(57)【要約】【課題】  本発明の目的は、上述のような画質の違いによる位置ずれ検出精度の低下を防ぎ、光学条件を変更した場合や光軸の経時変化によって荷電粒子線の状態が変化した場合においても、容易にかつ高精度に、光軸の自動調整を実現できる荷電粒子線装置の提供にある。【解決手段】  光軸調整用のアライメント偏向器の偏向条件を変化させる前に焦点評価、或いは調整を行うか、又はアライメント偏向器の偏向条件に応じた焦点調整量のテーブルを備え、アライメント偏向器の偏向条件を変化させたときに、前記テーブルに従い、焦点調整を行う荷電粒子線装置を提案する。【選択図】図１
2007141632.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子源から放出される荷電粒子線を調整する光学素子と当該光学素子に対して、軸調整を行うアライメント偏向器を備えた荷電粒子線装置において、
前記アライメント偏向器の偏向条件を変化させたときに得られる画像のずれを評価する制御装置を備え、
当該制御装置は、
前記アライメント偏向器の偏向条件を変化させる前に、前記荷電粒子線の焦点評価、或いは調整を行うことを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記制御装置は、前記荷電粒子線の焦点評価、或いは調整を、前記アライメント偏向器の偏向条件を変化させる毎に行うことを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項３】
請求項１において、
前記アライメント偏向器の偏向条件を変化させ、それぞれの条件で得られた試料像間のずれ量から前記アライメント偏向器の動作条件を決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において、
前記アライメント偏向器の偏向条件を変化させ、得られた試料像間の位置ずれ量を算出する際に、試料像間の相関値が予め定められた値以下の場合に焦点調整を行うことを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項５】
荷電粒子源から放出される荷電粒子線を調整する光学素子と当該光学素子に対して、軸調整を行うアライメント偏向器を備えた荷電粒子線装置において、
前記アライメント偏向器の偏向条件に応じた焦点調整量のテーブルを備え、前記アライメント偏向器の偏向条件を変化させたときに、前記テーブルに従い、焦点調整を行うことを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項６】
請求項５において、前記テーブルはレンズと試料間の距離を変数のひとつとして備えていることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項７】
荷電粒子源から放出される荷電粒子線を調整する光学素子と当該光学素子に対して、軸調整を行うアライメント偏向器、及び／又は前記荷電粒子線の非点を調整する非点補正器を備えた荷電粒子線装置において、
前記アライメント偏向器の偏向条件を変化させたときに得られる画像のずれを評価する制御装置を備え、
当該制御装置は、
前記アライメント偏向器の偏向条件を変化させる前に、前記荷電粒子線の焦点或いは非点の評価、又は調整を行うことを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項８】
請求項７において、
前記制御装置は、前記荷電粒子線の焦点或いは非点の評価、又は調整を、前記アライメント偏向器の偏向条件を変化させる毎に行うことを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項９】
請求項７において、
前記アライメント偏向器の偏向条件と光学素子の条件を変化させ、それぞれの条件で得られた試料像間の位置ずれ量から前記アライメント偏向器の動作条件を決定することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項１０】
請求項７において、
アライメント偏向器の偏向条件を変化させ、得られた試料像間の位置ずれ量を算出する際に、試料像間の相関値が予め定められた値以下の場合に焦点調整と非点調整を行うことを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項１１】
請求項７において、
アライメント偏向器の偏向条件を変化させる毎に、初めに焦点調整を行い、次に非点調整を行うことを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項１２】
請求項７において、
前記制御装置は、アライメント偏向器の偏向条件により発生する試料像間の位置ずれ量を算出し、その位置ずれ量を別の補正器で補正しながら、焦点調整または非点調整を実施することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項１３】
請求項７において、
前記制御装置は、焦点調整値または非点調整値を１回変化させ、アライメント偏向器の偏向条件により発生する試料像間の位置ずれ量を算出し、その位置ずれ量を用いて調整時のすべての位置ずれ量を補正しながら、焦点調整または非点調整を実施することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項１４】
請求項７において、
前記制御装置は、焦点調整値または非点調整値を１回変化させ、アライメント偏向器の偏向条件により発生する試料像間の位置ずれ量を算出し、その位置ずれ量のうち、調整時に取得した画像に対応した部分を用いて、焦点調整または非点調整を実施することを特徴とする荷電粒子線装置。
