特許 7150993 荷電粒子線装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-09-30

(45)【発行日】2022-10-11

(54)【発明の名称】荷電粒子線装置

(51)【国際特許分類】

   H01J 37/147 20060101AFI20221003BHJP

   H01J 37/153 20060101ALI20221003BHJP

【ＦＩ】

H01J37/147 B

H01J37/153 B

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2021530366

(86)(22)【出願日】2019-07-08

(86)【国際出願番号】 JP2019026926

(87)【国際公開番号】W WO2021005671

(87)【国際公開日】2021-01-14

【審査請求日】2021-12-14

(73)【特許権者】

【識別番号】501387839

【氏名又は名称】株式会社日立ハイテク

(74)【代理人】

【識別番号】110000350

【氏名又は名称】ポレール弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】圓山 百代

(72)【発明者】

【氏名】榊原 慎

(72)【発明者】

【氏名】川野 源

(72)【発明者】

【氏名】太田 洋也

【審査官】中尾 太郎

(56)【参考文献】

【文献】特開２００７－０３５３８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－０７８０５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－１９２４９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－２３２４２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１８－５３５５２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－０３６４０３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｊ ３７／１４７

Ｈ０１Ｊ ３７／１５３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数本の一次ビームを試料に照射する荷電粒子線源と、
前記一次ビームのそれぞれに応じて前記試料から放出される各二次ビームを検出する複数の検出器と、
前記一次ビームと異なる方向へ前記二次ビームを偏向させるビームセパレータと、を備える荷電粒子線装置であって、
前記ビームセパレータと前記検出器との間に設けられ、前記ビームセパレータにおいて生じる前記二次ビームの間の位置ずれを補正する偏向器をさらに備え、
前記偏向器は、前記ビームセパレータにおいて生じる前記二次ビームのビーム形状の歪みを前記位置ずれとともに補正し、
前記ビームセパレータは、前記一次ビームと直交する面内において互いに直交する第一の電場と第一の磁場とを形成し、前記一次ビームを直進させて前記二次ビームを偏向させ、
前記偏向器は、互いに直交する第二の電場と第二の磁場とを形成し、
前記第二の電場の大きさと前記第二の磁場の大きさは、前記一次ビームが照射される位置毎に異なる観察像に基づいて調整されることを特徴とする荷電粒子線装置。

【請求項2】

複数本の一次ビームを試料に照射する荷電粒子線源と、
前記一次ビームのそれぞれに応じて前記試料から放出される各二次ビームを検出する複数の検出器と、
前記一次ビームと異なる方向へ前記二次ビームを偏向させるビームセパレータと、を備える荷電粒子線装置であって、
前記ビームセパレータと前記検出器との間に設けられ、前記ビームセパレータにおいて生じる前記二次ビームの間の位置ずれを補正する偏向器をさらに備え、
前記偏向器は、前記ビームセパレータにおいて生じる前記二次ビームのビーム形状の歪みを前記位置ずれとともに補正し、
前記ビームセパレータは、前記一次ビームと直交する面内において互いに直交する第一の電場と第一の磁場とを形成し、前記一次ビームを直進させて前記二次ビームを偏向させ、
前記偏向器には、互いに直交する第二の電場と第二の磁場とを形成するための電圧と電流が供給され、前記電圧と前記電流の値は、前記二次ビームが前記偏向器によって偏向される角度と、前記ビームセパレータによって生じる前記二次ビームのエネルギー分散と、前記二次ビームのエネルギーとに基づいて設定されることを特徴とする荷電粒子線装置。

