JP5043296B2 - 色収差自動補正方法及び装置並びに試料表面観察装置及び試料表面観察装置の動作方法 - Google Patents

Description

本発明は色収差自動補正方法及び装置並びに試料表面観察装置及び試料表面観察装置の動作方法に関する。

荷電粒子を用いた試料表面観察装置の一例として、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を例にとって説明する。図８は従来装置の構成例を示す図である。この図は、収差補正器を搭載した走査電子顕微鏡を示している。エミッタ１より電子ビーム２が放出され、該電子ビーム２に作用するレンズ３によって収差補正器６に入射する前記電子ビーム２を制御し、前記収差補正器６から出た電子ビーム２を対物レンズ４によって試料５の表面に収束させる。

試料表面で前記電子ビーム２を走査し、走査と同期して前記試料表面から放出される二次電子７を二次電子検出器８で検出することにより、走査信号に同期してＣＲＴ１４上に画像として表示させる。この場合、前記二次電子７の検出効率は通常は低いため、通常画像積算器９によってノイズが除去される。ノイズが除去された画像がＣＲＴ１４に画像として表示される。

前記収差補正器として収差補正器多極子を用いた技術が知られている（例えば非特許文献１参照）。
以下、非特許文献１に示す技術を例にとって説明する。公知技術である多極子による収差補正器を例にとって説明する。収差補正器６は系全体の色収差を補正しているが、実際に補正されてるか否かをＳＥＭ像より判断するのは難しい。というのも、試料表面上では収差を含んでいてもある程度前記電子ビーム２は収束しているからである。前記非特許文献１では、操作員がＣＲＴ１４に表示されているＳＥＭ像から色収差の大きさを判断して手動にて前記収差補正制御器１１を操作することで色収差を補正している。以下、手動にて補正されている色収差補正方法について説明する。試料面を０として電子源側を正として光軸上の色収差による結像点の移動量Δｆは以下のような式で表される。

Δｆ＝κＣ_C＋κ²Ｋ_C＋… （１）
ここで、κは電子がエミッタ出射時に持つエネルギ分散で、ΔＥ／Ｅ（Ｅ：電子のエネルギ）で表される。Ｃ_C及びＫ_Cはエネルギ分散に対する系全体の１次、２次の色収差係数を示している。前記収差補正器６は、（１）式において、１次の項の色収差を補正している。従って、（１）式において、３次以上の項は微小量として無視してよい。従って、（１）式は原点を通る２次式である。ΔＥの大きさは、電界放出或いは熱電界エミッタでは、０．２ｅＶ〜０．９ｅＶくらいである。

（１）式において、この値を導入したものがＳＥＭ像では像ぼけとして観察できるが、非常に微小な量であり、ＳＥＭ像を見て色収差が補正されているか否かを判定するのは難しい。従って、前記エミッタ１の電位を数Ｖシフトすることによって、みかけ上、数Ｖのエネルギ分散をもったと仮定して、その時の（１）式による増幅された色収差による像ぼけを観察することができる。（１）式において、色収差が補正された状態はＣ_C＝０であり、（２）式が得られる。

Δｆ＝κ²Ｋ_C （２）
つまり、結像点の移動量Δｆは、原点を極値とした２次関数となるが、今、前記エネルギシフト制御器１０によって±ΔＥａだけエネルギシフトした場合を考える。ΔＥａの大きさがΔＥの大きさより十分に大きい場合、つまり、ΔＥ±ΔＥａ≒ΔＥａの時、（１）式より結像点はΔｆａ＝Ｃ_C（±ΔＥａ／Ｅ）＋Ｋ_C（±ΔＥａ／Ｅ）²に移動する。前記対物レンズ４の強度を前記対物レンズ制御器１２によって、前記対物レンズ４の結像点をΔｆａに合わせると、結像されたＳＥＭ像を得ることができる。

このように、＋Δｆａシフトしても、−Δｆａシフトしても、結像点Δｆａで結像されたＳＥＭ像が得られたならば、（２）式が成立していることになり、色収差が補正されたことになる。前記収差補正器６は多極子で構成されており、前記非特許文献１に述べられているように、Ｘ方向とＹ方向とを独立に補正することができる。従って上述した手順をＸ方向とＹ方向とで行なう必要がある。
Aberration correction in a low voltage SEM by multipole corrector(Nuclear Instrument and Methods in Physics Research A 363(1995)316-325)

