(57)【要約】【課題】軸合わせを容易に行うことができる走査荷電粒子顕微鏡を提供する。【解決手段】  走査荷電粒子顕微鏡１００は、制御部２２は、多段の偏向器３１，３２のうちの一部を制御するための第１制御信号と、多段の偏向器３１，３２のうちの他の一部を制御するための第２制御信号と、を生成し、第１制御信号は、荷電粒子線ＥＢの走査方向を第１角度だけ回転させるための第１スキャンローテーション情報を含み、第２制御信号は、荷電粒子線ＥＢの走査方向を第２角度だけ回転させるための第２スキャンローテーション情報を含み、制御部２２は、前記第１角度と前記第２角度とを相違させて、第１制御信号および第２制御信号を走査部３に出力し、走査部３は、第１制御信号および第２制御信号に基づいて、荷電粒子線ＥＢをアパーチャー９上で走査し、画像生成部２４は、検出部６の検出結果に基づいて、アパーチャー像を生成する。【選択図】図１
2014212063.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子線を発生させる荷電粒子線源と、
前記荷電粒子線源から放出される前記荷電粒子線を集束するための対物レンズと、
多段の偏向器を有し、前記対物レンズにより集束された前記荷電粒子線を対象物上で走査するための走査部と、
前記走査部の後段側に配置されているアパーチャーと、
前記荷電粒子線が照射されることにより前記対象物から放出された電子を検出する検出部と、
前記検出部の検出結果に基づいて、画像を生成する画像生成部と、
前記走査部を制御する制御部と、
を含み、
前記制御部は、
前記多段の偏向器のうちの一部を制御するための第１制御信号と、
前記多段の偏向器のうちの他の一部を制御するための第２制御信号と、
を生成し、
前記第１制御信号は、
前記荷電粒子線を走査するための第１走査情報と、
前記荷電粒子線の走査方向を第１角度だけ回転させるための第１スキャンローテーション情報と、
を含み、
前記第２制御信号は、
前記荷電粒子線を走査するための第２走査情報と、
前記荷電粒子線の走査方向を第２角度だけ回転させるための第２スキャンローテーション情報と、
を含み、
前記制御部は、前記第１角度と前記第２角度とを相違させて、前記第１制御信号および前記第２制御信号を前記走査部に出力し、
前記走査部は、前記第１制御信号および前記第２制御信号に基づいて、前記荷電粒子線を前記アパーチャー上で走査し、
前記検出部は、前記荷電粒子線を前記アパーチャー上で走査することにより放出された電子を検出し、
前記画像生成部は、前記検出部の検出結果に基づいて、アパーチャー像を生成する、走査荷電粒子顕微鏡。
【請求項２】
請求項１において、
前記アパーチャーは、前記対物レンズの主面に配置されている、走査荷電粒子顕微鏡。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記アパーチャーの開口部の中心と前記対物レンズの軸の位置とは一致している、走査荷電粒子顕微鏡。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１項において、
前記アパーチャー像に基づいて、前記荷電粒子線を前記対物レンズの軸に合わせる軸合わせ部を含む、走査荷電粒子顕微鏡。
【請求項５】
荷電粒子線を発生させる荷電粒子線源と、前記荷電粒子線源から放出される前記荷電粒子線を集束するための対物レンズと、多段の偏向器を有し、前記対物レンズにより集束された前記荷電粒子線を対象物上で走査するための走査部と、前記走査部の後段側に配置されているアパーチャーと、前記荷電粒子線が照射されることにより前記対象物から放出さ
れた電子を検出する検出部と、前記検出部の検出結果に基づいて、画像を生成する画像生成部と、を含む、走査荷電粒子顕微鏡の制御方法であって、
前記多段の偏向器のうちの一部を制御するための第１制御信号と、前記多段の偏向器のうちの他の一部を制御するための第２制御信号と、を生成する制御信号生成工程と、
前記第１制御信号および前記第２制御信号に基づいて前記走査部を制御して、前記荷電粒子線を前記アパーチャー上で走査する走査工程と、
前記検出部により、前記荷電粒子線を前記アパーチャー上で走査することにより放出された電子を検出する検出工程と、
前記画像生成部により、前記検出部の検出結果に基づいて、アパーチャー像を生成する画像生成工程と、を含み、
前記第１制御信号は、
前記荷電粒子線を走査するための第１走査情報と、
前記荷電粒子線の走査方向を第１角度だけ回転させるための第１スキャンローテーション情報と、
を有し、
前記第２制御信号は、
前記荷電粒子線を走査するための第２走査情報と、
前記荷電粒子線の走査方向を第２角度だけ回転させるための第２スキャンローテーション情報と、
を有し、
前記制御信号生成工程では、前記第１角度と前記第２角度とを相違させる、走査荷電粒子顕微鏡の制御方法。
【請求項６】
請求項５において、
前記アパーチャーは、前記対物レンズの主面に配置されている、走査荷電粒子顕微鏡の制御方法。
【請求項７】
請求項５または６において、
前記アパーチャーの開口部の中心と前記対物レンズの軸の位置とは一致している、走査荷電粒子顕微鏡の制御方法。
【請求項８】
請求項５ないし７のいずれか１項において、
前記アパーチャー像に基づいて、前記荷電粒子線を前記対物レンズの軸に合わせる工程を含む、走査荷電粒子顕微鏡の制御方法。
【請求項９】
多段の偏向器によって荷電粒子線を対象物上で走査して、前記対象物から放出された電子を検出し、画像を生成する走査荷電粒子顕微鏡の軸合わせ方法であって、
前記多段の偏向器のうちの一部の前記偏向器におけるスキャンローレーションの回転角を、前記多段の偏向器のうちの他の一部の前記偏向器におけるスキャンローテーションの回転角と相違させて、前記荷電粒子線を前記多段の偏向器の後段側に配置されているアパーチャー上で走査するアパーチャー走査工程と、
