特許 7593899 走査電子顕微鏡

(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】

(24)【登録日】2024-11-25

(45)【発行日】2024-12-03

(54)【発明の名称】走査電子顕微鏡

(51)【国際特許分類】

   H01J 37/22 20060101AFI20241126BHJP

   H01J 37/28 20060101ALI20241126BHJP

   H01J 37/09 20060101ALI20241126BHJP

【ＦＩ】

H01J37/22 502H

H01J37/28 B

H01J37/09 A

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2021132241

(22)【出願日】2021-08-16

(65)【公開番号】P2023026842

(43)【公開日】2023-03-01

【審査請求日】2024-02-19

(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

(74)【代理人】

【識別番号】100161540

【弁理士】

【氏名又は名称】吉田 良伸

(72)【発明者】

【氏名】糸瀬 悟

(72)【発明者】

【氏名】小林 剛之

(72)【発明者】

【氏名】岩尾 聡一郎

(72)【発明者】

【氏名】馬場 晴基

(72)【発明者】

【氏名】千葉 悠希

(72)【発明者】

【氏名】新美 大伸

【審査官】藤本 加代子

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１９－１０９９６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－０９５４５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－０２５８９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－２３４７５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０３－０６７４４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－０１６００２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－２３３０５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－１８１６２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１０／０３２０３８５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許第０６１６６３８０（ＵＳ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１２／０２８６１６０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０２１／０１２５８０６（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｊ ３７／００－３７／３６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電子線を放出する電子銃と、
前記電子線の一部を通過させる絞り孔を有する絞りと、
前記電子線を集束して電子プローブを形成するレンズと、
前記電子プローブで試料を走査することによって前記試料から放出された電子を検出する検出器と、
前記検出器で前記電子を検出することによって得られた走査電子顕微鏡像を取得し、前記走査電子顕微鏡像に基づいて前記電子プローブの径の推定値を求める処理部と、
を含み、
前記処理部は、
前記走査電子顕微鏡像に基づいて非点収差量を求め、
前記推定値が所定範囲外か否かを判定し、
前記推定値が前記所定範囲外と判定した場合に前記非点収差量が所定値以下か否かを判定し、
前記非点収差量が前記所定値以下と判定した場合に、前記絞りを加熱し、
前記非点収差量が前記所定値以下ではないと判定した場合に、前記絞りの交換を通知する、走査電子顕微鏡。

【請求項2】

請求項１において、
前記処理部は、前記走査電子顕微鏡像に基づいてコントラスト伝達関数を求め、前記コントラスト伝達関数に基づいて前記推定値を求める、走査電子顕微鏡。

【請求項3】

請求項１において、
前記処理部は、前記走査電子顕微鏡像に基づいて像シャープネスを求め、前記像シャープネスに基づいて前記推定値を求める、走査電子顕微鏡。

【請求項4】

請求項１ないし３のいずれか１項において、
前記絞りは、前記絞り孔と同じ絞り径を有する基準絞り孔を有し、
前記処理部は、
前記絞りを用いて得られた第１走査電子顕微鏡像に基づいて、第１推定値を求め、
前記基準絞り孔を用いて得られた第２走査電子顕微鏡像に基づいて、第２推定値を求め、
前記第１推定値と前記第２推定値を比較する、走査電子顕微鏡。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、走査電子顕微鏡に関する。

【背景技術】

【0002】

走査電子顕微鏡は、電子線の一部を通過させる絞りを有しており、絞りによって不要な電子線をカットできる。

【0003】

走査電子顕微鏡を長時間使用すると、絞り孔の縁にハイドロカーボンなどの汚れが付着してしまう場合がある。絞りの縁に汚れが付着すると、プローブ電流が減少し、ＳＥＭ像のコントラストが小さくなってしまう。そのため、定期的に絞りをクリーニングしたり、絞りを交換したりする必要があった。

