(57)【要約】【課題】照射される電子線の収差や焦点ずれを補正するともに、静電レンズの電場の変動が偏向器に与える影響を抑制することを目的とする。【解決手段】試料に照射される荷電粒子線を偏向する偏向器と、前記荷電粒子線を前記試料の上で集束させる対物レンズと、を備える荷電粒子線装置であって、前記対物レンズの一部を含み、前記荷電粒子線の収差や焦点ずれを補正するための電圧が印加される静電レンズと、前記偏向器と前記静電レンズとの間に設けられ、前記静電レンズに印加される電圧と同符号であって一定の電圧が印加される電場固定電極と、をさらに備えることを特徴とする。【選択図】図３
2020053272.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料に照射される荷電粒子線を偏向する偏向器と、前記荷電粒子線を前記試料の上で集束させる対物レンズと、を備える荷電粒子線装置であって、
前記対物レンズの一部を含み、前記荷電粒子線の収差や焦点ずれを補正するための電圧が印加される静電レンズと、
前記偏向器と前記静電レンズとの間に設けられ、前記静電レンズに印加される電圧と同符号であって一定の電圧が印加される電場固定電極と、をさらに備えることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項２】
請求項１に記載の荷電粒子線装置であって、
前記電場固定電極が前記静電レンズの形状に沿うように配置されることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項３】
請求項１に記載の荷電粒子線装置であって、
前記電場固定電極は前記荷電粒子線の照射方向に分割され、分割された各電極には独立に電圧が印加されることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項４】
請求項３に記載の荷電粒子線装置であって、
分割された各電極は同じ内径を有し、前記試料に近づくにつれて高い電圧が印加されることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項５】
請求項１に記載の荷電粒子線装置であって、
前記電場固定電極は前記荷電粒子線の照射方向を軸とする周方向に分割され、分割された各電極には独立に電圧が印加されることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項６】
請求項１に記載の荷電粒子線装置であって、
前記試料と前記対物レンズとの距離を変更する距離変更部と、
前記試料と前記対物レンズとの間に設けられる試料側電極と、をさらに備えることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項７】
請求項６に記載の荷電粒子線装置であって、
前記試料側電極に印加される電圧は、前記距離に応じて調整されることを特徴とする荷電粒子線装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は荷電粒子線装置に係り、特に試料に照射される電子線の収差又は焦点ずれを補正する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
荷電粒子線装置は、電子線のような荷電粒子線を試料に照射し、試料を観察したり、加工したりする装置である。荷電粒子線装置の一つである走査電子顕微鏡は、偏向器によって電子線で試料を走査しながら、試料から放出される二次電子や反射電子等を検出することにより、観察用の画像を生成する。走査電子顕微鏡によって生成される画像の空間分解能は、照射される電子線の試料上でのサイズが小さいほど向上し、電子線の収差や焦点ずれによって低下する。すなわち、画像の空間分解能を向上させるには、電子線の収差や焦点ずれを補正する必要がある。
【０００３】
特許文献１には、磁場レンズである対物レンズと試料との間に、対物レンズの磁路を構成する静電レンズが設けられ、複数に分割された静電レンズの各電極に印加される電圧を調整することにより収差や焦点ずれを補正することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１８１７８６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、静電レンズによって形成される電場の変動が偏向器に与える影響について言及されていない。静電レンズが形成する電場が偏向器による電子線の走査に干渉する領域にあると、電場の変動により電子線の照射位置がずれ、生成される画像に乱れが生じる。なお偏向器への干渉を避けるために、静電レンズが形成する電場の領域を狭くし過ぎると、対物レンズでの収差が顕在化する。
