(57)【要約】  荷電粒子線システムの制御システムは、荷電粒子線装置によって取得された像または信号の少なくとも一部に対して、ウェーブレット変換または離散ウェーブレット変換による多重解像度解析を行うことによって第１の係数を求める。制御システムは、第１の係数または第１の係数の絶対値の少なくとも一部に対して、最大値の計算、大きさに関する順序の中で指定された順位に対応する数値の計算、ヒストグラムに対するフィッティング、平均値の計算、または総和の計算のうちのいずれかを行うことで第２の係数を求める。
2020075241.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子線装置と、
前記荷電粒子線装置によって得られた画像を解析する制御システムと、を含み、
前記制御システムは、
前記荷電粒子線装置によって取得された像または信号の少なくとも一部に対して、ウェーブレット変換または離散ウェーブレット変換による多重解像度解析を行うことによって第１の係数を求め、
前記第１の係数または前記第１の係数の絶対値、の少なくとも一部に対して、最大値の計算、大きさに関する順序の中で指定された順位に対応する数値の計算、ヒストグラムに対するフィッティング、平均値の計算、または総和の計算のうちのいずれかを行うことで第２の係数を求めることを特徴とする荷電粒子線システム。
【請求項２】
荷電粒子線装置と、
前記荷電粒子線装置によって得られた画像を解析する制御システムと、を含み、
前記制御システムは、
前記荷電粒子線装置によって取得された像または信号、の少なくとも一部に対して、ウェーブレット変換もしくは離散ウェーブレット変換による多重解像度解析、フーリエ変換、または畳み込み演算のうちの一つを行うことによって第１の係数を求め、
前記第１の係数または前記第１の係数の絶対値、の少なくとも一部に対して、最大値の計算、大きさに関する順序の中で指定された順位に対応する数値の計算、ヒストグラムに対するフィッティング、平均値の計算、または総和の計算、のうちのいずれかを行うことで第２の係数を求め、
得られた複数の前記第２の係数に対して、積、和、または、積もしくは和を用いて求まる平均値、のうちのいずれかを求めることで、第３の係数を得ることを特徴とする荷電粒子線システム。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の荷電粒子線システムであって、
前記制御システムは、前記荷電粒子線装置によって取得された像または信号に対してウェーブレット変換または離散ウェーブレット変換による多重解像度解析を行い、
前記第１の係数は、ウェーブレット変換または離散ウェーブレット変換による多重解像度解析を、一方向または異なる二つ以上の方向に対して行って得られた係数であることを特徴とする荷電粒子線システム。
【請求項４】
請求項２に記載の荷電粒子線システムであって、
前記制御システムは、前記荷電粒子線装置によって取得された像または信号に対して、畳み込み演算を行い、
前記畳み込み演算に使用されるカーネルまたはフィルタの要素は、複素数によって構成され、
前記複素数の実部もしくは虚部の係数が正の数と負の数の両方によって構成される、又は、前記複素数の実部もしくは虚部の係数すべてが正負いずれかの符号のみを持ち、
前記制御システムは、前記畳み込み演算により得られた結果を、元の像もしくは信号、又は、前記元の像若しくは信号と同条件において取得された像もしくは信号から差し引くことを特徴とする荷電粒子線システム。
【請求項５】
請求項２に記載の荷電粒子線システムであって、
前記第１の係数は、前記畳み込み演算に使用されるカーネルまたはフィルタとして、それぞれ異なる複数のカーネルまたはフィルタを用いて得られたそれぞれの係数であることを特徴とする荷電粒子線システム。
【請求項６】
請求項５に記載の荷電粒子線システムであり、
前記それぞれ異なる複数のカーネルまたはフィルタは、単一のカーネルまたはフィルタをそれぞれが異なる一つ以上の方向へ回転させたものであることを特徴とする荷電粒子線システム。
【請求項７】
請求項１または請求項２に記載の荷電粒子線システムであって、
前記第１の係数は、離散ウェーブレット変換による多重解像度解析によって得られた係数のうち、複数の解像度またはレベルで得られた係数であることを特徴とする荷電粒子線システム。
【請求項８】
請求項７に記載の荷電粒子線システムであって、
前記第２の係数は、前記第１の係数のうち、それぞれの解像度またはレベルで得られた係数、もしくはそれぞれの解像度またはレベルで得られた係数の絶対値、の少なくとも一部に対して、最大値の計算、大きさに関する順序の中で指定された順位に対応する数値の計算、ヒストグラムに対するフィッティング、平均値の計算、または総和の計算、のうちのいずれかを行うことで構成されることを特徴とする荷電粒子線システム。
【請求項９】
請求項１に記載の荷電粒子線システムであって、
前記制御システムは、
画像取得のためのパラメータ値の異なる複数の条件において複数の像または信号を取得し、
前記複数の像または信号、の少なくとも一部に対して求めた前記第２の係数の値に基づき、新たな画像取得のためのパラメータ値を決定することを特徴とする荷電粒子線システム。
【請求項１０】
請求項２に記載の荷電粒子線システムであって、
前記制御システムは、
画像取得のためのパラメータ値の異なる複数の条件において複数の像または信号を取得し、
前記複数の像または信号、の少なくとも一部に対して求めた前記第３の係数の値に基づき、新たな画像取得のためのパラメータ値を決定することを特徴とする荷電粒子線システム。
【請求項１１】
請求項９または請求項１０に記載の荷電粒子線システムであって、
前記画像取得のための画像取得のためのパラメータ値の異なる複数の条件は、フォーカス調整に用いるパラメータ値と収差調整に用いるパラメータ値とのうち少なくともいずれかが異なる複数の条件であることを特徴とする荷電粒子線システム。
【請求項１２】
請求項１１に記載の荷電粒子線システムであって、
前記収差調整は、非点収差の調整であることを特徴とする荷電粒子線システム。
【請求項１３】
請求項９または請求項１０に記載の荷電粒子線システムであって、
前記制御システムは、前記第２の係数の値が最大となる条件、または、前記画像取得のためのパラメータ値と前記第２の係数との関係に対してフィッティング、内挿もしくは重心の計算を行うことで得られる条件、を求めることで、前記新たな画像取得のためのパラメータ値を決定することを特徴とする荷電粒子線システム。
【請求項１４】
請求項１０に記載の荷電粒子線システムであって、
前記制御システムは、前記第３の係数の値が最大となる条件、または、前記画像取得のためのパラメータ値と前記第３の係数との関係に対してフィッティング、内挿もしくは重心の計算を行うことで得られる条件、を求めることで、前記新たな画像取得のためのパラメータ値を決定することを特徴とする荷電粒子線システム。
【請求項１５】
請求項１または請求項２に記載の荷電粒子線システムであって、
前記制御システムは、前記第２の係数の値に応じて表示を変化させることを特徴とする荷電粒子線システム。
【請求項１６】
請求項２に記載の荷電粒子線システムであって、
前記制御システムは、前記第３の係数の値に応じて表示を変化させることを特徴とする荷電粒子線システム。
【請求項１７】
請求項１または請求項２に記載の荷電粒子線システムであって、
前記制御システムは、
画像取得のためのパラメータ値の異なる複数の条件において取得した像又は信号の一部に対して求めた前記第２の係数の大きさに基づき、前記像もしくは信号内の複数の領域において前記第２の係数が最大となるパラメータ値、または、前記画像取得のためのパラメータ値と前記第２の係数との関係に対してフィッティング、内挿もしくは重心の計算を行うことで得られるパラメータ値、を求めることを特徴とする荷電粒子線システム。
【請求項１８】
請求項２に記載の荷電粒子線システムであって、
前記制御システムは、画像取得のためのパラメータ値の異なる複数の条件において取得した像または信号の一部に対して求めた前記第３の係数の大きさに基づき、前記像もしくは信号内の複数の領域において前記第３の係数が最大となるパラメータ値、または、前記画像取得のためのパラメータ値と前記第３の係数との関係に対してフィッティングもしくは内挿もしくは重心の計算を行うことで得られるパラメータ値、を求めることを特徴とする荷電粒子線システム。
【請求項１９】
請求項１７に記載の荷電粒子線システムであって、
前記制御システムは、前記求めたパラメータ値に対し、所定の式を適用することで、前記像または信号内の複数の領域それぞれにおいて、フォーカスが合う条件の分布、試料の高さの分布または試料の立体構造のうちのいずれか、を求めることを特徴とする荷電粒子線システム。
【請求項２０】
請求項１８に記載の荷電粒子線システムであって、
前記制御システムは、前記求めたパラメータ値に対し、所定の式を適用することで、前記像または信号内の複数の領域それぞれにおいて、フォーカスが合う条件の分布、試料の高さの分布または試料の立体構造のうちのいずれか、を求めることを特徴とする荷電粒子線システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、荷電粒子線システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
本願の背景技術として、例えば特開平９−８２２５７号公報（特許文献１）がある。特開平９−８２２５７号公報には、荷電粒子光学鏡筒において、「荷電粒子ビームを試料上に二次元的に走査して得られる二次粒子信号を対物レンズの焦点距離が異なる少なくとも二種類の設定において抽出する第１のステップと、上記第１のステップで抽出された各二次粒子信号の二次元空間でのフーリエ変換をＩ（ｋｘ、ｋｙ）、Ｉ′（ｋｘ、ｋｙ）と定義する第２のステップと、上記第２のステップで定義されたＩ（ｋｘ、ｋｙ）、Ｉ′（ｋｘ、ｋｙ）の各絶対値である｜Ｉ（ｋｘ、ｋｙ）｜、｜Ｉ′（ｋｘ、ｋｙ）｜の大小関係によって値が決定されるＲ（ｋｘ、ｋｙ）を算出する第３のステップと、上記第３のステップで算出されたＲ（ｋｘ、ｋｙ）のｋｘｋｙ平面上での角度θ方向に対してｅｘｐ（ｉ２θ）またはｅｘｐ（−ｉ２θ）に比例する成分が、正の実数Ａ，及び実数αに対して、Ａｅｘｐ（ｉ（２θ＋α））またはＡｅｘｐ（−ｉ（２θ＋α））と表される時のαから非点収差の方向を決定する第４のステップと、上記実数Ａを最小にするようにスティグマタを調整する第５のステップとを有することを特徴とする」、ことが記載されている（特許請求の範囲参照）。【０００３】
また、特開２００１−６８０４８号公報（特許文献２）では、「焦点を変化させながら取得した少数の２次元の粒子画像を画像処理することによって非点隔差の方向・大きさと焦点オフセットを検出し、これを２種類の非点収差補正量と焦点補正量に一括して変換して補正を行なうことによって高速・高精度の自動非点・焦点調整を実現する。また、焦点が画像内の位置によって異なる２次元の粒子画像を得て、更に高速の自動非点・焦点調整を実現する。さらに、本自動非点収差・焦点調整を用いて高精度の検査・計測を長時間にわたって実現する装置を実現する」、ことが記載されている（要約参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−８２２５７号公報
【特許文献２】特開２００１−６８０４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