【0004】

例えば、特許文献１には、ＳＥＭ像の画質の良否、真空度の良否、電子線の軸ずれの有無、ならびに、非点の大小から、絞り孔の汚染をチェックし、絞りのクリーニング時期を自動で判断できる走査電子顕微鏡が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開平６－３２５７１４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、特許文献１では、絞りの汚染をチェックするために、ＳＥＭ像の画質の良否、真空度の良否、電子線の軸ずれの有無、ならびに、非点の大小を判断しなければならない。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明に係る走査電子顕微鏡の一態様は、
電子線を放出する電子銃と、
前記電子線の一部を通過させる絞り孔を有する絞りと、
前記電子線を集束して電子プローブを形成するレンズと、
前記電子プローブで試料を走査することによって前記試料から放出された電子を検出する検出器と、
前記検出器で前記電子を検出することによって得られた走査電子顕微鏡像を取得し、前記走査電子顕微鏡像に基づいて前記電子プローブの径の推定値を求める処理部と、
を含み、
前記処理部は、
前記走査電子顕微鏡像に基づいて非点収差量を求め、
前記推定値が所定範囲外か否かを判定し、
前記推定値が前記所定範囲外と判定した場合に前記非点収差量が所定値以下か否かを判定し、
前記非点収差量が前記所定値以下と判定した場合に、前記絞りを加熱し、
前記非点収差量が前記所定値以下ではないと判定した場合に、前記絞りの交換を通知する。

【0008】

このような走査電子顕微鏡では、処理部が走査電子顕微鏡像に基づいて電子プローブの径の推定値を求める。当該推定値は、絞り孔の径に応じた値をとるため、当該推定値から絞りの汚れの程度を判断できる。したがって、このような走査電子顕微鏡では、絞りのクリーニングのタイミングや絞りの交換のタイミングを容易に判定できる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】第１実施形態に係る走査電子顕微鏡の構成を示す図。

【図2】第１実施形態に係る走査電子顕微鏡の処理部の処理の一例を示すフローチャート。

【図3】第２実施形態に係る走査電子顕微鏡の構成を示す図。

【図4】第２実施形態に係る走査電子顕微鏡の処理部の処理の一例を示すフローチャート。

【図5】第３実施形態に係る走査電子顕微鏡の処理部の処理の一例を示すフローチャート。

【図6】第４実施形態に係る走査電子顕微鏡の構成を示す図。

【図7】第４実施形態に係る走査電子顕微鏡の処理部の処理の一例を示すフローチャート。

【発明を実施するための形態】

【0010】

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。

【0011】

１． 第１実施形態
１．１． 走査電子顕微鏡
まず、第１実施形態に係る走査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、第１実施形態に係る走査電子顕微鏡１００の構成を示す図である。

【0012】

走査電子顕微鏡１００は、電子プローブＥＰで試料Ｓを走査して走査電子顕微鏡像（ＳＥＭ像）を取得する。走査電子顕微鏡１００では、走査像として、二次電子像、および反射電子像を取得できる。

【0013】

走査電子顕微鏡１００は、図１に示すように、電子銃１０と、コンデンサーレンズ２０と、絞り３０（対物レンズ絞り）と、走査コイル４０と、対物レンズ５０と、試料ステージ６０と、二次電子検出器７０と、反射電子検出器７２と、処理部８０と、表示部８２と、記憶部８４と、を含む。

【0014】

電子銃１０は、電子線を放出する。電子銃１０は、例えば、陰極から放出された電子を陽極で加速し電子線を放出する。

【0015】

コンデンサーレンズ２０および対物レンズ５０は、電子銃１０から放出された電子線を集束させて電子プローブＥＰを形成する。コンデンサーレンズ２０によって、電子プローブＥＰの径およびプローブ電流を制御できる。

【0016】

絞り３０は、コンデンサーレンズ２０の後方に配置されている。絞り３０は、電子線の経路に配置されている。

【0017】

絞り３０は、絞り孔３２を有する絞り板３４を含む。絞り板３４には、電子線が通過する絞り孔３２が形成されている。電子銃１０から放出された電子線の一部が、絞り孔３２を通過する。絞り３０は、対物レンズ５０に入射する電子線を制限する。例えば、絞り３０は、対物レンズ５０に入射する電子線のうち、対物レンズ５０の光軸近傍の電子線だけを通して、それ以外の電子線を遮蔽する。

【0018】

走査コイル４０は、電子プローブＥＰを二次元的に偏向させる。走査コイル４０で電子プローブＥＰを二次元的に偏向させることによって、電子プローブＥＰで試料Ｓを走査できる。

【0019】

試料ステージ６０には、試料Ｓが載置される。試料ステージ６０は、試料Ｓを保持することができる。試料ステージ６０は、試料Ｓを移動させるための移動機構を有している。

【0020】

二次電子検出器７０は、電子線が試料Ｓに照射されることによって試料Ｓから放出された二次電子を検出する。電子プローブＥＰで試料Ｓを走査し、試料Ｓから放出された二次電子を二次電子検出器７０で検出することで、二次電子像を得ることができる。