【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係り、特に荷電粒子光学系の光軸のずれを高精度に補正して、高分解能像を安定に得るのに好適な荷電粒子線装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
走査電子顕微鏡に代表される荷電粒子線装置では、細く収束された荷電粒子線を試料上で走査して試料から所望の情報（例えば試料像）を得る。このような荷電粒子線装置では、レンズに対し光軸にずれがあるとレンズ収差が発生し試料像の解像度が低下するため、分解能の高い試料像を得るためには高精度な軸調整が必要である。この軸調整を自動で行うための技術として、特許文献１，２に開示されているような技術がある。
【０００３】
一般的な軸調整は、対物レンズ等の光学素子の条件を変化させたときの試料像の移動量が小さくなるように、軸調整用の偏向器（アライナー）を調整する。これに対して、特許文献１，２に開示の技術によれば、アライメント偏向器の偏向条件と光学素子状態を変化させ、それぞれの条件下での試料像間のずれ量を算出し、そのずれ量を方程式に当てはめて、アライメント偏向器の動作条件を決定する手法が記載されている。この手法により、光学条件を変更した場合や光軸の経時変化によって荷電粒子線の状態が変化しても、容易に光軸の調整が可能となり、高精度に光軸調整の自動化を実現できる。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−３５２７５８号公報
【特許文献２】特開２００３−２２７７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１や特許文献２に開示されている手法においても、光軸調整の自動化は実現できるが、更なる高精度化の要求がある。アライメント偏向器の偏向条件と光学素子状態を変化させた場合、得られる試料像にボケ等の画質劣化が生じるため、位置ずれ量が正確に算出できない場合がある。
【０００６】
アライメント条件のずれと画像ボケの関係に関して、図８を用いて説明する。８０１は、アライメント条件にずれがなく光軸が完全に調整されている状態で、焦点制御用の対物電流値を振った場合のビーム径変化である。ビーム径が最小になった状態が焦点合致の状態である。この場合に、対物電流値を焦点合致の状態から＋ΔＦ，−ΔＦ振った状態では、ビーム径が両者ともＡとなり、同じになるため、画像のボケもほぼ同じ状態になる。したがって、＋ΔＦで撮影した画像と−ΔＦで撮影した画像の画質は、ほぼ同じ状態になり、２枚の画像間の位置ずれ検出も良好に行える。
【０００７】
これに対して、８０２はアライメント条件がずれている状態である。この場合、＋ΔＦではＢ、−ΔＦではＣとビーム径が大きく異なる。つまり、２枚の画像のボケ状態が大きく異なり、画質に大きな違いが生じるため、２画像間の位置ずれ検出の精度が低下することになる。
【０００８】
本発明の目的は、上述のような画質の違いによる位置ずれ検出精度の低下を防ぎ、光学条件を変更した場合や光軸の経時変化によって荷電粒子線の状態が変化した場合においても、容易にかつ高精度に、光軸の自動調整を実現できる荷電粒子線装置の提供にある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、光軸調整用のアライメント偏向器の偏向条件を変化させる前に焦点評価、或いは調整を行うか、又はアライメント偏向器の偏向条件に応じた焦点調整量のテーブルを備え、アライメント偏向器の偏向条件を変化させたときに、前記テーブルに従い、焦点調整を行う荷電粒子線装置を提案する。
【００１０】
このような構成によれば、荷電粒子線の光学条件に関わらず、精度の高い軸調整を自動で実行することが可能となる。なお、本発明の他の構成については、発明の実施形態の欄にて詳細に説明する。
【発明の効果】
【００１１】
以上詳述したように本発明によれば、荷電粒子線装置の光学条件因らず精度の高い軸調整を行うことが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。
【００１３】
図１は、本発明の一例である走査電子顕微鏡の概略構成図である。陰極１と第一陽極２の間には、コンピュータ４０で制御される高圧制御電源２０により電圧が印加され、所定のエミッション電流で一次電子線４が陰極１から引き出される。陰極１と第二陽極３の間には、コンピュータ４０で制御される高圧制御電源２０により加速電圧が印加され、陰極１から放出された一次電子線４が加速されて後段のレンズ系に進行する。一次電子線４は、第一収束レンズ制御電源２１で制御された第一収束レンズ５で収束され、絞り板８で一次電子線の不要な領域が除去された後に、第二収束レンズ制御電源２２で制御された第二収束レンズ６、および対物レンズ制御電源２３で制御された対物レンズ７により試料１０に微小スポットとして収束される。対物レンズ７は、インレンズ方式，アウトレンズ方式、およびシュノーケル方式（セミインレンズ方式）など、種々の形態をとることができる。また、試料に負の電圧を印加して一次電子線を減速させるリターディング方式も可能である。さらに、各々のレンズは、複数の電極で構成される静電型レンズで構成してもよい。
【００１４】
一次電子線４は、走査コイル９で試料１０上を二次元的に走査される。一次電子線の照射で試料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、二次信号分離用直交電磁界（ＥＸＢ）発生器１１により、一次電子と分離されて二次信号検出器１３に検出される。二次信号検出器１３で検出された信号は、信号増幅器１４で増幅された後、画像メモリ２５に転送されて画像表示装置２６に試料像として表示される。
【００１５】
