(57)【要約】【課題】電子ビームの軸の補正を適切に行う。【解決手段】観察装置の鏡筒３１内には、電子銃２、アライメントコイル４、コンデンサレンズ５、走査コイル６、及び対物レンズ７が配置されている。当該鏡筒３１には、２つの排気口３３，３４が設けられており、これら排気口３３，３４にはそれぞれ排気管３５，３６を介してイオンポンプ３７，３８が接続されている。当該イオンポンプ３７，３８は強力な磁力を有するマグネットを備えており、当該マグネットからの磁場が排気口３５，３６を介して鏡筒３１内に漏洩し、排気口３５、３６に近傍部が不要に磁化され、電子ビームＥ１の軸の位置に影響を及ぼすことがある。この影響を除去するために、アライメントコイル４及びコンデンサレンズ５の外側に配置された軸補正コイル２０を励磁し、これにより電子ビームＥ１の軸を補正した状態で電子ビームＥ１の照射を行う。【選択図】　　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子ビーム放出源から放出された荷電粒子ビームを、アライメントコイル及びコンデンサレンズを介して被照射体に照射する荷電粒子ビームの照射方法において、前記アライメントコイル及び前記コンデンサレンズの外側に配置された軸補正コイルによって前記荷電粒子ビームの軸の補正をすることを特徴とする荷電粒子ビームの照射方法。
【請求項２】
前記軸補正コイルは、同心状に配置された寸法の異なる複数のコイルユニットから構成されていることを特徴とする請求項１記載の荷電粒子ビームの照射方法。
【請求項３】
前記荷電粒子ビームは電子ビームであることを特徴とする請求項１若しくは２記載の荷電粒子ビームの照射方法。
【請求項４】
荷電粒子ビーム放出源から放出された荷電粒子ビームを、アライメントコイル及びコンデンサレンズを介して被観察体に照射して当該被観察体を観察する荷電粒子ビームを用いた観察方法において、前記アライメントコイル及び前記コンデンサレンズの外側に配置された軸補正コイルによって前記荷電粒子ビームの軸の補正をすることを特徴とする荷電粒子ビームを用いた観察方法。
【請求項５】
前記軸補正コイルは、同心状に配置された寸法の異なる複数のコイルユニットから構成されていることを特徴とする請求項４記載の荷電粒子ビームを用いた観察方法。
【請求項６】
前記荷電粒子ビームは電子ビームであることを特徴とする請求項４若しくは５記載の荷電粒子ビームを用いた観察方法。
【請求項７】
荷電粒子ビーム放出手段と、当該荷電粒子ビーム放出手段から放出された荷電粒子ビームの軸を調整するためのアライメントコイルと、当該アライメントコイルを通過した前記荷電粒子ビームを集束させて被観察体に照射するためのコンデンサレンズとを備える荷電粒子ビームを用いた観察装置において、前記アライメントコイル及び前記コンデンサレンズの外側に軸補正コイルが設けられ、当該軸補正コイルによって前記荷電粒子ビームの軸が補正されることを特徴とする荷電粒子ビームを用いた観察装置。
【請求項８】
前記荷電粒子ビーム放出手段、前記アライメントコイル、及び前記コンデンサレンズは、内部が真空雰囲気とされる鏡筒内に配置されており、前記軸補正コイルは当該鏡筒の外側に配置されていることを特徴とする請求項７記載の荷電粒子ビームを用いた観察装置。
【請求項９】
前記鏡筒には内部を真空排気するための排気口が設けられており、前記軸補正コイルの一部が当該排気口に隣接するように伸長されていることを特徴とする請求項８記載の荷電粒子ビームを用いた観察装置。
【請求項１０】
前記軸補正コイルは、同心状に配置された寸法の異なる複数のコイルユニットから構成されていることを特徴とする請求項７乃至９何れかに記載の荷電粒子ビームを用いた観察装置。
【請求項１１】
前記荷電粒子ビームは電子ビームであることを特徴とする請求項７乃至１０何れかに記載の観察装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する分野】
本発明は、荷電粒子ビームの照射方法及び荷電粒子ビームを用いた観察方法並びに荷電粒子ビームを用いた観察装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
走査型電子顕微鏡等の観察装置においては、電子ビーム等の荷電粒子ビームを被観察体である試料に照射し、この荷電粒子ビームの照射に応じた試料からの情報を検出して当該試料の観察が行われる。
【０００３】
