(57)【要約】  収差補正器は、荷電粒子線の収差を補正するミラー（１０８）と、ビームセパレータ（１０７）と、ビームセパレータ内のバイパス光学系（１０９）と、を含む。ビームセパレータ（１０７）は、荷電粒子線の入口（１１７Ａ）と、荷電粒子線が対物レンズ（１１０）に向けて出射する出口（１１７Ｃ）とを含み、オン状態において、荷電粒子線を偏向することで、入口（１１７Ａ）からミラー（１０８）への入射軌道とミラー（１０８）から出口（１１７Ｃ）への反射軌道とを分離する。バイパス光学系（１０９）は、ビームセパレータ（１０７）がオン状態のときに荷電粒子線の軌道が迂回し、ビームセパレータ（１０７）がオフ状態のときに荷電粒子線の軌道が通過する位置に配置され、ミラー（１０８）を経由する軌道とバイパス光学系（１０９）を通過する軌道とにおける対物レンズ光学条件が一致するように荷電粒子線を制御する。
2016132487.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子線源から発生した荷電粒子線を試料に照射する、荷電粒子線応用装置であって、  荷電粒子線源と、  前記荷電粒子線源よりも下流に配置された、収差補正器と、  前記収差補正器よりも下流に配置された、対物レンズと、  前記収差補正器を制御する、制御部と、を含み、  前記収差補正器は、  前記荷電粒子線源からの荷電粒子線の収差を補正する、ミラーと、  前記荷電粒子線源からの荷電粒子線が入射する入口と、前記荷電粒子線が前記対物レンズに向けて出射する出口とを含み、オン状態において前記荷電粒子線を偏向することで、前記入口から前記ミラーへの入射軌道と前記ミラーから前記出口への反射軌道とを分離する、ビームセパレータと、  前記ビームセパレータ内において、前記ビームセパレータがオン状態のときに前記荷電粒子線の軌道が迂回し、前記ビームセパレータがオフ状態のときに前記荷電粒子線の軌道が通過する位置に配置された、バイパス光学系と、を含み、  前記バイパス光学系は、前記ミラーを経由する軌道と前記バイパス光学系を通過する軌道とにおける対物レンズ光学条件が一致するように前記荷電粒子線を制御する、荷電粒子線応用装置。
【請求項２】
請求項１に記載の荷電粒子線応用装置であって、  前記バイパス光学系は、上流側に形成された前記荷電粒子線の集束点を下流側に投影し、  前記投影される集束点と前記反射軌道における集束点とが一致する、荷電粒子線応用装置。
【請求項３】
請求項２に記載の荷電粒子線応用装置であって、  前記バイパス光学系が前記集束点を前記ビームセパレータの下流に投影する倍率が等倍である、荷電粒子線応用装置。
【請求項４】
請求項１に記載の荷電粒子線応用装置であって、  前記バイパス光学系は、前記入口と前記出口の中点を含む位置に配置されている、荷電粒子線応用装置。
【請求項５】
請求項１に記載の荷電粒子線応用装置であって、  前記荷電粒子線の大電流モードと小電流モードとを有し、  前記制御部は、前記小電流モードにおいて前記ビームセパレータ及び前記ミラーをオン状態に設定し、前記大電流モードにおいて前記ビームセパレータをオフ状態に、前記バイパス光学系をオン状態に設定する、荷電粒子線応用装置。
【請求項６】
請求項１に記載の荷電粒子線応用装置であって、  前記荷電粒子線の高加速度モードと低加速度モードとを有し、  前記制御部は、前記低加速度モードにおいて前記ビームセパレータ及び前記ミラーをオン状態に設定し、前記高加速度モードにおいて前記ビームセパレータをオフ状態に、前記バイパス光学系をオン状態に設定する、荷電粒子線応用装置。
【請求項７】
請求項１に記載の荷電粒子線応用装置であって、  第一モードと第二モードとを有し、  前記制御部は、  前記第一モードにおいて、前記ビームセパレータ及び前記ミラーをオン状態に、前記バイパス光学系をオフ状態に設定し、  前記第二モードにおいて、前記ビームセパレータ及び前記ミラーをオフ状態に、前記バイパス光学系をオン状態に設定する、荷電粒子線応用装置。
【請求項８】
請求項７に記載の荷電粒子線応用装置であって、  前記収差補正器の上流側にレンズをさらに含み、  前記制御部は、  前記第二モードにおいて、前記試料上の開き角が前記第一モードにおける開き角よりも小さくなるように、前記レンズ及び前記バイパス光学系を制御する、荷電粒子線応用装置。
【請求項９】
請求項７に記載の荷電粒子線応用装置であって、  前記対物レンズ光学条件が一致することは、前記ミラーを経由する軌道と前記バイパス光学系を通過する軌道とにおける前記対物レンズの物点が一致する、又は取得画像の倍率が一致することである、荷電粒子線応用装置。
【請求項１０】
請求項１に記載の荷電粒子線応用装置であって、  前記対物レンズ光学条件は、ビームセパレータよりも下流の光学素子の駆動電圧又は電流である、荷電粒子線応用装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の荷電粒子線応用装置であって、  前記対物レンズ光学条件は、リターディング電圧、ブースティング電圧、又は対物レンズの励磁電流のいずれか１つ以上である、荷電粒子線応用装置。
【請求項１２】
荷電粒子線源から発生した荷電粒子線を試料に照射する荷電粒子線応用装置で使用される収差補正器であって、  荷電粒子線源からの荷電粒子線の収差を補正する、ミラーと、  前記荷電粒子線源からの荷電粒子線が入射する入口と、前記荷電粒子線が対物レンズに向かって出射する出口とを含み、オン状態において前記荷電粒子線を偏向することで、前記入口から前記ミラーへの入射軌道と前記ミラーから前記出口への反射軌道とを分離する、ビームセパレータと、  前記ビームセパレータ内において、前記ビームセパレータがオン状態のときに前記荷電粒子線の軌道が迂回し、前記ビームセパレータがオフ状態のときに前記荷電粒子線の軌道が通過する位置に配置された、バイパス光学系と、を含み、  前記バイパス光学系は、前記ミラーを経由する軌道と前記バイパス光学系を通過する軌道とにおける対物レンズ光学条件が一致するように前記荷電粒子線を制御する、収差補正器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は荷電粒子線応用装置に関する。
【背景技術】
