JP2004355822A - 荷電粒子ビーム装置における収差補正方法および荷電粒子ビーム装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】操作性良く、また、高い精度で色収差の補正を行なうことができる荷電粒子ビーム装置の収差補正方法および荷電粒子ビーム装置を実現する。
【解決手段】試料の２次元走査中の各１ラインを加速電圧△Ｅ＋Ｅ１，△Ｅ，△Ｅ＋Ｅ２（＝−Ｅ１）で３回繰り返しライン走査し、この走査に基づく３種の像をディスプレイ４３に表示する。ディスプレイ４３の画面は横方向に３分割され、３つの画像表示領域に各ライン走査に基づく像を表示する。その後、それぞれの画像について像をフォーカスさせる。まず、ディスプレイ４３の画像の左側の像をフォーカスさせる。その時、ディスプレイ画像Ｓの右側の像も同様にフォーカスされるように収差補正器Ｃの電源３８を調整し、各多極子の調整を行う。このような調整により色収差の補正を行う。
【選択図】 図５
【解決手段】試料の２次元走査中の各１ラインを加速電圧△Ｅ＋Ｅ１，△Ｅ，△Ｅ＋Ｅ２（＝−Ｅ１）で３回繰り返しライン走査し、この走査に基づく３種の像をディスプレイ４３に表示する。ディスプレイ４３の画面は横方向に３分割され、３つの画像表示領域に各ライン走査に基づく像を表示する。その後、それぞれの画像について像をフォーカスさせる。まず、ディスプレイ４３の画像の左側の像をフォーカスさせる。その時、ディスプレイ画像Ｓの右側の像も同様にフォーカスされるように収差補正器Ｃの電源３８を調整し、各多極子の調整を行う。このような調整により色収差の補正を行う。
【選択図】 図５
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、走査電子顕微鏡などの電子ビーム装置やイオンマイクロプローブなどのイオンビーム装置等の荷電粒子ビーム装置に関し、特に、荷電粒子ビーム光学系に収差補正器を搭載し、色収差、球面収差を補正することができる荷電粒子ビーム装置における収差補正方法および荷電粒子ビーム装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
走査電子顕微鏡や透過電子顕微鏡において、高分解能の像を観察したりプローブ電流密度を上げることを目的として、電子光学系の中に収差補正装置が組み込まれている。この収差補正装置として、色収差を静電型４極子と磁場型４極子の組合せで補正し、球面収差を４段の８極子で補正する方式が提案されている。その原理については、非特許文献１〜３に詳しく紹介されている。
【０００３】
ここで、上記した収差補正装置の原理の概略を、図１に基づいて説明する。図１において、対物レンズ７の前段に収差補正装置Ｃが配置されている。収差補正装置Ｃは、４段の静電型４極子１，２，３，４と、静電型４極子の２段目と３段目が作り出す電位分布と相似な磁位分布を作り出し、電界と重畳した磁界を形成する２段の磁場型４極子５、６と、４段の静電型４極子が形成する電界と重畳した電界を形成する４段の静電型８極子１１，１２，１３，１４とより構成されている。
【０００４】
なお、実際の装置では、これら４極子や８極子の電界に、更に４段の２極子（軸合わせ用の偏向装置として動作する）と、４段の６極子（２次の開口収差補正用として働く）が重畳するように構成されているが、本発明とは直接の関係は小さいので、詳しくは説明しない。
【０００５】
このような構成において、図の左側から入射した荷電粒子ビームは、４段の静電型４極子１，２，３，４と対物レンズ７によって、基準となる荷電粒子ビームの軌道が作られ、試料面２０に荷電粒子ビームがフォーカスされる。この図１では、粒子線のＸ方向の軌道ＲｘとＹ方向の軌道Ｒｙを平面上にまとめて模式的に描いている。
【０００６】
基準軌道とは、近軸軌道（収差がないときの軌道と考えてよい）として、４極子１によってＹ方向の軌道Ｒｙが４極子２の中心を通り、４極子２によってＸ方向の軌道Ｒｘが４極子３の中心を通り、最後に４極子３，４と対物レンズ７によって荷電粒子ビームが試料面２０にフォーカスされる軌道をいう。実際には完全なフォーカスのために、これらの相互調整が必要になる。なお、このとき、前記の４段の２極子は、軸合わせのために用いられる。
【０００７】
更に詳細に図１を説明すると、Ｘ方向の軌道Ｒｘの荷電粒子ビームは、４極子１によって拡散（凹レンズと同様な作用）され、次いで４極子２によって集束（凸レンズと同様な作用）されて４極子４によって集束されて、対物レンズ７に向かう。一方、Ｙ方向の軌道Ｒｙの荷電粒子ビームは、４極子１によって集束されて４極子２の中心を通るようになされ、４極子２の中心を通過した後、４極子３によって集束され、最後に４極子４によって拡散された後、対物レンズ７に向かう。このようにＸ方向の軌道Ｒｘら作用する４極子１の拡散作用と、Ｙ方向の軌道Ｒｙに作用する４極子４の拡散作用とを合成することによって、１個の凹レンズの如く働かせることができる。
【０００８】
次に、収差補正装置Ｃによる色収差補正について説明する。図１に示したような系で先ず色収差を補正するには、上記の基準軌道を変えないように静電型４極子２の電位φｑ２［Ｖ］と磁場型４極子５の励磁Ｊ２［ＡＴ］（あるいは磁位）が調整され、レンズ系全体としてＸ方向の色収差が０に補正される。同様に基準軌道を変えないように静電型４極子３の電位φｑ３［Ｖ］と磁場型４極子６の励磁Ｊ３［ＡＴ］が調整され、レンズ系全体としてＹ方向の色収差が０に補正される。
【０００９】
上記した球面収差補正（３次の開口収差補正）について説明する。球面収差を補正する場合には、Ｘ，Ｙ方向の色収差の補正を行った後に、静電型８極子１２の電位φＯ２［Ｖ］によってレンズ系全体としてＸ方向の球面収差を０に補正し、静電型８極子１３の電位φＯ３によってＹ方向の球面収差を０に補正する。
【００１０】
次に、ＸＹが合成された方向の球面型収差を静電型８極子１１，１４で０に補正する。実際は交互の繰返し調整が必要になる。なお、４極子や８極子の電位や励磁の重畳は、１個の１２極子を用いて、１２極の各極子に印加する電位や励磁を変化させ２極子、４極子、６極子、８極子などの合成が行われ、実用化されている。この方法については、例えば非特許文献４に紹介されている。
【００１１】
すなわち、静電型の場合には、図２に示すように、１２個の電極Ｕｎ（ｎ＝１，２，３，…、１２）に対して、独立に電圧を供給できる最終段電源Ａｎ（ｎ＝１，２，３，…、１２）が接続され、４極子場を作る場合には、理想的な４極子場に近い場が得られるように、４極子電源１０からの出力電圧が各最終段電源Ａｎに供給される。最終段電源Ａｎの出力電圧が４極子電源１０の出力電圧と比例すると仮定すると、１０の出力電圧の比は、上記の文献［４］に示された値になる。また、この４極子場に重ねて８極子場を作る場合には、理想的な８極子場に近い場が得られるように、８極子電源１８からの出力電圧が前記１０の出力電圧と加算されて各最終段電源Ａｎに供給される。以下同様の考え方で、１個の１２極子で２ｎ極子（ｎ＝１，２，３，…、１２）の多極子場を重ねた場が得られる。
【００１２】
次に、磁場型の場合には、図３に示すように、１２個のマグネットＷｎ（ｎ＝１，２，３，…、１２）のコイルに対して、独立に励磁電流を供給できる最終段電源Ｂｎ（ｎ＝１，２，３，…、１２）が接続され、磁場型４極子場を作る場合には、理想的な磁場型の４極子場に近い場が得られるように、磁場型４極子電源１５からの出力電圧が、各Ｂｎに供給される。最終段電源Ｂｎの出力電流が、磁場型４極子電源１５の出力電圧と比例すると仮定すると、この出力電圧の比は、上記の文献［４］に示されている励磁力の比になる。
【００１３】
上記従来技術では、磁場型の４極子場以外の多極子場の重畳は説明されていないが、最終段電源Ｂｎの入力電圧に多極子場の電圧を加算することによって、静電型と同様に磁場型の多極子場の重畳が可能となる。なお、ここで、図３では、各マグネットＷｎの外側を磁気的につなぐヨークは省略されている。
【００１４】
次に、静電型と磁場型を重ねる場合には、マグネットＷｎが電極Ｕｎを兼ねることができるように、導電性の磁性体を用いればよい。この場合、マグネットのコイルは電極とは電気的に絶縁して配置される。
【００１５】
以下の説明では、説明を簡単にするために、あたかも２ｎ極子を互いに重ねたかのように記述しているが、実際には１つの１２極子に対し、複数の多極子場の重畳は、上記のように電圧信号の加算によって行っている。
【００１６】
以下の説明で、静電型の多極子で電位φ（あるいは電圧）という表現を用いた場合には、図４（ａ），２（ｂ）に示すような標準配列をした多極子の＋側の値を表すものとする。同様に、磁場型の励磁Ｊという表現を用いた場合には、＋側の励磁［ＡＴ］を表すものとする。
