(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子線源と、
前記電子線源から放出された電子線を偏向して、試料に対する前記電子線の入射角度を変えるための偏向部と、
前記試料を透過した前記電子線で電子顕微鏡像を結像するための対物レンズと、
前記偏向部および前記対物レンズを制御する制御部と、
を含み、
前記制御部は、
前記試料に対する前記電子線の入射角度を所定角度だけ変化させる前後での像のシフトを表す像シフトベクトルを、前記対物レンズのレンズ電流を変化させて、複数取得する処理と、
複数の前記像シフトベクトルに基づいて、前記電子線の入射角度を前記所定角度だけ変化させる前後での像のシフト量が最も小さくなる最小像シフトベクトルを算出する処理と、
前記最小像シフトベクトルに基づいて、前記対物レンズのレンズ電流を求める処理と、を行い、
前記対物レンズのレンズ電流をＩ０，Ｉ１，・・・，Ｉｎ（ｎは２以上の整数）と変化させたときの前記像シフトベクトルを（ｘ０，ｙ０），（ｘ１，ｙ１），・・・，（ｘｎ，ｙｎ）とした場合に、
前記制御部は、前記最小像シフトベクトルを算出する処理において、
（ｘ０，ｙ０），（ｘ１，ｙ１），・・・，（ｘｎ，ｙｎ）を、所定の関数ｙ＝ｆ（ｘ）で近似し、
当該所定の関数ｙ＝ｆ（ｘ）と原点（０，０）との間の距離が最小となる前記最小像シフトベクトル（ｘｍｉｎ，ｙｍｉｎ）を算出する、電子顕微鏡。
【請求項２】
請求項１において、
前記制御部は、前記対物レンズのレンズ電流を求める処理において、
（ｘ０，Ｉ０），（ｘ１，Ｉ１），・・・，（ｘｎ，Ｉｎ）を、所定の関数Ｉ＝ｆ（ｘ）で近似し、
当該所定の関数Ｉ＝ｆ（ｘ）にｘｍｉｎを代入して、前記対物レンズのレンズ電流を求める、電子顕微鏡。
【請求項３】
電子顕微鏡における焦点合わせ方法であって、
試料に対する電子線の入射角度を所定角度だけ変化させる前後での像のシフトを表す像シフトベクトルを、対物レンズのレンズ電流を変化させて、複数取得する工程と、
複数の前記像シフトベクトルに基づいて、前記電子線の入射角度を前記所定角度だけ変化させる前後での像のシフト量が最も小さくなる最小像シフトベクトルを算出する工程と、
前記最小像シフトベクトルに基づいて、前記対物レンズのレンズ電流を求める工程と、を含み、
前記対物レンズのレンズ電流をＩ０，Ｉ１，・・・，Ｉｎ（ｎは２以上の整数）と変化させたときの前記像シフトベクトルを（ｘ０，ｙ０），（ｘ１，ｙ１），・・・，（ｘｎ，ｙｎ）とした場合に、
前記最小像シフトベクトルを算出する工程では、
（ｘ０，ｙ０），（ｘ１，ｙ１），・・・，（ｘｎ，ｙｎ）を、所定の関数ｙ＝ｆ（ｘ）で近似し、
当該所定の関数ｙ＝ｆ（ｘ）と原点（０，０）との間の距離が最小となる前記最小像シフトベクトル（ｘｍｉｎ，ｙｍｉｎ）を算出する、焦点合わせ方法。
【請求項４】
請求項３において、
前記対物レンズのレンズ電流を求める工程では、
（ｘ０，Ｉ０），（ｘ１，Ｉ１），・・・，（ｘｎ，Ｉｎ）を、所定の関数Ｉ＝ｆ（ｘ）で近似し、
当該所定の関数Ｉ＝ｆ（ｘ）にｘｍｉｎを代入して、前記対物レンズのレンズ電流を求める、焦点合わせ方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子顕微鏡および焦点合わせ方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
透過電子顕微鏡（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ、ＴＥＭ）は、試料に電子線を照射し、試料を透過した電子線を対物レンズで結像させて像を得、その像を中間レンズおよび投影レンズで拡大して、試料拡大像を観察する装置である。
【０００３】
