(57)【要約】【課題】本発明では、2つ以上の対物レンズを組み合わせて搭載している装置において、磁気飽和を緩和する対物レンズ制御方法を提供し、高加速電圧の短焦点化を実現することを目的とする。  【解決手段】  本発明は上記の課題を解決するための手段として、以下の構成を有する。荷電粒子源から放出された荷電粒子線を加速する荷電粒子線加速手段と、前記荷電粒子線加速手段により加速された荷電粒子線を集束させる集束手段と、前記集束手段により加速された荷電粒子線を試料上で二次元的に走査する走査手段と、前記走査手段により走査された荷電粒子線を試料上に集束させる対物レンズを備えた荷電粒子線装置であって、前記対物レンズは、複数の磁極と複数のコイルから構成され、前記複数のコイルに独立して電流を流す電源を有し、前記複数のコイルに同時に電流を流すことを特徴と荷電粒子線装置。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子源から放出された荷電粒子線を加速する荷電粒子線加速手段と、前記荷電粒子線加速手段により加速された荷電粒子線を集束させる集束手段と、前記集束手段により加速された荷電粒子線を試料上で二次元的に走査する走査手段と、前記走査手段により走査された荷電粒子線を試料上に集束させる対物レンズを備えた荷電粒子線装置であって、
前記対物レンズは、複数の磁極と複数のコイルから構成され、前記複数のコイルに独立して電流を流す電源を有し、
前記複数のコイルに同時に電流を流すことを特徴と荷電粒子線装置。
【請求項２】
請求項１の荷電粒子線装置において、
前記対物レンズの磁気飽和を緩和するように前記複数のコイルに同一の向き又は逆向きに電流を流すことを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項３】
請求項１の荷電粒子線装置において、
前記前記複数のコイルによって発生する複数の磁力線が、前記複数の磁極のうち少なくとも１つの磁極に共通して発生することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項４】
請求項１の荷電粒子線装置において、
前記対物レンズを構成する複数の磁極により、セミインレンズとアウトレンズが発生することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項５】
請求項１の荷電粒子線装置において、
前記対物レンズを構成する複数の磁極により、複数のアウトレンズが発生することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項６】
請求項４の荷電粒子線装置において、
セミインレンズに対するアウトレンズの強度の非が10−15%であることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項７】
荷電粒子源から放出された荷電粒子線を試料上に集束させる対物レンズであって、
前記対物レンズは、複数の磁極と複数のコイルから構成され、前記複数のコイルに独立して同時に電流を流すことを特徴とする対物レンズ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電子線装置に関し、特に電子線装置における磁気飽和を緩和する対物レンズ制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に走査電子顕微鏡に代表される電子線装置は、電子線を試料上で走査し、試料から出てくる二次電子または反射電子を検出して走査電子顕微鏡像を得ている。走査電子顕微鏡の対物レンズは分解能や使用用途によって異なる。より分解能が高いのはインレンズ型の対物レンズで、磁極間に試料を配置して、磁場の中で試料を観察するが、磁極間に試料を配置するため、試料は小さいものに限られる。大きい試料を見るにはセミインレンズ型、アウトレンズ型の対物レンズが適している。セミインレンズ型の対物レンズは試料に磁場を漏らす構造で、アウトレンズ型の対物レンズは試料に磁場を漏らさない構造である。分解能はセミインレンズ型の方が高いが、磁場がない状態で分析、観察したい場合には不向きである。アウトレンズ型の対物レンズは試料に磁場を漏らさない構造になっているので、磁場がない状態で分析、観察したい場合、非常に適している。インレンズ型やセミインレンズ型と比較して低倍の歪が小さいことも特徴である。
このように様々な用途に応じて様々な対物レンズがあり、特許文献１、特許文献２のように、用途に応じてこれらの対物レンズを組み合わせて搭載している装置もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平2-100251号公報
【特許文献２】特開平3-230464号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
