JP6637371B2

JP6637371B2 - Electron microscope and focusing method

Info

Publication number: JP6637371B2
Application number: JP2016082034A
Authority: JP
Inventors: 仁嗣櫻井
Original assignee: Jeol Ltd
Current assignee: Jeol Ltd
Priority date: 2016-04-15
Filing date: 2016-04-15
Publication date: 2020-01-29
Anticipated expiration: 2036-04-15
Also published as: JP2017191749A

Description

本発明は、電子顕微鏡および焦点合わせ方法に関する。 The present invention relates to an electron microscope and a focusing method.

透過電子顕微鏡（ＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎＥｌｅｃｔｒｏｎＭｉｃｒｏｓｃｏｐｅ、ＴＥＭ）は、試料に電子線を照射し、試料を透過した電子線を対物レンズで結像させて像を得、その像を中間レンズおよび投影レンズで拡大して、試料拡大像を観察する装置である。 In a transmission electron microscope (TEM), a sample is irradiated with an electron beam, an electron beam transmitted through the sample is formed by an objective lens to obtain an image, and the image is enlarged by an intermediate lens and a projection lens. , A device for observing an enlarged sample image.

透過電子顕微鏡は、自動焦点合わせの機能を有している。自動焦点合わせ方法として、試料に対する電子線の入射角度を変化させて焦点合わせを行う方法、すなわち、電子線傾斜による焦点合わせ方法が知られている。例えば、特許文献１には、試料への電子線の入射角度がθ_１のときの試料画像Ａと、試料への電子線の入射角度がθ_２のときの試料画像Ｂとを取得し、試料画像Ａと試料画像Ｂの相互相関関数を計算して２画像間の位置ずれ量δを求め、当該位置ずれ量δに基づいて焦点合わせを行うようにした焦点合わせ方法が開示されている。 The transmission electron microscope has a function of automatic focusing. As an automatic focusing method, a method of performing focusing by changing an incident angle of an electron beam with respect to a sample, that is, a focusing method using an electron beam inclination is known. For example, Patent Document 1 acquires a sample image A when the incident angle of the electron beam to the sample of theta _1, the incident angle of the electron beam to the sample and the sample image B when the theta _2, the sample A focusing method is disclosed in which a cross-correlation function between an image A and a sample image B is calculated to obtain a positional shift amount δ between two images, and focusing is performed based on the positional shift amount δ.

特開２００４−５５１４３号公報JP-A-2004-55143

図６は、参考例に係る自動焦点合わせの方法の一例を示すフローチャートである。 FIG. 6 is a flowchart illustrating an example of an automatic focusing method according to the reference example.

透過電子顕微鏡において像を観察している状態で自動焦点合わせを開始すると、最初に、対物レンズのレンズ電流Ｉ_ＯＬの変更ステップΔＩ_ＯＬと電子線チルト調整用偏向コイルのコイル電流Ｉ_ＴＩＬＴの変更ステップΔＩ_ＴＩＬＴを算出する（ステップＳ２００）。電子線チルト調整用偏向コイルは、試料に対する電子線の入射角度を調整するためのコイルである。 When automatic focusing is started while an image is observed with a transmission electron microscope, first, a change step ΔI _OL of a lens current I _OL of an objective lens and a change step of a coil current I _TILT of a deflection coil for adjusting an electron beam tilt. ΔI _TILT is calculated (step S200). The electron beam tilt adjusting deflection coil is a coil for adjusting the incident angle of the electron beam on the sample.

次に、対物レンズのレンズ電流をＩＮ＝Ｉ_ＯＬ−（Ｎ−１）ΔＩ_ＯＬ（ただし、Ｎ＝０，１，２とする）に設定し、電子線チルト調整用偏向コイルの電流をＩ_ＴＩＬＴ＋ΔＩ_ＴＩＬＴ、Ｉ_ＴＩＬＴ−ΔＩ_ＴＩＬＴに設定して、像を取得する（ステップＳ２０２〜ステップＳ２１６）。すなわち、対物レンズのレンズ電流Ｉ０，Ｉ１，Ｉ２の各々について、電子線チルト調整用偏向コイルのコイル電流をＩ_ＴＩＬＴ＋ΔＩ_ＴＩＬＴに設定したときの第１傾斜像、および、電子線チルト調整用偏向コイルの電流をＩ_ＴＩＬＴ−ΔＩ_ＴＩＬＴに設定したときの第２傾斜像を取得する。 Next, the lens current of the objective lens is set to IN = I _OL − (N−1) ΔI _OL (where N = 0, 1, 2), and the current of the deflection coil for adjusting the electron beam tilt is set to I _TILT. The image is acquired by setting + ΔI _TILT and I _TILT −ΔI _TILT (steps S202 to S216). That is, for each of the lens currents I0, I1 and I2 of the objective lens, the first tilt image when the coil current of the deflection coil for electron beam tilt adjustment is set to I _TILT + ΔI _TILT , and the deflection coil for electron beam tilt adjustment A second tilt image when the current is set to I _TILT −ΔI _TILT is obtained.

次に、第１傾斜像と第２傾斜像との間での像のシフトを表す像シフトベクトル（ｘｉ，ｙｉ）（ｉ＝０，１，２）を、相互相関関数を用いて算出する（ステップＳ２１８）。すなわち、ここでは、対物レンズのレンズ電流Ｉ０のときの像シフトベクトル（ｘ０，ｙ０）、対物レンズのレンズ電流Ｉ１のときの像シフトベクトル（ｘ１，ｙ１）、および対物レンズのレンズ電流Ｉ２のときの像シフトベクトル（ｘ２，ｙ２）が算出される。 Next, an image shift vector (xi, yi) (i = 0, 1, 2) representing an image shift between the first tilt image and the second tilt image is calculated using a cross-correlation function ( Step S218). That is, here, the image shift vector (x0, y0) at the time of the lens current I0 of the objective lens, the image shift vector (x1, y1) at the time of the lens current I1 of the objective lens, and the image shift vector (x1, y1) of the objective lens Is calculated (x2, y2).

次に、算出された像シフトベクトル（ｘ０，ｙ０），（ｘ１，ｙ１），（ｘ２，ｙ２）の各々から、シフト量Ｌｉを、下記式（１）を用いて算出する（ステップＳ２２０）。 Next, a shift amount Li is calculated from each of the calculated image shift vectors (x0, y0), (x1, y1), (x2, y2) using the following equation (1) (step S220).

式（１）からシフト量Ｌｉを算出した後、像のシフトの向きを決定する。具体的には、像シフトベクトル（ｘ０，ｙ０）と像シフトベクトル（ｘ１，ｙ１）の内積を算出し（ステップＳ２２４）、内積が負の場合、像シフトベクトル（ｘ１，ｙ１）は像シフトベクトル（ｘ０，ｙ０）と逆向きであるためＬ１＝−Ｌ１とし、内積が正の場合、像シフトベクトル（ｘ１，ｙ１）は像シフトベクトル（ｘ０，ｙ０）と同じ向きであるためＬ１＝＋Ｌ１とする。同様に、像シフトベクトル（ｘ０，ｙ０）と像シフトベクトル（ｘ２，ｙ２）の内積を算出し（ステップＳ２２４）、内積が負の場合、像シフトベクトル（ｘ２，ｙ２）は像シフトベクトル（ｘ０，ｙ０）と逆向きであるためＬ２＝−Ｌ２とし、内積が正の場合、像シフトベクトル（ｘ２，ｙ２）は像シフトベクトル（ｘ０，ｙ０）と同じ向きであるためＬ２＝＋Ｌ２とする。 After calculating the shift amount Li from Expression (1), the shift direction of the image is determined. Specifically, an inner product of the image shift vector (x0, y0) and the image shift vector (x1, y1) is calculated (step S224). If the inner product is negative, the image shift vector (x1, y1) is replaced by the image shift vector. Since the direction is opposite to (x0, y0), L1 = −L1. When the inner product is positive, the image shift vector (x1, y1) has the same direction as the image shift vector (x0, y0), so that L1 = + L1. I do. Similarly, the inner product of the image shift vector (x0, y0) and the image shift vector (x2, y2) is calculated (step S224). If the inner product is negative, the image shift vector (x2, y2) is replaced with the image shift vector (x0). , Y0) and L2 = −L2, and when the inner product is positive, L2 = + L2 since the image shift vector (x2, y2) has the same direction as the image shift vector (x0, y0).