前記アパーチャー走査工程により放出された電子の検出結果に基づいて、アパーチャー像を生成するアパーチャー像生成工程と、
前記アパーチャー像に基づいて、前記荷電粒子線を対物レンズの軸に合わせる軸合わせ工程と、
を含む、走査荷電粒子顕微鏡の軸合わせ方法。
【請求項１０】
請求項９において、
前記アパーチャーは、前記対物レンズの主面に配置されている、走査荷電粒子顕微鏡の軸合わせ方法。
【請求項１１】
請求項９または１０において、
前記アパーチャーの開口部の中心と前記対物レンズの軸の位置とは一致している、走査荷電粒子顕微鏡の軸合わせ方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、走査荷電粒子顕微鏡、走査荷電粒子顕微鏡の制御方法、および走査荷電粒子顕微鏡の軸合わせ方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
走査荷電粒子顕微鏡として、例えば、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）が知られている。
【０００３】
走査電子顕微鏡では、電子銃から加速されて放出された電子ビームを対物レンズによって試料上に集束させて照射し、これにより試料から放出される電子（二次電子や反射電子）を検出して、走査像を取得している。
【０００４】
このような走査電子顕微鏡では、電子ビームを対物レンズの軸に合わせるための軸合わせが必要である。この軸合わせは、一般的に、対物レンズの励磁電流、または加速電圧に変調信号を重畳して（電流Ｗｏｂｂｌｅｒ，電圧Ｗｏｂｂｌｅｒ）、走査像を観察することで行われる。
【０００５】
電子ビームが対物レンズの軸に対してずれている場合、走査像には、Ｗｏｂｂｌｅｒ周期と同期した上下左右方向の揺れが観察される。軸が合っているか否かの判定は、この揺れが止まるか否かで判断される。揺れの止め方としては、可動対物絞りを動かし（または、アライメントコイルを制御し）、電子ビームの対物レンズへの入射位置や入射角を変化させることで行なわれる。走査像を観察しながら、揺れが止まるまで上記軸合わせ操作を行なう。なお、電流Ｗｏｂｂｌｅｒを用いた軸合わせを電流軸合わせ、電圧Ｗｏｂｂｌｅｒを用いた軸合わせを電圧軸合わせという。
【０００６】
また、このような軸合わせを自動で行う場合、まず、対物レンズの電流値を離散的に所定のステップ幅分だけ変化させ、対物レンズの電流値に対応した走査像（静止画像）を複数枚取得する。軸があっていない場合には、取得した各走査像の観察中心位置にはそれぞれずれが生じている（変位がある）。画像解析を用いて、対物レンズの電流値に対応した画像の変位量と変位方向を算出し、このような変位が生じないように可動対物絞りやアライメントコイルをフィードバック制御して、電子ビームの対物レンズへの入射位置や入射角を変化させることで電流軸合わせを行う。なお、上記の手順において、対物レンズ電流を加速電圧と読み替えれば、電圧軸合わせを行うことができる。
【０００７】
このような軸合わせ方法として、例えば、特許文献１には、取得した画像から絞りの中心を検出し、電子ビームが絞りの中心を通るように偏向信号の出力を変化させる方法が開示されている。
【０００８】
また、例えば、特許文献２には、対物レンズの開口部を電子ビームにより走査し、これにより検出される像に基づいて、電子ビームの軸を調整する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平９−６９３５０号公報
【特許文献２】特開２００５−１７４８１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上述した電子ビームの軸合わせ方法では、軸合わせ作業が煩雑であり、作業に熟練を要する。また、軸合わせを自動で行う場合には、例えば対物レンズの電流値に対応した走査像を複数枚取得し、この複数枚の走査像から軸合わせ作業を行わなければならず、時間がかかるという問題があった。
【００１１】
本発明は、このような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、軸合わせを容易に行うことができる走査荷電粒子顕微鏡、走査荷電粒子顕微鏡の制御方法、および走査荷電粒子顕微鏡の軸合わせ方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
（１）本発明に係る走査荷電粒子顕微鏡は、
荷電粒子線を発生させる荷電粒子線源と、
前記荷電粒子線源から放出される前記荷電粒子線を集束するための対物レンズと、
多段の偏向器を有し、前記対物レンズにより集束された前記荷電粒子線を対象物上で走査するための走査部と、
前記走査部の後段側に配置されているアパーチャーと、
前記荷電粒子線が照射されることにより前記対象物から放出された電子を検出する検出部と、
前記検出部の検出結果に基づいて、画像を生成する画像生成部と、
前記走査部を制御する制御部と、
を含み、
前記制御部は、
前記多段の偏向器のうちの一部を制御するための第１制御信号と、
前記多段の偏向器のうちの他の一部を制御するための第２制御信号と、
を生成し、
前記第１制御信号は、
前記荷電粒子線を走査するための第１走査情報と、
前記荷電粒子線の走査方向を第１角度だけ回転させるための第１スキャンローテーション情報と、
を含み、
前記第２制御信号は、
前記荷電粒子線を走査するための第２走査情報と、
前記荷電粒子線の走査方向を第２角度だけ回転させるための第２スキャンローテーション情報と、
を含み、
前記制御部は、前記第１角度と前記第２角度とを相違させて、前記第１制御信号および前記第２制御信号を前記走査部に出力し、
