JP5945159B2 - 荷電粒子ビームの軸合わせ方法および荷電粒子ビーム装置 - Google Patents

Description

本発明は、荷電粒子ビームの軸合わせ方法および荷電粒子ビーム装置に関する。

近年、生物、材料、半導体などの微細構造を観察、測定する走査型電子顕微鏡や半導体素子回路パターンの測長用走査型電子顕微鏡等の荷電粒子ビーム装置が知られている。

図１３は、従来の走査型電子顕微鏡の一例を示す図である。走査型電子顕微鏡１０００では、電子銃１０２で発生させた荷電粒子ビームＢを、対物レンズ絞り１０３を通過させた後、対物レンズ１０６で試料Ｓの表面にフォーカスさせる。走査コイル１０７によって、この荷電粒子ビームＢを試料Ｓ上で走査すると、試料Ｓの表面から二次電子や反射電子が放出される。この二次電子や反射電子を電子検出器１０８で受け、その強度をビーム走査に同期させて画像表示装置１０９に表示する。

走査型電子顕微鏡１０００の対物レンズ絞り１０３、開き角補正レンズ１０５、および対物レンズ１０６に対する荷電粒子ビームＢの軸合わせは、Ｘ軸方向に荷電粒子ビームを偏向させるビーム軸合わせコイル（以下、Ｘアライメントコイルという）１０４ａと、Ｙ軸方向に荷電粒子ビームを偏向させるビーム軸合わせコイル（以下、Ｙアライメントコイルという）１０４ｂとに流れる電流を制御することによって行われる。アライメントコイル１０４ａ，１０４ｂを組み合わせることで、荷電粒子ビームＢを二次元的に偏向させることができる。なお、ここでは、対物レンズ１０６の光軸に沿う方向をＺ軸方向とする。

荷電粒子ビームＢの軸合わせは、具体的には、まず、ウォブラ用信号発生器１１０で加速電圧用高圧電源１１１に信号を送ることによって、荷電粒子ビームＢの加速電圧を周期的に微小量変化させ、試料Ｓ表面での荷電粒子ビームＢのフォーカス（焦点）を微小に変化させる。もし光軸がずれていると、荷電粒子ビームＢが対物レンズ１０６を斜めに通過するため、ウォブラ実行中には、図１４（Ａ）に示すように、フォーカスの変化に伴って像Ｉが所定の方向に移動する。一方、光軸が合った状態では、荷電粒子ビームＢが対物レンズ１０６を垂直に通過するため、ウォブラ実行中には、図１４（Ｂ）に示すように、フォーカスの変化に伴って像Ｉはほとんど移動しない。したがって、ウォブラ実行中の像Ｉの移動量を観察しながら、像Ｉの移動量がなるべく小さくなるようにＸＹ調整ノブ１１２を手動で調整することによって、アライメントコイル１０４ａ，１０４ｂの電流値を光軸が合った状態に調整することができる。ＸＹ調整ノブ１１２は、Ｘアライメントコイル１０４ａの電流値を調整するためのＸ調整ノブと、Ｙアライメントコイル１０４ｂの電流値を調整するためのＹ調整ノブと、を有している。ＸＹ調整ノブ１１２を操作することにより、駆動アンプ１１３を介して、Ｘアライメントコイル１０４ａおよびＹアライメントコイル１０４ｂの電流値を制御することができる。なお、ウォブラは、対物レンズ駆動アンプ１１５から供給される対物レンズ１０６の励磁電流を変化させて行うこともできる。

この軸合わせを自動的に行う方法は、例えば、特許文献１に開示されている。特許文献１では、軸合わせの最適値を得るために、軸を一定量ずつ可変することにより調整する方法や、対物レンズ励磁を変化させた場合の像変位の方向に応じて軸の調整方向を定める方法が示されている。

特開平７−３０２５６４号公報

上述した図１３に示す走査型電子顕微鏡１０００では、本質的に、荷電粒子ビームの軸ずれ方向と、Ｘアライメントコイル１０４ａの偏向方向と、Ｙアライメントコイル１０４ｂの偏向方向との合成ベクトルがウォブラでの像移動ベクトルとなっている。そのため、Ｘアライメントコイル１０４ａおよびＹアライメントコイル１０４ｂの一方が最適になるように調整しても、ウォブラによる像移動は残る。したがって、最初に調整したＸアライメントコイル１０４ａの調整が不適当だとＹアライメントコイル１０４ｂをどのように調整しても像移動が無くなる点は見つからない。このように、２つのアライメントコイルを調整して、像移動が無くなる１点を探すという調整作業は、装置の操作者にとって直感的に分かりづらく、大きな負担となる。

このような問題に対して、特許文献１では、この軸合わせを自動で行う装置が開示されている。しかしながら、上述した特許文献１の軸合わせの方法では、軸合わせの最適値を求めるために、多数回の繰り返し動作が必要となる。

本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、本発明のいくつかの態様に係る目的の１つは、容易に荷電粒子ビームの軸合わせができる荷電粒子ビームの軸合わせ方法を提供することにある。

また、本発明のいくつかの態様に係る目的の１つは、容易に荷電粒子ビームの軸合わせができる荷電粒子ビーム装置を提供することにある。

（１）本発明に係る荷電粒子ビームの軸合わせ方法は、
荷電粒子ビームを第１方向に偏向させる第１アライメントコイル、および前記荷電粒子ビームを前記第１方向と交差する第２方向に偏向させる第２アライメントコイルによって前記荷電粒子ビームの軸を調整し、前記荷電粒子ビームを試料に照射して、試料から発生した信号を検出し画像データを取得する荷電粒子ビーム装置における荷電粒子ビームの軸合わせ方法であって、
前記試料上における前記荷電粒子ビームの入射方向での焦点位置、前記第１アライメントコイルの励磁電流、および前記第２アライメントコイルの励磁電流の条件を変えて、前記画像データの組を複数取得する画像データ取得工程と、
前記画像データ取得工程において前記焦点位置を変えて取得した前記画像データの組の各々について、前記焦点位置の変化による像の回転に基づく像の回転中心の位置と、像の視野中心の位置と、を結ぶ回転中心位置ベクトルを算出する第１演算工程と、
前記第１演算工程で算出された前記回転中心位置ベクトルから、前記荷電粒子ビームの軸合わせのための前記第１アライメントコイルの励磁電流値および前記第２アライメントコイルの励磁電流値を算出する第２演算工程と、
を含み、
前記画像データ取得工程では、前記画像データの組である第１〜第３組を取得し、
前記第１組は、
前記焦点位置が第１位置にあり、前記第１アライメントコイルの励磁電流値が第１電流値であり、前記第２アライメントコイルの励磁電流値が第２電流値である条件で取得された前記画像データと、
前記焦点位置が前記第１位置と異なる第２位置にあり、前記第１アライメントコイルの励磁電流値が前記第１電流値であり、前記第２アライメントコイルの励磁電流値が前記第２電流値である条件で取得された前記画像データと、の組であり、
前記第２組は、
前記焦点位置が前記第１位置にあり、前記第１アライメントコイルの励磁電流値が前記第１電流値から第１変化電流値だけ変化させた電流値であり、前記第２アライメントコイルの励磁電流値が前記第２電流値である条件で取得された前記画像データと、
前記焦点位置が前記第２位置にあり、前記第１アライメントコイルの励磁電流値が前記第１電流値から前記第１変化電流値だけ変化させた電流値であり、前記第２アライメントコイルの励磁電流値が前記第２電流値である条件で取得された前記画像データと、の組であり、
前記第３組は、
前記焦点位置が前記第１位置にあり、前記第１アライメントコイルの励磁電流値が前記第１電流値であり、前記第２アライメントコイルの励磁電流値が前記第２電流値から前記第１変化電流値だけ変化させた電流値である前記画像データと、
前記焦点位置が前記第２位置にあり、前記第１アライメントコイルの励磁電流値が前記第１電流値であり、前記第２アライメントコイルの励磁電流値が前記第２電流値から前記第１変化電流値だけ変化させた電流値である前記画像データと、の組であり、
前記画像データ取得工程では、さらに、前記画像データの組である第４組および第５組
を取得し、
前記第２組は、
前記焦点位置が前記第１位置にあり、前記第１アライメントコイルの励磁電流値が前記第１電流値から前記第１変化電流値だけ増加させた電流値であり、前記第２アライメントコイルの励磁電流値が前記第２電流値である条件で取得された前記画像データと、
前記焦点位置が前記第２位置にあり、前記第１アライメントコイルの励磁電流値が前記第１電流値から前記第１変化電流値だけ増加させた電流値であり、前記第２アライメントコイルの励磁電流値が前記第２電流値である条件で取得された前記画像データと、の組であり、
前記第３組は、
前記焦点位置が前記第１位置にあり、前記第１アライメントコイルの励磁電流値が前記第１電流値であり、前記第２アライメントコイルの励磁電流値が前記第２電流値から前記第１変化電流値だけ増加させた電流値である条件で取得された前記画像データと、
前記焦点位置が前記第２位置にあり、前記第１アライメントコイルの励磁電流値が前記第１電流値であり、前記第２アライメントコイルの励磁電流値が前記第２電流値から前記第１変化電流値だけ増加させた電流値である条件で取得された前記画像データと、の組であり、
前記第４組は、
前記焦点位置が前記第１位置にあり、前記第１アライメントコイルの励磁電流値が前記第１電流値から前記第１変化電流値だけ減少させた電流値であり、前記第２アライメントコイルの励磁電流値が前記第２電流値である条件で取得された前記画像データと、
前記焦点位置が前記第２位置にあり、前記第１アライメントコイルの励磁電流値が前記第１電流値から前記第１変化電流値だけ減少させた電流値であり、前記第２アライメントコイルの励磁電流値が前記第２電流値である条件で取得された前記画像データと、の組であり、
前記第５組は、
前記焦点位置が前記第１位置にあり、前記第１アライメントコイルの励磁電流値が前記第１電流値であり、前記第２アライメントコイルの励磁電流値が前記第２電流値から前記第１変化電流値だけ減少させた電流値である条件で取得された前記画像データと、
前記焦点位置が前記第２位置にあり、前記第１アライメントコイルの励磁電流値が前記第１電流値であり、前記第２アライメントコイルの励磁電流値が前記第２電流値から前記第１変化電流値だけ減少させた電流値である条件で取得された前記画像データと、の組である。

このような荷電粒子ビームの軸合わせ方法によれば、３つの画像データの組（第１〜第３組）から荷電粒子ビームの軸合わせのための第１アライメントコイルの励磁電流値および第２アライメントコイルの励磁電流値を求めることができる。このように荷電粒子ビームの軸合わせのための画像データの取得数が少なくて済むため、容易に荷電粒子ビームの軸合わせができる。したがって、装置の操作者の負担を軽減し、荷電粒子ビームの軸合わせに要する時間を短縮できる。

