向した偏向方向での明るさを比較し、より明るい画像が得られる偏向方向を選択する。得られた２つのけられの影響が少ない偏向方向でもって自動軸調整を行うことにより、アライナー以下に絞り板をもつ走査電子顕微鏡においても、誤差の少ない自動軸調整を行うことが可能である。

（実施例４）
一方、非点補正器１０２についても、本実施例では図１０のような処理フローでより精度の高い自動軸調整が可能である。得られた視差ずれから非点補正の最適条件の導出までの原理は特許文献２の説明による。

（実施例５）
図１３の処理フローについて以下に詳細に説明する。

第１ステップ：
アライナー１０１を用いて絞り６１上で一次電子ビーム５３の走査を行い、絞り孔の像を得る。この絞り孔の像を用いてビーム中心軸調整を行い、一次電子ビーム５３が絞り
６１中心を通過するように調整を行う。得られた絞り孔像から、一次電子ビーム５３が絞り６１の中心を通過する最適アライナー条件の導出までの原理は、実施例２の説明と同等の原理に基づく。

第２ステップ：
実施例２の自動軸調整を実施し、対物レンズに対する光軸の調整を実施する。

このような方法によれば、自動軸調整を行う前に、一次電子ビーム５３は絞り５６の中心を通過しているので、ビームの初期位置によるけられの影響を少なくすることができる。また、アライナーの偏向量を適切に設定すれば、実施例２における偏向方向の比較を行わず、偏向方向を予め決めて自動軸調整を行うことも可能である。その場合、必要な画像数が減るため、実行時間を短縮することができる。

（実施例６）
絞り５６は通常対物レンズ５７と同軸で取り付けられているため、上記の絞り５６に対するビーム中心軸調整を行っただけでも大まかな光軸調整となる。そこで、おおまかに光軸調整を行いたい場合には実施例４のステップ１に記載した絞り５６に対するビーム中心軸調整のみを実施し、精密に調整を行いたい場合には実施例４のようにビーム中心軸調整と光軸自動調整の両方を実施するという、必要な調整精度に応じて処理を変更することが可能である。

図１４，図１５を用いて実施例５として上記のフローを説明する。図１４は像表示装置７６に表示される画像であり、光軸調整を行う際に使用者は図１４の画像を表示し、図
１５にしめすフローに沿って軸調整作業を行う。

この場合、大まかな光軸自動調整を行いたい場合に“オート粗調”を押すものとし、精密に光軸自動調整をおこないたい場合は“オート微調”を押すものとし、ボタンの表記、ボタン等調整種類の選択方法の表現はこれに限るものではない。

オペレータが光軸調整を行う場合、オペレータはまず、図１４の画像を像表示装置７６に表示する。そして画像が表示されると同時に光軸の手動調整用に対物レンズの励磁電流が周期的な変化を開始する。自動調整機能を使用しない場合、オペレータは図１４のボタンを押さず、手動にてアライメント偏向機の調整を行う。調整終了後オペレータは図１４を閉じて光軸調整を終了する。

自動調整機能を使用する場合、オペレータは図１４中の“オート粗調”もしくは“オート微調”のボタンを押す。“オート粗調”を押した場合、制御ＣＰＵ９０は直ちに絞り
６１に対するビーム中心軸調整を行う。この場合、自動軸調整は行わない。一方“オート微調”ボタンを押した場合、制御ＣＰＵ９０は、実施例４のように絞り６１に対するビーム中心軸調整と自動軸調整を行う。調整終了後オペレータ図１４を閉じて光軸調整を終了する。

“オート粗調”を行った場合、ビーム中心軸調整は少ないの画像取得で調整を行うことが出来るため、自動軸調整を行うよりも高速に処理を行うことができる。また、自動軸調整は周期性のある試料を苦手とするが、中心軸調整では走査対象は絞りのため、試料の周期性に影響されない。また、自動軸調整は試料上を走査するため、その際荷電粒子線により試料が損傷するおそれがあるが、ビーム中心軸調整では絞り上を走査するため、その心配がない。

対して“オート微調”を行った場合は、中心軸調整を行った後、自動軸調整を行うため、調整完了まで多少時間のかかるものとなるが、“オート粗調”よりも高精度な軸調整が可能となる。対物レンズの光軸と、対物レンズに取り付けられた絞りの中心軸の機械的な誤差が調整可能なためである。

