特許 6796516 電子顕微鏡および試料高さの調整方法

(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】6796516

(24)【登録日】2020年11月18日

(45)【発行日】2020年12月9日

(54)【発明の名称】電子顕微鏡および試料高さの調整方法

(51)【国際特許分類】

   H01J 37/20 20060101AFI20201130BHJP

【ＦＩ】

   H01J37/20 C

【請求項の数】5

【全頁数】18

(21)【出願番号】特願2017-36765(P2017-36765)

(22)【出願日】2017年2月28日

(65)【公開番号】特開2018-142481(P2018-142481A)

(43)【公開日】2018年9月13日

【審査請求日】2019年10月21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】櫻井 仁嗣

【審査官】 中尾 太郎

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭６１−２８１４４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０３−１５２８４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０４−０９２３４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０６−０９６７１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−３３１６３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０５３００７７６（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｊ ３７／２０

Ｈ０１Ｊ ３７／１４７

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電子線源と、
前記電子線源から放出された電子線を試料に照射する照射レンズと、
前記試料を透過した電子線で電子顕微鏡像を結像する対物レンズと、
前記試料を光軸に沿ったＺ方向に移動させるＺ移動機構を備えている試料ステージと、
前記対物レンズのレンズ電流が基準電流のときにジャストフォーカスとなるように前記試料ステージを制御して前記試料のＺ位置の調整を行うＺ位置調整部と、
を含み、
前記Ｚ位置調整部は、
前記試料のＺ位置が第１位置のときにジャストフォーカスとなる前記対物レンズのレンズ電流である第１フォーカス電流を求める第１処理と、
前記第１フォーカス電流と前記基準電流との差から、当該差に対応するＺ位置の変化量を求める第２処理と、
前記試料のＺ位置が、前記第１位置から前記第２処理で求めた変化量だけ移動した第２位置となるように前記試料ステージを制御する第３処理と、
前記試料のＺ位置が前記第２位置のときにジャストフォーカスとなる前記対物レンズのレンズ電流である第２フォーカス電流を求める第４処理と、
前記第１フォーカス電流および前記第２フォーカス電流に基づいて、前記基準電流のときにジャストフォーカスとなる前記試料のＺ位置を求める第５処理と、
前記第５処理で求めたＺ位置に前記試料が位置するように前記試料ステージを制御する第６処理と、
を行う、電子顕微鏡。

【請求項2】

請求項１において、
前記Ｚ位置調整部は、前記第１処理において、
前記対物レンズのレンズ電流を求めた前記第１フォーカス電流に設定する処理と、
前記対物レンズのレンズ電流が求めた前記第１フォーカス電流に設定された状態で、再び、前記第１フォーカス電流を求める処理と、
を、ｎ回目に求めた前記第１フォーカス電流とｎ＋１回目に求めた前記第１フォーカス電流との差が所定値以下となるまで、繰り返し行う、電子顕微鏡。

【請求項3】

請求項１または２において、
前記Ｚ位置調整部は、前記第４処理において、
前記対物レンズのレンズ電流を求めた前記第２フォーカス電流に設定する処理と、
前記対物レンズのレンズ電流が求めた前記第２フォーカス電流に設定された状態で、再び、前記第２フォーカス電流を求める処理と、
を、ｎ回目に求めた前記第２フォーカス電流とｎ＋１回目に求めた前記第２フォーカス電流との差が所定値以下となるまで、繰り返し行う、電子顕微鏡。

【請求項4】

請求項１ないし３のいずれか１項において、
前記電子線源から放出された電子線を偏向して、前記試料に対する電子線の入射角度を変えるための偏向部を含み、
前記Ｚ位置調整部は、前記第１処理において、
前記試料に対する電子線の入射角度を所定角度だけ変化させる前後での像のシフトを表す像シフトベクトルを、前記対物レンズのレンズ電流を変化させて、複数取得する処理と、
複数の前記像シフトベクトルに基づいて、前記試料に対する電子線の入射角度を前記所定角度だけ変化させる前後での像のシフト量が最も小さくなる最小像シフトベクトルを算出する処理と、
前記最小像シフトベクトルに基づいて、前記第１フォーカス電流を求める処理と、
を行う、電子顕微鏡。

【請求項5】

透過電子顕微鏡において、対物レンズのレンズ電流が基準電流のときにジャストフォーカスとなるように、試料の光軸に沿ったＺ方向の位置であるＺ位置を調整する試料高さの調整方法であって、
前記試料のＺ位置が第１位置のときにジャストフォーカスとなる前記対物レンズのレンズ電流である第１フォーカス電流を求める第１工程と、
前記第１フォーカス電流と前記基準電流との差から、当該差に対応するＺ位置の変化量を求める第２工程と、
前記試料のＺ位置を、前記第１位置から前記第２工程で求めた変化量だけ移動した第２位置に移動させる第３工程と、
前記試料のＺ位置が前記第２位置のときにジャストフォーカスとなる前記対物レンズのレンズ電流である第２フォーカス電流を求める第４工程と、
前記第１フォーカス電流および前記第２フォーカス電流に基づいて、前記基準電流のときにジャストフォーカスとなる前記試料のＺ位置を求める第５工程と、
前記第５工程で求めたＺ位置に前記試料を移動させる第６工程と、
を含む、試料高さの調整方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電子顕微鏡および試料高さの調整方法に関する。

【背景技術】

【0002】

透過電子顕微鏡（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ、ＴＥＭ）は、試料に電子線を照射し、試料を透過した電子線を対物レンズで結像させて像を得、その像を中間レンズおよび投影レンズで拡大して、試料拡大像を観察する装置である。

【0003】

透過電子顕微鏡の試料ステージは、試料をＸ方向に移動させるためのＸ移動機構、試料をＹ方向に移動させるためのＹ移動機構、および試料をＺ方向に移動させるためのＺ移動機構を備えている（例えば特許文献１参照）。

【0004】

透過電子顕微鏡では、観察や分析を行う前に、試料の高さ（Ｚ位置）を調整しなければならない。具体的には、透過電子顕微鏡では、対物レンズのレンズ電流をある決まった電流（基準電流）としたときにジャストフォーカスとなるように、試料のＺ位置を調整する必要がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１０−２１２０６７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

図８は、試料のＺ位置の調整方法の一例（参考例）を示すフローチャートである。

【0007】

まず、試料が初期位置であるＺ位置Ｚ０に位置し、対物レンズのレンズ電流が基準電流Ｉｓである状態において、ジャストフォーカスとなる対物レンズのレンズ電流（以下「フォーカス電流Ｉ_ｆ」ともいう）を算出する（ステップＳ２）。

【0008】

次に、対物レンズのレンズ電流の変化に対する試料のＺ位置の変化を表す係数Ｄ（μｍ／Ａ）と、対物レンズの基準電流Ｉｓを用いて、Ｚ位置の変化量ΔＺを次式（ａ）で計算する（ステップＳ４）。

