(57)【要約】【課題】  簡単に電子線光学系のアライメントを行う電子線光学系の調整方法を提供する。【解決手段】  標準パターンのうち１個だけが他の標準パターンと異なった特殊パターンである標準パターン面を使用し、電子レンズＬ１のパワーを変調することにより、この特殊パターンの中心からの主光線が電子レンズＬ１の中心を通るように、標準パターン面の位置合わせを行う。そして、電子レンズＬ２のパワーを変調することにより、特殊パターンの中心からの主光線が電子レンズＬ１、Ｌ２の中心を通るように偏向器Ｄ１を調整する。その後、電子レンズＬ３のパワーを変調することにより、特殊パターンの中心からの主光線が電子レンズＬ１、Ｌ２、Ｌ３の中心を通るように偏向器Ｄ２を調整する。その後、特殊パターンの像が結像面の中心に形成されるように偏向器Ｄ３を調整する。【選択図】  図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
３個以上のレンズと３個以上の偏向器を有し、物面の像を結像面に結像させる電子光学系の調整方法であって、これらのレンズと偏向器を物面に近い方を１番目とするとき、
（ａ）  複数の標準パターンが規則的に２次元配置され、前記標準パターンと異なる形状または大きさの特殊パターンを有するパターン面を、光軸方向をｚ軸とするとき、ｘ−ｙ−ｚ直交座標系におけるｘ−ｙ平面に平行な物面に配置し、
（ｂ）  １番目のレンズのパワーを変調し、かつ、前記1番目以外のレンズのパワーに所定値のパワーを与え、ｘ−ｙ平面に平行な前記結像面に形成される像を観測し、前記特殊パターンの結像位置が移動しなくなるように、前記パターン面の位置を調整し、
（ｃ）  ２番目のレンズのパワーを変調し、かつ、前記２番目以外のレンズのパワーに所定値のパワーを与えて前記結像面に形成される像を観測し、前記パワーの変調によって像の位置が変化しない標準パターンを特定し、前記像の位置が変化しない標準パターンと前記特殊パターンをもとに、前記特殊パターンの結像位置が移動しなくなるように、１番目の偏向器を調整し、
（ｄ）  ３番目から最後の一つ前までのレンズについて、順にレンズのパワーを変調し、かつそれ以外のレンズのパワーに所定値のパワーを与えて前記結像面に形成される像を観測し、前記パワーの変調によって像の位置が変化しない標準パターンを特定し、該像の位置が変化しない前記標準パターンと前記特殊パターンをもとに、前記特殊パターンの結像位置が移動しなくなるように、変調されているレンズがＮ番目のレンズの時、Ｎ−１番目の偏向器を調整し、
（ｅ）  前記特殊パターンの結像位置が前記結像面の中心に来るように最後の偏向器を調整し、
（ｆ）  光軸方向をｚ軸とするとき、ｘ−ｙ−ｚ直交座標系におけるｘ−ｙ平面において、同一の標準パターンがｘ軸、ｙ軸方向に分布して複数配置された標準パターン面を物面に配置し、前記標準パターンの像を前記結像面に結像させて、前記各標準パターンの前記結像面における像のぼけを観測し、該結像面における像のぼけのｘ軸方向、ｙ軸方向への積分値がそれぞれ最小となるように、前記結像面を傾斜させることを特徴とする電子線光学系の調整方法。
【請求項２】
請求項１に記載の電子線光学系の調整方法によって調整された電子線光学系を有することを特徴とする電子線装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子光学系の調整方法及び電子線装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
物面に置かれた試料から放出される電子線を、電子線光学系により結像面に結像させ、結像面に置かれた電子線検出装置（例えばＴＤＩ：Time Delay and Integration検出装置）等により電気信号に変えて観察する方法は、電子顕微鏡をはじめ種々の装置で使用されている。
【０００３】
