(57)【要約】【課題】容易に荷電粒子ビームの軸合わせができる荷電粒子ビームの軸合わせ方法を提供する。【解決手段】荷電粒子ビームの軸合わせ方法は、第１アライメントコイルの励磁電流、および第２アライメントコイルの励磁電流の条件を変えて、荷電粒子ビームの経路に配置された遮蔽部材を前記荷電粒子ビームによって走査することにより、第１〜第３画像データを取得する画像データ取得工程Ｓ１０と、画像データ取得工程で取得した前記第１〜第３画像データに基づいて、荷電粒子ビームの軸合わせのための第１アライメントコイルの励磁電流値および第２アライメントコイルの励磁電流値を算出する演算工程Ｓ１１〜Ｓ１３と、を含む。【選択図】図６
2013251225.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子ビームを第１方向に偏向させる第１アライメントコイル、および前記荷電粒子ビームを前記第１方向と交差する第２方向に偏向させる第２アライメントコイルによって前記荷電粒子ビームの軸を調整し、対物レンズによって前記荷電粒子ビームを集束させて被照射物に照射し、前記被照射物から発生した信号を検出して画像データを取得する荷電粒子ビーム装置における荷電粒子ビームの軸合わせ方法であって、
前記荷電粒子ビームの走査エリアの一部が遮蔽されて遮蔽領域が形成されるように前記荷電粒子ビームの走査を行い、当該走査を前記第１アライメントコイルの励磁電流、および前記第２アライメントコイルの励磁電流の条件を変えて繰り返すことにより、少なくとも第１〜第３画像データを取得する画像データ取得工程と、
前記画像データ取得工程で取得した前記第１〜第３画像データに基づいて、前記荷電粒子ビームの軸合わせのための前記第１アライメントコイルの励磁電流値および前記第２アライメントコイルの励磁電流値を算出する演算工程と、
を含み、
前記画像データ取得工程において、
前記第１画像データは、前記第１アライメントコイルの励磁電流値が第１電流値であり、前記第２アライメントコイルの励磁電流値が第２電流値である条件で取得され、
前記第２画像データは、前記第１アライメントコイルの励磁電流値が前記第１電流値であり、前記第２アライメントコイルの励磁電流値が前記第２電流値から第２変化電流値だけ変化させた電流値である条件で取得され、
前記第３画像データは、前記第１アライメントコイルの励磁電流値が前記第１電流値から第１変化電流値だけ変化させた電流値であり、前記第２アライメントコイルの励磁電流値が前記第２電流値である条件で取得される、荷電粒子ビームの軸合わせ方法。
【請求項２】
請求項１において、
前記演算工程では、
前記第１画像データの画像と、前記第１画像データの画像を画像中心まわりに１８０度回転させて得られる画像と、の間の前記遮蔽領域により形成される像の位置ずれ量を示す第１画像変位ベクトルと、
前記第２画像データの画像と、前記第２画像データの画像を画像中心まわりに１８０度回転させて得られる画像と、の間の前記遮蔽領域により形成される像の位置ずれ量を示す第２画像変位ベクトルと、
前記第３画像データの画像と、前記第３画像データの画像を画像中心まわりに１８０度回転させて得られる画像と、の間の前記遮蔽領域により形成される像の位置ずれ量を示す第３画像変位ベクトルと、
を算出し、
前記第１〜第３画像変位ベクトルに基づいて、前記荷電粒子ビームの軸合わせのための前記第１アライメントコイルの励磁電流値および前記第２アライメントコイルの励磁電流値を算出する、荷電粒子ビームの軸合わせ方法。
【請求項３】
請求項１において、
前記荷電粒子ビーム装置は、前記画像データを取得する際に、前記荷電粒子ビームを走査するための走査コイルを備え、
前記画像データ取得工程では、第４〜第６画像データを取得し、
前記第４画像データは、前記第１アライメントコイルの励磁電流値が前記第１電流値であり、前記第２アライメントコイルの励磁電流値が前記第２電流値である条件で取得され、
前記第５画像データは、前記第１アライメントコイルの励磁電流値が前記第１電流値であり、前記第２アライメントコイルの励磁電流値が前記第２電流値から前記第２変化電流
値だけ変化させた電流値である条件で取得され、
前記第６画像データは、前記第１アライメントコイルの励磁電流値が前記第１電流値から前記第１変化電流値だけ変化させた電流値であり、前記第２アライメントコイルの励磁電流値が前記第２電流値である条件で取得され、
前記第１〜第３画像データは、前記走査コイルによって前記荷電粒子ビームを第１走査方向に走査することによって得られ、
前記第４〜第６画像データは、前記走査コイルによって前記荷電粒子ビームを前記第１走査方向とは逆方向となる第２走査方向することによって得られ、
前記演算工程では、前記第１〜第６画像データに基づいて、前記荷電粒子ビームの軸合わせのための前記第１アライメントコイルの励磁電流値および前記第２アライメントコイルの励磁電流値を算出する、荷電粒子ビームの軸合わせ方法。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１項において、
前記対物レンズは、前記荷電粒子ビームを通過させるための開口部を有し、
前記対物レンズによって前記遮蔽領域が形成される、荷電粒子ビームの軸合わせ方法。
【請求項５】
請求項１ないし３のいずれか１項において、
前記対物レンズが配置される空間と試料が配置される空間との間に圧力差をつくるためのオリフィスによって前記遮蔽領域が形成される、荷電粒子ビームの軸合わせ方法。
【請求項６】
請求項１ないし３のいずれか１項において、
前記対物レンズに入射する前記荷電粒子ビームを制限するための対物レンズ絞りによって前記遮蔽領域が形成される、荷電粒子ビームの軸合わせ方法。
【請求項７】
請求項１ないし３のいずれか１項において、
前記荷電粒子ビームの変動を検出するための荷電粒子ビーム検出絞りによって前記遮蔽領域が形成される、荷電粒子ビームの軸合わせ方法。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれか１項において、
前記第１アライメントコイルおよび前記第２アライメントコイルは、前記対物レンズに入射する前記荷電粒子ビームを制限するための対物レンズ絞りの前方に配置されている、荷電粒子ビームの軸合わせ方法。
【請求項９】
請求項１ないし５のいずれか１項において、
前記第１アライメントコイルおよび前記第２アライメントコイルは、前記対物レンズに入射する前記荷電粒子ビームを制限するための対物レンズ絞りの後方に配置されている、荷電粒子ビームの軸合わせ方法。
【請求項１０】
荷電粒子ビームを第１方向に偏向させる第１アライメントコイル、および前記荷電粒子ビームを前記第１方向と交差する第２方向に偏向させる第２アライメントコイルによって前記荷電粒子ビームの軸を調整し、対物レンズによって前記荷電粒子ビームを集束させて被照射物に照射し、前記被照射物から発生した信号を検出して画像データを取得する荷電粒子ビーム装置であって、
前記荷電粒子ビームの走査エリアの一部が遮蔽されて遮蔽領域が形成されるように前記荷電粒子ビームの走査を行い、当該走査を前記第１アライメントコイルの励磁電流、および前記第２アライメントコイルの励磁電流の条件を変えて繰り返すことにより、少なくとも第１〜第３画像データを取得する画像データ取得手段と、
前記画像データ取得手段により取得された前記第１〜第３画像データに基づいて、前記荷電粒子ビームの軸合わせのための前記第１アライメントコイルの励磁電流値および前記第２アライメントコイルの励磁電流値を算出する演算手段と、
を含み、
前記第１画像データは、前記第１アライメントコイルの励磁電流値が第１電流値であり、前記第２アライメントコイルの励磁電流値が第２電流値である条件で取得され、
前記第２画像データは、前記第１アライメントコイルの励磁電流値が前記第１電流値であり、前記第２アライメントコイルの励磁電流値が前記第２電流値から第２変化電流値だけ変化させた電流値である条件で取得され、
前記第３画像データは、前記第１アライメントコイルの励磁電流値が前記第１電流値から第１変化電流値だけ変化させた電流値であり、前記第２アライメントコイルの励磁電流値が前記第２電流値である条件で取得される、荷電粒子ビーム装置。
【請求項１１】
請求項１０において、
前記演算手段は、
前記第１画像データの画像と、前記第１画像データの画像を画像中心まわりに１８０度回転させて得られる画像と、の間の前記遮蔽領域により形成される像の位置ずれ量を示す第１画像変位ベクトルと、
前記第２画像データの画像と、前記第２画像データの画像を画像中心まわりに１８０度回転させて得られる画像と、の間の前記遮蔽領域により形成される像の位置ずれ量を示す第２画像変位ベクトルと、
前記第３画像データの画像と、前記第３画像データの画像を画像中心まわりに１８０度回転させて得られる画像と、の間の前記遮蔽領域により形成される像の位置ずれ量を示す第３画像変位ベクトルと、
を算出し、
前記第１〜第３画像変位ベクトルに基づいて、前記荷電粒子ビームの軸合わせのための前記第１アライメントコイルの励磁電流値および前記第２アライメントコイルの励磁電流値を算出する、荷電粒子ビーム装置。
【請求項１２】
請求項１０において、
前記画像データを取得する際に、前記荷電粒子ビームを走査するための走査コイルを含み、
前記画像データ取得手段は、第４〜第６画像データを取得し、
前記第４画像データは、前記第１アライメントコイルの励磁電流値が前記第１電流値であり、前記第２アライメントコイルの励磁電流値が前記第２電流値である条件で取得され、
前記第５画像データは、前記第１アライメントコイルの励磁電流値が前記第１電流値であり、前記第２アライメントコイルの励磁電流値が前記第２電流値から前記第１変化電流値だけ変化させた電流値である条件で取得され、
前記第６画像データは、前記第１アライメントコイルの励磁電流値が前記第１電流値から前記第２変化電流値だけ変化させた電流値であり、前記第２アライメントコイルの励磁電流値が前記第２電流値である条件で取得され、
前記第１〜第３画像データは、前記走査コイルによって前記荷電粒子ビームを第１走査方向に走査することによって得られ、
前記第４〜第６画像データは、前記走査コイルによって前記荷電粒子ビームを前記第１走査方向とは逆方向となる第２走査方向することによって得られ、
前記演算手段は、前記第１〜第６画像データに基づいて、前記荷電粒子ビームの軸合わせのための前記第１アライメントコイルの励磁電流値および前記第２アライメントコイルの励磁電流値を算出する、荷電粒子ビーム装置。
【請求項１３】
請求項１０ないし１２のいずれか１項において、
前記対物レンズは、前記荷電粒子ビームを通過させるための開口部を有し、
前記対物レンズによって前記遮蔽領域が形成される、荷電粒子ビーム装置。
【請求項１４】
請求項１０ないし１２のいずれか１項において、
前記対物レンズが配置される空間と、試料が配置される空間と、の間に圧力差をつくるためのオリフィスによって前記遮蔽領域が形成される、荷電粒子ビームの軸合わせ方法。
【請求項１５】
請求項１０ないし１２のいずれか１項において、
前記対物レンズに入射する前記荷電粒子ビームを制限するための対物レンズ絞りによって前記遮蔽領域が形成される、荷電粒子ビーム装置。
【請求項１６】
請求項１０ないし１２のいずれか１項において、
前記荷電粒子ビームの変動を検出するための荷電粒子ビーム検出絞りによって前記遮蔽領域が形成される、荷電粒子ビーム装置。
【請求項１７】
請求項１０ないし１６のいずれか１項において、
前記第１アライメントコイルおよび前記第２アライメントコイルは、前記対物レンズに入射する前記荷電粒子ビームを制限するための対物レンズ絞りの前方に配置されている、荷電粒子ビーム装置。
【請求項１８】
請求項１０ないし１４のいずれか１項において、
前記第１アライメントコイルおよび前記第２アライメントコイルは、前記対物レンズに入射する前記荷電粒子ビームを制限するための対物レンズ絞りの後方に配置されている、荷電粒子ビーム装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、荷電粒子ビームの軸合わせ方法および荷電粒子ビーム装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、生物、材料、半導体などの微細構造を観察、測定する走査型電子顕微鏡や半導体素子回路パターンの測長用走査型電子顕微鏡等の荷電粒子ビーム装置が知られている。
【０００３】
このような荷電粒子ビーム装置では、荷電粒子ビームの軸と、対物レンズ等の光学部材の光軸と、を一致させるための荷電粒子ビームの軸合わせが行われる。
【０００４】
例えば、特許文献１では、コンデンサーレンズ／スキャンコイルを２つの条件に制御して２つのフィラメントイメージを得る手段と、この２つの原画像を２値化して２値化画像とする手段と、前記２値化画像をＸ，Ｙ方向にヒストグラム処理してヒストグラムを得る手段と、当該ヒストグラムから最大値を示す２つの座標を求める手段と、２つの座標の距離が許容範囲内になるようにアライメントコイルの励磁電流を制御する手段と、を備えた走査電子顕微鏡の電子ビームのアライメント装置が開示されている。
【０００５】
また、例えば、特許文献２では、対物レンズの開口部を電子ビームによって第１の方向に走査することにより検出される第１の像と、対物レンズの開口部を電子ビームによって、第１の方向とは逆方向となる第２の方向に走査することにより検出される第２の像と、を取得し、これら、第１及び第２の像の比較に基づいて、荷電粒子ビームの軸調整を行う走査電子顕微鏡が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平６−１７６７２１号公報
【特許文献２】特開２００５−１７４８１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１のアライメント装置では、フィラメントイメージの２値化画像の最大値となる座標間の距離が許容範囲内には入るまで、ガンアライメントコイルの励磁を繰り返し補正する必要がある。
