(57)【要約】【課題】分解能や加工精度を維持した状態のまま、収差測定や収差補正器の調整頻度及び調整１回あたりの調整時間を低減できる荷電粒子線装置を提供する。【解決手段】収差補正器を備える荷電粒子線装置に、収差補正器に起因する収差と収差補正器以外の光学系に起因する収差とを区別し、収差の原因別に光学系及び／又は収差補正器の補正動作を制御する制御部を搭載する。【選択図】図２
2014135227.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子源と、
試料を保持する試料台と、
前記荷電粒子源から射出された荷電粒子線を前記試料に照射する光学系と、
前記光学系の収差を補正する収差補正器と、
前記光学系および前記収差補正器における環境パラメータの変化を検出する環境センサと、
前記環境センサの出力値と収差係数の変化量との関係を格納するデータテーブルと、
前記環境センサの出力値に対応する前記収差係数の変化量に基づいて前記収差補正器に起因する収差と前記光学系に起因する収差とを区別し、前記区別に基づいて前記光学系及び／又は前記収差補正器の補正動作を制御する制御部と
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、
前記制御部は、前記光学系の収差の補正動作を行うか判断した後に、前記収差補正器の補正動作を行うか判断する
ことを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項３】
請求項１に記載の荷電粒子線装置において、
前記制御部は、前記環境センサの出力値に対応する前記収差係数の変化量に基づいて前記光学系の収差補正の必要性を判定し、前記光学系の収差を補正する場合にのみ前記収差補正器の収差補正の必要性を判定する
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、
前記制御部は、前記光学系の収差を補正した後に、前記環境センサの出力値に対応する前記収差係数の変化量に基づいて前記収差補正器の収差補正の必要性を判定し、必要性が認められた場合にのみ前記収差補正器の補正動作を制御する
ことを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項５】
請求項１に記載の荷電粒子線装置において、
前記制御部は、ある１つの励磁条件において、ある１つの傾斜角について複数の方位から撮影される画像の鮮鋭度に基づいて前記収差補正器の収差補正の必要性を判定し、必要性が認められた場合にのみ前記収差補正器の補正動作を制御する
ことを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項６】
請求項５に記載の荷電粒子線装置において、
前記制御部は、前記鮮鋭度の最大値と最小値の差分と閾値を比較し、前記差分が前記閾値より大きいとき、前記収差補正器の収差補正が必要であると判定する
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、
前記制御部は、前記環境センサの検出結果に基づき、ユーザインタフェース画面上に前記光学系の収差補正の有無と前記収差補正器の収差補正の有無とを表示する
ことを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項８】
荷電粒子源と、試料を保持する試料台と、前記荷電粒子源から射出された荷電粒子線を前記試料に照射する光学系と、前記光学系の収差を補正する収差補正器と、前記光学系および前記収差補正器における環境パラメータの変化を検出する環境センサと、前記環境センサの出力値と収差係数の変化量との関係を格納するデータテーブルとを有する荷電粒子線装置の収差補正法において、
制御部が、前記環境センサの出力値に対応する前記収差係数の変化量を前記データテーブルから読み出す処理と、
前記制御部が、読み出された前記収差係数の変化量に基づいて前記収差補正器に起因する収差と前記光学系に起因する収差とを区別し、前記区別に基づいて前記光学系及び／又は前記収差補正器の補正動作を制御する処理と
を有する荷電粒子線装置の収差補正方法。
【請求項９】
請求項８に記載の収差補正方法において、
前記制御部は、前記光学系の収差の補正動作を行うか判断した後に、前記収差補正器の補正動作を行うか判断する
ことを特徴とする荷電粒子線装置の収差補正方法。
【請求項１０】
請求項８に記載の収差補正方法において、
前記制御部は、前記環境センサの出力値に対応する前記収差係数の変化量に基づいて前記光学系の収差補正の必要性を判定し、前記光学系の収差を補正する場合にのみ前記収差補正器の収差補正の必要性を判定する
ことを特徴とする荷電粒子線装置の収差補正方法。
【請求項１１】
請求項８に記載の収差補正方法において、