前述したように、従来の収差補正は操作員がＣＲＴ１４上に表示されているＳＥＭ像から色収差の大きさを判断し、色収差量を前記収差補正制御器１１に指示している。この手続きは、Ｘ方向、Ｙ方向独立に行なう必要があり、また、色収差をより明確に観察するために、前記エミッタ１のエネルギを前記エネルギシフト制御器１０を用いて、＋ΔＥ，−ΔＥシフトした際の、それぞれにおけるＳＥＭ像を取得し、相互のぼけ量の大きさの違いから色収差の大きさと方向（正の色収差、負の色収差）を判断しなければならないが、＋ΔＥ，−ΔＥシフトによりＳＥＭ像は大きくぼけてしまい、操作員がぼけた像から判断するのは難しく、また精度が不足する。更に、手動によるヒューマンエラーが介在し、熟練した操作員でも色収差補正の操作が困難であり、多大の時間を要するという問題があった。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであって、通常の操作員が収差補正を意識せずに色収差補正を行なうことができる色収差自動補正方法及び装置を提供することを目的としている。

（１）請求項１記載の発明は、荷電粒子ビームを放出するエミッタのポテンシャルをシフトすることにより、荷電粒子ビームのエネルギを現在値から＋ΔＥだけシフトして得られる試料表面像と、現在値から−ΔＥだけシフトして得られる試料表面像と、現在値で得られる試料表面像とから荷電粒子ビームのビーム形状を抽出する工程と、抽出された荷電粒子ビームのビーム形状から装置の色収差を算出する工程と、前記色収差量が所定の値以下になるまで収差補正器又は対物レンズに対してフィードバックを自動でかける工程と、を有することを特徴とする。

（２）請求項２記載の発明は、荷電粒子ビームを放出するエミッタのポテンシャルをシフトすることにより、荷電粒子ビームのエネルギを現在値から＋ΔＥだけシフトして得られる試料表面像と、現在値から−ΔＥだけシフトして得られる試料表面像と、現在値で得られる試料表面像とから荷電粒子ビームのビーム形状を抽出する形状抽出手段と、抽出された荷電粒子ビームのビーム形状から装置の色収差を算出する色収差算出手段と、前記色収差量が所定の値以下になるまで収差補正器又は対物レンズに対してフィードバックを自動でかけるフィードバック手段と、を有して構成されることを特徴とする。

（３）請求項３記載の発明は、前記エネルギシフト量は１Ｖ〜１０Ｖであることを特徴とする。

（４）請求項４記載の発明は、前記試料表面像から２つの荷電粒子ビームのビーム形状を抽出することを特徴とする。
（５）請求項５記載の発明は、装置の色収差量を抽出された２つの荷電粒子ビームのビーム形状の径の差とすることを特徴とする。

（６）請求項６記載の発明は、前記色収差量を、抽出された２つの荷電粒子ビームのビーム形状の径の差にある定数を乗じた値としたことを特徴とする。
（７）請求項７記載の発明は、得られた色収差量にある定数を乗じて収差補正器又は対物レンズに対してフィードバックをかけることを特徴とする。

（８）請求項８記載の発明は、装置の色収差が補正されたことを自動判定する場合、抽出された２つの荷電粒子ビームのビーム形状の径の差に閾値を設けることを特徴とする。
（９）請求項９記載の発明は、前記抽出された２つの荷電粒子ビームのビーム形状の径の差が設定された閾値以内に入るまで、色収差自動補正処理を繰り返すことを特徴とする。

（１０）請求項１０記載の発明は、前記試料として円状の粒子を用いることを特徴とする。
（１１）請求項１１記載の発明は、前記試料として金粒子を用いることを特徴とする。

（１２）請求項１２記載の発明は、前記試料としてラテックスを用いることを特徴とする。
（１３）請求項１３記載の発明は、装置の色収差量を、抽出された２つの荷電粒子ビームのビーム形状のＸ方向径の差をＸ方向色収差量とし、Ｙ方向径の差をＹ方向色収差量とし、Ｘ方向、Ｙ方向独立に色収差を自動補正することを特徴とする。

（１４）請求項１４記載の発明は、荷電粒子ビームの１次軌道を変えないで、色収差のみを自動で補正することを特徴とする。

（１５）請求項１５記載の発明は、装置の色収差量を抽出された２つの荷電粒子ビームのビーム形状の面積の差とすることを特徴とする。
（１６）請求項１６記載の発明は抽出された荷電粒子ビームのビーム形状と算出された色収差補正量とを表示部に表示することを特徴とする。