【０００８】
また、特許文献２の走査電子顕微鏡においても、ビームアライメントコイルの励磁が最適値に至るまでには、複数回の操作の繰り返しが必要である。
【０００９】
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、容易に荷電粒子ビームの軸合わせができる荷電粒子ビームの軸合わせ方法を提供することにある。
【００１０】
また、本発明のいくつかの態様に係る目的の１つは、容易に荷電粒子ビームの軸合わせができる荷電粒子ビーム装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
（１）本発明に係る荷電粒子ビームの軸合わせ方法は、
荷電粒子ビームを第１方向に偏向させる第１アライメントコイル、および前記荷電粒子
ビームを前記第１方向と交差する第２方向に偏向させる第２アライメントコイルによって前記荷電粒子ビームの軸を調整し、対物レンズによって前記荷電粒子ビームを集束させて被照射物に照射し、前記被照射物から発生した信号を検出して画像データを取得する荷電粒子ビーム装置における荷電粒子ビームの軸合わせ方法であって、
前記荷電粒子ビームの走査エリアの一部が遮蔽されて遮蔽領域が形成されるように前記荷電粒子ビームの走査を行い、当該走査を前記第１アライメントコイルの励磁電流、および前記第２アライメントコイルの励磁電流の条件を変えて繰り返すことにより、少なくとも第１〜第３画像データを取得する画像データ取得工程と、
前記画像データ取得工程で取得した前記第１〜第３画像データに基づいて、前記荷電粒子ビームの軸合わせのための前記第１アライメントコイルの励磁電流値および前記第２アライメントコイルの励磁電流値を算出する演算工程と、
を含み、
前記画像データ取得工程において、
前記第１画像データは、前記第１アライメントコイルの励磁電流値が第１電流値であり、前記第２アライメントコイルの励磁電流値が第２電流値である条件で取得され、
前記第２画像データは、前記第１アライメントコイルの励磁電流値が前記第１電流値であり、前記第２アライメントコイルの励磁電流値が前記第２電流値から第２変化電流値だけ変化させた電流値である条件で取得され、
前記第３画像データは、前記第１アライメントコイルの励磁電流値が前記第１電流値から第１変化電流値だけ変化させた電流値であり、前記第２アライメントコイルの励磁電流値が前記第２電流値である条件で取得される。
【００１２】
このような荷電粒子ビームの軸合わせ方法によれば、３つの画像データから荷電粒子ビームの軸合わせのための第１アライメントコイルの励磁電流値および第２アライメントコイルの励磁電流値を求めることができる。このように荷電粒子ビームの軸合わせのための画像データの取得数が少なくて済むため、容易に荷電粒子ビームの軸合わせができる。したがって、装置の操作者の負担を軽減し、荷電粒子ビームの軸合わせに要する時間を短縮できる。
【００１３】
（２）本発明に係る荷電粒子ビームの軸合わせ方法において、
前記演算工程では、
前記第１画像データの画像と、前記第１画像データの画像を画像中心まわりに１８０度回転させて得られる画像と、の間の前記遮蔽領域により形成される像の位置ずれ量を示す第１画像変位ベクトルと、
前記第２画像データの画像と、前記第２画像データの画像を画像中心まわりに１８０度回転させて得られる画像と、の間の前記遮蔽領域により形成される像の位置ずれ量を示す第２画像変位ベクトルと、
前記第３画像データの画像と、前記第３画像データの画像を画像中心まわりに１８０度回転させて得られる画像と、の間の前記遮蔽領域により形成される像の位置ずれ量を示す第３画像変位ベクトルと、
を算出し、
前記第１〜第３画像変位ベクトルに基づいて、前記荷電粒子ビームの軸合わせのための前記第１アライメントコイルの励磁電流値および前記第２アライメントコイルの励磁電流値を算出してもよい。
【００１４】
（３）本発明に係る荷電粒子ビームの軸合わせ方法において、
前記荷電粒子ビーム装置は、前記画像データを取得する際に、前記荷電粒子ビームを走査するための走査コイルを備え、
前記画像データ取得工程では、第４〜第６画像データを取得し、
前記第４画像データは、前記第１アライメントコイルの励磁電流値が前記第１電流値で
あり、前記第２アライメントコイルの励磁電流値が前記第２電流値である条件で取得され、
前記第５画像データは、前記第１アライメントコイルの励磁電流値が前記第１電流値であり、前記第２アライメントコイルの励磁電流値が前記第２電流値から前記第２変化電流値だけ変化させた電流値である条件で取得され、
前記第６画像データは、前記第１アライメントコイルの励磁電流値が前記第１電流値から前記第１変化電流値だけ変化させた電流値であり、前記第２アライメントコイルの励磁電流値が前記第２電流値である条件で取得され、
前記第１〜第３画像データは、前記走査コイルによって前記荷電粒子ビームを第１走査方向に走査することによって得られ、
前記第４〜第６画像データは、前記走査コイルによって前記荷電粒子ビームを前記第１走査方向とは逆方向となる第２走査方向することによって得られ、
前記演算工程では、前記第１〜第６画像データに基づいて、前記荷電粒子ビームの軸合わせのための前記第１アライメントコイルの励磁電流値および前記第２アライメントコイルの励磁電流値を算出してもよい。
【００１５】
（４）本発明に係る荷電粒子ビームの軸合わせ方法において、
前記対物レンズは、前記荷電粒子ビームを通過させるための開口部を有し、
前記対物レンズによって前記遮蔽領域が形成されてもよい。
【００１６】
（５）本発明に係る荷電粒子ビームの軸合わせ方法において、
前記対物レンズが配置される空間と試料が配置される空間との間に圧力差をつくるためのオリフィスによって前記遮蔽領域が形成されてもよい。
【００１７】
（６）本発明に係る荷電粒子ビームの軸合わせ方法において、
前記対物レンズに入射する前記荷電粒子ビームを制限するための対物レンズ絞りによって前記遮蔽領域が形成されてもよい。
【００１８】
（７）本発明に係る荷電粒子ビームの軸合わせ方法において、
前記荷電粒子ビームの変動を検出するための荷電粒子ビーム検出絞りによって前記遮蔽領域が形成されてもよい。
【００１９】
（８）本発明に係る荷電粒子ビームの軸合わせ方法において、
前記第１アライメントコイルおよび前記第２アライメントコイルは、前記対物レンズに入射する前記荷電粒子ビームを制限するための対物レンズ絞りの前方に配置されてもよい。
【００２０】
（９）本発明に係る荷電粒子ビームの軸合わせ方法において、
前記第１アライメントコイルおよび前記第２アライメントコイルは、前記対物レンズに入射する前記荷電粒子ビームを制限するための対物レンズ絞りの後方に配置されてもよい。
【００２１】
（１０）本発明に係る荷電粒子ビーム装置は、
荷電粒子ビームを第１方向に偏向させる第１アライメントコイル、および前記荷電粒子ビームを前記第１方向と交差する第２方向に偏向させる第２アライメントコイルによって前記荷電粒子ビームの軸を調整し、対物レンズによって前記荷電粒子ビームを集束させて被照射物に照射し、前記被照射物から発生した信号を検出して画像データを取得する荷電粒子ビーム装置であって、
前記荷電粒子ビームの走査エリアの一部が遮蔽されて遮蔽領域が形成されるように前記荷電粒子ビームの走査を行い、当該走査を前記第１アライメントコイルの励磁電流、およ
び前記第２アライメントコイルの励磁電流の条件を変えて繰り返すことにより、少なくとも第１〜第３画像データを取得する画像データ取得手段と、
前記画像データ取得手段により取得された前記第１〜第３画像データに基づいて、前記荷電粒子ビームの軸合わせのための前記第１アライメントコイルの励磁電流値および前記第２アライメントコイルの励磁電流値を算出する演算手段と、
を含み、
前記第１画像データは、前記第１アライメントコイルの励磁電流値が第１電流値であり、前記第２アライメントコイルの励磁電流値が第２電流値である条件で取得され、
前記第２画像データは、前記第１アライメントコイルの励磁電流値が前記第１電流値であり、前記第２アライメントコイルの励磁電流値が前記第２電流値から第２変化電流値だけ変化させた電流値である条件で取得され、
前記第３画像データは、前記第１アライメントコイルの励磁電流値が前記第１電流値から第１変化電流値だけ変化させた電流値であり、前記第２アライメントコイルの励磁電流値が前記第２電流値である条件で取得される。
【００２２】
このような荷電粒子ビーム装置によれば、３つの画像データから荷電粒子ビームの軸合わせのための第１アライメントコイルの励磁電流値および第２アライメントコイルの励磁電流値を求めることができる。このように荷電粒子ビームの軸合わせのための画像データの取得数が少なくて済むため、容易に荷電粒子ビームの軸合わせができる。したがって、装置の操作者の負担を軽減し、荷電粒子ビームの軸合わせに要する時間を短縮できる。
【００２３】
（１１）本発明に係る荷電粒子ビーム装置において、
前記演算手段は、
前記第１画像データの画像と、前記第１画像データの画像を画像中心まわりに１８０度回転させて得られる画像と、の間の前記遮蔽領域により形成される像の位置ずれ量を示す第１画像変位ベクトルと、
前記第２画像データの画像と、前記第２画像データの画像を画像中心まわりに１８０度回転させて得られる画像と、の間の前記遮蔽領域により形成される像の位置ずれ量を示す第２画像変位ベクトルと、
前記第３画像データの画像と、前記第３画像データの画像を画像中心まわりに１８０度回転させて得られる画像と、の間の前記遮蔽領域により形成される像の位置ずれ量を示す第３画像変位ベクトルと、
を算出し、
前記第１〜第３画像変位ベクトルに基づいて、前記荷電粒子ビームの軸合わせのための前記第１アライメントコイルの励磁電流値および前記第２アライメントコイルの励磁電流値を算出してもよい。
【００２４】
（１２）本発明に係る荷電粒子ビーム装置において、
前記画像データを取得する際に、前記荷電粒子ビームを走査するための走査コイルを含み、
前記画像データ取得手段は、第４〜第６画像データを取得し、
前記第４画像データは、前記第１アライメントコイルの励磁電流値が前記第１電流値であり、前記第２アライメントコイルの励磁電流値が前記第２電流値である条件で取得され、
前記第５画像データは、前記第１アライメントコイルの励磁電流値が前記第１電流値であり、前記第２アライメントコイルの励磁電流値が前記第２電流値から前記第１変化電流値だけ変化させた電流値である条件で取得され、
前記第６画像データは、前記第１アライメントコイルの励磁電流値が前記第１電流値から前記第２変化電流値だけ変化させた電流値であり、前記第２アライメントコイルの励磁電流値が前記第２電流値である条件で取得され、
前記第１〜第３画像データは、前記走査コイルによって前記荷電粒子ビームを第１走査方向に走査することによって得られ、
前記第４〜第６画像データは、前記走査コイルによって前記荷電粒子ビームを前記第１走査方向とは逆方向となる第２走査方向することによって得られ、
前記演算手段は、前記第１〜第６画像データに基づいて、前記荷電粒子ビームの軸合わせのための前記第１アライメントコイルの励磁電流値および前記第２アライメントコイルの励磁電流値を算出してもよい。
【００２５】
（１３）本発明に係る荷電粒子ビーム装置において、
前記対物レンズは、前記荷電粒子ビームを通過させるための開口部を有し、
前記対物レンズによって前記遮蔽領域が形成されてもよい。
【００２６】
（１４）本発明に係る荷電粒子ビーム装置において、
前記対物レンズが配置される空間と、試料が配置される空間と、の間に圧力差をつくるためのオリフィスによって前記遮蔽領域が形成されてもよい。
【００２７】
（１５）本発明に係る荷電粒子ビーム装置において、
前記対物レンズに入射する前記荷電粒子ビームを制限するための対物レンズ絞りによって前記遮蔽領域が形成されてもよい。
【００２８】
（１６）本発明に係る荷電粒子ビーム装置において、
前記荷電粒子ビームの変動を検出するための荷電粒子ビーム検出絞りによって前記遮蔽領域が形成されてもよい。
【００２９】
（１７）本発明に係る荷電粒子ビーム装置において、
前記第１アライメントコイルおよび前記第２アライメントコイルは、前記対物レンズに入射する前記荷電粒子ビームを制限するための対物レンズ絞りの前方に配置されてもよい。
【００３０】
（１８）本発明に係る荷電粒子ビーム装置において、
前記第１アライメントコイルおよび前記第２アライメントコイルは、前記対物レンズに入射する前記荷電粒子ビームを制限するための対物レンズ絞りの後方に配置されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】第１実施形態に係る荷電粒子ビーム装置の構成を説明するための図。
【図２】フィラメントイメージを用いた荷電粒子ビームの軸合わせ方法を説明するための図。
【図３】フィラメントイメージを用いた荷電粒子ビームの軸合わせ方法を説明するための図。
【図４】図２に示す状態で得られたフィラメントイメージを模式的に示す図。
【図５】図３に示す状態で得られたフィラメントイメージを模式的に示す図。
【図６】第１実施形態に係る荷電粒子ビームの軸合わせ工程のフローチャート。
【図７】フレーム１〜３の撮影条件を示す表。
【図８】第１画像変位ベクトルＡを説明するための図。
【図９】画像変位ベクトルＡ，Ｂ，Ｃの関係を示す図。
【図１０】ベクトルＡ，Ｃ，Ｌの距離とＸアライメントコイルの励磁電流値との関係を示す図。
【図１１】ベクトルＡ，Ｂ，Ｋの距離とＹアライメントコイルの励磁電流値との関係を示す図。
【図１２】第１実施形態の第２変形例に係る荷電粒子ビーム装置の構成を説明するための図。
【図１３】第２実施形態に係る荷電粒子ビーム装置の構成を説明するための図。
【図１４】第２実施形態に係る荷電粒子ビームの軸合わせ方法を説明するための図。
【図１５】第２実施形態に係る荷電粒子ビームの軸合わせ方法を説明するための図。
【図１６】第２実施形態に係る荷電粒子ビームの軸合わせ方法を説明するための図。
