(57)【要約】【課題】静電レンズを構成する各電極の中心穴が同軸上に配置されない場合であっても、高精度に静電レンズの軸合わせをすることにより幾何収差の発生を抑制することができる荷電粒子線装置を提供する。【解決手段】本発明に係る荷電粒子線装置は、加速電極と対物レンズとの間に配置された静電レンズを備え、前記静電レンズを構成する電極のうち少なくとも１つは、磁性体によって構成されており、前記電極の外周に沿って２つ以上の磁場発生素子が配置されている。【選択図】図３
2020092042.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料に対して荷電粒子線を照射する荷電粒子線装置であって、
前記荷電粒子線を放出する荷電粒子源、
前記荷電粒子源が放出した前記荷電粒子線を加速させる加速電極、
前記試料に対して前記荷電粒子線を集束させる対物レンズ、
前記加速電極と前記対物レンズとの間に配置された静電レンズ、
前記加速電極と前記静電レンズとの間に配置された偏向器、
を備え、
前記静電レンズを構成する電極のうち少なくとも１つは、磁性体によって構成されており、
前記荷電粒子線装置はさらに、前記電極と磁気的に接続され、前記荷電粒子線を偏向させる作用を有する磁場を発生させる磁場発生素子を備え、
前記磁場発生素子は、前記電極の外周に沿って２つ以上配置されている
ことを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項２】
前記磁場発生素子は、前記電極と接触して取り付けられることにより、前記電極と磁気的に接続されている
ことを特徴とする請求項１記載の荷電粒子線装置。
【請求項３】
前記磁場発生素子は、前記電極に取り付けられた磁性体棒と、前記磁性体棒に巻き回したコイルとによって構成されている
ことを特徴とする請求項２記載の荷電粒子線装置。
【請求項４】
前記磁場発生素子は、前記電極の周囲において、少なくとも２回回転対称以上の回転対称となるように配置されている
ことを特徴とする請求項１記載の荷電粒子線装置。
【請求項５】
前記対物レンズは、前記試料に対して前記荷電粒子線が照射されるときの集束位置を補正することができるように構成されており、
前記荷電粒子線装置はさらに、前記磁場発生素子に対して供給する電流を制御する制御部を備え、
前記制御部は、前記荷電粒子線が前記静電レンズのワブラ中心を通過するときにおける前記偏向器による前記荷電粒子線の第１偏向角度と、前記対物レンズによるフォーカス補正量が最小になるときにおける前記偏向器による前記荷電粒子線の第２偏向角度との間の差分が最小になるように、前記磁場発生素子に対して供給する電流を制御する
ことを特徴とする請求項１記載の荷電粒子線装置。
【請求項６】
前記制御部は、前記磁場発生素子に対して第１電流を供給しているときにおける前記第１偏向角度と前記第２偏向角度との間の第１差分を求め、
前記制御部は、前記磁場発生素子に対して第２電流を供給しているときにおける前記第１偏向角度と前記第２偏向角度との間の第２差分を求め、
前記制御部は、前記第１電流と前記第１差分の第１ペアと、前記第２電流と前記第２差分の第２ペアとの間を補間することにより、前記第１電流および前記第２電流とは異なる第３電流において前記差分が最小となるように前記第３電流を求める
ことを特徴とする請求項５記載の荷電粒子線装置。
【請求項７】
前記荷電粒子線装置はさらに、前記電極の外周を囲むように配置された第１磁性体部材を備え、
前記磁場発生素子は、前記電極と前記第１磁性体部材との間に配置され、前記電極と前記第１磁性体部材との間を磁気的に接続するように配置されている
ことを特徴とする請求項１記載の荷電粒子線装置。
【請求項８】
前記荷電粒子線装置はさらに、前記電極の外周を囲むように配置された第１磁性体部材を備え、
前記磁性体棒は、前記電極と前記第１磁性体部材との間に配置され、前記電極の外側面と前記第１磁性体部材の内側面との間を接続している
ことを特徴とする請求項３記載の荷電粒子線装置。
【請求項９】
前記荷電粒子線装置はさらに、前記電極の外周を囲むように配置された第２磁性体部材を備える
ことを特徴とする請求項８記載の荷電粒子線装置。
【請求項１０】
前記第２磁性体部材は、前記電極と前記第１磁性体部材との間に配置されている
ことを特徴とする請求項９記載の荷電粒子線装置。
【請求項１１】
前記磁性体棒は、前記電極から前記第１磁性体部材に向かって延伸する第１部位と、前記第１部位から分岐した第２部位とを備え、