透過電子顕微鏡は、自動焦点合わせの機能を有している。自動焦点合わせ方法として、試料に対する電子線の入射角度を変化させて焦点合わせを行う方法、すなわち、電子線傾斜による焦点合わせ方法が知られている。例えば、特許文献１には、試料への電子線の入射角度がθ１のときの試料画像Ａと、試料への電子線の入射角度がθ２のときの試料画像Ｂとを取得し、試料画像Ａと試料画像Ｂの相互相関関数を計算して２画像間の位置ずれ量δを求め、当該位置ずれ量δに基づいて焦点合わせを行うようにした焦点合わせ方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−５５１４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図６は、参考例に係る自動焦点合わせの方法の一例を示すフローチャートである。
【０００６】
透過電子顕微鏡において像を観察している状態で自動焦点合わせを開始すると、最初に、対物レンズのレンズ電流ＩＯＬの変更ステップΔＩＯＬと電子線チルト調整用偏向コイルのコイル電流ＩＴＩＬＴの変更ステップΔＩＴＩＬＴを算出する（ステップＳ２００）。電子線チルト調整用偏向コイルは、試料に対する電子線の入射角度を調整するためのコイルである。
【０００７】
次に、対物レンズのレンズ電流をＩＮ＝ＩＯＬ−（Ｎ−１）ΔＩＯＬ（ただし、Ｎ＝０，１，２とする）に設定し、電子線チルト調整用偏向コイルの電流をＩＴＩＬＴ＋ΔＩＴＩＬＴ、ＩＴＩＬＴ−ΔＩＴＩＬＴに設定して、像を取得する（ステップＳ２０２〜ステップＳ２１６）。すなわち、対物レンズのレンズ電流Ｉ０，Ｉ１，Ｉ２の各々について、電子線チルト調整用偏向コイルのコイル電流をＩＴＩＬＴ＋ΔＩＴＩＬＴに設定したときの第１傾斜像、および、電子線チルト調整用偏向コイルの電流をＩＴＩＬＴ−ΔＩＴＩＬＴに設定したときの第２傾斜像を取得する。
【０００８】
次に、第１傾斜像と第２傾斜像との間での像のシフトを表す像シフトベクトル（ｘｉ，ｙｉ）（ｉ＝０，１，２）を、相互相関関数を用いて算出する（ステップＳ２１８）。すなわち、ここでは、対物レンズのレンズ電流Ｉ０のときの像シフトベクトル（ｘ０，ｙ０）、対物レンズのレンズ電流Ｉ１のときの像シフトベクトル（ｘ１，ｙ１）、および対物レンズのレンズ電流Ｉ２のときの像シフトベクトル（ｘ２，ｙ２）が算出される。
【０００９】
次に、算出された像シフトベクトル（ｘ０，ｙ０），（ｘ１，ｙ１），（ｘ２，ｙ２）の各々から、シフト量Ｌｉを、下記式（１）を用いて算出する（ステップＳ２２０）。
【００１０】
【数１】
0006637371.tif 000002
【００１１】
式（１）からシフト量Ｌｉを算出した後、像のシフトの向きを決定する。具体的には、像シフトベクトル（ｘ０，ｙ０）と像シフトベクトル（ｘ１，ｙ１）の内積を算出し（ステップＳ２２４）、内積が負の場合、像シフトベクトル（ｘ１，ｙ１）は像シフトベクトル（ｘ０，ｙ０）と逆向きであるためＬ１＝−Ｌ１とし、内積が正の場合、像シフトベクトル（ｘ１，ｙ１）は像シフトベクトル（ｘ０，ｙ０）と同じ向きであるためＬ１＝＋Ｌ１とする。同様に、像シフトベクトル（ｘ０，ｙ０）と像シフトベクトル（ｘ２，ｙ２）の内積を算出し（ステップＳ２２４）、内積が負の場合、像シフトベクトル（ｘ２，ｙ２）は像シフトベクトル（ｘ０，ｙ０）と逆向きであるためＬ２＝−Ｌ２とし、内積が正の場合、像シフトベクトル（ｘ２，ｙ２）は像シフトベクトル（ｘ０，ｙ０）と同じ向きであるためＬ２＝＋Ｌ２とする。
【００１２】
次に、（Ｉ０，Ｌ０），（Ｉ１，Ｌ１），（Ｉ２，Ｌ２）をｙ＝ａｘ＋ｂで直線近似し、ｙ＝０（像のシフト量が０）となるｘの値−ｂ／ａを算出して、対物レンズのフォーカス電流Ｉｆを求める（ステップＳ２２６）。フォーカス電流Ｉｆは、試料に焦点があった状態（ジャストフォーカス）にするための対物レンズのレンズ電流である。
【００１３】
最後に、算出された対物レンズのフォーカス電流Ｉｆを、対物レンズのレンズ電流として設定する（ステップＳ２２８）。
【００１４】
以上の処理により、焦点合わせを行うことができる。
【００１５】