（１７）請求項１７記載の発明は、荷電粒子を用いた試料表面観察装置において、系全体の色収差を補正する収差補正器と、該収差補正器のレンズ強度を制御する収差補正制御器と、荷電粒子を放出するエミッタのポテンシャルをシフトさせるエネルギシフト制御器と、該エネルギシフト制御器に前記エミッタのポテンシャルをシフトするよう指示するビームシフト指示装置と、該ビームシフト指示装置の制御に基づき、荷電粒子ビームのエネルギを現在値から＋ΔＥだけシフトして得られる試料表面像と、現在値から−ΔＥだけシフトして得られる試料表面像と、現在値で得られる試料表面像とから荷電粒子ビームのビーム形状を抽出するビーム形状抽出装置と、得られた前記ビーム形状から色収差の大きさを定量化する色収差定量化装置と、該定量化された色収差から前記収差補正制御器にフィードバック量を指示するフィードバック装置と、を具備したことを特徴とする。
（１８）請求項１８記載の発明は、系全体の色収差を補正する収差補正器と、該収差補正器のレンズ強度を制御する収差補正制御器と、荷電粒子を放出するエミッタのポテンシャルをシフトさせるエネルギシフト制御器と、該エネルギシフト制御器に前記エミッタのポテンシャルをシフトするよう指示するビームシフト指示装置と、該ビームシフト指示装置と同期して荷電粒子ビームのビーム形状を抽出するビーム形状抽出装置と、色収差の大きさを定量化する色収差定量化装置と、前記収差補正制御器にフィードバック量を指示するフィードバック装置とを具備する荷電粒子を用いた試料表面観察装置の動作方法であって、前記ビームシフト指示装置の制御に基づき、前記ビーム形状抽出装置が、荷電粒子ビームのエネルギを現在値から＋ΔＥだけシフトして得られる試料表面像と、現在値から−ΔＥだけシフトして得られる試料表面像と、現在値で得られる試料表面像とから荷電粒子ビームのビーム形状を抽出する工程と、得られた前記ビーム形状から、前記色収差定量化装置が色収差の大きさを定量化する工程と、該定量化された色収差から、前記フィードバック装置が前記収差補正制御器にフィードバック量を指示する工程と、を有することを特徴とする。

（１）請求項１記載の発明によれば、通常の操作員が収差補正を意識せずに色収差補正を行なうことができる。また、荷電粒子のエネルギを現在値から＋ΔＥだけシフトした像と、現在値から−ΔＥだけシフトした像と、現在値の像の３つの像を基にして色収差補正を自動で行なうことができる。
（２）請求項２記載の発明によれば、通常の操作員が収差補正を意識せずに色収差補正を行なうことができる。また、荷電粒子のエネルギを現在値から＋ΔＥだけシフトした像と、現在値から−ΔＥだけシフトした像と、現在値の像の３つの像を基にして色収差補正を自動で行なうことができる。

（３）請求項３記載の発明によれば、前記エネルギシフト量として１Ｖ〜１０Ｖを用いることにより、最適な色収差補正を行なうことができる。
（４）請求項４記載の発明によれば、２つの荷電粒子ビーム形状を抽出し、抽出した荷電粒子ビームにより自動色収差補正を行なうことができる。

（５）請求項５記載の発明によれば、色収差量を２つのビーム形状の径の差として求めて自動色収差補正を行なうことができる。
（６）請求項６記載の発明によれば、色収差量を２つのビーム形状の径の差にある定数を乗じた値とすることにより、より好ましい自動色収差補正を行なうことができる。

（７）請求項７記載の発明によれば、得られた色収差量にある定数を乗じて収差補正器又は対物レンズに対してフィードバックをかけて、自動色収差補正を行なうことができる。

（８）請求項８記載の発明によれば、２つの荷電粒子ビーム形状の径の差とある所定の閾値とを比較するようにすることで、色収差が補正されたことを判断することができる。
（９）請求項９記載の発明によれば、２つの荷電粒子ビーム形状の径の差が設定された閾値以内に入るまで色収差自動補正処理を行なうようにすることで、通常の操作員が収差補正を意識せずに色収差補正を行なうことができる。

（１０）請求項１０記載の発明によれば、試料として円状の粒子を用いることで、好ましい荷電粒子ビーム形状を得ることができる。
（１１）請求項１１記載の発明によれば、試料として金粒子を用いることで、好ましい荷電粒子ビーム形状を得ることができる。

