(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子線の収差を制御する２段以上の多極子を含む収差補正器と、
前記荷電粒子線を偏向して前記収差補正器への入射位置を調整する第１偏向器と、
前記多極子の各段で独立に４極子強度の微動を行う４極子ワブラ回路を含む電源と、
前記収差補正器、前記第１偏向器及び前記電源を制御する制御部と、
前記４極子強度の微動による像シフト量を算出する軸ズレ算出部と、
各段の前記４極子強度の微動による前記像シフト量に応じて前記多極子および前記第１偏向器へフィードバックする偏向量を算出する偏向量算出部とを有し、
前記制御部は、テーブルデータを参照し前記偏向量算出部により軸ズレ修正のために算出される複数の前記偏向量に基づいて、軸ズレの修正対象である多極子の上段の多極子または前記第１偏向器で偏向を行い前記軸ズレの修正対象である多極子の軸ズレを修正し、
同時に前記軸ズレ修正のための前記偏向量に応じて、前記軸ズレの修正対象である多極子で偏向を行い前記軸ズレの修正対象である多極子の下段に位置する多極子またはレンズへの入射位置を変えないように制御することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項２】
請求項１記載の荷電粒子線装置において、
前記制御部は、前記テーブルデータを参照し前記偏向量算出部により算出された前記軸ズレ修正のための前記偏向量に応じて、前記軸ズレの修正対象である多極子の下段の前記多極子で偏向を加え、さらに下段に位置する前記多極子または前記レンズへの入射位置を変えないように制御するものであることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項３】
請求項１記載の荷電粒子線装置において、
前記収差補正器の各段の軸ズレ測定において、一連のワブラで得られた各々の像シフトから、下段の軸ズレによる上段のワブラ画像シフト量への影響を計算して上段のシフト量に加算または減算量を算出する補正値算出部を有し、前記テーブルデータは、補正値算出のための係数を有することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項４】
請求項３の荷電粒子線装置において、
前記テーブルデータに含まれる前記補正値算出のための係数の表示と設定を行うための表示部を更に備えることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項５】
請求項１記載の荷電粒子線装置において、
前記偏向量に基づいて複数の前記多極子へフィードバックする第２偏向量を計算するためのテーブルデータを更に有し、
前記制御部は、前記第２偏向量を用いて、複数段で同時に偏向信号を入力し、複数段の前記多極子の前記軸ズレを同時に調整するものであることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項６】
請求項１の荷電粒子線装置において、
さらに前記多極子の各段間に前記荷電粒子線を偏向して多極子への入射位置を調整する第２偏向器を備え、
前記制御部は、前記偏向量算出部により前記軸ズレ修正のために算出される複数の前記偏向量に基づいて、前記軸ズレの修正対象である多極子の上段の前記第１偏向器で偏向を行い前記軸ズレの修正対象である多極子の軸ズレを修正し、同時に前記軸ズレ修正のための前記偏向量に応じて、前記軸ズレの修正対象である多極子と下段の多極子間に配置された前記第２偏向器により、前記軸ズレの修正対象である多極子の下段に位置する多極子または前記レンズへの入射位置と角度を変えないように制御するものであることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項７】
請求項１の荷電粒子線装置において、
前記多極子の各段で許容される前記像シフト量の閾値を示す閾値パラメータの表示と設定を行うための表示部を更に備えることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項８】
荷電粒子線の収差を制御する２段以上の多極子を含む収差補正器と、
前記荷電粒子線を偏向して前記収差補正器への入射位置を調整する偏向器と、
前記多極子の各段で独立に４極子強度の微動を行う４極子ワブラ回路を含む電源と、
前記収差補正器、前記偏向器、及び前記電源を制御する制御部と、
前記４極子強度の微動による画像シフト量を算出する軸ズレ算出部と、
各段の前記４極子強度の微動による位置ズレ量に応じて前記多極子および前記偏向器へフィードバックする偏向量を算出する偏向量算出部とを有し、
前記偏向量算出部は、軸調整対象段における軸ズレ調整を行うための偏向量と、前記軸調整対象段の上の段に該偏向量を加えた場合に前記軸調整対象段より下に位置する多極子で生じる像シフト量とを算出するものであることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項９】
請求項８記載の荷電粒子線装置において、
前記偏向量算出部は、前記軸調整対象段より下に位置する多極子で生じる像シフト量を打ち消すため前記軸調整対象段に加える偏向量を算出する従属偏向量算出部を備え、該従属偏向量算出部で算出される偏向量と、全軸ズレ調整のための偏向量とを同時に、出力することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項１０】
