JP7060469B2 - 荷電粒子線装置、及び荷電粒子線装置における撮像条件調整方法 - Google Patents

Description

本発明は、荷電粒子線装置、及び荷電粒子線装置における撮像条件調整方法に関する。

荷電粒子線装置として、例えば走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）が知られている。荷電粒子線装置としては、通常の走査型電子顕微鏡の他、測長ＳＥＭ、レビューＳＥＭなどがある。

走査型電子顕微鏡では、電子源から放出された電子ビームを、対物レンズが発生させる磁場によって試料上に集束させて照射し、発生した後方散乱電子、二次電子等を計測して撮像する。このとき、試料の高さに応じて電子ビームの焦点位置を調整する必要があるが、これは対物レンズに印加されるコイル電流を調整することで実現することができる。

しかし、対物レンズの磁気回路は一般的に強磁性体で構成されており、磁気ヒステリシスの影響でコイル電流と対物レンズが発生させる磁場との関係が一意に定まらず、これが偏向倍率や像回転の誤差の原因となる。これを回避するための方法として、例えば特許文献１には、対物レンズのコイル電流と磁場との関係を一定に保つためレンズリセット処理を実行する電子顕微鏡が開示されている。レンズリセット動作は、対物レンズのコイル電流を一旦最小値まで減少させた後、再び増加させることにより、対物レンズの磁気回路の磁化状態を一定に保つ動作であり、これにより、コイル電流と磁場の関係を一意に定めることができる。しかし、このレンズリセット処理では、対物レンズに印加する電流を大きく変化させるため、磁気回路中に渦電流が発生して磁場の応答が遅れ、スループット（時間当たりの撮像枚数）が大幅に低下してしまう。

特開２００８－１９２５２１号公報

本発明は、レンズリセットの頻度を減らし、スループットを向上させた荷電粒子線装置、及び荷電粒子線装置における撮像条件調整方法を提供する。

上記問題点を解決するため、本発明に従う荷電粒子線装置は、電子ビームを発生する電子源と、前記電子ビームを試料上に集束させるためコイル電流を印加される対物レンズと、前記対物レンズに印加される前記コイル電流を制御する制御部と、前記対物レンズのヒステリシス特性情報を記憶するヒステリシス特性記憶部と、前記コイル電流に関する履歴情報を記憶する履歴情報記憶部と、前記コイル電流、前記履歴情報、及び前記ヒステリシス特性情報に基づいて、前記対物レンズが発生させている磁場を推定する推定部とを備える。

本発明によれば、レンズリセットの頻度を減らし、スループットを向上させた荷電粒子線装置を提供することができる。

第１の実施の形態に係る走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）の概略図である。 第１の実施の形態に係る走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）の撮像条件設定プログラムについて説明するブロック図である。 対物レンズ１０４のヒステリシス特性について説明するグラフである。 レンズリセット動作の具体例について説明する概略図である。 レンズリセット動作の具体例について説明するグラフである。 第１の実施の形態における磁場の推定方法を説明するためのグラフである。 図６Ａの閉曲線ＥＰＶの部分の拡大図である。 第１の実施の形態における磁場の推定方法を説明するためのグラフである。 データベース１１４に記憶されるヒステリシス特性情報の一例を示す。 従来の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）の動作を示すフローチャートである。 第１の実施の形態に係る走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）の動作を示すフローチャートである。 第２の実施の形態に係る走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）の動作を示すフローチャートである。 プレイヒステロンについて説明する概略図である。 第３の実施の形態に係る走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）の動作を示すフローチャートである。

以下、添付図面を参照して本実施形態について説明する。添付図面では、機能的に同じ要素は同じ番号で表示される場合もある。なお、添付図面は本開示の原理に則った実施形態と実装例を示しているが、これらは本開示の理解のためのものであり、決して本開示を限定的に解釈するために用いられるものではない。本明細書の記述は典型的な例示に過ぎず、本開示の特許請求の範囲又は適用例を如何なる意味においても限定するものではない。

本実施形態では、当業者が本開示を実施するのに十分詳細にその説明がなされているが、他の実装・形態も可能で、本開示の技術的思想の範囲と精神を逸脱することなく構成・構造の変更や多様な要素の置き換えが可能であることを理解する必要がある。従って、以降の記述をこれに限定して解釈してはならない。

なお、以下の実施の形態では、荷電粒子線装置の一例として、走査型電子顕微鏡を例として説明するが、本発明は、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、他の種類の荷電粒子装置（測長ＳＥＭ、レビューＳＥＭ等）にも適用可能である。