【請求項3】

複数本の一次ビームを試料に照射する荷電粒子線源と、
前記一次ビームのそれぞれに応じて前記試料から放出される各二次ビームを検出する複数の検出器と、
前記一次ビームと異なる方向へ前記二次ビームを偏向させるビームセパレータと、を備える荷電粒子線装置であって、
前記ビームセパレータと前記検出器との間に設けられ、前記ビームセパレータにおいて生じる前記二次ビームの間の位置ずれを補正する偏向器をさらに備え、
前記二次ビームが前記偏向器によって偏向される角度は、前記ビームセパレータに対する前記検出器の傾斜角に基づいて設定され、
前記ビームセパレータによって前記二次ビームが偏向される角度θ１が、前記ビームセパレータに対する前記検出器の傾斜角θと等しいときに、前記偏向器は前記二次ビームと直交する面内において互いに直交する電場と磁場とを形成し、前記二次ビームを直進させるとともに、前記二次ビームの色収差を補正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に記載の荷電粒子線装置であって、
前記偏向器は、前記二次ビームに沿って配置される複数の電極と複数の磁極とを有し、前記二次ビームに対して非対称な電磁場を形成することを特徴とする荷電粒子線装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、荷電粒子線装置に係り、特に複数本の荷電粒子線を用い、スループットを向上させる技術に関する。

【背景技術】

【0002】

荷電粒子線装置は、電子ビームやイオンビーム等の荷電粒子線を試料に照射することによって試料から放出される二次電子や反射電子等の二次荷電粒子を検出し、試料の微細な構造を観察するための画像を生成する装置であり、半導体の製造工程等に用いられる。半導体の製造工程ではスループットの向上が求められ、複数本の荷電粒子線を試料に照射し、試料から放出される二次荷電粒子を複数の検出器で検出するマルチビーム方式の荷電粒子線装置が用いられることがある。

【0003】

マルチビーム方式の荷電粒子線装置では、試料に照射される荷電粒子線である一次ビームと、試料から放出される二次荷電粒子である二次ビームとを分離するために、一次ビームと異なる方向へ二次ビームを偏向させるビームセパレータが備えられる。ただし、ビームセパレータでは二次ビームに偏向色収差が生じる。

【0004】

特許文献１には、マルチビーム方式の電子線装置において、ビームセパレータである電磁偏向器で生じる偏向色収差を補正するための静電偏向器を備えることが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】国際公開第２００６／１０１１１６号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら特許文献１では、ビームセパレータにおいて生じる二次ビームの間の位置ずれに対する配慮がなされていない。二次ビームは、ビームセパレータによって形成される電場または磁場から作用を受ける区間の長さがビームセパレータに入射する位置に応じて異なり、電場または磁場の中の作用区間が長いほど偏向させられる量が大きくなる。すなわち、ビームセパレータに入射する位置の違いによって二次ビームの間に位置ずれが生じ、位置ずれが大き過ぎると二次ビームの検出に支障をきたす。

【0007】

そこで本発明は、ビームセパレータにおいて生じる二次ビームの間の位置ずれを低減可能な荷電粒子線装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記目的を達成するために本発明は、複数本の一次ビームを試料に照射する荷電粒子線源と、前記一次ビームのそれぞれに応じて前記試料から放出される各二次ビームを検出する複数の検出器と、前記一次ビームと異なる方向へ前記二次ビームを偏向させるビームセパレータと、を備える荷電粒子線装置であって、前記ビームセパレータと前記検出器との間に設けられ、前記ビームセパレータにおいて生じる前記二次ビームの間の位置ずれを補正する偏向器をさらに備えることを特徴とする。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、ビームセパレータにおいて生じる二次ビームの間の位置ずれを低減可能な荷電粒子線装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】実施例１の荷電粒子線装置の一例を示す概略図である。