（１２）請求項１２記載の発明によれば、試料としてラテックスを用いることで、好ましい荷電粒子ビーム形状を得ることができる。
（１３）請求項１３記載の発明によれば、抽出された２つの荷電粒子ビーム形状のＸ方向径の差とＹ方向径の差をそれぞれ色収差量として、Ｘ方向と、Ｙ方向独立に色収差を自動補正することができる。

（１４）請求項１４記載の発明によれば、荷電粒子ビーム形状の１次軌道を変えないで、色収差のみを自動で補正することができる。
（１５）請求項１５記載の発明によれば、抽出された２つの荷電粒子ビーム形状の面積の差を色収差量として色収差の自動補正を行なうことができる。

（１６）請求項１６記載の発明によれば、荷電粒子ビーム形状と算出された色収差量とを表示部に表示することで、補正の様子を認識することができ、操作員の支援を行なうことができる。

（１７）請求項１７記載の発明によれば、通常の操作員が収差補正を意識せずに色収差補正を行なうことができる。
（１８）請求項１８記載の発明によれば、通常の操作員が収差補正を意識せずに色収差補正を行なうことができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態例を詳細に説明する。
図１は本発明の一実施の形態例を示す構成図である。図８と同一のものは、同一の符号を付して示す。図において、１は荷電粒子ビームを放出するエミッタ、２は該エミッタ１から放出される電子ビーム、３は該電子ビーム２に作用するレンズ、６はレンズ作用を受けた電子ビーム２の各種補正を行なう収差補正器、４は電子ビーム２を試料５上に収束させる対物レンズ、５は試料、７は該試料５から放出される二次電子、８は該二次電子７を検出する二次電子検出器である。

９は二次電子像をノイズに強くするために画像を積算する画像積算器、１０は荷電粒子を放出するエミッタ１のポテンシャルをシフトさせるエネルギシフト制御器、１１は収差補正器６に収差補正のための制御信号を与える収差補正制御器、１２は対物レンズ４を制御する対物レンズ制御器である。１３はこれら各構成要素を制御する色収差自動補正装置である。該色収差自動補正装置１３としては、例えばコンピュータが用いられる。該色収差自動補正装置１３は、エネルギシフト制御器１０、収差補正制御器１１、対物レンズ制御器１２及び画像積算器９と接続されている。１４は画像積算器９と接続され、各種情報を表示するＣＲＴである。このように構成された装置の動作を説明すれば、以下の通りである。

エミッタ１より電子ビーム２が放出され、該電子ビーム２に作用するレンズ３によって収差補正器６に入射する電子ビーム２を制御し、前記収差補正器６から出た電子ビーム２を対物レンズ４によって試料５の表面に収束させる。試料表面で電子ビーム２を走査し、走査と同期して試料５の表面から放出される二次電子７を二次電子検出器８で検出することにより、走査信号に同期してＣＲＴ１４上に画像として表示させる。前記二次電子７の検出効率は通常低いため、画像積算器９によってノイズが除去される。

エネルギシフト制御器１０は、色収差自動補正装置１３からの指示に従って、前記エミッタ１のポテンシャルをシフトする。収差補正制御器１１は、収差補正器６のレンズ強度を制御している。対物レンズ制御器１２は、対物レンズ４のレンズ強度を制御している。色収差自動補正装置１３は、前記画像積算器９から荷電粒子像（ＳＥＭ像）を取得し、系全体の色収差を補正するような前記収差補正器６に印加するレンズ強度を算出して収差補正制御器１１又は対物レンズ４のレンズ強度を変化させて系全体の色収差が補正されるように対物レンズ制御器１２に指示する。

前記収差補正制御器１１の構成及び動作については、前記非特許文献１に詳述されている。以下、本発明による色収差自動補正装置１３の構成及び動作について説明する。図２は色収差自動補正装置１３の構成例を示す図である。図において、１３ａは前記エネルギシフト制御器１０に＋ΔＥａ又は−ΔＥａだけシフトするように指示するビームシフト指示装置、１３ｂは前記画像積算器９から複数のＳＥＭ像２０を入力し、＋ΔＥａだけシフトした時の＋ΔＥａビーム形状１３ｅと、−ΔＥａだけシフトした時の−ΔＥａビーム形状１３ｆとを算出するビーム形状抽出装置である。なお、エネルギシフト量ΔＥａとしては、例えば１Ｖ〜１０Ｖ程度が、最適な色収差補正を行なうのに好適である。