[第１の実施の形態]
まず、本発明の第１の実施の形態を説明する。図１に、第１の実施の形態に係る、荷電粒子線装置の一態様としての走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）の概略図を示す。この走査型電子顕微鏡は、一例として、電子銃１０１と、集束レンズ１０２と、走査コイル１０３と、対物レンズ１０４と、一次電子検出器１０６と、ステージＳＴと、物面位置検出器１０７と、二次電子検出器１０８とを備える。

電子銃１０１は、電子を所定の加速電圧で加速させて電子ビームを発生させる電子源である。集束レンズ１０２は、この電子ビームを集束させて電子ビームの直径を縮小させる。走査コイル１０３は、電子ビームを走査する役割を有する。対物レンズ１０４は、コイル電流Ｉｏｂｊを印加されることにより、電子ビームを集光（集束）させて直径数ｎｍ程度の電子ビームとしてステージＳＴ上のスライドガラスＳＧ上に載置された試料Ｓ上に照射させる。走査コイル１０３に印加される電圧により、電子ビームは試料Ｓ上を移動する。

一次電子検出器１０６は、試料Ｓから反射した一次電子（後方散乱電子）を検出する検出器である。また、物面位置検出器１０７は、試料Ｓの表面のＺ方向の高さを検出するための検出器である。物面位置検出器１０７は、一例として、光源１０７ａ、結像レンズ１０７ｂ、集光レンズ１０７ｃ、及び受光素子１０７ｄを備えている。受光素子１０７ｄにおける受光状態を判定することにより、試料Ｓの表面のＺ方向の位置（物面位置Ｚｓ）を判定することができる。

二次電子検出器１０８は、試料Ｓから発生した二次電子を検出する検出器である。前出の一次電子検出器１０６、及び二次電子検出器１０８の出力信号に基づき試料Ｓの画像情報が生成される。

また、この走査型電子顕微鏡は、制御部１１１、ＲＡＭ１１２、ＲＯＭ１１３、データベース１１４、ＸＹ走査部１１５、画像処理部１１６、ディスプレイ１１７、倍率調整部１１８（倍率補正部）、像回転部１１９（回転補正部）、及びリターディング電圧制御部１２０を備えている。

制御部１１１は、走査型電子顕微鏡における各種電圧、電流を制御するなどして、走査型電子顕微鏡全体の動作を司る。後述するように、制御部１１１は、コイル電流、履歴情報、及びヒステリシス特性情報に基づいて、対物レンズ１０４が発生させている磁場を推定する推定部としても機能する。

ＲＡＭ１１２、ＲＯＭ１１３は、制御動作に用いられるプログラム、データを記憶する役割を有する。ＲＡＭ１１２は、対物レンズ１０４に流れるコイル電流Ｉｏｂｊの変化の履歴を示す履歴情報を記憶する履歴情報記憶部としても機能する。

データベース１１４は、後述するように、対物レンズ１０４のヒステリシス特性情報を記憶している。具体的にデータベース１１４は、対物レンズ１０４のコイル電流Ｉｏｂｊを最小値から最大値まで変化させ、再び最小値に戻した場合におけるコイル電流Ｉｏｂｊと磁束密度Ｂｏｂｊとの関係を示す曲線である外周曲線ＥＲのデータを記憶する。加えて、データベース１１４は、コイル電流Ｉｏｂｊが増加状態と減少状態との間で切り替わった場合において動作点が移動する曲線である内周曲線ＩＲのデータを記憶する。外周曲線ＥＲと内周曲線ＩＲについては後述する。

ＸＹ走査部１１５は、走査領域の寸法や走査速度に応じて電子ビームをＸＹ方向に走査する。また、画像処理部１１６は、一次電子検出器１０６及び／又は二次電子検出器１０８の出力信号に応じて画像処理を実行し、ディスプレイ１１７に表示する画像データを生成する。ディスプレイ１１７は、検出器１０６、１０８からの信号を画像処理部１１６が処理して生成した画像データ（信号）に従い、その画像を表示画面上に表示する。倍率調整部１１８は、制御部１１１からの制御信号に従い、画像処理部１１６が生成した画像データの倍率を調整する。また、像回転部１１９は、制御部１１１からの制御信号に従い、画像処理部１１６が生成した画像データを回転させる。

