(57)【要約】【課題】対物レンズと試料の接触を防止できる走査電子顕微鏡を提供することにある。【解決手段】走査電子顕微鏡は、電子銃１から発生した電子ビーム２を対物レンズ４により試料台７の上に載置された試料５に照射して試料からの電子を検出する。複数の検出器１２Ａ，１２Ｂは、対物レンズ４の近傍に配置されている。演算制御手段２０は、複数の検出器１２Ａ，１２Ｂからそれぞれ検出された信号に基づく複数の画像データを用いて、対物レンズ４から試料台７に載置された試料５までの距離を算出する。複数の検出器１２Ａ，１２Ｂは、それぞれの検出器の中心から前記電子ビームの中心軸までの距離が等しくなるように配置されている。【選択図】図１
2010170727.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子銃から発生した電子ビームを対物レンズにより試料台の上に載置された試料に照射して試料からの電子を検出する走査電子顕微鏡であって、
前記対物レンズの近傍に配置された複数の検出器と、
前記複数の検出器からそれぞれ検出された信号に基づく複数の画像データを用いて、前記対物レンズから前記試料台に載置された試料までの距離を算出する距離算出手段を備えることを特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項２】
請求項１記載の走査電子顕微鏡において、
前記複数の検出器は、それぞれの検出器の中心から前記電子ビームの中心軸までの距離が等しくなるように配置されていることを特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項３】
請求項１記載の走査電子顕微鏡において、
前記距離算出手段は、前記複数の画像データにおける前記試料の位置の前記電子ビームの中心軸に対して直交する平面内での移動量を算出し、算出された移動量から前記対物レンズから前記試料台に載置された試料までの距離を算出することを特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項４】
請求項３記載の走査電子顕微鏡において、
前記距離算出手段は、位相限定相関を用いて、前記複数の画像データにおける前記試料の位置の前記電子ビームの中心軸に対して直交する平面内での移動量を算出することを特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項５】
請求項３記載の走査電子顕微鏡において、
前記距離算出手段は、正規化相関を用いて、前記複数の画像データにおける前記試料の位置の前記電子ビームの中心軸に対して直交する平面内での移動量を算出することを特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項６】
請求項３記載の走査電子顕微鏡において、
前記距離算出手段は、前記移動量が最も大きい場所を、試料の最も前記対物レンズに近接した場所とすることを特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項７】
請求項６記載の走査電子顕微鏡において、
前記距離算出手段は、前記複数の検出器と前記試料の距離ｚ２を、ｒ１・Ｌ／（ΔＸ３＋ｒ１）から算出するとともに、ここで、ｒ１は前記複数の検出器の中心から前記電子ビームの中心軸までの距離であり、Ｌは前記検出器から前記試料台までの距離であり、ΔＸ３は前記移動量が最も大きい場所の移動量であることを特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項８】
請求項１記載の走査電子顕微鏡において、