【図１７】第２実施形態に係る荷電粒子ビームの軸合わせ方法を説明するための図。
【図１８】第２実施形態に係る荷電粒子ビームの軸合わせ工程のフローチャート。
【図１９】フレーム１〜６の撮影条件を示す表。
【図２０】第２実施形態の第４変形例に係る荷電粒子ビーム装置の構成を説明するための図。
【図２１】第２実施形態の第５変形例に係る荷電粒子ビーム装置の構成を説明するための図。
【図２２】第３実施形態に係る荷電粒子ビームの軸合わせ方法を説明するための図。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
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。
【００３３】
１．  第１実施形態
１．１．  荷電粒子ビーム装置の構成
まず、第１実施形態に係る荷電粒子ビーム装置１００の構成について説明する。図１は、本実施形態に係る荷電粒子ビーム装置１００の構成を説明するための図である。ここでは、荷電粒子ビーム装置１００が走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）である場合について説明する。
【００３４】
荷電粒子ビーム装置１００は、図１に示すように、荷電粒子ビーム源４と、加速電圧用高圧電源６と、Ｘガンアライメントコイル１０ａと、Ｙガンアライメントコイル１０ｂと、ガンアライメントコイル駆動アンプ１１と、コンデンサーレンズ１２と、対物レンズ絞り１４と、走査コイル１６と、走査コイル駆動アンプ１７と、走査信号発生器１７ａと、対物レンズ１８と、対物レンズ駆動アンプ１９と、試料ステージ２０と、検出器２２と、観察画像表示装置２４と、軸合わせ用撮影条件設定装置３０と、メモリー３２（フレームメモリー３２ａ）と、画像変位ベクトル演算器３４と、最適値演算器３６と、を含んで構成されている。
【００３５】
荷電粒子ビーム装置１００は、荷電粒子ビームＢをＸ方向に偏向させるＸガンアライメントコイル１０ａ、および荷電粒子ビームＢをＹ方向に偏向させるＹガンアライメントコイル１０ｂによって荷電粒子ビームＢの軸を調整し、対物レンズ１８によって荷電粒子ビームＢを集束させて被照射物に照射し、被照射物から発生した信号を検出して画像データを取得する。
【００３６】
荷電粒子ビーム源４は、例えば、公知の電子銃であり、陰極から放出された電子を陽極で加速し荷電粒子ビーム（電子ビーム）Ｂを放出する。荷電粒子ビーム源４として用いられる電子銃は、特に限定されず、例えば、タングステンフィラメント熱電子型や、熱電界放出型、冷陰極電界放出型などの電子銃を用いることができる。
【００３７】
加速電圧用高圧電源６は、荷電粒子ビーム源４に対して、陰極から放出された電子を加速するための加速電圧を供給する。
【００３８】
Ｘガンアライメントコイル１０ａ（第１アライメントコイルの一例）およびＹガンアライメントコイル１０ｂ（第２アライメントコイルの一例）は、荷電粒子ビーム源４の後方（下方）に配置されている。なお、ここで、後方とは、荷電粒子ビームＢの下流側に位置することをいい、図示の例では、−Ｚ方向側に位置することをいう。また、前方とは、荷電粒子ビームＢの上流側に位置することをいい、図示の例では、＋Ｚ方向側に位置することをいう。ガンアライメントコイル１０ａ，１０ｂは、荷電粒子ビーム源４と、コンデンサーレンズ１２と、の間に配置されている。
【００３９】
Ｘガンアライメントコイル１０ａは、Ｘ方向に対向する１組のコイルを有し、荷電粒子ビームＢをＸ方向（第１方向）に偏向させることができる。Ｙガンアライメントコイル１０ｂは、Ｘ方向と交差（直交）するＹ方向（第２方向）に対向する１組のコイルを有し、荷電粒子ビームＢをＹ方向に偏向させることができる。Ｘガンアライメントコイル１０ａおよびＹガンアライメントコイル１０ｂによって、荷電粒子ビームＢの二次元的な偏向が可能となる。なお、Ｘ方向およびＹ方向と垂直なＺ方向は、例えば、対物レンズ１８の光軸に沿う方向である。ガンアライメントコイル１０ａ，１０ｂの励磁電流は、ガンアライメントコイル駆動アンプ１１から供給される。ガンアライメントコイル１０ａ，１０ｂに流れる励磁電流量を制御することによって、荷電粒子ビーム鏡筒２内における荷電粒子ビームＢの偏向を二次元的に制御することができる。これにより、荷電粒子ビームＢの軸調整を行うことができる。
【００４０】
なお、荷電粒子ビームＢに対するＸガンアライメントコイル１０ａの偏向方向とＹガンアライメントコイル１０ｂの偏向方向とは、荷電粒子ビームＢを二次元的に偏向できれば、直交していなくてもよい。
【００４１】
コンデンサーレンズ１２は、ガンアライメントコイル１０ａ，１０ｂの後方に配置されている。コンデンサーレンズ１２は、荷電粒子ビーム源４から放出された荷電粒子ビームＢを、集束させることができる。コンデンサーレンズ１２によって、プローブ径とプローブ電流を制御することができる。コンデンサーレンズ１２は、対物レンズ絞り１４の前方にクロスオーバーが存在するように、荷電粒子ビームＢを集束させる。
【００４２】
対物レンズ絞り１４は、コンデンサーレンズ１２の後方に配置されている。対物レンズ絞り１４は、荷電粒子ビームＢの経路に配置されている。対物レンズ絞り１４には、荷電粒子ビームＢが通過する絞り孔が形成されている。この絞り孔の中心を通る軸が、対物レンズ絞り１４の中心軸（光軸）である。対物レンズ絞り１４は、対物レンズ１８に入射する荷電粒子ビームＢを制限するための絞りである。例えば、対物レンズ絞り１４は、対物レンズ１８に入射する荷電粒子ビームＢのうち、対物レンズ１８の光軸近傍の荷電粒子ビームＢだけを通して、それ以外を遮蔽する。
【００４３】
走査コイル１６は、対物レンズ絞り１４の後方に配置されている。走査コイル１６は、荷電粒子ビームＢの走査を行うための電磁コイルである。走査コイル１６は、荷電粒子ビームＢをＸ方向およびＹ方向に偏向することができ、荷電粒子ビームＢを二次元的に走査することができる。走査コイル１６は、走査コイル駆動アンプ１７からの走査コイル駆動信号に基づいて、荷電粒子ビームＢの走査を行う。走査コイル駆動アンプ１７には、走査信号発生器１７ａが接続されている。走査信号発生器１７ａは、生成した走査信号を走査コイル駆動アンプ１７に供給し、この結果、走査コイル１６を動作させる。なお、荷電粒子ビームＢの軸合わせの際には、走査信号発生器１７ａは、生成した走査信号を、ガンアライメントコイル駆動アンプ１１に供給することができる。
【００４４】
対物レンズ１８は、走査コイル１６の後方に配置されている。対物レンズ１８は、荷電粒子ビームＢを試料Ｓの表面で集束させる。対物レンズ１８は、対物レンズ駆動アンプ１
９と接続され、対物レンズ１８の励磁電流は、対物レンズ駆動アンプ１９から供給される。対物レンズ１８は、荷電粒子ビームＢを通過させる貫通孔（開口部）を有している。対物レンズ１８は、この開口部を通過する荷電粒子ビームＢに作用する。対物レンズ１８の光軸とは、この貫通孔の中心を通る軸をいう。
【００４５】
試料ステージ２０は、試料Ｓを支持し、試料Ｓの水平移動、上下移動、回転、傾斜などの動作を行うことができる。
【００４６】
荷電粒子ビーム源４、Ｘガンアライメントコイル１０ａ、Ｙガンアライメントコイル１０ｂ、コンデンサーレンズ１２、対物レンズ絞り１４、走査コイル１６、対物レンズ１８は、荷電粒子ビーム鏡筒２に収容されている。
【００４７】
検出器２２は、集束された荷電粒子ビームＢの走査に基づいて、試料Ｓの表面から放出される二次電子や反射電子を検出する。検出器２２によって検出された二次電子や反射電子の強度信号は、荷電粒子ビームＢの走査信号と同期された画像データとして、フレームメモリー３２ａに記憶される。なお、荷電粒子ビームＢの走査時においては、当該走査信号に基づく励磁電流が走査コイル１６に供給される。
【００４８】
検出器２２は、図示の例では、対物レンズ１８の前方に配置されているが、対物レンズ１８の後方に配置されていてもよい。
【００４９】
メモリー３２は、画像データを記憶するためのフレームメモリー３２ａを有している。メモリー３２は、さらに、画像データの撮影条件を記憶してもよい。
【００５０】
観察画像表示装置２４は、フレームメモリー３２ａに記憶された画像データに基づいて、画像（ＳＥＭ像）を表示する。
【００５１】
軸合わせ用撮影条件設定装置３０は、ガンアライメントコイル１０ａ，１０ｂの励磁電流の条件を変えて、画像データを取得することができる。軸合わせ用撮影条件設定装置３０は、ガンアライメントコイル１０ａ，１０ｂの励磁電流を制御して撮影条件を変えながら複数のフレームを撮影し、メモリー３２に画像データおよび撮影条件を記憶させることができる。軸合わせ用撮影条件設定装置３０は、ガンアライメントコイル駆動アンプ１１に接続されており、ガンアライメントコイル駆動アンプ１１を介して、ガンアライメントコイル１０ａ，１０ｂの励磁電流を制御する。
【００５２】
画像変位ベクトル演算器３４および最適値演算器３６（演算手段の一例）は、フレームメモリー３２ａに保存された画像データから、荷電粒子ビームＢの軸を合わせるためのＸガンアライメントコイル１０ａの励磁電流値およびＹガンアライメントコイル１０ｂの励磁電流値を算出する。この算出された励磁電流値は、最適値演算器３６からガンアライメントコイル駆動アンプ１１に出力される。
【００５３】
画像変位ベクトル演算器３４は、フレームメモリー３２ａ上の指定した二つの画像に基づいて、画像変位ベクトルを算出する。最適値演算器３６では、画像変位ベクトル演算器３４で求められた画像変位ベクトルからガンアライメントコイル１０ａ，１０ｂの励磁電流の最適値を算出する。この算出結果は、ガンアライメントコイル駆動アンプ１１によって、ガンアライメントコイル１０ａ，１０ｂに与えられる。
【００５４】
１．２．  荷電粒子ビーム装置の動作
次に、第１実施形態に係る荷電粒子ビーム装置１００の動作について説明する。
【００５５】
本実施形態に係る荷電粒子ビーム装置１００では、荷電粒子ビームの軸合わせを、フィラメントイメージを用いて行う。ここで、本実施形態に係る荷電粒子ビーム装置における荷電粒子ビームの軸合わせとは、荷電粒子ビームＢの軸を対物レンズ絞り１４の中心軸に合わせる操作をいう。
【００５６】
図２および図３は、フィラメントイメージを用いた荷電粒子ビームの軸合わせ方法を説明するための図であり、荷電粒子ビーム装置１００の光学系を模式的に示している。図４は、図２に示す状態で得られたフィラメントイメージを模式的に示す図であり、図５は、図３に示す状態で得られたフィラメントイメージを模式的に示す図である。なお、図２および図３では、便宜上、荷電粒子ビーム源４、ガンアライメントコイル１０ａ，１０ｂ、対物レンズ絞り１４、および対物レンズ１８以外の部材の図示を省略している。
【００５７】
フィラメントイメージは、図２に示すように、走査コイル１６を用いずに、ガンアライメントコイル１０ａ，１０ｂで荷電粒子ビームＢを走査し、対物レンズ絞り１４の絞り孔を通過した荷電粒子ビームＢが試料Ｓ上に照射されて生じる二次電子などを検出器で信号として検出し表示された画像である。ガンアライメントコイル１０ａ，１０ｂの励磁電流には、本実施形態で算出する調整値に相当する直流成分に、走査信号成分が加算される。これにより、ガンアライメントコイル１０ａ，１０ｂは、荷電粒子ビームＢを走査することができる。荷電粒子ビーム装置１００では、軸合わせ用撮影条件設定装置３０がガンアライメントコイル１０ａ，１０ｂの励磁電流の直流成分に対応する信号を供給し、走査信号発生器１７ａがガンアライメントコイル１０ａ，１０ｂの励磁電流の走査信号成分に対応する走査信号を供給する。ガンアライメントコイル１０ａ，１０ｂによる荷電粒子ビームＢの走査によって、コンデンサーレンズ１２と対物レンズ絞り１４に対する荷電粒子ビーム源４からの入射光軸が振られる。これにより、図４に示すように、荷電粒子ビームＢが対物レンズ１８の開口部（絞り孔）を通過している期間だけ画像フレーム内の輝度が高い画像Ｉ２が得られる。このように対物レンズ絞り１４によって、荷電粒子ビームの走査エリアの一部が遮蔽されて遮蔽領域が形成されて、画像Ｉ２が得られる。対物レンズ絞り１４は、荷電粒子ビームＢの走査エリアの一部を遮蔽する遮蔽部材として機能する。なお、フィラメントイメージ取得時には、試料Ｓが配置されていなくてもよい。この場合、荷電粒子ビームＢが試料ステージ２０に照射されて生じる二次電子などを検出してもよい。
【００５８】
ここで、荷電粒子ビームＢの軸と、荷電粒子ビームＢを走査して得られた画像の画像中心ＯＩとは一致している。したがって、図２に示すように、荷電粒子ビームの軸と対物レンズ絞り１４の中心軸とがずれている場合には、図４に示すように、画像Ｉ２における最大輝度点Ｉ１８は、画像Ｉ２の画像中心ＯＩからずれる。なお、Ｘ方向における偏向量と、Ｙ方向における偏向量とは、一致していてもよいし、一致していなくてもよい。
【００５９】
図３は、ガンアライメントコイル１０ａ，１０ｂの直流成分を調整して、荷電粒子ビームの軸と対物レンズ絞り１４の中心軸とを合わせた状態を示している。この状態では、図５に示すように、フィラメントイメージの最大輝度点Ｉ１８は、画像Ｉ４の画像中心ＯＩと一致する。したがって、フィラメントイメージの最大輝度点Ｉ１８が、画像中心ＯＩと一致するように、ガンアライメントコイル１０ａ，１０ｂの直流成分を調整すれば、荷電粒子ビームＢの軸を対物レンズ絞り１４の中心軸に合わせることができる。なお、調整終了後は、ガンアライメントコイル１０ａ，１０ｂに加算する走査信号成分を無くして、調整された直流成分だけを残す。これにより、荷電粒子ビームＢの軸合わせを行うことができる。また、フィラメントイメージの撮影時には、例えば、コンデンサーレンズ１２、および対物レンズ１８の励磁条件は、通常の試料観察時と同じ条件に設定している。なお、フィラメントイメージの撮影時には、走査コイル１６は使用しない。
【００６０】
図６は、本実施形態に係る荷電粒子ビーム装置１００の軸合わせ工程を示すフローチャ
ートである。
【００６１】