リターディング電圧制御部１２０は、制御部１１１からの制御信号に従い、ステージＳＴに印加するリターディング電圧Ｖｒを制御する。リターディング電圧Ｖｒは、試料Ｓ又はその近傍に印加される負の電圧であり、電子銃１０１で加速した電子ビームを試料Ｓの直前で減速させる。電子ビームが減速されることにより、試料Ｓにおける焦点位置を調整することができる。ただし、リターディング電圧Ｖｒが印加されることにより、電場の歪みが生じ、得られるＳＥＭ画像の倍率や角度が変化することがあり得る。

ＲＯＭ１１３に格納される制御プログラムは、試料Ｓの撮像条件を設定するための撮像条件設定プログラムを含む。撮像条件設定プログラムは、図２に示すように、コイル電流Ｉｏｂｊに関する情報、リターディング電圧Ｖｒに関する情報、物面位置Ｚｓに関する情報、ＲＡＭ１１２又はＲＯＭ１１３に記憶されるヒステリシス特性情報、及びコイル電流Ｉｏｂｊの変化の履歴に関する履歴情報に基づき、偏向倍率、及び像回転量を算出し、これを倍率調整部１１８及び像回転部１１９に供給する。なお、撮像条件の設定のファクターとして撮像条件設定プログラムに入力する情報は、上記のものに限定されるものではなく、上記の情報に代えて、又は加えて、別の情報を入力することも可能である。

対物レンズ１０４は、コイルと、鉄などの強磁性体からなる磁気回路とで構成される。物面位置検出器１０７で計測した試料高さに基づきコイルにコイル電流Ｉｏｂｊを印加すると、光軸上に磁場が発生する。このとき、強磁性体はヒステリシス特性を有するため、電流Ｉｏｂｊをある値に設定しても、光軸上の磁束密度Ｂｏｂｊはその磁化量によって変動し、一意に定まらない。

図３を用いて、対物レンズ１０４のヒステリシス特性について説明する。対物レンズ１０４のコイルに印加するコイル電流Ｉｏｂｊの最大値はＩｍａｘ、最小値はＩｍｉｎであるとする。また、そのコイル電流Ｉｏｂｊにより対物レンズ１０４の周囲に発生する磁気の磁束密度Ｂｏｂｊの最大値はＢｍａｘ、最小値はＢｍｉｎであるとする。

対物レンズ１０４の磁化状態がリセットされた状態において、コイル電流Ｉｏｂｊを最小値Ｉｍｉｎから最大値Ｉｍａｘに向けて単調に増加させると、コイル電流Ｉｏｂｊと磁束密度Ｂｏｂｊとの関係は、例えば上昇曲線ＣＲに沿って変化する。一方、コイル電流Ｉｏｂｊを最大値Ｉｍａｘまで増加させた後に再び最小値Ｉｍｉｎに向けて単調に減少させると、コイル電流Ｉｏｂｊと磁束密度Ｂｏｂｊとの関係は、例えば下降曲線ＣＬに沿って変化する。

一般に走査型電子顕微鏡では、この上昇曲線ＣＲまたは下降曲線ＣＬ（以後、上昇曲線ＣＲと下降曲線ＣＬとを合わせた曲線を外周曲線ＥＲと呼ぶ）を事前に求めておき、この外周曲線ＥＲのデータを参照して磁束密度Ｂｏｂｊの値を算出（推定）する。

ここで、コイル電流Ｉｏｂｊが最大値Ｉｍａｘと最小値Ｉｍｉｎとの間で様々な履歴を経て変化した場合、コイル電流Ｉｏｂｊと磁束密度Ｂｏｂｊとの関係は、外周曲線ＥＲ上の点ではなく、外周曲線ＥＲで囲まれた閉曲線の範囲内のいずれかとなる。すなわち、コイル電流Ｉｏｂｊと磁束密度Ｂｏｂｊとの関係は一意には定まらない。例えば、コイル電流Ｉｏｂｊの値がＩｓ１と決まっても、磁束密度Ｂｏｂｊの値Ｂ１（図３参照）は、最大値Ｂｍａｘ１と最小値Ｂｍｉｎ１の間のいずれかの値となり、磁束密度Ｂｏｂｊの値を推定することができない。

コイル電流Ｉｏｂｊと磁束密度Ｂｏｂｊの関係が一意に定まらないと、リターディング電圧Ｖｒを調整することで焦点を合わせる必要があるが、この場合、コイル電流Ｉｏｂｊを入力として計算される偏向倍率・像回転量に誤差が含まれ、画像や測長値の再現性が悪化する。