前記走査部は、前記第１制御信号および前記第２制御信号に基づいて、前記荷電粒子線を前記アパーチャー上で走査し、
前記検出部は、前記荷電粒子線を前記アパーチャー上で走査することにより放出された電子を検出し、
前記画像生成部は、前記検出部の検出結果に基づいて、アパーチャー像を生成する。
【００１３】
このような走査荷電粒子顕微鏡によれば、第１制御信号の第１角度と第２制御信号の第２角度とを相違させることにより、アパーチャー像を得ることができる。これにより、アパーチャー像に基づいて、軸合わせを行うことができる。アパーチャー像では対物レンズの軸の位置を容易に特定することができるため、アパーチャー像に基づいて軸合わせを行うことにより、軸合わせを容易に行うことができる。
【００１４】
なお、軸合わせとは、対物レンズの軸に一致するように、荷電粒子線を入射させる操作をいう。
【００１５】
（２）本発明に係る走査荷電粒子顕微鏡において、
前記アパーチャーは、前記対物レンズの主面に配置されていてもよい。
【００１６】
（３）本発明に係る走査荷電粒子顕微鏡において、
前記アパーチャーの開口部の中心と前記対物レンズの軸の位置とは一致していてもよい。
【００１７】
（４）本発明に係る走査荷電粒子顕微鏡において、
前記アパーチャー像に基づいて、前記荷電粒子線を前記対物レンズの軸に合わせる軸合わせ部を含んでいてもよい。
【００１８】
（５）本発明に係る走査荷電粒子顕微鏡の制御方法は、
荷電粒子線を発生させる荷電粒子線源と、前記荷電粒子線源から放出される前記荷電粒子線を集束するための対物レンズと、多段の偏向器を有し、前記対物レンズにより集束された前記荷電粒子線を対象物上で走査するための走査部と、前記走査部の後段側に配置されているアパーチャーと、前記荷電粒子線が照射されることにより前記対象物から放出された電子を検出する検出部と、前記検出部の検出結果に基づいて、画像を生成する画像生成部と、を含む、走査荷電粒子顕微鏡の制御方法であって、
前記多段の偏向器のうちの一部を制御するための第１制御信号と、前記多段の偏向器のうちの他の一部を制御するための第２制御信号と、を生成する制御信号生成工程と、
前記第１制御信号および前記第２制御信号に基づいて前記走査部を制御して、前記荷電粒子線を前記アパーチャー上で走査する走査工程と、
前記検出部により、前記荷電粒子線を前記アパーチャー上で走査することにより放出された電子を検出する検出工程と、
前記画像生成部により、前記検出部の検出結果に基づいて、アパーチャー像を生成する画像生成工程と、
を含み、
前記第１制御信号は、
前記荷電粒子線を走査するための第１走査情報と、
前記荷電粒子線の走査方向を第１角度だけ回転させるための第１スキャンローテーション情報と、
を有し、
前記第２制御信号は、
前記荷電粒子線を走査するための第２走査情報と、
前記荷電粒子線の走査方向を第２角度だけ回転させるための第２スキャンローテーション情報と、
を有し、
前記制御信号生成工程では、前記第１角度と前記第２角度とを相違させる。
【００１９】
このような走査荷電粒子顕微鏡の制御方法によれば、第１制御信号の第１角度と第２制御信号の第２角度とを相違させることにより、アパーチャー像を得ることができる。これにより、アパーチャー像に基づいて、軸合わせを行うことができる。アパーチャー像では対物レンズの軸の位置を容易に特定することができるため、アパーチャー像に基づいて軸合わせを行うことにより、軸合わせを容易に行うことができる。
【００２０】
（６）本発明に係る走査荷電粒子顕微鏡の制御方法において、
前記アパーチャーは、前記対物レンズの主面に配置されていてもよい。
【００２１】
（７）本発明に係る走査荷電粒子顕微鏡の制御方法において、
前記アパーチャーの開口部の中心と前記対物レンズの軸の位置とは一致していてもよい。
【００２２】
（８）本発明に係る走査荷電粒子顕微鏡の制御方法において、
前記アパーチャー像に基づいて、前記荷電粒子線を前記対物レンズの軸に合わせる工程を含んでいてもよい。
【００２３】
（９）本発明に係る走査荷電粒子顕微鏡の軸合わせ方法は、
多段の偏向器によって荷電粒子線を対象物上で走査して、前記対象物から放出された電子を検出し、画像を生成する走査荷電粒子顕微鏡の軸合わせ方法であって、
前記多段の偏向器のうちの一部の前記偏向器におけるスキャンローレーションの回転角を、前記多段の偏向器のうちの他の一部の前記偏向器におけるスキャンローテーションの回転角と相違させて、前記荷電粒子線を前記多段の偏向器の後段側に配置されているアパーチャー上で走査するアパーチャー走査工程と、
前記アパーチャー走査工程により放出された電子の検出結果に基づいて、アパーチャー像を生成するアパーチャー像生成工程と、
前記アパーチャー像に基づいて、前記荷電粒子線を対物レンズの軸に合わせる軸合わせ工程と、
を含む。
【００２４】
このような走査荷電粒子顕微鏡の軸合わせ方法によれば、多段の偏向器のうちの一部の偏向器におけるスキャンローレーションの回転角を、多段の偏向器のうちの他の一部の偏向器におけるスキャンローテーションの回転角と相違させることにより、アパーチャー像を得ることができる。これにより、アパーチャー像に基づいて、軸合わせを行うことができる。アパーチャー像では対物レンズの軸の位置を容易に特定することができるため、アパーチャー像に基づいて軸合わせを行うことにより、軸合わせを容易に行うことができる。
【００２５】
（１０）本発明に係る走査荷電粒子顕微鏡の軸合わせ方法において、
前記アパーチャーは、前記対物レンズの主面に配置されていてもよい。
【００２６】
（１１）本発明に係る走査荷電粒子顕微鏡の軸合わせ方法において、
前記アパーチャーの開口部の中心と前記対物レンズの軸の位置とは一致していてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本実施形態に係る走査荷電粒子顕微鏡の構成を示す図。
