特開 2023-139845 光電子顕微鏡

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023139845

(43)【公開日】2023-10-04

(54)【発明の名称】光電子顕微鏡

(51)【国際特許分類】

   G01N 23/227 20180101AFI20230927BHJP

【ＦＩ】

G01N23/227

【審査請求】未請求

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022045583

(22)【出願日】2022-03-22

(71)【出願人】

【識別番号】501387839

【氏名又は名称】株式会社日立ハイテク

(74)【代理人】

【識別番号】110000350

【氏名又は名称】ポレール弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】森本 剛史

(72)【発明者】

【氏名】圓山 百代

(72)【発明者】

【氏名】池上 明

【テーマコード（参考）】

2G001

【Ｆターム（参考）】

2G001AA07

2G001BA08

2G001CA03

2G001GA06

2G001HA13

2G001JA06

(57)【要約】

【課題】輝度と解像度が高い光電子像を撮影するための準備時間を短縮することが可能な光電子顕微鏡を提供する。
【解決手段】試料が載置される試料台と、前記試料に励起光を照射する励起光源と、前記試料から放出される光電子を検出して光電子像を撮影するカメラと、前記光電子を前記カメラの検出面に集束させる対物レンズと、各部を制御する制御部を備える光電子顕微鏡であって、前記制御部は、第一の光電子像の輝度分布に基づいて前記カメラの視野中心と前記励起光の照射位置の位置合わせをするとともに、前記対物レンズのレンズ強度を変えて撮影される第二の光電子像と第三の光電子像とに基づいて前記視野中心と前記対物レンズの中心軸の位置合わせをすることを特徴とする。
【選択図】図５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

試料が載置される試料台と、前記試料に励起光を照射する励起光源と、前記試料から放出される光電子を検出して光電子像を撮影するカメラと、前記光電子を前記カメラの検出面に集束させる対物レンズと、各部を制御する制御部を備える光電子顕微鏡であって、
前記制御部は、第一の光電子像の輝度分布に基づいて前記カメラの視野中心と前記励起光の照射位置の位置合わせをするとともに、前記対物レンズのレンズ強度を変えて撮影される第二の光電子像と第三の光電子像とに基づいて前記視野中心と前記対物レンズの中心軸の位置合わせをすることを特徴とする光電子顕微鏡。

【請求項2】

請求項１に記載の光電子顕微鏡であって、
前記制御部は、前記第一の光電子像の輝度分布を一方向に積算することによって作成される一次元プロファイルに基づいて、前記励起光の照射位置を算出することを特徴とする光電子顕微鏡。

【請求項3】

請求項１に記載の光電子顕微鏡であって、
前記制御部は、前記第一の光電子像を複数の領域に分割し、分割された領域毎に算出される輝度の総和を比較することによって、前記励起光の照射位置が存在する方向を求めることを特徴とする光電子顕微鏡。

【請求項4】

請求項１に記載の光電子顕微鏡であって、
前記試料の高さを測定する高さセンサをさらに備え、
前記制御部は、前記高さセンサの測定結果に基づいて、前記励起光の照射位置を調整することを特徴とする光電子顕微鏡。

【請求項5】

請求項１に記載の光電子顕微鏡であって、
前記試料の高さを測定する高さセンサと、
前記試料台の高さを調整する高さ調整部をさらに備え、
前記制御部は、前記試料の高さが予め定められた高さである基準高さになるように前記高さ調整部を制御することを特徴とする光電子顕微鏡。

【請求項6】

請求項１に記載の光電子顕微鏡であって、
前記制御部は、前記光電子の軌道を偏向させる偏向器を制御することによって前記視野中心を調整することを特徴とする光電子顕微鏡。

【請求項7】

請求項１に記載の光電子顕微鏡であって、
前記制御部は、前記試料台の傾きを調整する傾き調整部を制御することによって前記視野中心を調整することを特徴とする光電子顕微鏡。

【請求項8】

請求項１に記載の光電子顕微鏡であって、
前記制御部は、前記対物レンズの少なくとも一部を移動または傾けるレンズ位置調整部を制御することによって前記視野中心を調整することを特徴とする光電子顕微鏡。

【請求項9】

請求項１に記載の光電子顕微鏡であって、
前記制御部は、前記カメラを移動させるカメラ位置調整部を制御することによって前記視野中心を調整することを特徴とする光電子顕微鏡。

【請求項10】

請求項１に記載の光電子顕微鏡であって、
前記制御部は、前記励起光を反射するミラーを移動または傾けるミラー調整部を制御することによって前記励起光の照射位置を調整することを特徴とする光電子顕微鏡。