【００１７】
【非特許文献１】
Ｖ． Ｈ． Ｒｏｓｅ， Ｏｐｔｉｋ ３３， Ｈｅｆｔ１， １ （１９７１）
【非特許文献２】
Ｊ． Ｚａｃｈ， Ｏｐｔｉｋ ８３， Ｎｏ１， ３０ （１９８９）
【非特許文献３】
Ｊ． Ｚａｃｈ ａｎｄ Ｍ． Ｈａｉｄｅｒ， Ｎｕｃｌ． Ｉｎｓｔｒ． ａｎｄ Ｍｅｔｈ． Ｉｎ Ｐｙｈｓ． Ｒｅｓ．Ａ ３６３， ３１６ （１９９５）
【００１８】
【非特許文献４】
Ｍ． Ｈａｉｄｅｒ ｅｔ ａｌ．， Ｏｐｔｉｋ ６３ Ｎｏ．１， ９−２３ （１９８２）
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
前記した収差補正の理論や、実際に行われた実験に基づく結果では、色収差と球面収差がほぼ完全に補正され、前記収差補正系の優秀性が認められ、特に色収差は、４極子を４段にすることによってＸ，Ｙ方向を独立に補正することができる。その一方で、各収差に応じた画像のボケを認識しながら、対応する多極子を制御していく必要がある。
【００２０】
上記した収差補正の方式においては、走査電子顕微鏡による画像観察を行ないながら、像のボケの量、方向、対称性から、収差補正器Ｃの各多極子に印加する制御量をコントロールするようにしている。その場合、各多極子の制御量を変化させるごとに、画像の変化の状況を判断し、変化の状況を記憶に頼りながら試行錯誤で収差の補正を実行することになる。このため、収差補正の操作性は必ずしも良くない。また、収差補正動作を行なった後でも補正の精度が期待された段階まで到達することが少なく、多くの経験を経なければ充分良い収差補正結果を得ることが困難である。
【００２１】
本発明は、このような点に鑑みてなされたもので、その目的は、操作性良く、また、高い精度で色収差の補正を行なうことができる荷電粒子ビーム装置の収差補正方法および荷電粒子ビーム装置を実現するにある。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に基づく荷電粒子ビーム装置における収差補正方法は、荷電粒子ビーム発生源と、荷電粒子ビーム発生源からの荷電粒子ビームの加速電圧を制御できる加速電圧電源と、荷電粒子ビーム発生源からの荷電粒子ビームを集束するコンデンサレンズと、荷電粒子ビームの開き角を制御する開き角制御レンズと、荷電粒子ビーム光学系内部に配置され複数の多極子より構成される収差補正器と、収差補正器の後段に設けられた対物レンズと、荷電粒子ビームの光路の一部に設けられた対物絞りと、試料に照射される荷電粒子ビームを走査するための走査器と、加速電圧や作動距離を変更する操作部と、前記収差補正器の各多極子のそれぞれに電圧を供給する電源と、対物レンズの電源と、試料への荷電粒子ビームの照射に基づいて発生した信号を検出する検出器と、検出器の検出信号に基づいて画像を表示するディスプレイを備えた荷電粒子ビーム装置において、試料を荷電粒子ビームによって２次元走査するにあたり、ほぼ同一ラインを複数回走査して試料の荷電粒子ビームによる２次元走査を行い、各複数回のライン走査ごとに荷電粒子ビームの加速電圧を変化させてエネルギー分散量を異ならせ、エネルギー分散量が特定の加速電圧に対して対称的にされ、対称的なエネルギー分散量の異なった荷電粒子ビームの加速電圧に基づく複数の画像を取得し、複数の画像のフォーカスを調整し、少なくとも２種の画像が同様にフォーカスされるように対物レンズと収差補正器の調整を行うようにしたことを特徴としている。
【００２３】
請求項１の発明においては、異なったエネルギー分散の荷電粒子ビームによって複数の試料像を得、その複数の像を比較して収差の補正動作を行うことができるので、操作性が向上する。
【００２４】
また、請求項２の発明に基づく荷電粒子ビーム装置における収差補正方法は、請求項１の発明において、試料を荷電粒子ビームによって２次元走査するにあたり、ほぼ同一ラインを３回走査して試料の荷電粒子ビームによる２次元走査を行い、１回目のライン走査と３回目のライン走査における荷電粒子ビームの加速電圧は、２回目のライン走査の加速電圧に同一電圧を一方にはプラスし、他方にはマイナスするようにしたことを特徴としており、請求項１と同様な効果が得られる。
【００２５】
更に、請求項３の発明に基づく荷電粒子ビーム装置における収差補正方法は、請求項１の発明において、試料を荷電粒子ビームによって複数回２次元走査するにあたり、第１の荷電粒子ビームの加速電圧により試料の２次元走査を行い、その後第２の荷電粒子ビームの加速電圧により試料の２次元走査を行い、第１の荷電粒子ビームの加速電圧と第２の荷電粒子ビームの加速電圧とは、特定の加速電圧に対して対称的に高くおよび低くされていることを特徴としており、請求項１と同様な効果が得られる。
【００２６】
更にまた、請求項４に基づく荷電粒子ビーム装置は、荷電粒子ビーム発生源と、荷電粒子ビーム発生源からの荷電粒子ビームの加速電圧を制御できる加速電圧電源と、荷電粒子ビーム発生源からの荷電粒子ビームを集束するコンデンサレンズと、荷電粒子ビームの開き角を制御する開き角制御レンズと、荷電粒子ビーム光学系内部に配置され複数の多極子より構成される収差補正器と、収差補正器の後段に設けられた対物レンズと、荷電粒子ビームの光路の一部に設けられた対物絞りと、試料に照射される荷電粒子ビームを走査するための走査器と、加速電圧や作動距離を変更する操作部と、前記収差補正器の各多極子のそれぞれに電圧を供給する電源と、対物レンズの電源と、試料への荷電粒子ビームの照射に基づいて発生した信号を検出する検出器と、検出器の検出信号に基づいて画像を表示するディスプレイを備えた荷電粒子ビーム装置において、試料を荷電粒子ビームによって２次元走査するにあたり、ほぼ同一ラインを複数回走査して試料の荷電粒子ビームによる２次元走査を行うための荷電粒子ビーム走査制御手段と、各複数回のライン走査ごとに荷電粒子ビームの加速電圧を変化させてエネルギー分散量を異ならせるための加速電圧電源と、エネルギー分散量が特定の加速電圧に対して対称的にされ、対称的なエネルギー分散量の異なった荷電粒子ビームの加速電圧に基づいて試料を２次元走査するための手段と、試料への荷電粒子ビームの照射に基づいて得られた信号により複数の画像を取得し、該画像を表示するためのディスプレイとを備えたことを特徴としている。
【００２７】
この請求項４に基づく荷電粒子ビーム装置では、対称的なエネルギー分散量の異なった荷電粒子ビームの加速電圧に基づいて試料を２次元走査し、試料への荷電粒子ビームの照射に基づいて得られた信号により複数の画像を取得し、該複数の画像を同時に表示するように構成したので、オペレータの記憶に頼らずに、色収差の補正動作を行うことができ、色収差補正の動作の操作性を向上させることができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。図５は本発明を実施するための走査電子顕微鏡の一例を示している。図中２１は電子銃であり、電子銃２１から発生し加速された電子ビームＥＢは、コンデンサレンズ２２、対物レンズ２３によって細く集束され、試料２４に照射される。試料２４は試料をＸ，Ｙ方向の２次元に移動させるためのステージ２５上に載置されている。
【００２９】
対物レンズ２３の上部には、電子ビームＥＢを試料２４上で２次元的に走査するための走査コイル２６が設けられている。またコンデンサレンズ２２の下部には、対物レンズ絞り２７が設けられ、また、対物レンズ絞り２７の下部には、開き角制御レンズ２８が配置されている。開き角制御レンズ２８と対物レンズ２３との間には、図１〜図４によって説明した如き収差補正器Ｃが設けられている。すなわち、収差補正器Ｃは、静電場、磁場を含む多極子から構成されており、球面収差、色収差をほぼ完全に補正することが可能である。
【００３０】
電子銃２１の加速電圧等は電源３１によって制御され、コンデンサレンズ２２は電源３２によって駆動制御され、対物レンズ２３は電源３３によって駆動制御される。また、開き角制御レンズ２８は電源３４によって駆動制御される。更に、走査コイル２６は駆動回路３５によって駆動される。更にまた、ステージ２５はステージ駆動回路３６によって駆動され、Ｘ方向あるいはＹ方向に移動させられる。なお、走査コイル２６の駆動回路３５には、走査信号発生回路３７からの２次元、あるいは一次元の走査信号が供給される。また、収差補正器Ｃの各多極子には、電源３８から所定の電圧や電流が供給される。なお、図示した回路には、アナログ回路とディジタル回路が混在しているが、説明を簡単化するために当然設けられるＡＤ変換器やＤＡ変換器は図示されていない。
【００３１】