フォーカス、およびその他収差の測定ならびに調整を自動で行うことが可能な荷電粒子線装置が望まれる。または、測定した結果に基づき試料の立体的な形状を測定することが可能な荷電粒子線装置が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の一態様に係る荷電粒子線システムは、荷電粒子線装置と、前記荷電粒子線装置によって得られた画像を解析する制御システムと、を含み、前記制御システムは、前記荷電粒子線装置によって取得された像または信号の少なくとも一部に対して、ウェーブレット変換または離散ウェーブレット変換による多重解像度解析を行うことによって第１の係数を求め、前記第１の係数または前記第１の係数の絶対値の少なくとも一部に対して、最大値の計算、大きさに関する順序の中で指定された順位に対応する数値の計算、ヒストグラムに対するフィッティング、平均値の計算、または総和の計算のうちのいずれかを行うことで第２の係数を求める。【０００７】
本開示の他の一態様に係る荷電粒子線システムは、荷電粒子線装置と、前記荷電粒子線装置によって得られた画像を解析する制御システムと、を含み、前記制御システムは、前記荷電粒子線装置によって取得された像または信号の少なくとも一部に対して、ウェーブレット変換もしくは離散ウェーブレット変換による多重解像度解析、フーリエ変換、または畳み込み演算のうちの一つを行うことによって第１の係数を求め、前記第１の係数または前記第１の係数の絶対値の少なくとも一部に対して、最大値の計算、大きさに関する順序の中で指定された順位に対応する数値の計算、ヒストグラムに対するフィッティング、平均値の計算、または総和の計算のうちのいずれかを行うことで第２の係数を求め、得られた複数の前記第２の係数に対して、積、和、または、積もしくは和を用いて求まる平均値のうちのいずれかを求めることで、第３の係数を得る。
【発明の効果】
【０００８】
本開示の一態様によれば、荷電粒子線装置により得られる画像から荷電粒子線装置の調整パラメータの値を適切に評価できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）システムの基本構成を模式的に示す。
【図２】透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）もしくは走査透過電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）として使用されるシステムの基本構成を模式的に示す。
【図３】フォーカス調整方法例のフローチャートである。
【図４Ａ】評価画像の例を示す。
【図４Ｂ】図４Ａに示す評価画像のレベル１の横ウェーブレット変換画像（１ＨＬ）及び縦ウェーブレット変換画像（１ＬＨ）を示す。
【図５】評価画像の対物レンズ電流値と評価値との関係例を示すグラフである。
【図６Ａ】異なるレベルにおける対物レンズ電流値と評価画像の評価値と間の関係を模式的に示す。
【図６Ｂ】異なるレベルにおける対物レンズ電流値と評価画像の評価値どうしの積によって得られた新たな評価値と対物レンズ電流値と間の関係を模式的に示す。
【図７】複数レベルのウェーブレット変換画像を使用して一つの評価画像の評価値を決定する方法例のフローチャートを示す。
【図８】非点収差補正例のフローチャートである。
【図９】評価画像の非点収差補正ＸＹパラメータペアと、評価値との関係例を示すグラフである。
【図１０】評価画像の対物レンズ電流、非点収差補正ＸＹパラメータペア、及び評価値の関係例を示すグラフである。
【図１１】オペレータに拠る装置調整を支援する方法例のフローチャートである。
【図１２Ａ】制御システムの表示装置が表示する画像の例を示す。
【図１２Ｂ】制御システムの表示装置が表示する画像の他の例を示す。
【図１２Ｃ】総合評価値を異なる形で画面に表示する場合の例を示す。
【図１２Ｄ】総合評価値を異なる形で画面に表示する場合の例を示す。
【図１２Ｅ】総合評価値を円形のマークで画面に表示する場合の例を示す。
【図１２Ｆ】非点収差補正の状態を円形のマークで画面に表示する場合の例を示す。
【図１２Ｇ】フォーカス調整の状態もしくは非点収差補正の状態を画面に表示する場合の例を示す。
【図１３】試料表面の形状を測定する方法のフローチャートである。
【図１４】各局所領域におけるフォーカスの合う条件に基づき試料の各領域の高さを画面に表示する場合の例を示す。
【図１５Ａ】観察像の例を示したものである。
【図１５Ｂ】図１５Ａに対して１方向の離散ウェーブレット変換を行い、得られた第１の係数の絶対値のヒストグラムをグラフにしたものである。
【図１５Ｃ】図１５Ｂに示した係数のヒストグラムに対して、関数をフィッティングした結果を示したものである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、添付図面を参照して実施形態を説明する。実施形態は本開示を実現するための一例に過ぎず、本開示の技術的範囲を限定するものではないことに注意すべきである。各図において共通の構成については同一の参照符号が付されている。以下において、荷電粒子線装置の例として、電子ビームを使用した試料の観察装置（電子顕微鏡）を示すが、イオンビームを使用する装置の他、計測装置や検査装置に対しても、本開示の特徴を適用することができる。
【００１１】
［システム構成］
図１は、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）システムの基本構成を模式的に示す。ＳＥＭシステムは、ＳＥＭ装置５０及び制御システム４２を含む。ＳＥＭ装置５０は荷電粒子線装置の例であり、電子源１、引き出し電極２、コンデンサレンズ１１、コンデンサ絞り１２、軸調整偏向器１３、非点収差補正装置１４、スキャン偏向器１５、及び対物レンズ２０を含む。図１において、一つのコンデンサレンズのみが例として符号１１で指示されている。
【００１２】
電子源１は１次電子線を発生する。コンデンサレンズ１１は、１次電子線の収束条件を調整する。コンデンサ絞り１２は、１次電子線の拡がり角を制御する。軸調整偏向器１３は、試料２１に入射する１次電子線の入射角度を調整する。非点収差補正装置１４が、試料２１に入射する１次電子線（プローブ）のビーム形状を調整する。スキャン偏向器１５は試料２１に入射する１次電子線をラスタ走査する。対物レンズ２０は、１次電子線の試料２１に対する焦点位置を調整する
【００１３】
ＳＥＭ装置５０は、さらに、試料ステージ２２、反射板１６及び検出器２６を含む。試料ステージ２２は、試料２１の試料室内での位置を決める。試料２１から発生した電子、または試料２１から反射板２８に向かった電子が衝突して生じた電子は、検出器２６によって検出される。
【００１４】
制御システム４２は、ＳＥＭ装置５０を制御する。例えば、制御システム４２は、一次電子線の加速電圧や引出し電圧、並びに、レンズ及び偏向器等の構成要素の電流を制御する。また、制御システム４２は、試料ステージ２２を制御することで、試料２１への１次電子線の試料２１における照射範囲及び入射角度を調整することができる。
【００１５】
制御システム４２は、検出器２６のゲインやオフセットを制御し、検出された二次電子線による画像を生成する。後述するように、制御システム４２は、複数の画像を解析して、画像それぞれにおける複数位置での所定の評価スコアを計算する。制御システム４２は、計算した評価スコアに基づいて所定の処理を実行する。
【００１６】
制御システム４２は、制御装置４０及び計算機４１を含む。計算機４１は、制御装置４０を介して、ＳＥＭ装置５０の構成要素を制御する。計算機４１は、プログラム及びプログラムが使用するデータを格納する記憶装置並びに記憶装置に格納されているプログラムに従って動作するプロセッサを含む。プログラムは、ＳＥＭ装置５０の制御プログラム及び画像処理プログラムを含む。
【００１７】
計算機４１は、さらに、ネットワークに接続するためのインタフェース及びユーザインタフェースを含む。ユーザインタフェースは、画像を表示する表示装置及びユーザが計算機４１に指示を行うための入力装置を含む。計算機４１は、制御装置４０を制御する。制御装置４０は、ＡＤ変換器、ＤＡ変換器、メモリ、及びＦＰＧＡ等のプロセッサ等の構成要素を含む。
【００１８】
ＳＥＭ像を得る工程を説明する。引き出し電極２は、電子源１から一次電子線を所定引出し電圧で引き出し、加速電圧を印加する。光軸と平行な方向をＺ方向、光軸と直交する面をＸＹ平面とする。制御システム４２は、試料ステージ２２のＺ位置調整または対物レンズ２０の制御パラメータ調整によって、一次電子線が試料２１の上で収束するように合わせる。この調整は粗調整である。
【００１９】
制御システム４２は、焦点粗調整の後、試料ステージ２２のＸＹ移動機構を用いて電子光学系調整用の視野を選択する。制御システム４２は、当該電子光学系調整用視野で、軸ずれ、焦点及び非点を補正する。具体的には、制御システム４２は、軸調整偏向器１３、非点収差補正装置１４、及び対物レンズ２０の調整パラメータを補正する。焦点及び非点の補正の詳細は後述する。次に、制御システム４２は、試料ステージ２２を用いて撮影用視野に移動し、画像が鮮明に観察できる様に対物レンズ２０の焦点を微調整した後、画像を取り込む。
【００２０】
図２は、透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）もしくは走査透過電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）として使用されるシステムの基本構成を模式的に示す。以後の説明においては両者の代表としてＳＴＥＭシステムを記述する。ＳＴＥＭシステムは、ＳＴＥＭ装置５１及び制御システム４２を含む。ＳＴＥＭ装置５１は、電子源１、引き出し電極２、コンデンサレンズ１１、コンデンサ絞り１２、軸調整偏向器１３、非点収差補正装置１４、スキャン偏向器１５、対物レンズ２０、及び試料ステージ２２を含む。図２において、一つのコンデンサレンズのみが例として符号１１で指示されている。これらの機能はＳＥＭ装置５０と同様である。
【００２１】
ＳＴＥＭ装置５１は、試料２１の後側に、対物絞り２３、軸調整偏向器２４、制限視野絞り２５、結像系レンズ３０、及び検出器３１を含む。図２において、一つの結像系レンズのみが例として符号３０で指示されているほか、結像系レンズについてはＳＴＥＭとしての機能を得る上で必ずしも必須ではない。結像系レンズ３０は、試料２１を通過した透過電子線を結像する。検出器３１は、結像された電子線を検出する。
【００２２】
制御システム４２は、検出された二次電子線による画像を生成する。後述するように、制御システム４２は、複数の画像を解析して、画像それぞれにおける複数位置での所定の評価スコアを計算する。制御システム４２は、計算した評価スコアに基づいて所定の処理を実行する。
【００２３】
制御システム４２は、ＳＥＭシステムと同様に、制御装置４０及び計算機４１を含む。計算機４１が実行するプログラムは、ＳＴＥＭ装置５１の制御プログラム及び画像処理プログラムを含む。
【００２４】
ＳＴＥＭ像を得る工程を説明する。引き出し電極２は、電子源１から一次電子線を所定引出し電圧で引き出し、加速電圧を印加する。制御システム４２は、試料ステージ２２上の薄膜の試料２１に、１次電子線を入射する。
【００２５】
制御システム４２は、試料ステージ２２のＺ位置調整または対物レンズ２０の制御パラメータ調整によって、１次電子線の焦点粗調整を行う。その後、制御システム４２は、試料ステージ２２のＸＹ移動機構を用いて電子光学系調整用の視野を選択する。制御システム４２は、当該電子光学系調整用視野で、軸ずれ、焦点及び非点を補正する。具体的には、軸調整偏向器１３、非点収差補正装置１４、及び対物レンズ２０の調整パラメータを補正する。焦点及び非点の補正の詳細は後述する。
【００２６】
制御システム４２は、コンデンサレンズ１１、軸調整偏向器１３、非点収差補正装置１４を用いて、１次電子線をＺ軸と平行な入射角度で試料２１に対して垂直に入射させる。制御システム４２は、スキャン偏向器１５により１次電子線をスキャンする。１次電子線が薄膜の試料２１に入射すると、大部分の電子は試料２１を透過する。結像系レンズ３０は透過電子線を検出器３１上に適切な角度で入射させ、ＳＴＥＭ像が得られる。ＳＴＥＭ像の倍率はスキャン偏向器１５を制御する電流によって設定される。