このような電子線光学系は、例えば図４に示されるように、３個の電子レンズＬ１、Ｌ２、Ｌ３と３個の偏向器Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３を有しており、物面Ｏに置かれた試料Ｗの像を結像面Ｉに置かれた検出器Ｍの撮像面に結像させる。図４においてＮＡは開口絞りである。
【０００４】
このような電子線光学系において、各電子レンズＬ１、Ｌ２、Ｌ３の中心は光軸上に置かれるように調整されるが、完全に光軸上に置くことは難しく、図４に一点鎖線で示すように、各電子レンズＬ１、Ｌ２、Ｌ３の中心は光軸からずれている。よって、電子レンズＬ１、Ｌ２、Ｌ３の機械的な中心のずれを、電気的に補正するために、偏向器Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３が使用される。
【０００５】
この調整は以下のように行われる。まず、図５に示すようなメッシュ型の標準パターン面を用意する。以下の説明においては、光軸をｚ軸とし、ｘ−ｙ−ｚ直交座標系で、物面、結像面はｘ−ｙ平面に平行な平面上にあるものとする。図５に示す標準パターン面は、標準パターン（図においては正方形）が、ｘ軸、ｙ軸方向に等間隔に規則正しく並んだものである。もちろん、標準パターンの形状は正方形でなく、例えば円形でもよい。この標準パターン面を物面Ｏに配置する。
【０００６】
そして、まず、電子レンズＬ２、Ｌ３には設計値に対応するパワーを与え、かつ偏向器Ｄ１〜Ｄ３には偏向場を与えない状態にして、電子レンズＬ１には設計値のパワーを中心にしてパワーを変調して与える。すると、結像面Ｉで観測される像は、変調の影響を受けて伸び縮みする。そのとき、その伸縮の中心となる場所では、像の大きさは変動するが像の位置は変化しない。その場所に対応する像は、主光線が電子レンズＬ１の中心を通ってきた標準パターンに対応する像である。今、この像点に対応する標準パターン面の標準パターンを図５のＣとする。すなわち、Ｃの標準パターンの中心から発した主光線である電子線が電子レンズＬ１の中心を通っていることになる。このようにして、まず、標準パターン面のＣの位置を確認する。
【０００７】
次に、電子レンズＬ１、Ｌ３には設計値に対応するパワーを与え、かつ偏向器Ｄ１〜Ｄ３には偏向場を与えない状態にして、電子レンズＬ２には設計値のパワーを中心にしてパワーを変調して与える。すると、結像面Ｉで観測される像は、変調の影響を受けて伸び縮みする。そして、その伸縮の中心となる場所では、像の大きさは変動するが像の位置は変化しない。その場所に対応する像が、主光線が電子レンズＬ２の中心を通ってきた標準パターンに対応する像である。しかし、一般には、この位置は、Ｃの標準パターンに対応する位置とは異なる標準パターンの位置である。
【０００８】
そこで、偏向器Ｄ１に偏向場を与え、Ｃの標準パターンの像が電子レンズＬ２のパワーの変調によって移動しない位置に来るように調整を行う。これによりＣの標準パターンの中心から発した主光線である電子線は、Ｌ１の中心とＬ２の中心を通って結像面Ｉに結像されることになる。
【０００９】
次に、電子レンズＬ１、Ｌ２には設計値に対応するパワーを与え、かつ偏向器Ｄ１には、前述の方法で決めた偏向場を与え、Ｄ２、Ｄ３には偏向場を与えない状態にして、電子レンズＬ３には設計値のパワーを中心にしてパワーを変調して与える。すると、結像面Ｉで観測される像は、変調の影響を受けて伸び縮みする。そして、その伸縮の中心となる場所では、像の大きさは変動するが像の位置は変化しない。その場所に対応する像が、主光線が電子レンズＬ３の中心を通ってきた標準パターンに対応する像である。しかし、一般には、この位置は、Ｃの標準パターンに対応する位置とは異なる標準パターンの位置である。
【００１０】
そこで、偏向器Ｄ２に偏向場を与え、Ｃの標準パターンの像が電子レンズＬ２のパワーの変調によって移動しない位置に来るように調整を行う。これによりＣの標準パターンの中心から発した主光線である電子線は、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３の中心を通って結像面Ｉに結像されることになる。この状態を図６（ａ）に示す。図で実線の細線で示されるのがＣから放出された主光線の光路である。