各駆動電源３１，３２，３３，３４，３８、および走査信号発生回路３７、ステージ駆動回路３６は、バスラインＢによってＣＰＵ４０に接続され、ＣＰＵ４０によって制御される。例えば、試料２４に照射される電子ビームＥＢの電流量を所望の値に変化させるためには、ＣＰＵ４０に接続されたキーボード４１によって該所望の値を設定する。そうすれば、ＣＰＵ４０はコンデンサレンズ２２の駆動電源３２を制御し、試料２４に照射される電子ビームの電流量が所望の値となるようにコンデンサレンズ２２の励磁強度を変化させる。なお、ＣＰＵ４０には、バスラインＢを介してマウス４２も接続されており、更にディスプレイ４３、メモリー４４も接続されている。
【００３２】
また、電子銃２１における電子ビームの加速電圧を変化させたい場合には、ＣＰＵ４０の制御の下に任意に変化させることができる。なお、電子ビームＥＢの加速電圧を変化させた場合には、コンデンサレンズ２２と対物レンズ２３の駆動電源３２，３３を制御し、変化後の加速電圧でも電子ビームＥＢが試料２４上でフォーカスされるように、コンデンサレンズ２２と対物レンズ２３の励磁強度を変化させる。この各加速電圧の値に対応したコンデンサレンズ２２と対物レンズ２３の励磁強度は、テーブルの形式で、メモリー４４に記憶されている。
【００３３】
更に、試料像の観察倍率を変える場合には、ＣＰＵ４０は走査信号発生回路３７を制御し、倍率に応じて走査信号の振幅を調整する。なお、倍率を低くする場合には、走査信号の振幅が大きくされて試料２４上の電子ビームの２次元走査領域は広くされ、逆に、倍率を高くする場合には、走査信号の振幅が小さくされて試料２４上の電子ビームの２次元走査領域は小さくされる。
【００３４】
試料２４への電子ビームの照射によって発生した２次電子は、２次電子検出器４６によって検出される。検出器４６の検出信号は、増幅器４７を介してＣＰＵ４０に供給される。ＣＰＵ４０は検出信号を走査信号発生回路３７の走査信号に同期してディスプレイ４３に供給されることから、ディスプレイ４３の画面上には、試料２４の電子ビーム照射領域の走査２次電子像が表示される。このような構成における収差補正の動作を次に説明する。
【００３５】
まず、色収差の補正方法について説明する。収差補正を行う場合、最初に色収差から補正を行なう。この理由は、収差補正器Ｃの中で用いられている４極子が３次開口収差も同時に発生するため、次のステップで対物レンズ２３の球面収差と一緒に補正するからである。なお、色収差の補正動作は、電子ビームの加速電圧および対物レンズ２３と試料２４との間の距離（作動距離＝ＷＤ）の変化により、重畳するエネルギー分散の量が変化するので、電子ビームの加速電圧とＷＤを変化させた際に行わねばならない。
【００３６】
ここで、電子銃２１より電子が出射されたときに有するエネルギー分散ΔＥ／Ｅ（Ｅは加速電圧）によって、像面がΔｆだけ移動すると考えると、Δｆは次のように表すことができる。
【００３７】
Δｆ＝（ΔＥ／Ｅ）＊Ｃｃ＋（ΔＥ／Ｅ）２＊Ｋｃ＋・・・ （１）
上式において、ＣｃおよびＫｃは、系全体（収差補正器Ｃと対物レンズ２３）の１次、２次の色収差係数である。さて、式（１）で３次以上の色収差を無視し、Δｆ＝０の時を像面（フォーカス面）としてグラフ化すると図６のように表される。
【００３８】
いま、１次色収差が補正されていない状態では、それに相当して像面が｜Δｆｃ（ｕｎ−ｃｏｒｒｅｃｔｅｄ）｜の領域に分布する。これが像面のボケに変換される。しかし、このボケの量は微小であるために量的に観測することができない。そこで、試料２４の２次元領域を電子ビームで走査する際、各Ｘ方向の走査ライン（水平走査ライン）を３回繰り返し走査し、１回目と３回目の各水平ライン走査時には、電子銃２１からの電子ビームＥＢの加速電圧Ｅにそれぞれ電圧Ｅ１、Ｅ２（＝−Ｅ１）を重畳してエネルギー分散を大きくすることで、色収差を明瞭に観察できるように動作させている。
【００３９】
色収差が補正されていれば、式（１）において、Ｃｃ＝０となり、Δｆ（Ｅ１）とΔｆ（Ｅ２）とが一致していることをＸ、Ｙ方向独立に観測する。例えば、Ｘ（またはＹ）方向に収束するΔｆを探せばよい。すなわち、Ｅ１，Ｅ２＝０の時、｜Δｆｃ（ｃｏｒｒｅｃｔｅｄ）｜≒０となる。
【００４０】
次に、色収差補正しているときのディスプレイ上の画像表示方式について説明する。ディスプレイ上の画像の表示領域Ｓを図６に示すように横方向に３分割する。この３分割された領域Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３に表示される画像のそれぞれは、異なった加速電圧に基づいて作成される。つまり、試料の２次元走査中の各水平走査を３回繰り返しライン走査し、最初の１ラインを走査しているときに加速電圧Ｅに電圧Ｅ１を重畳し、２回目の１ラインを走査しているときには電子ビームの加速電圧はＥとし、３回目の１ラインを走査しているときに加速電圧Ｅに電圧Ｅ２（＝−Ｅ１）を重畳している。このような水平走査ラインに含まれる各ラインを３回繰り返し走査する制御、１回目から３回目のライン走査における加速電圧の設定は、ＣＰＵ４０の制御に基づき、電子銃２１の電源と走査信号発生回路３７をコントロールすることによって行われる。
【００４１】
このように、電子ビームの試料上の各水平ライン走査を３回繰り返し、このような電子ビームの走査に基づく像をディスプレイ４３に表示する。この場合、図７に示すように、ディスプレイ４３の画面Ｓを横方向に３分割し、分割された３つの画像表示領域Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３に各ライン走査に基づく像を表示する。例えば、加速電圧ΔＥに電圧Ｅ１が印加された電子ビームの走査による像は、左側の領域Ｓ１に表示される。また、加速電圧ΔＥの電子ビームによる２回目のライン走査に基づく画像をディスプレイの３分割された真ん中の領域Ｓ２に表示させる。更に、加速電圧ΔＥに電圧Ｅ２（−Ｅ１）が印加された電子ビームの３回目のライン走査に基づく画像をディスプレイ４３の３分割された右側の領域Ｓ３に表示させる。
【００４２】
このようにして、３分割されたディスプレイ４３の画像領域Ｓに加速電圧の異なった電子ビームによる同一視野の像を表示させる。その後、それぞれの画像について像をフォーカスさせる。まず、対物レンズ２３の励磁電流をＣＰＵ４０により対物レンズ電源３３を制御することにより調整し、ディスプレイ４３の画像Ｓの左側の像Ｓ１をフォーカスさせる。その時、ディスプレイ画像Ｓの右側の像Ｓ３も同様にフォーカスされるように収差補正器Ｃの電源３８を調整し、各多極子の調整を行う。このような調整の結果、３分割画像の右側と左側の像Ｓ１，Ｓ２がボケの量が同様な像となったときが色収差補正が完了したときであり、その時の収差補正器Ｃの条件で、対物レンズ２３の励磁電流を調整し、中央の像Ｓ２のフォーカス調整がなされる。
【００４３】
このようにして特定の加速電圧および作動距離（ＷＤ）における収差補正器Ｃの最適な調整が行われ、この結果、加速電圧をΔＥに固定した状態で電子ビームの２次元走査を行い、この走査に基づいて検出された２次電子に基づいて像を表示すれば、色収差が完全に補正され、高い分解能の像を得ることができる。なお、色収差補正する際に、電子銃の加速電圧にエネルギー分散の量を重畳するが、このエネルギー分散の量は、電子銃の加速電圧の値そのもの、作動距離の変化により変化するもので、このエネルギー分散の量は、加速電圧の値と作動距離に基づき最適な値をメモリー４４に記憶しておき、加速電圧と作動距離が設定された場合には、メモリー４４から最適なエネルギー分散の量が読み出され、そのデータに基づいて、加速電圧の変化量や対物レンズの励磁電流の変化量が設定される。
【００４４】
以上、本発明の一実施の形態を説明したが、本発明はこの形態に限定されず幾多の変形が可能である。例えば、色収差補正時に電子ビームの加速電圧を３段階に変化させたが、２種以上であればよく、エネルギー分散の量が対称的な電子ビームの加速電圧が含まれていればよい。また、電子ビームを２次元走査する場合、１水平ラインごとに複数回走査しても良く、単一の加速電圧で第１回目の２次元走査を行い、次に加速電圧を変化させて同一視野の第２回目、第３回目の２次元走査を行うようにしても良い。
【００４５】
更に、フレームメモリーを用いて各加速電圧ごとの画像信号を積算処理することは画像のＳＮ比を向上させる上で好ましい。更にまた、複数の画像をディスプレイの表示画面を分割して表示させるようにしたが、ディスプレイの数を増やして、各ディスプレイごとに単一の画像を表示させるようにしても良い。
【００４６】
更にまた、走査電子顕微鏡を例に実施の形態を説明したが、イオンビームを走査して画像を得るようにしたイオンビーム装置にも本発明を適用することができる。