走査型電子顕微鏡の場合、電子銃から電子ビームが放出され、この放出された電子ビームは、アライメントコイル、コンデンサレンズ、走査コイル、及び対物レンズ等を通過して試料に照射される。ここで、アライメントコイルは電子ビームの軸を調整するためのものであり、コンデンサレンズ及び対物レンズは電子ビームを試料上に適宜集束させるためのものであり、走査コイルは電子ビームを偏向させて試料上で走査するためのものである。また、これら各コイル及び各レンズは、上部に電子銃が配置された磁性体からなる筒状の鏡筒の内部に設けられている。そして、この電子銃からの電子ビームの照射に応じて、試料からは二次電子もしくは反射電子等の被検出電子が発生し、当該被検出電子は検出器によって検出される。なお、コンデンサレンズ及び対物レンズによってレンズ系が構成されている。
【０００４】
このような走査型電子顕微鏡においては、電子銃から放出された電子ビームがレンズ系の中心軸を通るようにアライメントコイルを適宜調整することが重要であり、適切な観察を行うためには、電子ビームの軸とレンズ系の中心軸とを合わせる必要がある。
【０００５】
このように、アライメントコイルを調整して、電子ビームの軸とレンズ系の中心軸とを適宜合わせる技術としては、自動でアライメントコイルの最適条件を設定するものがある（例えば、特許文献１参照。）。
【０００６】
また、走査型電子顕微鏡等の電子顕微鏡において、装置外部からの磁場変動によって電子ビームの軸が変動することも考えられる。このような場合における電子ビームの軸変動の対策として、電子顕微鏡が設置されている部屋の各壁部に補正コイルを設け、当該補正コイルに外部磁場変動を打ち消すように電流を流すものもある（例えば、特許文献２参照。）。
【０００７】
【特許文献１】
特開平１０−３０２６８９号公報
【特許文献２】
特開平１１−２５０８４４（０００２段落、図４）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の走査型電子顕微鏡において、内部にレンズ系及び各コイルが配置された磁性体からなる鏡筒の特定箇所が、比較的強力な磁力を有する装置構成部品からの磁場によって不要に磁化される場合がある。
【０００９】
例えば、鏡筒の上部に配置される電子銃として電界放出型電子銃（ＦＥ型電子銃）が使用された走査型電子顕微鏡の場合、当該電子銃の内部及び当該鏡筒におけるアライメントコイル及びコンデンサコイルの配置位置に対応する内部空間を高真空（１０−８Ｐａオーダー）の真空雰囲気にする必要がある。
【００１０】
この場合、鏡筒の対応する位置に排気口を形成し、この排気口の直近に排気管を介して高真空ポンプを設け、この高真空ポンプによって鏡筒の当該内部空間を排気する。この高真空ポンプとしては、強力な磁力を有するマグネットを備えたイオンポンプが使用され、鏡筒内部を効率よく排気するために、鏡筒に形成された排気口の直近にイオンポンプが設けられる。
【００１１】
このような走査型電子顕微鏡においては、イオンポンプに備えられたマグネットから上記排気管及び排気口を介して数１０Ｇ（数１０−３Ｔ）程度の磁力が漏れ出てくることがあり、この漏れ出てきた磁力に起因する漏洩磁場によって、鏡筒内部における排気口の近傍部が不要に磁化されることがある。
【００１２】
この場合、電子銃から放出された電子ビームの軸は、当初においてアライメントコイルによってレンズ系の中心軸に合わされていたとしても、経時的に当該レンズ系の中心軸から外れることとなる。この現象は、電子ビームの加速電圧が低い場合に特に現れ、レンズ系の中心軸から外れる量が大きい。
【００１３】
そして、鏡筒内部においてこの漏洩磁場によって磁化される箇所は、比較的広範囲にわたることがあり、この場合におけるアライメントコイルのみによる電子ビームの軸調整操作では、当該電子ビームの軸をレンズ系の中心軸に整合させるのに熟練が必要であり、また比較的長い時間を要していた。
【００１４】
なお、上述した特許文献２による方法では、あくまでも装置外部からの磁場変動を補正するものであり、装置を構成する装置構成部品に起因する磁場を補正することは困難である。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明に基く荷電粒子ビームの照射方法は、荷電粒子ビーム放出源から放出された荷電粒子ビームを、アライメントコイル及びコンデンサレンズを介して被照射体に照射する荷電粒子ビームの照射方法であって、前記アライメントコイル及び前記コンデンサレンズの外側に配置された軸補正コイルによって前記荷電粒子ビームの軸の補正をすることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明に基く荷電粒子ビームを用いた観察方法は、荷電粒子ビーム放出源から放出された荷電粒子ビームを、アライメントコイル及びコンデンサレンズを介して被観察体に照射して当該被観察体を観察する荷電粒子ビームを用いた観察方法であって、前記アライメントコイル及び前記コンデンサレンズの外側に配置された軸補正コイルによって前記荷電粒子ビームの軸の補正をすることを特徴とする。
