(57)【要約】  荷電粒子光学レンズ装置（１）は、多段に配置された複数の荷電粒子光学レンズ（２４）を含む荷電粒子光学レンズ群と、複数の荷電粒子光学レンズ（２４）のそれぞれに、電磁界シミュレーションの計算結果を反映させた電圧又は電流を印加する電気信号配分装置（１２）とを備え、電磁界シミュレーションは、レンズ口径が複数の荷電粒子光学レンズ（２４）よりも大きい荷電粒子光学レンズが複数の荷電粒子光学レンズのそれぞれの位置に作り出す静電ポテンシャル分布又は磁気ポテンシャル分布を計算するシミュレーションである。
2014185060.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多段に配置された複数の荷電粒子光学レンズを含む荷電粒子光学レンズ群と、
前記複数の荷電粒子光学レンズのそれぞれに、電磁界シミュレーションの計算結果を反映させた電圧又は電流を印加する電気信号配分装置とを備え、
前記電磁界シミュレーションは、レンズ口径が前記複数の荷電粒子光学レンズよりも大きい荷電粒子光学レンズが前記複数の荷電粒子光学レンズのそれぞれの位置に作り出す静電ポテンシャル分布又は磁気ポテンシャル分布を計算するシミュレーションである
荷電粒子光学レンズ装置。
【請求項２】
前記荷電粒子光学レンズ装置は、さらに、
前記電磁界シミュレーションを行うための処理装置を備える
請求項１に記載の荷電粒子光学レンズ装置。
【請求項３】
前記荷電粒子光学レンズは、環状の形状を有する電極であり、
前記電磁界シミュレーションは、静電ポテンシャル分布を計算するシミュレーションであり、
前記電気信号配分装置は、前記電極に、前記電磁界シミュレーションの計算結果を反映させた電圧を印加する
請求項１又は２に記載の荷電粒子光学レンズ装置。
【請求項４】
前記荷電粒子光学レンズは、環状に配置された電磁石であり、
前記電磁界シミュレーションは、磁気ポテンシャル分布を計算するシミュレーションであり、
前記電気信号配分装置は、前記電磁石に、前記電磁界シミュレーションの計算結果を反映させた電流を印加する
請求項１又は２に記載の荷電粒子光学レンズ装置。
【請求項５】
電気信号配分装置は、前記電磁界シミュレーションの計算結果を、過去に使用した前記電磁界シミュレーションの計算結果から選択する
請求項１〜４のいずれか１項に記載の荷電粒子光学レンズ装置。
【請求項６】
多段に配置された複数の荷電粒子光学レンズに印加する電圧又は電流の値を得るために、前記複数の荷電粒子光学レンズよりもレンズ口径が大きい荷電粒子光学レンズが前記複数の荷電粒子光学レンズのそれぞれの位置に作り出す静電ポテンシャル分布又は磁気ポテンシャル分布を計算する電磁界シミュレーションを行う工程と、
電気信号配分装置により、前記複数の荷電粒子光学レンズのそれぞれに、前記電磁界シミュレーションの計算結果を反映させた電圧又は電流を印加する工程と、を含む
荷電粒子光学レンズ装置の制御方法。
【請求項７】
前記電磁界シミュレーションの計算結果を反映させた電圧又は電流を印加する工程において、
前記複数の荷電粒子光学レンズに印加される前記電圧又は電流は、過去の前記電磁界シミュレーションの計算結果により前記荷電粒子光学レンズに印加された前記電圧又は電流の値のうちから選択される
請求項６に記載の荷電粒子光学レンズ装置の制御方法。
【請求項８】
前記電磁界シミュレーションの計算結果を反映させた電圧又は電流を印加する工程において、
前記複数の荷電粒子光学レンズに印加される前記電圧又は電流は、前記荷電粒子光学レンズに前記電圧又は電流が印加される前に、その都度前記電磁界シミュレーションにより計算される
請求項６に記載の荷電粒子光学レンズ装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、荷電粒子光学レンズ装置及び荷電粒子光学レンズ装置の制御方法に関し、特に、荷電粒子顕微鏡及び荷電粒子線露光装置等、静電レンズを用いる荷電粒子線光学装置に使用する荷電粒子光学レンズ装置及び荷電粒子光学レンズ装置の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子顕微鏡や電子線露光装置、イオン顕微鏡においては荷電粒子線を利用した荷電粒子線照射装置が使用されている。【０００３】