【００２７】
［フォーカス調整］
以下において、ＳＥＭ装置５０またはＳＴＥＭ装置５１による画像解析及び画像解析結果に基づきＳＥＭ装置５０またはＳＴＥＭ装置５１の調整パラメータの目的の値を決定する方法を説明する。調整パラメータは、フォーカス及び非点収差の他、プローブ（試料に照射される一次電子線）の径の大きさや形状に影響を与える様々なパラメータ(各種収差、一次電子線の軸、レンズの電位、試料へのバイアス電位、など)を含む。
【００２８】
以下において、調整パラメータの例として、フォーカス及び非点収差を説明する。図１及び図２を参照して説明したように、フォーカス（の位置）は、対物レンズ２０の電流により制御される。対物レンズ２０の電流は、フォーカスに対応する調整パラメータである。対物レンズ電流を調整することで、プローブの径を細くすることができる。
【００２９】
非点収差は、非点収差補正装置１４の電流により制御（補正）される。具体的には、非点収差補正装置１４は多くの場合においてＸパラメータとＹパラメータの二つの調整パラメータを有する。非点収差補正装置１４は複数のコイルを含み、Ｘパラメータは一部のコイルの電流値を示し、Ｙパラメータは他の一部のコイルの電流値を示す。Ｘ、Ｙパラメータにより、プローブの形状を真円に近づけることができる。
【００３０】
図３は、フォーカス調整方法例のフローチャートである。制御システム４２は、対物レンズ２０の電流値を、装置の物理的な構成もしくは過去の操作履歴などに基づいて想定される、フォーカス探索範囲の端に対応する電流値に対応する開始値に設定する（Ｓ１０１）。制御システム４２は、試料２１の観察画像（評価画像）を取得し、対物レンズ２０の現在の電流値と共に、記憶装置に格納する（Ｓ１０２）。制御システム４２は、観察画像の評価値を計算する（Ｓ１０３）。評価値は、像に含まれる縦／横方向（縦及び横方向）に対する像の強度変化の急峻さを表し、観察された像において縦／横それぞれに対する構造がより細かいほど、評価値が高くなる。評価値の計算方法は後述する。
【００３１】
制御システム４２は、対物レンズ２０の現在の電流値が、終了条件を満たすかを判定する（Ｓ１０４）。この際の終了条件としては、対物レンズ電流値が現在の評価条件により決まる終了値と等しい、もしくはＳ１０５における電流値の変更量が負である場合は終了値以下である、Ｓ１０５における電流値の変更量が正である場合は終了値以上である、などの条件を用いることができる。対物レンズ２０の現在の電流値が終了条件を満たさない場合（Ｓ１０４：ＮＯ）、制御システム４２は、所定値だけ対物レンズ２０の電流値を変更する（Ｓ１０５）。さらに、制御システム４２は、ステップＳ１０２に戻る。
【００３２】
対物レンズ２０の現在の電流値が終了値である場合（Ｓ１０４：ＹＥＳ）、制御システム４２は、記憶装置に格納されている対物レンズ２０の電流値と評価値との間の関係を決定する（Ｓ１０６）。例えば、制御システム４２は、予め設定されているフィッティング関数により対物レンズ２０の電流値と評価値との間の関係を決定し、内挿によって最適となる条件を決定する。フィッティング関数は、例えば、ガウシアンや多項式である。
【００３３】
制御システム４２は、ステップＳ１０６で決定した対物レンズ２０の電流値と評価値との間の関係から、評価値が最大となる対物レンズ２０の電流値を決定する（Ｓ１０７）。評価値は実質的に、試料上におけるプローブの空間的な広がりに関する情報を示す。評価値が大きいことは、試料上においてプローブが狭い領域に集中しており、細くなっていることを表す。これは同時にプローブが収束する面と試料上の着目点との距離が短いことを示す。したがって、評価値が最大となる対物レンズ電流値が、最適電流値である。
【００３４】
制御システム４２は、評価結果（最適電流値及びその評価値）が所定の基準を満たしているか判定する（Ｓ１０８）。この際の基準としては、直前の一連の像取得における、対物レンズ電流値の１回あたりの変更量が、目標とする調整精度に相当する電流量以下であること、もしくは直前の像評価において得られた最大の評価値が、荷電粒子線装置の性能や撮影倍率に基づいて定められる基準値を上回っているかどうかなどが例として挙げられる。この評価結果が所定の基準を満たしていない場合（Ｓ１０８：ＮＯ）、制御システム４２は新たな評価条件を算出し（Ｓ１０９）、ステップＳ１０１に戻る。評価結果が所定の基準を満たしている場合（Ｓ１０８：ＹＥＳ）、制御システム４２は、対物レンズ２０の電流を、上記最適対物レンズ電流値に設定する（Ｓ１１０）。
【００３５】
なお別の実施形態として、上記の一連のフローにおいて、観察画像の評価値の計算（Ｓ１０３）は、ステップＳ１０６が実行される前であればいずれのタイミングで実行されてもよく、ステップＳ１０２のあとにステップＳ１０４を実行し、その後ステップＳ１０６が実行される直前に各画像に対してまとめてステップＳ１０２を実行することで同等の効果を得ることもできる。
【００３６】
もしくは各処理と並列して計算を実行することにより、ステップＳ１０３を実行したあとにその完了を待たずにステップＳ１０４を実行することもできる。この場合、ステップＳ１０６が実行される前にステップＳ１０２で実行されたすべての計算が終了していることを確認さえすれば、同等の効果を得ることが可能である。
【００３７】
評価値の計算方法を説明する。一例において、制御システム４２は、ウェーブレット変換係数から評価値を計算する。フーリエ変換は周期的な波の重ねあわせで信号を表現するため、位置の情報が失われる。一方、ウェーブレット変換は、画像を、スケール、位置を変えて重ねたウェーブレット（局在した小さな波／基底）に変換する。そのため、画像の位置情報を保ったまま、局所的な周波数情報を評価することが可能である。
【００３８】
ウェーブレット変換について説明する。スケーリング関数φ（ｘ）及びウェーブレット関数ψ（ｘ）が以下に示すＴｗｏ  Ｓｃａｌｅ関係を満たすとする。
【００３９】
【数１】
2020075241.tif 000003
【００４０】
任意の関数ｆｊ（ｘ）は、以下に示すように二つの関数に分解することができる。
【００４１】
【数２】
2020075241.tif 000004
【００４２】
ここで、ｊはウェーブレット変換のレベル、ｓ（ｊ）はレベルｊのスケーリング係数、ｗ（ｊ）はレベルｊのウェーブレット係数である。ｓ（ｊ）及びｗ（ｊ）は以下のように表わされる。
【００４３】
【数３】
2020075241.tif 000005
【００４４】
ここでｐｋはスケーリングフィルタ、ｑｋはウェーブレットフィルタであり、これらは、直交ミラーフィルタとして知られる関係を有している。いくつかの条件の元に成り立つ複数のフィルタが知られており、代表的なものとしてはＤａｕｂｅｃｈｉｅによるものが挙げられる。例として、サポート４のＤａｕｂｅｃｈｉｅウェーブレットを以下に示す。
【００４５】
【数４】
2020075241.tif 000006
【００４６】
ｐｋはローパスフィルタ、ｑｋはハイパスフィルタとして働くため、関数ｆｊ（ｘ）を展開して得られる係数ｓ（ｊ）、ｗ（ｊ）は、それぞれｆｊ（ｘ）の低周波成分、高周波成分に対応する。さらにｓ（ｊ）に再度フィルタｐｋ、ｑｋを適用することでｓ（ｊ＋１）、ｗ（ｊ＋１）が得られる。これを繰り返すことでｆｊ（ｘ）を以下に示す形で展開することができる。
【００４７】
【数５】
2020075241.tif 000007
【００４８】
得られたｇ（ｘ）それぞれの成分は、解像度が２倍ずつ異なる周期の周波数成分に対応している。これが離散ウェーブレット変換による多重解像度解析である。以下に、離散ウェーブレット変換による多重解像度解析を２次元の配列ｆ（ｍ、ｎ）へ適用する例を示す。ｆ（ｍ、ｎ）をレベル０のスケーリング関数ｓ（０）（ｍ、ｎ）とみなすと、ｍ軸に沿った変換は以下のように示される。
【００４９】
【数６】
2020075241.tif 000008
【００５０】
さらに得られたｓ（ｊ＋１、ｘ）（ｍ、ｎ）、ｗ（ｊ＋１、ｘ）（ｍ、ｎ）に対してｎ軸に沿って変換を行うと以下のような４つの成分を得る。
【００５１】
【数７】
2020075241.tif 000009
【００５２】
上記４つの成分は以下のように表わされる。
【００５３】
【数８】
2020075241.tif 000010
【００５４】
ｓ（ｊ＋１）（ｍ、ｎ）はｓ（ｊ）（ｍ、ｎ）の低周波成分、ｗ（ｊ＋１、ｈ）（ｍ、ｎ）はｍ軸に沿った方向(横方向)、ｗ（ｊ＋１、ｖ）（ｍ、ｎ）はｎ軸に沿った方向(縦方向)、ｗ（ｊ＋１、ｄ）（ｍ、ｎ）は対角方向の高周波成分である。
【００５５】
制御システム４２は、ｗ（ｊ＋１、ｈ）（ｍ、ｎ）及び／またはｗ（ｊ＋１、ｖ）（ｍ、ｎ）に基づき、位置それぞれの評価値を決定する。図４Ａは評価画像の例４００を示し、図４Ｂは図４Ａに示す評価画像のレベル１の横ウェーブレット変換画像（１ＨＬ）４０１及び縦ウェーブレット変換画像（１ＬＨ）４０２を示す。
【００５６】
横ウェーブレット変換画像４０１は、ｗ（１、ｈ）（ｍ、ｎ）で構成された画像であり、横方向における評価画像４００の高周波成分（画像の変化）を示す。縦ウェーブレット変換画像４０２は、ｗ（１、ｖ）（ｍ、ｎ）で構成された画像であり、縦方向における評価画像４００の高周波成分（画像の変化）を示す。横ウェーブレット変換画像（１ＨＬ）４０１及び縦ウェーブレット変換画像（１ＬＨ）４０２において、明領域から暗領域への変化は明線で示され、変化が大きい程線は明るい（白に近い）。暗領域から明領域への変化は暗線で示され、変化が大きい程線は暗い（黒に近い）。
【００５７】
上述のように、レベルｊ＋１の低周波成分画像（（ｊ＋１）ＬＬ）のウェーブレット変換により、レベルｊ＋２の横ウェーブレット変換画像（（ｊ＋２）ＨＬ）及び縦ウェーブレット変換画像（（ｊ＋２）ＬＨ）を得ることができる。より高いレベルの画像は、より低い空間周波数（解像度）の情報を示す。
【００５８】
試料内において、特にエッジのような構造を含む局所領域に着目した場合、フォーカスが試料と合っていると当該領域における像の強度変化は急峻なものとなり、ウェーブレット変換係数の絶対値は大きくなる。逆にフォーカスが試料からずれていると、フォーカスが合っている条件よりも広い領域の情報を用いて像の強度を得るために結果として当該領域における像の強度変化は相対的にゆるやかなものとなり、ウェーブレット変換係数の絶対値は小さくなる。このことから、ウェーブレット変換係数の絶対値が大きいことは、フォーカスが試料に合っていることを示す。
【００５９】
一例において、制御システム４２は、特定の一つのレベルｊ＋１の横ウェーブレット変換係数及び／または縦ウェーブレット変換係数に基づき、評価画像の評価値を決定する。例えば、制御システム４２は、レベルｊ＋１（例えばレベル１）の横ウェーブレット変換係数の絶対値の最大値を、評価画像の横評価値と決定し、レベルｊ＋１の縦ウェーブレット変換係数の絶対値の最大値を、評価画像の縦評価値と決定する。制御システム４２は、横評価値と縦評価値を用いて評価画像の総合評価値を決定する。この総合評価値としては、横評価値もしくは縦評価値をそのまま用いることも可能であるが、試料が主に一方向にしか構造の変化を持たない場合、もしくは非点収差が最適条件から外れた場合において最適な条件を求める上では横評価値と縦評価値の両方を用いて得ることが望ましく、代表的な例としては両者の積を価画像の総合評価値と決定する。
【００６０】
横評価値と縦評価値の積は、評価画像における縦横両方向に対する構造の細かさを総合して表す指標として利用することができる。なお、ウェーブレット変換係数の絶対値の最大値は、ノイズが除去されたデータや、ニューラルネットワーク、圧縮センシングなど技術を用いて情報の復元処理を適用された像において決定されてよい。また、ウェーブレット変換係数を得る方法としては複数のアルゴリズムが知られているが、本発明においてはその種類については問わない。