【００１７】
さらに、本発明に基く荷電粒子ビームを用いた観察装置は、荷電粒子ビーム放出手段と、当該荷電粒子ビーム放出手段から放出された荷電粒子ビームの軸を調整するためのアライメントコイルと、当該アライメントコイルを通過した前記荷電粒子ビームを集束させて被観察体に照射するためのコンデンサレンズとを備える荷電粒子ビームを用いた観察装置であって、前記アライメントコイル及び前記コンデンサレンズの外側に軸補正コイルが設けられ、当該軸補正コイルによって前記荷電粒子ビームの軸が補正されることを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００１９】
図１は本発明における観察装置を示す概略構成図である。同図において、観察装置１は走査型電子顕微鏡とされている。
【００２０】
この観察装置１の上部には荷電粒子ビーム放出源である電子銃（荷電粒子ビーム供給手段）２が配置されており、電子銃２から被観察体である試料３に向けて電子ビーム（荷電粒子ビーム）Ｅ１が照射される。ここで、電子銃２は電界放出型（ＦＥ型）の電子銃が用いられている。電子銃２から放出されて加速された電子ビームＥ１は、アライメントコイル４を通過することによってその軸の位置が調整され、その後コンデンサレンズ５を通過することによって集束される。ここで、電子銃２、アライメントコイル４、及びコンデンサレンズ５は、おのおの対応する各駆動制御回路２ａ、４ａ、及び５ａによって駆動制御され、これら駆動制御回路２ａ、４ａ、及び５ａはバスライン１１に接続されている。
【００２１】
その後、電子ビームＥ１は、２段構成の走査コイル６を通過することによって偏向されて、試料３上を適宜走査され、またこの走査時に対物レンズ７を通過することによってその焦点位置が試料３上に設定される。ここで、上述と同様に、走査コイル６及び対物レンズ７は、各駆動制御回路６ａ及び７ａによって駆動制御され、これら駆動制御回路６ａ及び７ａはバスライン１１に接続されている。
【００２２】
なお、この観察装置においても、コンデンサレンズ５及び対物レンズ７によりレンズ系が構成されている。
【００２３】
電子ビームＥ１が照射された試料３からは、二次電子等の被検出電子Ｅ２が発生し、当該被検出電子Ｅ２は検出器８によって検出される。検出器８からの検出信号は増幅器９によって増幅され、Ａ／Ｄ変換器１０を介してバスライン１１に送られる。
【００２４】
バスライン１１に送られた検出信号は、画像処理部１２によって画像処理されて画像データに変換され、当該画像データはＣＲＴもしくはＬＣＤ等からなる表示部１３に送られて表示される。
【００２５】
なお、バスライン１１にはキーボード及びマウス等からなる操作部１４が接続されており、この観察装置１を操作するオペレータは、当該操作部１４を操作することによって、レンズ系及び各コイルの励磁設定条件等の設定入力やマニュアル操作を行うことができる。
【００２６】
さらに、システム制御部１５がバスライン１１に接続されており、この観察装置１全体における制御及び必要な演算等がこのシステム制御部１５にて行われる。
【００２７】
そして、電子銃２の一部、アライメントコイル４、及びコンデンサレンズ５の各外側領域には、これら領域をカバーして伸長するように軸補正コイル２０が配置されている。この軸補正コイル２０は、電子銃２から放出され、アライメントコイル４及びコンデンサコイル５を通過する電子ビームＥ１の軸の位置を補正するためのものであり、具体的には、当該電子ビームＥ１の軸をコンデンサコイル５の中心軸に合わせ、これにより電子ビームＥ１の軸が後段の対物レンズ７の中心軸にも合うようにする。この結果、電子ビームＥ１の軸が、コンデンサレンズ５及び対物レンズ７からなるレンズ系の中心軸に合うこととなる。なお、軸補正コイル２０は駆動制御回路２０ａによって駆動制御され、この駆動制御回路２０ａはバスライン１１に接続されている。
【００２８】
次に、図２を参照して軸補正コイル２０の配置位置について詳細に説明する。
【００２９】
図２は、本発明における観察装置の要部を示す断面図である。
【００３０】