前記制御部は、前記光学系の収差を補正した後に、前記環境センサの出力値に対応する前記収差係数の変化量に基づいて前記収差補正器の収差補正の必要性を判定し、必要性が認められた場合にのみ前記収差補正器の補正動作を制御する
ことを特徴とする荷電粒子線装置の収差補正方法。
【請求項１２】
請求項８に記載の収差補正方法において、
前記制御部は、ある１つの励磁条件において、ある１つの傾斜角について複数の方位から撮影される画像の鮮鋭度に基づいて前記収差補正器の収差補正の必要性を判定し、必要性が認められた場合にのみ前記収差補正器の補正動作を制御する
ことを特徴とする荷電粒子線装置の収差補正方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の収差補正方法において、
前記制御部は、前記鮮鋭度の最大値と最小値の差分と閾値を比較し、前記差分が前記閾値より大きいとき、前記収差補正器の収差補正が必要であると判定する
ことを特徴とする荷電粒子線装置の収差補正方法。
【請求項１４】
請求項８に記載の荷電粒子線装置において、
前記制御部は、前記環境センサの検出結果に基づき、ユーザインタフェース画面上に前記光学系の収差補正の有無と前記収差補正器の収差補正の有無とを表示する
ことを特徴とする荷電粒子線装置の収差補正方法。
【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関する。
【背景技術】
【０００２】
走査型電子顕微鏡(ＳＥＭ)やイオンビーム加工装置(ＦＩＢ)などの収束荷電粒子線(プローブビーム)を用いる荷電粒子線装置は、プローブビームで試料上を走査することにより、観察領域の画像を取得し又は試料を加工する。これら荷電粒子線装置の分解能や加工精度は、プローブビームの断面の大きさ(プローブ径)により決まり、原理的には当該大きさが小さいほど分解能や加工精度を高めることができる。
【０００３】
これら荷電粒子線装置の光学系においては、回転対称のレンズが使用されている。このため、原則的には、各レンズの軸と絞りの軸を一致させ、対物レンズのフォーカスと非点を調整すれば、プローブ径を極小値に調整することができる。よって、従来装置では、加速電圧など電子ビームの条件が変更された場合に、軸調整作業と観察したい試料の周辺における試料高さに応じたフォーカス及び非点収差の調整作業とを行い、所望の分解能を得ている。
【０００４】
近年、荷電粒子線装置向けの収差補正器の開発が進められ、その実用化が進んでいる。収差補正器は、磁極又は電極で構成される多極子レンズを光軸方向に複数段重ねた構成を有している。収差補正器は、多極子レンズのそれぞれにおいて２極、４極、６極、８極場等の回転非対称の磁場又は電場をプローブビームに対して重畳的に印加し（逆収差を与え）、対物レンズや偏向レンズなどで発生する球面収差や色収差などの各種収差をキャンセルする。
【０００５】
ところが、収差補正器を備えた荷電粒子線装置では、回転対称の光学系であれば影響しない高次の収差に対する影響が顕著になる。このため、荷電粒子線装置の性能を最大限に引き出すには、これら高次の収差も含めてビームに含まれる収差の種類（収差成分）と各収差成分の量を正確に計測し、全ての収差成分が除去されるように収差補正器を適切に調整する必要がある。
【０００６】
しかし、収差補正器の調整には多くの電源の調整が必要であり、その調整作業が煩雑である。このため、一般には、光学系に含まれる収差の量を定量化し、これを打ち消すフィードバック量の算出とフィードバックを自動化する仕組みが採用されている。収差補正器を備える荷電粒子線装置における収差評価方法には、例えば特許文献１に記載の方法がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−１９９９０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１は、取得されたＳＥＭ画像から収差を計測する方法を開示する。特許文献１に記載の方法は、収差係数を測定するために電子線を複数の方向に傾斜させ、各傾斜方向における複数の傾斜点について非点収差及び焦点ずれを測定する必要がある。このように、収差係数を求めるには多数の傾斜点についてずれ情報を測定する必要があり、測定時間が非常に長くなる問題がある。しかも、各収差の補正に必要となる場は、互いに独立ではない。このため、ある収差を小さくすると、他の収差が大きくなることが起こり得る。そこで、通常は、フィードバック処理を複数回繰り返し、徐々に全ての収差を最適化する手法が採用されている。このように、収差補正器を備える荷電粒子線装置における収差の測定や収差補正器の電源調整は複雑であり、通常の回転対称のレンズを調整する場合に比べ、非常に長い作業時間を必要とする。しかも、従来装置では、収差測定を含む調整レシピが定期的に実行される。
【０００９】
