(57)【要約】【課題】収差測定ではフォーカスやビームの傾斜角を変えて複数枚取得された電子顕微鏡画像から収差の特徴量を抽出し収差の大きさと方向を表す収差係数を求める。しかし、収差が非常に大きい場合には電子顕微鏡画像が大きく歪むため、特徴量の抽出が困難になる。【解決手段】荷電粒子線源と、前記荷電粒子線源から放出された荷電粒子を試料に対して照射する荷電粒子光学系と、前記荷電粒子光学系の収差を補正する収差補正器と、前記荷電粒子光学系及び前記収差補正器を制御する制御部と、を備えた荷電粒子線装置において、前記荷電粒子光学系の焦点位置を変化させたロンチグラムを複数取得するスルーフォーカス撮影部と、前記取得されたロンチグラムを複数の局所領域に分割し、前記局所領域にて検出されたラインフォーカスに基づいて収差量を算出する収差量算出部とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子線源と、前記荷電粒子線源から放出された荷電粒子を試料に対して照射する荷電粒子光学系と、前記荷電粒子光学系の収差を補正する収差補正器と、前記荷電粒子光学系及び前記収差補正器を制御する制御部と、を備えた荷電粒子線装置において、
前記荷電粒子光学系の焦点位置を変化させたロンチグラムを複数取得するスルーフォーカス撮影部と、
前記取得されたロンチグラムを複数の局所領域に分割し、前記局所領域にて検出されたラインフォーカスに基づいて収差量を算出する収差量算出部と、を有することを特徴と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、
前記収差量算出部は、前記局所領域の等強度線を楕円でフィッティングし、前記フィッティングされた楕円に基づいて前記ラインフォーカスを検出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、
前記局所領域の等強度線は、自己相関関数またはフーリエ変換によって算出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１に記載の荷電粒子線装置において、
設定値が入力される入力部をさらに有し、
前記スルーフォーカス撮影部は、前記入力された設定値に基づいた範囲にて焦点位置を前記変化させることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項５】
請求項４に記載の荷電粒子線装置において、
前記ラインフォーカスの検出は、アンダーフォーカス側及びオーバーフォーカス側において前記取得されたロンチグラムの各々の前記局所領域にて前記ラインフォーカスが検出され、
前記スルーフォーカス撮影部は、前記局所領域にて検出されるラインフォーカスが規定値より少ない場合、前記入力された設定値に基づいた範囲よりも大きな範囲にて焦点位置を変化させたロンチグラムを複数取得する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、
前記荷電粒子光学系は、前記試料に対して荷電粒子を集束する対物レンズを有し、
前記複数の局所領域は、前記荷電粒子光学系における軸上近傍を通る第１の電子線束に対応する第１の局所領域と、前記第１の電子線束よりも前記対物レンズの外側を通る第２の電子線束に対応する第２の局所領域とを含むことを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項７】
荷電粒子線源と、前記荷電粒子線源から放出された荷電粒子を試料に対して照射する荷電粒子光学系と、前記荷電粒子光学系の収差を補正する収差補正器と、前記荷電粒子光学系及び前記収差補正器を制御する制御部と、を備えた荷電粒子線装置において、
設定値の入力が可能な入力部と、
前記設定値に基づき前記荷電粒子光学系の焦点位置を変化させたロンチグラムを複数取得するスルーフォーカス撮影部と、
前記スルーフォーカス撮影部にて前記ロンチグラムを複数取得する動作開始の入力を受け付ける補正開始入力部と、
前記取得されたロンチグラムに基づき、ラインフォーカスの検出が成功したかを表示するステータス表示部と、
前記ラインフォーカスの検出が成功した場合、前記検出されたラインフォーカスに基づいて前記収差を補正する収差補正部と、と有し、