【０００２】  半導体製造プロセスにおいて、半導体デバイスの寸法や形状の計測又は検査には、電子線等の荷電粒子線を利用する荷電粒子線応用装置が使用されている。また、半導体デバイス以外の対象物を観察するために汎用の荷電粒子線応用装置が使われている。その一例にＳｃａｎｎｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ（ＳＥＭ）がある。ＳＥＭは、電子源から発生させた電子線を観察したい試料に照射し、照射したことにより発生する二次電子を検出器で検出し電気信号に変換した後、電気信号から画像を生成する。【０００３】  近年は半導体デバイスの微細化が進み、ＳＥＭの高分解能化が必須である。高分解能化のためには電子線を試料面で小さく絞る必要があるため、電子線が電磁レンズを通過することで発生する収差を補正する収差補正器が有効である。【０００４】  特表２００９−５２８６６８号（特許文献１）は、試料からの二次電子の収差を、ミラーを使用した収差補正器（ミラー収差補正器）により補正する技術を開示している。特許文献１には、以下の事項が開示されている。【０００５】  「第２の磁気偏向器は、静電レンズからの第１のエネルギ分散電子回折パターンを受け取るように配置される。第２の磁気偏向器はまた、第２の磁気偏向器の第１の出射面に第２の非分散電子回折パターンを投射するように構成される。機器は、１つ又は複数の収差を補正するように構成された電子鏡も有する。電子鏡は、第２の磁気偏向器の第２の出射面に第２のエネルギ分散電子回折パターンを投射するために第２の非分散電子回折パターンを第２の磁気偏向器へ反射するように配置される。」（要約参照）。【０００６】  なお、特開昭６２−１１３３５０号（特許文献２）では、試料からの電子線をエネルギに応じて分離する複数のスペクトロメータを備え、エネルギフィルタ像とアンフィルタ像を切り替えて使用する電子顕微鏡において、スペクトロメータの上下対称位置にトランスファレンズを配置してエネルギフィルタ像と等しい大きさのアンフィルタ像を得る技術が開示されている（特許請求の範囲参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特表２００９−５２８６６８号
【特許文献２】特開昭６２−１１３３５０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】  デバイスの計測又は検査では高分解能化だけではなく高速化も重要である。デバイスの計測や検査の高速化は電子線のビーム電流を増加させることによって二次電子信号量を増やすことが有効である。もしくは、試料の異なる深さの領域を観察するためには、異なる加速電圧での電子線による観察が有効である。【０００９】  したがって、半導体デバイスの計測や検査用等の荷電粒子線応用装置は、異なるモードで動作できることが望ましい。例えば、電子線の大ビーム電流で観察するモードと小ビーム電流で観察するモード、若しくは高加速ビーム電流で観察するモードと低加速ビーム電流で観察するモードである。【００１０】  ビーム電流が大きくなるにつれ、クーロン効果が大きくなる。クーロン効果は、電子間で働く反発する力のことであり、電子線のボケの要因となる。また、クーロン効果は電子線の飛行時間が長くなると大きくなる。【００１１】  ミラー収差補正器を装置に搭載した場合には、電子線軌道の光路長が長くなることと、電子線がミラーで反射される時に減速されることによって電子線の飛行時間が長くなる。そのため、ミラー収差補正を実行しない場合に比べ、分解能が劣化する場合がある。また、ミラー収差補正器において、高加速荷電粒子をミラーに偏向し、さらにミラーによって適切に反射するためには、より大きな動作電圧が必要とされる。【００１２】  したがって、ミラー収差補正器を搭載した装置は、ミラー収差補正器の使用の有無を選択できることが望ましい。さらに、ミラー収差補正の有無の切り替えが、対物レンズ光学条件を変えないことが望まれる。これは、対物レンズ光学条件が変わると、同時に二次電子に対する対物レンズの作用が変わり、二次電子が検出器に到達する条件が変わってしまうためである。【００１３】  特許文献１及び特許文献２は、二次電子線のミラー収差補正器及びエネルギフィルタの制御を開示するが、対物レンズに入射する荷電粒子線の収差を補正するミラー収差補正器の制御及び当該ミラー収差補正器についての上記課題について開示していない。したがって、ミラー収差補正器を搭載した荷電粒子線応用装置において、対物レンズ光学条件を変えずにミラー収差補正の有無の切り替えを行うことができる技術が望まれる。
【課題を解決するための手段】
【００１４】  本発明の代表的な一例は、荷電粒子線源から発生した荷電粒子線を試料に照射する、荷電粒子線応用装置であって、荷電粒子線源と、前記荷電粒子線源よりも下流に配置された、収差補正器と、前記収差補正器よりも下流に配置された、対物レンズと、前記収差補正器を制御する、制御部と、を含み、前記収差補正器は、前記荷電粒子線源からの荷電粒子線の収差を補正する、ミラーと、前記荷電粒子線源からの荷電粒子線が入射する入口と、前記荷電粒子線が前記対物レンズに向けて出射する出口とを含み、オン状態において前記荷電粒子線を偏向することで、前記入口から前記ミラーへの入射軌道と前記ミラーから前記出口への反射軌道とを分離する、ビームセパレータと、前記ビームセパレータ内において、前記ビームセパレータがオン状態のときに前記荷電粒子線の軌道が迂回し、前記ビームセパレータがオフ状態のときに前記荷電粒子線の軌道が通過する位置に配置された、バイパス光学系と、を含み、前記バイパス光学系は、前記ミラーを経由する軌道と前記バイパス光学系を通過する軌道とにおける前記対物レンズ光学条件が一致するように前記荷電粒子線を制御する。
【発明の効果】
【００１５】  本発明によれば、対物レンズ光学条件を変えずにミラー収差補正の有無の切り替えを行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施例１に係る電子線観察装置の概略構成及び高分解能モードにおける電子線軌道を示す。
【図２】実施例１に係る電子線観察装置の概略構成及び大電流モードにおける電子線軌道を示す。
【図３】実施例１に係る電子線のビーム電流を制御する方法を示す。
【図４】実施例１に係る試料上のビーム開き角を制御する方法を示す。
【図５Ａ】実施例１に係るビームセパレータ及びバイパスレンズを示す。
【図５Ｂ】実施例１に係るビームセパレータ及びバイパスレンズを示す。
【図６】実施例１に係るミラーを示す。
【図７】実施例１に係るモード設定及び試料観察手順のフローチャートを示す。
【図８Ａ】実施例１に係るモード設定画像を示す。
【図８Ｂ】実施例１に係るモード設定画像を示す。
【図９】実施例２に係る電子線の軌道を制御する方法を示す。
【図１０】実施例３に係る電子線の軌道を制御する方法を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１７】  以下、図面を用いて実施例を説明する。なお、実施例を説明するための全図において、同一の要素には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。以下、電子線を使用した試料の観察装置の実施例を示すが、イオンビームを使用する場合、また、計測装置や検査装置等の他の装置においても本実施形態の効果は失わない。
