JP6499871B2 - 画像振動低減装置 - Google Patents

Description

本発明は、測定対象から得られる画像の振動を低減する画像振動低減装置に関するものである。

従来、走査型電子顕微鏡はミクロン以下の物質の観察や測定に利用されている。走査型電子顕微鏡は細く絞った電子ビームを測定（観察）対象に平面走査して２次電子を発生させ、その２次電子を検出・増幅してその信号量をコントラストに変換して画像を形成する装置である。

測定対象の揺れは形成される画像のボケ、つまり分解能劣化につながるためナノメートルの高分解能観察を行うためには、測定対象をナノメーターよりも小さな揺れになるようにする必要がある。

測定対象を揺らす振動は設置環境から来ることが多いため、現在は、設置環境から来る振動を遮断するためにアクティブサスを備えた除振台の上に装置を固定したり、遮音設備した部屋内に配置することが広く行われている。

測定（観察）対象がｎｍオーダーになると、測定対象の揺れをｎｍオーダーよりも小さくすることが必要である。

しかしながら、外部の環境から来る振動や音を上述した除振台や遮音設備で徹底的に防振、除振、遮音しても、減衰量が十分でないため、どうしても画像に振動が現れるという問題があった。

また、画像上に現れる振動は、画像のボケにつながり、結果的に電子顕微鏡の分解能劣化やＳＮＲ低下、画像品質低下、測定結果劣化、スループット低下などを引き起こすという問題につながっていた。

従来の画像振動を低減するためには装置外部から流入する振動や音波を完全に取り除くことが必須と思われてきたため、上述したように除振台、防音設備などを設置していた。

しかしながら、画像上に現れる振動と電子顕微鏡各部で起こる機械振動の相関を詳細に調査した結果、電子ビームを発生させて被測定対象に電子ビームを照射するために用いられる電子ビームコラムの振動と、被測定対象をＸＹ平面上に移動させるステージ上に保持された被測定対象の振動との差が画像上の振動となって現れることが発明者によって実験で確かめられた。具体的には、対物レンズの下部に直接に測定対象を固定（ＸＹステージ上ではない）し、この測定対象を撮影した画像にはほとんど振動が現れなく、極めて高精細な画像が取得できた。

このことから、画像上の振動を低減するためには、必ずしも装置全体に対する振動を除去する必要は無く、電子ビームコラムを載せている天板あるいは電子ビームコラム自身あるいは更に対物レンズの振動と、被測定対象の振動とを一致させることが出来れば画像上の振動を除去できることが実験により判明した。それを実現するための、機械的方式、電気的制御方式、画像処理方式等を採用することが出来る。

また、それを効果的に行うためには、周辺振動を含むＸＹステージ振動から測定対象（サンプル）への振動伝達を弱めることも効果的である。

本発明は、環境からもたらされる振動を除振台や防音、遮音設備を用いて強制的に除去するという従来の発想とは逆に、周辺環境からもたらされる振動や音波に対応して天板やコラムと被測定対象が同じように振動するように、振動検出して電気的補正したり、コンピュータ上で画像振動補正したり、振動画像を除去ないし低減したりし、画像振動を低減することを目的としている。

そのため、本発明は、試料から得られる画像の振動を低減する画像振動低減装置において、試料をＸ方向およびＹ方向に移動させるステージと、ステージあるいはステージに搭載した試料あるいは試料を保持するホルダに搭載する振動あるいは位置変動を検出する第１のセンサによって検出した第１の信号、あるいは検出した第１の信号と電子ビームを試料に細く絞る対物レンズの極あるいは極を保持する天板上に搭載する振動あるいは位置変動を検出する第２のセンサによって検出した信号との差分の第２の信号、をもとに画像の振動を低減する振動低減手段とを備る。

この際、第１のセンサ、第２のセンサは、振動を検出する加速度センサあるいは位置変動を検出するミラーを用いたレーザ干渉計とするようにしている。

また、第１のセンサおよび第２のセンサは、必要に応じて１つあるいは複数設けるようにしている。

また、第１のセンサおよび第２のセンサを試料の外側に必要に応じて複数設けて電子ビームが試料を照射する位置における振動あるいは位置変動を算出するようにしている。

また、振動低減手段は、検出した第１の信号あるいは差分の第２の信号をもとに、対物レンズで電子ビームを細く絞って照射しつつ平面走査した試料から放出あるいは吸収された信号を検出する検出器で検出された信号をもとに生成される画像の画素あるいは所定連続画素あるいは１ライン分の画素あるいは複数ライン分の画素を、検出した第１の信号あるいは差分の第２の信号に相当する距離だけシフトして振動を低減するようにしている。

また、振動低減手段は、検出した第１の信号あるいは差分の第２の信号をもとに、対物レンズで電子ビームを細く絞って試料に対して照射しつつ平面走査する電子ビームを、検出した第１の信号あるいは差分の第２の信号に相当する距離だけシフトして振動を低減するようにしている。

また、振動低減手段は、装置を強制加振あるいは自然振動加振によって得られる第１の信号あるいは差分の第２の信号から算出した装置の周波数スペクトラム、あるいは第１の信号あるいは差分の第２の信号の振動成分を含む画像と振動成分を含まない画像との空間周波数の差、を用いて画像から振動を除去する周波数マスクを予め作成してフィルタに設定し、対物レンズで電子ビームを細く絞って照射しつつ平面走査した試料から放出あるいは吸収された信号を検出する検出器で検出された信号から生成された画像に、設定した周波数マスクを掛け、画像から振動を低減するようにしている。

本発明は、（１）ｎｍオーダーの画像振動が低減できるため、電子ビームがサブｎｍに絞れていれば、サブｎｍオーダー分解能の電子顕微鏡を実現できる。

（２）従来のような大掛かりな除振台や防音、遮音装置を採用しなくても画像上の振動が除去できる。

（３）画像振動を除去する装置全体がシンプルになり小型化できるのでコストダウンが出来る。

（４）振動減衰率をコンピュータ上で自由に設定できる。

（５）外部振動による画像の揺れのみならず、電子ビーム装置自身が発生する振動（真空排気装置などの機械的駆動部分の振動など）による画像の揺れも除去できる。

本発明は、周辺環境からもたらされる振動や音波に対応して天板やコラムと被測定対象が全く同じように振動するように電気的制御を行う。さらにはコンピュータ上で同等の画像処理を行ったり、振動画像を除去あるいは低減したりし、画像振動を簡単な構成で低減することを実現した。

図１は、本発明の１実施例構成図を示す。

図１において、電子ビームコラム１は、電子ビーム２を発生する鏡筒であって、図示外の電子ビーム２を発生する電子銃、電子銃で発生された電子ビーム２を集束する集束レンズ、集束レンズで集束した電子ビーム２を細く絞ってフォトマスク（試料）９に照射しつつ図示外の２段偏向器でＸＹ走査させる対物レンズ４、およびフォトマスク９で発生した２次電子を検出する検出器などから構成される公知のものである。典型的な電子ビームコラム１は直径が１０ｃｍ程度、長さが数十センチ程度である。

振動モード解析上では、電子ビームコラム１の色々な屈曲運動が算出されるが、剛性が非常に大きい、あるいは電子レンズの特性によって画像上には１００分の１以下に縮小投影されるため電子ビームコラム１自身の屈曲振動が画像揺れに与える影響は無視できるほど小さく、電子ビームコラム１の振動は、事実上電子ビームコラム１が設置されている天板の振動とほぼ同じと見なせることが判明している。

電子ビーム２は、電子ビームコラム１を構成する図示外の電子銃で発生された電子ビームである。

対物レンズ３は、電子ビームコラム１を構成するものであって、電子ビーム２を細く絞ってフォトマスク（試料）９に照射するものである。照射された細く絞られた電子ビーム２は図示外の２段偏向器でＸＹ走査される。

真空チャンバー４は、真空に図示外の真空排気系で排気される容器であって、底板、天板を有する真空容器であり、図示のように、ＸＹステージ６、マスクパレット７、フォトマスク９などを真空中に収納する容器である。真空チャンバー４の上部の天板には電子ビーム２を照射するための電子ビームコラム１が配置されている。真空チャンバー４は純鉄など磁気シールド効果がある材料で出来ており、その厚みは大凡３ｃｍ、天板の厚みは６ｃｍ程度ある。

ＸＹステージ６は、底板上に固定され、上部に搭載されたマスクパレット７、フォトマスク９などをＸＹ方向に精密に移動させるものである。ＸＹ方向の移動は、図示外のレーザー干渉計によりリアルタイムにＸ、Ｙ方向の位置を測定しつつ所望の位置（指定された位置）に移動制御する。