さらに、例えば対物レンズの軸外収差が大きい場合でも、荷電粒子ビームの軸合わせのための第１および第２アライメントコイルの励磁電流値を精度よく算出できる。

（２）本発明に係る荷電粒子ビームの軸合わせ方法において、
前記第１演算工程では、
前記第１組から、第１回転中心位置ベクトルを算出し、
前記第２組から、第２回転中心位置ベクトルを算出し、
前記第３組から、第３回転中心位置ベクトルを算出し、
前記第４組から、第４回転中心位置ベクトルを算出し、
前記第５組から、第５回転中心位置ベクトルを算出し、
前記第２回転中心位置ベクトルの大きさと前記第３回転中心位置ベクトルの大きさの和、前記第３回転中心位置ベクトルの大きさと前記第４回転中心位置ベクトルの大きさの和、前記第４回転中心位置ベクトルの大きさと前記第５回転中心位置ベクトルの大きさの和、前記第５回転中心位置ベクトルの大きさと前記第２回転中心位置ベクトルの大きさの和に基づいて、前記第１〜第５回転中心位置ベクトルを選択し、
前記第２演算工程では、選択された前記第１〜第５回転中心位置ベクトルに基づいて、前記荷電粒子ビームの軸合わせのための前記第１アライメントコイルの励磁電流値および前記第２アライメントコイルの励磁電流値を算出してもよい。

（３）本発明に係る荷電粒子ビームの軸合わせ方法において、
前記画像データ取得工程、前記第１演算工程、および前記第２演算工程を行った後に、前記第１電流値および前記第２電流値の少なくとも一方の値を変えて、前記画像データ取得工程、前記第１演算工程、および前記第２演算工程を行ってもよい。

このような荷電粒子ビームの軸合わせ方法によれば、荷電粒子ビームの軸合わせのための第１アライメントコイルの励磁電流値および第２アライメントコイルの励磁電流値を、より精度よく求めることができる。

（４）本発明に係る荷電粒子ビーム装置は、
荷電粒子ビームを第１方向に偏向させる第１アライメントコイル、および前記荷電粒子ビームを前記第１方向と交差する第２方向に偏向させる第２アライメントコイルによって前記荷電粒子ビームの軸を調整し、前記荷電粒子ビームを試料に照射して、試料から発生した信号を検出し画像データを取得する荷電粒子ビーム装置であって、
前記試料上における前記荷電粒子ビームの入射方向での焦点位置、前記第１アライメントコイルの励磁電流、および前記第２アライメントコイルの励磁電流の条件を変えて、前記画像データの組を複数取得する画像データ取得手段と、
前記画像データ取得手段により前記焦点位置を変えて取得された前記画像データの組の各々について、前記焦点位置の変化による像の回転に基づく像の回転中心の位置と、像の視野中心の位置と、を結ぶ回転中心位置ベクトルを算出する第１演算手段と、
前記第１演算手段が算出した前記回転中心位置ベクトルから、前記荷電粒子ビームの軸合わせのための前記第１アライメントコイルの励磁電流値および前記第２アライメントコイルの励磁電流値を算出する第２演算手段と、
を含み、
前記画像データ取得手段は、前記画像データの組である第１〜第３組を取得し、
前記第１組は、
前記焦点位置が第１位置にあり、前記第１アライメントコイルの励磁電流値が第１電流値であり、前記第２アライメントコイルの励磁電流値が第２電流値である条件で取得された前記画像データと、
前記焦点位置が前記第１位置と異なる第２位置にあり、前記第１アライメントコイルの励磁電流値が前記第１電流値であり、前記第２アライメントコイルの励磁電流値が前記第２電流値である条件で取得された前記画像データと、の組であり、
前記第２組は、
前記焦点位置が前記第１位置にあり、前記第１アライメントコイルの励磁電流値が前記第１電流値から第１変化電流値だけ変化させた電流値であり、前記第２アライメントコイ
ルの励磁電流値が前記第２電流値である条件で取得された前記画像データと、
前記焦点位置が前記第２位置にあり、前記第１アライメントコイルの励磁電流値が前記第１電流値から前記第１変化電流値だけ変化させた電流値であり、前記第２アライメントコイルの励磁電流値が前記第２電流値である条件で取得された前記画像データと、の組であり、
前記第３組は、
前記焦点位置が前記第１位置にあり、前記第１アライメントコイルの励磁電流値が前記第１電流値であり、前記第２アライメントコイルの励磁電流値が前記第２電流値から前記第１変化電流値だけ変化させた電流値である前記画像データと、
前記焦点位置が前記第２位置にあり、前記第１アライメントコイルの励磁電流値が前記第１電流値であり、前記第２アライメントコイルの励磁電流値が前記第２電流値から前記第１変化電流値だけ変化させた電流値である前記画像データと、の組であり、
前記画像データ取得手段は、さらに、前記画像データの組である第４組および第５組を取得し、
前記第２組は、
前記焦点位置が前記第１位置にあり、前記第１アライメントコイルの励磁電流値が前記第１電流値から前記第１変化電流値だけ増加させた電流値であり、前記第２アライメントコイルの励磁電流値が前記第２電流値である条件で取得された前記画像データと、
前記焦点位置が前記第２位置にあり、前記第１アライメントコイルの励磁電流値が前記第１電流値から前記第１変化電流値だけ増加させた電流値であり、前記第２アライメントコイルの励磁電流値が前記第２電流値である条件で取得された前記画像データと、の組であり、
前記第３組は、
前記焦点位置が前記第１位置にあり、前記第１アライメントコイルの励磁電流値が前記第１電流値であり、前記第２アライメントコイルの励磁電流値が前記第２電流値から前記第１変化電流値だけ増加させた電流値である条件で取得された前記画像データと、
前記焦点位置が前記第２位置にあり、前記第１アライメントコイルの励磁電流値が前記第１電流値であり、前記第２アライメントコイルの励磁電流値が前記第２電流値から前記第１変化電流値だけ増加させた電流値である条件で取得された前記画像データと、の組であり、
前記第４組は、
前記焦点位置が前記第１位置にあり、前記第１アライメントコイルの励磁電流値が前記第１電流値から前記第１変化電流値だけ減少させた電流値であり、前記第２アライメントコイルの励磁電流値が前記第２電流値である条件で取得された前記画像データと、
前記焦点位置が前記第２位置にあり、前記第１アライメントコイルの励磁電流値が前記第１電流値から前記第１変化電流値だけ減少させた電流値であり、前記第２アライメントコイルの励磁電流値が前記第２電流値である条件で取得された前記画像データと、の組であり、
前記第５組は、
前記焦点位置が前記第１位置にあり、前記第１アライメントコイルの励磁電流値が前記第１電流値であり、前記第２アライメントコイルの励磁電流値が前記第２電流値から前記第１変化電流値だけ減少させた電流値である条件で取得された前記画像データと、
前記焦点位置が前記第２位置にあり、前記第１アライメントコイルの励磁電流値が前記第１電流値であり、前記第２アライメントコイルの励磁電流値が前記第２電流値から前記第１変化電流値だけ減少させた電流値である条件で取得された前記画像データと、の組である。

このような荷電粒子ビーム装置によれば、３つの画像データの組（第１〜第３組）から荷電粒子ビームの軸合わせのための第１アライメントコイルの励磁電流値および第２アライメントコイルの励磁電流値を求めることができる。このように荷電粒子ビームの軸合わせのための画像データの取得数が少なくて済むため、容易に荷電粒子ビームの軸合わせができる。したがって、装置の操作者の負担を軽減し、荷電粒子ビームの軸合わせに要する時間を短縮できる。

さらに、例えば対物レンズの軸外収差が大きい場合でも、荷電粒子ビームの軸合わせのための第１および第２アライメントコイルの励磁電流値を精度よく算出できる。

（５）本発明に係る荷電粒子ビーム装置において、
前記第１演算手段は、
前記第１組から、第１回転中心位置ベクトルを算出し、
前記第２組から、第２回転中心位置ベクトルを算出し、
前記第３組から、第３回転中心位置ベクトルを算出し、
前記第４組から、第４回転中心位置ベクトルを算出し、
前記第５組から、第５回転中心位置ベクトルを算出し、
前記第２回転中心位置ベクトルの大きさと前記第３回転中心位置ベクトルの大きさの和、前記第３回転中心位置ベクトルの大きさと前記第４回転中心位置ベクトルの大きさの和、前記第４回転中心位置ベクトルの大きさと前記第５回転中心位置ベクトルの大きさの和、前記第５回転中心位置ベクトルの大きさと前記第２回転中心位置ベクトルの大きさの和に基づいて、前記第１〜第５回転中心位置ベクトルを選択し、
前記第２演算手段は、選択された前記第１〜第５回転中心位置ベクトルに基づいて、前記荷電粒子ビームの軸合わせのための前記第１アライメントコイルの励磁電流値および前記第２アライメントコイルの励磁電流値を算出してもよい。

第１実施形態に係る荷電粒子ビーム装置の構成を説明するための図。 第１実施形態に係る荷電粒子ビームの軸合わせ工程のフローチャート。 フレーム１〜１０の撮影条件を示す表。 回転中心位置ベクトルを説明するための図。 回転中心位置ベクトルの算出方法について説明するための図。 回転中心位置ベクトルＵ０〜Ｕ４を示す図。 ベクトルＡ，Ｂ，Ｃの関係を示す図。 ベクトルＡ，Ｃ，Ｌの距離とＸアライメントコイルの励磁電流値との関係を示す図。 ベクトルＡ，Ｂ，Ｋの距離とアライメントコイルの励磁電流値との関係を示す図。 第２実施形態に係る荷電粒子ビームの軸合わせ工程のフローチャート。 第３実施形態に係る荷電粒子ビームの軸合わせ工程のフローチャート。 アライメントコイルの励磁電流の初期値の探索点１〜９を説明するための図。 従来の走査型電子顕微鏡の一例を示す図。 従来の荷電粒子ビームの軸合わせ方法について説明するための図。

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． 荷電粒子ビーム装置の構成
まず、第１実施形態に係る荷電粒子ビーム装置１００の構成について説明する。図１は、本実施形態に係る荷電粒子ビーム装置１００の構成を説明するための図である。ここでは、荷電粒子ビーム装置１００が走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）である場合について説明する。

荷電粒子ビーム装置１００は、図１に示すように、荷電粒子ビーム源４と、加速電圧用高圧電源５と、対物レンズ絞り８と、Ｘアライメントコイル１０ａと、Ｙアライメントコイル１０ｂと、アライメントコイル駆動アンプ１１と、開き角補正レンズ１２と、対物レンズ１４と、対物レンズ駆動アンプ１５と、走査コイル１６と、試料ステージ２０と、電子検出器２２と、観察画像表示装置２４と、軸合わせ用撮影条件設定装置３０と、メモリー３２（フレームメモリー３２ａ）と、画像変位ベクトル演算器３４と、像回転中心演算器３５と、最適値演算器３６と、を含んでいる。