前記収差補正部は、前記ラインフォーカスの検出が行われなかった場合、前記入力部に対して再度の設定値の入力を求める指示を送信する、又は前記スルーフォーカス撮影部に対して前記焦点位置を変化させた範囲よりも大きな範囲にて焦点位置を変化させたロンチグラムを複数取得する指示を送信することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項８】
荷電粒子線源と、前記荷電粒子線源から放出された荷電粒子を試料に対して照射する荷電粒子光学系と、前記荷電粒子光学系の収差を補正する収差補正器と、前記荷電粒子光学系及び前記収差補正器を制御する制御部と、を備えた荷電粒子線装置において、
前記荷電粒子光学系の焦点位置を変化させたロンチグラムを複数取得する第１のステップと、
前記取得されたロンチグラムを複数の局所領域に分割する第２のステップと、
前記局所領域にて検出されたラインフォーカスに基づいて収差量を算出する第３のステップと、を有することを特徴とする収差補正方法。
【請求項９】
請求項８に記載の収差補正方法において、
前記第３のステップはさらに、前記局所領域の等強度線を楕円でフィッティングする第４のステップと、前記フィッティングされた楕円に基づいて前記ラインフォーカスを検出する第５のステップと、を有することを特徴とする収差補正方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の収差補正方法において、
前記第４のステップにおける前記局所領域の等強度線は、自己相関関数またはフーリエ変換によって算出されることを特徴とする収差補正方法。
【請求項１１】
請求項８に記載の収差補正方法において、
前記第１のステップにて用いられる設定値が入力される第６のステップをさらに有し、
前記第１のステップは、前記入力された設定値に基づいた範囲にて焦点位置を前記変化させることを特徴とする収差補正方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の収差補正方法において、
前記第３のステップは、アンダーフォーカス側及びオーバーフォーカス側において前記取得されたロンチグラムの各々の前記局所領域にて前記ラインフォーカスが検出されるステップであり、
前記局所領域にて検出されるラインフォーカスが規定値より少ない場合、前記入力された設定値に基づいた範囲よりも大きな範囲にて焦点位置を変化させたロンチグラムを複数取得する第７ステップと、を有することを特徴とする収差補正方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、荷電粒子線装置及びその収差補正方法に係り、特に、収差補正器を備えた荷電粒子線装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）や走査型透過電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）等の荷電粒子線装置には、収差補正器を備えたものがある。この収差補正器は、ＴＥＭやＳＴＥＭにおいて分解能を制限する主な要因である対物レンズの球面収差（Ｃｓ）を補正するために用いられる。収差補正器としては、６極子場を発生させる２つの多極子レンズと、その間に２枚の軸対称レンズ（伝達レンズ）を配置したものが知られている。そして、収差補正器により対物レンズのＣｓは補正される。
【０００３】
しかし、収差補正器の不完全性、すなわち、多極子レンズを構成する個々の極子の位置ずれや、極子材料の磁気的特性のばらつきなどにより、寄生収差と呼ばれる余分な収差が発生してしまう。発生する３次以下の寄生収差は、２回対称１次非点収差（Ａ１）、１回対称２次コマ収差（Ｂ２）、３回対称２次非点収差（Ａ２）、２回対称３次スター収差（Ｓ３）、４回対称３次非点収差（Ａ３）などがある。収差補正器の調整においては、Ｃｓの補正に加え、これら寄生収差の補正が必要である。収差補正器の調整は、光学系に残存する各収差の大きさを定量化する収差測定と、測定結果に基づいた収差補正を繰り返すことで行われる。