【0021】

反射電子検出器７２は、電子線が試料Ｓに照射されることによって試料Ｓから放出された反射電子を検出する。電子プローブＥＰで試料Ｓを走査し、試料Ｓから放出された反射電子を反射電子検出器７２で検出することで、反射電子像を得ることができる。反射電子像では、原子番号に応じたコントラストがつく。

【0022】

なお、走査電子顕微鏡１００は、図示はしないが、電子線が試料Ｓに照射されることによって試料Ｓから放出されたＸ線を検出するＸ線検出器を備えていてもよい。走査電子顕微鏡１００は、Ｘ線検出器として、エネルギー分散型Ｘ線検出器や波長分散型Ｘ線検出器を備えていてもよい。電子プローブＥＰで試料Ｓを走査し、試料Ｓから放出された特性Ｘ線をＸ線検出器で検出することで、元素マップを得ることができる。

【0023】

表示部８２は、処理部８０によって生成された画像を表示する。また、表示部８２には、ＳＥＭ像が表示される。表示部８２の機能は、ＬＣＤ（liquid crystal display）、入力機器としても機能するタッチパネルなどにより実現できる。

【0024】

記憶部８４は、処理部８０で各種処理を行うためのプログラムや各種データを記憶している。また、記憶部８４は、処理部８０のワーク領域としても機能する。記憶部８４の機能は、ハードディスク、およびＲＡＭ（Random Access Memory）などにより実現できる。

【0025】

処理部８０は、走査電子顕微鏡１００で撮影されたＳＥＭ像を取得し、ＳＥＭ像に基づいて電子プローブＥＰの径の推定値を求める。また、処理部８０は、電子プローブＥＰの径の推定値が所定範囲外か否かを判定し、当該推定値が所定範囲外と判定した場合には、ユーザーに絞り３０の交換を通知する。

【0026】

処理部８０の機能は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などの各種プロセッサでプログラムを実行することにより実現できる。

【0027】

１．２． 処理
１．２．１． 絞りの状態の評価
走査電子顕微鏡１００では、長時間の使用により絞り板３４にハイドロカーボンなどが付着し、ＳＥＭ像のコントラストが低下したり、ＳＥＭ像がぼけたりしてしまう。

【0028】

走査電子顕微鏡１００では、処理部８０が電子プローブＥＰの径の推定値を求め、当該推定値から絞り３０の絞り孔３２の径を推定し、絞り３０の交換が必要か否かを判定する。

【0029】

図２は、走査電子顕微鏡１００の処理部８０の処理の一例を示すフローチャートである。

【0030】

まず、処理部８０は、ユーザーが絞り３０の状態を評価する処理を開始する指示（開始指示）を行ったか否かを判定する（Ｓ１００）。

【0031】

例えば、ユーザーが処理部８０に対して処理を開始する指示を入力した場合に処理部８
０は開始指示が行われたと判定する。なお、あらかじめ処理を開始する時間や時間間隔が設定されており、処理部８０は、あらかじめ設定された時間や、設定された時間間隔で処理を開始してもよい。

【0032】

処理部８０は、開始指示があったと判定した場合（Ｓ１００のＹｅｓ）、設定された観察条件で撮影されたＳＥＭ像を取得する（Ｓ１０２）。例えば、記憶部８４には、あらかじめ、観察倍率、加速電圧などの条件を含む観察条件が記憶されている。処理部８０は、記憶部８４からこの観察条件を読みだして、当該観察条件に基づいてコンデンサーレンズ２０、走査コイル４０、対物レンズ５０を含む光学系を制御しＳＥＭ像を撮影する。

【0033】

処理部８０は、取得したＳＥＭ像に基づいて電子プローブＥＰの径の推定値ＮＰを求める（Ｓ１０４）。処理部８０は、例えば、ＳＥＭ像からコントラスト伝達関数を求め、当該コントラスト伝達関数に基づいて推定値ＮＰを求める。

【0034】

具体的には、まず、ＳＥＭ像を二次元フーリエ変換し、二次元フーリエ変換画像を得る。次に、二次元フーリエ変換画像を周方向に平均化する。これにより、一次元のスペクトルが得られる。この一次元のスペクトルの強度が、最大強度の１０％となる半径方向の値（ＣＴＦ（Contrast Transfer Function）値）を求める。なお、ここでは、スペクトルの強度が最大強度の１０％となるＣＴＦ値を求めたが、最大強度の何％の値をＣＴＦ値とするかは任意に設定可能である。その後、求めたＣＴＦ値を最大値で規格化し、電子プローブＥＰの径の推定値ＮＰとする。