【0009】

ΔＺ＝Ｄ×（Ｉ_ｆ−Ｉｓ） ・・・（ａ）

【0010】

次に、算出された変化量ΔＺだけ試料を移動させる（ステップＳ６）。基準電流ＩｓのときにジャストフォーカスとなるＺ位置をＺｓとすると、Ｚ位置Ｚｓは次式（ｂ）で表される。

【0011】

Ｚｓ＝Ｚ０＋ΔＺ ・・・（ｂ）

【0012】

以上の工程により、試料のＺ位置の調整を行うことができる。

【0013】

図８に示す試料のＺ位置の調整方法では、上記式（ａ）に示すように、Ｚ位置の変化量ΔＺを算出するために係数Ｄを用いている。ここでは、係数Ｄを定数として用いているが、実際の対物レンズのレンズ電流の変化に対する試料のＺ位置の変化は、Ｚ位置によって
異なる。そのため、図８に示す係数Ｄを用いた試料のＺ位置の調整方法では、Ｚ位置Ｚｓを正確に求めることができない場合がある。

【0014】

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、試料のＺ位置の調整を正確に行うことができる電子顕微鏡を提供することにある。また、本発明のいくつかの態様に係る目的の１つは、試料のＺ位置の調整を正確に行うことができる試料高さの調整方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0015】

（１）本発明に係る電子顕微鏡は、
電子線源と、
前記電子線源から放出された電子線を試料に照射する照射レンズと、
前記試料を透過した電子線で電子顕微鏡像を結像する対物レンズと、
前記試料を光軸に沿ったＺ方向に移動させるＺ移動機構を備えている試料ステージと、
前記対物レンズのレンズ電流が基準電流のときにジャストフォーカスとなるように前記試料ステージを制御して前記試料のＺ位置の調整を行うＺ位置調整部と、
を含み、
前記Ｚ位置調整部は、
前記試料のＺ位置が第１位置のときにジャストフォーカスとなる前記対物レンズのレンズ電流である第１フォーカス電流を求める第１処理と、
前記第１フォーカス電流と前記基準電流との差から、当該差に対応するＺ位置の変化量を求める第２処理と、
前記試料のＺ位置が、前記第１位置から前記第２処理で求めた変化量だけ移動した第２位置となるように前記試料ステージを制御する第３処理と、
前記試料のＺ位置が前記第２位置のときにジャストフォーカスとなる前記対物レンズのレンズ電流である第２フォーカス電流を求める第４処理と、
前記第１フォーカス電流および前記第２フォーカス電流に基づいて、前記基準電流のときにジャストフォーカスとなる前記試料のＺ位置を求める第５処理と、
前記第５処理で求めたＺ位置に前記試料が位置するように前記試料ステージを制御する第６処理と、
を行う。

【0016】

このような電子顕微鏡では、試料のＺ位置と、そのＺ位置におけるフォーカス電流の組み合わせから、対物レンズのレンズ電流が基準電流のときにジャストフォーカスとなるＺ位置を算出して試料のＺ位置を調整するため、例えば図８に示すように係数Ｄを用いて基準電流のときにジャストフォーカスとなるＺ位置を算出する場合と比べて、正確に、基準電流のときにジャストフォーカスとなるＺ位置を算出することができる。したがって、このような電子顕微鏡では、正確に試料のＺ位置の調整を行うことができる。

【0017】

（２）本発明に係る電子顕微鏡において、
前記Ｚ位置調整部は、前記第１処理において、
前記対物レンズのレンズ電流を求めた前記第１フォーカス電流に設定する処理と、
前記対物レンズのレンズ電流が求めた前記第１フォーカス電流に設定された状態で、再び、前記第１フォーカス電流を求める処理と、
を、ｎ回目に求めた前記第１フォーカス電流とｎ＋１回目に求めた前記第１フォーカス電流との差が所定値以下となるまで、繰り返し行ってもよい。

【0018】

このような電子顕微鏡では、第１フォーカス電流を正確に求めることができる。

【0019】

（３）本発明に係る電子顕微鏡において、
前記Ｚ位置調整部は、前記第４処理において、
前記対物レンズのレンズ電流を求めた前記第２フォーカス電流に設定する処理と、
前記対物レンズのレンズ電流が求めた前記第２フォーカス電流に設定された状態で、再び、前記第２フォーカス電流を求める処理と、
を、ｎ回目に求めた前記第２フォーカス電流とｎ＋１回目に求めた前記第２フォーカス電流との差が所定値以下となるまで、繰り返し行ってもよい。

【0020】

このような電子顕微鏡では、第２フォーカス電流を正確に求めることができる。

【0021】

（４）本発明に係る電子顕微鏡において、
前記電子線源から放出された電子線を偏向して、前記試料に対する電子線の入射角度を変えるための偏向部を含み、
前記Ｚ位置調整部は、前記第１処理において、
前記試料に対する電子線の入射角度を所定角度だけ変化させる前後での像のシフトを表す像シフトベクトルを、前記対物レンズのレンズ電流を変化させて、複数取得する処理と、
複数の前記像シフトベクトルに基づいて、前記試料に対する電子線の入射角度を前記所定角度だけ変化させる前後での像のシフト量が最も小さくなる最小像シフトベクトルを算出する処理と、
前記最小像シフトベクトルに基づいて、前記第１フォーカス電流を求める処理と、
を行ってもよい。

【0022】

このような電子顕微鏡では、試料に対する電子線の入射角度を所定角度だけ変化させる前後での像のシフト量が最も小さくなる最小像シフトベクトルに基づいて第１フォーカス電流を求めるため、第１フォーカス電流を正確に求めることができる。

【0023】

（５）本発明に係る試料高さの調整方法は、
透過電子顕微鏡において、対物レンズのレンズ電流が基準電流のときにジャストフォーカスとなるように、試料の光軸に沿ったＺ方向の位置であるＺ位置を調整する試料高さの調整方法であって、
前記試料のＺ位置が第１位置のときにジャストフォーカスとなる前記対物レンズのレンズ電流である第１フォーカス電流を求める第１工程と、
前記第１フォーカス電流と前記基準電流との差から、当該差に対応するＺ位置の変化量を求める第２工程と、
前記試料のＺ位置を、前記第１位置から前記第２工程で求めた変化量だけ移動した第２位置に移動させる第３工程と、
前記試料のＺ位置が前記第２位置のときにジャストフォーカスとなる前記対物レンズのレンズ電流である第２フォーカス電流を求める第４工程と、
前記第１フォーカス電流および前記第２フォーカス電流に基づいて、前記基準電流のときにジャストフォーカスとなる前記試料のＺ位置を求める第５工程と、
前記第５工程で求めたＺ位置に前記試料を移動させる第６工程と、
を含む。