【０００６】
そこで本発明は、照射される電子線の収差や焦点ずれを補正するともに、静電レンズの電場の変動が偏向器に与える影響を抑制することを目的とする。
【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、試料に照射される荷電粒子線を偏向する偏向器と、前記荷電粒子線を前記試料の上で集束させる対物レンズと、を備える荷電粒子線装置であって、前記対物レンズの一部を含み、前記荷電粒子線の収差や焦点ずれを補正するための電圧が印加される静電レンズと、前記偏向器と前記静電レンズとの間に設けられ、前記静電レンズに印加される電圧と同符号であって一定の電圧が印加される電場固定電極と、をさらに備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、照射される電子線の収差や焦点ずれを補正するともに、静電レンズの電場の変動が偏向器に与える影響を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施例１に係る荷電粒子線装置の一例である走査電子顕微鏡の概略図である。
【図２】実施例１の偏向器を調整するためのテーブルの一例を示す図である。
【図３】実施例１の光軸上の電場や磁場の関係を示す模式図である。
【図４】比較例の光軸上の電場や磁場の関係を示す模式図である。
【図５】実施例１の変形例の光軸上の電場や磁場の関係を示す模式図である。
【図６】実施例２に係る荷電粒子線装置の一例である走査電子顕微鏡の概略図である。
【図７】実施例２の光軸上の電場や磁場の関係を示す模式図である。
【図８】実施例３の電場固定電極の構造を示す模式図である。
【図９】実施例４に係る荷電粒子線装置の一例である走査電子顕微鏡の概略図である。
【図１０】実施例４の光軸上の電場や磁場の関係を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照して、本発明の荷電粒子線装置の実施例について説明する。荷電粒子線装置は、荷電粒子線を試料に照射し、試料を観察したり加工したりする装置であり、電子線で試料を走査することにより試料を観察するための画像を生成する走査電子顕微鏡などの様々な装置がある。以下では、荷電粒子線装置の一例として、走査電子顕微鏡について説明する。
【実施例１】
【００１１】
図１を用いて本実施例の走査電子顕微鏡の全体構成について説明する。走査電子顕微鏡は、電子光学系鏡筒１、電源ユニット２、及び制御ユニット３から構成される。なお図１中の鉛直方向をＺ方向、水平方向をＸ方向及びＹ方向とする。
【００１２】
電子光学系鏡筒１は、電子源１０１、試料ステージ１０３、検出器１０６、対物レンズ１１１、第一のコンデンサレンズ１２１、第二のコンデンサレンズ１２２、偏向器１４０、電場固定電極１５１を備える。観察対象となる試料１０４は、試料ステージ１０３に搭載される。対物レンズ１１１はコイル１１２、下磁路１１３、上磁路１１４を含む。偏向器１４０は第一の偏向器１４１と第二の偏向器１４２を含む。対物レンズ１１１、第一のコンデンサレンズ１２１、第二のコンデンサレンズ１２２および電場固定電極１５１は光軸１０を回転軸とした連続的な回転体構造を有し、第一の偏向器１４１および第二の偏向器１４２は光軸１０を回転軸とした４回対称の回転体構造を有する。
【００１３】
電源ユニット２は、電子光学系鏡筒１の各構成部品に電力を供給する。電源ユニット２は、電子光学系鏡筒１の各構成部品に接続される制御電源２０１〜２１０を含む。制御電源２０１、２０３、２０５、２１０はそれぞれ、電子源１０１、試料１０４、上磁路１１４、電場固定電極１５１に印加する電圧を制御する。制御電源２０２は試料ステージ１０３のＸＹ面での移動を制御する。制御電源２０４、２０６、２０７、２０８、２０９はそれぞれ、コイル１１２、第一のコンデンサレンズ１２１、第二のコンデンサレンズ１２２、第一の偏向器１４１、第二の偏向器１４２を励磁する電流を制御する。
【００１４】