少なくとも第１段多極子及び第２段多極子を含む多段多極子型の収差補正器を備えた荷電粒子線装置の収差補正方法において、
基準画像となる第１画像を取得する第１ステップと、
４極子強度の微動により前記第１段多極子を励起し４極子場の強度を変更する第２ステップと、
前記第１段多極子が励起された状態で、第２画像を取得する第３ステップと、
前記第１段多極子の励起を前記第１ステップの状態に戻す第４ステップと、
前記第２ステップから前記第４ステップ迄のステップを前記第２段多極子に対して行う第５ステップと、
前記第１画像と少なくとも前記第１段多極子及び前記第２段多極子に対して得られた前記第２画像とを用いて各段の像シフト量を求める第６ステップと、
前記像シフト量が閾値を上回る場合、前記各段の像シフト量から軸調整を行うために印加すべき各段の偏向量を求める第７ステップと、
を有することを特徴とする収差補正方法。
【請求項１１】
請求項１０記載の収差補正方法において、
前記第１画像に代えて、前記第２ステップとは異なる条件での４極子ワブラにおいて取得した画像を標準画像として用いることを特徴とする収差補正方法。
【請求項１２】
請求項１０記載の収差補正方法において、
前記第７ステップは、特定の段の多極子の中心軸と光軸とが一致するような、かつ前記特定の段の下段以降の荷電粒子線の軌道が変わらないような励起量と、前記像シフト量との関係を求め、前記励起量を用いて前記偏向量を求めるステップであることを特徴とする収差補正方法。
【請求項１３】
請求項１２記載の収差補正方法において、
前記励起量は、軸調整２極子場及び付随した２極子場に対する励起量であることを特徴とする収差補正方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、収差補正器を搭載した荷電粒子線装置および収差補正方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
走査電子顕微鏡（以下ＳＥＭと称する）や走査透過電子顕微鏡（以下ＳＴＥＭと称する）などに代表される荷電粒子線装置では、分解能を向上するために収差補正器の導入が進められている。収差補正器は、多段に設置された多極子レンズにより構成され、電場ないし磁場を発生することにより多極子レンズとして、内部を通過する荷電粒子線に含まれる収差を除去する。収差補正器に関しては、例えば非特許文献１に開示されているように、多極子レンズを４段用いたものがある。荷電粒子線装置では一般的に、不要な収差などによる解像度の低下を防ぐため、荷電粒子線の光軸をレンズの軸に合わせる軸調整が行われている。例えば特許文献１には、加速電圧またはレンズ強度を微動（以下ワブラと称する）し、その際の画像の移動（シフト）をなくすように、レンズそのものを動かすことや、荷電粒子線を偏向することや、絞り位置をずらすことなどによりレンズに入射する荷電粒子線の位置を変えて軸調整を行う方法が開示されている。多極子場のレンズを用いた収差補正器においても同様に、レンズとして作用する４極子場にワブラを加えて、画像の移動をなくすよう荷電粒子線を偏向して軸調整を行うことが特許文献２に開示されている。
【０００３】
多段多極子型の収差補正器は、２段以上の多段にレンズを重ねる構成になっており、基本的に全ての段で軸調整が必要である。多段のレンズの通常の軸調整は、レンズを一旦全て停止し、一つのレンズだけをＯＮにして軸調し、その後次のレンズをＯＮにして軸調する作業を順番に行うことで全てのレンズの軸調を実行できる。これに対して収差補正器では、複数の多極子場レンズを一組にして動作させる必要があるため、軸調を行うレンズ以外の多極子場レンズも駆動したまま軸調しなければならず、そのせいで特定の段の軸調を行った後、それより前に軸調を行った段に戻り再度軸調を行うといった繰り返し動作が必要になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭５８−１０６７４６号公報
【特許文献２】特開２００６−１４０１１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１では、一つのレンズの軸調整を対象としており、多段のレンズの調整に関して調整方法は特に言及されていない。また特許文献１の機械的にレンズを動かす方法は、レンズ軸が動的に変化しない場合は一度合わせれば済むため有効であるが、複数の場を重畳する多極子レンズでは、多極子の強度により軸が動的に変化するため、操作者が変化の度に機械的に軸を調整すると操作者への負担が大きくなり、調整時間がかかるとの課題がある。
【０００６】
特許文献２では、多段多極子の基本的な軸調整法が開示されているが、繰り返しの調整を行うため、レンズの段数に応じて級数的に調整工数が増えてしまい、調整時間が大幅に増大することが危惧される。また、大きく軸調整が必要だった場合、調整を行った段より下段のレンズに対する軸ズレの影響が大きくなり画像ボケが発生することや、荷電粒子線が曲げられ過ぎて極子や外壁などに当たってしまい試料の像が得られなくなるなど、調整そのものができなくなってしまう恐れがある。
【０００７】
本発明の目的は、多段多極子型の収差補正器を備えた場合であっても、軸調整工数や調整時間を低減できる荷電粒子線装置およびその収差補正方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するための一実施形態として、荷電粒子線の収差を制御する２段以上の多極子を含む収差補正器と、