１３ｃは抽出された＋ΔＥａビーム形状１３ｅと、−ΔＥａビーム形状１３ｆとから現在の系全体の色収差の量を定量化する色収差定量化装置、１３ｄは前記色収差定量化装置１３ｃで定量化された色収差を補正する量Ｖｎを算出するフィードバック装置である。このように構成された装置の動作を説明すれば、以下の通りである。

ビームシフト指示装置１３ａは、図３及び図４に示すように、あるタイミングによって＋ΔＥａ、０、−ΔＥａとシフトするように指示する。図３はエネルギシフトの様子を示す図である。図４はＳＥＭ像の例を示す図である。図３において、横軸は時間、縦軸はエネルギである。図４において、１５ａは＋ΔＥａＳＥＭ像、１５ｂはジャストＳＥＭ像、１５ｃは−ΔＥａＳＥＭ像である。

図３に示す時刻ｔ１−ｔ２で＋ΔＥａにシフトされている際に、ビーム形状抽出装置１３ｂは＋ΔＥａだけシフトされたＳＥＭ像１５ａを取得する。同様にして、時刻ｔ２−ｔ３でΔＥを０に戻した際に、ビーム形状抽出装置１３ｂはジャストフォーカスされたＳＥＭ像１５ｂを取得し、時刻ｔ３−ｔ４で−ΔＥａにシフトされている際に、ビーム形状抽出装置１３ｂは−ΔＥａだけシフトされたＳＥＭ像１５ｃを取得する。これら３枚のＳＥＭ像から、２つのビーム形状を抽出する方法については、特許ＷＯ ０１／５６０５７ Ａ１に詳述されている。

ビーム形状抽出装置１３ｂでは、３枚のＳＥＭ像から２つのビーム形状１３ｅ，１３ｆを算出しており、ここではその方法の概略を示す。図４に示す＋ΔＥａＳＥＭ像をｇ１、ジャストＳＥＭ像をｇ０、−ΔＥａＳＥＭ像をｇ２とする。これら図は、本発明の一実施例におけるディスプレイ上に表示した表示画面中のメイン画面の一例を中間調画像の写真で示す図である。また、試料表面形状をｓ、＋ΔＥａシフト時のビーム形状をｐ１、ジャストフォーカス時のビーム形状をｐ０、−ΔＥａシフト時のビーム形状をｐ２とする。この時、前記ＳＥＭ像ｇ１，ｇ０，ｇ２はそれぞれ次式で表される。

ｇ１＝ｓ＊ｐ１ （３）
ｇ０＝ｓ＊ｐ０ （４）
ｇ２＝ｓ＊ｐ２ （５）
ここで、「＊」はコンボリューションを表している。式（３）〜（５）をそれぞれフーリエ変換すると次のようになる。ここで大文字はフーリエ変換されたものを示している。

Ｇ１＝Ｓ・Ｐ１ （６）
Ｇ０＝Ｓ・Ｐ０ （７）
Ｇ２＝Ｓ・Ｐ２ （８）
ここで、「・」はフーリエ空間上での積を示す。（６）式と（７）式からＳを消去すると次のようになる。

Ｇ１＝（Ｐ１／Ｐ０）・Ｇ０＝Ｐ１０・Ｇ０ （９）
ここで、Ｐ１／Ｐ０＝Ｐ１０とした。同様にして、（７）式と（８）式とでＳを消去すると次のようになる。

Ｇ２＝（Ｐ２／Ｐ０）・Ｇ０＝Ｐ２０・Ｇ０ （１０）
ここで、Ｐ２／Ｐ０＝Ｐ２０とした。次に、（９）式と（１０）式とを実空間に逆フーリエ変換すると次のようになる。

ｇ１＝Ｆ^-1［Ｐ１０・Ｇ０］ （１１）
ｇ２＝Ｆ^-1［Ｐ２０・Ｇ０］ （１２）
ここで、Ｆ^-1［］は逆フーリエ変換を示す。ここで、Ｐ１０，Ｐ２０は既知の関数であるからＧ０が分かれば、（１１）式、（１２）式によってビーム形状ｇ１，ｇ２を計算することができる。例えば、ジャストフォーカス時のビーム形状ｇ０をガウス分布と仮定すれば、＋ΔＥａシフト時のビーム形状ｇ１，−ΔＥａ時のビーム形状ｇ２を計算することができる。