【図２】本実施形態に係る走査荷電粒子顕微鏡の走査制御部を説明するための図。
【図３】上段偏向器におけるスキャンローテーションを説明するための図。
【図４】下段偏向器におけるスキャンローテーションを説明するための図。
【図５】本実施形態に係る走査荷電粒子顕微鏡における軸合わせ処理の一例を示すフローチャート。
【図６】本実施形態の軸合わせ処理における走査部の動作を説明するための図。
【図７】本実施形態の軸合わせ処理における走査部の動作を説明するための図。
【図８】本実施形態の軸合わせ処理における走査部の動作を説明するための図。
【図９】本実施形態の軸合わせ処理における走査部の動作を説明するための図。
【図１０】アパーチャーの走査像（アパーチャー像）の一例を示す図。
【図１１】アパーチャーの走査像（アパーチャー像）の一例を示す図。
【図１２】第１変形例に係る走査荷電粒子顕微鏡の構成を示す図。
【図１３】第２変形例に係る走査荷電粒子顕微鏡の構成を示す図。
【図１４】第３変形例に係る走査荷電粒子顕微鏡の構成を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
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。
【００２９】
１．  走査荷電粒子顕微鏡の構成
まず、本実施形態に係る走査荷電粒子顕微鏡の構成について、図面を参照しながら説明する。図１は、本実施形態に係る走査荷電粒子顕微鏡１００の構成を示す図である。
【００３０】
走査荷電粒子顕微鏡１００は、図１に示すように、荷電粒子線源１と、集束レンズ２と、走査部３と、対物レンズ４と、試料ステージ５と、検出部６と、可動対物絞り７と、アライメントコイル８と、アパーチャー９と、表示部１０と、操作部１２と、記憶部１４と、処理部２０と、を含んで構成されている。
【００３１】
走査荷電粒子顕微鏡１００は、対象物（試料Ｓまたはアパーチャー９）上で荷電粒子線を走査し、荷電粒子線が対象物内で散乱されることによって該対象物から放出される電子（二次電子や反射電子）を検出して、画像（走査像）を取得する。荷電粒子線は、例えば、電子、イオン等である。ここでは、走査荷電粒子顕微鏡１００が、荷電粒子線として電子線ＥＢを用いた走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）である場合について説明する。
【００３２】
電子線源（荷電粒子線源）１は、電子線ＥＢを発生させる。電子線源１は、例えば、公知の電子銃であり、陰極から放出された電子を陽極で加速して電子線ＥＢを放出する。電子線源１として用いられる電子銃は特に限定されず、例えば、熱電子放出型や、熱電界放出型、冷陰極電界放出型などの電子銃を用いることができる。電子線源１には、駆動部１ａから、陰極から放出された電子を加速するための加速電圧が供給される。
【００３３】
集束レンズ２は、電子線源１の後段（電子線ＥＢの下流側）に配置されている。集束レンズ２は、電子線ＥＢを集束させるためのレンズである。図示の例では、二段の集束レンズ２で、電子線ＥＢを集束させる。
【００３４】
走査部３は、集束レンズ２の後段に配置されている。走査部３は、上段偏向器３１および下段偏向器３２を有し、集束レンズ２および対物レンズ４により集束された電子線ＥＢを対象物上で走査する。
【００３５】
上段偏向器３１および下段偏向器３２は、電子線ＥＢを走査するための電磁コイルである。上段偏向器３１および下段偏向器３２は、それぞれ電子線ＥＢを二次元的に偏向させる。上段偏向器３１および下段偏向器３２は、走査制御部２２によって制御され、電子線ＥＢの走査を行う。
【００３６】
対物レンズ４は、走査部３の後段に配置されている。対物レンズ４は、電子線ＥＢを集束して、試料Ｓに照射するためのレンズである。走査荷電粒子顕微鏡１００では、電子線ＥＢを対物レンズ４の軸（例えば対物レンズ４の機械的な軸）Ｚに一致させるための軸合わせ（以下、単に「軸合わせ」ともいう）を行う。
【００３７】
試料ステージ５は、試料Ｓを保持し、試料Ｓを移動させることができる。試料ステージ５は、例えば、試料Ｓの水平移動、上下移動、回転、傾斜などの動作を行うことができる
。
【００３８】
検出部６は、電子線ＥＢが照射されることにより対象物から放出された電子（二次電子や反射電子）を検出する。検出部６は、図示はしないが、例えば、シンチレーターおよび光電子増倍管を含んで構成されている。検出部６によって検出された二次電子や反射電子の検出信号（強度信号）は、Ａ／Ｄ変換部６ａを介して、バスライン３０に送られる。そして、該検出信号は、電子線ＥＢの走査信号と同期された画像データとして、記憶部１４に記憶される。検出部６は、図示の例では、対物レンズ４と試料Ｓ（試料ステージ５）との間に配置されている。すなわち、検出部６は、例えばアウトレンズ検出器である。なお、検出部６の配置は特に限定されず、例えば対物レンズ４の上方に配置されてもよい。
【００３９】
可動対物絞り７は、集束レンズ２と走査部３との間に配置されている。可動対物絞り７は、対物レンズ４に入射する電子線ＥＢのうち、対物レンズ４の軸Ｚ近傍の電子線ＥＢだけを通して、それ以外の電子線ＥＢを遮蔽するための絞りである。可動対物絞り７の位置を調整することで、電子線ＥＢを対物レンズ４の軸Ｚに合わせることができる。
【００４０】
アライメントコイル８は、集束レンズ２と走査部３との間に配置されている。アライメントコイル８は、電子線ＥＢを偏向させて、電子線ＥＢを対物レンズ４の軸Ｚに合わせるための偏向コイルである。アライメントコイル８は、電子線ＥＢを二次元的に偏向させることができる。
【００４１】