走査コイル９の近傍もしくは同じ位置に１段の偏向コイル５１（対物レンズ用アライナー）が配置されており、対物レンズに対するアライナーとして動作する。また、対物レンズと絞り板との間には、ＸおよびＹ方向の非点を補正するための８極の非点補正コイル
５２（非点補正器）が配置される。非点補正コイルの近傍、もしくは同じ位置には非点補正コイルの軸ずれを補正するアライナー５３が配置される。
【００１６】
画像表示装置２６には、試料像のほかに電子光学系の設定や走査条件の設定を行う種々の操作ボタンの他、軸条件の確認や自動軸合わせの開始を指示するボタンを表示させることができる。
【００１７】
一次電子線が対物レンズの中心からずれた位置を通過した状態（軸がずれた状態）でフォーカス調整を行うと、フォーカス調整に伴い視野の動きが生じる。オペレータが軸ずれに気が付いた場合、表示装置に表示された処理開始ボタンをマウスでクリックするなどの操作により軸合わせ処理の開始を指示することができる。オペレータから軸合わせの指令を受けると、コンピュータ４０は、以下の実施例で説明するようなフローに沿って処理を開始する。
【００１８】
なお、図１の説明は制御プロセッサ部が走査電子顕微鏡と一体、或いはそれに準ずるものとして説明したが、無論それに限られることはなく、走査電子顕微鏡鏡体とは別に設けられた制御プロセッサで以下に説明するような処理を行っても良い。その際には二次信号検出器１３で検出される検出信号を制御プロセッサに伝達したり、制御プロセッサから走査電子顕微鏡のレンズや偏向器等に信号を伝達する伝達媒体と、当該伝達媒体経由で伝達される信号を入出力する入出力端子が必要となる。また、以下に説明する処理を行うプログラムを記憶媒体に登録しておき、画像メモリを有し走査電子顕微鏡に必要な信号を供給する制御プロセッサで、当該プログラムを実行するようにしても良い。
【００１９】
試料１０はステージ１５にセットされる。コンピュータ４０からの制御信号によってステージ１５が移動することにより試料上またはステージ上の任意の位置に移動することができる。またステージ上にはビーム調整を行うための専用パターンである軸調整用パターン１６を配置することができる。
【００２０】
画像表示装置２６と入力装置（マウスやキーボードなど）４２によって予め自動運転の条件を設定することが可能である。自動運転の条件は記憶装置４１にレシピファイルとして保存される。レシピファイルには自動軸調整を実行するための条件も含まれる。
【００２１】
図２の処理フローについて、以下に詳細に説明する。
【００２２】
第１ステップ：対物レンズ７の現在の条件、あるいは、現在の条件に基づいて決められる（例えば、現在のフォーカス条件からフォーカスを少しずらした条件）を条件１として対物レンズ７に設定する。次に、アライナー５１の現在の条件、あるいは、予め決められた条件をアライナー５１の条件１として設定する。この対物レンズ条件１とアライナー条件１で画像１を取得する。
【００２３】
第２ステップ：アライナー５１の条件をそのままにして、対物レンズの条件のみを対物レンズ条件１に対して予め決められた値だけフォーカスのずれた第２のフォーカス条件を設定して画像２を取得する。
【００２４】
第３ステップ，第４ステップ：アライナー５１の条件を条件１に対して予め決められた値だけずらした条件を条件２として、これをアライナー５１に設定する。そして、対物レンズの条件をステップ１とステップ２と同様に条件１、および条件２として、それぞれの画像（画像３，画像４）を取得する。
【００２５】
第５ステップ：画像１と画像２の視差（画像のずれ）を画像処理により検出し、これを視差１として登録する。画像間の視差は、例えば、画像１と画像２の画像を互いに画素単位でずらしながら画像相関を求め、画像相関値が最大になる画像のずらし量から検出することが可能である。その他、視差の検出が可能な画像処理ならば、本実施例に適用が可能である。
【００２６】
第６ステップ：画像１と画像２の視差を画像処理により検出して、これを視差２として登録する。
【００２７】
第７ステップ，第８ステップ：視差１と視差２からアライナー５１の最適値を計算して、アライナーに設定する。
【００２８】
図２の処理フローは、動作の理解が容易な手順で記載したが、画像の取り込み順番は処理に影響を与えない。実際の処理では、処理の高速化を図るために、例えば、対物レンズ条件７を条件１にして、画像１と画像３とを連続して取り込み、次に、対物レンズ条件７を条件２にして、画像２と画像４とを連続して取り込むことが可能である。電子顕微鏡の対物レンズは、通常磁界レンズで構成され、インダクタンスが大きいため、インダクタンスが小さく高速制御が可能なアライナーを連続制御する方法が実用上有効となる。
【００２９】
図２の処理フローで対物レンズに対する軸ずれが補正（修正）される原理を、図３により説明する。軸がずれた状態において、アライナー５１の位置（偏向面）でのビーム離軸量をＷＡＬ（複素変数：ＸＡＬ＋ｊ・ＹＡＬ，ｊ：虚数単位）、この位置で光軸に対するビームの傾きをＷＡＬ′（複素変数）とすると、電子光学理論（近軸理論）に基づく軌道計算が可能である。磁界形対物レンズの場合、レンズ電流値をＩ１からＩ２へとΔＩ（＝Ｉ１−Ｉ２）だけ変化させたときに生じる像ずれ量（視差）をΔＷｉ（複素変数：ΔＸｉ＋ｊ・ΔＹｉ）とすると、軌道計算により、ΔＷｉは次のように表すことができる。
（数１）
ΔＷｉ＝Ｋ・ΔＩ・（ＷＡＬ・Ａ＋ＷＡＬ′・Ｂ）                        （１）