最近の装置は、高分解能化が求められており、分解能を上げるために短焦点化している。短焦点化することで収差の影響が小さくなるが、励磁（コイルに流す電流×コイルの巻数）が大きくなるため、対物レンズ内のコイルに流す電流を増やすか、巻数を増やすなどの対応が必要となる。大きい励磁に対応することにより、磁気飽和が起こるため、磁路の材質や形状を変更せざるを得ないが、対物レンズの大きさが決められた範囲内でしか変更できない場合、コイルの巻数を増やすことや形状を変更することは難しい。しかし、磁気飽和した状態で使用すると十分な励磁が得られず一次電子線を集束できないこともあるため、コイルに流す電流が小さくて済む低加速電圧の電子線に限定するなど、装置の使用条件を制限することになる。
本発明では、2つ以上の対物レンズを組み合わせて搭載している装置において、磁気飽和を緩和する対物レンズ制御方法を提供し、高加速電圧の短焦点化を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は上記の課題を解決するための手段として、以下の構成を有する。荷電粒子源から放出された荷電粒子線を加速する荷電粒子線加速手段と、前記荷電粒子線加速手段により加速された荷電粒子線を集束させる集束手段と、前記集束手段により加速された荷電粒子線を試料上で二次元的に走査する走査手段と、前記走査手段により走査された荷電粒子線を試料上に集束させる対物レンズを備えた荷電粒子線装置であって、前記対物レンズは、複数の磁極と複数のコイルから構成され、前記複数のコイルに独立して電流を流す電源を有し、前記複数のコイルに同時に電流を流すことを特徴と荷電粒子線装置。
【発明の効果】
【０００６】
上記手段を用いることにより、磁極の磁気飽和を緩和し、高加速電圧の短焦点化を実現することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】組み合わせた対物レンズの磁力線模式図
【図２】走査電子顕微鏡の概略図（実施例１）
【図３】第一の対物レンズに対する第二の対物レンズの比と磁気飽和の関係
【図４】第一の対物レンズに対する第二の対物レンズの励磁の比と分解能劣化の関係
【図５】組み合わせた対物レンズの磁力線模式図（実施例１）
【図６】組み合わせた対物レンズの磁力線模式図（実施例３）
【図７】組み合わせた対物レンズの磁力線模式図（実施例４）
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本発明の一実施形態を以下に説明する。
図2に走査電子顕微鏡の一例を示す。数kVの電圧が印加された引き出し電極3の電界により電界放出型電子銃2から放出された一次電子線1は数百V〜数十kVの電圧が印加されている陽極4により加速され、第一の集束レンズ5、第二の集束レンズ6と対物レンズ8で細く絞られる。この細く絞られた一次電子線1は2段の偏向コイル7により試料上で二次元的に走査される。試料10から発生した二次電子（または反射電子）は二次電子検出器11（または反射電子検出器）で検出される。二次電子検出器（または反射電子検出器）11で検出された電子は、図示せぬ増幅器で増幅されPC12のディスプレイ上にSEM像として表示される。
本発明では、分析や高分解能観察など様々な用途に対応するため、対物レンズを2つ以上組み合わせた状態で搭載していることを前提とする。図2では第一の対物レンズ8と第二の対物レンズ9の2つを搭載しており、通常は用途に応じて第一の対物レンズ8と第二の対物レンズ9を切り替えて使用する。それぞれ別電源で制御する。
装置は高分解能化が求められており、高分解能化を実現するために、短焦点化（ワーキングディスタンスを短く）している。これにより収差の影響は小さくなるが、励磁が大きくなるため、対物レンズは磁気飽和しやすくなる。
一般に分解能の高い対物レンズの方がより大きい励磁を必要とするため、短焦点化しようとすると磁気飽和が起こりやすい。磁気飽和が起こると十分な対物レンズ磁場強度を得られず、所望のワーキングディスタンスで一次電子線1を集束することができなくなる可能性がある。この場合、使用条件をコイルに流す電流が少なくてすむ低加速電圧に限定するか、対物レンズ内のコイルに流す電流を増やす、巻数を増やす、形状や材料を変えるなどの対応が必要となる。本発明では、これらの対応をしなくても、高加速電圧で所望のワーキングディスタンスに一次電子線1を集束できるよう、磁気飽和を緩和することが可能になる。
組み合わせた対物レンズの構成の一例（実施例1）を図1に示す。外側に第一の磁極13とその内側に第二の磁極14とさらに内側に第三の磁極15があり、第二の磁極は先端がほかの磁極に比べて長い構成になっている。第一の磁極13と第二の磁極14で囲われた第一のコイル16に電流を流すことにより、第一の磁極13と第二の磁極14に磁力線20が発生する。これを第一の対物レンズ8と考える。図１より、セミインレンズ、とくにこの場合はシングルポールレンズである。また第二の磁極14と第三の磁極15に囲われた第二のコイル17に電流を流すことにより、第二の磁極14と第三の磁極15に磁力線21が発生する。これを第二の対物レンズ9と考える。これは図１より、アウトレンズである。
