(57)【要約】【課題】光学要素が複数段であってもビームの軸合わせを容易にできるようにする。【解決手段】アライメントレンズＡＬ１〜ＡＬ４への電流を、Ｉｍ（＝Ｉｍｘ＋ｉＩｍｙ）とし、このときの各偏向モードｋの偏向強度をＰｋ（＝Ｐｋｘ＋ｉＰｋｙ）とする。電流Ｉｍは各モード１〜４の偏向強度Ｐｋに対応して、以下の行列計算で求める。2004006163.tif 000004【選択図】　　　図１
2004006163.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子ビームを発生する発生源と、前記発生源からの荷電粒子ビームを縮小結像させる２段以上のレンズと、前記発生源と１段目のレンズとの間及び前記各レンズ間にそれぞれ配置されて荷電粒子ビーム軌道を偏向できるアライメントコイルとを備えた機器で前記アライメントコイルの励起により荷電粒子ビーム軸を調整する方法において、
ソフト上で複数個の偏向モード強度にあらかじめ決められた係数行列を掛け算して前記各アライメントコイルの励起強度を求め、
それに応じて前記各アライメントコイルを励起することを特徴とする荷電粒子ビーム軸の調整方法。
【請求項２】
荷電粒子ビームを発生する発生源と、前記発生源からの荷電粒子ビームを縮小結像させる２段以上のレンズと、前記発生源と１段目のレンズとの間及び前記各レンズ間にそれぞれ配置されて荷電粒子ビーム軌道を偏向できるアライメントコイルと、前記アライメントコイルを励起して荷電粒子ビーム軸を調整する制御部とを備えた機器において、
前記制御部は複数個の偏向モード強度にあらかじめ決められた係数行列を掛け算して前記各アライメントコイルの励起強度を求めるプログラムを備えていることを特徴とする荷電粒子ビーム応用機器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電子顕微鏡やマイクロフォーカスＸ線管など電子ビームやイオンビームなどの荷電粒子ビームを用いる機器とそのような機器において荷電粒子ビーム軸を調整する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電子顕微鏡やマイクロフォーカスＸ線管などでは正確な電子ビーム制御が必要となる。磁気レンズなどの電子光学系では、レンズ軸に沿って電子ビームを入射させないとその特性が著しく劣化するためである。
【０００３】
図１に電子顕微鏡やマイクロフォーカスＸ線管の光学系概念図を示す。
ＬａＢ６などを陰極とする電子銃Ｇｕｎから放出された電子ビームを、アライメントコイル（電極）ＡＬ１〜ＡＬ４を用いて軌道を修正し、中間レンズ（Ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ　Ｌｅｎｓ）レンズ１と対物レンズ（Ｏｂｊｅｃｔｉｖｅ　Ｌｅｎｓ）レンズ２とからなる２つの電子レンズの光軸に入射させる。アライメントコイルは、電子銃とレンズ１の間、及びレンズ１とレンズ２の間にそれぞれ２段づつ配置されている。レンズ１、レンズ２では、それぞれのギャップ部分に、絞り（Ａｐｅｒｔｕｒｅ）がそれぞれ配置され、電子ビームの通過範囲を制限している。
【０００４】
図１の平面をＸ−Ｚ平面（光学系の軸方向がＺ方向、紙面垂直方向がＹ方向、横方向がＸ方向である。）とすると、図示のように、電子ビームをＹ方向へ偏向するアライメントコイルが４つ（ＡＬ１〜ＡＬ４）配置されており、図には現われていないが、Ｙ−Ｚ平面にも同様にＸ偏向用のアライメントコイルが４つ配置されており、全部で８つ（８チャンネル）のアライメントコイルが配置されていいる。なお、光軸合わせのことをアライメントと呼ぶ。
【０００５】
図１に示すように、通常、各レンズの電子光学上の中心軸は装置の機械軸といく分ずれることは免れない。組立て誤差やレンズ構成材料に不均一性があるためである。
【０００６】
このためアライメントコイルを用いて電子ビームがレンズ中心へ軸に沿って入射するように制御しレンズ本来の性能を引き出している。図より分かるようにアライメントコイルは各電子光学要素間に置かれ、各要素の軸同士のねじれの位置を補正していることになる。このため一つのアライメント機構は原理的に、上下２つの偏向コイル（各々Ｘ，Ｙチャンネルを持つ）から構成する必要がある。きちんとアライメントするためには少なくとも４つのパラメータ、すなわち４つのアライメントコイルＡＬ１ｘ，ＡＬ１ｙ，ＡＬ２ｘ，ＡＬ２ｙの励起強度を合わせ込まねばならない。