まず、軸合わせ用撮影条件設定装置３０によって第１〜第３画像データを取得する（Ｓ１０）。軸合わせ用撮影条件設定装置３０は、荷電粒子ビームＢの走査エリアの一部が対物レンズ絞り１４によって遮蔽されて遮蔽領域が形成されるように荷電粒子ビームの走査を行い、当該走査をＸガンアライメントコイル１０ａの励磁電流、およびＹガンアライメントコイル１０ｂの励磁電流の条件を変えて繰り返すことにより、フレーム１〜３を撮影して、第１〜第３画像データを取得する。このとき、ガンアライメント駆動アンプ１１は、軸合わせ用撮影条件設定装置３０からの信号に基づき、ガンアライメントコイル１０ａ，１０ｂの励磁電流の直流成分を生成し、走査信号発生器１７ａからの信号に基づき、ガンアライメントコイル１０ａ，１０ｂの励磁電流の走査信号成分を生成する。生成された各成分は、駆動用の励磁電流として加算され、ガンアライメントコイル駆動アンプ１１からガンアライメントコイル１０ａ，１０ｂに供給される。ここで、フレーム１〜３は、フィラメントイメージである。軸合わせ用撮影条件設定装置３０によって撮影されたフレーム１〜３は、第１〜第３画像データとして、フレームメモリー３２ａに記憶される。また、フレーム１〜３（第１〜第３画像データ）の撮影条件は、メモリー３２に記憶される。
【００６２】
図７は、フレームの撮影条件を示す表である。各フレームの撮影条件は、図７に示すように、（Ｘガンアライメントコイルの励磁電流値（直流成分），Ｙガンアライメントコイルの励磁電流値（直流成分））として、フレーム１が（Ｘ＝Ｘ０，Ｙ＝Ｙ０）、フレーム２が（Ｘ＝Ｘ０，Ｙ＝Ｙ＋Δ２）、フレーム３が（Ｘ＝Ｘ０＋Δ１，Ｙ＝Ｙ０）である。なお、軸合わせ用撮影条件設定装置３０は、各フレームの撮影時には、図７に示すガンアライメントコイル１０ａ，１０ｂの励磁電流値に、走査信号成分を加算する。また、各フレームの撮影時には、荷電粒子ビーム装置１００では、上述したガンアライメントコイル１０ａ，１０ｂの励磁電流値（直流成分）の条件以外のその他の条件は変更しない。すなわち、各フレームの撮影条件（荷電粒子ビームの走査領域や荷電粒子ビーム装置の光学系の条件等）は、上述したガンアライメントコイル１０ａ，１０ｂの励磁電流値（直流成分）の条件を除いて同じである。
【００６３】
ここで、Ｘ０（第１電流値）は、軸合わせ開始時のＸガンアライメントコイル１０ａの励磁電流の直流成分（初期値）であり、Ｙ０（第２電流値）は、軸合わせ開始時のＹガンアライメントコイル１０ｂの励磁電流の直流成分（初期値）である。初期値Ｘ０と初期値Ｙ０は、同じ値であってもよいし、互いに異なる値であってもよい。Δ２は、Ｙガンアライメントコイル１０ｂの励磁電流の直流成分の変更量（第２変化電流量）であり、Δ１は、Ｘガンアライメントコイル１０ａの励磁電流量の直流成分の変更量（第１変化電流量）である。なお、変更量Δ２と変更量Δ１とは、同じ値であってもよいし、異なる値であってもよい。本実施形態では、例えば、初期値Ｘ０＝１０ｍＡ、初期値Ｙ０＝２０ｍＡで、Δ２＝＋１０ｍＡ、Δ１＝−１０ｍＡとする。電流値Ｘ０，Ｙ０，Δ２，Δ１の値は、特に限定されず、所与の値をとることができる。なお、電流値Ｘ０，Ｙ０，Δ２，Δ１は、予め軸合わせ用撮影条件設定装置３０に設定されていてもよい。
【００６４】
なお、Ｙガンアライメントコイル１０ｂの励磁電流の初期値Ｙ０が正の場合に、Ｙガンアライメントコイル１０ｂの励磁電流の変更量Δ２を負の値とし、初期値Ｙ０が負の場合に、変更量Δ２を正の値としてもよい。同様に、Ｘガンアライメントコイル１０ａの励磁電流の初期値Ｘ０が正の場合に、Ｘガンアライメントコイル１０ａの励磁電流の変更量Δ１を負の値とし、初期値Ｘ０が負の場合に、変更量Δ１を正の値としてもよい。ガンアライメントコイル１０ａ，１０ｂの励磁電流の最適値は、本質的にガンアライメントコイル１０ａ，１０ｂの励磁電流が０の場合に近い値の場合が多いため、これによって、ガンアライメントコイル１０ａ，１０ｂの変更量Δ２，Δ１を、あらかじめ後述するガンアライメントコイル１０ａ，１０ｂの励磁電流の最適値Ｘ３，Ｙ３に近い向きにすることができ
る。したがって、最適値Ｘ３，Ｙ３の算出精度が向上する。
【００６５】
本工程では、上述のように、第１画像データは、Ｘガンアライメントコイル１０ａの励磁電流値が初期値Ｘ０であり、Ｙガンアライメントコイル１０ｂの励磁電流値が初期値Ｙ０である条件で取得される。また、第２画像データは、Ｘガンアライメントコイル１０ａの励磁電流値が初期値Ｘ０であり、Ｙガンアライメントコイル１０ｂの励磁電流値が初期値Ｘ０から第２変化電流値Δ２だけ変化させた電流値（Ｘ０＋Δ２）である条件で取得される。また、第３画像データは、Ｘガンアライメントコイル１０ａの励磁電流値が初期値Ｘ０から第１変化電流値Δ１だけ変化させた電流値Ｘ０＋Δ１であり、Ｙガンアライメントコイル１０ｂの励磁電流値が初期値Ｙ０である条件で取得される。すなわち、第１画像データの取得条件と第２画像データの取得条件とでは、Ｘガンアライメントコイル１０ａの励磁電流値は、同じであり、Ｙガンアライメントコイル１０ｂの励磁電流値は、異なっている。また、第１画像データの取得条件と第３画像データの取得条件とでは、Ｘガンアライメントコイル１０ａの励磁電流値は、異なっており、Ｙガンアライメントコイル１０ｂの励磁電流値は、同じである。また、第２画像データの取得条件と第３画像データの取得条件とでは、Ｘガンアライメントコイル１０ａの励磁電流値、およびＹガンアライメントコイル１０ｂの励磁電流値ともに異なっている。
【００６６】
次に、画像変位ベクトル演算器３４は、第１画像データの画像（フレーム１）と、第１画像データの画像（フレーム１）を画像中心まわりに１８０度回転させて得られる画像（フレーム１の反転像）と、の間の対物レンズ絞り１４により形成される像の位置ずれ量を示す第１画像変位ベクトルＡ（ａ，ｂ）を算出する。さらに、画像変位ベクトル演算器３４は、第２画像データの画像（フレーム２）と、第２画像データの画像（フレーム２）を画像中心まわりに１８０度回転させて得られる画像（フレーム２の反転像）と、の間の対物レンズ絞り１４により形成される像の位置ずれ量を示す第２画像変位ベクトルＢ（ｃ、ｄ）を算出する。さらに、画像変位ベクトル演算器３４は、第３画像データの画像（フレーム３）と、第３画像データの画像（フレーム３）を画像中心まわりに１８０度回転させて得られる画像（フレーム３の反転像）と、の間の対物レンズ絞り１４により形成される像の位置ずれ量を示す第３画像変位ベクトルＣ（ｅ，ｆ）を算出する（Ｓ１１）。
【００６７】
ここで、画像変位ベクトルとは、２つのフレーム間での像の位置ずれ量（方向、大きさ）を示すベクトルである。図８は、第１画像変位ベクトルＡを説明するための図である。図８では、フレーム１Ｉ６と、フレーム１Ｉ６の反転像Ｉ６Ｒと、を重ねて示している。なお、反転像とは、所定の画像を画像中心ＯＩまわりに１８０度回転させて得られる画像をいう。図８に示すように、フレーム１Ｉ６には、対物レンズ絞り１４に対応する像Ｉａが得られ、画像Ｉ６Ｒには、同様に、対物レンズ絞り１４に対応する像Ｉｂが得られる。対物レンズ絞り１４に対応する像は、荷電粒子ビームＢの走査エリアの一部が対物レンズ絞り１４によって遮蔽されて遮蔽領域が形成されることで形成される。画像変位ベクトルＡは、フレーム１Ｉ６の対物レンズ絞り１４に対応する像Ｉａと、フレーム１の反転像Ｉ６Ｒの対物レンズ絞り１４に対応する像Ｉｂとの間を結ぶベクトルである。すなわち、画像変位ベクトルＡは、フレーム１とフレーム１の反転像と、の間の対物レンズ絞り１４に対応する像の位置ずれ量を示すベクトルである。同様に、画像変位ベクトルＢは、フレーム２と、フレーム２の反転像と、の間の対物レンズ絞り１４に対応する像の位置ずれ量を示すベクトルである。同様に、画像変位ベクトルＣは、フレーム３と、フレーム３の反転像と、の間の対物レンズ絞り１４に対応する像の位置ずれ量を示すベクトルである。
【００６８】
画像変位ベクトルの算出は、例えば、２つの画像（フレーム）の相互相関演算で行うことができる。この場合、相互相関演算は、２つの画像の二次元フーリエ変換の複素共役の積の逆フーリエ変換で実行する。二次元の相互相関演算結果の最大値の座標が、画像変位ベクトルとなる。
【００６９】
なお、画像変位ベクトルの算出は、２つの画像の最大輝度点を結ぶベクトルを算出し、このベクトルを画像変位ベクトルとしてもよい。また、最大輝度点の代わりに、フィラメントイメージのＸ方向の２つの明暗境界点の中点と、Ｙ方向の２つの明暗境界点の中点を用いてもよい。
【００７０】
図９は、画像変位ベクトルＡ，Ｂ，Ｃの関係を示す図である。横軸ｘは、画像変位ベクトル座標系におけるｘ成分を示し、縦軸ｙは、画像変位ベクトル座標系におけるｙ成分を示す。
【００７１】
最適値演算器３６は、図９に示す、Ｘガンアライメントコイル１０ａの励磁電流の最適推定点での画像変位ベクトルＬ（ｓ，ｔ）、およびＹガンアライメントコイル１０ｂの励磁電流の最適推定点での画像変位ベクトルＫ（ｇ，ｈ）を算出する（Ｓ１２）。
【００７２】
フィラメントイメージの最大輝度点が画像フレームの画像中心に一致することは、画像変位ベクトルが０になることと同じである。したがって、図９の原点でのガンアライメントコイル１０ａ，１０ｂの電流値がガンアライメントコイル１０ａ，１０ｂの最適値となる。本実施形態では、図９の原点でのガンアライメントコイル１０ａ，１０ｂの電流値の算出を、画像変位ベクトルＬ，Ｋでの電流値の算出に置き換える。すなわち、Ｌ点では、Ｘガンアライメントコイル１０ａの励磁電流が最適値になる。また、Ｋ点では、Ｙガンアライメントコイル１０ｂの励磁電流が最適値になる。
【００７３】
すなわち、Ｘガンアライメントコイル１０ａの励磁電流の最適推定点とは、Ｘガンアライメントコイル１０ａの励磁電流値が最適値Ｘ３（Ｘ方向の荷電粒子ビームの軸が合ったときのＸガンアライメントコイルの励磁電流値）となる画像変位ベクトル座標上の点である。また、Ｙガンアライメントコイル１０ｂの励磁電流の最適推定点とは、Ｙガンアライメントコイル１０ｂの励磁電流値が最適値Ｙ３（Ｙ方向の荷電粒子ビームの軸が合ったときのＹガンアライメントコイルの励磁電流値）となる画像変位ベクトル座標上の点である。
【００７４】
図９に示すように、直線ＡＣが、直線ＡＢと平行で原点を通る直線Ｌ１と交わる点がＬ（ｓ，ｔ）である。同様に、直線ＡＢが、直線ＡＣと平行で原点を通る直線Ｌ２と交わる点がＫ（ｇ，ｈ）である。
【００７５】
画像変位ベクトルＫ（ｇ，ｈ）、画像変位ベクトルＬ（ｓ，ｔ）は、例えば下記式１〜式４から算出する。
【００７６】
【数１】
2013251225.tif 000003
【００７７】
次に、最適値演算器３６は、ベクトルＡ、およびベクトルＣでのＸガンアライメントコイル１０ａの励磁電流値からベクトルＫでのＸガンアライメントコイル１０ａの励磁電流値（最適値Ｘ３）を算出する（Ｓ１３）。
【００７８】
図１０は、ベクトルＡ，Ｃ，Ｌの距離とＸガンアライメントコイル１０ａの励磁電流値との関係を示す図である。図１０に示すように、ベクトルＡでの励磁電流値Ｘ０、ベクトルＣでの励磁電流値Ｘ０＋Δ１からＸガンアライメントコイル１０ａの励磁電流の最適値Ｘ３を算出する。最適値演算器３６は、例えば、メモリー３２に記憶されたベクトルＡ，Ｃでの励磁電流値Ｘ０，Ｘ０＋Δ１を用いて算出を行う。Ｘガンアライメントコイル１０ａの励磁電流の最適値Ｘ３は、例えば、下記式５、６から算出する。なお、式５は、図１０に示すベクトルＡの座標Ａ点が、ベクトルＣの座標Ｃ点とベクトルＬの座標Ｌ点との間にある場合の式であり、式６は、ベクトルＡの座標Ａ点が、ベクトルＣの座標Ｃ点とベクトルＬの座標Ｌ点との間にない場合の式である。
【００７９】
【数２】
2013251225.tif 000004
ただし、ＸＡは、ベクトルＡでの励磁電流値Ｘ０である。また、ＸＣは、ベクトルＣでの励磁電流値Ｘ０＋Δ１である。
【００８０】
図１１は、ベクトルＡ，Ｂ，Ｋの距離とＹガンアライメントコイル１０ｂの励磁電流値との関係を示す図である。最適値演算器３６は、図１１に示すように、ベクトルＡでの励
磁電流値Ｙ０、ベクトルＢでの励磁電流値Ｙ０＋Δ２からＹガンアライメントコイル１０ｂの励磁電流の最適値Ｙ３を算出する（Ｓ１３）。Ｙガンアライメントコイル１０ｂの励磁電流の最適値Ｙ３は、例えば、下記式７、８から算出する。なお、式７は、ベクトルＡの座標Ａ点が、ベクトルＢの座標Ｂ点とベクトルＫの座標Ｋ点との間にある場合の式であり、式８は、ベクトルＡの座標Ａ点が、ベクトルＢの座標Ｂ点とベクトルＫの座標Ｋ点との間にない場合の式である。
【００８１】
【数３】
2013251225.tif 000005
ただし、ＹＡは、ベクトルＡでの励磁電流値Ｙ０である。また、ＹＢは、ベクトルＢでの励磁電流値Ｙ０＋Δ２である。
【００８２】
以上の工程により、Ｘガンアライメントコイル１０ａの励磁電流の最適値Ｘ３およびＹガンアライメントコイル１０ｂの励磁電流の最適値Ｙ３を算出することができる。上記式（１）〜（８）において、すべての変数は、取得画像から算出された画像変位ベクトル成分とガンアライメントコイル１０ａ，１０ｂの設定電流値のみである。すなわち、上記式（１）〜（８）には、電子光学系固有のパラメータは、含まれていない。そのため、容易に、荷電粒子ビームの軸合わせができる。
【００８３】
次に、最適値演算器３６は、算出したガンアライメントコイル１０ａ，１０ｂの励磁電流の最適値Ｘ３，Ｙ３に基づいて制御信号を生成し、この制御信号をガンアライメントコイル駆動アンプ１１に出力して、Ｘガンアライメントコイル１０ａの励磁電流が最適値Ｘ３となり、Ｙガンアライメントコイル１０ｂの励磁電流が最適値Ｙ３となるように制御する。
【００８４】
以上の工程により、荷電粒子ビームＢの軸合わせを行うことができる。
【００８５】
本実施形態では、上述のように、３つの画像データ（フレーム１〜３）から、ガンアライメントコイル１０ａ，１０ｂの励磁電流の最適値Ｘ３，Ｙ３を求めることができる。本実施形態によれば、このように荷電粒子ビームの軸合わせのための画像データの取得数が少なくて済むため、容易に荷電粒子ビームの軸合わせができる。したがって、装置の操作者の負担を軽減し、荷電粒子ビームの軸合わせに要する時間を短縮することができる。
