(57)【要約】      （修正有）【課題】荷電粒子ビームの非点収差補正を容易かつ再現性良く行える荷電粒子線装置を提供する。【解決手段】ビーム軸を中心とした円周上に、一定の分割角度で配置される４Ｎ（Ｎは自然数）個の交互に独立したＸ軸方向及びＹ軸方向の静電場又は磁場を発生する極子群を配置し、複数組の極子に設定する電圧又は電流の出力値が、Ｘ軸方向Ｘ１に対する角度θ２及びＹ軸方向Ｙ１に対する角度θ１を方位とし出力値の強度を絶対値とする仮想的な２つのベクトルの合成ベクトル２００の回転角及び／又は量を調整する事により同時に設定する算出部を設ける。【選択図】図３
2014139868.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子ビームを発生するビーム源と、
前記荷電粒子ビームを試料面に集束照射する電子レンズ群及び偏向器群と、
前記荷電粒子ビームの照射により前記試料面から発生する透過電子、散乱電子、吸収電子、励起光の少なくともいずれかを検知する検出系と、
前記検出系から出力される検知信号に基づいて生成された荷電ビーム走査像又は透過像を表示する表示装置と、
前記荷電粒子ビームの軌道上の軸を中心とした円周上に一定の分割角度で配置される４Ｎ（Ｎは自然数）個の極子群であり、それぞれが円周に沿って交互に独立した２値の静電場又は磁場を発生する極子群と、
前記２値の静電場又は磁場を発生する複数組の極子に対する電圧又は電流の出力値を設定する算出部であり、前記出力値が設定される極子の分割角度を方位とし、かつ、前記出力値の強度を絶対値とする仮想的な２つのベクトル又はそれらの合成ベクトルの回転角及び／又は量の調整を通じ、対応する複数組の極子に対する電圧又は電流の前記出力値を同時に設定する第１の計算部と
を有する荷電粒子線装置。
【請求項２】
請求項１に記載の荷電粒子線装置において、
前記２つのベクトル又はそれらの合成ベクトルを前記表示装置に表示し、表示された前記２つのベクトル又は前記合成ベクトルに対する回転角及び／又は量の調整入力に応じ、前記２つのベクトル又は前記合成ベクトルの表示を変更する第２の計算部を更に有する
ことを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項３】
請求項２に記載の荷電粒子線装置において、
前記表示装置には、前記合成ベクトルが前記荷電ビーム走査像又は前記透過像と共に表示される
ことを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項４】
請求項２に記載の荷電粒子線装置において、
前記表示装置には、前記合成ベクトルが前記荷電粒子ビームについて計算されたビームスポット形状と共に表示される
ことを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項５】
請求項２に記載の荷電粒子線装置において、
前記２つのベクトルの一方又は両方の回転角及び／若しくは量、又は、前記合成ベクトルの回転角及び／若しくは量の調整入力は、操作画面上に表示された円形ホイール型のユーザインタフェース又は円形ホイール型の機構装置を用いて行なう
ことを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項６】
請求項１に記載の荷電粒子線装置において、
前記第１の計算部は、前記合成ベクトルの回転角の調整後、前記合成ベクトルの量を調整する
ことを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項７】
請求項１に記載の荷電粒子線装置において、
前記荷電ビーム走査像又は透過像に基づいて、前記極子群が発生する静電場又は磁場による像の移動方向又は像の変形方向についての補正基準方向を検出し、当該補正基準方向に前記２つのベクトル又は前記合成ベクトルの回転角の変化の方位を一致させる
ことを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項８】
荷電粒子ビームを発生するビーム源と、
前記荷電粒子ビームを試料面に集束照射する電子レンズ群及び偏向器群と、
前記荷電粒子ビームの照射により前記試料面から発生する透過電子、散乱電子、吸収電子、励起光の少なくともいずれかを検知する検出系と、
前記検出系から出力される検知信号に基づいて生成された荷電ビーム走査像又は透過像を表示する表示装置と、
前記荷電粒子ビームの軌道上の軸を中心とした円周上に一定の分割角度で配置される４Ｎ（Ｎは自然数）個の極子群であり、それぞれが円周に沿って交互に独立した２値の静電場又は磁場を発生する極子群と
を有する荷電粒子線装置における荷電粒子線補正方法において、
計算部が、
前記２値の静電場又は磁場を発生する複数組の極子に対する電圧又は電流の出力値を設定する処理と、
前記出力値が設定される極子の分割角度を方位とし、かつ、前記出力値の強度を絶対値とする仮想的な２つのベクトル又はそれらの合成ベクトルの回転角及び／又は量の調整を通じ、対応する複数組の極子に対する電圧又は電流の前記出力値を同時に設定する処理と
を有する荷電粒子線補正方法。
【請求項９】
請求項８に記載の荷電粒子線補正方法において、
前記２つのベクトル又はそれらの合成ベクトルを前記表示装置に表示し、表示された前記２つのベクトル又は前記合成ベクトルに対する回転角及び／又は量の調整入力に応じ、前記２つのベクトル又は前記合成ベクトルの表示を変更する処理を更に有する
ことを特徴とする荷電粒子線補正方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の荷電粒子線補正方法において、
前記表示装置に、前記合成ベクトルが前記荷電ビーム走査像又は前記透過像と共に表示する
ことを特徴とする荷電粒子線補正方法。
【請求項１１】
請求項９に記載の荷電粒子線補正方法において、
前記表示装置に、前記合成ベクトルが前記荷電粒子ビームについて計算されたビームスポット形状と共に表示する
ことを特徴とする荷電粒子線補正方法。
【請求項１２】