【請求項11】

請求項１に記載の光電子顕微鏡であって、
前記制御部は、前記励起光源を移動または傾ける光源位置調整部を制御することによって前記励起光の照射位置を調整することを特徴とする光電子顕微鏡。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光電子顕微鏡に関する。

【背景技術】

【0002】

光電子顕微鏡（Photoelectron Emission Microscope：ＰＥＥＭ）は、紫外光やＸ線を励起光として試料に照射し、試料から放出される光電子を検出することによって光電子像を撮影する装置である。

【0003】

特許文献１には、試料に励起光を照射する励起光源と、試料から放射される光電子を検出して画像化するカメラと、光電子をカメラの検出面に集束させるレンズを備える光電子顕微鏡が開示される。また、励起光とともに電子線を試料に照射し、試料から発せられる光電子と反射電子の角分布に基づいて反射電子を排除しながら光電子を選択して検出して画像化することも開示される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特許第４４１３６１８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら特許文献１では、輝度と解像度が高い光電子像を撮影するための準備時間に対する配慮がなされていない。励起光の照射位置とカメラの視野中心との位置ずれが大きいと光電子像の輝度が低下し、対物レンズの中心軸と視野中心との位置ずれが大きいと光電子像の解像度が低下する。また対物レンズの中心軸は試料の高さや傾きによって変化する。すなわち、輝度と解像度が高い光電子像を撮影するには、試料によって変化する対物レンズの中心軸に対して、励起光の照射位置と視野中心を撮影前に位置合わせする必要があり、位置合わせには時間を要する。

【0006】

そこで本発明の目的は、輝度と解像度が高い光電子像を撮影するための準備時間を短縮することが可能な光電子顕微鏡を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記目的を達成するために本発明は、試料が載置される試料台と、前記試料に励起光を照射する励起光源と、前記試料から放出される光電子を検出して光電子像を撮影するカメラと、前記光電子を前記カメラの検出面に集束させる対物レンズと、各部を制御する制御部を備える光電子顕微鏡であって、前記制御部は、第一の光電子像の輝度分布に基づいて前記カメラの視野中心と前記励起光の照射位置の位置合わせをするとともに、前記対物レンズのレンズ強度を変えて撮影される第二の光電子像と第三の光電子像とに基づいて前記視野中心と前記対物レンズの中心軸の位置合わせをすることを特徴とする。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、輝度と解像度が高い光電子像を撮影するための準備時間を短縮することが可能な光電子顕微鏡を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】実施例１の光電子顕微鏡の全体構成図

【図2A】視野の制御について説明する図

【図2B】視野の制御について説明する図

【図3A】対物レンズのレンズ強度の変化に伴う光電子の軌道の変化について説明する図

【図3B】対物レンズのレンズ強度の変化に伴う光電子像の変化について説明する図

【図4A】励起光の照射位置とカメラの視野中心と対物レンズの中心軸の位置合わせについて説明する図

【図4B】励起光の照射位置とカメラの視野中心と対物レンズの中心軸の位置合わせについて説明する図

【図4C】励起光の照射位置とカメラの視野中心と対物レンズの中心軸の位置合わせについて説明する図

【図4D】励起光の照射位置とカメラの視野中心と対物レンズの中心軸の位置合わせについて説明する図

【図4E】励起光の照射位置とカメラの視野中心と対物レンズの中心軸の位置合わせについて説明する図

【図4F】励起光の照射位置とカメラの視野中心と対物レンズの中心軸の位置合わせについて説明する図

【図4G】励起光の照射位置とカメラの視野中心と対物レンズの中心軸の位置合わせについて説明する図

【図4H】励起光の照射位置とカメラの視野中心と対物レンズの中心軸の位置合わせについて説明する図

【図5】実施例１の処理の流れの一例を示す図

【図6】実施例１の調整画面の一例を示す図

【図7】励起光の照射位置の調整処理の流れの一例を示す図

【図8】励起光の照射位置の算出処理の一例について説明する図

【図9A】励起光の照射位置の存在方向を求める処理の一例について説明する図

【図9B】励起光の照射位置の存在方向を求める処理の一例について説明する図

【図10A】励起光の照射位置の調整処理の他の例について説明する図

【図10B】励起光の照射位置の調整処理の他の例について説明する図

【図10C】励起光の照射位置の調整処理の他の例について説明する図

【図10D】励起光の照射位置の調整処理の他の例について説明する図

【図10E】励起光の照射位置の調整処理の他の例について説明する図

【図11】実施例２の光電子顕微鏡の全体構成図

【図12】実施例２の処理の流れの一例を示す図

【図13】試料の高さ変化に伴う励起光の照射位置の変化について説明する図

【図14】実施例３の光電子顕微鏡の全体構成図

【図15】実施例３の処理の流れの一例を示す図

【図16】実施例４の光電子顕微鏡の全体構成図

【図17A】試料の傾き調整による視野の変化について説明する図

【図17B】試料の傾き調整による視野の変化について説明する図

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、添付図面に従って本発明に係る光電子顕微鏡の実施例について説明する。なお、以下の説明及び添付図面では、同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