【００６１】
評価画像の評価値として他の値を使用することが可能であり、例えば、横評価値、縦評価値、または横評価値と縦評価値の和、相乗平均、相加平均などによって求めた値を使用することができる。制御システム４２は、横評価値及び縦評価値のうち、評価画像の評価値を決定するために必要な値のみ計算する。
【００６２】
図３のフローチャートを参照して説明したように、制御システム４２は異なるフォーカス位置（対物レンズ電流値）において、試料２１の画像を取得する。これら画像は評価画像である。
【００６３】
図５は、評価画像の対物レンズ電流値と評価値との関係例を示すグラフである。グラフ内の点が、それぞれ、評価画像の対物レンズ電流値とウェーブレット係数から計算された評価値とを示す。曲線は評価画像の評価値（点）に対してフィッティングされたガウシアン（フィッティング関数）である。制御システム４２は、フィッティングされたガウシアンにおいて、最大の評価値に対応する対物レンズ電流値を特定し、この対物レンズ電流値を最適フォーカスの電流値（最適対物電流値）と決定する。
【００６４】
フィッティング関数を使用することで、少ない評価画像から適切な対物レンズ電流値を決定することができる。他の例において、制御システム４２は、顕微鏡画像の評価値内で最大となる評価値に対応する対物レンズ電流値を最適対物電流値と決定してもよい。
【００６５】
評価値を計算するレベルは、予め設定されていてもよい。他の例において、制御システム４２は、複数レベルの評価画像の解析を行い、その解析結果に基づき最適なレベルを選択してもよい。
【００６６】
上述のように、ウェーブレット変換のレベルにより、ウェーブレット変換画像に対応する空間周波数が異なる。具体的には、より高いレベルの画像は、より低い空間周波数（解像度）の情報を示す。試料２１の構造の特徴が最も端的に現れるレベルは、その構造、または使用するウェーブレットの種類、もしくはその両方に依存する。複数レベルの評価画像の解析を行い、その解析結果に基づきレベルを選択することで、より適切な評価が可能となる。
【００６７】
図６Ａは、異なるレベルにおける対物レンズ電流値と評価画像の評価値と間の関係を模式的に示す。グラフ５０１、５０２及び５０３は、それぞれ、レベル１、レベル２及びレベル３における、対物レンズ電流値とウェーブレット変換係数から決定された評価画像の評価値との関係を示す。グラフ５０１、５０２及び５０３内の点は、評価画像の対物レンズ電流値とウェーブレット係数から計算された評価値とを示す。曲線は評価画像の評価値（点）に対してフィッティングされた、正のオフセットを持つガウシアン（フィッティング関数）である。
【００６８】
図６Ａに示す例において、レベル１及びレベル２のフィッティング関数と評価画像の評価値との間の誤差は小さく、レベル３のフィッティング関数と評価画像の評価値との間の誤差は大きい。
【００６９】
例えば、制御システム４２は、複数レベルのウェーブレット変換係数から評価に最も適したレベルを選択してもよい。上述のように、試料２１の構造の特徴が最も端的に現れるレベルは、画像解析前は一般に不明である。複数レベルのウェーブレット変換係数を使用し、それぞれのレベルで評価を行い、対物レンズ電流値に対するスコアの振る舞いを評価することで、試料２１の構造の特徴が端的に現れるレベルの係数を使用して評価値を計算することができる。
【００７０】
一例として、制御システム４２は、評価画像の評価値とフィッティングされた関数との間の誤差が最も小さいレベルを選択することができる。誤差は、例えば、フィッティング関数と評価画像の評価値との間の距離の和、もしくは距離の二乗の和などで表わすことができる。また他の例として、制御システム４２はフィッティングによって得られたガウシアンの各パラメータのフィッティング誤差の値、もしくはフィッティングによって得られたガウシアンの高さなどから適切なレベルを評価することが可能である。
【００７１】
図６Ｂに示すグラフ５０４はグラフ５０１、５０２及び５０３に示した各レベルで得られた評価値どうしの積によって得られた評価値と、対物レンズ電流値の関係性を示したものである。前述のとおり、試料２１の構造の特徴が最も端的に現れるレベルは一部のレベルに限られるため、それ以外のレベルの評価値は対物レンズ電流値の変化に対してほとんど変化をしない。
【００７２】
そのため複数のレベルで得られた評価値の積は、試料２１の構造の特徴が最も端的に現れるレベルの評価値の変化が支配的になるため、試料に対してフォーカスが合う条件付近において評価値が大きくなる特徴を同様に有する。このようにして得られた評価値を用いることにより、試料や倍率に応じて適切な評価値のレベルを選択する必要なく、常に単一の指標を用いて様々な試料構造や倍率に対して評価を行うことができる。また、このような複数レベルの評価値の積から新たな評価値を求める上で、必ずしも得られたすべてのレベルの評価値を使用する必要はなく、いくつかの適切なレベルの評価値のみを用いて積を求め、使用することも可能である。
【００７３】
図７は、複数レベルのウェーブレット変換画像（変換係数）を使用して一つの評価画像の評価値を決定する方法例のフローチャートを示す。制御システム４２は、記憶装置から評価画像４００（観察画像）を取得し、二次元離散ウェーブレット変換を行う（Ｓ１５１）。これにより、四つのレベル１ウェーブレット変換画像が得られ、それぞれ、１ＨＬ成分の変換画像４１１、１ＬＨ成分の変換画像４１２、１ＨＨ成分の変換画像４１３、及び１ＬＬ成分の変換画像４１４である。１ＨＬ成分の変換画像４１１及び１ＨＬ成分の変換画像４１２の例は、図４Ｂに示されている。
【００７４】
制御システム４２は、１ＨＬ成分の変換画像４１１においてウェーブレット変換係数の絶対値の最大値を選択し（Ｓ１５２）、レベル１の横評価値５１１を得る。制御システム４２は、１ＬＨ成分の変換画像４１２においてウェーブレット変換係数の絶対値の最大値を選択し（Ｓ１５３）、レベル１の縦評価値５１２を得る。制御システム４２は、横評価値５１１及び縦評価値５１２の積を計算して（Ｓ１５４）、レベル１の評価画像の評価値（Ｌ１縦横評価値）５１３を決定する。評価画像の評価値５１３の計算は、前記例のいずれでもよい。
【００７５】
制御システム４２は、レベル１のＬＬ成分の変換画像４１４の二次元離散ウェーブレット変換を行う（Ｓ１５５）。これにより、四つのレベル２ウェーブレット変換画像が得られ、それぞれ、２ＨＬ成分の変換画像４２１、２ＬＨ成分の変換画像４２２、２ＨＨ成分の変換画像４２３、及び２ＬＬ成分の変換画像４２４である。
【００７６】
制御システム４２は、２ＨＬ成分の変換画像４２１においてウェーブレット変換係数の絶対値の最大値を選択し（Ｓ１５６）、レベル２の横評価値５２１を得る。制御システム４２は、２ＬＨ成分の変換画像４２２においてウェーブレット変換係数の絶対値の最大値を選択し（Ｓ１５７）、レベル２の縦評価値５２２を得る。制御システム４２は、横評価値５２１及び縦評価値５２２の積を計算して（Ｓ１５８）、レベル２の評価画像の評価値（Ｌ２縦横評価値）５２３を決定する。評価画像の評価値５２３の計算方法は、評価値５１３と同様または異なる。
【００７７】
制御システム４２は、予め設定されているレベルＮまで、評価値の演算を繰り返す（Ｓ１５９）。これにより、レベル１からレベルＮそれぞれの評価値５１３〜５Ｎ３を得る。制御システム４２は、全てのレベルの評価値５１３〜５Ｎ３の積を計算し（Ｓ１６０）、評価画像４００の総合評価値５４０を得る。総合評価値５４０は、評価画像の撮像における荷電粒子線装置の対物レンズ電流値や非点収差補正量、そのほか調整パラメータに対応する評価値である。
【００７８】
前述のとおり、評価画像４００の特徴を抽出していないレベルのウェーブレット変換画像における縦横評価値の変動は小さく、評価画像４００の特徴を抽出しているレベルのウェーブレット変換画像における縦横評価値の変動は大きい。像の総合評価値として複数レベルの評価値の積を用いた場合、この総合評価値は評価画像４００の特徴を抽出しているレベルの評価値の変化に主に依存するため、評価画像の縦、横それぞれの方向に対する強度変化の急峻さを評価する指標として適したものとなる。なお、総合評価値５４０としては、他の方法、例えば、複数レベルの評価値の和や相乗平均、相加平均などを使用してもよい。
【００７９】
［非点収差補正］
次に、評価画像の評価値に基づく非点収差補正（調整）方法を説明する。図８は、非点収差補正例のフローチャートである。制御システム４２は、評価を行う非点収差補正Ｘパラメータ及び非点収差補正Ｙパラメータのペア（条件）のテーブルＡを作成する（Ｓ２０１）。テーブルＡは、異なる複数のペアを含む。
【００８０】
ここでテーブルＡについては、非点収差補正Ｘパラメータについては同一の値とし、非点収差補正Ｙパラメータについてのみ複数の値として構成されたもの、もしくは非点収差補正Ｙパラメータについては同一の値とし、非点収差補正Ｘパラメータについてのみ複数の値として構成されたもの、あるいは非点収差補正Ｘ、Ｙパラメータそれぞれについて複数の値として互いを組み合わせたもの、などを使用することができる。
【００８１】
制御システム４２は、非点収差補正装置１４の非点収差補正Ｘ、Ｙパラメータの値を、テーブルＡ内の最初のペアに設定する（Ｓ２０２）。制御システム４２は、ＳＥＭ装置５０またはＳＴＥＭ装置５１から観察像を取得し、非点収差補正Ｘ、Ｙパラメータの値と共に記憶装置に格納する（Ｓ２０３）。
【００８２】
制御システム４２は、観察画像の評価値を計算する（Ｓ２０４）。評価値の計算方法は、フォーカス調整において説明したいずれかの方法を使用できる。フォーカス調整の評価値の計算方法と非点収差補正の評価値の計算方法は同一または異なる。制御システム４２は、テーブルＡ内の全ペアで測定を行ったか判定する（Ｓ２０５）。テーブルＡが未測定のペアを含む場合（Ｓ２０５：ＮＯ）、制御システム４２は、テーブルＡ内の未測定の次ペアに、非点収差補正装置１４の非点収差補正Ｘパラメータ及び非点収差補正Ｙパラメータの値を設定する（Ｓ２０６）。
【００８３】
テーブルＡ内の全ペアで測定を行われている場合（Ｓ２０５：ＹＥＳ）、制御システム４２は、記憶装置に格納されている非点収差補正Ｘパラメータ及び非点収差補正Ｙパラメータの値と、評価値との間の関係を決定する（Ｓ２０７）。例えば、制御システム４２は、予め設定されているフィッティング関数により非点収差補正Ｘパラメータ及び非点収差補正Ｙパラメータの値と、評価値と、の間の関係を決定する。フィッティング関数は、例えば、２次元ガウシアンや２変数の多項式である。
【００８４】
制御システム４２は、ステップＳ２０７で決定した非点収差補正Ｘパラメータ及び非点収差補正Ｙパラメータの値と、評価値との間の関係から、非点収差補正Ｘパラメータ及び非点収差補正Ｙパラメータの値を決定する（Ｓ２０８）。また別の例としては、非点収差補正パラメータの値と、評価値との関係を求める処理（Ｓ２０７）を行わず、記憶装置に格納されている非点収差補正Ｘパラメータ及び非点収差補正Ｙパラメータの値と、評価値の値とに対して、ラグランジュ補完、エルミート補完、スプライン補完などによる内挿や重心の測定を行うことで直接、非点収差補正Ｘパラメータ及び非点収差補正Ｙパラメータの値の決定（Ｓ２０８）を行うこともできる。
【００８５】
試料に対してフォーカスが合った状態では、Ｘ／Ｙパラメータ両方に対して非点が調整された最適条件を基準としたとき、そこからＸ／Ｙいずれかのパラメータが変化した場合、プローブの形状はパラメータに対応した１方向に対してのみ伸び、結果としてその方向に対する像の細かさが低下することで評価値は低下する。
【００８６】