このため、収差補正器の電源調整に要する時間をなるべく短縮したいという要求がある。特に、長時間の連続運転や無人運転が要求される測長ＳＥＭ（ＣＤ−ＳＥＭ：critical dimension SEM）に収差補正器を搭載する場合、収差補正器の調整作業が測長結果の再現性やスループットの低下に通じるため、可能な限り収差補正器の調整作業を実行しないことが望まれる。
【００１０】
また、長時間運転が前提の測長ＳＥＭにおいては、運転中に使用環境が変化する可能性があり、その場合、収差補正器以外の光学系にずれが生じる可能性がある。ところが、特許文献１に記載の方法は、対物レンズを通過した荷電粒子線で走査した試料画像を用いて収差係数を評価するため、得られた収差係数は電子ビームが通過したコンデンサレンズ、収差補正器、対物レンズといった全光学系の影響が含まれる。すなわち、ある収差成分が拡大した場合にも、その原因が光学系のどの要素によるものか特定することができなかった。このため、従来装置では、収差補正器に起因しない収差ずれについても収差補正器を用いて一括的に調整することになり、結果的に収差測定及び収差補正器の調整に時間がかかるという問題があった。
【００１１】
そこで、本発明は、分解能や加工精度を維持した状態のまま、収差測定や収差補正器の調整頻度及び調整１回あたりの調整時間を低減できる荷電粒子線装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために、本発明に係る収差補正器を備える荷電粒子線装置は、収差補正器に起因する収差と収差補正器以外の光学系に起因する収差とを区別し、収差の原因別に光学系及び／又は収差補正器の補正動作を制御する制御部を有する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、収差補正器の電源調整の頻度及び調整１回あたりの調整時間を低減でき、結果的に荷電粒子線装置の稼働率を向上させることができる。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】
【００１４】
【図１】実施例１に係る走査型電子顕微鏡の構成を示す図。
【図２】実施例１に係る走査型電子顕微鏡による調整手順を説明するフローチャート。
【図３】温度変化ΔＴと対物レンズフォーカスずれの関係を示す図。
【図４】気圧変化ΔＰと対物レンズフォーカスずれの関係を示す図。
【図５】実施例５に係る走査型電子顕微鏡による調整手順を説明するフローチャート。
【図６】温度変化ΔＴと収差係数の変化量との関係を格納するテーブルの図。
【図７】単位歪量ΔＤと収差係数の変化量との関係を格納するテーブルの図。
【図８】実施例６に係る走査型電子顕微鏡の構成を示す図。
【図９】実施例６に係る走査型電子顕微鏡による調整手順を説明するフローチャート。
【図１０Ａ】１つの傾斜角について複数の方位から電子線を入射させて試料画像を撮像する場合に対物レンズの励磁変化に起因した画像鮮鋭度分布を示す図（実施例６）。
【図１０Ｂ】１つの傾斜角について複数の方位から電子線を入射させて試料画像を撮像する場合に対物レンズの励磁変化に起因した画像鮮鋭度分布を示す図（実施例６）。
【図１１】図１０Ａおよび図１０ＢにおいてΔｆ＝０の場合における画像鮮鋭度の方位角方向の変化を示す図（実施例６）。
【図１２】実施例６による簡易評価手順の詳細を説明する図。
【図１３】ＧＵＩ画面例を説明する図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
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。
【００１６】
（実施例１）
（装置構成）
発実施例では、４極子−８極子系の電磁界重畳型収差補正器を備える走査型電子顕微鏡(ＳＥＭ)について説明する。なお、本実施例では、収差補正器の調整要否を判断するための情報を取得するための環境センサとして、温度センサを使用する場合について説明する。
【００１７】
図１に、実施例に係る走査型電子顕微鏡の構成例を示す。図１に示す走査型電子顕微鏡では、ＳＥＭカラム１００内の電子銃１から放出された電子線が、コンデンサレンズ２、２段偏向コイル３を通過した後、収差補正器４に入射する。コンデンサレンズ２は、プローブビームの径と電流量を調整する機能を持つ。２段偏向コイル３は、電子線の軸を収差補正器４に対して調整する機能を持つ。収差補正器４は、４段の多極子レンズを電子線の軸方向に重ねた構成を有し、前述の通り、各種の収差成分を補正する機能を持つ。
【００１８】
収差補正器４を通過した電子線は、軸調整用偏向コイル５、非点収差補正コイル６を順番に通過し、その光軸及び非点収差が調整される。さらに、電子線は、走査コイル７及び対物レンズ８を順番に通過し、試料台９に載置された試料１０の所定位置に入射される。電子線の試料１０上における照射位置は、走査コイル７により走査される。また、電子線は対物レンズ８により試料１０の表面に収束される。