【実施例0011】

図１を用いて実施例１の光電子顕微鏡の全体構成について説明する。光電子顕微鏡は、試料に励起光を照射し、試料から放出される光電子を検出することによって光電子像を撮影する装置であり、装置本体１１３と制御部１１５と入出力部１１４を備える。

【0012】

制御部１１５は、装置本体１１３が有する各部を制御する装置であり、例えばコンピュータで構成される。また制御部１１５は記憶部１１６を有し、記憶部１１６には装置本体１１３の制御に係るパラメータや撮影された光電子像が記憶される。入出力部１１４は、光電子像の撮影に係る条件が入力されるとともに、撮影された光電子像が表示される装置であり、例えばキーボードやマウス、タッチパネル、モニタによって構成される。装置本体１１３は、励起光源１０１、試料台１０６、対物レンズ１０７、拡大レンズ１０８、カメラ１０９、偏向器１１０を有する。なお試料台１０６、対物レンズ１０７、拡大レンズ１０８、偏向器１１０は、真空排気される真空チャンバ１１２の中に配置される。

【0013】

励起光源１０１は、試料台１０６に載置される試料１０３に励起光を照射する。励起光は、例えば紫外光やＸ線、放射光であり、光路１０２と照射位置調整部１０４を介して試料１０３に照射される。励起光は所定の強度分布、例えばガウシアン分布に従った空間的な広がりを有し、強度分布の中心を励起光の照射位置１０５、強度分布の半値幅をビーム径と呼ぶ。

【0014】

光路１０２は、励起光を試料１０３へ導くものであり、例えば光学定盤上にミラーやレンズが並べられたものや、光ファイバーによって構成される。

【0015】

照射位置調整部１０４は、試料１０３の表面上に励起光が照射される位置を調整するものであり、励起光を反射するミラーを傾けたり移動させたりする機構である。なお照射位置調整部１０４は、励起光を屈折させるレンズや励起光源１０１を傾けたり移動させたりする機構であっても良い。

【0016】

カメラ１０９は、励起光の照射によって試料１０３から放出される光電子を検出する検出素子が二次元に配列されたものである。各検出素子は試料１０３の表面上の各点と一対一に対応する。試料１０３の表面上の各点から放出される光電子は拡大レンズ１０８による拡大を受けたのち各検出素子で検出され、検出された光電子の強度に基づいて光電子像が取得される。

【0017】

対物レンズ１０７は、試料１０３から放出される光電子をカメラ１０９の検出面に集束させるものであり、試料１０３の上方に設置される電極に対して負電圧を試料１０３に印加することによって回転対称に形成される電場、及び、対物レンズ内部に設置されたコイルに電流を流すことによって回転対称に形成される磁場によって構成される。なお電場の中心軸を対物レンズ１０７の中心軸と呼ぶ。また試料１０３の高さや傾きによっても電場が変化するので、試料１０３によって対物レンズ１０７の中心軸の位置も変化する。なお対物レンズ１０７では、中心軸から離れるほど収差が多くなり、光電子像の解像度が低下する。

【0018】

偏向器１１０は、試料１０３から放出される光電子の軌道を偏向させることによってカメラ１０９の視野を制御する。図２Ａと図２Ｂを用いてカメラ１０９の視野の制御について説明する。なお図２Ａは光電子２０１の軌道を偏向させてない状態であり、図２Ｂは軌道を偏向させた状態である。また説明を簡略化するために、励起光の照射によって試料１０３の表面上の各点から放射状に放出される光電子のうち、垂直方向に放出されるもののみが図２Ａと図２Ｂに示される。

【0019】

光電子像は、カメラ１０９に検出された光電子２０１の強度に基づいて取得されるので、カメラ１０９に入射する光電子２０１が放出される範囲がカメラ１０９の視野になる。図２Ａと図２Ｂでは、カメラ１０９に入射する光電子２０１の軌道が実線で、入射しない光電子２０１の軌道が点線で示される。また図２Ａでの視野２０２と図２Ｂでの視野２０３が両矢印で示される。光電子２０１の軌道を偏向させてないときの視野２０２が試料１０３の中央にあるのに対し、軌道を偏向させたときの視野２０３は試料１０３の左側に移動している。すなわち、偏向器１１０によって光電子の軌道を偏向させることによって、カメラ１０９の視野を制御することができる。なおカメラ１０９の視野と励起光の照射位置との位置ずれが大きいと、光電子像の輝度が低下する。