前記複数の検出器の検知面は、前記対物レンズの先端と、前記電子ビームの中心軸に直交する平面内で、同一平面内に配置されていることを特徴とする走査電子顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、走査電子顕微鏡に係り、特に、試料ステージの移動時に用いるに好適な走査電子顕微鏡に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の電子顕微鏡においては、電子顕微鏡の試料ステージ移動は原点位置（資料交換棒を用いて、試料ステージに試料台を載せる場合の、試料ステージの位置）を基準として、上下方向の動作を行っている。試料交換装置の構成については、例えば、特許文献１記載のものが知られている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１７３０６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、試料台の上に設置される試料の高さは、試料の種類によって異なるため、試料ステージを上方向（Ｚ方向）に移動させた時に、対物レンズに試料が接触し、試料の損傷と対物レンズの損傷によって性能を害する問題がある。
【０００５】
本発明の目的は、対物レンズと試料の接触を防止できる走査電子顕微鏡を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（１）上記目的を達成するために、本発明は、電子銃から発生した電子ビームを対物レンズにより試料台の上に載置された試料に照射して試料からの電子を検出する走査電子顕微鏡であって、前記対物レンズの近傍に配置された複数の検出器と、前記複数の検出器からそれぞれ検出された信号に基づく複数の画像データを用いて、前記対物レンズから前記試料台に載置された試料までの距離を算出する距離算出手段を備えるようにしたものである。  
かかる構成により、対物レンズと試料の接触を防止し得るものとなる。
【０００７】
（２）上記（１）において、好ましくは、前記複数の検出器は、それぞれの検出器の中心から前記電子ビームの中心軸までの距離が等しくなるように配置されている。
【０００８】
（３）上記（１）において、好ましくは、前記距離算出手段は、前記複数の画像データにおける前記試料の位置の前記電子ビームの中心軸に対して直交する平面内での移動量を算出し、算出された移動量から前記対物レンズから前記試料台に載置された試料までの距離を算出するようにしたものである。
【０００９】
（４）上記（３）において、好ましくは、前記距離算出手段は、位相限定相関を用いて、前記複数の画像データにおける前記試料の位置の前記電子ビームの中心軸に対して直交する平面内での移動量を算出するようにしたものである。
【００１０】
（５）上記（３）において、好ましくは、前記距離算出手段は、正規化相関を用いて、前記複数の画像データにおける前記試料の位置の前記電子ビームの中心軸に対して直交する平面内での移動量を算出するようにしたものである。
【００１１】
（６）上記（３）において、好ましくは、前記距離算出手段は、前記移動量が最も大きい場所を、試料の最も前記対物レンズに近接した場所とする。
【００１２】
（７）上記（６）において、好ましくは、前記距離算出手段は、前記複数の検出器と前記試料の距離ｚ２を、ｒ１・Ｌ／（ΔＸ３＋ｒ１）から算出するとともに、ここで、ｒ１は前記複数の検出器の中心から前記電子ビームの中心軸までの距離であり、Ｌは前記検出器から前記試料台までの距離であり、ΔＸ３は前記移動量が最も大きい場所の移動量である。
【００１３】
（８）上記（１）において、好ましくは、前記複数の検出器の検知面は、前記対物レンズの先端と、前記電子ビームの中心軸に直交する平面内で、同一平面内に配置されている。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、試料台の調整時に、対物レンズと試料台の接触を防止できるものとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図１〜図４を用いて、本発明の第１の実施形態による走査電子顕微鏡の構成及び動作について説明する。  
最初に、図１を用いて、本実施形態による走査電子顕微鏡の全体構成について説明する。  
図１は、本発明の第１の実施形態による走査電子顕微鏡の全体構成を示すシステム構成図である。
【００１６】