最適条件におけるプローブの形状は基本的に円形(等方的)となるため、結果として評価値はプローブ形状の異方性を表しており、その大きさは試料上におけるプローブの空間的な広がりに対して負の相関を持つ。フォーカスと2回対称な非点収差の成分のみを調整パラメータとして考えた場合、縦方向、横方向の両方においてプローブの広がりが最小となる条件は、両方のパラメータが０、すなわちフォーカスが合い、非点収差が補正された状態であり、この時に評価値は最大となる。
【００８７】
したがって、評価値が最大となる条件における対物レンズ電流量、非点収差補正Ｘパラメータ及び非点収差補正Ｙパラメータの値が、最適パラメータ値であり、フォーカスが合った状態で調整を行った場合には評価値が最大となる条件における非点収差補正Ｘパラメータ及び非点収差補正Ｙパラメータの値が、最適パラメータ値ペアとなる。
【００８８】
制御システム４２は、評価結果（最適パラメータ値ペア及びその評価値）が所定の基準を満たしているか判定する（Ｓ２０９）。この際の基準としては、直前の像取得の際に用いたテーブルＡにおける非点収差補正Ｘ、Ｙパラメータの変動量の大きさ、すなわち評価に用いた条件の細かさから見積もられる評価の精度を、あらかじめ定められた基準値と比較した結果を用いることができる。もしくは前述の、非点収差補正Ｘパラメータ及び非点収差補正Ｙパラメータの値と評価値との間の関係を決定する工程におけるフィッティングの際に得られるフィッティングのエラー量を、あらかじめ定められた基準値と比較した結果などを用いることができる。
【００８９】
評価結果が所定の基準を満たしていない場合（Ｓ２０９：ＮＯ）、制御システム４２は新たな評価を行う非点収差補正Ｘパラメータ及び非点収差補正ＹパラメータのペアテーブルＡを作成し（Ｓ２１０）、ステップＳ２０２に戻る。評価結果が所定の基準を満たしている場合（Ｓ２０９：ＹＥＳ）、制御システム４２は、非点収差補正装置１４の非点収差補正Ｘパラメータ及び非点収差補正Ｙパラメータを、上記最適パラメータ値ペアに設定する（Ｓ２１１）。
【００９０】
なお別の実施形態として、上記の一連のフローにおいて、観察画像の評価値の計算（Ｓ２０４）は、ステップＳ２０７が実行される前であればいずれのタイミングで実行されてもよく、ステップＳ２０３のあとにステップＳ２０５を実行し、その後ステップＳ２０７が実行される直前に各画像に対してまとめてステップＳ２０４を実行することで同等の効果を得ることもできる。
【００９１】
もしくは各処理と並列して計算を実行することにより、ステップＳ２０４を実行したあとにその完了を待たずにステップＳ２０５を実行することもできる。この場合、ステップＳ２０７が実行される前にステップＳ２０４で実行されたすべての計算が終了していることを確認さえすれば、同等の効果を得ることが可能である。
【００９２】
また、前述の非点収差調整は非点収差補正Ｘ，Ｙパラメータの一方に対してのみ実行されてもよい。この場合、パラメータの一方は調整開始時の値、もしくは何らかの初期値や基準値に固定し、もう一方のパラメータに対してのみ複数の値とすることでＳ２０１、Ｓ２１０におけるテーブルＡを作成する。
【００９３】
また、（Ｓ２０７）における非点収差補正パラメータの値と評価値との間の関係の決定は非点収差補正Ｘ，Ｙパラメータの一方に対してのみ行われ、その際にフィッティングを行う場合に用いる関数としては1次元ガウシアンや1変数の多項式、補間関数を用いた内挿や求めた重心の値などを用いることができる。それ以外の処理についてはＸ，Ｙパラメータの両方に対して調整を行う場合と同じように実行される。
【００９４】
また、Ｓ２０１、Ｓ２１０において作成されるテーブルＡを構成するＸ、Ｙパラメータのペアは、Ｘ、Ｙ両方のパラメータによって形成される２次元空間内において、直線上に並ぶ条件としてもよい。この場合、調整によって得られる結果は、前述の２次元空間内における単一のベクトル軸上における最適条件を求めることに相当する。
【００９５】
図９は、評価画像の非点収差補正ＸＹパラメータペアと、評価値との関係例を示すグラフである。グラフ内の点は、それぞれ、評価画像の非点収差補正ＸＹパラメータ値ペアと計算された評価値とを示す。曲線は評価画像の評価値（点）に対してフィッティングされたフィッティング関数（二次元ガウシアンにオフセットを加えたもの）である。
【００９６】
制御システム４２は、フィッティングされたフィッティング関数において、最大の評価値に対応する非点収差補正ＸＹパラメータ値ペアを特定し、この非点収差補正ＸＹパラメータ値ペアを非点収差が最も小さい最適な非点収差補正ＸＹパラメータ値ペアと決定する。
【００９７】
フィッティング関数を使用することで、少ない評価画像から適切な非点収差補正ＸＹパラメータ値ペアを決定することができる。他の例において、制御システム４２は、フィッティング関数を使用することなく、最大の評価値、もしくは最大の評価値とそれに対応する条件に対してパラメータ空間内で近接する条件の評価値から求まる平均値、あるいは複数のパラメータ条件とその評価値から求めた重心、内挿によって得た最大値に対応する非点収差補正ＸＹパラメータ値ペアを最適対物電流値と決定してもよい。
【００９８】
制御システム４２は、非点収差補正を行った後または行う前にフォーカス調整を行ってもよい。制御システム４２は、例えば、非点収差補正を行って最適非点収差補正ＸＹパラメータ値ペアを決定する。制御システム４２は、非点収差補正装置１４を最適非点収差補正ＸＹパラメータ値ペアに設定し、フォーカス調整を行う。
【００９９】
制御システム４２は、非点収差補正とフォーカス調整を、交互に、繰り返し行ってもよい。制御システム４２は、非点収差補正において、直前のフォーカス調整で決定された最適条件にＳＥＭ装置５０またはＳＴＥＭ装置５１を設定する。また、制御システム４２は、フォーカス調整において、直前の非点収差補正で決定された最適条件にＳＥＭ装置５０またはＳＴＥＭ装置５１を設定する。非点収差補正とフォーカス調整の回数は設計、もしくは観察条件や目標とする調整精度、調整を開始した時点における装置の状態に依存する。
【０１００】
制御システム４２は、非点収差補正において非点収差補正ＸＹパラメータのいずれか一方に対する調整と、もう一方に対する調整を任意の回数だけ交互、もしくは任意の順序で繰り返し行ってもよい。さらに制御システム４２は、非点収差補正において非点収差補正ＸＹパラメータのいずれか一方に対する調整と、もう一方に対する調整と、フォーカス調整を任意の順序で任意の回数だけ繰り返し行ってもよい。
【０１０１】
例として、制御システム４２はフォーカス調整を実施したのちに非点収差補正において非点収差補正ＸＹパラメータのいずれか一方のパラメータに対する調整を実施したのち、もう一方のパラメータに対する調整を実施し、そののち再度フォーカス調整を実施する。これにより、個々の調整で用いる評価条件の数を削減し、調整完了に要する時間を短縮することができる。
【０１０２】
他の例において、制御システム４２は、非点収差補正とフォーカス調整を同時に行ってもよい。これにより、調整精度の向上、調整が失敗する可能性の低減、調整時間の短縮などの効果が得られる。制御システム４２は、異なる対物レンズ電流値のそれぞれにおいて、異なる非点収差補正ＸＹパラメータ値ペアの画像（観察画像）を撮像し、対物レンズ電流値及び非点収差補正ＸＹパラメータ値ペアと共に記憶装置に格納する。
【０１０３】
制御システム４２は、記憶装置内の観察画像（評価画像）それぞれの評価値を計算する。図１０は、評価画像の対物レンズ電流、非点収差補正ＸＹパラメータペア、及び評価値の関係例を示すグラフである。グラフにおける円の大きさが、評価値を示す。円が大きい程、評価値が高い。
【０１０４】
制御システム４２は、予め設定されているフィッティング関数により、対物レンズ電流値及び非点収差補正ＸＹパラメータ値ペアの組み合わせと、評価値と、の間の関係を決定する。フィッティング関数は、例えば、３次元ガウシアンや３変数の多項式である。制御システム４２は、フィッティングされた関数が示す評価値の最大値と、それに対応する対物レンズ電流値及び非点収差補正ＸＹパラメータ値ペアの組み合わせを与え、最適条件と決定する。制御システム４２は、フィッティング関数を使用することなく、最大の評価値に対応する対物レンズ電流値及び非点収差補正ＸＹパラメータ値ペアの組み合わせ、もしくは最大の評価値に対応する条件に近接する複数の条件に対する平均条件、もしくは重心に対応する条件を、最適条件と決定してもよい。
【０１０５】
上記例において、制御システム４２は、予め定められている複数の設定条件で評価画像を取得した後に、それらの評価値から最適条件を決定し、当該条件にＳＥＭ装置５０またはＳＴＥＭ装置５１を設定する。これと異なり、制御システム４２は、特定の条件における観察画像の評価を行った後に、次に調整のための観察画像を取得する条件を決定してもよい。
【０１０６】
具体的な例としては、直前のパラメータ値の変更に対する評価値の変化量が典型的な値と比べて小さい場合は次に調整のための観察画像を取得する条件を大きくパラメータ値を変化させたものとし、逆に評価値の変化量が大きい場合には次に調整のための観察画像を取得する条件を小さくパラメータ値を変化させたものとするなどが挙げられる。これにより、最適条件から大きく外れた条件のような像の変化の少ない条件での像取得数を減らして評価時間を短縮し、像が変化しやすい最適条件付近での像取得数を増やすことで評価制度を向上させることができる。
【０１０７】
また、非点収差補正Ｘパラメータと非点収差補正Ｙパラメータの二つによって構成される２次元空間、もしくは非点収差補正Ｘパラメータと非点収差補正Ｙパラメータと対物レンズ電流値をはじめとしたフォーカス調整パラメータによって構成される３次元空間、もしくは対物レンズ電流値をはじめとしたフォーカス調整パラメータによって構成される１次元空間内において、最急降下法や共役勾配法など、一般に知られる最適化問題を解くための各種アルゴリズムを用いて効率的に最適条件を求めることも可能である。なおこの際は評価値の逆数を新たな評価値として用いるなどの方法を併用することができる。
【０１０８】
また、制御システム４２は、対物レンズ電流値及び非点収差補正ＸＹパラメータの３つで構成される一つの条件について評価画像を取得し、評価値を求め、その直前のいくつかの評価結果、もしくはそれまでのすべての評価結果と比較を行い、より評価値が大きくなることが期待される条件を求め、次の評価条件としてもよい。
【０１０９】
例としては、４つの独立した条件に対して評価画像を取得し、評価値を求め、それぞれの条件と評価値の差から求まる、対物レンズ電流値及び非点収差補正ＸＹパラメータの３つのパラメータで構成される３次元空間内における評価値の勾配を求め、最も勾配が大きく、評価値の変化が正となる方向に対して一定の距離だけ進んだ地点を新たな観察条件としてもよい。
【０１１０】
もしくは、２つ以上の独立した条件に対して評価画像を取得し、評価値を求め、対物レンズ電流値及び非点収差補正ＸＹパラメータによって構成される３次元空間内において内挿を行うことで新たな評価条件を求めてもよい。
【０１１１】
フォーカス調整の例を説明する。制御システム４２は、複数の対物レンズ電流値における観察画像を取得する。この際に使用する複数の対物レンズ電流値は、現在の電流値、または試料にフォーカスが合うことが期待される対物レンズ電流値、例えば装置にとって標準的な位置に試料が置かれた際にフォーカスする電流値、の前後の対物レンズ電流値が使用される。
【０１１２】
例として、対物レンズ電流値を６．５Ａとした際にフォーカスが合う試料位置を標準的な試料の位置とする装置においては、制御システム４２は、６Ａから７Ａの範囲において、０．２Ａ間隔で六つの対物レンズ電流値を選択する。制御システム４２は、それら観察画像それぞれの評価値を決定し、最も評価値が大きい対物レンズ電流値を決定する。なお、前述の標準的な試料位置を定義する際に使用される対物レンズ電流値は、装置の加速電圧に応じて大きく異なる値となるが、その際も基準となる電流値を変更するほかは同様の手順によって像が取得される。
【０１１３】