【0020】

図３Ａと図３Ｂを用いて対物レンズ１０７のレンズ強度の変化に伴う光電子の軌道の変化と光電子像の変化について説明する。図３Ａには、対物レンズ１０７の中心軸を通過する軌道３０１及び軌道３０３と、対物レンズ１０７の中心軸から離れた位置を通過する軌道３０２及び軌道３０４が示される。なお実線で示される軌道３０１と軌道３０２は、カメラの検出面３００で結像するように対物レンズ１０７のレンズ強度を調整したときのものであり、点線で示される軌道３０３と軌道３０４は、対物レンズ１０７のレンズ強度を変化させたときのものである。さらに図３Ａには、試料１０３の表面上の円形パターンを軌道３０１、軌道３０２、軌道３０３、軌道３０４のそれぞれによって観察したときの光電子像３１１、光電子像３１２、光電子像３１３、光電子像３１４が示される。

【0021】

対物レンズ１０７の中心軸を通過する軌道３０１は、レンズ強度の変化によって軌道３０３となり、フォーカスはずれるものの到達位置に変化は無い。一方、中心軸から離れた位置を通過する軌道３０２は、レンズ強度の変化によって軌道３０４となり、フォーカスがずれるとともに到達位置が移動する。また軌道３０１に対応する光電子像３１１は、レンズ強度の変化によって光電子像３１３となり、パターンがぼけるもののその位置に変化はない。一方、軌道３０２に対応する光電子像３１２は、レンズ強度の変化によって光電子像３１４となり、パターンがぼけるとともに位置が移動する。

【0022】

図３Ｂには、円形パターンが二次元に配列された試料を、異なるレンズ強度で撮影したときの光電子像が示される。フォーカスされたレンズ強度のときの円形パターンは実線で示され、デフォーカスされたときの円形パターンは点線で示される。なおデフォーカス時に生じるぼけは省略される。位置３２０において、異なるレンズ強度で撮影された円形パターンの位置が一致しているので、対物レンズ１０７の中心軸が位置３２０に対応する。つまり、対物レンズ１０７のレンズ強度を変えて撮影される光電子像を対比することにより、対物レンズ１０７の中心軸が可視化される。

【0023】

励起光の照射位置とカメラの視野中心との位置ずれが大きいと光電子像の輝度が低下し、対物レンズの中心軸と視野中心との位置ずれが大きいと光電子像の解像度が低下する。また対物レンズの中心軸は試料の高さや傾きによって変化する。そこで、輝度と解像度が高い光電子像を撮影するために、試料によって変化する対物レンズの中心軸に対して、励起光の照射位置と視野中心を位置合わせする必要がある。

【0024】

図４Ａ乃至図４Ｈを用いて、励起光の照射位置とカメラの視野中心と対物レンズの中心軸の位置合わせについて説明する。図４Ａ乃至図４Ｈには、二次元に配列された円形パターンの光電子像を模式的に表すものとして、明パターン４０２、暗パターン４０３、励起光の照射位置４０４、対物レンズの中心軸４０５が視野４０１の中に示される。なお明パターン４０２は輝度の高い円形パターンであり、暗パターン４０３は輝度の低い円形パターンである。また励起光の照射位置４０４を示す四角マークと、対物レンズの中心軸４０５を示す三角マークは、実際の光電子像には表示されない。励起光は所定の強度分布に従った空間的な広がりを有するため、励起光の照射位置４０４に近いパターンは明パターン４０２となり、遠いパターンは暗パターン４０３となる。

【0025】

なお図４Ａ、図４Ｃ、図４Ｅ、図４Ｇは対物レンズのレンズ強度がフォーカスされたときの光電子像であり、それぞれに対してレンズ強度がデフォーカスされた光電子像が図４Ｂ、図４Ｄ、図４Ｆ、図４Ｈである。また図４Ａと図４Ｂは視野４０１の中心に対して励起光の照射位置４０４と対物レンズの中心軸４０５がずれた状態を表す。図４Ｃと図４Ｄは視野４０１の中心に対して励起光の照射位置４０４が一致し、対物レンズの中心軸４０５がずれた状態を表す。図４Ｅと図４Ｆは視野４０１の中心に対して励起光の照射位置４０４がずれ、対物レンズの中心軸４０５が一致した状態を表す。図４Ｇと図４Ｈは視野４０１の中心に対して励起光の照射位置４０４と対物レンズの中心軸４０５が一致した状態を表す。