【実施例１】
【００１８】  図１は、実施例１に係る電子線観察装置の概略構成を示す。電子線は荷電粒子線であり、電子線観察装置は荷電粒子線応用装置である。電子源１０１から引き出された電子線１０２の軌道上には第一コンデンサレンズ１０３、ビーム電流調整用の絞り１０４、第二コンデンサレンズ１０６、ビームセパレータ１０７、ミラー１０８、及び対物レンズ１１０が備えられている。【００１９】  ビームセパレータ１０７内にはバイパス光学系が備えられている。ビームセパレータ１０７、ミラー１０８及びバイパス光学系は、ミラー収差補正器を構成する。ミラー１０８は、電子線軌道を反射させることによって収差の補正を行う。ビームセパレータ１０７は、ミラー１０８に入射する電子線とミラー１０８から出射する電子線の軌道の分離を行う。【００２０】  本実施例において、ミラー収差補正器より上流の電子源１０１及び第二コンデンサレンズ１０６と下流の対物レンズ１１０とは、直線上に配置されている。バイパス光学系は、電子線を発散又は集束（発散／集束）させる光学素子であり、電子線の発散／集束角を変化させる。本実施例において、バイパス光学系は一段のバイパスレンズ１０９であるが、複数のレンズの複合でもよい。また、電子線の軸調整用に、アライナ、スティグメータ、走査用の偏向器等も付加されている（図示せず）。なお本明細書においては、電子源、レンズ、アライナ、検出器等の荷電粒子線に作用を及ぼす素子を総称する場合には光学素子と呼ぶ。【００２１】  本実施例における第一コンデンサレンズ１０３、第二コンデンサレンズ１０６、対物レンズ１１０には、コイルへの励磁電流によって焦点距離を制御する磁界レンズであり、バイパスレンズは、レンズ電極への印加電圧によって焦点距離を制御する静電レンズである。全てのレンズは、磁界レンズと静電レンズのどちらであっても、あるいはその複合であってもよい。これらの光学素子は、システム制御部１１４によって制御される。ユーザは、ユーザターミナル１１５を用いて、各光学素子の設定を確認及び変更することが可能である。【００２２】  システム制御部１１４は、例えば、制御プログラムに従って動作するプロセッサ、制御プログラム及び設定データを格納するメモリ、電子線観察装置の光学素子を制御するためのインタフェース、及びユーザターミナル１１５と通信するためのインタフェースを含む。プロセッサは、ユーザターミナル１１５と通信して、電子線観察装置を制御するための指示及びパラメータを受信し、さらに、当該指示及びパラメータに従って電子線観察装置の光学素子を制御する。【００２３】  ユーザターミナル１１５は、例えば、典型的な計算機構成を有する。ユーザターミナル１１５は、プロセッサ、メモリ、及びシステム制御部１１４と通信するためのインタフェースを含むと共に、ユーザが操作するための入力デバイス及び出力デバイスを含む。【００２４】  以下において、本装置構成を用いた画像取得の方法を説明する。本装置は複数の観察モードを有する。本実施例では、このうちの高分解能モードと大電流モードについて説明する。高分解能モードは分解能を重視する観察を行う場合に有効であり、大電流モードより小さいビーム電流の電子線を使用する小電���モードである。大電流モードは使用する電子線のビーム電流を大きくし、高速に観察を行う場合に有効である。【００２５】  図１を用いて高分解能モードにおける画像取得方法を説明する。電子源１０１から放出された電子線１０２は第一コンデンサレンズ１０３を通り、第一コンデンサレンズ１０３と絞り１０４の間で集束点１１６Ａにて集束した後、絞り１０４を通る。電子線１０２が絞り１０４を通る際に、電子線の一部が遮断され、試料に照射される電子線１０５になる。この際、絞り１０４を通る電子線１０５のビーム電流は集束点１１６Ａと絞り１０４との距離によって制御可能である。【００２６】  これを、図３を用いて説明する。図３は、図１における電子源１０１から絞り１０４までの光学系の拡大図を示す。図３の（Ａ）はビーム電流を小さくする場合の例を示し、図３の（Ｂ）はビーム電流を大きくする場合の例を示している。図３の（Ａ）において、集束点１１６Ａが絞り１０４から遠くにあるため、電子線１０２の大部分のビーム電流が絞り１０４によって遮断される。【００２７】  これに対して図３の（Ｂ）において、集束点２０１Ａは集束点１１６Ａより絞り１０４の近くにあるため、電子線１０２の大部分のビーム電流が絞り１０４に遮断されずに通過する。このようにして電子線１０５のビーム電流を調整する。高分解能モードは図３の（Ａ）に相当し、クーロン効果等のビームボケを抑制するため、集束点１１６Ａを絞り１０４から遠い位置に設定することで電子線１０５のビーム電流を小電流にする。【００２８】  例えば、ビーム電流が１０ｐＡに調整された電子線１０５は、絞り１０４を通った後、第二コンデンサレンズ１０６を通り、ビームセパレータ１０７の入口１１７Ａで集束点１１６Ｂにて集束する。電子線１０５が集束した後に９０度偏向されるように、システム制御部１１４はビームセパレータ１０７を制御する。電子線１０５はビームセパレータ１０７で９０度偏向され、ビームセパレータ１０７の出入口１１７Ｂで再び集束点１１６Ｃにて集束する。【００２９】  その後、電子線１０５はミラー１０８に反射されることによって球面収差と色収差が補正された後、同じ軌道を逆向きに通り、ビームセパレータ１０７の出入口１１７Ｂで再び集束点１１６Ｄにて集束する。その後、電子線１０５は再びビームセパレータ１０７に入る。なお、図１においては、ビームセパレータ１０７とミラー１０８の間の詳細な電子線軌道の記載は省略されている。【００３０】  電子線１０５はビームセパレータ１０７を再度通ることで再び９０度偏向され、ビームセパレータ１０７の出口１１７Ｃで再び集束点１１６Ｅにて集束する。この出口１１７Ｃでの集束点１１６Ｅは、ビームセパレータ１０７に入射する前の電子線１０５の中心軌道の延長線上に位置している。集束点１１６Ｅは、対物レンズ１１０の物点である。電子線１０５はビームセパレータ１０７を二度通った後、対物レンズ１１０を通り、試料１１１上で集束する。【００３１】  上述のように、ビームセパレータ１０７は、内部磁場の影響により、入口１１７Ａからミラー１０８への入射軌道と、ミラー１０８から出入口１１７Ｂへの反射軌道とを、入射軌道と反射軌道とにおける電子線を異なる方向へ偏��することで分離する。ビームセパレータ１０７内において、電子線１０５の軌道は、バイパスレンズ１０９を迂回する。バイパスレンズ１０９は入口１１７Ａと出口１１７Ｃの中点を含む位置に配置されており、高分解能モードにおける電子線１０５が迂回しやすく、ミラー収差補正器の設計をより容易とする。【００３２】  ミラー１０８は、球面収差と色収差とを補正する。試料１１１上でのビーム開き角を大きく設定されているため、回折収差も抑制される。