(57)【要約】【課題】電子ビームの走査方向に応じた位置ずれが生じた場合、往復走査では走査方向ごとに異なるずれ量となるため、画像の連続性がなくなり、正しい画像の取得ができなくなる。また、一方向走査ではすべての画像が同じ方向にずれるため画像中心位置がずれる。画像中心位置がずれていると、画像を拡大、縮小した時に視野が異なってくる。【解決手段】荷電粒子線装置は、荷電粒子源から放出されるビームを試料上で走査する偏向器と、偏向器に与える走査信号を発生する走査信号発生器と、荷電粒子源から放出されるビームの照射に基づいて得られる荷電粒子を検出する検出器と、検出器の出力をディジタル変換するＡＤ変換器と、偏向器の動作タイミングを発生する制御部と、動作タイミングを遅延させる遅延部を備え、遅延部にて遅延させ動作タイミングでＡＤ変換器を動作させる。【選択図】  図１０
2014143075.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子源から放出されるビームを試料上で走査する偏向器と、
前記偏向器に与える走査信号を発生する走査信号発生器と、
前記荷電粒子源から放出されるビームの照射に基づいて得られる荷電粒子を検出する検出器と、
前記検出器の出力をディジタル変換するＡＤ変換器と、
前記偏向器の動作タイミングを発生するタイミング制御部と、
前記動作タイミングを遅延させる遅延部と、
を備え、
前記遅延部にて遅延させた動作タイミングで前記ＡＤ変換を動作させる荷電粒子線装置。
【請求項２】
請求項１の荷電粒子線装置において、
前記遅延部の遅延時間を可変にすることができる。
【請求項３】
請求項２の荷電粒子線装置において、
前記遅延部の遅延時間を、前記走査信号発生器を駆動することで所定の位置にビームを偏向し、ビーム照射に基づいて得られる荷電粒子情報が前記ＡＤ変換器に到達する時間と一致させる。
【請求項４】
請求項２の荷電粒子線装置において、
前記遅延部の遅延時間を画像の取得倍率によって切り替える。
【請求項５】
請求項２の荷電粒子線装置において、
前記遅延部の遅延時間を画像取得時の走査信号の方向によって切り替える。
【請求項６】
請求項２の荷電粒子線装置において、
前記遅延部の遅延時間を画像の取得時の荷電粒子の加速電圧によって切り替える。
【請求項７】
請求項２の荷電粒子線装置において、
前記遅延部の遅延時間を画像の取得時の試料への照射エネルギーによって切り替える。
【請求項８】
請求項２の荷電粒子線装置において、
前記遅延部の遅延時間を、複数の方向に走査して画像を取得し、該取得画像から取得パターンのエッジ位置情報を走査ごとに算出し、該エッジ位置の不連続性から算出する。
【請求項９】
請求項２の荷電粒子線装置において、
前記遅延部の遅延時間を複数方向走査にて取得した画像から分解能を算出し、該分解能が最小となる遅延時間とする。
【請求項１０】
荷電粒子源と、
前記荷電粒子源から放出されるビームを試料上で走査する偏向器と、
前記偏向器に与える走査信号を発生する走査信号発生器と、
前記荷電粒子源から放出されるビームの照射に基づいて得られる荷電粒子を検出する検  出器と、前記検出器の出力をディジタル変換するＡＤ変換器と、
前記偏向器の動作タイミングを制御するタイミング制御部と、
前記動作タイミングを遅延させる遅延部と、
を備え、
前記遅延部の遅延時間を走査信号発生器からＡＤ変換器までの遅延時間とする荷電粒子線装置。
【請求項１１】
請求項１０の荷電粒子線装置において、
前記遅延部の遅延時間を画像の取得倍率、画像の回転方向によって切り替える。
【請求項１２】
請求項１０の荷電粒子線装置において、
前記遅延部の遅延時間を、複数の方向に走査して画像を取得し、前記取得画像から取得パターンのエッジ位置情報を走査ごとに算出し、前記エッジ位置の不連続性から算出する。
【請求項１３】
請求項１０の荷電粒子線装置において、
前記遅延部の遅延時間を複数方向走査にて取得した画像から分解能を算出し、前記分解能が最小となる遅延時間とする。
【請求項１４】
荷電粒子源から放出されるビームを試料上で走査する偏向器と、