前記第２部位は、前記荷電粒子線の照射方向に沿って延伸しており、
前記第２磁性体部材は、前記第２部位によって形成されている
ことを特徴とする請求項１０記載の荷電粒子線装置。
【請求項１２】
前記第２磁性体部材は、前記第１磁性体部材の外周を囲むように配置されている
ことを特徴とする請求項９記載の荷電粒子線装置。
【請求項１３】
前記磁場発生素子は、前記電極に取り付けられた磁性体棒と、コイルとによって構成されており、
前記荷電粒子線装置はさらに、前記電極の外周を囲むように配置された第１磁性体部材を備え、
前記磁性体棒は、前記電極と前記第１磁性体部材との間に配置され、前記電極の外側面と前記第１磁性体部材との間を磁気的に接続しており、
前記コイルは、前記第１磁性体部材に巻き回されている
ことを特徴とする請求項１記載の荷電粒子線装置。
【請求項１４】
前記電極と２つの前記磁場発生素子は、一方の前記磁場発生素子から前記電極を経由して他方の前記磁場発生素子に至る磁気回路を形成している
ことを特徴とする請求項１記載の荷電粒子線装置。
【請求項１５】
前記電極は、前記荷電粒子線が通過する穴を有しており、
前記電極と２つの前記磁場発生素子は、前記穴の周囲に前記磁気回路を形成するように配置されている
ことを特徴とする請求項１４記載の荷電粒子線装置。
【請求項１６】
荷電粒子線を集束させる静電レンズであって、
磁性体によって構成された第１電極、
前記第１電極と連動して電場を発生させる第２電極、
前記第１電極と磁気的に接続され、前記荷電粒子線を偏向させる作用を有する磁場を発生させる磁場発生素子、
を備え、
前記磁場発生素子は、前記第１電極の外周に沿って２つ以上配置されている
ことを特徴とする静電レンズ。
【請求項１７】
前記磁場発生素子は、前記第１電極と接触して取り付けられることにより、前記第１電極と磁気的に接続されている
ことを特徴とする請求項１６記載の静電レンズ。
【請求項１８】
前記磁場発生素子は、前記第１電極に取り付けられた磁性体棒と、前記磁性体棒に巻き回したコイルとによって構成されている
ことを特徴とする請求項１７記載の静電レンズ。
【請求項１９】
前記磁場発生素子は、前記第１電極の周囲において、少なくとも２回回転対称以上の回転対称となるように配置されている
ことを特徴とする請求項１６記載の静電レンズ。
【請求項２０】
前記静電レンズはさらに、前記第１電極の外周を囲むように配置された第１磁性体部材を備え、
前記磁場発生素子は、前記第１電極と前記第１磁性体部材との間に配置され、前記第１電極と前記第１磁性体部材との間を磁気的に接続するように配置されている
ことを特徴とする請求項１６記載の静電レンズ。
【請求項２１】
前記静電レンズはさらに、前記第１電極の外周を囲むように配置された第１磁性体部材を備え、
前記磁性体棒は、前記第１電極と前記第１磁性体部材との間に配置され、前記第１電極の外側面と前記第１磁性体部材の内側面との間を接続している
ことを特徴とする請求項１８記載の静電レンズ。
【請求項２２】
前記静電レンズはさらに、前記第１電極の外周を囲むように配置された第２磁性体部材を備える
ことを特徴とする請求項２１記載の静電レンズ。
【請求項２３】
前記第２磁性体部材は、前記第１電極と前記第１磁性体部材との間に配置されている
ことを特徴とする請求項２２記載の静電レンズ。
【請求項２４】
前記磁性体棒は、前記第１電極から前記第１磁性体部材に向かって延伸する第１部位と、前記第１部位から分岐した第２部位とを備え、
前記第２部位は、前記荷電粒子線の照射方向に沿って延伸しており、
前記第２磁性体部材は、前記第２部位によって形成されている
ことを特徴とする請求項２３記載の静電レンズ。
【請求項２５】
前記第２磁性体部材は、前記第１磁性体部材の外周を囲むように配置されている
ことを特徴とする請求項２２記載の静電レンズ。
【請求項２６】
前記磁場発生素子は、前記第１電極に取り付けられた磁性体棒と、コイルとによって構成されており、
前記静電レンズはさらに、前記第１電極の外周を囲むように配置された第１磁性体部材を備え、
前記磁性体棒は、前記第１電極と前記第１磁性体部材との間に配置され、前記第１電極の外側面と前記第１磁性体部材との間を磁気的に接続しており、
前記コイルは、前記第１磁性体部材に巻き回されている
ことを特徴とする請求項１６記載の静電レンズ。
【請求項２７】
前記第１電極と２つの前記磁場発生素子は、一方の前記磁場発生素子から前記第１電極を経由して他方の前記磁場発生素子に至る磁気回路を形成している
ことを特徴とする請求項１６記載の静電レンズ。
【請求項２８】