前記荷電粒子線を偏向して前記収差補正器への入射位置を調整する第１偏向器と、
前記多極子の各段で独立に４極子強度の微動を行う４極子ワブラ回路を含む電源と、
前記収差補正器、前記第１偏向器及び前記電源を制御する制御部と、
前記４極子強度の微動による像シフト量を算出する軸ズレ算出部と、
各段の４極子強度の微動による前記像シフト量に応じて多極子および第１偏向器へフィードバックする偏向量を算出する偏向量算出部とを有し、
前記偏向量算出部で前記像シフト量に応じて算出される前記偏向量は、前記収差補正器における複数段の偏向を連動して行うことにより求められることを特徴とする荷電粒子線装置とする。
【０００９】
また、荷電粒子線の収差を制御する２段以上の多極子を含む収差補正器と、
前記荷電粒子線を偏向して前記収差補正器への入射位置を調整する偏向器と、
前記多極子の各段で独立に４極子強度の微動を行う４極子ワブラ回路を含む電源と、
前記収差補正器、前記偏向器、及び前記電源を制御する制御部と、
前記４極子強度の微動による画像シフト量を算出する軸ズレ算出部と、
各段の４極子強度の微動による位置ズレ量に応じて多極子および偏向器へフィードバックする偏向量を算出する偏向量算出部とを有し、
前記偏向量算出部は、軸調整対象段における軸ズレ調整を行うための偏向量と、前記軸対象段の上の段に該偏向量を加えた場合に前記軸調整対象段より下に位置する多極子で生じる像シフト量とを算出するものであることを特徴とする荷電粒子線装置とする。
【００１０】
また、少なくとも第１段多極子及び第２段多極子を含む多段多極子型の収差補正器を備えた荷電粒子線装置の収差補正方法において、
基準画像となる第１画像を取得する第１ステップと、
４極子強度の微動により前記第１段多極子を励起し４極子場の強度を変更する第２ステップと、
前記第１段多極子が励起された状態で、第２画像を取得する第３ステップと、
前記第１段多極子の励起を戻す第４ステップと、
前記第２ステップから前記第４ステップ迄のステップを前記第２段多極子に対して行う第５ステップと、
前記第１画像と少なくとも前記第１段多極子及び前記第２段多極子に対して得られた前記第２画像とを用いて各段の像シフト量を求める第６ステップと、
前記像シフト量が閾値を上回る場合、前記各段の像シフト量から軸調整を行うために印加すべき各段の偏向量を求める第７ステップと、
を有することを特徴とする収差補正方法とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、多段多極子型の収差補正器を備えた場合であっても、軸調整工数や調整時間を低減できる荷電粒子線装置およびその収差補正方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１の実施例に係る電子線装置（荷電粒子線装置）の１例を示す概略構成図である。
【図２】図１に示す電子線装置における電子光学模式図であり、（ａ）はｙ方向（図１において紙面に直交する方向）から見た軌道（ｘ軌道）、（ｂ）はｘ方向（図１において紙面の左右方向）から見た軌道（ｙ軌道）を示す。
【図３】図１に示す電子線装置におけるｘ軌道の電子光学模式図であり、（ａ）は多極子１１３で軸ズレが生じている場合、（ｂ）は（ａ）に対して多極子１１３の強度を弱めた場合、（ｃ）は（ａ）に対して多極子１１３の強度を強めた場合を示す。
【図４Ａ】本発明の第１の実施例に係る収差補正方法における多段多極子場の軸調整フローチャートである。
【図４Ｂ】図１に示す電子線装置におけるコンピュータの概略構成図である。
【図４Ｃ】図１に示す電子線装置における表示部（ＧＵＩ）の表示例である。
【図５】本発明の第１の実施例に係る収差補正方法における軸調整を説明するための電子光学模式図であり、（ａ）は各段の多極子で軸ズレが有る状態、（ｂ）は各段の軸ズレを多極子１１１の１段だけ軸ズレが生じたものに分離した状態、（ｃ）各段の軸ズレを多極子１１２の１段だけ軸ズレが生じたものに分離した状態、（ｄ）各段の軸ズレを多極子１１３の１段だけ軸ズレが生じたものに分離した状態、（ｅ）各段の軸ズレを多極子１１４の１段だけ軸ズレが生じたものに分離した状態を示す。
【図６】図５（ａ）の状態から多極子１１２の軸調整を行った場合の電子光学模式図である。
【図７】本発明の第２の実施例に係る収差補正方法における軸調整を説明するための電子光学模式図であり、（ａ）は各段の多極子で軸ズレが有る状態、（ｂ）は多極子１１１以降の多極子で軸ズレが有る状態、（ｃ）は多極子１１２以降の多極子で軸ズレが有る状態、（ｄ）は多極子１１３以降の多極子で軸ズレが有る状態、（ｅ）は多極子１１４以降の多極子で軸ズレが有る状態を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の概略は次のとおりである。即ち、複数段の多極子から構成される多極子型収差補正器の各段の軸調整において、各段で単独のワブラを行い、一連のワブラで得られた各々の像シフトから各段軸ズレ調整量を求め、軸調整を行う段およびその上下段で、軸調整２極子場および付随した２極子場を励起する。このとき、各々の軸ズレを独立な軸ズレとして扱い、各々の軸ズレ調整として、軸調整段より下段の入射軸を変えない値を算出し、最終的な出力はそれぞれの結果を足し合わせて軸調整の２極子場（偏向場）を励起し、一度に多段の軸ズレを調整する。また、軸ズレを計算する際、下段のズレによる上段ズレの影響を計算し、下段による見掛け上の軸ズレを、上段ズレから消去して軸調整量を計算する。これにより、多段多極子レンズの軸調整において、複数段で一括に、かつ１段当たりの調整も少ない工数で行うことができるため、短時間で軸調整が可能になる。