【図2】ＥｘＢを用いたビームセパレータ１０５について説明する図である。

【図3】ビームセパレータ１０５が形成する電場Ｅまたは磁場Ｂの中の二次ビーム１０７を説明する図である。

【図4】平面３０２における二次ビーム１０７の間の位置ずれの一例を示す図である。

【図5】偏向器１１０による二次ビーム１０７の間の位置ずれの補正について説明する図である。

【図6】ビームセパレータ１０５と偏向器１１０での二次ビーム１０７の偏向角について説明する図である。

【図7】偏向器１１０による二次ビーム１０７のビーム形状の補正について説明する図である。

【図8】ＥｘＢを用いた偏向器１１０の電場と磁場の比率を調整する処理の流れの一例を示す図である。

【図9】ＥｘＢを用いた偏向器１１０の電場と磁場の比率の調整に用いられる調整用試料９０１の一例を示す図である。

【図10】ＥｘＢを用いた偏向器１１０の電場と磁場の比率の調整に用いられる調整用画面１００１の一例を示す図である。

【図11】実施例１の荷電粒子線装置の変形例を示す概略図である。

【図12】実施例２の荷電粒子線装置の一例を示す概略図である。

【図13】実施例３の荷電粒子線装置の一例を示す概略図である。

【図14】実施例３の偏向器１１０の一例を示す概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、添付図面に従って本発明に係る荷電粒子線装置の実施例について説明する。荷電粒子線装置は、電子線に代表される荷電粒子線を試料に照射することによって試料を観察する装置であり、走査電子顕微鏡や走査透過電子顕微鏡等の様々な装置がある。以下では、荷電粒子線装置の一例として、複数本の電子線を用いて試料を観察するマルチビーム方式の走査電子顕微鏡について説明する。

【実施例1】

【0012】

図１を用いて本実施例の走査電子顕微鏡の全体構成について説明する。走査電子顕微鏡は、電子源１０１、マルチビーム形成部１０３、ビームセパレータ１０５、検出器１０８、偏向器１１０、制御部１２０を備える。

【0013】

電子源１０１は電子を放出して加速することにより、電子ビーム１０２を生成する装置である。電子源１０１で生成された電子ビーム１０２は、マルチビーム形成部１０３によって複数本の一次ビーム１０４に分離される。図１には３本に分離された一次ビーム１０４ａ、１０４ｂ 、１０４ｃが例示される。一次ビーム１０４ａ、１０４ｂ 、１０４ｃはビームセパレータ１０５に入射し、試料１０６に向かって進行し、照射される。なお、試料１０６に照射される一次ビーム１０４ａ、１０４ｂ 、１０４ｃは、図示されない集束レンズや対物レンズ、走査用偏向器により、集束と偏向がなされる。

【0014】

一次ビーム１０４ａ、１０４ｂ 、１０４ｃが照射された試料１０６からは、二次電子や反射電子等が二次ビーム１０７ａ、１０７ｂ 、１０７ｃとして放出される。二次ビーム１０７ａ、１０７ｂ 、１０７ｃは一次ビーム１０４ａ、１０４ｂ 、１０４ｃのそれぞれに応じて放出され、ビームセパレータ１０５に入射して偏向される。

【0015】

図２を用いてビームセパレータ１０５の一例について説明する。図２は電子源１０１の側からビームセパレータ１０５を見た図であり、図２（ａ）には一次ビーム１０４に対する作用が、図２（ｂ）には二次ビーム１０７に対する作用が示される。ビームセパレータ１０５は、正電極１０５ａ、負電極１０５ｂ、正磁極１０５ｃ、負磁極１０５ｄを有し、正電極１０５ａから負電極１０５ｂへの電場Ｅと、正磁極１０５ｃから負磁極１０５ｄへの磁場Ｂを形成する。すなわち、一次ビーム１０４と直交する面内において、互いに直交する電場Ｅと磁場Ｂが形成される。電場Ｅと磁場Ｂが直交することからＥｘＢと呼ばれる。なお電場Ｅと磁場Ｂが直交すれば電極と磁極の数は二極に限られず、八極や十二極としても良い。

【0016】

図２（ａ）に示されるように、一次ビーム１０４には電場Ｅによる力２０１と磁場Ｂによる力２０２が逆方向に作用し、力２０１と力２０２の大きさが等しい場合、一次ビーム１０４は直進する。一方、図２（ｂ）に示されるように、二次ビーム１０７には電場Ｅによる力２０１と磁場Ｂによる力２０２が同じ方向に作用するので、二次ビーム１０７は力２０１と力２０２の合力により一次ビーム１０４とは異なる方向へ偏向させられる。すなわち、ビームセパレータ１０５によって形成される電場Ｅと磁場Ｂの作用により、一次ビーム１０４と二次ビーム１０７が分離される。

【0017】

図１の説明に戻る。一次ビーム１０４ａ、１０４ｂ 、１０４ｃと異なる方向へ偏向させられた二次ビーム１０７ａ、１０７ｂ 、１０７ｃは、後述される偏向器１１０を介して、検出器１０８へ入射する。検出器１０８は、二次ビーム１０７ａ、１０７ｂ 、１０７ｃのそれぞれを検出する複数の検出部を有する装置である。検出器１０８の検出信号は制御部１２０に送信され、試料１０６の観察像の生成に用いられる。