アパーチャー９は、走査部３の後段側（電子線ＥＢの下流側）に配置されている。より好ましくは、アパーチャー９は、対物レンズ４の上磁極（内側磁極）４１と下磁極（外側磁極）４２との間に配置されている。図示の例では、アパーチャー９は、対物レンズ４の主面に配置されている。アパーチャー９は、例えば、金属の板に開口部９ｂを設けたものである。開口部９ｂは、図示の例では、電子線ＥＢの進行方向から見て、円形である。開口部９ｂの径は、例えば、数百μｍ程度である。アパーチャー９は、開口部９ｂの中心が、対物レンズ４の軸Ｚに一致するように配置される。なお、アパーチャー９の開口部９ｂの形状は、対物レンズ４の軸Ｚを特定することができれば特に限定されない。アパーチャー９は、対物レンズ４の主面に固定されていてもよいし、移動可能に構成されていてもよい。すなわち、アパーチャー９は、固定絞りであってもよいし、可動絞りであってもよい。
【００４２】
なお、アパーチャー９は、低真空走査電子顕微鏡用のオリフィスであってもよい。すなわち、アパーチャー９は、電子光学系と試料室Ｒとの間で差動排気を行う際に、電子光学系と試料室Ｒとの間に圧力差を作るための絞りであってもよい。
【００４３】
電子線源１、集束レンズ２、対物レンズ４、試料ステージ５、アライメントコイル８は、それぞれ対応する駆動部１ａ，２ａ，４ａ，５ａ，８ａによって、駆動制御される。各駆動部１ａ，２ａ，４ａ，５ａ，８ａは、バスライン３０に接続されており、バスライン３０を介して、光学系制御部２８から駆動信号が供給される。各駆動部１ａ，２ａ，４ａ，５ａ，８ａは、供給された駆動信号に基づいて、電子線源１、集束レンズ２、対物レンズ４、試料ステージ５、アライメントコイル８の駆動を行う。
【００４４】
表示部１０は、バスライン３０を介して処理部２０から入力される表示信号に基づいて、処理部２０の処理結果等を文字やグラフその他の情報として表示する。表示部１０は、例えば、画像生成部２４で生成された画像（走査像）を表示する。表示部１０は、例えば、ＣＲＴ、ＬＣＤ、タッチパネル型ディスプレイなどである。
【００４５】
操作部１２は、ユーザーによる操作に応じた操作信号を取得し、バスライン３０を介し
て処理部２０に送る処理を行う。操作部１２は、例えば、ボタン、キー、タッチパネル型ディスプレイ、マイクなどである。
【００４６】
記憶部１４は、処理部２０が各種の計算処理や制御処理を行うためのプログラムやデータ等を記憶している。また、記憶部１４は、処理部２０の作業領域として用いられ、操作部１２から入力された操作信号、処理部２０が各種プログラムに従って実行した算出結果等を一時的に記憶するためにも使用される。記憶部１４には、例えば、検出信号を走査信号に同期させた画像データが記憶される。記憶部１４は、バスライン３０に接続されている。
【００４７】
処理部（ＣＰＵ）２０は、記憶部１４に記憶されているプログラムに従って、各種の計算処理を行う。処理部２０は、記憶部１４に記憶されているプログラムを実行することで、以下に説明する、走査制御部２２、画像生成部２４、軸合わせ部２６、光学系制御部２８としてとして機能する。ただし、処理部２０の少なくとも一部をハードウェア（専用回路）で実現してもよい。
【００４８】
走査制御部２２は、走査部３を制御する。具体的には、走査制御部２２は、上段偏向器３１を制御するための第１制御信号と、下段偏向器３２を制御するための第２制御信号と、を生成する処理を行う。第１制御信号および第２制御信号は、それぞれ電子線ＥＢを走査するための走査情報と、電子線ＥＢの走査方向を所与の角度だけ回転させるためのスキャンローテーション情報と、を含んでいる。
【００４９】
図２は、走査制御部２２を説明するための図である。走査制御部２２は、図２に示すように、走査信号発生部２２ａと、演算部２２ｂと、加算部２２ｃと、を含んで構成されている。
【００５０】
走査信号発生部２２ａは、電子線ＥＢを走査するための走査情報を含む走査信号Ｘ０，Ｙ０を生成する。走査情報とは、二次元の領域（走査領域）を、点で一次元的にスキャンして走査線を得て、その直交方向に走査線でスキャンして二次元の領域を走査するラスタースキャンを行うための情報である。走査信号Ｘ０は、例えば、電子線ＥＢをＸ方向に一次元的に走査して走査線を得るための情報を含む信号であり、図示の例では、のこぎり波である。走査信号Ｙ０は、例えば、走査線のＹ方向の位置を移動させるランプ波である。
【００５１】
演算部２２ｂおよび加算部２２ｃは、走査信号Ｘ０，Ｙ０に電子線ＥＢの走査方向を所与の角度だけ回転させるためのスキャンローテーション（ラスターローテーション）情報を付与して（スキャンローテーション信号を重畳して）、第１制御信号Ｘ３１’、Ｙ３１’および第２制御信号Ｘ３２’、Ｙ３２’を生成する。
【００５２】
ここで、スキャンローテーションについて説明する。図３は、上段偏向器３１におけるスキャンローテーションを説明するための図である。図４は、下段偏向器３２におけるスキャンローテーションを説明するための図である。なお、図３および図４に示すＸ軸は、上記Ｘ方向に対応する軸であり、走査線に平行な軸である。また、Ｙ軸は、上記Ｙ方向に対応する軸であり、Ｘ軸に直交する軸である。
【００５３】
スキャンローテーションとは、図３および図４に示すように、電子線ＥＢの走査方向を回転させることで電子線ＥＢの走査領域を回転させることをいう。すなわち、スキャンローテーションを行うことで、図３および図４に示すＸ軸およびＹ軸を、新たにＸ’軸およびＹ’軸として設定することができる。
【００５４】
ここで、上段偏向器３１において、電子線の走査方向の回転角（スキャンローテーショ
ン角）をαとすると、第１制御信号Ｘ３１’、Ｙ３１’は、
Ｘ３１’＝Ｘ０ｃｏｓα＋Ｙ０ｓｉｎα    ・・・（１）
Ｙ３１’＝−Ｘ０ｓｉｎα＋Ｙ０ｃｏｓα    ・・・（２）
となる。
【００５５】