走査電子顕微鏡の概略図。 対物絞り孔の像の例。 本発明の実施例を行うためのフローチャート。 ビーム中心軸調整の調整用像の様子を示した模式図。 調整用像内の円形像が端によりすぎている状態を示した模式図。 円形像が調整用像の端にあるかを判断する方法を示した説明図。 円形像が調整用像の端にあるかを判断するための条件を纏めた表。 第一収束レンズのクロスオーバ位置とアライナー変化量Ｓの関係。 本発明の一例である走査電子顕微鏡の概略構成図。 対物レンズに対する軸ずれを補正するための概略処理フロー。 アライナー偏向方向の説明図。 絞り板による荷電粒子線のけられ発生の原理図。 対物レンズに対する軸ずれを補正するための概略処理フロー２。 自動光軸調整機能操作用画像。 自動光軸調整機能操作用画像。

符号の説明

１ 陰極
２ 第一陽極
３ 一次電子ビーム
４ 第二陰極
５ 第一収束レンズ
６ 対物レンズ絞り
７ 第二収束レンズ
８ 上段偏向コイル
１０ 下段偏向コイル
１２ 対物レンズ
１３ 試料
１４ 試料微動装置
１５ 反射電子
１６ 二次電子
１７ 直交電磁界（ＥＸＢ）装置
１８，２０ 検出器
１９，２１ 増幅器
２２ 高電圧制御回路
２３ 第一収束レンズ制御回路
２４ 第二収束レンズ制御回路
２６ 偏向制御回路
２７ 対物レンズ制御回路
２８ 信号制御回路
２９ 試料微動制御回路
３０ コンピュータ
３１ 表示装置（画面）
３２ 画像取得手段
３３ 画像処理手段
３４ 計算手段
３５ 記憶手段（内部メモリ）
３６ 入力手段
４１ ビーム中心軸調整用アライナー
４２ アライナー制御回路
４３ ビーム中心軸調整用偏向器
４４ リレースイッチ

Claims (5)

1. 荷電粒子源と、前記荷電粒子源から放出される一次荷電粒子線を収束する収束レンズと、
   前記一次荷電粒子線を試料上にフォーカスするための対物レンズと、前記一次荷電粒子線の照射によって得られる二次信号を検出する検出器と、前記収束レンズと前記対物レンズの間に配置される走査偏向器とを備えた荷電粒子線装置において、
   前記一次荷電粒子線の試料への照射量を制限するために前記走査偏向器と前記収束レンズの間に配置される対物絞りと、
   前記一次荷電粒子線の中心を前記対物絞り上で偏向させるアライナーと、
   当該アライナーによる前記一次荷電粒子線の光軸補正量を求めるコンピュータとを備え、
   当該コンピュータが、
   前記アライナーを動作させずに得られる前記対物絞りの第１の画像と、
   前記一次荷電粒子線を前記アライナーにより前記対物絞り上のＸ方向に一定量偏向して得られる第２の画像と、
   前記一次荷電粒子線を前記アライナーにより前記対物絞り上のＹ方向に一定量偏向して得られる第３の画像とを用い、
   前記対物絞りの画像の中心が前記アライナーのＸ方向とＹ方向の相対感度によらず動かない条件を求めることにより、
   前記一次荷電粒子線の光軸補正を行い、
   前記条件とは、
   前記第１の画像、前記第２の画像および前記第３の画像それぞれにおける前記対物絞りの中心位置（Ｗ ₁ ，Ｗ ₂ ，Ｗ ₃ ）を検出し、
   上記中心位置の情報を、アライナーの条件変化に対する中心位置を導く方程式に当てはめることにより、アライナーの感度を算出し、前記調整用画像を表示している画面中心と、調整用画像の中心とのずれが最小になる条件より求まる、アライナーの制御条件であることを特徴と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、
   前記第２の画像および前記第３の画像を得るために、アライナー条件を第２および第３の状態に変化させる場合、そのときの変化量Ｓは、前記収束レンズで収束される一次荷電粒子線の収束点位置に応じて決定することを特徴とした荷電粒子線装置。
3. 請求項１に記載の荷電粒子線装置において、
   前記第１の画像、前記第２の画像および前記第３の画像を求めるに際し、前記アライナーによる偏向に加えて、前記走査偏向器により前記一次荷電粒子線の試料上での走査幅を小さくする偏向制御を行う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、
   前記第１の画像、前記第２の画像および前記第３の画像を求めるに際し、通常の試料画像観察時とは、明るさおよびコントラストを変更する制御を行う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、
   前記アライナーによる前記対物絞り上での走査幅を前記収束レンズによる前記一次荷電粒子線のクロスオーバ位置に応じて設定することを特徴とする荷電粒子線装置。

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