【0018】

制御部１２０は走査電子顕微鏡の各部を制御する装置であり、例えば汎用のコンピュータによって構成される。コンピュータは、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサと、メモリやＨＤＤ（Hard Disk Drive）等の記憶装置と、キーボードやマウス等の入力装置と、液晶ディスプレイ等の表示装置を備える。制御部１２０は、ＨＤＤに記憶されるプログラムをメモリに展開してＣＰＵに実行させることにより様々な処理をする。なお、制御部１２０の一部は、専用の回路基板等のハードウェアによって構成されても良い。制御部１２０は検出器１０８から送信される検出信号に基づいて観察像を生成し、表示する。

【0019】

適切な観察像の生成には、試料１０６から放出される二次ビーム１０７が検出器１０８によってもれなく検出されることが望ましい。しかし、ビームセパレータ１０５において生じる二次ビーム１０７の間に位置ずれによって、検出器１０８による二次ビーム１０７の検出に支障をきたす場合がある。以降で、二次ビーム１０７の間に位置ずれについて説明する。

【0020】

図３を用いてビームセパレータ１０５が形成する電場Ｅまたは磁場Ｂの中の二次ビーム１０７について説明する。ビームセパレータ１０５が形成する電場Ｅまたは磁場Ｂは、二次ビーム１０７の進行方向に拡がりを有するため、二次ビーム１０７は、ビームセパレータ１０５に入射する位置に応じて、電場Ｅまたは磁場Ｂから作用を受ける区間の長さが異なる。例えば、偏向させられる二次ビーム１０７の中の外側の二次ビーム１０７ａの作用区間３０１ａは、内側の二次ビーム１０７ｃの作用区間３０１ｃよりも長い。その結果、外側の二次ビーム１０７ａは内側の二次ビーム１０７ｃよりも大きく偏向させられる。

【0021】

図４を用いて、図３の平面３０２における二次ビーム１０７の間に位置ずれについて説明する。なお説明を簡単にするため、平面３０２には偏向後の二次ビーム１０７にほぼ直交し、各二次ビーム１０７が最も集束する試料像面を選択した。また図４には９本の二次ビーム１０７を例示する。電場Ｅまたは磁場Ｂの作用区間３０１の長さに応じて、各二次ビーム１０７が偏向させられる量は異なるので、ビームセパレータ１０５への入射位置の違いによって、平面３０２に到達する二次ビーム１０７の間には位置ずれが生じる。すなわち外側の二次ビーム１０７ａは内側の二次ビーム１０７ｃよりも大きく偏向させられることによってビーム間隔が拡がる。二次ビーム１０７の間の位置ずれが大き過ぎると、検出器１０８に入射できない二次ビーム１０７が生じ、二次ビーム１０７の検出に支障をきたす。

【0022】

また二次ビーム１０７はエネルギー分散を有し、エネルギーに応じて偏向させられる量は異なるのでビーム形状が歪む。すなわち、エネルギーが大きい二次ビーム１０７は、エネルギーが小さい二次ビーム１０７よりも、電場Ｅまたは磁場Ｂによって偏向させられる量が小さいので、二次ビーム１０７のビーム形状は図４に示されるように歪む。ビーム形状の歪みは、各二次ビーム１０７の検出分解能を低下させる。

【0023】

そこで本実施例では、ビームセパレータ１０５と検出器１０８との間に設けられる偏向器１１０によって、ビームセパレータ１０５において生じる二次ビーム１０７の間の位置ずれを補正する。偏向器１１０は、二次ビーム１０７をビームセパレータ１０５とは逆方向に偏向させる装置であり、例えば正電極と負電極とからなる電場セクタや、正磁極と負磁極とからなる磁場セクタである。偏向器１１０によって図１のように二次ビーム１０７を偏向させるには、正電極が右側に、負電極が左側に配置される電場セクタや、正磁極が手前に、負磁極が奥に配置される磁場セクタが用いられる。また互いに直交する電場と磁場を形成するＥｘＢが偏向器１１０に用いられても良い。