荷電粒子ビーム源４は、例えば、公知の電子銃であり、陰極から放出された電子を陽極で加速し荷電粒子ビーム（電子ビーム）Ｂを放出する。

加速電圧用高圧電源５は、荷電粒子ビーム源４に対して、陰極から放出された電子を加速するための加速電圧を供給する。

対物レンズ絞り８は、対物レンズ１４に入射する荷電粒子ビームＢのうち、光軸近傍の荷電粒子ビームＢだけを通して、それ以外を遮蔽する。

Ｘアライメントコイル（第１アライメントコイル）１０ａおよびＹアライメントコイル（第２アライメントコイル）１０ｂは、荷電粒子ビームＢの軸調整を行うことができる。Ｘアライメントコイル１０ａは、Ｘ方向に対向する１組のコイルを有し、荷電粒子ビームＢをＸ方向（第１方向）に偏向させることができる。Ｙアライメントコイル１０ｂは、Ｘ方向と交差（直交）するＹ方向（第２方向）に対向する１組のコイルを有し、荷電粒子ビームＢをＹ方向に偏向させることができる。すなわち、Ｘアライメントコイル１０ａおよびＹアライメントコイル１０ｂによって、荷電粒子ビームＢの二次元的な偏向が可能となる。すなわち、Ｘアライメントコイル１０ａは、荷電粒子ビームＢをＸ方向に偏向させ（Ｘ軸に沿って偏向させ）、Ｙアライメントコイル１０ｂは、荷電粒子ビームＢをＹ方向に偏向させる（Ｙ軸に沿って偏向させる）。なお、Ｚ方向は、例えば、対物レンズ１４の光軸に沿う方向である。アライメントコイル１０ａ，１０ｂの励磁電流は、アライメントコイル駆動アンプ１１から供給される。アライメントコイル１０ａ，１０ｂに流れる励磁電流量を制御することによって、荷電粒子ビーム鏡筒２内における荷電粒子ビームＢの偏向を二次元的に制御することができる。

なお、荷電粒子ビームＢに対するＸアライメントコイル１０ａの偏向方向とＹアライメントコイル１０ｂの偏向方向とは、荷電粒子ビームＢを二次元的に偏向できれば、直交していなくてもよい。

開き角補正レンズ１２は、荷電粒子ビームＢの開き角を補正することができる。

対物レンズ１４は、荷電粒子ビームＢを試料Ｓの表面で集束させる。対物レンズ１４は、対物レンズ駆動アンプ１５と接続され、対物レンズ１４の励磁電流は、対物レンズ駆動アンプ１５から供給される。

走査コイル１６は、荷電粒子ビームＢの試料Ｓ上での走査を行うための電磁コイルである。

試料ステージ２０は、試料Ｓを支持し、試料Ｓの水平移動、上下移動、回転、傾斜などの動作を行うことができる。

荷電粒子ビーム源４、対物レンズ絞り８、Ｘアライメントコイル１０ａ、Ｙアライメントコイル１０ｂ、開き角補正レンズ１２、対物レンズ１４、および走査コイル１６は、荷電粒子ビーム鏡筒２に収容されている。

電子検出器２２は、集束された荷電粒子ビームＢの走査に基づいて、試料Ｓの表面から放出される二次電子や反射電子を検出する。電子検出器２２によって検出された二次電子や反射電子の強度信号は、荷電粒子ビームＢの走査信号と同期された画像データとして、フレームメモリー３２ａに記憶される。なお、荷電粒子ビームＢの走査時においては、当該走査信号に基づく励磁電流が走査コイル１６に供給される。

メモリー３２は、画像データを記憶するためのフレームメモリー３２ａを有している。メモリー３２は、さらに、画像データの撮影条件を記憶してもよい。

観察画像表示装置２４は、フレームメモリー３２ａに記憶された画像データに基づいて、画像（ＳＥＭ像）を表示する。

軸合わせ用撮影条件設定装置３０は、対物レンズ１４及び走査コイル１６を通過した後の荷電粒子ビームＢの焦点、およびアライメントコイル１０ａ，１０ｂの励磁電流の条件を変えて、画像データを取得することができる。軸合わせ用撮影条件設定装置３０は、荷電粒子ビーム源４における加速電圧およびアライメントコイル１０ａ，１０ｂの励磁電流を制御して撮影条件を変えながら複数の画像（フレーム）を撮影し、メモリー３２に画像データおよび撮影条件を記憶させることができる。軸合わせ用撮影条件設定装置３０は、加速電圧用高圧電源５に接続されており、加速電圧用高圧電源５を介して加速電圧を制御する。これにより、対物レンズ１４及び走査コイル１６を通過した後の荷電粒子ビームＢの焦点位置を制御することができる。この結果、試料Ｓ上における荷電粒子ビームＢの試料Ｓへの入射方向での焦点位置が制御される。また、軸合わせ用撮影条件設定装置３０は、アライメントコイル駆動アンプ１１に接続されており、アライメントコイル駆動アンプ１１を介して、アライメントコイル１０ａ，１０ｂの励磁電流を制御する。

画像変位ベクトル演算器３４、像回転中心演算器３５、および最適値演算器３６は、フレームメモリー３２ａに保存された画像データから、荷電粒子ビームＢの軸を合わせるためのＸアライメントコイル１０ａの励磁電流値およびＹアライメントコイル１０ｂの励磁電流値を算出する。この算出された励磁電流値は、最適値演算器３６からアライメントコイル駆動アンプ１１に出力される。

画像変位ベクトル演算器３４および像回転中心演算器３５（第１演算手段の一例）は、軸合わせ用撮影条件設定装置３０により焦点位置を変えて取得された画像データの組の各々について、焦点位置の変化による像の回転に基づく像の回転中心の位置と、像の視野中心の位置と、を結ぶ回転中心位置ベクトルを算出する。

最適値演算器３６（第２演算手段の一例）は、像回転中心演算器３５が算出した回転中心位置ベクトルから、荷電粒子ビームＢの軸を合わせるためのＸアライメントコイル１０ａの励磁電流値およびＹアライメントコイル１０ｂの励磁電流値を算出する。

１．２． 荷電粒子ビーム装置の動作
次に、第１実施形態に係る荷電粒子ビーム装置１００の動作について説明する。

図２は、本実施形態に係る荷電粒子ビーム装置１００の軸合わせ工程を示すフローチャートである。ここで、荷電粒子ビーム装置における荷電粒子ビームの軸合わせとは、荷電粒子ビームＢの軸（ビーム軸）を対物レンズ１４の光軸に一致させる操作をいう。

まず、軸合わせ用撮影条件設定装置３０によって第１〜第１０画像データを取得する（Ｓ１０）。軸合わせ用撮影条件設定装置３０は、加速電圧、Ｘアライメントコイル１０ａの励磁電流、およびＹアライメントコイル１０ｂの励磁電流の条件を変えたフレーム１〜１０を撮影して、第１〜第１０画像データを取得する。軸合わせ用撮影条件設定装置３０によって撮影されたフレーム１〜１０は、第１〜第１０画像データとして、フレームメモリー３２ａに記憶される。また、フレーム１〜１０（第１〜第１０画像データ）の撮影条件は、メモリー３２に記憶される。

図３は、フレームの撮影条件を示す表である。各フレームの撮影条件は、図３に示すように、（加速電圧，Ｘアライメントコイルの励磁電流値，Ｙアライメントコイルの励磁電流値）として、フレーム１が（ＨＶ＋Ｖ１，Ｘ＝ＯＲＧ＿Ｘ，Ｙ＝ＯＲＧ＿Ｙ）、フレーム２が（ＨＶ＋Ｖ２，Ｘ＝ＯＲＧ＿Ｘ，Ｙ＝ＯＲＧ＿Ｙ）、フレーム３が（ＨＶ＋Ｖ１，Ｘ＝ＯＲＧ＿Ｘ＋ＡＬ＿２，Ｙ＝ＯＲＧ＿Ｙ）、フレーム４が（ＨＶ＋Ｖ２，Ｘ＝ＯＲＧ＿Ｘ＋ＡＬ＿２，Ｙ＝ＯＲＧ＿Ｙ）、フレーム５が（ＨＶ＋Ｖ１，Ｘ＝ＯＲＧ＿Ｘ，Ｙ＝ＯＲＧ＿Ｙ＋ＡＬ＿２）、フレーム６が（ＨＶ＋Ｖ２，Ｘ＝ＯＲＧ＿Ｘ，Ｙ＝ＯＲＧ＿Ｙ＋ＡＬ＿２）、フレーム７が（ＨＶ＋Ｖ１，Ｘ＝ＯＲＧ＿Ｘ−ＡＬ＿２，Ｙ＝ＯＲＧ＿Ｙ)、フレーム８が（ＨＶ＋Ｖ２，Ｘ＝ＯＲＧ＿Ｘ−ＡＬ＿２，Ｙ＝ＯＲＧ＿Ｙ）、フレーム９が（ＨＶ＋Ｖ１，Ｘ＝ＯＲＧ＿Ｘ，Ｙ＝ＯＲＧ＿Ｙ−ＡＬ＿２)、フレーム１０が（ＨＶ＋Ｖ２，Ｘ＝ＯＲＧ＿Ｘ，Ｙ＝ＯＲＧ＿Ｙ−ＡＬ＿２)である。

ここで、ＨＶは、軸合わせ開始時の加速電圧であり、Ｖ１，Ｖ２は、加速電圧の微小変更量である。すなわち、フレーム１〜１０において、対物レンズ１４及び走査コイル１６を通過した後の荷電粒子ビームＢの焦点の位置は、加速電圧がＨＶ＋Ｖ１のときの焦点位置（第１位置）、又は加速電圧がＨＶ＋Ｖ２のときの焦点位置（第２位置）の２つの位置のいずれかにある。ＯＲＧ＿Ｘ（第１電流値）は、軸合わせ開始時のＸアライメントコイル１０ａの励磁電流値（初期値）であり、ＯＲＧ＿Ｙ（第２電流値）は、軸合わせ開始時のＹアライメントコイル１０ｂの励磁電流値（初期値）である。ＡＬ＿２は、アライメントコイル１０ａ，１０ｂの電流値の変更量（変化電流量）である。本実施形態では、例えば、加速電圧ＨＶ＝１０ｋＶで、変更量Ｖ１＝−５０Ｖ、変更量Ｖ２＝＋５０Ｖとする。さらに、例えば、初期値ＯＲＧ＿Ｘ＝１０ｍＡ、初期値ＯＲＧ＿Ｙ＝２０ｍＡで、ＡＬ＿２＝＋１０ｍＡとする。これらの値は後述する工程で回転中心位置ベクトルが正常に求められれば特に限定されない。