演算部２２ｂおよび加算部２２ｃは、上記式（１）および式（２）を用いて、走査信号Ｘ０，Ｙ０にスキャンローテーション情報（回転角αの情報）を付与して、第１制御信号Ｘ３１’、Ｙ３１’を生成する。
【００５６】
また、図４に示す下段偏向器３２において、電子線の走査方向の回転角（スキャンローテーション角）をβとすると、第２制御信号をＸ３２’、Ｙ３２’は、
Ｘ３２’＝Ｘ０ｃｏｓβ＋Ｙ０ｓｉｎβ    ・・・（３）
Ｙ３２’＝−Ｘ０ｓｉｎβ＋Ｙ０ｃｏｓβ    ・・・（４）
となる。
【００５７】
演算部２２ｂおよび加算部２２ｃは、上記式（３）および式（４）を用いて、走査信号Ｘ０，Ｙ０にスキャンローテーション情報（回転角βの情報）を付与して、第２制御信号Ｘ３２’、Ｙ３２’を生成する。
【００５８】
走査制御部２２は、第１制御信号Ｘ３１’、Ｙ３１’を、増幅器３ａを介して、上段偏向器３１に出力する。また、走査制御部２２は、第２制御信号Ｘ３２’、Ｙ３２’を、増幅器３ａを介して、下段偏向器３２に出力する。
【００５９】
ここで、軸合わせを行う場合、走査制御部２２は、上段偏向器３１の回転角（第１角度）αと下段偏向器３２の回転角（第２角度）βとを相違させて、第１制御信号Ｘ３１’、Ｙ３１’および第２制御信号Ｘ３２’、Ｙ３２’を走査部３に出力する。すなわち、上段偏向器３１におけるスキャンローレーションの回転角αを、下段偏向器３２におけるスキャンローテーションの回転角βと相違させる。これにより、走査部３は、電子線ＥＢをアパーチャー９上で走査する。したがって、アパーチャー９の走査像（アパーチャー像）が得られる。後述するように、アパーチャー像に基づいて、軸合わせを行うことにより、容易に軸合わせを行うことができる。
【００６０】
また、試料Ｓの走査像を得る場合（試料Ｓの観察を行う場合）、走査制御部２２は、上段偏向器３１の回転角αと下段偏向器３２の回転角βとを同じにして、走査部３に出力する。これにより、走査部３は、電子線ＥＢを試料Ｓ上で走査する。したがって、試料Ｓの走査像（試料像）が得られる。
【００６１】
画像生成部２４は、検出部６の検出結果に基づいて、画像（走査像）を生成する。具体的には、画像生成部２４は、検出部６の検出信号を走査信号に同期させて画像データとして記憶部１４に記憶し、該画像データから表示信号を生成する。この表示信号に基づいて、表示部１０は、走査像を表示する。
【００６２】
光学系制御部２８は、電子線源１、集束レンズ２、対物レンズ４、試料ステージ５、アライメントコイル８を制御する。具体的には、光学系制御部２８は、電子線源１、集束レンズ２、対物レンズ４、試料ステージ５、アライメントコイル８を制御するための制御信号を生成し出力する。各制御信号は、それぞれ対応する駆動部１ａ，２ａ，４ａ，５ａ，８ａを介して、電子線源１、集束レンズ２、対物レンズ４、試料ステージ５、アライメントコイル８に入力される。
【００６３】
２．  走査荷電粒子顕微鏡の動作
次に、走査荷電粒子顕微鏡の動作について説明する。ここでは、走査荷電粒子顕微鏡１００の軸合わせ方法について説明する。図５は、走査荷電粒子顕微鏡１００における軸合わせ処理の一例を示すフローチャートである。また、図６〜図９は、走査荷電粒子顕微鏡１００の軸合わせ処理における走査部３の動作を説明するための図である。
【００６４】
図６は、走査荷電粒子顕微鏡１００の軸合わせ処理を行う前の状態、すなわち、電子線ＥＢが対物レンズ４の軸Ｚにあっていない状態を示す図である。なお、図６では、走査荷電粒子顕微鏡１００は、試料Ｓを走査して、試料Ｓの走査像を得られる状態である。具体的には、走査制御部２２は、回転角α（図３参照）と回転角β（図４参照）とを同じ角度（例えばα＝β＝０°）として、第１制御信号Ｘ３１’、Ｙ３１’および第２制御信号Ｘ３２’、Ｙ３２’を生成して走査部３に出力する。走査部３は、α＝０の情報を含む第１制御信号Ｘ３１’、Ｙ３１’およびβ＝０の情報を含む第２制御信号Ｘ３２’、Ｙ３２’に基づいて、電子線ＥＢを試料Ｓ上で走査する。検出部６は、電子線ＥＢが試料Ｓに照射されることにより試料Ｓから放出される電子を検出する。画像生成部２４は、検出部６の検出結果に基づいて、画像を生成する。
【００６５】
図６に示すように、α＝βの場合、電子線ＥＢは、対物レンズ４の主面４ｆにおいて、所定の１点（偏向支点）Ｆを通って、試料Ｓ上に入射する。すなわち、電子線ＥＢを試料Ｓ上で走査しても、対物レンズ４の主面４ｆでは、電子線ＥＢは偏向支点Ｆを通る。具体的には、上段偏向器３１で所定の方向（例えば＋Ｘ方向）に電子線ＥＢを偏向し、下段偏向器３２で該所定の方向とは反対方向（例えば−Ｘ方向）に電子線ＥＢを振り戻す。これにより、電子線ＥＢは、偏向支点Ｆを通って、試料Ｓ上に入射する。図６では、軸があっていないため、偏向支点Ｆの位置は、対物レンズ４の軸Ｚからずれている。
【００６６】
走査荷電粒子顕微鏡１００が図６に示すような軸があっていない状態において、例えばユーザーが操作部１２を操作して軸合わせ処理を行うためのプログラムを起動させることにより、走査荷電粒子顕微鏡１００（処理部２０）は、図５に示す軸合わせ処理を開始する。
【００６７】
まず、走査制御部２２が、上段偏向器３１を制御するための第１制御信号Ｘ３１’、Ｙ３１’と、下段偏向器３２を制御するための第２制御信号Ｘ３２’、Ｙ３２’を生成する（Ｓ１０）。走査制御部２２は、回転角αと回転角βとを相違させて（例えばα＝１０°、β＝０°）として、第１制御信号Ｘ３１’、Ｙ３１’および第２制御信号Ｘ３２’、Ｙ３２’を生成する。回転角αおよび回転角βの値は、走査倍率、アパーチャー９の径によって適宜設定される。走査制御部２２は、α＝１０°の情報を含む第１制御信号Ｘ３１’、Ｙ３１’およびβ＝０°の情報を含む第２制御信号Ｘ３２’、Ｙ３２’を走査部３に出力する。
【００６８】