マスクパレット７は、フォトマスク９を保持するものであって、アルミなどの金属や低熱膨張セラミックなどで出来ており、電子ビーム２が近傍を通過するため、非磁性材料が使用されている。

天板は、真空チャンバー（試料室）４の上側の頑丈な天板であって、対物レンズ３と剛性接続（固定）されたものである。通常は、磁気シールドを行うために、純鉄などが利用される。

底板は、真空チャンバー（試料室）４の下側の頑丈な底板である。

次に、構成および動作を説明する。

（１）フォトマスク９を装着したマスクパレット７を、図示外の試料交換ロボットにより図示の位置に搬送して固定する。

（２）ＸＹステージ６を図示外のレーザー干渉計でリアルタイムに計測しつつ移動制御し、指定された位置に対物レンズ３により細く絞られてＸＹ走査される電子ビーム２が照射される位置に移動させる。これにより、フォトマスク９上の所望の場所（測長場所）に、電子ビーム２がＸＹ走査する位置に対応づけられたこととなる。

（３）次に、電子ビーム２を対物レンズ３で細く絞った状態でＸＹ走査し、そのときに放出された２次電子を図示外の検出器で検出・増幅し、画像を記録する。この際、同期してセンサ（２）８、（３）８によってフォトマスク９の振動検出して記録すると共にセンサ（１）５によって対物レンズ３（あるいは天板）の振動検出して記録する。

（４）ここでは、振動測定あるいは位置測定を行うためにセンサ５，８として加速度センサを利用する。加速度センサは、フォトマスク８の側と、電子ビームコラム１の側（対物レンズ３の磁極あるいはその近傍）にそれぞれ配置する。

（５）（３）で記録したフォトマスク９の振動信号（第１の信号）、あるいは該振動信号と対物レンズ３（あるいは天板）の振動信号との差分の振動信号（第２の信号）を算出し、（３）で記録したフォトマスク９の画像について、第１の信号あるいは第２の信号をもとに画素あるいは所定連続画素あるいは１ライン画素あるいは複数ライン画素を当該第１の信号あるいは第２の信号に相当する距離だけシフト（Ｘ方向およびＹ方向の両者にシフト）し、画像振動を補正して画像の揺れを低減する。これにより、たとえフォトマスク９が振動（例えば電源周波数の２倍の１１０Ｈｚ，１００Ｈｚで振動）しても当該フォトマスク９の振動を直接検出して該振動分に相当する距離だけ画像中の該当する画素あるいは連続画素あるいは１ライン分の画素あるいは複数ライン分の画素をシフトし、当該画像の振動を低減することができる。

（６）尚、画像信号を取得しつつ、かつ第１の信号あるいは第２の信号をリアルタイムに検出して第１の信号あるいは第２の信号を算出し、画像信号中の該当画素の部分をシフト（Ｘ方向およびＹ方向にシフト）して振動を除去するようにしてもよい。ここでは、画像信号中の該当画素の部分をシフトしたが、これに限らず、電子ビームを該当画素の部分でシフトして振動を低減するようにしてもよい（図１３など参照）。

次に、図２の説明図をもとに図１の構成の動作を詳細に説明する。

図２は、本発明の動作説明図（画像振動低減）を示す。ここでは、図１で、マスクパレット７に加速度センサ８を搭載してフォトマスク９の振動を検出（更に加速度センサ５を搭載して対物レンズ３の極などの振動を検出）し、その検出値（あるいは差分の検出値）を用いて、画像の振動の除去について説明する。

加速度センサ８は、例えば、現在では、ＭＥＭＳ技術の発展により、重さが１ｇよりも小さく、１ｃｍよりも小さい高精度高感度半導体加速度センサが入手できる。一般に入手可能な半導体センサは１００μｇ以下の加速度を検出することが可能である。開発レベルでは１μｇが測定できるものもある。このような高感度センサを利用すると、共振によるフォトマスク９の揺れなどを検出することが可能で、Ｘ方向、Ｙ方向に成分に分離された信号を２重積分することでマスクのＸＹ変位量を知ることが出来る。

加速度センサが１軸の場合は、マスクパレット７に複数置くことで、その差分計測からＸ，Ｙ，Ｘ-rot, Ｙ-rotを独立に知ることが出来る。多軸センサ（Ｘ，Ｙ，Ｘ-rot,Ｙ-rot一体型等）を使用する場合は、マスクパレット７に１つセンサを配置することでＸ、Ｙ軸変位量を抽出するために必要な振動情報を検出できる。

図２において、Ｓ１は、同期信号を発生する。これは、図１の対物レンズ４側のセンサ（１）５、フォトマスク９側のセンサ（２）８に供給する同期信号、および画像を取得する同期信号を発生する。

Ｓ２からＳ５は、振動センサ（Ｘ１）、（Ｘ２）、（Ｙ１）、（Ｙ２）が同期信号に同期してフォトマスク９の側および対物レンズ３の側の振動を検出する。ここで、振動センサ（Ｘ１）、（Ｙ１）は対物レンズ４の側の振動を検出し、振動センサ（Ｘ２）、（Ｙ２）はフォトマスク８の側の振動を検出する。

Ｓ６は、ＸＹ位置差を計算する。これは、フォトマスク９側の振動センサ（Ｘ２）、（Ｙ２）で検出した振動信号と、対物レンズ４側の振動センサ（Ｘ１）、（Ｙ１）で検出した振動信号との差分の位置差を計算する。

Ｓ７は、倍率調整する。これは、Ｓ６で計算した位置差が、現在取得した画像上の倍率に対応する距離となるように当該倍率に応じた調整を行う。

Ｓ８は、同期信号に同期して画像を取得する。これは、対物レンズ４で細く絞った電子ビーム２をフォトマスク９に照射しつつＸ方向およびＹ方向に平面走査し、その時に放出された２次電子を検出器で検出・増幅し、画像を取得する。

Ｓ９は、画像ピクセル逓倍する。これは、Ｓ８で取得した画像について、画像振動に相当する分だけシフトするために、画素数をメモリ上で逓倍（例えば１０倍）する。

Ｓ１０は、取得画像を位置シフトし、重ね合わせる。これは、Ｓ９で画像逓倍した画像上で、Ｓ７で倍率調整した後の画像振動に相当する位置差だけ、該当画素、該当連続画素、該当１ライン分の画素、あるいは該当複数ライン分の画素をシフト（Ｘ方向およびＹ方向にシフト）し、画像振動を除去する。即ち、振動センサ（Ｘ１）、（Ｘ２）、（Ｙ１）、（Ｙ２）で算出した画像振動の位置差に相当する部分の画像上の画素（１画素、連続画素、１ライン分の画素あるいは複数ライン分の画素）を、当該位置差に相当する方向（Ｘ方向およびＹ方向）にシフトし、重ね合わせ、画像振動（フォトマスク９の振動）を低減することが可能となる。重ね合わせ後に、画素数を元の画像と同じに戻す。

Ｓ１１は、振動低減画像を出力する。

以上によって、図１のセンサ（Ｘ２）、（Ｙ２）８で検出したフォトマスク９の振動と、センサ（Ｘ１）、（Ｙ１）５で検出した対物レンズ３の振動との差分（ＸＹ位置差）をもとに、同期して取得した画像中の該当画素（あるいは該当連続画素、該当１ライン分の画素、該当複数ライン分の画素）を位置シフトして画像振動を低減することが可能となる。尚、差分の代わりに、フォトマスク９の振動のみで画像振動の低減を行ってもよい。

（１）尚、本実施例では、信号を同時刻に取得するための同期信号（Ｓ１）がある。その同期信号に同期して振動センサの信号および画像信号が取得される。これにより、画像が取得された時の位置あるいは振動が既知の状態となる。

（２）この情報を用いることで、振動が無いときの対物レンズ３の位置と測定対象のフォトマスク９の位置との関係からのずれを算出し、元の位置に戻すための補正を行うことできる。センサの出力と実際の画像揺れ量の間に比例関係が存在するので、適当な倍率補正を行って、センサの出力値を画像上の揺れ量に対応させる（Ｓ７）。

（３）デジタル画像は、最少単位が１ピクセルなので、そのままでは、サブピクセル振動を表現できない。そこで、画像を重ね合わせる前に、ピクセルを必要なだけ逓倍してサブピクセルが表現できるようにしたうえで（Ｓ９）、振動量を加味して重ね合わせる（Ｓ１０）。重ね合わせた後に、元のピクセル数に戻すように圧縮処理を行うことで、振動の無い画像を得ることが出来る（Ｓ１１）。