【００８６】
本実施形態に係る荷電粒子ビーム装置は、荷電粒子ビームＢの走査エリアの一部が遮蔽されて遮蔽領域が形成されるように荷電粒子ビームＢの走査を行い、当該走査をＸガンアライメントコイル１０ａの励磁電流、およびＹガンアライメントコイル１０ｂの励磁電流の条件を変えて繰り返すことにより、第１〜第３画像データを取得する軸合わせ用撮影条件設定装置３０と、第１画像データの画像と当該第１画像データの画像の反転像に基づいて第１画像変位ベクトルを算出し、第２画像データの画像と当該第２画像データの画像の反転像に基づいて第２画像変位ベクトルを算出し、第３画像データの画像と当該第３画像データの画像の反転像に基づいて第３画像変位ベクトルを算出する画像変位ベクトル演算
器３４と、第１〜第３画像変位ベクトルに基づいて、荷電粒子ビームの軸合わせのためのガンアライメントコイル１０ａ，１０ｂの励磁電流値Ｘ３，Ｙ３を算出する最適値演算器３６と、を有する。これにより、容易に荷電粒子ビームの軸合わせができる。さらに、例えば、荷電粒子ビームＢの軸合わせを自動化することができる。
【００８７】
１．３．  変形例
次に、本実施形態に係る荷電粒子ビーム装置における荷電粒子ビームの軸合わせ方法の変形例について説明する。
【００８８】
１．３．１  第１変形例
まず、第１変形例について説明する。
【００８９】
上述した第１実施形態では、画像変位ベクトル演算器３４は、取得された画像データの画像（フレーム１〜３）、および各画像データの画像の反転像（フレーム１〜３の反転像）に基づいて、画像変位ベクトルＡ，Ｂ，Ｃを算出した（Ｓ１１）。
【００９０】
これに対して、本変形例では、画像変位ベクトル演算器３４は、画像中心に最大輝度点を持つテンプレート画像を用いて、このテンプレート画像の最大輝度点と各フレーム１〜３の最大輝度点（対物レンズ絞り１４に対応する像）とを結ぶベクトルを算出して、このベクトルを画像変位ベクトルＡ，Ｂ，Ｃとすることができる。テンプレート画像は、例えば、あらかじめ、荷電粒子ビームの軸があった状態でフィラメントイメージの撮影を行うことで、画像中心に最大輝度点を持つフレームの画像データを取得し、メモリー３２に記憶させておく。なお、テンプレート画像は、画像中心に最大輝度点を持つ場合に限定されずに、フレーム内の所定の位置に最大輝度点を持っていればよい。
【００９１】
以降の工程Ｓ１２〜Ｓ１３は、上述した第１実施形態と同様であり、説明を省略する。
【００９２】
なお、画像変位ベクトル演算器３４は、テンプレート画像を用いずに、例えば第１画像データから第１画像データの画像（フレーム１）の画像中心を求めて、第１画像データの画像（フレーム１）の最大輝度点と、求められたフレーム１の画像中心と、を結ぶベクトルを算出して、このベクトルを、第１画像変位ベクトルＡとしてもよい。画像変位ベクトル演算器３４は、画像変位ベクトルＢ，Ｃについても第１画像変位ベクトルＡと同様に算出してもよい。
【００９３】
本変形例によれば、上述した第１実施形態と同様に、容易に荷電粒子ビームの軸合わせができる。
【００９４】
１．３．２  第２変形例
次に、第２変形例について説明する。図１２は、第２変形例に係る荷電粒子ビーム装置１０１の構成を説明するための図である。以下、荷電粒子ビーム装置１０１において、上述した荷電粒子ビーム装置１００の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００９５】
上述した第１実施形態に係る荷電粒子ビーム装置１００では、荷電粒子ビームＢの軸と対物レンズ絞り１４の中心軸とを合わせることで、荷電粒子ビームＢの軸合わせを行った。
【００９６】
これに対して、荷電粒子ビーム装置１０１は、荷電粒子ビーム装置１００の構成部材に加えて、さらに、荷電粒子ビーム検出絞り１１０を含んで構成され、荷電粒子ビームＢの軸と荷電粒子ビーム検出絞り１１０の中心軸とを合わせることで、荷電粒子ビームＢの軸
合わせを行う。すなわち、荷電粒子ビーム検出絞り１１０が、荷電粒子ビームＢの走査エリアの一部を遮蔽して遮蔽領域を形成する遮蔽部材として機能する。
【００９７】
荷電粒子ビーム検出絞り１１０は、ガンアライメントコイル１０ａ，１０ｂの後方に配置されている。図示の例では、荷電粒子ビーム検出絞り１１０は、ガンアライメントコイル１０ａ，１０ｂと、コンデンサーレンズ１２との間に配置されている。荷電粒子ビーム検出絞り１１０は、荷電粒子ビームの変動を検出するための絞りである。荷電粒子ビーム検出絞り１１０は、荷電粒子ビームＢの経路に配置されている。荷電粒子ビーム検出絞り１１０は、荷電粒子ビームＢの一部を通過させるための絞り孔（開口部）を有している。荷電粒子ビーム絞り１１０の中心軸（光軸）とは、この絞り孔の中心を通る軸をいう。
【００９８】
荷電粒子ビーム装置１０１の動作は、対物レンズ絞り１４に変えて、荷電粒子ビーム検出絞り１１０を用いる点を除いて、上述した荷電粒子ビーム装置１００の動作と同じであり、その説明を省略する。
【００９９】
なお、荷電粒子ビームＢの走査領域の一部を遮蔽する遮蔽部材としては、荷電粒子ビーム装置を構成するその他の光学部材を用いてもよい。また、複数の光学部材を走査して、当該複数の光学部材が検出された画像を用いて、荷電粒子ビームＢの軸合わせを行ってもよい。例えば、荷電粒子ビーム検出絞り１１０と対物レンズ絞り１４とによって荷電粒子ビームの走査エリアの一部を遮蔽して遮蔽領域を形成し、この遮蔽領域により形成される像を含む画像を用いて、荷電粒子ビームＢの軸合わせを行ってもよい。
【０１００】
２．  第２実施形態
２．１．  荷電粒子ビーム装置の構成
次に、第２実施形態に係る荷電粒子ビーム装置の構成について説明する。図１３は、第２実施形態に係る荷電粒子ビーム装置２００の構成を説明するための図である。以下、荷電粒子ビーム装置２００において、上述した荷電粒子ビーム装置１００の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【０１０１】
上述した荷電粒子ビーム装置１００の例では、ガンアライメントコイル１０ａ，１０ｂを用いて、荷電粒子ビームＢの軸と対物レンズ絞り１４の中心軸とを合わせることで荷電粒子ビームＢの軸合わせを行った。
【０１０２】
これに対して、荷電粒子ビーム装置２００では、ビームアライメントコイル２１０ａ，２１０ｂを用いて、対物レンズ絞り１４を通過した荷電粒子ビームＢの軸と対物レンズ１８の光軸とを合わせることで荷電粒子ビームＢの軸合わせを行う。より具体的には、荷電粒子ビーム装置２００では、対物レンズ絞り１４の中心軸と対物レンズ１８の光軸とのずれによって生じる荷電粒子ビームＢの軸と対物レンズ１８の光軸のずれを、ビームアライメントコイル２１０ａ，２１０ｂによって補正して荷電粒子ビームＢの軸合わせを行う。
【０１０３】
すなわち、第１実施形態では、ガンアライメントコイル１０ａ，１０ｂを用いて、対物レンズ絞り１４の前方における荷電粒子ビームＢの軸合わせを行った。これに対して、第２実施形態では、ビームアライメントコイル２１０ａ，２１０ｂを用いて、対物レンズ絞り１４の後方における荷電粒子ビームの軸合わせを行う。例えば、第１実施形態に係る荷電粒子ビームＢの軸合わせ方法でガンアライメントコイル１０ａ，１０ｂの最適値を求めて、対物レンズ絞り１４の前方における荷電粒子ビームＢの軸合わせを行った後に、本実施形態に係る荷電粒子ビームＢの軸合わせ方法でビームアライメントコイル２１０ａ，２１０ｂの最適値を求めて、対物レンズ絞り１４の後方における荷電粒子ビームの軸合わせを行ってもよい。
【０１０４】
荷電粒子ビーム装置２００は、荷電粒子ビーム装置１００の構成部材に加えて、さらに、ビームアライメントコイル（アライメントコイルの一例）２１０ａ，１２０ｂと、ビームアライメントコイル駆動アンプ２１１と、開き角補正レンズ２２０と、を含んで構成されている。
【０１０５】
ビームアライメントコイル２１０ａ，２１０ｂは、対物レンズ絞り１４の後方に配置されている。図示の例では、ビームアライメントコイル２１０ａ，２１０ｂは、対物レンズ絞り１４と開き角補正レンズ２２０との間に配置されている。
【０１０６】
Ｘビームアライメントコイル２１０ａおよびＹビームアライメントコイル２１０ｂでは、荷電粒子ビームＢの軸調整を行うことができる。Ｘビームアライメントコイル２１０ａは、Ｘ方向に対向する１組のコイルを有し、荷電粒子ビームＢをＸ方向（第１方向）に偏向させることができる。Ｙビームアライメントコイル２１０ｂは、Ｘ方向と交差（直交）するＹ方向（第２方向）に対向する１組のコイルを有し、荷電粒子ビームＢをＹ方向に偏向させることができる。すなわち、Ｘビームアライメントコイル２１０ａおよびＹビームアライメントコイル２１０ｂによって、荷電粒子ビームＢの二次元的な偏向が可能となる。ビームアライメントコイル２１０ａ，２１０ｂの励磁電流は、ビームアライメントコイル駆動アンプ２１１から供給される。ビームアライメントコイル２１０ａ，２１０ｂに流れる励磁電流量を制御することによって、荷電粒子ビーム鏡筒２内における荷電粒子ビームＢの偏向を二次元的に制御することができる。
【０１０７】
開き角補正レンズ２２０は、ビームアライメントコイル２１０ａ，２１０ｂの後方に配置されている。図示の例では、開き角補正レンズ２２０は、ビームアライメントコイル２１０ａ，２１０ｂと、走査コイル１６と、の間に配置されている。開き角補正レンズ２２０は、荷電粒子ビームＢの開き角を補正することができる。
【０１０８】
走査コイル１６は、荷電粒子ビーム源４側に配置されている第１走査コイル１６ａと、試料Ｓ側に配置されている第２走査コイル１６ｂと、を有している。第１走査コイル１６ａは、荷電粒子ビームＢを第１走査方向に走査することができる。第２走査コイル１６ｂは、荷電粒子ビームＢを第１走査方向とは逆方向となる第２走査方向に走査することができる。走査コイル１６ａ，１６ｂは、例えば、荷電粒子ビームＢを互いに異なる方向に変更させる２つのコイルを含んで構成されている。ここで、荷電粒子ビームＢの軸と、荷電粒子ビームＢを走査して得られた画像の画像中心とは一致している。
【０１０９】
軸合わせ用撮影条件設定装置３０は、ビームアライメントコイル２１０ａ，２１０ｂの励磁電流の条件、および荷電粒子ビームＢを走査するための走査コイル１６ａ，１６ｂの条件を変えて、画像データを取得することができる。軸合わせ用撮影条件設定装置３０は、ビームアライメントコイル２１０ａ，２１０ｂの励磁電流、および走査コイル１６ａ，１６ｂを制御して撮影条件を変えながら複数の画像を撮影し、メモリー３２に画像データおよび撮影条件を記憶させることができる。軸合わせ用撮影条件設定装置３０は、ビームアライメントコイル駆動アンプ２１１に接続されており、ビームアライメントコイル駆動アンプ２１１を介して、ビームアライメントコイル２１０ａ，２１０ｂの励磁電流を制御する。さらに、軸合わせ用撮影条件設定装置３０は、走査信号発生器１７ａに接続されており、走査信号発生器１７ａおよび走査コイル駆動アンプ１７を介して、第１走査コイル１６ａまたは第２走査コイル１６ｂ選択し制御する。
【０１１０】
画像変位ベクトル演算器３４および最適値演算器３６は、フレームメモリー３２ａに保存された画像データから、荷電粒子ビームＢの軸を合わせるためのＸビームアライメントコイル２１０ａの励磁電流値およびＹビームアライメントコイル２１０ｂの励磁電流値を算出する。この算出された励磁電流値は、最適値演算器３６からビームアライメントコイ
ル駆動アンプ２１１に出力される。
【０１１１】
画像変位ベクトル演算器３４は、フレームメモリー３２ａ上の指定した二つの画像に基づいて、画像変位ベクトルを算出する。最適値演算器３６では、画像変位ベクトル演算器３４で求められた画像変位ベクトルからビームアライメントコイル２１０ａ，２１０ｂの励磁電流の最適値を算出する。この算出結果は、ビームアライメントコイル駆動アンプ２１１によって、ビームアライメントコイル２１０ａ，２１０ｂに与えられる。
【０１１２】
２．２．  荷電粒子ビーム装置の動作
次に、第２実施形態に係る荷電粒子ビーム装置２００の動作について説明する。図１４〜図１７は、荷電粒子ビーム装置２００における荷電粒子ビームＢの軸合わせ方法の原理を説明するための図である。なお、図１４は、対物レンズ絞り１４を通過した荷電粒子ビームＢの軸と、対物レンズ１８の光軸（中心軸）Ｐがあった状態を示す図である。図１５（Ａ）は、対物レンズ絞り１４を通過した荷電粒子ビームＢの軸と対物レンズ１８の光軸Ｐとがずれた状態で、荷電粒子ビームＢを第１走査コイル１６ａで走査した場合を示す模式図であり、図１５（Ｂ）は、図１５（Ａ）の状態で取得された画像の模式図である。また、図１６（Ａ）は、対物レンズ絞り１４を通過した荷電粒子ビームＢの軸と対物レンズ１８の光軸Ｐとがずれた状態で、荷電粒子ビームＢを第２走査コイル１６ｂで走査した場合を示す模式図であり、図１６（Ｂ）は、図１６（Ａ）の状態で取得された画像の模式図である。また、図１７（Ａ）は、対物レンズ絞り１４を通過した荷電粒子ビームＢの軸と対物レンズ１８の光軸とがあっている状態で、第１走査コイル１６ａまたは第２走査コイル１６ｂで走査した状態を示す模式図であり、図１７（Ｂ）は、図１７（Ａ）の状態で取得された画像の模式図である。なお、図１５〜図１７において、荷電粒子ビームＢを走査する領域は同じである。
【０１１３】
荷電粒子ビーム装置２００では、図１４に示すように、対物レンズ絞り１４を通過した荷電粒子ビームＢは、第１走査コイル１６ａと第２走査コイル１６ｂによって偏向されて、試料Ｓ上を走査される。対物レンズ１８は、荷電粒子ビームＢを試料Ｓ上にフォーカスさせる。２段の走査コイル１６ａ，１６ｂを用いることで、荷電粒子ビームＢが走査されても、荷電粒子ビームＢが対物レンズ１８の主点上で対物レンズ１８の光軸Ｐを通るようにすることができる。図１４に示すように、第１走査コイル１６ａの偏向方向と第２走査コイル１６ｂの偏向方向とは逆の方向である。これにより、広い範囲の走査を行っても、荷電粒子ビームＢが対物レンズ１８の主点上で対物レンズ１８の光軸Ｐを通るようにすることができるため、対物レンズ１８の軸外収差の影響を小さくすることができる。例えば、荷電粒子ビームＢの軸（走査の中心軸）が対物レンズ１８の光軸Ｐからずれていると、対物レンズ１８の軸外収差により、試料Ｓ上での荷電粒子ビームＢのプローブ径が肥大し、画像（走査像）の分解能が劣化する。