ここで、Ｋ，Ａ，Ｂは、測定の際の軸ずれ状態と、対物レンズの動作条件（加速電圧や対物レンズの焦点距離、あるいは対物レンズの物点位置など）で決まるパラメータ（複素数）である。対物レンズに対して軸がずれた状態とは、式（１）においてΔＷｉが０以外の値を持つことを意味する。したがって、従来は、対物レンズの電流をΔＩだけ周期的に変化させて、このときの像ずれΔＷｉをオペレータが認識し、像ずれを無くすようにアライナーの条件を調整していた。すなわち、軸ずれが補正されるアライナーの最適値とは、式（１）の右辺がΔＩによらず０となる条件を指している。この条件を書き出すと、
（数２）
（ＷＡＬ・Ａ＋ＷＡＬ′・Ｂ）＝０                                      （２）
となり、この条件を満たすアライナーの動作条件が最適値となる。軸ずれがあるとアライナー偏向面では入射ビームの傾きも伴うため、これをＷＡＬ０′とし、アライナーによる偏向角（制御値）をＷＡＬ１′とすると
（数３）
ＷＡＬ′＝ＷＡＬ０′＋ＷＡＬ１′                                      （３）
で表される。よって、式（２）を満たすアライナーの条件ＷＡＬ１′（アライナーの最適値）を求めることが軸調整機能の目的となる。アライナーを電磁コイルで構成する場合には、偏向角ＷＡＬ１′はアライナーのコイル電流に比例する。以上の関係から式（１）を書き直すと、
（数４）
ΔＷｉ＝ΔＩ・（Ａ１＋ＷＡＬ１′・Ｂ１）                              （４）
が得られる。ここで、Ａ１，Ｂ１は以下の項をまとめたものである。
（数５）
Ａ１＝Ｋ・（ＷＡＬ・Ａ＋ＷＡＬ０′・Ｂ）                              （５）
（数６）
Ｂ１＝Ｋ・Ｂ                                                          （６）
式（４）より、アライナーの最適値ＷＡＬ１′は
（数７）
ＷＡＬ１′＝−Ａ１／Ｂ１                                              （７）
で与えられるため、Ａ１とＢ１を求めることにより、アライナーの最適値を計算することができる。式（４）において、ΔＩは対物レンズの電流変化量であるから、既知の値として予め決めることができる。したがって、アライナーを予め定めた任意の２条件に設定し、その各々においてΔＩに対する視差ΔＷｉを画像処理により検出すると、式（４）より未知数Ａ１，Ｂ１を求めるための方程式が得られる。この方程式からＡ１，Ｂ１を解くことができるため、アライナーの最適条件を式（７）から決定することができる。
【００３０】
即ち、アライナーを予め定めた任意の２条件に設定したときに得られる視差ΔＷｉが小さくなる（理想的にはゼロとなる）ような条件でＡ，Ｂのような未知数のｎ次方程式を解くことによって、電子光学系の動作条件に依存しない条件を導き出すことができる。この条件に基づいてアライナー条件（アライナーの励磁条件）を導き出すことができる。
【００３１】
なお、アライナー５１は、少なくとも対物レンズ主面におけるビーム通過位置を二次元的に制御可能な配置、あるいは構造を有している。仮に、アライナーによるビームの偏向支点が対物レンズ主面近傍に存在すると、対物レンズに対する軸ずれの状態が制御できなくなるためである。即ち本発明実施例のように電磁コイルを用いたアライメント偏向器
（アライナー）の場合、光学条件によって変化するコイルへの励磁電流（偏向信号）を検出することが可能になる。
【００３２】
例えば対物レンズの励磁条件の変化や、試料に印加するリターディング電圧の大きさによって、変化する励磁電流を、観察時の光学条件に基づいて検出することができるので、光学条件ごとに異なるパラメータを登録しておく必要がなくなり、また経時変化により、ビームの条件が変化したとしても、その変化した状態における適正なアライメントコイルへの励磁電流を検出することが可能になる。
【００３３】
このように本発明実施例によれば、変化する軸ずれの状態や荷電粒子光学系の光学素子の動作条件（例えば、ビームエネルギーや焦点距離，光学倍率など）に対応が可能であり、軸調整の自動化を容易に実現することが可能になる。
【００３４】
一方、非点補正器５２についても、本実施例では自動軸調整が可能である。非点補正器では、光軸と直交する面内において、ビームを収束させる作用とビームを発散させる作用とが方向を異にして発生する。したがって、ビームが非点補正場の中心を通過していないと、非点補正場中心からのずれに対応した方向に偏向作用を受けることになる。このとき、非点収差の補正に連動して偏向作用も変化するため、非点収差の調整操作に連動して像が移動し、調整操作が困難になる。
【００３５】
これを補正するために、従来は、非点補正器５２の信号（Ｘｓｔｇ，Ｙｓｔｇ）に連動した信号を別のアライナー５３に入力して、アライナー５３で発生する像の動きでもって非点補正器による像の動きをキャンセルするようにしている。
【００３６】
このとき、アライナー５３に入力する信号（複素変数）をＷｓ１とすると、Ｗｓ１は次の式で表される。
（数８）
Ｗｓ１＝Ｋｓｘ・Ｘｓｔｇ＋Ｋｓｙ・Ｙｓｔｇ                            （８）
ここで、Ｋｓｘ，Ｋｓｙは複素変数で表される係数である。
【００３７】
いま、非点補正器の信号（Ｘｓｔｇ，Ｙｓｔｇ）をそれぞれΔＸｓｔｇ，ΔＹｓｔｇだけ別々に変化させたとすると、各々の変化に対応する観察像の動き（視差）ΔＷｉｘ，
ΔＷｉｙは、それぞれ次のようになる。
（数９）
ΔＷｉｘ＝ΔＸｓｔｇ・（Ａｓｘ＋Ｂｘ・Ｋｓｘ）                        （９）
（数１０）
ΔＷｉｙ＝ΔＹｓｔｇ・（Ａｓｙ＋Ｂｙ・Ｋｓｙ）                      （１０）