【0024】

このような試料高さの調整方法では、試料のＺ位置と、そのＺ位置におけるフォーカス電流の組み合わせから、対物レンズのレンズ電流が基準電流のときにジャストフォーカスとなるＺ位置を算出して試料のＺ位置を調整するため、例えば図８に示すように係数Ｄを用いて基準電流のときにジャストフォーカスとなるＺ位置を算出する場合と比べて、正確に、基準電流のときにジャストフォーカスとなるＺ位置を算出することができる。したがって、このような試料高さの調整方法では、正確に試料のＺ位置の調整を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0025】

【図1】本実施形態に係る電子顕微鏡を模式的に示す図。

【図2】本実施形態に係る電子顕微鏡の制御処理部における試料のＺ位置を調整する処理の一例を示すフローチャート。

【図3】Ｚ位置を求める手法を説明するためのグラフ。

【図4】本実施形態に係る電子顕微鏡の制御処理部におけるフォーカス電流を算出する処理の一例を示すフローチャート。

【図5】第１傾斜像および第２傾斜像を模式的に示す図。

【図6】像シフトベクトル（ｘｉ，ｙｉ）を説明するための図。

【図7】像シフトベクトル（ｘ０，ｙ０），（ｘ１，ｙ１），（ｘ２，ｙ２）を近似する式ｙ＝ａｘ＋ｂを表すグラフ。

【図8】試料のＺ位置の調整方法の一例（参考例）を示すフローチャート。

【発明を実施するための形態】

【0026】

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。

【0027】

１． 電子顕微鏡
まず、本実施形態に係る電子顕微鏡について図面を参照しながら説明する。図１は、本実施形態に係る電子顕微鏡１００を模式的に示す図である。なお、図１には、互いに直交する３つの軸として、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸を図示している。なお、Ｚ軸は、電子顕微鏡１００の光学系（例えば対物レンズ１６）の光軸に沿った軸（平行な軸）である。

【0028】

電子顕微鏡１００は、電子線ＥＢを用いて試料Ｓを観察する装置である。電子顕微鏡１００は、透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）である。

【0029】

電子顕微鏡１００は、図１に示すように、電子線源１０と、照射レンズ１２と、偏向コイル１４（偏向部の一例）と、対物レンズ１６と、試料ステージ１８と、試料ホルダー１９と、撮像装置２０と、電子線源制御部２２と、レンズ制御部２４と、偏向制御部２６と、撮像制御部２８と、試料ステージ制御部３０と、制御処理部３２（Ｚ位置調整部の一例）と、表示部３４と、を含んで構成されている。

【0030】

電子線源１０は、電子線ＥＢを発生させる。電子線源１０は、例えば、公知の電子銃である。

【0031】

照射レンズ１２は、電子線源１０から放出された電子線ＥＢを集束して試料Ｓに照射する。照射レンズ１２は、複数（図示の例では３つ）のコンデンサーレンズで構成されている。

【0032】

偏向コイル１４は、照射レンズ１２で集束された電子線ＥＢを偏向させる。偏向コイル１４が電子線ＥＢを偏向させることにより、試料Ｓに対する電子線ＥＢの入射角度（電子線ＥＢの傾斜角度（Ｔｉｌｔ））を変えることができる。また、偏向コイル１４は、電子線ＥＢを偏向させることにより、電子線ＥＢをシフトさせることもできる。偏向コイル１４は、例えば、照射レンズ１２と対物レンズ１６との間に配置される。

【0033】

対物レンズ１６は、試料Ｓを透過した電子線ＥＢで透過電子顕微鏡像（以下「ＴＥＭ像」ともいう）を結像するための初段のレンズである。対物レンズ１６は、供給されるレンズ電流（励磁電流）に応じてレンズ作用（レンズの焦点距離や倍率）が変化する。

【0034】

試料ステージ１８は、試料Ｓを保持する。図示の例では、試料ステージ１８は、試料ホルダー１９を介して、試料Ｓを保持している。試料ステージ１８によって、試料Ｓの位置決めを行うことができる。図示の例では、試料ステージ１８は、対物レンズ１６のポールピースに対して水平方向（横）から試料ホルダー１９を挿入するサイドエントリー方式の試料ステージである。なお、試料ステージ１８は、対物レンズ１６のポールピースの上方から試料Ｓを挿入するトップエントリー方式の試料ステージであってもよい。

【0035】

試料ステージ１８は、試料ＳをＸ方向に移動させるＸ移動機構、試料ＳをＹ方向に移動させるＹ移動機構、および試料ＳをＺ方向に移動させるＺ移動機構を備えている。試料ステージ１８のＺ移動機構によって、試料Ｓの高さ（すなわちＺ位置）を変えることができる。ここで、試料Ｓの高さとは、試料Ｓそのものの高さ（試料Ｓの垂直方向の大きさ）ではなく、試料Ｓの電子顕微鏡の高さ方向の位置、すなわち電子顕微鏡における試料ＳのＺ軸に沿った方向の位置（Ｚ位置）である。

【0036】

電子顕微鏡１００は、図示はしないが、中間レンズおよび投影レンズを備えていてもよい。中間レンズおよび投影レンズは、対物レンズ１６によって結像された像を拡大し、撮像装置２０上に結像させる。対物レンズ１６、中間レンズ、および投影レンズは、電子顕微鏡１００の結像系を構成している。

【0037】

撮像装置２０は、結像系によって結像されたＴＥＭ像を撮影する。撮像装置２０は、例えば、ＣＣＤカメラ等のデジタルカメラである。撮像装置２０で撮影されたＴＥＭ像の画像データは、撮像制御部２８を介して制御処理部３２に出力される。撮像装置２０で撮影されたＴＥＭ像は、制御処理部３２によって画像ファイルとして記憶装置（図示せず）に記憶されるとともに、表示部３４に表示される。

【0038】

表示部３４は、制御処理部３２によって生成された画像を表示するものであり、その機能は、ＬＣＤ、ＣＲＴなどにより実現できる。表示部３４には、電子線源制御部２２、レンズ制御部２４、偏向制御部２６、撮像制御部２８、および試料ステージ制御部３０を操作するためのＧＵＩ（Ｇｒａｐｈｉｃａｌ Ｕｓｅｒ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）が表示される。また、表示部３４には、撮像装置２０で撮影されたＴＥＭ像が表示される。

【0039】

制御処理部３２は、電子線源制御部２２、レンズ制御部２４、偏向制御部２６、撮像制御部２８、および試料ステージ制御部３０を制御する。制御処理部３２は、例えば、ＧＵＩの操作等に基づいて、電子線源制御部２２、レンズ制御部２４、偏向制御部２６、撮像制御部２８、および試料ステージ制御部３０を制御するための制御信号を生成し、これらの制御部を制御する。

【0040】

制御処理部３２は、後述するように、試料ＳのＺ位置を調整する処理を行う。

【0041】

制御処理部３２の機能は、各種プロセッサ（ＣＰＵ等）でプログラムを実行することにより実現してもよいし、ＡＳＩＣ（ゲートアレイ等）などの専用回路により実現してもよい。