前記第１電極は、前記荷電粒子線が通過する穴を有しており、
前記第１電極と２つの前記磁場発生素子は、前記穴の周囲に前記磁気回路を形成するように配置されている
ことを特徴とする請求項２７記載の静電レンズ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試料に対して荷電粒子線を照射する荷電粒子線装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
微細な半導体デバイスパターンの測定や検査のために、走査電子顕微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：ＳＥＭ）のような荷電粒子線装置が用いられている。走査電子顕微鏡は、集束した電子ビームを試料上で走査させることによって得られる画像を用いて試料を測定する装置である。走査電子顕微鏡は、電磁レンズまたは静電レンズを用いて集束場を発生させることにより、電子ビームを集束する。電磁レンズは複数の磁性体とコイルから構成される。静電レンズは互いに絶縁された複数の電極から構成される。
【０００３】
高速に集束場の強さを変更したい場合や集束場の高精度な再現性が重要な場合には、ヒステリシスがない静電レンズが用いられる場合が多い。静電レンズは電磁レンズとは異なり電子ビームの回転作用がないので、制御が簡単化する利点がある。電極に負電圧を印加して使用する減速型の静電レンズにおいては大きな収差が発生するので、対物レンズの軸外収差を補正する目的で用いられる収差発生源としても、静電レンズは有効である。電極に正電圧を印加して使用する加速型の静電レンズは、高電圧が必要となる場合が多いが、減速型に比べて収差が小さいので、電子ビームをより小さなスポットに集束することができる。
【０００４】
静電レンズの集束場は、異なる電圧が印加された複数の電極間に生じる電位勾配によって形成される。したがって、各電極間は樹脂材やセラミックなどの絶縁物によって隔てられている必要がある。各電極の中心には電子線を通過させるための穴が設けられている。理想的な集束場を発生させるためには、各電極の中心穴を同軸上に配置することが重要である。中心穴が同軸上に配置されない場合には、静電レンズにおいて大きな幾何収差が発生し、空間分解能が低下してしまう。
【０００５】
静電レンズにおいて大きな幾何収差の発生を防ぐためには、静電レンズを構成する各電極の中心穴を同軸上に配置する必要がある。中心穴の軸がずれる要因としては、電極間に挿入されている絶縁材の機械加工精度や、組み立て時の作業性を考慮した隙間嵌めなどの公差設計が考えられる。これらは特許文献１に示されている３次元測定機を用いた組み立て工程や、より厳しい機械加工公差を各部品に課すなどによって改善できる。
【０００６】
下記特許文献２は、多段静電レンズを有する走査型電子顕微鏡について記載している。同文献は、多段静電レンズによって収束した荷電粒子を偏向器によって偏向する構成例を記載している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−５３２８９３号公報
【特許文献２】ＷＯ２０１６／０９２６４２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１記載のような３次元測定機を用いた場合、各電極の中心穴の軸ずれを数マイクロメートル程度に調整することができる。しかし、測定プローブによって静電レンズを構成する各電極に触れて位置を取得する必要があるので、電極表面に異物が残り、または傷つきの原因となる場合がある。静電レンズを構成する電極には数ｋＶから数十ｋＶの高電圧が供給されるので、非常に小さな異物によっても放電が生じる可能性がある。また中心穴の内径が小さい場には、電極表面に数十マイクロメートル程度の異物があると幾何収差の発生原因となってしまう。静電レンズの構造によっては、組み立て後に各電極をプローブで触れることが困難である場合もある。
【０００９】
各部品に厳しい機械加工精度を課した場合、その公差に応じて中心穴の軸ずれを低減できるが、３次元測定機によって得られる数マイクロメートル程度の精度は期待できない。また機械加工工程の歩留まりの低下や組み立て時の不具合の原因となる場合もある。
【００１０】
特許文献２記載の技術は、静電レンズによって幾何収差が発生した場合、その幾何収差を偏向器によって補正することについては考慮していない。また幾何収差を補正するために偏向器を用いる場合、各電極の中心穴のわずかな軸ずれを補正する程度の偏向場を個別の偏向器によって発生させるためには、偏向器の微調整が必要となる。