【０１１４】
荷電粒子ビーム装置２００において、図１５（Ａ）に示すように、荷電粒子ビームＢの軸と対物レンズ１８の光軸Ｐがずれた状態で、第２走査コイル１６ｂを用いずに第１走査コイル１６ａのみを用いて、荷電粒子ビームＢで対物レンズ１８の開口部１８ａを第１走査方向に走査する。例えば、第１走査コイル１６ａによって、＋Ｘ方向（第１走査方向）に荷電粒子ビームＢを走査して得られる１次元の走査線を、＋Ｙ方向に順次移動させることで、対物レンズ１８の開口部１８ａを２次元的に走査する。これにより、図１５（Ｂ）に示すように、対物レンズ１８の開口部１８ａの像Ｉ１８ａが得られる。図１５（Ａ）の位置ａ，ｂ，ｃ，ｄが、図１５（Ｂ）の画像上での位置ａ´，ｂ´，ｃ´，ｄ´に対応する。すなわち、対物レンズ１８が、荷電粒子ビームＢの走査エリアの一部を遮蔽する遮蔽部材として機能する。図１５（Ｂ）に示すように、例えば、フレームメモリー３２ａの画像取り込みが、フレームの左から右の方向の場合、対物レンズ１８の開口部１８ａの像Ｉ１８ａは、画像中心ＯＩから左上にずれた画像となる。図１５（Ｂ）では、開口部１８ａ
の像Ｉ１８ａの部分が暗く、その周囲が明るい画像となる。図示はしないが、検出器２２が対物レンズ１８の後方に位置している場合は、開口部１８ａの像Ｉ１８ａの部分が明るく、その周囲が暗い画像となる。なお、荷電粒子ビームＢは、対物レンズ絞り１４および開き角補正レンズ２２０によって集束されて走査される。
【０１１５】
一方、図１６（Ａ）に示すように、荷電粒子ビームＢの軸と対物レンズ１８の光軸Ｐとのずれが、図１５（Ａ）と同じ場合に、第１走査コイル１６ａを用いずに第２走査コイル１６ｂのみを用いて、荷電粒子ビームＢで対物レンズ１８の開口部１８ａを第２走査方向に走査する。例えば、第２走査コイル１６ｂによって、−Ｘ方向（第２走査方向）に荷電粒子ビームＢを走査して得られる１次元の走査線を、−Ｙ方向に順次移動させることで、対物レンズ１８の開口部１８ａを２次元的に走査する。これにより、図１６（Ｂ）に示すように、対物レンズ１８の開口部１８ａの像Ｉ１８ａが得られる。図１６（Ａ）の位置ａ，ｂ，ｃ，ｄが、図１６（Ｂ）の画像上での位置ａ´，ｂ´，ｃ´，ｄ´に対応する。図１６（Ｂ）に示すように、例えば、フレームメモリー３２ａの画像取り込みが、フレームの左から右の方向の場合、対物レンズ１８の開口部１８ａの像Ｉ１８ａは、画像中心ＯＩから右下にずれた画像となる。ここで、図１６（Ｂ）に示す画像は、図１５（Ｂ）に示す画像を、画像中心ＯＩまわりに１８０°回転させた画像（反転像）に対応する。このように、第１走査方向とは逆の方向である第２走査方向に走査して得られた画像は、第１走査方向に走査して得られた画像を、画像中心ＯＩまわりに１８０°回転させた画像（反転像）に相当する。
【０１１６】
図１７（Ａ）に示すように、ビームアライメントコイル２１０ａ，２１０ｂの励磁電流を調整して荷電粒子ビームＢを偏向し、荷電粒子ビームＢの軸と対物レンズ１８の光軸Ｐとを合わせることができる。これにより、第１走査コイル１６ａの第１走査方向の走査、第２走査コイル１６ｂの第２走査方向の走査の２つの状態で、図１７（Ｂ）に示すように、対物レンズ１８の開口部１８ａの像Ｉ１８ａの中心が画像中心に一致する。したがって、本実施形態では、第１走査コイル１６ａの第１走査方向の走査、第２走査コイル１６ｂの第２走査方向の走査の２つの状態で、対物レンズ１８の開口部１８ａの像Ｉ１８ａの中心が、画像中心ＯＩに一致するようなビームアライメントコイル２１０ａ，２１０ｂの励磁電流値を求めることで、荷電粒子ビームＢの軸合わせを行う。
【０１１７】
図１８は、本実施形態に係る荷電粒子ビーム装置２００の軸合わせ工程を示すフローチャートである。
【０１１８】
まず、軸合わせ用撮影条件設定装置３０によって第１〜第６画像データを取得する（Ｓ２０）。軸合わせ用撮影条件設定装置３０は、荷電粒子ビームＢの走査エリアの一部が対物レンズ１８によって遮蔽されて遮蔽領域が形成されるように荷電粒子ビームＢの走査を行い、当該走査をＸビームアライメントコイル２１０ａの励磁電流、およびＹビームアライメントコイル２１０ｂの励磁電流の条件と、荷電粒子ビームＢを走査する走査コイル１６ａ，１６ｂを変えて繰り返すことにより、フレーム１〜６を撮影して、第１〜第６画像データを取得する。フレーム１〜６は、対物レンズ１８の開口部１８ａを含む領域を、荷電粒子ビームＢで走査して得られる像である。軸合わせ用撮影条件設定装置３０によって撮影されたフレーム１〜６は、第１〜第６画像データとして、フレームメモリー３２ａに記憶される。また、フレーム１〜６（第１〜第６画像データ）の撮影条件は、メモリー３２に記憶される。
【０１１９】
図１９は、フレームの撮影条件を示す表である。各フレームの撮影条件は、図１９に示すように、（Ｘビームアライメントコイルの励磁電流値，Ｙビームアライメントコイルの励磁電流値，荷電粒子ビームＢを走査する走査コイル）として、フレーム１が（Ｘ＝Ｘ０，Ｙ＝Ｙ０，Ｓ１）、フレーム２が（Ｘ＝Ｘ０，Ｙ＝Ｙ＋Δ２，Ｓ１）、フレーム３が（
Ｘ＝Ｘ０＋Δ１，Ｙ＝Ｙ０，Ｓ１）、フレーム４が（Ｘ＝Ｘ０，Ｙ＝Ｙ０，Ｓ２）、フレーム５が（Ｘ＝Ｘ０，Ｙ＝Ｙ＋Δ２，Ｓ２）、フレーム６が（Ｘ＝Ｘ０＋Δ１，Ｙ＝Ｙ０，Ｓ２）である。なお、各フレームの撮影時には、荷電粒子ビーム装置２００では、上述したビームアライメントコイル２１０ａ，２１０ｂの励磁電流値、選択される走査コイル１６ａ，１６ｂの条件以外のその他の条件は変更しない。すなわち、各フレームの撮影条件（荷電粒子ビームの走査領域や荷電粒子ビーム装置の光学系の条件等）は、上述したビームアライメントコイル２１０ａ，２１０ｂの励磁電流値、および選択される走査コイルの条件を除いて同じである。
【０１２０】
ここで、Ｘ０（第１電流値）は、軸合わせ開始時のＸビームアライメントコイル２１０ａの励磁電流値（初期値）であり、Ｙ０（第２電流値）は、軸合わせ開始時のＹビームアライメントコイル２１０ｂの励磁電流値（初期値）である。なお、初期値Ｘ０と初期値Ｙ０は、同じ値であってもよいし、互いに異なる値であってもよい。Δ２は、Ｙビームアライメントコイル２１０ｂの励磁電流値の変更量（第２変化電流量）であり、Δ１は、Ｘビームアライメントコイル２１０ａの励磁電流量の変更量（第１変化電流量）である。なお、変更量Δ２と変更量Δ１とは、同じ値であってもよいし、互いに異なる値であってもよい。また、Ｓ１は、第１走査コイル１６ａのみを用いて荷電粒子ビームＢを第１走査方向に走査して画像データを取得した場合であり、Ｓ２は、第２走査コイル１６ｂのみを用いて荷電粒子ビームＢを第２走査方向に走査して画像データを取得した場合である。なお、Ｘ０，Ｙ０，Δ２，Δ１の値は、特に限定されず、所与の値をとることができる。
【０１２１】
本工程では、上述のように、第１画像データ（フレーム１）は、Ｘビームアライメントコイル２１０ａの励磁電流値が初期値Ｘ０であり、Ｙビームアライメントコイル２１０ｂの励磁電流値が初期値Ｙ０である条件で取得される。また、第２画像データ（フレーム２）は、Ｘビームアライメントコイル２１０ａの励磁電流値が初期値Ｘ０であり、Ｙビームアライメントコイル２１０ｂの励磁電流値が初期値Ｙ０から第２変化電流値Δ２だけ変化させた電流値Ｙ０＋Δ２である条件で取得される。また、第３画像データ（フレーム３）は、Ｘビームアライメントコイル２１０ａの励磁電流値が初期値Ｘ０から第１変化電流値Δ１だけ変化させた電流値Ｘ０＋Δ１であり、Ｙガンアライメントコイル１０ｂの励磁電流値が初期値Ｙ０である条件で取得される。第１〜第３画像データは、対物レンズ１８の開口部１８ａを第１走査方向に走査することによって得られる。
【０１２２】
また、第４画像データ（フレーム４）は、Ｘビームアライメントコイル２１０ａの励磁電流値が初期値Ｘ０であり、Ｙビームアライメントコイル２１０ｂの励磁電流値が初期値Ｙ０である条件で取得される。また、第５画像データ（フレーム５）は、Ｘビームアライメントコイル２１０ａの励磁電流値が初期値Ｘ０であり、Ｙビームアライメントコイル２１０ｂの励磁電流値が初期値Ｙ０から第２変化電流値Δ２だけ変化させた電流値（Ｙ０＋Δ２）である条件で取得される。また、第６画像データ（フレーム６）は、Ｘビームアライメントコイル２１０ａの励磁電流値が初期値Ｘ０から第１変化電流値Δ１だけ変化させた電流値Ｘ０＋Δ１であり、Ｙガンアライメントコイル１０ｂの励磁電流値が初期値Ｙ０である条件で取得される。第４〜第６画像データは、対物レンズ１８の開口部１８ａを第２走査方向に走査することによって得られる。このようにして得られたフレーム４は、フレーム１の反転像に相当し、フレーム５は、フレーム２の反転像に相当し、フレーム６は、フレーム３の反転像に相当する。
【０１２３】
次に、画像変位ベクトル演算器３４は、第１画像データの画像（フレーム１）と、第４画像データの画像（フレーム４）と、の間の対物レンズ１８の開口部１８ａに対応する像の位置ずれ量を示す第１画像変位ベクトルＡ（ａ，ｂ）を算出する。さらに、画像変位ベクトル演算器３４は、第２画像データの画像（フレーム２）と、第５画像データの画像（フレーム５）と、の間の対物レンズ１８の開口部１８ａに対応する像の位置ずれ量を示す
第２画像変位ベクトルＢ（ｃ、ｄ）を算出する。さらに、画像変位ベクトル演算器３４は、第３画像データの画像（フレーム３）と、第６画像データの画像（フレーム６）と、の間の対物レンズ１８の開口部１８ａに対応する像の位置ずれ量を示す第３画像変位ベクトルＣ（ｅ，ｆ）を算出する（Ｓ２１）。
【０１２４】
ここで、画像変位ベクトルＡ〜Ｃは、それぞれ上述した第１実施形態の画像変位ベクトルＡ〜Ｃに対応する。したがって、以降の工程Ｓ１２〜Ｓ１３は、上述した第１実施形態と同様であり、その説明を省略する。
【０１２５】
本実施形態では、上述のように、６つの画像データ（フレーム１〜６）から、ビームアライメントコイル２１０ａ，２１０ｂの励磁電流の最適値Ｘ３，Ｙ３を求めることができる。本実施形態によれば、このように荷電粒子ビームの軸合わせのための画像データの取得数が少なくて済むため、容易に荷電粒子ビームの軸合わせができる。したがって、装置の操作者の負担を軽減し、荷電粒子ビームの軸合わせに要する時間を短縮することができる。
【０１２６】
本実施形態に係る荷電粒子ビーム装置は、荷電粒子ビームＢの走査エリアの一部が遮蔽されて遮蔽領域が形成されるように荷電粒子ビームＢの走査を行い、当該走査をＸビームアライメントコイル２１０ａの励磁電流、およびＹビームアライメントコイル２１０ｂの励磁電流の条件を変えて繰り返すことにより、第１〜第６画像データを取得する軸合わせ用撮影条件設定装置３０と、第１〜第６画像データに基づいて、第１〜第３画像変位ベクトルＡ〜Ｃを算出する画像変位ベクトル演算器３４と、第１〜第３画像変位ベクトルに基づいて、荷電粒子ビームの軸合わせのためのビームアライメントコイル２１０ａ，２１０ｂの励磁電流値Ｘ３，Ｙ３を算出する最適値演算器３６と、を有する。これにより、容易に荷電粒子ビームの軸合わせができる。さらに、例えば、荷電粒子ビームＢの軸合わせを自動化することができる。
【０１２７】
２．３．  変形例
次に、本実施形態に係る荷電粒子ビーム装置における荷電粒子ビームの軸合わせ方法の変形例について説明する。
【０１２８】
２．３．１  第１変形例
まず、第１変形例について説明する。
【０１２９】
上述した第２実施形態では、画像変位ベクトル演算器３４は、荷電粒子ビームＢを第１走査方向に走査することで得られたフレーム（第１〜第３画像データ）と、荷電粒子ビームＢを第２走査方向に走査することで得られたフレーム（第４〜６画像データ）と、の間の対物レンズ１８の開口部１８ａに対応する像の位置ずれ量を示す第１〜第３画像変位ベクトルＡ〜Ｃを算出した（Ｓ２１）。
【０１３０】
これに対して、第１変形例では、軸合わせ用撮影条件設定装置３０は、第１〜第３画像データのみを取得する。そして、画像変位ベクトル演算器３４は、フレーム１（第１画像データ）とフレーム１の画像中心とを結ぶベクトルを第１画像変位ベクトルＡとして算出し、フレーム２（第２画像データ）とフレーム２の画像中心とを結ぶベクトルを第２画像変位ベクトルＢとして算出し、フレーム３（第３画像データ）とフレーム３の画像中心とを結ぶベクトルを第３画像変位ベクトルＣとして算出する。
【０１３１】
以降の工程Ｓ１２〜Ｓ１３は、上述した第１実施形態と同様であり、説明を省略する。
【０１３２】
なお、軸合わせ用撮影条件設定装置３０は、第４〜第６画像データのみを取得してもよ
い。そして、画像変位ベクトル演算器３４は、フレーム４（第４画像データ）と、フレーム４の画像中心とを結ぶベクトルを第１画像変位ベクトルＡとして算出し、フレーム５（第５画像データ）とフレーム５の画像中心とを結ぶベクトルを第２画像変位ベクトルＢとして算出し、フレーム６（第６画像データ）とフレーム６の画像中心とを結ぶベクトルを第３画像変位ベクトルＣとして算出してもよい。
【０１３３】
本変形例によれば、上述した第２実施形態と同様に、容易に荷電粒子ビームの軸合わせができる。
【０１３４】
２．３．２  第２変形例
次に、第２変形例について説明する。
【０１３５】
上述した第２実施形態では、画像変位ベクトル演算器３４は、荷電粒子ビームＢを第１走査方向に走査することで得られたフレーム（第１〜第３画像データ）と、荷電粒子ビームＢを第２走査方向に走査することで得られたフレーム（第４〜６画像データ）と、の間の対物レンズ１８の開口部１８ａに対応する像の位置ずれ量を示す第１〜第３画像変位ベクトルＡ〜Ｃを算出した（Ｓ２１）。
【０１３６】