【００４７】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１の発明に基づく荷電粒子ビーム装置における収差補正方法は、荷電粒子ビーム発生源と、荷電粒子ビーム発生源からの荷電粒子ビームの加速電圧を制御できる加速電圧電源と、荷電粒子ビーム発生源からの荷電粒子ビームを集束するコンデンサレンズと、荷電粒子ビームの開き角を制御する開き角制御レンズと、荷電粒子ビーム光学系内部に配置され複数の多極子より構成される収差補正器と、収差補正器の後段に設けられた対物レンズと、荷電粒子ビームの光路の一部に設けられた対物絞りと、試料に照射される荷電粒子ビームを走査するための走査器と、加速電圧や作動距離を変更する操作部と、前記収差補正器の各多極子のそれぞれに電圧を供給する電源と、対物レンズの電源と、試料への荷電粒子ビームの照射に基づいて発生した信号を検出する検出器と、検出器の検出信号に基づいて画像を表示するディスプレイを備えた荷電粒子ビーム装置において、試料を荷電粒子ビームによって２次元走査するにあたり、ほぼ同一ラインを複数回走査して試料の荷電粒子ビームによる２次元走査を行い、各複数回のライン走査ごとに荷電粒子ビームの加速電圧を変化させてエネルギー分散量を異ならせ、エネルギー分散量が特定の加速電圧に対して対称的にされ、対称的なエネルギー分散量の異なった荷電粒子ビームの加速電圧に基づく複数の画像を取得し、複数の画像のフォーカスを調整し、少なくとも２種の画像が同様にフォーカスされるように対物レンズと収差補正器の調整を行うようにしたことを特徴としている。
【００４８】
請求項１の発明においては、色収差の補正を行う際には、加速電圧に所定の電圧を印加してエネルギー分散の大きな荷電粒子ビームによって複数の試料像を得、色収差の程度が明確に認識できる状態で、その複数の像を比較して色収差の補正動作を行うことができるので、操作性が向上する。
【００４９】
また、請求項２の発明に基づく荷電粒子ビーム装置における収差補正方法は、請求項１の発明において、試料を荷電粒子ビームによって２次元走査するにあたり、ほぼ同一ラインを３回走査して試料の荷電粒子ビームによる２次元走査を行い、１回目のライン走査と３回目のライン走査における荷電粒子ビームの加速電圧は、２回目のライン走査の加速電圧に同一電圧を一方にはプラスし、他方にはマイナスするようにしたことを特徴としており、請求項１と同様な効果が得られる。
【００５０】
更に、請求項３の発明に基づく荷電粒子ビーム装置における収差補正方法は、請求項１の発明において、試料を荷電粒子ビームによって複数回２次元走査するにあたり、第１の荷電粒子ビームの加速電圧により試料の２次元走査を行い、その後第２の荷電粒子ビームの加速電圧により試料の２次元走査を行い、第１の荷電粒子ビームの加速電圧と第２の荷電粒子ビームの加速電圧とは、特定の加速電圧に対して対称的に高くおよび低くされていることを特徴としており、請求項１と同様な効果が得られる。
【００５１】
更にまた、請求項４に基づく荷電粒子ビーム装置は、荷電粒子ビーム発生源と、荷電粒子ビーム発生源からの荷電粒子ビームの加速電圧を制御できる加速電圧電源と、荷電粒子ビーム発生源からの荷電粒子ビームを集束するコンデンサレンズと、荷電粒子ビームの開き角を制御する開き角制御レンズと、荷電粒子ビーム光学系内部に配置され複数の多極子より構成される収差補正器と、収差補正器の後段に設けられた対物レンズと、荷電粒子ビームの光路の一部に設けられた対物絞りと、試料に照射される荷電粒子ビームを走査するための走査器と、加速電圧や作動距離を変更する操作部と、前記収差補正器の各多極子のそれぞれに電圧を供給する電源と、対物レンズの電源と、試料への荷電粒子ビームの照射に基づいて発生した信号を検出する検出器と、検出器の検出信号に基づいて画像を表示するディスプレイを備えた荷電粒子ビーム装置において、試料を荷電粒子ビームによって２次元走査するにあたり、ほぼ同一ラインを複数回走査して試料の荷電粒子ビームによる２次元走査を行うための荷電粒子ビーム走査制御手段と、各複数回のライン走査ごとに荷電粒子ビームの加速電圧を変化させてエネルギー分散量を異ならせるための加速電圧電源と、エネルギー分散量が特定の加速電圧に対して対称的にされ、対称的なエネルギー分散量の異なった荷電粒子ビームの加速電圧に基づいて試料を２次元走査するための手段と、試料への荷電粒子ビームの照射に基づいて得られた信号により複数の画像を取得し、該画像を表示するためのディスプレイとを備えたことを特徴としている。
【００５２】
この請求項４に基づく荷電粒子ビーム装置では、対称的なエネルギー分散量の異なった荷電粒子ビームの加速電圧に基づいて試料を２次元走査し、試料への荷電粒子ビームの照射に基づいて得られた信号により複数の画像を取得し、該複数の画像を同時に表示するように構成したので、オペレータの記憶に頼らずに、色収差の補正動作を行うことができ、色収差補正の動作の操作性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】収差補正装置の原理の概略を説明するための図である。
【図２】静電型１２極子を１２以下の静電型多極子として用いる方法を示す図である。
【図３】磁場型１２極子を１２以下の磁場型多極子として用いる方法を示す図である。
【図４】静電型多極子の標準配列を示す図である。
【図５】本発明に基づく走査電子顕微鏡の一例を示す図である。
【図６】エネルギー分散量に対する像面の移動量を示す図である。
【図７】３つの領域に分割されたディスプレイ画面を示す図である。
【符号の説明】
２１ 電子銃
２２ コンデンサレンズ
２３ 対物レンズ
２４ 試料
２５ ステージ
２６ 走査コイル
２７ 対物レンズ絞り
２８ 開き角制御レンズ
３１，３２，３３，３４，３８ 電源
３５ 走査コイル駆動回路
３６ ステージ駆動回路
３７ 走査信号発生回路
４０ ＣＰＵ
４１ キーボード
４２ マウス
４３ ディスプレイ
４４ メモリー
４６ ２次電子検出器
４７ 増幅器
【発明の属する技術分野】
本発明は、走査電子顕微鏡などの電子ビーム装置やイオンマイクロプローブなどのイオンビーム装置等の荷電粒子ビーム装置に関し、特に、荷電粒子ビーム光学系に収差補正器を搭載し、色収差、球面収差を補正することができる荷電粒子ビーム装置における収差補正方法および荷電粒子ビーム装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
走査電子顕微鏡や透過電子顕微鏡において、高分解能の像を観察したりプローブ電流密度を上げることを目的として、電子光学系の中に収差補正装置が組み込まれている。この収差補正装置として、色収差を静電型４極子と磁場型４極子の組合せで補正し、球面収差を４段の８極子で補正する方式が提案されている。その原理については、非特許文献１〜３に詳しく紹介されている。
【０００３】
ここで、上記した収差補正装置の原理の概略を、図１に基づいて説明する。図１において、対物レンズ７の前段に収差補正装置Ｃが配置されている。収差補正装置Ｃは、４段の静電型４極子１，２，３，４と、静電型４極子の２段目と３段目が作り出す電位分布と相似な磁位分布を作り出し、電界と重畳した磁界を形成する２段の磁場型４極子５、６と、４段の静電型４極子が形成する電界と重畳した電界を形成する４段の静電型８極子１１，１２，１３，１４とより構成されている。
【０００４】
なお、実際の装置では、これら４極子や８極子の電界に、更に４段の２極子（軸合わせ用の偏向装置として動作する）と、４段の６極子（２次の開口収差補正用として働く）が重畳するように構成されているが、本発明とは直接の関係は小さいので、詳しくは説明しない。
【０００５】
このような構成において、図の左側から入射した荷電粒子ビームは、４段の静電型４極子１，２，３，４と対物レンズ７によって、基準となる荷電粒子ビームの軌道が作られ、試料面２０に荷電粒子ビームがフォーカスされる。この図１では、粒子線のＸ方向の軌道ＲｘとＹ方向の軌道Ｒｙを平面上にまとめて模式的に描いている。
【０００６】
基準軌道とは、近軸軌道（収差がないときの軌道と考えてよい）として、４極子１によってＹ方向の軌道Ｒｙが４極子２の中心を通り、４極子２によってＸ方向の軌道Ｒｘが４極子３の中心を通り、最後に４極子３，４と対物レンズ７によって荷電粒子ビームが試料面２０にフォーカスされる軌道をいう。実際には完全なフォーカスのために、これらの相互調整が必要になる。なお、このとき、前記の４段の２極子は、軸合わせのために用いられる。
【０００７】