制御ユニット３は、走査電子顕微鏡全体を制御する。制御ユニット３は、演算装置３０１、記憶装置３０２、及び入出力装置３０３を含む。演算装置３０１は、記憶装置３０２に格納されるプログラムにしたがって、所定の演算処理を実行する。演算装置３０１は、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）及びＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）等である。記憶装置３０２は、演算装置３０１が実行するプログラムや当該プログラムが使用するデータ、および演算装置３０１で処理されたデータを格納する。記憶装置３０２は、プログラムが使用するワークエリア等の一時記憶領域を含む。記憶装置３０２は、例えば、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）等の主記録装置やＨＤＤ（Ｈａｒｄ  Ｄｉｓｋ  Ｄｒｉｖｅ）及びＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ  Ｓｔａｔｅ  Ｄｒｉｖｅ）等の補助記憶装置である。入出力装置３０３は、データの入力及びデータの出力を行う装置であり、キーボード、マウス、タッチパネル、ディスプレイ等を含む。
【００１５】
電子光学系鏡筒１内では、電子源１０１から一次電子線１１が放射される。一次電子線１１は、第一のコンデンサレンズ１２１、第二のコンデンサレンズ１２２、対物レンズ１１１が形成する磁場を順に受けて試料１０４上に集束される。すなわち、３つのレンズによって一次電子線１１のフォーカスが調整される。このとき、電流制限絞り１０２を通過する一次電子線１１のプローブ電流が第一のコンデンサレンズ１２１で制御され、試料１０４上での一次電子線１１の開き角が第二のコンデンサレンズで制御される。さらに一次電子線１１の軌道上には、対物レンズ１１１によって形成される磁場に加えて、それぞれ独立に電圧が印加される上磁路１１４、試料１０４、電場固定電極１５１によって電場が形成される。
【００１６】
また偏向器１４０は一次電子線１１を偏向して試料１０４を二次元に走査する走査偏向器、および試料１０４を二次元に走査する範囲を任意に設定できる視野設定偏向器として使用される。なお、走査偏向器用の偏向器と視野設定偏向器用の偏向器とを独立に配置しても良い。制御電源２０８と制御電源２０９は、試料１０４上での一次電子線１１の偏向量の指示値に応じて演算装置３０１によって算出される電流を第一の偏向器１４１と第二の偏向器１４２のそれぞれに印加する。なお一次電子線１１の偏向量の指示値は、記憶装置３０２に予め格納され、制御条件に応じて読み出されても良いし、入出力装置３０３から入力されても良い。演算装置３０１は、記憶装置３０２に予め格納された調整データの数値に基づいた動作比率となるように各電流を算出する。
【００１７】
図２に調整データの一例を示す。図２の調整データは、Ｘ方向に作用する偏向器とＹ方向に作用する偏向器を用いて任意の方向に偏向する構成において、各方向の比率であるＸ比率とＹ比率が一次電子線１１の加速電圧毎に格納される例である。偏向器に係る調整データが加速電圧毎に格納されることにより、一次電子線１１の偏向に係る制御が容易になる。
【００１８】
一次電子線１１で試料１０４を走査している間に試料１０４から放出される二次電子又は反射電子等の信号電子１２は、反射板１０５に衝突した後、反射板から発生した三次電子や反射電子として検出器１０６によって検出される。ここで、反射板１０５に衝突する信号電子１２を増加させるために、信号電子１２のみを偏向して一次電子線１１には作用しないＥｘＢ偏向器を信号電子１２の進行方向の上流側に設置してもよい。また、信号電子１２を検出器１０６に直接検出させるために、ＥｘＢ偏向器で信号電子１２をさらに偏向させてもよい。演算装置３０１は、検出器１０６によって検出された信号電子１２の強度を一次電子線１１の照射位置毎に対応付けた二次元情報としてマッピングすることにより、試料１０４を観察するための画像を生成する。生成された画像は、入出力装置３０３に表示されるともに、記憶装置３０２に格納される。
【００１９】
