(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。最後に、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
2004214157.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｎ（自然数）個のレンズとｎ個の偏向器を有し、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から、１、２、…、ｎ番目とするとき、
（ａ）  標準パターンが規則的に２次元配置され、そのうち一つの標準パターン（特殊パターン）のみが他と異なる標準パターン面を、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て、ｘ−ｙ平面に平行な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、前記標準パターン面の位置を調整し、ｎ＝１の場合は（ｅ）の工程にジャンプし、ｎ≧２の場合は、
（ｃ）  ２番目のレンズのパワーを変調して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、１番目の偏向器を調整し、ｎ＝２の場合は（ｅ）の工程にジャンプし、ｎ≧３の場合は、
（ｄ）  以下、３番目からｎ番目のレンズについて、順にレンズのパワーを変調して結像面に形成される像を観測し、その都度、前記特殊パターンの結像位置が移動しなくなるように、２番目から（ｎ−１）番目の偏向器をそれぞれ調整し、
（ｅ）  最後に、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ｎ番目の偏向器を調整する
工程を有す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に記載の調整を行った後、又は請求項１の工程において（ｅ）の工程を省略した調整を行った後、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軸方向に等間隔で複数配置された標準パターン面をｘ−ｙ平面に平行な物面に配置し、前記標準パターンの像をｘ−ｙ平面に平行な結像面に結像させて、前記各標準パターンのｂｌｕｒを観測し、ｂｌｕｒの値が所定値以下となる標準パターンを抽出し、抽出された標準パターンの重心を算出し、当該重心の位置が結像面の中心に来るように、前記ｎ番目の偏向器を調整する工程を有することを特徴とする電子線光学系の調整方法。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の調整を行った後、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結像面に結像させて、前記各標準パターンのｂｌｕｒを観測し、当該ｂｌｕｒ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、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４】
請求項１から請求項３のうちいずれか１項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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ｎ（自然数）個のレンズとｎ個の偏向器を有し、物面の像を結像面に結像させる電子光学系の調整方法、及びこの調整方法によって調整された電子線光学系を有する電子線装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
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Ｌ３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７（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７（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。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
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、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、及びこの調整方法によって調整された電子線光学系を有する電子線装置を提供することを課題とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するための第１の手段は、ｎ（自然数）個のレンズとｎ個の偏向器を有し、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から、１、２、…、ｎ番目とするとき、
（ａ）  標準パターンが規則的に２次元配置され、そのうち一つの標準パターン（特殊パターン）のみが他と異なる標準パターン面を、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て、ｘ−ｙ平面に平行な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、前記標準パターン面の位置を調整し、ｎ＝１の場合は（ｅ）の工程にジャンプし、ｎ≧２の場合は、
（ｃ）  ２番目のレンズのパワーを変調して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、１番目の偏向器を調整し、ｎ＝２の場合は（ｅ）の工程にジャンプし、ｎ≧３の場合は、
（ｄ）  以下、３番目からｎ番目のレンズについて、順にレンズのパワーを変調して結像面に形成される像を観測し、その都度、前記特殊パターンの結像位置が移動しなくなるように、２番目から（ｎ−１）番目の偏向器をそれぞれ調整し、
（ｅ）  最後に、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ｎ番目の偏向器を調整する
工程を有することを特徴とする電子線光学系の調整方法（請求項１）である。
【００１７】
本手段においては、電子線光学系のアライメント方法は、従来技術で述べた方法と同じであるが、従来技術では、同一形状の標準パターンが規則正しく配置されている標準パターン面を使用していたのに対し、本手段においては、これらの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ている標準パターン面を使用する。この、他と異なった標準パターン（特殊パターン）は、例えば形状や大きさが他の標準パターンと異なり、その像を見れば一見してその標準パターンのものであることが分かるようになっている。この特殊パターンは、なるべく標準パターン面の中心部付近に配置することが好ましい。
【００１８】
そして、（ｂ）の工程において、１番目の電子レンズのパワーを変調して、結像面で像が移動しなくなる位置を見つけたとき、その位置に前記特殊パターンの像が来るように、標準パターン面を移動する。
【００１９】
以下の工程においては、前記特殊パターンが電子レンズのパワーの変調で移動しなくなるように、偏向器の偏向場を調整し、最後に、この特殊パターンが結像面の中心に来るように偏向器の偏向場を調整する。
【００２０】
すなわち、本手段においては、調整のターゲットとなる標準パターンを他の標準パターンと異なったもの（特殊パターン）としているので、結像面における像を見れば、どれが特殊パターンに対応するのかが分かり、調整を迅速に行うことができる。
【００２１】
なお、本手段において、電子レンズが１個の場合は、（ｃ）、（ｄ）の工程が省略され、電子レンズが２個の場合は（ｄ）の工程が省略される。
【００２２】