なお、ミラー１０８は、球面収差と色収差の一方のみを補正してもよく、例えば、色収差のみを補正してもよい。試料１１１上のビーム径は観察したい試料の寸法に対して十分小さく、例えば、１ｎｍである。試料１１１に照射された電子線１０５は、表面付近の物質と相互に作用し、試料の形状や材料に応じて二次電子や反射電子等が発生し、取得すべき信号となる。【００３３】  以下、本実施例ではこれらの電子をまとめて二次電子１１２と呼ぶ。これら二次電子１１２は検出器１１３によって検出される。走査用の偏向器（図示せず）を用いて電子線１０５を試料１１１上で走査すると、ビーム照射位置に応じて検出信号量が変わる。これを明るさで画像化することでＳＥＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）画像を取得する。取得したＳＥＭ画像はユーザターミナル１１５に映し出される。【００３４】  上述のように、電子線１０５はビームセパレータ１０７をまず１度通過し、ビームセパレータ１０７から出射した後ミラー１０８で反射され、同じ軌道を逆向きに通り、再度ビームセパレータ１０７に入射する。すなわち、電子線１０５はミラー１０８での反射の前後でビームセパレータ１０７を２度通る。【００３５】  電子線１０５がビームセパレータを１度目に通過する時のビームセパレータ１０７から出射する位置と、２度目に通る時のビームセパレータ１０７へ入射する位置は同じである。ビームセパレータ１０７は、内部磁場の影響により１度目と２度目とでは電子線１０５の軌道を異なる方向へ曲げる事によって電子線１０５の軌道を分離する。【００３６】  ビームセパレータ１０７を２度通過した電子線１０５は試料１１１の方向へと出射される。ミラー収差補正器を使用することによって、試料上１１１上のビーム径を小さくすることができ、試料１１１を高分解能に計測又は検査できる。【００３７】  続いて、大電流モードにおける画像取得方法について説明する。図２は本実施例の装置構成の概略と大電流モードにおける電子線軌道を示す。装置構成に関しては図１に示した構成と同一である。ここでは図１と異なる部分についてのみ詳細に説明する。【００３８】  大電流モードでも上述した高分解能モードと同様に、電子源１０１から放出された電子線１０２は、第一コンデンサレンズ１０３を通り、集束点２０１Ａで集束し、絞り１０４によってビーム電流量が調整されて電子線１０５となり、第二コンデンサレンズ１０６を通った後、集束点２０１Ｂにて集束する。【００３９】  大電流モードは、高分解能モードと比べて検出器１１３に到達する信号量を増やすため、試料１１１に照射するビーム電流を大きくする。図３を参照して説明したとおり、ビーム電流を大きくするには、図３の（Ｂ）に示したように、集束点２０１Ａを高分解能モードでの集束点１１６Ａ（図３の（Ａ））より絞り１０４の近くに設定することで達成できる。ビーム電流は、例えば、１００ｐＡである。【００４０】  大電流に調整された電子線１０５は、第二コンデンサレンズ１０６を通った後集束点２０１Ｂにて集束し、ビームセパレータ１０７に入射する。大電流モードではクーロン効果を抑制することが重要である。このため、システム制御部１１４は、大電流モードでは高分解能モードと違い、ビームセパレータ１０７を動作させない。電子線１０５は偏向されずに、真っすぐビームセパレータ１０７を通る。これにより、ビームセパレータ１０７及びミラー１０８による電子線光路長の延長及び電子線の減速によるクーロン効果の影響を避ける。【００４１】  入口１１７Ａ、バイパスレンズ１０９及び出口１１７Ｃは直線上に配置されている。大電流モードでは、電子線１０５はビームセパレータ１０７による偏向作用は受けず、バイパスレンズ１０９に入射する。バイパスレンズ１０９がビームセパレータ１０７内に配置されているため、ビームセパレータの上流又は下流に配置される構成よりも、電子線軌道の長さを短くできる。【００４２】  電子線１０５はバイパスレンズ１０９を通り、そのレンズ作用により集束点２０１Ｃにて集束し、対物レンズ１１０を通った後、試料１１１上で集束する。集束点２０１Ｃは対物レンズ１１０の物点である。電子線１０５が試料１１１に照射されてからＳＥＭ画像取得までの動作は高分解能モードと同様である。【００４３】  高分解能モードと大電流モードにおける対物レンズ１１０の光学条件を同じにするため、それぞれの物点、つまり、集束点１１６Ｅと集束点２０１Ｃを同じ位置に設定する。大電流モードでは球面収差と色収差が補正されないため、試料１１１上での電子線１０５のビーム径を小さくするには、それらの収差が抑制されるように試料１１１上でのビーム開き角を小さくすることが好ましい。【００４４】  大電流モードにおけるバイパスレンズ１０９の効果、すなわちバイパスレンズ１０９を使用した試料１１１上での電子線１０５のビーム開き角の制御方法を、図４を用いて説明する。図４は、絞り１０４から試料１１１までの光学系を拡大した図を示す。【００４５】  図４の（Ａ）は、バイパスレンズ１０９を搭載していない場合を示す。図４の（Ｂ）は、バイパスレンズ１０９が搭載されており、かつ試料１１１上でのビーム開き角が小さい場合を示す。図４の（Ｃ）は、バイパスレンズ１０９が搭載されており、かつ試料１１１上でのビーム開き角が大きい場合を示す。試料１１１上でのビーム開き角は、θで示されている。【００４６】  図４の（Ａ）において、電子線１０５は第二コンデンサレンズ１０６により集束点２０１Ｃで集束し、対物レンズ１１０を通り試料１１１上で集束する。試料１１１上でのビーム開き角θは一意に決まり制御できない。この問題を解決するため、バイパスレンズ１０９を導入する。図４の（Ｂ）及び（Ｃ）を参照して、バイパスレンズ１０９による試料１１１上でのビーム開き角の制御を説明する。【００４７】  図４の（Ｂ）及び（Ｃ）の光学系は同じ構成であり、いずれも電子線１０５が第二コンデンサレ���ズ１０６によりバイパスレンズ１０９の手前で集束する。これらの集束点は、図４の（Ｂ）では集束点２０１Ｂと示し、図４の（Ｃ）では集束点２０１Ｄと示した。その後電子線１０５は、バイパスレンズ１０９によって集束点２０１Ｃで集束し、対物レンズ１１０により試料１１１上で集束する。【００４８】  図４の（Ｂ）における集束点２０１Ｂは、図４の（Ｃ）における集束点２０１Ｄと比較して、バイパスレンズ１０９に対して近い位置にある。この結果、試料１１１上でのビーム開き角θを小さくすることができる。【００４９】  このように、第二コンデンサレンズ１０６によって第二コンデンサレンズ１０６とバイパスレンズ１０９との間の集束点の位置を制御すれば、対物レンズ１１０の光学条件を変えずに、試料１１１上でのビーム開き角θを制御できる。バイパスレンズ１０９を使用してビーム開き角θを小さくすることで、大電流モードでの分解能を、バイパスレンズ１０９を含まない構成よりも、高めることができる。