請求項９に記載の荷電粒子線補正方法において、
前記２つのベクトルの一方又は両方の回転角及び／若しくは量、又は、前記合成ベクトルの回転角及び／若しくは量の調整入力は、操作画面上に表示された円形ホイール型のユーザインタフェース又は円形ホイール型の機構装置を用いて行なわれる
ことを特徴とする荷電粒子線補正方法。
【請求項１３】
請求項８に記載の荷電粒子線補正方法において、
前記合成ベクトルの回転角の調整後、前記合成ベクトルの量を調整する
ことを特徴とする荷電粒子線補正方法。
【請求項１４】
請求項８に記載の荷電粒子線補正方法において、
前記荷電ビーム走査像又は透過像に基づいて、前記極子群が発生する静電場又は磁場による像の移動方向又は像の変形方向についての補正基準方向を検出し、当該補正基準方向に前記２つのベクトル又は前記合成ベクトルの回転角と量の変化の方位を一致させる
ことを特徴とする荷電粒子線補正方法。
【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関し、例えば荷電粒子線の集束や軌道を容易かつ再現性よく補正できる技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
荷電粒子線装置には、例えば電子顕微鏡、集束イオンビーム装置等がある。電子顕微鏡は電子ビームを試料上に照射することにより試料から所望の情報を取得し、集束イオンビーム装置は集束したイオンビームを試料上に照射することにより試料から所望の情報を取得する。情報の取得には、安定的に高分解能像を得ることが重要とされる。高分解能像を得るためには、電子ビームやイオンビームを細く集束し、ビームの断面形状を良好な円形（真円）に保つ必要がある。
【０００３】
しかし、レンズの材質、レンズの加工精度、レンズの汚れ等の要因により、荷電粒子線装置には非点収差が発生する。非点収差が発生すると、ビームを細く集束できないだけでなく、ビームの断面が楕円形状になる。このように変形したビームによっては高分解能像を得ることができない。このため、ビームの非点収差の補正が必要となる。
【０００４】
非点収差を補正する技術には、特許文献１に開示された技術がある。非点収差の補正には、８極子コイル等が用いられる。図１は、Ｘ軸（Ｘ１、Ｘ２）の非点収差を補正するコイル（Ｘ１１、Ｘ１２、Ｘ２１、Ｘ２２）と、Ｙ軸（Ｙ１、Ｙ２）の非点収差を補正するコイル（Ｙ１１、Ｙ１２、Ｙ２１、Ｙ２２）とから構成される８極子コイルを上面（電子源側）から見た図である。
【０００５】
Ｘ軸方向の非点収差を補正するコイル（以下「Ｘ軸非点収差補正コイル」ともいう）は、Ｙ軸方向の非点収差を補正するコイル（以下「Ｙ軸非点収差補正コイル」ともいう）の配置位置に対し、光軸中心の回りに４５度回転した位置に配置される。図１の場合、Ｘ軸非点収差補正コイルのＸ１１とＸ１２、Ｘ軸非点収差補正コイルのＸ２１とＸ２２、Ｙ軸非点収差補正コイルのＹ１１とＹ１２、Ｙ軸非点収差補正コイルのＹ２１とＹ２２は、それぞれ光軸中心を挟んで対向する位置に配置される。本明細書では、これら対応位置に配置された２つの非点収差補正コイルを一組の非点収差補正コイルという。Ｘ軸とＹ軸の交点は光軸中心に一致している。
【０００６】
特許文献１の発明は、これら８個の非点収差補正コイルを用い、非点収差を補正する。すなわち、電子ビームの断面形状を楕円形から円形に変形する。図１は、光軸中心からＸ１軸の正負両方向に引っ張られるように変形された電子ビームを示している。このような形状に変形した電子ビームの非点収差補正にはＸ軸非点収差補正コイルが使用される。
【０００７】
まず、Ｘ軸非点収差補正コイルのＸ１１とＸ１２に電流を流し、Ｘ１軸の正負両側から光軸中心の方向に電子ビームを圧縮する磁場を発生させる。同時に、Ｘ軸非点収差補正コイルのＸ２１とＸ２２に逆向きの電流を流し、Ｘ１軸とは逆向きの磁場を発生させる。すなわち、電子ビームを光軸中心からＸ２軸の正負両方向に発散させる磁場を発生させる。これらの磁場により、電子ビームは、楕円の長軸方向（Ｘ１軸）については圧縮され、短軸方向（Ｘ２軸）については発散するように変形される。結果的に、電子ビームは円形状に補正される。
【０００８】
仮に、電子ビームがＸ２軸について光軸中心から正負両方向に引っ張られるように変形していた場合には、電子ビームをＸ２軸について圧縮し、同時に、Ｘ１軸について発散するような磁場を発生し、電子ビームを円形状に補正する。
【０００９】
これに対し、Ｙ軸方向に楕円形の断面を持つ電子ビームを補正する場合、Ｙ軸非点収差補正コイルを使用する。すなわち、Ｙ軸非点収差補正コイルのＹ１１とＹ１２に電流を流して磁場を発生し、発生した磁場によりＹ１軸について電子ビームを圧縮又は発散するように電子ビームを変形させる。同時に、Ｙ軸非点収差補正コイルのＹ２１とＹ２２に電流を逆向きに流し、Ｙ１軸とは逆向きの磁場を発生させる。すなわち、Ｙ２軸について電子ビームを発散又は圧縮するように変形させる。
【００１０】
通常、これらの非点収差補正コイルに流す電流の設定値を決定するための入力用ＧＵＩとして、図２に示すようなマニュアル操作画面１００が用意されている。マニュアル操作画面１００には、Ｘ軸非点収差補正コイルに流す電流の設定値を変更するための調整バー１０３と、Ｙ軸非点収差補正コイルに流す電流の設定値を変更するための調整バー１０４が設けられている。調整者は、画面１０２に試料像を表示させ、調整バー１０３に設けられたスライダーの位置と調整バー１０４に設けられたスライダーの位置を独立に可変しながら非点収差補正を実行する。なお、マニュアル操作画面１００には設定値に基づく非点収差の補正の開始を指示するボタン（補正開始ボタン１０１）と補正の終了を指示するボタン（閉じるボタン１０５）も表示される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００８−１８１７８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかし、特許文献１に開示の荷電粒子線装置では、装置稼働率の低下や装置間性能の差異の発生を完全には除去することができない。なぜなら、Ｘ軸非点収差補正コイルが発生する磁場とＹ軸非点収差補正コイルが発生する磁場は互いに干渉するためである。例えばＸ軸非点収差補正コイルを用いてＸ軸方向について電子ビームの非点収差を補正した後、Ｙ軸非点収差補正コイルを用いてＹ軸方向について電子ビームの非点収差を補正すると、Ｘ軸方向の非点収差が再度発生する。このため、Ｘ軸用の調整バー１０３とＹ軸用の調整バー１０４を調整者が個別に操作する非点収差補正方法では、一意に最適値を見つけることができない。結果的に、電子ビームの非点収差が全体として無くなるまで、調整者は、Ｘ軸非点収差補正コイルとＹ軸非点収差補正コイルの設定値の変更を繰り返し、最適値を見つける作業が必要となる。この作業は調整者にとって手間のかかる作業であり、最適値を見つけるためには熟練を要する。
