(57)【要約】【課題】  本発明は、収差補正に必要な軸ずれ補正・フォーカス合わせ等も含めて、収差の測定から補正装置に対する制御までをコンピュータで自動的に行ない、通常のユーザによっても収差補正を行なうことができるＳＥＭの収差自動補正方法及び収差視覚化方法並びら収差自動補正装置を提供することを目的としている。【解決手段】  ＳＥＭの画像信号を入力するインタフェースと、ＳＥＭを制御するインタフェースと、ＳＥＭの収差を補正する収差補正装置を制御するインタフェースと、これらインタフェースと接続され、各種の制御動作を行なうコンピュータ１０とを具備し、軸ずれを補正する軸ずれ補正手段と、焦点ずれを補正するフォーカス合わせ補正手段と、色収差を補正する色収差補正手段と、開口収差を補正する開口収差補正手段とをコンピュータ内部に持つように構成する。【選択図】      図１
2005302359.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
標準的な試料を用いて、通常の操作によってフォーカスや非点をある程度合わせておき、
初期状態で得られる第１の画像と、電子線の断面がある方向を向いた線の状態にして得た第２の画像を得、更に第２の画像とは直角方向を向いた線の状態にして第３の画像を得、これら第２及び第３の画像に対して第１の画像を用いたデコンボリューションを行なうことによって電子線の軸ずれが画像の中心からどれだけずれているかを測定して、該ずれがなくなるようにＳＥＭの対物レンズと収差補正装置の静電場にフィードバックをかける軸ずれ補正を行ない、
次に、軸ずれの補正に続いて初期状態から四重極電場の値を変えて元の状態よりアンダーフォーカスの状態で第１の画像を得、次に元の状態よりオーバーフォーカスの状態で第２の画像を得、これらの画像に対して自己相関演算を行なってこの自己相関画像のピークの幅に基づいてフォーカスのずれ具合を測定し、収差補正装置の四重極電場若しくは静電場と四重極磁場にフィードバックをかけるフォーカス合わせ補正を行ない、
次に、初期状態から電子線の加速電圧を前後にすこしだけ振ってやって２つの画像を得、加速電圧増減によって生じるフォーカスのずれを自己相関演算を行なってその結果に基づいて収差補正装置の静電場と四重極磁場にフィードバックかける色収差補正を行ない、
次に、初期状態で得られる第１の画像と、収差補正装置の四重極電場の値を変えて元の状態よりアンダーフォーカスの状態にして第２の画像を得、更に前記四重極電場の値を変えて元の状態よりオーバーフォーカス状態にして第３の画像を得、第２及び第３の画像に対して第１の画像を用いたデコンボリューションを行ない、その結果に基づいて開口収差が小さくなるように収差補正装置の四重極電場、六極電場、八極電場にフィードバックをかける開口収差補正を行なう、
ようにしたことを特徴とするＳＥＭの収差自動補正方法。
【請求項２】
オペレータが操作する対象と操作する量を指定し、
初期状態で一枚の画像（第１の画像）を取り込み、
オペレータが指定した操作対象のレンズ若しくは収差補正装置の電場又は磁場をオペレータが指定した量だけ＋方向に変更させて第２の画像を取り込み、次に電場又は磁場をオペレータが指定した量だけ−方向に変更させて第３の画像を取り込み、
第２及び第３の画像に対して第１の画像を用いたデコンボリューションを行なったものを表示装置に表示させる、
ようにしたことを特徴とするＳＥＭの収差視覚化方法。
【請求項３】
ＳＥＭの画像信号を入力するインタフェースと、
ＳＥＭを制御するインタフェースと、
ＳＥＭの収差を補正する収差補正装置を制御するインタフェースと、
これらインタフェースと接続され、各種の制御動作を行なうコンピュータと、
を具備し、
軸ずれを補正する軸ずれ補正手段と、焦点ずれを補正するフォーカス合わせ補正手段と、色収差を補正する色収差補正手段と、開口収差を補正する開口収差補正手段と、
をコンピュータ内部に持つことを特徴とするＳＥＭの収差自動補正装置。
【請求項４】
前記軸ずれ補正手段は、初期状態で得られる第１の画像と、電子線の断面がある方向を向いた線の状態にして得た第２の画像を得、更に第２の画像とは直角方向を向いた線の状態にして第３の画像を得、第２及び第３の画像に対して第１の画像を用いたデコンボリューションを行なうことによって電子線の軸ずれが画像の中心からどれだけずれているかを測定して、該ずれがなくなるようにＳＥＭの対物レンズと収差補正装置の静電場にフィードバックをかける軸ずれ補正を行なうことを特徴とする請求項３記載のＳＥＭの収差自動補正装置。
