(57)【要約】【課題】補正器付荷電粒子装置において、補正器の電源ノイズがある場合でも、常に高分解能の条件で使用できる荷電粒子装置を提供する。【解決手段】あらかじめ補正器電源１つあたりの単位変動に対する像移動量を測定し、電源リップル安定度からノイズ量を推定し、比較候補の補正条件でのビーム径の計算にその値を取り入れる。より高分解能の見込める収差補正器の使用条件をシミュレーションし、収差はあるが補正器電源ノイズのない場合のビーム径の計算値と比較し、最良の分解能の条件を決めて装置を自動調整する。【選択図】図２
2011040256.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子ビームを試料に対して走査する照射光学系と、
該試料を載置する試料ステージと、
前記荷電粒子ビームの照射により前記試料から発生する２次荷電粒子を検出する検出光学系と、
前記検出した２次荷電粒子の情報に基づいて画像を表示する画像処理系と、を備えた走査荷電粒子顕微鏡において、
前記照射光学系は、荷電粒子銃と、対物レンズと、前記荷電粒子線銃と前記対物レンズとの間に配置され、多極子を用いた前記照射光学系の軸上の色収差および球面収差を補正する収差補正器と、前記収差補正器に電圧を供給する収差補正器電源とを備え、
前記収差補正器電源のノイズを起因とする前記画像に発生する画像ノイズの大きさを計測する機構を有することを特徴とする走査荷電粒子線装置。
【請求項２】
前記画像ノイズの大きさを計測する機構が、前記多極子を構成する各極子に独立に電圧を印加あるいは、各極子を構成するコイルに電流を通電し、そのときの印加電圧または、通電する電流に応じて変化する画像移動量を計測する手段を有することを特徴とする請求請１に記載の走査荷電粒子線装置。
【請求項３】
計測された前記画像ノイズの大きさを基に、前記試料の面上でのビーム径を計算し、その計算結果に基づき、前記収差補正器電源の遮断状態も含めて最良の分解能が得られる前記収差補正器電源の電源条件を自動選択する手段を有することを特徴とする請求請１に記載の走査荷電粒子線装置。
【請求項４】
前記収差補正器に４段以上の４極子場と３段以上の８極子場を使用することを特徴とする請求請１に記載の走査荷電粒子線装置。
【請求項５】
前記収差補正器が、４段の４極子磁場と、その４段のうち中央の２段の４極子磁場に、同型の４極子電場を光軸の周りに４５度回転して重畳し、前記４段の４極子磁場に８極子電場または磁場を重畳する構造を有することを特徴とする請求請１に記載の走査荷電粒子線装置。
【請求項６】
前記ビーム径の計算は、加速電圧、絞り番号、作動距離を含む情報を用いることを特徴とする請求請３に記載の走査荷電粒子線装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、走査荷電粒子線装置に係り、特に収差補正器付走査荷電粒子線装置であって、試料面上で集束荷電粒子ビームを走査する顕微鏡、検査装置、測長装置、加工装置などに関わる。
【背景技術】
【０００２】
走査電子顕微鏡（SEM）は試料上に集束した電子ビームをスキャンして、その際に放出される２次電子や反射電子を検出器により検出した電気信号を、画像として表示する装置で、光学顕微鏡よりも高い分解能と深い焦点深度を特徴としている。試料表面のミクロンからナノメーターオーダーまでの表面形状を観察できる。また物質の種類により反射電子の発生量が異なるので像のコントラスト変化で異物が検出でき、発生するX線を分析すれば異物が何であるか特定できるなど表面分析も可能である。広く研究用や検査解析用に普及している。SEMの分解能を決める要因として、試料上のビーム径を主に考えてよい。（実際には試料の帯電や２次電子放出効率、プローブ電流など観察条件毎に異なる要因まで含めて像分解能が決まる。）通常のSEMでビームを試料上に小さく絞る場合に問題になるのは回折収差、球面収差、色収差、光源径、輝度限界といった要因である。このうち光源径、輝度限界は、FE電子源のような高輝度電子源を用いれば高分解能観察用途には対応可能である。回折収差は波長と開角に関係した物理限界であり、球面収差、色収差は軸回転対称なレンズを使う限り軸上でも存在する収差で、避けられない。この３種の収差をバランスよくして最小ビーム径を得るよう磁界レンズ、静電レンズの形状、組合せを研究してSEMの高分解能化が進んできた。