【0024】

図５を用いて、偏向器による二次ビーム１０７の間の位置ずれの補正について説明する。図５（ａ）には偏向器１１０による偏向の作用が示され、図５（ｂ）には偏向器１１０によって補正された二次ビーム１０７が検出器１０８に入射するときの配置が示される。偏向器１１０が、二次ビーム１０７をビームセパレータ１０５とは逆方向に偏向することにより、図４とは逆方向の位置ずれが二次ビーム１０７に生じる。その結果、ビームセパレータ１０５と偏向器１１０とでそれぞれ生じる位置ずれが打ち消し合い、図５（ｂ）に示されるように位置ずれが低減された二次ビーム１０７が検出器１０８に入射できる。また二次ビーム１０７のエネルギー分散にともなうビーム形状の歪みに関しても、ビームセパレータ１０５と偏向器１１０の作用が打ち消し合うので、ビーム形状が改善される。

【0025】

図６を用いて、ビームセパレータ１０５と偏向器１１０での二次ビーム１０７の偏向角について説明する。複数本の二次ビーム１０７の中心に位置する二次ビーム１０７ｂがビームセパレータ１０５によって偏向させられる角度をθ１、二次ビーム１０７ｂが偏向器１１０によって偏向させられる角度をθ２としたとき、θ１とθ２は逆方向となる。また検出器１０８への二次ビーム１０７ｂの入射角は直角であることが好ましい。そこで、ビームセパレータ１０５に対する検出器１０８の傾斜角をθとしたとき、偏向器１１０による偏向角θ２は次式を満たすことが好ましい。

【0026】

θ２＝θ－θ１ … （式１）
図７を用いて、偏向器による二次ビーム１０７のビーム形状の補正について説明する。図７には、それぞれ異なるエネルギーを有する二次ビーム１０７ｂである二次ビーム１０７ｂ－Ｌ、１０７ｂ－Ｍ、１０７ｂ－Ｈの軌道が示される。なお二次ビーム１０７ｂ－Ｌは低エネルギー、二次ビーム１０７ｂ－Ｍは中エネルギー、二次ビーム１０７ｂ－Ｈは高エネルギーある。

【0027】

偏向器１１０での偏向角は、二次ビーム１０７ｂのエネルギーに応じて異なり、エネルギーが高いほど小さくなる。そのため、偏向器１１０が二次ビーム１０７をビームセパレータ１０５とは逆方向に偏向することにより、ビーム形状の歪みが改善され、特に二次ビーム１０７ｂ－Ｌ、１０７ｂ－Ｍ、１０７ｂ－Ｈの交差点７０１において、ビーム形状の歪みが消失する。

【0028】

偏向器１１０が電場セクタまたは磁場セクタである場合、偏向器１１０の電場または磁場の大きさは偏向角θ２に応じて定められるので、ビーム形状の歪みが消失する点である交差点７０１の位置も一意に決定される。ビーム形状の歪みが消失した二次ビーム１０７を検出することで最高の検出分解能になるので、交差点７０１の位置に検出器１０８が設けられることがもっとも好ましい。ただし、検出分解能を所定の値以上にする場合は、検出される二次ビーム１０７のビーム形状の大きさが所定の値以下となる位置、すなわち交差点７０１の近傍に検出器１０８が設けられれば良い。

【0029】

また偏向器１１０がＥｘＢである場合、偏向器１１０による偏向角θ２は、ＥｘＢの電場Ｅ２による偏向角θ２（Ｅ２）と磁場Ｂ２による偏向角θ２（Ｂ２）により次式で表せる。
θ２＝θ２（Ｅ２）＋θ２（Ｂ２） … （式２）
θ２が所定の値となる電場Ｅ２と磁場Ｂ２の組み合わせは連続的に存在する一方で、電場Ｅ２と磁場Ｂ２の比率が変わると交差点７０１の位置も移動する。すなわち、電場Ｅ２と磁場Ｂ２の比率を調整することにより、交差点７０１の位置を移動させ、所定の位置に設けられた検出器１０８の検出分解能を制御することができる。