ここで、Ａｓｘ，Ａｓｙは、非点補正器に対するビームの軸ずれに対応してその値が決まる複素変数である。Ｋｓｘ，Ｋｓｙは、装置で制御する軸調整パラメータ（複素変数）を表す。また、Ｂｘ，Ｂｙは、アライナーの位置や偏向感度，電子光学系の条件などで決まる複素変数である。従来は、非点補正器にそれぞれΔＸｓｔｇ，ΔＹｓｔｇの変調信号を加えて、そのときの像の動き（ΔＷｉｘ，ΔＷｉｙ）をオペレータが認識し、これを無くすようにパラメータＫｓｘ，Ｋｓｙの手動調整が行われていた。
【００３８】
これが、非点補正器に対する軸調整操作である。すなわち、非点補正器に対して軸を合わせる操作は、式（９）、および式（１０）において、ΔＸｓｔｇ，ΔＹｓｔｇによらずΔＷｉｘ，ΔＷｉｙが０となる係数Ｋｓｘ，Ｋｓｙを求めることに対応する。なお、
ΔＷｉｘ，ΔＷｉｙはゼロになることが理想であるが、それには限られずゼロに近くなるようにΔＷを小さくするような条件で係数を求めるようにしても良い。式（９）および式（１０）の形式は、先に示した式（４）と全く同じであり、対物レンズの電流値変化
（ΔＩ）を非点補正器の信号変化（ΔＸｓｔｇ，ΔＹｓｔｇ）に置き換えれば、視差検出とその演算処理によりアライナー５３に対する最適制御パラメータ（Ｋｓｘ，Ｋｓｙ）を求めることができる。このための処理フローを図４に示す。非点補正器による視野ずれを補正するアライナーは、試料上におけるビームの位置を補正するためのものであるから、試料上での位置が制御できる位置に配置されなければならない。
【００３９】
非点補正器に対する軸ずれの大きさは、非点補正器の信号にΔＸｓｔｇ，ΔＹｓｔｇの変化を与えたときの像ずれ（視差）により定量化できる。そのため、本実施例では、先に示した対物レンズに対する軸ずれの場合と同様、光軸の状態が変化する可能性のある操作（加速電圧の変化や試料交換，フォーカス位置の変更など）を行ったときに、視差検出を行い、オペレータに軸ずれの状態を表示して知らせることができる。
【００４０】
オペレータは、この表示に従い、必要となれば、画面上に表示した入力手段により、非点補正器の軸合わせ処理の実行を指示することができる。入力手段は、例えば、モニタに表示された専用のアイコンをマウスでクリックしたり、あるいは、メニュー画面から処理を指定するなど、種々の形態をとることができる。
【００４１】
なお、本実施例で説明した自動軸調が適正に行われているか否かを判定するために、
“視差検出に基づく補正”を行うのに供される少なくとも４枚の試料像を像表示画面にリアルタイムで表示するようにしても良い。また上記説明では対物レンズと非点補正器に対する軸調を行うことについて説明したが、これに限られることはなくアライメント偏向器を用いて光軸調整を行う必要のある荷電粒子線の光学素子全般に適用可能である。更に本発明は電子顕微鏡だけではなく、収束イオンビームや軸対称レンズシステムを用いて荷電粒子線を収束させる全ての荷電粒子線装置に適用が可能である。また、アライナー用偏向器として、静電偏向器を用いるようにしても良い。
【００４２】
ここでアライメント偏向器の偏向条件を変化させる度に焦点調整を行うことで高精度に軸調整ができる理由に関して図９を用いて説明する。
【００４３】
本発明に関する自動軸調整方法は、特開２００２−３５２７５８号公報や特開２００３−２２７７１号公報に開示されているように、アライメント偏向器の偏向条件と光学素子状態を変化させ、それぞれの条件下での試料像間のずれ量を算出し、そのずれ量からアライメント偏向器の動作条件を算出する手法である。つまり、試料像間のずれ量を算出が軸調整の精度に影響してくる。
【００４４】
図８で説明したようにアライメント条件がずれている状態で、対物値を＋ΔＦ，−ΔＦに振った場合は、２枚の画像間のボケ状態が大きく異なり、画質に大きな違いが生じるため、画像間の位置ずれ検出の精度が低下する。
【００４５】
これに対して、図９の９０１は、アライメント条件がずれている状態で、焦点調整を行った状態である。この場合に、焦点合致の状態から対物値を＋ΔＦ，−ΔＦ振った状態では、ビーム径が両者ともＤと同じになり、画像のボケもほぼ同じ状態になる。したがって、＋ΔＦで撮影した画像と−ΔＦで撮影した画像の画質はほぼ同じになり、２枚の画像間の位置ずれ検出も良好に行えることになる。
【００４６】
このように、アライメント偏向器の偏向条件を変化させた場合は、その度に焦点調整を行うことで対物値の変化に対して画質がほぼ同じになるため高精度に軸調整が可能になる。
【００４７】
図５は、本発明の実施例である対物レンズ用アライナーの調整処理フローである。第１ステップでアライナー５１に条件１を設定する。ここで、偏向条件が変化したため、第２ステップで自動焦点調整を実行する。
【００４８】
自動焦点調整は、対物レンズの焦点条件を自動的に最適値に設定する制御であり、その方法は、対物レンズの条件を変化させながら、複数枚のフレーム走査を行い得られた画像から焦点評価値を算出，評価し、最適値を対物レンズの条件に設定するものである。
【００４９】
焦点評価には、微分フィルタと呼ばれる空間フィルタを画像に施し画素値の統計量で評価する方法を用いる。微分フィルタとしては、１次微分フィルタとしてのソーベルフィルタ，２次微分フィルタとしてのラプラシアンフィルタ等が知られているが、それらの空間フィルタもしくはその変形手法を用いることもできる。また、統計量としては、画素値総和，平均値，分散値，標準偏差値等を用いる。対物レンズの条件を変えながら撮影したフレーム毎に焦点評価値を計算し、その値が一番大きくなった時の対物レンズの条件を焦点が合った条件とする。
【００５０】
第３ステップで対物レンズ７に条件１（ステップ２で求めた焦点合致の条件に基づいて決められる条件）を設定し、対物レンズ条件１とアライナー条件１で画像１を取得する。
【００５１】
第４ステップ：アライナー５１の条件をそのままにして、対物レンズの条件のみを対物レンズ条件１に対して予め決められた値だけフォーカスのずれた第２のフォーカス条件を設定して画像２を取得する。
【００５２】