例えば、バイパスレンズ１０９は、大電流モードでの分解能の値を、４ｎｍから３ｎｍに減少させることができる。【００５０】  なお、本実施例は、高分解能モードにおいてはバイパスレンズ１０９をオフ状態に設定し、大電流モードにおいてはミラー１０８をオフ状態に設定する。電子線１０５の軌道に影響を及ぼさない場合、これらをオン状態に設定してもよく、本願の思想の範囲内であれば必ずしも大電流モードのときにオフにする必要はない。これらの制御は、観察モードの切り替えの際にシステム制御部１１４によって行われる。【００５１】  また、上記構成は、対物レンズ光学条件として、対物レンズ１１０の光学条件を例示している。対物レンズ光学条件は、上記例に限らない。荷電粒子線の加速を制御するリターディング電圧やブースティング電圧も、対物レンズ光学条件の例として挙げられる。これらを変化させることで、集束点の位置を変えることができるからである。すなわち、対物レンズ光学条件は、ビームセパレータよりも下流の光学素子の駆動電圧又は電流であるとも言い換えることができる。【００５２】  また、「対物レンズ光学条件が変わらない」とは、ミラーを経由する軌道とバイパス光学系を通過する軌道とにおける対物レンズの物点が一致する、又は取得画像の倍率が一致するとも言える。このとき「変わらない」や「一致する」という表現は、本願の解決しようとする課題の範囲内に収まるように一定の範囲内にて一致すればよく、厳格に一致すると解釈する必要はない。【００５３】  本実施例は、ビーム電流量を変えるために第一コンデンサレンズ１０３と第二コンデンサレンズ１０６の光学条件を変え、絞り１０４を通る電子線１０５のビーム電流を調整する。これと異なり、上記光学条件を変えずに、例えば、絞り１０４の光軸上の位置又は開口径を変えることによってビーム電流を調整してもよい。また、本実施例において、集束点２０１Ａは絞り１０４より上流に位置するが、絞り１０４より下流にあっても、本実施例に示した方法と同じ方法でビーム電流を調整可能である。【００５４】  また、上記高分解能モードの例において、図１のように、電子線１０５がビームセパレータ１０７の入口１１７Ａ、出入口１１７Ｂ、出��１１７Ｃのみで集束する。システム制御部１１４は、電子線１０５がビームセパレータ１０７内でも集束するように光学素子を制御してもよい。ビームセパレータ１０７内の電子線１０５の軌道や結像点の位置は、バイパスレンズ１０９の構成や効果に影響しない。【００５５】  本実施例におけるビームセパレータ１０７とバイパスレンズ１０９の構成を、図５Ａ及び図５Ｂを用いて説明する。図５Ａは、ビームセパレータ１０７を、図２の紙面手前側から見た正面図を示す。図５Ｂは、図５Ａの正面図のＢＢ切断線での断面図を示す。【００５６】  本実施例におけるビームセパレータ１０７は、平行に配置された対向する二枚の磁性体平板３００Ａ、３００Ｂを含む。図５Ａに示すように、ビームセパレータ１０７は開口３０１を有する。開口３０１内には、三枚の非磁性の電極３０２、３０３、及び３０４が配置されている。図５Ｂの断面図に示すように、電極３０２、３０３、３０４は、電子線１０５が通る同心円状の開口を有している。【００５７】  電極３０２、３０３、３０４の間には絶縁体が挿入されている、又はそれらの間は真空である。本実施例において、バイパスレンズ１０９はアインツェルレンズであり、外側の電極３０２と電極３０４は接地され、中心の電極３０３には電圧源３０６からレンズ電圧が印加されている。【００５８】  電極３０２と電極３０４をビームセパレータ１０７に直接取り付けて磁性体平板３００Ａ、３００Ｂと導通を取り、ビームセパレータ１０７を接地しても、同じ効果が得られる。なお、電子線を加速するために鏡筒を接地せず電圧を印加する場合には、電極３０２と電極３０４も、同様に接地せずに電圧を印加する。【００５９】  磁性体平板３００Ａ及び３００Ｂのそれぞれの内側には、溝３０７Ａ及び３０７Ｂが形成されている。磁性体平板３００Ａ及び３００Ｂの対向面に形成された溝３０７Ａ及び３００Ｂは、それぞれ、一つのループ状の溝である。溝３０７Ａ及び３０７Ｂには、それぞれ、電子線１０５を９０度偏向する磁界を発生するためのコイル３０５Ａ及び３０５Ｂが埋め込まれている。コイル３０５Ａ及び３０５Ｂは、それぞれ、一つのループ状のコイルである。【００６０】  システム制御部１１４は、コイル３０５Ａ、３０５Ｂに、高分解能モードでのみ励磁電流を流し、ビームセパレータ１０７をオンにする。ビームセパレータ１０７のオン・オフ切替を行う場合、コイル３０５Ａ、３０５Ｂの励磁電流を切替時に変化させて、その後、元の値に戻してもビームセパレータ１０７が発生する磁界が再現しないこともある。【００６１】  これは、ビームセパレータ１０７の磁性材に生じる磁気履歴の影響による。磁気履歴の影響を抑制するための光学素子の制御をデガウスと呼ぶ。デガウスは、例えば、ビームセパレータ１０７のオン・オフの切替の際に、コイル３０５Ａ、３０５Ｂに逆符号の励磁電流を流した後、所望の励磁電流に設定する。【００６２】  なお、図５Ａ、図５Ｂは、一対の溝３０７Ａ、３０７Ｂと、一対のコイル３０５Ａ、３０５Ｂを有するビームセパレータ１０７の構成例を示すが、溝とコイルの数、具体的な位置は、装置に要求される仕様に依存する。【００６３】  次に、ミラー１０８による収差補正を説明する。図６��、ミラー１０８の詳細構成を示す。ミラー１０８は４枚の電極４０２〜４０５を含む。電極４０２は接地されており、それ以外の電極４０３〜４０５には電圧を印加するための電圧源４０６〜４０８がそれぞれ接続されている。電子線４０１は、ミラー１０８に照射された後、４枚の電極４０２〜４０５により発生した電界によって、概垂直に反射される。【００６４】  電子線４０１の反射は、電圧源４０８により電極４０５に印加する電圧の絶対値が加速電圧の以上の負電位であるときに実施される。例えば、加速電圧が３ｋＶである場合、電圧源４０８は、電極４０５に−３．２ｋＶを印加する。電極４０２は接地される。システム制御部１１４は、残り三枚の電極４０３〜４０５に印加する電圧により、球面収差と色収差の補正及びミラー１０８の焦点距離の制御を行う。【００６５】  これにより、高分解能モードにおいて球面収差と色収差を補正し、試料１１１上でのビーム径を十分小さくすることができる。なお、電子線を加速するために鏡筒が接地されておらず電圧を印加する場合には、電極４０２は接地されずに同様の電圧が印加される。【００６６】  次に、本実施例でのモード設定及び試料観察手順の例を説明する。図７は、モード設定及び試料観察のフローチャートを示す。図８Ａ及び図８Ｂは、モード設定画像の例を示す。具体的には、図８Ａは高分解能モードを選択した場合の設定画像の例を示し、図８Ｂは大電流モードを選択した場合の設定画像の例を示す。