【0030】

図８を用いて、ＥｘＢを用いた偏向器１１０の電場Ｅ２と磁場Ｂ２の比率を調整する処理の流れの一例について説明する。

【0031】

（Ｓ８０１）
図９に例示されるような調整用試料９０１が走査電子顕微鏡の観察視野に配置される。電場Ｅ２と磁場Ｂ２の比率は、各ビームで取得される画像の違いに基づいて調整される。このため、調整用試料９０１には複数本の一次ビーム１０４が照射される位置毎に異なる形状を有するような試料が用いられる。図９には、９本の一次ビーム１０４が照射される調整用試料９０１が例示され、９つの各位置が異なる形状を有している。調整用試料９０１の異なる位置から放出される複数の二次ビーム１０７が検出器１０８の中の同じ検出部に入射すると、異なる形状が混在したＳＥＭ像となる。すなわち調整用試料９０１のＳＥＭ像の評価に基づいて、例えば次式を用いることにより二次ビーム１０７の分離度Ｄを算出できる。

【0032】

Ｄ＝Ｓｉ（ｉ）／Ｓｉ … （式３）
ここでｉは複数のビームの通し番号、Ｓｉはビーム毎のＳＥＭ像の中のｉ番目のＳＥＭ像の信号量の合計、Ｓｉ（ｉ）はＳｉに含まれるｉ番目のビームによる信号量である。（式３）によれば、ビーム毎のＳＥＭ像が当該ビームによる信号量だけであればＤ＝１、当該ビームによる信号量を含まなければＤ＝０となる。

【0033】

なお、複数本の一次ビーム１０４が照射される位置に同一形状が配置される試料を調整用試料９０１の代わりに用い、ビーム毎のＳＥＭ像における形状のずれに基づいて分離度Ｄが算出されても良い。

【0034】

（Ｓ８０２）
図１０に例示される調整用画面１００１を用いて、偏向器１１０の電場Ｅ２と磁場Ｂ２の比率を操作者が調整する。調整用画面１００１は、比率入力部１００２と撮影開始ボタン１００３とＳＥＭ像表示部１００４と分離度表示部１００５とＯＫボタン１００６を有する。偏向器１１０の電場Ｅ２と磁場Ｂ２の比率の調整には、比率入力部１００２が用いられる。すなわち、操作者は比率入力部１００２に電場Ｅ２と磁場Ｂ２の比率を入力する。なお偏向器１１０での偏向角θ２が定められたとき（式２）によって、電場Ｅ２と磁場Ｂ２のいずれか一方の値から他方の値が算出できるので、電場Ｅ２と磁場Ｂ２のどちらかの値が入力されるだけでも良い。

【0035】

（Ｓ８０３）
操作者が撮影開始ボタン１００３をクリックすることにより、調整用試料９０１のＳＥＭ像が撮影され、制御部１２０がＳＥＭ像を評価することにより二次ビーム１０７の分離度を算出する。分離度の算出には、例えば（式３）が用いられる。撮影されたＳＥＭ像はＳＥＭ像表示部１００４に表示され、算出された分離度は分離度表示部１００５に表示される。なお、本ステップにおいてレンズやアライナが調整されても良い。

【0036】

（Ｓ８０４）
Ｓ８０３で算出された分離度が許容範囲であるか否かが判定される。操作者が判定する場合、分離度が許容範囲であればＯＫボタンがクリックされて図８の処理の流れは終了となり、許容範囲でなければＳ８０２へ戻って比率が再調整される。

【0037】

以上の処理の流れにより、二次ビーム１０７の分離度が許容範囲となるように、偏向器１１０の電場Ｅ２と磁場Ｂ２の比率が調整され、検出分解能を向上できる。なお制御部１２０が電場Ｅ２と磁場Ｂ２の比率を変えながらＳＥＭ像の撮影と分離度の算出を繰り返し、分離度が予め定められた許容範囲となるように比率を調整しても良い。