荷電粒子線照射装置では、光学顕微鏡において光を集束するための凸レンズと同様、荷電粒子線を集束するための荷電粒子光学レンズが設けられている。荷電粒子光学レンズには、磁場印加方式の磁場レンズと電界印加方式の静電レンズに分類される。静電レンズは、導電性を有するリング状の電極であり、この電極に所定の電圧を印加することにより、電界分布を発生させ、リング状の電極内を通過する荷電粒子線の軌道を曲げて所定の位置（例えば、観察試料の表面）に集束させる構成をしている。荷電粒子顕微鏡の場合、集束した荷電粒子線により試料表面の形状観察等を行う。荷電粒子線露光装置の場合は、集束した荷電粒子線により試料表面に所定のパターンの描画を行う（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−２３１２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、従来の荷電粒子線光学装置では、荷電粒子線光学装置の収差により空間分解能が劣化する問題が生じている。収差には複数の種類があるが、例えば球面収差は、レンズの中央部を通る荷電粒子線とレンズの端部を通る荷電粒子線とで、焦点距離が異なることを指す。この収差は、光学顕微鏡でも生じる。光学顕微鏡では、凸レンズと凹レンズとを組み合わせて配置することにより、凸レンズで発生する収差を凹レンズで補正することで、光学顕微鏡全体として、収差を補正している。【０００６】
一方、荷電粒子線光学装置では、レンズとして、複数のリング状の電極を多段に配置した静電レンズや磁場レンズが用いられている。荷電粒子顕微鏡に用いるレンズにおいて、回転体のレンズでは、基本的に凸レンズしか作製することができない。そのため、レンズ口径ができるだけ大きな静電レンズを形成し、静電レンズの光軸近傍を通過する荷電粒子線である近軸光線を使用することで、収差の発生を抑制していた。この場合、レンズの小型化が困難であることを意味する。【０００７】
また、上記の従来の回転体のレンズによって構成された荷電粒子線光学装置では、一旦発生した収差を補正により低減させることができないため、無収差の荷電粒子線を発生、集束させる光学系が理想的であるといえる。そこで、本発明は、無収差の荷電粒子線を発生することができる荷電粒子光学レンズ装置及び荷電粒子光学レンズ装置の制御方法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】
【０００８】
上記の課題を解決するため、本発明の一態様に係る荷電粒子光学レンズ装置は、多段に配置された複数の荷電粒子光学レンズを含む荷電粒子光学レンズ群と、前記複数の荷電粒子光学レンズのそれぞれに、電磁界シミュレーションの計算結果を反映させた電圧又は電流を印加する電気信号配分装置とを備え、前記電磁界シミュレーションは、レンズ口径が前記複数の荷電粒子光学レンズよりも大きい荷電粒子光学レンズが前記複数の荷電粒子光学レンズのそれぞれの位置に作り出す静電ポテンシャル分布又は磁気ポテンシャル分布を計算するシミュレーションである。【０００９】
これにより、大型な口径のレンズを使用しなくても、大型な口径のレンズを使用した場合と同一の荷電粒子線を得ることができる。よって、収差を低減するための補正を行うことなく、収差の無い集束性のよい荷電粒子光学レンズ装置を提供することができる。また、装置の大きさを小型化することができる。【００１０】
また、前記荷電粒子光学レンズ装置は、さらに、前記電磁界シミュレーションを行うための処理装置を備えてもよい。【００１１】
これにより、荷電粒子光学レンズに最適な電圧を加え、集束性のよい荷電粒子光学レンズ装置を提供することができる。また、荷電粒子光学レンズに高速に電圧を加え、動作速度の速い荷電粒子光学レンズ装置を提供することができる。【００１２】
また、前記荷電粒子光学レンズは、環状の形状を有する電極であり、前記電磁界シミュレーションは、静電ポテンシャル分布を計算するシミュレーションであり、前記電気信号配分装置は、前記電極に、前記電磁界シミュレーションの計算結果を反映させた電圧を印加して電界を発生させてもよい。【００１３】
これにより、シミュレーションにより得られた静電ポテンシャル分布の結果から、荷電粒子光学レンズに印加する電圧を調整することで、集束性のよい荷電粒子光学レンズ装置を提供することができる。【００１４】
また、前記荷電粒子光学レンズは、環状に配置された電磁石であり、前記電磁界シミュレーションは、磁気ポテンシャル分布を計算するシミュレーションであり、前記電気信号配分装置は、前記電磁石に、前記電磁界シミュレーションの計算結果を反映させた電流を印加して磁場を発生させてもよい。【００１５】
これにより、シミュレーションにより得られた磁気ポテンシャル分布の結果から、荷電粒子光学レンズに印加する電流を調整することで、集束性のよい荷電粒子光学レンズ装置を提供することができる。【００１６】
また、上記の課題を解決するため、本発明の一態様に係る荷電粒子光学レンズの制御方法は、多段に配置された複数の荷電粒子光学レンズに印加する電圧又は電流の値を得るために、前記複数の荷電粒子光学レンズよりもレンズ口径が大きい荷電粒子光学レンズが前記複数の荷電粒子光学レンズのそれぞれの位置に作り出す静電ポテンシャル分布又は磁気ポテンシャル分布を計算する電磁界シミュレーションを行う工程と、前記電気信号配分装置により、前記複数の荷電粒子光学レンズのそれぞれに、前記電磁界シミュレーションの計算結果を反映させた電圧又は電流を印加する工程と、を含む。【００１７】