電子銃１から発生した電子ビーム２は、集束レンズ（図示せず）および対物レンズ４で集束され、試料５に照射される。試料５が配置される試料室６は、真空排気されている。試料５は、試料台７の上に設置される。試料台７は、試料ステージ８の上に設置されている。試料ステージ８は、駆動源９によって移動可能である。駆動源９は、複数のモータを備えている。駆動源９により、試料ステージ８は、例えば、Ｚ軸方向（電子ビーム２の軸線方向；光軸方向）に上下動可能であり、また、Ｚ軸に垂直なＸ−Ｙ平面内で移動可能であり、さらに、試料台７を所定角度θに傾けることも可能である。また、試料台７をＸ−Ｙ平面内で、Ｚ軸の周りに回転させることもできる。試料台７の移動は、演算制御部２０によって駆動制御される。
【００１７】
試料室６に隣接して、試料室６の側方には試料交換室１０が設けられている。試料交換室１０に導入された試料は、試料交換棒１１を用いて試料台７を試料ステージ８に搬送される。試料の交換時には、試料ステージ８及び試料台７は、所定の基準位置まで移動される。試料台７が試料交換位置に移動した時点で、対物レンズ４の先端（対物レンズ４の試料台７に近い側の端部）と、試料台７の表面（試料台７の対物レンズ４の側の表面）との距離Ｌは、既知の値である。
【００１８】
試料室６内であって、対物レンズ４の近傍には、２個の検出器１２Ａ，１２Ｂが設置されている。検出器１２Ａ，１２Ｂの検知面は、対物レンズ４の先端（対物レンズ４の試料台７に近い側の端部）と、Ｚ軸に直交する平面内で、同一平面内に配置されている。すなわち、検出器１２Ａ，１２Ｂの検知面から試料台７の表面（試料台７の対物レンズ４の側の表面）との距離と、対物レンズ４の先端（対物レンズ４の試料台７に近い側の端部）から試料台７の表面（試料台７の対物レンズ４の側の表面）との距離は等しくなっている。また、２個の検出器１２Ａ，１２Ｂは、電子ビーム１の中心軸に対して線対称に配置されている。２個の検出器１２Ａ，１２Ｂは、例えば、反射電子検出器である。なお、検出器１２Ａ，１２Ｂとして、二次電子検出器や、ＣＣＤなどの撮像素子を用いることができる。検出器１２Ａの検出信号と、検出器１２Ｂの検出信号は、それぞれ、演算制御手段２０に入力する。
【００１９】
演算制御手段２０は、検出器１２Ａの検出信号に基づいて、試料５の二次元画像データを生成する。また、演算制御手段２０は、検出器１２Ｂの検出信号に基づいて、試料５の二次元画像データを生成する。２個の検出器１２Ａ，１２Ｂは、電子ビーム１の中心軸に対して線対称に配置されているので、検出器１２Ａの検出信号に基づいて生成された二次元画像データと、検出器１２Ｂの検出信号に基づいて生成された二次元画像データとは、視野にずれがあるため、わずかにＸ−Ｙ平面内で、位置がずれた画像データとなっている。演算制御手段２０は、２つの画像データの中から、試料５のピーク位置をそれぞれ検出し、検出されたピーク位置のＸ−Ｙ平面内におけるずれ量（移動量）を算出する。このずれ量（移動量）により、図２を以降を用いて後述するように、検出器１２Ａ，１２Ｂの検知面から試料台７の表面（試料台７の対物レンズ４の側の表面）との距離，すなわち、対物レンズ４の先端（対物レンズ４の試料台７に近い側の端部）から試料台７の表面（試料台７の対物レンズ４の側の表面）の距離を算出することができる。
【００２０】
算出された対物レンズ４の先端（対物レンズ４の試料台７に近い側の端部）から試料台７の表面（試料台７の対物レンズ４の側の表面）の距離は、記憶部２２に記憶される。
【００２１】
入出力部２４は、表示部と操作部とからなるグラフィックユーザインターフェース（ＧＵＩ）である。
【００２２】
なお、検出器１２Ａ，１２Ｂの検知面は、対物レンズ４の先端（対物レンズ４の試料台７に近い側の端部）よりもＺ軸方向で、図示の上側（電子銃１の側）、若しくは下側（試料台７に近接する側）に配置してもよいものである。この場合、検出器１２Ａ，１２Ｂの検知面と、対物レンズ４の先端（対物レンズ４の試料台７に近い側の端部）との間のＺ軸上の距離がわかれば、検出器１２Ａ，１２Ｂから試料５の頂部（対物レンズ４に最も近い場所）までの距離を用いて、対物レンズ４から試料５の頂部（対物レンズ４に最も近い場所）までの距離を算出することができる。
【００２３】
また、検出器の数は、２個の限らず、３個、４個とすることもできる。検出器の数が多くなると、コントラストの大きな画像データを得やすくなり、それだけ、試料の頂部の検出が容易となる。
【００２４】