【０００３】
近年、４極子、８極子、６極子など多極子をもちいて電子顕微鏡の軸上収差（球面収差、色収差）を補正する技術が実用化され、従来の軸回転対称電子レンズだけをもちいた電子顕微鏡では到達できなかった分解能が実現できるようになってきた。特に透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）や走査透過型電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）の分野では0.1nm以下の分解能が収差補正技術をもちいて達成されている。
この技術には大きく分けて２つ方式があり、ひとつは４極子と８極子の組合せで球面収差、色収差両方あるいはどちらか一方を補正する方式、もうひとつは６極子２個の間に回転対称なトランスファーレンズ２枚を配置し、球面収差のみを補正する方式がある。前者はＳＥＭ、ＦＩＢ、ＴＥＭ、ＳＴＥＭに応用され、後者は主にＴＥＭ、ＳＴＥＭなどに応用されている。両者の方式の違いは、前者の４極子、８極子を使う方式は電磁重畳型４極子を使うことにより色収差補正が可能だが、後者の６極子を使う方式では色収差補正ができないということと、要求される補正器電源の安定度が後者の方が前者より１桁劣っていてもよく、10−6程度で実現可能ということがあげられる。
【０００４】
ここではSEMで使われることの多い４極子４段の補正器の動作の概略を記述する。非特許文献１にはこのタイプの収差補整器の詳細な記述がある。図１に収差補正器付SEMの構成の一例を示す。第一コンデンサーレンズ２を出た略平行のビームが収差補正器６に入ると、初段の４極子は光軸と垂直な一方向には発散、それと直交方向には集束作用をもつので、近軸軌道は二つ存在する。光軸をZ軸と呼び、光軸に垂直で初段４極子により集束する軌道をｘ軌道、発散する軌道をy軌道と仮に呼ぶことにする。２段目の４極子の中央付近ではx軌道は光軸と交わり、y軌道は光軸と最も離れる。つまり２段目の４極子の中央付近で近軸軌道はラインフォーカスしている。３段目の４極子の中央付近では逆にy軌道が光軸と交わり、x軌道が光軸と最も離れる。ここでも２段目の４極子の中央付近でのラインフォーカスと直交する方向にラインフォーカスが形成される。４段目の４極子を通過後はx軌道、y軌道は合流し再び略平行なビームとなって調整レンズ７に入射する。
【０００５】
色収差を補正するために補正器６の中央２段に４極子電場と同型の４極子磁場を４５度回転させて重畳する。そのとき４極子場中の電子の軌道方程式は以下の式１のように記述される。ここに、４極子の形状は双極線型を仮定し、対向極間距離2a、極子電位±V1、加速電圧Φ、磁極磁位±NI、真空の透磁率μ0である。色収差補正ができる理由をこの式をもちいて説明する。色収差は、電子源からの放出エネルギーのばらつきや加速電源電圧のばらつきにより生じた、異なるエネルギー（例えばエネルギーeΦ、e(Φ+ΔΦ)、e(Φ−ΔΦ)）をもつ電子が、レンズ電磁場を通過する際に、高エネルギー電子の軌道は曲がりにくく、低エネルギー電子の軌道はより多く曲がってしまうために、試料面に到達したときに位置ずれが生じることによる。
【０００６】
【数１】
2011040256.tif 000003
【０００７】
そこで式１であらわされる収差補整器の中央２段の４極子場を通過する際に、高いエネルギーe(Φ+ΔΦ)の電子がより多く曲げられ、低いエネルギーe(Φ−ΔΦ)の電子がより曲がらなければ、結果的にeΦのエネルギーの電子の軌道に一致させることができ色収差は生じない。
【０００８】
式１のx(z), y(z)にかかる係数の式２を見ると、
【０００９】
【数２】
2011040256.tif 000004
【００１０】