【0038】

なお、電場Ｅ２と磁場Ｂ２を形成するために偏向器１１０に供給される電圧と電流をＶ２とＩ２としたとき、偏向角θ２は次式で表せる。

【0039】

θ２＝ａＶ２φ２＋ｂＩ２φ２^０．５ … （式４）
ここで、ａとｂは偏向器１１０のサイズ等の形状や構成によって定められる定数であり、φ２は二次ビーム１０７のエネルギーである。

【0040】

また偏向器１１０で生じる二次ビーム１０７のエネルギー分散Ｄｉｓｐ２は次式で表せる。

【0041】

Ｄｉｓｐ２＝ｃＶ２φ２＋ｄ（Ｉ２φ２）^０．５ … （式５）
ここで、ｃとｄは偏向器１１０のサイズ等の形状や構成によって定められる定数である。ビームセパレータ１０５で生じる二次ビーム１０７のエネルギー分散Ｄｉｓｐ１を偏向器１１０によって打ち消すには次式を満たせばよい。

【0042】

Ｄｉｓｐ１＋Ｄｉｓｐ２＝０ … （式６）
従って偏向角θ２とエネルギー分散Ｄｉｓｐ１の値が与えられたとき、（式４）～（式６）に基づいて、偏向器１１０に供給される電圧Ｖ２と電流Ｉ２を算出できる。すなわち、電圧Ｖ２と電流Ｉ２は、偏向器１１０での偏向角θ２とビームセパレータ１０５でのエネルギー分散Ｄｉｓｐ１と二次ビーム１０７のエネルギーφ２に基づいて算出される。偏向器１１０の電場Ｅ２と磁場Ｂ２は、算出された電圧Ｖ２と電流Ｉ２を用いて調整されても良い。算出された電圧Ｖ２と電流Ｉ２が用いられることにより、偏向器１１０の電場Ｅ２と磁場Ｂ２の調整が簡略化できる。

【0043】

図１１を用いて、本実施例の走査電子顕微鏡の変形例について説明する。図１では、ビームセパレータ１０５にＥｘＢを用い、一次ビーム１０４を直進させて試料１０６に照射する走査電子顕微鏡について説明した。図１１には、ビームセパレータ１０５に電場セクタまたは磁場セクタを用い、一次ビーム１０４を偏向させて試料１０６に照射する走査電子顕微鏡が示される。すなわち図１とはビームセパレータ１０５だけが異なり、他の構成は同じであって、偏向器１１０が二次ビーム１０７をビームセパレータ１０５とは逆方向に偏向させる。

【0044】

以上説明した本実施例の走査電子顕微鏡によれば、ビームセパレータ１０５において生じる二次ビーム１０７の間の位置ずれを低減できる。二次ビーム１０７の間の位置ずれを低減することにより、各二次ビーム１０７を検出器に１０８の各検出部に入射させられるので、二次ビーム１０７の検出に支障をきたすことがない。また二次ビーム１０７のビーム形状の歪みも改善されるので検出分解能が向上する。

【実施例2】

【0045】

実施例１では、ビームセパレータ１０５に対する検出器１０８の傾斜角θが任意の角度である場合について説明した。本実施例では、ビームセパレータ１０５と検出器１０８とが平行である場合について説明する。なお、実施例１と同じ機能を有する構成物については同じ符号を付与して説明を省略する。

【0046】

図１２を用いて本実施例の走査電子顕微鏡の全体構成について説明する。本実施例では、ビームセパレータ１０５と検出器１０８とが平行に配置される。すなわちビームセパレータ１０５に対する検出器１０８の傾斜角θ＝０であり、検出器１０８が重力方向に対して垂直に配置される。図１２においても、偏向器１１０によって二次ビーム１０７をビームセパレータ１０５と逆方向に偏向させることによって、ビームセパレータ１０５において生じる二次ビーム１０７の間の位置ずれが補正される。なお、（式１）にθ＝０を代入すると、θ２＝－θ１となるので、ビームセパレータ１０５の偏向角θ１と偏向器１１０の偏向角θ２を等しい絶対値することが好ましい。