図３は、本発明の説明図（その１）を示す。

図３の（ａ）はフローチャートを示し、図３の（ｂ）は補正前と補正後の画像を模式的に示す。

図３の（ａ）において、Ｓ２１は、マスク、対物レンズ（天板）の振動を同時測定、およびＳＥＭ画像を同時取得する。これは、図１、図２で、センサ（２）８でフォトマスク９、センサ（１）５で対物レンズ（天板）３の振動を同時測定、および対物レンズ３で細く絞った電子ビーム２をフォトマスク３に照射しつつ平面走査したときに放出された２次電子を図示外の検出器で検出して画像を同時取得する。

Ｓ２２は、加速度センサの信号を積分して位置の差を計算する。これは、Ｓ２１で取得したフォトマスク９に固定したセンサ（２）８の振動信号および対物レンズ（天板）３に固定したセンサ（１）５の振動信号を、二重積分して位置の差をそれぞれ計算する。例えば、ある時間にフォトマスク９のセンサ（２）８および対物レンズ（天板）３のセンサ（１）５を二重積分した後の位置がそれぞれａ，ｂである場合、差分はａ−ｂと評価する。これはある瞬間にフォトマスク９と対物レンズ（天板）３とが振動でａ−ｂだけ位置がずれていることを意味している。この際、画像情報の取り込む速度は、位置測定の誤差が生じない程度に高速に行う。

Ｓ２３は、倍率調整する。これは、Ｓ２２で計算した位置差信号について、Ｓ２１で取得した画像の倍率に対応した距離に調整する。

Ｓ２４は、差分が０になるようにＳＥＭ画像位置を移動する。これは、Ｓ２１で取得した画像について画素数を逓倍した後、Ｓ２３で倍率調整後の位置差信号をもとに、該当部分の画素（１画素、複数画素、１ライン分の画素、あるいは複数ライン分の画素）を移動（Ｘ方向およびＹ方向にシフト）し、画像振動を除去する。

Ｓ２５は、前のＳＥＭ画像に重ね合わせる。これは、Ｓ２４で該当画素の画像振動を除去した後、これを前のＳＥＭ画像に重ね合わせる。

ここで、画像取得するための電子ビーム走査方向は必ずしも、振動方向とは一致しないので、得られた位置情報を画像上のＸ、Ｙ軸に平行な成分に計算して分離出力する。取得した画像（ここでは１ライン）を必要なだけ逓倍してピクセル数を増やす（例えば元画像が５１２ピクセルであれば、１０２４あるいは２０４８ピクセル等に直線近似、バイリニア、バイキュービック、ニアレストネイバーなどの近似補間関数を用いて変換）。そして、センサから得られたＸ、Ｙ軸に沿った画像ずれ量を加味して、前の画像に加算する。これを必要回数繰り返し、１つの画像フレームを完成させる。

Ｓ２６は、画像取得が完了か判別する。ＹＥＳの場合には、Ｓ２７に進む。ＮＯの場合には、Ｓ２１以降を繰り返す。

Ｓ２７は、ＳＥＭ画像を出力する。これは、Ｓ２６のＹＥＳで画像が全て取得完了したと判明したので、必要に応じて画素数をもとの画像の画素数に戻し、ＳＥＭ画像を出力する。

以上のようにＳ２１からＳ２７を実行することにより、位置の差が０となるようにＳＥＭ画像を移動し、最後にピクセル圧縮を行って、元の画像サイズに戻し、振動補正後のＳＥＭ画像を出力することが可能となる。

図３の（ｂ）は、図３の（ａ）の模式説明図を示す。左側が補正前、右側が補正後を示す。

図３の（ｂ−１）は補正前の画像が右側にシフト（振動でシフト）した例を模式的に示す。図４の（ｂ−２）は補正後の画像の例を模式的に示す。この（ｂ−２）は、（ｂ−１）の補正前はｂだけ右シフトしたと判明したので（Ｓ２２の位置の差）、その位置の差のｂだけ左側に補正して差を０にした状態（ろうそくが中央の位置）に戻す補正したものである。

同様に、図３の（ｂ−３）は補正前の画像が左にシフト（振動でシフト）した例を模式的に示す。図３の（ｂ−４）は補正後の画像の例を模式的に示す。この（ｂ−４）は、（ｂ−３）の補正前はｂだけ左シフトしたと判明したので（Ｓ２２の差）、その差のｂだけ右側に補正して差を０にした状態（ろうそくが中央の位置）に戻す補正したものである。

図３の（ｂ−５）は補正前の振動による位置の差を左にｂ，右にｂだけずれた画像を重ねたものであって、図示のように「ぼけ有」となる。

図３の（ｂ−６）は補正後の振動による位置の差をそれぞれ補正した後の画像を重ねたものであって、図示のように「ぼけ無」となる。

尚、ｂの位置の補正は、取得画像の１ライン毎（あるいは１ライン内で位置が所定範囲よりも大きく変動している場合には１画素毎あるいは位置変動が閾値範囲内の所定画素毎）に行う。

尚２、ｂの位置の補正は、図３の（ｂ）では説明を簡単にするために、左右方向（Ｘ方向）のみ行ったが、実際の位置の補正は更に上下方向（Ｙ方向）にも同様にして行う。

図４は、本発明の動作説明フローチャート（その１）を示す。

図４において、Ｓ３１は、画素を逓倍する。これは、例えば既述した図３の（ａ）のＳ２１でフォトマスク９の画像を取得し、当該取得した画像の画素数を逓倍（例えば１０倍などに逓倍）し、元画像の１画素以下のシフト補正が可能な状態にする。

Ｓ３２は、位置の差分を単位ごとにまとめてシフトする。これは、既述した図３の（ａ）のＳ２２で計算したフォトマスク９の位置と、対物レンズ（天板）３との位置の差（差分）が同じ画素をまとめてシフトする。

Ｓ３３は、抜け部分にスムージング処理を行う。これは、Ｓ３２でフォトマスク９と対物レンズ（天板）３との位置の差に相当する分だけ、画像中の該当画素をシフトしたため、元の位置に画素がなくなって抜け部分が存在するので、当該抜け部分についてスムージング処理（例えばガウシャン、メディアンブロックノイズ除去など）を行い、抜け部分の画素を補間する。

以上によって、取得画像中のフォトマスク９と対物レンズ（天板）３との位置の差がある該当画素についてシフト補正およびスムージング処理を行い、画像振動を低減することが可能となる。

図５は、本発明の説明図（その２）を示す。これは、既述した図１、図２のセンサ（１）５、センサ（２）８で検出した加速度α１、α２、およびこれら加速度α１、α２を２重積分して算出した位置（Ｘ１、Ｙ１）、（Ｘ２、Ｙ２）とその位置の差分（Ｘ１、Ｙ１）−（Ｘ２、Ｙ２）を示す。

以上のように、
（１）図１の対物レンズ３側のセンサ（１）５とフォトマスク９側のセンサ（２）８でそれぞれ加速度α１、α２を検出してテーブルに設定する。

（２）（１）でテーブルに設定した加速度α１、α２をそれぞれ二重積分して位置（Ｘ１、Ｙ１）、（Ｘ２、Ｙ２）をそれぞれ算出し、テーブルに設定する。

（３）（２）でテーブルに設定した位置（Ｘ１、Ｙ１）、（Ｘ２，Ｙ２）の差分を算出してテーブルに設定し、画像の振動を検出することが可能となる。

（４）（３）で設定した位置の差分（Ｘ１、Ｙ１）−（Ｘ２、Ｙ２）だけ、同期して取得した画像（ＳＥＭ画像）をシフト補正することにより、取得画像から画像振動を低減することが可能となる。尚、フォトマスク９側のセンサ（２）８のみを用い、取得画像から画像振動を低減してもよい。

図６および図７は、図１のフォトマスク９の周辺に２つのセンサを固定して電子ビーム２の照射位置における振動を算出する説明図およびそのフローチャートを示す。以下詳細に説明する。

図６は、本発明の説明図（その３）を示す。

図６において、センサ（１１）、センサ（１２）は、図１のフォトマスク９の周辺に固定した例えば図示のセンサ（２）８、センサ（３）８に対応する。

位置（Ｘ１１、Ｙ１１）、位置（Ｘ１２、Ｙ１２）は、センサ（１１）（例えば図１のセンサ（２）８）、センサ（１２）（例えば図１のセンサ（３）８）によって検出したフォトマスク９の加速度を二重積分して算出したそれぞれの位置（振動位置）である。

電子ビーム照射位置（Ｘ１、Ｙ１）は、センサ（１１）、センサ（１２）によって検出した加速度を二重積分したそれぞれの位置（Ｘ１１、Ｙ１１）、位置（Ｘ１２、Ｙ１２）について、電子ビーム照射位置における振動の位置を示す。