図２に示すように、前記色収差定量化装置１３ｃでは、得られた前記＋ΔＥａビーム形状１３ｅと、前記−ΔＥａビーム形状１３ｆとを入力し、現在の色収差の大きさを定量化する。定量化の方法としては、例えば図５に示すように前記＋ΔＥａビーム形状２１ａの径をＬｐ、前記−ΔＥａビーム形状２１ｂの径をＬｍとして、現在の色収差の大きさＣａを次のように定義する。図５はＸ方向とＹ方向を同時に補正したものである。

Ｃａ＝α（Ｌｐ−Ｌｍ） （１３）
ここで、αは定数である。前記フィードバック装置１３ｄでは、（１３）式で求められた色収差の大きさＣａから次式によって前記収差補正制御器１１又は前記対物レンズ４に指示するフィードバック量Ｖｎを算出する。

Ｖｎ＝βＣａ （１４）
ここでβは定数である。また、定量化の方法として、Ｘ方向色収差量、Ｙ方向色収差量と、Ｘ方向、Ｙ方向独立に定量化してもよい。例えば、図６に示すように、前記＋ΔＥａビーム形状２１ａのＸ方向径をＬｐｘ，Ｙ方向径をＬｐｙ、前記−ΔＥａビーム形状２１ｂのＸ方向径をＬｍｘ，Ｙ方向径をＬｍｙとして、現在の色収差の大きさをＸ方向色収差量をＣａｘ，Ｙ方向色収差量Ｃａｙを次のように定義する。図６はＸ方向とＹ方向とをそれぞれ独立に補正したものである。

Ｃａｘ＝αｘ（Ｌｐｘ−Ｌｍｘ） （１５）
Ｃａｙ＝αｙ（Ｌｐｙ−Ｌｍｙ） （１６）
ここで、αｘ，αｙは定数である。前記フィードバック装置１３ｄでは、（１５）式（１６）式で求められた色収差の大きさＣａｘ，Ｃａｙから次式によって前記収差補正制御器１１にＸ方向フィードバック量Ｖｎｘ、Ｙ方向フィードバック量Ｖｎｙを算出する。ここで、前記対物レンズ４は、通常回転対称系なので、前記対物レンズ４にフィードバックをかける場合は（１４）式に帰着する。

Ｖｎｘ＝βｘ×Ｃａｘ （１７）
Ｖｎｙ＝βｙ×Ｃａｙ （１８）
ここで、βｘ，βｙは定数である。また前記非特許文献１に詳述されているように、本文献による収差補正器を用いた場合、荷電粒子のＸ方向の１次軌道は次式に従う。

ここで、Φ₀は試料電位（エミッタ基準）、η＝√（ｅ／２ｍ_e）で、ｅ，ｍ_eは電子の電荷と静止質量を表し、ｈ_X（ｚ）はｚを光軸としたＸ方向の荷電粒子の位置である。また、Ｑ₂，Ｐ₂はそれぞれ４極子磁場強度、４極子電場強度を示している。（１９）式から（１９）式の｛｝で示される部位が常に一定であれば、荷電粒子の１次軌道は変わらない。従って、前記フィードバック量Ｖｎ又はＶｎｘ，Ｖｎｙを前記収差補正器６にかける場合、例えば４極子磁場強度にＶｎｘをかけるとして、同時に４極子電場強度を次式を満たすようにかければ、１次軌道が変化しない。

ΔＰ₂＝２（√ψ₀）×ΔＶｎｘ （２０）
Ｙ軌道に対しても同様である。また、４極子電場強度にフィードバックをかけるとしても、（２０）式の関係を満たすように４極子磁場強度を同時にかければよい。

また、本発明によれば、現在の色収差の大きさを定量化してあるので、前記色収差自動補正装置１３の動作状態、例えば図７に示すように、ＣＲＴ１４上のＧＵＩ（Ｇｒａｐｈｉｃａｌ Ｕｓｅｒ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）２８に前記＋ΔＥａビーム形状１３ｅと前記−ΔＥａビーム形状１３ｆと装置の色収差量の履歴を表示することで、操作員を支援することができる。図７は表示部の様子を示す図であり、横軸は試行回数、縦軸は色収差の相対的な大きさである。試行回数が増えるにつれて、色収差が小さくなっていることが分かる。