【００１４】
以下実施例により詳細に説明する。実施例においては、多段多極子を用いた収差補正器を搭載するＳＥＭを使用した例を用いて説明するが、本発明はこれに限らず、多段多極子型の収差補正器を備えたＳＥＭ、ＳＴＥＭならびにＴＥＭをはじめとする電子線装置およびイオンビームを用いたイオンビーム装置を含む荷電粒子線装置全般に適用可能である。なお、簡略化のため説明に必要な部分のみ図示し、検出器やレンズ電源など詳細な構成は省略してある。また、本実施例のx方向、y方向は特定方向を示すために便宜上、呼称する。また、同一符号は同一構成要素を示しており、説明を省略する場合がある。
【実施例１】
【００１５】
本発明の第１の実施例に係る電子線装置および収差補正方法について図１〜図６を用いて説明する。
【００１６】
図１は本実施例に係る電子線装置の概略構成図である。電子銃１０１から放出された１次電子線（図示せず）は、コンデンサレンズ１０２で平行ビームに成形され、収差補正器１０３を通過し、コンデンサレンズ１０４で収束作用をうけて、対物レンズ１０６で試料１０７上に収束される。このとき収束されるスポットは、途中、走査コイル１０５で偏向作用を受けて、試料１０７上を走査される。また、真空容器１４０内は真空にされており、電子線は電子銃１０１から試料１０７到達まで真空状態が維持された中を進む。収差補正器１０３では、軸上の色収差ならびに球面収差を補正する。収差補正器１０３は電源１３１に接続され、電源１３１から出力される電圧および電流によって収差補正器１０３内で電場あるいは磁場の多極子場が励起される。電源１３１はさらにシステム全体の制御を行うコンピュータ３００と接続され、コンピュータ３００の命令を受けて、収差補正器１０３への出力値が変更されるようになっている。なお、符号１０８、１０９は偏向器である。
【００１７】
図４Ｂにコンピュータ３００の概略構成図を示す。コンピュータ３００は、電子銃やコンデンサレンズ、対物レンズ等の電源を制御する電源制御部３１０、多段多極子型の収差補正器における各段へのワブラによる像シフト量を算出する軸ズレ算出部３２０、ワブラによる像シフト量に応じた偏向量を算出する偏向量算出部３３０、一連のワブラで得られた各々の像シフトから，下段の軸ズレによる上段のワブラ画像シフト量への影響を計算して上段のシフト量に加算または減算する補正量を算出する補正値算出部３４０、全体を制御する制御部３５０、表示部（ＧＵＩ）、記憶部５００を有する。なお、符号５１０はメモリ、符号５２０はストレージ、符号５３０はテーブルデータ、符号５３１、５３２は個々のテーブルデータを示す。
【００１８】
図２は収差補正器を通過する電子線１５１の軌道を示す電子光学模式図である。収差補正器１０３を通過する電子線１５１は方向によって軌道が変わるため、図２（ａ）にｙ方向（図１において紙面に直交する方向）から見た軌道（ｘ軌道）を、図２（ｂ）にｘ方向（図１において紙面の左右方向）から見た軌道（ｙ軌道）を示す。収差補正器１０３は４段の多極子１１１〜多極子１１４で構成されており、電子線１５１の軌道は多極子１１１で励起する４極子場によってｘ軌道とｙ軌道に分離され、その後、多極子１１２の位置でｘ方向が、多極子１１３の位置でｙ方向が、それぞれ収束され、多極子１１４を通過後、再びｘ軌道とｙ軌道が対称な軌道（平行な軌道）になるよう多極子１１１〜多極子１１４それぞれに４極子場が励起される。収差補正器１０３における軸調整は、これらの軌道形成に用いる４段の４極子場のそれぞれの中心軸に対して、電子線１５１の光軸１５０を一致させることである。なお多極子１１１〜多極子１１４では２極子場、６極子場、８極子場などが４極子場に重畳される形で励起されるが、軸調整は４極子場の軸に対してのみ行う。これはレンズとして中心軸が存在するのは２回対称な場（多極子としては４ｎ極子，ｎは自然数）だけであり，かつ，次数が低いものほど軸近傍でのズレの影響が大きいためである。例えば４極子場は８極子場よりも１０の３乗程度、ズレの影響が大きい。従って、本発明を４極子場に適用する効果は高い。以降、本実施例では簡単のため、多極子１１１〜多極子１１４について、それぞれの図形の中心に４極子場の軸があるものとする。
【００１９】
軸ズレが生じた例として、図３に電子光学模式図を示す。ここでは多極子１１３のｘ軌道で軸ズレが生じており、それ以外の段の軸は光軸１５０と一致している。図３（ａ）の状態から多極子１１３の４極子場の強度を弱めると図３（ｂ）の状態になり、強めると図３（ｃ）の状態になる。このとき、光軸１５０は多極子１１３の励起量に応じて移動し、観察されるＳＥＭ像は、光軸１５０が試料１０７と交差する位置を中心とした画像が形成されるため、多極子１１３の４極子ワブラによってＳＥＭ像がシフトする。また図３（ａ）の状態で多極子１１３以外の段では、４極子ワブラを行ってもそれぞれの４極子軸と光軸が一致しているため、像シフトは生じない。このように軸調整は、各段で４極子ワブラを行い、ワブラによって生じる像シフトがなくなるようにすることで行われる。
【００２０】