次に、（Ｉ０，Ｌ０），（Ｉ１，Ｌ１），（Ｉ２，Ｌ２）をｙ＝ａｘ＋ｂで直線近似し、ｙ＝０（像のシフト量が０）となるｘの値−ｂ／ａを算出して、対物レンズのフォーカス電流Ｉ_ｆを求める（ステップＳ２２６）。フォーカス電流Ｉ_ｆは、試料に焦点があった状態（ジャストフォーカス）にするための対物レンズのレンズ電流である。 Next, (I0, L0), (I1, L1), and (I2, L2) are linearly approximated by y = ax + b, and the value of x−b / a at which y = 0 (the amount of image shift is 0) is calculated. Then, the focus current _If of the objective lens is calculated (step S226). The focus current _If is a lens current of the objective lens for bringing the sample into focus (just focus).

最後に、算出された対物レンズのフォーカス電流Ｉ_ｆを、対物レンズのレンズ電流として設定する（ステップＳ２２８）。 Finally, the calculated focus current _If of the objective lens is set as the lens current of the objective lens (step S228).

以上の処理により、焦点合わせを行うことができる。 Through the above processing, focusing can be performed.

ここで、参考例に係る焦点合わせ方法では、対物レンズのフォーカス電流Ｉ_ｆの算出は、（Ｉ０，Ｌ０），（Ｉ１，Ｌ１），（Ｉ２，Ｌ２）をｙ＝ａｘ＋ｂで直線近似し、ｙ＝０となるｘの値−ｂ／ａを計算することで行われている。このとき、参考例に係る焦点合わせでは、上述したように、像シフトの向きを、内積を用いて決定している。 Here, in the focusing method according to the reference example, the focus current _If of the objective lens is calculated by linearly approximating (I0, L0), (I1, L1), (I2, L2) with y = ax + b, and This is performed by calculating the value of x−b / a that satisfies = 0. At this time, in the focusing according to the reference example, as described above, the direction of the image shift is determined using the inner product.

しかしながら、実際の像シフトベクトル（ｘ１，ｙ１），（ｘ２，ｙ２）の向きは、基準とした像シフトベクトル（ｘ０，ｙ０）の向きと同一方向や逆方向だけではない。実際の像シフトベクトルの向きは、対物レンズのレンズ電流Ｉ０，Ｉ１，Ｉ２が異なることによる像の回転や電子線の軸のずれなどによっても変化するためである。したがって、参考例に係る焦点合わせ方法で算出されたフォーカス電流Ｉ_ｆと実際に試料に焦点があった状態での対物レンズのレンズ電流との差が大きい場合があった。このような場合には、焦点合わせを正確に行うことができない。 However, the directions of the actual image shift vectors (x1, y1) and (x2, y2) are not limited to the same and opposite directions to the reference image shift vector (x0, y0). This is because the actual direction of the image shift vector also changes due to rotation of the image due to the difference in the lens currents I0, I1, and I2 of the objective lens and the shift of the axis of the electron beam. Therefore, there is a case the difference between the lens currents of the objective lens in a state where there is actually focused on the sample and focusing currents I _f calculated by the focusing method according to the reference example is large. In such a case, focusing cannot be performed accurately.

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、焦点合わせを正確に行うことができる電子顕微鏡および焦点合わせ方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and one of objects of some embodiments of the present invention is to provide an electron microscope and a focusing method capable of performing focusing accurately. To provide.

（１）本発明に係る電子顕微鏡は、
電子線源と、
前記電子線源から放出された電子線を偏向して、試料に対する前記電子線の入射角度を変えるための偏向部と、
前記試料を透過した前記電子線で電子顕微鏡像を結像するための対物レンズと、
前記偏向部および前記対物レンズを制御する制御部と、
を含み、
前記制御部は、
前記試料に対する前記電子線の入射角度を所定角度だけ変化させる前後での像のシフトを表す像シフトベクトルを、前記対物レンズのレンズ電流を変化させて、複数取得する処理と、
複数の前記像シフトベクトルに基づいて、前記電子線の入射角度を前記所定角度だけ変化させる前後での像のシフト量が最も小さくなる最小像シフトベクトルを算出する処理と、
前記最小像シフトベクトルに基づいて、前記対物レンズのレンズ電流を求める処理と、を行い、
前記対物レンズのレンズ電流をＩ _０，Ｉ _１，・・・，Ｉ _ｎ（ｎは２以上の整数）と変化させたときの前記像シフトベクトルを（ｘ _０，ｙ _０），（ｘ _１，ｙ _１），・・・，（ｘ _ｎ
，ｙ _ｎ）とした場合に、
前記制御部は、前記最小像シフトベクトルを算出する処理において、
（ｘ _０，ｙ _０），（ｘ _１，ｙ _１），・・・，（ｘ _ｎ，ｙ _ｎ）を、所定の関数ｙ＝ｆ（ｘ）で近似し、
当該所定の関数ｙ＝ｆ（ｘ）と原点（０，０）との間の距離が最小となる前記最小像シフトベクトル（ｘ _ｍｉｎ，ｙ _ｍｉｎ）を算出する。 (1) The electron microscope according to the present invention
An electron beam source,
A deflection unit for deflecting the electron beam emitted from the electron beam source and changing an incident angle of the electron beam with respect to a sample,
An objective lens for imaging an electron microscope image with the electron beam transmitted through the sample,
A control unit for controlling the deflection unit and the objective lens,
Including
The control unit includes:
An image shift vector representing an image shift before and after changing the incident angle of the electron beam with respect to the sample by a predetermined angle, by changing the lens current of the objective lens, and obtaining a plurality of images;
Based on the plurality of image shift vectors, a process of calculating a minimum image shift vector that minimizes the amount of image shift before and after changing the incident angle of the electron beam by the predetermined angle,
Based on the minimum image shift vector, a process of obtaining a lens current of the objective lens ,
When the lens current of the objective lens is changed to I ₀ , I ₁ ,..., I _n (n is an integer of 2 or more), the image shift vector is (x ₀ , y ₀ ), (x ₁ , y ₁ ),..., (x _n
, Y _n )
The control unit, in the process of calculating the minimum image shift vector,
_{_{_{_{(X 0, y 0),}}}} (x 1, y 1), ···, approximated by _(x n, _{y n)} a predetermined function y = f (x),
The minimum image shift vector (x _min , y _min ) that minimizes the distance between the predetermined function y = f (x) and the origin (0, 0) is calculated .