ここで、Ｘ１＝（Ｌ１（Ｘ１１）＋Ｌ２（Ｘ１２））／（Ｌ１＋Ｌ２）・・・（式１）
Ｙ１＝（Ｌ１（Ｙ１１）＋Ｌ２（Ｙ１２））／（Ｌ１＋Ｌ２）・・・（式２）
Ｌ１はセンサ（１２）から電子ビーム照射位置までの距離、Ｌ２はセンサ（１１）から電子ビーム照射位置までの距離を表す。

図７は、本発明の動作説明フローチャート（その２）を示す。

図７において、Ｓ４１は、センサ（１１）、（１２）の位置を算出する。これは、上述したように、センサ（１１）、（１２）として例えば図１のセンサ（２）８、センサ（３）８のように固定した場合、これら２つのセンサ（１１）、（１２）で加速度を検出して二重積分して位置（Ｘ１１、Ｙ１１）、（Ｘ１２、Ｙ１２）をそれぞれ算出する。

Ｓ４２は、電子ビーム照射位置における振動の位置を算出する。これは、Ｓ４１で固定した２つのセンサ（１１）、（１２）で検出した加速度を２重積分して算出したそれぞれの位置（Ｘ１１、Ｙ１１）、（Ｘ１２、Ｙ１２）について、電子ビーム照射位置における振動の位置（Ｘ１、Ｙ１）を上述した（式１）、（式２）で、右側に記載したように算出する。

以上によって、フォトマスク９の電子ビーム照射位置における振動の位置を当該フォトマスク９の外側に固定した２つのセンサ（１１）、（１２）によって検出・算出することが可能となる。

図８は、本発明の１実施例構成図（その２）を示す。この図８は、振動あるいは位置を検出するために、超高精度のレーザー干渉式位置測定装置を利用する例を示す。当該図８は、ミラー（１）５１、ミラー（２）５１と距離測定装置（１）１０、およびミラー（３）８１、ミラー（４）８１と距離測定装置（２）１０により、対物レンズ３の振動する位置およびマスクパレット７（フォトマスク９）の振動する位置をそれぞれ検出し、これら検出結果をもとに補正を行う例を示す。

図８において、ミラー（１）５１、ミラー（２）５１および距離測定装置（１）１０は、ミラー（１）５１、ミラー（２）５１を対物レンズ３のポールピースの孔の外周部分（あるいは天板）にそれぞれ固定し、距離測定装置（１）１０、例えばレーザー干渉計で該ミラー（１）５１、ミラー（２）５１の位置、ここでは、振動する位置情報をリアルタイムにそれぞれ検出するものである。

ミラー（３）８１、ミラー（４）８１および距離測定装置（２）１０は、ミラー（３）８１、ミラー（４）８１をマスクパレット７（あるいはフォトマスク９）の周辺部分にそれぞれ固定し、距離測定装置（２）１０、例えばレーザー干渉計で該ミラー（３）８１、ミラー（４）８１の位置、ここでは、振動する位置情報をリアルタイムにそれぞれ検出するものである。

次に、構成および動作を説明する。

（１）図８ではレーザー干渉計等の極めて精密かつリアルタイム検出可能な装置を用い、フォトマスク９に生じている振動（位置変化）と、電子ビームコラム１を構成する対物レンズ３（あるいは天板）に生じている振動（位置変化）とをリアルタイムに検出し、画像取得と、同時測定した２つの振動（位置変化）とをもとに、両者の振動（位置変化）の差だけ（あるいはフォトマスク９の振動（位置変化）だけ）、取得画像をシフトする画像処理を行い画像上に現れる振動を除去する。

（２）そのため、マスクパレット７の上に干渉測定用のミラー（３）８１、ミラー（４）８１をＸ軸、Ｙ軸用にそれぞれ配置、および電子ビームコラム１の対物レンズ３のポール―ピースの周辺（あるいは天板）にミラー（１）５１、ミラー（２）５１をＸ軸、Ｙ軸用にそれぞれ配置する。距離測定装置（１）１０および距離測定装置（２）１０を構成するそれぞれのレーザー干渉計によってそれぞれの位置を連続的に測定し、その位置の差分を算出（必要に応じて取得画像と、連続的に測定した差分の位置とを同期して記録）する。位置の差分は、２つのミラー（３）８１の振動の位置とミラー（４）８１の振動の位置とをもとにフォトマスク９上の電子ビーム照射位置における振動の位置を算出し（既述した（式１）、（式２）参照）、更に、２つのミラー（１）５１の振動の位置とミラー（２）５１の振動の位置とをもとに対物レンズ３の軸上の振動位置を算出し（既述した（式１）、（式２）参照）、両者の振動位置の差分を算出（必要に応じて取得画像と、連続的に測定した差分の位置とを同期して記録）する。算出した位置の差分（あるいはそれぞれ１つのミラーの差分）に対応して、取得した画像を補正し（後述する図１０以降参照）、画像振動を低減する（後述する図１０以降参照）。

（３）例えば、画像振動の原因と成る機械振動の周波数範囲は０から大凡２ＫＨｚ程度であり、主成分は１００／１２０Ｈｚ（電源周波数の２倍）近傍に多いことが知られている。また、ＸＹステージ６などの特定の場所が共振して起こることが多いため、単一の周波数で構成されることも多い。このように振動現象は１ｍｓｅｃよりも長い応答時間を持ち、比較的ゆっくりした現象である。この時間よりも十分に短い時間で振動の位置を検出すれば、振動の位置あるいは位相を正確に測定可能である。

（４）一方、現在、レーザー干渉位置測定装置は０．０３ｎｍ以上の測定分解能を持ち、１００ｎsec以上の速度で位置測定が出来るものが入手可能である。従って、レーザー干渉計はサブナノメートル振動する対物レンズ３（あるいは天板）やフォトマスク９の振動による位置変動を実時間で測定することが可能である。

（５）一方、電子ビーム走査による画像取得は通常数十ＭＨｚ以上のピクセルクロックを利用して実施される。例えば、ピクセルクロックが１０ＭＨｚの場合、１０００ピクセルで構成される１本のライン走査は、１００μ秒、１０００×１０００ピクセルで構成される１フレームの画像取得時間は１００ｍ秒である。従って、少なくとも１ラインを走査する度に、振動の位置を測定すれば、画像補正をするために必要なサブナノメートル精度で位置情報を知ることが出来る。

図９は上面図を示す。レーザー干渉式位置測定装置はＸ、Ｙ軸それぞれに対して設ける。必要によっては、回転を測定するために、さらに多軸を測定しても良い。そのようにすれば正確にＸ軸、Ｙ軸のみの振動成分を測定できる。

図９において、距離測定装置（Ｘ）１０は、ここでは、フォトパレット７上にＸ方向に３つのミラー（Ｘ１）８１、ミラー（Ｘ２）８１、ミラー（Ｘ３）８１を設け、これらの振動の位置をリアルタイムに超高精度に検出するものである。尚、ミラーはいずれか１つでもよい。複数のミラーの場合には、電子ビームが照射するフォトマスク９の位置の振動の位置を既述した（式１）、（式２）のようにして算出する。

距離測定装置（Ｙ）１０は、同様に、ここでは、フォトパレット７上にＹ方向に３つのミラー（Ｙ１）８１、ミラー（Ｙ２）８１、ミラー（Ｙ３）８１を設け、これらの振動の位置をリアルタイムに超高精度に検出するものである。尚、ミラーはいずれか１つでもよい。複数のミラーの場合には、電子ビームが照射するフォトマスク９の位置の振動の位置を既述した（式１）、（式２）のようにして算出する。

図１０は、本発明の動作説明図（画像振動低減）を示す。

図１０において、Ｓ５１は、同期信号をＳ５６の画像取得およびＳ５２の距離測定装置（Ｘ）、Ｓ５３の距離測定装置（Ｙ）に通知する。これは、図８において、図示外のＰＣ（パソコン）から同期信号として画像取得開始信号をＳ５６の画像取得手段に通知、および同期信号として測定開始信号をＳ５２の距離測定装置（Ｘ）１０、Ｓ５３の距離測定装置（Ｙ）１０にそれぞれ通知する。

Ｓ５６は、画像取得する。細く絞った電子ビーム２をフォトマスク９に照射しつつＸＹ走査させ、そのときに放出された２次電子を２次電子検出器で検出・増幅し、検出・増幅された信号をもとに画像（２次電子画像）を取得する。

Ｓ５７は、画像ピクセル逓倍する。Ｓ５６で取得した画像のままのピクセルの細かさでは、ここで対象とするサブナノメートル分解能の差を表現できないので、取得した画像のピクセル数を逓倍して増やし、該対象とするサブナノメートルを表現できるようにする。この状態で、後述する画像（１ライン分の画素あるいは１ラインの所定数分の１の画素など）をずらしながら重ね合わせ、１枚のフレーム画像に補正できるようにする。