【0035】

次に、処理部８０は、求めた推定値ＮＰが設定された範囲外か否かを判定する（Ｓ１０６）。

【0036】

設定された範囲は、例えば、上限値をＡとし、下限値をＢとする。上限値Ａおよび下限値Ｂの決定方法は、後述する「１．２．２． 上限値Ａと下限値Ｂの決定方法」で説明する。

【0037】

処理部８０は、推定値ＮＰが設定された範囲外であると判定した場合（Ｓ１０６のＹｅｓ）、すなわち、ＮＰ＜Ｂ，ＮＰ＞Ａを満たすと判定した場合、絞り３０の交換を通知する（Ｓ１０８）。

【0038】

処理部８０は、例えば、表示部８２に絞り３０を交換すべき旨を示すメッセージを表示させる。なお、通知は、ブザーなどの音による通知であってもよいし、ランプの点灯などによる視覚的な通知であってもよい。

【0039】

処理部８０は、推定値ＮＰが設定された範囲外ではないと判定した場合（Ｓ１０６のＮｏ）、すなわち、ＮＰ＜Ｂ，ＮＰ＞Ａを満たさないと判定した場合、ユーザーに絞り３０の使用が可能である旨を通知する（Ｓ１１０）。

【0040】

処理部８０は、例えば、表示部８２に絞り３０をそのまま使用可能である旨を示すメッセージを表示させる。なお、処理部８０は、推定値ＮＰが設定された範囲外ではないと判定した場合には通知を行わなくてもよい。

【0041】

処理部８０は、ユーザーに通知した後、処理を終了する。

【0042】

１．２．２． 上限値Ａと下限値Ｂの決定方法
まず、絞り孔の径が異なる絞りを複数準備する。例えば、孔径がＸ１μｍの絞り３０Ａ、孔径がＸ２μｍの絞り３０Ｂ、孔径がＸ３μｍの絞り３０Ｃ、および孔径がＸ４μｍの
絞り３０Ｄを準備する。

【0043】

次に、各絞りを用いて得られたＳＥＭ像を取得する。すなわち、絞り３０Ａを用いて得られたＳＥＭ像、絞り３０Ｂを用いて得られたＳＥＭ像、絞り３０Ｃを用いて得られたＳＥＭ像、および絞り３０Ｄを用いて得られたＳＥＭ像を取得する。

【0044】

次に、各ＳＥＭ像に基づいて推定値ＮＰ（ＣＴＦ値）を求める。推定値ＮＰは、上述した処理Ｓ１０４と同様に求めることができる。これにより、絞り３０Ａを用いたときの推定値ＮＰ＝Ｃ１、絞り３０Ｂを用いたときの推定値ＮＰ＝Ｃ２、絞り３０Ｃを用いたときの推定値ＮＰ＝Ｃ３、および絞り３０Ｄを用いたときの推定値ＮＰ＝Ｃ４を求める。

【0045】

このようにして得られた実験による推定値ＮＰ＝Ｃ１、推定値ＮＰ＝Ｃ２、推定値ＮＰ＝Ｃ３、推定値ＮＰ＝Ｃ４に対して外挿を行い、絞り孔３２の径が下限値をとるときの推定値Ａ１、絞り３０の絞り孔３２の径が上限値をとるときの推定値Ｂ１を求める。そして、推定値Ａ１、推定値Ｂ１を規格化して、上限値Ａおよび下限値Ｂを求める。

【0046】

なお、上記の実験により求めた上限値Ａおよび下限値Ｂが適切な値か否かを確認するために、計算（シミュレーション）により上限値Ａおよび下限値Ｂを求めて、上記の実験で求めた上限値Ａおよび下限値Ｂと比較してもよい。

【0047】

具体的には、まず、孔径がＸ１μｍの絞り３０Ａを用いた場合の電子プローブＥＰの径の大きさを計算し、プローブ径の計算値Ｄ１を求める。同様に、孔径がＸ２μｍの絞り３０Ｂを用いた場合の電子プローブＥＰの径の計算値Ｄ２、孔径がＸ３μｍの絞り３０Ｃを用いた場合の電子プローブＥＰの径の計算値Ｄ３、および孔径がＸ４μｍの絞り３０Ｄを用いた場合の電子プローブＥＰの径の計算値Ｄ４を計算する。このようにして計算された電子プローブＥＰの径の計算値Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４が、実験値である推定値ＮＰ＝Ｃ１、推定値ＮＰ＝Ｃ２、推定値ＮＰ＝Ｃ３、推定値ＮＰ＝Ｃ４と同様の傾向を示しているかを確認する。