ここで、参考例に係る焦点合わせ方法では、対物レンズのフォーカス電流Ｉｆの算出は、（Ｉ０，Ｌ０），（Ｉ１，Ｌ１），（Ｉ２，Ｌ２）をｙ＝ａｘ＋ｂで直線近似し、ｙ＝０となるｘの値−ｂ／ａを計算することで行われている。このとき、参考例に係る焦点合わせでは、上述したように、像シフトの向きを、内積を用いて決定している。
【００１６】
しかしながら、実際の像シフトベクトル（ｘ１，ｙ１），（ｘ２，ｙ２）の向きは、基準とした像シフトベクトル（ｘ０，ｙ０）の向きと同一方向や逆方向だけではない。実際の像シフトベクトルの向きは、対物レンズのレンズ電流Ｉ０，Ｉ１，Ｉ２が異なることによる像の回転や電子線の軸のずれなどによっても変化するためである。したがって、参考例に係る焦点合わせ方法で算出されたフォーカス電流Ｉｆと実際に試料に焦点があった状態での対物レンズのレンズ電流との差が大きい場合があった。このような場合には、焦点合わせを正確に行うことができない。
【００１７】
本発明は、以上のような問題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、焦点合わせを正確に行うことができる電子顕微鏡および焦点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】
【００１８】
（１）本発明に係る電子顕微鏡は、
電子線源と、
前記電子線源から放出された電子線を偏向して、試料に対する前記電子線の入射角度を変えるための偏向部と、
前記試料を透過した前記電子線で電子顕微鏡像を結像するための対物レンズと、
前記偏向部および前記対物レンズを制御する制御部と、
を含み、
前記制御部は、
前記試料に対する前記電子線の入射角度を所定角度だけ変化させる前後での像のシフトを表す像シフトベクトルを、前記対物レンズのレンズ電流を変化させて、複数取得する処理と、
複数の前記像シフトベクトルに基づいて、前記電子線の入射角度を前記所定角度だけ変化させる前後での像のシフト量が最も小さくなる最小像シフトベクトルを算出する処理と、
前記最小像シフトベクトルに基づいて、前記対物レンズのレンズ電流を求める処理と、を行い、
前記対物レンズのレンズ電流をＩ０，Ｉ１，・・・，Ｉｎ（ｎは２以上の整数）と変化させたときの前記像シフトベクトルを（ｘ０，ｙ０），（ｘ１，ｙ１），・・・，（ｘｎ
，ｙｎ）とした場合に、
前記制御部は、前記最小像シフトベクトルを算出する処理において、
（ｘ０，ｙ０），（ｘ１，ｙ１），・・・，（ｘｎ，ｙｎ）を、所定の関数ｙ＝ｆ（ｘ）で近似し、
当該所定の関数ｙ＝ｆ（ｘ）と原点（０，０）との間の距離が最小となる前記最小像シフトベクトル（ｘｍｉｎ，ｙｍｉｎ）を算出する。
【００１９】
このような電子顕微鏡では、制御部が試料に対する電子線の入射角度を所定角度だけ変化させる前後での像のシフト量が最も小さくなる最小像シフトベクトルに基づいて、対物レンズのレンズ電流を求めるため、焦点合わせにおいて、試料に対する電子線の入射角度を所定角度だけ変化させる前後での像のシフト量が最も小さくなるように対物レンズのレンズ電流を設定することができる。したがって、このような電子顕微鏡では、焦点合わせを正確に行うことができる。さらに、このような電子顕微鏡では、試料に対する電子線の入射角度を所定角度だけ変化させる前後での像のシフト量が最も小さくなるように対物レンズのレンズ電流を設定することができ、焦点合わせを正確に行うことができる。
【００２２】
（２）本発明に係る電子顕微鏡において、
前記制御部は、前記対物レンズのレンズ電流を求める処理において、
（ｘ０，Ｉ０），（ｘ１，Ｉ１），・・・，（ｘｎ，Ｉｎ）を、所定の関数Ｉ＝ｆ（ｘ）で近似し、
当該所定の関数Ｉ＝ｆ（ｘ）にｘｍｉｎを代入して、前記対物レンズのレンズ電流を求めてもよい。
【００２３】
このような電子顕微鏡では、試料に対する電子線の入射角度を所定角度だけ変化させる前後での像のシフト量が最も小さくなるように対物レンズのレンズ電流を設定することができ、焦点合わせを正確に行うことができる。
【００２４】
