特許 7361213 荷電粒子線装置、荷電粒子線装置の制御方法

(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】2023-10-04

(45)【発行日】2023-10-13

(54)【発明の名称】荷電粒子線装置、荷電粒子線装置の制御方法

(51)【国際特許分類】

   H01J 37/141 20060101AFI20231005BHJP

   H01J 37/28 20060101ALI20231005BHJP

【ＦＩ】

H01J37/141 Z

H01J37/28 B

【請求項の数】 14

(21)【出願番号】P 2022522418

(86)(22)【出願日】2020-05-13

(86)【国際出願番号】 JP2020019166

(87)【国際公開番号】W WO2021229732

(87)【国際公開日】2021-11-18

【審査請求日】2022-10-12

(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】110002572

【氏名又は名称】弁理士法人平木国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】林 真悟

(72)【発明者】

【氏名】数見 秀之

(72)【発明者】

【氏名】程 朝暉

(72)【発明者】

【氏名】土肥 英登

【審査官】小林 幹

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１３－０６５４８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１８／１２３０６３（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｊ ３７／００－３７／３６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

試料に対して荷電粒子線を照射する荷電粒子線装置であって、
前記荷電粒子線の進行方向を変化させる磁場を発生させる磁界レンズ、
前記磁界レンズの励磁電流を制御する電流制御器、
を備え、
前記電流制御器は、直流電流と交流電流を合成することによって、前記励磁電流を発生させ、
前記電流制御器は、前記直流電流の電流レベルを段階的に変化させ、
前記電流制御器は、前記段階的に変化する前記直流電流のそれぞれの段階に対して前記交流電流を合成する
ことを特徴とする荷電粒子線装置。

【請求項2】

前記磁界レンズが発生させる磁場が目標磁場強度となるときの前記励磁電流をＩ１、
前記交流電流の振幅をＩ２、
としたとき、
前記電流制御器は、｜Ｉ１｜＞｜Ｉ２｜を満たすように、前記交流電流を制御する
ことを特徴とする請求項１記載の荷電粒子線装置。

【請求項3】

前記電流制御器は、前記直流電流と前記交流電流を合成することによって発生させた励磁電流を用いて前記磁界レンズを駆動することにより、前記励磁電流と前記磁場の強度の変動過程におけるヒステリシスを抑制する
ことを特徴とする請求項１記載の荷電粒子線装置。

【請求項4】

前記電流制御器は、前記励磁電流を増加させるときは、前記直流電流の電流レベルを段階的に増加させるとともに、前記直流電流に対して前記交流電流を合成し、
前記電流制御器は、前記励磁電流を減少させるときは、前記直流電流の電流レベルを段階的に減少させるとともに、前記直流電流に対して前記交流電流を合成する
ことを特徴とする請求項１記載の荷電粒子線装置。

【請求項5】

前記交流電流の振幅をＩ２、
前記交流電流の１周期の間における前記直流電流の電流レベルの変動幅をＩ３、
としたとき、
前記電流制御器は、｜Ｉ２｜≧｜Ｉ３｜を満たすように、前記直流電流と前記交流電流を制御する
ことを特徴とする請求項４記載の荷電粒子線装置。

【請求項6】

前記交流電流の初期振幅の符号は、前記磁界レンズが発生させる磁場を目標磁場強度とするために必要な前記直流電流の変更量と同符号である
ことを特徴とする請求項１記載の荷電粒子線装置。

【請求項7】

前記電流制御器は、前記励磁電流の変動方向を、増加方向から減少方向へ反転させるとき、または前記減少方向から増加方向へ反転させるときは、前記直流電流の駆動タイミングまたは前記交流電流の位相のうち少なくともいずれかを１回以上変更する
ことを特徴とする請求項１記載の荷電粒子線装置。

【請求項8】

前記電流制御器は、前記交流電流の１周期のうち、
前記交流電流の第１立ち上がり期間、
前記第１立ち上がり期間の後における前記交流電流の立ち下がり期間、
前記立ち下がり期間の後における前記交流電流の第２立ち上がり期間、
のうちいずれかにおいて、前記直流電流を前記交流電流と合成し、
前記電流制御器は、前記直流電流を前記交流電流と合成する期間を変更するか、または、前記直流電流の符号を反転させるか、のうち少なくともいずれかを実施することにより、前記磁界レンズの磁場応答を所定範囲内で周回させる
ことを特徴とする請求項７記載の荷電粒子線装置。

【請求項9】

前記電流制御器は、前記磁場応答を前記所定範囲内の一部において変動させた後、前記直流電流を前記交流電流と合成する期間を変更するか、または、前記直流電流の符号を反転させた上で、前記所定範囲内の残部において変動させることにより、前記磁場応答を前記所定範囲内で周回させ、
前記電流制御器は、前記一部における周回経路と前記残部における周回経路が同じ周回経路をたどるように、前記励磁電流を制御する
ことを特徴とする請求項８記載の荷電粒子線装置。