更に詳細に図１を説明すると、Ｘ方向の軌道Ｒｘの荷電粒子ビームは、４極子１によって拡散（凹レンズと同様な作用）され、次いで４極子２によって集束（凸レンズと同様な作用）されて４極子４によって集束されて、対物レンズ７に向かう。一方、Ｙ方向の軌道Ｒｙの荷電粒子ビームは、４極子１によって集束されて４極子２の中心を通るようになされ、４極子２の中心を通過した後、４極子３によって集束され、最後に４極子４によって拡散された後、対物レンズ７に向かう。このようにＸ方向の軌道Ｒｘら作用する４極子１の拡散作用と、Ｙ方向の軌道Ｒｙに作用する４極子４の拡散作用とを合成することによって、１個の凹レンズの如く働かせることができる。
【０００８】
次に、収差補正装置Ｃによる色収差補正について説明する。図１に示したような系で先ず色収差を補正するには、上記の基準軌道を変えないように静電型４極子２の電位φｑ２［Ｖ］と磁場型４極子５の励磁Ｊ２［ＡＴ］（あるいは磁位）が調整され、レンズ系全体としてＸ方向の色収差が０に補正される。同様に基準軌道を変えないように静電型４極子３の電位φｑ３［Ｖ］と磁場型４極子６の励磁Ｊ３［ＡＴ］が調整され、レンズ系全体としてＹ方向の色収差が０に補正される。
【０００９】
上記した球面収差補正（３次の開口収差補正）について説明する。球面収差を補正する場合には、Ｘ，Ｙ方向の色収差の補正を行った後に、静電型８極子１２の電位φＯ２［Ｖ］によってレンズ系全体としてＸ方向の球面収差を０に補正し、静電型８極子１３の電位φＯ３によってＹ方向の球面収差を０に補正する。
【００１０】
次に、ＸＹが合成された方向の球面型収差を静電型８極子１１，１４で０に補正する。実際は交互の繰返し調整が必要になる。なお、４極子や８極子の電位や励磁の重畳は、１個の１２極子を用いて、１２極の各極子に印加する電位や励磁を変化させ２極子、４極子、６極子、８極子などの合成が行われ、実用化されている。この方法については、例えば非特許文献４に紹介されている。
【００１１】
すなわち、静電型の場合には、図２に示すように、１２個の電極Ｕｎ（ｎ＝１，２，３，…、１２）に対して、独立に電圧を供給できる最終段電源Ａｎ（ｎ＝１，２，３，…、１２）が接続され、４極子場を作る場合には、理想的な４極子場に近い場が得られるように、４極子電源１０からの出力電圧が各最終段電源Ａｎに供給される。最終段電源Ａｎの出力電圧が４極子電源１０の出力電圧と比例すると仮定すると、１０の出力電圧の比は、上記の文献［４］に示された値になる。また、この４極子場に重ねて８極子場を作る場合には、理想的な８極子場に近い場が得られるように、８極子電源１８からの出力電圧が前記１０の出力電圧と加算されて各最終段電源Ａｎに供給される。以下同様の考え方で、１個の１２極子で２ｎ極子（ｎ＝１，２，３，…、１２）の多極子場を重ねた場が得られる。
【００１２】
次に、磁場型の場合には、図３に示すように、１２個のマグネットＷｎ（ｎ＝１，２，３，…、１２）のコイルに対して、独立に励磁電流を供給できる最終段電源Ｂｎ（ｎ＝１，２，３，…、１２）が接続され、磁場型４極子場を作る場合には、理想的な磁場型の４極子場に近い場が得られるように、磁場型４極子電源１５からの出力電圧が、各Ｂｎに供給される。最終段電源Ｂｎの出力電流が、磁場型４極子電源１５の出力電圧と比例すると仮定すると、この出力電圧の比は、上記の文献［４］に示されている励磁力の比になる。
【００１３】
上記従来技術では、磁場型の４極子場以外の多極子場の重畳は説明されていないが、最終段電源Ｂｎの入力電圧に多極子場の電圧を加算することによって、静電型と同様に磁場型の多極子場の重畳が可能となる。なお、ここで、図３では、各マグネットＷｎの外側を磁気的につなぐヨークは省略されている。
【００１４】
次に、静電型と磁場型を重ねる場合には、マグネットＷｎが電極Ｕｎを兼ねることができるように、導電性の磁性体を用いればよい。この場合、マグネットのコイルは電極とは電気的に絶縁して配置される。
【００１５】
以下の説明では、説明を簡単にするために、あたかも２ｎ極子を互いに重ねたかのように記述しているが、実際には１つの１２極子に対し、複数の多極子場の重畳は、上記のように電圧信号の加算によって行っている。
【００１６】
以下の説明で、静電型の多極子で電位φ（あるいは電圧）という表現を用いた場合には、図４（ａ），２（ｂ）に示すような標準配列をした多極子の＋側の値を表すものとする。同様に、磁場型の励磁Ｊという表現を用いた場合には、＋側の励磁［ＡＴ］を表すものとする。
【００１７】
【非特許文献１】
Ｖ． Ｈ． Ｒｏｓｅ， Ｏｐｔｉｋ ３３， Ｈｅｆｔ１， １ （１９７１）
【非特許文献２】
Ｊ． Ｚａｃｈ， Ｏｐｔｉｋ ８３， Ｎｏ１， ３０ （１９８９）
【非特許文献３】
Ｊ． Ｚａｃｈ ａｎｄ Ｍ． Ｈａｉｄｅｒ， Ｎｕｃｌ． Ｉｎｓｔｒ． ａｎｄ Ｍｅｔｈ． Ｉｎ Ｐｙｈｓ． Ｒｅｓ．Ａ ３６３， ３１６ （１９９５）
【００１８】
【非特許文献４】
Ｍ． Ｈａｉｄｅｒ ｅｔ ａｌ．， Ｏｐｔｉｋ ６３ Ｎｏ．１， ９−２３ （１９８２）
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
前記した収差補正の理論や、実際に行われた実験に基づく結果では、色収差と球面収差がほぼ完全に補正され、前記収差補正系の優秀性が認められ、特に色収差は、４極子を４段にすることによってＸ，Ｙ方向を独立に補正することができる。その一方で、各収差に応じた画像のボケを認識しながら、対応する多極子を制御していく必要がある。
【００２０】
上記した収差補正の方式においては、走査電子顕微鏡による画像観察を行ないながら、像のボケの量、方向、対称性から、収差補正器Ｃの各多極子に印加する制御量をコントロールするようにしている。その場合、各多極子の制御量を変化させるごとに、画像の変化の状況を判断し、変化の状況を記憶に頼りながら試行錯誤で収差の補正を実行することになる。このため、収差補正の操作性は必ずしも良くない。また、収差補正動作を行なった後でも補正の精度が期待された段階まで到達することが少なく、多くの経験を経なければ充分良い収差補正結果を得ることが困難である。
【００２１】
本発明は、このような点に鑑みてなされたもので、その目的は、操作性良く、また、高い精度で色収差の補正を行なうことができる荷電粒子ビーム装置の収差補正方法および荷電粒子ビーム装置を実現するにある。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に基づく荷電粒子ビーム装置における収差補正方法は、荷電粒子ビーム発生源と、荷電粒子ビーム発生源からの荷電粒子ビームの加速電圧を制御できる加速電圧電源と、荷電粒子ビーム発生源からの荷電粒子ビームを集束するコンデンサレンズと、荷電粒子ビームの開き角を制御する開き角制御レンズと、荷電粒子ビーム光学系内部に配置され複数の多極子より構成される収差補正器と、収差補正器の後段に設けられた対物レンズと、荷電粒子ビームの光路の一部に設けられた対物絞りと、試料に照射される荷電粒子ビームを走査するための走査器と、加速電圧や作動距離を変更する操作部と、前記収差補正器の各多極子のそれぞれに電圧を供給する電源と、対物レンズの電源と、試料への荷電粒子ビームの照射に基づいて発生した信号を検出する検出器と、検出器の検出信号に基づいて画像を表示するディスプレイを備えた荷電粒子ビーム装置において、試料を荷電粒子ビームによって２次元走査するにあたり、ほぼ同一ラインを複数回走査して試料の荷電粒子ビームによる２次元走査を行い、各複数回のライン走査ごとに荷電粒子ビームの加速電圧を変化させてエネルギー分散量を異ならせ、エネルギー分散量が特定の加速電圧に対して対称的にされ、対称的なエネルギー分散量の異なった荷電粒子ビームの加速電圧に基づく複数の画像を取得し、複数の画像のフォーカスを調整し、少なくとも２種の画像が同様にフォーカスされるように対物レンズと収差補正器の調整を行うようにしたことを特徴としている。
【００２３】
請求項１の発明においては、異なったエネルギー分散の荷電粒子ビームによって複数の試料像を得、その複数の像を比較して収差の補正動作を行うことができるので、操作性が向上する。
【００２４】
また、請求項２の発明に基づく荷電粒子ビーム装置における収差補正方法は、請求項１の発明において、試料を荷電粒子ビームによって２次元走査するにあたり、ほぼ同一ラインを３回走査して試料の荷電粒子ビームによる２次元走査を行い、１回目のライン走査と３回目のライン走査における荷電粒子ビームの加速電圧は、２回目のライン走査の加速電圧に同一電圧を一方にはプラスし、他方にはマイナスするようにしたことを特徴としており、請求項１と同様な効果が得られる。
【００２５】