【００１１】
本発明は、上記のような課題に鑑みてなされたものであり、静電レンズを構成する各電極の中心穴が同軸上に配置されない場合であっても、高精度に静電レンズの軸合わせをすることにより幾何収差の発生を抑制することができる荷電粒子線装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係る荷電粒子線装置は、加速電極と対物レンズとの間に配置された静電レンズを備え、前記静電レンズを構成する電極のうち少なくとも１つは、磁性体によって構成されており、前記電極の外周に沿って２つ以上の磁場発生素子が配置されている。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る荷電粒子線装置によれば、静電レンズの軸ずれに起因する幾何収差を抑制することができる。これにより空間分解能の低下を抑制することができるので、荷電粒子線装置の性能向上に資する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】荷電粒子線装置１００の構成を示す模式図である。
【図２】静電レンズの構成例を説明する側面図である。
【図３】中間レンズ４の構成を模式的に示す図である。
【図４】図３に示した軸ずれによって発生する偏向電場と、磁場発生素子を用いて発生させる偏向磁場の分布例を示す。
【図５】電子ビームの２つの軌道を示す。
【図６】偏向器３による電子ビームの偏向角度とフォーカス補正量との間の関係を例示する図である。
【図７】コイル４６に対して供給する電流を最適化する手順を示す図である。
【図８】実施形態３に係る荷電粒子線装置１００が備える中間レンズ４の構成図である。
【図９】実施形態４に係る荷電粒子線装置１００が備える中間レンズ４の構成図である。
【図１０】実施形態４の変形例を示す図である。
【図１１】実施形態５に係る中間レンズ４の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
＜実施の形態１＞
図１は、荷電粒子線装置１００の構成を示す模式図である。ここでは荷電粒子線装置１００が走査電子顕微鏡として構成されている例を説明する。電子源１から加速電極２によって引き出された電子ビーム１０は、対物レンズ７によって集束され、試料８に対して照射される。対物レンズ７と加速電極２の間には中間レンズ４が配置される。中間レンズ４は、試料８に照射される電子ビーム１０の電流量や試料８上における電子ビーム１０の開き角などを制御するために用いられる。中間レンズ４は、複数枚のコンデンサレンズもしくは静電レンズから構成される場合もある。以下では中間レンズ４が静電レンズとして構成されているものとする。
【００１６】
走査型電子顕微鏡は、各レンズのワブラ中心を電子ビーム１０が通過するように調整される。ワブラ中心とは、コンデンサレンズもしくは静電レンズに供給する電流値もしくは電圧値を変化させたときのＳＥＭ像の移動量が最小となる電子ビーム１０の通過位置である。ＳＥＭ像の移動量が最小となるようにレンズを機械的に移動してもよいし、電磁型もしくは静電型の偏向器３を用いて電気的に電子ビーム１０を偏向してもよい。偏向器３は複数の偏向器であってもよく、２段以上であることが望ましい。電子ビーム１０が中間レンズ４を通過した後、対物レンズ７についても同様にワブラ中心を電子ビーム１０が通過するように偏向器５を用いて調整する。偏向器５は複数の偏向器であってもよく、２段以上であることが望ましい。このように、電子ビーム１０が各レンズのワブラ中心を通過するように調整することにより、レンズの色収差を最小にすることができるので、特に低加速電圧で試料８を観察する走査型電子顕微鏡において、高い空間分解能を得ることができる。
【００１７】
図２は、静電レンズの構成例を説明する側面図である。ここでは３枚の電極から構成されるアインツェルレンズについて例示するが、電極の枚数は少なくとも２枚以上であればよい。また集束場が存在する空間を電子ビームが通過した後に電子ビームのエネルギーが変化する加速型もしくは減速型のイマージョンレンズでもよい。
【００１８】