【0042】

なお、電子顕微鏡１００はユーザーによる操作に応じた操作信号を取得する操作部を備えており、制御処理部３２は、当該操作部からの操作信号に基づいて、電子線源制御部２２、レンズ制御部２４、偏向制御部２６、撮像制御部２８、および試料ステージ制御部３０を制御してもよい。当該操作部は、例えば、ボタン、キー、タッチパネル型ディスプレイ、マイクなどであってもよい。

【0043】

電子線源制御部２２は、制御処理部３２で生成された制御信号に基づいて、電子線源１０を制御する。また、レンズ制御部２４は、制御処理部３２で生成された制御信号に基づいて、照射レンズ１２および対物レンズ１６を制御する。レンズ制御部２４は、さらに、制御処理部３２で生成された制御信号に基づいて、中間レンズおよび投影レンズを制御してもよい。また、偏向制御部２６は、制御処理部３２で生成された制御信号に基づいて、偏向コイル１４を制御する。また、撮像制御部２８は、制御処理部３２で生成された制御信号に基づいて、撮像装置２０を制御する。また、試料ステージ制御部３０は、制御処理部３２で生成された制御信号に基づいて、試料ステージ１８を制御する。

【0044】

２． 電子顕微鏡の動作
２．１． Ｚ位置の調整方法
次に、本実施形態に係る電子顕微鏡１００の動作について説明する。ここでは、電子顕微鏡１００の制御処理部３２における試料ＳのＺ位置（試料Ｓの高さ）を調整する処理について説明する。試料ＳのＺ位置の調整とは、対物レンズ１６のレンズ電流を基準電流Ｉｓとしたときにジャストフォーカスとなるように、試料ＳのＺ位置を調整することをいう。

【0045】

なお、基準電流Ｉｓは、対物レンズ１６の性能を最も発揮できる最適な電流値であり、対物レンズ１６に固有の電流値である。また、ジャストフォーカスとは、試料Ｓに焦点があった状態をいう。

【0046】

図２は、本実施形態に係る電子顕微鏡１００の制御処理部３２における試料ＳのＺ位置を調整する処理の一例を示すフローチャートである。

【0047】

制御処理部３２は、例えば、ＧＵＩの操作に基づいてユーザーが開始指示を行ったか否かを判定し、開始指示が行われたと判定した場合に、Ｚ位置調整処理を開始する。なお、処理が開始されたときの試料ＳのＺ位置をＺ位置Ｚ０とし、処理が開始されたときの対物レンズ１６のレンズ電流は基準電流Ｉｓであるものとする。

【0048】

制御処理部３２は、まず、試料ＳのＺ位置がＺ位置Ｚ０であるときのフォーカス電流Ｉ_ｆ１を算出する（ステップＳ１０）。なお、フォーカス電流Ｉ_ｆとは、試料Ｓに焦点があった状態（ジャストフォーカス）となる対物レンズ１６のレンズ電流をいう。例えば、試料ＳのＺ位置がＺ位置Ｚ０であるときのフォーカス電流とは、試料ＳがＺ位置Ｚ０にあるときにジャストフォーカスとなる対物レンズ１６のレンズ電流である。なお、フォーカス電流Ｉ_ｆの算出方法については後述する。

【0049】

次に、制御処理部３２は、対物レンズ１６のレンズ電流を、ステップＳ１０の処理で求めたフォーカス電流Ｉ_ｆ１に設定する（ステップＳ１２）。この結果、対物レンズ１６のレンズ電流がステップＳ１０の処理で求めたフォーカス電流Ｉ_ｆ１となる。なお、試料ＳのＺ位置は、Ｚ位置Ｚ０のままである。

【0050】

次に、制御処理部３２は、試料ＳのＺ位置がＺ位置Ｚ０であるときのフォーカス電流Ｉ_ｆ２を算出する（ステップＳ１４）。すなわち、制御処理部３２は、対物レンズ１６のレンズ電流がステップＳ１０の処理で求められたフォーカス電流Ｉ_ｆ１に設定された状態で、再び、試料ＳのＺ位置がＺ位置Ｚ０であるときのフォーカス電流Ｉ_ｆ２を算出する。

【0051】

次に、制御処理部３２は、ステップＳ１０で算出されたフォーカス電流Ｉ_ｆ１とステップＳ１４で算出されたフォーカス電流Ｉ_ｆ２との差ΔＩ_ｆ＝Ｉ_ｆ２−Ｉ_ｆ１を算出する（ステップＳ１６）。

【0052】

次に、制御処理部３２は、差ΔＩ_ｆが所定値Ｉａ以下であるか否かの判定を行う（ステップＳ１８）。ここで、所定値Ｉａは、要求される試料ＳのＺ位置の精度に応じて適宜設定可能である。

【0053】

制御処理部３２は、差ΔＩ_ｆが所定値Ｉａ以下ではないと判定した場合（ステップＳ１８のＮＯ）、再び、ステップＳ１２に戻って、対物レンズ１６のレンズ電流を求めたフォーカス電流Ｉ_ｆ２に設定し（ステップＳ１２）、フォーカス電流Ｉ_ｆ３を算出して（ステップＳ１４）、差ΔＩ_ｆ＝Ｉ_ｆ３−Ｉ_ｆ２を算出する（ステップＳ１６）。

【0054】

制御処理部３２は、差ΔＩ_ｆが所定値Ｉａ以下と判定されるまで、対物レンズ１６のレンズ電流を求めたフォーカス電流Ｉ_ｆｎに設定する処理（ステップＳ１２）、フォーカス電流Ｉ_ｆｎ＋１を算出する処理（ステップＳ１４）、差ΔＩ_ｆ＝Ｉ_ｆｎ＋１−Ｉ_ｆｎを算出する処理（ステップＳ１６）を繰り返し行う。

【0055】

なお、ここでは、差ΔＩｆが所定値Ｉａ以下となるまで、フォーカス電流を算出する場合について説明したが、例えば、あらかじめ繰り返し回数（例えばｎ＝２で繰り返しを終わる等）を設定しておいてもよい。

【0056】

制御処理部３２は、差ΔＩ_ｆが所定値Ｉａ以下と判定した場合（ステップＳ１８のＹＥＳ）、求めたフォーカス電流Ｉ_ｆｎ＋１を試料ＳがＺ位置Ｚ０であるときのフォーカス電流とする。次に、制御処理部３２は、フォーカス電流を求める処理を行った回数ｍが２回（ｍ＝２）であるか否かを判定し（ステップＳ２０）、ｍ＝２ではないと判定した場合（すなわちｍ＝１の場合）（ステップＳ２０のＮＯ）、求めたフォーカス電流Ｉ_ｆｎ＋１と基準電流Ｉｓとの差から、当該差に対応するＺ位置の変化量ΔＺを求める（ステップＳ２２）。