このため、従来の走査型電子顕微鏡では、コイル電流Ｉｏｂｊの変動量が一定値以上になる場合には、レンズリセットと呼ばれる動作を実行する。前述の通り、レンズリセット動作は、対物レンズのコイル電流Ｉｏｂｊを一旦最小値Ｉｍｉｎまで減少させた後、再び増加させることにより、対物レンズの磁気回路の磁化状態を一定に保つ動作である。このレンズリセット動作の具体例を、図４及び図５を参照して説明する。図４は、レンズリセット動作時のコイル電流Ｉｏｂｊ及び磁束密度Ｂｏｂｊの変化を示すグラフであり、図５はコイル電流Ｉｏｂｊの時間的な変化を示すグラフである。

時刻ｔ０においてコイル電流Ｉｏｂｊの値がＩ１であり、その後コイル電流Ｉｏｂｊを、Ｉ１よりも所定値以上大きい目標値Ｉ２まで変動させる場合において、磁化状態のリセットのためにレンズリセット動作が実行される。レンズリセット動作においては、まず、時刻ｔ１にコイル電流Ｉｏｂｊを最大値Ｉｍａｘまで増加させた後、更に所定時間後の時刻ｔ２において最小値Ｉｍｉｎまで減少させる。そして、時刻ｔ３において目標値Ｉ２まで上昇させる。このように、コイル電流Ｉｏｂｊを最大値Ｉｍａｘまで上昇させ、次いで最小値Ｉｍｉｎまで戻すことにより、対物レンズ１０４の磁化状態がリセットされ、コイル電流Ｉｏｂｊと磁束密度Ｂｏｂｊとの関係が再び上昇曲線ＣＲにより規定されることになり、コイル電流Ｉｏｂｊが決まれば、磁束密度Ｂｏｂｊは一意に定まる。しかし、レンズリセット動作は電流の変化量が大きいため、磁場が応答するまでの待ち時間が長く（例えば数十秒）、スループットを低下させてしまう。

そこで、第１の実施の形態では、図６Ａ～図６Ｃで示す構成及び動作により、レンズリセット動作を用いずに対物レンズ１０４が発生させる磁場を推定する。図６Ａは、第１の実施の形態における磁場の推定方法を説明するためのグラフであり、図６Ｂは、図６Ａの閉曲線ＥＰＶの部分の拡大図である。また、図６Ｃは、磁場の推定方法の別の例を説明するグラフである。

具体的には、第１の実施の形態では、図６Ａに示すように、ヒステリシス特性情報として、上述の外周曲線ＥＲだけでなく、その内周側にある内周曲線ＩＲの情報も、ヒステリシス特性情報としてデータベース１１４に記憶している。そして、得られた情報に従い、動作点が外周曲線ＥＲ上にあるのか、又は内周曲線ＩＲ上にあるのかを判断する。制御部１１１がデータベース１１４を参照することにより、対物レンズ１０４の磁場が推定され、この推定された磁場に従い、前述の偏向倍率や像回転量が補正される。または、推定された磁場に従い、集束レンズ１０２に流れるコイル電流や、ＸＹ走査部１１５に入力される電流を制御（補正）することで、ＸＹ走査部１１５で走査する走査領域を補正し、変更倍率や像回転量を調整してもよい。

図６Ａを参照して、第１の実施の形態における磁場の推定方法（撮影条件調整の方法）を詳細に説明する。前述の通り、レンズリセット動作を完了し、コイル電流Ｉｏｂｊが最小値Ｉｍｉｎと最大値Ｉｍａｘとの間で単調に増加・減少する場合、対物レンズ１０４の動作点は外周曲線ＥＲ上にある。特に、図４及び図５に示す要領でレンズリセット処理を完了し、その後コイル電流Ｉｏｂｊが矢印α（図６Ｂ）のように最小値Ｉｍｉｎから単調に増加する場合、動作点は曲線ＣＲ上にある。

矢印αに沿ってコイル電流Ｉｏｂｊが増加した後、例えば点Ａ３においてコイル電流Ｉｏｂｊが増加から減少に転じたとする。この場合、動作点は曲線ＣＲから離脱し、外周曲線ＥＲの内部を、図６Ｂに示すような破線で示す曲線ＣＬａに沿って矢印βの方向に移動する。