Ｓ５２、Ｓ５３は、距離測定装置（Ｘ）、（Ｙ）が同期信号（位置測定開始信号）をもとに、図８のミラー（３）、（４）、ミラー（１）、（２）に向けて放射したレーザー光線と反射したレーザー光線とをもとに公知の手法でリアルタイムに位置情報をそれぞれ取得する。

Ｓ５４は、差分評価する。これは、Ｓ５２、Ｓ５３でそれぞれ取得したリアルタイムの位置情報の差分（リアルタイムの位置の差分）をＸ方向およびＹ方向について算出する。

Ｓ５５は、倍率調整する。これは、画像取得したときの倍率に対応して画像上の位置の変化が変わるので該倍率でその調整（補正）を行う（倍率で規格化する）。

Ｓ５８は、取得画像の位置シフトし、重ね合わせる。これは、Ｓ５５の規格化後の振動の差をもとに、Ｓ５６、Ｓ５７で取得した画像ピクセル逓倍した後の画像について当該振動の差に対応するだけシフトして補正し振動の差分をキャンセルする（図１１を用いて後述する）。

Ｓ５９は、振動除去画像を出力する。

以上によって、細く絞った電子ビーム２をフォトマスク９に照射しつつ平面走査してそのときに放出された２次電子を検出・増幅して生成した取得画像と（Ｓ５１、Ｓ５６、Ｓ５７）、ミラー（３）、（４）と、ミラー（１）、（２）との位置の変化（振動）をリアルタイムに測定した信号の差分とをもとに（Ｓ５２からＳ５７）、取得画像を位置シフトして重ね合わせる補正を行い（Ｓ５８）、振動除去した画像を生成することが可能となる。

次に、図１１を用いて画像振動除去について詳細に説明する。

図１１の（ａ）はフローチャートを示し、図１１の（ｂ）はその模式説明図を示す。

図１１の（ａ）において、Ｓ６１は、マスク、対物レンズ（天板）３の位置を同時測定、およびＳＥＭ画像を同時取得する。これらは、図１０のＳ５１、Ｓ５６、Ｓ５７、およびＳ５２、Ｓ５３で既述したように、フォトマスク９（マスクパレット７）の位置をミラー（３）８１、ミラー（４）８１と距離測定装置（２）１０で、対物レンズ３（あるいは天板）の位置をミラー（１）５１、ミラー（２）５１と距離測定装置（１）１０で位置を同時測定、およびフォトマスク９に細く絞った電子ビーム２を照射しつつＸＹ走査してそのときに放出された２次電子を検出・増幅してＳＥＭ画像を同時取得する。

Ｓ６２は、位置の差を計算する。これは、Ｓ６１で同時測定した距離測定装置（２）と（１）とで計測した位置の差を計算する。例えば、ある時間にミラー（３）、ミラー（４）とミラー（１）、ミラー（２）の位置（ミラーが１つの場合には当該１つのミラーの振動の位置、ミラーが２つの場合には（式１）、（式２）で算出した振動の位置）がそれぞれａ，ｂである場合、差分はａ−ｂと評価する。これはある瞬間に対物レンズ３（あるいは天板）とフォトマスク９とが振動でａ−ｂだけ位置がずれていることを意味している。この際、画像情報の取り込む速度は、位置測定の誤差が生じない程度に高速に行う。

Ｓ６３は、倍率調整を行う。これは、既述した図１０のＳ５５の倍率調整を行う。

Ｓ６４は、差が０になるようにＳＥＭ画像位置を移動する。これは、Ｓ６２で算出した位置の差が０となるように、取得画像の位置を移動し、振動の差分を補正する。この際、取得画像は所望の位置分解能が表現できるようにピクセル逓倍をＳ６３で補間方法など利用して行う。そして、取得画像の位置座標を、コンピュータ上でａ−ｂだけずらして、基準位置に対して差分が０の画像を生成する。位置座標は取得画像の倍率に依存するので、それを係数として考慮してシフトするピクセル量を算出する。

Ｓ６５は、前のＳＥＭ画像に重ね合わせる。これを必要回数繰り返して１枚の蓄積画像を完成させる。

Ｓ６６は、画像取得が完了か判別する。これは、１枚の画像取得が完了したか判別する。ＹＥＳの場合にはＳ６７に進む。ＮＯの場合には、Ｓ６１以降を繰り返す。 Ｓ６７は、ＳＥＭ画像を出力する。これは、振動補正後のＳＥＭ画像を出力する。

図１１の（ｂ）は、図１１の（ａ）の模式説明図を示す。左側が補正前、右側が補正後を示す。

図１１の（ｂ−１）は補正前の画像が右側にシフト（振動でシフト）した例を模式的に示す。図１１の（ｂ−２）は補正後の画像の例を模式的に示す。この（ｂ−２）は、（ｂ−１）の補正前はｂだけ右シフトしたと判明したので（Ｓ６２の差）、その差のｂだけ左側に補正して差を０にした状態（ろうそくが中央の位置）に戻す補正したものである。

同様に、図１１の（ｂ−３）は補正前の画像が左にシフト（振動でシフト）した例を模式的に示す。図１１の（ｂ−４）は補正後の画像の例を模式的に示す。この（ｂ−４）は、（ｂ−３）の補正前はｂだけ左シフトしたと判明したので（Ｓ６２の差）、その差のｂだけ右側に補正して差を０にした状態（ろうそくが中央の位置）に戻す補正したものである。

図１１の（ｂ−５）は補正前の振動による位置の差を左にｂ，右にｂだけずれた画像を重ねたものであって、図示のように「ぼけ有」となる。

図１１の（ｂ−６）は補正後の振動による位置の差をそれぞれ補正した後の画像を重ねたものであって、図示のように「ぼけ無」となる。

尚、ｂの位置の補正は、取得画像の１ライン毎（あるいは１ライン内で位置が所定範囲よりも大きく変動している場合には１画素毎あるいは位置変動が閾値範囲内の所定画素毎）に行う。

尚２、ｂの位置の補正は、図１１の（ｂ）では説明を簡単にするために、左右方向（Ｘ方向）のみ行ったが、実際の位置の補正は更に上下方向（Ｙ方向）にも同様にして行う。

図１２は、本発明の１実施例構成図（その３）を示す。図１２は、図８が取得画像を移動して振動補正を行う代わりに、フォトマスク９上を照射する電子ビーム２の位置を、電子ビーム偏向器１１で移動して振動補正するものである。図１２における電子ビーム偏向器１１、補正用コイル１２以外は、図１、図８の番号のものと同一であるので説明を省略する。

図１２において、電子ビーム偏向器１１は、対物レンズ３で細く絞った電子ビーム２をフォトマスク９上に照射しつつＸＹ走査する位置を、Ｘ、Ｙの任意の方向にダイナミック（リアルタイム）に高速移動させる偏向器である。ＸＹ走査用の偏向器と兼用してもよいし、独立に設けてもよい。

補正用コイル１２は、対物レンズ３で細く絞った電子ビーム２をフォトマスク９上に照射しつつＸＹ走査する位置を、Ｘ、Ｙの任意の方向にダイナミック（リアルタイム）に高速移動させる偏向器であって、空芯のコイルあるいは静電偏向板である。

以下構成および動作を順次説明する。

（１）図１２の構成は、画像取得を行う際に、直接に画像振動を除去（キャンセル）するものであって、実時間に距離測定装置（１）、（２）１０で測定した対物レンズ３（あるいは天板など）の位置と、フォトマスク９（マスクパレット７）の位置との差をサブナノメートル分解能で計測し、その差（あるいはフォトマスク９の位置）に相当する分だけ電子ビーム２の偏向を余計に行うことで見かけ上、フォトマスク９が振動していないように振動補正するものである。つまり、フォトマスク９の振動の方向（Ｘ、Ｙ方向）に追従して細く絞った電子ビーム２を偏向し、見かけ上、フォトマスク９が振動しないように振動補正するものである。

（２）そのため、図１２の構成に用いる電子ビーム走査装置（スキャン偏向器）のピクセル分解能は通常のピクセル走査よりも細かい分解能（振動補正対象とする最小分解能）で電子ビーム２を走査可能なように出来ている。例えば、通常の画像取得では視野３ミクロンを１０００ピクセル程度で表現する。この場合、ピクセル分解能は３ｎｍである。図１２の電子ビーム走査装置は例えばその１０分の１以下の０．３ｎｍ分解能で電子ビーム走査を行う能力を有したものを用いる。