（３）本発明に係る焦点合わせ方法は、
電子顕微鏡における焦点合わせ方法であって、
試料に対する電子線の入射角度を所定角度だけ変化させる前後での像のシフトを表す像シフトベクトルを、対物レンズのレンズ電流を変化させて、複数取得する工程と、
複数の前記像シフトベクトルに基づいて、前記電子線の入射角度を前記所定角度だけ変化させる前後での像のシフト量が最も小さくなる最小像シフトベクトルを算出する工程と、
前記最小像シフトベクトルに基づいて、前記対物レンズのレンズ電流を求める工程と、を含み、
前記対物レンズのレンズ電流をＩ０，Ｉ１，・・・，Ｉｎ（ｎは２以上の整数）と変化させたときの前記像シフトベクトルを（ｘ０，ｙ０），（ｘ１，ｙ１），・・・，（ｘｎ，ｙｎ）とした場合に、
前記最小像シフトベクトルを算出する工程では、
（ｘ０，ｙ０），（ｘ１，ｙ１），・・・，（ｘｎ，ｙｎ）を、所定の関数ｙ＝ｆ（ｘ）で近似し、
当該所定の関数ｙ＝ｆ（ｘ）と原点（０，０）との間の距離が最小となる前記最小像シフトベクトル（ｘｍｉｎ，ｙｍｉｎ）を算出する。
【００２５】
このような焦点合わせ方法では、試料に対する電子線の入射角度を所定角度だけ変化させる前後での像のシフト量が最も小さくなる最小像シフトベクトルに基づいて、対物レンズのレンズ電流を求めるため、試料に対する電子線の入射角度を所定角度だけ変化させる前後での像のシフト量が最も小さくなるように対物レンズのレンズ電流を設定することができる。したがって、このような焦点合わせ方法では、焦点合わせを正確に行うことができる。
【００２７】
（４）本発明に係る焦点合わせにおいて、
前記対物レンズのレンズ電流を求める工程では、
（ｘ０，Ｉ０），（ｘ１，Ｉ１），・・・，（ｘｎ，Ｉｎ）を、所定の関数Ｉ＝ｆ（ｘ）で近似し、
当該所定の関数Ｉ＝ｆ（ｘ）にｘｍｉｎを代入して、前記対物レンズのレンズ電流を求めてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本実施形態に係る電子顕微鏡を模式的に示す図。
【図２】本実施形態に係る電子顕微鏡の制御処理部の自動焦点合わせ処理の一例を示すフローチャート。
【図３】第１傾斜像および第２傾斜像を模式的に示す図。
【図４】第１傾斜像と第２傾斜像における像シフトベクトルを説明するための図。
【図５】像シフトベクトルを近似する式ｙ＝ａｘ＋ｂを表すグラフ。
【図６】参考例に係る自動焦点合わせ処理の一例を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
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。
【００３０】
１．  電子顕微鏡
まず、本実施形態に係る電子顕微鏡について図面を参照しながら説明する。図１は、本実施形態に係る電子顕微鏡１００を模式的に示す図である。
【００３１】
電子顕微鏡１００は、電子線ＥＢを用いて試料Ｓを観察する装置である。電子顕微鏡１００は、透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）である。
【００３２】
電子顕微鏡１００は、図１に示すように、電子線源１０と、照射レンズ１２と、偏向コイル（偏向部の一例）１４と、対物レンズ１６と、試料ステージ１８と、試料ホルダー１
９と、撮像装置２０と、電子線源制御部２２と、レンズ制御部２４と、偏向制御部２６と、撮像制御部２８と、試料ステージ制御部３０と、制御処理部（制御部の一例）３２と、表示部３４と、を含んで構成されている。
【００３３】
電子線源１０は、電子線ＥＢを発生させる。電子線源１０は、例えば、公知の電子銃である。
【００３４】
照射レンズ１２は、電子線源１０から放出された電子線ＥＢを集束して試料Ｓに照射する。照射レンズ１２は、複数（図示の例では３つ）のコンデンサーレンズで構成されている。
【００３５】
