(57)【要約】【課題】本発明は、電子レンズの磁路に何ら温度変化の影響を与えることなく、即ち、何ら磁路外形を変形することなく、任意のレンズ強度をえることができる電子レンズおよび、この電子レンズを用いた荷電粒子線装置を提供すること。【解決手段】本発明は、磁路内で荷電粒子線通路を中心にソレノイド状に巻かれた複数個の励磁コイルと、前記複数個の励磁コイルに励磁電流を供給する励磁コイル駆動電源と、前記複数個の励磁コイルに流す励磁電流の方向を切り替える切り替え手段を有し、前記励磁電流は流れの方向を切り替えても電流値が同じであることを特徴とする。【選択図】図２
2006210035.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁路内で荷電粒子線通路を中心にソレノイド状に巻かれた複数個の励磁コイルと、前記複数個の励磁コイルに励磁電流を供給する励磁コイル駆動電源と、前記複数個の励磁コイルに流す励磁電流の方向を切り替える切り替え手段を有し、前記励磁電流は流れの方向を切り替えても電流値が同じであることを特徴とする電子レンズ。
【請求項２】
請求項１記載の電子レンズにおいて、
前記励磁コイルの個数が３個または８個以上であることを特徴とする電子レンズ。
【請求項３】
請求項１記載の電子レンズにおいて、
前記励磁コイルの巻数比がｔ，ｔ，２ｔ，…，２（ｎ−２）・ｔ巻回であることを特徴とする電子レンズ。
【請求項４】
請求項１記載の電子レンズにおいて、
前記励磁コイル駆動電源は、前記励磁コイルに対して個々に設けたことを特徴とする電子レンズ。
【請求項５】
請求項１記載の電子レンズにおいて、
前記切り替え手段は、前記励磁コイルとに対して個々に設けたことを特徴とする電子レンズ。
【請求項６】
請求項１記載の電子レンズにおいて、
前記複数個の励磁コイル内に前記切り替え手段による切り替えが行われない励磁コイルを備えたことを特徴とする電子レンズ。
【請求項７】
請求項１記載の電子レンズにおいて、
前記切り替え手段による切り替えを制御する制御装置を設けたことを特徴とする電子レンズ。
【請求項８】
磁路内で荷電粒子線通路を中心にソレノイド状に巻かれた複数個の励磁コイルと、前記複数個の励磁コイルに励磁電流を供給する励磁コイル駆動電源と、前記複数個の励磁コイルに流す励磁電流の方向を切り替える切り替え手段と、荷電粒子を発生させる荷電粒子の発生手段とを有し、前記励磁電流は流れの方向を切り替えても電流値が同じであ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】
本発明は電子レンズおよび、この電子レンズを用いた荷電粒子線装置に関し、特に電子レンズの磁路の温度を変えることなく、即ち磁路を変形することなく、レンズ強度を制御できる電子レンズおよび、この電子レンズを用いた荷電粒子線装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子レンズは、電子線やイオンビーム等の荷電粒子線（以下、電子線で代表する）を集束または発散する機能を持つ。その中において、磁界形の電子レンズは、電子線と磁気との相互作用を利用し、電子線を集束または発散するもので、電子顕微鏡やイオンビーム装置、電子線描画装置等に広く使用されている。
【０００３】
一般的に磁界形の電子レンズは、磁路内に励磁コイルを備えており、この励磁コイルに励磁電流を流すことで発生する磁界を利用して、その機能を実現している。
【０００４】
ここで、磁界形の電子レンズのレンズ強度を変化させるには、励磁コイルに流す励磁電流の大きさを変えるか、励磁コイルの巻数を変える必要がある。ところが、励磁コイルに流す励磁電流の大きさを変えると、たとえ励磁コイルの抵抗値が一定だとしても、励磁コイルで消費される電力は励磁電流の２乗に比例し変化する。
【０００５】
また、励磁コイルの巻数を変えると励磁コイルの抵抗値が変わるため、励磁電流を一定としても、励磁コイルで消費される電力は変化する。そのため、励磁コイルで消費される電力に応じて、発生する熱が変化し、電子レンズの磁路の温度が変わることで、磁路の変形、即ち、ケーシングの変形が発生する。
【０００６】
ケーシングの変形は、電子レンズの磁界強度の及びその分布に悪影響を及ぼし、電子線スポットが不規則にドリフトするなどの問題を生じさせる。
【０００７】
この問題点を改善する方法としては、特許文献１（特開平６−２０８８３８号公報）に示されているように、磁路内に２個の励磁コイルを設けて、それぞれの励磁コイルに流す励磁電流の絶対値の総和を一定に保ち、電子レンズの磁路の温度変化をなくそうとする方法が知られている。
