特許 5959320 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

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5959320

(24)【登録日】2016年7月1日

(45)【発行日】2016年8月2日

(54)【発明の名称】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

(51)【国際特許分類】

   H01J 37/04 20060101AFI20160719BHJP

   H01J 37/153 20060101ALI20160719BHJP

【ＦＩ】

   H01J37/04 B

   H01J37/153 B

【請求項の数】4

【全頁数】28

(21)【出願番号】特願2012-124396(P2012-124396)

(22)【出願日】2012年5月31日

(65)【公開番号】特開2013-251104(P2013-251104A)

(43)【公開日】2013年12月12日

【審査請求日】2014年12月12日

(73)【特許権者】

【識別番号】000004271

【氏名又は名称】日本電子株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100090387

【弁理士】

【氏名又は名称】布施 行夫

(74)【代理人】

【識別番号】100090398

【弁理士】

【氏名又は名称】大渕 美千栄

(72)【発明者】

【氏名】山田 貢

【審査官】 佐藤 仁美

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０５−０４７３３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２１８９１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−０１２１７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−３５２７５８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｊ ２７／００−２７／２６、３７／００−３７／１８、

３７／２１−３７／２９５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

荷電粒子ビームの軸を介して互いに対向し、対向するコイル面の磁極が第１極である第１コイルおよび第２コイルからなる第１のコイル対と、前記第１のコイル対とは異なる方向から前記荷電粒子ビームの軸を介して互いに対向し、対向するコイル面の磁極が前記第１極と異なる第２極である第３コイルおよび第４コイルからなる第２のコイル対と、を有する非点収差補正レンズを備え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、
前記第１〜第４コイルに流れる電流を第１〜第６条件まで変えて、第１〜第６画像データを取得する画像データ取得工程と、
前記第１〜第６画像データに基づいて、前記非点収差補正レンズを通過する前記荷電粒子ビームの軸の位置を補正するための前記第１〜第４コイルの各電流値を算出する演算工程と、
を含み、
前記第１〜第４コイルに流れる電流Ｊは、非点収差を補正するための第１成分Ｉと、前記荷電粒子ビームの軸の位置を補正するための第２成分ｉと、の和Ｊ＝Ｉ＋ｉで表され、
前記第１条件では、
前記第１〜第４コイルの前記第１成分Ｉは、互いに等しい所与の電流値Ｉ_１であり、
前記第１コイルおよび前記第２コイルの前記第２成分ｉは、正負が逆で絶対値が等しい電流値＋ｉ_１，−ｉ_１であり、
前記第３コイルおよび前記第４コイルの前記第２成分ｉは、正負が逆で絶対値が等しい電流値＋ｉ_２，−ｉ_２であり、
前記第２条件では、
前記第１〜第４コイルの前記第１成分Ｉは、互いに等しく、かつ、前記所与の電流値と異なる電流値Ｉ_２であり、
前記第１〜第４コイルの前記第２成分ｉは、それぞれ前記第１条件での前記第１〜第４コイルの前記第２成分の電流値と同じ電流値＋ｉ_１，−ｉ_１，＋ｉ_２，−ｉ_２であり、
前記第３条件では、
前記第１〜第４コイルの前記第１成分Ｉは、前記第１条件での前記所与の電流値Ｉ_１であり、
前記第１コイルおよび前記第２コイルの前記第２成分ｉは、それぞれ前記第１条件での前記第１コイルおよび前記第２コイルの前記第２成分の電流値と同じ電流値＋ｉ_１，−ｉ_１であり、
前記第３コイルおよび前記第４コイルの前記第２成分ｉは、正負が逆で絶対値が等しく、かつ、絶対値が前記第１条件での前記第３コイルの前記第２成分の絶対値と異なる電流値＋ｉ_３，−ｉ_３であり、
前記第４条件では、
前記第１〜第４コイルの前記第１成分Ｉは、前記第２条件での前記第１コイルの前記第１成分の電流値と同じ電流値Ｉ_２であり、
前記第１〜第４コイルの前記第２成分ｉは、それぞれ前記第３条件での前記第１〜第４コイルの前記第２成分の電流値と同じ電流値＋ｉ_１，−ｉ_１，＋ｉ_３，−ｉ_３であり、
前記第５条件では、
前記第１〜第４コイルの前記第１成分Ｉは、前記第１条件での前記所与の電流値Ｉ_１であり、
前記第１コイルおよび前記第２コイルの前記第２成分ｉは、正負が逆で絶対値が等しく、かつ、絶対値が前記第１条件での前記第１コイルの前記第２成分の絶対値と異なる電流値＋ｉ_４，−ｉ_４であり、
前記第３コイルおよび前記第４コイルの前記第２成分ｉは、それぞれ前記第１条件での前記第３コイルおよび前記第４コイルの前記第２成分の電流値と同じ電流値＋ｉ_２，−ｉ_２であり、
前記第６条件では、
前記第１〜第４コイルの前記第１成分Ｉは、前記第２条件での前記第１コイルの前記第１成分の電流値と同じ電流値Ｉ_２であり、
前記第１〜第４コイルの前記第２成分ｉは、それぞれ前記第５条件での前記第１〜第４コイルの前記第２成分の電流値と同じ電流値＋ｉ_４，−ｉ_４，＋ｉ_２，−ｉ_２であり、
前記演算工程では、
前記第１画像データの画像と、前記第２画像データの画像と、の間の位置ずれ量を示す第１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４画像データの画像と、の間の位置ずれ量を示す第２画像変位ベクトルと、
前記第５画像データの画像と、前記第６画像データの画像と、の間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、前記第１〜第４コイルの各前記第２成分ｉを算出する、荷電粒子ビームの軸合わせ方法。

【請求項2】

荷電粒子ビームの軸を介して互いに対向し、流れる電流の向きが互いに逆向きである第１コイルおよび第２コイルからなる第１のコイル対と、前記第１のコイル対とは異なる方向から前記荷電粒子ビームの軸を介して互いに対向し、流れる電流の向きが互いに逆向きである第３コイルおよび第４コイルからなる第２のコイル対と、を有する非点収差補正レンズを備え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、
前記第１〜第４コイルに流れる電流を第１〜第６条件まで変えて、第１〜第６画像データを取得する画像データ取得工程と、
前記第１〜第６画像データに基づいて、前記非点収差補正レンズを通過する前記荷電粒子ビームの軸の位置を補正するための前記第１〜第４コイルの各電流値を算出する演算工程と、
を含み、
前記第１〜第４コイルに流れる電流Ｊは、非点収差を補正するための第１成分Ｉと、前記荷電粒子ビームの軸の位置を補正するための第２成分ｉと、の和Ｊ＝Ｉ＋ｉで表され、
前記第１条件では、
前記第１〜第４コイルの前記第１成分Ｉは、互いに等しい所与の電流値Ｉ_１であり、
前記第１コイルおよび前記第２コイルの前記第２成分ｉは、正負が逆で絶対値が等しい電流値＋ｉ_１，−ｉ_１であり、
前記第３コイルおよび前記第４コイルの前記第２成分ｉは、正負が逆で絶対値が等しい電流値＋ｉ_２，−ｉ_２であり、
前記第２条件では、
前記第１〜第４コイルの前記第１成分Ｉは、互いに等しく、かつ、前記所与の電流値と異なる電流値Ｉ_２であり、
前記第１〜第４コイルの前記第２成分ｉは、それぞれ前記第１条件での前記第１〜第４コイルの前記第２成分の電流値と同じ電流値＋ｉ_１，−ｉ_１，＋ｉ_２，−ｉ_２であり、
前記第３条件では、
前記第１〜第４コイルの前記第１成分Ｉは、前記第１条件での前記所与の電流値Ｉ_１であり、
前記第１コイルおよび前記第２コイルの前記第２成分ｉは、それぞれ前記第１条件での前記第１コイルおよび前記第２コイルの前記第２成分の電流値と同じ電流値＋ｉ_１，−ｉ_１であり、
前記第３コイルおよび前記第４コイルの前記第２成分ｉは、正負が逆で絶対値が等しく、かつ、絶対値が前記第１条件での前記第３コイルの前記第２成分の絶対値と異なる電流値＋ｉ_３，−ｉ_３であり、
前記第４条件では、
前記第１〜第４コイルの前記第１成分Ｉは、前記第２条件での前記第１コイルの前記第１成分の電流値と同じ電流値Ｉ_２であり、
前記第１〜第４コイルの前記第２成分ｉは、それぞれ前記第３条件での前記第１〜第４コイルの前記第２成分の電流値と同じ電流値＋ｉ_１，−ｉ_１，＋ｉ_３，−ｉ_３であり、
前記第５条件では、
前記第１〜第４コイルの前記第１成分Ｉは、前記第１条件での前記所与の電流値Ｉ_１であり、
前記第１コイルおよび前記第２コイルの前記第２成分ｉは、正負が逆で絶対値が等しく、かつ、絶対値が前記第１条件での前記第１コイルの前記第２成分の絶対値と異なる電流値＋ｉ_４，−ｉ_４であり、
前記第３コイルおよび前記第４コイルの前記第２成分ｉは、それぞれ前記第１条件での前記第３コイルおよび前記第４コイルの前記第２成分の電流値と同じ電流値＋ｉ_２，−ｉ_２であり、
前記第６条件では、
前記第１〜第４コイルの前記第１成分Ｉは、前記第２条件での前記第１コイルの前記第１成分の電流値と同じ電流値Ｉ_２であり、
前記第１〜第４コイルの前記第２成分ｉは、それぞれ前記第５条件での前記第１〜第４コイルの前記第２成分の電流値と同じ電流値＋ｉ_４，−ｉ_４，＋ｉ_２，−ｉ_２であり、
前記演算工程では、
前記第１画像データの画像と、前記第２画像データの画像と、の間の位置ずれ量を示す第１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４画像データの画像と、の間の位置ずれ量を示す第２画像変位ベクトルと、
前記第５画像データの画像と、前記第６画像データの画像と、の間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、前記第１〜第４コイルの各前記第２成分ｉを算出する、荷電粒子ビームの軸合わせ方法。