電場４極子の効きの強さは加速電圧Φに反比例するのに対し、磁場４極子の効きの強さは加速電圧Φの平方根に反比例している。そこでこの係数の値を一定にする条件で磁場と電場の強さの比を変えると、エネルギーeΦの電子に対しては軌道が変わらないが、e(Φ+ΔΦ)と、e(Φ+ΔΦ)の電子に対しては互いに逆方向に軌道が曲がる。これを利用して高いエネルギーe(Φ+ΔΦ)の電子がより多く曲げられ、低いエネルギーe(Φ−ΔΦ)の電子がより曲がらないようにして色収差補正ができる。
【００１１】
しかし４極子場ではｘ方向について色収差補正する条件のときに、y方向では係数の符号が逆なために、色収差を増加させるように働く。そこでRoseたちは収差補整器６の中央２段の４極子場中でラインフォーカスを形成するようにして、色収差を増大させる方向には４極子場の効果が効かないように図１にある補正器の構成を考えて実現した。中央２段の４極子場中ではx方向、y方向の色収差を独立にコントロールしている。そして最終的に試料面上で色収差が補正されるように、主に対物レンズ１０の色収差を相殺する条件で収差補正器６を動作させる。
【００１２】
次に球面収差補正では８極子場を中央２段と前後の２段のうちどちらか一方計３段分に重畳して補正する。レンズにおいては軸からの距離の３乗に比例する力でレンズ外側を通る電子が強く曲げられることから、レンズを通るとビームが１点に集束しない。これを球面収差と呼んでいる。８極子は軸からの距離の３乗に比例する力を正負どちらにも作れるが、方位によりその作用は逆転し、全ての方位で球面収差を補正することはできない。そこで先のラインフォーカスを利用して中央２段の８極子で球面収差のｘ、ｙ方向成分を補正し、残りのもう一つの８極子で４５度方向の球面収差を補正する。４極子場と８極子場の重畳は別々の４極子、８極子を作らなくても、１２極子を利用することで可能である。またアライナーやコマ収差補正用６極子なども１２極子を使い重畳することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特許第３９５０７６９号公報
【非特許文献】
【００１４】
【非特許文献１】Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A 363 (1995)、 p.316-325
【非特許文献２】H.Rose 、Optik 33 (1970)、p.1-24
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
ＳＥＭでは低加速ビームにより、試料へ低ダメージで高分解能観察ができることが期待され、その場合、色収差の影響が大きい。そこでこれを補正できる前述の４極子−８極子タイプの収差補正器が主に研究されてきた。このタイプの収差補正器では高分解能を実現するために収差補正器電源の安定度は0.1ppm程度が要求される。しかしこのスペックを完全に実現するのは技術的、コスト的に難しいので、現実的には補正器電源ノイズの分解能への影響を無視することができない。せっかく収差補正器をつけても、電源ノイズのために期待される分解能を出せずに、収差補正器のない高分解能SEMより結果的に性能が劣る場合も起こりえる。収差補正器をつけたときのSEMの分解能を決める要因として、前述の回折収差、球面収差（補正残りがある場合）、色収差（補正残りがある場合）、光源径、輝度限界の他に、補正にともなう寄生収差、高次収差と補正器電源ノイズの影響を考慮しておく必要がある。このうち通常のSEMでは無視できるが補正SEMで無視できない要因として、補正にともなう寄生収差は、極子のずれや磁場不均一などが原因となり、軸上コマ、３回対称非点、４回対称非点、３次スター収差など軸非対称な収差が発生する。
【００１６】
これは３次までなら８極子場のほか６極子場などを重畳して補正する手法が確立している。高次収差、特に問題となる５次球面収差については、非特許文献２にその原因と対物レンズコマなし面−収差補正器節点面間距離を可能な限り小さくするなどの対策が示唆されている。最終的には５次スター収差で分解能が制限されるので、その対策として補正前の対物レンズの球面収差係数をできるだけ小さくすることと、補正器−対物レンズ間にレンズを入れて実効的な焦点距離を長くすることが記述されている。（非特許文献２、p17式31とp18図6）。また特許文献１には補正器の電源ノイズを軽減する手法として、低加速電圧時の補正のとき、加速電圧に比例した補正電位を用いず、スポット倍率を小さくして、補正にかかる電流、電圧を高く保ち、収差補正装置の電位ゆらぎ、励磁電流ゆらぎの影響を軽減することを開示している。