この収差測定の方法に関しては、例えば特許文献１が挙げられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１８００１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１では、光学系に存在する残留する収差を、ロンチグラムの局所領域の変化として観察することが開示されている。また、観察者が正焦点位置付近にてフォーカスを変化させ、中心部に方向性を持った線がないロンチグラムを得ることで二回非点を補正している。すなわち、収差測定では、フォーカスやビームの傾斜角を変えて複数枚取得された電子顕微鏡画像から収差の特徴量を抽出し、収差の大きさと方向を表す収差係数を求める。しかし、収差が非常に大きい場合には電子顕微鏡画像が大きく歪むため、特徴量の抽出が困難になる。例えば２回対称１次非点収差（以下Ａ１と表記する）と１回対称２次コマ収差（以下Ｂ２と表記する）は、加速電圧の切り替えや試料交換などの操作に伴って大きく変化することがある。そうした場合、引用文献１のようにユーザーがフォーカスを振りながら電子顕微鏡画像の変化を観察し、Ａ１とＢ２に特徴的なパターンが減少するように電子線の偏向量などを手動で調整しようとすると、以下のような問題が生じる。
【０００６】
すなわち、大きなＡ１とＢ２が残存する場合には、それぞれに起因する歪み量も大きいため、Ａ１とＢ２の調整量を大きく変えないと特徴的なパターンの変化を認めることができない。なので、調整経験の浅いユーザーにとっては、パターンの変化が認められない状態にて、補正したい特定の収差の調整量の大小を適宜判断しながら、正しい方向に調整を進めるのは難しい。調整の前後に係る画像を比較してもパターンの変化が認められない状態では、その前後の調整が正しかったのか判別できないためである。本発明の目的は、従来発明では測定が困難になるほど大きな収差量（例えばＡ１とＢ２）が残留した状態からでも収差を測定することのできる荷電粒子線装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本願の荷電粒子線装置は、荷電粒子線源と、前記荷電粒子線源から放出された荷電粒子を試料に対して照射する荷電粒子光学系と、前記荷電粒子光学系の収差を補正する収差補正器と、前記荷電粒子光学系及び前記収差補正器を制御する制御部と、を備えた荷電粒子線装置において、前記荷電粒子光学系の焦点位置を変化させたロンチグラムを複数取得するスルーフォーカス撮影部と、前記取得されたロンチグラムを複数の局所領域に分割し、前記局所領域にて検出されたラインフォーカスに基づいて収差量を算出する収差量算出部とを有することを特徴とする。
【０００８】
また、本願の荷電粒子線装置は、荷電粒子線源と、前記荷電粒子線源から放出された荷電粒子を試料に対して照射する荷電粒子光学系と、前記荷電粒子光学系の収差を補正する収差補正器と、前記荷電粒子光学系及び前記収差補正器を制御する制御部と、を備えた荷電粒子線装置において、設定値の入力が可能な入力部と、前記荷電粒子光学系の焦点位置を変化させたロンチグラムを複数取得するスルーフォーカス撮影部と、前記スルーフォーカス撮影部にて前記ロンチグラムを複数取得する動作開始の入力を受け付ける補正開始入力部と、前記取得されたロンチグラムに基づき、ラインフォーカスの検出が成功したかを表示するステータス表示部と、前記ラインフォーカスの検出が成功した場合、前記検出されたラインフォーカスに基づいて前記収差を補正する収差補正部と、と有し、前記収差補正部は、前記ラインフォーカスの検出が行われなかった場合、前記入力部に対して再度の設定値の入力を求める指示を送信する、又は前記スルーフォーカス撮影部に対して前記焦点位置を変化させた範囲よりも大きな範囲にて焦点位置を変化させたロンチグラムを複数取得する指示を送信することを特徴とする。
【０００９】
また、本願の収差補正方法は、荷電粒子線源と、前記荷電粒子線源から放出された荷電粒子を試料に対して照射する荷電粒子光学系と、前記荷電粒子光学系の収差を補正する収差補正器と、前記荷電粒子光学系及び前記収差補正器を制御する制御部と、を備えた荷電粒子線装置において、前記荷電粒子光学系の焦点位置を変化させたロンチグラムを複数取得する第１のステップと、前記取得されたロンチグラムを複数の局所領域に分割する第２のステップと、前記局所領域にて検出されたラインフォーカスに基づいて収差量を算出する第３のステップとを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、従来方法では測定が困難な収差においても収差を補正することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施の形態例を示す構成図である。