【0026】

以下で、図４Ａと図４Ｂの状態を起点として、視野４０１の中心に励起光の照射位置４０４と対物レンズの中心軸４０５を位置合わせする過程での光電子像の変化について説明する。図４Ａと図４Ｂでは、励起光の照射位置４０４が視野４０１の中心に対して左下にずれているため、右上に暗パターン４０３が表示される。これを直すために照射位置調整部１０４を制御して視野４０１の中心に励起光の照射位置４０４を移動させると、図４Ｃと図４Ｄのように視野４０１の中は明パターン４０２だけとなる。ただし、対物レンズの中心軸４０５は視野４０１の右上に位置している。これを直すために偏向器１１０を制御して視野４０１の中心を対物レンズの中心軸４０５に移動させると、図４Ｅと図４Ｆのように視野４０１の中心に対物レンズの中心軸４０５が一致した状態となる。ただし、視野４０１の移動にともなって励起光の照射位置４０４は左下に移動する。そこで再度、照射位置調整部１０４を制御して視野４０１の中心に励起光の照射位置４０４を移動させると、図４Ｇと図４Ｈのように視野４０１の中心に対して励起光の照射位置４０４と対物レンズの中心軸４０５が一致した状態となる。

【0027】

図５を用いて、実施例１の処理の流れの一例についてステップ毎に説明する。

【0028】

（Ｓ５０１）
制御部１１５は観察条件を取得する。取得された観察条件は、装置本体１１３に対して設定される。観察条件は入出力部１１４に表示される調整画面を介して入力される。図６を用いて、調整画面の一例について説明する。図６に例示される調整画面は、条件選択部６０１、調整開始ボタン６０７、光電子像表示部６０８、微調整部６０９、パラメータ調整部６１０、条件保存ボタン６１４を有する。

【0029】

条件選択部６０１には、励起光条件選択部６０２、電子光学系条件選択部６０３、カメラ条件選択部６０４、許容誤差設定部６０５、プリセットボタン６０６が含まれる。励起光条件選択部６０２では、励起光源１０１や光路１０２に関するパラメータとして、励起光の波長、強度、ビーム径、偏光方向が選択される。なお偏光方向には円偏光等の直線偏光以外も含まれる。電子光学系条件選択部６０３では、対物レンズ１０７や拡大レンズ１０８に関するパラメータとして、倍率や絞りが選択される。カメラ条件選択部６０４では、カメラ１０９に関するパラメータとして、露光時間、撮像モードが選択される。許容誤差設定部６０５では、視野中心と励起光の照射位置と対物レンズの中心軸を位置合わせするときの許容誤差が設定される。プリセットボタン６０６は記憶部１１６に予め保存された条件を読み出すときに押下されるボタンである。

【0030】

調整開始ボタン６０７は、条件選択部６０１での条件選択が完了し、視野中心と励起光の照射位置と対物レンズの中心軸との位置合わせを開始するときに押下されるボタンである。

【0031】

光電子像表示部６０８には、視野中心と励起光の照射位置と対物レンズの中心軸との位置合わせがなされるときに取得される光電子像が表示される。

【0032】

微調整部６０９では、視野中心と励起光の照射位置と対物レンズの中心軸との位置合わせがなされたあとで、対物レンズ１０７のフォーカスや倍率、励起光強度が微調整される。なお微調整部６０９において、励起光の偏光方向やカメラ１０９に関するパラメータが微調整されても良い。

【0033】

パラメータ調整部６１０には、視野調整部６１１、励起光照射位置調整部６１２、ワブリングボタン６１３が含まれる。視野調整部６１１では視野が調整される。すなわち視野調整部６１１での操作に応じて偏向器１１０が制御される。励起光照射位置調整部６１２では、励起光の照射位置が調整される。すなわち励起光照射位置調整部６１２での操作に応じて照射位置調整部１０４が制御される。ワブリングボタン６１３は、対物レンズの中心軸の位置を確認するときに押下されるボタンである。すなわちワブリングボタン６１３が押下されると、対物レンズのレンズ強度を連続的に変化させながら取得される光電子画像が光電子像表示部６０８に表示される。

【0034】

条件保存ボタン６１４は微調整部６０９やパラメータ調整部６１０で調整された条件を保存するとき押下されるボタンである。調整された条件は記憶部１１６に保存される。

【0035】

図５の説明に戻る。

【0036】

（Ｓ５０２）
制御部１１５は、試料に対してフォーカスが合うように、対物レンズのレンズ強度を調整する。

【0037】

（Ｓ５０３）
制御部１１５は、拡大レンズ１０８のレンズ強度を調整用倍率に設定する。調整用倍率は、観察条件として選択された励起光のビーム径に応じて設定されても良いし、最低倍率に設定されても良い。調整用倍率がビーム径に応じて設定される場合、例えば視野がビーム径の３倍になるような倍率に設定される。

【0038】

（Ｓ５０４）
制御部１１５は、励起光の照射位置が視野中心に合うように調整する。図７を用いて、Ｓ５０４にて実行される励起光の照射位置の調整処理の流れの一例について説明する。