ユーザターミナル１１５は、表示デバイスにおいて設定画像を表示し、また、入力デバイスを介するユーザからの入力を受け付ける。【００６７】  ユーザはユーザターミナル１１５を介して試料観察を開始する（Ｓ５０１）。試料観察開始の指示を受けたユーザターミナル１１５は、表示デバイスの画面において、モード設定画像を表示する。ユーザが、保存されている制御パラメータを参照する場合、ユーザターミナル１１５は、システム制御部１１４から、プリセットデータを読み出す（Ｓ５０２）。【００６８】  具体的には、ユーザは、図８Ａ及び図８Ｂに示す設定画像における設定ファイル選択枠６０１において、保存されている制御パラメータ指定する。ユーザターミナル１１５は、システム制御部１１４に、指定されたデータの送信を指示する。システム制御部１１４は、指示されたデータをユーザターミナル１１５に送信する。ユーザターミナル１１５は、受信したデータを設定画像において表示する。【００６９】  次に、ユーザは、設定画像内のモード選択枠６０２において、高分解能モードと大電流モードのモード選択を行う（Ｓ５０３）。ユーザターミナル１１５は、ユーザによるモード選択入力を受信すると、システム制御部１１４に選択されたモードを通知する。【００７０】  モードが選択されると、システム制御部１１４は、両方の観察のモードで共用されない光学素子において、選択されたモードにおいて必要な光学素子をオンにし、不要な光学素子をオフにする。具体的には、高分解能モードが選択された場合（Ｓ５０３：高分解能）、システム制御部１１４は、ビームセパレータ１０７をオンにし（Ｓ５０４Ａ）、バイパスレンズ１０９をオフにし（Ｓ５０５Ａ）、ミラー１０８をオンにする（Ｓ５０６Ａ）。【００７１】  大電流モードを選択された場合は（Ｓ５０３：大電流）、システム制御部１１４は、ビームセパレータ１０７をオフにし（Ｓ５０４Ｂ）、バイパスレンズ１０９をオンにし（Ｓ５０５Ｂ）、ミラー１０８をオフにする（Ｓ５０６Ｂ）。ステップ５０４Ａと５０４Ｂのいずれでも磁気履歴の影響がある場合、システム制御部１１４は、ビームセパレータ１０７のコイル３０５Ａ〜３０５Ｄに電流を励磁する前に、上述のデガウスを行う。【００７２】  観察のモードを選択した後、ユーザは、その観察のモードに応じた光学条件の設定を制御パラメータ枠６０３に入力する（Ｓ５０７Ａ、Ｓ５０７Ｂ）。例えば、図３を参照して説明した電子線１０５のビーム電流の調整は、制御パラメータ枠６０３の「コンデンサレンズ１」と「コンデンサレンズ２」の数値を設定することで行われる。【００７３】  光学条件が入力されると、ユーザターミナル１１５は、当該数値をシステム制御部１１４に送信する。システム制御部１１４は、ビーム電流を測定し、その測定値をユーザターミナル１１５に送信する。ユーザターミナル１１５は、受信した数値を、モード設定画像内のビーム電流枠６０５において表示する。【００７４】  図８Ａに示すように高分解能モードが選択されている場合、ユーザターミナル１１５は、設定画像において、バイパスレンズ１０９等の使用しない光学素子の設定欄へのユーザによる記入を禁止する。同様に、図８Ｂに示すように大電流モードを選択が選択されている場合、ユーザターミナル１１５は、設定画像において、ミラー１０８やビームセパレータ１０７等の使用しない光学素子の設定欄へのユーザによる記入を禁止する。なお、ステップＳ５０４〜Ｓ５０７は順不同である。【００７５】  ユーザは、光学条件決定後のパラメータ値を、保存枠６０４を使用して必要に応じて保存する（Ｓ５０８）。保存ボタンが選択されると、ユーザターミナル１１５は、システム制御部１１４に、パラメータ値と共に保存指示を送信する。システム制御部１１４は、保存を指定されたパラメータ値を内部メモリに保存する。【００７６】  パラメータ値を保存した後、ユーザターミナル１１５を介したユーザからの指示に従って、システム制御部１１４は、光軸調整を行い（Ｓ５０９）、さらに、試料観察を行う（Ｓ５１０）。光軸調整及び試料観察の画像は省略した。なお、モード設定画像は、図８Ａ、８Ｂに示した例に限定されることなく、色々な変形を取りうることは言うまでもない。【００７７】  以上のように、本実施例によれば、ミラー収差補正器を搭載した電子線観察装置において、高分解能モードによる高分解能で高感度な観察と大電流モードによる高効率な観察を実現できる。さらに、高分解能モードと大電流モードの切替を、対物レンズ光学条件を変えずに実現することができる。
【実施例２】
【００７８】  実施例１は、高分解能モードにおいて電子線１０５がビームセパレータ１０７の入口１１７Ａと出口１１７Ｃで集束する場合について説明した。しかし、電子線１０５がビームセパレータの入口１１７Ａと出口１１７Ｃとで集束しなくても、入口１１７Ａを出口１１７Ｃに写像する対称面の上で電子線１０５が集束すると、ビームセパレータ１０７内で発生する収差を抑制できる。【００７９】  そこで、本実施例は、高分解能モードでは電子線１０５がビームセパレータ１０７の入口１１７Ａと出口１１７Ｃで集束せず、上記対称面で電子線１０５が集束する構成について説明する。すなわち、電子線１０５がビームセパレータ１０７に入射する時に平行ビームあるいは集束ビームとなっている場合について説明する。【００８０】  本実施例における装置構成は、図１又は図２に示す実施例１の装置構成と同様であり、また電子線１０５のビーム電流の調整方法や観察を実施する手順に関しても、実施例１と同様であるため、説明を割愛する。ここでは、絞り１０４を通過して試料１１１に照射されるまでの電子線１０５の軌道に関して記述する。【００８１】  図９は、本実施例の高分解能モードと大電流モードにおける電子線の軌道を示す。図９の（Ａ）は、高分解能モードにおいて、電子線１０５が平行ビームとしてビームセパレータ１０７の入口１１７Ａに入射する場合の軌道を示す。図９の（Ｂ）は、図９の（Ａ）に対応する大電流モードでの電子線１０５の軌道を示す。電子線１０５がビームセパレータ１０７の入口１１７Ａと出口１１７Ｃでは平行ビームであることが、実施例１との違いである。【００８２】  図９の（Ａ）に示すように、高分解能モードでは、第二コンデンサレンズ１０６を通った電子線１０５は平行ビームとなってビームセパレータ１０７の入口１１７Ａに入射し、ビームセパレータ１０７内で９０度偏向され、出入口１１７Ｂからミラー１０８の方に出射する。電子線１０５は、ビームセパレータ１０７内で４５度偏向された時点で、集束点７０１Ｂに集束する。【００８３】  電子線１０５は、ビームセパレータ１０７の出入口１１７Ｂを通過した後、ミラー１０８で反射され、同じ軌道を逆向きに通り、ビームセパレータ１０７に出入口１１７Ｂから再度入射する。なお、図９におけるビームセパレータ１０７とミラー１０８との間において、電子線１０５の詳細な軌道の記載を省略した。