そこで、本発明は、調整者の熟練度に関係なく、容易かつ再現性良く荷電粒子線装置のビームの集束や軌道を補正できる技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するために、本発明に係る荷電粒子線装置は、荷電粒子ビームを発生するビーム源と、荷電粒子ビームを試料面に集束照射する電子レンズ群及び偏向器群と、荷電粒子の照射により試料面から発生する透過電子、散乱電子、吸収電子、励起光の少なくともいずれかを検知する検出系と、検出系から出力される検知信号に基づいて生成された荷電ビーム走査像又は透過像を表示する表示装置と、荷電粒子ビームの軌道上の軸を中心とした円周上に一定の分割角度で配置される４Ｎ（Ｎは自然数）個の極子群であり、それぞれが円周に沿って交互に独立した２値の静電場又は磁場を発生する極子群と、２値の静電場又は磁場を発生する複数組の極子に対する電圧又は電流の出力値を設定する算出部であり、出力値が設定される極子の分割角度を方位とし、かつ、出力値の強度を絶対値とする仮想的な２つのベクトル又はそれらの合成ベクトルの回転角及び／又は量の調整を通じ、対応する複数組の極子に対する電圧又は電流の出力値を同時に設定する計算部とを有する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、調整者の熟練度によらず、荷電粒子ビームの軌道に対して垂直な任意方位に対する軌道又は集束のずれを容易かつ再現性良く補正でき、安定的に高分解能像を取得することができる。前述した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】非点収差補正に用いる８極子コイルの配置を概略的に示す図。
【図２】Ｘ軸用の調整バーとＹ軸用の調整バーを有する非点収差補正用の操作画面例を示す図（従来例）。
【図３】提案する非点収差補正手法の原理説明で使用する、２つのベクトル、合成ベクトル、非点収差補正コイルの位置関係を説明する図。
【図４】合成ベクトルの位置と非点収差補正コイルに印加する電流の向き（符号）との関係を説明する図。
【図５】非点収差補正方法の実施例を説明するフローチャート。
【図６】実施例１に係る荷電粒子線装置の概略構成を示す図。
【図７】非点収差補正演算装置の構成例を示す図。
【図８】合成ベクトルの操作入力に使用するユーザインタフェースを備えた操作画面例を示す図。
【図９】実施例１に係る荷電粒子線装置による非点収差補正の手順例を説明するフローチャート。
【図１０】実施例２に係る荷電粒子線装置による光軸ずれの補正方法を説明する図。
【図１１】実施例２に係る荷電粒子線装置の概略構成を示す図。
【図１２】光軸補正演算装置の構成例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態を説明する。なお、本発明の実施の態様は、後述する形態例や実施例に限定されるものではなく、その技術思想の範囲において、種々の変形が可能である。なお、後述の説明では、主に、磁場コイルを用いて非点収差を補正する場合について説明するが、静電レンズその他の補正器を使用して非点収差や光軸ずれを補正する場合にも、本発明の主旨は何ら影響を受けるものではない。
【００１７】
（提案する非点収差補正手法）
最初に、本明細書において提案する非点収差補正動作の一形態例を説明する。以下の説明では、非点収差補正コイルに印加される電流や電圧の設定値の方向と量を合成ベクトルの方向と長さで表現し、その合成ベクトルの回転と量（長さ）の変更を通じ、非点収差補正コイルを構成する複数組の極子に印加する電流や電圧の最適値を同時に（一度に）決定する方法について説明する。
【００１８】
ここでは、非点収差の補正について説明するが、本項の説明は、光軸ずれの補正にも同様に適用可能である。「非点収差」とは、前述したように、電子ビームの断面形状（試料上におけるビームスポット形状）が楕円形状を有する状態をいう。電子ビームの断面形状を円形に補正すれば、非点収差を無くすことができる。具体的には、円周に沿って一定の分割角度で配置した４Ｎ（Ｎは自然数）個の極子群で構成される非点収差補正コイルの中心に電子ビームを通過させた状態で、電子ビームに発生している非点収差を打ち消す方向の磁界を非点収差補正コイルに発生させることにより、電子ビームの断面を円形に補正する。
【００１９】
図３に、本明細書で提案する非点収差補正手法を８極子の非点収差補正コイルに適用する場合について、電子ビームの非点収差を補正する方法を説明する。
図３において、Ｘ軸非点収差補正コイルは、Ｙ１軸又はＹ２軸に対して斜め方向に発生した非点収差（電子ビームの断面が楕円形状であり、その長軸方向がＹ１軸又はＹ２軸に対して斜めである非点収差）の補正を担当する。Ｘ軸非点収差補正コイルは、Ｘ１軸又はＸ２軸方向（楕円形状の長軸方向）に電子ビームを圧縮するように変形させ、Ｘ２軸又はＸ１軸方向（楕円形状の短軸方向）に電子ビームを発散するように変形させる。
【００２０】
Ｙ軸非点収差補正コイルは、縦横方向（Ｙ１軸及びＹ２軸に平行方向）に発生した非点収差補正の補正を担当する。Ｙ軸非点収差補正コイルは、Ｙ１軸又はＹ２軸方向（楕円形状の長軸方向）に電子ビームを圧縮するように変形させ、Ｙ２軸又はＹ１軸方向（楕円形状の短軸方向）に電子ビームを発散するように変形させる。