図２において、電極４１と４２の間に電極４３が絶縁材４４を介して挟まれている。電極４３に所定の電圧を印加し、当該所定の電圧とは異なる電圧を電極４１もしくは４２または両電極に印加することで、静電レンズとして所望の集束場（電場）を発生させることができる。電極４１、４２に印加する電圧は、接地電圧であってもよい。各電極間や電極と絶縁材４４との間は、ネジなどによって互いに固定される。図２は電極４１〜４３それぞれの中心穴の内径が全て同じ場合を例示したが、内径は各電極で異なってもよい。電極４３と４１の間の電位差、電極４３と４２の間の電位差によって生じる電位勾配によって静電レンズが形成され、電子ビーム１０が集束される。各電極の中心穴が回転対称である場合は集束場も回転対称となるが、中心穴が楕円である場合や凹凸が大きい場合には回転対称でない電場が発生しうるので、大きな幾何収差が発生することがある。
【００１９】
静電レンズは通常、各電極の中心穴が同軸上に配置されるように設計される。各部品はそれぞれ嵌合部で組み合わせることができるように、機械加工公差によって管理された寸法形状に加工される。図２の例においては、電極４２の外径部と電極４１の内径部、絶縁材４４の内径部と電極４２、４３それぞれの外径部が、嵌合部を有している。嵌合部を構成する各部品の公差は、隙間嵌めや締まり嵌めなど、用途に応じた組み立て方法によって決定される。嵌合部の数が多いほど各電極間の中心穴の軸ずれは大きくなるので、軸ずれを小さくするには嵌合部を少なくし、また嵌合部の各部品の公差をより厳しく設定する必要がある。
【００２０】
図２に例示した静電レンズにおいて各嵌合部が隙間嵌めとなるように機械加工公差を設定した場合、電極４２と４３の中心穴の軸ずれは最大で５０マイクロメートルから６０マイクロメートル程度となる。このような中心軸のずれがある場合、回転対称でない電場が発生することにより、予期しない収差が発生する。組み立て時に３次元測定機を用いて軸ずれ量を測定しながら中心穴を微調整した場合、軸ずれを数マイクロメートル程度まで低減できる。しかし、測定時にプローブで電極に触れる必要があるので、電極表面の異物や傷つきの原因となる場合があり、この場合も同様に回転対称でない電場が発生し大きな幾何収差が発生する可能性がある。
【００２１】
図３は、中間レンズ４の構成を模式的に示す図である。図３上段は電極４１〜４３の中心穴ずれを模式的に示す側面図である。電極４１と４２は接地され、電極４３に対して負電圧が印加されている。電極４３の中心穴は、電極４１と４２の中心穴に対して軸ずれが生じている。このような軸ずれがあると、回転対称の集束場に加えて偏向場が発生する。偏向場が発生すると、静電レンズのワブラ中心を電子ビームが通過するように調整するとき、偏向場による電子ビームの偏向が含まれることになる。そうすると、ＳＥＭ像の移動量を最小とするためには、集束場のみが存在する場合のワブラ中心とは異なる位置を電子ビーム１０が通過するようにしなければならない。この場合、軸ずれによって発生した偏向場を含めた静電レンズの色収差は小さくなるが、幾何収差は最小にならず空間分解能が低下する要因となる。したがって、電子ビーム１０が静電レンズのワブラ中心を通過するように調整するのみでは、色収差と幾何収差の両方を最小とすることはできない。また偏向場によって回転対称の集束場では発生しない収差も同時に発生し、これらの収差により空間分解能が低下する場合もある。
【００２２】
図３下段は電極４３の上面図である。電極４３の外周部に、少なくとも２つの磁場発生素子（磁性体棒１０５とコイル１０６）を配置し、電極４３はパーマロイや純鉄などの磁性体によって構成する。磁場発生素子は、電極の軸ずれにより発生する偏向場を打ち消すために設けられた素子である。磁場発生素子は、電極４３の外周部に少なくとも２回回転対称となるように配置することが望ましい。任意の方向の電極間の軸ずれに対して偏向場を打ち消す場合には、４回回転対称に磁場発生素子を配置すればよい。
【００２３】
対向する２つのコイル４６に対して同方向に電流を供給すると、電極４３が磁性体であるので大部分の磁力線は電極４３の内部を通過するが、中心穴の内部にもわずかに磁力線が漏れ出るので、電極４３の中心穴の内部に微弱な偏向場が発生する。本実施形態１においては、電極間の軸ずれによって生じる偏向場を打ち消すため、この微弱な偏向場を利用することとした。
【００２４】
これに対して、強い偏向磁場を得るためには、電極４３の中心穴部を分割することが有効である。しかしこのような電極形状は、静電レンズの集束場が回転対称でないので、各電極の軸ずれが無い場合であっても理想的な回転対称な集束場を得ることができない。したがって本実施形態１においては、電極４３の中心穴へわずかに漏れ出る磁力線によって偏向場を補正することとした。
【００２５】