本実施例に係る収差補正方法における４極子ワブラと像シフト測定および軸調整の流れを図４Ａで示すフローチャートを用いて説明し、個別処理の詳細を図５から図６を用いて説明する。図４Ａでは軌道形成されており、ＳＥＭ像が取得可能な状態まで調整されている。収差補正の状態は補正前、補正途中、完了いずれの状態でも良い。また、対物レンズ１０６やコンデンサレンズ１０２、１０４に対する軸調整は適宜行われている。なお、各種条件の設定や変更は、表示部４００のＧＵＩ上で行うことができる。
【００２１】
（ステップＳ１０１)：軸調整を開始する。初期状態としてコンピュータ３００のメモリ５１０のカウンタn＝１に設定される。必要に応じて撮影倍率やスキャンの向きなどを規定値へ変更する。
【００２２】
（ステップＳ１０２)：電源１３１の内部に配置された４極子ワブラ回路による４極子のワブラ前の基準画像としてＳＥＭ像Ａを取得し、コンピュータ３００内のストレージ５２０に保存する。ステップＳ１０２〜ステップＳ１０７を実行中はステージ移動やビームシフトなど場所変更を行わないように設定する。
【００２３】
（ステップＳ１０３)：コンピュータ３００の制御部３５０の命令により電源１３１内に配置された４極子ワブラ回路により４極子ワブラとして、電源１３１の出力を変更し、ｎ段目の４極子場の強度を変更する。ここでは、あらかじめ決めておいた４極子場の励起量としてΔＱｎを付加する。なお、ΔＱｎの値は段毎に異なる値を設定してもよく、光学縮小率や加速電圧、開き角に応じて値を変更してもよい。また、軸ズレ量が大きくステップＳ１０２で取得したＳＥＭ像Ａと比較して像シフト量が重ならなくなると予想される場合にはΔＱｎを小さくするなど、同じ条件でも状況に応じて使い分けする。
【００２４】
（ステップＳ１０４）：ΔＱｎ付加後のＳＥＭ像Ｂ（ｎ）を取得し、コンピュータ３００内のストレージ５２０に保存する。
【００２５】
（ステップＳ１０５）：コンピュータ３００の制御部３５０の命令により、ステップＳ１０３で加えたΔＱｎを減算し、ｎ段の４極子場の励起量をステップＳ１０２の状態に戻す。
【００２６】
（ステップＳ１０６）：コンピュータ３００にて、カウンタｎ＝４かを判定する。ｎ＝４の場合、４極子ワブラを全段実行済みとしてステップＳ１０８へ進み、ｎ≠４の場合はステップＳ１０７へ進む。
【００２７】
（ステップＳ１０７）：カウンタｎに１を加算し、再びステップＳ１０３に戻り、ステップＳ１０３〜Ｓ１０５の４極子ワブラとＳＥＭ像の撮影を、ループ前と異なる段で行う。
【００２８】
（ステップＳ１０８）：ステップＳ１０４で得られた１〜４段のＳＥＭ像Ｂ（ｉ）（ｉ＝１〜４）について、ＳＥＭ像Ａと比較して、４極子ワブラによるｉ段目の像シフト量（Ｗｉｘ、Ｗｉｙ）を算出する。像シフト量の算出は、コンピュータ３００の軸ズレ算出部３２０で二次元の正規化相互相関など画像処理による二画像のパターンマッチングから計算できる。また、得られた像シフト量（Ｗｉｘ、Ｗｉｙ）およびワブラとして設定したΔＱｉはコンピュータ３００のストレージ５２０に保存される。
【００２９】
（ステップＳ１０９）：ステップＳ１０７で得られたｉ（＝１〜４）段目の像シフト量（Ｗｉｘ、Ｗｉｙ）について、それぞれのシフト量があらかじめ定めた閾値以下かをコンピュータ３００にて判定する。４段全ての像シフト量が閾値以下であれば、軸ズレは小さいと判断され、ステップＳ１１２へ進み、閾値を上回ればステップＳ１１０に進む。なお、閾値は４極子ワブラで加える励起量に対する像シフト量として、要求される分解能を満たすのに必要な値、もしくは、調整に支障が出ない値を基準に各段それぞれ独立に決められる。ここで定める閾値はコンピュータ３００の表示部（ＧＵＩ）４００で可視化でき、必要な精度と調整速度のトレードオフの関係を考慮して変更できる。閾値を設定或いは変更する際のＧＵＩ画面の一例を図４Ｃに示す。
【００３０】
（ステップＳ１１０）：ステップＳ１０９で得られたｉ（＝１〜４）段目の像シフト量（Ｗｉｘ、Ｗｉｙ）から、軸調整を行うために印加する２極子場（偏向場）の励起量（ΔＩｉｘ、ΔＩｉｙ）をコンピュータ３００の偏向量算出部３３０にて算出する。２極子場の励起量（ΔＩｉｘ、ΔＩｉｙ）の詳細は後述する。なお２極子場は、電場によるものでも磁場によるものでも構わないが、本実施例では磁場で統一し、２極子場の励起量（ΔＩｉｘ、ΔＩｉｙ）＝２極子電流量とする。なお、電場で行う場合には、電圧として読み替え、後述する係数の単位も電流でなく電圧で読み替えればよい。
【００３１】
(ステップＳ１１１）：コンピュータ３００の制御部３５０の命令により電源１３１の出力を変更し、多極子１１１〜多極子１１４および偏向器１０８に２極子電流量（ΔＩｉｘ、ΔＩｉｙ）を加える。合わせて、カウンタｎ＝１に初期化する。本ステップでは、像の汚染対策のためのステージ移動など、観察場所の変更が可能である。また、（ΔＩｉｘ、ΔＩｉｙ）付加に伴いＳＥＭ像のフォーカスズレなどが発生した場合は、フォーカス調整を行ってもよい。
【００３２】
(ステップＳ１１２)：軸調整を終了する。本軸調整で測定した像シフト量や調整量をコンピュータ３００のストレージ５２０に保存し、ステップＳ１１０の調整に適切な２極子電流量を再計算して次回の軸調整に利用してもよい。
【００３３】
本測定例ではｎ＝１から１ずつ足して全ての段を順番に測定したが、順番はどれでも良く、必ずしも全ての段で測定することが必要でない。例えば、繰り返し軸調整を行っている場合、ある測定で１、２段の軸ズレが閾値よりも十分小さく４段目だけ軸調整が必要であったならば、次回は３、４段だけ測定しても実用的には問題ない。また、４極子ワブラに加える励起量をΔＱｎとして基準画像からの像シフト量を計算したが、±ΔＱｎワブラ加えたそれぞれの画像から像シフトを計算することも可能である。以上で４極子ワブラによる像シフト測定および軸調整の流れを説明した。