本発明によれば、通常の操作員が収差補正を意識せずに色収差補正を行なうことができる。また、本発明によれば、通常の操作員が収差補正を意識せずに色収差補正を行なうことができる。また、本発明によれば、荷電粒子のエネルギを現在値から＋ΔＥだけシフトした像と、現在値から−ΔＥだけシフトした像と、現在値の像の３つの像を基にして色収差補正を自動で行なうことができる。また、本発明によれば、２つの荷電粒子ビーム形状を抽出し、抽出した荷電粒子ビームにより自動色収差補正を行なうことができる。また、本発明によれば、色収差量を２つのビーム形状の径の差として求めて自動色収差補正を行なうことができる。また、本発明によれば、色収差量を２つのビーム形状の径の差にある定数を乗じた値とすることにより、より好ましい自動色収差補正を行なうことができる。

また、本発明によれば、得られた色収差量にある定数を乗じて収差補正器又は対物レンズに対してフィードバックをかけて、自動色収差補正を行なうことができる。また、本発明によれば、２つの荷電粒子ビーム形状の径の差とある所定の閾値とを比較するようにすることで、色収差が補正されたことを判断することができる。また、本発明によれば、２つの荷電粒子ビーム形状の径の差が設定された閾値以内に入るまで色収差自動補正処理を行なうようにすることで、通常の操作員が収差補正を意識せずに色収差補正を行なうことができる。

また、本発明によれば、試料として円状の粒子を用いることで、好ましい荷電粒子ビーム形状を得ることができる。また、本発明によれば、試料として金粒子を用いることで、好ましい荷電粒子ビーム形状を得ることができる。また、本発明によれば、試料としてラテックスを用いることで、好ましい荷電粒子ビーム形状を得ることができる。また、本発明によれば、抽出された２つの荷電粒子ビーム形状のＸ方向径の差とＹ方向径の差をそれぞれ色収差量として、Ｘ方向、Ｙ方向独立に色収差を自動補正することができる。また、本発明によれば、荷電粒子ビーム形状の１次軌道を変えないで、色収差のみを自動で補正することができる。また、本発明によれば、抽出された２つの荷電粒子ビーム形状の面積の差を色収差量として色収差の自動補正を行なうことができる。また、本発明によれば、通常の操作員が収差補正を意識せずに色収差補正を行なうことができる。

本発明の一実施の形態例を示す構成図である。 色収差自動補正装置の構成例を示す図である。 エネルギシフトの様子を示す図である。 ＳＥＭ像の例を示す図である。 ビーム形状の説明図である。 ビーム形状の他の説明図である。 表示部の様子を示す図である。 従来装置の構成例を示す図である。

符号の説明

１ エミッタ
２ 電子ビーム
３ レンズ
４ 対物レンズ
５ 試料
６ 収差補正器
７ 二次電子
８ 二次電子検出器
９ 画像積算器
１０ エネルギシフト制御器
１１ 収差補正制御器
１２ 対物レンズ制御器
１３ 色収差自動補正装置
１４ ＣＲＴ

Claims (18)