これにより、大型な口径のレンズを使用しなくても、大型な口径のレンズを使用した場合と同一の荷電粒子線を得ることができる。よって、荷電粒子光学レンズ装置において、収差を低減するための補正を行うことなく、収差の無い集束性のよい荷電粒子線を発生することができる。【００１８】
また、前記電磁界シミュレーションの計算結果を反映させた電圧又は電流を印加する工程において、前記複数の荷電粒子光学レンズに印加される前記電圧又は電流は、過去の前記電磁界シミュレーションの計算結果により前記荷電粒子光学レンズに印加された前記電圧又は電流の値のうちから選択されてもよい。【００１９】
また、前記電磁界シミュレーションの計算結果を反映させた電圧又は電流を印加する工程において、前記複数の荷電粒子光学レンズに印加される前記電圧又は電流は、前記荷電粒子光学レンズに前記電圧又は電流が印加される前に、その都度前記電磁界シミュレーションにより計算されてもよい。【００２０】
これにより、過去に使用した電圧又は電流のデータ又は新たに取得する電圧又は電流のデータにより、荷電粒子光学レンズに最適な電圧を印加して、荷電粒子光学レンズ装置の集束性を向上することができる。また、過去に使用した電圧又は電流のデータを利用することにより、荷電粒子光学レンズに高速に電圧を印加して、荷電粒子光学レンズ装置の動作速度を向上することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明により、無収差の荷電粒子線を発生することができる荷電粒子光学レンズ装置及び荷電粒子光学レンズ装置の制御方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１は、荷電粒子光学レンズ装置の構成を示す概略図である。
【図２】図２は、複数の環状電極を有するレンズ群の一例を示す図である。
【図３】図３は、荷電粒子光学レンズ装置の制御手順を説明するためのフローチャートである。
【図４】図４は、電磁界シミュレーションによって得られたポテンシャル分布を示す対象となる領域を示す図である。
【図５Ａ】図５Ａは、本実施の形態にかかる荷電粒子光学レンズ装置のより具体的な構成を示す図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、電磁界シミュレーションにより得られた各環状電極に印加される電圧を示すデータである。
【図６Ａ】図６Ａは、アインツェルレンズに電圧を印加したときのポテンシャル分布と荷電粒子線の軌道を示す図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、１４個の環状電極に電圧を印加したときのポテンシャル分布と荷電粒子線の軌道を示す図である。
【図６Ｃ】図６Ｃは、４７個の環状電極に電圧を印加したときのポテンシャル分布と荷電粒子線の軌道を示す図である。
【図７Ａ】図７Ａは、荷電粒子光学レンズ装置の構成を表す図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、通常のアインツェルレンズを用いたときのポテンシャル分布を示す図である。
【図７Ｃ】図７Ｃは、荷電粒子光学レンズ装置において発生する荷電粒子線を示す図である。
【図７Ｄ】図７Ｄは、図７Ｂのアインツェルレンズを用いた場合において発生する荷電粒子線を示す図である。
【図８Ａ】図８Ａは、荷電粒子光学レンズ装置の構成を示す図である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、仮想的な大型のアインツェルレンズを用いたときの静電ポテンシャル分布を示す図である。
【図８Ｃ】図８Ｃは、荷電粒子光学レンズ装置において発生する荷電粒子線を示す図である。
【図８Ｄ】図８Ｄは、図８Ｂのアインツェルレンズを用いた場合において発生する荷電粒子線を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本発明について、以下の実施の形態および添付の図面を用いて説明を行うが、これは例示を目的としており、本発明がこれらに限定されることを意図しない。
【００２４】
（本発明の基礎となった知見）
はじめに本発明の基礎となった知見として、近軸光線及び収差について説明する。
【００２５】
近軸光線とは、その経路が全て光軸の近傍を通過し、その軌道に関する基礎方程式が線形となる光線を指す。また、収差の中で特に球面収差は、上記に示したように、レンズの中央部を通る光線（荷電粒子線）とレンズの端部を通る光線（荷電粒子線）とで、レンズの中心から光線（荷電粒子線）の集束位置までの距離、焦点距離が異なることを指す。
【００２６】
近軸光線について、以下に説明する。光軸をｚ軸として、円筒座標系にて静電ポテンシャル
【数１】
2014185060.tif 000003