【００８４】  電子線１０５はビームセパレータ１０７によって再度９０度偏向される。この時、１度目の偏向で集束点７０１Ｂが形成された時と同様に、電子線１０５が４５度偏向された時点で集束点７０１Ｃに集束する。ビームセパレータ１０７を二度通った電子線１０５は、平行ビームとなってビームセパレータ１０７の出口１１７Ｃから出射し、対物レンズ１１０を通って試料１１１上で集束する。その後の画像取得方法は実施例１と同様である。【００８５】  次に、図９の（Ｂ）を参照して大電流モードにおける軌道を説明する。高分解能モードにおける対物レンズ１１０の光学条件を変えずに、モード切替を行うため、システム制御部１１４は、バイパスレンズ１０９を通った電子線１０５が平行ビームとなるように、バイパスレンズ１０９を制御する。これにより、電��線１０５は平行ビームとなった状態で対物レンズ１１０を通り、試料１１１上で集束する。その後の画像取得方法は実施例１と同様である。【００８６】  また、実施例１と同様に、大電流モードでは球面収差と色収差が補正されないため、試料１１１上での電子線１０５のビーム径を小さくするには、それら収差が抑制されるように試料１１１上でのビーム開き角を小さくすることが好ましい。大電流モードにおけるバイパスレンズ１０９の効果、すなわちバイパスレンズ１０９を使用した試料１１１上での電子線１０５のビーム開き角の制御方法は図４を参照して説明した方法を適用すればよい。【００８７】  第二コンデンサレンズ１０６によって第二コンデンサレンズ１０６とバイパスレンズ１０９の間の集束点７０１Ｅの位置を制御すれば、対物レンズ１１０の光学条件を変えずに試料１１１上でのビーム開き角を制御することが可能である。【００８８】  以上のように、電子線１０５がビームセパレータ１０７の入口１１７Ａで平行ビームとなる場合の高分解能モードと大電流モードのモード切替を、対物レンズ１１０の光学条件を変えずに実現できる。なお、平行ビームが対物レンズ１１０に入射する場合、対物レンズ１１０の物点は無限遠と見なすことができる。【００８９】  次に、図９の（Ｃ）及び（Ｄ）を参照して、電子線１０５がビームセパレータ１０７の入口１１７Ａで集束ビームとなる場合、すなわち集束しながらビームセパレータ１０７の入口１１７Ａに入射する場合について説明する。この場合、電子線１０５はビームセパレータ１０７の出口１１７Ｃでは発散ビーム、すなわち発散しながらビームセパレータ１０７の出口１１７Ｃから出射するビームとなる。【００９０】  図９の（Ｃ）は、高分解能モードにおいて電子線１０５が集束ビームとしてビームセパレータ１０７の入口１１７Ａに入射する場合の軌道を示す。図９の（Ｄ）は、図９の（Ｃ）に対応する大電流モードでの電子線１０５の軌道を示す。図９の（Ｃ）に示すように、高分解能モードでは、第二コンデンサレンズ１０６を通った電子線１０５は集束ビームの状態でビームセパレータ１０７に入射し、ビームセパレータ１０７内で９０度偏向されて、出入口１１７Ｂから出射する。【００９１】  電子線１０５はビームセパレータ１０７内で４５度偏向された時点で集束点７０１Ｇに集束する。電子線１０５はビームセパレータ１０７の出入口１１７Ｂを通過した後、ミラー１０８で反射され、同じ軌道を逆向きに通り、ビームセパレータ１０７に出入口１１７Ｂから再度入射する。なお、ビームセパレータ１０７とミラー１０８の間において、電子線１０５の詳細な軌道の記載を省略した。【００９２】  電子線１０５は、ビームセパレータ１０７によって再度９０度偏向される。この時、１度目の偏向で集束点７０１Ｇが形成された時と同様に、電子線１０５は４５度偏向された時点で集束点７０１Ｈに集束する。ビームセパレータ１０７を二度通った電子線１０５は、発散ビームの状態でビームセパレータ１０７から出射し、対物レンズ１１０を通って試料１１１上で集束する。【００９３】  発散ビームの軌道を外挿し、軌道が集まる点を仮想集束点７０１Ｉとする。対物レンズ１１０の物点は、仮想集束点７０１Ｉであ���かのように見える。その後の画像取得方法は実施例１と同様である。【００９４】  次に、図９の（Ｄ）を参照して大電流モードにおける軌道を説明する。高分解能モードでの対物レンズ１１０の光学条件を変えずにモード切替を行うため、システム制御部１１４は、バイパスレンズ１０９を通った電子線１０５が発散ビームとなるようにバイパスレンズ１０９を制御する。バイパスレンズ１０９を通った電子線１０５は発散ビームであり、対物レンズ１１０を通った後に試料１１１上で集束する。その後の画像取得方法は実施例１と同様である。【００９５】  対物レンズ１１０の光学条件を変えずに高分解能モードと大電流モードの切替を行う方法を、図９の（Ｄ）を参照して説明する。電子線１０５は第二コンデンサレンズ１０６により仮想集束点７０１Ｉとバイパスレンズ１０９の間にある集束点７０１Ｋに集束する。集束点７０１Ｋ付近での電子線軌道を図９の（Ｄ）内の拡大図（Ｅ）に示す。バイパスレンズ１０９を通った発散ビームの軌道を外挿し、集束点７０１Ｋの上流で軌道が集まる点を仮想集束点７０１Ｌとする。【００９６】  対物レンズ１１０の物点は、仮想集束点７０１Ｌであるかのように見える。高分解能モードと大電流モードの物点を一致させる、つまり、仮想集束点７０１Ｌを図９の（Ｃ）の高分解能モードでの仮想集束点７０１Ｉと同じ位置に設定するようにバイパスレンズ１０９を制御することによって、対物レンズ１１０の光学条件を変えずに高分解能モードと大電流モードの切替が実現できる。【００９７】  大電流モードでの試料１１１上での電子線１０５のビーム開き角を小さくする方法は、電子線１０５がビームセパレータ１０７の入口１１７Ａで平行ビームとなる場合と同様である。なお、本実施例において、仮想集束点７０１Ｉはバイパスレンズ１０９の上流であるが、下流にあっても本実施例に示した方法と同じ方法でモード切替が可能である。【００９８】  図９の（Ｃ）〜（Ｅ）を参照した以上の説明から、電子線１０５がビームセパレータ１０７の入口１１７Ａで集束ビームとなる場合の高分解能モードと大電流モードのモード切替を、対物レンズ１１０の光学条件を変えずに実現できる。【００９９】  本実施例により、ビームセパレータ１０７の上流と下流に電子線１０５の集束点を設定しなくても、対物レンズの光学条件を変えずに、収差補正器を搭載した電子線観察装置における高分解能モードと大電流モードの切替を実現できる。
【実施例３】