【0048】

これにより、上限値Ａおよび下限値Ｂが適切な値か否かを判断できる。

【0049】

１．３． 効果
走査電子顕微鏡１００では、処理部８０は、検出器で電子を検出することによって得られたＳＥＭ像を取得し、ＳＥＭ像に基づいて推定値ＮＰを求める。ここで、推定値ＮＰは、絞り３０の絞り孔３２の径に応じた値をとる。ここでは、推定値ＮＰはＣＴＦ値であり、ＣＴＦ値は絞り孔３２の径が大きくなるほど大きな値をとる。そのため、推定値ＮＰから絞り３０の汚れの程度を判断できる。したがって、走査電子顕微鏡１００では、絞り３０の交換のタイミングを容易に判定できる。

【0050】

なお、上記では、絞り孔３２の径が汚れによって許容範囲から外れた場合に絞り３０の交換を通知したが、絞り孔３２の径が製造誤差などによって許容範囲から外れていた場合でも、同様の処理を行うことによって、絞り３０の交換を通知できる。

【0051】

走査電子顕微鏡１００では、処理部８０は、推定値ＮＰが所定範囲外か否かを判定し、推定値ＮＰが所定範囲外と判定した場合に、絞り３０の交換を通知する。そのため、走査電子顕微鏡１００では、ユーザーは容易に絞り３０の交換のタイミングを知ることができる。

【0052】

２． 第２実施形態
２．１． 走査電子顕微鏡
次に、第２実施形態に係る走査電子顕微鏡について図面を参照しながら説明する。図３は、第２実施形態に係る走査電子顕微鏡２００の構成を示す図である。以下、第２実施形態に係る走査電子顕微鏡２００において、上述した第１実施形態に係る走査電子顕微鏡１００の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。

【0053】

走査電子顕微鏡２００は、図３に示すように、絞り３０を加熱するための加熱装置２０２を含む。加熱装置２０２は、例えば、ヒーターを含み、ヒーターで絞り板３４を加熱する。また、加熱装置２０２は、絞り板３４に電流を流して絞り板３４を加熱させてもよい。加熱装置２０２で絞り３０（絞り板３４）を加熱することによって、絞り板３４に付着したハイドロカーボンなどの汚れを除去できる。

【0054】

２．２． 処理
図４は、走査電子顕微鏡２００の処理部８０の処理の一例を示すフローチャートである。なお、図４では、図２に示す処理と同様の処理については同じ符号を付している。

【0055】

図４に示すように、走査電子顕微鏡２００では、図２に示す絞り３０の交換を通知する処理Ｓ１０８にかえて、絞り３０を加熱する処理Ｓ１０９を行う点で、図２に示す絞り３０の処理と異なる。以下、図４に示す絞り３０の状態を評価する処理において、図２に示す処理と異なる点について説明し、同様の処理についてはその説明を省略する。

【0056】

処理部８０は、推定値ＮＰが設定された範囲外であると判定した場合（Ｓ１０６のＹｅｓ）、加熱装置２０２に絞り３０を加熱させる（Ｓ１０９）。例えば、処理部８０は、あらかじめ設定された時間だけ加熱装置２０２に絞り３０を加熱させる。これにより、絞り３０に付着した汚れを除去できる。

【0057】

処理部８０は、加熱装置２０２に絞り３０を加熱させた後、処理を終了する。

【0058】

２．３． 効果
走査電子顕微鏡２００では、推定値ＮＰが所定範囲外か否かを判定し、推定値ＮＰが所定範囲外と判定した場合に、加熱装置２０２に絞り３０を加熱させる。これにより、絞り３０に付着した汚れを除去できる。

【0059】

３． 第３実施形態
３．１． 走査電子顕微鏡
第３実施形態に係る走査電子顕微鏡の構成は、図３に示す第２実施形態に係る走査電子顕微鏡２００の構成と同様であり、その説明を省略する。