【００１１】
この状態で、偏向器Ｄ３に偏向場を与え、Ｃの標準パターンの中心の像が結像面Ｉの中心（検出面の中心）結像されるようにする。すると、物面ＯでＣの標準パターンの中心から発した主光線である電子線が、電子レンズＬ１、Ｌ２、Ｌ３の中心を通って結像面Ｉの中心に結像されるようになり、光学系のアライメントが完成する。この様子を図６（ｂ）に示す。図で実線の細線で示されるのがＣから放出された主光線の光路である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、実際に前述のような方法で調整を行おうとすると、図５に示すように標準パターン面には同じ形状の標準パターンが配列されているので、結像面Ｉにおいてどの像がＣに対応する像なのかを判断することが非常に困難であり、その判別には熟練と時間を要することになる。
【００１３】
さらに、前述のような方法では、光学系のアライメントは可能であるが、必ずしも、像のぼけが小さい領域が視野の中心、すなわち光軸に近い位置（多くの場合有効視野範囲）にこないという問題点がある。これは、各電子レンズの製造上の誤差とアライメント誤差のために、必ずしもその中心でぼけが最小とならないためである。従来においては、このようなことを考慮して電子線光学系の調整が行われてこなかった。
【００１４】
加えて、従来の電子線光学系の調整においては、像面の傾斜に起因するぼけについては考慮が払われてこなかった（なお、本明細書では、実際に像を観測するために像を形成する面のことを「結像面」、光学的な意味で物面の像が厳密に結像する面のことを「像面」と呼んで区別する）。すなわち、像面が光軸に対して垂直でない場合、結像面が光軸に垂直に置かれると、結像面での像は、光軸から離れるに従ってぼけが急激に大きくなるという問題を残していた。
【００１５】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、簡単に電子線光学系のアライメントを行う電子線光学系の調整方法、視野中心、すなわち光軸近傍でのぼけを小さくする電子線光学系の調整方法、及び、像面傾斜に起因するぼけを小さくする電子線光学系の調整方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
前記課題を解決するための第１の手段は、３個以上のレンズと３個以上の偏向器を有し、物面の像を結像面に結像させる電子光学系の調整方法であって、これらのレンズと偏向器を物面に近い方を１番目とするとき、
（ａ）  複数の標準パターンが規則的に２次元配置され、前記標準パターンと異なる形状または大きさの特殊パターンを有するパターン面を、光軸方向をｚ軸とするとき、ｘ−ｙ−ｚ直交座標系におけるｘ−ｙ平面に平行な物面に配置し、
（ｂ）  １番目のレンズのパワーを変調し、かつ、前記1番目以外のレンズのパワーに所定値のパワーを与え、ｘ−ｙ平面に平行な前記結像面に形成される像を観測し、前記特殊パターンの結像位置が移動しなくなるように、前記パターン面の位置を調整し、
（ｃ）  ２番目のレンズのパワーを変調し、かつ、前記２番目以外のレンズのパワーに所定値のパワーを与えて前記結像面に形成される像を観測し、前記パワーの変調によって像の位置が変化しない標準パターンを特定し、前記像の位置が変化しない標準パターンと前記特殊パターンをもとに、前記特殊パターンの結像位置が移動しなくなるように、１番目の偏向器を調整し、
（ｄ）  ３番目から最後の一つ前までのレンズについて、順にレンズのパワーを変調し、かつそれ以外のレンズのパワーに所定値のパワーを与えて前記結像面に形成される像を観測し、前記パワーの変調によって像の位置が変化しない標準パターンを特定し、該像の位置が変化しない前記標準パターンと前記特殊パターンをもとに、前記特殊パターンの結像位置が移動しなくなるように、変調されているレンズがＮ番目のレンズの時、Ｎ−１番目の偏向器を調整し、