偏向コイル１４は、照射レンズ１２で集束された電子線ＥＢを偏向させる。偏向コイル１４が電子線ＥＢを偏向させることにより、試料Ｓに対する電子線ＥＢの入射角度（電子線ＥＢの傾斜角度（Ｔｉｌｔ））を変えることができる。また、偏向コイル１４は、電子線ＥＢを偏向させることにより、電子線ＥＢをシフトさせることもできる。偏向コイル１４は、例えば、照射レンズ１２と対物レンズ１６との間に配置される。
【００３６】
対物レンズ１６は、試料Ｓを透過した電子線ＥＢで透過電子顕微鏡像（以下「ＴＥＭ像」ともいう）を結像するための初段のレンズである。
【００３７】
試料ステージ１８は、試料Ｓを保持する。図示の例では、試料ステージ１８は、試料ホルダー１９を介して、試料Ｓを保持している。試料ステージ１８によって、試料Ｓの位置決めを行うことができる。図示の例では、試料ステージ１８は、対物レンズ１６のポールピースに対して水平方向（横）から試料ホルダー１９を挿入するサイドエントリー方式の試料ステージである。なお、試料ステージ１８は、対物レンズ１６のポールピースの上方から試料Ｓを挿入するトップエントリー方式の試料ステージであってもよい。
【００３８】
電子顕微鏡１００は、図示はしないが、中間レンズおよび投影レンズを備えていてもよい。中間レンズおよび投影レンズは、対物レンズ１６によって結像された像を拡大し、撮像装置２０上に結像させる。対物レンズ１６、中間レンズ、および投影レンズは、電子顕微鏡１００の結像系を構成している。
【００３９】
撮像装置２０は、結像系によって結像されたＴＥＭ像を撮影する。撮像装置２０は、例えば、ＣＣＤカメラ等のデジタルカメラである。撮像装置２０で撮影されたＴＥＭ像の画像データは、撮像制御部２８を介して制御処理部３２に出力される。撮像装置２０で撮影されたＴＥＭ像は、制御処理部３２によって画像ファイルとして記憶装置（図示せず）に記憶されるとともに、表示部３４に表示される。
【００４０】
表示部３４は、制御処理部３２によって生成された画像を表示するものであり、その機能は、ＬＣＤ、ＣＲＴなどにより実現できる。表示部３４には、電子線源制御部２２、レンズ制御部２４、偏向制御部２６、撮像制御部２８、および試料ステージ制御部３０を操作するためのＧＵＩ（Ｇｒａｐｈｉｃａｌ  Ｕｓｅｒ  Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）が表示される。また、表示部３４には、撮像装置２０で撮影されたＴＥＭ像が表示される。
【００４１】
制御処理部３２は、電子線源制御部２２、レンズ制御部２４、偏向制御部２６、撮像制御部２８、および試料ステージ制御部３０を制御する。制御処理部３２は、例えば、ＧＵＩにおける操作等に基づいて、電子線源制御部２２、レンズ制御部２４、偏向制御部２６、撮像制御部２８、および試料ステージ制御部３０を制御するための制御信号を生成し、これらの制御部を制御する。
【００４２】
制御処理部３２の機能は、各種プロセッサ（ＣＰＵ等）でプログラムを実行することにより実現してもよいし、ＡＳＩＣ（ゲートアレイ等）などの専用回路により実現してもよい。
【００４３】
なお、電子顕微鏡１００がユーザーによる操作に応じた操作信号を取得する操作部を備えており、制御処理部３２は、当該操作部からの操作信号に基づいて、電子線源制御部２２、レンズ制御部２４、偏向制御部２６、撮像制御部２８、および試料ステージ制御部３０を制御してもよい。当該操作部は、例えば、ボタン、キー、タッチパネル型ディスプレイ、マイクなどであってもよい。
【００４４】
電子線源制御部２２は、制御処理部３２で生成された制御信号に基づいて、電子線源１０を制御する。また、レンズ制御部２４は、制御処理部３２で生成された制御信号に基づいて、照射レンズ１２および対物レンズ１６を制御する。レンズ制御部２４は、さらに、制御処理部３２で生成された制御信号に基づいて、中間レンズおよび投影レンズを制御してもよい。また、偏向制御部２６は、制御処理部３２で生成された制御信号に基づいて、偏向コイル１４を制御する。また、撮像制御部２８は、制御処理部３２で生成された制御信号に基づいて、撮像装置２０を制御する。また、試料ステージ制御部３０は、制御処理部３２で生成された制御信号に基づいて、試料ステージ１８を制御する。