【0039】

（Ｓ７０１）
制御部１１５は、光電子像を取得する。取得される光電子像は、例えば円形パターンが二次元配列された試料に対するものである。

【0040】

（Ｓ７０２）
制御部１１５は、Ｓ７０１にて取得された光電子像の輝度分布に基づいて、励起光の照射位置を算出する。

【0041】

図８を用いて、Ｓ７０２にて実行される励起光の照射位置の算出処理の一例について説明する。図８には光電子像の視野４０１の中の輝度分布８００が示され、輝度が高い領域は白色で、輝度が低い領域は黒色で表される。なお実際の光電子像には円形パターンが含まれるが、説明を簡略化するために図８では省略される。

【0042】

制御部１１５は、輝度分布８００を一方向に積算することによって輝度の一次元プロファイルを作成し、一次元プロファイルが最大となる位置を励起光の照射位置として算出する。例えば、輝度分布８００が縦方向及び横方向に積算されることにより、横方向プロファイル８０１及び縦方向プロファイル８０２が作成される。そして横方向プロファイル８０１及び縦方向プロファイル８０２のそれぞれが最大となる位置が励起光の照射位置として算出される。なお積算される方向は、縦方向や横方向に限定されず、斜め方向であっても良い。ただし、二つの方向は互いに直交することが望ましい。

【0043】

また一次元プロファイルを用いずに、輝度分布８００を二次元の正規分布関数などにフィッティングさせることによって、励起光の照射位置が算出されても良い。さらに一次元プロファイルや二次元の正規分布関数から励起光のビーム径が算出されても良い。例えば一次元プロファイルの半値幅がビーム径として算出される。

【0044】

視野４０１の中に励起光の照射位置が含まれてない場合、輝度分布８００から作成される一次元プロファイルでは、励起光の照射位置を求められない。そこで、励起光の照射位置を算出する代わりに、励起光の照射位置が存在する方向を求めるようにしても良い。

【0045】

図９Ａと図９Ｂを用いて、励起光の照射位置の存在方向を求める処理の一例について説明する。図９Ａには、視野４０１の中に明パターン４０２と暗パターン４０３が含まれる。制御部１１５は、視野４０１を複数の領域に分割し、分割された領域毎の輝度の総和を比較することによって、励起光の照射位置が存在する方向を求める。例えば、視野４０１は分割線９０１によって左上、右上、左下、右下の４つの領域に分割され、分割された領域毎に求められる輝度の総和が図９Ｂに例示されるように比較される。図９Ｂに例示される輝度の総和は、左下の領域が最大であり、右上の領域が最小であるので、左下方向が励起光の照射位置の存在方向として求められる。なお視野４０１の分割数は４に限定されず、９や１６であっても良い。また分割線９０１の方向は縦方向と横方向に限定されず、視野中心から放射状に設定されても良い。

【0046】

図７の説明に戻る。

【0047】

（Ｓ７０３）
制御部１１５は、Ｓ７０１にて算出された励起光の照射位置と視野中心との距離が許容値以下であるか否かを判定する。許容値以下であれば処理の流れは終了し、許容値以下でなければＳ７０４を介してＳ７０１へ処理が戻される。なお励起光の照射位置が視野の中に含まれてない場合も、Ｓ７０４を介してＳ７０１へ処理が戻される。許容値は、記憶部１１６から読み出されても良いし、図６に例示される調整画面の励起光条件選択部６０２で選択されるビーム径や許容誤差設定部６０５で設定される許容誤差に基づいて算出されても良い。例えばビーム径の半分が許容値として算出される。

【0048】

（Ｓ７０４）
制御部１１５は、Ｓ７０２にて算出された励起光の照射位置に基づいて照射位置調整部１０４を制御し、励起光の照射位置を視野中心に移動させる。なお励起光の照射位置が視野の中に含まれてない場合、Ｓ７０２において励起光の照射位置は算出されず、励起光の照射位置の存在方向が求められるに留まる。そこで求められた励起光の照射位置の存在方向に基づいて、照射位置調整部１０４が制御される。このときの移動距離には、例えば視野の一辺の長さが設定される。

【0049】

図７を用いて説明した励起光の照射位置の調整処理によって、励起光の照射位置は、視野中心から所定の距離の中に調整される。なお視野４０１の中で明パターン４０２と暗パターン４０３が区別できない場合、励起光の照射位置だけでなく、励起光の照射位置の存在方向も求められない。そこで、励起光の照射位置を移動させながら取得される光電子像に基づいて、励起光の照射位置が調整されても良い。