【0060】

３．２． 処理
第３実施形態に係る走査電子顕微鏡では、処理部８０は、ＳＥＭ像に基づいて推定値ＮＰおよび光学系（対物レンズ５０）の非点収差量を求め、推定値ＮＰおよび非点収差量に基づいて絞り３０の状態を評価する。

【0061】

図５は、第３実施形態に係る走査電子顕微鏡の処理部８０の処理の一例を示すフローチャートである。

【0062】

まず、処理部８０は、ユーザーが開始指示を行ったか否かを判定する（Ｓ３００）。処理部８０は、開始指示があったと判定した場合（Ｓ３００のＹｅｓ）、設定された観察条件でＳＥＭ像を撮影し、ＳＥＭ像を取得する（Ｓ３０２）。

【0063】

次に、処理部８０は、取得したＳＥＭ像に基づいて電子プローブＥＰの径の推定値ＮＰを求める（Ｓ３０４）。

【0064】

次に、処理部８０は、取得したＳＥＭ像に基づいて非点収差量Ｃを求める（Ｓ３０６）。非点収差量Ｃは、非点収差の大きさを表す量である。

【0065】

次に、処理部８０は、求めた推定値ＮＰが設定された範囲外か否かを判定する（Ｓ３０８）。

【0066】

処理部８０は、推定値ＮＰが設定された範囲外であると判定した場合（Ｓ３０８のＹｅｓ）、非点収差量Ｃが設定された所定値以下か否かを判定する（Ｓ３１０）。

【0067】

例えば、所定値として、許容できる非点収差量Ｃの上限値を設定する。所定値は、任意に変更可能である。

【0068】

処理部８０は、非点収差量Ｃが所定値以下と判定した場合（Ｓ３１０のＹｅｓ）、加熱装置２０２に絞り３０を加熱させる（Ｓ３１２）。これにより、絞り３０に付着した汚れを除去できる。

【0069】

処理部８０は、加熱装置２０２に絞り３０を加熱させた後、処理を終了する。

【0070】

処理部８０は、非点収差量Ｃが所定値以下ではないと判定した場合（Ｓ３１０のＮｏ）、絞り３０の交換を通知する（Ｓ３１４）。

【0071】

処理部８０は、推定値ＮＰが範囲外ではないと判定した場合（Ｓ３０８のＮｏ）、ユーザーに絞り３０の使用が可能である旨を通知する（Ｓ３１６）。処理部８０は、ユーザーに通知した後、処理を終了する。

【0072】

３．３． 効果
第３実施形態に係る走査電子顕微鏡では、処理部８０は、ＳＥＭ像に基づいて非点収差量Ｃを求め、推定値ＮＰが所定範囲外か否かを判定し、推定値ＮＰが所定範囲外と判定した場合に非点収差量Ｃが所定値以下か否かを判定し、非点収差量Ｃが所定値以下と判定した場合に絞り３０を加熱し、非点収差量Ｃが所定値以下ではないと判定した場合に、絞り３０の交換を通知する。

【0073】

ここで、推定値ＮＰが所定範囲外であって、非点収差量Ｃが所定値以下の場合、絞り３０の汚れが多くないと判断できる。したがって、絞り３０を加熱して絞り３０の汚れの除去を行う。また、推定値ＮＰが所定範囲外であって非点収差量Ｃが所定値以下ではない場合、すなわち、推定値ＮＰが所定範囲外であって非点収差量Ｃが大きい場合、絞り３０の交換を行う。このように、推定値ＮＰと非点収差量Ｃによって、絞り３０の状態を正確に評価できる。

【0074】

４． 第４実施形態
４．１． 走査電子顕微鏡
次に、第４実施形態に係る走査電子顕微鏡について図面を参照しながら説明する。図６は、第４実施形態に係る走査電子顕微鏡３００の構成を示す図である。以下、第４実施形態に係る走査電子顕微鏡３００において、上述した第２実施形態に係る走査電子顕微鏡２００の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。

【0075】

走査電子顕微鏡３００では、絞り３０は、絞り孔３２と基準絞り孔３３とを有している。すなわち、絞り板３４には、絞り孔３２と、基準絞り孔３３と、が形成されている。

【0076】

基準絞り孔３３は、絞り孔３２と同じ絞り径を有する。すなわち、基準絞り孔３３の直径と絞り孔３２の直径は等しい。基準絞り孔３３は、後述するように絞り孔３２の状態を評価するため基準となる。