【図２】ロンチグラムと軸外デフォーカスの関係を示す図である。
【図３】ロンチグラムの局所自己相関関数と軸外非点の関係を示す図である。
【図４】軸外非点の方向を示す図である。
【図５】Ｃ１，Ａ１，Ｂ２の自動補正の手順を示すフローチャートである。
【図６Ａ】局所自己相関関数のフィッティング楕円の面積の総和を計算した例を示す図である。
【図６Ｂ】局所自己相関関数のフィッティング楕円の面積の総和を計算した例を示す図である。
【図７Ａ】アンダーフォーカス側のラインフォーカス検出の一例を示す図である。
【図７Ｂ】オーバ−フォーカス側のラインフォーカス検出の一例を示す図である。
【図８】フォーカス刻み幅の違いによるラインフォーカスの検出精度を比較した図である。
【図９】局所領域の中心座標の取り方の一例を示す図である。
【図１０】本発明による自動収差補正を実行するＧＵＩの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明では、スルーフォーカスさせて取得した複数枚のロンチグラムを用いる。各々のロンチグラムを複数の局所領域に分割し、局所領域毎にラインフォーカスを検出することで軸外デフォーカスＣ１（τ）と軸外非点Ａ１（τ）を算出する。そして、Ｃ１（τ）とＡ１（τ）から最小二乗法により収差係数を求め、その結果に基づいて収差を補正する。以下、本発明の実施の形態について、図面に基づき詳細に説明する。
【００１３】
図１は本発明の実施形態の一例を示す構成図である。図１では荷電粒子線装置として走査型透過電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）を例にとって説明する。電子線源１から放出された電子線２は、照射レンズ３，４の作用を受けて調整レンズ５の物面に焦点を結び、調整レンズ５の作用により収差補正器６に平行入射する。収差補正器６では電子線２の各収差が補正され、転写レンズ７の作用により対物レンズ９の上方に焦点を結ぶ。収差が補正された電子線２は対物レンズ９により収束されて、試料１０上に微小なプローブを形成する。該プローブで試料１０上をスキャンコイル８により走査し、試料１０から出てくる散乱波を暗視野像検出器１２で受け、該散乱波の強度を暗視野像観察部１４によりプローブ走査と同期させて入出力部１５に輝点列として表示することで試料１０の暗視野像を得る。
【００１４】
ロンチグラムを観察する際には、スキャンコイル８による電子線の走査を止め、試料１０から出てくる透過・散乱波をカメラ１３で受け、該透過・散乱波の強度の２次元的な分布をロンチグラム観察部１６により入出力部１５に輝点列として表示する。投影レンズ１１は、暗視野像検出器１２とカメラ１３に入射する電子線の拡がりを調整する。
【００１５】
自動収差補正装置１７は、スルーフォーカス撮影部１８、入力画像正当性判別部１９、補正必要性判断部２０、軸外収差量算出部２１、軸上収差量算出部２２、補正制御量算出部２３、変換係数テーブル２４、最適フォーカス範囲算出部２５で構成される。スルーフォーカス撮影部１８は、制御部２６を介して対物レンズ９の励磁を変えることでフォーカスを変化させながら、ロンチグラム観察部１６に指示を出して自動収差補正装置１７への入力としてロンチグラムを取り込む。
【００１６】
入力画像正当性判別部１９は、フォーカスの異なるロンチグラムを使い撮影されたロンチグラムの正当性、具体的には試料の存在する領域で撮影されたものかどうかを判別する。補正必要性判断部２０は、不必要な補正を避けるために、ロンチグラムの歪み具合から本発明による補正が必要かどうかを判断する。
【００１７】
軸外収差量算出部２１は、スルーフォーカスさせて取得した複数枚のロンチグラムをそれぞれ複数の局所領域に分割し、局所領域毎にラインフォーカスを検出することで軸外デフォーカスＣ１（τ）と軸外非点Ａ１（τ）を算出する。軸上収差量算出部２２は、Ｃ１（τ）とＡ１（τ）から最小二乗法により収差係数を求める。
【００１８】