本工程では、軸合わせ用撮影条件設定装置３０は、アライメントコイル１０ａ，１０ｂの励磁電流が初期値ＯＲＧ＿Ｘ，ＯＲＧ＿Ｙの状態で加速電圧を変化させて撮影されたフレーム１とフレーム２から、第１画像データと、第２画像データと、からなる画像データの組（第１組）を取得する。また、軸合わせ用撮影条件設定装置３０は、Ｘアライメントコイル１０ａの励磁電流を初期値ＯＲＧ＿Ｘから変化電流量ＡＬ＿２だけ増加させた状態で加速電圧を変化させて撮影されたフレーム３とフレーム４から、第３画像データと、第４画像データと、からなる画像データの組（第２組）を取得する。また、軸合わせ用撮影条件設定装置３０は、Ｙアライメントコイル１０ｂの励磁電流を初期値ＯＲＧ＿Ｙから変化電流量ＡＬ＿２だけ増加させた状態で加速電圧を変化させて撮影されたフレーム５とフレーム６から、第５画像データと、第６画像データと、からなる画像データの組（第３組）を取得する。また、軸合わせ用撮影条件設定装置３０は、Ｘアライメントコイル１０ａの励磁電流を初期値ＯＲＧ＿Ｘから変化電流量ＡＬ＿２だけ減少させた状態で加速電圧を変化させて撮影されたフレーム７とフレーム８から、第７画像データと、第８画像データと、からなる画像データの組（第４組）を取得する。また、軸合わせ用撮影条件設定装置３０は、Ｙアライメントコイル１０ｂの励磁電流を初期値ＯＲＧ＿Ｙから変化電流量ＡＬ＿２だけ減少させた状態で加速電圧を変化させて撮影されたフレーム９とフレーム１０から、第９画像データと、第１０画像データと、からなる画像データの組（第５組）を取得する。

すなわち、第１組は、荷電粒子ビームＢの焦点位置が第１位置にあり、Ｘアライメントコイル１０ａの励磁電流値が初期値ＯＲＧ＿Ｘであり、Ｙアライメントコイル１０ｂの励磁電流値が初期値ＯＲＧ＿Ｙである条件で取得された第１画像データと、荷電粒子ビームＢの焦点位置が第２位置にあり、Ｘアライメントコイル１０ａの励磁電流値が初期値ＯＲＧ＿Ｘであり、Ｙアライメントコイル１０ｂの励磁電流値が初期値ＯＲＧ＿Ｙである条件で取得された第２画像データと、の組である。

第２組は、荷電粒子ビームＢの焦点位置が第１位置にあり、Ｘアライメントコイル１０ａの励磁電流値が初期値ＯＲＧ＿Ｘから変化電流値ＡＬ＿２だけ増加させた電流値であり、第２アライメントコイルの励磁電流値が初期値ＯＲＧ＿Ｙである条件で取得された第３画像データと、荷電粒子ビームＢの焦点位置が第２位置にあり、Ｘアライメントコイル１０ａの励磁電流値が初期値ＯＲＧ＿Ｘから変化電流値ＡＬ＿２だけ増加させた電流値であり、Ｙアライメントコイル１０ｂの励磁電流値が初期値ＯＲＧ＿Ｙである条件で取得された第４画像データと、の組である。

第３組は、荷電粒子ビームＢの焦点位置が第１位置にあり、Ｘアライメントコイル１０ａの励磁電流値が初期値ＯＲＧ＿Ｘであり、Ｙアライメントコイル１０ｂの励磁電流値が初期値ＯＲＧ＿Ｙから変化電流値ＡＬ＿２だけ増加させた電流値である条件で取得された第５画像データと、荷電粒子ビームＢの焦点位置が第２位置にあり、Ｘアライメントコイル１０ａの励磁電流値が初期値ＯＲＧ＿Ｘであり、Ｙアライメントコイル１０ｂの励磁電流値が初期値ＯＲＧ＿Ｙから変化電流値ＡＬ＿２だけ増加させた電流値である条件で取得された第６画像データと、の組である。

第４組は、荷電粒子ビームＢの焦点位置が第１位置にあり、Ｘアライメントコイル１０ａの励磁電流値が初期値ＯＲＧ＿Ｘから変化電流値ＡＬ＿２だけ減少させた電流値であり、Ｙアライメントコイル１０ｂの励磁電流値が初期値ＯＲＧ＿Ｙである条件で取得された第７画像データと、荷電粒子ビームＢの焦点位置が第２位置にあり、Ｘアライメントコイル１０ａの励磁電流値が初期値ＯＲＧ＿Ｘから変化電流値ＡＬ＿２だけ減少させた電流値であり、Ｙアライメントコイル１０ｂの励磁電流値が初期値ＯＲＧ＿Ｙである条件で取得された第８画像データと、の組である。

第５組は、荷電粒子ビームＢの焦点位置が第１位置にあり、Ｘアライメントコイル１０ａの励磁電流値が初期値ＯＲＧ＿Ｘであり、Ｙアライメントコイル１０ｂの励磁電流値が初期値ＯＲＧ＿Ｙから変化電流値ＡＬ＿２だけ減少させた電流値である条件で取得された第９画像データと、荷電粒子ビームＢの焦点位置が第２位置にあり、Ｘアライメントコイル１０ａの励磁電流値が初期値ＯＲＧ＿Ｘであり、Ｙアライメントコイル１０ｂの励磁電流値が初期値ＯＲＧ＿Ｙから変化電流値ＡＬ＿２だけ減少させた電流値である条件で取得された第１０画像データと、の組である。

次に、画像変位ベクトル演算器３４および像回転中心演算器３５が、荷電粒子ビームＢの焦点位置を変えて取得した画像データの組（第１〜第５組）の各々について、荷電粒子ビームＢの焦点位置の変化による像の回転に基づく像の回転中心の位置と、像の視野中心の位置と、を結ぶ回転中心位置ベクトルを算出する（Ｓ１１）。

画像変位ベクトル演算器３４および像回転中心演算器３５は、第１組（フレーム１（第１画像データ）とフレーム２（第２画像データ））の回転中心位置ベクトルを第１回転中心位置ベクトルＵ０、第２組（フレーム３（第３画像データ）とフレーム４（第４画像データ））の回転中心位置ベクトルを第２回転中心位置ベクトルＵ１、第３組（フレーム５（第５画像データ）とフレーム６（第６画像データ））の回転中心位置ベクトルを第３回転中心位置ベクトルＵ２、第４組（フレーム７（第７画像データ）とフレーム８（第８画像データ））の回転中心位置ベクトルを第４回転中心位置ベクトルＵ３、第５組（フレーム９（第９画像データ）とフレーム１０（第１０画像データ））の回転中心位置ベクトルを第５回転中心位置ベクトルＵ４、として算出する。

ここで、回転中心位置ベクトルとは、荷電粒子ビームＢの入射方向での焦点位置の変化による像の回転に基づく像の回転中心の位置と、像の視野中心の位置と、を結ぶベクトルである。図４は、回転中心位置ベクトルについて説明するための図である。図４は、取得された画像フレームを示す。例えば、加速電圧を微小変化（荷電粒子ビームの焦点位置を変化）させたときに、像はある点αを中心にして回転するような動きを示し、荷電粒子ビームＢの軸があっている場合はその回転の中心αが視野の中心βと一致することとなる。この像の回転は、対物レンズ１４の光軸の中心と、その周辺とでは、対物レンズ１４の像面湾曲のためにフォーカス位置（焦点位置）が異なることによりおこる現象である。特に、この現象は、観察倍率が低い場合に顕著になる。このように磁場レンズでは、フォーカス位置によって像が回転する。回転中心位置ベクトル（図示の例では、回転中心位置ベクトルＵ０）において、像の回転中心の位置とは、この現象によって起こる像の回転の中心αの位置である。像の回転中心の位置は、アライメントコイル１０ａ，１０ｂの励磁電流値を変えることで、移動する。また、回転中心位置ベクトルにおいて、像の視野中心の位置とは、各フレーム（画像）の中心βの位置をいい、像の回転中心αの位置が、像の視野中心βの位置になるようにアライメントコイル１０ａ，１０ｂの励磁電流値を算出することで荷電粒子ビームの軸合わせを行うことができる。なお、画像データの組を構成する２つのフレーム（画像データ）間において、像の回転中心αの位置は、不動であり、像の視野中心βの位置は、不動である。すなわち、画像データの組を構成する２つのフレーム（画像データ）において、像の回転中心αの位置は、互いに同じであり、像の視野中心βの位置は、互いに同じである。

第１〜第５回転中心位置ベクトルＵ０〜Ｕ４の算出方法について説明する。ここでは、フレーム１（第１画像データ）とフレーム２（第２画像データ）から第１回転中心位置ベクトルＵ０を算出する場合について説明する。図５は、回転中心位置ベクトルの算出方法について説明するための図である。図５では、フレーム１とフレーム２とを、重ねた画像フレームを模式的に示す。

まず、画像変位ベクトル演算器３４は、フレーム１（第１画像データ）から、図５に示すように、Ｒ×Ｓ個のブロックを切り出してブロックＡｂ＿１（ｋ，ｉ）とする。同様に、フレーム２（第２画像データ）から、Ｒ×Ｓ個のブロックを切り出してブロックＡｂ＿２（ｋ，ｉ）とする。ただし、１≦ｋ≦Ｒ、１≦ｉ≦Ｓである。図５の例では、１つのフレームから、３×３個（Ｒ＝３，Ｓ＝３）のブロックを切り出している。

次に、画像変位ベクトル演算器３４は、ブロックＡｂ＿１とブロックＡｂ＿２について同じ（ｋ．ｉ）の値で示されるブロック、つまり、フレーム１およびフレーム２において、対応する同じ位置のブロックについて画像変位ベクトルＶを求める。ここで、画像変位ベクトルＶとは、２つのフレーム間での像の位置ずれ量および像のずれの方向を示すベクトルである。画像変位ベクトルＶのＸ成分は、ＶＥＣＴＯＲ＿Ｘ１（ｋ，ｉ）、画像変位ベクトルＶのＹ成分は、ＶＥＣＴＯＲ＿Ｙ１（ｋ，ｉ）とする。例えば、Ａｂ＿１（１，１）、Ａｂ＿２（１，１）についての画像変位ベクトルＶのＸ成分は、ＶＥＣＴＯＲ＿Ｘ１（１，１）、Ｙ成分は、ＶＥＣＴＯＲ＿Ｙ１（１，１）となる。

画像変位ベクトルＶの算出方法は、例えば、２つのブロック（画像）の相互相関演算によるブロックマッチングで行う。相互相関演算は、２つの画像の二次元フーリエ変換の複素共役の積の逆フーリエ変換で実行する。二次元の相互相関演算結果の最大値の座標が像の画像変位ベクトルとなる。