このような電子顕微鏡では、制御部が試料に対する電子線の入射角度を所定角度だけ変化させる前後での像のシフト量が最も小さくなる最小像シフトベクトルに基づいて、対物レンズのレンズ電流を求めるため、焦点合わせにおいて、試料に対する電子線の入射角度を所定角度だけ変化させる前後での像のシフト量が最も小さくなるように対物レンズのレンズ電流を設定することができる。したがって、このような電子顕微鏡では、焦点合わせを正確に行うことができる。さらに、このような電子顕微鏡では、試料に対する電子線の入射角度を所定角度だけ変化させる前後での像のシフト量が最も小さくなるように対物レンズのレンズ電流を設定することができ、焦点合わせを正確に行うことができる。 In such an electron microscope, the control unit determines the lens current of the objective lens based on the minimum image shift vector that minimizes the amount of image shift before and after changing the incident angle of the electron beam on the sample by a predetermined angle. In focusing, the lens current of the objective lens can be set so that the amount of image shift before and after changing the incident angle of the electron beam with respect to the sample by a predetermined angle is minimized. Therefore, in such an electron microscope, focusing can be performed accurately. Further, in such an electron microscope, the lens current of the objective lens can be set so that the amount of image shift before and after changing the incident angle of the electron beam with respect to the sample by a predetermined angle is minimized, and focusing is performed. Can be done accurately.

（２）本発明に係る電子顕微鏡において、
前記制御部は、前記対物レンズのレンズ電流を求める処理において、
（ｘ_０，Ｉ_０），（ｘ_１，Ｉ_１），・・・，（ｘ_ｎ，Ｉ_ｎ）を、所定の関数Ｉ＝ｆ（ｘ）で近似し、
当該所定の関数Ｉ＝ｆ（ｘ）にｘ_ｍｉｎを代入して、前記対物レンズのレンズ電流を求めてもよい。 ( 2 ) In the electron microscope according to the present invention,
The control unit is configured to determine a lens current of the objective lens,
_{_{_{_{(X 0, I 0),}}}} (x 1, I 1), ···, approximated by _(x _{n, I} n) a predetermined function I = f (x),
The lens current of the objective lens may be obtained by substituting x _min into the predetermined function I = f (x).

このような電子顕微鏡では、試料に対する電子線の入射角度を所定角度だけ変化させる前後での像のシフト量が最も小さくなるように対物レンズのレンズ電流を設定することができ、焦点合わせを正確に行うことができる。 In such an electron microscope, the lens current of the objective lens can be set so that the amount of image shift before and after changing the incident angle of the electron beam with respect to the sample by a predetermined angle is minimized, and the focusing is accurately performed. It can be carried out.

（３）本発明に係る焦点合わせ方法は、
電子顕微鏡における焦点合わせ方法であって、
試料に対する電子線の入射角度を所定角度だけ変化させる前後での像のシフトを表す像シフトベクトルを、対物レンズのレンズ電流を変化させて、複数取得する工程と、
複数の前記像シフトベクトルに基づいて、前記電子線の入射角度を前記所定角度だけ変化させる前後での像のシフト量が最も小さくなる最小像シフトベクトルを算出する工程と、
前記最小像シフトベクトルに基づいて、前記対物レンズのレンズ電流を求める工程と、を含み、
前記対物レンズのレンズ電流をＩ _０，Ｉ _１，・・・，Ｉ _ｎ（ｎは２以上の整数）と変化させたときの前記像シフトベクトルを（ｘ _０，ｙ _０），（ｘ _１，ｙ _１），・・・，（ｘ _ｎ，ｙ _ｎ）とした場合に、
前記最小像シフトベクトルを算出する工程では、
（ｘ _０，ｙ _０），（ｘ _１，ｙ _１），・・・，（ｘ _ｎ，ｙ _ｎ）を、所定の関数ｙ＝ｆ（ｘ）で近似し、
当該所定の関数ｙ＝ｆ（ｘ）と原点（０，０）との間の距離が最小となる前記最小像シフトベクトル（ｘ _ｍｉｎ，ｙ _ｍｉｎ）を算出する。 ( 3 ) The focusing method according to the present invention comprises:
A focusing method in an electron microscope,
An image shift vector representing an image shift before and after changing the incident angle of the electron beam with respect to the sample by a predetermined angle, by changing the lens current of the objective lens, and acquiring a plurality of;
Based on the plurality of image shift vectors, calculating the minimum image shift vector that minimizes the amount of image shift before and after changing the incident angle of the electron beam by the predetermined angle,
Based on the minimum image shift vector, see containing and a step of obtaining a lens current of the objective lens,
When the lens current of the objective lens is changed to I ₀ , I ₁ ,..., I _n (n is an integer of 2 or more), the image shift vector is (x ₀ , y ₀ ), (x ₁ , y ₁ ),..., (x _n , y _n )
In the step of calculating the minimum image shift vector,
_{_{_{_{(X 0, y 0),}}}} (x 1, y 1), ···, approximated by _(x n, _{y n)} a predetermined function y = f (x),
The minimum image shift vector (x _min , y _min ) that minimizes the distance between the predetermined function y = f (x) and the origin (0, 0) is calculated .

このような焦点合わせ方法では、試料に対する電子線の入射角度を所定角度だけ変化させる前後での像のシフト量が最も小さくなる最小像シフトベクトルに基づいて、対物レンズのレンズ電流を求めるため、試料に対する電子線の入射角度を所定角度だけ変化させる前後での像のシフト量が最も小さくなるように対物レンズのレンズ電流を設定することができる。したがって、このような焦点合わせ方法では、焦点合わせを正確に行うことができる。 In such a focusing method, the lens current of the objective lens is obtained based on the minimum image shift vector that minimizes the amount of image shift before and after changing the incident angle of the electron beam to the sample by a predetermined angle. The lens current of the objective lens can be set so that the amount of image shift before and after changing the incident angle of the electron beam with respect to the image by a predetermined angle is minimized. Therefore, with such a focusing method, focusing can be performed accurately.

（４）本発明に係る焦点合わせにおいて、
前記対物レンズのレンズ電流を求める工程では、
（ｘ_０，Ｉ_０），（ｘ_１，Ｉ_１），・・・，（ｘ_ｎ，Ｉ_ｎ）を、所定の関数Ｉ＝ｆ（ｘ）で近似し、
当該所定の関数Ｉ＝ｆ（ｘ）にｘ_ｍｉｎを代入して、前記対物レンズのレンズ電流を求めてもよい。 ( 4 ) In the focusing according to the present invention,
In the step of obtaining a lens current of the objective lens,
_{_{_{_{(X 0, I 0),}}}} (x 1, I 1), ···, approximated by _(x _{n, I} n) a predetermined function I = f (x),
The lens current of the objective lens may be obtained by substituting x _min into the predetermined function I = f (x).

本実施形態に係る電子顕微鏡を模式的に示す図。FIG. 2 is a diagram schematically showing an electron microscope according to the embodiment. 本実施形態に係る電子顕微鏡の制御処理部の自動焦点合わせ処理の一例を示すフローチャート。5 is a flowchart illustrating an example of an automatic focusing process of a control processing unit of the electron microscope according to the embodiment. 第１傾斜像および第２傾斜像を模式的に示す図。The figure which shows a 1st inclination image and a 2nd inclination image typically. 第１傾斜像と第２傾斜像における像シフトベクトルを説明するための図。FIG. 4 is a diagram for explaining image shift vectors in a first tilt image and a second tilt image. 像シフトベクトルを近似する式ｙ＝ａｘ＋ｂを表すグラフ。9 is a graph showing an expression y = ax + b that approximates an image shift vector. 参考例に係る自動焦点合わせ処理の一例を示すフローチャート。9 is a flowchart illustrating an example of an automatic focusing process according to a reference example.

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。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The embodiments described below do not unduly limit the contents of the present invention described in the claims. In addition, all of the configurations described below are not necessarily essential components of the invention.