次に、図２〜図４を用いて、本実施形態による走査電子顕微鏡による対物レンズから試料の頂部までの距離算出方法について説明する。  
図２は、本発明の第１の実施形態による走査電子顕微鏡による対物レンズから試料の頂部までの距離算出方法の内容を示すフローチャートである。図３及び図４は、本発明の第１の実施形態による走査電子顕微鏡による対物レンズから試料の頂部までの距離算出方法の説明図である。
【００２５】
図２のステップＳ１０において、作業員は、試料台１７の上に観察をする試料５を載せ、試料台１７を試料交換室１０を通して試料ステージ８に搬送する。
【００２６】
次に、ステップＳ２０において、作業員は、入出力部２４を用いて試料台の大きさの情報を記憶部２２に保存をする。
【００２７】
次に、ステップＳ３０において、演算制御部２０は、試料台１７の全体を、２つの検出器１２Ａ，１２Ｂから、２個の画像データとして取り込む。
【００２８】
次に、ステップＳ４０において、演算制御部２０は、取り込まれた画像データのＸ−Ｙ平面における移動量を、位相限定相関を用いて算出する。すなわち、２個の検出器１２Ａ，１２Ｂは、電子ビーム１の中心軸に対して線対称に配置されているので、検出器１２Ａの検出信号に基づいて生成された二次元画像データと、検出器１２Ｂの検出信号に基づいて生成された二次元画像データとは、視野にずれがあるため、わずかにＸ−Ｙ平面内で、位置がずれた画像データとなっている。演算制御手段２０は、２つの画像データの中から、試料５のピーク位置をそれぞれ検出し、検出されたピーク位置のＸ−Ｙ平面内におけるずれ量（移動量）を位相限定相関を用いて算出する。
【００２９】
ここで、図３を用いて、位相限定相関による移動量の算出方法について説明する。
【００３０】
演算制御手段２０は、検出器１２Ａにより検出された画像データを、図３に示す登録画像（Ｍ×Ｎの画素数のｆ１（ｍ、ｎ））として、記憶部２２に記録する。次に、演算制御手段２０は、検出器１２Ｂにより検出された画像データを、図３に示す参照画像（Ｍ×Ｎの画素数のｆ２（ｍ、ｎ））として、記憶部２２に記録する。
【００３１】
但し、どちらも自然画像とし、ｍ＝０，１，２，…Ｍ−１、ｎ＝０，１，２，…Ｎ−１である。
【００３２】
ｆ１（ｍ，ｎ）、ｆ２（ｍ，ｎ）の離散フーリエ画像Ｆ１（ｍ，ｎ）、Ｆ２（ｍ，ｎ）は、それぞれ以下の式（１）、式（２）で定義される。  
Ｆ１（ｕ，ｖ）＝Ａ（ｕ，ｖ）ｅｊθ（ｕ，ｖ）  …（１）
Ｆ２（ｕ，ｖ）＝Ｂ（ｕ，ｖ）ｅｊφ（ｕ，ｖ）  …（２）
但し、ｕ＝０，１，２，…Ｍ−１、ｖ＝０，１，２，…Ｎ−１であり、Ａ（ｕ，ｖ）、Ｂ（ｕ，ｖ）は振幅スペクトルである、θ（ｕ，ｖ）、φ（ｕ，ｖ）は位相スペクトルである。
【００３３】
位相限定相関では、２画像間で像のＸ−Ｙ平面上で平行移動があった場合には、相関のピークの位置が移動量だけずれる。
【００３４】
以下に、移動量の導出方法を説明する。
【００３５】
まず、参照画像ｆ２（ｍ，ｎ）が、ｘ方向にｒ’だけ移動したとして、ｆ４（ｍ，ｎ）＝ｆ２（ｍ＋ｒ’，ｎ）とする。
【００３６】
式（２）を式（３）のように変形する。  
Ｆ４（ｕ，ｖ）＝ΣΣｆ２（ｍ＋ｒ’，ｎ）ｅ−ｊ２π（ｍｕ／Ｍ＋ｎｖ／Ｎ）
＝Ｂ（ｕ，ｖ）ｅｊ（φ＋２πｒ’ｕ／Ｍ）  …（３）
ここで、振幅スペクトルＢ（ｕ，ｖ）を定数とすることにより、画像のコントラストに依存しない位相画像となる。
【００３７】
また、ｆ４の位相画像Ｆ’４  （ｕ，ｖ）は、式（４）となる。  
Ｆ４’（ｕ，ｖ）＝ｅｊ（φ＋２πｒ’ｕ／Ｍ）  …（４）
位相画像Ｆ’１（ｕ，ｖ）にＦ’２（ｕ，ｖ）の複素供役を乗ずることによって、図３の中央に示す合成画像Ｈ１４（ｕ，ｖ）は、式（５）となる。  
Ｈ１４（ｕ，ｖ）＝Ｆ’１（ｕ，ｖ）（Ｆ’２（ｕ，ｖ））＊
＝ｅｊ（θ−φ−２πｒｕ／Ｍ  ）  …（５）
相関強度画像Ｇ１４（ｒ，ｓ）は、合成画像Ｈ１４（ｕ，ｖ）を逆フーリエ変換することによって、式（６）となる。  
Ｇ１４（ｒ，ｓ）＝ΣΣ（Ｈ１４（ｕ，ｖ））ｅｊ２π（ｕｒ／Ｍ＋ｕｓ／Ｎ）
＝ΣΣ（ｅｊ（θ−φ−２πｒ’ｕ／Ｍ  ））ｅｊ２π（ｕｒ／Ｍ＋ｕｓ／Ｎ）
＝Ｇ１２（ｒ−ｒ’）          …（６）