【0050】

図１０Ａ乃至図１０Ｅを用いて、励起光の照射位置の調整処理の他の例について説明する。図１０Ａ乃至図１０Ｅには、視野４０１の中に輝度が同じ程度の円形パターン１００１を複数有する光電子像が示される。なお輝度が高い円形パターン１００１は白色で、輝度が低い円形パターン１００１は黒色で表される。また図１０Ａが調整開始時の光電子像であり、図１０Ｂ乃至図１０Ｅは、図１０Ａのときの励起光の照射位置を左、上、右、下のそれぞれの方向へ移動させたときの光電子像である。なお、このときの移動距離は、予め定められた値であっても良いし、ビーム径に応じて設定されても良い。例えば、ビーム径の１/３が移動距離として設定される。

【0051】

制御部１１５は、励起光の照射位置を移動させながら取得される光電子像毎の輝度の総和を比較することによって、励起光の照射位置が存在する方向を求める。例えば図１０Ａ乃至図１０Ｅの光電子像毎の輝度の総和を比較すると、図１０Ｂが最大であり図１０Ｄが最小であるので、左方向が励起光の照射位置の存在方向として求められる。制御部１１５は、求められた存在方向に基づいて照射位置調整部１０４を制御し、励起光の照射位置を移動させる。このように、励起光の照射位置を移動させながら取得される光電子像毎の輝度の総和の比較と、比較結果に基づく励起光の照射位置の移動が繰り返されることにより、励起光の照射位置は、視野中心から所定の距離の中に調整される。

【0052】

図５の説明に戻る。

【0053】

（Ｓ５０５）
制御部１１５は、励起光のビーム径が許容範囲か否かを判定する。ビーム径が許容範囲であればＳ５０７へ処理が進められ、許容範囲でなければＳ５０６を介してＳ５０４へ処理が戻される。励起光のビーム径は、例えば図８に示される横方向プロファイル８０１や縦方向プロファイル８０２から算出される。許容範囲は、記憶部１１６から読み出されても良いし、図６に例示される調整画面の励起光条件選択部６０２で選択されるビーム径と許容誤差設定部６０５で設定される許容誤差に基づいて算出されても良い。

【0054】

（Ｓ５０６）
制御部１１５は、励起光源１０１や光路１０２を制御し、励起光のビーム径を調整する。

【0055】

（Ｓ５０７）
制御部１１５は、拡大レンズ１０８のレンズ強度を制御し、倍率を切り替える。倍率は、例えば図６に例示される調整画面の電子光学系条件選択部６０３で選択される倍率に切り替えられても良いし、最高倍率に切り替えられても良い。

【0056】

（Ｓ５０８）
制御部１１５は、励起光の照射位置が視野中心に合うように調整する。Ｓ５０８にて実行される励起光の照射位置の調整処理は、Ｓ５０４と同様に、図７に例示される処理の流れである。ただし、Ｓ７０３の許容値はより小さく設定される。

【0057】

（Ｓ５０９）
制御部１１５は、対物レンズ１０７のレンズ強度を制御して、異なるレンズ強度での光電子像を取得する。すなわちフォーカスされたレンズ強度のときの光電子像と、デフォーカスされたレンズ強度のときの光電子像との少なくとも２枚の光電子像が取得される。

【0058】

（Ｓ５１０）
制御部１１５は、対物レンズ１０７の中心軸と視野中心との距離が許容値以下であるか否かを判定する。許容値以下であればＳ５１４へ処理が進められ、許容値以下でなければＳ５１１へ処理が進められる。対物レンズ１０７の中心軸は、Ｓ５０９で取得される少なくとも２枚の光電子像が対比されることにより可視化される。許容値は、記憶部１１６から読み出されても良いし、図６に例示される調整画面の電子光学系条件選択部６０３で選択される倍率や許容誤差設定部６０５で設定される許容誤差に基づいて算出されても良い。

【0059】

（Ｓ５１１）
制御部１１５は、偏向器１１０を制御し、対物レンズ１０７の中心軸に合うように視野中心を調整する。なお視野の中に対物レンズ１０７の中心軸が含まれない場合は、Ｓ５０９で取得される少なくとも２枚の光電子像を対比することにより、対物レンズ１０７の中心軸の存在方向が求められる。制御部１１５は、求められた存在方向に基づいて偏向器１１０を制御し、視野中心を移動させる。このときの移動距離には、例えば視野の一辺の長さが設定される。

【0060】

（Ｓ５１２）
制御部１１５は、光電子像を取得する。

【0061】

（Ｓ５１３）
制御部１１５は、Ｓ５１２にて取得される光電子像の輝度が充分か否かを判定する。輝度が充分であればＳ５０９へ処理が戻され、異なるレンズ強度での光電子像が再取得される。輝度が充分でなければＳ５０８へ処理が戻され、励起光の照射位置の調整処理が実行される。なお輝度が充分か否かの判定には、予め定められた基準値が用いられる。基準値は記憶部１１６から読み出され、Ｓ５１２にて取得される光電子像の輝度の総和と比較される。