１．電子顕微鏡
まず、本実施形態に係る電子顕微鏡について図面を参照しながら説明する。図１は、本実施形態に係る電子顕微鏡１００を模式的に示す図である。 1. Electron Microscope First, an electron microscope according to the present embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram schematically showing an electron microscope 100 according to the present embodiment.

電子顕微鏡１００は、電子線ＥＢを用いて試料Ｓを観察する装置である。電子顕微鏡１００は、透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）である。 The electron microscope 100 is an apparatus for observing a sample S using an electron beam EB. The electron microscope 100 is a transmission electron microscope (TEM).

電子顕微鏡１００は、図１に示すように、電子線源１０と、照射レンズ１２と、偏向コイル（偏向部の一例）１４と、対物レンズ１６と、試料ステージ１８と、試料ホルダー１
９と、撮像装置２０と、電子線源制御部２２と、レンズ制御部２４と、偏向制御部２６と、撮像制御部２８と、試料ステージ制御部３０と、制御処理部（制御部の一例）３２と、表示部３４と、を含んで構成されている。 As shown in FIG. 1, the electron microscope 100 includes an electron beam source 10, an irradiation lens 12, a deflection coil (an example of a deflection unit) 14, an objective lens 16, a sample stage 18, and a sample holder 1.
9, an imaging device 20, an electron beam source control unit 22, a lens control unit 24, a deflection control unit 26, an imaging control unit 28, a sample stage control unit 30, and a control processing unit (an example of a control unit). 32 and a display unit 34.

電子線源１０は、電子線ＥＢを発生させる。電子線源１０は、例えば、公知の電子銃である。 The electron beam source 10 generates an electron beam EB. The electron beam source 10 is, for example, a known electron gun.

照射レンズ１２は、電子線源１０から放出された電子線ＥＢを集束して試料Ｓに照射する。照射レンズ１２は、複数（図示の例では３つ）のコンデンサーレンズで構成されている。 The irradiation lens 12 focuses the electron beam EB emitted from the electron beam source 10 and irradiates the sample S. The irradiation lens 12 includes a plurality of (three in the illustrated example) condenser lenses.

偏向コイル１４は、照射レンズ１２で集束された電子線ＥＢを偏向させる。偏向コイル１４が電子線ＥＢを偏向させることにより、試料Ｓに対する電子線ＥＢの入射角度（電子線ＥＢの傾斜角度（Ｔｉｌｔ））を変えることができる。また、偏向コイル１４は、電子線ＥＢを偏向させることにより、電子線ＥＢをシフトさせることもできる。偏向コイル１４は、例えば、照射レンズ１２と対物レンズ１６との間に配置される。 The deflection coil 14 deflects the electron beam EB focused by the irradiation lens 12. By deflecting the electron beam EB by the deflection coil 14, the incident angle of the electron beam EB with respect to the sample S (the tilt angle (Tilt) of the electron beam EB) can be changed. The deflection coil 14 can shift the electron beam EB by deflecting the electron beam EB. The deflection coil 14 is disposed, for example, between the irradiation lens 12 and the objective lens 16.

対物レンズ１６は、試料Ｓを透過した電子線ＥＢで透過電子顕微鏡像（以下「ＴＥＭ像」ともいう）を結像するための初段のレンズである。 The objective lens 16 is a first-stage lens for forming a transmission electron microscope image (hereinafter, also referred to as a “TEM image”) with the electron beam EB transmitted through the sample S.

試料ステージ１８は、試料Ｓを保持する。図示の例では、試料ステージ１８は、試料ホルダー１９を介して、試料Ｓを保持している。試料ステージ１８によって、試料Ｓの位置決めを行うことができる。図示の例では、試料ステージ１８は、対物レンズ１６のポールピースに対して水平方向（横）から試料ホルダー１９を挿入するサイドエントリー方式の試料ステージである。なお、試料ステージ１８は、対物レンズ１６のポールピースの上方から試料Ｓを挿入するトップエントリー方式の試料ステージであってもよい。 The sample stage 18 holds the sample S. In the illustrated example, the sample stage 18 holds the sample S via a sample holder 19. The sample S can be positioned by the sample stage 18. In the illustrated example, the sample stage 18 is a side entry type sample stage in which the sample holder 19 is inserted from the horizontal direction (laterally) with respect to the pole piece of the objective lens 16. Note that the sample stage 18 may be a top entry type sample stage into which the sample S is inserted from above the pole piece of the objective lens 16.

電子顕微鏡１００は、図示はしないが、中間レンズおよび投影レンズを備えていてもよい。中間レンズおよび投影レンズは、対物レンズ１６によって結像された像を拡大し、撮像装置２０上に結像させる。対物レンズ１６、中間レンズ、および投影レンズは、電子顕微鏡１００の結像系を構成している。 Although not shown, the electron microscope 100 may include an intermediate lens and a projection lens. The intermediate lens and the projection lens magnify the image formed by the objective lens 16 and form the image on the imaging device 20. The objective lens 16, the intermediate lens, and the projection lens form an image forming system of the electron microscope 100.

撮像装置２０は、結像系によって結像されたＴＥＭ像を撮影する。撮像装置２０は、例えば、ＣＣＤカメラ等のデジタルカメラである。撮像装置２０で撮影されたＴＥＭ像の画像データは、撮像制御部２８を介して制御処理部３２に出力される。撮像装置２０で撮影されたＴＥＭ像は、制御処理部３２によって画像ファイルとして記憶装置（図示せず）に記憶されるとともに、表示部３４に表示される。 The imaging device 20 captures a TEM image formed by the imaging system. The imaging device 20 is, for example, a digital camera such as a CCD camera. Image data of the TEM image captured by the imaging device 20 is output to the control processing unit 32 via the imaging control unit 28. The TEM image photographed by the imaging device 20 is stored as an image file in the storage device (not shown) by the control processing unit 32 and displayed on the display unit 34.

表示部３４は、制御処理部３２によって生成された画像を表示するものであり、その機能は、ＬＣＤ、ＣＲＴなどにより実現できる。表示部３４には、電子線源制御部２２、レンズ制御部２４、偏向制御部２６、撮像制御部２８、および試料ステージ制御部３０を操作するためのＧＵＩ（ＧｒａｐｈｉｃａｌＵｓｅｒＩｎｔｅｒｆａｃｅ）が表示される。また、表示部３４には、撮像装置２０で撮影されたＴＥＭ像が表示される。 The display unit 34 displays an image generated by the control processing unit 32, and its function can be realized by an LCD, a CRT, or the like. The display unit 34 displays a GUI (Graphical User Interface) for operating the electron beam source control unit 22, the lens control unit 24, the deflection control unit 26, the imaging control unit 28, and the sample stage control unit 30. The display unit 34 displays a TEM image captured by the imaging device 20.

制御処理部３２は、電子線源制御部２２、レンズ制御部２４、偏向制御部２６、撮像制御部２８、および試料ステージ制御部３０を制御する。制御処理部３２は、例えば、ＧＵＩにおける操作等に基づいて、電子線源制御部２２、レンズ制御部２４、偏向制御部２６、撮像制御部２８、および試料ステージ制御部３０を制御するための制御信号を生成し、これらの制御部を制御する。 The control processing unit 32 controls the electron beam source control unit 22, the lens control unit 24, the deflection control unit 26, the imaging control unit 28, and the sample stage control unit 30. The control processing unit 32 controls the electron beam source control unit 22, the lens control unit 24, the deflection control unit 26, the imaging control unit 28, and the sample stage control unit 30 based on, for example, an operation in the GUI. It generates signals and controls these controllers.