が満たす基礎方程式は、以下の（式１）のようになる。
【００２７】
【数２】
2014185060.tif 000004
【００２８】
レンズが回転体である場合、ポテンシャルを 
【数３】
2014185060.tif 000005
と置くと、（式１）は以下の（式２）のようになる。
【００２９】
【数４】
2014185060.tif 000006
【００３０】
回転体の場合、
【数５】
2014185060.tif 000007
はｒの偶関数であり、以下の（式３）ように表現できる。
【００３１】
【数６】
2014185060.tif 000008
【００３２】
（式３）を（式２）に代入し
【数７】
2014185060.tif 000009
についての漸化式を求めると、以下の（式４）のようになる。
【００３３】
【数８】
2014185060.tif 000010
【００３４】
ただし、
【数９】
2014185060.tif 000011
である。
【００３５】
【数１０】
2014185060.tif 000012
と置き、
【数１１】
2014185060.tif 000013
をｒの２次までで近似すると、以下の（式７）のようになる。
【００３６】
【数１２】
2014185060.tif 000014
【００３７】
ただし、
【数１３】
2014185060.tif 000015
である。軌道の光軸であるｚ軸に垂直な断面においてｘ軸、ｙ軸を定義する。ｘｙｚ座標系において、荷電粒子線の運動方程式は、以下の（式９）のようになる。
【００３８】
【数１４】
2014185060.tif 000016
【００３９】
（式７）を（式９）に代入し、ｘ、ｙについて２次以上の項を無視すると、以下の（式１０）（式１１）のようになる。
【００４０】
【数１５】
2014185060.tif 000017
【００４１】
【数１６】
2014185060.tif 000018
【００４２】
電位がゼロの荷電粒子放出端から加速され、時刻ｔの荷電粒子の運動エネルギーが軸電位に支配的に決定され、ｘ，ｙ方向の速度はｚ方向に比べて十分小さいとすれば、以下の（式１２）のようになる。
【００４３】
【数１７】
2014185060.tif 000019
【００４４】
（式１１）の２段目の式は、（式１２）、（式１０）を用いて、ｘ（ｚ）に関する線形微分方程式に変形され、以下の（式１３）のようになる。
【００４５】
【数１８】
2014185060.tif 000020
【００４６】
荷電粒子線の軌道の基礎方程式が線形である場合、収差は発生しない。一点から出た荷電粒子線は必ず一点に集まる。この軌道のことを近軸光線と呼ぶ。すなわち、近軸光線とは、光学系の光軸に対してなす角が小さく、かつ、その経路が全て光軸の近傍を通過する光線を指す。ｒが大きいレンズの端部付近（電極近傍）では、上記の近軸近似は成立しない。したがって、大型レンズを用意して、当該大型レンズにおける光軸近傍の光線を利用する場合は収差は少なくなる。また、レンズが大型であればあるほど、収差は減少することとなる。
【００４７】
しかし、実際には大型レンズを用意することは、荷電粒子光学装置の大きさやコストの点から難しい。そこで、以下、荷電粒子線に理想的な無収差の荷電粒子線を発生することができる、本発明に係る荷電粒子光学レンズ装置及び荷電粒子光学レンズ装置の制御方法について説明する。
【００４８】
（実施の形態）
以下、本実施の形態に係る荷電粒子光学レンズ装置について、図１を用いて説明する。本実施の形態では、荷電粒子顕微鏡に用いられる荷電粒子光学レンズ装置を例として説明する。図１は、本実施の形態に係る荷電粒子光学レンズ装置の構成を示す概略図である。
【００４９】
図１に示すように、本実施の形態に係る荷電粒子光学レンズ装置１は、真空チャンバ１０内に設けられた複数の環状電極２４で構成される荷電粒子光学レンズ群と、荷電粒子線発生部２１と、電圧印加部１２と、演算部１４とを備えている。なお、環状電極２４は、本発明における荷電粒子光学レンズに相当する。電圧印加部１２は、本発明における電気信号印加装置に相当する。真空チャンバ１０の内部に、荷電粒子線発生部２１に加えて複数の環状電極２４で構成される荷電粒子光学レンズ群を配置することにより、本発明の実施の形態である荷電粒子線光学レンズ装置を用いた荷電粒子線照射装置となる。
【００５０】
本発明における荷電粒子光学レンズである環状電極２４を用いない通常の静電レンズの場合は、例えば、真空チャンバ１０の内部に、荷電粒子線発生部２１に加えて、ウェーネルト電極２５と、加速電極２２と、レンズ電極２６ａ、２６ｂ及び２６ｃとを備えている。加速電極２２は、レンズ電極２６ａと連続している。
【００５１】
また、真空チャンバ１０内には、計測用のサンプル１６が配置されている。
【００５２】