【請求項3】

荷電粒子ビームの軸を介して互いに対向し、対向するコイル面の磁極が第１極である第
１コイルおよび第２コイルからなる第１のコイル対と、前記第１のコイル対とは異なる方向から前記荷電粒子ビームの軸を介して互いに対向し、対向するコイル面の磁極が前記第１極と異なる第２極である第３コイルおよび第４コイルからなる第２のコイル対と、を有する非点収差補正レンズを備える荷電粒子ビーム装置であって、
前記第１〜第４コイルに流れる電流を第１〜第６条件まで変えて、第１〜第６画像データを取得する画像データ取得手段と、
前記第１〜第６画像データに基づいて、前記非点収差補正レンズを通過する前記荷電粒子ビームの軸の位置を補正するための前記第１〜第４コイルの各電流値を算出する演算手段と、
を含み、
前記第１〜第４コイルに流れる電流Ｊは、非点収差を補正するための第１成分Ｉと、前記荷電粒子ビームの軸の位置を補正するための第２成分ｉと、の和Ｊ＝Ｉ＋ｉで表され、
前記第１条件では、
前記第１〜第４コイルの前記第１成分Ｉは、互いに等しい所与の電流値Ｉ_１であり、
前記第１コイルおよび前記第２コイルの前記第２成分ｉは、正負が逆で絶対値が等しい電流値＋ｉ_１，−ｉ_１であり、
前記第３コイルおよび前記第４コイルの前記第２成分ｉは、正負が逆で絶対値が等しい電流値＋ｉ_２，−ｉ_２であり、
前記第２条件では、
前記第１〜第４コイルの前記第１成分Ｉは、互いに等しく、かつ、前記所与の電流値と異なる電流値Ｉ_２であり、
前記第１〜第４コイルの前記第２成分ｉは、それぞれ前記第１条件での前記第１〜第４コイルの前記第２成分の電流値と同じ電流値＋ｉ_１，−ｉ_１，＋ｉ_２，−ｉ_２であり、
前記第３条件では、
前記第１〜第４コイルの前記第１成分Ｉは、前記第１条件での前記所与の電流値Ｉ_１であり、
前記第１コイルおよび前記第２コイルの前記第２成分ｉは、それぞれ前記第１条件での前記第１コイルおよび前記第２コイルの前記第２成分の電流値と同じ電流値＋ｉ_１，−ｉ_１であり、
前記第３コイルおよび前記第４コイルの前記第２成分ｉは、正負が逆で絶対値が等しく、かつ、絶対値が前記第１条件での前記第３コイルの前記第２成分の絶対値と異なる電流値＋ｉ_３，−ｉ_３であり、
前記第４条件では、
前記第１〜第４コイルの前記第１成分Ｉは、前記第２条件での前記第１コイルの前記第１成分の電流値と同じ電流値Ｉ_２であり、
前記第１〜第４コイルの前記第２成分ｉは、それぞれ前記第３条件での前記第１〜第４コイルの前記第２成分の電流値と同じ電流値＋ｉ_１，−ｉ_１，＋ｉ_３，−ｉ_３であり、
前記第５条件では、
前記第１〜第４コイルの前記第１成分Ｉは、前記第１条件での前記所与の電流値Ｉ_１であり、
前記第１コイルおよび前記第２コイルの前記第２成分ｉは、正負が逆で絶対値が等しく、かつ、絶対値が前記第１条件での前記第１コイルの前記第２成分の絶対値と異なる電流値＋ｉ_４，−ｉ_４であり、
前記第３コイルおよび前記第４コイルの前記第２成分ｉは、それぞれ前記第１条件での前記第３コイルおよび前記第４コイルの前記第２成分の電流値と同じ電流値＋ｉ_２，−ｉ_２であり、
前記第６条件では、
前記第１〜第４コイルの前記第１成分Ｉは、前記第２条件での前記第１コイルの前記第１成分の電流値と同じ電流値Ｉ_２であり、
前記第１〜第４コイルの前記第２成分ｉは、それぞれ前記第５条件での前記第１〜第４
コイルの前記第２成分の電流値と同じ電流値＋ｉ_４，−ｉ_４，＋ｉ_２，−ｉ_２であり、
前記演算手段は、
前記第１画像データの画像と、前記第２画像データの画像と、の間の位置ずれ量を示す第１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４画像データの画像と、の間の位置ずれ量を示す第２画像変位ベクトルと、
前記第５画像データの画像と、前記第６画像データの画像と、の間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、前記第１〜第４コイルの各前記第２成分ｉを算出する、荷電粒子ビーム装置。

【請求項4】

荷電粒子ビームの軸を介して互いに対向し、流れる電流の向きが互いに逆向きである第１コイルおよび第２コイルからなる第１のコイル対と、前記第１のコイル対とは異なる方向から前記荷電粒子ビームの軸を介して互いに対向し、流れる電流の向きが互いに逆向きである第３コイルおよび第４コイルからなる第２のコイル対と、を有する非点収差補正レンズを備える荷電粒子ビーム装置であって、
前記第１〜第４コイルに流れる電流を第１〜第６条件まで変えて、第１〜第６画像データを取得する画像データ取得手段と、
前記第１〜第６画像データに基づいて、前記非点収差補正レンズを通過する前記荷電粒子ビームの軸の位置を補正するための前記第１〜第４コイルの各電流値を算出する演算手段と、
を含み、
前記第１〜第４コイルに流れる電流Ｊは、非点収差を補正するための第１成分Ｉと、前記荷電粒子ビームの軸の位置を補正するための第２成分ｉと、の和Ｊ＝Ｉ＋ｉで表され、
前記第１条件では、
前記第１〜第４コイルの前記第１成分Ｉは、互いに等しい所与の電流値Ｉ_１であり、
前記第１コイルおよび前記第２コイルの前記第２成分ｉは、正負が逆で絶対値が等しい電流値＋ｉ_１，−ｉ_１であり、
前記第３コイルおよび前記第４コイルの前記第２成分ｉは、正負が逆で絶対値が等しい電流値＋ｉ_２，−ｉ_２であり、
前記第２条件では、
前記第１〜第４コイルの前記第１成分Ｉは、互いに等しく、かつ、前記所与の電流値と異なる電流値Ｉ_２であり、
前記第１〜第４コイルの前記第２成分ｉは、それぞれ前記第１条件での前記第１〜第４コイルの前記第２成分の電流値と同じ電流値＋ｉ_１，−ｉ_１，＋ｉ_２，−ｉ_２であり、
前記第３条件では、
前記第１〜第４コイルの前記第１成分Ｉは、前記第１条件での前記所与の電流値Ｉ_１であり、
前記第１コイルおよび前記第２コイルの前記第２成分ｉは、それぞれ前記第１条件での前記第１コイルおよび前記第２コイルの前記第２成分の電流値と同じ電流値＋ｉ_１，−ｉ_１であり、
前記第３コイルおよび前記第４コイルの前記第２成分ｉは、正負が逆で絶対値が等しく、かつ、絶対値が前記第１条件での前記第３コイルの前記第２成分の絶対値と異なる電流値＋ｉ_３，−ｉ_３であり、
前記第４条件では、
前記第１〜第４コイルの前記第１成分Ｉは、前記第２条件での前記第１コイルの前記第１成分の電流値と同じ電流値Ｉ_２であり、
前記第１〜第４コイルの前記第２成分ｉは、それぞれ前記第３条件での前記第１〜第４コイルの前記第２成分の電流値と同じ電流値＋ｉ_１，−ｉ_１，＋ｉ_３，−ｉ_３であり、
前記第５条件では、
前記第１〜第４コイルの前記第１成分Ｉは、前記第１条件での前記所与の電流値Ｉ_１であり、
前記第１コイルおよび前記第２コイルの前記第２成分ｉは、正負が逆で絶対値が等しく、かつ、絶対値が前記第１条件での前記第１コイルの前記第２成分の絶対値と異なる電流値＋ｉ_４，−ｉ_４であり、
前記第３コイルおよび前記第４コイルの前記第２成分ｉは、それぞれ前記第１条件での前記第３コイルおよび前記第４コイルの前記第２成分の電流値と同じ電流値＋ｉ_２，−ｉ_２であり、
前記第６条件では、
前記第１〜第４コイルの前記第１成分Ｉは、前記第２条件での前記第１コイルの前記第１成分の電流値と同じ電流値Ｉ_２であり、
前記第１〜第４コイルの前記第２成分ｉは、それぞれ前記第５条件での前記第１〜第４コイルの前記第２成分の電流値と同じ電流値＋ｉ_４，−ｉ_４，＋ｉ_２，−ｉ_２であり、
前記演算手段は、
前記第１画像データの画像と、前記第２画像データの画像と、の間の位置ずれ量を示す第１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４画像データの画像と、の間の位置ずれ量を示す第２画像変位ベクトルと、
前記第５画像データの画像と、前記第６画像データの画像と、の間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、前記第１〜第４コイルの各前記第２成分ｉを算出する、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】

荷電粒子ビーム装置では、荷電粒子ビーム（例えば電子ビーム）の形状が良好な円形であることが必要とされる。荷電粒子ビーム装置では、荷電粒子ビームに非点収差補正を行うことで、荷電粒子ビームの形状を補正している。

【0004】

例えば、特許文献１には、電子ビームを挟んで対向する対向コイルによって、非点収差補正を行うことが開示されている。ここで、対向するコイルの電子ビームへの偏向力のバランスが一致していないと、非点収差補正を行う際に、電子ビームが光軸中心から光軸外に偏向されてしまう。この電子ビームの偏向は観察する視野の移動となり、非点収差調整時の観察操作性を損なう要因になる。そのため、対向するコイルの電流値を可変しても、電子ビームへの偏向力がバランスするようにコイル電流を調整する必要がある。