【0057】

具体的には、変化量ΔＺは、次式（１）で求めることができる。

【0058】

ΔＺ＝Ｄ×（Ｉ_ｆｎ＋１−Ｉｓ） ・・・（１）

【0059】

ここで、係数Ｄは、対物レンズ１６のレンズ電流の変化に対する試料ＳのＺ位置の変化を表す係数（μｍ／Ａ）である。なお、ここでは、係数Ｄを用いたが、係数Ｄは最終的に求められるＺ位置Ｚｓに影響しないため、係数Ｄのかわりに任意の値を設定することもできる。

【0060】

次に、制御処理部３２は、試料ＳのＺ位置が、現在の試料ＳのＺ位置Ｚ０からステップＳ２２で求めた変化量ΔＺだけ移動したＺ位置Ｚ１（＝Ｚ０＋ΔＺ）となるように試料ステージ１８（Ｚ移動機構）を制御する（ステップＳ２４）。この結果、試料Ｓは、Ｚ位置Ｚ０からＺ位置Ｚ１（＝Ｚ０＋ΔＺ）に移動する。

【0061】

制御処理部３２は、上述した試料ＳのＺ位置がＺ位置Ｚ０であるときのフォーカス電流Ｉ_ｆ（Ｚ０）を求めてＺ位置をＺ１に設定する処理（ステップＳ１０〜ステップＳ２４、ただしｍ＝１（ステップＳ２０のＮＯ））を行うと、再び、ステップＳ１０に戻って（ｍ＝ｍ＋１）、試料ＳのＺ位置がＺ位置Ｚ１であるときのフォーカス電流Ｉ_ｆ（Ｚ１）を求める処理（ステップＳ１０〜ステップＳ１８、ただしｍ＝２）を行う。

【0062】

具体的には、試料ＳのＺ位置がＺ位置Ｚ１であるときのフォーカス電流Ｉ_ｆｎ＋１を求める処理（ステップＳ１０〜ステップＳ１８、ただしｍ＝２）では、制御処理部３２は、まず、試料ＳのＺ位置がＺ位置Ｚ１であるときのフォーカス電流Ｉ_ｆ１を算出し（ステップＳ１０）、対物レンズ１６のレンズ電流を求めたフォーカス電流Ｉ_ｆ１に設定する（ス
テップＳ１２）。

【0063】

次に、制御処理部３２は、対物レンズ１６のレンズ電流がフォーカス電流Ｉ_ｆ１に設定された状態で、試料ＳのＺ位置がＺ位置Ｚ１であるときのフォーカス電流Ｉ_ｆ２を算出し（ステップＳ１４）、ステップＳ１０の処理で算出されたフォーカス電流Ｉ_ｆ１とステップＳ１４の処理で算出されたフォーカス電流Ｉ_ｆ２との差ΔＩ_ｆ＝Ｉ_ｆ２−Ｉ_ｆ１を算出する（ステップＳ１６）。

【0064】

次に、制御処理部３２は、差ΔＩ_ｆが所定値Ｉａ以下となるか否かの判定を行い（ステップＳ１８）、差ΔＩ_ｆが所定値Ｉａ以下ではないと判定した場合（ステップＳ１８のＮＯ）、再び、ステップＳ１２に戻って、対物レンズ１６のレンズ電流を求めたフォーカス電流Ｉ_ｆ２に設定し（ステップＳ１２）、フォーカス電流Ｉ_ｆ３を算出して（ステップＳ１４）、差ΔＩ_ｆ＝Ｉ_ｆ３−Ｉ_ｆ２を算出する（ステップＳ１６）。

【0065】

制御処理部３２は、差ΔＩ_ｆが所定値Ｉａ以下と判定されるまで、対物レンズ１６のレンズ電流を求めたフォーカス電流Ｉ_ｆｎに設定する処理（ステップＳ１２）、フォーカス電流Ｉ_ｆｎ＋１を算出する処理（ステップＳ１４）、差ΔＩ_ｆ＝Ｉ_ｆｎ＋１−Ｉ_ｆｎを算出する処理（ステップＳ１６）を繰り返し行う。

【0066】

制御処理部３２は、差ΔＩ_ｆが所定値Ｉａ以下と判定した場合（ステップＳ１８のＹＥＳ）、求めたフォーカス電流Ｉ_ｆｎ＋１を試料ＳがＺ位置Ｚ１であるときのフォーカス電流とする。

【0067】

次に、制御処理部３２は、ｍ＝２であるか否かを判定し（ステップＳ２０）、ｍ＝２であると判定された場合（ステップＳ２０のＹＥＳ）、基準電流ＩｓのときにジャストフォーカスとなるＺ位置であるＺ位置Ｚｓを算出する（ステップＳ２６）。

【0068】

具体的には、制御処理部３２は、Ｚ位置Ｚ０におけるフォーカス電流Ｉ_ｆ（Ｚ０）、およびＺ位置Ｚ１におけるフォーカス電流Ｉ_ｆ（Ｚ１）に基づいて、Ｚ位置Ｚｓを算出する。なお、Ｚ位置Ｚｓを算出する方法については後述する。

【0069】

次に、制御処理部３２は、試料ＳのＺ位置が、ステップＳ２６の処理で算出されたＺ位置Ｚｓとなるように試料ステージ１８（Ｚ移動機構）を制御する（ステップＳ２８）。また、制御処理部３２は、対物レンズ１６のレンズ電流を基準電流Ｉｓに設定する。この結果、試料ＳのＺ位置がＺ位置Ｚｓとなり、対物レンズ１６のレンズ電流が基準電流Ｉｓとなる。

【0070】

以上の処理により、試料ＳのＺ位置を調整することができる。

【0071】

なお、上記の例では、ｍ＝２の場合、すなわちＺ位置と、その位置におけるフォーカス電流の組み合わせを２つ求めたが、Ｚ位置と、その位置におけるフォーカス電流の組み合わせを３つ以上求めてもよい（すなわちｍは３以上であってもよい）。この場合、２次以上の曲線（関数）を用いて、Ｚ位置Ｚｓを算出することができる。

【0072】

次に、Ｚ位置Ｚｓを求める手法について説明する。図３は、Ｚ位置Ｚｓを求める手法を説明するためのグラフである。

【0073】

対物レンズ１６のレンズ電流を基準電流ＩｓとしたときにジャストフォーカスとなるＺ位置Ｚｓは、Ｚ位置Ｚ０、Ｚ位置Ｚ０におけるフォーカス電流Ｉ_ｆ（Ｚ０）、Ｚ位置Ｚ１、Ｚ位置Ｚ１におけるフォーカス電流Ｉ_ｆ（Ｚ１）から、Ｚ位置とフォーカス電流Ｉ_ｆと
の関係を表す式を求めて、当該式からＺ位置Ｚｓを求める。

【0074】

Ｚ位置とフォーカス電流Ｉ_ｆとの関係を表す式は、例えばｙ＝ｅｘ＋ｆで表すことができる。そのため、（ｘ，ｙ）＝（Ｚ０，Ｉ_ｆ（Ｚ０））と（ｘ，ｙ）＝（Ｚ１，Ｉ_ｆ（Ｚ１））から、この式の「
」と「ｆ」とを求める。「ｅ」および「ｆ」は、それぞれ次式で求めることができる。