補正制御量算出部２３は、軸上収差量算出部２２により求められた収差係数から変換係数テーブル２４を参照することで収差を補正するための各レンズの制御量を算出し、制御部２６に制御量を出力する。最適フォーカス範囲算出部２５は、軸上収差量算出部２２により求められた収差係数から、最適なスルーフォーカス範囲とフォーカス刻み幅を算出する。ここでフォーカス刻み幅は、スルーフォーカス範囲において常に一定である必要はない。ラインフォーカス条件に合わせてフォーカス刻み幅の間隔が変化してもよい。
【００１９】
ここで、図２を用いてロンチグラムと軸外デフォーカスの関係について説明する。軸上近傍を通る電子線束１と、対物レンズの外側を通る電子線束２を考えた場合、球面収差Ｃｓの影響でレンズの外側を通る電子線ほど強く曲げられるため、電子線束２は電子線束１よりも手前に収束する。電子線束１、すなわち軸上光線が焦点を結ぶ高さが軸上デフォーカスＣ１で、電子線束２、すなわち軸外光線が焦点を結ぶ高さが軸外デフォーカスＣ１（τ）である。
【００２０】
ここでτは、軸外光線の中心（図２中破線）が投影面と交差する点（局所領域の中心点）の２次元座標を（ｕ，ｖ）とすると、τ＝ｕ＋ｉｖ（ｉは虚数単位）である。試料面と投影面（カメラの検出面）の距離をＬとすると（Ｌは投影レンズ１１の励磁で変えられる）、電子線束１が局所領域１に作る試料の投影像の倍率はＭ１＝（Ｃ１＋Ｌ）／Ｃ１，電子線束２が局所領域２に作る試料の投影像の倍率はＭ２＝（Ｃ１（τ）＋Ｌ）／Ｃ１（τ）となる。通常はＬ＞＞Ｃ１，Ｌ＞＞Ｃ１（τ）の関係が成り立つため、Ｍ１≒Ｌ／Ｃ１，Ｍ２≒Ｌ／Ｃ１（τ）となる。すなわち、各局所領域で観察される試料の投影像（ロンチグラム）は、局所的なデフォーカス（軸上であれば軸上デフォーカス、軸外であれば軸外デフォーカス）に反比例した倍率を持つ。
【００２１】
次に、図３を用いてロンチグラムの局所領域の自己相関関数（以下、局所自己相関関数）と軸外非点の関係について説明する。図３（ａ）に、スルーフォーカスさせた（フォーカスを一定の領域にわたって複数の状態に変化させた）ときの局所自己相関関数の等強度線を示す。ここでｌｕとｌｖは、局所領域の中心点を原点とする局所座標である。局所自己相関関数の等強度線が成す楕円の大きさは、その局所領域の投影倍率に比例する。
【００２２】
先に述べたように、局所領域の投影倍率はデフォーカスに反比例するため、平面ｌｕ＝０と平面ｌｖ＝０における等強度線の包絡線はフォーカスの−１乗に比例する形で変化する。ここで等強度線座標の逆数を取ると、図３（ｂ）に示したように等強度線の包絡線は直線となる。平面ｌｕ＝０と平面ｌｖ＝０とでは包絡線がフォーカスを結ぶ位置が異なり、一方の平面でフォーカスを結んだときの等強度線が成す楕円は線状になる（以下、ラインフォーカスと呼ぶ）。
【００２３】
ラインフォーカスは、正焦点を挟んでアンダーフォーカス側とオーバーフォーカス側の２箇所で現れ、片方の軸でフォーカスを結んでいる状態をいう。それら２箇所のフォーカスの間隔（非点隔差）が軸外非点の大きさ｜Ａ１（τ）｜を表す。すなわち、ラインフォーカスとなるときのフォーカス量をｆ１（アンダーフォーカス側）、ｆ２（オーバーフォーカス側）とすると、｜Ａ１（τ）｜は数（１）となる。
【００２４】
【数１】
2014056788.tif 000003
【００２５】
軸外非点の方向∠Ａ１（τ）は、局所自己相関関数の等強度線が成す楕円の方向に反映される。図４に示すように、オーバーフォーカス側における楕円の長軸がｌｖ軸と成す角度をθとすると、数（２）となる。
【００２６】
【数２】
2014056788.tif 000004
【００２７】
また、スルーフォーカスさせる前（初期状態）の各局所領域の正焦点からのずれ、すなわち軸外デフォーカスＣ１（τ）は数（３）で与えられる。
【００２８】
【数３】
2014056788.tif 000005
【００２９】
本発明では、スルーフォーカスさせたロンチグラムについて、局所自己相関関数の等強度線を楕円でフィッティングし、楕円が最も伸びるラインフォーカスにおけるフォーカス量ｆ１及びｆ２と、ｆ２における楕円の長軸の傾きθを検出することで、軸外デフォーカスと軸外非点を算出する。これら軸外デフォーカスと軸外非点は、軸上収差係数を使って数（４）及び数（５）で表される。
【００３０】
【数４】