【0005】

例えば、特許文献１には、対向するコイルの電流値を可変しても電子ビームへの偏向力がバランスするように、非点収差補正を行う前に、磁界強度が零となる位置と電子ビームの位置とを一致させるセンタリング調整（電子ビームの軸合わせ）を行うことが記載されている。具体的には、特許文献１には、対向コイルに流される電流比率を逐次変化させ、逐次変化ごとに電子ビームを走査して位置検出マークのマーク位置情報および対向コイルに流される電流を変化させた場合のマーク位置変化情報を検出し、マーク位置変化情報が最小となる電流比率をセンタリング調整の最適値とする、電子ビームの軸合わせ方法が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２００７−１８０１５８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の電子ビームの軸合わせ方法では、センタリング調整が最適値に至るためには、電子ビームの走査、および検出を繰り返し行わなければならず、センタリング調整に時間がかかるなど、容易に電子ビームの軸合わせを行うことができない場合がある。

【0008】

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。

【0009】

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】

【0010】

（１）本発明に係る荷電粒子ビーム装置の軸合わせ方法は、
荷電粒子ビームの軸を介して互いに対向し、対向するコイル面の磁極が第１極である第１コイルおよび第２コイルからなる第１のコイル対と、前記第１のコイル対とは異なる方向から前記荷電粒子ビームの軸を介して互いに対向し、対向するコイル面の磁極が前記第１極と異なる第２極である第３コイルおよび第４コイルからなる第２のコイル対と、を有する非点収差補正レンズを備え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、
前記第１〜第４コイルに流れる電流を第１〜第６条件まで変えて、第１〜第６画像データを取得する画像データ取得工程と、
前記第１〜第６画像データに基づいて、前記非点収差補正レンズを通過する前記荷電粒子ビームの軸の位置を補正するための前記第１〜第４コイルの各電流値を算出する演算工程と、
を含み、
前記第１〜第４コイルに流れる電流Ｊは、非点収差を補正するための第１成分Ｉと、前記荷電粒子ビームの軸の位置を補正するための第２成分ｉと、の和Ｊ＝Ｉ＋ｉで表され、
前記第１条件では、
前記第１〜第４コイルの前記第１成分Ｉは、互いに等しい所与の電流値Ｉ_１であり、
前記第１コイルおよび前記第２コイルの前記第２成分ｉは、正負が逆で絶対値が等しい電流値＋ｉ_１，−ｉ_１であり、
前記第３コイルおよび前記第４コイルの前記第２成分ｉは、正負が逆で絶対値が等しい
電流値＋ｉ_２，−ｉ_２であり、
前記第２条件では、
前記第１〜第４コイルの前記第１成分Ｉは、互いに等しく、かつ、前記所与の電流値と異なる電流値Ｉ_２であり、
前記第１〜第４コイルの前記第２成分ｉは、それぞれ前記第１条件での前記第１〜第４コイルの前記第２成分の電流値と同じ電流値＋ｉ_１，−ｉ_１，＋ｉ_２，−ｉ_２であり、
前記第３条件では、
前記第１〜第４コイルの前記第１成分Ｉは、前記第１条件での前記所与の電流値Ｉ_１であり、
前記第１コイルおよび前記第２コイルの前記第２成分ｉは、それぞれ前記第１条件での前記第１コイルおよび前記第２コイルの前記第２成分の電流値と同じ電流値＋ｉ_１，−ｉ_１であり、
前記第３コイルおよび前記第４コイルの前記第２成分ｉは、正負が逆で絶対値が等しく、かつ、絶対値が前記第１条件での前記第３コイルの前記第２成分の絶対値と異なる電流値＋ｉ_３，−ｉ_３であり、
前記第４条件では、
前記第１〜第４コイルの前記第１成分Ｉは、前記第２条件での前記第１コイルの前記第１成分の電流値と同じ電流値Ｉ_２であり、
前記第１〜第４コイルの前記第２成分ｉは、それぞれ前記第３条件での前記第１〜第４コイルの前記第２成分の電流値と同じ電流値＋ｉ_１，−ｉ_１，＋ｉ_３，−ｉ_３であり、
前記第５条件では、
前記第１〜第４コイルの前記第１成分Ｉは、前記第１条件での前記所与の電流値Ｉ_１であり、
前記第１コイルおよび前記第２コイルの前記第２成分ｉは、正負が逆で絶対値が等しく、かつ、絶対値が前記第１条件での前記第１コイルの前記第２成分の絶対値と異なる電流値＋ｉ_４，−ｉ_４であり、
前記第３コイルおよび前記第４コイルの前記第２成分ｉは、それぞれ前記第１条件での前記第３コイルおよび前記第４コイルの前記第２成分の電流値と同じ電流値＋ｉ_２，−ｉ_２であり、
前記第６条件では、
前記第１〜第４コイルの前記第１成分Ｉは、前記第２条件での前記第１コイルの前記第１成分の電流値と同じ電流値Ｉ_２であり、
前記第１〜第４コイルの前記第２成分ｉは、それぞれ前記第５条件での前記第１〜第４コイルの前記第２成分の電流値と同じ電流値＋ｉ_４，−ｉ_４，＋ｉ_２，−ｉ_２であり、
前記演算工程では、
前記第１画像データの画像と、前記第２画像データの画像と、の間の位置ずれ量を示す第１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４画像データの画像と、の間の位置ずれ量を示す第２画像変位ベクトルと、
前記第５画像データの画像と、前記第６画像データの画像と、の間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、前記第１〜第４コイルの各前記第２成分ｉを算出する。

【0011】

このような荷電粒子ビームの軸合わせ方法によれば、６つの画像データから、荷電粒子ビームの軸の位置を補正するための第１〜第４コイルの各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。

【0012】

（２）本発明に係る荷電粒子ビーム装置の軸合わせ方法は、
荷電粒子ビームの軸を介して互いに対向し、流れる電流の向きが互いに逆向きである第１コイルおよび第２コイルからなる第１のコイル対と、前記第１のコイル対とは異なる方向から前記荷電粒子ビームの軸を介して互いに対向し、流れる電流の向きが互いに逆向きである第３コイルおよび第４コイルからなる第２のコイル対と、を有する非点収差補正レンズを備え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、
前記第１〜第４コイルに流れる電流を第１〜第６条件まで変えて、第１〜第６画像データを取得する画像データ取得工程と、
前記第１〜第６画像データに基づいて、前記非点収差補正レンズを通過する前記荷電粒子ビームの軸の位置を補正するための前記第１〜第４コイルの各電流値を算出する演算工程と、
を含み、
前記第１〜第４コイルに流れる電流Ｊは、非点収差を補正するための第１成分Ｉと、前記荷電粒子ビームの軸の位置を補正するための第２成分ｉと、の和Ｊ＝Ｉ＋ｉで表され、
前記第１条件では、
前記第１〜第４コイルの前記第１成分Ｉは、互いに等しい所与の電流値Ｉ_１であり、
前記第１コイルおよび前記第２コイルの前記第２成分ｉは、正負が逆で絶対値が等しい電流値＋ｉ_１，−ｉ_１であり、
前記第３コイルおよび前記第４コイルの前記第２成分ｉは、正負が逆で絶対値が等しい電流値＋ｉ_２，−ｉ_２であり、
前記第２条件では、
前記第１〜第４コイルの前記第１成分Ｉは、互いに等しく、かつ、前記所与の電流値と異なる電流値Ｉ_２であり、
前記第１〜第４コイルの前記第２成分ｉは、それぞれ前記第１条件での前記第１〜第４コイルの前記第２成分の電流値と同じ電流値＋ｉ_１，−ｉ_１，＋ｉ_２，−ｉ_２であり、
前記第３条件では、
前記第１〜第４コイルの前記第１成分Ｉは、前記第１条件での前記所与の電流値Ｉ_１であり、
前記第１コイルおよび前記第２コイルの前記第２成分ｉは、それぞれ前記第１条件での前記第１コイルおよび前記第２コイルの前記第２成分の電流値と同じ電流値＋ｉ_１，−ｉ_１であり、
前記第３コイルおよび前記第４コイルの前記第２成分ｉは、正負が逆で絶対値が等しく、かつ、絶対値が前記第１条件での前記第３コイルの前記第２成分の絶対値と異なる電流値＋ｉ_３，−ｉ_３であり、
前記第４条件では、
前記第１〜第４コイルの前記第１成分Ｉは、前記第２条件での前記第１コイルの前記第１成分の電流値と同じ電流値Ｉ_２であり、
前記第１〜第４コイルの前記第２成分ｉは、それぞれ前記第３条件での前記第１〜第４コイルの前記第２成分の電流値と同じ電流値＋ｉ_１，−ｉ_１，＋ｉ_３，−ｉ_３であり、
前記第５条件では、
前記第１〜第４コイルの前記第１成分Ｉは、前記第１条件での前記所与の電流値Ｉ_１であり、
前記第１コイルおよび前記第２コイルの前記第２成分ｉは、正負が逆で絶対値が等しく、かつ、絶対値が前記第１条件での前記第１コイルの前記第２成分の絶対値と異なる電流値＋ｉ_４，−ｉ_４であり、
前記第３コイルおよび前記第４コイルの前記第２成分ｉは、それぞれ前記第１条件での前記第３コイルおよび前記第４コイルの前記第２成分の電流値と同じ電流値＋ｉ_２，−ｉ_２であり、
前記第６条件では、
前記第１〜第４コイルの前記第１成分Ｉは、前記第２条件での前記第１コイルの前記第
１成分の電流値と同じ電流値Ｉ_２であり、
前記第１〜第４コイルの前記第２成分ｉは、それぞれ前記第５条件での前記第１〜第４コイルの前記第２成分の電流値と同じ電流値＋ｉ_４，−ｉ_４，＋ｉ_２，−ｉ_２であり、
前記演算工程では、
前記第１画像データの画像と、前記第２画像データの画像と、の間の位置ずれ量を示す第１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４画像データの画像と、の間の位置ずれ量を示す第２画像変位ベクトルと、
前記第５画像データの画像と、前記第６画像データの画像と、の間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、前記第１〜第４コイルの各前記第２成分ｉを算出する。