前記偏向器に与える走査信号を発生する走査信号発生器と、
前記荷電粒子源から放出されるビームの照射に基づいて得られる荷電粒子を検出する検出器と、
前記検出器の出力を輝度情報信号に変換する制御部と、
前記輝度情報信号を蓄積する記憶部と、
前記偏向器の動作タイミングを発生するタイミング制御部と、
前記動作タイミングを遅延させる遅延部と、
を備え、
前記遅延部で遅延させた動作タイミングで前記輝度情報信号を前記記憶部に取り込む荷電粒子線装置。
【請求項１５】
請求項１４の荷電粒子線装置において、
前記遅延部の遅延時間を可変できる。
【請求項１６】
請求項１５の荷電粒子線装置において、
前記遅延部の遅延時間を、前記走査信号発生器から前記制御部で輝度情報信号を発生するまでの遅延時間とする。
【請求項１７】
請求項１５の荷電粒子線装置において、
前記遅延部の遅延時間を画像の取得倍率によって切り替える。
【請求項１８】
請求項１５の荷電粒子線装置において、
前記遅延部の遅延時間を画像取得時の走査信号の方向によって切り替える。
【請求項１９】
請求項１５の荷電粒子線装置において、
前記遅延部の遅延時間を画像の取得時の荷電粒子の加速電圧によって切り替える。
【請求項２０】
請求項１５の荷電粒子線装置において、
前記遅延部の遅延時間を画像の取得時の試料への照射エネルギーによって切り替える。
【請求項２１】
請求項１５の荷電粒子線装置において、
前記遅延部の遅延時間を、複数の方向に走査して画像を取得し、該取得画像から取得パターンのエッジ位置情報を走査ごとに算出し、該エッジ位置の不連続性から算出する。
【請求項２２】
請求項１５の荷電粒子線装置において、
前記遅延部の遅延時間を複数方向走査にて取得した画像から分解能を算出し、該分解能が最小となる遅延時間とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、荷電粒子線装置に係り、例えば荷電粒子ビームを走査し画像を取得する荷電粒子線装置に適用可能な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
荷電粒子線装置の１つである走査電子顕微鏡（Scanning Electron Microscope：ＳＥＭ）は、微細な対象物に対し、細く絞った電子ビームを走査することによって、試料から二次電子等を放出させ、当該二次電子等に基づいて、微細な対象物の観察，検査、或いは測定等を行う装置である。
【０００３】
従来の走査電子顕微鏡は電子ビームを一方向に走査し画像を取得している。この方式の走査電子顕微鏡にてレジストウエハなどの表面が絶縁物で覆われている試料を観察すると帯電による画像劣化が生じてしまう。この解決策として電子ビームを往復で走査し画像を取得する技術が特許文献１に示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−３４５２７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明者らは電子ビーム等の荷電粒子線を往復で走査し画像を取得する技術を検討した結果、以下のような問題があることを見出した。すなわち、電子ビームの走査方向に応じた位置ずれが生じた場合、往復走査では走査方向ごとに異なるずれ量となるため、画像の連続性がなくなり、正しい画像の取得ができなくなるという問題が生じる。また、一方向走査ではすべての画像が同じ方向にずれるため画像中心位置がずれる。画像中心位置がずれていると、画像を拡大、縮小した時に視野が異なるという問題が生じる。
その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本願において開示される課題を解決するための手段のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
【０００７】
すなわち、荷電粒子線装置は、輝度情報を取り込むタイミングを輝度情報の遅延時間分だけ遅延させる遅延回路を有する。
【発明の効果】
【０００８】