【００２１】
非点収差補正コイルに対する電流の設定値を大きくすると、コイルに流れる電流が増え、コイルに発生する磁場も強くなる。すなわち、非点収差補正用の磁場が強くなる。図３では、非点収差補正用の磁場を真円形状の電子ビームに作用させた場合に現れる電子ビームの非点収差２１０を破線で表している。
【００２２】
Ｘ軸非点収差補正コイルとＹ軸非点収差補正コイルの極子が円周に沿って交互に配置されている場合、合成ベクトル２００は、Ｘ軸非点収差補正コイルとＹ軸非点収差補正コイルに対応する電流の設定値の長さと電場の方向を表す２つの成分ベクトルのベクトル和として表すことができる。
【００２３】
図３において、合成ベクトル２００が回転すると、その回転角θの変化に連動して、合成ベクトル２００を挟んで両側に位置するＸ軸非点収差補正コイルとＹ軸非点収差補正コイルに印加する電流の設定値も同時に増減し、当該増減に応じて該当するＸ軸非点収差補正コイルとＹ軸非点収差補正コイルにより発生される磁場の方向（磁場による非点収差２１０）も回転する。すなわち、合成ベクトル２００の方向を決めることは、Ｘ軸非点収差補正コイルとＹ軸非点収差補正コイルに対する電流の設定値の比率を決めていることに等しい。このため、合成ベクトル２００の向きは、磁場による非点収差２１０を表す楕円形状（点線で示す）の長軸方向と一致する。
【００２４】
合成ベクトル２００の方向によって非点収差補正コイルに対する電流の設定値の比率が決まれば、次は合成ベクトル２００の量（ベクトルの長さ）を増減し、電子ビームを真円形状に補正するためにＸ軸非点収差補正コイルとＹ軸非点収差補正コイルに印加する電流の最適値を見つければよい。
【００２５】
Ｘ軸非点収差補正コイルの電流値（StigmaX）とＹ軸非点収差補正コイルの電流値（StigmaY）を算出する計算式の一例を以下に記載する。なお、以下の式において、Ａは合成ベクトルの量（合成ベクトルの長さ）を表し、Base_StigmaXとBase_StigmaYは、非点収差が発生しない時の非点収差補正コイルの電流値を意味している。
【００２６】
【数１】
2014139868.tif 000003
【００２７】
【数２】
2014139868.tif 000004
【００２８】
【数３】
2014139868.tif 000005
【００２９】
【数４】
2014139868.tif 000006
【００３０】
合成ベクトル２００に対応するＸ軸非点収差補正コイルの電流設定値とＹ軸非点収差補正コイルの電流設定値の比率は、合成ベクトル２００と当該ベクトルを挟んで隣接するＸ軸及びＹ軸との間に形成される角度θ１及びθ２により決定することができる。図３は、合成ベクトル２００とＹ軸との間の角度をθ１とし、合成ベクトル２００とＸ軸との間の角度をθ２として表している。この場合、Ｘ軸非点収差補正コイルの補正値は（式１）で算出することができ、Ｙ軸非点収差補正コイルの補正値は（式２）で算出することができる。
【００３１】
Ｘ軸非点収差補正コイルに対する電流の設定値は（式３）で算出することができ、Ｙ軸非点収差補正コイルに対する電流の設定値は（式４）で算出することができる。電流の補正値dX又はdYを加算する時の符号は、例えば図４に示す符号のルールに従って決めるものとする。符号は電流の向きを表している。符号は、合成ベクトル２００の位置に応じて決定する。
【００３２】
なお、図３では、補正前の電子ビーム２２０の形状が、合成ベクトル２００に応じて設定された電流の印加により極子に発生する磁場の作用により電子ビーム２３０のビームスポット形状が真円に補正された状態を表現している。図３において、磁場による非点収差２１０の形状は、非点収差を補正する前の電子ビーム２２０のビームスポット形状を軸中心に９０°回転した関係にある。この結果、補正前の電子ビーム２２０の非点収差は打ち消され、真円形状の電子ビーム２３０が得られている。
【００３３】
図５に、本明細書で提案する電子ビームの非点収差補正手法の具体例を示す。なお、後述する処理は、荷電粒子線装置に搭載された計算機（コンピュータ）によるプログラムの実行を通じて実行されるものとして説明する。なお、計算機は１つである必要は無く、複数の計算機が機能別又は処理モジュール別に用意されても良い。もっとも、各処理ステップの全部又は一部に対応する指示や判断は調整者が行ない、その都度、計算機に入力しても良い。
【００３４】
まず、計算機は、Ｘ軸非点収差補正コイルに対する電流の現在値とＹ軸非点収差補正コイルに対する電流の現在値を取得する（ステップＳ１）。次に、計算機は、取得した各現在値を参照し、Ｘ軸非点収差補正コイルとＹ軸非点収差補正コイルに対する電流の合成ベクトルを計算し、試料像と重ねて表示装置の画面上に表示する（ステップＳ２）。ここでの画面が調整者の操作画面となる。調整者は、各種の入力装置を使用し、画面上で合成ベクトルの方向を調整する。もっとも、合成ベクトルの方向の調整を計算機が自動的に実行しても良い。
【００３５】
操作画面上で合成ベクトルが回転されると、計算機は、回転後の合成ベクトルの位置（向き）から合成ベクトルを挟んで隣接するＸ軸とＹ軸の位置に基づいて符号（図４）を判断し、その後、回転後の合成ベクトルとＸ軸及びＹ軸との間の回転角θ１とθ２を算出する。さらに、計算機は、検出された符号、算出された回転角、現在の合成ベクトルの量（長さ）に基づいてＸ軸非点収差補正コイルとＹ軸非点収差補正コイルに対する電流の設定値を計算する（ステップＳ３）。
【００３６】
この後、計算機は、計算された電流の設定値をそれぞれ対応するＸ軸非点収差補正コイル及びＹ軸非点収差補正コイルに設定する（ステップＳ５）。この時点で、計算機は、合成ベクトルの回転によって電子ビームの焦点が全体的に均一になったことを確認する。なお、この確認は調整者が行ない、確認結果を計算機に指示しても良い。電子ビームの焦点が全体的に均一になったことが確認されると、計算機は、合成ベクトルの量（長さ）の増減を受け付ける状態になる。
【００３７】