【0013】

このような荷電粒子ビームの軸合わせ方法によれば、６つの画像データから、荷電粒子ビームの軸の位置を補正するための第１〜第４コイルの各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。

【0015】

（３）本発明に係る荷電粒子ビーム装置は、
荷電粒子ビームの軸を介して互いに対向し、対向するコイル面の磁極が第１極である第１コイルおよび第２コイルからなる第１のコイル対と、前記第１のコイル対とは異なる方向から前記荷電粒子ビームの軸を介して互いに対向し、対向するコイル面の磁極が前記第１極と異なる第２極である第３コイルおよび第４コイルからなる第２のコイル対と、を有する非点収差補正レンズを備える荷電粒子ビーム装置であって、
前記第１〜第４コイルに流れる電流を第１〜第６条件まで変えて、第１〜第６画像データを取得する画像データ取得手段と、
前記第１〜第６画像データに基づいて、前記非点収差補正レンズを通過する前記荷電粒子ビームの軸の位置を補正するための前記第１〜第４コイルの各電流値を算出する演算手段と、
を含み、
前記第１〜第４コイルに流れる電流Ｊは、非点収差を補正するための第１成分Ｉと、前記荷電粒子ビームの軸の位置を補正するための第２成分ｉと、の和Ｊ＝Ｉ＋ｉで表され、
前記第１条件では、
前記第１〜第４コイルの前記第１成分Ｉは、互いに等しい所与の電流値Ｉ_１であり、
前記第１コイルおよび前記第２コイルの前記第２成分ｉは、正負が逆で絶対値が等しい電流値＋ｉ_１，−ｉ_１であり、
前記第３コイルおよび前記第４コイルの前記第２成分ｉは、正負が逆で絶対値が等しい電流値＋ｉ_２，−ｉ_２であり、
前記第２条件では、
前記第１〜第４コイルの前記第１成分Ｉは、互いに等しく、かつ、前記所与の電流値と異なる電流値Ｉ_２であり、
前記第１〜第４コイルの前記第２成分ｉは、それぞれ前記第１条件での前記第１〜第４コイルの前記第２成分の電流値と同じ電流値＋ｉ_１，−ｉ_１，＋ｉ_２，−ｉ_２であり、
前記第３条件では、
前記第１〜第４コイルの前記第１成分Ｉは、前記第１条件での前記所与の電流値Ｉ_１で
あり、
前記第１コイルおよび前記第２コイルの前記第２成分ｉは、それぞれ前記第１条件での前記第１コイルおよび前記第２コイルの前記第２成分の電流値と同じ電流値＋ｉ_１，−ｉ_１であり、
前記第３コイルおよび前記第４コイルの前記第２成分ｉは、正負が逆で絶対値が等しく、かつ、絶対値が前記第１条件での前記第３コイルの前記第２成分の絶対値と異なる電流値＋ｉ_３，−ｉ_３であり、
前記第４条件では、
前記第１〜第４コイルの前記第１成分Ｉは、前記第２条件での前記第１コイルの前記第１成分の電流値と同じ電流値Ｉ_２であり、
前記第１〜第４コイルの前記第２成分ｉは、それぞれ前記第３条件での前記第１〜第４コイルの前記第２成分の電流値と同じ電流値＋ｉ_１，−ｉ_１，＋ｉ_３，−ｉ_３であり、
前記第５条件では、
前記第１〜第４コイルの前記第１成分Ｉは、前記第１条件での前記所与の電流値Ｉ_１であり、
前記第１コイルおよび前記第２コイルの前記第２成分ｉは、正負が逆で絶対値が等しく、かつ、絶対値が前記第１条件での前記第１コイルの前記第２成分の絶対値と異なる電流値＋ｉ_４，−ｉ_４であり、
前記第３コイルおよび前記第４コイルの前記第２成分ｉは、それぞれ前記第１条件での前記第３コイルおよび前記第４コイルの前記第２成分の電流値と同じ電流値＋ｉ_２，−ｉ_２であり、
前記第６条件では、
前記第１〜第４コイルの前記第１成分Ｉは、前記第２条件での前記第１コイルの前記第１成分の電流値と同じ電流値Ｉ_２であり、
前記第１〜第４コイルの前記第２成分ｉは、それぞれ前記第５条件での前記第１〜第４コイルの前記第２成分の電流値と同じ電流値＋ｉ_４，−ｉ_４，＋ｉ_２，−ｉ_２であり、
前記演算手段は、
前記第１画像データの画像と、前記第２画像データの画像と、の間の位置ずれ量を示す第１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４画像データの画像と、の間の位置ずれ量を示す第２画像変位ベクトルと、
前記第５画像データの画像と、前記第６画像データの画像と、の間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、前記第１〜第４コイルの各前記第２成分ｉを算出する。

【0016】

このような荷電粒子ビーム装置によれば、６つの画像データから、荷電粒子ビームの軸の位置を補正するための第１〜第４コイルの各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。

【0017】

（４）本発明に係る荷電粒子ビーム装置は、
荷電粒子ビームの軸を介して互いに対向し、流れる電流の向きが互いに逆向きである第１コイルおよび第２コイルからなる第１のコイル対と、前記第１のコイル対とは異なる方向から前記荷電粒子ビームの軸を介して互いに対向し、流れる電流の向きが互いに逆向きである第３コイルおよび第４コイルからなる第２のコイル対と、を有する非点収差補正レンズを備える荷電粒子ビーム装置であって、
前記第１〜第４コイルに流れる電流を第１〜第６条件まで変えて、第１〜第６画像データを取得する画像データ取得手段と、
前記第１〜第６画像データに基づいて、前記非点収差補正レンズを通過する前記荷電粒子ビームの軸の位置を補正するための前記第１〜第４コイルの各電流値を算出する演算手段と、
を含み、
前記第１〜第４コイルに流れる電流Ｊは、非点収差を補正するための第１成分Ｉと、前記荷電粒子ビームの軸の位置を補正するための第２成分ｉと、の和Ｊ＝Ｉ＋ｉで表され、
前記第１条件では、
前記第１〜第４コイルの前記第１成分Ｉは、互いに等しい所与の電流値Ｉ_１であり、
前記第１コイルおよび前記第２コイルの前記第２成分ｉは、正負が逆で絶対値が等しい電流値＋ｉ_１，−ｉ_１であり、
前記第３コイルおよび前記第４コイルの前記第２成分ｉは、正負が逆で絶対値が等しい電流値＋ｉ_２，−ｉ_２であり、
前記第２条件では、
前記第１〜第４コイルの前記第１成分Ｉは、互いに等しく、かつ、前記所与の電流値と異なる電流値Ｉ_２であり、
前記第１〜第４コイルの前記第２成分ｉは、それぞれ前記第１条件での前記第１〜第４コイルの前記第２成分の電流値と同じ電流値＋ｉ_１，−ｉ_１，＋ｉ_２，−ｉ_２であり、
前記第３条件では、
前記第１〜第４コイルの前記第１成分Ｉは、前記第１条件での前記所与の電流値Ｉ_１であり、
前記第１コイルおよび前記第２コイルの前記第２成分ｉは、それぞれ前記第１条件での前記第１コイルおよび前記第２コイルの前記第２成分の電流値と同じ電流値＋ｉ_１，−ｉ_１であり、
前記第３コイルおよび前記第４コイルの前記第２成分ｉは、正負が逆で絶対値が等しく、かつ、絶対値が前記第１条件での前記第３コイルの前記第２成分の絶対値と異なる電流値＋ｉ_３，−ｉ_３であり、
前記第４条件では、
前記第１〜第４コイルの前記第１成分Ｉは、前記第２条件での前記第１コイルの前記第１成分の電流値と同じ電流値Ｉ_２であり、
前記第１〜第４コイルの前記第２成分ｉは、それぞれ前記第３条件での前記第１〜第４コイルの前記第２成分の電流値と同じ電流値＋ｉ_１，−ｉ_１，＋ｉ_３，−ｉ_３であり、
前記第５条件では、
前記第１〜第４コイルの前記第１成分Ｉは、前記第１条件での前記所与の電流値Ｉ_１であり、
前記第１コイルおよび前記第２コイルの前記第２成分ｉは、正負が逆で絶対値が等しく、かつ、絶対値が前記第１条件での前記第１コイルの前記第２成分の絶対値と異なる電流値＋ｉ_４，−ｉ_４であり、
前記第３コイルおよび前記第４コイルの前記第２成分ｉは、それぞれ前記第１条件での前記第３コイルおよび前記第４コイルの前記第２成分の電流値と同じ電流値＋ｉ_２，−ｉ_２であり、
前記第６条件では、
前記第１〜第４コイルの前記第１成分Ｉは、前記第２条件での前記第１コイルの前記第１成分の電流値と同じ電流値Ｉ_２であり、
前記第１〜第４コイルの前記第２成分ｉは、それぞれ前記第５条件での前記第１〜第４コイルの前記第２成分の電流値と同じ電流値＋ｉ_４，−ｉ_４，＋ｉ_２，−ｉ_２であり、
前記演算手段は、
前記第１画像データの画像と、前記第２画像データの画像と、の間の位置ずれ量を示す第１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４画像データの画像と、の間の位置ずれ量を示す第２画像変位ベクトルと、
前記第５画像データの画像と、前記第６画像データの画像と、の間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、前記第１〜第４コイルの各前記第２成分ｉを算出する。

【0018】

このような荷電粒子ビーム装置によれば、６つの画像データから、荷電粒子ビームの軸の位置を補正するための第１〜第４コイルの各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。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】本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】本実施形態に係る荷電粒子ビーム装置の非点収差補正レンズを、Ｚ軸方向から見た模式図。