更に、請求項３の発明に基づく荷電粒子ビーム装置における収差補正方法は、請求項１の発明において、試料を荷電粒子ビームによって複数回２次元走査するにあたり、第１の荷電粒子ビームの加速電圧により試料の２次元走査を行い、その後第２の荷電粒子ビームの加速電圧により試料の２次元走査を行い、第１の荷電粒子ビームの加速電圧と第２の荷電粒子ビームの加速電圧とは、特定の加速電圧に対して対称的に高くおよび低くされていることを特徴としており、請求項１と同様な効果が得られる。
【００２６】
更にまた、請求項４に基づく荷電粒子ビーム装置は、荷電粒子ビーム発生源と、荷電粒子ビーム発生源からの荷電粒子ビームの加速電圧を制御できる加速電圧電源と、荷電粒子ビーム発生源からの荷電粒子ビームを集束するコンデンサレンズと、荷電粒子ビームの開き角を制御する開き角制御レンズと、荷電粒子ビーム光学系内部に配置され複数の多極子より構成される収差補正器と、収差補正器の後段に設けられた対物レンズと、荷電粒子ビームの光路の一部に設けられた対物絞りと、試料に照射される荷電粒子ビームを走査するための走査器と、加速電圧や作動距離を変更する操作部と、前記収差補正器の各多極子のそれぞれに電圧を供給する電源と、対物レンズの電源と、試料への荷電粒子ビームの照射に基づいて発生した信号を検出する検出器と、検出器の検出信号に基づいて画像を表示するディスプレイを備えた荷電粒子ビーム装置において、試料を荷電粒子ビームによって２次元走査するにあたり、ほぼ同一ラインを複数回走査して試料の荷電粒子ビームによる２次元走査を行うための荷電粒子ビーム走査制御手段と、各複数回のライン走査ごとに荷電粒子ビームの加速電圧を変化させてエネルギー分散量を異ならせるための加速電圧電源と、エネルギー分散量が特定の加速電圧に対して対称的にされ、対称的なエネルギー分散量の異なった荷電粒子ビームの加速電圧に基づいて試料を２次元走査するための手段と、試料への荷電粒子ビームの照射に基づいて得られた信号により複数の画像を取得し、該画像を表示するためのディスプレイとを備えたことを特徴としている。
【００２７】
この請求項４に基づく荷電粒子ビーム装置では、対称的なエネルギー分散量の異なった荷電粒子ビームの加速電圧に基づいて試料を２次元走査し、試料への荷電粒子ビームの照射に基づいて得られた信号により複数の画像を取得し、該複数の画像を同時に表示するように構成したので、オペレータの記憶に頼らずに、色収差の補正動作を行うことができ、色収差補正の動作の操作性を向上させることができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。図５は本発明を実施するための走査電子顕微鏡の一例を示している。図中２１は電子銃であり、電子銃２１から発生し加速された電子ビームＥＢは、コンデンサレンズ２２、対物レンズ２３によって細く集束され、試料２４に照射される。試料２４は試料をＸ，Ｙ方向の２次元に移動させるためのステージ２５上に載置されている。
【００２９】
対物レンズ２３の上部には、電子ビームＥＢを試料２４上で２次元的に走査するための走査コイル２６が設けられている。またコンデンサレンズ２２の下部には、対物レンズ絞り２７が設けられ、また、対物レンズ絞り２７の下部には、開き角制御レンズ２８が配置されている。開き角制御レンズ２８と対物レンズ２３との間には、図１〜図４によって説明した如き収差補正器Ｃが設けられている。すなわち、収差補正器Ｃは、静電場、磁場を含む多極子から構成されており、球面収差、色収差をほぼ完全に補正することが可能である。
【００３０】
電子銃２１の加速電圧等は電源３１によって制御され、コンデンサレンズ２２は電源３２によって駆動制御され、対物レンズ２３は電源３３によって駆動制御される。また、開き角制御レンズ２８は電源３４によって駆動制御される。更に、走査コイル２６は駆動回路３５によって駆動される。更にまた、ステージ２５はステージ駆動回路３６によって駆動され、Ｘ方向あるいはＹ方向に移動させられる。なお、走査コイル２６の駆動回路３５には、走査信号発生回路３７からの２次元、あるいは一次元の走査信号が供給される。また、収差補正器Ｃの各多極子には、電源３８から所定の電圧や電流が供給される。なお、図示した回路には、アナログ回路とディジタル回路が混在しているが、説明を簡単化するために当然設けられるＡＤ変換器やＤＡ変換器は図示されていない。
【００３１】
各駆動電源３１，３２，３３，３４，３８、および走査信号発生回路３７、ステージ駆動回路３６は、バスラインＢによってＣＰＵ４０に接続され、ＣＰＵ４０によって制御される。例えば、試料２４に照射される電子ビームＥＢの電流量を所望の値に変化させるためには、ＣＰＵ４０に接続されたキーボード４１によって該所望の値を設定する。そうすれば、ＣＰＵ４０はコンデンサレンズ２２の駆動電源３２を制御し、試料２４に照射される電子ビームの電流量が所望の値となるようにコンデンサレンズ２２の励磁強度を変化させる。なお、ＣＰＵ４０には、バスラインＢを介してマウス４２も接続されており、更にディスプレイ４３、メモリー４４も接続されている。
【００３２】
また、電子銃２１における電子ビームの加速電圧を変化させたい場合には、ＣＰＵ４０の制御の下に任意に変化させることができる。なお、電子ビームＥＢの加速電圧を変化させた場合には、コンデンサレンズ２２と対物レンズ２３の駆動電源３２，３３を制御し、変化後の加速電圧でも電子ビームＥＢが試料２４上でフォーカスされるように、コンデンサレンズ２２と対物レンズ２３の励磁強度を変化させる。この各加速電圧の値に対応したコンデンサレンズ２２と対物レンズ２３の励磁強度は、テーブルの形式で、メモリー４４に記憶されている。
【００３３】
更に、試料像の観察倍率を変える場合には、ＣＰＵ４０は走査信号発生回路３７を制御し、倍率に応じて走査信号の振幅を調整する。なお、倍率を低くする場合には、走査信号の振幅が大きくされて試料２４上の電子ビームの２次元走査領域は広くされ、逆に、倍率を高くする場合には、走査信号の振幅が小さくされて試料２４上の電子ビームの２次元走査領域は小さくされる。
【００３４】
試料２４への電子ビームの照射によって発生した２次電子は、２次電子検出器４６によって検出される。検出器４６の検出信号は、増幅器４７を介してＣＰＵ４０に供給される。ＣＰＵ４０は検出信号を走査信号発生回路３７の走査信号に同期してディスプレイ４３に供給されることから、ディスプレイ４３の画面上には、試料２４の電子ビーム照射領域の走査２次電子像が表示される。このような構成における収差補正の動作を次に説明する。
【００３５】
まず、色収差の補正方法について説明する。収差補正を行う場合、最初に色収差から補正を行なう。この理由は、収差補正器Ｃの中で用いられている４極子が３次開口収差も同時に発生するため、次のステップで対物レンズ２３の球面収差と一緒に補正するからである。なお、色収差の補正動作は、電子ビームの加速電圧および対物レンズ２３と試料２４との間の距離（作動距離＝ＷＤ）の変化により、重畳するエネルギー分散の量が変化するので、電子ビームの加速電圧とＷＤを変化させた際に行わねばならない。
【００３６】
ここで、電子銃２１より電子が出射されたときに有するエネルギー分散ΔＥ／Ｅ（Ｅは加速電圧）によって、像面がΔｆだけ移動すると考えると、Δｆは次のように表すことができる。
【００３７】
Δｆ＝（ΔＥ／Ｅ）＊Ｃｃ＋（ΔＥ／Ｅ）２＊Ｋｃ＋・・・ （１）
上式において、ＣｃおよびＫｃは、系全体（収差補正器Ｃと対物レンズ２３）の１次、２次の色収差係数である。さて、式（１）で３次以上の色収差を無視し、Δｆ＝０の時を像面（フォーカス面）としてグラフ化すると図６のように表される。
【００３８】
いま、１次色収差が補正されていない状態では、それに相当して像面が｜Δｆｃ（ｕｎ−ｃｏｒｒｅｃｔｅｄ）｜の領域に分布する。これが像面のボケに変換される。しかし、このボケの量は微小であるために量的に観測することができない。そこで、試料２４の２次元領域を電子ビームで走査する際、各Ｘ方向の走査ライン（水平走査ライン）を３回繰り返し走査し、１回目と３回目の各水平ライン走査時には、電子銃２１からの電子ビームＥＢの加速電圧Ｅにそれぞれ電圧Ｅ１、Ｅ２（＝−Ｅ１）を重畳してエネルギー分散を大きくすることで、色収差を明瞭に観察できるように動作させている。
【００３９】
色収差が補正されていれば、式（１）において、Ｃｃ＝０となり、Δｆ（Ｅ１）とΔｆ（Ｅ２）とが一致していることをＸ、Ｙ方向独立に観測する。例えば、Ｘ（またはＹ）方向に収束するΔｆを探せばよい。すなわち、Ｅ１，Ｅ２＝０の時、｜Δｆｃ（ｃｏｒｒｅｃｔｅｄ）｜≒０となる。
【００４０】