【００１７】
しかしノイズ軽減のための収差補正器の動作制御について、補正器電源ノイズを実測し、それをもとに、場合によっては無補正も含めた、補正の程度の制御まで考慮に入れた高分解能化についてはあまり考慮されてこなかった。
【００１８】
そこで本発明では補正器の電源ノイズがある場合でも、無補正で補正器電源ノイズのない場合よりも高分解能像が得られるような補正器の調整条件を推定し、その条件によって収差補正器を調整あるいはOFFすることにより常に高分解能の条件で使用できる装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
あらかじめ補正器電源１つあたりの単位変動（例えば+1mA）に対する像移動量を測定しておき、電源リップル安定度からノイズ量（スポットぼけ量）を推定し、比較候補の補正条件でのビーム径の計算にその値を取り入れる。より高分解能の見込める収差補正器の使用条件（不完全補正、補正器OFFも含む）をシミュレーションし、収差はあるが補正器電源ノイズのない場合のビーム径の計算値と比較し、最良の分解能の条件を決めて装置を自動調整する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】従来の収差補正SEMの構成例を示す図。
【図２】本発明の収差補正SEMの構成例を示す図。
【図３】本発明によるビーム径計算のフローチャート。
【図４】本発明の装置の設定画面を示す図。
【図５】本発明のノイズ計測設定画面を示す図。
【図６】本発明のFE-SEMへの応用例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下に図面を用いて実施例を詳細に述べる。
【実施例１】
【００２２】
以下本発明の一具体例について図２を使って説明する。
収差補正器は、ここでは磁界４極場４段に電界４極場２段と磁界８極場４段を重畳する色・球面収差補正器（ＣｓＣｃ補正器：ここで、Ｃｓは球面収差係数、Ｃｃは色収差係数を表す。）を説明するが、これに限定する必要はなく、４極場５段、重畳８極場３段以上のＣｓＣｃ補正器、６極子系Cs補正器等でも考え方は同様である。磁界を主体にしたＣｓＣｃ補正器とした理由は、数１００ＭＨｚという高周波の電気ノイズが減衰しないで電極電位を振らせるのに対し、磁極はコイルを使って励磁するので、あまり高い周波数のノイズは電源からは入りにくいためである。また１極にコイルを複数巻いて、他の極のコイルと直列につなぐことにより、４極場や８極場の電源を分離し、極子の対称性を利用してこれらの電源ノイズに対する影響を減ずることができるためである。１つの磁極コイルにつながっている電流源を１ｍＡだけ電流を増やしたときに、像の移動量を、電流増前後２つの画像の相互相関などをつかって測定しておく。
【００２３】
ここでは仮に１００ｎｍ像移動が生じるとする。またあらかじめ電流源のノイズ量は電流源単体で測定しておく。たとえば±０．０１ｍＡ電流ノイズがあったとして、この電流源ノイズの像への影響は１００ｎｍ×（０．０１／１）=１ｎｍ分の画像ノイズに相当すると考えられる。補正器中に複数段ある極子のうち一番像移動量の大きいもののデータをビーム径の計算に使う。ビームの直径dsの計算はフロー図にしたがい基本的には以下のようにする。補正有りの場合のデフォルトの設定の光学系を計算する。
【００２４】
【数３】
2011040256.tif 000005
【００２５】
ここにddiff ：回折収差 1.2λ/α
M：スポット倍率
do：光源径（ショットキー電子源で50nm程度）
dgeo： (幾何収差3次、５次)
【００２６】
【数４】
2011040256.tif 000006
【００２７】
dchro：色収差、Cc(ΔE/E) α
dsc：色球面収差、Cscα3ΔV/V
dB：輝度限界  (4I/π2α2B)1/2
dnoise：ノイズ