【００１９】
電子線の照射位置からは２次電子や反射電子などの二次荷電粒子が放出される。二次荷電粒子は検出器１１において検出され、二次荷電粒子信号として画像形成部１２に出力される。画像形成部１２は、二次荷電粒子信号を信号増幅、Ａ／Ｄ変換等を適用することにより、二次荷電粒子信号を輝度分布方式の画像データに変換し、画像表示装置１３に出力する。また、この画像データは輝度分布データとして、収差補正器制御部１０１のメモリ１４に蓄積される。収差補正器制御部１０１は、メモリ１４、収差係数評価部１５、収差補正対象判断・評価部１６、収差係数変換テーブル１７で構成される。
【００２０】
本実施例に係る走査型電子顕微鏡は、対物レンズ８の物点に入射する電子線を、対物レンズ８の光軸に対して傾斜させる機能を有している。当該機能は、収差補正器４の空間上方に配置された２段偏向コイル３により実現される。２段偏向コイル３により、電子線の中心軸が対物レンズ８の光軸に対して傾斜角τと方位角θを有する電子線を作り出すことができる。
【００２１】
本実施例の場合、ＳＥＭカラム１００の外側面には、顕微鏡が設置されている環境での温度を測定するための温度センサ３０が取り付けられている。温度センサ３０のセンサ出力は、環境変動制御判断部３１に送信される。環境変動制御判断部３１は、センサ出力に基づいて環境変動に起因する対物レンズ８の調整量を求め、対物レンズ電源制御部３２にフィードバックし、対物レンズ８の出力を変更する。
【００２２】
本実施例の場合、環境変動制御判断部３１は、対物レンズ８の駆動条件の調整が必要であると判定された場合に限り、対物レンズ８の調整量を算出し、算出された調整量を対物レンズ電源制御部３２に出力する。また、本実施例における環境変動制御判断部３１は、駆動条件の調整についての判定結果を収差補正器制御部１０１に出力する。この際、環境変動制御判断部３１は、温度センサ３０のセンサ出力又はその変動情報も収差補正器制御部１０１に出力する。もっとも、判定結果を収差補正器制御部１０１に出力しない構成とすることもできる。
【００２３】
ここで、温度センサ３０を使用する理由を説明する。ＳＥＭカラム１００を構成する金属材料は、顕微鏡が設置された環境内の温度変化により膨張又は収縮する。この膨張又は収縮により光学レンズ間の距離はわずかに変化する。例えば電子レンズの磁路材料としてよく用いられるパーマロイは、10-6〜10-5／K台の熱膨張係数を有し、カラム長が1m程度の場合、およそ1Kあたり数μm（ミクロン）の寸法変化を生じる。
【００２４】
このため、実験室内の温度が0.1K単位で制御されていたとしても、カラム全体の寸法変化は数１００nm（ナノメートル）となる。この場合、対物レンズ８に与える電流が一定値であるとしても、環境温度の変化により軌道はわずかに変化し、電子線の軌道が理想的な経路から外れてしまう。また、レンズ寸法が変化することにより、レンズ磁場の分布が変化する。また、これら機械的寸法変化の他、レンズ用コイル電源の温度ドリフトも電子線の軌道に影響を及ぼす。
【００２５】
そこで、本実施例では、温度変動による対物レンズ８のフォーカス値変動を予測し、補償値を装置にフィードバックすることにより、温度変動による収差のずれのうち対物レンズ８に起因するずれを消去する。なお、本実施例では、対物レンズ８のデフォーカスに着目するが、温度センサ３０のセンサ出力を、軸ずれ、非点収差等の調整に使用しても良い。因みに、軸ずれを調整する場合には補償値をコンデンサレンズ２にフィードバックし、非点収差を調整する場合には補償値を２段偏向コイル３にフィードバックする。
【００２６】
上述の説明では、温度センサ３０をＳＥＭカラム１００に取り付けているが、気圧センサや歪ゲージ等をＳＥＭカラム１００に取り付ける構成でも構わない。ここでの気圧センサは真空隔壁の内外における圧力差を検出するセンサであり、歪ゲージはＳＥＭカラム１００の歪を検出するセンサである。
【００２７】
本実施例では温度センサ３０をＳＥＭカラム１００の外側面に取り付けているが、設置環境の変動の影響（コイルの発熱等の影響を含む）を受け易い場所であれば、任意の場所に取り付けることができる。例えば電子銃１から対物レンズ８に入射するまでの経路に対応するＳＥＭカラム１００の外側面又はＳＥＭカラム１００の内側であって真空隔壁外側に取り付けても良い。
【００２８】
収差補正器制御部１０１は、メモリ１４に蓄積された画像データ（輝度分布データ）を用いて収差補正器４の制御量を決定し、当該制御量を実現するための制御信号を収差補正器電源１８に出力する。具体的には、収差係数評価部１５が、メモリ１４に蓄積された画像データを用いて収差係数を測定し、測定された収差係数を収差補正対象判断・評価部１６に転送する。
【００２９】