コイル電流Ｉｏｂｊが点Ａ３において増加から減少に転じて更に点Ａ３’まで減少し、その後、再び増加に転じると、動作点は矢印γの方向に曲線ＣＲｂに沿って移動する。この場合、磁気ヒステリシスの性質から、動作点は元の点Ａ３に戻る。すなわち、曲線ＣＬａとＣＲａとで閉曲線が構成される。この曲線ＣｌａとＣＲａの閉曲線を、以下では内周曲線ＩＲと称する。なお、内周曲線ＩＲ内で更に電流の増減が反転した場合、更に複雑な軌跡を描くことになるが、コイル電流Ｉｏｂｊが点Ａ３と同じ電流になれば、動作点がＡ３に戻ることには変わりはない。従って、ヒステリシス特性情報として、外周曲線ＥＲと、コイル電流Ｉｏｂｊごと（コイル電流Ｉｏｂｊが増加から減少に転じた点毎）に異なる内周曲線ＩＲの情報とをデータベース１１４に記憶させておき、適宜参照することで磁場を推定することが可能となる。

なお、内周曲線ＩＲは外周曲線ＥＲに比べて幅が狭いため、図６Ｃに示すように、内周曲線ＩＲは直線で近似することが可能である。外周曲線ＥＲと、直線近似された内周曲線ＩＲをデータベース１１４に記憶させることができる。レンズリセット動作後にコイル電流Ｉｏｂｊが最小値Ｉｍｉｎから単調に増加する場合には、外周曲線ＥＲに基づいて磁場を推定することができる。一方、コイル電流Ｉｏｂｊが曲線ＣＲのいずれかにおいて増加から減少に転じた場合には、直線近似された内周曲線ＩＲに基づいて磁場を推定することができる。

図７は、データベース１１４における外周曲線ＥＲと、直線近似された内周曲線ＩＲのデータの格納方法の一例を示している。図７の表の各行は、外周曲線ＥＲ上を動作点が移動している場合における、動作点毎のコイル電流Ｉｏｂｊ、磁束密度Ｂｏｂｊ、外周曲線ＥＲの傾きＧＥＲ、及びその動作点でコイル電流Ｉｏｂｊが反転した場合における、内周曲線ＩＲの傾きＧＩＲの組合せを示している。レンズリセット動作後においては、コイル電流Ｉｏｂｊが特定され、それに基づきデータベース１１４を参照することで、対物レンズ１０４が発生させている磁場を推定することができる。

次に、第１の実施の形態の走査型電子顕微鏡の動作（撮像条件調整方法）を、従来の走査型電子顕微鏡の動作（図８）と比較しつつ、図９を参照して説明する。

図８に示すように、従来の走査型電子顕微鏡では、まず試料ＳをステージＳＴ上に載置（ロード）した後、図４及び図５で説明したようなレンズリセット動作を実施する（ステップＳ１１０）。

その後、試料Ｓの高さに基づき対物レンズ１０４に印加するコイル電流Ｉｏｂｊの値を決定する（ステップＳ１２０）。このとき、コイル電流Ｉｏｂｊの変動の履歴によっては、コイル電流Ｉｏｂｊと磁束密度Ｂｏｂｊとの間の関係が、既知の上昇曲線ＣＲからヒステリシス特性によってずれており、そのずれがどの程度であるかを判別することができない。このため、従来の走査型電子顕微鏡では、コイル電流Ｉｏｂｊが直前の値から一定値以上変動したか否かを判別し（ステップＳ１３０）、一定値以上変動していた場合にはレンズリセット動作を実施し（ステップＳ１４０）、レンズリセット動作の完了後撮像を実行する（ステップＳ１５０）。次の試料Ｓがあればそのロードを行い、同様の撮像が繰り返される（ステップＳ１６０、Ｓ１７０）このように、従来の走査型電子顕微鏡では、レンズリセット動作の実行回数が多くなり、スループットが低下してしまう。

一方、第１の実施の形態の走査型電子顕微鏡では、前述のように外周曲線ＥＲと内周曲線ＩＲの情報をヒステリシス特性情報としてデータベース１１４に記憶させ（ステップＳ２００）、これを利用することにより、レンズリセット動作の実行回数を減らし、スループットを向上させている。
ステップＳ２１０では、試料Ｓのロードを行った後、レンズリセット動作（図４、図５）が行われる。更に、変数Ｉｂｒａｎｃｈを０に初期化する。この変数Ｉｂｒａｎｃｈは、コイル電流Ｉｏｂｊが増加・減少する場合において、その最大値を記憶する変数である。変数Ｉｂｒａｎｃｈは、コイル電流Ｉｏｂｊの最大値がどのように変化したかを示すという意味において、コイル電流Ｉｏｂｊの変化の履歴を示す履歴情報として機能する。変数Ｉｂｒａｎｃｈは、例えばＲＡＭ１１２に記憶させることができる。