2014056788.tif 000006
【００３１】
【数５】
2014056788.tif 000007
【００３２】
ここでは、軸上収差係数として５次以下の収差までを考慮した（Ｂ４：２回対称４次コマ収差、Ｄ４：３回対称４次三つ葉収差、Ａ４：５回対称４次非点収差、Ｃ５：５次球面収差、Ａ５：６回対称５次非点収差、Ｓ５：２回対称５次スター収差、Ｒ５：４回対称５次ロゼッタ収差）。各局所領域について軸外デフォーカスと軸外非点に関する連立方程式を立てることで、最小二乗法により軸上収差係数を求めることが出来る。
【００３３】
以下、図５のフローチャートを用いて自動収差補正装置１７の動作シーケンスを説明する。ここでは、Ｃ１，Ａ１，Ｂ２を自動補正の対象とする。まず、スルーフォーカス範囲Ｔとフォーカス刻み幅Δｆを設定する（Ｆ１）。Ｔはアンダーフォーカス側とオーバーフォーカス側のラインフォーカスを挟むように設定する。このように設定すれば、スルーフォーカスの撮影枚数はＴ／Δｆ＋１（枚）となる。
【００３４】
次に、初期状態のロンチグラム１を取得する（Ｆ２）。続けて、フォーカスを−ｎΔｆ（ｎ≡Ｔ／（２Δｆ））だけ変えたロンチグラム２を取得する（Ｆ３）。そしてロンチグラム１とロンチグラム２の相関値を計算する（Ｆ４）。もし、ロンチグラム１と２が試料の存在しない領域で取得されたものであれば、画像のコントラストはほとんど変化しないために相関値が大きくなる。
【００３５】
従って、相関値をある閾値Ｒと比較して（Ｆ５）相関値がＲよりも大きい場合には補正を終了する。相関値がＲよりも小さい場合には、ロンチグラム１の局所自己相関関数を計算して（Ｆ６）それらのフィッティング楕円の面積の総和を計算する（Ｆ７）。
【００３６】
図６にロンチグラムと局所自己相関関数、及び局所自己相関関数のフィッティング楕円の面積の総和を計算した例を示す。図６Ａの上図は取得したロンチグラムを局所領域に分割した図である。下図には分割した局所領域のそれぞれでフィッティング楕円の面積の総和を計算している。図６Ｂの上図と下図との関係も同様である。なお、ロンチグラムの局所領域の設定は、補正したい収差の次数と関連している。すなわち、低次の収差ほどロンチグラムの中央部分に表れ、高次の収差ほどロンチグラムの中央部分からはより離れた周辺部分に表れる。よって局所領域の設定の仕方によって、補正できる収差の種類（次数）を調整することができる。
【００３７】
図６ＡはＡ１とＢ２が大きい場合で、図６ＢはＡ１とＢ２が小さい場合である。図６Ａのフィッティング楕円面積の総和は、図６Ｂのフィッティング楕円面積の総和に対して約１／１０である。
【００３８】
そして、面積の総和に任意の閾値Ｓを設定し、面積の総和がＳよりも大きい場合には補正を終了する。例えば、閾値を図６Ａの下図の面積の総和と図６Ｂの下図の面積の総和の間の値を閾値Ｓとして設定した場合、図６Ａの下図の場合には面積が閾値Ｓよりも小さいので本発明により補正が必要と判断されるが、図６Ｂの下図の場合には面積が閾値Ｓよりも大きいので補正は不要と判断される。
【００３９】
従って、面積の総和がＳよりも小さい場合には、フォーカスがｎΔｆに達するまでフォーカスをΔｆずつ変えてロンチグラムを取得し、それらの局所自己相関関数を計算した後にフォーカスを初期状態に戻す（Ｆ９〜Ｆ１２）。Ｆ２〜Ｆ１２で得られたスルーフォーカスさせたロンチグラムの局所自己相関関数から、局所領域毎にフィッティング楕円が最も伸びるラインフォーカスをアンダーフォーカス側とオーバーフォーカス側でそれぞれ検出する（Ｆ１３）。
【００４０】
ラインフォーカスの検出方法としては、例えばフィッティング楕円の真円度を用いる方法が考えられる。フィッティング楕円の長軸方向の半径（長径）をａ、短軸方向の半径（短径）をｂとすると、真円度Ｒは数（６）で与えられる。
【００４１】
【数６】
2014056788.tif 000008
【００４２】
Ｒは真円のときに最大値１となり、真円から外れるほど小さくなる。従って、横軸にフォーカス量、縦軸にＲをとったグラフを描いたときに、アンダーフォーカス側とオーバーフォーカス側で見られるグラフの極小点がラインフォーカスとなる。
【００４３】