制御処理部３２の機能は、各種プロセッサ（ＣＰＵ等）でプログラムを実行することにより実現してもよいし、ＡＳＩＣ（ゲートアレイ等）などの専用回路により実現してもよい。 The function of the control processing unit 32 may be realized by executing a program by various processors (CPU or the like), or may be realized by a dedicated circuit such as an ASIC (gate array or the like).

なお、電子顕微鏡１００がユーザーによる操作に応じた操作信号を取得する操作部を備えており、制御処理部３２は、当該操作部からの操作信号に基づいて、電子線源制御部２２、レンズ制御部２４、偏向制御部２６、撮像制御部２８、および試料ステージ制御部３０を制御してもよい。当該操作部は、例えば、ボタン、キー、タッチパネル型ディスプレイ、マイクなどであってもよい。 Note that the electron microscope 100 includes an operation unit that obtains an operation signal corresponding to an operation by a user, and the control processing unit 32 performs control of the electron beam source control unit 22 and the lens control unit 22 based on the operation signal from the operation unit. The unit 24, the deflection control unit 26, the imaging control unit 28, and the sample stage control unit 30 may be controlled. The operation unit may be, for example, a button, a key, a touch panel display, a microphone, or the like.

電子線源制御部２２は、制御処理部３２で生成された制御信号に基づいて、電子線源１０を制御する。また、レンズ制御部２４は、制御処理部３２で生成された制御信号に基づいて、照射レンズ１２および対物レンズ１６を制御する。レンズ制御部２４は、さらに、制御処理部３２で生成された制御信号に基づいて、中間レンズおよび投影レンズを制御してもよい。また、偏向制御部２６は、制御処理部３２で生成された制御信号に基づいて、偏向コイル１４を制御する。また、撮像制御部２８は、制御処理部３２で生成された制御信号に基づいて、撮像装置２０を制御する。また、試料ステージ制御部３０は、制御処理部３２で生成された制御信号に基づいて、試料ステージ１８を制御する。 The electron beam source control unit 22 controls the electron beam source 10 based on the control signal generated by the control processing unit 32. The lens control unit 24 controls the irradiation lens 12 and the objective lens 16 based on the control signal generated by the control processing unit 32. The lens control unit 24 may further control the intermediate lens and the projection lens based on the control signal generated by the control processing unit 32. The deflection control unit 26 controls the deflection coil 14 based on the control signal generated by the control processing unit 32. Further, the imaging control unit 28 controls the imaging device 20 based on the control signal generated by the control processing unit 32. The sample stage control unit 30 controls the sample stage 18 based on the control signal generated by the control processing unit 32.

２．電子顕微鏡の動作
次に、本実施形態に係る電子顕微鏡１００の動作について説明する。ここでは、電子顕微鏡１００の制御処理部３２の自動焦点合わせ処理について説明する。焦点合わせとは、電子顕微鏡を、試料Ｓに焦点があった状態（ジャストフォーカスの状態）にすることをいう。 2. Operation of Electron Microscope Next, the operation of the electron microscope 100 according to the present embodiment will be described. Here, the automatic focusing process of the control processing unit 32 of the electron microscope 100 will be described. Focusing refers to bringing the electron microscope into a state where the sample S is focused (just-focused state).

図２は、本実施形態に係る電子顕微鏡１００の制御処理部３２の自動焦点合わせ処理の一例を示すフローチャートである。 FIG. 2 is a flowchart illustrating an example of the automatic focusing process of the control processing unit 32 of the electron microscope 100 according to the present embodiment.

制御処理部３２は、例えば、ＧＵＩにおける操作に基づいてユーザーが開始指示を行ったか否かを判定し、開始指示が行われたと判定された場合に、自動焦点合わせ処理を開始する。 The control processing unit 32 determines, for example, whether or not the user has issued a start instruction based on an operation on the GUI, and starts the automatic focusing process when it is determined that the start instruction has been issued.

制御処理部３２は、まず、現在の倍率における対物レンズ１６のレンズ電流Ｉ_ＯＬの変更ステップΔＩ_ＯＬと偏向コイル１４のコイル電流Ｉ_ＴＩＬＴの変更ステップΔＩ_ＴＩＬＴを算出する（ステップＳ１００）。例えば、変更ステップΔＩ_ＯＬは、あらかじめ設定された値を電子顕微鏡の倍率で除算することで算出され、変更ステップΔＩ_ＴＩＬＴは、あらかじめ設定された値がそのまま使用される。 First, the control processing unit 32 calculates a change step ΔI _OL of the lens current I _OL of the objective lens 16 and a change step ΔI _TILT of the coil current I _TILT of the deflection coil 14 at the current magnification (step S100). For example, the change step ΔI _OL is calculated by dividing a preset value by the magnification of the electron microscope, and the change step ΔI _TILT uses the preset value as it is.

次に、制御処理部３２は、対物レンズ１６のレンズ電流をＩＮ＝Ｉ_ＯＬ−（Ｎ−１）ΔＩ_ＯＬ（ただし、Ｎは２以上の整数）に設定し、偏向コイル１４のコイル電流をＩ_ＴＩＬＴ＋ΔＩ_ＴＩＬＴ、Ｉ_ＴＩＬＴ−ΔＩ_ＴＩＬＴに設定して、像を取得する（ステップＳ１０２〜ステップＳ１１６）。すなわち、対物レンズ１６のレンズ電流Ｉ０，Ｉ１，・・・，ＩＮの各々について、偏向コイル１４のコイル電流をＩ_ＴＩＬＴ＋ΔＩ_ＴＩＬＴとした第１傾斜像、偏向コイル１４のコイル電流をＩ_ＴＩＬＴ−ΔＩ_ＴＩＬＴとした第２傾斜像を取得する。なお、以下では、Ｎ＝２の場合について説明する。 Next, the control processing unit 32 sets the lens current of the objective lens 16 to IN = I _OL − (N−1) ΔI _OL (where N is an integer of 2 or more), and sets the coil current of the deflection coil 14 to I _An image is acquired by setting _TILT + ΔI _TILT and I _TILT −ΔI _TILT (steps S102 to S116). That is, for each of the lens currents I0, I1,..., IN of the objective lens 16, a first tilted image in which the coil current of the deflection coil 14 is I _TILT + ΔI _TILT, and the coil current of the deflection coil 14 is I _TILT −ΔI _A second tilt image as _TILT is obtained. In the following, a case where N = 2 will be described.

具体的には、制御処理部３２は、まず、対物レンズ１６のレンズ電流をＩ０＝Ｉ_ＯＬ−（０−１）ΔＩ_ＯＬ＝Ｉ_ＯＬ＋ΔＩ_ＯＬ（Ｎ＝０）に設定する（ステップＳ１０４）。そして、偏向コイル１４のコイル電流をＩ_ＴＩＬＴ＋ΔＩ_ＴＩＬＴに設定して（ステップＳ１０６）、第１傾斜像を撮影する（ステップＳ１０８）。次に、制御処理部３２は、偏向
コイル１４のコイル電流をＩ_ＴＩＬＴ−ΔＩ_ＴＩＬＴに設定して（ステップＳ１１０）、第２傾斜像を撮影する（ステップＳ１１２）。撮影された第１傾斜像および第２傾斜像は、記憶装置（図示せず）に記憶される。 Specifically, the control processing unit 32 first, the lens current of the objective lens 16 _I0 = I OL - set to _{_{(0-1) ΔI OL = I OL}} + ΔI OL (N = 0) ( step S104). Then, the coil current of the deflection coil 14 is set to I _TILT + ΔI _TILT (step S106), and a first tilt image is photographed (step S108). Next, the control processing unit 32 sets the coil current of the deflection coil 14 to I _TILT −ΔI _TILT (Step S110), and captures a second tilt image (Step S112). The photographed first tilt image and second tilt image are stored in a storage device (not shown).