【0075】

【数1】

【0076】

このようにして、Ｚ位置とフォーカス電流Ｉ_ｆとの関係を表す式が求められると、基準電流Ｉｓから、次式を用いてＺ位置Ｚｓを求めることができる。

【0077】

【数2】

【0078】

２．２． フォーカス電流の算出方法
次に、フォーカス電流Ｉ_ｆの算出方法について説明する。上述した図２に示す試料ＳのＺ位置を調整する処理では、ステップＳ１０の処理およびステップＳ１４の処理でフォーカス電流Ｉ_ｆを算出する。

【0079】

図４は、本実施形態に係る電子顕微鏡１００の制御処理部３２におけるフォーカス電流を算出する処理の一例を示すフローチャートである。

【0080】

制御処理部３２は、まず、現在の倍率における対物レンズ１６のレンズ電流Ｉ_ＯＬの変更ステップΔＩ_ＯＬと偏向コイル１４のコイル電流Ｉ_ＴＩＬＴの変更ステップΔＩ_ＴＩＬＴを算出する（ステップＳ１００）。例えば、変更ステップΔＩ_ＯＬは、あらかじめ設定された値を電子顕微鏡の倍率で除算することで算出され、変更ステップΔＩ_ＴＩＬＴは、あらかじめ設定された値がそのまま使用される。

【0081】

次に、制御処理部３２は、対物レンズ１６のレンズ電流をＩＮ＝Ｉ_ＯＬ−（Ｎ−１）ΔＩ_ＯＬ（ただし、Ｎは２以上の整数）に設定し、偏向コイル１４のコイル電流をＩ_ＴＩＬＴ＋ΔＩ_ＴＩＬＴ、Ｉ_ＴＩＬＴ−ΔＩ_ＴＩＬＴに設定して、像を取得する（ステップＳ１０２〜ステップＳ１１６）。すなわち、対物レンズ１６のレンズ電流Ｉ０，Ｉ１，・・・，ＩＮの各々について、偏向コイル１４のコイル電流をＩ_ＴＩＬＴ＋ΔＩ_ＴＩＬＴとした第１傾斜像、偏向コイル１４のコイル電流をＩ_ＴＩＬＴ−ΔＩ_ＴＩＬＴとした第２傾斜像を取得する。なお、以下では、Ｎ＝２の場合について説明する。

【0082】

具体的には、制御処理部３２は、まず、対物レンズ１６のレンズ電流をＩ０＝Ｉ_ＯＬ−（０−１）ΔＩ_ＯＬ＝Ｉ_ＯＬ＋ΔＩ_ＯＬ（Ｎ＝０）に設定する（ステップＳ１０４）。そ
して、偏向コイル１４のコイル電流をＩ_ＴＩＬＴ＋ΔＩ_ＴＩＬＴに設定して（ステップＳ１０６）、第１傾斜像を撮影する（ステップＳ１０８）。次に、制御処理部３２は、偏向コイル１４のコイル電流をＩ_ＴＩＬＴ−ΔＩ_ＴＩＬＴに設定して（ステップＳ１１０）、第２傾斜像を撮影する（ステップＳ１１２）。撮影された第１傾斜像および第２傾斜像は、記憶装置（図示せず）に記憶される。

【0083】

図５は、第１傾斜像１、および第２傾斜像２を模式的に示す図である。偏向コイル１４によって試料Ｓに対する電子線ＥＢの入射角度を変化させることで、図５に示すように、像がシフトする。第１傾斜像１および第２傾斜像２は、電子線ＥＢの入射角度を所定角度だけ変化させる前後の像といえる。

【0084】

次に、制御処理部３２は、Ｎ＝２になったか否かを判定し（ステップＳ１１４）、Ｎ≠２と判定された場合（ステップＳ１１４でＮｏの場合）には、Ｎに１を加算して（ステップＳ１１６）、対物レンズ１６のレンズ電流をＩ１＝Ｉ_ＯＬ−（１−１）ΔＩ_ＯＬ＝Ｉ_ＯＬ（Ｎ＝１）に設定する（ステップＳ１０４）。そして、ステップＳ１０６〜ステップＳ１１２の処理を行い、対物レンズ１６のレンズ電流がＩ１のときの、第１傾斜像１および第２傾斜像２を取得する。制御処理部３２は、あらかじめ設定されたＮの数に応じて、ステップＳ１０４〜ステップＳ１１６の処理を繰り返し行う。

【0085】

Ｎ＝２と判定された場合（ステップＳ１１４でＹｅｓの場合）には、制御処理部３２は、対物レンズ１６のレンズ電流Ｉ０，Ｉ１，Ｉ２において、それぞれ観察された第１傾斜像１と第２傾斜像２との間での像のシフトを表す像シフトベクトル（ｘｉ，ｙｉ）（ｉ＝０，１，２）を算出する（ステップＳ１１８）。なお、（ｘｉ，ｙｉ）の単位はピクセルである。

【0086】

図６は、像シフトベクトル（ｘｉ，ｙｉ）を説明するための図である。像シフトベクトルは、第１傾斜像１と第２傾斜像２との間での像のシフト（位置ずれ）を表すベクトルである。像シフトベクトル（ｘｉ，ｙｉ）は、例えば、相互相関関数を用いて算出することができる。

【0087】

次に、制御処理部３２は、算出された像シフトベクトル（ｘ０，ｙ０），（ｘ１，ｙ１），（ｘ２，ｙ２）を式ｙ＝ａｘ＋ｂで直線近似する（ステップＳ１２０）。すなわち、制御処理部３２は、像シフトベクトル（ｘ０，ｙ０），（ｘ１，ｙ１），（ｘ２，ｙ２）から、「ａ」の値および「ｂ」の値を計算し、近似式を求める。

【0088】

図７は、像シフトベクトル（ｘ０，ｙ０），（ｘ１，ｙ１），（ｘ２，ｙ２）を近似する式ｙ＝ａｘ＋ｂを表すグラフである。図７では、像シフトベクトルを近似する近似式を実線で表している。

【0089】

制御処理部３２は、算出された近似式ｙ＝ａｘ＋ｂと、図７に示す像シフトベクトルを表すグラフの原点（０，０）と、の間の距離Ｌが最短となる座標（ｘ_ｍｉｎ，ｙ_ｍｉｎ）のｘ_ｍｉｎの値を算出する（ステップＳ１２２）。

【0090】

座標（ｘ_ｍｉｎ，ｙ_ｍｉｎ）のｘ_ｍｉｎの値は、下記式から求めることができる。

【0091】

【数3】

【0092】

近似式ｙ＝ａｘ＋ｂと原点（０，０）との間の距離Ｌが最短となる座標（ｘ_ｍｉｎ，ｙ_ｍｉｎ）は、第１傾斜像１と第２傾斜像２との間での像のシフト量（位置ずれ量）が最も小さくなる像シフトベクトル（以下「最小像シフトベクトル」ともいう）に相当する。