（ｅ）  前記特殊パターンの結像位置が検出面の中心に来るように最後の偏向器を調整し、
（ｆ）  光軸方向をｚ軸とするとき、ｘ−ｙ−ｚ直交座標系におけるｘ−ｙ平面において、同一の標準パターンがｘ軸、ｙ軸方向に分布して複数配置された標準パターン面を物面に配置し、前記標準パターンの像を前記結像面に結像させて、前記各標準パターンの前記結像面における像のぼけを観測し、該結像面における像のぼけのｘ軸方向、ｙ軸方向への積分値がそれぞれ最小となるように、前記結像面を傾斜させることを特徴とする電子線光学系の調整方法である。
【００１７】
前記課題を解決するための第２の手段は、前記第１の手段の電子線光学系の調整方法によって調整された電子線光学系を有することを特徴とする電子線装置である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、簡単に電子線光学系のアライメントを行う電子線光学系の調整方法、視野中心、すなわち光軸近傍でのぼけを小さくする電子線光学系の調整方法、及び、像面傾斜に起因するぼけを小さくする電子線光学系の調整方法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】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態の例を、図を用いて説明する。以下の図においても、ｚ軸を光軸にとり、特に断らない限り、物面及び結像面は、ｘ−ｙ−ｚ直交座標系においてｘ−ｙ平面に平行であるものとする。まず、電子線光学系のアライメントの例を説明する。アライメントを行う電子線光学系は図４に示すものと同じである。しかしながら、本実施の形態においては、図５に示すような標準パターン面の代わりに、図１に示すような標準パターン面を使用する。図１に示す標準パターン面は、ｘ軸、ｙ軸方向に同一の正方形の標準パターンが等間隔で配置されているものであるが、その中央部にある標準パターンＡだけが、他の標準パターンに比べて４５°傾いており、他の標準パターンと区別できる特殊パターンとなっている。
【００２０】
まず、この標準パターン面を物面Ｏに配置する。そして、まず、電子レンズＬ２、Ｌ３には設計値に対応するパワーを与え、かつ偏向器Ｄ１〜Ｄ３には偏向場を与えない状態にして、電子レンズＬ１には設計値のパワーを中心にしてパワーを変調して与える。すると、結像面Ｉで観測される像は、変調の影響を受けて伸び縮みする。そのとき、その伸縮の中心となる場所では、像の大きさは変動するが像の位置は変化しない。その場所に対応する像が、主光線が電子レンズＬ１の中心を通ってきた標準パターンに対応する像である。この状態で標準パターン面を移動し、Ａの標準パターンの像の位置が変化しないようにする。すなわち、Ａの標準パターンの中心から発した主光線である電子線が電子レンズＬ１の中心を通っていることになる。
【００２１】
次に、電子レンズＬ１、Ｌ３には設計値に対応するパワーを与え、かつ偏向器Ｄ１〜Ｄ３には偏向場を与えない状態にして、電子レンズＬ２には設計値のパワーを中心にしてパワーを変調して与える。すると、結像面Ｉで観測される像は、変調の影響を受けて伸び縮みする。そして、その伸縮の中心となる場所では、像の大きさは変動するが像の位置は変化しない。その場所に対応する像が、主光線が電子レンズＬ２の中心を通ってきた標準パターンに対応する像である。しかし、一般には、この位置は、Ａの標準パターンに対応する位置とは異なる標準パターンの位置である。
【００２２】
そこで、偏向器Ｄ１に偏向場を与え、Ａの標準パターンの像が電子レンズＬ２のパワーの変調によって移動しない位置に来るように調整を行う。これによりＡの標準パターンの中心から発した主光線である電子線は、電子レンズＬ１の中心と電子レンズＬ２の中心を通って結像面Ｉに結像されることになる。
【００２３】