次に、像回転中心演算器３５が、図５に示すように、ＶＥＣＴＯＲ＿Ｙ１（ｋ，ｉ）のｙ方向のブロックについての平均を求めそれをＹ＿ＶＥＣＴＯＲ＿ＭＥＡＮ（ｘ）とする。図５の例では、ＶＥＣＴＯＲ＿Ｙ１（１，１）と、ＶＥＣＴＯＲ＿Ｙ１（１，２）と、ＶＥＣＴＯＲ＿Ｙ１（１，３）とを平均して、Ｙ＿ＶＥＣＴＯＲ＿ＭＥＡＮ（ｘ）（図５のＭ１）を求め、ＶＥＣＴＯＲ＿Ｙ１（２，１）と、ＶＥＣＴＯＲ＿Ｙ１（２，２）と、ＶＥＣＴＯＲ＿Ｙ１（２，３）とを平均して、Ｙ＿ＶＥＣＴＯＲ＿ＭＥＡＮ（ｘ）（図５のＭ２）を求め、ＶＥＣＴＯＲ＿Ｙ１（３，１）と、ＶＥＣＴＯＲ＿Ｙ１（３，２）と、ＶＥＣＴＯＲ＿Ｙ１（３，３）とを平均して、Ｙ＿ＶＥＣＴＯＲ＿ＭＥＡＮ（ｘ）（図５のＭ３）を求める。

同様に、像回転中心演算器３５が、ＶＥＣＴＯＲ＿Ｘ１（ｋ，ｉ）のｘ方向のブロックについての平均を求めそれをＸ＿ＶＥＣＴＯＲ＿ＭＥＡＮ（ｙ）とする。

次に、像回転中心演算器３５が、図５に示すように、Ｙ＿ＶＥＣＴＯＲ＿ＭＥＡＮの各点（Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３）を最小二乗近似する二次関数を求める。この二次関数の画像中心に近い根を回転中心のＸ成分検出値ＣＥＮＴＥＲ＿Ｘとする。同様に、Ｘ＿ＶＥＣＴＯＲ＿ＭＥＡＮの各点を最小二乗近似する二次関数を求める。この二次関数の画像中心に近い根を回転中心のＹ成分検出値ＣＥＮＴＥＲ＿Ｙとする。これにより、回転中心位置ベクトルＵ０＝（ＣＥＮＴＥＲ＿Ｘ，ＣＥＮＴＥＲ＿Ｙ）を算出することができる。

なお、ここでは、各ブロックにおける画像変位ベクトルＶのｙ成分およびｘ成分の平均値を二次関数で近似してその根を回転中心位置ベクトルのｘ成分およびｙ成分としたが、一次関数で近似して回転中心位置ベクトルのｘ成分およびｙ成分を算出してもよい。

以上の動作により、回転中心位置ベクトルＵ０を求めることができる。同様の動作により、画像変位ベクトル演算器３４および像回転中心演算器３５は、第２組（フレーム３、フレーム４）から第２回転中心位置ベクトルＵ１を算出し、第３組（フレーム５、フレーム６）から第３回転中心位置ベクトルＵ２を算出し、第４組（フレーム７、フレーム８）から第４回転中心位置ベクトルＵ３を算出し、第５組（フレーム９、フレーム１０）から第５回転中心位置ベクトルＵ４を算出する。

なお、回転中心位置ベクトルの算出方法は、これに限定されず、例えば、図５において、各ブロックの画像変位ベクトルＶの法線に基づいて、回転中心を求めてもよい。例えば、角ブロックの画像変位ベクトルＶの法線が最も多く交わる点を回転中心としてもよい。これにより、回転中心位置ベクトルＵ０〜Ｕ４を算出することができる。

図６は、回転中心位置ベクトルＵ０〜Ｕ４を示す図である。ここで、図６に示すように、象限１〜象限４までの４つの象限について、Ｘアライメントコイル１０ａの励磁電流およびＹアライメントコイル１０ｂの励磁電流の両方ともプラス方向（増加させる方向）に変化させる方向を象限１とし、Ｘアライメントコイル１０ａの励磁電流をマイナス方向（減少させる方向）に変化させ、Ｙアライメントコイル１０ｂの励磁電流をプラス方向に変化させる方向を象限２とし、Ｘアライメントコイル１０ａの励磁電流およびＹアライメントコイル１０ｂの励磁電流の両方ともマイナス方向に変化させる方向を象限３とし、Ｘアライメントコイル１０ａの励磁電流をプラス方向に変化させ、Ｙアライメントコイル１０ｂの励磁電流をマイナス方向に変化させる方向を象限４とする。

像回転中心演算器３５は、Ｕ１〜Ｕ４で示される４つの点（位置）と、視野中心βの位置とを結ぶ４つのベクトルのうち、隣り合う２つの回転中心位置ベクトルの大きさの和が一番小さいベクトルの組に対応する象限を対物レンズ１４の軸中心方向とする。つまり、｜Ｕ１｜＋｜Ｕ２｜、｜Ｕ２｜＋｜Ｕ３｜、｜Ｕ３｜＋｜Ｕ４｜、｜Ｕ４｜＋｜Ｕ１｜のうち、一番小さなものを軸中心方向とする。なお、回転中心位置ベクトルの組み合わせと象限の関係は、Ｕ１，Ｕ２が象限１、Ｕ２，Ｕ３が象限２、Ｕ３，Ｕ４が象限３、Ｕ４，Ｕ１が象限４である。図６の例では、｜Ｕ４｜＋｜Ｕ１｜が一番小さいので、象限４が軸中心方向として検出される。上述のように、回転中心位置ベクトルＵ４は、フレーム９、フレーム１０から算出されたものであり、回転中心位置ベクトルＵ１は、フレーム３、フレーム４から算出されたものである。フレーム９とフレーム１０は、Ｙアライメントコイル１０ｂの励磁電流をマイナス方向に変化させて撮影されたものであり、フレーム３とフレーム４は、Ｘアライメントコイル１０ａの励磁電流をプラス方向に変化させて撮影されたものである。したがって、回転中心位置ベクトルＵ４と、回転中心位置ベクトルＵ１の組み合わせは、図６に示す象限４に対応する。

次に、最適値演算器３６（第２演算手段の一例）が、回転中心位置ベクトルＵ０〜Ｕ４から、荷電粒子ビームＢの軸合わせのためのＸアライメントコイル１０ａの励磁電流値およびＹアライメントコイル１０ｂの励磁電流値を算出する（Ｓ１２，Ｓ１３）。

最適値演算器３６は、回転中心位置ベクトルＵ０〜Ｕ４と、アライメントコイル１０ａ，１０ｂの励磁電流値の変化電流値ＡＬ＿２とに基づいて、最適なアライメントコイル１０ａ，１０ｂの励磁電流値を以下のようにして算出する。

アライメントコイル１０ａ，１０ｂの励磁電流値が初期値（ＯＲＧ＿Ｘ、ＯＲＧ＿Ｙ）の状態での回転中心位置ベクトルをＡ（ａ，ｂ）＝Ｕ０とする。選ばれた象限での回転中心位置ベクトルをＢ（ｃ，ｄ）、Ｃ（ｅ，ｆ）とする。象限１が選ばれた場合は、Ｂ＝Ｕ２、Ｃ＝Ｕ１とする。象限２が選ばれた場合は、Ｂ＝Ｕ２、Ｃ＝Ｕ３とする。象限３が選ばれた場合は、Ｂ＝Ｕ４、Ｃ＝Ｕ３とする。象限４が選ばれた場合は、Ｂ＝Ｕ４、Ｃ＝Ｕ１とする。このベクトルＡ、Ｂ、Ｃから、視野中心でのアライメントコイル１０ａ，１０ｂの励磁電流値を、一次関数で推定する。

図７は、ベクトルＡ，Ｂ，Ｃの関係を示す図である。横軸ｘは、回転中心位置ベクトル座標系におけるｘ成分を示し、縦軸ｙは、回転中心位置ベクトル座標系におけるｙ成分を示す。ここでは、（ｘ、ｙ）＝（０，０）のときに、アライメントコイル１０ａ，１０ｂの励磁電流値が最適になるものとする。

最適値演算器３６は、図７に示す、Ｘアライメントコイル１０ａの励磁電流の最適推定点での回転中心位置ベクトルＬ（ｓ，ｔ）、およびＹアライメントコイル１０ｂの励磁電流の最適推定点での回転中心位置ベクトルＫ（ｇ，ｈ）を算出する（Ｓ１２）。

ここで、Ｘアライメントコイル１０ａの励磁電流の最適推定点とは、Ｘアライメントコイル１０ａの励磁電流値が最適値Ｘ３（Ｘ方向の荷電粒子ビームの軸が合ったときのＸアライメントコイルの励磁電流値）となる回転中心位置ベクトル座標上の点である。また、Ｙアライメントコイル１０ｂの励磁電流の最適推定点とは、Ｙアライメントコイル１０ｂの励磁電流値が最適値Ｙ３（Ｙ方向の荷電粒子ビームの軸が合ったときのＹアライメントコイルの励磁電流値）となる回転中心位置ベクトル座標上の点である。

図７に示すように、直線ＡＣが、直線ＡＢと平行で原点を通る直線Ｌ１と交わる点がＬ（ｓ，ｔ）である。同様に、直線ＡＢが、直線ＡＣと平行で原点を通る直線Ｌ２と交わる点がＫ（ｇ，ｈ）である。Ｌ点では、Ｘアライメントコイル１０ａの励磁電流が最適値になる。また、Ｋ点では、Ｙアライメントコイル１０ｂの励磁電流が最適値になる。

回転中心位置ベクトルＫ（ｇ，ｈ）、回転中心位置ベクトルＬ（ｓ，ｔ）は、下記式１〜式４から算出する。

最適値演算器３６は、ベクトルＡ、およびベクトルＣでのＸアライメントコイル１０ａの励磁電流値からベクトルＫでのＸアライメントコイル１０ａの励磁電流値（最適値Ｘ３）を算出する。

図８は、ベクトルＡ，Ｃ，Ｌの距離とＸアライメントコイルの励磁電流値との関係を示す図である。図８に示すように、ベクトルＡでの励磁電流値ＯＲＧ＿Ｘ、ベクトルＣでの励磁電流値ＯＲＧ＿Ｘ＋ＡＬ＿２からＸアライメントコイル１０ａの励磁電流の最適値Ｘ３を算出する。最適値演算器３６は、例えば、メモリー３２に記憶されたベクトルＡ，Ｃでの励磁電流値ＯＲＧ＿Ｘ，ＯＲＧ＿Ｘ＋ＡＬ＿２を用いて算出を行う。Ｘアライメントコイル１０ａの励磁電流の最適値Ｘ３を求める式は、下記式５、６のとおりである。なお、式５は、図８に示すベクトルＡの座標Ａ点が、ベクトルＣの座標Ｃ点とベクトルＬの座標Ｌ点との間にある場合の式であり、式６は、ベクトルＡの座標Ａ点が、ベクトルＣの座標Ｃ点とベクトルＬの座標Ｌ点との間にない場合の式である。

ただし、ＸＡは、ベクトルＡでの励磁電流値ＯＲＧ＿Ｘである。また、象限１が選ばれた場合、ＸＣ＝ＯＲＧ＿Ｘ＋ＡＬ＿２である。象限２が選ばれた場合、ＸＣ＝ＯＲＧ＿Ｘ−ＡＬ＿２である。象限３が選ばれた場合、ＸＣ＝ＯＲＧ＿Ｘ−ＡＬ＿２である。象限４が選ばれた場合、ＸＣ＝ＯＲＧ＿Ｘ＋ＡＬ＿２である。