【0093】

次に、制御処理部３２は、最小像シフトベクトルに基づいて、対物レンズ１６のフォーカス電流Ｉ_ｆを算出する（ステップＳ１２４）。

【0094】

具体的には、制御処理部３２は、像シフトベクトルのｘｉの値と対物レンズ１６のレンズ電流との関係を表すベクトル（ｘ０，Ｉ０）、（ｘ１，Ｉ１）、（ｘ２，Ｉ２）を式Ｉ＝ｃｘ＋ｄで直線近似する（すなわち、「ｃ」と「ｄ」の値を求める）。次に、算出されたＩ＝ｃｘ＋ｄに、ｘ＝ｘ_ｍｉｎを代入する（次式参照）。

【0095】

Ｉ_ｆ＝ｃｘ_ｍｉｎ＋ｄ

【0096】

以上の処理により、対物レンズ１６のフォーカス電流Ｉ_ｆを求めることができる。

【0097】

なお、上記の例では、Ｎ＝２の場合、すなわちＮの総数が３である場合について説明したが、Ｎの値は２以上であれば特に限定されない。Ｎの値は、任意に設定することができる。

【0098】

また、上記の例では、制御処理部３２が、像シフトベクトル（ｘ０，ｙ０），（ｘ１，ｙ１），（ｘ２，ｙ２）を式ｙ＝ａｘ＋ｂで直線近似する例について説明したが、像シフトベクトル（ｘ０，ｙ０），（ｘ１，ｙ１），（ｘ２，ｙ２）を、任意の関数で近似してもよい。例えば、像シフトベクトルを２次曲線で近似してもよいし、３次以上の曲線で近似してもよい。上記の例では、Ｎの総数が３であったが、Ｎの総数を増やした場合には、像シフトベクトル（ｘ０，ｙ０），（ｘ１，ｙ１），・・・，（ｘｎ，ｙｎ）を、その場合に適用な任意の関数ｙ＝ｆ（ｘ）で近似することができる。

【0099】

また、上記の例では、制御処理部３２が、（ｘ０，Ｉ０），（ｘ１，Ｉ１），（ｘ２，Ｉ２）を式Ｉ＝ｃｘ＋ｄで直線近似する例について説明したが、（ｘ０，Ｉ０），（ｘ１，Ｉ１），（ｘ２，Ｉ２）を、任意の関数で近似してもよい。例えば、（ｘ０，Ｉ０），（ｘ１，Ｉ１），（ｘ２，Ｉ２）を２次曲線で近似してもよいし、３次以上の曲線で近似してもよい。上記の例では、Ｎの総数が３であったが、Ｎの総数を増やした場合には、（ｘ０，Ｉ０），（ｘ１，Ｉ１），・・・，（ｘｎ，Ｉｎ）を、その場合に適用な任意の関数Ｉ＝ｆ（ｘ）で近似することができる。

【0100】

電子顕微鏡１００は、例えば、以下の特徴を有する。

【0101】

電子顕微鏡１００では、制御処理部３２は、試料ＳのＺ位置がＺ位置Ｚｍ−１（第１位置）のときにジャストフォーカスとなる対物レンズ１６のレンズ電流である第１フォーカス電流Ｉ_ｆ（Ｚｍ−１）を求める第１処理（ステップＳ１０〜ステップＳ１８）と、第１フォーカス電流Ｉ_ｆ（Ｚｍ−１）と基準電流Ｉｓとの差ΔＩ_ｆから当該差ΔＩ_ｆに対応するＺ位置の変化量ΔＺを求める第２処理（ステップＳ２２）と、試料ＳのＺ位置がＺ位置Ｚｍ−１（第１位置）から第２処理（ステップＳ２２）で求めた変化量ΔＺだけ移動したＺ位置Ｚｍ（第２位置）となるように試料ステージ１８を制御する第３処理（ステップＳ２４）と、試料ＳのＺ位置がＺ位置Ｚｍ（第２位置）のときにジャストフォーカスとなる対物レンズ１６のレンズ電流である第２フォーカス電流Ｉ_ｆ（Ｚｍ）を求める第４処理（ステップＳ１０〜ステップＳ１８）と、第１フォーカス電流Ｉ_ｆ（Ｚｍ−１）および第２フォーカス電流Ｉ_ｆ（Ｚｍ）に基づいて、基準電流Ｉｓのときにジャストフォーカスとな
る試料ＳのＺ位置Ｚｓを求める第５処理（ステップＳ２６）と、第５処理（ステップＳ２６）で求めたＺ位置Ｚｓに試料Ｓが位置するように試料ステージ１８を制御する第６処理（ステップＳ２８）と、を行う。

【0102】

このように電子顕微鏡１００では、Ｚ位置と、そのＺ位置におけるフォーカス電流の組み合わせから、対物レンズ１６のレンズ電流が基準電流ＩｓのときにジャストフォーカスとなるＺ位置Ｚｓを算出してＺ位置を調整する。そのため、電子顕微鏡１００では、例えば図８に示す係数Ｄを用いてＺ位置Ｚｓを算出する場合と比べて、求めたＺ位置Ｚｓと実際に基準電流ＩｓのときにジャストフォーカスとなるＺ位置との差を小さくすることができる。すなわち、電子顕微鏡１００では、正確にＺ位置Ｚｓを算出することができ、正確に試料ＳのＺ位置の調整を行うことができる。

【0103】

なお、本実施形態でもステップＳ２２の処理において係数Ｄを用いているが、係数Ｄは最終的に求められたＺ位置Ｚｓに影響しない。また、電子顕微鏡１００では、係数Ｄにかえて任意の定数を用いて（すなわち係数Ｄを用いずに）、Ｚ位置Ｚｓを算出することも可能である。

【0104】

電子顕微鏡１００では、制御処理部３２は、第１処理（ステップＳ１０〜ステップＳ１８、例えばｍ＝１）において、対物レンズ１６のレンズ電流を求めた第１フォーカス電流Ｉ_ｆｎに設定する処理（ステップＳ１２）と、対物レンズ１６のレンズ電流が求めた第１フォーカス電流Ｉ_ｆｎに設定された状態で、再び、第１フォーカス電流Ｉ_ｆｎ＋１を求める処理（ステップＳ１４）と、を、ｎ回目に求めた第１フォーカス電流Ｉ_ｆｎとｎ＋１回目に求めた第１フォーカス電流Ｉ_ｆｎ＋１との差が所定値Ｉａ以下となるまで、繰り返し行う。そのため、電子顕微鏡１００では、第１フォーカス電流Ｉｆ（Ｚｍ−１）＝Ｉ_ｆｎ＋１を正確に求めることができる。