この結果、式（６）より、２つの画像間でＸ方向に位置ずれ量ｒ’が存在する場合、相関強度画像のピークの位置は−ｒ’だけずれる。また、位相成分で相関計算するため、２つの画像で明るさやコントラストに違いがあっても移動量の計算が行える。２つの画像間でＸ方向に位置ずれ量が存在する場合は、相関強度画像の中心よりΔＧ（ｐｉｘｅｌ）の位置にピーク（図３の相関強度画像の白丸部Ｐ）が発生する。例えば、２つの画像間でＸ方向に２ｐｉｘｅｌのずれがあると、合成画像は２周期の波になる。これを逆フーリエ変換すると相関強度画像となり、中心から２ｐｉｘｅｌずれた位置にピークが発生する。このΔＧ（ｐｉｘｅｌ）は検出器の受光面での移動量相当し、ΔＧを試料面上の移動量Δｘに変換する。ここで、検出器の受光面の径Ｌ、受光面上での走査電子顕微鏡の倍率Ｍ、検出器の受光面の画素数Ｌｍとすると、移動量Δｘは、式（７）となる。  
Δｘ＝ΔＧ（ｐｉｘｅｌ）×Ｌ／Ｌｍ（ｐｉｘｅｌ）／Ｍ  …（７）
ここで、Δｘは２つ画像間の試料面上での移動量となる。
【００３８】
次に、図２のステップＳ５０において、演算制御手段２０は、対物レンズと試料台上の試料との距離を算出する。
【００３９】
次に、図４を用いて、対物レンズと試料台上の試料との距離の算出方法について説明する。
【００４０】
位相限定相関で算出された移動量Δｘに対して、移動量がもっとも大きい場所が試料の一番高い場所，すなわち、試料の中で、最も対物レンズ４に近接した場所となる。この移動量をΔＸ２とする。
【００４１】
また、対物レンズ底面と同じ高さに搭載した２つの検出器の中心と対物レンズ中心との距離をｒ１とする。
【００４２】
２つの検出器の最も大きい移動量はΔＸ３なので、検出器中心から交軸までの移動量をΔＸ２＝ΔＸ２／２とする。
【００４３】
検出器中心から交軸までの距離ｒ１、対物レンズ底面と同じ高さに搭載した２つの検出器と試料ステージの距離をＬ、試料台の高さを含んだ試料の高さｚ１とすると、図４に示すように、
θ１＝θ２
ｔａｎθ１＝Ｌ／（ΔＸ３＋ｒ１）
ｔａｎθ２＝ｚ２／ｒ１
Ｌ／（ΔＸ３＋ｒ１）＝  ｚ１／ｒ１
の関係にある。
【００４４】
したがって、対物レンズ底面と同じ高さに搭載した２つの検出器と試料の距離ｚ２は、式（８）となる
Ｚ２＝  ｒ１・Ｌ／（ΔＸ３＋ｒ１）  …（８）
すなわち、式（８）により、演算制御手段２０は、対物レンズと試料台上の試料との距離ｚ２を算出することができる。
【００４５】
次に、図２のステップＳ６０において、演算制御手段２０は、算出された対物レンズと試料の距離を、記憶部２２に保存する。演算制御手段２０は、保存された対物レンズと試料の距離を用いてステージ制御を行うので、対物レンズと試料との距離を把握しながら制御しているので、対物レンズに試料を接触させることなくステージ制御が行える。
【００４６】
なお、図２のステップＳ２０の後で、試料台の上に載っている試料と対物レンズとの距離を測定するために、試料台全体の検出を行える位置に、試料ステージをｚ方向に移動させてもよいものである。これは、ステップＳ１０で、試料台を試料ステージに搬送した段階で、試料台全体の検出を行える場合には不要である。試料台の大きさが大きすぎる場合には、試料台を図１の下方向に移動することで、試料台全体の検出を行えるようになる。
【００４７】
また、図２のステップＳ４０の処理の後で、ピークの高さの一致度を算出するようにしてもよいものである。ピークの高さの一致度は、画像間移動量や倍率、回転角度の精度を表す数値である。
【００４８】
位相成分のみを用いた相関計算では、数学上位相のみを使用しているため相関強度に現れるピークはδピークとなる。例えば２つの画像間で１．５画素ずれると合成画像は１．５周期の波となる。これを逆フーリエ変換すると、相関強度画像の中心より１．５ｐｉｘｅｌずれた位置にδピークが立つが、１．５の画素は存在しないので、δピークの値は１ｐｉｘｅｌ目と２ｐｉｘｅｌ目に振り分けられる。ここで一致度が高い画素の重心を取って、この振り分けられた値から真のδピーク位置を計算すると１／１０ｐｉｘｅｌ程度の精度を計算結果が得られる。また、相関強度画像がδピークのため、２つの画像間における類似性の評価を相関強度画像のピークの高さによって行なう。画像ｆ１（ｍ、ｎ）、ピークの高さＰｅａｋ（ｐｉｘｅｌ）とすると、一致度（％）は、式（９）のようになる。