【0077】

絞り３０は、可動絞りであり、絞り孔３２と基準絞り孔３３を切り替えて使用できる。走査電子顕微鏡３００は、図示はしないが、絞り３０を移動させるための移動機構を備えており、処理部８０が当該移動機構を制御することで、絞り孔３２を光軸上に配置した状態と、基準絞り孔３３を光軸上に配置した状態を切り替えることができる。図６に示す例では、絞り孔３２が光軸上に配置されている。なお、手動で絞り孔３２を光軸上に配置した状態と、基準絞り孔３３を光軸上に配置した状態を切り替えることもできる。

【0078】

４．２． 処理
走査電子顕微鏡３００では、絞り孔３２を用いて得られたＳＥＭ像に基づいて推定値（以下、第１推定値ＮＰ１ともいう）を求め、基準絞り孔３３を用いて得られたＳＥＭ像に基づいて推定値（以下、第２推定値ＮＰ２ともいう）を求め、第１推定値ＮＰ１と第２推定値ＮＰ２を比較する。第１推定値ＮＰ１と第２推定値ＮＰ２を比較することによって、絞り３０の状態を評価できる。

【0079】

図７は、第４実施形態に係る走査電子顕微鏡の処理部８０の処理の一例を示すフローチャートである。

【0080】

まず、処理部８０は、ユーザーが開始指示を行ったか否かを判定する（Ｓ４００）。処理部８０は、開始指示があったと判定した場合（Ｓ４００のＹｅｓ）、絞り孔３２を光軸上に配置する（Ｓ４０２）。これにより、絞り孔３２を通過した電子線が試料Ｓに照射される。

【0081】

処理部８０は、絞り孔３２が光軸上に配置された状態で、ＳＥＭ像（以下「第１ＳＥＭ像」ともいう）を撮影し、第１ＳＥＭ像を取得する（Ｓ４０４）。処理部８０は、取得した第１ＳＥＭ像に基づいて電子プローブＥＰの径の第１推定値ＮＰ１を求める（Ｓ４０６）。

【0082】

次に、処理部８０は、基準絞り孔３３を光軸上に配置する（Ｓ４０８）。処理部８０は、基準絞り孔３３が光軸上に配置された状態で、ＳＥＭ像（以下、「第２ＳＥＭ像」ともいう）を撮影し、第２ＳＥＭ像を取得する（Ｓ４１０）。処理部８０は、取得した第２ＳＥＭ像に基づいて電子プローブＥＰの径の第２推定値ＮＰ２を求める（Ｓ４１２）。

【0083】

次に、処理部８０は、求めた第１推定値ＮＰ１と第２推定値ＮＰ２とを比較する。具体的には、処理部８０は、第１推定値ＮＰ１が第２推定値ＮＰ２よりも大きいか否かを判定する（Ｓ４１４）。すなわち、ＮＰ２＜ＮＰ１を満たすか否かを判定する。

【0084】

なお、ここでは、ＮＰ２＜ＮＰ１を満たすか否かを判定することで第１推定値ＮＰ１と第２推定値ＮＰ２とを比較したが、その他の方法で、第１推定値ＮＰ１と第２推定値ＮＰ２とを比較してもよい。

【0085】

処理部８０は、第１推定値ＮＰ１が第２推定値ＮＰ２よりも大きいと判定した場合（Ｓ４１４のＹｅｓ）、第１ＳＥＭ像に基づいて非点収差量Ｃを求める（Ｓ４１６）。

【0086】

処理部８０は、第１推定値ＮＰ１が設定された範囲外か否かを判定する（Ｓ４１８）。

【0087】

処理部８０は、第１推定値ＮＰ１が設定された範囲外であると判定した場合（Ｓ４１８のＹｅｓ）、非点収差量Ｃが設定された所定値以下か否かを判定する（Ｓ４２０）。

【0088】

処理部８０は、非点収差量Ｃが所定値以下と判定した場合（Ｓ４２０のＹｅｓ）、加熱装置２０２に絞り３０を加熱させる（Ｓ４２２）。これにより、絞り３０に付着した汚れを除去できる。

【0089】

処理部８０は、加熱装置２０２に絞り３０を加熱させた後、処理を終了する。

【0090】

処理部８０は、非点収差量Ｃが所定値以下ではないと判定した場合（Ｓ４２０のＮｏ）、絞り３０の交換を通知する（Ｓ４２４）。そして、処理部８０は処理を終了する。

【0091】

処理部８０は、第１推定値ＮＰ１が第２推定値ＮＰ２よりも大きくないと判定した場合（Ｓ４１４のＮｏ）、または第１推定値ＮＰ１が範囲外ではないと判定した場合（Ｓ４１８のＮｏ）、ユーザーに絞り３０の使用が可能である旨を通知する（Ｓ４２６）。処理部８０は、ユーザーに通知した後、処理を終了する。