続いてコイル電流Ｉｏｂｊが決定される（ステップＳ２２０）。この第１の実施の形態では、コイル電流Ｉｏｂｊの変動量ΔＩｏｂｊが所定値以上であったとしても、それのみではレンズリセット動作は行わず、コイル電流Ｉｏｂｊが変数Ｉｂｒａｎｃｈ以上かどうか（Ｉｏｂｊ≧Ｉｂｒａｎｃｈ）を判断し、その結果によって動作点が外周曲線ＥＲ上にあるか、それとも内周曲線ＩＲ上のどちらにあるかを判定する（ステップＳ２３０）。

ステップＳ２３０でコイル電流Ｉｏｂｊが変数Ｉｂｒａｎｃｈ以上であると判断される場合（Ｙｅｓ）には、コイル電流Ｉｏｂｊは単調に増加中で、動作点は外周曲線ＥＲ上にあると判断される。このため、変数Ｉｂｒａｎｃｈは、その最新のコイル電流Ｉｏｂｊの値に更新される（ステップＳ２４０）。そして、動作点は依然として外周曲線ＥＲ上にあるものと判断されるので、外周曲線ＥＲに関する情報とコイル電流Ｉｏｂｊの値とに基づき、外周曲線ＥＲの傾きＧＥＲや磁束密度Ｂｏｂｊの値を推定し、この推定された磁束密度Ｂｏｂｊの値に基づき、撮像条件（偏向倍率、像回転量等）が修正され、倍率調整部１１８、及び像回転部１１９に送信され、ＳＥＭ画像が補正され（ステップＳ２５０）、撮像が行われる（ステップＳ２７０）。

一方、ステップＳ２３０においてコイル電流Ｉｏｂｊが変数Ｉｂｒａｎｃｈ未満である場合には（Ｎｏ）、コイル電流Ｉｏｂｊが増加から減少に転じ、これにより動作点は外周曲線ＥＲから逸脱したと判断される。このため、ステップＳ２６０では、コイル電流Ｉｏｂｊの値に基づいてデータベース１１４を参照し、対応する内周曲線ＩＲを特定する。対応する内周曲線ＩＲの傾きＧＩＲの値を特定し、この傾きＧＩＲの値に従い、磁束密度Ｂｏｂｊの値を推定する。この推定された磁束密度Ｂｏｂｊの値に基づき、撮像条件（偏向倍率、像回転量等）が修正され、倍率調整部１１８、及び像回転部１１９に送信され、ＳＥＭ画像が補正され（ステップＳ２６０）、撮像が行われる（ステップＳ２７０）。

このように、第１の実施の形態によれば、外周曲線ＥＲに沿って動作点が移動している場合に、コイル電流Ｉｏｂｊが増加から減少に切り替わっても、内周曲線ＩＲの情報に従って、レンズリセット動作をすることなく正確に磁束密度Ｂｏｂｊの推定を行うことができる。このため、レンズリセット動作の頻度を少なくして、スループットを向上させた走査型電子顕微鏡を提供することができる。

なお、上記の実施の形態では、コイル電流Ｉｏｂｊの履歴情報として、コイル電流Ｉｏｂｊの最大値を示す変数Ｉｂｒａｎｃｈを記録し、コイル電流Ｉｏｂｊの増加から減少への切り替わりを判断している。変数Ｉｂｒａｎｃｈに代えて、コイル電流Ｉｏｂｊの変化の履歴は様々な形式で記憶させることができる。例えばコイル電流Ｉｏｂｊの時間変化を監視・記憶して、その傾きが正から負に変わった時点を検知するようにしてもよい。

また、上記の説明では、コイル電流Ｉｏｂｊが曲線ＣＲに沿って上昇しているときに増加から減少に転じた場合、内周曲線ＩＲに従った磁場の予測を行うと説明した。これに加え、コイル電流Ｉｏｂｊが最大値Ｉｍａｘまで達し、その後曲線ＣＬに沿って単調に減少している場合において、コイル電流Ｉｏｂｊが減少から増加に転じた場合にも、内周曲線情報ＩＲを用いることができる。すなわち、この第1の実施の形態では、レンズリセット処理後にコイル電流Ｉｏｂｊが最大値Ｉｍａｘ又は最小値Ｉｍｉｎに到達する前に増加と減少との間で切り替わった場合において、その切り替わりの際のコイル電流Ｉｏｂｊと磁束密度Ｂｏｂｊとの関係を示す内周曲線情報ＩＲに従い、磁場の推定を行うことができる。