【請求項５】
前記フォーカス合わせ補正手段は、軸ずれの補正に続いて初期状態から四重極電場の値を変えて元の状態よりアンダーフォーカスの状態で第１の画像を得、次に元の状態よりオーバーフォーカスの状態で第２の画像を得、これらの画像に対して自己相関演算を行なってこの自己相関画像のピークの幅に基づいてフォーカスのずれ具合を測定し、収差補正装置の四重極電場若しくは静電場と四重極磁場にフィードバックをかけるフォーカス合わせ補正を行なうことを特徴とする請求項３記載のＳＥＭの収差自動補正装置。
【請求項６】
前記色収差補正手段は、初期状態から電子線の加速電圧を前後にすこしだけ振ってやって２つの画像を得、加速電圧増減によって生じるフォーカスのずれを自己相関演算を行なってその結果に基づいて収差補正装置の静電場と四重極磁場にフィードバックかける色収差補正を行なうことを特徴とする請求項３記載のＳＥＭの収差自動補正装置。
【請求項７】
前記開口収差補正手段は、初期状態で得られる第１の画像と、収差補正装置の四重極電場の値を変えて元の状態よりアンダーフォーカスの状態にして第２の画像を得、更に前記四重極電場の値を変えて元の状態よりオーバーフォーカス状態にして第３の画像を得、第２及び第３の画像に対して第１の画像を用いたデコンボリューションを行ない、その結果に基づいて開口収差が小さくなるように収差補正装置の四重極電場、六極電場、八極電場にフィードバックをかける開口収差補正を行なうことを特徴とする請求項３記載のＳＥＭの収差自動補正装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＳＥＭ（走査電子顕微鏡）の収差自動補正方法及び収差視覚化方法並びに収差自動補正装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＳＥＭにおける像観察の場合、電子ビームの各種の収差による分解能の低減が問題になっている。この問題を解決するために、ドイツのＣＥＯＳ社において、回転対称でない電場や磁場を用いて収差を補正する装置が開発されている。
【０００３】
従来のこの種の装置としては、例えばアンダーフォーカス又はオーバーフォーカスしたビームでその画像の検出を行ない、映像をフーリエ変換し、所定の演算処理を行なった後、更にフーリエ逆変換してプローブの輝度輪郭を検出する技術が知られている（例えば特許文献１参照）。また、レンズの光軸上に配置された観測対象物の光強度分布を求め、該光強度分布を微分して微分光強度分布を求め、該微分光強度分布の自己相関関数を求める技術が知られている（例えば特許文献２参照）。
【特許文献１】特表２００３−５２１８０１号公報（第６頁〜第１１頁、図２）
【特許文献２】特開平８−１２４８３８号公報（第３頁〜第６頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前述した従来の装置では、極子と呼ばれる部分からなり、収差を補正するためにはそれぞれの極子に与える電圧を複雑に制御する必要がある。図８は、静電型１２極子を１２以下の静電型多極子として用いる方法を示す図である。図に示すように、Ｕ１〜Ｕ１２までの極子をもっており、これら極子は、電源１〜８で駆動される駆動部９の駆動アンプＡ１〜Ａ１２から駆動される（磁場型１２極子の場合も同様の構成である）。
【０００５】
図に示すように、１段につき１２本の極子があり、１２本の極子で静電場・双極子電場・四重極子電場・六極子電場・八極子電場を作ることができ、これらの組み合わせで収差を補正する。従って、収差を補正するには、これらの電場・磁場が電子線に与える影響を熟知した上で熟練した技術を持つ必要があるという問題がある。
【０００６】
また、このような装置は、多くの極子からなり、収差を補正するためには電圧を複雑に制御する必要がある。この作業を自動で行なう試みもあるが、画像のノイズ等によって自動的な制御が失敗することもあり、ある程度の技術があるオペレータにとっては手動で走査を行なう方が速いこともある。しかしながら、オペレータが手動で収差補正装置を制御する場合には、画像を見ながら収差の状態を推定する必要があり、この推定には長時間の経験と熟練が必要であった。