（３）例えば、右方向（Ｘ方向）に０．３ｎｍ移動するような画像振動が加わった場合、距離測定装置（１）１０、（２）１０は対物レンズ３（あるいは天板）と、フォトマスク９との間に０．３ｎｍの誤差があることを検出する。この検出された信号を電子ビーム偏向器１１（あるいは補正用コイル１２）の走査信号に加えて入力する（あるいは単独に入力する）。そうすると、電子ビーム２のフォトマスク９上の着地点は０．３ｎｍだけ右に寄った場所になり（追従し）、振動が無い場合に電子ビーム２が照射すべき場所と一致させることが出来る。このようにして画像上に現れる振動を取り除くことが出来る。この方式では、ピクセル数は増えないので、高速のコンピュータで画像処理する必要がない。

（４）電子ビーム偏向器１１（あるいは補正用コイル１２）は、ＭＨｚよりも十分高速に動作できるため（静電偏向器や空芯コイルなど）、現在のフォトマスク９の位置を特定（距離測定装置（２）で位置を特定）し、基準となる位置を特定（距離測定装置（１）で天板４１（対物レンズのポールピース）の位置を特定）し、基準となる位置からのフォトマスク９の位置までの差を算出し、この算出した差で補正するように電子ビーム２を電子ビーム偏向器１１で偏向することで、フォトマスク９が基準位置に対して振動した場合にその振動に追従して電子ビーム２の位置を電子ビーム偏向器１１で偏向することをリアルタイムに行い、画像に現れる振動を除去することが出来る。除去すべき振動周波数が既知の場合は、その周波数に重みを大きくして、他の周波数への応答量を意図的に小さくするように電子ビーム偏向器１１へのフィードバックを行うことが出来る。このようにすると、フィードバック誤差が減り、画像揺れ補正がより正確に出来る。

（５）尚、振動の位置の差分をもとに電子ビーム２の位置を電子ビーム偏向器１１で偏向して厳密に補正したが、これに限られず、マスクパレット７などに固定した１つのミラー８１のみで検出した振動の位置をもとに、電子ビーム偏向器１１で電子ビーム２の位置を偏向補正してもよい。

次に、図１３を用いて図１２の構成の動作を説明する。

図１３は、本発明の説明図（画像振動低減、その３）を示す。

図１３において、Ｓ７１は、同期信号をＳ７５の電子ビーム走査装置およびＳ７２の距離測定装置（Ｘ）、Ｓ７３の距離測定装置（Ｙ）に通知する。これは、図１２において、図示外のＰＣ（パソコン）から同期信号として画像取得開始信号をＳ７５の電子ビーム走査装置に通知、および同期信号として測定開始信号をＳ７２の距離測定装置（Ｘ）１０、Ｓ７３の距離測定装置（Ｙ）１０にそれぞれ通知する。

Ｓ７５は、電子ビーム走査装置は電子ビーム走査信号を出力する。これは、Ｓ７１から通知を受けた同期信号に同期し、電子ビーム走査装置が電子ビーム走査信号を図１２の電子ビーム偏向器１１（あるいは補正用コイル１２）に出力する。

Ｓ７２、Ｓ７３は、距離測定装置（Ｘ）、（Ｙ）が同期信号（位置測定開始信号）をもとに、図１２のミラー（３）、（４）と、ミラー（１）、（２）に向けて放射したレーザー光線と反射したレーザー光線とをもとに公知の手法でリアルタイムに位置情報を取得する。

Ｓ７４は、差分評価する。これは、Ｓ７２、Ｓ７３でそれぞれ取得したリアルタイムの位置情報の差分（リアルタイムの位置の差分）を評価（算出）する。

Ｓ７６は、加算する。

Ｓ７７は、加算した信号（ＸＹ走査信号）で電子ビームを偏向する。これらＳ７６、Ｓ７７は、Ｓ７５からの電子ビーム走査信号に、Ｓ７４で算出した差分（天板４１（対物レンズ３のポールピース）の位置（基準位置）に対するフォトマスク９の振動による位置の移動した差分）に相当する信号を加算し、電子ビーム２を、フォトマスク９の振動に追従偏向させる。これらにより、フォトマスク９が振動して位置が移動しても、電子ビーム２は追従して同じ位置を照射するように追従偏向される。

Ｓ７８は、振動除去画像を出力する。

以上によって、図１２の構成のもとで、距離測定装置（１）１０で基準位置（天板、対物レンズ３のポールッピースの位置）をリアルタイム測定し、距離測定装置（２）でフォトマスク９の位置をリアルタイム測定し、基準位置に対するフォトマスク９の位置の差分を算出し、この差分に対応する信号を電子ビーム走査信号に加算して電子ビーム２をＸＹ方向に走査することにより、フォトマスク９が振動によりその位置が移動しても追従して電子ビーム２が偏向され、画像振動を除去できる。

図１４は、本発明の動作説明フローチャート（その３）を示す。

図１４において、Ｓ８１は、マスク、対物レンズ（あるいは天板）の位置を同時測定する。これは、図１３のＳ７１、Ｓ７２、Ｓ７３で既述したように、フォトマスク９（マスクパレット７）の位置をミラー（３）、（４）と距離測定装置（２）１０で、対物レンズ２（あるいは天板）の位置をミラー（１）、（２）と距離測定装置（１）１０で位置を同時測定する。

Ｓ８２は、差分を計算する。これは、Ｓ８１で同時測定した距離測定装置（２）と（１）とで計測した位置の差分を計算する。

Ｓ８３は、電子ビーム照射位置を差分が０に成るようにシフトする。これは、Ｓ８２で計算した位置の差分が０となるような信号を、図１２の電子ビーム偏向器１１（あるいは補正用コイル１２）に入力する信号に加算し、電子ビーム２の照射位置をフォトマスク９上でシフトさせ、該フォトマスク９の振動による位置の移動に追従して電子ビーム２の照射位置を追従偏向させる。

Ｓ８４は、画像取得する。これは、Ｓ８３でフォトマスク９の振動による位置の移動に追従して電子ビーム２の位置を追従偏向することをリアルタイムに実行している状態で、電子ビーム２をＸＹ走査して画像を取得する。

Ｓ８５は、画像取得が完了か判別する。ＹＥＳの場合には、Ｓ８６に進む。ＮＯの場合には、Ｓ８１以降を繰り返す。

Ｓ８６は、ＳＥＭ画像を出力する。

以上によって、基準位置（天板、対物レンズ３のポールピースなどの位置）に対するフォトマスク９の位置をリアルタイムに検出してその位置の差分を算出し、算出した位置の差分をもとに電子ビーム２のフォトマスク９の照射位置を追従偏向させることにより、フォトマスク９がたとえ振動しても電子ビーム２も追従偏向されるのでみかけ上、フォトマスク９の振動がなくなり、画像上の振動を除去できる。

尚、図１から図１４において、第１の信号あるいは差分の第２の信号をもとに、画像をシフトあるいは電子ビームをシフトし、画像振動を低減したが、これに限られずあるいはこれに加えて更に、第１の信号あるいは差分の第２の信号が所定閾値以上となった場合にその画素を削除し、ランダムに大きく振動する画素などを画像中から削除するようにしてもよい。削除した場所の画素（ピクセル）は周辺の画素等を用いて平均化した輝度を持つ画素に置き換えてもよい。

図１５は、本発明の他の実施例構成図を示す。図１５では、加振装置１３で加振して周波数マスクを予め作成し、フォトマスク９の振動をセンサ（２）８で検出および対物レンズ３の振動をセンサ（１）５で振動を検出し、両者の振動の差分が所定閾値以上の取得画像の領域について予め作成した周波数マスクを掛けて、取得画像から振動画像を除去して振動成分を低減するものである。以下順次詳細に説明する。

図１５において、センサ（１）５は、対物レンズ３の振動を検出するものである。

センサ（２）８は、フォトマスク９の振動を検出するものである。

加振手段１３は、ＸＹステージ６などを加振（例えばホワイのノイズ、所定周波数など）し、周波数マスクを作成するためのものである。

周波数マスク設定手段１４は、加振装置１３に加振振動を入力して装置の周波数特性（周波数に対する振幅の変化）を測定して適切な周波数マスクを算出し、ＦＦＴフィルタ装置１６に設定するものである。

画像形成装置１５は、対物レンズ３で細く絞った電子ビーム２をフォトマスク９上に照射しつつＸＹ方向に平面走査し、そのときに放出された２次電子信号を検出器で検出・増幅して画像を取得するものである。

ＦＦＴフィルタ装置１６は、画像形成装置１５で取得した取得画像に、設定された周波数マスクを乗算し、振動成分を除去した画像を生成するものである（図１７参照）。その他は、既述した図１などと同じであるので、説明を省略する。