【0092】

４．３． 効果
走査電子顕微鏡３００では、絞り３０は、絞り孔３２と同じ絞り径を有する基準絞り孔３３を有し、処理部８０は、絞り３０を用いて得られた第１ＳＥＭ像に基づいて、第１推定値ＮＰ１を求め、基準絞り孔３３を用いて得られた第２ＳＥＭ像に基づいて、第２推定値ＮＰ２を求め、第１推定値ＮＰ１と第２推定値ＮＰ２を比較することで、絞り３０の状態を評価する。そのため、走査電子顕微鏡３００では、絞り３０の状態を容易に正確に評価できる。

【0093】

５． 変形例
なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。

【0094】

５．１． 第１変形例
上述した第１実施形態では、電子プローブＥＰの径の推定値ＮＰを、コントラスト伝達関数に基づいて求めたが、推定値ＮＰはこれに限定されない。例えば、推定値ＮＰを、像シャープネスに基づいて求めてもよい。

【0095】

像シャープネスは、ＳＥＭ像のぼけを評価する指標のひとつである。像シャープネスは、ＦＴ（Fourier Transform）法や、ＤＲ（Ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅ）法などにより求めることができる。ＦＴ法は、ＳＥＭ像のフーリエ変換から像シャープネスを評価する手法である。ＤＲ法は粒子エッジ部の画像の明るさの変化から像シャープネスを評価する手法である。ＤＲ法では、ＳＥＭ像のエッジ部分を横切るラインプロファイルを抽出して誤差関数をフィッテングし、当該誤差関数から像シャープネスを求める。

【0096】

像シャープネスは、ＣＴＦ値と同様に、絞り３０の絞り孔３２の径に応じて変化する。そのため、像シャープネスを用いた場合でも、ＣＴＦ値を用いたときと同様の手法で、絞り３０の状態を評価できる。

【0097】

なお、上述した第２実施形態、第３実施形態、および第４実施形態についても同様であり、ＣＴＦ値のかわりに像シャープネスに基づいて推定値ＮＰを求めてもよい。

【0098】

５．２． 第２変形例
上述した第１実施形態に係る走査電子顕微鏡１００は、外乱磁場の変動を低減するための外乱磁場キャンセル装置を備えていてもよい。外乱磁場キャンセル装置は、外乱磁場変動を磁気センサで検出し、コントローラーで最適な補正磁場を計算後、計算結果をキャンセラーコイルに出力させ、磁気センサ付近の磁場変動を低減する。外乱磁場の変動を低減することで、ＳＥＭ像のノイズを低減でき、正確に絞り３０の状態を評価できる。

【0099】

また、上述した図１に示す走査電子顕微鏡１００は、床振動を低減する除振器を備えていてもよい。床振動を低減することで、ＳＥＭ像のノイズを低減でき、正確に絞り３０の状態を評価できる。

【0100】

なお、第２実施形態に係る走査電子顕微鏡、第３実施形態に係る走査電子顕微鏡、および第４実施形態に係る走査電子顕微鏡についても同様であり、外乱磁場キャンセル装置や除振器を備えていてもよい。

【0101】

また、上述した実施形態及び変形例は一例であって、これらに限定されるわけではない。例えば各実施形態及び各変形例は、適宜組み合わせることが可能である。

【0102】

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、さらに種々の変形が可能である。例えば、本発明は、実施形態で説明した構成と実質的に同一の構成を含む。実質的に同一の構成とは、例えば、機能、方法、及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である。また、本発明は、実施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】

【0103】

１０…電子銃、２０…コンデンサーレンズ、３０…絞り、３０Ａ…絞り、３０Ｂ…絞り、３０Ｃ…絞り、３０Ｄ…絞り、３２…絞り孔、３３…基準絞り孔、３４…絞り板、４０…走査コイル、５０…対物レンズ、６０…試料ステージ、７０…二次電子検出器、７２…反射電子検出器、８０…処理部、８２…表示部、８４…記憶部、１００…走査電子顕微鏡、２００…走査電子顕微鏡、２０２…加熱装置、３００…走査電子顕微鏡

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】