【０００７】
なお、前記特許文献１に記載された発明は、収差の測定方法のみが記載されており、コンピュータからフィードバックをかけて自動補正する構成は記載されていない。また、各種収差の測定については記載されているが、軸ずれやフォーカス合わせ等を前もって行なっておくべき手順についは記載されていない。
【０００８】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであって、収差補正に必要な軸ずれ補正・フォーカス合わせ等も含めて、収差の測定から補正装置に対する制御までをコンピュータで自動的に行なうことにより、収差補正装置に対する知識がない通常のユーザによっても収差補正を行なうことができるＳＥＭの収差自動補正方法及び装置を提供することを目的としており、また、電子線の断面や自己相関像を視覚化してオペレータに提示することにより、収差の状態を容易に推定できるようにしたＳＥＭの収差視覚化方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１記載の発明は、標準的な試料を用いて、通常の操作によってフォーカスや非点をある程度合わせておき、初期状態で得られる第１の画像と、電子線の断面がある方向を向いた線の状態にして得た第２の画像を得、更に第２の画像とは直角方向を向いた線の状態にして第３の画像を得、これら第２及び第３の画像に対して第１の画像を用いたデコンボリューションを行なうことによって電子線の軸ずれが画像の中心からどれだけずれているかを測定して、該ずれがなくなるようにＳＥＭの対物レンズと収差補正装置の静電場にフィードバックをかける軸ずれ補正を行ない、次に、軸ずれの補正に続いて初期状態から四重極電場の値を変えて元の状態よりアンダーフォーカスの状態で第１の画像を得、次に元の状態よりオーバーフォーカスの状態で第２の画像を得、これらの画像に対して自己相関演算を行なってこの自己相関画像のピークの幅に基づいてフォーカスのずれ具合を測定し、収差補正装置の四重極電場若しくは静電場と四重極磁場にフィードバックをかけるフォーカス合わせ補正を行ない、次に、初期状態から電子線の加速電圧を前後にすこしだけ振ってやって２つの画像を得、加速電圧増減によって生じるフォーカスのずれを自己相関演算を行なってその結果に基づいて収差補正装置の静電場と四重極磁場にフィードバックかける色収差補正を行ない、次に、初期状態で得られる第１の画像と、収差補正装置の四重極電場の値を変えて元の状態よりアンダーフォーカスの状態にして第２の画像を得、更に前記四重極電場の値を変えて元の状態よりオーバーフォーカス状態にして第３の画像を得、第２及び第３の画像に対して第１の画像を用いたデコンボリューションを行ない、その結果に基づいて開口収差が小さくなるように収差補正装置の四重極電場、六極電場、八極電場にフィードバックをかける開口収差補正を行なうようにしたことを特徴とする。
【００１０】
請求項２記載の発明は、オペレータが操作する対象と操作する量を指定し、初期状態で一枚の画像（第１の画像）を取り込み、オペレータが指定した操作対象のレンズ若しくは収差補正装置の電場又は磁場をオペレータが指定した量だけ＋方向に変更させて第２の画像を取り込み、次に電場又は磁場をオペレータが指定した量だけ−方向に変更させて第３の画像を取り込み、第２及び第３の画像に対して第１の画像を用いたデコンボリューションを行なったものを表示装置に表示させるようにしたことを特徴とする。
【００１１】
請求項３記載の発明は、ＳＥＭの画像信号を入力するインタフェースと、ＳＥＭを制御するインタフェースと、ＳＥＭの収差を補正する収差補正装置を制御するインタフェースと、これらインタフェースと接続され、各種の制御動作を行なうコンピュータとを具備し、軸ずれを補正する軸ずれ補正手段と、焦点ずれを補正するフォーカス合わせ補正手段と、色収差を補正する色収差補正手段と、開口収差を補正する開口収差補正手段とをコンピュータ内部に持つことを特徴とする。
【００１２】
請求項４記載の発明は、前記軸ずれ補正手段は、初期状態で得られる第１の画像と、電子線の断面がある方向を向いた線の状態にして得た第２の画像を得、更に第２の画像とは直角方向を向いた線の状態にして第３の画像を得、第２及び第３の画像に対して第１の画像を用いたデコンボリューションを行なうことによって電子線の軸ずれが画像の中心からどれだけずれているかを測定して、該ずれがなくなるようにＳＥＭの対物レンズと収差補正装置の静電場にフィードバックをかける軸ずれ補正を行なうことを特徴とする。