【００３４】
図４Ａで示したフローの中から、個別処理であるステップＳ１１０について詳細を説明する。まず、多段多極子の軸調整の基本的な考え方を、図５および図６を用いて説明する。図５(a)の中心軸１５２は、多極子１１１〜多極子１１４およびコンデンサレンズ１０４、対物レンズ１０６の中心軸を通り、４極子レンズの軸に一致している。図５(a)の電子ビームの光軸１５０は多極子１１１〜多極子１１４において中心軸１５２と一致しておらず、各段の多極子で軸ズレが発生している状態である。多段のレンズにおける軸ズレは、特殊なケースを除き、上段で軸ズレが発生すると、上段の軸ズレに伴い下段の軸ズレも発生するため、一見すると依存関係から複雑な調整が必要に見える。しかし、図５(a)のような多段の軸ズレも、一旦、図５（ｂ）〜（e）に示すようにそれぞれ１段だけ軸ズレが生じたものに分離して考え、最終的に足し合わせて多段の軸調整を行うことが可能である。この多段軸調整は、次の制御を例えばコンピュータ３００の制御部３５０で行うことにより実現することができる。
【００３５】
即ち当該制御において、ある特定の段の軸調整を行うために２極子場を印加した際、特定の段の下に配置する段の光軸１５０の入射位置を変えないよう、付随的な２極子場を印加する。具体例として、図６に図５(a)の状態から多極子１１２の軸調整を行った例を示す。ここでは図５(a)の状態から多極子１１１に２極子場を印加し、光軸１５０の多極子１１２上の軌道を軌道１５３から軌道１５４へ変更し、光軸１５０が多極子１１２の中心軸を通るように調整されている。同時に、軌道１５４は軌道１５３と同じ多極子１１３上の座標１５５を通るように多極子１１２に付随的な２極子場が印加され、さらに多極子１１３でも付随的な２極子場を印加して、多極子１１３以降の軌道が変わらないように制御される。付随する２極子場は、軸調整に使用する２極子場の強度に比例した値を用いる。この制御により、１段分の軸調整による下段への影響をなすことが可能になり、複数段の多極子の軸調整を、単段多極子の軸調整の和として処理することができる。なお、多極子の各段間に荷電粒子線を偏向して多極子への入射位置をより正確に調整するための第２偏向器（図示せず）を配置することもできる。
【００３６】
以上の制御についてステップＳ１１０での具体的な処理内容を説明する。簡単のため２極子場のｘ方向、ｙ方向および像シフト量のｘ方向、ｙ方向は一致しているものとする。方向が一致しない場合でも回転行列を用いて変換すれば、方向が一致した場合の計算結果を利用できる。ステップＳ１１０におけるｉ段目の像シフト量（Ｗｉｘ、Ｗｉｙ）と軸調整の２極子電流（ΔＩｉｘ、ΔＩｉｙ）の関係は式（１）および式（２）のように表すことができる。
【００３７】
【数１】
0006438780.tif 000002
【００３８】
（Ｗｉ：ｉ段単段４極子ワブラ像シフト量［ｍ］、δＩｉｘ：ｉ段単段軸調整用２極子電流［Ａ］、ｋｉｘ：ｉ段調整係数［ｍ／Ａ］、ただしｉ＝０は偏向器１０８の係数）
【００３９】
【数２】
0006438780.tif 000003
【００４０】
（ΔＩｉ：最終印加２極子電流［Ａ］、ａｉｘ〜ｄｉｘ：ｉ段従属（振り戻し）係数〜軌道で決まる装置係数）
式（１）は図５の独立制御に相当し、式（２）は図６などの付随する２極子場とそれらの足し合わせに相当する。式（１）の左辺はｉ段目の４極子ワブラによる像シフト量（Ｗｉｘ、Ｗｉｙ）を４段分まとめて行列表記している（１列目がｘ方向、２列目がｙ方向、行は多極子１１〜１４段）。これに対し式（１）の右辺は各々の像シフトを打ち消すために必要な２極子電流量とその係数を表す。具体的には（δＩｉｘ、δＩｉｙ）はｉ段目の２極子電流のｘ方向、ｙ方向を意味する。なおｉ＝０は偏向器１０８の２極子電流である。
ｋｉｘはｉ段目の電流にかかる係数で、あらかじめテーブルデータとして決められており、テーブルデータ５３０に格納されている。像シフトＷｉとδＩｉの関係は、ｉ段目の４極子ワブラによる像シフトに対し、ｉ−１段目（上段）の２極子場の強度を変更することで調整される。ただし、右辺でゼロの部分は図２（ａ）の多極子１１２、図２（ｂ）の多極子１１３のそれぞれｘ方向、ｙ方向で収束している部分に相当し、収束しているため４極子ワブラによる像シフトが生じないことによるものである。像シフトが生じないため、
調整も不要となる。また、行列の３段目ｘと、４段目ｙ方向では２項２変数が含まれるが、これは、右辺のゼロ項と同じ理由で、収束している方向の像シフトが起きないために、
収束している段の２極子およびその上段の２極子場のどちらでも（混合させても）見掛け上、同じように軸ズレが調整できることを意味する。ただし、実用上は２変数あると解が出ないため、どちらか一方のみ使用するといった拘束条件を課する。もしくは、補正に用いる多極子場を印加した際には、印加した段の２極子場を選択してもよい。これは多極子場の励起で意図しない２極子場が生じた場合は、その段で直すのが望ましいためである。
式（２）の左辺は、最終的に印加する２極子電流（ΔＩｉｘ、ΔＩｉｙ）を表しており、