上記荷電粒子線装置によれば、回路遅延時間による画像位置ずれの影響を抑制することができ、画像の位置ずれのない正確な画像を取得することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明に先立って検討した走査電子顕微鏡の概略を示す図である。
【図２】一方向走査の走査方法と走査信号を示す図である。
【図３】往復走査の走査方法と走査信号を示す図である。
【図４】図１の走査電子顕微鏡の一部の構成を詳細に示す図である。
【図５】画像取得時の動作を示す図である。
【図６】伝搬遅延時間を考慮した画像取得時の動作を示す図である。
【図７】高速走査による画像取得動作を示す図である。
【図８】高速走査による一方向走査で取得した画像の例を示す図である。
【図９】高速走査による往復走査で取得した画像の例を示す図である。
【図１０】図１４の走査電子顕微鏡の一部の構成を詳細に示す図である。
【図１１】実施の形態に係るエッジ位置から最適遅延時間を求める方法を示す図である。
【図１２】実施の形態に係る輝度プロファイルから最適遅延時間を求める方法を示す図である。
【図１３】実施の形態に係る最適遅延時間を求める手順を示す図である。
【図１４】実施の形態に係る走査電子顕微鏡の構成を示した図である。
【図１５】実施の形態に係る画像取得時の動作を示す図である。
【図１６】実施の形態の変形例に係る走査電子顕微鏡の構成を詳細に示した図である。
【図１７】変形例に係る画像取得時の動作を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を用いて実施形態を説明する。ただし、以下の説明において、同一構成要素には同一符号を付し繰り返しの説明は省略する。また、以下の説明では走査電子顕微鏡を例にとって説明するが、それに限られることはなく、走査透過電子顕微鏡やイオン顕微鏡等の荷電粒子線装置にも、適用が可能である。
【００１１】
１．本発明に先立って検討した技術
＜構成および動作＞
図１は本発明に先立って検討した走査電子顕微鏡の概略を示す図である。走査型電子顕微鏡１０１は、電子銃１、集束レンズ７，８、対物レンズ９等を格納する真空容器１０２と、真空容器１０２の外にあるレンズ制御電源５、制御部３１等の制御系とで構成される。電子銃１は、電子源２，引出電極３、及び加速電極４から構成される。電子源２と引出電極３との間には、高電圧を発生する可変直流電源５Ｄ１によって引出電圧Ｖ１が印加され、これによって、電子源２から電子ビーム３６が引き出される。加速電極４はアース電位に維持され、加速電極４と電子源２との間には、高電圧（３ＫＶ〜５ＫＶ）を発生する可変直流電源５Ｄ０によって加速電圧Ｖ０が印加される。したがって電子ビーム３６は、この加速電圧Ｖ０によって加速される。
【００１２】
加速された電子ビーム３６は、絞り１５によって不要な領域を除去され、レンズ制御電源５に接続された集束レンズ７および集束レンズ８によって集束される。更に対物レンズ９によって、試料ステージ１２上の半導体ウェハ等の試料１３に集束される。なお、試料１３は、図１に示されているが、走査電子顕微鏡１０１を構成するものではない。
【００１３】
試料ステージ１２は、ステージ駆動装置２３により、少なくとも水平移動可能である。試料ステージ１２には位置モニター用測定装置１１が接続されており、試料ステージ１２を所定の位置に移動することができる。試料１３は集束された電子ビーム３６によって照射され、走査信号発生器２４に接続された偏向器１６ａ，１６ｂによって走査される。このとき非点収差補正器４０は非点収差補正制御部４１で制御される。電子ビーム３６の照射によって試料１３から放出される情報信号３３（二次電子、及び／又は後方散乱電子等）は、直交電磁界偏向器２０で偏向され、検出器２１によって検出される。検出された情報信号３３は、ＣＲＴ等の像表示装置３２の輝度変調信号とすることで、像表示装置３２に試料１３の拡大像が表示される。なお、試料１３は可変減速電源１４に接続されている。試料１３に照射される高電位の電子ビームと試料１３との電位差を小さくして、試料１３のダメージをなくすためである。