前記課題を解決するための第２の手段は、前記第１の手段を実施した後、又は前記第１の手段の工程において（ｅ）の工程を省略した調整を行った後、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軸方向に等間隔で複数配置された標準パターン面をｘ−ｙ平面に平行な物面に配置し、前記標準パターンの像をｘ−ｙ平面に平行な結像面に結像させて、前記各標準パターンのｂｌｕｒを観測し、ｂｌｕｒの値が所定値以下となる標準パターンを抽出し、抽出された標準パターンの重心を算出し、当該重心の位置が結像面の中心に来るように、前記ｎ番目の偏向器を調整する工程を有することを特徴とする電子線光学系の調整方法（請求項２）である。
【００２３】
本手段においては、前記第１の手段を実施した後、標準パターン面を、同一の標準パターンが、ｘ軸、ｙ軸方向に等間隔で複数配置された標準パターン面に取り替え、この像を結像面に結像させる。そして、各標準パターンの像のｂｌｕｒを測定する。そして、ｂｌｕｒの値が所定値以下となる標準パターンを抽出し、抽出された標準パターンの重心を算出する。その際、抽出された各標準パターンは皆同じ重さを有するものとする。そして、算出された重心が結像面の中心に合うように、前記ｎ番目の偏向器を調整する。一般にこのような調整を行うと、光軸の近傍にｂｌｕｒの小さい領域が形成される。よって、視野中心から所定の範囲、特に有効視野内におけるぼけを小さく保つことができるようになる。
【００２４】
前記課題を解決するための第３の手段は、前記第１の手段又は第２の手段の調整を行った後、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結像面に結像させて、前記各標準パターンのｂｌｕｒを観測し、当該ｂｌｕｒ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、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３）である。
【００２５】
従来においては、結像面を光軸に垂直に設定していたが、電子線光学系を構成する要素に傾きがあると、像面が傾き、その結果結像面における像のぼけが、特に光軸から離れるに従って急激に大きくなる。これを防ぐには、結像面を傾斜した像面に倣うように傾けてやればよい。本手段においては、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を物面に配置し、当該標準パターンの像を結像面に結像させて、前記各標準パターンのｂｌｕｒを観測し、当該ｂｌｕｒ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、結像面を傾斜させている。よって、像面の傾斜に起因して結像面で大きなぼけが発生することが避けられ、全体として、ぼけの量を小さくすることが可能である。
【００２６】
前記課題を解決するための第４の手段は、前記第１の手段から第３の手段のいずれかである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（請求項４）である。
【００２７】
本手段においては、組み立て調整がし易く、かつ、ボケの小さい電子線装置とすることができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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Ｌ３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７（ａ）において、ＣをＡに代えたものに対応する。
【００３４】
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７（ｂ）において、ＣをＡに代えたものに対応する。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
【数１】
2004214157.tif 000003
【００４２】
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７（ｂ）における偏向器Ｄ３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。
【００４３】
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ｂｌｕｒ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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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
【００４８】
【数２】
2004214157.tif 000004
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
図６は、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ものである。図６において、１１は電子銃、１２は一次光学系、１３はＥ×Ｂ、１４は一次照射ビーム、１５はステージ、１６は試料、１７は開口絞り（ＮＡ）、１８は後方散乱電子及び反射電子、１９は二次光学系、２０はＭＣＰ検出器、２１は蛍光面、２３はＴＤＩ方式ＣＣＤカメラ、２４は光写像光学系である。
【００５２】
電子銃１１からの電子ビームは、一次光学系１２によって、レンズ作用を受けながら、Ｅ×Ｂ１３に入射し、方向を垂直に変えられて一次照射ビーム１４となり、ステージ１５の上の試料１６を落射照射する。この際、開口絞り（ＮＡ）１７の位置に電子銃１１のクロスオーバーの像が結像されるようになっており、この照明系は、ＮＡ１７の位置を光源とするケーラー照明系を構成している。よって、電子銃１１の電子放出面に明るさのむらがある場合でも、試料面では、照明の均一性が保たれる。
【００５３】
試料１６からは、２次電子、後方散乱電子及び反射電子１８が発生する。この発生電子は、二次元の電子信号として、二次光学系１９により拡大投影され、ＭＣＰ検出器２０上に結像される。
【００５４】
試料を載せたステージ１５はＸ−Ｙ方向に移動可能となっている。Ｅ×Ｂ１３は、ウィーンフィルターの原理を応用したものであり、これを用いることで斜めから照射された一次ビームは、光軸（Ｚ軸）方向へ曲げられ、試料１６からの２次電子、後方散乱電子及び反射電子のうち特定のエネルギーを持つものは、下から上へまっすぐ通過する。すなわち、Ｅ×Ｂ１３は、ビームスプリッターとして機能する。
【００５５】
ＭＣＰ検出器２０上に結像した２次電子、後方散乱電子及び反射電子（試料画像ビーム）１５はその電流量をＭＣＰ２０内で増幅されながら、蛍光面２１に衝突する。蛍光面２１では電子が光子に変換され、その出力画像は光写像光学系２４を通過して、前記ＴＤＩアレイＣＣＤを搭載したＴＤＩ方式ＣＣＤカメラ２３に照射される。蛍光面２１での画像サイズとＴＤＩアレイＣＣＤの撮像サイズを合わせる為、光写像光学系２４では適当な倍率で画像が縮小されて投影されるように設計されている。
【００５６】
この実施の形態においては、２次光学系９として示されている３つのグループが、それぞれ図７に示された電子レンズＬ１と偏向器Ｄ１、電子レンズＬ２と偏向器Ｄ２、電子レンズＬ３と偏向器Ｄ３に対応し、７が開口絞りＮＡに対応するものとなる。この実施の形態では、偏向器Ｄ１は、開口絞り７の物面よりにあるが、このような構成でも図７に示したものと同じ調整方法で光軸合わせ等を行うことができ、本発明の電子線光学系の調整方法を適用できる。よって、組み立て調整がし易く、かつ、ボケの小さい写像型電子顕微鏡とすることができる
【００５７】
【発明の効果】
以上説明したように、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、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、及びこの調整方法によって調整された電子線光学系を有する電子線装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【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】
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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