【００１３】
請求項５記載の発明は、前記フォーカス合わせ補正手段は、軸ずれの補正に続いて初期状態から四重極電場の値を変えて元の状態よりアンダーフォーカスの状態で第１の画像を得、次に元の状態よりオーバーフォーカスの状態で第２の画像を得、これらの画像に対して自己相関演算を行なってこの自己相関画像のピークの幅に基づいてフォーカスのずれ具合を測定し、収差補正装置の四重極電場若しくは静電場と四重極磁場にフィードバックをかけるフォーカス合わせ補正を行なうことを特徴とする。
【００１４】
請求項６記載の発明は、前記色収差補正手段は、初期状態から電子線の加速電圧を前後にすこしだけ振ってやって２つの画像を得、加速電圧増減によって生じるフォーカスのずれを自己相関演算を行なってその結果に基づいて収差補正装置の静電場と四重極磁場にフィードバックかける色収差補正を行なうことを特徴とする。
【００１５】
請求項７記載の発明は、前記開口収差補正手段は、初期状態で得られる第１の画像と、収差補正装置の四重極電場の値を変えて元の状態よりアンダーフォーカスの状態にして第２の画像を得、更に前記四重極電場の値を変えて元の状態よりオーバーフォーカス状態にして第３の画像を得、第２及び第３の画像に対して第１の画像を用いたデコンボリューションを行ない、その結果に基づいて開口収差が小さくなるように収差補正装置の四重極電場、六極電場、八極電場にフィードバックをかける開口収差補正を行なうことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１記載の発明によれば、ＳＥＭにおいて、先ず軸ずれ補正を行ない、次にフォーカス合わせ補正を行ない、次に色収差補正を行ない、最後に開口収差補正をコンピュータで自動的に行なうようにすることで、収差補正装置に関する知識がない通常のユーザによっても収差補正を行なうことができる。
【００１７】
請求項２記載の発明によれば、通常の画像とオペレータが指定したパラメータをそれぞれ反対方向にずらした時の画像とを求めて、パラメータをずらした時の画像のデコンボリューションを行なうようにすることで、オペレータは電子線の断面や自己相関像を見ることができるので、その視覚化像を見ることにより、収差補正の状態を正確に把握することができる。
【００１８】
請求項３記載の発明によれば、コンピュータ内に軸ずれ補正手段と、フォーカス合わせ補正手段と、色収差補正手段と、開口収差補正手段とを設けることにより、各収差を自動的に行なうことで、収差補正装置に関する知識がない通常のユーザによっても収差補正を行なうことができる。
【００１９】
請求項４記載の発明によれば、軸ずれ補正手段が、電子線の断面がある方向を向いた線の状態にして得られた第２の画像と、電子線の断面が第２の画像とは直角方向を向いた線の状態にして得られた第３の画像に対してデコンボリューションを行ない、その結果に基づいて収差補正装置にフィードバックをかけて、軸ずれ補正を行なうことができる。
【００２０】
請求項５記載の発明によれば、フォーカス合わせ補正手段が、元の状態よりアンダーフォーカスの状態で第１の画像を得、元の状態よりオーバーフォーカスの状態で第２の画像を得、これらの画像に対して自己相関演算を行なうことにより、その結果に基づいて収差補正装置にフィードバックをかけて、フォーカス合わせを行なうことができる。
【００２１】
請求項６記載の発明によれば、色収差補正手段が、初期状態から電子線の加速電圧を前後すこしだけ振ってやって２つの画像を得、得られた画像に自己相関演算を行ない、その結果に基づいて前記収差補正装置にフィードバックをかけて、色収差を補正することができる。
【００２２】
請求項７記載の発明によれば、開口収差補正手段が、初期状態で得られる第１の画像と、元の状態よりアンダーフォーカス状態にして得られる第２の画像と、元の状態よりオーバーフォーカス状態にして得られる第３の画像とを求めて、第２及び第３の画像に対して第１の画像を用いたデコンボリューションを行ない、その結果に基づいて収差補正装置にフィードバックをかけて、開口収差を補正することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態例を詳細に説明する。