右辺の個別の軸調整等に必要な２極子電流を足し合わせた値が算出される。また式（２）の右辺の係数は、例えば、１段目の軸調整のため偏向器１０８へ印加する２極子電流δＩ０に対し付随して印加する係数を表す。具体的には、１段目のｘ方向に印加する２極子場の係数としてａ０ｘを、２段目のｘ方向に印加する２極子場の係数としてｂ０ｘを、３段目のｘ方向に印加する２極子場の係数としてｃ０ｘを、４段目のｘ方向に印加する２極子場の係数としてｄ０ｘを表す。これらの係数もあらかじめテーブルデータとして決められており、テーブルデータ５３０に格納されている。ここでは係数は一般化したため、全ての段で記したが、実際には、印加する電流に対して軸調整対象段の下２段分のみを付随させれば良いため、ｃ０ｘおよびｄ０ｘはゼロでよい。また、図２（ａ）の多極子１１２、
図２（ｂ）の多極子１１３のｘ方向、ｙ方向で収束している部分を挟んだ場合、従属係数にも複数の組合せが可能となるが、ｂ１ｘ、ｃ２ｙをゼロとするなどとして解が一つに決まるように拘束条件を設定する。
【００４１】
ステップＳ１１０ではさらに、以下の式（３）で表す補正項を加える。
【００４２】
【数３】
0006438780.tif 000004
【００４３】
（Ｗｉ：ｉ段単段４極子ワブラ像シフト量［ｍ］、ｗｉ：ｉ段４極子ワブラ像シフト量測定値［ｍ］、ｐｉｙ〜ｒｉｘ：ｉ段影響係数〜軌道で決まる装置係数）
図５あるいは式（１）の４極子ワブラにおいて各段の像シフトを独立として扱ったが、実際には完全に独立ではなく、下段で軸ズレがあった場合、上段で軸ズレ量よりも大きく像シフトが測定されるため、ここではこの分を打ち消す処理を行っている。式（３）ではＷｉを４極子ワブラによる真の像シフトとし、ｉ段目で実測される像シフトをｗｉとして下段の像シフト量に係数ｐｉｙ〜ｒｉｘをかけて上段の像シフト量の補正項としている。係数ｐｉｙ〜ｒｉｘはあらかじめテーブルデータとして決められており、テーブルデータ５３０に記憶されている。補正項の像シフトは、下段から上段への影響はあるが上段から下段への影響はない片方向の関係になっており、式（３）の右辺の行列は順番に多極子１１１〜多極子１１４の４極子ワブラの像シフトの影響に当たる。なおＷｉとｗｉの差はそれほど大きくないため、必ずしも軸調整に本処理が必要ではないが、加えておくことで軸調整の繰り返し回数を削減できる。以上でステップＳ１１０の詳細説明を終える。本実施例で用いたｐｉｙ〜ｒｉｘなどの各種係数は、コンピュータ３００のＧＵＩ上で変更可能になっている。本実施例では、多段の軸調整を一回で行ったが、１段ずつ順番に行うこともできる。
【００４４】
図１に示す電子線装置及び図４Ａに示すフローを用いて収差補正を行った結果、軸調整工数を低減でき、調整時間を従来の数十分の一に低減することができた。
【００４５】
なお、色分散抑制やビーム傾斜の分解能向上を目的に、意図的に軸ズレを発生させる場合がある。この場合に、式（１）のＷｉを特定の値に設定することで任意の段で任意の量の軸ズレを発生させることができる。さらに、偏向器１０８で加える２極子場は、２段偏向の電子ビームの平行移動（シフト）を想定している。これに加えてビーム傾斜（チルト）を自由度として用いる場合は、多極子１１１に加える２極子場と互換であるため、多極子１１１の２極子場でなく、偏向器１０８によるビーム傾斜に置き換えて調整してもよい。
【００４６】
なお、制御部３５０で制御される内容を纏めると以下の通りである。即ち、制御部３５０は、テーブルデータ５３０を参照し偏向量算出部３３０により軸ズレ修正のために算出される複数の偏向量に基づいて、軸ズレの修正対象である多極子の上段の多極子または偏向器（第１偏向器）１０８で偏向を行い対象多極子の軸ズレを修正し、同時に軸ズレ修正のための偏向量に応じて、軸ズレの修正多極子で偏向を行い軸ズレの修正多極子の下段に位置する多極子またはレンズへの入射位置を変えないように制御する。また、前記テーブルデータ５３０を参照し偏向量算出部３３０により算出された軸ズレ修正のための偏向量に応じて、軸ズレの修正多極子の下段の多極子で偏向を加え、さらに下段に位置する多極子またはレンズへの入射位置を変えないように制御する。また、偏向量算出部３３０で算出された全偏向量を用いて、複数段で同時に偏向信号を入力し、複数段の多極子の軸ズレを同時に調整するように制御する。また、多極子の各段間に荷電粒子線を偏向して多極子への入射位置を調整する第２偏向器（図示せず）を備える場合、制御部は、偏向量算出部３３０により軸ズレ修正のために算出される複数の偏向量に基づいて、軸ズレの修正対象である多極子の上段の第１偏向器１０８で偏向を行い対象多極子の軸ズレを修正し、同時に軸ズレ修正のための偏向量に応じて、軸ズレの修正多極子と下段の多極子間に配置された第２偏向器により、軸ズレの修正多極子の下段に位置する多極子またはレンズへの入射位置と角度を変えないように制御する。
【００４７】
補正値算出部は、収差補正器の各段の軸ズレ測定において、一連のワブラで得られた各々の像シフトから、下段の軸ズレによる上段のワブラ画像シフト量への影響を計算して上段のシフト量に加算または減算量を算出する。また、テーブルデータ５３０は、補正値算出のための係数を含む。また、表示部（ＧＵＩ）は、テーブルデータ５３０に含まれる補正値算出のための係数の表示と設定、或いは多極子の各段で許容される像シフト量の閾値を示す閾値パラメータの表示と設定を行うことができる。
【００４８】
以上本実施例によれば、多段多極子型の収差補正器を備えた場合であっても、軸調整工数や調整時間を低減できる荷電粒子線装置およびその収差補正方法を提供することができる。
【実施例２】
【００４９】