調整者の操作によって操作画面上の合成ベクトルの量（長さ）が増減されると、計算機は、変更後の合成ベクトルの量（長さ）と、ステップＳ３で求めた符号と回転角を用い、Ｘ軸非点収差補正コイルとＹ軸非点収差補正コイルに対する電流の設定値を計算する（ステップＳ４）。
【００３８】
この後、計算機は、計算された電流の設定値をそれぞれ対応するＸ軸非点収差補正コイル及びＹ軸非点収差補正コイルに設定する（ステップＳ５）。この時点で、計算機は、電子ビームの非点収差を確認し、非点収差が残っている場合には、合成ベクトルの回転と量（長さ）の変更を再び受け付ける状態になる。非点収差が残っているか否かの判定は、調査者が行っても良いが、例えば補正後のビーム形状の扁平率と閾値との比較を通じ、計算機が判定する。操作画面上における合成ベクトルの回転と量（長さ）の変更により、電子ビームの非点収差が無くなったことが確認されると、計算機は、非点収差の補正処理を終了する（ステップＳ６）。ここでの閾値は、初期値として与えても良いし、調整者が自由に設定しても良い。
【００３９】
なお、前述の説明では、非点収差の補正に８極子コイルを用いる場合について説明したが、非点収差補正コイルを構成する極子の数が４極子、１２極子、１６極子等の場合にも、同様の技術手法により電子ビームの非点収差を補正することができる。
【００４０】
更に、本明細書で提案する非点収差補正方法の場合、操作画面上における合成ベクトルの回転と量（長さ）の変更操作と非点収差補正コイルによる補正効果（主磁場の作用方向）とが一致するため、調整者は補正方向を直観的に理解することができる。
【００４１】
また、本明細書で提案する非点収差補正方法では、最初に合成ベクトルの回転によりＸ軸非点収差補正コイルとＹ軸非点収差補正コイルに対応する各設定値の比率を決定するため、Ｘ軸非点収差補正コイルとＹ軸非点収差補正コイルの設定値の組み合わせを回転量（角）に限定することができる。また、本明細書で提案する非点収差補正方法では、Ｘ軸非点収差補正コイルとＹ軸非点収差補正コイルに対応する各設定値の比率を決定した後、合成ベクトルの量（長さ）の増減のみを調整する。このため、本明細書で提案する非点収差補正方法では、非点収差の調整時に考慮すべき組み合わせが少なく済む。すなわち、従来手法のように、数多く存在する組み合わせの中から最適値を見つけるために、調整者の経験に基づく作業の必要が無い。よって、本明細書で提案する非点収差補正方法を用いれば、調整者の熟練度によらず、非点収差補正の客観性と再現性を高めることができる。結果的に、安定的に高分解能像を取得することができる。また、非点収差補正に要する時間が短縮するため電子顕微鏡の稼働率を高めることができる。さらに、非点収差補正の再現性が高まるため、装置間における非点収差補正の性能差異も低減できる。
【００４２】
〔実施例１〕
図６に、前述した非点収差補正方法（非点収差補正装置の機能）を適用した荷電粒子線装置の概略図を示す。陰極１と第一陽極２の間には、コンピュータ２７によって制御される高電圧制御電源１６により電圧が印加されており、所定のエミッション電流が一次電子線４として陰極１から引き出される。
【００４３】
陰極１と第二陽極３の間には、コンピュータ２７によって制御される高電圧制御電源１６により加速電圧が印加される。陰極１から放出された一次電子線４は加速電圧により加速され、後段のレンズ系に進行する。加速された一次電子線４は、第一レンズ制御電源１７によって制御される第一集束レンズ５により集束される。集束後の一次電子線４のうち不要な領域部分は、絞り板８により除去される。この後、一次電子線４は、第二レンズ制御電源１８によって制御される第二集束レンズ６及び対物レンズ制御電源２１によって制御される対物レンズ７を順番に通過し、試料１０の表面に微小スポットとして集束される。
【００４４】
一次電子線４は、偏向制御電源２０によって制御される走査コイル９により偏向され、試料１０の表面上を二次元的に走査する。なお、試料１０はステージ１５の所定位置に載置されている。ステージ１５は、不図示の駆動機構により、少なくとも二次元的に移動される。ステージ１５の位置は、ステージ制御電源２２から与えられる制御信号により制御される。
【００４５】
走査コイル９の近傍又は同じ位置には、非点収差補正コイル制御電源１９によって制御される非点収差補正コイル１１が配置されており、この非点収差補正コイル１１により一次電子線４の非点収差が補正される。本実施例の場合、非点収差補正コイル１１は、４Ｎ（Ｎは自然数）個の極子で構成され、４Ｎ個の極子は、一次電子線４の軌道軸を中心とした円周上に一定の分割角度で配置されている。
【００４６】
一次電子線４の照射により試料１０から発生した二次電子等の二次信号１２は、対物レンズ７の上部に進行した後、二次信号検出器１３において検出される。二次信号検出器１３によって検出された信号は、信号増幅器１４で増幅された後、不図示のアナログ／デジタル変換器に入力され、デジタル信号に変換される。デジタル信号に変換された検出信号（強度信号）は、コンピュータ２７に入力される。コンピュータ２７は、検出信号を走査コイル９の走査に同期させて試料像を生成し、生成された試料像を表示装置２３に表示する。また、コンピュータ２７は、生成された試料像に基づいて、試料像の取得に使用した一次電子線４のビームスポット形状を計算する機能を備える。試料像から一次電子線４のビームスポット形状を計算する機能は既知であるので詳細な説明は省略する。
【００４７】
各種の制御電源（高電圧制御電源１６、第一レンズ制御電源１７、第二レンズ制御電源１８、非点収差補正コイル制御電源１９、偏向制御電源２０、対物レンズ制御電源２１、ステージ制御電源２２）は、コンピュータ２７により制御される。
【００４８】
表示装置２３の操作画面には、二次電子等の検出信号に基づいて生成された試料の拡大像が表示される他、電子光学系の設定や走査条件の設定を行うための操作ボタン、現在の設定条件を確認するための画面等も表示される。当該操作画面には、前述した非点収差の補正に使用する合成ベクトルも表示される。本実施例の場合、表示装置２３の操作画面には、合成ベクトルと円形ホイールを模したユーザインタフェースが表示される。合成ベクトルは試料像と重ねて表示しても良いし、コンピュータ２７により計算された一次電子線４のビームスポット形状と重ねて表示しても良い。本実施例の場合、円形ホイールを模したユーザインタフェースは、合成ベクトルの回転角と増減量の操作入力に使用される。