［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態に係る走査電子顕微鏡を、図１０を参照して説明する。この第２の実施の形態の走査型電子顕微鏡の外観構成は第１の実施の形態と同一（図１）であるので、重複する説明は省略する。ただし、この第２の実施の形態では、磁束密度の推定の方法が異なっている。この相違点につき、図１０を参照して説明する。

図１０において、ステップＳ２００～Ｓ２８０は第１の実施の形態と同様であるので説明は省略する。相違点は、ステップＳ２３０でのＮｏの判断の後、ステップＳ２３０以降のコイル電流Ｉｏｂｊの変化量ΔＩｏｂｊが閾値Ｔｈ１以上であるか否かを判断する（ステップＳ２４５）。変化量ΔＩｏｂｊが閾値Ｔｈ１以上である場合、内周曲線ＩＲの推定が困難となる場合がある。このため、この第２の実施の形態では、変化量ΔＩｏｂｊが閾値以上となった場合、内周曲線ＩＲに従う磁束密度Ｂｏｂｊの推定を中止してレンズリセット動作を再度実行し（ステップＳ２４６）、変数Ｉｂｒａｎｃｈを０にリセットし、ステップＳ２１０に戻る。一方、変化量ΔＩｏｂｊが閾値Ｔｈ１未満である場合には、第１の実施の形態と同様の手順を実行する（ステップＳ２６０、Ｓ２７０）。

この第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同一の効果を得ることができる。加えて、この第２の実施の形態では、内周曲線ＩＲに従う磁束密度Ｂｏｂｊの推定が開始された後、変化量ΔＩｏｂｊが所定値以上に大きくなった場合に、その推定動作を停止してレンズリセット動作を実行することができる。従って、第１の実施の形態に比べ、より正確な磁束密度の推定を実行することが可能になる。

[第３の実施の形態]
次に、本発明の第３の実施の形態の走査型電子顕微鏡を図１１及び図１２を参照して説明する。第１の実施の形態は、外周曲線ＥＲと内周曲線ＩＲ上とをデータベース１１４に記憶させ、動作点が外周曲線ＥＲ上にあるか、それともで内周曲線ＩＲ上にあるかをコイル電流Ｉｏｂｊの履歴に従い判断する方法を採用している。

これに対し、第３の実施の形態は、プレイモデルと呼ばれるヒステリシスのモデルを用いて磁束密度を推定するように構成されている。
プレイモデルは、図１１に例示される示すプレイヒステロンを用いて表現される。図１１において、直線ΓＲ（ｐｎ=Ｉ－ζｎ）は電流Ｉ（コイル電流Ｉｏｂｊ）が増加する時のみ用いられ、直線ΓＬ（ｐｎ＝I＋ζｎ）は電流Ｉが減少する時のみ用いられる。ここでζｎはプレイヒステロンの幅を与えるパラメータである。

電流Ｉが増加から減少へ、又は減少から増加に転じると、点（Ｉ、ｐｎ）はΓＲとΓＬの間を水平に移動する。これを数式で表すと下記の［数１］に示す式となる。

プレイモデルは、下記の［数２］に示すように、プレイヒステロンの線形和として表現される。

ここで、Ｎｐはプレイヒステロンの数、ｐｎは幅ζｎのプレイヒステロン、ｆｎはｐｎに対する一価関数であり形状関数と呼ばれる。形状関数はヒステリシスループの測定結果から同定可能である。

図１２に、第２の実施形態に係る走査型電子顕微鏡の動作を示す。前述のプレイヒステロンの形状関数を予め求めておき、データベース１１４に格納しておく（ステップＳ３００）。

続いて、試料Ｓのロードを行った後、レンズリセット動作（図４、図５）が行われる（ステップＳ３１０）。

続いてコイル電流Ｉｏｂｊが決定される（ステップＳ３２０）。この決定されたコイル電流Ｉｏｂｊがプレイモデルに入力され、プレイヒステロンの値から磁束密度が推定される（ステップＳ３３０）。これに従って撮像条件（偏向倍率、像回転量）が算出され、倍率調整部１１８、及び像回転部１１９に送信され、ＳＥＭ画像が補正され、撮像が行われる（ステップＳ３４０、Ｓ３５０）。これにより、第１の実施の形態と同様に、レンズリセット動作を不要又はその回数を減らすことができ、スループットを向上させることができる。また、本実施例ではヒステリシスを表現するモデルとしてプレイモデルを用いたが、プレイモデルと数学的に等価であることが知られているプライザッハモデルを用いても良い。