試料１０４を搭載した試料ステージ１０３は光軸１０に垂直な平面であるＸＹ面を二次元に移動できる。すなわち、試料ステージ１０３によって試料１０４上での一次電子線１１の照射位置を移動させて観察位置を変更することができる。このとき、試料１０４の観察位置と対物レンズ１１１との距離（以下、試料１０４の高さ）が試料ステージ１０３もしくは試料１０４の形状に起因して変化することがある。具体的には、試料ステージ１０３と試料１０４との接触面がＸＹ面に対して傾きを持つ場合や、試料１０４の自重や試料１０４内に発生する応力によって試料１０４の表面にたわみが生じる場合、試料１０４の高さが変化する。試料ステージ１０３の移動により試料１０４の高さが変化すると、観察位置の変更前に調整された集束条件では一次電子線１１は試料１０４上に集束されずに焦点ずれが生じ、生成される画像が不鮮明になる。そこで本実施例では、上磁路１１４に印加される電圧を変動させて上磁路１１４を静電レンズとして機能させることにより、焦点ずれを補正する。なお、静電レンズとなる上磁路１１４と偏向器１４０との間には電場固定電極１５１が配置されるので、上磁路１１４が形成する電場の変動は電場固定電極１５１によって遮蔽され、偏向器１４０に及ばない。また電場固定電極１５１には、上磁路１１４に印加される電圧の変動によらず、一定の電圧が印加される。
【００２０】
図３を用いて、偏向器１４０によって形成される偏向場 ４０１と、上磁路１１４すなわち静電レンズによって形成される電場４１１と、対物レンズ１１１によって形成される磁場４２１との光軸１０上での関係について説明する。なお偏向場４０１は磁場でも電場でも良く、本実施例では磁場である。また図３には、試料１０４に負の電圧が印加されて形成される電場と、電場固定電極１５１に正の電圧が印加されて形成される電場と、電場４１１とを合成した合成電場４１２を点線で示した。さらに、対物レンズ１１１、試料１０４、電場固定電極１５１、偏向器１４０の配置も、電場及び磁場との対比のために図３に示した。なお図３との比較例として、電場固定電極１５１が取り除かれた構成を図４に示し、図３と図４を比較しながら以降で説明する。
【００２１】
図４では、静電レンズによる電場４１１ａの一部が偏向場４０１の存在領域に重なるので、焦点ずれを補正するために電場４１１ａを変動させると、偏向場４０１に重なる電場４１１ａの変動により一次電子線１１の照射位置がずれ、生成される画像に乱れが生じる。これに対して図３では、電場固定電極１５１が静電レンズと偏向器１４０の間に配置されているため、静電レンズによる電場４１１は偏向場４０１の存在領域に重ならず、電場４１１を変動させても一次電子線１１の照射位置はずれないので、画像は乱れない。また電場４１１が対物レンズ１１１による磁場４２１の存在領域を包含しているため、電場４１１のわずかな変動により焦点ずれを補正でき、収差の観点において有利である。
【００２２】
なお静電レンズによる電場４１１の領域が狭くなると対物レンズ１１１での収差が顕在化するので、静電レンズに印加される電圧と同符号であって一定の電圧を電場固定電極１５１に印加することにより、偏向場４０１の存在領域に合成電場４１２の一部を重ねさせる。電場固定電極１５１に印加される電圧が一定であるので、偏向場４０１に重なる領域では合成電場４１２は変動せず、画像に乱れは生じない。
【００２３】
また電場固定電極１５１に印加される電圧は、電場固定電極１５１がないときの静電レンズによる電場４１１ａの形状に合成電場４１２の形状が近い状態になるように設定されることが好ましい。合成電場４１２の形状が電場４１１ａの形状に近い状態であると、電場固定電極１５１がないときに設定された各種光学条件、例えば図２に示されるような偏向器に係る調整データを、電場固定電極１５１が配置されたときにも使用することができる。すなわち電場固定電極１５１に印加される電圧は、加速電圧等の光学条件毎に設定されても良いが、焦点ずれ等を補正する際には一定の値のままである。
【００２４】
図５を用いて、電場固定電極１５１の変形例について説明する。図５の電場固定電極１５１は、静電レンズである上磁路１１４の形状に沿うように形成され、より望ましくは上磁路１１４と平行に電場固定電極１５１が配置される。このような構成により、試料１０４による電場と、電場固定電極１５１による電場と、静電レンズによる電場４１１とを合成した合成電場４１３の形状は、電場固定電極１５１がないときの静電レンズによる電場４１１ａの形状により近い状態となる。すなわち、電場固定電極１５１がないときに設定された各種光学条件を、電場固定電極１５１が配置されたときにも使用することがより容易になる。
【００２５】