図３は、第１傾斜像１、および第２傾斜像２を模式的に示す図である。偏向コイル１４によって試料Ｓに対する電子線ＥＢの入射角度を変化させることで、図３に示すように、像がシフトする。第１傾斜像１および第２傾斜像２は、電子線ＥＢの入射角度を所定角度だけ変化させる前後の像といえる。 FIG. 3 is a diagram schematically showing the first tilt image 1 and the second tilt image 2. By changing the incident angle of the electron beam EB with respect to the sample S by the deflection coil 14, the image is shifted as shown in FIG. The first tilt image 1 and the second tilt image 2 can be said to be images before and after changing the incident angle of the electron beam EB by a predetermined angle.

次に、制御処理部３２は、Ｎ＝２になったか否かを判定し（ステップＳ１１４）、Ｎ≠２と判定された場合（ステップＳ１１４でＮｏの場合）には、Ｎに１を加算して（ステップＳ１１６）、対物レンズ１６のレンズ電流をＩ１＝Ｉ_ＯＬ−（１−１）ΔＩ_ＯＬ＝Ｉ_ＯＬ（Ｎ＝１）に設定する（ステップＳ１０４）。そして、ステップＳ１０６〜ステップＳ１１２の処理を行い、対物レンズ１６のレンズ電流がＩ１のときの、第１傾斜像１および第２傾斜像２を取得する。制御処理部３２は、あらかじめ設定されたＮの数に応じて、ステップＳ１０４〜ステップＳ１１６の処理を繰り返し行う。 Next, the control processing unit 32 determines whether or not N = 2 (step S114). When it is determined that N ≠ 2 (in the case of No in step S114), 1 is added to N. Te (step S116), the lens current of the objective lens _{16 I1 = I OL - (1-1} ) ΔI is set to _{_{OL = I OL (N = 1}} ) ( step S104). Then, the processing of steps S106 to S112 is performed to obtain the first tilted image 1 and the second tilted image 2 when the lens current of the objective lens 16 is I1. The control processing unit 32 repeatedly performs the processing of steps S104 to S116 according to the preset number of N.

Ｎ＝２と判定された場合（ステップＳ１１４でＹｅｓの場合）には、制御処理部３２は、対物レンズ１６のレンズ電流Ｉ０，Ｉ１，Ｉ２において、それぞれ観察された第１傾斜像１と第２傾斜像２との間での像のシフトを表す像シフトベクトル（ｘｉ，ｙｉ）（ｉ＝０，１，２）を算出する（ステップＳ１１８）。なお、（ｘｉ，ｙｉ）の単位はピクセルである。 When it is determined that N = 2 (in the case of Yes in step S114), the control processing unit 32 determines the observed first tilt image 1 and second tilt image 1 at the lens currents I0, I1, and I2 of the objective lens 16, respectively. An image shift vector (xi, yi) (i = 0, 1, 2) representing an image shift with respect to the tilt image 2 is calculated (step S118). The unit of (xi, yi) is a pixel.

図４は、像シフトベクトル（ｘｉ，ｙｉ）を説明するための図である。像シフトベクトルは、第１傾斜像１と第２傾斜像２との間での像のシフト（位置ずれ）を表すベクトルである。像シフトベクトル（ｘｉ，ｙｉ）は、例えば、相互相関関数を用いて算出することができる。 FIG. 4 is a diagram for explaining the image shift vector (xi, yi). The image shift vector is a vector representing a shift (position shift) of the image between the first tilted image 1 and the second tilted image 2. The image shift vector (xi, yi) can be calculated using, for example, a cross-correlation function.

次に、制御処理部３２は、算出された像シフトベクトル（ｘ０，ｙ０），（ｘ１，ｙ１），（ｘ２，ｙ２）を式ｙ＝ａｘ＋ｂで直線近似する（ステップＳ１２０）。すなわち、制御処理部３２は、像シフトベクトル（ｘ０，ｙ０），（ｘ１，ｙ１），（ｘ２，ｙ２）から、「ａ」の値および「ｂ」の値を計算し、近似式を求める。 Next, the control processing unit 32 linearly approximates the calculated image shift vectors (x0, y0), (x1, y1), (x2, y2) by the equation y = ax + b (step S120). That is, the control processing unit 32 calculates the value of “a” and the value of “b” from the image shift vectors (x0, y0), (x1, y1), (x2, y2), and obtains an approximate expression.

図５は、像シフトベクトル（ｘ０，ｙ０），（ｘ１，ｙ１），（ｘ２，ｙ２）を近似する式ｙ＝ａｘ＋ｂを表すグラフである。図５では、像シフトベクトルを近似する近似式を実線で表している。 FIG. 5 is a graph showing an expression y = ax + b that approximates the image shift vector (x0, y0), (x1, y1), (x2, y2). In FIG. 5, an approximate expression for approximating the image shift vector is represented by a solid line.

次に、制御処理部３２は、算出された近似式ｙ＝ａｘ＋ｂと、図５に示す像シフトベクトルを表すグラフの原点（０，０）と、の間の距離Ｌが最短となる座標（ｘ_ｍｉｎ，ｙ_ｍｉｎ）のｘ_ｍｉｎの値を算出する（ステップＳ１２２）。 Next, the control processing unit 32 calculates the coordinates (x) at which the distance L between the calculated approximate expression y = ax + b and the origin (0, 0) of the graph representing the image shift vector shown in FIG. The value of x _min of _min , y _min ) is calculated (step S122).

座標（ｘ_ｍｉｎ，ｙ_ｍｉｎ）のｘ_ｍｉｎの値は、下記式から求めることができる。 The value of x _min of the coordinates (x _min , y _min ) can be obtained from the following equation.

近似式ｙ＝ａｘ＋ｂと原点（０，０）との間の距離Ｌが最短となる座標（ｘ_ｍｉｎ，ｙ
_ｍｉｎ）は、第１傾斜像１と第２傾斜像２との間での像のシフト量（位置ずれ量）が最も小さくなる像シフトベクトル（以下「最小像シフトベクトル」ともいう）に相当する。 The coordinates (x _min , y) at which the distance L between the approximate expression y = ax + b and the origin (0, 0) is the shortest
_min ) corresponds to an image shift vector (hereinafter also referred to as a “minimum image shift vector”) in which the amount of image shift (the amount of displacement) between the first inclined image 1 and the second inclined image 2 is minimized. .

次に、制御処理部３２は、最小像シフトベクトルに基づいて、対物レンズ１６のフォーカス電流Ｉ_ｆを算出する（ステップＳ１２４）。フォーカス電流Ｉ_ｆは、試料Ｓに焦点があった状態（ジャストフォーカス）にするための対物レンズ１６のレンズ電流である。 Next, the control processing unit 32 calculates the focus current _If of the objective lens 16 based on the minimum image shift vector (Step S124). The focus current _If is a lens current of the objective lens 16 for bringing the sample S into a focused state (just focus).