【0047】

以上説明した本実施例の走査電子顕微鏡によれば、実施例１と同様に、ビームセパレータ１０５において生じる二次ビーム１０７の間の位置ずれを低減できる。また二次ビーム１０７のビーム形状の歪みも改善されるので検出分解能が向上する。さらに、検出器１０８が重力方向に対して垂直に配置されるので、検出器１０８が重力方向に振動する場合であっても、検出器１０８に対して二次ビーム１０７が位置ずれせず、安定的にＳＥＭ像を生成できる。

【実施例3】

【0048】

実施例１では、偏向器１１０によって二次ビーム１０７をビームセパレータ１０５と逆方向に偏向させる場合について説明した。本実施例では、偏向器１１０にＥｘＢを用い二次ビーム１０７を直進させる場合について説明する。なお、実施例１と同じ機能を有する構成物については同じ符号を付与して説明を省略する。

【0049】

図１３を用いて本実施例の走査電子顕微鏡の全体構成について説明する。本実施例では、偏向器１１０にＥｘＢが用いられ、二次ビーム１０７が偏向器１１０を直進する。すなわち偏向器１１０での偏向角θ２＝０であり、ビームセパレータ１０５と偏向器１１０と検出器１０８が一直線上に配置される。図１３ではθ２＝０を維持したまま、偏向器１１０での電場Ｅ２と磁場Ｂ２の比率を調整することによって、検出器１０８における二次ビーム１０７のビーム形状の大きさが制御されて、検出器１０８の検出分解能が調整される。電場Ｅ２と磁場Ｂ２の比率は、図８に示される処理の流れに従って調整される。

【0050】

なお、偏向角θ２＝０の場合、二次ビーム１０７の間の位置ずれの補正がやや困難となる。そこで本実施例では、図１４に示されるような二次ビーム１０７に対して非対称な電磁場を形成する偏向器１１０を用いても良い。図１４に示される偏向器１１０は、二次ビーム１０７に沿って配置される複数の電極または磁極１４０１～１４０５を有する。

【0051】

偏向器１１０が形成する電場または磁場の拡がりが抑制される側は部分的に電極または磁極１４０１～１４０５がＯＮになり、他方の側は全てがＯＮになる。図１４には、電極または磁極１４０３ａ、１４０１ｂ～１４０５ｂがＯＮになり、電極または磁極１４０１ａ、１４０２ａ、１４０４ａ、１４０５ａがＯＦＦになった場合が例示される。このように電極または磁極１４０１～１４０５を動作させることにより、二次ビーム１０７に対して非対称な電磁場が形成され、図１４では非対称な電磁場からの作用区間が、二次ビーム１０７ｃでは長くなり、二次ビーム１０７ａでは短くなる。非対称な電磁場からの作用区間を調整することにより、二次ビーム１０７の間の位置ずれが補正される。

【0052】

以上説明した本実施例の走査電子顕微鏡によれば、非対称な電磁場を形成することにより、ビームセパレータ１０５において生じる二次ビーム１０７の間の位置ずれを低減できる。また二次ビーム１０７のビーム形状の歪みも改善されるので検出分解能が向上する。さらに、二次ビーム１０７が偏向器１１０を直進するので、ビームセパレータ１０５と偏向器１１０と検出器１０８が一直線上に配置され、走査電子顕微鏡の製作が容易になる。

【0053】

以上、本発明の荷電粒子線装置の複数の実施例について説明した。本発明は上記実施例に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施例に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせても良い。さらに、上記実施例に示される全構成要素からいくつかの構成要素を削除しても良い。

【符号の説明】

【0054】

１０１…電子源、１０２…電子ビーム、１０３…マルチビーム形成部、１０４…一次ビーム、１０５…ビームセパレータ、１０５ａ…正電極、１０５ｂ…負電極、１０５ｃ…正磁極、１０５ｄ…負磁極、１０６…試料、１０７…二次ビーム、１０８…検出器、１１０…偏向器、１２０…制御部、２０１…電場Ｅによる力、２０２…磁場Ｂによる力、３０１…作用区間、３０２…平面、７０１…交差点、９０１…調整用試料、１００１…調整用画面、１００２…比率入力部、１００３…撮影開始ボタン、１００４…ＳＥＭ像表示部、１００５…分離度表示部、１００６…ＯＫボタン、１４０１～１４０５…複数の電極または磁極

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】