図示はしていないが、以上の構成が電子ビームを照射するのに適した真空容器内に収納される。レンズ制御電源５，走査信号発生器２４，非点収差補正制御部４１は、制御部３１に接続されている。また、直交電磁界偏向器２０は、制御部３１からの指示により、直交電磁界制御部５０によって制御される。なお、直交電磁界偏向器２０は、情報信号３３を検出器２１側に偏向する電界を発生する電極と、当該電界に直交するように、磁界を発生するための磁極を含み、当該磁界は電界によるビームの偏向作用を相殺するように、ビームを偏向する。
【００１４】
図２に一方向走査の電子ビームの走査方法とその走査信号の例を示す。本例では横方向（Ｘ方向）を走査方向、縦方向（Ｙ方向）をライン方向とした走査方法を示す。Ｘ方向の走査信号は画素ごとの輝度情報信号を取得するごとに１画素分位置電子ビームの照射位置を移動し、それを横方向の画素数分繰り返す。そのため、取得画像の画素数と１画素あたりの画像取得時間（画素周期）の積すなわち、ライン周期を周期とした鋸歯状波となる。一方、Ｙ方向の走査信号は１ラインごとに１画素の大きさだけ走査位置を移動させるためライン周期とライン数の積を周期とした鋸歯状波となる。ここでＹ方向の走査信号の周期をフレーム周期とする。ここで、走査波形の振幅は電子ビームの走査幅を示している。走査信号の振幅と画像の倍率は反比例の関係であり、振幅が小さいほど拡大した画像を取得することとなる。
【００１５】
図３に往復走査における電子ビームの走査方法とその走査信号を示す。走査方法は１ラインごとに右方向走査、左方向走査を行うことで画像を取得する。そのＸ方向の走査信号は２ライン周期の三角波となる。Ｙ方向の走査信号は一方向走査時と同じである。
【００１６】
図４は図１の走査電子顕微鏡の一部の構成を詳細に示した図である。走査電子顕微鏡１０１は、真空容器１０２と制御系１０３とで構成される。制御系１０３は画像処理部３７、制御部３１、走査信号発生部２４で構成されている。画像処理部３７はタイミング制御部５７、記憶部２７とで構成されている。また、制御部３１は信号増幅部５３とＡＤ変換器（Analog-to- Digital Converter）５４から構成されている。タイミング制御部５７では画素ごとの輝度情報取り込み周期に相当するタイミング信号５１を発生する。走査信号発生部２４はタイミング信号５１に同期して動作し、Ｘ方向／Ｙ方向それぞれの走査信号５８ａ、５８ｂを発生し、電子ビーム３６の走査を行う。電子ビーム３６の走査によって発生した二次電子、反射電子等の情報信号３３を検出器２１で捕捉し、制御部３１に送られる。制御部３１では信号増幅部５３にて輝度情報信号５６を増幅し、増幅された輝度情報信号５６ｄをＡＤ変換器５４にてＡＤ変換しディジタルデータに変換し、輝度情報５５として画像処理部へ転送する。画像処理部３７では、電子ビーム３６の走査順に輝度情報５５を２次元的に整列し、画像を生成し、記憶部２７へ記憶する。
【００１７】
図５は画像取得時の動作を示す図である。画素単位のタイミングであるタイミング信号５１の立ち上りにて走査信号を更新し、電子ビームの走査位置を移動する。その時の輝度情報信号５６をＡＤ変換器５４にてディジタルデータに変換し輝度情報５５を得る。この動作を繰り返し画像全体の輝度情報を取得し、画像を取得する。
【００１８】
＜課題＞
ここで本発明に先立って検討した技術の課題について図を用いて説明する。走査信号発生部２４および信号増幅部５３は電子回路にて構成されている。電子回路は伝搬遅延時間を持っている。図６は伝搬遅延時間を考慮した画像取得時の動作を示す図である。走査信号発生部２４が持つ伝搬遅延時間Ｔｄ１だけ走査信号５８ａ、５８ｂがタイミング信号５１よりも遅延し、輝度情報信号５６ｄはそれからさらに信号増幅部５３の伝搬遅延時間Ｔｄ２だけ遅れＡＤ変換器５４に到達する。したがって、輝度情報信号５６ｄはタイミング信号５１から総伝搬遅延時間Ｔｄ＝Ｔｄ１＋Ｔｄ２の時間遅延してＡＤ変換器５４に到達する。この場合Ｔｄ＜画素周期であることから、画像に位置ずれへの影響は少ない。