図４は、図３に示した軸ずれによって発生する偏向電場と、磁場発生素子を用いて発生させる偏向磁場の分布例を示す。偏向電場は電極４３の軸ずれによって発生し、磁場発生素子も電極４３の外周部に配置されているので、同じ部品によって電場と磁場両方の偏向場が発生している。したがって、各偏向場のピーク位置および分布形状を近づけることができる。偏向磁場の分布は、電極４１と４２の材質や形状、図示しない追加電極を電極４１と４２に埋め込む、図示しない追加電極を周囲に配置する、などの手段によって制御することができる。
【００２６】
電極の軸ずれに起因する電子ビーム１０の偏向を打ち消すように、コイル４６に対して供給する電流量を制御することにより、静電レンズを構成する各電極の中心穴の軸ずれによる予期しない収差の発生を抑制することができる。これにより、色収差と幾何収差が同時に最小となるように、偏向場を補正することができる。
【００２７】
図３においては電極４３の配置がずれた場合について示したが、電極４１または４２が軸ずれした場合であっても、その軸ずれした電極に磁場発生素子を配置すれば同様の効果を発揮できる。しかし、図３に例示したアインツェルレンズにおいては、電圧を印加している電極が軸ずれした場合に発生する偏向電場が支配的であり、接地された電極４１または４２が軸ずれした場合の偏向電場は非常に小さい。したがって製造コストや組み立て性に鑑みて、電圧を印加する電極４３にのみ磁場発生素子を配置することが望ましい。
【００２８】
＜実施の形態１：まとめ＞
本実施形態１に係る荷電粒子線装置１００は、静電レンズを構成する電極のうち電圧を印加するものの外周部に磁場発生素子を取り付けることにより、電極の中心穴の軸ずれに起因する偏向場を補正する。換言すると、軸ずれによる偏向場を生じさせている静電レンズ自身がその偏向場を補正した上で電子ビーム１０を通過させる。したがって、軸ずれに起因して生じる幾何収差を最小にするとともに、電子ビーム１０が通過する位置をワブラ中心に近づけることにより色収差を最小にすることができる。
【００２９】
＜実施の形態２＞
本発明の実施形態２では、コイル４６に対して供給する電流量を最適化する動作例について説明する。電流量を最適化する以外の構成は実施形態１と同様であるので、以下では電流量制御について主に説明する。
【００３０】
図５は、電子ビームの２つの軌道を示す。電子ビーム１０は、中間レンズ４のワブラ中心を通過している。各電極の中心穴が軸ずれを有している場合、電子ビーム１０が中間レンズ４のワブラ中心を通過したときであっても、中間レンズ４において大きな幾何収差が発生する場合がある。幾何収差が発生した場合、中間レンズ４において発生する像面湾曲収差によりフォーカスずれが生じる。フォーカスずれは、対物レンズ７に供給する電流量または電圧値、または試料８に供給する電圧値など（これらを総称してフォーカス補正量と呼ぶ）によって調整することができる。フォーカスずれの大きさは、ジャストフォーカス条件を設定したときの電流量または電圧値を記録して相互比較することにより、定量的に比較できる。
【００３１】
電子ビーム１１は、対物レンズ７のワブラ中心を通過する軌道である。中間レンズ４に起因するフォーカス補正量を高精度に定量化するためには、対物レンズ７によって発生する像面湾曲収差を最小にすることが望ましい。したがって電子ビーム１１の軌道は、フォーカス補正量を定量化するために用いることができる。
【００３２】
制御部１１０は、加速電極２、偏向器３、中間レンズ４、偏向器５、対物レンズ７それぞれを制御する。例えば以下を制御することができる：（ａ）偏向器３と５それぞれによる偏向角度、（ｂ）中間レンズ４の電極およびコイル４６に対して供給する電流または電圧、（ｃ）対物レンズ７によるフォーカス補正量、（ｄ）加速電極２の加速電圧。制御部１１０は、その機能を実装する回路デバイスなどのハードウェアによって構成することもできるし、その機能を実装するソフトウェアを演算装置が実行することにより構成することもできる。
【００３３】
図６は、偏向器３による電子ビームの偏向角度とフォーカス補正量との間の関係を例示する図である。コイル４６に対してある値の電流を供給している間において、電子ビームが中間レンズ４のワブラ中心を通過するように、偏向器３によって電子ビームを偏向させたときの偏向角度を求める。さらに、フォーカス補正量が最小になるときの偏向角度を求める。両者の偏向角度は必ずしも一致せず、ずれＸを有している場合がある。
【００３４】