同図において、３１は鏡筒であり、当該鏡筒３１内の上部には電子銃２が配置されている。さらに鏡筒３１の内部には、電子銃２から下方に向かって、アライメントコイル４、コンデンサレンズ５、走査コイル６、及び対物レンズ７が順次配置されている。
【００３１】
電子銃２は上述したように電界放出型の電子銃であって、その内部に陰極２ｂ、引出電極２ｃ、陽極２ｄを備えている。陰極２ｂと引出電極２ｃとの間には引出電圧が印加され、陰極２ｂには加速電圧が印加されている。陰極２ｂから放出され、陰極２ｂと引出電極２ｃとの間の引出電圧によって一旦加速された電子ビームＥ１は、引出電極２ｃと陽極２ｄとの間に印加された電圧でさらに加速される。
【００３２】
電子銃２から加速されて放出された電子ビームＥ１は、鏡筒３１の内部において、アライメントコイル４、コンデンサレンズ５、走査コイル６、及び対物レンズ７の順で通過して鏡筒３１の下方に位置する試料３に照射される。電子ビームＥ１の照射に応じて発生した被検出電子Ｅ２は、検出器８によって検出される。
【００３３】
軸補正コイル２０は、電子銃２の一部、アライメントコイル４、及びコンデンサレンズ５の各外側領域をカバーして伸長するように、鏡筒３１の外側に配置される。ここで、上述の電子銃２の一部とは、具体的には、電子銃２を構成する引出電極２ｃ及び陽極２ｄを意味する。
【００３４】
そして、鏡筒３１は、シールドケース３３によって覆われており、軸補正コイル２０は、鏡筒３１とシールドケース３３との間に配置されることとなる。なお、鏡筒３１内部において、コンデンサレンズ５と走査コイル６との間には絞り３２が設けられている。
【００３５】
ここで、鏡筒３１には、内部を高真空に真空引きするための２つの排気口３３，３４が設けられており、これら排気口３３，３４には、それぞれ排気管３５，３６を介して高真空ポンプ３７，３８が接続されている。この高真空ポンプ３７，３８には、比較的強力な磁力を備えたイオンポンプが使用されている。この２つの排気口３３，３４のうち、上側の排気口３３は電子銃２の内部を排気するためのものであり、下側の排気口３４は、鏡筒３１の内部における絞り３２より上方に位置するアライメントコイル４及びコンデンサレンズ５が配置されている内部空間を排気するためのものであり、おのおの対応する位置に設けられている。
【００３６】
そして、上述の軸補正コイル２０は、これら排気口３３，３４を回避して設けられている。以下に、この点について、図３を参照して説明する。
【００３７】
図３は、本発明の観察装置における鏡筒３１を示す斜視図である。同図において、鏡筒３１の側面には２つの排気口３３，３４が設けられているとともに、４つの軸補正コイル２０（２０ａ〜２０ｄ）が設けられている。これら軸補正コイル２０ａ〜２０ｄは排気口３３，３４を回避して設けられており、そのうち２つの軸補正コイル２０ａ，２０ｂが排気口３３，３４に隣接して伸長するように軸補正コイル２０が設けられている。
【００３８】
このように４つの軸補正コイル２０ａ〜２０ｄを設けることにより、排気口３３，３４からの磁力に起因する励磁磁場が鏡筒３１の片側（排気口が設けられている側）に偏っている場合において、励磁バランスの制御を行って適切に電子ビームＥ１の軸補正を行うことができる。なお、図３において、鏡筒３１はシールドケース３３によって覆われている。
【００３９】
ここで、軸補正コイル２０のコイル形態としては、通常、図４に示すように、略同一寸法の形状（ここでは方形状）にて巻回するものが用いられる。また、別の形態の例としては、図５に示すように、同心状に配置された寸法の異なる複数のコイルユニット２０１（２０１ａ〜２０１ｃ）を直列に接続してなるものを用いてもよい。この場合には、軸補正コイル２０の面内における磁場の均一性を高めることができ、より効率的に電子ビームＥ１の軸の補正を行うことができる。
【００４０】
次に、本発明における荷電粒子ビームの照射方法及び荷電粒子ビームを用いた観察方法について説明する。ここで、第１段階として、以下に述べる軸補正コイル２０の初期設定工程が行われる。
【００４１】
まず、鏡筒３１内を高真空ポンプ３７，３８等によって所定の真空度まで真空引きする。このときの鏡筒３１内の真空度は１０−８Ｐａオーダーとされる。そして、アライメントコイル４及びコンデンサレンズ５の励磁設定をＯＦＦとし、また、走査コイル６及び対物レンズ７を所定の条件で励磁する。この状態で１５〜３０ｋＶ前後の高加速電圧にて電子銃２から電子ビームＥ１を試料３に照射する。このとき、走査コイル６は対物レンズ７の開口部７ａが中心となる所定領域を走査するように設定され、また試料３は初期設定用のダミーの試料が用いられる。そして、この状態で試料３から発生した被検出電子Ｅ２を検出器８によって検出する。