これに対して、第２変形例では、軸合わせ用撮影条件設定装置３０は、第１〜第３画像データのみを取得する。そして、画像変位ベクトル演算器３４は、第１〜第３画像データから、各画像データの反転像を生成し、第１画像データの画像（フレーム１）と第１画像データの画像（フレーム１）の反転像に基づいて、第１画像変位ベクトルＡを算出し、第２画像データ（フレーム２）と第２画像データの画像（フレーム２）の反転像に基づいて、第２画像変位ベクトルＢを算出し、第３画像データ（フレーム３）と第３画像データの画像（フレーム３）の反転像に基づいて、第３画像変位ベクトルＣを算出する。
【０１３７】
なお、軸合わせ用撮影条件設定装置３０は、第４〜第６画像データのみを取得してもよい。そして、画像変位ベクトル演算器３４は、第４〜第６画像データから、各画像データの反転像を生成し、第４画像データの画像（フレーム４）と第４画像データの画像（フレーム４）の反転像とに基づいて、第１画像変位ベクトルＡを算出し、第５画像データ（フレーム５）と第５画像データの画像（フレーム５）の反転像とに基づいて、第２画像変位ベクトルＢを算出し、第６画像データ（フレーム６）と、第６画像データの画像（フレーム６）の反転像とに基づいて、第３画像変位ベクトルＣを算出してもよい。
【０１３８】
本変形例によれば、上述した第２実施形態と同様に、容易に荷電粒子ビームの軸合わせができる。
【０１３９】
２．３．３  第３変形例
次に、第３変形例について説明する。
【０１４０】
第２実施形態では、軸合わせ用撮影条件設定装置３０が、第１走査コイル１６ａによって荷電粒子ビームＢを第１走査方向に走査して第１〜第３画像データを取得し、第２走査コイル１６ｂによって荷電粒子ビームＢを第１走査方向とは逆の方向である第２走査方向に走査して第４〜第６画像データを取得した。
【０１４１】
これに対して、本変形例では、軸合わせ用撮影条件設定装置３０が、まず、第１走査コイル１６ａによって荷電粒子ビームＢを第１走査方向に走査して第１〜第３画像データを取得し、次に、第１走査コイル１６ａの走査信号の電流極性を逆にして、第１走査コイル１６ａの荷電粒子ビームＢの走査方向を第２走査方向に変えて、第４〜第６画像データを取得してもよい。
【０１４２】
本変形例によれば、上述した第２実施形態と同様に、容易に荷電粒子ビームの軸合わせができる。
【０１４３】
２．３．４  第４変形例
次に、第４変形例について説明する。図２０は、第４変形例に係る荷電粒子ビーム装置２０１の構成を説明するための図である。以下、荷電粒子ビーム装置２０１において、上述した荷電粒子ビーム装置１００，２００の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【０１４４】
上述した第２実施形態に係る荷電粒子ビーム装置２００では、荷電粒子ビームＢの軸と対物レンズ１８の光軸とを合わせることで、荷電粒子ビームＢの軸合わせを行った。
【０１４５】
これに対して、荷電粒子ビーム装置２０１は、荷電粒子ビーム装置１００の構成部材に加えて、さらに、オリフィス２３０を含んで構成され、荷電粒子ビームＢの軸とオリフィス２３０の開口部の中心軸とを合わせることで、荷電粒子ビームＢの軸合わせを行う。すなわち、オリフィス２３０が、荷電粒子ビームＢの走査領域の一部を遮蔽する遮蔽部材として機能する。
【０１４６】
オリフィス２３０は、対物レンズ１８の後方に配置されている。オリフィス２３０は、荷電粒子ビームＢの経路に配置されている。オリフィス２３０は、荷電粒子ビームＢを通過させるための開口部（絞り孔）を有している。オリフィス２３０は、差動排気を行うときに、圧力差を作るための絞りである。例えば、圧力差を持った室を接続すると、差圧に応じたガス分子の流れが生じるが、間にオリフィス２３０を置くと、流れに対する抵抗となって働くため圧力差を保つことができる。図示の例では、オリフィス２３０は、対物レンズ１８などの電子光学系が配置された空間２３０ａと試料Ｓが配置される試料室２３０ｂとの間に配置され、空間２３０ａと試料室２３０ｂとの間に圧力差をつくっている。荷電粒子ビーム装置２０１は、例えば、電子光学系が配置された空間２３０ａと試料室２３０ｂとの間に圧力差を有する低真空ＳＥＭである。
【０１４７】
荷電粒子ビーム装置２０１の動作は、対物レンズ１８の開口部１８ａに変えて、オリフィス２３０の開口部を用いる点を除いて、上述した荷電粒子ビーム装置２００の動作と同じであり、その説明を省略する。
【０１４８】
２．３．５  第５変形例
次に、第５変形例について説明する。図２１は、第５変形例に係る荷電粒子ビーム装置２０２の構成を説明するための図である。以下、荷電粒子ビーム装置２０２において、上述した荷電粒子ビーム装置１００，２００の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【０１４９】
上述した荷電粒子ビーム装置２００では、軸合わせ用撮影条件設定装置３０は、荷電粒子ビームＢの走査エリアの一部が対物レンズ１８によって遮蔽されて遮蔽領域が形成されるように走査コイル１６ａ、１６ｂで荷電粒子ビームＢの走査を行って、画像データを取得した。
【０１５０】
これに対して、荷電粒子ビーム装置２０２では、軸合わせ用撮影条件設定装置３０は、走査コイル１６ａ，１６ｂによる荷電粒子ビームＢの走査を行うことなく、荷電粒子ビームＢの走査エリアの一部が対物レンズ１８によって遮蔽されて遮蔽領域が形成されるようにビームアライメントコイル２１０ａ，２１０ｂで荷電粒子ビームＢの走査を行って、画像データを取得する。
【０１５１】
荷電粒子ビーム装置２０２では、走査信号発生器１７ａは、ビームアライメントコイル駆動アンプ２１１に接続されており、ビームアライメントコイル駆動アンプ２１１に走査信号を供給することができる。そのため、ビームアライメントコイル２１０ａ、２１０ｂの励磁電流には、軸合わせ用撮影条件設定装置３０によって設定される直流成分に、走査信号成分が加算される。荷電粒子ビーム装置２０２では、軸合わせ用撮影条件設定装置３０がビームアライメントコイル２１０ａ、２１０ｂの励磁電流の直流成分に対応する信号を供給し、走査信号発生器１７ａがビームアライメントコイル２１０ａ、２１０ｂの励磁電流の走査信号成分に対応する走査信号を供給する。
【０１５２】
荷電粒子ビーム装置２０２では、例えば、軸合わせ用撮影条件設定装置３０は、上述した第２実施形態の第３変形例と同様に、まず、ビームアライメントコイル２１０ａ，２１０ｂによって荷電粒子ビームＢを第１走査方向に走査して第１〜第３画像データを取得し、次に、ビームアライメントコイル２１０ａ，２１０ｂに供給される走査信号の電流極性を逆にして、ビームアライメントコイル２１０ａ，２１０ｂの荷電粒子ビームＢの走査方向を第２走査方向に変えて、第４〜第６画像データを取得する。以降の工程は、上述した第２実施形態と同様であり、その説明を省略する。
【０１５３】
３．  第３実施形態
次に、第３実施形態に係る荷電粒子ビーム装置について説明する。
【０１５４】
上述した第１実施形態に係る荷電粒子ビーム装置１００の例では、ガンアライメントコイル１０ａ，１０ｂを用いて、荷電粒子ビームＢの軸と対物レンズ絞り１４の中心軸とを合わせることで荷電粒子ビームＢの軸合わせを行った。また、上述した第２実施形態に係る荷電粒子ビーム装置２００では、ビームアライメントコイル２１０ａ，２１０ｂを用いて、対物レンズ絞り１４を通過した荷電粒子ビームＢの軸と対物レンズ１８の光軸とを合わせることで荷電粒子ビームＢの軸合わせを行った。
【０１５５】
これに対して、荷電粒子ビーム装置３００では、ガンアライメントコイル１０ａ，１０ｂを用いて、荷電粒子ビームＢの軸と、対物レンズ１８の光軸と、を合わせることで荷電粒子ビームＢの軸合わせを行う。
【０１５６】
第３実施形態に係る荷電粒子ビーム装置の構成は、上述した第２実施形態に係る荷電粒子ビーム装置２００の構成と同様であり、その説明を省略する。
【０１５７】
図２２は、本実施形態に係る荷電粒子ビーム装置の軸合わせ方法について説明するための図である。
【０１５８】
荷電粒子ビーム装置２００において、図２２に示すように、ガンアライメントコイル１０ａ，１０ｂの励磁電流を調整して荷電粒子ビームＢを偏向し、荷電粒子ビームＢの軸と対物レンズ１８の光軸Ｐとを合わせることができる。本実施形態では、上述した第２実施形態と同様に、第１走査コイル１６ａの第１走査方向の走査、第２走査コイル１６ｂの第２走査方向の走査の２つの状態で、対物レンズ１８の開口部１８ａの像の中心が、画像中心に一致するようなガンアライメントコイル１０ａ，１０ｂの励磁電流値を求めることで、荷電粒子ビームＢの軸合わせを行う。
【０１５９】
まず、軸合わせ用撮影条件設定装置３０によって第１〜第６画像データを取得する。軸合わせ用撮影条件設定装置３０は、対物レンズ２８によって荷電粒子ビームＢの走査エリアの一部が遮蔽されて遮蔽領域が形成されるように荷電粒子ビームＢの走査を行い、当該走査をＸガンアライメントコイル１０ａの励磁電流、およびＹガンアライメントコイル１
０ｂの励磁電流の条件と、荷電粒子ビームＢを走査する走査コイル１６ａ，１６ｂを変えて繰り返すことにより、フレーム１〜６を撮影して、第１〜第６画像データを取得する。ここで、フレーム１〜６は、対物レンズ１８の開口部１８ａを、荷電粒子ビームＢで走査して得られる像である。軸合わせ用撮影条件設定装置３０によって撮影されたフレーム１〜６は、第１〜第６画像データとして、フレームメモリー３２ａに記憶される。また、フレーム１〜６（第１〜第６画像データ）の撮影条件は、メモリー３２に記憶される。
【０１６０】
各フレームの撮影条件は、（Ｘガンアライメントコイルの励磁電流値，Ｙガンアライメントコイルの励磁電流値，荷電粒子ビームＢを走査する走査コイル）として、フレーム１が（Ｘ＝Ｘ０，Ｙ＝Ｙ０，Ｓ１）、フレーム２が（Ｘ＝Ｘ０，Ｙ＝Ｙ＋Δ２，Ｓ１）、フレーム３が（Ｘ＝Ｘ０＋Δ１，Ｙ＝Ｙ０，Ｓ１）、フレーム４が（Ｘ＝Ｘ０，Ｙ＝Ｙ０，Ｓ２）、フレーム５が（Ｘ＝Ｘ０，Ｙ＝Ｙ＋Δ２，Ｓ２）、フレーム６が（Ｘ＝Ｘ０＋Δ１，Ｙ＝Ｙ０，Ｓ２）である。ここで、フレーム４は、フレーム１の反転像に相当し、フレーム５は、フレーム２の反転像に相当し、フレーム６は、フレーム３の反転像に相当する。なお、各フレームの撮影時には、例えば、コンデンサーレンズ１２、開き角補正レンズ２２０、および対物レンズ１８の励磁条件は、通常の試料の観察時と同じ条件に設定している。また、ビームアライメントコイル２１０ａ，２１０ｂの励磁電流は、例えば、一定（例えば、０）である。
【０１６１】
次に、画像変位ベクトル演算器３４は、第１画像データの画像（フレーム１）と、第４画像データの画像（フレーム４）と、の間の対物レンズ１８の開口部１８ａに対応する像の位置ずれ量を示す第１画像変位ベクトルＡ（ａ，ｂ）を算出する。さらに、画像変位ベクトル演算器３４は、第２画像データの画像（フレーム２）と、第５画像データの画像（フレーム５）と、の間の対物レンズ１８の開口部１８ａに対応する像の位置ずれ量を示す第２画像変位ベクトルＢ（ｃ、ｄ）を算出する。さらに、画像変位ベクトル演算器３４は、第３画像データの画像（フレーム３）と、第６画像データ（フレーム６）の画像と、の間の対物レンズ１８の開口部１８ａに対応する像の位置ずれ量を示す第３画像変位ベクトルＣ（ｅ，ｆ）を算出する。
【０１６２】
ここで、画像変位ベクトルＡ〜Ｃは、それぞれ上述した第１実施形態の画像変位ベクトルＡ〜Ｃに対応する。したがって、以降の工程は、上述した第１実施形態と同様であり、その説明を省略する。
【０１６３】
本実施形態では、上述のように、６つの画像データ（フレーム１〜６）から、ガンアライメントコイル１０ａ，１０ｂの励磁電流の最適値を求めることができる。本実施形態によれば、このように荷電粒子ビームの軸合わせのための画像データの取得数が少なくて済むため、容易に荷電粒子ビームの軸合わせができる。したがって、装置の操作者の負担を軽減し、荷電粒子ビームの軸合わせに要する時間を短縮することができる。
【０１６４】
なお、上述した各実施形態は一例であって、これらに限定されるわけではない。例えば、各実施形態を適宜組み合わせることも可能である。
【０１６５】
例えば、軸合わせ用撮影条件設定装置３０、画像変位ベクトル演算器３４、最適値演算器３６の機能を、各種プロセッサ（ＣＰＵ、ＤＳＰ等）、ＡＳＩＣ（ゲートアレイ等）などのハードウェアや、プログラムにより実現してもよい。
【０１６６】
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】
【０１６７】
２…荷電粒子ビーム鏡筒、４…荷電粒子ビーム源、６…加速電圧用高圧電源、１０ａ…Ｘガンアライメントコイル、１０ｂ…Ｙガンアライメントコイル、１１…ガンアライメントコイル駆動アンプ、１２…コンデンサーレンズ、１６…走査コイル、１６ａ…第１走査コイル、１６ｂ…第２走査コイル、１７…走査コイル駆動アンプ、１７ａ…走査信号発生器、１８…対物レンズ、１８ａ…開口部、１９…対物レンズ駆動アンプ、２０…試料ステージ、２２…検出器、２４…観察画像表示装置、３０…軸合わせ用撮影条件設定装置、３２…メモリー、３２ａ…フレームメモリー、３４…画像変位ベクトル演算器、３６…最適値演算器、１００，１０１，２００，２０１…荷電粒子ビーム装置、２１０ａ…Ｘビームアライメントコイル、２１０ｂ…Ｙビームアライメントコイル、２１１…ビームアライメントコイル駆動アンプ、２２０…開き角補正レンズ、２３０…オリフィス、２３０ａ…空間、２３０ｂ…試料室、３００…荷電粒子ビーム装置
【図１】
2013251225.tif 000006
【図２】
2013251225.tif 000007
【図３】
2013251225.tif 000008
【図４】
2013251225.tif 000009
【図５】
2013251225.tif 000010
【図６】
2013251225.tif 000011
【図７】
2013251225.tif 000012
【図８】
2013251225.tif 000013
【図９】
2013251225.tif 000014
【図１０】
2013251225.tif 000015
【図１１】
2013251225.tif 000016
【図１２】
2013251225.tif 000017