【００４９】
この他、コンピュータ２７には、入力装置２４（例えばマウス、キーボード）、非点収差補正コイル１１に印加する補正値を決定する非点収差補正演算装置２５、入力装置２６（例えば回転式のつまみ）が接続されている。入力装置２４及び２６は、操作画面に対する様々な操作に使用できる。勿論、非点収差の補正時における調整入力にも使用される。非点収差補正演算装置２５は、操作画面上における合成ベクトルの回転角と増減量に基づいて、非点収差補正コイル１１に対する電流の設定値を計算する計算機である。
【００５０】
図７に、非点収差補正演算装置２５の構成例を示す。非点収差補正演算装置２５は、非点収差補正コイル設定値算出部５３、データ記憶部５４、表示データ計算部５５で構成される。非点収差補正コイル設定値算出部５３は、非点収差補正開始信号５１が入力された場合に、非点収差補正コイル１１に対する電流の設定値（非点収差補正コイル設定値５７）を計算する。設定値の算出には、合成ベクトルの回転角と量（長さ）と極子の符号を使用する。図７の場合、非点収差補正コイル設定値算出部５３が合成ベクトル情報５６に基づいて、合成ベクトルの回転角と量（長さ）と極子の符号を計算し、その計算結果に基づいて非点収差補正コイル１１に対する電流の設定値を計算する。データ記憶部５４には、入力装置２４及び２６を通じて入力された合成ベクトルに対する操作量を表す合成ベクトル情報５２が格納される。もっとも、データ記憶部５４には、不図示の演算装置や非点収差補正コイル設定値算出部５３が計算した合成ベクトルの回転角と量（長さ）と極子の符号を格納しても良い。表示データ計算部５５は、非点収差補正コイル設定値５７に基づいて合成ベクトル表示信号５８を計算する。合成ベクトル表示信号５８は、表示装置２３の操作画面に表示される。
【００５１】
図８に、非点収差の補正に使用する操作画面２５０の一例を示す。本実施例の場合、操作画面２５０には、非点収差補正開始ボタン２０１、試料像／ビームスポット形状画面２０２、円形ホイール２０３、三角形の上下ボタン、終了ボタン（閉じるボタン２０４）が表示される。図８は、試料像／ビームスポット形状画面２０２に、コンピュータ２７で計算されたビームスポット形状を表示した状態を表している。ビームスポット形状が表示される場合、調整者は、このビームスポット形状の変化により非点収差補正の効果を確認することができる。一方、試料像が試料像／ビームスポット形状画面２０２に表示される場合、調整者は、試料像のボケ状態の変化から非点収差補正の効果を確認することができる。なお、試料像／ビームスポット形状画面２０２には、非点収差補正の現在調整状態を示す合成ベクトルが表示される。調整者は、操作画面２５０に表示された円形ホイール２０３の回転操作により合成ベクトルの回転角を入力する。また、調査者は、操作画面２５０に表示された円形ホイール２０３の上下に位置する三角形のボタン２０６のクリック操作により合成ベクトルの量（長さ）の増減を入力する。
【００５２】
図９に、実施例に係る荷電粒子線装置を用いた非点収差補正手順について説明する。まず、調整者は、試料１０を荷電粒子線装置内に搬入する（ステップＳ１０）。もっとも、試料１０のステージ１５への搭載及び一次電子線４に対する位置決め等は、コンピュータ２７の制御により自動実行される。
【００５３】
調整者は、表示装置２３に操作画面２５０を表示させる。操作画面２５０の表示指示は、入力装置２４及び２６等の操作を通じてコンピュータ２７に与えられ、コンピュータ２７が表示指示に基づいて操作画面２５０を表示装置２３に表示する。
【００５４】
次に、コンピュータ２７は、試料１０を二次元的に走査することにより取得された試料像を試料像／ビームスポット形状画面２０２に表示する（ステップＳ１１）。なお、前述したように、コンピュータ２７で計算されたビームスポット形状を試料像／ビームスポット形状画面２０２に表示しても良い。
【００５５】
調整者は、表示された試料像を観察し、非点収差補正が必要か否かを判断する。調整が必要である場合、調整者は、非点収差補正開始ボタン２０１をクリックする（ステップＳ１２）。非点収差補正開始ボタン２０１のクリック操作は、コンピュータ２７により検出され、非点収差補正演算装置２５の非点収差補正コイル設定値算出部５３に通知される。なお、非点収差補正の実行は、試料像について検出されたボケの度合やビームスポット形状の扁平率等に基づいてコンピュータ２７が判断しても良い。
【００５６】
この通知の後、非点収差補正コイル設定値算出部５３は、現在の非点収差補正コイル１１に対する電流の設定値を取得し、現在の回転角と量（長さ）と符号に基づいて非点収差補正コイル設定値５７を計算する。
【００５７】
次に、表示データ計算部５５は、計算された非点収差補正コイル設定値に基づいて合成ベクトル表示信号５８を生成し、試料像／ビームスポット形状画面２０２に合成ベクトル２０５を表示する。このとき、試料像／ビームスポット形状画面２０２には、試料像が同時に表示されても良いし、コンピュータ２７で計算されたビームスポット形状が同時に表示されても良い。
【００５８】
この状態で、調整者は、入力装置２４を使って操作画面２５０内の円形ホイール２０３を操作し、試料像／ビームスポット形状画面２０２に表示された合成ベクトルを回転させる（ステップＳ１３）。この回転操作は、合成ベクトル情報５２として、コンピュータ２７から非点収差補正演算装置２５に与えられる。非点収差補正演算装置２５は、合成ベクトル情報５２に基づいて回転角と量（長さ）と符号に基づいて新たな非点収差補正コイル設定値５７を算出する。非点収差補正コイル制御部１９は、非点収差補正コイル設定値５７を非点収差補正コイル１１に設定する。この合成ベクトルの回転操作に応じ、試料像／ビームスポット形状画面２０２に表示される試料像やビームスポット形状も変化する。例えば非点収差補正が適切であった場合、試料像のボケは画面全体で均一化するように、又は、ビームスポット形状が楕円形状から真円に近づくように変化する。