次に、図１５の構成の動作を説明する。

（１）図１５の構成は、電子ビーム装置自身の伝達関数を測定し、装置固有の共振周波数を自動特定する手段を有することに特徴がある。装置は装置固有の機械的共振周波数を有している。画像振動に現れる振動振幅は、外来振動がそのまま表れることは少なく、外来信号をエネルギー源として装置固有の共振現象が引き起こされることによって何百倍にも増幅されるためにもたらされることが多い。

（２）そのため、本実施例では、加振装置１３で装置に加える振動を意図的に制御しながら取得された複数の画像を用いて分析をおこない、画像劣化の元となる空間周波数成分を特定する。特定された空間周波数成分のみを画像処理技術を用いて、リアルタイムで取得される画像信号あるいは画像を蓄積して蓄積画像から取り除く周波数マスクを作成し、取得画像から周波数マスクを用いて振動を除去するものである。

（３）通常、一枚の画像は多くの空間周波数成分からなる。測定精度を決定付けるエッジを構成する空間周波数は画像振動の空間周波数よりもずっと周波数が高いため、画像揺れに対応する周波数の情報を取り除いても、エッジ画像品質劣化をほとんど起こさずに、不要な振動だけ除去することが出来る。これにより画像上のエッジ間の距離は安定化され、より高い測長再現性や高分解能観察が可能になる。

次に、図１６のフローチャートの順番に従い、図１５の構成の動作を詳細に説明する。

図１６において、Ｓ７１は、振動を与えながら、画像を取得する。これは、例えば、図１５の加振装置１３で強制的にホワイトノイズ振動などをＸＹステージ１３などに与えて画像（ａ）（図１８の（ａ））を取得する。同時に、センサ（２）８の信号あるいは更にセンサ（１）５で装置に存在する振動を取得する。従って、取得された画像には、センサ（２）８の信号（あるいはセンサ（２）８とセンサ（１）５との差分の信号）に対応する振動成分が含まれこととなる。

Ｓ７２は、二次元ＦＦＴ実行する。これは、Ｓ７１で取得した画像（例えば図１８の（ａ）の画像）には、ＸＹステージ６が共振したことによる画像揺れが観察される。この画像のＦＦＴ解析を行うと、図１８の（ｂ）が得られ、１００Ｈｚ近傍の低周波数領域にＸＹステージ共振に対応する特有のパターンが現れる。ここで、センサの信号（２）８（あるいはセンサ（２）８とセンサ（１）５との差の信号）にも１００Ｈｚが含まている。

Ｓ７３は、無振動で、画像を取得する。これは、例えば図１５の加振装置１３で加振しない状態で画像を取得する。

Ｓ７４は、二次元ＦＦＴ実行する。

Ｓ７５は、２つのＦＦＴ結果の差を、ＦＦＴフィルタのマスクとする。これは、Ｓ７１とＳ７２で振動を加えた場合の二次元ＦＦＴ結果と、Ｓ７３とＳ７４で振動を加えない場合の二次元ＦＦＴ結果との差をもとめ、これからＦＦＴフィルタの周波数マスクを作成し、設定する。

Ｓ７６は、画像を取得する。これは、新たに測定対象画像を取得する。

Ｓ７７は、振動を測定する。これは、図１５のマスクパレット７に固定したセンサ（２）８および対物レンズ（天板）３に固定したセンサ（１）５によってそれぞれ振動（位置）を測定し、両者の振動位置の差を算出する。

Ｓ７８は、閾値以上であれば、画像信号にＦＦＴフィルタを掛ける。これは、Ｓ７７で測定した差分の振動信号が予め設定した閾値以上であれば、取得画像にＦＦＴフィルタをかけて振動画像を除去する。例えば取得画像に、後述する図１８の（ｃ）の周波数マスクを掛けて画像振動を除去する。

Ｓ７９は、振動除去した画像出力する。Ｓ７８で振動除去した画像を出力する。

尚、装置によって共振周波数は僅かに異なるため、装置ごとに周波数解析を行い、周波数マスクを調整する。マスクすべき場所（取得画像中のマスクすべき画素）は、上述した差分の振動が閾値以上の場所、あるいはその他に振動を含む画像のＦＦＴ画像と振動を含まないＦＦＴ画像との差として求めることも可能である。

ここで、マスクすべき周波数は単一ではない場合があるが、画像に現れる主要な周波数に絞ってマスクを掛けることが実用上大事である。マスク範囲は、エッジ情報を損なわないように最適化する。機械振動の周波数は揺らぎがあるため、マスクには少し周波数の幅を持たせた方が良い場合もある。

尚２、新規に画像を取得し、ＦＦＴ解析を行い、前記マスクを適用して不要周波数を取り除いた後に、逆ＦＦＴを掛け実空間画像に戻す。このようにすることで、任意の測定画像に含まれるＸＹステージ振動等の機械振動を画像から除去することが出来る。電源周波数（５０Ｈｚ，６０Ｈｚ等）の様に周波数が最初から明らかなものは、その周波数のマスクを作って機械振動と同様に除去することが出来る。電源周波数のように時間軸変化を起こすものについては、検出された二次電子信号（画像）に直接、５０Ｈｚ，６０Ｈｚの通常の電気的回路で用いられるノッチフィルタを入れることもできる。

尚３、この画像処理は二次元フーリエ変換なので、その計算を実時間で行うために、ＣＰＵやＤＳＰあるいはＧＰＵやＦＰＧＡで実装された高速画像処理ボードを用いることが望ましい。もちろん、メモリー等に蓄積された画像に対して二次元空間フィルターを掛けても良い。

尚３、正確にマスク周波数を知る方法としては、取得された画像のＦＦＴ解析の他に、既述したセンサであるレーザー位置測定装置や加速度センサの出力信号が示す共振周波数を用いても良い。それを二次電子画像取得時のピクセルクロックを勘案して二次元のＦＦＴ空間で表せば周波数マスクとして用いることが出来る。

図１７は、本発明の動作説明フローチャート（ＦＦＴフィルタの手順）を示す。

図１７において、手順１は、センサに含まれる振動が存在する画像を取得する（ａ）。これは、例えば図１５の加振装置１３で加振した状態の画像（例えば図１８の（ａ）の画像）を取得する。尚、自然状態で大きな振動が検出できる場合にはそのときの画像でもよい。この自然状態の画像にはセンサ（２）８（あるいはセンサ（２）８とセンサ（１）５との差分）の信号に含まれる振動成分が含まれている。

手順２は、二次元ＦＦＴを行う。

手順３は、スポット状に現れるあるいはライン状になど現れる、センサの信号に含まれる振動に対応する画像振動成分を抽出する（ｂ）。これは、例えば手順１で取得した図１８の（ａ）の画像を二次元ＦＦＴ解析すると図１８の（ｂ）の結果が得られ、スポット状あるいはライン状に現れる共振点の画像振動成分を抽出する。

手順４は、上記スポットあるいはラインをマスクに設定する（ｃ）。これは、手順３でスポット状あるいはライン状などに現れる共振点の画像振動成分に、例えば図１８の（ｃ）に示すように、当該スポット（必要に応じてライン）を囲むマスク（周波数マスク）を設定する。

手順５は、実測定の実時間あるいは蓄積画像を取得する。これは、測定対象の画像（実時間に取得した画像あるいはメモリから読み出した画像）を取得する。

手順６は、二次元ＦＦＴを行う。

手順７は、手順３の周波数成分を画像から除去する。これら手順６、手順７は、手順５で取得した画像に、周波数マスクを設定したＦＦＴフィルタを掛けて、手順３で設定したスポット状あるいはライン状などに現れる振動成分を除去する。尚、周波数マスクを掛ける場所（取得画像中の周波数数マスクを掛ける画像中の場所）は、既述したように、ＸＹステージ６と対物レンズ（天板）３との振動をそれぞれ検出してＸＹステージの信号あるいはその差分の信号が所定閾値以上の場所について周波数マスクを掛けて振動成分を除去するようにしてもよい。

手順８は、逆二次元ＦＦＴを行い、画像回復を行う。これにより、図１８の（ｄ）に示す逆ＦＦＴによる画像復元した画像を生成することが可能となる。

図１８は、本発明の説明図（ＦＦＴフィルタ）を示す。

図１８の（ａ）は、振動を加えた画像の例を示す。図中でＸＹステージ６の共振振動が存在することがわかる。

図１８の（ｂ）は、振動を加えた画像のＦＦＴ解析結果の例を示す。これは、図１８の（ａ）のＦＦＴ解析結果の例である。

図１８の（ｃ）は、振動周波数マスクの例を示す。ここでは、図１８の（ｂ）のスポット状の共振点の振動周波数を囲むように周波数マスクを設定した例を示す。

図１８の（ｄ）は、逆ＦＦＴによる画像復元の例を示す。これは、新たに取得した画像に、図１８の（ｃ）の周波数マスクを掛け、その結果に対して逆ＦＦＴを行い、画像を復元した例を示す。