走査部３は、α＝１０°の情報を含む第１制御信号Ｘ３１’、Ｙ３１’およびβ＝０°の情報を含む第２制御信号Ｘ３２’、Ｙ３２’に基づいて、電子線ＥＢを走査する（Ｓ１１）。これにより、走査部３では、上段偏向器３１にのみα＝１０°のスキャンローテーションがかかる。
【００６９】
図７は、α≠βである第１制御信号Ｘ３１’、Ｙ３１’および第２制御信号Ｘ３２’、Ｙ３２’に基づいて動作する走査部３を示す図である。図７に示すように、α≠βの場合、電子線ＥＢは、対物レンズ４の主面４ｆにおいて、所定の走査領域Ａで走査される。これにより、電子線ＥＢをアパーチャー９上で走査することができる。
【００７０】
次に、検出部６は、電子線ＥＢをアパーチャー９上で走査することにより放出された電子を検出し（Ｓ１２）、画像生成部２４は、検出部６の検出結果に基づいて、アパーチャ
ー像を生成する（Ｓ１３）。
【００７１】
図１０は、アパーチャー像の一例を示す図である。図１０に示す円形の明るい部分の外側の暗い部分は、対物レンズ４の主面４ｆに設置したアパーチャー９によって電子線ＥＢがカットされている部分に対応している。すなわち、図１０に示す円形の明るい部分は、図７に示すアパーチャー９の開口部９ｂに対応している。アパーチャー９の開口部９ｂの中心は、対物レンズ４の軸Ｚと一致するように配置されているため、図１０の円形の明るい部分の中心の位置が、対物レンズ４の軸の位置を表している。
【００７２】
次に、軸合わせ部２６が、アパーチャー像に基づいて、軸合わせを行う（Ｓ１４）。具体的には、軸合わせ部２６は、例えば、アパーチャー像から、パターンマッチング等によって、図１０に示すアパーチャー像の円形の明るい部分の中心の位置と走査領域（走査像）の中心の位置との間のずれ量およびずれの方向等を算出する。そして、軸合わせ部２６は、算出されたずれ量およびずれの方向等に基づいて、アパーチャー像の円形の明るい部分の中心が、走査領域の中心と一致するように、アライメントコイル８を動作させる。これにより、電子線ＥＢを、対物レンズ４の軸に合わせることができる。
【００７３】
図８は、軸があっている状態でのα≠βのときの第１制御信号Ｘ３１’、Ｙ３１’および第２制御信号Ｘ３２’、Ｙ３２’に基づいて動作する走査部３を示す図である。図８に示すように、走査領域Ａの中心の位置とアパーチャー９の開口部９ｂの中心の位置とが一致している。また、図１１は、軸があっている状態におけるアパーチャー像の一例を示す図である。図１１に示すように、アパーチャー像の円形の明るい部分の中心が、走査領域（走査像）の中心と一致しており、軸があっていることがわかる。
【００７４】
次に、走査制御部２２は、α＝β（例えばα＝β＝０°）として、第１制御信号Ｘ３１’、Ｙ３１’および第２制御信号Ｘ３２’、Ｙ３２’を生成する（Ｓ１５）。これにより、軸があった状態で、電子線ＥＢを試料Ｓ上で走査することができる。図９は、軸があっている状態におけるα＝βのときの走査部３を示す図である。図９に示すように、対物レンズ４の主面４ｆにおいて、偏向支点Ｆの位置と対物レンズ４の軸Ｚの位置とは一致している。
【００７５】
以上の工程により、軸合わせが完了する。
【００７６】
走査荷電粒子顕微鏡１００は、例えば、以下の特徴を有する。
【００７７】
走査荷電粒子顕微鏡１００では、走査制御部２２は、回転角αと回転角βとを相違させて（α≠β）、第１制御信号Ｘ３１’、Ｙ３１’および第２制御信号Ｘ３２’、Ｙ３２’を走査部３に出力し、走査部３は、第１制御信号Ｘ３１’、Ｙ３１’および第２制御信号Ｘ３２’、Ｙ３２’に基づいて、電子線ＥＢをアパーチャー９上で走査し、画像生成部２４は、検出部６の検出結果に基づいて、アパーチャー像を生成する。これにより、アパーチャー像に基づいて、軸合わせを行うことができる。アパーチャー像では対物レンズ４の軸Ｚの位置を容易に特定することができるため、アパーチャー像に基づいて軸合わせを行うことにより、電子線ＥＢの軸合わせを容易に行うことができる。
【００７８】
例えば、電流Ｗｏｂｂｌｅｒ等を用いて、軸合わせを行う場合、対物レンズ電流値に対応した静止画像（走査像）を複数枚取得しなければならなかった。これに対して、走査荷電粒子顕微鏡１００では、アパーチャー像に基づいて、軸合わせを行うため、例えば、１枚の静止画像（走査像）から対物レンズ４の軸Ｚの位置を特定して軸合わせを行うことができる。したがって、走査荷電粒子顕微鏡１００によれば、軸合わせのための走査像の取得時間を短縮することができ、短時間で容易に軸合わせを行うことができる。
【００７９】
さらに、アパーチャー像は、アパーチャー９の影を見るという手法であるため、コントラストがつきやすい。したがって、コントラストのつくにくい平坦な試料Ｓや、メッシュ等の周期構造をもった試料Ｓであっても、容易に軸合わせを行うことができる。
【００８０】
走査荷電粒子顕微鏡１００では、アパーチャー９は、対物レンズ４の主面４ｆに配置されている。このため、アパーチャー像を用いて、容易に対物レンズ４の軸Ｚの位置を特定することができる。
【００８１】
走査荷電粒子顕微鏡１００では、アパーチャー９の開口部９ｂの中心と対物レンズ４の軸の位置とは一致しているため、アパーチャー像を用いて、容易に対物レンズ４の軸の位置を特定することができる。
【００８２】
走査荷電粒子顕微鏡１００では、軸合わせ部２６は、アパーチャー像に基づいて、電子線ＥＢを対物レンズ４の軸に合わせるため、軸合わせの自動化を図ることができる。
【００８３】
３．  変形例
次に、本実施形態に係る走査荷電粒子顕微鏡１００の変形例について説明する。なお、以下では、上述した走査荷電粒子顕微鏡１００と異なる点について説明し、同様の点については説明を省略する。
【００８４】
（１）第１変形例
まず、第１変形例について説明する。図１２は、第１変形例に係る走査荷電粒子顕微鏡２００の構成を示す図である。
【００８５】