【図3】本実施形態に係る荷電粒子ビーム装置の非点収差補正レンズ駆動回路の構成を説明するための図。

【図4】本実施形態に係る荷電粒子ビーム装置の動作を示すフローチャート。

【図5】本実施形態に係る荷電粒子ビーム装置の、第１四極子レンズにおける荷電粒子ビームの軸合わせの動作を示すフローチャート。

【図6】フレーム１〜６の撮影条件を示す表。

【図7】第１画像変位ベクトルＡを説明するための図。

【図8】画像変位ベクトルＡ，Ｂ，Ｃの関係を示す図

【図9】ベクトルＡ，Ｃ，Ｌの距離と第１コイルおよび第２コイルの第２成分の電流値との関係を示す図。

【図10】ベクトルＡ，Ｂ，Ｋの距離と第３コイルおよび第４コイルの第２成分の電流値との関係を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0021】

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。

【0022】

１． 荷電粒子ビーム装置の構成
まず、本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。

【0023】

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、対物レンズ絞り８と、非点収差補正レンズ１０と、非点収差補正レンズ駆動回路１２と、走査コイル１４と、走査信号発生器１６と、対物レンズ１８と、対物レンズ駆動回路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。

【0024】

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。

【0025】

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。荷電粒子ビームＢは、コンデンサーレンズ（図示せず）等によって集束されて、対物レンズ絞り８に入射する。

【0026】

対物レンズ絞り８は、荷電粒子ビーム源４の後方に配置されている。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。なお、Ｚ方向は、対物レンズ１８の光軸に沿う方向である。また、Ｘ方向およびＸ方向に垂直なＹ方向は、Ｚ方向に直交する方向である。対物レンズ絞り８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８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。

【0027】

非点収差補正レンズ１０は、対物レンズ絞り８の後方に配置されている。非点収差補正レンズ１０は、荷電粒子ビームＢの軸を介して互いに対向するコイルを複数有している。非点収差補正レンズ１０を構成するコイルには、非点収差補正レンズ駆動回路１２から励磁電流が供給される。非点収差補正レンズ１０は、荷電粒子ビームＢの非点収差を補正することができる。非点収差補正レンズ１０および非点収差補正レンズ駆動回路１２の詳細については後述する。

【0028】

走査コイル１４は、非点収差補正レンズ１０の後方に配置されている。走査コイル１４は、荷電粒子ビームＢの試料Ｓ上での走査を行うための電磁コイルである。走査コイル１４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１４は、走査信号発生器１６からの走査信号に基づいて、荷電粒子ビームＢの走査を行う。

【0029】

対物レンズ１８は、走査コイル１４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、対物レンズ駆動回路１９と接続され、対物レンズ１８の励磁電流は、対物レンズ駆動回路１９から供給される。

【0030】

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。

【0031】

荷電粒子ビーム源４、対物レンズ絞り８、非点収差補正レンズ１０、走査コイル１４、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。

【0032】

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１４に供給される。

【0033】

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。

【0034】

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することができる。

【0035】

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。

【0036】

軸合わせ用撮影条件設定装置３０は、非点収差補正レンズ１０を構成する第１〜第８コイル１０１〜１０８の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、第１〜第８コイル１０１〜１０８の励磁電流を制御して撮影条件を変えながら複数の画像データを取得し、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、非点収差補正レンズ駆動回路１２に接続されており、非点収差補正レンズ駆動回路１２を介して、第１〜第８コイル１０１〜１０８の励磁電流を制御する。

【0037】

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第１〜第８コイル１０１〜１０８の励磁電流の第２成分ｉ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から非点収差補正レンズ駆動回路１２に出力される。

【0038】

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第１〜第８コイル１０１〜１０８の励磁電流の第２成分ｉの最適値を算出する。この算出結果は、非点収差補正レンズ駆動回路１２に出力され、非点収差補正レンズ駆動回路１２は、この算出結果に基づいて、第１〜第８コイル１０１〜１０８に電流を供給する。

【0039】

図２は、非点収差補正レンズ１０を、Ｚ方向から見た模式図である。なお、図２において、コイル１０１〜１０８に付されている矢印は、各コイル１０１〜１０８に流れる電流（励磁電流）の向きを示している。

【0040】

非点収差補正レンズ１０は、図２に示すように、第１四極子レンズ１０ａと、第２四極子レンズ１０ｂと、を有している。

【0041】

第１四極子レンズ１０ａは、第１コイル１０１および第２コイル１０２からなる第１のコイル対Ｐ１と、第３コイル１０３および第４コイル１０４からなる第２のコイル対Ｐ２と、を有している。第１〜第４コイル１０１〜１０４は、それぞれ導体ループをなすコイルからなり、導体ループ面がＸＹ面と直交する。そして、第１コイル１０１および第２コイル１０２は、Ｘ方向にコイル面１０１ｆ，１０２ｆが対向し、第３コイル１０３および第４コイル１０４は、Ｘ方向に垂直なＹ方向にコイル面１０３ｆ，１０４ｆが対向している。

【0042】

第１のコイル対Ｐ１をなす第１コイル１０１および第２コイル１０２には、互いに逆向きの電流が流れる。そのため、互いに対向する第１コイル１０１のコイル面１０１ｆ、および第２コイル１０２のコイル面１０２ｆは、同じ磁極となり、図示の例ではＳ極（第１極）となる。図示の例では、第１コイル１０１では、電流が、コイルの上面（＋Ｚ方向）側を＋Ｙ方向に流れる。第２コイル１０２では、電流が、コイルの上面（＋Ｚ方向）側を−Ｙ方向に流れる。

【0043】

また、第２のコイル対Ｐ２をなす第３コイル１０３および第４コイル１０４には、互いに逆向きの電流が流れる。そのため、互いに対向する第３コイル１０３のコイル面１０３
ｆ、および第４コイル１０４のコイル面１０４ｆは、同じ磁極となり、図示の例ではＮ極（第２極）となる。図示の例では、第３コイル１０３では、電流が、コイルの上面（＋Ｚ方向）側を−Ｘ方向に流れる。第４コイル１０４では、電流が、コイルの上面（＋Ｚ方向）側を＋Ｘ方向に流れる。

【0044】

第１四極子レンズ１０ａを通過する荷電粒子ビームＢには、第１四極子レンズ１０ａを構成する４つのコイル１０１〜１０４が作る磁場によって、ローレンツ力ＬＦ_１が働く。第１四極子レンズ１０ａは、図示の例では、荷電粒子ビームＢの軸と直交する面内において、荷電粒子ビームＢに対して、Ｘ´方向に発散作用を生じさせ、Ｘ´軸に垂直なＹ´方向に集束作用を生じさせるような磁場を作っている。ここで、Ｙ´方向は、Ｙ軸をＺ軸まわりに４５°回転させたＹ´軸の方向であり、Ｘ´方向は、Ｘ軸をＺ軸まわりに４５°回転させたＸ´軸の方向である。第１四極子レンズ１０ａは、４つのコイル１０１〜１０４で非点収差を発生させ、荷電粒子ビームＢの非点収差を打ち消すことができる。

【0045】

第２四極子レンズ１０ｂは、第５コイル１０５および第６コイル１０６からなる第３のコイル対Ｐ３と、第７コイル１０７および第８コイル１０８からなる第４のコイル対Ｐ４と、を有している。第５〜第８コイル１０５〜１０８は、それぞれ導体ループをなすコイルからなり、導体ループ面がＸＹ面と直交する。そして、第５コイル１０５および第６コイル１０６は、Ｘ´方向にコイル面１０５ｆ，１０６ｆが対向し、第７コイル１０７および第８コイル１０８は、Ｙ´方向にコイル面１０７ｆ，１０８ｆが対向している。

【0046】

第３のコイル対Ｐ３をなす第５コイル１０５および第６コイル１０６には、互いに逆向きの電流が流れる。そのため、互いに対向する第５コイル１０５のコイル面１０５ｆ、および第６コイル１０６のコイル面１０６ｆは、同じ磁極となり、図示の例ではＳ極（第１極）となる。図示の例では、第５コイル１０５では、電流が、コイルの上面（＋Ｚ方向）側を＋Ｙ´方向に流れる。第６コイル１０６では、電流が、コイルの上面（＋Ｚ方向）側を−Ｙ´方向に流れる。

【0047】

また、第４のコイル対Ｐ４をなす第７コイル１０７および第８コイル１０８には、互いに逆向きの電流が流れる。そのため、互いに対向する第７コイル１０７のコイル面１０７ｆ、および第８コイル１０８のコイル面１０８ｆは、同じ磁極となり、図示の例ではＮ極（第２極）となる。図示の例では、第７コイル１０７では、電流が、コイルの上面（＋Ｚ方向）側を−Ｘ´方向に流れる。第８コイル１０８では、電流が、コイルの上面（＋Ｚ方向）側を＋Ｘ´方向に流れる。

【0048】

第２四極子レンズ１０ｂを通過する荷電粒子ビームＢには、第２四極子レンズ１０ｂを構成する４つのコイル１０５〜１０８が作る磁場によって、ローレンツ力ＬＦ_２が働く。図示の例では、第２四極子レンズ１０ｂは、荷電粒子ビームＢの軸と直交する面内において、荷電粒子ビームＢに対して、Ｙ方向に発散作用を生じさせ、Ｙ軸に直交するＸ方向に集束作用を生じさせるような磁場を作っている。第２四極子レンズ１０ｂは、４つのコイル１０５〜１０８で非点収差を発生させ、荷電粒子ビームＢの非点収差を打ち消すことができる。このように、非点収差補正レンズ１０は、４つのコイルからなる２組の四極子レンズ１０ａ，１０ｂを４５°回転させて配置した八極子レンズである。

【0049】

この八極子レンズを通過する荷電粒子ビームＢに作用するローレンツ力は、第１四極子レンズ１０ａによるローレンツ力ＬＦ_１と第２四極子レンズ１０ｂによるローレンツ力ＬＦ_２を重ね合わせの原理によって合成したものとなる。

【0050】

よって、第１四極子レンズ１０ａの電流の向きと強度、および第２四極子レンズ１０ｂの電流の向きと強度を調整することによって、ＸＹ平面内での任意の角度（方向）と強度
について、荷電粒子ビームＢの非点収差を補正することができる。