次に、電子レンズＬ１、Ｌ２には設計値に対応するパワーを与え、かつ偏向器Ｄ１は、前述の方法で決めたパワーを与え、Ｄ２、Ｄ３には偏向場を与えない状態にして、電子レンズＬ３には設計値のパワーを中心にしてパワーを変調して与える。すると、結像面Ｉで観測される像は、変調の影響を受けて伸び縮みする。そして、その伸縮の中心となる場所では、像の大きさは変動するが像の位置は変化しない。その場所に対応する像が、主光線が電子レンズＬ３の中心を通ってきた標準パターンに対応する像である。しかし、一般には、この位置は、Ａの標準パターンに対応する位置とは異なる標準パターンの位置である。
【００２４】
そこで、偏向器Ｄ２に偏向場を与え、Ａの標準パターンの像が電子レンズＬ２のパワーの変調によって移動しない位置に来るように調整を行う。これによりＡの標準パターンの中心から発した主光線である電子線は、電子レンズＬ１、Ｌ２、Ｌ３の中心を通って結像面Ｉに結像されることになる。すなわち、図６（ａ）において、ＣをＡに代えたものに対応する。
【００２５】
この状態で、偏向器Ｄ３に偏向場を与え、Ａの標準パターンの像が結像面Ｉににおける中心（検出面の中心）に結像されるようにする。すると、物面ＯでＡの標準パターンの中心から発した主光線である電子線が、電子レンズＬ１、Ｌ２、Ｌ３の中心を通って結像面Ｉの中心に結像されるようになり、光学系のアライメントが完成する。すなわち、図６（ｂ）において、ＣをＡに代えたものに対応する。
【００２６】
以上のアライメント方法は、基本的に従来の方法と変わらないが、主光線が電子レンズの中心を通るように調整する標準パターンを他の標準パターンと異なった特殊パターンとしているので、調整の際にターゲットとすべき標準パターンの像を容易に識別できるようになり、アライメントが極めて容易になる。
【００２７】
以下、アライメントが完了した後に行う、画質の最適化を図るための電子線光学系の調整方法の例について説明する。アライメントが完了しても、光軸近傍で像のぼけが小さくなるとは限らない。これは、電子レンズや偏向器の電極に製造誤差があり、かつアライメントにも誤差があるためである。この様子を図２に示す。
【００２８】
図２は、ドット状の同一標準パターンがｘ軸、ｙ軸方向に等間隔で配置された標準パターン面の、結像面における像のぼけを模式的に示した図である。円が大きいほどぼけが大きいことを示している。この標準パターン面は、結像面での視野に対応する部分よりも十分大きな面を有しているものとする。
【００２９】
図２（ａ）はアライメントが終わった後の像のぼけの様子を示すものである。これを見ると分かるように、視野の左側、上側にぼけの大きな部分があり、視野の右下側は比較的ぼけの小さな領域となっている。
【００３０】
一般に、電子レンズ、偏向器とも、その特性は光軸周りに回転対称性を有しているので、このような要素から構成される電子線光学系は、光軸周りに回転対称性を有している。従って、電子レンズや偏向器の電極の製造誤差が補正された状態においては、像のぼけの大きさも光軸周りに対称に分布すると考えられる。よって、像のぼけの分布が、光軸周りに対称に分布するように視野を調整してやれば、その結果、光軸近傍（多くの場合有効視野範囲）でのぼけの程度を全体として小さくすることができる。
【００３１】
この調整は以下のようにして行われる。図２（ａ）の場合、所定値以下のぼけとなっている像は、Ｐ１〜Ｐ５の５つである。この所定値は、電子線光学系の設計値から定められる値である。像Ｐ１〜Ｐ５の座標をそれぞれ（ｘｉ、ｙｉ）、（ｉ＝１〜５）とするとき、これらの像の重心（ｘｃ、ｙｃ）を、以下の式（１）を用いて算出する。
【数１】
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算出した重心（ｘｃ、ｙｃ）が図２（ｂ）に示すように、結像面の座標中心に来るように、図６（ｂ）における偏向器３の偏向場を微調整する。このようにして、電子線光学系を、光軸周りの有効視野部分において全体的にぼけの小さい状態に調整することができる。
【００３２】