制御システム４２は、観察画像を取得した対物レンズ電流値において、最も評価値が大きい対物レンズ電流値の前後の対物レンズ電流値を決定する。制御システム４２は、最も評価値が大きい対物レンズ電流値の前後の対物レンズ電流値の範囲内において、新たな複数の対物レンズ電流値における観察画像を取得する。
【０１１４】
例えば、前回よりも狭い電流値の範囲内において、前回よりも小さな電流値の間隔で複数の像が取得される。制御システム４２は、新たに得られた複数の観察画像の評価値において、最大の評価値を決定する。なお、前述の最大の評価値を求める方法としては、単純な最大値のほか、得られた評価値と対物レンズ電流値の関係に対するフィッティング、もしくは内挿によって得られる、評価値が最大となると思われる条件を使用することも可能である。
【０１１５】
制御システム４２は、例えば上記処理を規定回数繰り返し、最後の最大評価値の対物レンズ電流値を最適値と決定し、対物レンズ２０の電流を当該電流値に設定する。制御システム４２は、他の条件に基づき処理を終了するか判定してもよい。例えば、前回からの評価値の変化が規定値未満である、または、得られた評価値の大きさが装置の性能などに基づいて定められた規定値を上回る、または、対物レンズ電流値の範囲、もしくは像取得を行う複数の電流値の間隔が既知値未満である場合、制御システム４２は、新たな観察画像の取得を終了する。
【０１１６】
また、フォーカス調整においても、前述したように制御システム４２は特定の条件における観察画像の評価を行った後に、次に調整のための観察画像を取得する条件を決定してもよいことは明らかである。この場合においても、対物レンズ電流値の値に関して、評価値を最大とするように、最急降下法や共役勾配法など一般に知られる最適化問題を解くための各種アルゴリズムを用いて効率的に最適条件を求めることも可能である。なお、この場合においても、評価値の逆数を新たな評価値として用いるなどの方法を併用することができる。
【０１１７】
また、制御システム４２は、対物レンズ電流や非点収差補正ＸＹパラメータペアの他、コマ収差、様々な次数の非点収差、あるいは光学系を構成するレンズの焦点距離や偏向器の偏向量、多極子場の強さなど、像に対して変化を与える様々な調整パラメータについても、上述のように設定することができる。
【０１１８】
［装置調整のユーザ支援］
上記例において、制御システム４２は、自動的に、ＳＥＭ装置５０またはＳＴＥＭ装置５１の調整パラメータの値を決定する。以下に説明する例において、制御システム４２は、オペレータによるＳＥＭ装置５０またはＳＴＥＭ装置５１の調整を支援する。具体的には、制御システム４２は、表示画像の評価値、あるいは評価値に対応して変化する画像を、当該表示画像と共に表示する。
【０１１９】
図１１は、オペレータに拠る装置調整を支援する方法例のフローチャートである。制御システム４２は、試料２１の現在の観察画像（ライブ画像）を取得する（Ｓ２５１）。制御システム４２は、取得した画像を評価画像として、複数のレベルでの評価値を計算する。具体的には、図７を参照して説明したように、レベル１の横評価値５１１、縦評価値５１２及び総合評価値５１３、並びに、レベル２の横評価値５２１、縦評価値５２２及び総合評価値５２３を計算する。
【０１２０】
さらに、制御システム４２は、レベル２のＬＬ成分の変換画像４２４の二次元離散ウェーブレット変換を行う（Ｓ２５５）。これにより、四つのレベル３ウェーブレット変換画像が得られ、それぞれ、３ＨＬ成分の変換画像４３１、３ＬＨ成分の変換画像４３２、３ＨＨ成分の変換画像４３３、及び３ＬＬ成分の変換画像４３４である。
【０１２１】
制御システム４２は、３ＨＬ成分の変換画像４３１においてウェーブレット変換係数の絶対値の最大値を選択し（Ｓ２５６）、レベル３の横評価値５３１を得る。制御システム４２は、３ＬＨ成分の変換画像４３２においてウェーブレット変換係数の絶対値の最大値を選択し（Ｓ２５７）、レベル３の縦評価値５３２を得る。制御システム４２は、横評価値５３１及び縦評価値５３２の積を計算して（Ｓ２５８）、レベル３の評価画像の評価値（Ｌ３縦横評価値）５３３を決定する。評価画像の評価値５３３の計算方法は、評価値５１３及び５２３と同様または異なる。
【０１２２】
制御システム４２は、レベル１、レベル２及びレベル３の縦横評価値５１３、５２３及び５３３の積を計算し（Ｓ２６０）、総合評価値５５０を得る。制御システム４２は、レベル１、レベル２及びレベル３の横評価値５１１、５２１及び５３１の積を計算し（Ｓ２６１）、横総合評価値５５１を得る。制御システム４２は、レベル１、レベル２及びレベル３の縦評価値５１２、５２２及び５３２の積を計算し（Ｓ２６２）、縦総合評価値５５２を得る。制御システム４２は、ライブ画像と共に、計算した総合評価値５５０、横総合評価値５５１、及び縦総合評価値５５２を画面に表示する（Ｓ２６５）
【０１２３】
図１２Ａは、制御システム４２の表示装置が表示する画像の例を示す。表示装置は、ライブ画像４７０と、当該ライブ画像４７０の評価情報４８０とを表示する。評価情報４８０は、総合評価値５５０、横総合評価値５５１、及び縦総合評価値５５２に加え、ライブ画像４７０の対物レンズ電流値を含むほか、調整を行う上での目標となる目安値、および縦総合評価値と横総合評価値の比、およびそれらをもとに所定の計算方法によって得られた換算値を含む。
【０１２４】
前述の目安値の求め方は装置や条件に応じて適した方法とすることができ、例としては観察像において１画素もしくはそれ以下の大きさの構造に対して平均的なコントラスト変化量から見積もられる評価値、あるいは当該条件における分解能をはじめとした装置性能から見積もられる評価値、あるいは同一の観察視野や同一の観察試料において、調整対象とする対物レンズ電流量もしくは非点補正パラメータのみを変化させて得られた複数の評価値の中で最大のものや最大値付近の複数の評価値の平均値などを使用することが挙げられる。
【０１２５】
前述の換算値の求め方は、例えば縦横比の値から１を引いた数値が比を用いることができる。この場合、非点収差が適切に調整された条件において期待される比の値である１に対応する条件を０、そこから条件が変化した条件を正負の数字で示し、ユーザーは換算値が０となるように調整を行うことができる。そのほか、事前に複数の条件に対して評価を行うことで求めた最適条件における縦総合評価値と横総合評価値の比や、それを基準として求められる差分値、もしくは最適条件における縦総合評価値と横総合評価値それぞれを基準として求まる縦総合評価値と横総合評価値の相対値の積や和などを用いることができる。
【０１２６】
また、図１２Ｂに示すように評価情報４８０はライブ画像４７０の上の任意の位置に重ねて表示されてもよい。
【０１２７】
図１２Ｃは総合評価値５５０を異なる形で画面に表示する場合の例を示したものである。画像１２ＣＡは横に長い表示領域を用いて総合評価値５５０の大きさを示すものであり、表示領域内の横方向の位置は総合評価値５５０の大きさに対応している。この例では表示領域内の色が２色またはそれ以上の数の色で塗り分けられており、それらの面積の比率もしくは差によって総合評価値５５０の大きさを示す。
【０１２８】
具体的には、表示領域の左側と右側は任意の二色で塗り分けられており、総合評価値５５０が大きくなるほど、左側の色で塗られた領域が右側に対して広がり、その比率が大きくなる。表示領域の中には、装置の性能や条件によって定まる所定の状態に対応する総合評価値５５０の大きさに対応する目安値を示す指示表示や線が表示されていてもよい。
【０１２９】
また画像１２ＣＢは画像１２ＣＡを縦に長い表示領域を用いて表し、現在値を指示部もしくは線によって表したものである。また画像１２ＣＣは画像１２ＣＡにおいて目安値を表示領域内の色の分布によって示したものであり、例としては目安値の左側と右側は異なる色で塗られており、ユーザーは現在値の表示される位置がどちらの色の領域であるかによって現在の状態を所定の状態と比較する。画像１２ＣＤは画像１２ＣＣを縦に長い表示領域を用いて表したものである。
【０１３０】
なお、画像１２ＣＣ及び１２ＣＤにおいてはこれを表示する色の数は２色に限るものではなく、単色を含むどのような数の色で塗られていてもよい。また、画像１２ＣＡ〜１２ＣＤに示した例を構成する要素は一部を省いても、そのほかの要素を加えても同等の効果を得られる。また画像１２ＣＡ〜１２ＣＤにおいてその左右、上下、は反転したものでもよいほか、任意の角度に回転させたものであっても同等の効果を得られる。ユーザーはこれらの例に示された表示の変化によって現在の装置の状態、もしくはそこから求められる総合評価値５５０の大きさを認識し、装置を適切な状態に調整することができる。
【０１３１】
図１２Ｄは総合評価値５５０を異なる形で画面に表示する場合の例を示したものである。画像１２ＤＡは円形の表示領域を用いて総合評価値５５０の大きさを示すものであり、表示領域の中心位置を原点とした際に表示が行われる方向が総合評価値５５０の大きさを示している。この例では下向きは原点となっており、総合評価値が最小もしくは最大となる条件に対応する。総合評価値５５０が大きくなるほど、現在値に対応した指示部もしくは線は原点から時計回りに回転していく。その際、原点から現在値までの角度領域が異なる色で塗られてもよく、示領域の中には、装置の性能や条件によって定まる所定の状態に対応する総合評価値５５０の大きさに対応する目安値を示す指示表示や線が表示されていてもよい。
【０１３２】
また、画像１２ＤＢは画像１２ＤＡの例において現在値が最低値となっている場の例を、画像１２ＤＣは画像１２ＤＡの例よりも総合評価値５５０が大きくなった状態の例を示したものである。また画像１２ＤＤは画像１２ＤＣと同じ状態を別の方法で表示したものであり、表示領域は目安値を境目として二色で塗り分けられている。現在値は指示部もしくは線によって示されており、ユーザーは現在値の表示される位置がどちらの色の領域であるかによって現在の状態を所定の状態と比較する。
【０１３３】
なお、いずれの例においても総合評価値５５０の変化に対する現在値の表示の変化方法は、時計回りでなく反時計回りでもよい。また表示に用いられる色の数は２色に限るものではなく、単色を含むどのような数の色で塗られていてもよい。また、画像１２ＤＡ〜画像１２ＤＤに示した例を構成する要素は一部を省いても、そのほかの要素を加えても同等の効果を得られる。また画像１２ＤＡ〜画像１２ＤＤにおいてその左右、上下、は反転したものでもよいほか、任意の角度に回転させたものであっても同等の効果を得られる。ユーザーはこれらの例に示された表示の変化によって現在の装置の状態、もしくはそこから求められる総合評価値５５０の大きさを認識し、装置を適切な状態に調整することができる。
【０１３４】
図１２Ｅは総合評価値５５０を円形のマークで画面に表示する場合の例を示したものである。行１２ＥＡは総合評価値５５０の大きさを円形領域内の色で表示するものであり、総合評価値５５０の大きさに応じて円形領域内の色の彩度もしくは明度もしくは色相などが変化する。行１２ＥＢは総合評価値５５０の大きさを円形領域の大きさによって表すものであり、総合評価値５５０の変化に応じて円形領域の半径が変化する。
【０１３５】
行１２ＥＣは総合評価値５５０の値に応じて円形領域の大きさと色の両方が変化する例を示したものである。行１２ＥＤは総合評価値５５０の大きさを複数の円を同心円状に重ねたマークで示したものであり、総合評価値５５０が大きくなるほど、マークを構成する円の数は増え、その半径は大きくなる。
【０１３６】
行１２ＥＥは総合評価値５５０の大きさを色の異なる円を重ねたマークで示すものであり、総合評価値５５０が大きくなるほどマークを構成する円の数は増え、その半径は大きくなる。ユーザーはこれらの例に示された円形のマークの変化によって現在の装置の状態、もしくはそこから求められる総合評価値５５０の大きさを認識し、装置を適切な状態に調整することができる。
【０１３７】