【００４９】
一致度（％）＝（  Ｐｅａｋ  ）／（  ｍ  ×  ｎ  ）×１００    …（９）
例えば処理画素数は１２８ｐｉｘｅｌ×１２８ｐｉｘｅｌで、Ｐｅａｋが１６３８４（ｐｉｘｅｌ）の場合は、一致度＝（１６３８４）／（１２８×１２８）×１００＝１００  （％）となる。
【００５０】
本実施形態で用いる位相限定相関は、画像データのコントラストが低い場合に有効である。
【００５１】
以上説明したように、本実施形態によれば、試料ステージを上方向（ｚ方向）に移動させた時に、対物レンズに試料が接触し、試料の損傷と対物レンズの損傷によって性能を害する問題を解消できる。
【００５２】
次に、図５及び図６を用いて、本発明の第２の実施形態による走査電子顕微鏡の構成及び動作について説明する。なお、本実施形態による走査電子顕微鏡の全体構成は、図１に示したものと同様である。  
図５は、本発明の第２の実施形態による走査電子顕微鏡による対物レンズから試料の頂部までの距離算出方法の内容を示すフローチャートである。図６は、本発明の第２の実施形態による走査電子顕微鏡による対物レンズから試料の頂部までの距離算出方法の説明図である。
【００５３】
図５に示すフローチャートにおいて、図３と同一ステップ番号は同一処理内容を示している。
【００５４】
本実施形態では、図３のステップＳ４０に代えて、ステップＳ４０Ａを実行する。
【００５５】
ステップＳ４０Ａにおいて、演算制御部２０は、取り込まれた画像データのＸ−Ｙ平面における移動量を、正規化相関を用いて算出する。
【００５６】
ここで、図６を用いて、正規化相関による移動量の算出方法について説明する。
【００５７】
演算制御手段２０は、画像のテンプレートマッチングによるテンプレート画像サーチを行う。図６に示す例で、基準画像は検出器１２Ａにより検出された画像データである。一方、右側に示すソース画像内に検出器１２Ｂにより検出された画像データがある。
【００５８】
演算制御手段２０は、式（１０）で示される相関演算をソース画像の指定領域内の全画素に対して行い一致度係数（ｒ）が最大（１．０）になるポイントを移動量として検出する。このとき一致度は、ｒに１００をかけたものと定義する。
【００５９】
【数１】
2010170727.tif 000003
【００６０】
ここで、ｆ：ソース画像、ｇ：テンプレート画像、ｎ：テンプレート領域内有効画素数（１＜ｎ＜＝６５５３６：２５６×２５６相当）である。
【００６１】
本方式を用いることで、相関係数算出の計算式自体がデータを正規化しているので明るさの変動やボケに対して一致度が高くなる。
【００６２】
これらの演算は、基準画像の領域と対応するソース画像の一領域に対して行われる。本実施形態による正規化相関サーチは、セットアップ、トレーニング、サーチの３段階を設定しており、セットアップは、テンプレート画像を入力画像から切り出すことで、トレーニングは、切り出した画像を正規化相関サーチのテンプレート画像として登録する。次にサーチは、トレーニングで登録したテンプレートのサーチを行うこととする。移動量は、基準画像のピーク位置と、ソース画像の中のピーク位置の間の距離を計算することで求められる。この際、図６に示すようにサブピクセル精度で計算を行う。自動調整は、画像中心で像が移動するので、スパイラルでサーチするとサーチ効率が向上する。
【００６３】
本実施形態で用いる正規化相関は、画像データのコントラストが高い場合に有効である。
【００６４】
以上説明したように、本実施形態によれば、試料ステージを上方向（ｚ方向）に移動させた時に、対物レンズに試料が接触し、試料の損傷と対物レンズの損傷によって性能を害する問題を解消できる。
【００６５】
次に、図７を用いて、本発明の第３の実施形態による走査電子顕微鏡の構成及び動作について説明する。なお、本実施形態による走査電子顕微鏡の全体構成は、図１に示したものと同様である。  
図７は、本発明の第３の実施形態による走査電子顕微鏡による対物レンズから試料の頂部までの距離算出方法の内容を示すフローチャートである。
【００６６】