次に、色収差補正しているときのディスプレイ上の画像表示方式について説明する。ディスプレイ上の画像の表示領域Ｓを図６に示すように横方向に３分割する。この３分割された領域Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３に表示される画像のそれぞれは、異なった加速電圧に基づいて作成される。つまり、試料の２次元走査中の各水平走査を３回繰り返しライン走査し、最初の１ラインを走査しているときに加速電圧Ｅに電圧Ｅ１を重畳し、２回目の１ラインを走査しているときには電子ビームの加速電圧はＥとし、３回目の１ラインを走査しているときに加速電圧Ｅに電圧Ｅ２（＝−Ｅ１）を重畳している。このような水平走査ラインに含まれる各ラインを３回繰り返し走査する制御、１回目から３回目のライン走査における加速電圧の設定は、ＣＰＵ４０の制御に基づき、電子銃２１の電源と走査信号発生回路３７をコントロールすることによって行われる。
【００４１】
このように、電子ビームの試料上の各水平ライン走査を３回繰り返し、このような電子ビームの走査に基づく像をディスプレイ４３に表示する。この場合、図７に示すように、ディスプレイ４３の画面Ｓを横方向に３分割し、分割された３つの画像表示領域Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３に各ライン走査に基づく像を表示する。例えば、加速電圧ΔＥに電圧Ｅ１が印加された電子ビームの走査による像は、左側の領域Ｓ１に表示される。また、加速電圧ΔＥの電子ビームによる２回目のライン走査に基づく画像をディスプレイの３分割された真ん中の領域Ｓ２に表示させる。更に、加速電圧ΔＥに電圧Ｅ２（−Ｅ１）が印加された電子ビームの３回目のライン走査に基づく画像をディスプレイ４３の３分割された右側の領域Ｓ３に表示させる。
【００４２】
このようにして、３分割されたディスプレイ４３の画像領域Ｓに加速電圧の異なった電子ビームによる同一視野の像を表示させる。その後、それぞれの画像について像をフォーカスさせる。まず、対物レンズ２３の励磁電流をＣＰＵ４０により対物レンズ電源３３を制御することにより調整し、ディスプレイ４３の画像Ｓの左側の像Ｓ１をフォーカスさせる。その時、ディスプレイ画像Ｓの右側の像Ｓ３も同様にフォーカスされるように収差補正器Ｃの電源３８を調整し、各多極子の調整を行う。このような調整の結果、３分割画像の右側と左側の像Ｓ１，Ｓ２がボケの量が同様な像となったときが色収差補正が完了したときであり、その時の収差補正器Ｃの条件で、対物レンズ２３の励磁電流を調整し、中央の像Ｓ２のフォーカス調整がなされる。
【００４３】
このようにして特定の加速電圧および作動距離（ＷＤ）における収差補正器Ｃの最適な調整が行われ、この結果、加速電圧をΔＥに固定した状態で電子ビームの２次元走査を行い、この走査に基づいて検出された２次電子に基づいて像を表示すれば、色収差が完全に補正され、高い分解能の像を得ることができる。なお、色収差補正する際に、電子銃の加速電圧にエネルギー分散の量を重畳するが、このエネルギー分散の量は、電子銃の加速電圧の値そのもの、作動距離の変化により変化するもので、このエネルギー分散の量は、加速電圧の値と作動距離に基づき最適な値をメモリー４４に記憶しておき、加速電圧と作動距離が設定された場合には、メモリー４４から最適なエネルギー分散の量が読み出され、そのデータに基づいて、加速電圧の変化量や対物レンズの励磁電流の変化量が設定される。
【００４４】
以上、本発明の一実施の形態を説明したが、本発明はこの形態に限定されず幾多の変形が可能である。例えば、色収差補正時に電子ビームの加速電圧を３段階に変化させたが、２種以上であればよく、エネルギー分散の量が対称的な電子ビームの加速電圧が含まれていればよい。また、電子ビームを２次元走査する場合、１水平ラインごとに複数回走査しても良く、単一の加速電圧で第１回目の２次元走査を行い、次に加速電圧を変化させて同一視野の第２回目、第３回目の２次元走査を行うようにしても良い。
【００４５】
更に、フレームメモリーを用いて各加速電圧ごとの画像信号を積算処理することは画像のＳＮ比を向上させる上で好ましい。更にまた、複数の画像をディスプレイの表示画面を分割して表示させるようにしたが、ディスプレイの数を増やして、各ディスプレイごとに単一の画像を表示させるようにしても良い。
【００４６】
更にまた、走査電子顕微鏡を例に実施の形態を説明したが、イオンビームを走査して画像を得るようにしたイオンビーム装置にも本発明を適用することができる。
【００４７】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１の発明に基づく荷電粒子ビーム装置における収差補正方法は、荷電粒子ビーム発生源と、荷電粒子ビーム発生源からの荷電粒子ビームの加速電圧を制御できる加速電圧電源と、荷電粒子ビーム発生源からの荷電粒子ビームを集束するコンデンサレンズと、荷電粒子ビームの開き角を制御する開き角制御レンズと、荷電粒子ビーム光学系内部に配置され複数の多極子より構成される収差補正器と、収差補正器の後段に設けられた対物レンズと、荷電粒子ビームの光路の一部に設けられた対物絞りと、試料に照射される荷電粒子ビームを走査するための走査器と、加速電圧や作動距離を変更する操作部と、前記収差補正器の各多極子のそれぞれに電圧を供給する電源と、対物レンズの電源と、試料への荷電粒子ビームの照射に基づいて発生した信号を検出する検出器と、検出器の検出信号に基づいて画像を表示するディスプレイを備えた荷電粒子ビーム装置において、試料を荷電粒子ビームによって２次元走査するにあたり、ほぼ同一ラインを複数回走査して試料の荷電粒子ビームによる２次元走査を行い、各複数回のライン走査ごとに荷電粒子ビームの加速電圧を変化させてエネルギー分散量を異ならせ、エネルギー分散量が特定の加速電圧に対して対称的にされ、対称的なエネルギー分散量の異なった荷電粒子ビームの加速電圧に基づく複数の画像を取得し、複数の画像のフォーカスを調整し、少なくとも２種の画像が同様にフォーカスされるように対物レンズと収差補正器の調整を行うようにしたことを特徴としている。
【００４８】
請求項１の発明においては、色収差の補正を行う際には、加速電圧に所定の電圧を印加してエネルギー分散の大きな荷電粒子ビームによって複数の試料像を得、色収差の程度が明確に認識できる状態で、その複数の像を比較して色収差の補正動作を行うことができるので、操作性が向上する。
【００４９】
また、請求項２の発明に基づく荷電粒子ビーム装置における収差補正方法は、請求項１の発明において、試料を荷電粒子ビームによって２次元走査するにあたり、ほぼ同一ラインを３回走査して試料の荷電粒子ビームによる２次元走査を行い、１回目のライン走査と３回目のライン走査における荷電粒子ビームの加速電圧は、２回目のライン走査の加速電圧に同一電圧を一方にはプラスし、他方にはマイナスするようにしたことを特徴としており、請求項１と同様な効果が得られる。
【００５０】
更に、請求項３の発明に基づく荷電粒子ビーム装置における収差補正方法は、請求項１の発明において、試料を荷電粒子ビームによって複数回２次元走査するにあたり、第１の荷電粒子ビームの加速電圧により試料の２次元走査を行い、その後第２の荷電粒子ビームの加速電圧により試料の２次元走査を行い、第１の荷電粒子ビームの加速電圧と第２の荷電粒子ビームの加速電圧とは、特定の加速電圧に対して対称的に高くおよび低くされていることを特徴としており、請求項１と同様な効果が得られる。
【００５１】
更にまた、請求項４に基づく荷電粒子ビーム装置は、荷電粒子ビーム発生源と、荷電粒子ビーム発生源からの荷電粒子ビームの加速電圧を制御できる加速電圧電源と、荷電粒子ビーム発生源からの荷電粒子ビームを集束するコンデンサレンズと、荷電粒子ビームの開き角を制御する開き角制御レンズと、荷電粒子ビーム光学系内部に配置され複数の多極子より構成される収差補正器と、収差補正器の後段に設けられた対物レンズと、荷電粒子ビームの光路の一部に設けられた対物絞りと、試料に照射される荷電粒子ビームを走査するための走査器と、加速電圧や作動距離を変更する操作部と、前記収差補正器の各多極子のそれぞれに電圧を供給する電源と、対物レンズの電源と、試料への荷電粒子ビームの照射に基づいて発生した信号を検出する検出器と、検出器の検出信号に基づいて画像を表示するディスプレイを備えた荷電粒子ビーム装置において、試料を荷電粒子ビームによって２次元走査するにあたり、ほぼ同一ラインを複数回走査して試料の荷電粒子ビームによる２次元走査を行うための荷電粒子ビーム走査制御手段と、各複数回のライン走査ごとに荷電粒子ビームの加速電圧を変化させてエネルギー分散量を異ならせるための加速電圧電源と、エネルギー分散量が特定の加速電圧に対して対称的にされ、対称的なエネルギー分散量の異なった荷電粒子ビームの加速電圧に基づいて試料を２次元走査するための手段と、試料への荷電粒子ビームの照射に基づいて得られた信号により複数の画像を取得し、該画像を表示するためのディスプレイとを備えたことを特徴としている。