【００１９】
図７は高速走査による画像取得動作を示す図である。図７は図６と比較して４倍の高速な走査を行った場合のタイムチャートである。伝搬遅延時間Ｔｄ１およびＴｄ２は回路起因であることから、同じ時間である。しかしながら高速な走査を行って画素周期が短くなるため３画素分遅延して輝度情報信号５６ｄがＡＤ変換器５４に到達することとなりこととなり、３画素分の位置ずれが生じる。すなわち、走査位置Ｘｎのタイミング信号５１によって走査位置Ｘｎ−３の輝度情報信号５６、走査位置Ｘｎ＋３のタイミング信号５１によって走査位置Ｘｎの輝度情報信号５６がそれぞれＡＤ変換器５４によってＡＤ変換され輝度情報５５が記憶部（表示メモリ）２７に格納されることになる。したがって、表示メモリ２７の走査位置Ｘｎに対応する部分に走査位置Ｘｎ−３の輝度情報５５が、表示メモリ２７の走査位置Ｘｎ＋３に対応する部分に走査位置Ｘｎの輝度情報５５が格納される。ここで、表示メモリ２７の内容が像表示装置３２に表示される。位置ずれの方向は該当画素に対する輝度情報信号５６ｄが遅延してくることから走査信号の進行方向と等しい方向になる。なお、実際の総伝搬時間Ｔｄはタイミング制御部５７からそれに対応する情報信号がＡＤ変換器５４に到達するまでの時間であり、伝搬遅延時間Ｔｄ１,Ｔｄ２の回路遅延のほかに走査信号５８ａ，５８ｂ、輝度情報信号５６等の伝送時間、電子ビーム３６を照射して二次電子信号３３が検出器２１で捕捉されるまでの電子の飛行時間、なども含まれる。
【００２０】
図８は高速走査による一方向走査で取得した画像の例を示す図である。図８は図２に示す左から右（Ｘ方向）への一方向走査で画像を取得する際の伝搬遅延時間による位置ずれの取得画像への影響を示している。１つの小さい四角の部分が１つの画素に対応している。薄く塗られた部分が正しい画像であり、黒く塗りつぶした部分が実際に取得される画像である。伝搬遅延時間Ｔｄによって右方向へ４画素分ずれた画像が取得される。一方向走査の場合ではすべての画像が同じ方向にずれるため画像中心位置のずれとなる。画像中心位置がずれていると、画像を拡大、縮小したときに視野が異なるという問題が生じる。
【００２１】
また、図９は高速走査による往復走査で取得した画像の例を示す図である。図９は図３に示す往復走査で画像を取得する際の伝搬遅延時間による位置ずれの取得画像への影響を示している。図８と同様に薄く塗られた部分が正しい画像、黒く塗りつぶした部分が実際に取得される画像である。図８と同様に４画素分ずれた画像が取得される。往復走査ではラインごとに走査方向が異なるためずれ方向がラインごとに異なることから、位置ずれだけでなく画像そのものが正確な画像ではなくなる。
【００２２】
以上をまとめると、走査方向に応じた位置ずれ要因としては電子ビーム走査から二次電子信号取得までの時間差が一つの原因である。二次電子画像の取得動作を詳細に説明すると以下の４ステップの動作にて行われている。
（ａ）電子ビームを所定の位置に偏向する。
（ｂ）電子ビームの照射により生じた二次電子を検出器で検出する。
（ｃ）検出器の出力を増幅、ＡＤ変換して画素ごとの輝度情報を得る。
（ｄ）画素ごとの輝度情報を電子ビームの照射位置に応じて２次元的に並べる。
この動作の中で（ａ）から（ｃ）において（ａ）では偏向回路の遅延時間、（ｂ）では一次、二電子の飛行時間、（ｃ）では二次信号の増幅回路の遅延時間といった遅延時間を有している。そのため、輝度情報は前記、遅延時間の分だけ電子ビームの照射よりも遅れた照射位置の輝度情報となる。この遅延時間が輝度情報の取得周期、よりも長くなると取得画像の位置ずれが生じる。この位置ずれ量ΔＸは、遅延時間をＴｄ、輝度情報取得周期をＴｓとすると、以下の式（１）のようになる。
ΔＸ＝Ｔｄ/Ｔｓ  ……（１）
特に電子ビームを高速に走査する場合は輝度情報取得周期をＴｓが短くなるため位置ずれ量が大きくなる。また、位置ずれの方向は電子ビームの走査方向と同じ方向となる。
【００２３】