第５ステップ：アライナー５１の条件を条件１に対して予め決められた値だけずらした条件を条件２として、これをアライナー５１に設定する。ここで、再び偏向条件が変化したため、第６ステップで自動焦点調整を実行する。
【００５３】
そして、ステップ７，ステップ８で対物レンズの条件をステップ３とステップ４と同様に条件１、および条件２として、それぞれの画像（画像３，画像４）を取得する。
【００５４】
第９ステップ：画像１と画像２の視差（画像のずれ）を画像処理により検出し、これを視差１として登録する。画像間の視差は、例えば、画像１と画像２の画像を互いに画素単位でずらしながら画像相関を求め、画像相関値が最大になる画像のずらし量から検出することが可能である。その他、視差の検出が可能な画像処理ならば、本実施例に適用が可能である。
【００５５】
第１０ステップ：画像３と画像４の視差を画像処理により検出して、これを視差２として登録する。
【００５６】
第１１ステップ：視差１と視差２からアライナー５１の最適値を計算して、アライナーに設定する。
【００５７】
以上のように、レンズの条件を変化させて像ずれ量を検出する前に、自動焦点調整を行うことによって、高精度に像ずれ量を検出することが可能となる。そして自動焦点調整→光軸調整のステップを併せて行うようにすれば、経時変化に因らず、安定した光軸調整を行うことができる。
【００５８】
なお、これまでアライナーを動作させる前に、自動焦点調整を行う例について説明したが、これに限られることはない。例えば、光軸調整前にフォーカス（焦点）条件を評価するステップを設け、その際にフォーカス条件が悪ければ、焦点調整行程に移行し、或る所定値以上のフォーカス評価値が見込めるようであれば、焦点調整を行うことなく、速やかに、アライナーを動作させ、像ずれ量を検出するステップに移行するようにしても良い。もともと焦点が合っている場合には、必ずしも調整を行う必要はない。
【００５９】
なお、仮にアライナーを動作させた後であったとしても、アライナーの条件を元に戻して評価すれば、結果的に同じである。
【００６０】
上述の例に限らず、先ずは焦点等の状態を評価して、精度の高い像ずれ量検出が可能かどうかを判断することが重要であって、調整自体は必要に応じて行われれば良い。但し、例えばアライメント偏向器の偏向条件に応じた焦点調整量をテーブル化しておき、アライメント偏向器の偏向条件を変える度に、そのテーブルに従い焦点調整値を設定するようにしても良い。
【００６１】
図６は、本発明の実施例である非点補正用アライナーの調整処理フローである。第１ステップでアライナーに条件１を設定する。ここで、偏向条件が変化したため、第２ステップで自動焦点調整を実行する。第３ステップで非点補正器の信号を条件１に設定し、非点補正信号：条件１とアライナー条件１で画像１を取得する。第４ステップ：アライナーの条件をそのままにして、非点補正信号の条件のみを非点補正信号：条件１に対して予め決められた値だけずれた第２の非点補正信号条件２を設定して画像２を取得する。
【００６２】
第５ステップ：アライナーの条件を予め決められた値だけずらした条件を条件２として、これをアライナーに設定する。ここで、再び偏向条件が変化したため、第６ステップで自動焦点調整を実行する。
【００６３】
そして、ステップ７，ステップ８で非点補正信号の条件をステップ３とステップ４と同様に条件１、および条件２として、それぞれの画像（画像３，画像４）を取得する。
【００６４】
第９ステップ：画像１と画像２の視差（画像のずれ）を画像処理により検出し視差１として登録する。第１０ステップ：画像３と画像４の視差を画像処理により検出して、これを視差２として登録する。第１１ステップ：視差１と視差２からアライナーの最適値を計算して、アライナーに設定する。
【００６５】
図７は、本発明の実施例である全自動調整を説明するための図である。予め定められたタイミングでステージ１５を駆動し、電子ビーム直下に軸調整用パターン１６を位置付ける。７０１でパターン情報から倍率や撮像を設定した後、７０２で自動焦点調整を実行する。７０３で非点補正器用アライナー５３のＸ方向を調節し、７０５でアライメント補正値が予め定めた閾値より大きい場合、リトライ処理を行い、再び７０４の調整を行う。
７０３の処理は図６の処理フローに示した内容である。
【００６６】
次に７０６で非点補正器用アライナー５３のＹ方向を調節し、７０７では７０５同様にリトライ処理の判定を行う。次に７０８で対物レンズ用アライナー５１を調節する。708の処理は図５の処理フローに示した内容である。ここでも７０５，７０７同様に７０９でリトライ処理の判定を行う。次に７１０で非点補正の自動調整を行い、最後に７１１で、再度焦点調整を行う。自動非点調整に関しては、特開２００３−２２７７１号公報に開示されている手法を用いることが出来る。なお、非点補正器用アライナー５３と対物レンズ用アライナー５１の調整順序は、電子光学系内のレンズの配置によって決定される。
【００６７】
図１に示すような電子光学系の場合、対物レンズ用アライナー５１による調整を行った後、非点補正器用アライナー５３で軸調整を行うと、対物レンズに対する光軸が再度ずれてしまう場合があるので、陰極から見てより近くに位置する光学素子から順に調整することが望ましい。逆に陰極から見て対物レンズ，非点補正器の順にレンズが配置されている電子光学系の場合は、対物レンズ用アライナー，非点補正器用アライナーの順で調整することが望ましい。
【００６８】