図１２Ｆは非点収差補正の状態を円形のマークで画面に表示する場合の例を示したものである。制御システム４２は観察画像から得られた横評価値、縦評価値、もしくはそれよりも前に得られた非点収差補正ＸＹパラメータの最適値と現在の非点収差補正ＸＹパラメータの差などから得られる最適値と現在の状態の相対的あるいは絶対的な差によって求められる、二方向に対する調整具合の指標を表す。
【０１３８】
行１２ＦＡは前記二方向に対する調整具合の指標を楕円の長軸と短軸の長さとして表すものである。行１２ＦＢは前記二方向に対する調整具合の指標を長さが独立して変化する二本の線それぞれの長さとして表すものである。行１２ＦＣは行１２ＦＢにおいて二本の線の交点の位置を線の端とし、線を矢印として示した例である。行１２ＦＤは前記二方向に対する調整具合の指標を四角形の縦と横それぞれの長さに対応させて表したものである。
【０１３９】
行１２ＦＥは原点を示す表示部、ここでは円の周囲それぞれの方向に対して前記二方向に対する調整具合の指標を線を並べた表示の幅もしくは高さとして表すものである。行１２ＦＦは前記二方向に対する調整具合の指標を、二つの交わった四角形のそれぞれの幅および高さの変化によって表すものである。ユーザーはこれらの表示を確認し、その表示が縦横方向に対して等方的になるように装置を調整することにより、装置の非点収差を適切な状態に調整することができる。
【０１４０】
図１２Ｇはフォーカス調整の状態もしくは非点収差補正の状態を画面に表示する場合の例を示したものである。画像１２ＧＡはフォーカスもしくは非点収差補正のＸもしくはＹパラメータの一方について、最適条件に対する現在の状態の相対的な状態を１軸上に示すものである。この際の最適条件は、過去に行った調整や過去にユーザーが操作して得られた画像および総合評価値５５０と対応する条件から見積もられるものであり、そこからのフォーカスもしくは非点収差補正のＸもしくはＹパラメータの差、もしくは総合評価値５５０の値によって求められる相対差を軸上に丸い表示で示す。
【０１４１】
画像１２ＧＢは画像１２ＧＡにおいて現条件を三角形の指示部で示したものである。画像１２ＧＣは画像１２ＧＡにおいて現条件を線で表したものである。画像１２ＧＤは非点収差補正の状態について、最適条件に対する現在の状態の相対的な状態を２軸上に示すものである。この際の最適条件は、過去に行った調整や過去にユーザーが操作して得られた画像および総合評価値５５０と対応する条件から見積もられるものであり、そこからの非点収差補正のＸもしくはＹパラメータの差を、原点に対する位置として表す。
【０１４２】
また、制御システム４２は過去に行った補正処理、もしくはユーザーが過去に操作した条件とその際に得られた総合評価値５５０の値を用いることで図5もしくは図9に対応する図を表示装置に示し、さらにそこに現在の観察条件を示す表示を合わせて示すことにより、ユーザーが現在の状態を認識することを補助することもできる。
【０１４３】
オペレータは、表示されている評価情報４８０を参照しながら、制御システム４２を介してＳＥＭ装置５０またはＳＴＥＭ装置５１の対物レンズ電流値、もしくは収差補正パラメータをはじめとした、各種制御パラメータを調整し、最適な条件を見付けることができる。
【０１４４】
ライブ画像の評価値の計算方法は、上記例と異なっていてもよく、例えば、単一レベルの評価値が使用されてよいほか、取得した複数レベルでの評価結果のうち、最もレベルの高いもの、もしくは低いものを除いた全てのレベルの結果を使用する、あるいは評価を行う条件に応じた任意の複数レベルの評価結果のみを使用してもよい。複数レベルの評価値を計算する場合、そのレベルの数は必要に応じて変えることができ、多くの場合においては評価画像を構成する画素の数によって定まる最大値以下の範囲で任意の数とすることができる。制御システム４２は、対物レンズ電流の他、非点収差補正Ｘ、Ｙパラメータペア及び他の調整パラメータのための評価情報も、同様に表示することができる。
【０１４５】
［試料形状情報の提示］
以下において、評価値を使用して試料の表面構造を特定し、その情報を提示する方法を説明する。一次電子線が試料表面のある位置にフォーカスされている場合、対物レンズ電流値は、試料のその位置における表面高さに対応する。試料表面上の位置のそれぞれに一次電子線がフォーカスする対物レンズ電流値を測定することで、試料表面の形状（凹凸形状や湾曲等）の情報を得ることができる。
【０１４６】
図１３は、試料表面の形状を測定する方法のフローチャートである。制御システム４２は、対物レンズ２０の電流値を予め設定されている開始値に設定する（Ｓ３０１）。制御システム４２は、試料２１の観察画像（評価画像）を取得し、対物レンズ２０の現在の電流値と共に、記憶装置に格納する（Ｓ３０２）。制御システム４２は、取得画像を各個別領域に分割した複数の像、もしくは各個別領域以外をマスクした複数の像を生成する。（Ｓ３０３）。制御システム４２は、観察画像の位置それぞれの評価値を計算する（Ｓ３０４）。制御システム４２は、観察画像上の各個別領域における評価値の分布（位置と評価値の関係）を、記憶装置に格納する。評価値の計算は、上記例のいずれの方法であってもよい。
【０１４７】
制御システム４２は、対物レンズ２０の現在の電流値が、予め設定されている終了値であるか判定する（Ｓ３０５）。対物レンズ２０の現在の電流値が終了値ではない場合（Ｓ３０５：ＮＯ）、制御システム４２は、所定値だけ対物レンズ２０の電流値を変更する（Ｓ３０６）。さらに、制御システム４２は、ステップＳ３０２に戻る。
【０１４８】
対物レンズ２０の現在の電流値が終了値である場合（Ｓ３０５：ＹＥＳ）、制御システム４２は、記憶装置に格納されている観察画像上の各個別領域における対物レンズ２０の電流値と評価値との間の関係を決定する（Ｓ３０７）。上述のように、制御システム４２は、例えば、ガウシアンや多項式のフィッティング、もしくはラグランジュ補完、エルミート補完、スプライン補完などの補完を行うことで対物レンズ２０の電流値と評価値との間の関係を決定する。
【０１４９】
制御システム４２は、ステップＳ３０７で決定した各個別領域における対物レンズ２０の電流値と評価値との間の関係から、各個別領域において評価値が最大となる対物レンズ２０の電流値を決定する（Ｓ３０８）。
【０１５０】
制御システム４２は、各個別領域における評価値が最大となる対物レンズ２０の電流値から、各個別領域の高さを計算する（Ｓ３０９）。制御システム４２は、対物レンズ２０の電流値と高さとの関係を定義する情報を予め保持し、その情報を参照して高さを決定する。これにより、試料表面における高さの分布が得られる。制御システム４２は、試料表面の各個別領域の高さを示す画像を生成し、表示装置において表示する（Ｓ３１０）。
【０１５１】
図１４は各局所領域におけるフォーカスの合う条件に基づき試料の各領域の高さを画面に表示する場合の例を示したものである。画像１４Ａは立体構造を持った試料の外観を示したものである。試料は複数の高さを持った部分で構成されており、試料上面で等しい高さを持ったそれぞれの領域を領域Ａ、領域Ｂ、領域Ｃを持つ。
【０１５２】
画像１４Ｂは画像１４Ａで示した試料を上方向（画像１４Ａに示したＺ軸で負の方向）から観察して得られる像の例を示したものである。観察して得られる像はその視野内に領域Ａ，領域Ｂ、領域Ｃをそれぞれ含んでいるものの、単独の像からではそれぞれの領域の高さの違いを区別することはできない。
【０１５３】
この領域の観察像を、観察に用いる対物レンズの電流値、あるいはそれに対応するフォーカスの位置を変えた複数の条件それぞれで取得する。得られた各像を画像１４Ｃに示すように、領域Ａ１〜Ａ３、Ｂ１〜Ｂ３、Ｃ１〜Ｃ３分割し、それぞれの領域において先に述べた方法で像の評価値を計算する。各領域において求めた評価値とその像を取得した際の対物レンズの電流値、あるいはそれに対応するフォーカスの位置との対応関係を求めると、図６Ａ，６Ｂで既に示したような対物レンズ電流値と評価値の関係が得られる。
【０１５４】
この中で最も評価値が高くなる条件、あるいは最大値近辺の結果に対して内挿を行って得られる最大値に対応する条件、もしくは前述の対物レンズ電流値と評価値の関係に対して関数をフィッティングして得られた最大値に対応する条件に対応する対物レンズ電流値の値を求めることができる。得られた対物レンズ電流値はフォーカスの位置に対応するため、像内のそれぞれの局所領域におけるフォーカスの位置の相対的な分布を得ることができる。それぞれの領域におけるフォーカスの位置は、観察像がＳＥＭ像であった場合、試料表面の高さに対応するため、得られたフォーカスの位置の分布を換算することで、試料の３次元構造を得ることが可能である。
【０１５５】
画像１４Ｄは画像１４Ａに示した試料に対して求めた、像内の高さ分布を色の違いとして示した例である。領域Ａ、領域Ｂ、領域Ｃはそれぞれの領域内は等しい高さとなっているため、同じ色で示されており、各領域どうしはそれぞれ異なる高さであるため、異なる色で示されている。画像１４Ｅは画像１４Ｄに示した試料の高さ分布を３次元の立体的な構造として画面上に示した例である。画像１４Ｄに示した２次元分布による表示と比べ、ユーザーは試料の立体的な構造をさらに認識しやすくなるほか、表示された構造内の任意の部分を選択することで、選択された部分の３次元空間における座標の情報を評価することなどが可能となる。
【０１５６】
図１５Ａ、１５Ｂ及び１５Ｃは観察像から評価値を得る他の例を示したものである。図１５Ａは観察像の例を示したものである。図１５Ｂは図１５Ａに対して１方向の離散ウェーブレット変換を行い、得られた第１の係数の絶対値のヒストグラムをグラフにしたものである。グラフの横軸は係数の絶対値の大きさ、縦軸は各大きさの係数の発生回数を示している。
【０１５７】
ここで、符号１５Ｂ１は観察像から得られた係数の中で最も大きな係数に対応する部分を示し、得られた係数の絶対値の最大値を求めることは、このようなヒストグラムの端の値を求めることと等しい。また符号１５Ｂ２は観察像から得られた係数の中で２番目に大きな係数に対応する部分を示し、また符号１５Ｂ３は観察像から得られた係数の中で３番目に大きな係数に対応する部分を示す。
【０１５８】
多くの場合において、観察像は様々な細かさの構造を含むため、このようなヒストグラムは連続的な分布を示すことが多く、像に対してフォーカスが合った状態、あるいは非点収差が適切に調整された状態など、像により細かい構造が含まれる状態では、得られる係数は全体として大きくなる方向に変化する。
【０１５９】
この際、符号１５Ｂ１で示した係数の最大値のほか、符号１５Ｂ２、１５Ｂ３で示した２番目、３番目に大きな係数の値もそれぞれ大きくなる。したがって、係数の最大値以外にも、２番目、３番目に大きな係数の値といった、大きさに関する順序の中で指定された順位に対応する数値であっても像の評価値として使用することができる。また、前述のように像により細かい構造が含まれる状態では、得られる係数は全体として大きくなる方向に変化する。そのため、得られた係数の平均値、あるいは総和の値についても同様に像の評価値として使用することができる。
【０１６０】
図１５Ｃは図１５Ｂに示した係数のヒストグラムに対して、関数をフィッティングした結果を示したものである。符号１５Ｃ１に示す破線のグラフはフィッティングによって得た関数を示したものであり、符号１５Ｃ２に示す点はフィッティングによって得た関数の値が０となる部分（横軸と交わる部分）を外挿することで求めた結果に対応する点である。
【０１６１】
前述のように像により細かい構造が含まれる状態では、得られる係数は全体として大きくなる方向に変化し、ヒストグラムは右側に広がるように変化するため、それに対してフィッティングした関数の傾きといった係数、あるいはフィッティングした関数から求まる、符号１５Ｃ２に示すような値が０（横軸と交わる部分）となる点を求め、その時の横軸の大きさの値などを係数の大きさとみなし、像の評価値として使用することができる。