以上の説明においては、画質の最適化を図るための電子線光学系の調整は、アライメントが完了してから行うものとして説明したが、もし、特殊パターンの結像位置を光軸位置に合わせなくても、前記のようにぼけが所定値以下である標準パターンの像が視野内に全部入るような場合、経験から見て、視野内にある標準パターンの像のみについて調べれば良いような場合には、特殊パターンの結像位置を光軸位置に合わせる工程を省略して行ってもよい。
【００３３】
以下、像面の傾きによる結像面におけるぼけの状態を小さくするように結像面の傾きを調整する方法について説明する。この調整は、前述の光学系のアライメントを行った後、さらには必要に応じて前述の画質の最適化を図るための視野調整を行った後に行う。
【００３４】
図３は、結像面の傾きと像面との関係を示すものである。図３において１は、光軸、２は像面、Ｉは調整前の結像面、Ｉ’は調整後の結像面であり、丸印は、結像面におけるぼけの大きさを示している。調整前は、結像面Ｉは光軸に垂直に置かれている。像面２は、像面湾曲のために曲面となっているが、この他に、前述のような電子線光学系の傾きに起因して、全体が図のように傾いている。像のぼけは、結像面と像面との距離が大きくなるに従って急激に大きくなる。よって、像面の傾きに合わせて結像面を傾かせ、Ｉ’のような状態にすることによって、像面湾曲によるぼけは避けられないものの、像面の傾きに起因するぼけを小さくすることができる。
【００３５】
その調整は、例えば以下のように行う。ドット状の標準パターンがｘ軸、ｙ軸方向に等間隔で並んだ標準パターン面の像を結像面に投影する。図２においては、７×７の標準パターンの像が視野中に現れているので、これらの各標準パターンのぼけをblurとして測定してその値をblurｉｊ（i,j=-3〜3）とする。ｉは標準パターン像のｘ軸（横）方向の順番を、左から−３、−２、−１、０、１、２，３として表したものであり、ｊは標準パターン像のｙ軸（縦）方向の順番を、下から−３、−２、−１、０、１、２，３として表したものである。
【００３６】
そして、結像面を光軸と交わりｙ軸に平行な結像面上の線を軸として傾け、そのときに
【数２】
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なるＳを計算する。Ｓは視野内の点のblurの総和（積分値）に相当する。そして、このＳを最小にするように結像面を傾かせる。
【００３７】
次に、結像面を光軸と交わりｘ軸に平行な結像面上の線を軸して傾け、そのときに前記Ｓを計算して、このＳを最小にするように結像面を傾かせる。このような調整により、結像面の傾斜が像面の傾斜と同じになり、視野内の像のぼけを小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の実施の形態である電子線光学系の調整方法で使用する標準パターン面の例を示す図である。
【図２】光軸近傍におけるぼけを小さくするように調整を行う前の像のぼけと調整後の像のぼけを模式的に示す図である。
【図３】像面と結像面の関係及びそのときの像のぼけの大きさを模式的に示す図である。
【図４】本発明の実施の形態で対象とする電子線光学系の例を示す図である。
【図５】従来の電子線光学系のアライメントに用いられていた標準パターン面の例を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態の１例である写像型電子顕微鏡の概要を示す図である。
【図７】従来の電子線光学系のアライメント方法、及び本発明の実施の形態である電子線光学系のアライメント方法を説明するための図である。
【符号の説明】
【００３９】
１：光軸、２：像面、Ｏ：物面、Ｌ１〜Ｌ３：電子レンズ、Ｄ１〜Ｄ３：偏向器、Ｉ：結像面、Ｉ’：傾いた結像面、Ｗ：試料、Ｍ：検出器
【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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