ここでαは試料上のビーム開角（方位角も含め複素数表示とした）であり、第一コンデンサーのクロス位置を変えて調整することができる。図の光学系ではコンデンサーレンズ２が略平行ビームを作成、アジャスタレンズが高次収差を減少させるために作動範囲が限られるので、プローブ電流と開き角を完全に独立に変えることができないが、収差補正器は３０mrad程度の広い範囲で幾何収差を補正できるので、小さい開角で回折収差増大を招かないように注意すれば細かい調整は重要でないと考えられる。プローブ電流を優先して第一コンデンサーの動作や絞り孔径を選べばよい。プローブ電流と開き角の完全な独立制御がどうしても必要な場合には第三コンデンサーレンズを第二コンデンサーレンズ３の下に追加すれば可能になる。この実施例のビーム径の計算では装置のレンズ、収差補正器、偏向器、絞り位置は固定されており、収差補正器には平行入射、平行出射を仮定する。絞り穴径ap、対物レンズ物点位置Ｌが変数として指定できる。Ap； Lから試料上開き角α、スポット倍率Ｍ、はこれらの関数としてα（ap, L）、Ｍ（ap, L）と決まる。各収差係数は軌道計算からCs（軸上球面収差係数） は４段の８極子電流値の関数として、 Cc（軸上色収差係数）は２、３段目の４極子の電場、磁場、C5は４段の８極子電流とLとC3の関数として計算できる。電源の制約から各段８極子電流、４極子電流がImax以下、２，３段４極子電圧がVmaxなどの制限がつき、Mの変化で、補正の効果が変わるのでCs、Ccも完全にゼロにできない場合もある。ノイズに関してひとつの極子のコイルに単位電流を流して像移動量を測り、その値に電源のリップル値をかけて電源ノイズによる像移動量を見積もり、全段の極子の内一番大きい移動量に√（電源数）を乗じたものをdnとする。これによりランダムな独立電源のノイズによる影響の最大値を見積もる。Lを変えた場合、dnはスポット倍率Mに比例して変化するので、Lを変化させた計算から補正時の最小分解能を見積もれる。次に補正器を用いない場合のビーム径計算をおこなう。この場合はdn＝０とし、dgeoでは無補正のCs、Ccを考慮し、高次収差係数は無視する。補正時、無補正時で計算ビーム径が小さい場合をえらび、装置を選択された光学条件で動作させる。
【実施例２】
【００２８】
図３に本発明の最小ビーム径計算のフローチャートの一例を示す。ビーム径計算のための入力数値は加速電圧、ランディング電圧、絞り番号、作動距離（ＷＤ）、無補正のＣｓ，Ｃｃの値などである。他にあらかじめ計算機に情報としてインプットしておく数値として、絞り番号に応じた実際の絞り穴径、光学要素間の距離、各レンズの収差係数、仮想光源位置、補正器電源の最大電流値、最大電圧値、対物物点位置の範囲などがあり、これらをあわせて電子光学シミュレーションによりビーム径を算出する。実際に最小値を最適化することは難しいのでたとえば対物物点位置を５箇所程度変えた場合で、ビーム径を計算、最小の条件を推定して出力するようにする。
【００２９】
図４にはこれを実行するための装置の操作画面のGUIの例を示す。最小ビーム径の計算結果が計算終了の表示とともに画面上に出力される。確認後、光学系設定ボタンを押して、実際の収差補正ＳＥＭでその補正条件を実行し観察、計測を行う。
【実施例３】
【００３０】
図５にノイズ感度測定のＧＵＩの例を示す。補正器の電源１つを単位量（たとえば1mAや1mV）変化させたときの像移動量を測定し、その電子光学系の電源ノイズ感度とここでは呼ぶことにする。電源ノイズ感度が小さければ、電源に大きなノイズが入っていても画像への影響は少ない。電源ノイズ感度が大きければ少しの電源ノイズで画像に大きな影響が出ることになる。この電源ノイズ感度は電子光学系の縮小率や加速電圧などで変化する。感度測定用光学系はたとえば図に示した平行光学系とする。その理由は実験の結果では補正器ＯＦＦで平行光学系のときの電源ノイズ感度はすべての電源について影響は同程度であり、補正器ＯＮで基準軌道を形成したときの電源ノイズ感度は１段目、４段目では平行光学系と等しく、２、３段目の極子ではラインフォーカスを形成しているので、感度に２回対称方向依存性が生じるが平均化すると１段目、４段目での値とあまり変わらない結果であった。画面上で指定した収差補正器電源３４３のうちの１個に単位電流または電圧（たとえば1mA、1mV）の出力前後で、２次電子検出器９の出力からＳＥＭ像を取得して、データストレージ３７６に格納する。