回路の遅延時間による位置ずれは一方向走査の場合は取得画像全体の位置ずれとなる。往復走査の場合は走査方向が異なるため位置ずれの方向が異なることとなる。そのため、取得した画像は異なる位置ずれ量を持った画像となり正確な画像ではなくなる。よって、高速に往復走査を行う場合に回路遅延時間による位置ずれが大きくなる。
【００２４】
２．実施の形態
＜構成および動作＞
図１４は実施の形態に係る走査電子顕微鏡の構成を示す図である。走査電子顕微鏡１０１Ａは、図１の走査電子顕微鏡１０１と制御部が異なるのみである。すなわち、図１の制御部３１が制御部３１Ａに置き換わっている。その他の構成及び動作は図１と同じであるので、重複する説明は省略する。
【００２５】
図１０は図１４の走査電子顕微鏡の構成を詳細に示す図である。図４との違いはタイミング信号５１を遅延させる遅延回路５２を設け、輝度情報信号５６ｄをＡＤ変換器５４によってＡＤ変換するタイミングを遅延させることにある。輝度情報信号５６ｄはタイミング信号５１から総伝搬遅延時間Ｔｄ＝Ｔｄ１＋Ｔｄ２の時間遅延してＡＤ変換器５４に到達する。したがって、ＡＤ変換するタイミングであるタイミング信号５１ｄを遅延回路５２によってタイミング信号５１に対してＴｄ遅延させる。ここで、遅延回路５２の遅延量はソウフトウェアで変更できるようになっている。すなわち、遅延回路５２内のレジスタをソウフトウェアで書き換えることによって遅延量を可変にすることができるようになっている。
【００２６】
図１５は実施の形態に係る画像取得時の動作を示す図である。図１５は図７に対応するタイミング図であり、走査位置Ｘｎ−３のタイミング信号５１ｄによって走査位置Ｘｎ−３の輝度情報信号５６が、走査位置Ｘｎのタイミング信号５１ｄによって走査位置Ｘｎの輝度情報信号５６がそれぞれＡＤ変換され輝度情報５５が記憶部（表示メモリ）２７に格納されることになる。したがって、表示メモリ２７の走査位置Ｘｎ−３に対応する部分に走査位置Ｘｎ−３の輝度情報５５が、表示メモリ２７の走査位置Ｘｎに対応する部分に走査位置Ｘｎの輝度情報５５が格納される。ここで、表示メモリ２７の内容が像表示装置３２に表示される。これにより、高速な走査を行ったとしても画素の位置ずれが生じない。
遅延回路の追加という簡単な方法で、走査位置と輝度情報５６との対応を一致させることが可能となる。ここで、遅延回路５２での遅延時間は走査信号発生部５７から信号増幅部５３の出力である輝度情報信号５６ｄがＡＤ変換器５４に入力するまでの総遅延時間と等しい値とする。このようにすることで位置ずれをなくすことが可能となる。さらに往復走査においても位置ずれ、画像の異常ともに解消することが可能となる。
【００２７】
＜変形例１＞
図１６は実施の形態の変形例に係る走査電子顕微鏡の構成を詳細に示した図である。図１０に示す実施の形態では、タイミング信号５１を遅延させる遅延回路５２の出力信号５１ｄをＡＤ変換器５４に入力しているが、図１６に示す変形例１ではタイミング信号５１を遅延させる遅延回路５２Ｂの出力信号５１Ｂｄを画像処理部３７に入力している。変形例１では、輝度情報５５を記憶部２７に取り込むタイミングを遅延させている。輝度情報５５はタイミング信号５１から総伝搬遅延時間Ｔｄ´＝Ｔｄ１＋Ｔｄ２＋Ｔｄ３の時間遅延して記憶部２７に到達する。ここで、遅延時間Ｔｄ３はＡＤ変換器５４の遅延時間である。したがって、記憶部２７に取り込むタイミングであるタイミング信号５１Ｂｄを遅延回路５２Ｂによってタイミング信号５１に対してＴｄ´遅延させる。遅延回路５２Ｂも遅延回路５２と同様に遅延量はソウフトウェアで変更できるようになっている。なお、遅延回路５２Ｂは制御部３１Ｂ内にあるが、画像処理部３７内にあってもよい。
【００２８】
図１７は変形例に係る画像取得時の動作を示す図である。図１７は図１５に対応するタイミング図であり、走査位置Ｘｎ−３のタイミング信号５１Ｂｄによって走査位置Ｘｎ−３の輝度情報５５が、走査位置Ｘｎのタイミング信号５１Ｂｄによって走査位置Ｘｎの輝度情報５５がそれぞれ記憶部（表示メモリ）２７に格納されることになる。したがって、表示メモリ２７の走査位置Ｘｎ−３に対応する部分に走査位置Ｘｎ−３の輝度情報５５が、表示メモリ２７の走査位置Ｘｎに対応する部分に走査位置Ｘｎの輝度情報５５が格納される。ここで、表示メモリ２７の内容が像表示装置３２に表示される。これにより、高速な走査を行ったとしても画素の位置ずれが生じない。