図９は、ベクトルＡ，Ｂ，Ｋの距離とＹアライメントコイル１０ｂの励磁電流値との関係を示す図である。最適値演算器３６は、図１０に示すように、ベクトルＡでの励磁電流値ＯＲＧ＿Ｙ、ベクトルＢでの励磁電流値ＯＲＧ＿Ｙ＋ＡＬ＿２からＹアライメントコイル１０ｂの励磁電流の最適値Ｙ３を算出する。Ｙアライメントコイル１０ｂの励磁電流の最適値Ｙ３を求める式は、下記式７、８のとおりである。なお、式７は、ベクトルＡの座標Ａ点が、ベクトルＢの座標Ｂ点とベクトルＫの座標Ｋ点との間にある場合の式であり、式８は、ベクトルＡの座標Ａ点が、ベクトルＢの座標Ｂ点とベクトルＫの座標Ｋ点との間にない場合の式である。

ただし、ＹＡは、ベクトルＡでの励磁電流値ＯＲＧ＿Ｙである。また、象限１が選ばれた場合、ＹＢ＝ＯＲＧ＿Ｙ＋ＡＬ＿２である。象限２が選ばれた場合、ＹＢ＝ＯＲＧ＿Ｙ＋ＡＬ＿２である。象限３が選ばれた場合、ＹＢ＝ＯＲＧ＿Ｙ−ＡＬ＿２である。象限４が選ばれた場合、ＹＢ＝ＯＲＧ＿Ｙ−ＡＬ＿２である。

以上の工程により、Ｘアライメントコイル１０ａの励磁電流の最適値Ｘ３およびＹアライメントコイル１０ｂの励磁電流の最適値Ｙ３を算出することができる。

次に、最適値演算器３６は、算出したアライメントコイル１０ａ，１０ｂの励磁電流の最適値Ｘ３，Ｙ３に基づいて制御信号を生成し、この制御信号をアライメントコイル駆動アンプ１１に出力して、Ｘアライメントコイル１０ａの励磁電流が最適値Ｘ３となり、Ｙアライメントコイル１０ｂの励磁電流が最適値Ｙ３となるように制御する。

以上の工程により、荷電粒子ビームＢの軸合わせを行うことができる。

本実施形態によれば、上述のように、５つの画像データの組（第１〜第５組）から、アライメントコイル１０ａ，１０ｂの励磁電流の最適値Ｘ３，Ｙ３を求めることができる。すなわち、１０枚の画像（フレーム１〜１０）から、アライメントコイル１０ａ，１０ｂの励磁電流の最適値Ｘ３，Ｙ３を求めることができる。このように荷電粒子ビームの軸合わせのための画像データの取得数が少なくて済むため、容易に荷電粒子ビームの軸合わせができる。したがって、装置の操作者の負担を軽減し、荷電粒子ビームの軸合わせに要する時間を短縮することができる。

本実施形態によれば、アライメントコイル１０ａ，１０ｂの励磁電流の初期値（ＯＲＧ＿Ｘ，ＯＲＧ＿Ｙ）と、該初期値を一定量（ＡＬ＿２）変化させた値において、荷電粒子ビームＢの焦点位置を変えて（加速電圧または対物レンズの励磁電流を微小変化させて）取得した２つのフレーム（画像）の回転中心位置ベクトルと、アライメントコイル１０ａ，１０ｂの励磁電流の初期値（ＯＲＧ＿Ｘ，ＯＲＧ＿Ｙ）と、該初期値を一定量（ＡＬ＿２）変化させた電流値から、像の回転中心が視野中心となるアライメントコイル１０ａ，１０ｂの電流値（最適値Ｘ３，Ｙ３）を求めた。これにより、対物レンズ１４の軸外収差が大きい場合でも最適な電流値（Ｘ３，Ｙ３）が算出できる。したがって、例えば荷電粒子ビームの軸合わせの実行可能範囲が広がり装置の操作性を向上させることができる。

本実施形態に係る荷電粒子ビーム装置は、画像データの組（第１〜第５組）を取得する軸合わせ用撮影条件設定装置３０と、画像データの組に基づいて、回転中心位置ベクトルＵ０〜Ｕ４を算出する画像変位ベクトル演算器３４および像回転中心演算器３５と、回転中心位置ベクトルＵ０〜Ｕ４から荷電粒子ビームの軸合わせのためのアライメントコイル１０ａ，１０ｂの励磁電流値Ｘ３，Ｙ３を算出する最適値演算器３６と、を有する。これにより、容易に荷電粒子ビームの軸合わせができる。さらに、例えば、荷電粒子ビームＢの軸合わせを自動化することができる。

２． 第２実施形態
次に、第２実施形態に係る荷電粒子ビーム装置における荷電粒子ビームの軸合わせ方法について説明する。なお、第２実施形態に係る荷電粒子ビーム装置は、上述した図１に示す荷電粒子ビーム装置１００の構成と同様であり、その説明を省略する。

第１実施形態では、回転中心位置ベクトルＵ０〜Ｕ４に基づいて、象限１〜４のうちの１つを選択し、アライメントコイル１０ａ，１０ｂの励磁電流の最適値（Ｘ３，Ｙ３）を算出した。

これに対し、第２実施形態では、象限１〜４の選択を行わずに、回転中心位置ベクトルとアライメントコイル１０ａ，１０ｂの励磁電流の変化量からアライメントコイル１０ａ，１０ｂの励磁電流の最適値Ｘ３，Ｙ３を算出する。

本実施形態では、軸合わせ用撮影条件設定装置３０が、以下に示す３つの画像データの組を取得し、画像変位ベクトル演算器３４、像回転中心演算器３５、および最適値演算器３６が、３つの画像データの組から、アライメントコイル１０ａ，１０ｂの励磁電流の最適値Ｘ３，Ｙ３を算出する。

この３つの画像データの組のうちの１組は、荷電粒子ビームＢの焦点位置が第１位置にあり、Ｘアライメントコイル１０ａの励磁電流値が初期値ＯＲＧ＿Ｘであり、Ｙアライメントコイル１０ｂの励磁電流値が初期値ＯＲＧ＿Ｙである条件で取得された画像データと、荷電粒子ビームＢの焦点位置が第１位置にあり、Ｘアライメントコイル１０ａの励磁電流値が初期値ＯＲＧ＿Ｘであり、Ｙアライメントコイル１０ｂの励磁電流値が初期値ＯＲＧ＿Ｙである条件で取得された画像データと、の組である。

また、３つの画像データの組のうちの２組は、荷電粒子ビームＢの焦点位置が第１位置にあり、Ｘアライメントコイル１０ａの励磁電流値が初期値ＯＲＧ＿Ｘから変化電流値ＡＬ＿２だけ変化させた電流値であり、Ｙアライメントコイル１０ｂの励磁電流値が初期値ＯＲＧ＿Ｙである条件で取得された画像データと、荷電粒子ビームＢの焦点位置が第２位置にあり、Ｘアライメントコイル１０ａの励磁電流値が初期値ＯＲＧ＿Ｘから変化電流値ＡＬ＿２だけ変化させた電流値であり、Ｙアライメントコイル１０ｂの励磁電流値が初期値ＯＲＧ＿Ｙである条件で取得された画像データと、の組である。なお、励磁電流を初期値から変化電流値だけ変化させたとは、励磁電流を初期値から変化電流値だけ増加または減少させることをいう。

また、３つの画像データの組のうちの３組は、荷電粒子ビームＢの焦点位置が第１位置にあり、Ｘアライメントコイル１０ａの励磁電流値が初期値ＯＲＧ＿Ｘであり、Ｙアライメントコイル１０ｂの励磁電流値が初期値ＯＲＧ＿Ｙから変化電流値ＡＬ＿２だけ変化させた電流値である条件で取得された画像データと、荷電粒子ビームＢの焦点位置が第２位置にあり、Ｘアライメントコイル１０ａの励磁電流値が初期値ＯＲＧ＿Ｘであり、Ｙアライメントコイル１０ｂの励磁電流値が初期値ＯＲＧ＿Ｙから変化電流値ＡＬ＿２だけ変化させた電流値である条件で取得された画像データと、の組である。

すなわち、画像変位ベクトル演算器３４、像回転中心演算器３５、および最適値演算器３６は、例えば、回転中心位置ベクトルＵ０、回転中心位置ベクトルＵ１、および回転中心位置ベクトルＵ４から、最適値Ｘ３，Ｙ３を算出することができる。また、例えば、回転中心位置ベクトルＵ０、回転中心位置ベクトルＵ１、および回転中心位置ベクトルＵ２から、最適値Ｘ３，Ｙ３を算出することができる。また、例えば、回転中心位置ベクトルＵ０、回転中心位置ベクトルＵ２、および回転中心位置ベクトルＵ３から、最適値Ｘ３，Ｙ３を算出することができる。また、例えば、回転中心位置ベクトルＵ０、回転中心位置ベクトルＵ３、および回転中心位置ベクトルＵ４から、最適値Ｘ３，Ｙ３を算出することができる。

図１０は、第２実施形態に係る荷電粒子ビームの軸合わせ工程のフローチャートである。ここでは、回転中心位置ベクトルＵ０、回転中心位置ベクトルＵ１、および回転中心位置ベクトルＵ２から、アライメントコイル１０ａ，１０ｂの励磁電流の最適値Ｘ３，Ｙ３を算出する場合について説明する。なお、上述した第１実施形態に係る荷電粒子ビーム装置１００の動作の例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。

まず、軸合わせ用撮影条件設定装置３０によって、第１〜第６画像データ（図３参照）を取得する（Ｓ２０）。すなわち、軸合わせ用撮影条件設定装置３０は、３つの画像データの組（第１組〜第３組）を取得する。

次に、画像変位ベクトル演算器３４および像回転中心演算器３５が、荷電粒子ビームＢの焦点位置を変えて取得した画像データの組（第１〜第３組）の各々について、荷電粒子ビームＢの焦点位置の変化による像の回転に基づく像の回転中心の位置と、像の視野中心の位置と、を結ぶ回転中心位置ベクトルを算出する（Ｓ２１）。これにより、回転中心位置ベクトルＵ０、回転中心位置ベクトルＵ１、および回転中心位置ベクトルＵ２を算出することができる。

次に、最適値演算器３６が、回転中心位置ベクトルＵ０，Ｕ１，Ｕ２から、Ｘアライメントコイル１０ａの励磁電流の最適推定点での回転中心位置ベクトルＬ（ｓ，ｔ）、およびＹアライメントコイル１０ｂの励磁電流の最適推定点での回転中心位置ベクトルＫ（ｇ，ｈ）を算出する（Ｓ２２）。本工程は、上述した第１実施形態において象限１が選ばれた場合と同じであり、上記した式１〜４から算出することができる。