【００５９】
なお、試料像／ビームスポット形状画面２０２に表示される試料像やビームスポット形状は、調整後の非点収差補正コイル設定値５７に基づいて実際に取得された試料像や当該試料像に基づいて計算されたビームスポット形状でも良いが、コンピュータ２７によるシミュレーション演算の結果としての試料像やビームスポット形状でも良い。コンピュータ２７は、非点収差補正前の試料像からその取得時に使用した一次電子線４の非点収差を計算できると共に、その際における合成ベクトルの回転角と量（長さ）と符号も計算することができる。このため、回転ホイール２０３の操作による影響をシミュレーション演算することができる。
【００６０】
調整者は、試料像の全体で焦点が均一になるように、又は、ビームスポット形状が真円になるように円形ホイール２０３を操作する。この円形ホイール２０３の操作に応じて操作画面２５０上の合成ベクトル２０５は回転する。また、調整者は、入力装置２６の回転つまみを回すことにより、合成ベクトル２０５を画面上で回転させることもできる。言うまでもなく、合成ベクトル２０５の回転制御はコンピュータ２７が自動実行しても良い。
【００６１】
次に、調整者は、円形ホイール２０３の上下に配置された三角形のボタン２０６のいずれかをクリックし、合成ベクトル２０５の量（長さ）を増減する。図８の場合、円形ホイール２０３の上側に配置されたボタン２０６をクリックすると合成ベクトル２０５の量（長さ）が増加し、円形ホイール２０３の下側に配置されたボタン２０６をクリックすると合成ベクトル２０５の量（長さ）が減少する（ステップＳ１４）。コンピュータ２７は、この調整者の操作入力を受け付け、更新された合成ベクトル情報５２を非点収差補正演算装置２５に与える。合成ベクトル２０５の量（長さ）の増減もコンピュータ２７が自動的に実行しても良い。
【００６２】
前述の場合と同様に、非点収差補正演算装置２５は、合成ベクトル情報５２の更新に応じ、新たに非点収差補正コイル設定値５７を算出する。算出された設定値は、非点収差補正コイル制御電源１９が非点収差補正コイル１１に設定する。
【００６３】
この合成ベクトル２０５の回転と量の変更に伴い非点収差が無くなったことが確認されると、調整者は、終了ボタン２０４をクリックし、操作画面２５０を閉じる（ステップＳ１５）。すなわち、コンピュータ２７は、操作画面２５０の終了ボタン２０４に対するクリック操作を検知すると、非点収差補正を終了する。
【００６４】
本実施例のように、調整者は、操作画面２５０に円形ホイール２０３を模したユーザインタフェースを回転操作することで合成ベクトル２０５を回転制御でき、増減用のボタン２０６のクリックにより合成ベクトル２０５の量（長さ）を増減することができる。しかも、合成ベクトル２０５の回転により、調整者は、Ｘ軸非点収差補正コイルに対する電流の設定値とＹ軸非点収差補正コイルに対する電流の設定値の比率を一度に調整することができる。このため、調整者は非点収差補正を容易に行うことができる。なお、円形ホイール２０３に対応する専用の機構装置をコンピュータ２７に接続し、合成ベクトル２０５の回転入力に用いても良い。
【００６５】
なお、本実施例の説明では図８に示す操作画面を使用しているが、本発明の実現は、図８に例示した操作画面２５０に限るものではない。例えば操作画面２５０上に、合成ベクトル２０５の回転を制御する調整バーを配置すると共に、合成ベクトル２０５の量（長さ）を制御する調整バー等を設けても良い。同様に、対応する機構装置をコンピュータ２７に外部接続しても良い。
【００６６】
また、本実施例では、調整者のマニュアル操作に起因して非点収差補正動作が進行するものとして説明したが、コンピュータ２７が実行するプログラムに基づいて図９に示す一連の動作を全て自動化しても良い。すなわち、コンピュータ２７が、最初に合成ベクトル２０５を回転制御して試料像のボケを均一化し又はレーザスポット形状を真円に近づけた後、合成ベクトル２０５の量（長さ）を調整制御しても良い。
【００６７】
この場合、回転制御による調整の終了条件と量（長さ）の調整による終了条件を与える閾値や範囲をコンピュータ２７に事前に設定しておけば良い。例えば試料像の直交方向と斜め方向についてサンプリングした複数点についてのボケ量の差が閾値未満又は所定範囲になったら回転制御を終了するとしても良い。また例えばビームスポット形状の扁平率が閾値未満又は所定範囲になったら回転制御を終了するとしても良い。
【００６８】
このように非点収差補正を自動化すれば、属人性を排除し、客観的かつ再現性の高い非点収差補正を実現できる。また、本手法を適用すれば、自動化処理に要する時間も短縮できる。なお、非点収差補正を自動実行する場合には、合成ベクトル２０５を必ずしも操作画面に表示しなくても良い。
【００６９】
〔実施例２〕
前述した合成ベクトルの回転角と量（長さ）の調整に基づく補正技術は、ビーム偏向制御に対しても応用することができる。すなわち、本実施例では、合成ベクトルの回転角と量（長さ）の調整に基づく補正技術を光軸補正（光軸ずれ補正）に応用する場合について説明する。光軸補正とは、磁場レンズや静電レンズを周期的に変化させ、その際に試料像の動きが最小となる光軸位置を中心に電子ビーム（一次電子線４）の軌道を修正する調整をいう。
【００７０】
図１０を用い、本実施例における光軸補正の原理を説明する。図１０は、光軸補正用に４極子のアライメントコイルが光軸中心７０を中心とした円周上に一定の分割角度で配置される場合について示す。なお、この光軸ずれの調整についても、非点収差補正と同様の技術課題が存在する。つまり、Ｘ軸についてのアライメントコイルの調整とＹ軸についてのアライメントコイルの調整が相互に影響し、適切なアライメントを実現するための電流の設定値の決定に時間を要する等の技術課題がある。
【００７１】