荷電粒子線発生部２１は、荷電粒子線を発生するいわゆる荷電粒子源で構成される。荷電粒子線発生部２１で発生した荷電粒子線は、環状電極２４の中を通りサンプル１６に照射される。
【００５３】
環状電極２４は、ドーナツ状すなわち円環の形状を有し、例えば、アルミニウム又はＳＵＳ等の非磁性の金属で構成されている。環状電極２４は複数個が積層され、全体として荷電粒子光学レンズ群を構成している。また、積層された各環状電極２４の間には、碍子が設けられ絶縁されている。
【００５４】
図２は、複数の環状電極２４を有する荷電粒子光学レンズ群の一例を示す図である。図２に示す荷電粒子光学レンズ群は、２０個の環状電極２４を有している。各環状電極２４の間には碍子が設けられ、各環状電極２４は絶縁されている。
【００５５】
なお、図１に示す荷電粒子光学レンズ装置１では、図１における紙面に向かって左右方向に複数の環状電極２４が配置されている構成を、当該環状電極２４の軸を通るように切断した断面図で示したものである。なお、複数の環状電極２４の間には碍子が設けられているが、図１においては図示を省略している。
【００５６】
電圧印加部１２は、環状電極２４に印加するための電気信号としての電圧を生成する。電圧印加部１２は、例えばＤ／Ａ（デジタル／アナログ）コンバータで構成されている。なお、電圧印加部１２は、本発明における電気信号配分装置に相当する。
【００５７】
演算部１４は、例えばＣＰＵで構成され、環状電極２４に印加するための電気信号（電圧）の値を得るための電磁界シミュレーションを行う。電磁界シミュレーションについては、後に詳述する。なお、演算部１４は、本発明における処理装置に相当する。
【００５８】
また、図１には、上記した構成とともに、電磁界シミュレーションに用いる、仮想的な環状電極２４の径よりも大きな径の荷電粒子光学レンズ（仮想大型レンズ）を構成するためのウェーネルト電極２５、加速電極２２、レンズ電極２６ａ、２６ｂ及び２６ｃを示している。ウェーネルト電極２５、加速電極２２、レンズ電極２６ａ、２６ｂ及び２６ｃは、ウェーネルト電極、加速電極、アインツェルレンズを想定した仮想電極である。
【００５９】
ここで、上記した荷電粒子光学レンズ装置１の制御方法について説明する。図３は、本実施の形態に係る荷電粒子光学レンズ装置１の制御手順を説明するためのフローチャートである。
【００６０】
図３に示すように、はじめに、仮想大型レンズにより発生する、環状電極（小型レンズ）２４の位置における静電ポテンシャル分布を計算する（ステップＳ１２）。すなわち、仮想電極であるウェーネルト電極２５、加速電極２２、レンズ電極２６ａ、２６ｂ及び２６ｃに電圧を印加したと想定した場合に、環状電極２４の位置に発生する電界分布を、電磁界シミュレーションにより計算する。その後、電磁界シミュレーションで計算した静電ポテンシャルと同一の静電ポテンシャルが環状電極２４の位置に発生するように、電圧印加部１２により環状電極２４に電圧を印加する（ステップＳ１４）。これにより、仮想電極であるウェーネルト電極２５、加速電極２２、レンズ電極２６ａ、２６ｂ及び２６ｃに電圧を印加したのと同一の荷電粒子線を実現できる（ステップＳ１６）。なお、電磁界シミュレーションは静電ポテンシャル分布を求めるシミュレーションに限らず、磁気ポテンシャル分布を求めるシミュレーションであってもよい。この場合、荷電粒子光学レンズ群として電磁石を用い、当該電磁石に、電磁界シミュレーションの計算結果を反映させた電流を印加することとしてもよい。また、この場合、電圧印加部１２は、電磁石に印加するための電気信号として電流を出力するとしてもよい。
【００６１】
以下、電磁界シミュレーションについて説明する。図４は、本実施の形態に係る電磁界シミュレーションによる静電ポテンシャル分布を示す対象となる領域を示す図である。以下の電磁界シミュレーションにより得られた結果は、図４に示すように、図１に示した荷電粒子光学レンズ装置１の一部の領域３０における静電ポテンシャル分布を示す。すなわち、当該領域３０は、図１において環状電極２４の中心軸から、径方向の一端までの領域を含む領域である。
【００６２】
はじめに、近軸光線レンズ（荷電粒子光学レンズ装置１）の原理について説明する。なお、本実施の形態に係る荷電粒子光学レンズ装置１では、以下、仮想大型レンズを構成するウェーネルト電極２５、加速電極２２、レンズ電極２６ａ、２６ｂ及び２６ｃのことを簡単にレンズという場合がある。また、環状電極２４についても同様に、簡単にレンズという場合がある。
【００６３】
荷電粒子光学レンズ装置１の原理は、上記したとおりである。すなわち、荷電粒子線の軌道方向（照射方向）と同一の方向を軸とする荷電粒子光学レンズ群（複数の環状電極２４）を配置する。その荷電粒子光学レンズ群を構成する環状電極２４のそれぞれに与える電気信号（電圧）を決定するために、仮想的に環状電極２４の径よりも大きな径の荷電粒子光学レンズ（仮想大型レンズ）を構成するウェーネルト電極２５、加速電極２２、レンズ電極２６ａ、２６ｂ及び２６ｃが存在するとして、複数の環状電極２４の位置で生じる静電ポテンシャルを計算する。計算により得られた電気信号（電圧）を実際に複数の環状電極２４に与える。これにより、荷電粒子光学レンズ装置１は、仮想大型レンズを利用した場合に得られる近軸光線と同一の荷電粒子線を発生させるものである。