上述した図１に示す走査荷電粒子顕微鏡１００では、軸合わせ部２６が、アパーチャー像に基づいて、軸合わせを行った。すなわち、軸合わせ部２６が、アパーチャー像に基づいて、自動的に軸合わせを行った。
【００８６】
これに対して、走査荷電粒子顕微鏡２００では、図１２に示すように、軸合わせ部を有さずに、ユーザーが、アパーチャー像に基づいて、可動対物絞り７およびアライメントコイル８の少なくとも一方を手動で操作して、軸合わせを行う。
【００８７】
具体的には、ユーザーは、表示部１０に表示されているアパーチャー像（図１０参照）を確認しながら、アパーチャー像の円形の明るい部分の中心の位置と走査領域（走査像）の中心の位置とが一致するように（図１１参照）、可動対物絞り７を操作する。なお、ユーザーは、可動対物絞り７ではなく、操作部１２を介して、アライメントコイル８の励磁電流を制御することにより、アパーチャー像の円形の明るい部分の中心の位置と走査領域の中心の位置とを一致させる作業を行ってもよい。
【００８８】
（２）第２変形例
次に、第２変形例について説明する。図１３は、第２変形例に係る走査荷電粒子顕微鏡３００の構成を示す図である。
【００８９】
上述した図１に示す走査荷電粒子顕微鏡１００では、軸合わせ部２６が、アライメントコイル８を動作させて、軸合わせを行った。
【００９０】
これに対して、走査荷電粒子顕微鏡３００では、図１３に示すように、軸合わせ部２６が、可動対物絞り７を動作させて、軸合わせを行う。可動対物絞り７は、駆動部７ａによって、駆動制御される。駆動部７ａは、バスライン３０に接続されており、バスライン３
０を介して、光学系制御部２８から駆動信号が供給される。駆動部７ａは、駆動信号に基づいて、可動対物絞り７の駆動を行う。
【００９１】
なお、図示はしないが、軸合わせ部２６が、アライメントコイル８および可動対物絞り７の両方を制御して、軸合わせを行ってもよい。
【００９２】
（３）第３変形例
次に、第３変形例について説明する。図１４は、第３変形例に係る走査荷電粒子顕微鏡４００の構成を示す図である。
【００９３】
上述した図１に示す走査荷電粒子顕微鏡１００では、走査部３は、上段偏向器３１および下段偏向器３２を有する２段偏向系であった。
【００９４】
これに対して、走査荷電粒子顕微鏡４００では、図１４に示すように、走査部３は、３段以上の多段の偏向器３１，３２，３３，３４を有する多段偏向系である。
【００９５】
図示の例では、走査部３は、４段の偏向器３１，３２，３３，３４で構成されているが、その段数は特に限定されない。このような多段偏向系では、アパーチャー像を得る場合、多段の偏向器３１，３２，３３，３４のうちの一部の偏向器を制御するための第１制御信号、および多段の偏向器３１，３２，３３，３４のうちの他の一部の偏向器を制御するための第２制御信号において、スキャンローテーションの回転角を相違させることにより、アパーチャー像を得ることができる。すなわち、多段の偏向器３１，３２，３３，３４のうちの一部の偏向器におけるスキャンローレーションの回転角αを、多段の偏向器３１，３２，３３，３４のうちの他の一部の偏向器におけるスキャンローテーションの回転角βと相違させることにより、アパーチャー像を得ることができる。
【００９６】
（４）第４変形例
次に、第４変形例について説明する。
【００９７】
上述した図１に示す走査荷電粒子顕微鏡１００では、回転角αと回転角βとを相違させて第１制御信号Ｘ３１’、Ｙ３１’および第２制御信号Ｘ３２’、Ｙ３２’を走査部３に出力し、上段偏向器３１のスキャンローテーションの回転角と下段偏向器３２のスキャンローテーションの回転角とを相違させて、アパーチャー像を得ていた。
【００９８】
これに対して、図示はしないが、モーター等の駆動部を用いて、上段偏向器３１および下段偏向器３２の少なくとも一方を機械的に回転させることにより、電子線ＥＢの走査方向を回転させて、アパーチャー像を得てもよい。
【００９９】
なお、上述した実施形態および各変形例は、一例であってこれらに限定されるわけではない。例えば、実施形態および各変形例を適宜組み合わせることも可能である。
【０１００】
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。
【符号の説明】
【０１０１】
１…荷電粒子線源（電子線源）、１ａ…駆動部、２…集束レンズ、２ａ…駆動部、３…走
査部、３ａ…増幅器、４…対物レンズ、４ａ…駆動部、４ｆ…主面、５…試料ステージ、５ａ…駆動部、６…検出部、６ａ…Ａ／Ｄ変換部、７…可動対物絞り、７ａ…駆動部、８…アライメントコイル、８ａ…駆動部、９…アパーチャー、９ｂ…開口部、１０…表示部、１２…操作部、１４…記憶部、２０…処理部、２２…走査制御部、２２ａ…走査信号発生部、２２ｂ…演算部、２２ｃ…加算部、２４…画像生成部、２６…軸合わせ部、２８…光学系制御部、３０…バスライン、３１…上段偏向器、３２…下段偏向器、１００，２００，３００，４００…走査荷電粒子顕微鏡
【図１】
2014212063.tif 000003
【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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【図９】
2014212063.tif 000011
【図１２】
2014212063.tif 000012
【図１３】
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【図１４】
2014212063.tif 000014
【図１０】
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【図１１】
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