本実施例の場合、収差係数評価部１５は、環境変動制御判断部３１から対物レンズ８の駆動条件の調整についての判定結果を入力し、調整が必要である場合に限って以下の処理を実行する。もっとも、環境変動制御判断部３１から判定結果の内容によらず、収差係数評価部１５は、以下の処理を実行する方式を採用することも可能である。
【００３０】
収差補正対象判断・評価部１６は、収差係数評価部１５で算出された収差係数の中から優先的に補正すべき収差を選択する処理と、収差係数変換テーブル１７を参照して選択した収差を補正するために多極子レンズに与える電流・電圧の制御量を決定し、当該結果を制御信号として収差補正器電源１８に出力する処理とを実行する。
【００３１】
収差補正器電源１８は、制御信号に基づいて、収差補正器４を構成する多極子レンズの電流及び電圧を変更し、対物レンズ８以外の光学素子に起因する収差を補正する。
【００３２】
（調整手順）
図２に、収差補正器４を搭載する荷電粒子線装置の調整手順例を示す。なお、以下の説明では、光学系の軸調整及び収差補正器４の調整は使用開始時点において既に済んでおり、プローブビームは十分に収束された状態にあるものとする。また、出力調整後十分な時間が経過しており、レンズ電流及び電圧は電源の入力値変化に対する変動に対して平衡状態にあるものとする。この状態で、試料の観察が開始される。
【００３３】
環境変動制御判断部３１は、装置使用開始時のセンサ出力値t1を取得する（ステップＳ１）。試料観察を一定時間継続し（ステップＳ２）、再びセンサ出力値t2を取得する（ステップＳ３）。環境変動制御判断部３１は、観察開始から一定時間経過後のセンサ出力の差|t2-t1|を算出し、当該差分が閾値未満か否かを判定する（ステップＳ４）。
【００３４】
ここで、肯定結果が得られた場合、環境変動制御判断部３１は、現設定のままでの使用続行すべきと判断する（ステップＳ５）。すなわち、環境変化が十分に小さい場合には、対物レンズ８の調整に必要な処理（ステップＳ６、Ｓ７）だけでなく、収差補正の必要性を判定する処理（ステップＳ８〜ステップＳ１１）をスキップする。換言すると、必要性の低い収差補正の実行を回避し、そのために必要な長時間の調整処理をスキップする。
【００３５】
一方、否定結果が得られた場合、環境変動制御判断部３１は、センサ出力の差|t2-t1|に基づいて環境変動による対物レンズ８のずれ量を予測し、予測されたずれ量を補正するために必要な補償電流量（調整量）を計算する(Ｓ６)。
【００３６】
算出された補正電流量（調整量）は、対物レンズ電源制御部３２に与えられる。対物レンズ電源制御部３２は、例えば図３に示す関係を格納するテーブルに基づいて対物レンズ電源制御値を決定する。図３に示すグラフの横軸は、補正電流量（調整量）である。当該値は、前述の通り、温度変動に応じたフォーカス値の変動情報を与える。グラフの縦軸は、収差補正量に応じた対物レンズ電源制御値である。図３の場合、補正電流量と対物レンズ電源制御値との間には線型の関係がある。なお、グラフの原点は初期調整時の情報を与えている。また、本実施例では発熱による温度上昇だけを想定している。
【００３７】
図３に示す関係は、例えば同じ光学系を有する別の走査型電子顕微鏡を使用し、収差補正器を稼動させない状態でのデータを事前に取得することで求めておく、又は、シミュレーションを通じて事前に取得しておく。対物レンズ電源制御部３２は、決定された対物レンズ電源制御値を対物レンズ電源に送信し、当該制御値に基づいて対物レンズ電流を補正する（ステップＳ７）。上記一連の動作により、環境変化（本実施例では温度変化）によって光学系に生じるずれのうち対物レンズ８に起因するずれが消去される。この制御以降、光学系に残留するずれは、収差補正器４に起因するずれが支配的になる。
【００３８】
次に、収差補正器制御部１０１は、複数の傾斜方向について電子線を試料１０に入射させて画像を取得することにより収差を測定し（ステップＳ８）、収差補正器４のずれ量を評価する（ステップＳ９）。ここでの測定動作は、従来装置と同様である。評価の結果、現在の収差が十分に小さく補正動作が不要であると判断された場合、収差補正器制御部１０１は、現設定のままでの使用続行すべきと判断する（ステップＳ１０）。これに対し、補正動作が必要であると判断された場合、収差補正器制御部１０１は、測定結果に従って収差補正器４の調整を実行する（ステップＳ１１）。具体的には、収差補正器４の多極子場収差補正器用偏向コイルに供給する電流値を調整する。
【００３９】
以上の調整動作により、走査型電子顕微鏡(ＳＥＭ)は、プローブビームが十分に収束された状態に再び調整される。
【００４０】
（まとめ）
本実施例に係る走査型電子顕微鏡では、収差測定を実施する前に、温度センサ３０から取得した環境情報（初期状態からの温度変化ΔＴ）に従って収差補正の必要性を判断する（ステップＳ４）。このため、環境変動が小さく（温度変化が小さく）光学系の補正の必要性がないと判断された場合には、後続する調整動作をスキップすることができる。この結果、収差補正器４の電源調整頻度を低減することができる。