本発明の第２の実施例について説明する。なお、実施例１に記載され本実施例に未記載の事項は特段の事情が無い限り本実施例にも適用することができる。
【００５０】
本実施例は、実施例１のステップＳ１１０の軸調整２極子場の強度の算出について、異なる処理を行った例を示す。この処理以外の調整については実施例１と同じである。実施例１では、各段で得られた像シフトを、１段だけ軸ズレが生じたものに分離したが、本実施例では図７に示すように、複数段に軸ズレが生じるものとして分離して処理する。
【００５１】
図７（ａ）は図５（ａ）と同じ軸ズレであるが、ここから図７（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）の光学系に分離する。図７（ｂ）は軸ズレがない状態から、偏向器１０８に２極子場を励起して、多極子１１１に軸ズレを起こし、それに伴い下段の多極子１１２〜多極子１１４で軸ズレも発生したものである。同様に、図７（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）はそれぞれ、軸ズレがない状態から、多極子１１２、多極子１１３、多極子１１４に対して軸ずらしを行い、それぞれの軸ずらし段以降の段で軸ズレが発生したものである。なお、コンデンサレンズ１０４に対して軸調整をおこなった場合、図７（ｅ）と図５（ｅ）とは最も下段のため、単体の軸調整としては同じ処理となる。ただし、図７（ｅ）では図７（ｂ）〜図７（ｃ）に伴う多極子１１４の軸ズレ調整を行う点、図５（ｅ）は上段調整に付随して発生させる２極子場の励起量を足し合わせる点で考え方および計算方法が異なる。実施例１の式（１）の（Ｗｉｘ、Ｗｉｙ）と軸調整の２極子電流（ΔＩｉｘ、ΔＩｉｙ）の関係は、本実施例では式（４）のように表すことができる。
【００５２】
【数４】
0006438780.tif 000005
【００５３】
（Ｗｉ：ｉ段単段４極子ワブラ像シフト量［ｍ］、ΔＩｉｘ：ｉ段軸調整用２極子電流［Ａ］、ｓｉｘ〜ｖｉｙ：ｉ段影響係数［ｍ／Ａ］、ただしｉ＝０は偏向器１０８の係数）
本式を連立方程式として解くと、多極子の軸調整に必要な各段の２極子電流が得られる。ただし、式（４）において、変数ΔＩｉの数４つに対して、式の数は３つのため、このままでは唯一解を得られない。これは実施例１と同様に、図２（ａ）の多極子１１２、図２（ｂ）の多極子１１３のｘ方向、ｙ方向で収束していることによる。したがって、唯一解を得るためには、ΔＩ２ｘ＝０、ΔＩ３ｙ＝０といった制約条件をあらかじめ設定しておく必要がある。なお、式（４）ではΔＩ４が得られないが、行列を拡張し、コンデンサレンズ１０４の軸も含めると値を算出できる。
【００５４】
以上でステップＳ１１０の軸調整の２極子場の強度算出について、実施例１と異なる処理の例を説明した。なお、実施例１との効果の差としては、下段は調整量に上段の４極子ワブラによる像シフトの測定誤差が積み重なるため、下段の軸が合っている場合でも、上段の軸ズレ量に引っ張られて下段の軸調整量の精度が悪くなり、軸調整の収束性が低下し調整時間が長くなる場合がある。ただし、その場合でもまとめて調整できるため、単独で調整するよりは短い時間で調整が可能である。
【００５５】
本実施例における偏向量算出部は、軸調整対象段より下に位置する多極子で生じる像シフト量を打ち消すため軸調整対象段に加える偏向量を算出する従属偏向量算出部を備え、該従属偏向量算出部で算出される偏向量と、全軸ズレ調整のための偏向量とを同時に、出力することができる。
【００５６】
図１に示す電子線装置及び図４Ａに示すフローを用いて収差補正を行った結果、軸調整工数を低減でき、調整時間を低減することができた。
【００５７】
以上本実施例によれば、多段多極子型の収差補正器を備えた場合であっても、軸調整工数や調整時間を低減できる荷電粒子線装置およびその収差補正方法を提供することができる。
【００５８】
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることも可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【符号の説明】
【００５９】
１０１…電子銃、１０２…コンデンサレンズ、１０３…収差補正器、１０４…コンデンサレンズ、１０５…走査コイル、１０６…対物レンズ、１０７…試料、１０８…偏向器、１０９…偏向器、１１１…１段目多極子、１１２…2段目多極子、１１３…3段目多極子、１１４…4段目多極子、１３１…電源、１４０…真空容器、１５０…光軸、１５１…電子線、１５２…中心軸、１５３…光軸の軌道、１５４…光軸の軌道、１５５…座標、３００…コンピュータ、３１０…電源制御部、３２０…軸ズレ算出部、３３０…偏向量算出部、３４０…補正値算出部、３５０…制御部、４００…表示部（ＧＵＩ）、５００…記憶部、５１０…メモリ、５２０…ストレージ、５３０…テーブルデータ、５３１…個々のテーブルデータ、５３２…個々のテーブルデータ。
【図１】
0006438780.tif 000006
【図２】
0006438780.tif 000007
【図３】
0006438780.tif 000008
【図４Ａ】
0006438780.tif 000009
【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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