以上説明にしたように本実施例では、静電レンズとして機能する上磁路１１４と偏向器１４０との間に電場固定電極１５１が配置されることにより、一次電子線１１の焦点ずれを補正するとともに、静電レンズの電場の変動が偏向器１４０に与える影響を抑制できる。その結果、明瞭で乱れのない観察用の画像が取得できる。また、試料１０４による電場と、電場固定電極１５１による電場と、静電レンズによる電場４１１を合成した合成電場の形状を電場４１１ａの形状に近づけることにより、電場固定電極１５１がないときに設定された各種光学条件を再設定せずに済むようになる。
【実施例２】
【００２６】
実施例１では、静電レンズとして機能する上磁路１１４と偏向器１４０との間に一つの電場固定電極１５１を配置し、電場固定電極１５１に一定の電圧を印加することについて説明した。本実施例では、静電レンズとして機能する上磁路１１４と偏向器１４０との間に配置される電場固定電極を一次電子線１１の照射方向に分割し、分割された各電極には独立に電圧を印加することについて説明する。
【００２７】
図６を用いて、本実施例の走査電子顕微鏡の構成について説明する。なお、実施例１と同じ構成には同じ符号を付与して説明を省略する。本実施例の走査電子顕微鏡は、実施例１の電場固定電極１５１の代わりに三つの電場固定電極１５２、１５３、１５４を備え、実施例１の制御電源２１０の代わりに制御電源２１１、２１２、２１３を備える。電場固定電極１５２、１５３、１５４は同じ内径と外径を有し、静電レンズとして機能する上磁路１１４と偏向器１４０との間に光軸１０に沿って配置される。制御電源２１１、２１２、２１３は電場固定電極１５２、１５３、１５４のそれぞれに接続され、各電極に印加される電圧を制御する制御電源である。制御電源２１１、２１２、２１３により、電場固定電極１５２、１５３、１５４にはそれぞれ独立な電圧を印加することができる。
【００２８】
図７を用いて、偏向器１４０による偏向場 ４０１と、上磁路１１４すなわち静電レンズによる電場４１１と、対物レンズ１１１による磁場４２１との光軸１０上での関係について説明する。なお図７には、試料１０４に負の電圧が印加されて形成される電場と、電場固定電極１５２、１５３、１５４に正の電圧が印加されて形成される電場と、電場４１１とを合成した合成電場４１４を点線で示した。以下、図７と図４を比較しながら説明する。
【００２９】
実施例１と同様に、電場固定電極１５２、１５３、１５４が静電レンズと偏向器１４０の間に配置されているため、静電レンズによる電場４１１は偏向場４０１の存在領域に重ならない。そのため、焦点ずれを補正するために電場４１１を変動させても一次電子線１１の照射位置はずれないので、生成される画像に乱れは生じない。また実施例１と同様に、電場４１１が対物レンズ１１１による磁場４２１の存在領域を包含しているので、電場４１１のわずかな変動により焦点ずれを補正できる。
【００３０】
また本実施例では、電場固定電極１５２、１５３、１５４の各々に異なる電圧を印加できるので、合成電場４１４の形状の制御が容易になる。例えば、電場固定電極１５２、１５３、１５４の順に絶対値が大きくなる正の電圧を印加した場合、すなわち試料１０４に近づくにつれて高い電圧を印加した場合、合成電場４１４の形状は図７に示されるような階段状になり、図４の電場４１１ａの形状に近づけられる。その結果、電場固定電極１５２、１５３、１５４がないときに設定された各種光学条件を、電場固定電極１５２、１５３、１５４が配置されたときにも使用することが容易になる。
【００３１】
以上説明にしたように本実施例では、静電レンズとして機能する上磁路１１４と偏向器１４０との間に電場固定電極１５２、１５３、１５４が配置されるので、実施例１と同様に、焦点ずれを補正でき、静電レンズの電場の変動による偏向器１４０への干渉を防止できる。その結果、明瞭で乱れのない観察用の画像が取得できる。また、合成電場４１４の形状を電場４１１ａの形状に近づけやすくなるので、電場固定電極１５１がないときに設定された各種光学条件を再設定せずに済むようになる。なお、電場固定電極の分割数は、本実施例で説明した三つに限定されず、二つ以上であれば本実施例と同様の効果を得ることができる。
【実施例３】
【００３２】
実施例２では、静電レンズとして機能する上磁路１１４と偏向器１４０との間に配置される電場固定電極を一次電子線１１の照射方向に分割することについて説明した。本実施例では、静電レンズとして機能する上磁路１１４と偏向器１４０との間に配置される電場固定電極を光軸１０の周方向に分割し、分割された各電極には独立に電圧を印加することについて説明する。なお、実施例１と同じ構成には同じ符号を付与して説明を省略する。