【００４１】
また、本実施例に係る走査型電子顕微鏡では、環境変動が大きく光学系の補正が必要であると判断された場合でも、収差測定を実施する前に温度センサ３０から取得した環境情報（初期状態からの温度変化ΔＴ）に従って対物レンズ８に起因する収差を先に消去する。このため、収差測定時（ステップＳ８）には、少なくとも対物レンズ８に起因する収差が解消された状態で（すなわち、収差補正器４に起因する収差が支配的な状態で）、収差の測定及び収差の調整作業を実施することができる。このため、対物レンズ８に起因するずれを収差補正器４で調整する必要を無くすことができる。この結果、収差補正器４による調整時間を大幅に低減することができる。そして、結果的に走査型電子顕微鏡の稼働率を向上させることができる。
【００４２】
（実施例２）
実施例１では、温度センサ３０の検出結果に基づいて対物レンズ８に起因する収差成分を評価し補正しているが、他の環境センサ（例えば気圧センサ、歪ゲージ）の検出結果に基づいて対物レンズ８に起因する収差成分を評価し補正しても良い。参考までに、図４に、気圧変化ΔＰと対物レンズ電源制御値との関係を示す。環境センサとして気圧センサを用いる場合、対物レンズ電源制御部３２は、図４に示す関係に基づいて対物レンズ電源制御値を決定すれば良い。勿論、気圧変化ΔＰが小さい場合には、収差補正を行うことなく、使用を続行すれば良い。
【００４３】
（実施例３）
実施例１では、温度センサ３０の検出結果に基づいて対物レンズ８に起因する収差成分を評価し補正しているが、他の環境センサ（例えば気圧センサ、歪ゲージ）もＳＥＭカラム１００に取り付けられている場合には、これらの検出結果も統合的に判断して対物レンズ８に起因する収差成分を補正しても良い。
【００４４】
（実施例４）
実施例１では、環境センサの１つである温度センサ３０の検出結果に基づいて対物レンズ８を調整し、フォーカスずれを主に補正しているが、対物レンズ８の軸ずれについて補正しても良い。この場合には、温度変化ΔＴと対物レンズ８の軸ずれの補正に必要な制御値との関係に基づいて対物レンズ８の軸ずれ調整用偏向コイルを制御すれば良い。
【００４５】
（実施例５）
実施例１では、対物レンズ８の調整後、常に収差補正器４の収差を測定しているが、収差の測定にも長時間を必要とする。そこで、本実施例では、収差補正器４の収差を測定する前にずれ量を簡易的に評価（予測）し、その評価結果に基づいて収差補正器４の調整の必要性を判断する手法の一例を説明する。
【００４６】
以下では、実施例１との相違点についてのみ説明する。図５に、本実施例に係る荷電粒子線装置の調整手順例を示す。図５には、図２との対応部分に同一符号を付して示す。相違点は、ステップＳ７とステップＳ８の間に実行される収差簡易評価処理（ステップＳ１２）と、その後に実行される評価結果の判定処理（ステップＳ１３）である。
【００４７】
本実施例の場合、対物レンズ８が調整された後であって収差の測定前に、収差補正器制御部１０１が簡易的に収差測定の必要性を評価する（ステップＳ１２）。本実施例の場合、評価には、温度センサ３０で測定された温度変化ΔＴを使用する。収差補正器制御部１０１は、例えば図６に示すテーブルに従って温度変化ΔＴに応じた初期状態からの収差係数の変化量の情報を取得する。
【００４８】
図６に示すテーブルには、温度変化ΔＴに対して、８種類の収差係数「像移動」、「焦点ずれ」、「２回対称非点」、「３回対称非点」、「コマ」、「４回対称非点」、「スター」、「球面収差」の変化量が対応付けられて格納されている。これらの対応関係は、例えば同じ光学系を有する別の走査型電子顕微鏡を使用し、収差補正器を稼動させない状態でのデータを事前に取得することで求めておく、又は、シミュレーションを通じて事前に取得しておく。
【００４９】
なお、環境センサとして歪ゲージを使用する場合には、図７に示すテーブルを参照し、初期状態からの変化量を計算する。なお、図７は、歪量に対して線型に収差量が変化する場合を想定している。図７に示すテーブルの場合も、単位歪量に対して８種類の収差係数「像移動」、「焦点ずれ」、「２回対称非点」、「３回対称非点」、「コマ」、「４回対称非点」、「スター」、「球面収差」の変化量が対応付けられて格納されている。
【００５０】
ステップＳ１２において、現在時点における各収差係数についての変化量が求まると、収差補正器制御部１０１は、各収差係数について求めた変化量と対応する閾値とを個別に比較し、いずれの値も閾値未満か否かを判定する（ステップＳ１３）。８種類の収差係数全ての変化量が対応する閾値未満である場合、収差補正器制御部１０１は、現設定のままで使用続行すべきと判断する（ステップＳ１４）。
【００５１】
これに対し、ステップＳ１３において否定結果が得られた場合、収差補正器制御部１０１は、実施例１の場合と同様に、収差の測定処理を実行する（ステップＳ８）。以下の処理動作は実施例１の場合と同様である。