図1のシングルポールレンズとアウトレンズの構成で、大きい励磁に対応することにより磁気飽和が起こる場合を考える。同じワーキングディスタンスに試料10がある場合、アウトレンズよりシングルポールレンズの方が、励磁が大きく、磁気飽和が起こりやすい。とくにシングルポールレンズ磁極になっている第二の磁極14での磁気飽和が顕著になる。通常は、磁路の材質や形状を変更して対応するが、対物レンズの変更をしないで磁気飽和を緩和するために、第一のコイル16と第二のコイル17に同時に同じ向きで電流を流すことで磁気飽和を抑制する。電流の向きとそれに対する磁力線の発生方向は図1の18、19、20、21に示す通り。磁極14で逆向きの磁力線が発生することで磁気飽和が緩和される。  
第一の対物レンズ8に対する第二の対物レンズ9の比と磁気飽和の関係を図3に示す。この関係は磁極の形状、材料などにも依存するが、同様の傾向が見られる。第二の対物レンズ9の比が高い方が、磁気飽和が緩和される。しかしながら、第二の対物レンズ9の比を高くしすぎると分解能が劣化するので注意が必要である。第一の対物レンズ8に対する第二の対物レンズ9の励磁の比と分解能劣化の関係は図4に示す通りである。これも磁極の形状、材料などに依存するが、同様の傾向が見られる。磁気飽和緩和と分解能劣化のバランスを見て電流を設定する。図３の磁気飽和の解消と図４の分解能劣化の双方を勘案すると、第一の対物レンズ8に対する第二の対物レンズ9の比が10〜15％にあるのがよい。
図5にアウトレンズを２つ組み合わせた対物レンズの例（実施例2）を示す。外側の第一の磁極13が大きくほかの2つの磁極を覆っており、第二の磁極14が第三の磁極15を覆う形状になっている。第一の磁極13と第二の磁極14で囲われた第一のコイル16に電流を流すことにより、第一の磁極13と第二の磁極14に磁力線20が発生する。これを第一の対物レンズ8と考える。また第二の磁極14と第三の磁極15に囲われた第二のコイル17に電流を流すことにより、第二の磁極14と第三の磁極15に磁力線21が発生する。これを第二の対物レンズ9と考える。これらは2つともアウトレンズである。
図5でも外側の第二の対物レンズが磁気飽和を起こしやすく、とくに磁極14の磁気飽和が顕著になる。図1の実施例同様、第一のコイル16と第二のコイル17に同時に同じ向きで電流を流すことで磁気飽和を抑制することが可能である。
図6、7にアウトレンズを2つ組み合わせた対物レンズの実施例2とは違った例（実施例3、4）を示す。図5と比較して磁極14が短いため、磁力線20、磁力線21に加えて、磁極15と磁極13に磁力線22が発生する。
図6、7でも外側の第二の対物レンズが磁気飽和を起こしやすく、この場合は磁極13の磁気飽和が顕著になる。このようなレンズ構成の場合には、図6（実施例3）のように第一のコイル16と第二のコイル17に同時に同じ向きで電流を流すと磁極13には磁力線が集中することになり、より磁気飽和を起こすため、図7（実施例4）の23のように逆向きで電流を流すことにより磁極13の磁気飽和を緩和する。
対物レンズの組み合わせの構成から磁気飽和しやすい磁極を見極め、それぞれの対物レンズで発生する磁力線の向きがその磁極で逆になるように同時に電流を流して磁気飽和を緩和する。
これまで磁気飽和が問題となり短焦点の条件では一次電子線1のエネルギーを低加速電圧に限定している装置もあった。本発明により、磁気飽和が緩和され、高加速電圧の短焦点化が実現可能となる。
以上、本発明を電子線装置を用いて説明したが、本発明は他の荷電粒子線装置の対物レンズに使用することができる。
【符号の説明】
【０００９】
1…一次電子線、2…電界放出型電子銃、3…引き出し電極、4…電子を加速する陽極、5…第一の集束レンズ、6…第二の集束レンズ、7…偏向コイル、8…第一の対物レンズ、9…第二の対物レンズ、10…試料、11…二次電子検出器（反射電子検出器）、12…PC、13…対物レンズ第一の磁極、14…対物レンズ第二の磁極、15…対物レンズ第三の磁極、16…対物レンズ第一のコイル、17…対物レンズ第二のコイル、18…16に流す電流の向き、19…17に流す電流の向き、20…16に電流を流したときの磁力線、21…17に電流を流したときの磁力線、22…17に電流を流したときの磁力線、23…17に流す電流の向き(19と逆向き)
【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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