図１は本発明の一実施の形態例を示す構成図である。図において、１はＳＥＭである。ＳＥＭ１において、２は電子線を集束・偏向する電子光学系、３はＳＥＭに関する各種の収差を補正するための収差補正装置、４は試料（図示せず）に電子線を結像させるための対物レンズ（ＯＬ）である。５は試料に入射した電子線により試料表面から放射される信号から画像を生成する画像生成装置である。
【００２４】
１０はＳＥＭ１の収差補正制御を行なうコンピュータ、１１は該コンピュータ１０に付属する表示部である。該表示部１１としては、例えばＣＲＴや液晶表示装置等が用いられる。６は電子光学系２とコンピュータ１０間に接続され、コンピュータ１０から電子光学系を制御するための信号ケーブル、７は収差補正装置３とコンピュータ１０間に接続され、コンピュータ１０から収差補正装置３を制御するための信号ケーブル、８は画像生成装置５とコンピュータ１０間を接続する画像取り込み用ケーブルである。
【００２５】
このように構成されたシステムにおいて、コンピュータ１０は、軸ずれ補正手段と、フォーカス合わせ補正手段と、色収差補正手段と、開口収差補正手段とを内蔵している。これら軸ずれ補正手段と、フォーカス合わせ補正手段と、色収差補正手段と、開口収差補正手段とはハードウェアで実現することもできるが、ソフトウェアで実現する方が実現が容易である。以下、各補正手段はソフトウェア（プログラム）で実現した場合について説明する。
【００２６】
本発明では、コンピュータ１０では、本発明によるソフトウェアが動作し、ＳＥＭ１とのインタフェース（通信用ケーブル）６を介してＳＥＭ１を制御する。ＳＥＭ１においては、試料に入射された電子ビームに基づく画像信号が検出され、画像生成装置５によって画像に変換される。生成された画像は、インタフェース（画像取り込み用ケーブル）８を介してコンピュータ１０に取り込まれる。コンピュータ１０では、軸ずれ補正ソフトウェア、フォーカス合わせソフトウェア、色収差補正ソフトウェア、開口収差補正ソフトウェアが動作し、得られた画像信号に対して画像処理を行なって収差・軸ずれ・デフォーカス・非点を測定し、インタフェース（信号ケーブル）７を通じて収差補正装置３を制御し、収差を補正する。
【００２７】
図２は本発明方法の動作フローを示す図である。ＳＥＭが持つ各種の収差を補正するためには、先ず軸ずれを補正しておく必要がある。そこで、本発明では先ず軸ずれ補正を行ない（ステップ１）、次にフォーカス合わせを行ない（ステップ２）、次に色収差補正を行ない（ステップ３）、最後に開口収差補正を行なう（ステップ４）。以下、各補正工程について説明する。
（１）軸ずれ補正
オペレータが収差補正の開始をコンピュータ１０に指示すると、コンピュータ１０はまず自動的に電子線の軸ずれを測定して補正する。この作業は、具体的には以下のように行なわれる。先ず、初期の状態で画像を得る。この画像をＩｆとする。次に、収差補正装置３の双極子電場（互いに反対になる電圧をもつ２つの極子によって作られる電場）の値を操作して、電子線の断面をある方向を向いた線の状態にした上で画像を得る。この画像をＩｕとする。更に、双極子電場の値を変えて電子線の断面がＩｕの時とは直角方向を向いた線の状態になるようにした上で画像を得る。この画像をＩｏとする。
【００２８】
図３は得られる電子線による像の変化を示す図である。今、試料の画像が（ａ）に示すようなものであるとすると、初期の状態で得られる像Ｉｆは（ａ）に似た画像となる。Ｉｕは（ｂ）に示すような画像となり、Ｉｏは（ｃ）に示すような画像となる。（ａ）に示すような構造を持つ試料を、断面が右下がりの形状の電子線で観察した場合の像が（ｂ）に示す画像であり、断面が右上がりの形状の電子線で観察した場合の像が（ｃ）に示す画像である。
【００２９】
今、これら画像Ｉｆ、Ｉｕ、Ｉｏをフーリエ変換したものをそれぞれＦｆ、Ｆｕ、Ｆｏとする。一般にフーリエ変換の式は、例えば、ψ（ｘ）をｆ（ｔ）のフーリエ変換という時、ψ（ｘ）はｆ（ｔ）に対して以下のように表される。
【００３０】
【数１】
2005302359.tif 000003
【００３１】
Ｆｆ、Ｆｕ、Ｆｏが求まったら、Ｆｕ／Ｆｆ、Ｆｏ／Ｆｆを演算する。次に、このようにして求まったらＦｕ／Ｆｆ、Ｆｏ／Ｆｆを更にフーリエ変換して、ＩｕとＩｏの時の電子線の断面図Ｐｕ、Ｐｏを得る。一般に、このようにして２度フーリエ変換を行なうことをデコンボリーションという。