【００５２】
本実施例の場合、対物レンズ８の調整が必要であっても、収差補正器４の調整は必要が無い場合については収差測定を実行せずに済ませることができる。このため、実施例１の場合以上に調整時間の短縮と走査型電子顕微鏡の稼働率の向上とを実現することができる。
【００５３】
（実施例６）
（装置構成）
引き続き、収差測定の実行前に、収差補正器のずれを簡易的に評価する方法について説明する。図８に、本実施例に係る走査型電子顕微鏡の構成例を示す。図８には、図１との対応部分に同一符号を付して示す。なお、本実施例における走査型電子顕微鏡は、測長ＳＥＭとして使用される場合を想定する。測長ＳＥＭは、画素計算により測定した画像データ上の２点間の距離を計測する装置である。以下、相違点についてのみ説明する。
【００５４】
本実施例における測長ＳＥＭには、試料１０を試料室内に導入するための試料準備室１０２と、試料搬送機構５３と、電子線に加速電界を印加するブースティング電極５０と、電子線に減速電界を印加するリターディング電極５２とが備えられている。ブースティング電極５０は対物レンズ８の上方に取り付けられており、リターディング電極５２は試料台９に接続されている。
【００５５】
ここで、試料準備室１０２と装置本体の試料室とは、ゲートバルブ５４とで区切られている。試料１０を試料室内に導入する場合、ゲートバルブ５４が開き、試料搬送機構５３によって試料１０が試料室内に導入される。試料１０の位置調整は、試料台９に設置された標準試料５１を用いて実施される。
【００５６】
（調整手順）
図９に、本実施例に係る荷電粒子線装置による調整手順例を示す。図９には、図２との対応部分に同一符号を付して示している。本実施例の場合も、実施例５と同様、ステップＳ７とステップＳ８の間に収差簡易評価処理（ステップＳ１５）と、評価結果の判定処理（ステップＳ１６）を実行する。ただし、処理内容が実施例５とは異なっている。以下、詳細に説明する。
【００５７】
本実施例の場合、収差補正器制御部１０１は、ステップＳ１５において、１つの励磁条件についてのみ複数の方位から光軸に対して傾斜した電子線を入射させた場合に取得される画像鮮鋭度に基づいて画像劣化の程度を評価する。因みに、通常の収差測定では、さらに励磁条件も可変して画像鮮鋭度の変化を求め、厳密な意味での収差係数の値を算出する。
【００５８】
まず、図１０Ａ及び図１０Ｂに、１つの傾斜角について複数の方位から電子線を入射させて試料画像を撮像する場合における対物レンズの励磁変化に起因した画像鮮鋭度の分布を示す。この実施例の場合、光学系の光軸に対する傾斜角は２段偏向コイル３を用いて設定する。図１０Ａ及び図１０Ｂのグラフに示す複数の曲線は、試料１０に入射する電子線の方位角が異なる以外、同じ条件で取得される。すなわち複数の曲線の取得時における光学条件及び試料条件は同一である。画像鮮鋭度が最も高い対物レンズ励磁の位置がフォーカスが最も合っている条件であり、これをジャストフォーカス条件と呼ぶ。
【００５９】
図１０Ａは、収差補正が十分に行われておらず、光学系の収差が大きい状態を示している。図１０Ｂは、収差補正が進んで光学系の収差が減少した状態を示している。図１０Ａ及び図１０Ｂを比較すると次のことが分かる。
(i) 光学系の収差が多い場合、電子線傾斜時のジャストフォーカス条件の対物レンズ励磁は、方位角によって大きく変動する。
(ii)収差が小さい場合、ジャストフォーカス条件の対物レンズ励磁の変動は小さい。
【００６０】
なお、収差係数を測定する場合には、このジャストフォーカス点の移動量から収差に起因する電子線傾斜時の焦点ずれ量及び非点収差量を定量化し、関数フィッティングすることで収差係数を計算する。
【００６１】
ところで、このグラフをある固定の対物レンズ励磁について見ると、収差が大きい条件では画像鮮鋭度の方位角による変動が大きく現われるのに対し、収差が小さい条件では方位角を変えても画像鮮鋭度の値はあまり変化しないことがわかる。
【００６２】
図１１に、図１０Ａ及び図１０Ｂのそれぞれについて、Δｆ＝０における画像鮮鋭度の方位角方向の変化を示す。図１１からは、収差が大きい条件では画像鮮鋭度の方位角による変化幅が大きく、収差が小さい条件では方位角による変化幅も小さいことが分かる。すなわち、ある固定の対物レンズ励磁条件において複数の方位から光軸に対して傾斜した電子線を試料１０に照射し、撮影された画像の鮮鋭度の変化幅を評価すれば、収差量の増減を定性的に把握することができる。
【００６３】
そこで、本実施例では、電子線を傾斜させた場合における画像の鮮鋭度の変化を測定し、収差量を簡易に診断する。図１２に、ステップＳ１５及びＳ１６で実行される処理動作の詳細を示す。当該処理動作は、収差補正器制御部１０１又は装置全体の動作を制御する制御部（以下「全体制御部」という）により実行される。以下では、収差補正器制御部１０１と全体制御部を区別せず、単に制御部という。