尚、図１５から図１８の他の実施例では、ＸＹステージ６などを加振して取得した画像から生成した周波数マスクを用い、新たな取得画像から周波数マスクで該当周波数成分を削除し、画像振動を低減しているため、画像がＸＹステージ６の共振などで大きく振動している場合に特に有効に画像振動を低減できる。

図１９は、本発明の他の動作説明フローチャート（その２）を示す。図１９は、図１５の装置に加振装置１３で強制振動を加えて、装置の伝達関数を測定し、測定した伝達関数に基づいて、周波数マスクを作成する例を示す。

図１９において、Ｓ８１は、装置に振動を与えながらセンサの信号を取得する。これは、図１５の加振装置１３に振動信号を入力して当該図１５の装置に強制振動（例えばホワイトノイズ）を与える。周辺環境に大きな自然振動が存在する場合には、強制振動を与えることなく、これを用いてもよい。そして、図１５の装置を強制振動（自然振動）の状態で、センサ（２）８およびセンサ（１）５である既述した加速度センサあるいはレーザー干渉位置センサを用いて、信号を取得する。

Ｓ８２は、伝達関数を取得する。これは、Ｓ８１で取得した加速度センサあるいはレーザー干渉位置センサからの信号をもとに周波数スペクトラム（伝達関数）を取得する。例えば後述する図２０に示すような周波数スペクトラムを取得する。

Ｓ８３は、機械共振周波数の特定を行う。これは、Ｓ８２で取得した図１５の装置の周波数スペクトラム（例えば後述する図２０参照）から、装置の共振周波数の部分を特定する。例えば図２０の周波数スペクトラムでは、ピークがＸＹステージ６を含む系の共振成分を表しており、これが画像上に振動となっていると特定（推定）される（既述した図１８の（ａ）、（ｂ）の共振点の１００Ｈｚ（電源周波数の２倍））に相当すると特定（推定）される）。

Ｓ８４は、時間軸周波数を空間周波数に換算し、ＦＦＴフィルタの周波数マスクとする。これは、
（１）例えば図２０のように、主ピーク周波数が１００Ｈｚと得られた場合、画像上にセンサの信号に含まれるこの周波数成分に対応する振動が現れるので、これを取り除けばよい。

（２）画像はＸＹの２次元の広がりをもつデータの集まりである。電子ビーム２を用いた画像取得装置では、例えばＸ軸方向に高速に水平走査を行いながら、順次１ピクセルずつＹ軸に沿ってラインをずらすように走査を行うことにより、電子ビーム画像を取得する。従って、高速に走査するＸ軸方向には低い周波数の機械振動の影響が載りにくく、ゆっくり走査されるＹ軸方向に振動が載りやすい性質がある。センサを用いて時間軸上で測定された振動周波数と画像上に現れる空間周波数とは異なるため、走査に用いる周波数やピクセル数を考慮して画像上に現れる空間周波数に変換する。

（３）例えば、ピクセルクロックが１０ＭＨｚの場合、Ｘ軸方向が１０００ピクセルからなる画像を取得するために必要な、Ｘ軸方向走査時間は０．１ｍｓである。１００Ｈｚの機械振動は、１０ｍｓの周期なので、画像上ではＹ軸方向に１００本の走査線を周期として振動が現れる。この空間周波数に対応した周波数をマスクとしてＦＦＴフィルタを構成する。このＦＦＴフィルタに実時間あるいは蓄積された電子ビーム画像を入力することによって、画像上の振動が除去できる。尚、機械振動のピークは緩やかで広がりを持つので、それを考量してＦＦＴマスクにも少し広がりを持たせることが望ましい。

Ｓ８５は、測定対象画像を取得する。そして、Ｓ８４で作成した周波数マスクを、取得した画像に掛けて、振動成分を除去する。

図２０は、本発明の伝達関数例を示す。横軸は周波数を表し、縦軸は変位量／ｍｍを表す。図２０は、既述した図１５の加振装置１３で強制振動（例えばホワイトノイズ）を与えた状態でセンサ（２）８の信号あるいはセンサ（２）８とセンサ（１）５との差の信号から、図１５の装置（ＸＹステージ６）の周波数スペクトラムを求めたものである。主ピーク周波数は、ここでは、電源周波数の２倍となっていることが判明する。

本発明の１実施例構成図である。 本発明の動作説明図（画像振動低減）である。 本発明の説明図（その１）である。 本発明の動作説明フローチャート（その１）である。 本発明の説明図（その２）である。 本発明の説明図（その３）である。 本発明の動作説明フローチャート（その２）である。 本発明の１実施例構成図（その２）である。 本発明の説明図（その４）である。 本発明の動作説明図（画像振動低減、その２）である。 本発明の説明図（その５）である。 本発明の１実施例構成図（その３）である。 本発明の動作説明（画像振動低減、その３）である。 本発明の動作説明フローチャート（その３）である。 本発明の他の実施例構成図である。 本発明の他の動作説明フローチャートである。 本発明の動作説明フローチャート（ＦＦＴフィルタの手順）である。 本発明の説明図（ＦＦＴフィルタ）である。 本発明の他の動作説明フローチャート（その２）である。 本発明の伝達関数例である。

１：電子ビームコラム
２：電子ビーム
３：対物レンズ
４：真空チャンバー
５：センサ
５１：ミラー
６：ＸＹステージ
７：マスクパレット
８：センサ
８１：ミラー
９：フォトマスク（試料）
１０：距離測定装置
１１：電子ビーム偏向器
１２：補正用コイル
１３：加振装置
１４：周波数マスク設定手段
１５：画像形成装置
１６：ＦＦＴフィルタ装置

Claims (4)

1. 試料から得られる画像の振動を低減する画像振動低減装置において、
   前記試料をＸ方向およびＹ方向に移動させるステージと、
   前記ステージあるいは該ステージに搭載した試料あるいは該試料を保持するホルダに搭載する振動あるいは位置変動を検出する第１のセンサと、
   必要に応じて、電子ビームを前記試料に細く絞る対物レンズの極あるいは該極を保持する天板上に搭載する振動あるいは位置変動を検出する第２のセンサと、
   装置を強制加振あるいは自然振動加振によって得られる、前記第１のセンサによって検出した第１の信号、あるいは該検出した第１の信号と前記第２のセンサによって検出した信号との差分信号、から算出した装置の周波数スペクトラム、あるいは前記第１の信号あるいは前記差分信号の振動成分を含む画像と振動成分を含まない画像との空間周波数の差、を用いて画像から振動を除去する周波数マスクを予め作成してフィルタに設定し、前記対物レンズで電子ビームを細く絞って照射しつつ平面走査した試料から放出あるいは吸収された信号を検出する検出器で検出された信号から生成された画像に、前記設定した周波数マスクを掛け、画像から振動を低減する振動低減手段と
   を備えたことを特徴とする画像振動低減装置。
2. 前記第１の信号あるいは前記差分信号が所定閾値を超えた当該画像の領域に、前記設定した周波数フィルタを掛け、画像から振動を低減することを特徴とする請求項１記載の画像振動低減装置。
3. 試料から得られる画像の振動を低減する画像振動低減方法において、
   前記試料をＸ方向およびＹ方向に移動させるステージと、
   前記ステージあるいは該ステージに搭載した試料あるいは該試料を保持するホルダに搭載する振動あるいは位置変動を検出する第１のセンサと、
   必要に応じて、電子ビームを前記試料に細く絞る対物レンズの極あるいは該極を保持する天板上に搭載する振動あるいは位置変動を検出する第２のセンサとを設け、
   装置を強制加振あるいは自然振動加振によって得られる、前記第１のセンサによって検出した第１の信号、あるいは該検出した第１の信号と前記第２のセンサによって検出した信号との差分信号、から算出した装置の周波数スペクトラム、あるいは前記第１の信号あるいは前記差分信号の振動成分を含む画像と振動成分を含まない画像との空間周波数の差、を用いて画像から振動を除去する周波数マスクを予め作成してフィルタに設定し、前記対物レンズで電子ビームを細く絞って照射しつつ平面走査した試料から放出あるいは吸収された信号を検出する検出器で検出された信号から生成された画像に、前記設定した周波数マスクを掛け、画像から振動を低減する振動低減ステップを有することを特徴とする画像振動低減方法。
4. 前記第１の信号あるいは前記差分信号が所定閾値を超えた当該画像の領域に、前記設定した周波数フィルタを掛け、画像から振動を低減することを特徴とする請求項３記載の画像振動低減方法。