【0051】

第１〜第８コイル１０１〜１０８に流れる電流は、非点収差補正レンズ駆動回路１２から供給される。図３は、非点収差補正レンズ駆動回路１２の構成を説明するための図である。なお、図３では、非点収差補正レンズ駆動回路１２のうち、第１四極子レンズ１０ａに流れる電流を供給する部分１２ａを図示している。以下、図３を参照しながら、非点収差補正レンズ駆動回路１２のうち、第１四極子レンズ１０ａに流れる電流を供給する部分１２ａについて説明する。

【0052】

ここで、第１四極子レンズ１０ａを構成する第１〜第４コイル１０１〜１０４に流れる電流（励磁電流）Ｊ１，Ｊ２，Ｊ３，Ｊ４は、非点収差を補正するための第１成分Ｉと、荷電粒子ビームＢの軸の位置を補正するための第２成分ｉと、の和Ｉ＋ｉで表すことができる。すなわち、第１四極子レンズ１０ａでは、第１〜第４コイル１０１〜１０４の励磁電流Ｊ１〜Ｊ４の第１成分Ｉの電流値で非点収差の補正の程度が決まり、第１〜第４コイル１０１〜１０４の励磁電流Ｊ１〜Ｊ４の第２成分ｉで、荷電粒子ビームＢの軸と直交する面内での、荷電粒子ビームＢの軸の位置が決まる。なお、各コイル１０１〜１０４では、励磁電流の電流値の絶対値が大きいほど磁場が強くなり、第１四極子レンズ１０ａで発生する非点収差が大きくなる。また、各コイル１０１〜１０４では、電流値が負の値をとる場合は、電流値が正の値をとる場合と流れる電流の向きが逆であることを意味する。

【0053】

非点収差補正レンズ駆動回路１２は、レジスタ２０２，２０４，２０６と、ＤＡコンバーター２０８と、加算器２１０，２１２，２１４，２１６と、反転演算器２１８，２２０と、電圧電流変換増幅器２２６と、を有している。

【0054】

レジスタ２０２には、第１〜第４コイル１０１〜１０４の励磁電流Ｊ１〜Ｊ４の第１成分Ｉの電流値のデータが設定される。レジスタ２０４には、コイル１０１，１０２の励磁電流Ｊ１，Ｊ２の第２成分ｉの電流値（絶対値）のデータが設定される。レジスタ２０６には、コイル１０３，１０４の励磁電流Ｊ３，Ｊ４の第２成分ｉの電流値（絶対値）のデータが設定される。これらのデータは、軸合わせ用撮影条件設定装置３０によって設定されることができる。ここでは、レジスタ２０２に電流値Ｉ_１が設定され、レジスタ２０４に電流値ｉ_１が設定され、レジスタ２０６に電流値ｉ_２が設定された場合について説明する。レジスタ２０２，２０４，２０６に設定された電流値Ｉ_１，ｉ_１，ｉ_２のデータは、それぞれＤＡコンバーター２０８でデジタル電気信号からアナログ電気信号に変換されて、加算器２１０，２１２，２１４，２１６に供給される。ここで、レジスタ２０４からＤＡコンバーター２０８を介して加算器２１２に供給される信号は、反転演算器２１８によって、反転される。同様に、レジスタ２０６からＤＡコンバーター２０８を介して加算器２１６に供給される信号は、反転演算器２２０によって、反転される。そのため、加算器２１０，２１４では、レジスタ２０２からの信号Ｉ_１と、レジスタ２０４，２０６からの信号ｉ_１，ｉ_２と、が加算され、加算器２１２，２１６では、レジスタ２０２からの信号Ｉ_１と、レジスタ２０４，２０６からの信号が反転された信号−ｉ_１，−ｉ_２と、が加算される。そして、加算器２１０，２１２，２１４，２１６から電圧電流変換増幅器２２６を介して各コイル１０１〜１０４に電流が供給される。この結果、第１コイル１０１に供給される励磁電流Ｊ１は、Ｊ１＝Ｉ_１＋ｉ_１となり、第２コイル１０２に供給される励磁電流Ｊ２は、Ｊ２＝Ｉ_１−ｉ_１となり、第３コイル１０３に供給される励磁電流Ｊ３は、Ｊ３＝Ｉ_１＋ｉ_２となり、第４コイル１０４に供給される励磁電流Ｊ４は、Ｊ４＝Ｉ_１−ｉ_２となる。

【0055】

このように非点収差補正レンズ駆動回路１２は、第１〜第４コイル１０１〜１０４の励磁電流Ｊ１〜Ｊ４の第１成分Ｉの電流値が、互いに等しい電流値Ｉ_１となるように電流を供給する。また、非点収差補正レンズ駆動回路１２は、第１コイル１０１の励磁電流Ｊ１
の第２成分ｉ、および第２コイル１０２の励磁電流Ｊ２の第２成分ｉが、正負が逆で絶対値が等しい電流値（＋ｉ_１，−ｉ_１）となるように電流を供給する。また、非点収差補正レンズ駆動回路１２は、第３コイル１０３の励磁電流Ｊ３の第２成分ｉ、および第４コイル１０４の励磁電流Ｊ４の第２成分ｉが、正負が逆で絶対値が等しい電流値（＋ｉ_２，−ｉ_２）となるように電流を供給する。これにより、荷電粒子ビームＢの軸の位置を調整するための各コイル１０１〜１０４の励磁電流の第２成分ｉを変えても、非点収差補正レンズ１０全体に流れる励磁電流の総量は変わらない。したがって、荷電粒子ビームＢの軸の位置の調整と、非点収差の補正と、をそれぞれ独立して調整することができる。

【0056】

第１四極子レンズ１０ａにおいて、荷電粒子ビームＢが通過する際に、荷電粒子ビームＢの軸の位置が、第１四極子レンズ１０ａの中心軸１０Ｃに一致していれば、荷電粒子ビームＢは、第１四極子レンズ１０ａが発生させる非点収差の程度が変わっても（コイル１０１〜１０４の電流の第１成分Ｉの電流値が変わっても）、荷電粒子ビームＢの軸の位置は変わらない。ここで、第１四極子レンズ１０ａの中心軸１０Ｃの位置は、第１〜第４コイル１０１〜１０４の駆動に基づき荷電粒子ビームＢへ作用する各方向のローレンツ力ＬＦ_１において、互いに逆方向に作用するローレンツ力ＬＦ_１について合成したときに、上記各方向すべての場合について零となる位置である。

【0057】

また、第１四極子レンズ１０ａの中心軸１０Ｃは、第１〜第４コイル１０１〜１０４の励磁電流Ｊ１〜Ｊ４の第２成分ｉの電流値に応じて移動する。そのため、荷電粒子ビームＢの軸の位置と、第１四極子レンズ１０ａの中心軸１０Ｃの位置とが一致するような第１〜第４コイル１０１〜１０４の励磁電流Ｊ１〜Ｊ４の第２成分ｉの電流値を求めることで、荷電粒子ビームＢの軸合わせを行うことができる。なお、荷電粒子ビームＢの非点収差補正を行う場合には、第１〜第４コイル１０１〜１０４の励磁電流Ｊ１〜Ｊ４の第２成分ｉの電流値を固定した状態で、第１〜第４コイル１０１〜１０４の励磁電流Ｊ１〜Ｊ４の第１成分Ｉを変える。この場合には、非点収差の補正量は変化するものの、第１四極子レンズ１０ａの中心軸１０Ｃの位置は変化しない。

【0058】

なお、非点収差補正レンズ駆動回路１２のうち、第２四極子レンズ１０ｂに流れる電流を供給する部分は、上述した第１四極子レンズ１０ａに流れる電流を供給する部分１２ａと同様でありその説明を省略する。また、第２四極子レンズ１０ｂに流れる励磁電流の第１成分Ｉおよび第２成分ｉは、第１四極子レンズ１０ａに流れる励磁電流Ｊ１〜Ｊ４の第１成分Ｉおよび第２成分ｉと、独立している。すなわち、第１四極子レンズ１０ａに流れる励磁電流Ｊ１〜Ｊ４の第１成分Ｉおよび第２成分ｉと、第２四極子レンズ１０ｂに流れる励磁電流の第１成分Ｉおよび第２成分ｉとは、異なる電流値を持つことができる。

【0059】

また、ここでは、図２に示すように、非点収差補正レンズ１０が、２つの四極子レンズ１０ａ，１０ｂで構成されている場合について説明したが、図示はしないが、非点収差補正レンズ１０は、１つの四極子レンズ１０ａで構成されていてもよい。この場合、非点収差補正レンズ駆動回路１２は、第２四極子レンズ１０ｂに流れる電流を供給する部分を有さなくてもよい。

【0060】

１．２． 荷電粒子ビーム装置の動作
次に、本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。図４は、本実施形態に係る荷電粒子ビーム装置１００の動作を示すフローチャートである。

【0061】

荷電粒子ビーム装置１００では、まず、非点収差補正レンズ１０の第１四極子レンズ１０ａについて、荷電粒子ビームＢの軸合わせを行い（Ｓ１）、次に、非点収差補正レンズ１０の第２四極子レンズ１０ｂについて、荷電粒子ビームＢの軸合わせを行う（Ｓ２）。その後、非点収差補正レンズ１０で、荷電粒子ビームＢの非点収差の補正を行う（Ｓ３）
。

【0062】

まず、第１四極子レンズ１０ａにおける荷電粒子ビームＢの軸合わせ（Ｓ１）について説明する。ここで、第１四極子レンズ１０ａにおける荷電粒子ビームＢの軸合わせとは、非点収差補正レンズ１０を通過する荷電粒子ビームＢの軸と、第１四極子レンズ１０ａの中心軸１０Ｃと、を合わせることをいう。図５は、荷電粒子ビーム装置１００の、第１四極子レンズ１０ａにおける荷電粒子ビームＢの軸合わせの動作を示すフローチャートである。

【0063】

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（Ｓ１０）。軸合わせ用撮影条件設定装置３０は、第１〜第４コイル１０１〜１０４の励磁電流Ｊ１〜Ｊ４を、後述する第１〜第６条件まで変えて、フレーム１〜６を撮影する。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。