【００４５】
２．  電子顕微鏡の動作
次に、本実施形態に係る電子顕微鏡１００の動作について説明する。ここでは、電子顕微鏡１００の制御処理部３２の自動焦点合わせ処理について説明する。焦点合わせとは、電子顕微鏡を、試料Ｓに焦点があった状態（ジャストフォーカスの状態）にすることをいう。
【００４６】
図２は、本実施形態に係る電子顕微鏡１００の制御処理部３２の自動焦点合わせ処理の一例を示すフローチャートである。
【００４７】
制御処理部３２は、例えば、ＧＵＩにおける操作に基づいてユーザーが開始指示を行ったか否かを判定し、開始指示が行われたと判定された場合に、自動焦点合わせ処理を開始する。
【００４８】
制御処理部３２は、まず、現在の倍率における対物レンズ１６のレンズ電流ＩＯＬの変更ステップΔＩＯＬと偏向コイル１４のコイル電流ＩＴＩＬＴの変更ステップΔＩＴＩＬＴを算出する（ステップＳ１００）。例えば、変更ステップΔＩＯＬは、あらかじめ設定された値を電子顕微鏡の倍率で除算することで算出され、変更ステップΔＩＴＩＬＴは、あらかじめ設定された値がそのまま使用される。
【００４９】
次に、制御処理部３２は、対物レンズ１６のレンズ電流をＩＮ＝ＩＯＬ−（Ｎ−１）ΔＩＯＬ（ただし、Ｎは２以上の整数）に設定し、偏向コイル１４のコイル電流をＩＴＩＬＴ＋ΔＩＴＩＬＴ、ＩＴＩＬＴ−ΔＩＴＩＬＴに設定して、像を取得する（ステップＳ１０２〜ステップＳ１１６）。すなわち、対物レンズ１６のレンズ電流Ｉ０，Ｉ１，・・・，ＩＮの各々について、偏向コイル１４のコイル電流をＩＴＩＬＴ＋ΔＩＴＩＬＴとした第１傾斜像、偏向コイル１４のコイル電流をＩＴＩＬＴ−ΔＩＴＩＬＴとした第２傾斜像を取得する。なお、以下では、Ｎ＝２の場合について説明する。
【００５０】
具体的には、制御処理部３２は、まず、対物レンズ１６のレンズ電流をＩ０＝ＩＯＬ−（０−１）ΔＩＯＬ＝ＩＯＬ＋ΔＩＯＬ（Ｎ＝０）に設定する（ステップＳ１０４）。そして、偏向コイル１４のコイル電流をＩＴＩＬＴ＋ΔＩＴＩＬＴに設定して（ステップＳ１０６）、第１傾斜像を撮影する（ステップＳ１０８）。次に、制御処理部３２は、偏向
コイル１４のコイル電流をＩＴＩＬＴ−ΔＩＴＩＬＴに設定して（ステップＳ１１０）、第２傾斜像を撮影する（ステップＳ１１２）。撮影された第１傾斜像および第２傾斜像は、記憶装置（図示せず）に記憶される。
【００５１】
図３は、第１傾斜像１、および第２傾斜像２を模式的に示す図である。偏向コイル１４によって試料Ｓに対する電子線ＥＢの入射角度を変化させることで、図３に示すように、像がシフトする。第１傾斜像１および第２傾斜像２は、電子線ＥＢの入射角度を所定角度だけ変化させる前後の像といえる。
【００５２】
次に、制御処理部３２は、Ｎ＝２になったか否かを判定し（ステップＳ１１４）、Ｎ≠２と判定された場合（ステップＳ１１４でＮｏの場合）には、Ｎに１を加算して（ステップＳ１１６）、対物レンズ１６のレンズ電流をＩ１＝ＩＯＬ−（１−１）ΔＩＯＬ＝ＩＯＬ（Ｎ＝１）に設定する（ステップＳ１０４）。そして、ステップＳ１０６〜ステップＳ１１２の処理を行い、対物レンズ１６のレンズ電流がＩ１のときの、第１傾斜像１および第２傾斜像２を取得する。制御処理部３２は、あらかじめ設定されたＮの数に応じて、ステップＳ１０４〜ステップＳ１１６の処理を繰り返し行う。
【００５３】
Ｎ＝２と判定された場合（ステップＳ１１４でＹｅｓの場合）には、制御処理部３２は、対物レンズ１６のレンズ電流Ｉ０，Ｉ１，Ｉ２において、それぞれ観察された第１傾斜像１と第２傾斜像２との間での像のシフトを表す像シフトベクトル（ｘｉ，ｙｉ）（ｉ＝０，１，２）を算出する（ステップＳ１１８）。なお、（ｘｉ，ｙｉ）の単位はピクセルである。
【００５４】