【０００８】
【特許文献１】特開平６−２０８８３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、この方法では各励磁コイルに流す励磁電流の比率を変化させるため、たとえ励磁電流の絶対値の総和を一定に保ったとしても、各励磁コイルで発生する熱量の総和は一定とならない。これは、前述したように、励磁コイルで発生する熱量は励磁電流の２乗に関係しているためで、結局、電子レンズの磁路の温度を変化させてしまい、電子レンズに悪影響を及ぼす恐れがあった。
【００１０】
本発明の目的は、電子レンズの磁路の温度を変えることなく、即ち、磁路を変形することなく、任意のレンズ強度を制御できる電子レンズおよび、この電子レンズを用いた荷電粒子線装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、磁路内で荷電粒子線通路を中心にソレノイド状に巻かれた複数個の励磁コイルと、前記複数個の励磁コイルに励磁電流を供給する励磁コイル駆動電源と、前記複数個の励磁コイルに流す励磁電流の方向を切り替える切り替え手段を有し、前記励磁電流は流れの方向を切り替えても電流値が同じであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、励磁電流は流れの方向を切り替えても電流値が同じように保たれるので、励磁コイルの発熱に非常に安定した電子レンズ、および荷電粒子線装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について、実施例の図面を引用して詳細に説明する。
【００１４】
図３は、本発明の電子レンズを備えた透過電子顕微鏡の概略構成を示したブロック図である。透過電子顕微鏡は、荷電粒子線装置の一つで、荷電粒子線装置には、イオンビーム装置、電子線描画装置、電子線検査装置、イオンビーム検査装置等が含まれる。
【００１５】
さて、荷電粒子の発生手段である電子銃４２より放出された電子線４７は、照射レンズ系４４、４５により収束されて試料４６に照射される。試料４６を透過した電子線は、結像レンズ系６４によって拡大され、像観察用の蛍光板６５上に結像する。蛍光板６５は、写真撮影時や撮像装置（ＴＶカメラ）６６での画像観察時には持ち上げられて収納される。写真撮影時は、フィルム７９を光軸上に設置してこれを露光する。
【００１６】
各照射レンズ系４４、４５および結像レンズ系６４へ供給される励磁電流は、各々Ｄ／Ａ変換器７０ａ〜７０ｆ、電源３７ａ〜３７ｆ、およびデータバス７３を介して接続されたマイクロプロセッサ７４によって制御される。メモリ７５には制御プログラムが格納されており、演算ユニット７６は、電子顕微鏡本体の制御に必要な演算等を行う。表示装置（ＣＲＴ等）７７は、撮像装置６６で取り込まれた画像を表示する。
【００１７】
撮像装置６６で検出された透過像は制御装置３７から画像信号として出力され、記憶装置６８（フレームメモリ等）へ取り込まれる。フレームメモリ６８に記憶された画像データは表示装置７７によって観察することができる。入力装置（Ｉ／Ｏ）７８は、表示装置７８上に表示された透過像を観察しながら任意の領域を指定するためのパラメータ（座標位置、形状等）を入力するもので、例えばキーボードやマウス等である。
【００１８】
図１、図２は、前記結像レンズ系３４に適用される本発明の主要部の実施例である磁界形の電子レンズの構造を示した詳細図である。
【００１９】
電子レンズ用の継鉄（磁路）９内には、巻数が４巻きの励磁コイル１ａ、同じく４巻の励磁コイル１ｂ、８巻の励磁コイル２、１６巻の励磁コイル３、３２巻の励磁コイル４、６４巻の励磁コイル５、１２８巻の励磁コイル６、２５６巻の励磁コイル７、５１２巻の励磁コイル８を備えている。
【００２０】
それぞれの励磁コイルは、荷電粒子線通路１０を中心軸としてソレノイド状に同じ方向で巻回されている。励磁コイル１ａは、図２に示すように励磁コイル駆動電源２１ａに直接接続されており、励磁コイル１ｂは励磁コイル１ｂの極性切り替え器１１ｂ（切り替え手段）を介し、励磁コイル１ｂ駆動電源２１ｂに接続されている。
【００２１】
以下、同様に励磁コイル２、３、４、５、６、７、８も、それぞれ励磁コイルの極性切り替え器１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８（切り替え手段）を介し、それぞれ励磁コイル駆動電源２２、２３、２４、２５、２６、２７、２８に接続されている。