【0105】

例えば、現在の試料ＳのＺ位置がＺ位置Ｚｓから大きく（例えば１００μｍ以上）ずれている場合など、現在の対物レンズのレンズ電流がフォーカス電流Ｉ_ｆから大きくずれている場合には、フォーカス電流Ｉ_ｆを正確に求めることができないことがある。電子顕微鏡１００では、上述したように、ｎ回目に求めた第１フォーカス電流Ｉ_ｆｎとｎ＋１回目に求めた第１フォーカス電流Ｉ_ｆｎ＋１との差が所定値Ｉａ以下となるまで、繰り返し行う。したがって、上記のような問題が生じず、第１フォーカス電流を正確に求めることができる。

【0106】

電子顕微鏡１００では、制御処理部３２は、第４処理（ステップＳ１０〜ステップＳ１８、例えばｍ＝２）において、対物レンズ１６のレンズ電流を求めた第２フォーカス電流Ｉ_ｆｎに設定する処理（ステップＳ１２）と、対物レンズ１６のレンズ電流が求めた第２フォーカス電流Ｉ_ｆｎに設定された状態で、第２フォーカス電流Ｉ_ｆｎ＋１を求める処理（ステップＳ１４）と、を、ｎ回目に求めた第２フォーカス電流Ｉ_ｆｎとｎ＋１回目に求めた第２フォーカス電流Ｉ_ｆｎ＋１との差が所定値Ｉａ以下となるまで、繰り返し行う。そのため、電子顕微鏡１００では、第２フォーカス電流Ｉｆ（Ｚｍ）＝Ｉ_ｆｎ＋１を正確に求めることができる。

【0107】

電子顕微鏡１００では、制御処理部３２は、試料Ｓに対する電子線ＥＢの入射角度を所定角度だけ変化させる前後での像のシフトを表す像シフトベクトルを、対物レンズ１６のレンズ電流を変化させて複数取得する処理と、複数の像シフトベクトルに基づいて電子線ＥＢの入射角度を前記所定角度だけ変化させる前後での像のシフト量が最も小さくなる最小像シフトベクトルを算出する処理と、最小像シフトベクトルに基づいて、対物レンズ１６のフォーカス電流Ｉ_ｆを求める処理と、を行う。

【0108】

このように電子顕微鏡１００では、制御処理部３２が試料Ｓに対する電子線ＥＢの入射角度を所定角度だけ変化させる前後での像のシフト量が最も小さくなる最小像シフトベクトルに基づいてフォーカス電流Ｉ_ｆを求めるため、フォーカス電流Ｉ_ｆを正確に求めることができる。

【0109】

例えば、第１傾斜像と第２傾斜像との間での像のシフトを表す像シフトベクトルの向きを内積を用いて決定した場合、算出されたフォーカス電流Ｉ_ｆと、実際に試料Ｓに焦点があった状態での対物レンズ１６のレンズ電流との差が大きい場合があった。これに対して、電子顕微鏡１００では、上述したように、最小像シフトベクトルに基づいてフォーカス電流Ｉ_ｆを求める。そのため、像シフトベクトルの向きを内積を用いて決定する場合と比べて、算出されたフォーカス電流Ｉ_ｆと、実際に試料Ｓに焦点があった状態での対物レンズ１６のレンズ電流との差を小さくすることができ、フォーカス電流Ｉ_ｆを正確に求めることができる。

【0110】

電子顕微鏡１００では、制御処理部３２は、最小像シフトベクトルを算出する処理において、像シフトベクトル（ｘ_０，ｙ_０），（ｘ_１，ｙ_１），・・・，（ｘ_ｎ，ｙ_ｎ）を、所定の関数ｙ＝ｆ（ｘ）で近似し、当該所定の関数ｙ＝ｆ（ｘ）と原点（０，０）との間の距離が最小となる最小像シフトベクトル（ｘ_ｍｉｎ，ｙ_ｍｉｎ）を算出する。また、制御処理部３２は、対物レンズ１６のレンズ電流を求める処理において、（ｘ_０，Ｉ_０），（ｘ_１，Ｉ_１），・・・，（ｘ_ｎ，Ｉ_ｎ）を、所定の関数Ｉ＝ｆ（ｘ）で近似し、当該所定の関数Ｉ＝ｆ（ｘ）にｘ_ｍｉｎを代入して、対物レンズ１６のフォーカス電流Ｉ_ｆを求める。そのため、電子顕微鏡１００によれば、フォーカス電流Ｉ_ｆを正確に求めることができる。

【0111】

本実施形態に係る試料ＳのＺ位置の調整方法は、試料ＳのＺ位置がＺ位置Ｚｍ−１（第１位置）のときにジャストフォーカスとなる対物レンズ１６のレンズ電流である第１フォーカス電流Ｉ_ｆ（Ｚｍ−１）を求める第１工程（ステップＳ１０〜ステップＳ１８）と、第１フォーカス電流Ｉ_ｆ（Ｚｍ−１）と基準電流Ｉｓとの差ΔＩ_ｆから当該差ΔＩ_ｆに対応するＺ位置の変化量ΔＺを求める第２工程（ステップＳ２２）と、試料ＳのＺ位置を、Ｚ位置Ｚｍ−１（第１位置）から第２工程で求めた変化量ΔＺだけ移動したＺ位置Ｚｍ（第２位置）に移動させる第３工程（ステップＳ２４）と、試料ＳのＺ位置がＺ位置Ｚｍ（第２位置）のときにジャストフォーカスとなる対物レンズ１６のレンズ電流である第２フォーカス電流Ｉ_ｆ（Ｚｍ）を求める第４工程（ステップＳ１０〜ステップＳ１８）と、第１フォーカス電流Ｉ_ｆ（Ｚｍ−１）および第２フォーカス電流Ｉ_ｆ（Ｚｍ）に基づいて、基準電流Ｉｓのときにジャストフォーカスとなる試料ＳのＺ位置を求める第５工程（ステップＳ２６）と、第５工程で求めたＺ位置Ｚｓに試料Ｓを移動させる第６工程（ステップＳ２８）と、を含む。

【0112】

本実施形態に係る試料高さの調整方法では、試料ＳのＺ位置と、そのＺ位置におけるフォーカス電流の組み合わせから、対物レンズ１６のレンズ電流が基準電流ＩｓのときにジャストフォーカスとなるＺ位置Ｚｓを算出して試料ＳのＺ位置を調整するため、例えば図８に示すように係数Ｄを用いて基準電流のときにジャストフォーカスとなるＺ位置を算出する場合と比べて、正確に、基準電流ＩｓのときにジャストフォーカスとなるＺ位置を算出することができる。したがって、このような試料高さの調整方法では、正確に試料ＳのＺ位置の調整を行うことができる。

【0113】

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】

【0114】

１０…電子線源、１２…照射レンズ、１４…偏向コイル、１６…対物レンズ、１８…試料ステージ、１９…試料ホルダー、２０…撮像装置、２２…電子線源制御部、２４…レンズ制御部、２６…偏向制御部、２８…撮像制御部、３０…試料ステージ制御部、３２…制御処理部、３４…表示部、１００…電子顕微鏡

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】