そこで、本実施例では、図１０に示すように、操作画面上にＸ軸補正コイルとＹ軸補正コイルに対する電流の設定値を合成した合成ベクトル７１を表示する。図中、Ｘ軸はＸ軸光軸補正コイルに対する電流の設定値を表し、Ｙ軸はＹ軸光軸補正コイルに対する電流の設定値を表している。Ｘ軸とＹ軸は互いに直交する。Ｘ軸とＹ軸の交点（光軸中心７０）は、事前に光軸ずれを補正した際のＸ軸光軸補正コイルの電流設定値とＹ軸光軸補正コイルの電流設定値である。
【００７２】
この条件下では、Ｘ軸光軸補正コイルとＹ軸光軸補正コイルに対する電流の設定値の比率と量（距離）を表す合成ベクトル７１が、電子ビーム（一次電子線４）の離軸方向と離軸距離に相当する。このため、調整者は、操作画面上に表示された合成ベクトル７１の確認により、電子ビーム（一次電子線４）が光軸中心７０から離軸した方向と量（距離）を直感的に理解することができる。
【００７３】
このため、調整者は、合成ベクトル７１をＸ軸とＹ軸の直交点（光軸中心７０）に合わせるように操作するだけで、Ｘ軸光軸補正コイルとＹ軸光軸補正コイルに対する電流の設定値の変更を入力でき、電子ビーム（一次電子線４）を光軸中心７０に一致させることができる。すなわち、調整者は、容易かつ再現性のある光軸補正を行なうことができる。勿論、本実施例の場合にも、一連の処理動作を自動化することができることは言うまでもない。
【００７４】
参考までに、図１１に光軸補正機能を搭載する荷電粒子線装置の概略構成例を示し、図１２に光軸補正演算装置の構成例を示す。なお、図１１には図６との対応部分に同一符号を付しており、図１２には図７との対応部分に同一符号を付している。
【００７５】
図１１に示す荷電粒子線装置と図６に示す荷電粒子線装置の違いは、光軸補正コイル１１１を用いる点と、光軸補正コイル１１１の制御に光軸補正コイル制御電源１１９を用いる点と、合成ベクトルの計算に光軸補正演算装置１２５を用いる点である。
【００７６】
光軸補正演算装置１２５の基本構成は、図７に示す非点収差補正演算装置２５と同様である。すなわち、光軸補正演算装置１２５は、光軸補正コイル設定値算出部１５３、データ記憶部１５４、表示データ計算部１５５で構成される。本実施例における光軸補正コイル設定値算出部１５３は、操作画面等を通じて光軸補正の開始が指示され、コンピュータ２７から光軸補正開始信号１５１が入力された場合に、合成ベクトル情報１５６に基づいて光軸補正コイル設定値を計算することを除き、実施例１の非点収差補正コイル設定値算出部５３と同様の計算処理を実行する。
【００７７】
（他の実施例）
本発明は上述した実施例に限定されるものでなく、様々な変形例を含んでいる。例えば上述した実施例は、本発明を分かりやすく説明するために、一部の実施例について詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備える必要は無い。例えば前述の実施例では、Ｘ軸用の補正コイルに対する電流（電圧）の設定値とＹ軸用の補正コイルに対する電流（電圧）の設定値との合成ベクトルを操作画面に表示しているが、各設定値の方向と量（長さ）を表す２つのベクトルを画面表示しても良い。この場合、２つのベクトルのそれぞれについて回転角及び量（長さ）を個別に調整可能とする。
【００７８】
また、実施例１では、８極子の非点収差補正コイル１１による２次非点補正方向を合成ベクトルの回転角と量（長さ）で表示する場合について説明したが、前述の通り、非点収差補正コイル１１は４×３個、４×４個…のように４Ｎ個の極子で構成されていても良い。例えば１２極子の非点収差補正コイル１１による３次非点補正方向を合成ベクトルの回転角と量（長さ）で表示しても良い。
【００７９】
また、前述の実施例では、操作画面２５０に表示された合成ベクトルの回転角と量（長さ）が校正済みであるものとして説明したが、補正方位の校正は以下の手順により行なうことができる。例えば最初の設定値の状態（合成ベクトル２０５の初期位置）で試料像を取得し、次に合成ベクトル２０５を演算用の仮想空間内で一方向に所定量だけ回転し、非点収差補正コイル１１や光軸補正コイル１１１に対する電流又は電圧の設定値を同時に変更する。その後、新たな試料像を取得し、設定値の変更の前後における像移動又は像の変形方向をコンピュータ２７で検出する。このように検出された移動方向又は変形方向を補正基準方向とし、操作画面２５０に表示される合成ベクトル２０５の回転角の変化の方位を補正基準方位に一致させれば良い。
【００８０】
また、ある実施例の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成を追加、削除又は置換することも可能である。
【００８１】
また、上述した各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路その他のハードウェアとして実現しても良い。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することにより実現しても良い。すなわち、ソフトウェアとして実現しても良い。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリやハードディスク、SSD（Solid State Drive）等の記憶装置、ICカード、SDカード、DVD等の記憶媒体に格納することができる。
【００８２】
また、制御線や情報線は、説明上必要と考えられるものを示すものであり、製品上必要な全ての制御線や情報線を表すものでない。実際にはほとんど全ての構成が相互に接続されていると考えて良い。
【符号の説明】
【００８３】
１１：非点収差補正コイル、２３：表示装置、２５：非点収差補正演算装置、２７：コンピュータ、７１：合成ベクトル、１５１：光軸補正コイル、１２５：光軸補正演算装置、２０２：試料像／ビームスポット形状画面、２０３：円形ホイール、２０５：合成ベクトル、２５０：操作画面
【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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