【００４２】
従って、試料３には、走査時に対物レンズ７の開口部７ａを通過した電子ビームＥ１のみが照射されることとなる。よって、試料３から発生した被検出電子Ｅ２の検出結果としては、図６に示すように、走査領域３０１のほぼ中心に、対物レンズ７の開口部７ａに対応した像３０２が検出される。
【００４３】
そして、この状態で、電子銃２の陰極２ｂの位置を手動にて動かし、被検出電子Ｅ２の検出量が最大となるように、陰極２ｂの位置合わせを行う。このとき、走査領域３０１において検出される像３０２の位置はほとんど動かない。
【００４４】
これにより、高加速電圧における電子ビームＥ１の軸の位置が検出される。なお、高加速電圧における電子ビームＥ１の軸は、予め調整されてレンズ系の中心位置に合わされているものとする。
【００４５】
次に、電子ビームＥ１の加速電圧を０．５〜１．０ｋＶの低加速電圧とし、この状態で上述と同様に対物レンズ７の開口部７ａに対応した像を検出する。このときの検出結果が、図６における同一の走査領域３０１に対する像３０３であったとする。この場合、高加速電圧時での像３０２と低加速電圧時での像３０３との中心位置の差（ΔＸ，ΔＹ）が、低加速電圧時における電子ビームＥ１の軸のずれ量となる。
【００４６】
そこで、軸補正コイル２０を励磁し、低加速電圧における像３０３の位置が高加速電圧時における像３０２の位置とほぼ同一となるように、低加速電圧時での電子ビームＥ１の軸の位置を補正する。補正完了後、そのときの低加速電圧時での電子ビームＥ１の軸が補正される軸補正コイル２０の励磁条件を、システム制御部１５の記憶エリアに記憶しておく。
【００４７】
以上により、軸補正コイル２０の初期設定工程が完了する。
【００４８】
次に、観察時における試料３への電子ビームＥ１の照射工程について述べる。
【００４９】
試料３の観察時においては、電子ビームＥ１の加速電圧の大きさにかかわらず、軸補正コイル２０による励磁を行い、上述の初期設定工程で得られた励磁条件によって軸補正コイル２０を励磁しておく。
【００５０】
電子銃２から放出された電子ビームＥ１は、アライメントコイル４、コンデンサレンズ５、走査コイル６、及び対物レンズ７を介して試料３に照射される。ここでの試料３は、観察対象となる試料が用いられる。このとき補正コイル２０によって電子ビームＥ１の軸が補正され、特に低加速電圧時においては、高加速電圧のときの電子ビームＥ１の軸に合うように位置合わせされ、これによりレンズ系の中心軸に合うように補正される。
【００５１】
さらに、試料３の観察工程においては、上述のようにレンズ系の中心軸にその軸が合わされた電子ビームＥ１が試料３に照射され、当該試料３からは被検出電子Ｅ２が発生する。このとき、アライメントコイル４を適宜励磁することにより、電子ビームの軸調整をさらに精細に行うことが可能である。
【００５２】
被検出電子Ｅ２は、検出器８によって検出され、その検出データは増幅器９によって増幅された後、Ａ／Ｄ変換器１０によってデジタル化されてバスライン１１に送られる。バスライン１１に送られた当該検出データは画像処理部１２に送られて画像処理されて画像データとされる。その後、当該画像データは表示部１４に送られて適宜画像として表示される。
【００５３】
このように、本発明においては、試料３の観察時に、アライメントコイル４及びコンデンサレンズ５の外側に配置された軸補正コイル２０によって電子ビームＥ１の軸を予めレンズ系の中心軸に合うように補正して試料３に照射するので、良好な試料観察を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における観察装置を示す概略構成図である。
【図２】本発明における観察装置の要部を示す断面図である。
【図３】本発明の観察装置における鏡筒３１を示す斜視図である。
【図４】本発明の観察装置における軸補正コイルの形状の一例を示す図である。
【図５】本発明の観察装置における軸補正コイルの形状の他の例を示す図である。
【図６】走査領域における像の位置を示す図である。
【符号の説明】
１…観察装置，　２…電子銃，　３…試料，　４…アライメントコイル，　５…コンデンサレンズ，　６…走査コイル，　７…対物レンズ，
２０…軸補正コイル，　Ｅ１…電子ビーム
【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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