1. 荷電粒子ビームを放出するエミッタのポテンシャルをシフトすることにより、荷電粒子ビームのエネルギを現在値から＋ΔＥだけシフトして得られる試料表面像と、現在値から−ΔＥだけシフトして得られる試料表面像と、現在値で得られる試料表面像とから荷電粒子ビームのビーム形状を抽出する工程と、
   抽出された荷電粒子ビームのビーム形状から装置の色収差を算出する工程と、
   前記色収差量が所定の値以下になるまで収差補正器又は対物レンズに対してフィードバックを自動でかける工程と、
   を有することを特徴とする色収差自動補正方法。
2. 荷電粒子ビームを放出するエミッタのポテンシャルをシフトすることにより、荷電粒子ビームのエネルギを現在値から＋ΔＥだけシフトして得られる試料表面像と、現在値から−ΔＥだけシフトして得られる試料表面像と、現在値で得られる試料表面像とから荷電粒子ビームのビーム形状を抽出する形状抽出手段と、
   抽出された荷電粒子ビームのビーム形状から装置の色収差を算出する色収差算出手段と、
   前記色収差量が所定の値以下になるまで収差補正器又は対物レンズに対してフィードバックを自動でかけるフィードバック手段と、
   を有して構成される色収差自動補正装置。
3. 前記エネルギシフト量は１Ｖ〜１０Ｖであることを特徴とする請求項２記載の色収差自動補正装置。
4. 前記試料表面像から２つの荷電粒子ビームのビーム形状を抽出することを特徴とする請求項２記載の色収差自動補正装置。
5. 装置の色収差量を抽出された２つの荷電粒子ビームのビーム形状の径の差とすることを特徴とする請求項４記載の色収差自動補正装置。
6. 前記色収差量を、抽出された２つの荷電粒子ビームのビーム形状の径の差にある定数を乗じた値としたことを特徴とする請求項５記載の色収差自動補正装置。
7. 得られた色収差量にある定数を乗じて収差補正器又は対物レンズに対してフィードバックをかけることを特徴とする請求項２又は請求項５又は請求項６記載の色収差自動補正装置。
8. 装置の色収差が補正されたことを自動判定する場合、抽出された２つの荷電粒子ビームのビーム形状の径の差に閾値を設けることを特徴とする請求項２記載の色収差自動補正装置。
9. 前記抽出された２つの荷電粒子ビームのビーム形状の径の差が設定された閾値以内に入るまで、色収差自動補正処理を繰り返すことを特徴とする請求項８記載の色収差自動補正装置。
10. 前記試料として円状の粒子を用いることを特徴とする請求項２記載の色収差自動補正装置。
11. 前記試料として金粒子を用いることを特徴とする請求項２記載の色収差自動補正装置。
12. 前記試料としてラテックスを用いることを特徴とする請求項２記載の色収差自動補正装置。
13. 装置の色収差量を、抽出された２つの荷電粒子ビームのビーム形状のＸ方向径の差をＸ方向色収差量とし、Ｙ方向径の差をＹ方向色収差量とし、Ｘ方向、Ｙ方向独立に色収差を自動補正することを特徴とする請求項５又は請求項６又は請求項９記載の色収差自動補正装置。
14. 荷電粒子ビームの１次軌道を変えないで、色収差のみを自動で補正することを特徴とする請求項２記載の色収差自動補正装置。
15. 装置の色収差量を抽出された２つの荷電粒子ビームのビーム形状の面積の差とすることを特徴とする請求項５又は請求項６又は請求項９記載の色収差自動補正装置。
16. 抽出された荷電粒子ビームのビーム形状と算出された色収差補正量とを表示部に表示することを特徴とする請求項２記載の色収差自動補正装置。
17. 荷電粒子を用いた試料表面観察装置において、系全体の色収差を補正する収差補正器と、
    該収差補正器のレンズ強度を制御する収差補正制御器と、
    荷電粒子を放出するエミッタのポテンシャルをシフトさせるエネルギシフト制御器と、
    該エネルギシフト制御器に前記エミッタのポテンシャルをシフトするよう指示するビームシフト指示装置と、
    該ビームシフト指示装置の制御に基づき、荷電粒子ビームのエネルギを現在値から＋ΔＥだけシフトして得られる試料表面像と、現在値から−ΔＥだけシフトして得られる試料表面像と、現在値で得られる試料表面像とから荷電粒子ビームのビーム形状を抽出するビーム形状抽出装置と、
    得られた前記ビーム形状から色収差の大きさを定量化する色収差定量化装置と、
    該定量化された色収差から前記収差補正制御器にフィードバック量を指示するフィードバック装置と、
    を具備したことを特徴とする試料表面観察装置。
18. 系全体の色収差を補正する収差補正器と、
    該収差補正器のレンズ強度を制御する収差補正制御器と、
    荷電粒子を放出するエミッタのポテンシャルをシフトさせるエネルギシフト制御器と、
    該エネルギシフト制御器に前記エミッタのポテンシャルをシフトするよう指示するビームシフト指示装置と、
    該ビームシフト指示装置と同期して荷電粒子ビームのビーム形状を抽出するビーム形状抽出装置と、
    色収差の大きさを定量化する色収差定量化装置と、
    前記収差補正制御器にフィードバック量を指示するフィードバック装置とを具備する荷電粒子を用いた試料表面観察装置の動作方法であって、
    前記ビームシフト指示装置の制御に基づき、前記ビーム形状抽出装置が、荷電粒子ビームのエネルギを現在値から＋ΔＥだけシフトして得られる試料表面像と、現在値から−ΔＥだけシフトして得られる試料表面像と、現在値で得られる試料表面像とから荷電粒子ビームのビーム形状を抽出する工程と、
    得られた前記ビーム形状から、前記色収差定量化装置が色収差の大きさを定量化する工程と、
    該定量化された色収差から、前記フィードバック装置が前記収差補正制御器にフィードバック量を指示する工程と、
    を有することを特徴とする試料表面観察装置の動作方法。