次に、最適値演算器３６が、回転中心位置ベクトルＫ，Ｌからアライメントコイル１０ａ，１０ｂの励磁電流の最適値Ｘ３，Ｙ３を算出する（Ｓ２３）。

次に、最適値演算器３６は、算出したアライメントコイル１０ａ，１０ｂの励磁電流の最適値Ｘ３，Ｙ３に基づいて制御信号を生成し、この制御信号をアライメントコイル駆動アンプ１１に出力して、Ｘアライメントコイル１０ａの励磁電流が最適値Ｘ３となり、Ｙアライメントコイル１０ｂの励磁電流が最適値Ｙ３となるように制御する。

以上の工程により、荷電粒子ビームＢの軸合わせを行うことができる。

本実施形態では、上述のように、６枚の画像（フレーム１〜６）からアライメントコイル１０ａ，１０ｂの励磁電流の最適値Ｘ３，Ｙ３を求めることができる。このように荷電粒子ビームの軸合わせのための画像データの取得数が少なくて済むため、容易に荷電粒子ビームの軸合わせができる。したがって、荷電粒子ビームの軸合わせに要する時間の短縮、装置の操作者の負担を軽減することができる。

３． 第３実施形態
次に、第３実施形態に係る荷電粒子ビーム装置における荷電粒子ビームの軸合わせ方法について説明する。なお、第３実施形態に係る荷電粒子ビーム装置は、上述した図１に示す荷電粒子ビーム装置１００の構成と同様であり、その説明を省略する。図１１は、第３実施形態に係る荷電粒子ビームの軸合わせ工程のフローチャートである。なお、上述した第１実施形態に係る荷電粒子ビーム装置１００の動作の例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。

第３実施形態では、図１１に示すように、工程Ｓ１０、工程Ｓ１１、工程Ｓ１２、工程Ｓ１３を行った後に、Ｘアライメントコイル１０ａの励磁電流の初期値、およびＹアライメントコイルの励磁電流の初期値の少なくとも一方を変えて（Ｓ３１）、再度、工程Ｓ１０、工程Ｓ１１、工程Ｓ１２、工程Ｓ１３を行う。そして、所定の回数処理を行った後（工程Ｓ３０でＹｅｓ）、最適値演算器３６は、算出されたアライメントコイル１０ａ，１０ｂの最適値Ｘ３，Ｙ３のなかから、回転中心位置ベクトルＵ０の一番小さいときの最適値Ｘ３，Ｙ３を選択する（Ｓ３２）。そして、最適値演算器３６は、この選択された最適値Ｘ３，Ｙ３に基づいて制御信号を生成し、この制御信号をアライメントコイル駆動アンプ１１に出力する。

本実施形態では、具体的には、アライメントコイル１０ａ，１０ｂの励磁電流の初期値を、例えば、探索点１〜探索点９まで変えながら、工程Ｓ１０〜Ｓ１３を繰り返し行う。図１２は、アライメントコイル１０ａ，１０ｂの励磁電流の初期値の探索点１〜９を説明するための図である。

本実施形態では、まず、軸合わせ用撮影条件設定装置３０が、Ｘアライメントコイル１０ａの励磁電流の初期値と、Ｙアライメントコイル１０ｂの励磁電流の初期値を探索点１の状態に設定する。具体的には、Ｘアライメントコイル１０ａの励磁電流の初期値をＯＲＧ＿Ｘ−ＡＬ＿２とし、Ｙアライメントコイル１０ｂの励磁電流の初期値をＯＲＧ＿Ｙ＋ＡＬ＿２とする。そして、工程Ｓ１０〜Ｓ１３を行い、探索点１におけるアライメントコイル１０ａ，１０ｂの励磁電流の最適値Ｘ３，Ｙ３を算出する。なお、探索点１〜９の情報は、例えば、予め、メモリー３２に記憶されていてもよい。

次に、軸合わせ用撮影条件設定装置３０が、Ｘアライメントコイル１０ａの励磁電流の初期値と、Ｙアライメントコイル１０ｂの励磁電流の初期値を探索点２の状態に設定する。具体的には、Ｘアライメントコイル１０ａの励磁電流の初期値をＯＲＧ＿Ｘとし、Ｙアライメントコイル１０ｂの励磁電流の初期値をＯＲＧ＿Ｙ＋ＡＬ＿２とする。そして、工程Ｓ１０〜Ｓ１３を行い、探索点２におけるアライメントコイル１０ａ，１０ｂの励磁電流の最適値Ｘ３，Ｙ３を算出する。これを、探索点９まで繰り返し行い、探索点１〜探索点９のそれぞれについて、アライメントコイル１０ａ，１０ｂの励磁電流の最適値Ｘ３，Ｙ３を算出する。

次に、探索点９まで行った後（工程Ｓ３０でＹｅｓ）、最適値演算器３６は、探索点１〜９におけるアライメントコイル１０ａ，１０ｂの最適値Ｘ３，Ｙ３のなかから、回転中心位置ベクトルＵ０の大きさが最も小さい探索点における最適値Ｘ３，Ｙ３を選択する（Ｓ３２）。そして、最適値演算器３６は、この選択された最適値Ｘ３，Ｙ３に基づいて制御信号を生成し、この制御信号をアライメントコイル駆動アンプ１１に出力する。

以上の工程により、荷電粒子ビームＢの軸合わせを行うことができる。

本実施形態によれば、アライメントコイル１０ａ，１０ｂの励磁電流の最適値Ｘ３，Ｙ３を、より精度よく算出することができる。例えば、アライメントコイル１０ａ，１０ｂの励磁電流の初期値が、最適値Ｘ３，Ｙ３から大きくずれていた場合、最適値Ｘ３，Ｙ３を精度よく算出できない場合がある。本実施形態によれば、アライメントコイル１０ａ，１０ｂの励磁電流の初期値を変えて、繰り返し最適値Ｘ３，Ｙ３を算出するため、最適値Ｘ３，Ｙ３を精度よく算出することができる。

４． 第４実施形態
次に、第４実施形態に係る荷電粒子ビーム装置における荷電粒子ビームの軸合わせ方法について説明する。

第１実施形態に係る荷電粒子ビーム装置１００では、軸合わせ用撮影条件設定装置３０が、加速電圧の初期値ＨＶを変更量Ｖ１，Ｖ２だけ変更することにより、荷電粒子ビームＢの焦点位置を変えて、フレーム１〜１０を撮影し、第１〜第１０画像データ（第１〜５組）を取得した。これに対して、本実施形態では、軸合わせ用撮影条件設定装置３０が、対物レンズ１４の励磁電流を変更することにより、荷電粒子ビームＢの焦点位置を変えて、フレーム１〜１０を撮影し、第１〜第１０画像データ（第１〜第５組）を取得することができる。この場合、軸合わせ用撮影条件設定装置３０は、図示はしないが、対物レンズ駆動アンプ１５と接続され、対物レンズ駆動アンプ１５を介して、対物レンズ１４の励磁電流を制御することにより、荷電粒子ビームＢの焦点位置を制御してもよい。

なお、上述した各実施形態は一例であって、これらに限定されるわけではない。例えば、各実施形態を適宜組み合わせることも可能である。

例えば、図１に示す、軸合わせ用撮影条件設定装置３０、画像変位ベクトル演算器３４、像回転中心演算器３５、最適値演算器３６の機能を、各種プロセッサ（ＣＰＵ、ＤＳＰ等）、ＡＳＩＣ（ゲートアレイ等）などのハードウェアや、プログラムにより実現してもよい。

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。

２…荷電粒子ビーム鏡筒、４…荷電粒子ビーム源、５…加速電圧用高圧電源、８…対物レンズ絞り、１０ａ…Ｘアライメントコイル、１０ｂ…Ｙアライメントコイル、１１…アライメントコイル駆動アンプ、１２…開き角補正レンズ、１４…対物レンズ、１５…対物レンズ駆動アンプ、１６…走査コイル、２０…試料ステージ、２２…電子検出器、２４…観察画像表示装置、３０…軸合わせ用撮影条件設定装置、３２…メモリー、３２ａ…フレームメモリー、３４…画像変位ベクトル演算器、３５…像回転中心演算器、３６…最適値演算器、１００…荷電粒子ビーム装置、１０２…電子銃、１０３…対物レンズ絞り、１０６…対物レンズ、１０７…走査コイル、１０８…電子検出器、１０９…画像表示装置、１１０…加速電圧ウォブラ用信号発生器、１１１…加速電圧用高圧電源、１１２…ＸＹ調整ノブ、１１３…駆動アンプ、１１５…対物レンズ駆動アンプ、１０００…走査型電子顕微鏡

Claims (5)