【００３３】
図８を用いて、本実施例の電場固定電極１６１、１６２、１６３、１６４について説明する。電場固定電極１６１、１６２、１６３、１６４は、上磁路１１４の電子源１０１の側に配置され、四回対称の四極子構造を有する。電場固定電極１６１、１６２、１６３、１６４のそれぞれには制御電源２１４、２１５、２１６、２１７が接続され、独立に電圧が印加される。
【００３４】
電場固定電極１６１、１６２、１６３、１６４と上磁路１１４の組み立て精度によっては、電場固定電極１６１、１６２、１６３、１６４の回転対称軸１７１と上磁路１１４の回転対称軸１７２がずれる場合がある。回転対称軸１７１と回転対称軸１７２がずれると、電場固定電極１６１、１６２、１６３、１６４による電場等の合成電場と対物レンズ１１１とのレンズ中心もずれ、対物レンズ１１１等を通過する一次電子線１１の軸外収差が増大するので、生成される画像が不明瞭になる。
【００３５】
そこで本実施例では、合成電場のレンズ中心が上磁路１１４の回転対称軸１７２に合うように、電場固定電極１６１、１６２、１６３、１６４の各々に印加される電圧を制御電源２１４、２１５、２１６、２１７によって調整する。合成電場のレンズ中心が回転対称軸１７２に合わせられることにより、レンズの軸ずれを補正するとともに、試料１０４に照射される一次電子線１１の収差を補正することができる。なお電場固定電極１６１、１６２、１６３、１６４に印加される電圧は、焦点ずれ等を補正する際には一定の値のままである。
【００３６】
なお本実施例では電場固定電極１６１、１６２、１６３、１６４が四極子である場合について説明したが、四極以上の極子であれば本実施例と同様の効果を得ることが可能である。また、実施例２で説明した電場固定電極１５２、１５３、１５４のそれぞれを四極以上の多極子構造にしても良い。
【００３７】
以上説明したように本実施例によれば、試料１０４上に偏向して集束された一次電子線１１に発生する収差を増大させることなく静電レンズとして機能する上磁路１１４を用いて焦点ずれを補正することができる。また上磁路１１４と偏向器１４０との間に電場固定電極１６１、１６２、１６３、１６４が配置されるので、実施例１と同様に、静電レンズの電場の変動による偏向器１４０への干渉を防止できる。
【実施例４】
【００３８】
実施例１では、試料１０４を光軸１０の方向に移動させない場合について説明した。観察目的によっては試料１０４を光軸１０と平行に移動させることがあり、試料１０４と対物レンズ１１１との距離が変わると、一次電子線１１の集束条件を再設定するのに加えて、試料１０４周辺の電場の変化にともなって歪収差が生じる場合がある。本実施例では、光軸１０の方向への試料ステージ１０３の移動にともなって生じる歪収差を低減することについて説明する。
【００３９】
図９を用いて、本実施例の走査電子顕微鏡の構成について説明する。なお、実施例１と同じ構成には同じ符号を付与して説明を省略する。本実施例の走査電子顕微鏡は、実施例１の構成とともに、距離変更部１０７と、試料側電極１１５と、制御電源２１８、２１９を備える。
【００４０】
距離変更部１０７は、試料１０４を搭載し、試料１０４を光軸１０と平行に移動させる装置であり、試料ステージ１０３に搭載される。制御電源２１９は距離変更部１０７の動作を制御する。制御電源２１９が距離変更部１０７の動作を制御するにより、試料１０４と対物レンズ１１１との距離が調整される。
【００４１】
試料側電極１１５は、試料１０４と対物レンズ１１１との間に配置され、上磁路１１４、試料１０４、電場固定電極１５１とは独立に電圧が印加される。制御電源２１８は試料側電極１１５に接続され、試料側電極１１５に印加される電圧を制御する。制御電源２１８は、試料１０４と対物レンズ１１１との距離に応じて、試料側電極１１５に印加される電圧を制御しても良い。
【００４２】
図９では、試料１０４を移動させる前の位置である第一の試料位置１０８を破線で示しており、ミリメートルのオーダーで移動させた位置に試料１０４が配置される。距離変更部１０７の動作による光軸１０の方向への試料１０４の移動による比較的大きな焦点ずれは、対物レンズ１１１の磁場を調整することにより補正される。また、試料ステージ１０３のＸＹ面での移動による比較的小さな焦点ずれは、上磁路１１４の電場を調整することにより補正される。