図１０は、本発明の実施例である位置合わせの相関値により焦点調整を行う場合の概略フローである。この図は、対物レンズ用アライナーの調整時の処理フローである。1001でアライナー５１に条件１を設定する。１００２で対物レンズ７に条件１を設定し、対物レンズ条件１とアライナー条件１で画像１を取得する。１００３：アライナー５１の条件をそのままにして、対物レンズの条件のみを第２の条件を設定して画像２を取得する。1004で画像１と画像２の視差（画像のずれ）を画像処理により検出し、これを視差１として登録する。１００５では、１００４で行う位置ずれ量検出の際に同時に算出される２画像間の相関値を予め定めておいた閾値（Ｔｈ０）と比較したその値より小さい場合に１００６で焦点調整を実行する。その後は、１００２〜１００５の処理を再度繰り返す。
【００６９】
但し、この繰り返しに関しても予め最大回数を定めておき、そのリトライ回数(retry) に達したら次のステップに進むようにする。次に１００７でアライナー５１の条件を条件２に設定する。そして、１００８，１００９で対物レンズの条件を１００２と１００３と同様に条件１、および条件２として、それぞれの画像（画像３，画像４）を取得する。
【００７０】
１０１０で画像３と画像４の視差（画像のずれ）を画像処理により検出し、これを視差２として登録する。１０１１では、１０１０で行う位置ずれ量検出の際に同時に算出される２画像間の相関値を予め定めておいた閾値（Ｔｈ０）と比較したその値より小さい場合に１０１２で焦点調整を実行する。その後は、１００８〜１０１１の処理を再度繰り返す。但し、この繰り返しに関しても予め最大回数を定めておき、そのリトライ回数(retry) に達したら次のステップに進むようにする。１０１３と１０１４で、視差１と視差２からアライナー５１の最適値を計算して、アライナーに設定する。図１０の処理フローは、対物レンズに対する軸ずれを補正するための概略フローであるが、非点補正器に対する軸ずれを補正するための処理フローも同じように構成することが出来る。
【００７１】
図１１は、本発明の実施例である偏向条件と焦点調整量をテーブル化した場合の概略フローである。この図は、対物レンズ用アライナーの調整時の処理フローである。第１ステップでアライナー５１に条件１を設定する。ここで、偏向条件が変化したため、第２ステップで予め用意されたテーブルから偏向条件に対応した分の焦点制御値を読み出して設定する。第３ステップで対物レンズ７に条件１を設定し、対物レンズ条件１とアライナー条件１で画像１を取得する。
【００７２】
第４ステップ：アライナー５１の条件をそのままにして、対物レンズの条件のみを対物レンズ条件１に対して予め決められた値だけフォーカスのずれた第２のフォーカス条件を設定して画像２を取得する。第５ステップ：アライナー５１の条件を条件１に対して予め決められた値だけずらした条件を条件２として、これをアライナー５１に設定する。ここで、再び偏向条件が変化したため、第６ステップで予め用意されたテーブルから偏向条件に対応した分の焦点制御値を読み出して設定する。そして、ステップ７，ステップ８で対物レンズの条件をステップ３とステップ４と同様に条件１、および条件２として、それぞれの画像（画像３，画像４）を取得する。
【００７３】
第９ステップ：画像１と画像２の視差（画像のずれ）を画像処理により検出し、これを視差１として登録する。画像間の視差は、例えば、画像１と画像２の画像を互いに画素単位でずらしながら画像相関を求め、画像相関値が最大になる画像のずらし量から検出することが可能である。その他、視差の検出が可能な画像処理ならば、本実施例に適用が可能である。
【００７４】
第１０ステップ：画像３と画像４の視差を画像処理により検出して、これを視差２として登録する。
【００７５】
第１１ステップ：視差１と視差２からアライナー５１の最適値を計算して、アライナーに設定する。図１１の処理フローは、対物レンズに対する軸ずれを補正するための概略フローであるが、非点補正器に対する軸ずれを補正するための処理フローも同じように構成することが出来る。
【００７６】
図１０，図１１のような処理フローを取ることにより、焦点制御にかかる処理時間を軽減もしくは削減できるので、軸調整にかかる処理時間を短縮することが可能になる。
【００７７】
アライナー値を変更したときのボケの程度は、レンズの球面収差から計算できる。レンズの球面収差は、レンズと試料間の距離（ワーキングディスタンス）に依存するため、アライナー変化に対するボケの感度係数をワーキングディスタンスのテーブルとして持つことが出来る。この手法は、ワーキングディスタンスが大きく変化する荷電粒子線装置に有効である。
【００７８】
図１２は、本発明の実施例である焦点調整と非点調整を行う場合の概略フローである。この図は、位置合わせ時の相関値により対物レンズ用アライナーの調整を行う場合の処理フローである。１２０１〜１２０６までは図１０の１００１〜１００６の処理と同様である。１２０６で焦点調整を行った後、１２０７で非点補正の自動調整を行う。自動非点補正は７１０で説明したものである。
【００７９】
その後は、１２０２〜１２０５の処理を再度繰り返す。以下１２０８〜１２１６までの処理は、１２１３，１２１４で、自動焦点調整，自動非点補正を実施する過程を除き、図１０の１００７〜１０１４の処理と同様である。非点のずれは、焦点ずれと同様にボケ等の画質の低下を招くため、位置ずれ検出精度を向上させるには、アライメント偏向器の偏向条件を変化させる毎に、焦点調整と同時に非点調整を実施することも可能である。また、焦点調整と非点補正の順番に関しては、焦点ずれによる画質劣化には単純なボケだけでなく画像の流れ等も生じる場合があるため、初めに焦点調整を行い、次に非点補正を行うことが望ましい。
【００８０】
図１２の処理フローは、対物レンズに対する軸ずれを補正するための概略フローであるが、非点補正器に対する軸ずれを補正するための処理フローも同じように構成することが出来る。
【００８１】
自動軸調整中の自動焦点調整では、アライナーを変化させて軸を傾けているために対物レンズなどを変化させると画像がシフトしてしまう課題が発生する。そこでこの課題を解決するために像シフトを補正しながら自動焦点調整を実施する例を説明する。図１３，図１４，図１５は自動焦点調整の実施例であるが同様に自動非点調整にも使用できる。