【０１００】  実施例１は、高分解能モードと大電流モードの切替を行う際に、対物レンズ１１０の光学条件のみを維持し、それ以外のレンズ、すなわち第一コンデンサレンズ１０３、第二コンデンサレンズ１０６の光学条件を変える。これに対し、本実施例では、モード切替の際に、バイパスレンズ１０９以外の全てのレンズ、すなわち第一コンデンサレンズ１０３、第二コンデンサレンズ１０６及び対物レンズ１１０の光学条件を維持し、バイパスレンズ１０９の光学条件のみを変化させる構成について説明する。【０１０１】  これにより、例えば、高分解能モードでのミラー収差補正器以外の電子線１０５の光軸調整を、ビームセパレータ１０７がオフの条件で実施できる。このモードを無補正モードと呼ぶ。【０１０２】  本実施例における装置構成は、図１又は図２に示す実施例１の装置構成と同様であり、また電子線１０５のビーム電流の調整方法や観察を実施する手順に関しても実施例１と同様であるため、説明を割愛する。また、本実施例における高分解能モードの電子線１０５の軌道は図１で示したものと同じであるため、ここでは説明を省略し、無補正モードの電子線１０５の軌道について詳細に示す。【０１０３】  図１０は、本実施例の無補正モードにおける、絞り１０４から試料１１１までの電子線１０５の軌道を示す。高分解能モードにおいて、図１に示すように、ビームセパレータ１０７の入口１１７Ａに集束点１１６Ｂ、出口１１７Ｃに集束点１１６Ｅが形成される。このためバイパスレンズ１０９以外の全レンズの光学条件を変えずに観察モードを無補正モードに切替えるためには、電子線観察装置は、バイパスレンズ１０９を使って集束点１１６Ｂを集束点１１６Ｅに投影すればよい。【０１０４】  すなわち、図１０に示すように、無補正モードでは、バイパスレンズ１０９はビームセパレータ１０７の入口１１７Ａでの電子線１０５の集束点を、出口１１７Ｃに投影する。特に本実施例において、図１０に示すように、ビームセパレータ１０７は、バイパスレンズ１０９に対して上半分と下半分が対称な構造を有する。この場合、バイパスレンズ１０９から集束点１１６Ｂまでの距離とバイパスレンズ１０９から集束点１１６Ｅまでの距離とが等しいことから、集束点１１６Ｂは集束点１１６Ｅに等倍で投影される。【０１０５】  バイパスレンズ１０９が集束点１１６Ｂを集束点１１６Ｅに等倍で投影するため、モード切替の時に試料１１１上での電子線１０５の開き角は変わらないというメリットがある。【０１０６】  図１０を用いて本実施例の無補正モードにおける電子線軌道を説明する。電子線１０５は絞り１０４を通った後、第二コンデンサレンズ１０６を通り、ビームセパレータ１０７の入口１１７Ａで集束点８０１Ｂにて集束する。システム制御部１１４は、集束点８０１Ｂを、高分解能モードでのビームセパレータ１０７の入口１１７Ａでの集束点１１６Ｂと同じ位置に設定する。【０１０７】  ビームセパレータ１０７に入射した電子線１０５は、バイパスレンズ１０９を通り、ビームセパレータ１０７の出口１１７Ｃで集束点８０１Ｃにて集束する。システム制御部１１４は、集束点８０１Ｃが、高分解能モード時のビームセパレータ１０７の出口１１７Ｃでの集束点��１６Ｅと同じ位置となるように、バイパスレンズ１０９を制御する。この時、バイパスレンズ１０９の倍率は等倍になる。ビームセパレータ１０７の出口１１７Ｃから出射した電子線１０５は、対物レンズ１１０を通り、試料１１１上で集束する。その後の画像取得方法は実施例１と同様であるため、説明を割愛する。【０１０８】  本実施例により、ミラー収差補正器を搭載した電子線観察装置において、高分解能モードと無補正モードの切替を、バイパスレンズ１０９以外の全レンズの光学条件を変えずに実現できる。
【実施例４】
【０１０９】  実施例１〜３では試料表面の情報を取得することを主眼においている。電子線１０５の加速電圧は、例えば、３ｋＶ程度である。一方、加速電圧が高いと試料１１１の内面の情報が観察できる。そこで、本実施例では加速電圧が高い場合の高加速モードに関して説明する。【０１１０】  高加速モードにおいて、システム制御部１１４は、ミラー収差補正器を動作させない。この理由について説明する。一例として、図１に示した装置構成において、加速電圧が３０ｋＶである場合を想定する。ビームセパレータ１０７で電子線１０５を偏向するためには、コイル３０５に流す励磁電流は、加速電圧が３ｋＶの例と比べて、３．２倍にする必要がある。更に、ミラー１０８の電極４０５に必要な電圧は３０ｋＶ以上にする必要がある。【０１１１】  実装上、３ｋＶ用に設計された装置で上記条件を実現することは難しく、光学素子のサイズを大きくしなければならない。また、加速電圧が高い場合回折収差が小さくなるため、試料１１１上における電子線１０５の開き角を小さくすることができる。そのため、電子線１０５の試料１１１上でのスポット径は球面収差及び色収差の影響を受けず、収差補正器による収差補正は必要としない。【０１１２】  以上の二点から、加速電圧が高い場合には、ミラー収差補正器を作動させないことが好ましい。本実施例における高加速モードは、電子線１０５が高加速であり、ミラー収差補正器を作動させない。【０１１３】  本実施例における装置構成は、図１又は図２に示す実施例１の装置構成と同様であり、また電子線１０５のビーム電流の調整方法や観察を実施する手順に関しても実施例１と同様であるため、説明を割愛する。高加速モードにおいて、システム制御部１１４は、電子源１０１において、３０ｋＶ程度の電圧（加速電圧）を印加する。【０１１４】  本実施例の電子線観察装置において、図２及び図９の大電流モード、図１０の無補正モードのいずれの電子線軌道も実現可能である。システム制御部１１４は、それらの軌道を形成するように光学素子を制御する。また、試料１１１に電子線１０５を照射した後の画像取得方法は実施例１と同様であるため説明を割愛する。【０１１５】  本実施例により、ミラー収差補正器を搭載した電子線観察装置における高分解能モードと高加速モードとを実現することができる。【０１１６】  なお、本発明は上記した実施例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、必ずしも説明したすべ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。【０１１７】  また、上記の各構成・機能・処理部等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリや、ハードディスク、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ  Ｓｔａｔｅ  Ｄｒｉｖｅ）等の記録装置、または、ＩＣカード、ＳＤカード等の記録媒体に置くことができる。また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしもすべての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆どすべての構成が相互に接続されていると考えてもよい。
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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