図６においてはフォーカス補正量と偏向角度の関係を記載しているが、偏向角度を特定することができればその他の値を用いてもよい。例えば偏向器３に対して供給する電流量とフォーカス補正量との間の関係を用いて、図６のずれＸに対応する値を求めることもできる。
【００３５】
図７は、コイル４６に対して供給する電流を最適化する手順を示す図である。制御部１１０は、まずコイル４６に対して電流を供給していないとき、図６で説明したずれＸを求め、両者をプロットする（図７の点Ａ）。制御部１１０は、同様にコイル４６に対してある電流量を供給しているとき、ずれＸを求めて両者をプロットする（図７の点Ｂ）。制御部１１０は、コイル４６に対して供給する電流量を変えながら以上の手順を繰り返すことにより、図７の点線を求める。ずれＸが最小になる電流量が、コイル４６に対して供給すべき最適電流であることになる。
【００３６】
制御部１１０は、コイル４６に対して供給する電流を必ずしも網羅的に変更する必要はない。少なくとも図７における２点（例えば点ＡとＢ）においてずれＸをそれぞれ求めることにより、補間演算を用いて最適電流を求めることができる。より正確に最適電流を求めるのであれば、測定点をできる限り増やすことが望ましい。
【００３７】
＜実施の形態２：まとめ＞
本実施形態２に係る荷電粒子線装置１００は、電子ビームが中間レンズ４のワブラ中心を通過するときの偏向角度と、対物レンズ７によるフォーカス補正量が最小になるときの電子ビームの偏向角度との間の差分が最小になるように、コイル４６に対して供給する電流量を求める。これにより、実施形態１と同様の効果を発揮する最適条件を正確に特定することができる。
【００３８】
＜実施の形態３＞
図８は、本発明の実施形態３に係る荷電粒子線装置１００が備える中間レンズ４の構成図である。図８上段は側面模式図である。図８下段は上面図である。本実施形態３において、中間レンズ４は磁性体棒４５の外周部に磁性体部品４７を備える。その他構成は実施形態１〜２と同様である。
【００３９】
磁場発生素子として図３に示す磁性体棒４５とコイル４６のみを用いた場合、磁性体棒４５から抜け出た磁力線は空間を通過し、静電レンズの構成部品以外の周囲に存在する磁性体に引き寄せられる。このような磁力線の経路は、偏向磁場を効率的に発生させたい場合には適当ではない。本実施形態３においては、磁性体部品４７の作用により、磁性体棒４５から抜け出た磁力線は、磁性体部品４７を経由して反対側に配置された磁性体棒４５を通過する。このような配置により、空間に漏れ出る磁力線が減り、効率的に偏向磁場を発生させることができる。したがって、コイル４６に対して供給する電流量を減らすことができるので、コイル４６の発熱量および電力消費量を低減することができる。
【００４０】
＜実施の形態４＞
図３に例示した磁性体棒４５の形状や、図８に例示した磁性体部品４７を備えた構造においては、電極４１と４２の材質や形状、または図示しない周囲の磁性体で構成される部品の配置や形状によっては、コイル４６に電流を供給したときに発生する偏向磁場が複数のピーク（メインピーク以外のサイドピーク）をもつ複雑な形状となってしまう場合がある。このような偏向磁場の分布形状は、静電レンズを構成する電極の軸ずれによって発生する偏向電場の分布形状と一致しないので、効率的に偏向電場を打ち消すことが困難である。また静電レンズの回転対称な集束場中において、偏向磁場によって電子ビームが偏向されてしまうことにより収差が発生し、空間分解能が低下する要因となる。
【００４１】
コイル４６に電流を供給したときに発生する偏向磁場の分布形状を、静電レンズを構成する電極の軸ずれによって発生する偏向電場の分布形状と近づけるためには、磁性体棒４５や磁性体部品４７から漏れ出た磁力線が電子ビームの光軸上（すなわち静電レンズを構成する電極の中心穴の中心軸上）の磁場分布に対して漏れ出ないようにすることが有効である。本発明の実施形態４では、そのための構成例について説明する。
【００４２】
図９は、本実施形態４に係る荷電粒子線装置１００が備える中間レンズ４の構成図である。図９上段は側面模式図である。図９下段は上面図である。本実施形態４において中間レンズ４は。磁性体により形成された突起部４８を備える。突起部４８は、磁性体棒４５が光軸方向に沿って分岐することにより形成されている。これに代えて突起部４８を別部材として形成して磁性体棒４５に取り付けてもよい。その他構成は実施形態１〜２と同様である。
【００４３】