【００５２】
この請求項４に基づく荷電粒子ビーム装置では、対称的なエネルギー分散量の異なった荷電粒子ビームの加速電圧に基づいて試料を２次元走査し、試料への荷電粒子ビームの照射に基づいて得られた信号により複数の画像を取得し、該複数の画像を同時に表示するように構成したので、オペレータの記憶に頼らずに、色収差の補正動作を行うことができ、色収差補正の動作の操作性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】収差補正装置の原理の概略を説明するための図である。
【図２】静電型１２極子を１２以下の静電型多極子として用いる方法を示す図である。
【図３】磁場型１２極子を１２以下の磁場型多極子として用いる方法を示す図である。
【図４】静電型多極子の標準配列を示す図である。
【図５】本発明に基づく走査電子顕微鏡の一例を示す図である。
【図６】エネルギー分散量に対する像面の移動量を示す図である。
【図７】３つの領域に分割されたディスプレイ画面を示す図である。
【符号の説明】
２１ 電子銃
２２ コンデンサレンズ
２３ 対物レンズ
２４ 試料
２５ ステージ
２６ 走査コイル
２７ 対物レンズ絞り
２８ 開き角制御レンズ
３１，３２，３３，３４，３８ 電源
３５ 走査コイル駆動回路
３６ ステージ駆動回路
３７ 走査信号発生回路
４０ ＣＰＵ
４１ キーボード
４２ マウス
４３ ディスプレイ
４４ メモリー
４６ ２次電子検出器
４７ 増幅器
Claims (4)
- 荷電粒子ビーム発生源と、荷電粒子ビーム発生源からの荷電粒子ビームの加速電圧を制御できる加速電圧電源と、荷電粒子ビーム発生源からの荷電粒子ビームを集束するコンデンサレンズと、荷電粒子ビームの開き角を制御する開き角制御レンズと、荷電粒子ビーム光学系内部に配置され複数の多極子より構成される収差補正器と、収差補正器の後段に設けられた対物レンズと、荷電粒子ビームの光路の一部に設けられた対物絞りと、試料に照射される荷電粒子ビームを走査するための走査器と、加速電圧や作動距離を変更する操作部と、前記収差補正器の各多極子のそれぞれに電圧を供給する電源と、対物レンズの電源と、試料への荷電粒子ビームの照射に基づいて発生した信号を検出する検出器と、検出器の検出信号に基づいて画像を表示するディスプレイを備えた荷電粒子ビーム装置において、試料を荷電粒子ビームによって２次元走査するにあたり、ほぼ同一ラインを複数回走査して試料の荷電粒子ビームによる２次元走査を行い、各複数回のライン走査ごとに荷電粒子ビームの加速電圧を変化させてエネルギー分散量を異ならせ、エネルギー分散量が特定の加速電圧に対して対称的にされ、対称的なエネルギー分散量の異なった荷電粒子ビームの加速電圧に基づく複数の画像を取得し、複数の画像のフォーカスを調整し、少なくとも２種の画像が同様にフォーカスされるように対物レンズと収差補正器の調整を行うようにした荷電粒子ビーム装置における収差補正方法。
- 試料を荷電粒子ビームによって２次元走査するにあたり、ほぼ同一ラインを３回走査して試料の荷電粒子ビームによる２次元走査を行い、１回目のライン走査と３回目のライン走査における荷電粒子ビームの加速電圧は、２回目のライン走査の加速電圧に同一電圧を一方にはプラスし、他方にはマイナスするようにした請求項１記載の荷電粒子ビーム装置における収差補正方法。
- 試料を荷電粒子ビームによって複数回２次元走査するにあたり、第１の荷電粒子ビームの加速電圧により試料の２次元走査を行い、その後第２の荷電粒子ビームの加速電圧により試料の２次元走査を行い、第１の荷電粒子ビームの加速電圧と第２の荷電粒子ビームの加速電圧とは、特定の加速電圧に対して対称的に高くおよび低くされている請求項１記載の荷電粒子ビーム装置における収差補正方法。
- 荷電粒子ビーム発生源と、荷電粒子ビーム発生源からの荷電粒子ビームの加速電圧を制御できる加速電圧電源と、荷電粒子ビーム発生源からの荷電粒子ビームを集束するコンデンサレンズと、荷電粒子ビームの開き角を制御する開き角制御レンズと、荷電粒子ビーム光学系内部に配置され複数の多極子より構成される収差補正器と、収差補正器の後段に設けられた対物レンズと、荷電粒子ビームの光路の一部に設けられた対物絞りと、試料に照射される荷電粒子ビームを走査するための走査器と、加速電圧や作動距離を変更する操作部と、前記収差補正器の各多極子のそれぞれに電圧を供給する電源と、対物レンズの電源と、試料への荷電粒子ビームの照射に基づいて発生した信号を検出する検出器と、検出器の検出信号に基づいて画像を表示するディスプレイを備えた荷電粒子ビーム装置において、試料を荷電粒子ビームによって２次元走査するにあたり、ほぼ同一ラインを複数回走査して試料の荷電粒子ビームによる２次元走査を行うための荷電粒子ビーム走査制御手段と、各複数回のライン走査ごとに荷電粒子ビームの加速電圧を変化させてエネルギー分散量を異ならせるための加速電圧電源と、エネルギー分散量が特定の加速電圧に対して対称的にされ、対称的なエネルギー分散量の異なった荷電粒子ビームの加速電圧に基づいて試料を２次元走査するための手段と、試料への荷電粒子ビームの照射に基づいて得られた信号により複数の画像を取得し、該画像を表示するためのディスプレイとを備えた荷電粒子ビーム装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003148756A JP2004355822A (ja) | 2003-05-27 | 2003-05-27 | 荷電粒子ビーム装置における収差補正方法および荷電粒子ビーム装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP2003148756A JP2004355822A (ja) | 2003-05-27 | 2003-05-27 | 荷電粒子ビーム装置における収差補正方法および荷電粒子ビーム装置 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004355822A true JP2004355822A (ja) | 2004-12-16 |
Family
ID=34045041
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2003148756A Pending JP2004355822A (ja) | 2003-05-27 | 2003-05-27 | 荷電粒子ビーム装置における収差補正方法および荷電粒子ビーム装置 |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2004355822A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007287495A (ja) * | 2006-04-18 | 2007-11-01 | Jeol Ltd | ２レンズ光学系走査型収差補正集束イオンビーム装置及び３レンズ光学系走査型収差補正集束イオンビーム装置及び２レンズ光学系投影型収差補正イオン・リソグラフィー装置並びに３レンズ光学系投影型収差補正イオン・リソグラフィー装置 |
| US7504624B2 (en) | 2005-05-13 | 2009-03-17 | Hitachi High-Technologies Corporation | Charged particle beam device |
-
2003
- 2003-05-27 JP JP2003148756A patent/JP2004355822A/ja active Pending
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|---|---|---|---|---|
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| JP2007287495A (ja) * | 2006-04-18 | 2007-11-01 | Jeol Ltd | ２レンズ光学系走査型収差補正集束イオンビーム装置及び３レンズ光学系走査型収差補正集束イオンビーム装置及び２レンズ光学系投影型収差補正イオン・リソグラフィー装置並びに３レンズ光学系投影型収差補正イオン・リソグラフィー装置 |
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