1. 荷電粒子ビームを第１方向に偏向させる第１アライメントコイル、および前記荷電粒子ビームを前記第１方向と交差する第２方向に偏向させる第２アライメントコイルによって前記荷電粒子ビームの軸を調整し、前記荷電粒子ビームを試料に照射して、試料から発生した信号を検出し画像データを取得する荷電粒子ビーム装置における荷電粒子ビームの軸合わせ方法であって、
   前記試料上における前記荷電粒子ビームの入射方向での焦点位置、前記第１アライメントコイルの励磁電流、および前記第２アライメントコイルの励磁電流の条件を変えて、前記画像データの組を複数取得する画像データ取得工程と、
   前記画像データ取得工程において前記焦点位置を変えて取得した前記画像データの組の各々について、前記焦点位置の変化による像の回転に基づく像の回転中心の位置と、像の視野中心の位置と、を結ぶ回転中心位置ベクトルを算出する第１演算工程と、
   前記第１演算工程で算出された前記回転中心位置ベクトルから、前記荷電粒子ビームの軸合わせのための前記第１アライメントコイルの励磁電流値および前記第２アライメントコイルの励磁電流値を算出する第２演算工程と、
   を含み、
   前記画像データ取得工程では、前記画像データの組である第１〜第３組を取得し、
   前記第１組は、
   前記焦点位置が第１位置にあり、前記第１アライメントコイルの励磁電流値が第１電流値であり、前記第２アライメントコイルの励磁電流値が第２電流値である条件で取得された前記画像データと、
   前記焦点位置が前記第１位置と異なる第２位置にあり、前記第１アライメントコイルの励磁電流値が前記第１電流値であり、前記第２アライメントコイルの励磁電流値が前記第２電流値である条件で取得された前記画像データと、の組であり、
   前記第２組は、
   前記焦点位置が前記第１位置にあり、前記第１アライメントコイルの励磁電流値が前記第１電流値から第１変化電流値だけ変化させた電流値であり、前記第２アライメントコイルの励磁電流値が前記第２電流値である条件で取得された前記画像データと、
   前記焦点位置が前記第２位置にあり、前記第１アライメントコイルの励磁電流値が前記
   第１電流値から前記第１変化電流値だけ変化させた電流値であり、前記第２アライメントコイルの励磁電流値が前記第２電流値である条件で取得された前記画像データと、の組であり、
   前記第３組は、
   前記焦点位置が前記第１位置にあり、前記第１アライメントコイルの励磁電流値が前記第１電流値であり、前記第２アライメントコイルの励磁電流値が前記第２電流値から前記第１変化電流値だけ変化させた電流値である前記画像データと、
   前記焦点位置が前記第２位置にあり、前記第１アライメントコイルの励磁電流値が前記第１電流値であり、前記第２アライメントコイルの励磁電流値が前記第２電流値から前記第１変化電流値だけ変化させた電流値である前記画像データと、の組であり、
   前記画像データ取得工程では、さらに、前記画像データの組である第４組および第５組を取得し、
   前記第２組は、
   前記焦点位置が前記第１位置にあり、前記第１アライメントコイルの励磁電流値が前記第１電流値から前記第１変化電流値だけ増加させた電流値であり、前記第２アライメントコイルの励磁電流値が前記第２電流値である条件で取得された前記画像データと、
   前記焦点位置が前記第２位置にあり、前記第１アライメントコイルの励磁電流値が前記第１電流値から前記第１変化電流値だけ増加させた電流値であり、前記第２アライメントコイルの励磁電流値が前記第２電流値である条件で取得された前記画像データと、の組であり、
   前記第３組は、
   前記焦点位置が前記第１位置にあり、前記第１アライメントコイルの励磁電流値が前記第１電流値であり、前記第２アライメントコイルの励磁電流値が前記第２電流値から前記第１変化電流値だけ増加させた電流値である条件で取得された前記画像データと、
   前記焦点位置が前記第２位置にあり、前記第１アライメントコイルの励磁電流値が前記第１電流値であり、前記第２アライメントコイルの励磁電流値が前記第２電流値から前記第１変化電流値だけ増加させた電流値である条件で取得された前記画像データと、の組であり、
   前記第４組は、
   前記焦点位置が前記第１位置にあり、前記第１アライメントコイルの励磁電流値が前記第１電流値から前記第１変化電流値だけ減少させた電流値であり、前記第２アライメントコイルの励磁電流値が前記第２電流値である条件で取得された前記画像データと、
   前記焦点位置が前記第２位置にあり、前記第１アライメントコイルの励磁電流値が前記第１電流値から前記第１変化電流値だけ減少させた電流値であり、前記第２アライメントコイルの励磁電流値が前記第２電流値である条件で取得された前記画像データと、の組であり、
   前記第５組は、
   前記焦点位置が前記第１位置にあり、前記第１アライメントコイルの励磁電流値が前記第１電流値であり、前記第２アライメントコイルの励磁電流値が前記第２電流値から前記第１変化電流値だけ減少させた電流値である条件で取得された前記画像データと、
   前記焦点位置が前記第２位置にあり、前記第１アライメントコイルの励磁電流値が前記第１電流値であり、前記第２アライメントコイルの励磁電流値が前記第２電流値から前記第１変化電流値だけ減少させた電流値である条件で取得された前記画像データと、の組である、荷電粒子ビームの軸合わせ方法。
2. 請求項１において、
   前記第１演算工程では、
   前記第１組から、第１回転中心位置ベクトルを算出し、
   前記第２組から、第２回転中心位置ベクトルを算出し、
   前記第３組から、第３回転中心位置ベクトルを算出し、
   前記第４組から、第４回転中心位置ベクトルを算出し、
   前記第５組から、第５回転中心位置ベクトルを算出し、
   前記第２回転中心位置ベクトルの大きさと前記第３回転中心位置ベクトルの大きさの和、前記第３回転中心位置ベクトルの大きさと前記第４回転中心位置ベクトルの大きさの和、前記第４回転中心位置ベクトルの大きさと前記第５回転中心位置ベクトルの大きさの和、前記第５回転中心位置ベクトルの大きさと前記第２回転中心位置ベクトルの大きさの和に基づいて、前記第１〜第５回転中心位置ベクトルを選択し、
   前記第２演算工程では、選択された前記第１〜第５回転中心位置ベクトルに基づいて、前記荷電粒子ビームの軸合わせのための前記第１アライメントコイルの励磁電流値および前記第２アライメントコイルの励磁電流値を算出する、荷電粒子ビームの軸合わせ方法。
3. 請求項１または２において、
   前記画像データ取得工程、前記第１演算工程、および前記第２演算工程を行った後に、前記第１電流値および前記第２電流値の少なくとも一方の値を変えて、前記画像データ取得工程、前記第１演算工程、および前記第２演算工程を行う、荷電粒子ビームの軸合わせ方法。
4. 荷電粒子ビームを第１方向に偏向させる第１アライメントコイル、および前記荷電粒子ビームを前記第１方向と交差する第２方向に偏向させる第２アライメントコイルによって前記荷電粒子ビームの軸を調整し、前記荷電粒子ビームを試料に照射して、試料から発生した信号を検出し画像データを取得する荷電粒子ビーム装置であって、
   前記試料上における前記荷電粒子ビームの入射方向での焦点位置、前記第１アライメントコイルの励磁電流、および前記第２アライメントコイルの励磁電流の条件を変えて、前記画像データの組を複数取得する画像データ取得手段と、
   前記画像データ取得手段により前記焦点位置を変えて取得された前記画像データの組の各々について、前記焦点位置の変化による像の回転に基づく像の回転中心の位置と、像の視野中心の位置と、を結ぶ回転中心位置ベクトルを算出する第１演算手段と、
   前記第１演算手段が算出した前記回転中心位置ベクトルから、前記荷電粒子ビームの軸合わせのための前記第１アライメントコイルの励磁電流値および前記第２アライメントコイルの励磁電流値を算出する第２演算手段と、
   を含み、
   前記画像データ取得手段は、前記画像データの組である第１〜第３組を取得し、
   前記第１組は、
   前記焦点位置が第１位置にあり、前記第１アライメントコイルの励磁電流値が第１電流値であり、前記第２アライメントコイルの励磁電流値が第２電流値である条件で取得された前記画像データと、
   前記焦点位置が前記第１位置と異なる第２位置にあり、前記第１アライメントコイルの励磁電流値が前記第１電流値であり、前記第２アライメントコイルの励磁電流値が前記第２電流値である条件で取得された前記画像データと、の組であり、
   前記第２組は、
   前記焦点位置が前記第１位置にあり、前記第１アライメントコイルの励磁電流値が前記第１電流値から第１変化電流値だけ変化させた電流値であり、前記第２アライメントコイルの励磁電流値が前記第２電流値である条件で取得された前記画像データと、
   前記焦点位置が前記第２位置にあり、前記第１アライメントコイルの励磁電流値が前記第１電流値から前記第１変化電流値だけ変化させた電流値であり、前記第２アライメントコイルの励磁電流値が前記第２電流値である条件で取得された前記画像データと、の組であり、
   前記第３組は、
   前記焦点位置が前記第１位置にあり、前記第１アライメントコイルの励磁電流値が前記第１電流値であり、前記第２アライメントコイルの励磁電流値が前記第２電流値から前記
   第１変化電流値だけ変化させた電流値である前記画像データと、
   前記焦点位置が前記第２位置にあり、前記第１アライメントコイルの励磁電流値が前記第１電流値であり、前記第２アライメントコイルの励磁電流値が前記第２電流値から前記第１変化電流値だけ変化させた電流値である前記画像データと、の組であり、
   前記画像データ取得手段は、さらに、前記画像データの組である第４組および第５組を取得し、
   前記第２組は、
   前記焦点位置が前記第１位置にあり、前記第１アライメントコイルの励磁電流値が前記第１電流値から前記第１変化電流値だけ増加させた電流値であり、前記第２アライメントコイルの励磁電流値が前記第２電流値である条件で取得された前記画像データと、
   前記焦点位置が前記第２位置にあり、前記第１アライメントコイルの励磁電流値が前記第１電流値から前記第１変化電流値だけ増加させた電流値であり、前記第２アライメントコイルの励磁電流値が前記第２電流値である条件で取得された前記画像データと、の組であり、
   前記第３組は、
   前記焦点位置が前記第１位置にあり、前記第１アライメントコイルの励磁電流値が前記第１電流値であり、前記第２アライメントコイルの励磁電流値が前記第２電流値から前記第１変化電流値だけ増加させた電流値である条件で取得された前記画像データと、
   前記焦点位置が前記第２位置にあり、前記第１アライメントコイルの励磁電流値が前記第１電流値であり、前記第２アライメントコイルの励磁電流値が前記第２電流値から前記第１変化電流値だけ増加させた電流値である条件で取得された前記画像データと、の組であり、
   前記第４組は、
   前記焦点位置が前記第１位置にあり、前記第１アライメントコイルの励磁電流値が前記第１電流値から前記第１変化電流値だけ減少させた電流値であり、前記第２アライメントコイルの励磁電流値が前記第２電流値である条件で取得された前記画像データと、
   前記焦点位置が前記第２位置にあり、前記第１アライメントコイルの励磁電流値が前記第１電流値から前記第１変化電流値だけ減少させた電流値であり、前記第２アライメントコイルの励磁電流値が前記第２電流値である条件で取得された前記画像データと、の組であり、
   前記第５組は、
   前記焦点位置が前記第１位置にあり、前記第１アライメントコイルの励磁電流値が前記第１電流値であり、前記第２アライメントコイルの励磁電流値が前記第２電流値から前記第１変化電流値だけ減少させた電流値である条件で取得された前記画像データと、
   前記焦点位置が前記第２位置にあり、前記第１アライメントコイルの励磁電流値が前記第１電流値であり、前記第２アライメントコイルの励磁電流値が前記第２電流値から前記第１変化電流値だけ減少させた電流値である条件で取得された前記画像データと、の組である、荷電粒子ビーム装置。
5. 請求項４において、
   前記第１演算手段は、
   前記第１組から、第１回転中心位置ベクトルを算出し、
   前記第２組から、第２回転中心位置ベクトルを算出し、
   前記第３組から、第３回転中心位置ベクトルを算出し、
   前記第４組から、第４回転中心位置ベクトルを算出し、
   前記第５組から、第５回転中心位置ベクトルを算出し、
   前記第２回転中心位置ベクトルの大きさと前記第３回転中心位置ベクトルの大きさの和、前記第３回転中心位置ベクトルの大きさと前記第４回転中心位置ベクトルの大きさの和、前記第４回転中心位置ベクトルの大きさと前記第５回転中心位置ベクトルの大きさの和、前記第５回転中心位置ベクトルの大きさと前記第２回転中心位置ベクトルの大きさの和
   に基づいて、前記第１〜第５回転中心位置ベクトルを選択し、
   前記第２演算手段は、選択された前記第１〜第５回転中心位置ベクトルに基づいて、前記荷電粒子ビームの軸合わせのための前記第１アライメントコイルの励磁電流値および前記第２アライメントコイルの励磁電流値を算出する、荷電粒子ビーム装置。

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