図７Ａおよび図７Ｂにラインフォーカスの検出例を示す。図７中の丸で囲んだものがラインフォーカスで、図７Ａのアンダーフォーカス側では左から２番目と３番目の条件で、図７Ｂのオーバーフォーカス側でも左から２番目と３番目の条件で検出されている。ただしラインフォーカスの検出は、局所領域毎にフォーカスの異なるフィッティング楕円の相対的な伸びを比較して行っているので、検出されたラインフォーカスの条件が真の値であるとは限らない。
【００４４】
例えば図８（Ａ）に示したように、スルーフォーカスさせたときのフォーカス刻み幅Δｆが十分小さければ、フィッティング楕円が最も伸びた真のラインフォーカスｆ１及びｆ２を検出することができるが、図８（Ｂ）に示したようにフォーカス刻み幅Δｆが大きい場合に検出されるラインフォーカスｆ１’及びｆ２’は、真の値からずれたものになる。従って、数（１）及び数（３）から求める｜Ａ１（τ）｜とＣ１（τ）は、Δｆによってその精度が決まる近似値となる。
【００４５】
以上、Ｆ６〜Ｆ１３で局所自己相関関数を用いる方法を示したが、代わりに局所領域のフーリエ変換の絶対値を用いても良い。今求めたいのはＣ１，Ａ１，Ｂ２なので、τが小さいとして数（４）と数（５）を近似した数（７）及び数（８）を用いる。
【００４６】
【数７】
2014056788.tif 000009
【００４７】
【数８】
2014056788.tif 000010
【００４８】
未知数はＣ１，Ａ１の実部ＲｅＡ１と虚部ＩｍＡ１，Ｂ２の実部ＲｅＢ２と虚部ＩｍＢ２，Ａ２の実部ＲｅＡ２と虚部ＩｍＡ２の７つであるのに対し、各局所領域について数（７）及び数（８）の実部と虚部に関する３つの方程式が立てられるので、最低でも３つの局所領域でラインフォーカスが検出される必要がある（Ｆ１４）。もし検出されなかったらＡ１を導入することでラインフォーカスを強調し、スルーフォーカス範囲Ｔを相対的に大きくしてから（Ｆ１５）ラインフォーカスの検出をやり直す。
【００４９】
３つ以上の局所領域でラインフォーカスが検出された場合、数（１）〜（３）を用いて各局所領域におけるＣ１（τ）とＡ１（τ）（｜Ａ１（τ）｜と∠Ａ１（τ））を求める（Ｆ１６）。ここで局所領域の中心座標τを図９のように取ったとすると、解くべき連立方程式は数（９）のようになる。
【００５０】
【数９】
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【００５１】
ここで、ＲｅＡ１（τ）とＩｍＡ１（τ）は、｜Ａ１（τ）｜と∠Ａ１（τ）＝θから数（１０）及び数（１１）で求められる。
【００５２】
【数１０】
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【００５３】
【数１１】
2014056788.tif 000013
【００５４】
数（９）を最小二乗法で解き（Ｆ１７）、Ａ１とＢ２の大きさを目標値と比較する（Ｆ１８）。目標値よりも小さければ補正終了となるが、目標値よりも大きければＣ１，Ａ１，Ｂ２を補正する（Ｆ１９）。
【００５５】
以上、Ｆ２〜Ｆ１９をＡ１とＢ２が目標値よりも小さくなるまで繰り返すが、その都度スルーフォーカス範囲Ｔとフォーカス刻み幅Δｆを小さくすることで（Ｆ２０）、ラインフォーカスの検出精度、引いては収差係数の測定精度が上がっていく。スルーフォーカス範囲Ｔの決め方としては、例えば最小二乗法で求めたＡ１，Ｂ２，Ａ２を用いて数（８）から各局所領域についてＡ１（τ）を計算し、それらの最大値の２倍に設定する方法が考えられる。
【００５６】
これは、（Ｆ１９）でＡ１とＢ２を補正する前の非点隔差の最大値であって、補正後の非点隔差はこの値よりも小さくなることが期待できる。フォーカス刻み幅Δｆに関しては測定時間と測定精度の兼ね合いで決める必要があるが、例えばＴの１０分の１とする方法が考えられる。
【００５７】
また、上記では求める未知数に関連する方程式が３つ立つことから、３つ以上の局所領域にてラインフォーカスが検出される必要があることを述べた。従って、求める収差の種類により必要な方程式の数は変わることから、必ずしも３つ以上の局所領域にてラインフォーカスが検出される必要はない。
【００５８】