以上、本発明のいくつかの実施の形態を説明したが、これらの実施の形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施の形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施の形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０１…電子銃、１０２…集束レンズ、１０３…走査コイル、１０４…対物レンズ、１０６…一次電子検出器、１０７…物面位置検出器、１０８…二次電子検出器、１１１…制御部、１１２…ＲＡＭ、１１３…ＲＯＭ、１１４…データベース、１１５…ＸＹ走査部、１１６…画像処理部、１１７…ディスプレイ、１１８…倍率調整部、１１９…像回転部、１２０…リターディング電圧制御部、Ｓ…試料、ＳＴ…ステージ。

Claims (11)

1. 電子ビームを発生する電子源と、
   前記電子ビームを試料上に集束させるためコイル電流を印加される対物レンズと、
   前記対物レンズに印加される前記コイル電流を制御する制御部と、
   前記対物レンズのヒステリシス特性情報を記憶するヒステリシス特性記憶部と、
   前記コイル電流の変化の履歴に関する履歴情報を記憶する履歴情報記憶部と、
   前記コイル電流、前記履歴情報、及び前記ヒステリシス特性情報に基づいて、前記対物レンズが発生させている磁場を推定する推定部と
   を備え、
   前記ヒステリシス特性情報は、
   レンズリセット処理後に前記コイル電流を第１の電流から第２の電流まで増加させて前記第１の電流まで再び減少させた場合における前記コイル電流と磁束密度との関係を示す第１の曲線情報と、
   前記レンズリセット処理後に前記コイル電流が前記第１の電流又は前記第２の電流に到達する前に増加と減少との間で切り替わった場合における、前記コイル電流と前記磁束密度との関係を示す第２の曲線情報と
   を含む
   ことを特徴とする荷電粒子線装置。
2. 前記履歴情報は、前記コイル電流が増加と減少との間で切り替わったときの電流の値に関する情報を含む、請求項１に記載の荷電粒子線装置。
3. 前記第２の曲線情報は、直線で表現される、請求項１に記載の荷電粒子線装置。
4. 前記ヒステリシス特性情報は、プレイヒステロンの線形和により表現されるプレイモデルを含む、請求項１に記載の荷電粒子線装置。
5. 前記電子ビームを集束させる集束レンズを更に備え、
   前記推定部で推定された磁場に従い、前記集束レンズのコイル電流を補正する集束レンズ電流補正部を更に備えた、請求項１～４のいずれか一項に記載の荷電粒子線装置。
6. 前記電子ビームを走査する走査部と、
   前記推定部で推定された磁場に従い、前記走査部で走査する領域を補正する走査領域補正部と
   を更に備えた、請求項１～５のいずれか一項に記載の荷電粒子線装置。
7. 前記推定部で推定された磁場に従い、撮像された画像の偏向倍率を補正する倍率補正部を更に備えた、請求項１～６のいずれか一項に記載の荷電粒子線装置。
8. 前記推定部で推定された磁場に従い、撮像された画像の像回転を補正する回転補正部を更に備えた、請求項１～７のいずれか一項に記載の荷電粒子線装置。
9. 電子ビームを発生する電子源と、前記電子ビームを試料上に集束させるためコイル電流を印加される対物レンズとを含む荷電粒子線装置における撮像条件調整方法であって、
   前記対物レンズのヒステリシス特性情報を取得するステップと、
   前記対物レンズに対しレンズリセット動作を実行するステップと、
   前記コイル電流を決定するステップと、
   前記コイル電流の変化の履歴に関する履歴情報を取得するステップと、
   前記コイル電流、前記履歴情報、及び前記ヒステリシス特性情報に基づいて、前記対物レンズが発生させている磁場を推定するステップと、
   を備え、
   前記ヒステリシス特性情報は、
   レンズリセット処理後に前記コイル電流を第１の電流から第２の電流まで増加させて前記第１の電流まで再び減少させた場合における前記コイル電流と磁束密度との関係を示す第１の曲線情報と、
   前記レンズリセット処理後に前記コイル電流が前記第１の電流又は前記第２の電流に到達する前に増加と減少との間で切り替わった場合における、前記コイル電流と前記磁束密度との関係を示す第２の曲線情報と
   を含む
   ことを特徴とする、荷電粒子線装置における撮像条件調整方法。
10. 推定された磁場に従い、撮像された画像の偏向倍率を補正するステップを更に備えた、請求項９に記載の方法。
11. 推定された磁場に従い、撮像された画像の像回転を補正するステップを更に備えた、請求項９又は１０に記載の方法。

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