【００３２】
図４は電子線の断面（図中黒く塗られた部分）を示す図である。（ａ）がＰｕ、（ｂ）がＰｏである。軸ずれ補正ソフトウェアは、このようにして計算した電子線の断面図Ｐｕ、Ｐｏから輝度の最も高い点が画像の中心からどれだけずれているかを測定する。図４中の矢印が中心からのずれ量を示す。コンピュータ１０は、このずれがなくなるように、ＳＥＭ１の対物レンズ４と収差補正装置３の静電場にフィードバックをかける。
【００３３】
このようにすれば、軸ずれ補正ソフトウェアが、電子線の断面がある方向を向いた線の状態にして得られた第２の画像と、電子線の断面が第２の画像とは直角方向を向いた線の状態にして得られた第３の画像とに対して、初期状態で得られる第１の画像を用いたデコンボリューションを行ない、その結果に基づいて収差補正装置にフィードバックをかけて、軸ずれ補正を行なうことができる。
（２）フォーカス合わせ
コンピュータ１０は、軸ずれの補正に続いてフォーカス合わせソフトウェアにより自動的にフォーカス合わせを行なう。この作業は以下のように行なわれる。
【００３４】
先ず、初期状態から四重極電場の値を変えて元の状態よりアンダーフォーカスの状態にし画像を得る。この画像をＧｕとする。更に、四重極電場の値を変えて元の状態よりオーバーフォーカスの状態にし画像を得る。この画像をＧｏとする。ここで、アンダーフォーカスとは、電子線のクロスオーバー点が試料の後方にできる状態をいい、オーバーフォーカスとは、電子線のクロスオーバー点が試料の前方にできる状態をいう。これらの画像の自己相関像を計算すると、像の中心に輝度のピークが現れる。自己相関関数は、ｆ（ｔ）をある関数として、ｆ（ｔ）よりもわずかにずらした関数をｆ（ｔ＋ｔ´）とした時に、次式で表される。
【００３５】
【数２】
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【００３６】
一般に、自己相関のこのピークの幅はフォーカスを測る指標である。即ち、フォーカスが合っている場合はピークの幅は狭くなり、フォーカスがずれるほどピークの幅は広がる。元の状態でフォーカスが合っている場合には、前記ＧｕとＧｏの自己相関像のピークの幅は同じ値となるが、元の状態でフォーカスが合っていない場合には、ＧｕとＧｏの自己相関像のピークの幅は異なるものとなる。そのため、これらのピークの幅同士を引き算した値をフォーカスのずれと見なすことができる。
【００３７】
フォーカス合わせソフトウェアは、このようにして元の状態でのフォーカスのずれ具合を測定し、収差補正装置３の四重極電場若しくは静電場と四重極磁場にフィードバックをかけてフォーカスのずれをなくす。
【００３８】
このようにすれば、フォーカス合わせソフトウェアが、元の状態よりアンダーフォーカスの状態で第１の画像を得、元の状態よりオーバーフォーカスの状態で第２の画像を得、これらの画像に対して自己相関演算を行なうことにより、その結果に基づいて収差補正装置にフィードバックをかけて、フォーカス合わせを行なうことができる。
（３）色収差補正
コンピュータ１０はフォーカス合わせに続いて、色収差補正ソフトウェアを用いて自動的に色収差の補正を行なう。この作業は以下のように行なわれる。
【００３９】
この補正は、電子線の加速電圧を変化させると、電圧の違いによってフォーカス位置が異なる点に着目してなされたものである。先ず、初期状態から電子線の加速電圧を少し増やして像を得る。この像をＨｕとする。次に、初期状態から電子線の加速電圧を少し減らして像を得る。この像をＨｏとする。ここでは、加速電圧の増減によって生じるフォーカスのずれを、前記（２）のフォーカス合わせの時と同じようにして自己相関像によって求める。
【００４０】
若し、元の状態で色収差がなければ、ＨｕとＨｏでデフォーカスの具合は同じであるが、色収差があればデフォーカスの具合が異なる。そこで、コンピュータ１０の色収差補正ソフトウェアは、このようにして元の状態での色収差を測定し、収差補正装置３の静電場と四重極磁場にフィードバックをかけて、色収差を補正する。
【００４１】
このように、色収差補正ソフトウェアが、初期状態から電子線の加速電圧を前後すこしだけ振ってやって２つの画像を得、得られた画像に自己相関演算を行ない、その結果に基づいて前記収差補正装置にフィードバックをかけて、色収差を補正することができる。