ここで図１と図５の対応を示すと、スルーフォーカス撮影部１８はＦ２，Ｆ３，Ｆ９，Ｆ１１，Ｆ１２を、入力画像正当性判別部１９はＦ４，Ｆ５を、補正必要性判断部２０はＦ６〜Ｆ８を、軸外収差量算出部２１はＦ１０、Ｆ１３〜Ｆ１６を、軸上収差量算出部２２はＦ１７，Ｆ１８を、補正制御量算出部２３と変換係数テーブル２４、及び制御部２６はＦ１９を、最適フォーカス範囲算出部２５はＦ２０を、それぞれ担当する。Ｆ１は、入出力部１５を介してユーザーが行うが、あらかじめ設定された規定値を用いることで省略してもよい。
【００５９】
図１０に自動収差補正ＧＵＩの一例を示す。以下、本ＧＵＩを用いて自動補正を行う手法について説明する。先ず、スルーフォーカス範囲Ｔをスルーフォーカス範囲設定テキストボックス２８で設定し、フォーカス刻み幅Δｆをフォーカス刻み幅テキストボックス２９で設定する。
【００６０】
その後、補正開始ボタン３１を押すことで、図５のＦ２からＦ２０までが自動的に実行される。撮影されたロンチグラムは図１０のロンチグラム表示部２７に表示され、そのときのフォーカス値はフォーカス表示ラベル３０に表示される。ラインフォーカスの検出に成功したかどうかといったステータスはステータスバー３２に表示される。
【００６１】
尚、図５のフローチャートではＣ１，Ａ１，Ｂ２を補正の対象として、軸外デフォーカスと軸外非点に関して数（７）と数（８）を用いたが、５次の収差まで考慮した数（４）と数（５）、あるいはさらに高次の収差までを考慮した式を用い、τの大きい局所領域についても軸外デフォーカスと軸外非点を求めることで、本発明はより高次の収差の測定も可能である。また本発明は、従来方法では測定が困難なほど大きなＡ１とＢ２を補正するときに有効な手段であるが、逆にＡ１とＢ２が非常に小さくて最終的な微調整を行う段階においても、フォーカス刻み幅Δｆを小さくすることで対応可能である。すなわち、まず大きな収差量（Ａ１とＢ２）を補正するために本発明を用い、ある程度収差が小さくなった後にその他の収差補正の装置や方法を用いて最終的な微調整をするなど、目的に応じて複数の装置や方法を組み合わせて使用することができる。また上述したとおり、単独で最終的な微調整まで行ってもよい。
【００６２】
以上、走査型透過電子顕微鏡を例に本発明の一実施の形態を説明したが、本発明はロンチグラム観察手段を備えた他の荷電粒子線装置、例えば透過型電子顕微鏡へ適用することもできる。
【００６３】
このように、本発明によれば、スルーフォーカスさせて取得した複数枚のロンチグラムから収差の特徴量を抽出することで、従来方法では測定が困難なほど大きなＡ１とＢ２が残留した状態からであっても自動収差補正が可能となる。
【符号の説明】
【００６４】
１…電子線源
２…電子線
３，４…照射レンズ
５…調整レンズ
６…収差補正器
７…転写レンズ
８…スキャンコイル
９…対物レンズ
１０…試料
１１…投影レンズ
１２…暗視野像検出器
１３…カメラ
１４…暗視野像観察部
１５…入出力部
１６…ロンチグラム観察部
１７…自動収差補正装置
１８…スルーフォーカス撮影部
１９…入力画像正当性判別部
２０…補正必要性判断部
２１…軸外収差量算出部
２２…軸上収差量算出部
２３…補正制御量算出部
２４…変換係数テーブル
２５…最適フォーカス範囲算出部
２６…制御部
２７…ロンチグラム表示部
２８…スルーフォーカス範囲設定テキストボックス
２９…フォーカス刻み幅テキストボックス
３０…フォーカス表示ラベル
３１…補正開始ボタン
３２…ステータスバー
【図１】
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【図４】
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【図５】
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【図８】
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【図９】
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【図２】
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【図３】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図１０】
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