【図１３】
2013251225.tif 000018
【図１４】
2013251225.tif 000019
【図１５】
2013251225.tif 000020
【図１６】
2013251225.tif 000021
【図１７】
2013251225.tif 000022
【図１８】
2013251225.tif 000023
【図１９】
2013251225.tif 000024
【図２０】
2013251225.tif 000025
【図２１】
2013251225.tif 000026
【図２２】
2013251225.tif 000027
【手続補正書】
【提出日】平成25年4月15日(2013.4.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子ビームを第１方向に偏向させる第１アライメントコイル、および前記荷電粒子ビームを前記第１方向と交差する第２方向に偏向させる第２アライメントコイルによって前記荷電粒子ビームの軸を調整し、対物レンズによって前記荷電粒子ビームを集束させて被照射物に照射し、前記被照射物から発生した信号を検出して画像データを取得する荷電粒子ビーム装置における荷電粒子ビームの軸合わせ方法であって、
前記荷電粒子ビームの走査エリアの一部が遮蔽されて遮蔽領域が形成されるように前記荷電粒子ビームの走査を行い、当該走査を前記第１アライメントコイルの励磁電流、および前記第２アライメントコイルの励磁電流の条件を変えて繰り返すことにより、少なくとも第１〜第３画像データを取得する画像データ取得工程と、
前記画像データ取得工程で取得した前記第１〜第３画像データに基づいて、前記荷電粒子ビームの軸合わせのための前記第１アライメントコイルの励磁電流値および前記第２アライメントコイルの励磁電流値を算出する演算工程と、
を含み、
前記画像データ取得工程において、
前記第１画像データは、前記第１アライメントコイルの励磁電流値が第１電流値であり、前記第２アライメントコイルの励磁電流値が第２電流値である条件で取得され、
前記第２画像データは、前記第１アライメントコイルの励磁電流値が前記第１電流値であり、前記第２アライメントコイルの励磁電流値が前記第２電流値から第２変化電流値だけ変化させた電流値である条件で取得され、
前記第３画像データは、前記第１アライメントコイルの励磁電流値が前記第１電流値から第１変化電流値だけ変化させた電流値であり、前記第２アライメントコイルの励磁電流値が前記第２電流値である条件で取得される、荷電粒子ビームの軸合わせ方法。
【請求項２】
請求項１において、
前記演算工程では、
前記第１画像データの画像と、前記第１画像データの画像を画像中心まわりに１８０度回転させて得られる画像と、の間の前記遮蔽領域により形成される像の位置ずれ量を示す第１画像変位ベクトルと、
前記第２画像データの画像と、前記第２画像データの画像を画像中心まわりに１８０度
回転させて得られる画像と、の間の前記遮蔽領域により形成される像の位置ずれ量を示す第２画像変位ベクトルと、
前記第３画像データの画像と、前記第３画像データの画像を画像中心まわりに１８０度回転させて得られる画像と、の間の前記遮蔽領域により形成される像の位置ずれ量を示す第３画像変位ベクトルと、
を算出し、
前記第１〜第３画像変位ベクトルに基づいて、前記荷電粒子ビームの軸合わせのための前記第１アライメントコイルの励磁電流値および前記第２アライメントコイルの励磁電流値を算出する、荷電粒子ビームの軸合わせ方法。
【請求項３】
請求項１において、
前記荷電粒子ビーム装置は、前記画像データを取得する際に、前記荷電粒子ビームを走査するための走査コイルを備え、
前記画像データ取得工程では、第４〜第６画像データを取得し、
前記第４画像データは、前記第１アライメントコイルの励磁電流値が前記第１電流値であり、前記第２アライメントコイルの励磁電流値が前記第２電流値である条件で取得され、
前記第５画像データは、前記第１アライメントコイルの励磁電流値が前記第１電流値であり、前記第２アライメントコイルの励磁電流値が前記第２電流値から前記第２変化電流値だけ変化させた電流値である条件で取得され、
前記第６画像データは、前記第１アライメントコイルの励磁電流値が前記第１電流値から前記第１変化電流値だけ変化させた電流値であり、前記第２アライメントコイルの励磁電流値が前記第２電流値である条件で取得され、
前記第１〜第３画像データは、前記走査コイルによって前記荷電粒子ビームを第１走査方向に走査することによって得られ、
前記第４〜第６画像データは、前記走査コイルによって前記荷電粒子ビームを前記第１走査方向とは逆方向となる第２走査方向することによって得られ、
前記演算工程では、前記第１〜第６画像データに基づいて、前記荷電粒子ビームの軸合わせのための前記第１アライメントコイルの励磁電流値および前記第２アライメントコイルの励磁電流値を算出する、荷電粒子ビームの軸合わせ方法。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１項において、
前記対物レンズは、前記荷電粒子ビームを通過させるための開口部を有し、
前記対物レンズによって前記遮蔽領域が形成される、荷電粒子ビームの軸合わせ方法。
【請求項５】
請求項１ないし３のいずれか１項において、
前記対物レンズが配置される空間と試料が配置される空間との間に圧力差をつくるためのオリフィスによって前記遮蔽領域が形成される、荷電粒子ビームの軸合わせ方法。
【請求項６】
請求項１ないし３のいずれか１項において、
前記対物レンズに入射する前記荷電粒子ビームを制限するための対物レンズ絞りによって前記遮蔽領域が形成される、荷電粒子ビームの軸合わせ方法。
【請求項７】
請求項１ないし３のいずれか１項において、
前記荷電粒子ビームの変動を検出するための荷電粒子ビーム検出絞りによって前記遮蔽領域が形成される、荷電粒子ビームの軸合わせ方法。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれか１項において、
前記第１アライメントコイルおよび前記第２アライメントコイルは、前記対物レンズに入射する前記荷電粒子ビームを制限するための対物レンズ絞りの前方に配置されている、
荷電粒子ビームの軸合わせ方法。
【請求項９】
請求項１ないし５のいずれか１項において、
前記第１アライメントコイルおよび前記第２アライメントコイルは、前記対物レンズに入射する前記荷電粒子ビームを制限するための対物レンズ絞りの後方に配置されている、荷電粒子ビームの軸合わせ方法。
【請求項１０】
荷電粒子ビームを第１方向に偏向させる第１アライメントコイル、および前記荷電粒子ビームを前記第１方向と交差する第２方向に偏向させる第２アライメントコイルによって前記荷電粒子ビームの軸を調整し、対物レンズによって前記荷電粒子ビームを集束させて被照射物に照射し、前記被照射物から発生した信号を検出して画像データを取得する荷電粒子ビーム装置であって、
前記荷電粒子ビームの走査エリアの一部が遮蔽されて遮蔽領域が形成されるように前記荷電粒子ビームの走査を行い、当該走査を前記第１アライメントコイルの励磁電流、および前記第２アライメントコイルの励磁電流の条件を変えて繰り返すことにより、少なくとも第１〜第３画像データを取得する画像データ取得手段と、
前記画像データ取得手段により取得された前記第１〜第３画像データに基づいて、前記荷電粒子ビームの軸合わせのための前記第１アライメントコイルの励磁電流値および前記第２アライメントコイルの励磁電流値を算出する演算手段と、
を含み、
前記第１画像データは、前記第１アライメントコイルの励磁電流値が第１電流値であり、前記第２アライメントコイルの励磁電流値が第２電流値である条件で取得され、
前記第２画像データは、前記第１アライメントコイルの励磁電流値が前記第１電流値であり、前記第２アライメントコイルの励磁電流値が前記第２電流値から第２変化電流値だけ変化させた電流値である条件で取得され、
前記第３画像データは、前記第１アライメントコイルの励磁電流値が前記第１電流値から第１変化電流値だけ変化させた電流値であり、前記第２アライメントコイルの励磁電流値が前記第２電流値である条件で取得される、荷電粒子ビーム装置。
【請求項１１】
請求項１０において、
前記演算手段は、
前記第１画像データの画像と、前記第１画像データの画像を画像中心まわりに１８０度回転させて得られる画像と、の間の前記遮蔽領域により形成される像の位置ずれ量を示す第１画像変位ベクトルと、
前記第２画像データの画像と、前記第２画像データの画像を画像中心まわりに１８０度回転させて得られる画像と、の間の前記遮蔽領域により形成される像の位置ずれ量を示す第２画像変位ベクトルと、
前記第３画像データの画像と、前記第３画像データの画像を画像中心まわりに１８０度回転させて得られる画像と、の間の前記遮蔽領域により形成される像の位置ずれ量を示す第３画像変位ベクトルと、
を算出し、
前記第１〜第３画像変位ベクトルに基づいて、前記荷電粒子ビームの軸合わせのための前記第１アライメントコイルの励磁電流値および前記第２アライメントコイルの励磁電流値を算出する、荷電粒子ビーム装置。
【請求項１２】
請求項１０において、
前記画像データを取得する際に、前記荷電粒子ビームを走査するための走査コイルを含み、
前記画像データ取得手段は、第４〜第６画像データを取得し、
前記第４画像データは、前記第１アライメントコイルの励磁電流値が前記第１電流値で
あり、前記第２アライメントコイルの励磁電流値が前記第２電流値である条件で取得され、
前記第５画像データは、前記第１アライメントコイルの励磁電流値が前記第１電流値であり、前記第２アライメントコイルの励磁電流値が前記第２電流値から前記第２変化電流値だけ変化させた電流値である条件で取得され、
前記第６画像データは、前記第１アライメントコイルの励磁電流値が前記第１電流値から前記第１変化電流値だけ変化させた電流値であり、前記第２アライメントコイルの励磁電流値が前記第２電流値である条件で取得され、
前記第１〜第３画像データは、前記走査コイルによって前記荷電粒子ビームを第１走査方向に走査することによって得られ、
前記第４〜第６画像データは、前記走査コイルによって前記荷電粒子ビームを前記第１走査方向とは逆方向となる第２走査方向することによって得られ、
前記演算手段は、前記第１〜第６画像データに基づいて、前記荷電粒子ビームの軸合わせのための前記第１アライメントコイルの励磁電流値および前記第２アライメントコイルの励磁電流値を算出する、荷電粒子ビーム装置。
【請求項１３】
請求項１０ないし１２のいずれか１項において、
前記対物レンズは、前記荷電粒子ビームを通過させるための開口部を有し、
前記対物レンズによって前記遮蔽領域が形成される、荷電粒子ビーム装置。
【請求項１４】
請求項１０ないし１２のいずれか１項において、
前記対物レンズが配置される空間と、試料が配置される空間と、の間に圧力差をつくるためのオリフィスによって前記遮蔽領域が形成される、荷電粒子ビームの軸合わせ方法。
【請求項１５】
請求項１０ないし１２のいずれか１項において、
前記対物レンズに入射する前記荷電粒子ビームを制限するための対物レンズ絞りによって前記遮蔽領域が形成される、荷電粒子ビーム装置。
【請求項１６】
請求項１０ないし１２のいずれか１項において、
前記荷電粒子ビームの変動を検出するための荷電粒子ビーム検出絞りによって前記遮蔽領域が形成される、荷電粒子ビーム装置。
【請求項１７】
請求項１０ないし１６のいずれか１項において、
前記第１アライメントコイルおよび前記第２アライメントコイルは、前記対物レンズに入射する前記荷電粒子ビームを制限するための対物レンズ絞りの前方に配置されている、荷電粒子ビーム装置。
【請求項１８】
請求項１０ないし１４のいずれか１項において、
前記第１アライメントコイルおよび前記第２アライメントコイルは、前記対物レンズに入射する前記荷電粒子ビームを制限するための対物レンズ絞りの後方に配置されている、荷電粒子ビーム装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２４】
（１２）本発明に係る荷電粒子ビーム装置において、
前記画像データを取得する際に、前記荷電粒子ビームを走査するための走査コイルを含み、
前記画像データ取得手段は、第４〜第６画像データを取得し、
前記第４画像データは、前記第１アライメントコイルの励磁電流値が前記第１電流値であり、前記第２アライメントコイルの励磁電流値が前記第２電流値である条件で取得され、
前記第５画像データは、前記第１アライメントコイルの励磁電流値が前記第１電流値であり、前記第２アライメントコイルの励磁電流値が前記第２電流値から前記第２変化電流値だけ変化させた電流値である条件で取得され、
前記第６画像データは、前記第１アライメントコイルの励磁電流値が前記第１電流値から前記第１変化電流値だけ変化させた電流値であり、前記第２アライメントコイルの励磁電流値が前記第２電流値である条件で取得され、
前記第１〜第３画像データは、前記走査コイルによって前記荷電粒子ビームを第１走査方向に走査することによって得られ、
前記第４〜第６画像データは、前記走査コイルによって前記荷電粒子ビームを前記第１走査方向とは逆方向となる第２走査方向することによって得られ、
前記演算手段は、前記第１〜第６画像データに基づいて、前記荷電粒子ビームの軸合わせのための前記第１アライメントコイルの励磁電流値および前記第２アライメントコイルの励磁電流値を算出してもよい。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１０】
2013251225.tif 000028
【手続補正４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１１】
2013251225.tif 000029
【手続補正５】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１６】
2013251225.tif 000030