【００６４】
以下、本実施の形態にかかる荷電粒子光学レンズ装置の動作についてより具体的に説明する。図５Ａは、本実施の形態にかかる荷電粒子光学レンズ装置のより具体的な構成を示す図である。図５Ｂは、電磁界シミュレーションにより得られた各環状電極２４に印加される電圧を示すデータである。
【００６５】
図５Ａに示すように、荷電粒子光学レンズ装置１の基本的な構成は、図１に示した荷電粒子光学レンズ装置１と同様である。図５Ａでは、真空チャンバ１０の外に配置された構成、特に、演算部１４の構成について詳細に示している。
【００６６】
図５Ａに示すように、真空チャンバ１０内には、図１と同様に、荷電粒子線発生部２１と、ウェーネルト電極２５と、加速電極２２と、複数の環状電極２４とが設けられている。また、サンプル１６は、ＸＹＺステージ１７上に配置されている。サンプル１６が配置された側の、複数の環状電極２４から所定間隔はなれた位置には、２次電子を検出するための２次電子検出器２３が配置されている。なお、レンズ電極２６ａ、２６ｂ及び２６ｃは、仮想的な荷電粒子光学レンズ（仮想大型レンズ）であるため、真空チャンバ１０の外に示している。
【００６７】
また、真空チャンバ１０の外には、電圧印加部１２と、２次電子検出器出力アンプ１８と、ＸＹＺステージプレアンプ１９と、演算部１４とが配置されている。電圧印加部１２の構成は、図１に示したものと同様である。
【００６８】
演算部１４は、シミュレーション部３１と、メモリ３２と、マルチチャネルＤＡコンバータ３４と、ＡＤコンバータ３６と、ＤＡコンバータ３８とを有している。
【００６９】
シミュレーション部３１は、上記した電磁界シミュレーションを行う計算部である。詳細には、環状電極２４の径よりも大きな径の荷電粒子光学レンズ（仮想大型レンズ）が、環状電極２４の位置に生じさせる電界を、有限要素法により計算する。すなわち、ΔΦ（ｒ，ｚ）＝０について、境界条件Ｖｂの下、有限要素法により電界計算を行う。ここで、境界条件Ｖｂとは、仮想大型レンズのレンズ電極２６ａ、２６ｂ及び２６ｃに印加される電圧である。
【００７０】
メモリ３２には、シミュレーション部３１において計算された電圧値が、データとして保存されている。図５Ｂに示すように、このデータでは、複数の環状電極２４のそれぞれの位置と電圧値とが対応付けられている。このデータに基づいて、環状電極２４に所定の電圧が印加される。
【００７１】
また、マルチチャネルＤＡコンバータ３４は、メモリ３２に保存されているデータに基づいて、電圧印加部１２に、環状電極２４に印加される電圧の情報を供給する。なお、電圧印加部１２は、電磁界シミュレーションにより環状電極２４に印加される電圧値をその都度計算してもよいし、過去に使用した複数の電磁界シミュレーションのデータをメモリ３２に保存しておいて、その中から選択してもよい。
【００７２】
ＡＤコンバータ３６は、２次電子検出器出力アンプ１８に接続され、２次電子検出器出力アンプ１８から出力された２次電子の情報をデジタルに変換し、電子線が照射される位置情報を得る。また、ＤＡコンバータ３８は、ＸＹＺステージプレアンプ１９に接続され、ＸＹＺステージ１７にアナログ電圧信号を印加することにより、サンプル１６の位置を移動させる。
【００７３】
図６Ａ〜図６Ｃは、レンズ群を構成する環状電極２４の数、再現される荷電粒子軌道との関係を示す図である。図６Ａは、アインツェルレンズに電圧を印加したときの静電ポテンシャル分布および荷電粒子線の軌道を示す図である。
【００７４】
図６Ｂは、環状電極２４を１４個設け、１４個の環状電極２４に電圧を印加したときの静電ポテンシャル分布および荷電粒子線の軌道を示す図である。このときの環状電極２４への印加電圧は、図６Ａに示したアインツェルレンズに電圧を印加したときの静電ポテンシャル分布において、環状電極２４の位置に発生した静電ポテンシャルと同一の値を示す。図６Ｃは、環状電極２４を４７個設け、４７個の環状電極２４に電圧を印加したときの静電ポテンシャル分布および荷電粒子線の軌道を示す図である。このときの環状電極２４への印加電圧は、図６Ａに示したアインツェルレンズに電圧を印加したときの静電ポテンシャル分布において、環状電極２４の位置に発生した静電ポテンシャルと同一の値を示す。この際、環状電極２４のリング内側の領域は、図６Ａの場合と同一の静電ポテンシャル分布となる。図６Ａ〜図６Ｃにおいて縦軸方向の０ｃｍの位置は、アインツェルレンズ又は環状電極２４の中心位置を示す。また、図６Ａにおけるアインツェルレンズの荷電粒子線と同一の軌道を示す荷電粒子線が、図６Ｃの環状電極２４の中心領域（縦軸方向において、０〜０．３ｃｍ程度）の部分に発生している。図６Ａ、図６Ｃにおいて、横軸方向の３０ｃｍの位置は、荷電粒子線の焦点Ｐを示す。図６Ｂでは、荷電粒子線の焦点Ｐは、横軸２８ｃｍの位置である。図６Ｂと図６Ｃとを比較すると、図６Ｂでは環状電極２４の数が十分でないため、図６Ａに示したアインツェルレンズにおける荷電粒子線の焦点Ｐの位置が再現されないのに対し、図６Ｃでは環状電極２４の数を十分増加させたため、荷電粒子線の焦点Ｐは、図６Ａのアインツェルレンズにおける荷電粒子線の焦点Ｐと同一の位置に漸近する。