【0062】

（Ｓ５１４）
制御部１１５は、励起光の照射位置が視野中心に合うように調整する。Ｓ５１４にて実行される励起光の照射位置の調整処理は、Ｓ５０８と同様である。

【0063】

図５を用いて説明した処理の流れによって、対物レンズの中心軸から所定の距離の中に視野中心が調整され、さらに励起光の照射位置が視野中心から所定の距離の中に調整される。すなわち、励起光の照射位置と視野中心と対物レンズの中心軸の位置合わせがなされ、輝度と解像度が高い光電子像を撮影するための準備が完了する。なお励起光の照射位置と視野中心と対物レンズの中心軸の位置合わせは、光電子像に基づいて自動化されるので、撮影のための準備時間を短縮することができる。さらに励起光源及び光路から導かれる励起光の照射方向の変化が小さく、試料の高さが一定である場合、励起光の照射位置と視野中心との位置ずれが小さいため、図５のＳ５０３からＳ５０６までの処理が省略可能であり、準備時間をさらに短縮することができる。

【実施例0064】

実施例１では、励起光の照射位置と視野中心と対物レンズの中心軸の位置合わせが光電子像に基づいて自動化されることについて説明した。実施例２では、光電子像だけでなく試料の高さに基づいて位置合わせすることについて説明する。なお実施例２には、実施例１で説明した構成や機能の一部を適用できるので、同様の構成、機能については同じ符号を用いて説明を省略する。

【0065】

図１１を用いて実施例２の光電子顕微鏡の全体構成について説明する。なお図１１に示される光電子顕微鏡は、図１に対して高さセンサ１１００が追加されたものであるので、高さセンサ１１００以外の説明を省略する。

【0066】

高さセンサ１１００は、試料台１０６に載置される試料１０３の高さを測定する装置であり、例えばレーザ変位計で構成される。高さセンサ１１００は、例えば試料１０３の表面と対物レンズ１０７との距離を測定し、制御部１１５へ送信する。

【0067】

図１２を用いて、実施例２の処理の流れの一例について説明する。なお図５との差異はＳ５０２がＳ１２０２に置換される点であるので、Ｓ１２０２以外の説明を簡略化する。

【0068】

（Ｓ５０１）
制御部１１５は、実施例１と同様に、観察条件を取得する。

【0069】

（Ｓ１２０２）
制御部１１５は、高さセンサ１１００によって測定された試料の高さに基づいて、励起光の照射位置と対物レンズ１０７のレンズ強度を調整する。より具体的には、予め定められる基準高さと試料１０３の高さとのずれ量に応じて励起光の照射位置が調整され、試料１０３の表面と対物レンズ１０７との距離に応じてレンズ強度が調整される。試料１０３の表面と対物レンズ１０７との距離とレンズ強度との対応表は、記憶部１１６に予め格納される。

【0070】

図１３を用いて、試料１０３の高さ変化に伴う励起光の照射位置の変化について説明する。図１３には、試料１０３に照射される励起光１３０１と励起光１３０２が示される。試料１０３の表面が基準高さ１３００にあるときに対物レンズの中心軸１３０３に照射される励起光１３０１は、試料１０３の高さが変わると、対物レンズの中心軸１３０３から距離Ｄずれた位置に照射される。そこで制御部１１５は励起光の照射位置を距離Ｄ移動させることにより励起光１３０１を、対物レンズの中心軸１３０３に照射される励起光１３０２にする。なお距離Ｄは、試料１０３の高さのずれ量がＨ、励起光１３０１の入射角がθであるとき、次式によって求められる。なお入射角θは、光路１０２と照射位置調整部１０４、試料１０３の位置関係によって定められる。

【0071】

Ｄ＝Ｈ／ｔａｎθ … （式１）
すなわち制御部１１５は、高さセンサ１１００によって測定された試料の高さからずれ量Ｈを取得し、（式１）を用いて算出される距離Ｄに基づいて照射位置調整部１０４を制御する。
（Ｓ５０３）～（Ｓ５１４）
実施例1と同様に、励起光の照射位置と視野中心と対物レンズの中心軸の位置合わせがなされる。

【0072】

図１２を用いて説明した処理の流れによって、光電子像とともに試料の高さに基づいて、励起光の照射位置と視野中心と対物レンズの中心軸の位置合わせが自動化されるので、撮影のための準備時間を短縮することができる。なお光電子像だけでなく試料の高さに基づいて位置合わせがなされることにより、Ｓ５０３からＳ５０６までの処理を省略しても良く、準備時間をさらに短縮することができる。