【０００７】
パラメータの調整作業を容易にするため２つの偏向コイルを連動させて電子ビームの偏向モードを工夫する方法が提案されている。その例を図２に示す。図２（Ａ）は「シフト」モードと呼ばれるもので、入射した電子ビームの方向を保ったまま横方向にシフトする。図２（Ｂ）は「ピボット」モードと呼ばれるもので、ある“支点”を中心にして電子ビームの方向を変えることができる。各図の上側は実際の電子ビーム軌道を表わしており、下側はアライメントコイルの下流側から見たときの見かけの電子ビーム軌道（実際の軌道の接線）の変化の様子を表わしている。
【０００８】
これらの機能を使えば、例えば図３に示すように、まず「シフト」で電子ビームをレンズ・アパーチャヘ持っていき（ステップ１）、続いて「ピボット」でアパーチャ中心を支点にして電子ビーム方向を振る（ステップ２）という手順などによって、電子ビームがレンズ中心へ軸に沿って入射するように制御することが実現可能となる。
【０００９】
「シフト」モードや「ピボット」モードの電子ビーム偏向は上下コイルの励起比を適当にとれば実現できる。実際には、コイル用電流電源の回路を工夫して回路抵抗などを調整することになる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
図１に示すように光学要素が複数段になると軸合せに必要なアライメント機構の数も増加して上記のような偏向モードの組合せを使っても調整が難しくなる。場合によっては、「シフト」や「ピボット」に加え、図４の（Ａ）に実線で示すように電子銃クロスオーバの位置を固定したままで電子ビーム束の中心部分を選ぶことのできる「チルト」モードを用いることもできる。図４で（Ｂ）の実線は「チルト」モードにおける実際の電子ビーム軌道を表わしており、（Ｃ）はアライメントコイルの下流側から見たときの見かけの電子ビーム軌道（実際の軌道の接線）の変化の様子を表わしている。ここで、「電子銃クロスオーバの位置」とは、見かけの電子銃があるところを意味しており、電子ビーム束の各軌道に漸近線を引いたときに最も集中する位置を表わしている。
【００１１】
また、さらに、図５に示すように上流に関しての「ピボット」モードに下流アライメントの「補償」分を複合して上流ピボット偏向でビームがずれた分を下流アライメントで戻すこともできる。
【００１２】
このようにして、原理的には、上下２つのアパーチャを電子ビームが通過する偏向方向がいつも望ましくなるように調整することができるが、電流電源回路によって各アライメントコイルの偏向比が決まっている従来のモード偏向では多数の電子ビーム偏向方法には対応できない。
このような事情は、電子ビーム応用機器に限らず、イオンビーム応用機器においても同様に生じている。
【００１３】
本発明は、光学要素であるレンズが複数段であっても荷電粒子ビームの軸合わせを容易にできるようにする荷電粒子ビーム軸の調整方法と、そのような調整方法を実現する荷電粒子ビーム応用機器を提供することを目的とするものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明では、荷電粒子ビームを発生する発生源と、前記発生源からの荷電粒子ビームを縮小結像させる２段以上のレンズと、前記発生源と１段目のレンズ及び各レンズ間にそれぞれ配置されて荷電粒子ビーム軌道を偏向できるアライメントコイルとを備え、アライメントコイルの励起により荷電粒子ビーム軸を調整するようになっている荷電粒子ビーム応用機器を対象にし、アライメントコイルの励起強度を、各アライメントコイル間の偏向比を任意に設定できる複数の偏向モードの重ね合わせによって決めるものであり、荷電粒子ビーム偏向を決める各アライメントコイル間の励起比の決定をすべて制御コンピュータのソフト上で行えるようにする。
【００１５】