本実施形態では、試料台を傾むけた状態での対物レンズとの距離を測定するようにしている。
【００６７】
図７に示すフローチャートにおいて、図３と同一ステップ番号は同一処理内容を示している。
【００６８】
本実施形態では、図３のステップＳ２０の後に、ステップＳ２５を追加している。
【００６９】
ステップＳ２５において、演算制御部２０は、入出力部２４から入力された傾斜を掛ける角度に基づいて、試料ステージ８を移動させ、傾ける。
【００７０】
試料ステージ８の傾斜角が０度の場合の試料台７の上の試料５の頂点に対して、試料台７が傾くと、試料５の頂点の位置も変化する。このような場合でも、ステップＳ４０の位相限定相関で移動量を算出し、ステップＳ５０において対物レンズと試料の距離を算出することができる。
【００７１】
以上説明したように、本実施形態によれば、試料ステージを上方向（ｚ方向）に移動させた時に、対物レンズに試料が接触し、試料の損傷と対物レンズの損傷によって性能を害する問題を解消できる。
【００７２】
次に、図８を用いて、本発明の第４の実施形態による走査電子顕微鏡の構成及び動作について説明する。なお、本実施形態による走査電子顕微鏡の全体構成は、図１に示したものと同様である。  
図８は、本発明の第４の実施形態による走査電子顕微鏡による対物レンズから試料の頂部までの距離算出方法の内容を示すフローチャートである。
【００７３】
本実施形態では、試料台を傾むけた状態での対物レンズとの距離を測定するようにしている。
【００７４】
図８に示すフローチャートにおいて、図５と同一ステップ番号は同一処理内容を示している。
【００７５】
本実施形態では、図５のステップＳ２０の後に、ステップＳ２５を追加している。
【００７６】
ステップＳ２５において、演算制御部２０は、入出力部２４から入力された傾斜を掛ける角度に基づいて、試料ステージ８を移動させ、傾ける。
【００７７】
試料ステージ８の傾斜角が０度の場合の試料台７の上の試料５の頂点に対して、試料台７が傾くと、試料５の頂点の位置も変化する。このような場合でも、ステップＳ４０の位相限定相関で移動量を算出し、ステップＳ５０において対物レンズと試料の距離を算出することができる。
【００７８】
以上説明したように、本実施形態によれば、試料ステージを上方向（ｚ方向）に移動させた時に、対物レンズに試料が接触し、試料の損傷と対物レンズの損傷によって性能を害する問題を解消できる。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】本発明の第１の実施形態による走査電子顕微鏡の全体構成を示すシステム構成図である。
【図２】本発明の第１の実施形態による走査電子顕微鏡による対物レンズから試料の頂部までの距離算出方法の内容を示すフローチャートである。
【図３】本発明の第１の実施形態による走査電子顕微鏡による対物レンズから試料の頂部までの距離算出方法の説明図である。
【図４】本発明の第１の実施形態による走査電子顕微鏡による対物レンズから試料の頂部までの距離算出方法の説明図である。
【図５】本発明の第２の実施形態による走査電子顕微鏡による対物レンズから試料の頂部までの距離算出方法の内容を示すフローチャートである。
【図６】本発明の第２の実施形態による走査電子顕微鏡による対物レンズから試料の頂部までの距離算出方法の説明図である。
【図７】本発明の第３の実施形態による走査電子顕微鏡による対物レンズから試料の頂部までの距離算出方法の内容を示すフローチャートである。
【図８】本発明の第４の実施形態による走査電子顕微鏡による対物レンズから試料の頂部までの距離算出方法の内容を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００８０】
１…電子銃
２…電子ビーム
４…対物レンズ
５…試料
６…試料室
７…試料台
８…試料ステージ
９…駆動源
１０…試料交換室
１１…試料交換棒
１２Ａ，１２Ｂ…検出器
２０…演算制御手段
２２…記憶部
２２…入出力部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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