【００３１】
次に制御コンピュータ３０によりこれらの画像の相互相関をとり、像移動量と方向を計算し出力する。この電源ノイズ感度は光学系により異なるので、実施例２で説明したビーム径計算にもちいようとするいくつかの光学系について予め測定し、それらの値はデータストレージ３７６に格納して計算に使えるようにしておく。あるいは調整レンズ３２４の励磁だけを変化させる場合には、一つの条件でノイズ量を測定しておけば、他の条件でのノイズは倍率変化から推定できる。
【実施例４】
【００３２】
図５に本発明の一例として、多段多極子を用いた収差補正器を備えたField Emission−ＳＥＭ（ＦＥ−ＳＥＭ）の一例を示す。このＳＥＭはフォーカスした電子線を試料上に走査させるSEMカラム３０１、試料ステージが格納される試料室３０２、SEMカラム３０１や試料室３０２の各構成部品を制御するための制御ユニット３０３等により構成されている。ここではイオンポンプやターボ分子ポンプと真空配管，真空系制御機構についての図示、説明は省略している。制御ユニット３０３には、更に、所定の情報を格納するためのデータストレージ３７６や取得画像を表示するモニタ３７７、装置と装置ユーザとのマン・マシンインタフェースとなる操作卓３７８が接続されている。操作卓３７８は、例えば、キーボードやマウスなどの情報入力手段により構成される。初めに、SEMカラム３０１内部の構成要素について説明する。電界放出電子源３１はタングステンの単結晶先端を電界研磨して尖らせた電子源で、フラッシング電源３２により通電加熱して表面を清浄にした後，１０−８Ｐａ台の超高真空中にて引き出し電極３４との間に＋５ｋＶ程度の電圧を引き出し電源３３で印加することにより、電界放出電子を放出させる。引き出し電極３４と第２陽極３５との間で形成される静電レンズにより加速、収束された電子は、光軸０に沿って後段の構成要素へ入射する。第１コンデンサーレンズ３２０で収束され、可動絞り３２１にてビーム量を制限され、第２コンデンサーレンズ３２２および２段偏向器３２３を通り、収差補正器２０に入射する。２段偏向器３２３は、電界放出電子銃３１０および，コンデンサーレンズ３２０，３２２の軸と収差補正器２０の軸が一致するように調節される。収差補正器２０を出たビームは２段偏向器３３４により調整レンズ３２４、対物レンズ３３１の光軸に一致するよう調整される。
【００３３】
本実施例では４極―８極子系の色球面収差補正器２０が装着されており、その働きは「背景技術」で説明したとおりである。収差補正器２０の各段で４極子、８極子を形成するがこれに１２極の磁極（電極を兼ねてもよい）を用いると、４極場、８極場のほか、偏向場、６極場、１２極場も重畳して形成可能である。極子の組み立て誤差、磁極材料の不均一性により生じる寄生収差たとえば軸上コマ収差，３回非点収差，４回非点収差などを補正するためにこれらの多極場を使用することができる。装置を立ち上げて加速、作動距離などあらかじめ考えていた条件で補正器電源ゼロ出力の状態で画像が出るようにする。
【００３４】
次に装置の操作画面でノイズ測定設定（図５）を選択すると、複数の電源からなる補正器電源３４３のうち１台づつ単位電流あるいは単位電圧、たとえば1mAや1mVを出力してそのときに生じる像移動量と方向を相互相関などをとり測定する。像移動量のうち最大の大きさをこの電子光学系での電源ノイズ量として制御コンピュータ３０に記憶しておく。補正器電源３４３の各電源には１つの極子しかつながっていない場合、複数の極子がつながり多極子を形成している場合と両方ある。
【００３５】