具体的には、制御処理部３２は、像シフトベクトルのｘｉの値と対物レンズ１６のレンズ電流との関係を表すベクトル（ｘ０，Ｉ０）、（ｘ１，Ｉ１）、（ｘ２，Ｉ２）を式Ｉ＝ｃｘ＋ｄで直線近似する（すなわち、「ｃ」と「ｄ」の値を求める）。次に、算出されたＩ＝ｃｘ＋ｄに、ｘ＝ｘ_ｍｉｎを代入する（下記式参照）。 Specifically, the control processing unit 32 calculates the vectors (x0, I0), (x1, I1), and (x2, I2) representing the relationship between the value of xi of the image shift vector and the lens current of the objective lens 16 according to an expression. A linear approximation is performed with I = cx + d (that is, values of “c” and “d” are obtained). Next, x = x _min is substituted for the calculated I = cx + d (see the following equation).

Ｉ_ｆ＝ｃｘ_ｍｉｎ＋ｄ I _f = _{cx min} + d

これにより、対物レンズ１６のフォーカス電流Ｉ_ｆを求めることができる。 This makes it possible to determine the focus current I _f of the objective lens 16.

制御処理部３２は、算出したフォーカス電流Ｉ_ｆを、対物レンズ１６に供給するための処理を行う（ステップＳ１２６）。 The control processing unit 32 performs a process for supplying the calculated focus current _If to the objective lens 16 (Step S126).

なお、上記の例では、Ｎ＝２の場合、すなわちＮの総数が３である場合について説明したが、Ｎの値は２以上であれば特に限定されない。Ｎの値は、任意に設定することができる。 In the above example, the case where N = 2, that is, the case where the total number of N is 3, has been described, but there is no particular limitation as long as the value of N is 2 or more. The value of N can be set arbitrarily.

また、上記の例では、制御処理部３２が、像シフトベクトル（ｘ０，ｙ０），（ｘ１，ｙ１），（ｘ２，ｙ２）を式ｙ＝ａｘ＋ｂで直線近似する例について説明したが、像シフトベクトル（ｘ０，ｙ０），（ｘ１，ｙ１），（ｘ２，ｙ２）を、任意の関数で近似してもよい。例えば、像シフトベクトルを２次曲線で近似してもよいし、３次以上の曲線で近似してもよい。上記の例では、Ｎの総数が３であったが、Ｎの総数を増やした場合には、像シフトベクトル（ｘ０，ｙ０），（ｘ１，ｙ１），・・・，（ｘｎ，ｙｎ）を、その場合に適用な任意の関数ｙ＝ｆ（ｘ）で近似してもよい。 In the above example, the control processing unit 32 describes an example in which the image shift vectors (x0, y0), (x1, y1), (x2, y2) are linearly approximated by the equation y = ax + b. The vectors (x0, y0), (x1, y1), (x2, y2) may be approximated by an arbitrary function. For example, the image shift vector may be approximated by a quadratic curve or a cubic or higher curve. In the above example, the total number of N is 3. However, when the total number of N is increased, the image shift vectors (x0, y0), (x1, y1),. , May be approximated by any function y = f (x) applicable in that case.

また、上記の例では、制御処理部３２が、（ｘ０，Ｉ０），（ｘ１，Ｉ１），（ｘ２，Ｉ２）を式Ｉ＝ｃｘ＋ｄで直線近似する例について説明したが、（ｘ０，Ｉ０），（ｘ１，Ｉ１），（ｘ２，Ｉ２）を、任意の関数で近似してもよい。例えば、（ｘ０，Ｉ０），（ｘ１，Ｉ１），（ｘ２，Ｉ２）を２次曲線で近似してもよいし、３次以上の曲線で近似してもよい。上記の例では、Ｎの総数が３であったが、Ｎの総数を増やした場合には、（ｘ０，Ｉ０），（ｘ１，Ｉ１），・・・，（ｘｎ，Ｉｎ）を、その場合に適用な任意の関数Ｉ＝ｆ（ｘ）で近似してもよい。 In the above example, the control processing unit 32 describes an example in which (x0, I0), (x1, I1), and (x2, I2) are linearly approximated by the equation I = cx + d, but (x0, I0) , (X1, I1), (x2, I2) may be approximated by an arbitrary function. For example, (x0, I0), (x1, I1), (x2, I2) may be approximated by a quadratic curve or a cubic or higher curve. In the above example, the total number of N is 3. However, when the total number of N is increased, (x0, I0), (x1, I1), ..., (xn, In) May be approximated by any function I = f (x) applicable to

本実施形態に係る電子顕微鏡１００は、例えば、以下の特徴を有する。 The electron microscope 100 according to the present embodiment has, for example, the following features.

電子顕微鏡１００では、制御処理部３２は、試料Ｓに対する電子線ＥＢの入射角度を所定角度だけ変化させる前後での像のシフトを表す像シフトベクトルを、対物レンズ１６のレンズ電流を変化させて、複数取得する処理と、複数の像シフトベクトルに基づいて、電子線ＥＢの入射角度を前記所定角度だけ変化させる前後での像のシフト量が最も小さくなる最小像シフトベクトルを算出する処理と、最小像シフトベクトルに基づいて、対物レンズ１６のレンズ電流（フォーカス電流Ｉ_ｆ）を求める処理と、を行う。 In the electron microscope 100, the control processing unit 32 changes an image shift vector representing an image shift before and after changing an incident angle of the electron beam EB with respect to the sample S by a predetermined angle by changing a lens current of the objective lens 16, A process of obtaining a plurality of image shift vectors, a process of calculating a minimum image shift vector that minimizes an image shift amount before and after changing the incident angle of the electron beam EB by the predetermined angle, based on the plurality of image shift vectors, A process of obtaining a lens current (focus current _If ) of the objective lens 16 based on the image shift vector.

このように電子顕微鏡１００では、制御処理部３２が試料Ｓに対する電子線ＥＢの入射角度を所定角度だけ変化させる前後での像のシフト量が最も小さくなる最小像シフトベクトルに基づいて、対物レンズ１６のレンズ電流を求めるため、焦点合わせにおいて、試料Ｓに対する電子線ＥＢの入射角度を所定角度だけ変化させる前後での像のシフト量が最も小さくなるように対物レンズ１６のレンズ電流を設定することができる。したがって、電子顕微鏡１００では、焦点合わせを正確に行うことができる。 As described above, in the electron microscope 100, based on the minimum image shift vector that minimizes the amount of image shift before and after the control processing unit 32 changes the incident angle of the electron beam EB with respect to the sample S by a predetermined angle, the objective lens 16 In the focusing, the lens current of the objective lens 16 is set so that the amount of image shift before and after changing the incident angle of the electron beam EB with respect to the sample S by a predetermined angle is minimized. it can. Therefore, the electron microscope 100 can accurately perform focusing.

例えば、図６に示す参考例に係る焦点合わせ方法では、像シフトの向きを内積を用いて決定しているため、算出されたフォーカス電流Ｉ_ｆと、実際に試料Ｓに焦点があった状態での対物レンズ１６のレンズ電流との差が大きい場合があった。これに対して、本実施形態では、試料Ｓに対する電子線ＥＢの入射角度を所定角度だけ変化させる前後での像のシフト量が最も小さくなる最小像シフトベクトルに基づいて、対物レンズ１６のレンズ電流を求めるため、例えば参考例に係る焦点合わせ方法と比べて、フォーカス電流Ｉ_ｆを精度よく算出することができる。 For example, in the focusing method according to the reference example shown in FIG. 6, since the direction of the image shift is determined using the inner product, the calculated focus current _If and the state where the sample S is actually focused are used. There was a case where the difference from the lens current of the objective lens 16 was large. On the other hand, in the present embodiment, the lens current of the objective lens 16 is determined based on the minimum image shift vector that minimizes the amount of image shift before and after changing the incident angle of the electron beam EB with respect to the sample S by a predetermined angle. , The focus current _If can be calculated more accurately than, for example, the focusing method according to the reference example.