【００６４】
まず、制御部は、収差補正器４の上方に位置する２段偏向コイル３の電流値を調整し、電子線の傾斜角及び方位角を設定する（ステップＳ１０１、Ｓ１０２）。次に、制御部は、傾斜させた電子線を試料１０上で走査させて画像を撮影し、メモリ１４に保存する（ステップＳ１０３）。制御部は、得られた画像を微分処理し、画像鮮鋭度を計算する（ステップＳ１０４）。制御部は、これらの動作を１サイクルとし、方位角を変えならが、光軸に対して一周分の画像を撮影する（ステップＳ１０５）。
【００６５】
１周分の画像が撮影されると、制御部は、画像鮮鋭度が最大となる時の方位角における画像鮮鋭度Amaxと画像鮮鋭度が最小となる時の方位角における画像鮮鋭度Aminを求め、両者の差|Amax-Amin|を計算する（ステップＳ１０６）。ここで算出された値を、評価値として使用する。
【００６６】
次に、制御部は、評価値が予め設定した閾値を超えているか否かを判定する（ステップＳ１６）。評価値が予め設定した閾値を越えている場合、制御部は、収差に起因する傾斜時のデフォーカス量が拡大しており、収差補正器４の再調整が必要であると判断し、ステップＳ８に移行する。ステップＳ８では、実施例１で説明したように、収差補正器４の収差測定を実施し、具体的に増えた収差の種類及びその係数を求める。これに対し、評価値が予め設定した閾値を越えていない場合、制御部は、収差補正器４の再調整は必要でないと判断し、ステップ１７に移行する。
【００６７】
なお、本実施例では傾斜時の画像鮮鋭度変化の評価に最大値と最小値の差を利用したが、画像鮮鋭度の分散、標準偏差などを利用してもよい。
【００６８】
（まとめ）
本実施例の場合にも、実施例５の場合と同様に、収差測定を実行する前に、収差補正の要否を判断できる。このため、本実施例の場合にも、収差補正器４の再調整が必要な場合にのみ収差の測定を実行することにより、調整時間の短縮と走査型電子顕微鏡の稼働率の向上とを実現することができる。なお、本実施例の場合には、ある固定の対物レンズ励磁条件に基づいて実際に測定された結果に基づいて収差補正の必要性を評価するため、実施例５に比してより正確な評価を行うことができる。
【００６９】
（実施例７）
図１３に、各実施例で使用して好適なＧＵＩ画面例を示す。ＧＵＩ画面２００は、画像表示装置１３に表示する。なお、ＧＵＩ画面２００は、制御部において作成され、画像表示装置１３に出力される。ＧＵＩ画面２００は、処理結果の確認用に表示される画面の一例である。
【００７０】
ＧＵＩ画面２００は、環境変化の検出に使用する又は使用された環境センサの確認欄２０１と、環境変化の評価確認欄２０２と、対物レンズ系へのフィードバックの有無確認欄２０３と、収差補正ずれフィードバックの有無確認欄２０４とで構成される。環境変化の評価確認欄２０２には、環境変化が閾値以内か否かの情報が表示される。これらの表示内容から、作業者は、各確認時点における走査型電子顕微鏡の状態を確認することができる。例えば図１３の場合、対物レンズに起因する収差のずれは大きいため調整を行ったが、収差補正器４に起因する収差のずれは小さいため調整を行わなかったことが分かる。
【００７１】
（他の実施例）
以上、本発明を様々な実施例に応用する場合について説明したが、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。例えば上述の実施例は、本発明を分かりやすく説明するために、一部の実施例を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。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。
【００７２】
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。
【００７３】
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】
【００７４】
１  電子銃
２  コンデンサレンズ
３  ２段偏向コイル
４  収差補正器
５  軸調整用偏向コイル
６  非点収差補正コイル
７  走査コイル
８  対物レンズ
１５  収差係数評価部
１６  収差補正対象判断・評価部
１７  収差係数変換テーブル
１８  収差補正器電源
３０  温度センサ
３１  環境変動制御判断部
３２  対物レンズ電源制御部
１０１  収差補正器制御部
【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１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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