【００２９】
＜変形例２＞
実施の形態別の変形例としてタイミング信号５１に対する輝度情報信号５６または輝度情報５５の遅延時間分だけ余分に走査を行い、記憶部７に輝度情報５５を格納し画像処理にて画像をずらすという方法もある。この方法（変形例２）では余分に走査を行う必要があるため、画像の取得時間が増える。また、より高速な走査を行った場合は位置ずれ量が大きくなり、画像を取得しない部分への荷電ビーム照射範囲が大きくなる。そのため、試料帯電による画像劣化等の原因となる可能性があり、最良の手段とは言えない。しかしながら、変形例２では、実施の形態および変形例１のような遅延回路を設けることなく、高速な走査を行ったとしても画素の位置ずれが生じない。
【００３０】
＜遅延時間の求め方＞
実施の形態、変形例１および変形例２を実現するにあたって、遅延回路５２，５２Ｂの最適な遅延時間Ｔｄを正確に求める必要がある。最適な遅延時間Ｔｄを求める方法はいくつか考えられるが、その一つは電気的な遅延時間をオシロスコープなどの測定器にて計測する方法である。この方法では電子回路の伝搬遅延時間を測定することが可能であるが電子回路以外の遅延時間を計測することが困難である。しかしながら、電子回路以外の遅延時間は電子回路部分の遅延時間に比べて小さいので測定器によって遅延時間Ｔｄを求めることも可能である。さらに精度の良い方法として、実際に画像を取得し、画像から最適遅延時間Ｔｄを求める方法を以下に説明する。
【００３１】
（１）第１の方法
図１１は実施の形態に係るエッジ位置から最適遅延時間を求める方法を示す図である。まず、図１１（ａ）に示すように縦方向（Ｙ方向）のラインパターン（黒色の下に長い長方形形状のパターン）を横方向（Ｘ方向）に往復走査して画像を取得する。このときの遅延回路５２の遅延時間をＴｄｓとする。次にＸ方向の１ラインごとにパターンのエッジ位置を算出する。ここで遅延時間Ｔｄｓが最適でない場合、図１１（ｂ）のようにエッジ位置がラインごとに異なった画像となる。図１１（ｃ）はラインごとのパターンのエッジ位置をプロットしたものである。ここでエッジ位置の誤差量ΔＰは往復走査を行っているため往走査、復走査において逆方向の位置ずれが生じている。したがって、画素周期をＴｐとするとエッジ位置の誤差量ΔＰからと遅延時間誤差ΔＴｄには以下の式（２）の関係が成り立つ。
ΔＴｄ  ＝  Ｔｐ  ×  ΔＰ  /  ２  ……（２）
以上のような方法で遅延時間誤差ΔＴｄを測定することが可能である。
【００３２】
本方法の応用として、図１２（ｂ）に示すようなライン方向の輝度プロファイルを往走査、復走査にてそれそれで取得し、マッチングをとりずれ量を算出することも可能である。このずれ量をΔＰとすると式（２）より遅延時間誤差Ｔｄを求めることができる。輝度プロファイルのマッチングをとる方法では位置ずれ量をより正確に算出できるため、遅延時間誤差ΔＴｄをより細かい単位で正確に求めることが可能である。
最適な遅延時間Ｔｄは画像取得時に使用した遅延時間Ｔｄｓに遅延時間誤差ΔＴｄを加算することで求めることができる。
【００３３】
（２）第２の方法
また、第２の方法として走査電子顕微鏡の性能評価方法の一つである分解能評価にて行う方法がある。本説明では簡略化のため評価画像をラインパターンとして説明する。ここで分解能評価は、輝度プロファイルを取得し、その傾きから算出する方法とする。図１２は実施の形態に係る輝度プロファイルから最適遅延時間を求める方法を示す図である。図１２（ａ）に示すようなラインパターンの同一部分を往復走査し、ライン方向の輝度プロファイルを往走査、復走査にてそれそれで取得する。
【００３４】