図４は、像シフトベクトル（ｘｉ，ｙｉ）を説明するための図である。像シフトベクトルは、第１傾斜像１と第２傾斜像２との間での像のシフト（位置ずれ）を表すベクトルである。像シフトベクトル（ｘｉ，ｙｉ）は、例えば、相互相関関数を用いて算出することができる。
【００５５】
次に、制御処理部３２は、算出された像シフトベクトル（ｘ０，ｙ０），（ｘ１，ｙ１），（ｘ２，ｙ２）を式ｙ＝ａｘ＋ｂで直線近似する（ステップＳ１２０）。すなわち、制御処理部３２は、像シフトベクトル（ｘ０，ｙ０），（ｘ１，ｙ１），（ｘ２，ｙ２）から、「ａ」の値および「ｂ」の値を計算し、近似式を求める。
【００５６】
図５は、像シフトベクトル（ｘ０，ｙ０），（ｘ１，ｙ１），（ｘ２，ｙ２）を近似する式ｙ＝ａｘ＋ｂを表すグラフである。図５では、像シフトベクトルを近似する近似式を実線で表している。
【００５７】
次に、制御処理部３２は、算出された近似式ｙ＝ａｘ＋ｂと、図５に示す像シフトベクトルを表すグラフの原点（０，０）と、の間の距離Ｌが最短となる座標（ｘｍｉｎ，ｙｍｉｎ）のｘｍｉｎの値を算出する（ステップＳ１２２）。
【００５８】
座標（ｘｍｉｎ，ｙｍｉｎ）のｘｍｉｎの値は、下記式から求めることができる。
【００５９】
【数２】
0006637371.tif 000003
【００６０】
近似式ｙ＝ａｘ＋ｂと原点（０，０）との間の距離Ｌが最短となる座標（ｘｍｉｎ，ｙ
ｍｉｎ）は、第１傾斜像１と第２傾斜像２との間での像のシフト量（位置ずれ量）が最も小さくなる像シフトベクトル（以下「最小像シフトベクトル」ともいう）に相当する。
【００６１】
次に、制御処理部３２は、最小像シフトベクトルに基づいて、対物レンズ１６のフォーカス電流Ｉｆを算出する（ステップＳ１２４）。フォーカス電流Ｉｆは、試料Ｓに焦点があった状態（ジャストフォーカス）にするための対物レンズ１６のレンズ電流である。
【００６２】
具体的には、制御処理部３２は、像シフトベクトルのｘｉの値と対物レンズ１６のレンズ電流との関係を表すベクトル（ｘ０，Ｉ０）、（ｘ１，Ｉ１）、（ｘ２，Ｉ２）を式Ｉ＝ｃｘ＋ｄで直線近似する（すなわち、「ｃ」と「ｄ」の値を求める）。次に、算出されたＩ＝ｃｘ＋ｄに、ｘ＝ｘｍｉｎを代入する（下記式参照）。
【００６３】
Ｉｆ＝ｃｘｍｉｎ＋ｄ
【００６４】
これにより、対物レンズ１６のフォーカス電流Ｉｆを求めることができる。
【００６５】
制御処理部３２は、算出したフォーカス電流Ｉｆを、対物レンズ１６に供給するための処理を行う（ステップＳ１２６）。
【００６６】
以上の処理により、焦点合わせを行うことができる。
【００６７】
なお、上記の例では、Ｎ＝２の場合、すなわちＮの総数が３である場合について説明したが、Ｎの値は２以上であれば特に限定されない。Ｎの値は、任意に設定することができる。
【００６８】
また、上記の例では、制御処理部３２が、像シフトベクトル（ｘ０，ｙ０），（ｘ１，ｙ１），（ｘ２，ｙ２）を式ｙ＝ａｘ＋ｂで直線近似する例について説明したが、像シフトベクトル（ｘ０，ｙ０），（ｘ１，ｙ１），（ｘ２，ｙ２）を、任意の関数で近似してもよい。例えば、像シフトベクトルを２次曲線で近似してもよいし、３次以上の曲線で近似してもよい。上記の例では、Ｎの総数が３であったが、Ｎの総数を増やした場合には、像シフトベクトル（ｘ０，ｙ０），（ｘ１，ｙ１），・・・，（ｘｎ，ｙｎ）を、その場合に適用な任意の関数ｙ＝ｆ（ｘ）で近似してもよい。
【００６９】
また、上記の例では、制御処理部３２が、（ｘ０，Ｉ０），（ｘ１，Ｉ１），（ｘ２，Ｉ２）を式Ｉ＝ｃｘ＋ｄで直線近似する例について説明したが、（ｘ０，Ｉ０），（ｘ１，Ｉ１），（ｘ２，Ｉ２）を、任意の関数で近似してもよい。例えば、（ｘ０，Ｉ０），（ｘ１，Ｉ１），（ｘ２，Ｉ２）を２次曲線で近似してもよいし、３次以上の曲線で近似してもよい。上記の例では、Ｎの総数が３であったが、Ｎの総数を増やした場合には、（ｘ０，Ｉ０），（ｘ１，Ｉ１），・・・，（ｘｎ，Ｉｎ）を、その場合に適用な任意の関数Ｉ＝ｆ（ｘ）で近似してもよい。
【００７０】