（４）開口収差補正
開口収差補正は球面収差を含み、その他にレンズの中心からのずれに加えて方向成分を含む。コンピュータの開口収差補正ソフトウェアは、色収差補正に続いて、自動的に開口収差の補正を行なう。この作業は開口収差補正ソフトウェアを用いて以下のように行なわれる。
【００４２】
先ず、初期の状態で画像を得る。この画像（第１の画像）をＪｆとする。次に、収差補正装置３の四重極電場の値を変えて、元の状態よりアンダーフォーカスの状態にして画像を得る。この画像（第２の画像）をＪｕとする。更に、四重極電場の値を変えて元の状態よりオーバーフォーカスの状態にして画像を得る。この画像（第３の画像）をＪｏとする。第２の画像Ｊｕ及び第３の画像Ｊｏに対して第１の画像Ｊｆを用いたデコンボリーションを行なう。
【００４３】
これら、３つの像から、軸ずれ補正で説明したのと同様にアンダーフォーカスでの電子線の断面図Ｋｕとオーバーフォーカスでの電子線の断面図Ｋｏを計算する。このＫｕとＫｏとで同じ一つの方向に画像が伸びているなら、それは軸上コマ収差に起因するものであるので、同じ方向で画像の伸び具合を比較することで軸上コマ収差の度合いを測ることができる。これら２つの像が９０°回転した方向に伸びているなら、それは非点に起因するものである。よって９０°ずれた方向の画像の伸び具合を比較することで、非点の度合いを測定することができる。ここで、３つの方向に画像が伸びているなら、それは三回対称な二次の収差に起因する。よってＫｕ若しくはＫｏ若しくはその両方で三つの方向に画像が伸びているかどうかを測定することで、三回対称な二次収差の度合いを測定することができる。三次の収差がない場合は、ＫｕとＫｏの両方で輝度の重心付近が同程度にやや暗くなる。よって、ＫｕとＫｏで輝度の重心付近のプロファイルを計測し、そのプロファイルの曲率の差をとることで、三次の収差の度合いとすることができる。
【００４４】
コンピュータ１０の開口収差補正ソフトウェアは、元の状態での開口収差を測定し、収差補正装置３の四重極電場・六極電場・八極電場にフィードバックをかけて、開口収差を補正する。
【００４５】
このように、開口収差補正ソフトウェアが、初期状態で得られる第１の画像と、元の状態よりアンダーフォーカス状態にして得られる第２の画像と、元の状態よりオーバーフォーカス状態にして得られる第３の画像とを求めて、第２及び第３の画像に対して第１の画像を用いたデコンボリューションを行ない、その結果に基づいて収差補正装置にフィードバックをかけて、開口収差を補正することができる。
【００４６】
以上、述べたような各収差補正を連続して行なうことで、収差補正装置に関する知識がない通常のユーザによっても通常のＳＥＭのフォーカス調整等を行なうのみで、自動的に収差補正を行なうことができ、収差が補正された正確な試料画像を得ることができる。
【００４７】
次に、本発明の第２の発明について説明する。第２の発明は、収差補正装置における各工程での電子線画像を表示装置に表示させるようにして視覚化してオペレータにその像を見せるようにしたものである。即ち、内部で得られる電子線の断面や自己相関像を視覚化するようにしたものである。
【００４８】
図５は本発明方法の他の動作フローを示す図である。図５では、先ずパラメータに設定を行ない（ステップ１）、次に画像の撮影を行ない（ステップ２）、最後に電子線の断面又は自己相関像を表示装置に表示する（ステップ３）工程からなる。以下、各工程について詳細に説明する。システム構成図は、図１に示すものと同じである。
（１）パラメータの設定
オペレータが収差の視覚化を指示すると、コンピュータ１０は、パラメータとして操作する対象のレンズ若しくは収差補正装置３の電場を入力するようオペレータに促す。オペレータは、操作する対象と操作する量を指定する。例えば、色収差を視覚化したいなら、オペレータは電子線の加速電圧を数十Ｖ増減するように指定する。また、二次・三次の開口収差を視覚化したい場合には、オペレータは収差補正装置３の四重極電場の値を増減するように指定する。
（２）画像の撮影
コンピュータ１０は、初期状態で１枚の画像を取り込む。これをＩｆとする。更に、オペレータが指定した操作対象のレンズ若しくは収差補正装置３の電場を、オペレータが指定した量だけ増やして画像を取り込む。これをＩｕとする。更に、初期状態から、オペレータが指定した操作対象のレンズ若しくは収差補正装置３の電場を、オペレータが指定した量だけ減らして画像を取り込む。これをＩｏとする。