【００８２】
図１３は、本発明の実施例である図１０および図１１，図１２で実施される自動焦点調整の概略フローである。自動焦点調整開始時の対物レンズ７の条件０を設定した後、ビームを走査して画像を取得し、画像を画像０として記憶する（１３０１）。
【００８３】
次に対物レンズ７の条件１を設定し同様に画像１を記憶する（１３０２）。画像０と画像１の視差０（像ずれ量）を画像処理によって検出する（１３０３）。視差０を打ち消すようにイメージシフトコイル４５を制御して画像０と同じ視野の画像１′を取得する
（１３０４）。画像１′の評価値を計算する（１３０５）。以上の処理を所定の回数繰返し評価プロファイルを作成する（１３０６）。得られた評価プロファイルから最適な対物レンズ条件Ｚを計算して（１３０７）、対物レンズ７に設定する（１３０８）。
【００８４】
図１４は、本発明の実施例である図１０および図１１，図１２で実施される別の自動焦点調整の概略フローである。図１３の実施例と同様に画像０と画像１の視差０を検出する（１４０１）〜（１４０３）。この視差０を用いてこれ以降発生する視野ずれを補正するようにイメージシフトコイル４５を制御して画像を取得し、所定回数分評価値を計算する（１４０４）〜（１４０６）。得られた評価プロファイルから最適な対物レンズ条件Ｚを計算して（１４０７）、対物レンズ７に設定する（１４０８）。本実施例では自動焦点調整開始時の対物レンズ７の条件０と条件１を使用した比較的ぼけの少ない画像で視差を検出するため、視差の精度が高い。
【００８５】
図１６は、本発明の実施例である図１４で実施される自動焦点調整の別の概略フローである。図１４の実施例と同様に画像０と画像１の視差０を検出する（１６０１）〜(1603)。所定の評価回数と視差０から最大の視差Ｓｍａｘを計算し（１６１０）、Ｓｍａｘが例えば画像サイズの半分以下の場合は（１６１１）、順に取得される画像ｉにおいて視差０に対応した部分の領域を切り取って評価値を計算する（１６０４）〜（１６０５）。画像サイズの半分より大きい場合は、これ以降の処理が図１４の実施例と同じとなる。所定回数実施して得られた評価プロファイルから最適な対物レンズ条件Ｚを計算して、対物レンズ７に設定する（１６０６）〜（１６０８）。以上のように処理することで視差補正後の画像を取得する必要がなくなり処理の高速化が計れる。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】本発明の一例である走査電子顕微鏡の構成概略図。
【図２】対物レンズに対する軸ずれを補正するための概略フロー。
【図３】対物レンズに対する軸ずれを補正する原理図。
【図４】非点補正器に対する軸ずれを補正するための概略処理フローチャート。
【図５】本発明の対物レンズに対する軸ずれを補正するための概略フローチャート。
【図６】本発明の非点補正器に対する軸ずれを補正するための概略処理フローチャート。
【図７】本発明の全自動調整の概略処理フローチャート。
【図８】アライメント条件のずれと画像ボケの関係を示す図。
【図９】アライメント条件がずれている状態で焦点調整を行った状態を示す図。
【図１０】本発明の実施例である位置合わせの相関値により焦点調整を行う場合の概略フローチャート。
【図１１】本発明の実施例である偏向条件と焦点調整量をテーブル化した場合の概略フローチャート。
【図１２】本発明の実施例である焦点調整と非点補正を行う場合の概略フローチャート。
【図１３】本発明の実施例である図１０および図１１，図１２で実施される自動焦点調整の概略フローチャート。
【図１４】本発明の実施例である図１０および図１１，図１２で実施される自動焦点調整の別の概略フローチャート。
【図１５】本発明の実施例である図１４の自動焦点調整の別の概略フローチャート。
【符号の説明】
【００８７】
１…陰極、２…第一陽極、３…第二陽極、４…一次電子線、５…第一収束レンズ、６…第二収束レンズ、７…対物レンズ、８…絞り板、９…走査コイル、１０…試料、１１…二次信号分離用直交電磁界（ＥＸＢ）発生器、１２…二次信号、１３…二次信号検出器、
１４ａ…信号増幅器、１５…ステージ、１６…軸調整用パターン、２０…高圧制御電源、２１…第一収束レンズ制御電源、２２…第二収束レンズ制御電源、２３…対物レンズ制御電源、２４…走査コイル制御電源、２５…画像メモリ、２６…画像表示装置、２７…画像処理装置、３１…対物レンズ用アライナー制御電源、３２…非点補正器用制御電源、３３…非点補正器用アライナー制御電源、４０…コンピュータ、４１…記憶装置、４２…入力装置、４４…イメージシフトコイル制御電源、４５…イメージシフトコイル、５１…対物レンズ用アライナー、５２…非点補正器、５３…非点補正器用アライナー。
【図１】
2007141632.tif 000003
【図２】
2007141632.tif 000004
【図３】
2007141632.tif 000005
【図４】
2007141632.tif 000006
【図５】
2007141632.tif 000007
【図６】
2007141632.tif 000008
【図７】
2007141632.tif 000009
【図８】
2007141632.tif 000010
【図９】
2007141632.tif 000011
【図１０】
2007141632.tif 000012
【図１１】
2007141632.tif 000013
【図１２】
2007141632.tif 000014
【図１３】
2007141632.tif 000015
【図１４】
2007141632.tif 000016
【図１５】
2007141632.tif 000017