本実施形態に係る電子顕微鏡１００は、例えば、以下の特徴を有する。
【００７１】
電子顕微鏡１００では、制御処理部３２は、試料Ｓに対する電子線ＥＢの入射角度を所定角度だけ変化させる前後での像のシフトを表す像シフトベクトルを、対物レンズ１６のレンズ電流を変化させて、複数取得する処理と、複数の像シフトベクトルに基づいて、電子線ＥＢの入射角度を前記所定角度だけ変化させる前後での像のシフト量が最も小さくなる最小像シフトベクトルを算出する処理と、最小像シフトベクトルに基づいて、対物レンズ１６のレンズ電流（フォーカス電流Ｉｆ）を求める処理と、を行う。
【００７２】
このように電子顕微鏡１００では、制御処理部３２が試料Ｓに対する電子線ＥＢの入射角度を所定角度だけ変化させる前後での像のシフト量が最も小さくなる最小像シフトベクトルに基づいて、対物レンズ１６のレンズ電流を求めるため、焦点合わせにおいて、試料Ｓに対する電子線ＥＢの入射角度を所定角度だけ変化させる前後での像のシフト量が最も小さくなるように対物レンズ１６のレンズ電流を設定することができる。したがって、電子顕微鏡１００では、焦点合わせを正確に行うことができる。
【００７３】
例えば、図６に示す参考例に係る焦点合わせ方法では、像シフトの向きを内積を用いて決定しているため、算出されたフォーカス電流Ｉｆと、実際に試料Ｓに焦点があった状態での対物レンズ１６のレンズ電流との差が大きい場合があった。これに対して、本実施形態では、試料Ｓに対する電子線ＥＢの入射角度を所定角度だけ変化させる前後での像のシフト量が最も小さくなる最小像シフトベクトルに基づいて、対物レンズ１６のレンズ電流を求めるため、例えば参考例に係る焦点合わせ方法と比べて、フォーカス電流Ｉｆを精度よく算出することができる。
【００７４】
電子顕微鏡１００では、制御処理部３２は、最小像シフトベクトルを算出する処理において、像シフトベクトル（ｘ０，ｙ０），（ｘ１，ｙ１），・・・，（ｘｎ，ｙｎ）を、所定の関数ｙ＝ｆ（ｘ）で近似し、当該所定の関数ｙ＝ｆ（ｘ）と原点（０，０）との間の距離が最小となる最小像シフトベクトル（ｘｍｉｎ，ｙｍｉｎ）を算出する。また、制御処理部３２は、対物レンズ１６のレンズ電流を求める処理において、（ｘ０，Ｉ０），（ｘ１，Ｉ１），・・・，（ｘｎ，Ｉｎ）を、所定の関数Ｉ＝ｆ（ｘ）で近似し、当該所定の関数Ｉ＝ｆ（ｘ）にｘｍｉｎを代入して、対物レンズ１６のレンズ電流（フォーカス電流）を求める。そのため、電子顕微鏡１００によれば、試料Ｓに対する電子線ＥＢの入射角度を所定角度だけ変化させる前後での像のシフト量が最も小さくなるように対物レンズ１６のレンズ電流を設定することができ、焦点合わせを正確に行うことができる。
【００７５】
本実施形態に係る焦点合わせ方法は、試料Ｓに対する電子線ＥＢの入射角度を所定角度だけ変化させる前後での像のシフトを表す像シフトベクトルを、対物レンズ１６のレンズ電流を変化させて、複数取得する工程と、複数の像シフトベクトルに基づいて、入射角度を前記所定角度だけ変化させる前後での像のシフト量が最も小さくなる最小像シフトベクトルを算出する工程と、最小像シフトベクトルに基づいて、対物レンズ１６のレンズ電流を求める工程と、を含む。そのため、本実施形態に係る焦点合わせ方法によれば、焦点合わせを正確に行うことができる。
【００７６】
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】
【００７７】
１０…電子線源、１２…照射レンズ、１４…偏向コイル、１６…対物レンズ、１８…試料ステージ、１９…試料ホルダー、２０…撮像装置、２２…電子線源制御部、２４…レンズ制御部、２６…偏向制御部、２８…撮像制御部、３０…試料ステージ制御部、３２…制御処理部、３４…表示部、１００…電子顕微鏡
【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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