【００４９】
ただし、色収差の視覚化の場合には電子線断面でなく自己相関像で行なうことができるので、Ｉｆは不要である。つまり、色収差を視覚化する目的でオペレータが電子線の加速電圧を２０Ｖだけ増減するように指定した場合、初期状態では何も取り込まれず、初期状態の加速電圧より２０Ｖ高い加速電圧でＩｕを、初期状態の加速電圧より２０Ｖ低い加速電圧でＩｏを撮影して取り込む。
（３）電子線の断面の視覚化
前記したＩｆ、Ｉｕ、Ｉｏは、それぞれ撮影対象の試料の構造と電子線の断面形状を掛け合わせた情報となっているが、最初にオペレータによってＩｆ、Ｉｕ、Ｉｏをそれぞれフーリエ変換してＦｆ、Ｆｕ、Ｆｏをそれぞれ得る。更にこれらの割り算を行ない、Ｆｕ／Ｆｆ、Ｆｏ／Ｆｆを求める。次に、これらの割り算Ｆｕ／Ｆｆ、Ｆｏ／Ｆｆのフーリエ変換をもう一度計算する（デコンボリーションする）と、これらはＩｕ、Ｉｏにおける電子線の断面図と見なすことができる。
【００５０】
但し、色収差の場合には、Ｉｆがなく、Ｉｕ、Ｉｏからそれぞれ計算した自己相関像を電子線の断面と同様に扱う。コンピュータ１０は、このように計算した電子線の断面図や自己相関像を、図６に示すように２つ並べてオペレータに提示する。図６は電子線断面図や自己相関像を画面に表示した例を示す図である。この像は、加速電圧Ｖａｃｃが１０００Ｖ、加速電圧の変化幅が±２０Ｖの場合を示している。電子線の断面や自己相関像の形状は収差の形状そのものであるので、オペレータはこれらの断面図を見ることで、容易に収差の状態を知ることができる。
【００５１】
また、コンピュータ１０は、このようにして得た２つの断面や自己相関像がどのような状態になれば収差がなくなったことになるかを計算して、目標とする断面形状や自己相関像を併せて表示することもできる。例えば、色収差を視覚化する目的で電子線の加速電圧を増減して２つの自己相関像を得た場合、一般に色収差があってこの２つの自己相関像の広がり方は異なっている。目標となる色収差のない状態では、この２つの自己相関像の広がり方は同一なので、図７に示すように表示される。
【００５２】
図７は電子線断面図や自己相関像の目標となる像を併せて表示する例を示す図である。図の左側は加速電圧Ｖａｃｃが１０００Ｖである場合において、変動電圧が−２０Ｖの場合の目標画像（下段）と測定画像（上段）を示す。右側は変動電圧が＋２０Ｖの場合の目標画像（下段）と測定画像（上段）をそれぞれ示す。
【００５３】
このように、この発明によれば、通常の画像とオペレータが指定したパラメータをそれぞれ反対方向にずらした時の画像とを求めて、パラメータをずらした時の画像のデコンボリューションを行なうようにすることで、オペレータは電子線の断面や自己相関像を見ることができるので、その視覚化像を見ることにより、収差補正の状態を正確に把握することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明は、ＳＥＭを用いて高分解能観察を行なう分野で利用される。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の一実施の形態例を示す構成図である。
【図２】本発明方法の動作フローを示す図である。
【図３】得られる電子線による像の変化を示す図である。
【図４】電子線の断面を示す図である。
【図５】本発明の他の動作フローを示す図である。
【図６】電子線断面図や自己相関像を画面に表示した例を示す図である。
【図７】電子線断面図や自己相関像の目標となる像を併せて表示する例を示す図である。
【図８】静電型１２極子を１２以下の静電型多極子として用いる方法を示す図である。
【符号の説明】
【００５６】
１    ＳＥＭ
２    電子光学系
３    収差補正装置
４    対物レンズ
５    画像生成装置
６    ケーブル
７    ケーブル
８    ケーブル
１０  コンピュータ
１１  表示部
【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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