【００７５】
次に、図７Ａ〜図７Ｄに、仮想大型レンズが存在するとして、環状電極２４に電圧を印加したときの仮想大型レンズの荷電粒子線の発生例を示す。なお、図７Ａ〜図７Ｄでは、仮想大型レンズの径に対する環状電極の径が１／２０の場合の電磁界シミュレーションの結果を示している。
【００７６】
ここで、図７Ａは、荷電粒子光学レンズ装置の構成図、図７Ｂは、仮想的な大型のアインツェルレンズを用いたときの静電ポテンシャル分布を示している。図７Ｃは、図７Ａに示した荷電粒子光学レンズ装置１において発生する荷電粒子線を示している。また、図７Ｄは、図７Ｂに示したアインツェルレンズを用いた場合において発生する荷電粒子線を示している。
【００７７】
図７Ｃと図７Ｄとを比較すると、同一の荷電粒子線が発生していることがわかる。したがって、本実施の形態に係る荷電粒子光学レンズ装置１によると、実際に大型な口径のレンズを使用しなくても、大型な口径のレンズを使用した場合と同一の荷電粒子線を得ることができることが分かる。
【００７８】
よって、本実施の形態に係る荷電粒子光学レンズ装置１を用いた荷電粒子光学装置では、焦点位置の補正を行うのではなく、収差の無い集束性のよい観測又は描画を行うことができる。また、本実施の形態に係る荷電粒子光学レンズ装置１を用いた荷電粒子光学装置では、実際に大型な口径のレンズを使用する必要がないため、装置の大きさを小型化することができる。
【００７９】
さらに、図７Ａ〜図７Ｄと同様に、図８Ａ〜図８Ｄに、仮想的に大きなレンズ口径のレンズが存在するとして、環状電極２４に電圧を印加したときの荷電粒子線の発生例を示す。なお、図８Ａ〜図８Ｄでは、仮想大型レンズの径に対する環状電極の径が１／１００の場合の電磁界シミュレーションの結果を示している。
【００８０】
ここで、図８Ａは、荷電粒子光学レンズ装置の構成図、図８Ｂは、仮想的な大型のアインツェルレンズを用いたときの静電ポテンシャル分布を示している。図８Ｃは、図８Ａに示した荷電粒子光学レンズ装置１において発生する荷電粒子線を示している。また、図８Ｄは、図８Ｂに示したアインツェルレンズを用いた場合において発生する荷電粒子線を示している。
【００８１】
図８Ｃと図８Ｄとを比較すると、同一の荷電粒子線が発生していることがわかる。したがって、本実施の形態に係る荷電粒子光学レンズ装置によると、大型な口径のレンズを使用しなくても、大型な口径のレンズを使用した場合と同一の荷電粒子線を得ることができることが分かる。
【００８２】
また、荷電粒子光学レンズ装置１では、焦点位置の補正を行うのではなく、収差の無い荷電粒子光学装置を提供することができる。また、荷電粒子光学レンズ装置１を用いた荷電粒子光学装置では、装置の大きさを小型化することができる。
【００８３】
以上、本実施の形態に係る荷電粒子光学レンズ装置及び荷電粒子光学レンズ装置の制御方法によると、実際に大型な口径のレンズを使用しなくても、大型な口径のレンズを使用した場合と同一の荷電粒子線を得ることができる。よって、荷電粒子光学レンズ装置を用いた荷電粒子光学装置では、収差の補正を行うのではなく、収差の無い荷電粒子線を得ることができ、集束性の高い顕微鏡観察や描画を行うことができる。
【００８４】
また、上記した荷電粒子光学レンズ装置を用いた荷電粒子光学装置では、装置の大きさを小型化することができる。さらに、環状電極の径に対して仮想的な大型の径のレンズの当該径が大きいほど、荷電粒子光学装置の集束性を向上することができる。
【００８５】
なお、上記の演算式、および、演算式の演算手順は、一例であって、別の演算式、および、別の演算手順が用いられてもよい。
【００８６】
また、上記した電磁界シミュレーションの計算結果を反映させた電圧を印加する工程において、複数の環状電極２４に加えられる電圧は、上記したように、過去の電磁界シミュレーションの計算結果により環状電極２４に設定された電圧配分のリストから選択されるものであってもよいし、環状電極２４に電圧が加えられる前に、その都度電磁界シミュレーションにより計算されたものであってもよい。
【００８７】
また、当該過去の電圧配分のリストを使用する場合には、インターネットなどを利用して共通のデータベースを参照して選択する構成であってもよいし、荷電粒子光学装置ごとにメモリデバイス等を備えて電圧配分のリストを保持する構成であってもよい。