【００４３】
図１０を用いて、本実施例の光軸１０上での電場や磁場の関係を説明する。図１０には、電場固定電極１５１及び試料側電極１１５に正の電圧が印加されて形成される電場と、試料１０４に負の電圧が印加されて形成される電場と、上磁路１１４によって形成される電場４１１とを合成した合成電場４１５を点線で示した。また図１０には電場及び磁場との対比のために、第一の試料位置１０８、第二の試料位置１０９、試料側電極１１５、対物レンズ１１１、電場固定電極１５１、偏向器１４０の配置も示した。偏向器１４０による偏向場４０１と対物レンズ１１１による磁場４２１は実施例１と同様である。
【００４４】
ここで、試料側電極１１５が配置されていないときの試料１０４の周辺の電場について説明する。上磁路１１４が光軸１０上に形成する試料側の電場は、試料１０４が第一の試料位置１０８のときには破線４１６となり、第二の試料位置１０９のときには破線４１７となる。すなわち、距離変更部１０７によって試料１０４と対物レンズ１１１との距離が調整されると上磁路１１４による試料側の電場が変化する。試料側の電場の変化は、歪収差を生じさせる場合がある。
【００４５】
そこで本実施例では、試料側電極１１５を配置することにより、上磁路１１４により形成される電場４１１を電場固定電極１５１と試料側電極１１５の間に閉じ込める。すなわち、距離変更部１０７によって試料１０４と対物レンズ１１１との距離が調整される場合であっても、試料側電極１１５が配置されることにより、上磁路１１４により形成される電場４１１の試料１０４側の形状がほぼ一定に保持される。なお電場４１１の試料１０４側の形状をより一定に保持するために、試料側電極１１５に印加される電圧が調整されても良い。例えば、試料１０４と対物レンズ１１１との距離に応じて、試料側電極１１５に印加される電圧が制御されても良い。電場４１１の試料１０４側の形状が一定に保持されることにより、歪収差を低減することができる。
【００４６】
また、試料側電極１１５に印加される電圧は負の電圧であっても良い。静電レンズである上磁路１１４に印加される電圧と異なる符号の電圧が試料側電極１１５に印加されることにより、上磁路１１４により形成される電場４１１を電場固定電極１５１と試料側電極１１５の間により閉じ込めやすくなる。
【００４７】
以上説明したように本実施例によれば、光軸１０の方向への試料ステージ１０３の移動にともなって試料１０４と対物レンズ１１１との距離が変わる場合であっても、試料１０４周辺の電場の形状が一定に保持されるので、歪収差を低減することができる。また上磁路１１４と偏向器１４０との間に電場固定電極１５１が配置されるので、実施例１と同様に、静電レンズの電場の変動による偏向器１４０への干渉を防止できる。
【００４８】
なお、本発明は上記の実施例１乃至４に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。また上記の実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【符号の説明】
【００４９】
１…電子光学系鏡筒、２…電源ユニット、３…制御ユニット、１０…光軸、１１…一次電子線、１２…信号電子、１０１…電子源、１０２…電流制限絞り、１０３…試料ステージ、１０４…試料、１０５…反射板、１０６…検出器、１０７…距離変更部、１０８…第一の試料位置、１０９…第二の試料位置、１１１…対物レンズ、１１２…コイル、１１３…下磁路、１１４…上磁路（静電レンズ）、１１５…試料側電極、１２１…第一のコンデンサレンズ、１２２…第二のコンデンサレンズ、１４０…偏向器、１４１…第一の偏向器、１４２…第二の偏向器、１５１…電場固定電極、１５２〜１５４…電場固定電極、１６１〜１６４…電場固定電極、１７１…電場固定電極の回転対称軸、１７２…静電レンズの回転対称軸、２０１〜２１９…制御電源、３０１…演算装置、３０２…記憶装置、３０３…入出力装置、４０１…偏向場、４１１…静電レンズによる電場、４１２〜４１５…合成電場、４１６…試料側電極がなく第一の試料位置のときの電場、４１７…試料側電極がなく第二の試料位置のときの電場、４２１…対物レンズによる磁場
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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