【0064】

軸合わせ用撮影条件設定装置３０は、まず、第１四極子レンズ１０ａを第１条件に設定する。具体的には、軸合わせ用撮影条件設定装置３０は、レジスタ２０２に第１条件における第１〜第４コイル１０１〜１０４の励磁電流Ｊ１〜Ｊ４の第１成分Ｉの電流値のデータを設定し、レジスタ２０４に第１条件におけるコイル１０１，１０２の励磁電流Ｊ１，Ｊ２の第２成分ｉの電流値のデータを設定し、レジスタ２０６にコイル１０３，１０４の励磁電流Ｊ３，Ｊ４の第２成分ｉの電流値のデータを設定する。そして、第１四極子レンズ１０ａが第１条件に設定された状態で、試料Ｓを荷電粒子ビームＢで走査して、第１画像データを取得する。このとき、第２四極子レンズ１０ｂの電流値は、固定されている。次に、軸合わせ用撮影条件設定装置３０は、同様に、第１四極子レンズ１０ａを第２条件に設定し、試料Ｓを荷電粒子ビームＢで走査して、第２画像データを取得する。第２画像データの取得の際には、荷電粒子ビーム装置１００では、第１四極子レンズ１０ａの励磁電流の電流値の条件だけが変わり、その他の条件は変更しない。すなわち、第２画像データの取得の場合と、第１画像データの取得の場合とは、第１四極子レンズ１０ａの励磁電流の電流値以外の条件（荷電粒子ビームＢの走査領域、他のレンズの動作条件等）は同じである。同様に、軸合わせ用撮影条件設定装置３０は、第３〜第６画像データを取得する。以上の工程により、軸合わせ用撮影条件設定装置３０は、第１〜第６画像データを取得することができる。

【0065】

図６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６に示す通りである。ここで、Ｉ_１，Ｉ_２，ｉ_１，ｉ_２，ｉ_３，ｉ_４は、電流値であり、所与の値（実数）である。ただし、電流値Ｉ_１と電流値Ｉ_２とは、異なる値を有する。また、電流値ｉ_２と電流値ｉ_３とは、異なる値を有する。また、電流値ｉ_１と電流値ｉ_４とは、異なる値を有する。

【0066】

各フレーム１〜６の撮影条件（第１〜第６条件）は、（第１コイル１０１の励磁電流Ｊ１、第２コイル１０２の励磁電流Ｊ２，第３コイルの励磁電流Ｊ３、第４コイル１０４の励磁電流Ｊ４）とすると以下の通りである。

【0067】

フレーム１を取得するときの撮影条件である第１条件は、（Ｊ１＝Ｉ_１＋ｉ_１，Ｊ２＝Ｉ_１−ｉ_１，Ｊ３＝Ｉ_１＋ｉ_２，Ｊ４＝Ｉ_１−ｉ_２）である。すなわち、第１条件では、第１〜第４コイル１０１の励磁電流Ｊ１の第１成分Ｉは、互いに等しい電流値Ｉ_１であり、第１コイル１０１および第２コイル１０２の励磁電流Ｊ１，Ｊ２の第２成分ｉは、正負が逆で絶対値が等しい電流値＋ｉ_１，−ｉ_１であり、第３コイル１０３および第４コイル１０４の励磁電流Ｊ３，Ｊ４の第２成分ｉは、正負が逆で絶対値が等しい電流値＋ｉ_２，
−ｉ_２である。

【0068】

フレーム２を取得するときの撮影条件である第２条件は、（Ｊ１＝Ｉ_２＋ｉ_１，Ｊ２＝Ｉ_２−ｉ_１，Ｊ３＝Ｉ_２＋ｉ_２，Ｊ４＝Ｉ_２−ｉ_２）である。すなわち、第２条件では、第１〜第４コイル１０１〜１０４の第１成分Ｉは、互いに等しく、かつ、電流値Ｉ_１と異なる電流値Ｉ_２であり、第１〜第４コイル１０１〜１０４の第２成分ｉは、それぞれ第１条件での第１〜第４コイル１０１〜１０４の第２成分ｉの電流値と同じ電流値＋ｉ_１，−ｉ_１，＋ｉ_２，−ｉ_２である。

【0069】

フレーム３を取得するときの撮影条件である第３条件は、（Ｊ１＝Ｉ_１＋ｉ_１，Ｊ２＝Ｉ_１−ｉ_１，Ｊ３＝Ｉ_１＋ｉ_３，Ｊ４＝Ｉ_１−ｉ_３）である。すなわち、第３条件では、第１〜第４コイルの第１成分Ｉは、第１条件での第１成分Ｉと同じ電流値Ｉ_１であり、第１コイル１０１および第２コイル１０２の第２成分ｉは、それぞれ第１条件での第１コイル１０１および第２コイル１０２の第２成分ｉの電流値と同じ電流値＋ｉ_１，−ｉ_１であり、第３コイル１０３および第４コイル１０４の第２成分ｉは、正負が逆で絶対値が等しく、かつ、絶対値が第１条件での第３コイル１０３の第２成分ｉの絶対値と異なる電流値＋ｉ_３，−ｉ_３である。

【0070】

フレーム４を取得するときの撮影条件である第４条件は、（Ｊ１＝Ｉ_２＋ｉ_１，Ｊ２＝Ｉ_２−ｉ_１，Ｊ３＝Ｉ_２＋ｉ_３，Ｊ４＝Ｉ_２−ｉ_３）である。すなわち、第４条件では、第１〜第４コイル１０１〜１０４の第１成分Ｉは、第２条件での第１コイル１０１の第１成分Ｉの電流値と同じ電流値Ｉ_２であり、第１〜第４コイル１０１〜１０４の第２成分ｉは、それぞれ第３条件での第１〜第４コイル１０１〜１０４の第２成分ｉの電流値と同じ電流値＋ｉ_１，−ｉ_１，＋ｉ_３，−ｉ_３である。

【0071】

フレーム５を取得するときの撮影条件である第５条件は、（Ｊ１＝Ｉ_１＋ｉ_４，Ｊ２＝Ｉ_１−ｉ_４，Ｊ３＝Ｉ_１＋ｉ_２，Ｊ４＝Ｉ_１−ｉ_２）である。すなわち、第５条件では、第１〜第４コイル１０１〜１０４の第１成分Ｉは、第１条件での第１成分Ｉの電流値Ｉ_１であり、第１コイル１０１および第２コイル１０２の第２成分ｉは、正負が逆で絶対値が等しく、かつ、絶対値が第１条件での第１コイル１０１の第２成分ｉの絶対値と異なる電流値＋ｉ_４，−ｉ_４であり、第３コイル１０３および第４コイル１０４の第２成分ｉは、それぞれ第１条件での第３コイル１０３および第４コイル１０４の第２成分ｉの電流値と同じ電流値＋ｉ_２，−ｉ_２である。

【0072】

フレーム６を取得するときの撮影条件である第６条件は、（Ｊ１＝Ｉ_２＋ｉ_４，Ｊ２＝Ｉ_２−ｉ_４，Ｊ３＝Ｉ_２＋ｉ_２，Ｊ４＝Ｉ_２−ｉ_２）である。すなわち、第１〜第４コイル１０１〜１０４の第１成分Ｉは、第２条件での第１コイル１０１の第１成分Ｉの電流値と同じ電流値Ｉ_２であり、第１〜第４コイル１０１〜１０４の第２成分ｉは、それぞれ第５条件での第１〜第４コイル１０１〜１０４の第２成分ｉの電流値と同じ電流値＋ｉ_４，−ｉ_４，＋ｉ_２，−ｉ_２である。

【0073】

電流値Ｉ_１，Ｉ_２，ｉ_１，ｉ_２，ｉ_３，ｉ_４は、軸合わせ用撮影条件設置装置３０に設定される。例えば、電流値Ｉ_１は、軸合わせ開始時のコイル１０１〜１０４の励磁電流の第１成分Ｉの電流値Ｉ_０を所定の電流値ΔＩ_０だけ増加させた電流値Ｉ_１＝Ｉ_０＋ΔＩ_０である。電流値Ｉ_２は、初期値Ｉ_０を所定の電流値ΔＩ_０だけ減少させた電流値Ｉ_２＝Ｉ_０−ΔＩ_０である。また、例えば、電流値ｉ_１は、軸合わせ開始時の第１コイル１０１の励磁電流の第２成分ｉであり、電流値ｉ_２は、軸合わせ開始時の第３コイル１０３の励磁電流の第２成分ｉである。また、例えば、電流値ｉ_３は、電流値ｉ_２を、所定の電流値Δｉ_２だけ増加させた電流値ｉ_３＝ｉ_２＋Δｉ_２であり、電流値ｉ_４は、電流値ｉ_１を、所定の電流値Δｉ_１だけ増加させた電流値ｉ_４＝ｉ_１＋Δｉ_１である。なお、電流値Ｉ_１，
Ｉ_２，ｉ_１，ｉ_２，ｉ_３，ｉ_４は、予め軸合わせ用撮影条件設置装置３０に設定されていてもよい。

【0074】

なお、初期値ｉ_１が正の場合に、変更量Δｉ_１を負の値とし、初期値ｉ_１が負の場合に、変更量Δｉ_１を正の値としてもよい。同様に、初期値ｉ_２が正の場合に、変更量Δｉ_２を負の値とし、初期値ｉ_２が負の場合に、変更量Δｉ_２を正の値としてもよい。コイル１０１〜１０４の第２成分ｉの最適値は、本質的に第２成分ｉの値が０に近い値の場合が多いため、これによって、変更量Δｉ_１，Δｉ_２を、あらかじめ後述する第２成分ｉ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。

【0075】

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２画像データの画像（フレーム２）と、の間の位置ずれ量を示す第１画像変位ベクトルＡ（ａ，ｂ）と、第３画像データの画像（フレーム３）と、第４画像データの画像（フレーム４）と、の間の位置ずれ量を示す第２画像変位ベクトルＢ（ｃ、ｄ）と、第５画像データの画像（フレーム５）と、第６画像データの画像（フレーム６）と、の間の位置ずれ量を示す第３画像変位ベクトルＣ（ｅ，ｆ）と、を算出する（Ｓ１１）。