【００８８】
このような構成とすれば、過去に使用した電圧配分、又は、新たに取得する電圧配分により、環状電極２４に最適な電圧を印加して、集束性のよい荷電粒子光学レンズ装置を提供することができる。また、過去に使用した電圧配分を利用することにより、環状電極２４に高速に電圧を印加して、動作速度の速い荷電粒子光学レンズ装置を提供することができる。
【００８９】
また、上記した実施の形態では、荷電粒子光学レンズは、環状の形状を有する電極であり、電磁界シミュレーションは、静電ポテンシャル分布を計算するシミュレーションであり、電圧印加部１２は、環状電極２４に、電磁界シミュレーションの計算結果を反映させた電圧を印加する構成について説明したが、上記した実施の形態に係る荷電粒子光学レンズ装置は、光学レンズが、環状に配置された電磁石であり、電磁界シミュレーションは、磁気ポテンシャル分布を計算するシミュレーションであり、電圧印加部１２は、電磁石に電磁界シミュレーションの計算結果を反映させた電流を印加するとしてもよい。
【００９０】
以上、本発明に係る荷電粒子光学レンズ装置及び荷電粒子光学レンズ装置の制御方法について、上記した実施の形態に基づいて説明したが、本発明は上記した実施の形態に限定されるものではない。実施の形態に対して当業者が思いつく変形を施して得られる形態、および、複数の実施の形態における構成要素を任意に組み合わせて実現される別の形態も本発明に含まれる。
【００９１】
例えば、上記した実施の形態では、荷電粒子光学レンズ装置を荷電粒子顕微鏡に用いる構成について説明したが、荷電粒子光学レンズ装置は、荷電粒子線描画装置等の他の荷電粒子光学装置に用いられてもよい。
【００９２】
また、上記した荷電粒子光学レンズ装置において、演算部１４等の特定の処理部が実行する処理を、例えば電圧印加部１２や他のコンピュータ等、別の処理部が実行してもよい。また、荷電粒子光学レンズ装置において処理を実行する順番が変更されてもよいし、複数の処理が並行して実行されてもよい。
【００９３】
また、上記した荷電粒子光学レンズ装置の制御方法におけるステップは、コンピュータによって実行されることとしてもよい。また、荷電粒子光学レンズ装置の制御方法に含まれるステップを、コンピュータに実行させるためのプログラムとして実現してもよい。さらに、そのプログラムを記録したＣＤ−ＲＯＭ等の非一時的なコンピュータ読み取り可能な記録媒体として実現してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００９４】
本発明に係る荷電粒子光学レンズ装置及び荷電粒子光学レンズ装置の制御方法は、荷電粒子顕微鏡又は荷電粒子線描画装置等の荷電粒子光学装置に有用である。特に、小型であることが要求される卓上用の荷電粒子顕微鏡又は荷電粒子線描画装置等においては、小型化が実現できるとともに、装置の精度を向上して空間分解能を向上することができるため有用である。
【符号の説明】
【００９５】
１  荷電粒子光学レンズ装置
１０  真空チャンバ
１２  電圧印加部（電気信号配分装置）
１４  演算部（処理装置）
１６  サンプル
２１  荷電粒子線発生部
２２  加速電極（仮想電極）
２４  環状電極（荷電粒子光学レンズ）
２５  ウェーネルト電極（仮想電極）
２６ａ、２６ｂ、２６ｃ  レンズ電極（仮想電極）
３１  シミュレーション部（処理装置）
３２  メモリ
３４  マルチチャネルＤＡコンバータ（処理装置）
【図１】
2014185060.tif 000021
【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】
2014185060.tif 000026
【図６Ａ】
2014185060.tif 000027
【図６Ｂ】
2014185060.tif 000028
【図６Ｃ】
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【図７Ａ】
2014185060.tif 000030
【図７Ｂ】
2014185060.tif 000031
【図７Ｃ】
2014185060.tif 000032
【図７Ｄ】
2014185060.tif 000033
【図８Ａ】
2014185060.tif 000034
【図８Ｂ】
2014185060.tif 000035
【図８Ｃ】
2014185060.tif 000036
【図８Ｄ】
2014185060.tif 000037
【国際調査報告】
2014185060.tif 000038
2014185060.tif 000039
2014185060.tif 000040
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