次に、図１２（ｂ）に示すように取得した２つの輝度プロファイル（ラインプロファイル）を加算する。この加算した輝度プロファイル（加算プロファイル）から分解能を算出する。なお、図１２（ｂ）の加算プロファイルの縦軸は、ラインプロファイルの縦軸の半分にして表示している。ここで、往走査、復走査に位置ずれが生じていると、加算による傾きの鈍化、すなわち加算ボケが生じ、その結果分解能が劣化する。遅延時間Ｔｄをパラメータとして分解能評価を行い、その結果をプロットした例を図１２（ｃ）に示す。遅延時間Ｔｄが最適の場合往走査、復走査のエッジ位置が一致し、加算ボケがなくなるため、分解能が最小となる。このようにすることで遅延時間の最適値を求めることが可能である。
【００３５】
（３）最適な遅延時間Ｔｄを求める手順
ここで実際の走査電子顕微鏡を用いて試料を観察する条件に、画像拡大率である倍率、画像の回転量がある。画像の倍率は走査信号の振幅と反比例の関係にあることから走査信号の振幅で画像の倍率を制御している。また、画像の回転はＸ方向，Ｙ方向それぞれの走査信号を合成することで走査方向を変える制御している。このような走査波形の変更に伴って、遅延時間Ｔｄが変化することが予測される。その場合は、倍率、回転によって、遅延時間Ｔｄを可変とすることが必要となる。荷電粒子の照射条件、特に荷電粒子源での加速電圧、および試料への照射エネルギーによって荷電ビームの飛行時間が異なる。これも輝度信号の遅延時間含まれることから、加速電圧、照射エネルギーによって遅延時間Ｔｄの最適値が異なる。したがって、加速電圧、照射エネルギーも考慮して遅延時間の最適値を求める必要がある。
【００３６】
図１３は実施の形態に係る最適遅延時間を求める手順を示す図である。最適な遅延時間Ｔｄを求める手順の一例を以下に説明する。ここでは最適な遅延時間を分解能から求める方法（第２の方法）を例に説明する。まず、遅延時間の変更範囲、変更回数を決定する（ステップＳ１）。これは算出条件であるため固定値とすることも可能である。遅延時間を変数として往復走査にて画像を取得する（ステップＳ２）。次に取得した複数の画像の分解能を算出（評価）する（ステップＳ３）。その後、算出した分解能が最小となる遅延時間を算出する（ステップＳ４）。以上説明した手順は、画像取得、画像処理の組み合わせであり、自動化することが可能である。
【００３７】
さらに画像倍率、回転、加速電圧、照射エネルギーをパラメータとして、いくつかの画像取得条件にて最適遅延時間Ｔｄを求める。最適遅延時間Ｔｄの求め方は図１３に示すとおりである。ここで求めた複数の最適遅延時間Ｔｄからそれぞれのパラメータに対する依存性を求め、そのパラメータと最適遅延時間Ｔｄの関係式を求めておく。実際に画像を取得する場合には画像の取得条件に応じた最適遅延時間Ｔｄを前記関係式から算出し、遅延回路５２の遅延時間を決定する。
【００３８】
以上、本発明者らによってなされた発明を実施の形態および変形例に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施の形態および変形例に限定されるものではなく、種々変更可能であることはいうまでもない。
【符号の説明】
【００３９】
１  電子銃
２  電子源
３  引出電極
４  加速電極
５  レンズ制御電源
６  電界制御部
７，８  集束レンズ
９  対物レンズ
１０  クロスオーバ
１１  位置モニター用測定装置
１２  試料ステージ
１３  試料
１４  可変減速電源
１５  絞り
１６ａ，１６ｂ  偏向器
１７，１８  電極
１９  電圧制御部
２０  直交電磁界偏向器
２１  検出器
２２，３１，４１  制御部
２３  ステージ駆動装置
２４  走査信号発生器
２７  記憶部
３２  像表示装置
３３，３４  情報信号
３６  電子ビーム
３７  画像処理部
４０  非点収差補正器
４３  光軸
５０  直交電磁界制御部
５１  タイミング信号
５２  遅延回路
５３  信号増幅部
５４  ＡＤ変換器
５５  輝度情報
５６  輝度情報信号
５７  タイミング制御部
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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