電子顕微鏡１００では、制御処理部３２は、最小像シフトベクトルを算出する処理において、像シフトベクトル（ｘ_０，ｙ_０），（ｘ_１，ｙ_１），・・・，（ｘ_ｎ，ｙ_ｎ）を、所定の関数ｙ＝ｆ（ｘ）で近似し、当該所定の関数ｙ＝ｆ（ｘ）と原点（０，０）との間の距離が最小となる最小像シフトベクトル（ｘ_ｍｉｎ，ｙ_ｍｉｎ）を算出する。また、制御処理部３２は、対物レンズ１６のレンズ電流を求める処理において、（ｘ_０，Ｉ_０），（ｘ_１，Ｉ_１），・・・，（ｘ_ｎ，Ｉ_ｎ）を、所定の関数Ｉ＝ｆ（ｘ）で近似し、当該所定の関数Ｉ＝ｆ（ｘ）にｘ_ｍｉｎを代入して、対物レンズ１６のレンズ電流（フォーカス電流）を求める。そのため、電子顕微鏡１００によれば、試料Ｓに対する電子線ＥＢの入射角度を所定角度だけ変化させる前後での像のシフト量が最も小さくなるように対物レンズ１６のレンズ電流を設定することができ、焦点合わせを正確に行うことができる。 In the electron microscope 100, the control processing unit 32, the process for calculating the minimum image shift vector, the image shift vector _{_{_{_{(x 0, y 0),}}}} (x 1, y 1), ···, (x n, y n ) Is approximated by a predetermined function y = f (x), and the minimum image shift vector (x _min , x _min ) at which the distance between the predetermined function y = f (x) and the origin (0,0) becomes minimum. y _min ) is calculated. Further, the control processing section 32 converts (x ₀ , I ₀ ), (x ₁ , I ₁ ),..., (X _n , I _n ) into a predetermined value in the process of obtaining the lens current of the objective lens 16. The function I = f (x) is approximated, and x _min is substituted into the predetermined function I = f (x) to obtain a lens current (focus current) of the objective lens 16. Therefore, according to the electron microscope 100, the lens current of the objective lens 16 can be set so that the amount of image shift before and after changing the incident angle of the electron beam EB with respect to the sample S by a predetermined angle is minimized, Focusing can be performed accurately.

本実施形態に係る焦点合わせ方法は、試料Ｓに対する電子線ＥＢの入射角度を所定角度だけ変化させる前後での像のシフトを表す像シフトベクトルを、対物レンズ１６のレンズ電流を変化させて、複数取得する工程と、複数の像シフトベクトルに基づいて、入射角度を前記所定角度だけ変化させる前後での像のシフト量が最も小さくなる最小像シフトベクトルを算出する工程と、最小像シフトベクトルに基づいて、対物レンズ１６のレンズ電流を求める工程と、を含む。そのため、本実施形態に係る焦点合わせ方法によれば、焦点合わせを正確に行うことができる。 In the focusing method according to the present embodiment, an image shift vector representing a shift of an image before and after changing the incident angle of the electron beam EB with respect to the sample S by a predetermined angle is obtained by changing a lens current of the objective lens 16, Acquiring, based on the plurality of image shift vectors, calculating a minimum image shift vector that minimizes the amount of image shift before and after changing the incident angle by the predetermined angle, based on the minimum image shift vector Obtaining the lens current of the objective lens 16. Therefore, according to the focusing method according to the present embodiment, focusing can be performed accurately.

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。 The invention includes substantially the same configuration as the configuration described in the embodiment (for example, a configuration having the same function, method, and result, or a configuration having the same object and effect). Further, the invention includes a configuration in which a non-essential part of the configuration described in the embodiment is replaced. Further, the invention includes a configuration having the same function and effect as the configuration described in the embodiment or a configuration capable of achieving the same object. Further, the invention includes a configuration in which a known technique is added to the configuration described in the embodiment.

１０…電子線源、１２…照射レンズ、１４…偏向コイル、１６…対物レンズ、１８…試料ステージ、１９…試料ホルダー、２０…撮像装置、２２…電子線源制御部、２４…レンズ制御部、２６…偏向制御部、２８…撮像制御部、３０…試料ステージ制御部、３２…制御処理部、３４…表示部、１００…電子顕微鏡 Reference Signs List 10: electron beam source, 12: irradiation lens, 14: deflection coil, 16: objective lens, 18: sample stage, 19: sample holder, 20: imaging device, 22: electron beam source control unit, 24: lens control unit, 26: deflection control unit, 28: imaging control unit, 30: sample stage control unit, 32: control processing unit, 34: display unit, 100: electron microscope

Claims

An electron beam source,
A deflection unit for deflecting the electron beam emitted from the electron beam source and changing an incident angle of the electron beam with respect to a sample,
An objective lens for imaging an electron microscope image with the electron beam transmitted through the sample,
A control unit for controlling the deflection unit and the objective lens,
Including
The control unit includes:
An image shift vector representing an image shift before and after changing the incident angle of the electron beam with respect to the sample by a predetermined angle, by changing the lens current of the objective lens, and obtaining a plurality of images;
Based on the plurality of image shift vectors, a process of calculating a minimum image shift vector that minimizes the amount of image shift before and after changing the incident angle of the electron beam by the predetermined angle,
Based on the minimum image shift vector, a process of obtaining a lens current of the objective lens ,
When the lens current of the objective lens is changed to I ₀ , I ₁ ,..., I _n (n is an integer of 2 or more), the image shift vector is (x ₀ , y ₀ ), (x ₁ , y ₁ ),..., (x _n , y _n )
The control unit, in the process of calculating the minimum image shift vector,
_{_{_{_{(X 0, y 0),}}}} (x 1, y 1), ···, approximated by _(x n, _{y n)} a predetermined function y = f (x),
An electron microscope that calculates the minimum image shift vector (x _min , y _min ) that minimizes the distance between the predetermined function y = f (x) and the origin (0,0) .

In claim 1 ,
The control unit is configured to determine a lens current of the objective lens,
_{_{_{_{(X 0, I 0),}}}} (x 1, I 1), ···, approximated by _(x _{n, I} n) a predetermined function I = f (x),
An electron microscope which obtains a lens current of the objective lens by substituting x _min into the predetermined function I = f (x).

A focusing method in an electron microscope,
An image shift vector representing an image shift before and after changing the incident angle of the electron beam with respect to the sample by a predetermined angle, by changing the lens current of the objective lens, and acquiring a plurality of;
Based on the plurality of image shift vectors, calculating the minimum image shift vector that minimizes the amount of image shift before and after changing the incident angle of the electron beam by the predetermined angle,
Based on the minimum image shift vector, see containing and a step of obtaining a lens current of the objective lens,
When the lens current of the objective lens is changed to I ₀ , I ₁ ,..., I _n (n is an integer of 2 or more), the image shift vector is (x ₀ , y ₀ ), (x ₁ , y ₁ ),..., (x _n , y _n )
In the step of calculating the minimum image shift vector,
_{_{_{_{(X 0, y 0),}}}} (x 1, y 1), ···, approximated by _(x n, _{y n)} a predetermined function y = f (x),
A focusing method for calculating the minimum image shift vector (x _min , y _min ) that minimizes the distance between the predetermined function y = f (x) and the origin (0,0) .

In claim 3 ,
In the step of obtaining a lens current of the objective lens,
_{_{_{_{(X 0, I 0),}}}} (x 1, I 1), ···, approximated by _(x _{n, I} n) a predetermined function I = f (x),
A focusing method in which x _min is substituted for the predetermined function I = f (x) to determine a lens current of the objective lens.