図９に示す構造においては、磁性体棒４５や磁性体部品４７から漏れ出た磁力線は突起部４８を通過し、再び磁性体棒４５へ戻る。これにより、磁性体棒４５や磁性体部品４７から漏れ出た磁力線が電子ビームの光軸上に漏れ出にくくなる。その結果、コイル４６に電流を供給したときに発生する偏向磁場の分布形状が電極の軸ずれに起因する偏向電場の分布形状と一致しない状況を抑制することができる。
【００４４】
図１０は、本実施形態４の変形例を示す図である。図１０に示す中間レンズ４は、突起部４８に代えて磁性体部品４７よりも外側に磁性体部品４９を備えている。磁性体部品４７と磁性体部品４９は図示しない磁性体で接続されていてもよい。図１０に示す構造においては、磁性体部品４７から漏れ出た磁力線は磁性体部品４９を通過し、反対側に配置された磁性体棒４５の位置から磁性体部品４７へ戻る。その結果、図９の例と同様に、コイル４６に電流を供給したときに発生する偏向磁場の分布形状が電極の軸ずれに起因する偏向電場の分布形状と一致しない状況を抑制することができる。
【００４５】
図１０において、磁性体部品４９の外側にさらに新たな磁性体部品を追加することにより、磁性体部品４７から漏れ出たのちに光軸上に漏れ出る磁力線をさらに低減することができる。このように電極４３の外周部に多層構造となるように磁性体部品を配置することにより、偏向磁場のサイドピークを抑制することができる。
【００４６】
図９と図１０においては、それぞれ磁性体部品４７の内側（図９）と外側（図１０）に別の磁性体部品を配置した例を示したが、これらを組み合わせることもできる。すなわち電極４３の外周部に多層構造となるように磁性体部品を配置する限りにおいて、本実施形態４と同様の効果を発揮することができる。
【００４７】
＜実施の形態５＞
図１１は、本発明の実施形態５に係る中間レンズ４の構成図である。磁性体棒４５の長さを短くしたい場合やコイル４６の巻き数を多くしたい場合などには、磁性体棒４５にコイル４６を巻き回すことが難しい場合がある。その場合には、図１１に示すように磁性体部品４７にコイル４６を巻き回すこともできる。その他の構成は実施形態１〜４と同様である。このようなコイル４６の配置によれば、磁性体棒４５を短くでき、またコイル４６の巻き数が多い場合であっても静電レンズユニットの全体の大きさを小さく設計することができる。
【００４８】
＜本発明の変形例について＞
本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施形態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。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態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。
【００４９】
以上の実施形態において、荷電粒子線装置１００が走査電子顕微鏡として構成されている例を説明したが、その他の荷電粒子線装置に対して本発明を適用することもできる。荷電粒子ビームが偏向電場によって影響を受けるのはその他の荷電粒子線装置においても同様だからである。例えば集束イオンビーム装置に対して本発明を適用することが考えられる。
【００５０】
以上の実施形態において、磁場発生素子として電極４３の外周部に磁性体棒４５とコイル４６を取り付けた例を説明したが、磁場発生素子はこれに限られるものではない。すなわち磁力線が主に電極４３を通過するとともに、電極４３の中心穴へわずかに漏れ出るような態様であれば、その他構成を採用することもできる。例えば電極４３の外周部との間でわずかな隙間を設けて磁場発生素子を配置することもできる。この場合であっても磁場発生素子と電極４３は磁気的に接続されているので、本発明と同様の効果を発揮することができる。あるいは電極４３の表面上の適当な部位に２つの穴を空け、その穴にコイル４６を巻き回すことによって磁場発生素子を形成することができる。その他適当な手段により磁場発生素子を形成することもできる。
【符号の説明】
【００５１】
１：電子源
２：加速電極
３：偏向器
４：中間レンズ
５：偏向器
７：対物レンズ
８：試料
４１〜４３：電極
４４：絶縁材
４５：磁性体棒
４６：コイル
４７：磁性体部品
４８：突起部
４９：磁性体部品
１００：荷電粒子線装置
【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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【図１１】
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