次に収差補正設定画面（図４）上で条件を入力し、計算をさせて、最良の分解能が出るように収差補正器２０を自動制御する。収差補正器２０により主に対物レンズ３３１の色収差、球面収差を一部または全部相殺するように、離軸距離やエネルギーに応じて角度を調整された電子ビームは、調整レンズ３２４によりＥｘＢ偏向器の収差の影響を小さくするため一度ＥｘＢ偏向器３２７近辺に集束された後、対物レンズ３３１にて、試料３３２上に集束し、走査偏向器３２９にて試料上を走査される。調整レンズ３２４により、高次収差の増大抑制や、電源ノイズの影響を制御、色収差、球面収差の補正効率（補正器電源出力に対するCs、Ccの変化量）の制御をすることができる。引出番号３２８は対物アライナーである。試料室３０２内部には、試料３３２を載置する試料載置面を備えた試料ステージ３３３が格納されている。電子線照射により発生する２次電子は、対物レンズ３３１を抜けて、反射板３２５に当たり電子を発生させる。発生した電子は、２次電子検出器３２６で検出される。ＥｘＢ偏向器３２７は、試料から発生する２次電子の軌道を曲げて２次電子検出器３２６に直接みちびき、あるいは試料から発生する２次電子が反射板３２５に当たる位置を調整し検出効率を向上する。検出された２次電子信号は、走査と同期した輝度信号として制御コンピュータ３０に取り込まれる。制御コンピュータ３０は、取り込んだ輝度信号情報に対して適当な処理を行い、モニタ３７７上にSEM画像として表示される。検出器はここでは１つしか図示していないが、反射電子や２次電子のエネルギーや角度分布を選別して画像取得できるように、複数配置することも可能である。中心に穴のあいた同軸円板状の2次電子検出器を光軸０上に配置すれば反射板３２５は必ずしも必要ではない。
【００３６】
制御ユニット３０３は、フラッシング電源３２，引き出し電源３３、加速電源３６、第１コンデンサーレンズ電源３４０、第２コンデンサーレンズ電源３４１、調整レンズ電源３５１、偏向器電源３４２、収差補正器電源３４３、走査コイル電源３４４、対物レンズ電源３４５、リターディング電源３４６、非点補正コイル電源３４７、対物アライナー電源３４８、ＥｘＢ偏向器電源３４９，２次電子検出器電源３５０等により構成され、それぞれSEMカラム内の対応する構成要素と、信号伝送路や電気配線等で接続されている。
【００３７】
なお本発明は測長SEMのようなあらかじめ、観察条件の固定されたSEMにも適用可能である。この場合は分解能最良条件はノイズ計測含めて、装置供給者側で設定済みであるので一般のオペレータがノイズ測定モードを使う場合としては、装置の状態確認などメンテナンスのときに確認すればよい。またＦＥ−電子銃でなくショットキー電子銃を使う分析ＳＥＭや測長ＳＥＭにも本発明は応用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明は走査型電子顕微鏡、走査型イオン顕微鏡、半導体検査解析装置、集束イオンビーム装置などへ利用の可能性がある。
【符号の説明】
【００３９】
０…光軸、１…電子源、２…第一コンデンサーレンズ、３…第二コンデンサーレンズ、４…絞り、５…２段偏向器、６…収差補正器、７…調整レンズ、３０…制御コンピュータ、３１…電界放出電子源、３２…フラッシング電源、３３…引き出し電源、３４…引き出し電極、３５…第２陽極、３６…加速電源、３０１…ＳＥＭカラム、３０２…試料室、３０３…制御ユニット、３１０…電界放出電子銃、３２０…第１コンデンサーレンズ、３２１…可動絞り、３２２…第２コンデンサーレンズ、３２３…２段偏向器、３２４…調整レンズ、３２５…反射板、３２６…２次電子検出器、３２７…ＥｘＢ偏向器、３２８…対物アライナー、３２９…走査偏向器、３３０…非点補正コイル、３３１…対物レンズ、３３２…試料、３３３…試料ステージ、３３４…２段偏向器、３３５…偏向器電源、３４０…第１コンデンサーレンズ電源、３４１…第２コンデンサーレンズ電源、３４２…偏向器電源、３４３…収差補正器電源、３４４…走査コイル電源、３４５…対物レンズ電源、３４６…リターディング電源、３４７…非点補正コイル電源、３４８…対物アライナー電源、３４９…ＥｘＢ偏向器電源、３５０…２次電子検出器電源、３５１…調整レンズ電源、３５２…真空容器、３７６…データストレージ、３７７…モニタ、３７８…操作卓。
【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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