そのために、本発明の荷電粒子ビーム軸調整方法は、ソフト上で複数個の偏向モード強度にあらかじめ決められた係数行列を掛け算して各アライメントコイルの励起強度を求め、それに応じて各アライメントコイルを励起することを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の電子ビーム応用機器は、アライメントコイルを励起して荷電粒子ビーム軸を調整する制御部１０が複数個の偏向モード強度にあらかじめ決められた係数行列を掛け算して各アライメントコイルの励起強度を求めるプログラムを備えている。
【００１７】
【発明の実施の形態】
例えば、図１において、偏向器であるアライメントレンズＡＬ１〜ＡＬ４への電流をＩｍ（＝Ｉｍｘ＋ｉＩｍｙ）とし、このときの各偏向モードｋの偏向強度をＰｋ（＝Ｐｋｘ＋ｉＰｋｙ）とする。ここで、電流と強度はｘ，ｙの両方向分について複素数で示した。仮に図１のような電子光学系でモード１が「上流シフト」、モード２が「チルト」、モード３が「複合ピボット」、モード４が「下流ピボット」であったとしよう。
【００１８】
各モードの偏向強度に対応して、ＩｍをＰｋから以下のように行列計算で求めることができる。
2004006163.tif 000003
【００１９】
ここで、α、β、β’等のパラメータにはアライメントコイル配置などを考慮して適当な値を入れる。また、磁気レンズによる回転を考慮したとき、γは複素数となる。この係数行列は、アライメントコイル配置や実現したい偏向モードから計算によって求める。
このようにそれぞれのビーム偏向モードに必要な偏向強度比を（複素）行列要素としてソフト上に持っておき、偏向電流は各モードの励起強度にこの行列をかけることによって計算する。偏向電流値をＤ／Ａ（デジタル／アナログ）コンバータに入力して対応するコイル電流を流す。この偏向方式をマトリックス・デフと呼ぶことにする。
【００２０】
「マトリックス・デフ」方式では、ソフト上で行列の行数、列数の増減が柔軟に行える。つまり動作させるアライメントコイルの数や偏向モードの数の変更が簡単にできる。また行列要素値を変えるだけでビーム偏向方式を変えられる。多段レンズ系などで多数のアライメントコイルを調整する必要があるときはその調整方法に柔軟性があることが望ましいが、「マトリックス・デフ」方式はこの要求に応えることができる。
【００２１】
【発明の効果】
電流電源回路を偏向モードに合わせてつくるアナログ方式だとコイル電流比を各コイル電源に用いる抵抗比などで決めている。このため正確なビーム偏向比実現のためにはトリマによる抵抗値の調整などが必要であったが、本発明の「マトリックス・デフ」方式では各電源間のばらつきはマトリックス要素を調整することで簡単に補償できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用される機器の一例として２段レンズを含む電子光学系の概念図を示す概略断面図である。
【図２】アライメントコイルの基本機能を示す概略図で、（Ａ）はシフトモード、（Ｂ）はピボットモードである。各図の上側は実際の電子ビーム軌道を表わしており、下側はアライメントコイルの下流側から見たときの見かけの電子ビーム軌道の変化の様子を表わしている。
【図３】シフトモードとピボットモードを組み合わせてビームをレンズ・アパーチャヘ通し、その後そのビーム方向を調整する手順を示すレンズ位置での概略斜視図である。
【図４】（Ａ）は「チルト」モードを示す概略図であり、（Ｂ）の実線は「チルト」モードにおける実際の電子ビーム軌道を表わしており、（Ｃ）はアライメントコイルの下流側から見たときの見かけの電子ビーム軌道の変化の様子を表わしている。
【図５】複合ピボットモードを示す概略正面図である。
【符号の説明】
１０　　　制御部
Ｇｕｎ　　　電子銃
ＡＬ１〜ＡＬ４　　　アライメントコイル
Ｌｅｎｓ　　　電子レンズ
Ａｐｅｒｔｕｒｅ　　　絞り
【図１】
2004006163.tif 000005
【図２】
2004006163.tif 000006
【図３】
2004006163.tif 000007
【図４】
2004006163.tif 000008
【図５】
2004006163.tif 000009