【００２２】
励磁コイルの極性切り替え器１１ｂ、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８は制御装置１９によって制御され、それぞれの励磁コイルへ流す励磁電流の向きを変えることができる。
【００２３】
制御装置１９は、主にマイクロプロセッサ７４により構成される。切り替え手段は、励磁コイル駆動電源に内蔵されている。
【００２４】
ここで、図５に示すように、それぞれの励磁コイル駆動電源から、各励磁コイルに次のような励磁電流を流す。
【００２５】
（１）大きさがほぼ等しく一定方向である励磁電流：Ｉ
（２）各励磁コイルの極性切り替え器により、（１）とは方向のみ逆の励磁電流：−Ｉ  この時、各励磁コイルで得られるレンズ強度Ｍ１ａ〜Ｍ８は、表１のようになる。
【００２６】
ただし、励磁コイル１ａ（巻数：４巻）に励磁電流Ｉを流した場合を正の方向とし、その時の大きさをｍとした。
【００２７】
この電子顕微鏡に備える電子レンズの実効強度は、磁界重畳の法則より、各励磁コイルのレンズ強度の和（Ｍ１ａ＋Ｍ１ｂ＋Ｍ２＋Ｍ３＋Ｍ４＋Ｍ５＋Ｍ６＋Ｍ７＋Ｍ８）となる。そのため、各励磁コイルの極性切り替え器により、各励磁電流の方向のみを任意にかつ独立して切り替えることにより得られる、実効レンズ強度を図４に示す。
【００２８】
この図４において、横軸は制御装置１９へ制御信号（デジタル信号）入力値であり、縦軸は電子レンズの実効レンズ強度である。
【００２９】
制御信号は、２２４の切換ステップ数を有する。つまり、各励磁コイルの切り替え組み合わせを２２４通り選択できる。
【００３０】
ここでは、励磁コイルの個数や巻数等の条件から、電子レンズの実効的な強度を２５６ｍから０を通り−２５４ｍまで２ｍ刻みで、すなわち、電子レンズの実効的な巻数を１０２４巻きから０を通り−１０１６巻まで８巻き刻みで任意に得ることが可能である。
【００３１】
これは、あたかも従来方式の電子レンズ電源に接続されたＤ／Ａコンバータを操作するような感覚であり、従来の制御方式の操作性を損なわない。本実施例では、制御のしやすさや制御のきめ細かさ等を考慮した構成とした。極性切り替えのできる励磁コイルの個数を８個、その巻数をそれぞれ４、８、１６、３２、６４、１２８、２５６、５１２としたのは、これらの理由からである。また、この他に極性の切り替え手段を備えない巻数が４巻の励磁コイルを備えることで、レンズ強度をゼロとすることも可能にした。
【００３２】
なお、図４における負のレンズ強度とは、界磁レンズの場合に屈折力と同時に発生する、像の回転方向が逆向きになる状態を意味している。また、負の巻数とは励磁コイルの巻方向を逆向きにしたことに相当する。
【００３３】
本実施例によれば、同一磁路内のそれぞれの励磁コイルに流れる電流の絶対値を一定に保ちつつ、電子レンズの強度を変化させることが可能になることから、この電子レンズを結像レンズ系に備える電子顕微鏡を初めとする各種の電子線装置は、コイルの発熱による熱膨張、温度ドリフ等が防止されて分解能の高い観察・分析が可能になる。
【００３４】
また、本実施例では本発明を結像レンズ系に備える透過電子顕微鏡について説明したが、それだけには留まらず、照射系レンズにも適用することができる。
【００３５】
さらに、本発明は透過電子顕微鏡のみならず、走査電子顕微鏡やイオンビーム装置、電子線描画装置等の他の電子線装置にも適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の実施例に係わる磁界形の電子コイルの断面図である。
【図２】本発明の実施例に係わる磁界形の電子コイルのブロック図である。
【図３】本発明の実施例に係わる透過電子顕微鏡の概略構成図である。
【図４】本発明の実施例に係わる電子レンズ強度の制御方法を示した図である。
【図５】本発明の実施例に係わるもので、各励磁コイルと励磁電流との関係を示した図。
【符号の説明】
【００３７】
１ａ〜８…励磁コイル、９…継鉄、１０…荷電粒子線通路、１１ｂ〜１８…励磁コイル１ｂ〜８の極性切り替え器、１９…制御装置、２１ａ〜２８…励磁コイル１ａ〜８駆動電源、４２…電子源、４４…第２集束レンズ、４５…第１集束レンズ、４６…試料、４７…電子線。
【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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