【０１６２】
［評価値の他の計算方法］
以下において、ウェーブレット変換と異なる変換により評価値を決定する方法を説明する。まず、窓付きフーリエ変換による評価値の計算方法を説明する。窓付きフーリエ変換では一般に、評価対象に対して窓関数を適用し、局所領域の情報のみを選択したうえでフーリエ変換を行う。この際の窓関数の例としては２次元ガウシアン窓が挙げられ、これは以下のＷ(ｘ、ｙ)のように表される。
【０１６３】
【数９】
2020075241.tif 000011
【０１６４】
ここでｘ０、ｙ０はそれぞれ窓関数によって選択される局所領域の中心のＸ，Ｙ座標を表し、σは窓関数の広がりに対応するパラメータとなる。このほか、窓関数としてはハニング窓、ハミング窓、カイザー窓、矩形窓などの一般的に知られる窓関数を用いることが可能である。
【０１６５】
評価画像（Ｍ×Ｎピクセル）をＩ（ｘ、ｙ）として表す。ここで０≦ｘ≦Ｍ−１、０≦ｙ≦Ｎ−１である。窓関数を適用した後の像をｆ（ｘ、ｙ）とすると、評価画像への窓関数の適用は以下のように表される。
【０１６６】
【数１０】
2020075241.tif 000012
【０１６７】
なお、ここでＷ（ｘ、ｙ）が０となる領域についてはｆ（ｘ、ｙ）を構成する領域から除外してもよく、Ｗ（ｘ、ｙ）が０とならないすべての領域を含む最小の矩形領域のみをｆ（ｘ、ｙ）として使用することも可能である。
【０１６８】
局所領域の情報に対応する、ｆ（ｘ、ｙ）（Ｍ×Ｎピクセル）評価方法を説明する。ここで、０≦ｘ≦Ｍ−１、０≦ｙ≦Ｎ−１である。横方向１次元離散フーリエ変換は以下のように表される。
【０１６９】
【数１１】
2020075241.tif 000013
【０１７０】
縦方向１次元離散フーリエ変換は以下のように表わされる。
【０１７１】
【数１２】
2020075241.tif 000014
【０１７２】
ここで、以下のようにＨ（ｕ、ｙ）及びＶ（ｘ、ｖ）に対して、スペクトル関数Ｓ（ｒ）を定義する。
【０１７３】
【数１３】
2020075241.tif 000015
【０１７４】
スペクトル関数Ｓ（ｒ）それぞれについて、例えば、以下に示す条件（Ａ）から（Ｃ）のいずれかによって得られる値を、当該領域における横評価値及び縦評価値として使用することができる。
（Ａ）Ｓ（ｒ）＝Ｓ（０）／ｅ(ｅは自然対数の底であるネイピア数)となるｒのうち、最小のｒ。
（Ｂ）Ｓ（ｒ）＝Ｓ（０）／Ｃ(Ｃはあらかじめ定められた定数)となるｒのうち、最小のｒ。
（Ｃ）Ｓ（ｒ）におけるｒを０≦ｒ≦ｌＣ−１とした場合に、以下に定義されるｒの各範囲ｐにおける積分値Ｔ（ｐ）のうち、Ｔ（ｌ）または予め定められた閾値ｐｔに対応するＴ（ｐｔ）。
【０１７５】
【数１４】
2020075241.tif 000016
【０１７６】
なお、上記で用いたＳ（０）はスペクトル関数Ｓ（ｒ）のうち、ｒが相対的に小さい領域に対応するものであれば同等の効果を得ることができ、例としてはｒの最大値に対して５％以下となるすべてのｒにおけるＳ（ｒ）の平均値や、その値からＳ（０）のみを除いた値などを用いることも可能である。
【０１７７】
以上のように、評価画像の部分領域の横評価値及び縦評価値を決定できる。制御システム４２は、例えば、表画像の全ての部分領域の横評価値及び縦評価値を決定し、それらから最大の横評価値及び最大の縦評価値を選択することで、評価画像の横評価値及び縦評価値を決定できる。また、上記〔数１４〕においてｐは幅を持った特定の空間周波数帯を表すため、先に述べたウェーブレット変換におけるレベルに似た特徴を持つ指標となる。このことから、本手法において窓付きフーリエ変換をウェーブレット変換の代替手段として使用する場合、ｐをウェーブレット変換におけるレベルの代替パラメータと使用することが可能である。
【０１７８】
次に、窓付き離散コサイン変換によって評価値を計算する例を説明する。この場合、先に述べた窓付きフーリエ変換による評価値の計算方法と同様に、一般的に評価対象に対して窓関数、例としてはＷ(ｘ、ｙ)〔数９〕を適用し、それによって得られる局所領域の情報のみを選択した像ｆ（ｘ、ｙ）〔数１０〕に対して処理を行うことで行われる。
【０１７９】
局所領域の情報のみを選択した像ｆ（ｘ、ｙ）（Ｍ×Ｎピクセル）に対する評価値の計算方法を説明する。ここで、ここで、０≦ｘ≦Ｍ−１、０≦ｙ≦Ｎ−１である。横方向１次元離散コサイン変換は以下のように表される。
【数１５】
2020075241.tif 000017
【０１８０】
縦方向１次元離散コサイン変換は以下のように表わされる。
【０１８１】
【数１６】
2020075241.tif 000018
【０１８２】
ＣｕＣｖは、以下のように表わされる。
【０１８３】
【数１７】
2020075241.tif 000019
【０１８４】
ここで、以下のようにＨ（ｕ、ｙ）及びＶ（ｘ、ｖ）に対して、スペクトル関数Ｓ（ｒ）を定義する。
【０１８５】
【数１８】
2020075241.tif 000020
【０１８６】
スペクトル関数Ｓ（ｒ）それぞれについて、例えば、以下に示す条件（Ａ）から（Ｃ）のいずれかによって得られる値を、当該領域における横評価値及び縦評価値として使用することができる。
（Ａ）Ｓ（ｒ）＝Ｓ（０）／ｅ(ｅは自然対数の底であるネイピア数)となるｒのうち、最小となるｒ。
（Ｂ）Ｓ（ｒ）＝Ｓ（０）／Ｃ(Ｃはあらかじめ定められた定数)となるｒのうち、最小となるｒ。
（Ｃ）Ｓ（ｒ）におけるｒを０≦ｒ≦ｌＣ−１とした場合に、以下に定義されるｒの各範囲ｐにおける積分値Ｔ（ｐ）のうち、Ｔ（ｌ）または予め定められた閾値ｐｔに対応するＴ（ｐｔ）。
【０１８７】
【数１９】
2020075241.tif 000021
【０１８８】
なお、上記で用いたＳ（０）はスペクトル関数Ｓ（ｒ）のうち、ｒが相対的に小さい領域に対応するものであれば同等の効果を得ることができ、例としてはｒの最大値に対して５％以下となるすべてのｒにおけるＳ（ｒ）の平均値や、その値からＳ（０）のみを除いた値などを用いることも可能である。
【０１８９】
以上のように、評価画像の部分領域の横評価値及び縦評価値を決定できる。制御システム４２は、例えば、表画像の全ての部分領域の横評価値及び縦評価値を決定し、それらから最大の横評価値及び最大の縦評価値を選択することで、評価画像の横評価値及び縦評価値を決定できる。また、上記〔数１９〕においてｐは幅を持った特定の空間周波数帯を表すため、先に述べたウェーブレット変換におけるレベルに似た特徴を持つ指標となる。このことから、本手法において窓付きフーリエ変換をウェーブレット変換の代替手段として使用する場合、ｐをウェーブレット変換におけるレベルの代替パラメータと使用することが可能である。
【０１９０】
次に、微分フィルタの畳み込みによって評価値を計算する例を説明する。変換前の２次元画像（評価画像）（Ｍ×Ｎピクセル）をｘｙ空間における関数ｆ（ｘ、ｙ）として表わす。ここで、０≦ｘ≦Ｍ−１、０≦ｙ≦Ｎ−１である。関数ｆ（ｘ、ｙ）に対してカーネルＫ（ｐ、ｑ）（０≦ｐ≦ｌ−１、０≦ｑ≦ｍ−１）を畳み込むことでられる結果は以下の通り。
【０１９１】
【数２０】
2020075241.tif 000022
【０１９２】
カーネルＫ（ｐ、ｑ）として横方向の微分フィルタにより得られるＣ（ｊ、ｋ）の最大値を横評価値として使用できる。カーネルＫ（ｐ、ｑ）として縦方向の微分フィルタにより得られるＣ（ｊ、ｋ）の最大値を縦評価値として使用できる。微分フィルタの例は、例えば、一次微分フィルタ、Ｓｏｂｅｌフィルタ、Ｐｒｅｗｉｔｔフィルタを含む。
【０１９３】
評価値の計算に対して、上記微分フィルタを含む、画像の細かさの情報を得る様々なフィルタ（ハイパスフィルタ）を適用することができる。このようなハイパスフィルタとして動作するカーネルは、その構成要素が複数の実数もしくは複素数である１次元ないし２次元(ないしＮ次元)の行列であり、これを構成する複数の数の実部もしくは虚部の係数として正と負両方の数を有する。
【０１９４】
一方で全てが同じ符号を持つ要素で構成されるカーネルは基本的にローパスフィルタとして動作し、それで得られる情報はハイパスフィルタで得られる情報と相補的な関係にある。したがって、ローパスフィルタで得た情報をもとの情報から差し引くことによって、ハイパスフィルタで得られる係数と同等の係数を畳み込み無しで得ることができる。
【０１９５】
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明したすべての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【０１９６】
また、上記の各構成・機能・処理部等は、それらの一部または全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリや、ハードディスク、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ  Ｓｔａｔｅ  Ｄｒｉｖｅ）等の記録装置、または、ＩＣカード、ＳＤカード等の記録媒体に置くことができる。
【０１９７】
また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしもすべての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆どすべての構成が相互に接続されていると考えてもよい。
【図１】
2020075241.tif 000023
【図２】
2020075241.tif 000024
【図３】
2020075241.tif 000025
【図４Ａ】
2020075241.tif 000026
【図４Ｂ】
2020075241.tif 000027
【図５】
2020075241.tif 000028
【図６Ａ】
2020075241.tif 000029
【図６Ｂ】
2020075241.tif 000030
【図７】
2020075241.tif 000031
【図８】
2020075241.tif 000032
【図９】
2020075241.tif 000033
【図１０】
2020075241.tif 000034
【図１１】
2020075241.tif 000035
【図１２Ａ】
2020075241.tif 000036
【図１２Ｂ】
2020075241.tif 000037
【図１２Ｃ】
2020075241.tif 000038
【図１２Ｄ】
2020075241.tif 000039
【図１２Ｅ】
2020075241.tif 000040
【図１２Ｆ】
2020075241.tif 000041
【図１２Ｇ】
2020075241.tif 000042
【図１３】
2020075241.tif 000043
【図１４】
2020075241.tif 000044
【図１５Ａ】
2020075241.tif 000045
【図１５Ｂ】
2020075241.tif 000046
【図１５Ｃ】
2020075241.tif 000047
【手続補正書】
【提出日】令和3年3月8日(2021.3.8)
【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】請求項１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１１】
請求項９または請求項１０に記載の荷電粒子線システムであって、
前記画像取得のためのパラメータ値の異なる複数の条件は、フォーカス調整に用いるパラメータ値と収差調整に用いるパラメータ値とのうち少なくともいずれかが異なる複数の条件であることを特徴とする荷電粒子線システム。
【国際調査報告】
2020075241.tif 000048
2020075241.tif 000049
2020075241.tif 000050
2020075241.tif 000051