【0076】

ここで、画像変位ベクトルとは、２つの画像間での画像の位置ずれ量（方向、大きさ）を示すベクトルである。図７は、画像変位ベクトル（第１画像変位ベクトルＡ）を説明するための図である。なお、図７では、フレーム１とフレーム２とを重ねて図示している。第１画像変位ベクトルＡは、図７で示すように、フレーム１で得られた試料Ｓに対応する像αと、フレーム２で得られた試料Ｓに対応する像βと、を結ぶベクトルである。第１画像変位ベクトルＡは、第１〜第４コイル１０１〜１０４の第２成分ｉの電流値が＋ｉ_１，−ｉ_１，＋ｉ_２，−ｉ_２である場合での、第１〜第４コイル１０１〜１０４の第１成分Ｉの電流値の変化による像移動を示すベクトルである。同様に、第２画像変位ベクトルＢは、第１〜第４コイル１０１〜１０４の第２成分ｉの電流値が＋ｉ_１，−ｉ_１，＋ｉ_３，−ｉ_３である場合での、第１〜第４コイル１０１〜１０４の第１成分Ｉの電流値の変化による像移動を示すベクトルである。同様に、第３画像変位ベクトルＣは、第１〜第４コイル１０１〜１０４の第２成分ｉの電流値が＋ｉ_４，−ｉ_４，＋ｉ_２，−ｉ_２である場合での、第１〜第４コイル１０１〜１０４の第１成分Ｉの電流値の変化による像移動を示すベクトルである。

【0077】

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。

【0078】

図８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。

【0079】

最適値演算器３６は、図８に示す、第１および第２コイル１０１，１０２の励磁電流Ｊ１，Ｊ２の第２成分ｉの電流値が最適となる最適推定点での画像変位ベクトルＬ（ｓ，ｔ）、および第３および第４コイル１０３，１０４の励磁電流Ｊ３，Ｊ４の第２成分ｉの電流値が最適となる最適推定点での画像変位ベクトルＫ（ｇ，ｈ）を算出する（Ｓ１２）。

【0080】

図８の原点でのコイル１０１，１０２の第２成分ｉの電流値、およびコイル１０３，１０４の第２成分ｉの電流値が最適値となる。ここでは、図８の原点での電流値の算出を、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、図８に示すＬ点での電流値が、コイル１０１，１０２の第２成分ｉの電流値が最適値Ｘ３となる画像変位ベクトル座標上の点（最適推定点）である。また、図８に示すＫ点での電流値が、コイル１０３，１０４の第２成分ｉの電流値が最適値Ｙ３となる画像変位ベクトル座標上の点（最適推定点）である。ここで、最適値Ｘ３とは、荷電粒子ビームＢの軸と、第１四極子レンズ１０ａの中心軸１０Ｃと、が一致したときのコイル１０１，１０２の第２成分ｉの電流値である。また、最適値Ｙ３とは、荷電粒子ビームＢの軸と、第１四極子レンズ１０ａの中心軸１０Ｃと、が一致したときのコイル１０３，１０４の第２成分ｉの電流値である。

【0081】

図８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。

【0082】

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。

【0083】

【数1】

【0084】

次に、最適値演算器３６は、ベクトルＡ、およびベクトルＣでの電流値からベクトルＬでのコイル１０１，１０２の第２成分ｉの電流値（最適値Ｘ３）を算出する（Ｓ１３）。

【0085】

図９は、ベクトルＡ，Ｃ，Ｌの距離とコイル１０１，１０２の第２成分ｉの電流値との関係を示す図である。図９に示すように、ベクトルＡでの電流値ｉ_１、ベクトルＣでの電流値ｉ_４からコイル１０１，１０２の第２成分ｉ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での電流値ｉ_１，ｉ_４を用いて算出を行う。コイル１０１，１０２の第２成分ｉ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９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。

【0086】

【数2】

【0087】

ただし、ＸＡは、ベクトルＡでの電流値ｉ_１である。また、ＸＣは、ベクトルＣでの励磁電流値ｉ_４である。

【0088】

図１０は、ベクトルＡ，Ｂ，Ｋの距離とコイル１０３，１０４の第２成分ｉの電流値との関係を示す図である。最適値演算器３６は、図１０に示すように、ベクトルＡでの励磁電流値ｉ_２、ベクトルＢでの励磁電流値ｉ_３からコイル１０３，１０４の第２成分ｉの最適値Ｙ３を算出する（Ｓ１３）。コイル１０３，１０４の第２成分ｉ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。

【0089】

【数3】

【0090】

ただし、ＹＡは、ベクトルＡでの電流値ｉ_２である。また、ＹＢは、ベクトルＢでの電流値ｉ_３である。

【0091】

以上の工程により、コイル１０１，１０２の第２成分ｉの最適値Ｘ３およびコイル１０３，１０４の第２成分ｉの最適値Ｙ３を算出することができる。

【0092】

次に、最適値演算器３６は、算出したコイル１０１〜１０４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、図３に示す非点収差補正レンズ駆動回路１２に出力して、レジスタ２０４に最適値Ｘ３を設定し、レジスタ２０６に最適値Ｙ３を設定する。

【0093】

以上の工程により、第１四極子レンズ１０ａの荷電粒子ビームＢの軸合わせを行うことができる。

【0094】

次に、第２四極子レンズ１０ｂにおける荷電粒子ビームＢの軸合わせを行う（Ｓ２）。
ここで、第２四極子レンズ１０ｂにおける荷電粒子ビームＢの軸合わせとは、非点収差補正レンズ１０を通過する荷電粒子ビームＢの軸と、第２四極子レンズ１０ｂの中心軸１０Ｃと、を合わせることをいう。第２四極子レンズ１０ｂにおける荷電粒子ビームＢの軸合わせでは、荷電粒子ビーム装置１００は、上述した第１四極子レンズ１０ａにおける荷電粒子ビームＢの軸合わせと同様の動作を行うため、詳細な説明は省略する。なお、荷電粒子ビーム装置１００では、第２四極子レンズ１０ｂにおける荷電粒子ビームＢの軸合わせの際には、第１四極子レンズ１０ａの励磁電流は、固定されている。例えば、第１四極子レンズ１０ａの各コイル１０１〜１０４の第２成分ｉの電流値は、工程Ｓ１で算出された最適値に固定されている。

【0095】

次に、非点収差補正レンズ１０を用いて、荷電粒子ビームＢの非点収差の補正を行う（Ｓ３）。本工程では、非点収差補正レンズ１０を構成する各コイル１０１〜１０８の第２成分ｉの電流値は、工程Ｓ１，Ｓ２で算出された電流値に固定されている。そして、各コイル１０１〜１０８の第１成分Ｉの電流値を調整して、荷電粒子ビームＢの非点収差の補正を行う。本工程は、荷電粒子ビーム装置１００の処理部（図示せず）で各コイル１０１〜１０８の第１成分Ｉの最適値を算出することにより行われてもよいし、ユーザーが各コイル１０１〜１０８の第１成分Ｉの電流値を変化させて最適値を求めることにより行われてもよい。

【0096】

以上の工程により、荷電粒子ビームＢの軸合わせおよび荷電粒子ビームＢの非点収差の補正を行うことができる。

【0097】

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、コイル１０１〜１０８の励磁電流の第２成分ｉ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。

【0098】

本実施形態に係る荷電粒子ビーム装置は、第１〜第４コイル１０１〜１０４に流れる電流を第１〜第６条件まで変えて、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と、第１〜第６画像データに基づいて、非点収差補正レンズ１０を通過する荷電粒子ビームＢの軸の位置を補正するための第１〜第４コイル１０１〜１０４の第２成分ｉの電流値を算出する画像変位ベクトル演算器３４および最適値演算器３６と、を有する。これにより、容易に、非点収差補正レンズ１０の第１四極子レンズ１０ａにおいて、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。

【0099】

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。

【0100】

上述した実施形態では、第１〜第６画像データを取得完了後に、画像変位ベクトルＡ，Ｂ，Ｃを算出したが、例えば、第１画像データと第２画像データとが取得できた時点で画像変位ベクトルＡを算出し、第３画像データと第４画像データとが取得できた時点で画像変位ベクトルＢを算出し、第５画像データと第６画像データとが取得できた時点で画像変位ベクトルＣを算出してもよい。これにより、例えば、画像データの取得と、画像変位ベクトルの算出を並行して実行することができ、荷電粒子ビームの軸合わせに要する時間をより短縮することができる。

【0101】

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。

【0102】

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。

【0103】

また、上述した荷電粒子ビーム装置１００の例では、非点収差補正レンズ１０の各コイル１０１〜１０４の励磁電流の第２成分ｉを調整することで、荷電粒子ビームの軸合わせを行っていたが、非点収差補正レンズ１０とは別に、荷電粒子ビームＢを偏向させるための偏向コイルを設けて、この偏向コイルに流れる電流の最適値を求めることで、荷電粒子ビームの軸合わせを行ってもよい。このとき、この偏向コイルに流れる電流の最適値は、上述した実施形態と同様に算出することができる。

【0104】

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】

【0105】

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、１０…非点収差補正レンズ、１０ａ…第１四極子レンズ、１０ｂ…第２四極子レンズ、１２…非点収差補正レンズ駆動回路、１４…走査コイル、１６…走査信号発生器、１８…対物レンズ、１９…対物レンズ駆動回路、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…荷電粒子ビーム装置、１０１…第１コイル、１０２…第２コイル、１０３…第３コイル、１０４…第４コイル、１０５…第５コイル、１０６…第６コイル、１０７…第７コイル、１０８…第８コイル、２０２，２０４，２０６…レジスタ、２０８…ＤＡコンバーター、２１０，２１２，２１４，２１６…加算器、２１８，２２０…反転演算器、２２６…電圧電流変換増幅器

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】