【請求項10】

前記電流制御器は、
前記第１立ち上がり期間において前記交流電流の初期振幅と同符号の前記直流電流を前記交流電流と合成することによって、前記磁場応答を前記一部において変動させた後、前記第２立ち上がり期間において前記交流電流の初期振幅と反対符号の前記直流電流を前記交流電流と合成することによって、前記磁場応答を前記残部において変動させ、
または、
前記立ち下がり期間において前記交流電流の初期振幅と同符号の前記直流電流を前記交流電流と合成することによって、前記磁場応答を前記一部において変動させた後、前記一部における前記磁場応答の周回経路を位相反転させることによって、前記磁場応答を前記残部において変動させ、
または、
前記第２立ち上がり期間において前記交流電流の初期振幅と同符号の前記直流電流を前記交流電流と合成することによって、前記磁場応答を前記一部において変動させた後、前記第１立ち上がり期間において前記交流電流の初期振幅と反対符号の前記直流電流を前記交流電流と合成することによって、前記磁場応答を前記残部において変動させる
ことを特徴とする請求項９記載の荷電粒子線装置。

【請求項11】

前記電流制御器は、１周期分の前記交流電流を前記励磁電流として供給した後、次の周期の前記交流電流を前記励磁電流として供給するまでの間の期間において、前記交流電流を供給しないインターバル期間を設ける
ことを特徴とする請求項１記載の荷電粒子線装置。

【請求項12】

前記電流制御器は、前記直流電流の１周期内に、前記交流電流を少なくとも１周期以上発生させる
ことを特徴とする請求項１記載の荷電粒子線装置。

【請求項13】

前記磁界レンズは、ラウンドレンズとして構成されており、前記荷電粒子線装置はさらに、前記試料に対して前記荷電粒子線を照射すると生じる２次粒子を検出することにより前記試料の観察像を生成するコントローラを備え、前記電流制御器は、前記交流電流を前記磁界レンズに対して印加する前後における前記観察像の鮮鋭度の変化が許容範囲内に収まるように、前記励磁電流を制御する、
または、
前記磁界レンズは、偏向レンズまたは多極子レンズとして構成されており、前記荷電粒子線装置はさらに、前記試料に対して前記荷電粒子線を照射すると生じる２次粒子を検出することにより前記試料の観察像を生成するコントローラを備え、前記電流制御器は、前記交流電流を前記磁界レンズに対して印加する前後における前記観察像の像シフトが許容範囲内に収まるように、前記励磁電流を制御する、
または、
前記磁界レンズは、磁気的に結合したレンズ群によって構成されており、前記電流制御器は、前記交流電流を前記磁界レンズに対して印加する前後における前記磁界レンズの磁場応答の変化が許容範囲内に収まるように、前記励磁電流を制御する
ことを特徴とする請求項１記載の荷電粒子線装置。

【請求項14】

試料に対して荷電粒子線を照射する荷電粒子線装置を制御する方法であって、
前記荷電粒子線装置は、前記荷電粒子線の進行方向を変化させる磁場を発生させる磁界レンズを備え、
前記方法は、直流電流と交流電流を合成することによって、前記磁界レンズの励磁電流を発生させるステップを有し、
前記励磁電流を発生させるステップにおいては、前記直流電流の電流レベルを段階的に変化させ、
前記励磁電流を発生させるステップにおいては、前記段階的に変化する前記直流電流のそれぞれの段階に対して前記交流電流を合成する
ことを特徴とする荷電粒子線装置の制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、荷電粒子線装置に関する。

【背景技術】

【0002】

ＡＩやＩｏＴ、車載装置などの急速な高機能化に伴い、半導体デバイスの微細化要求が高まっている。特に、Ｅｘｔｒｅｍｅ Ｕｌｔｒａ Ｖｉｏｌｅｔ露光技術の進展を皮切りに、１０ｎｍ以下の微細デバイスや新規材料の開発が加速している。これらの半導体市場の変化に伴い、製造プロセスにおいては、試料を検査計測する荷電粒子線装置として、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ：Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）の重要性が増している。特に、計測精度向上や短時間計測に対する要求が高く、その実現には高精度な電子軌道制御が重要となる。

【0003】

特許文献１には磁界レンズのヒステリシスを緩和する方法として「荷電粒子線源から放出される荷電粒子線を磁界レンズを用いて所定の試料上に導く荷電粒子光学系の調整方法において、前記荷電粒子線の非照射状態において、前記磁界レンズに単一振幅の交流励磁電流を印加することにより、前記磁界レンズのヒステリシス曲線におけるメジャーループ内に安定化されたヒステリシスループを形成することを特徴とする荷電粒子光学系の調整方法。」（請求項１）が開示されている。

【0004】

特許文献２には、試料から放出される電子のプロファイルを調整する方法として「電場型偏向器および磁場型偏向器をそれぞれ８極以上持つＥ×Ｂ偏向器１０１と、第１の比率と強度の調整手段１１０と、第２の比率と強度の調整手段１１１を備える。第１の比率と強度の調整手段１１０は、Ｅ×Ｂ偏向器１０１で生成される双極子電場と双極子磁場の比率と強度を調整し、第２の比率と強度の調整手段１１１はＥ×Ｂ偏向器１０１で生成される４極子電場と４極子磁場の比率と強度を調整する。」（要約）が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０１３－０６５４８４号公報

【文献】特開２０１３－２３９３２９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

特許文献１は、磁界レンズに対して高負荷な交流電流を印加することにより、広域の電流経路に対する磁場応答を記憶させる方法を開示している。同技術をラウンドレンズへ適用することにより焦点調整の精度を高めることができ、偏向レンズへ適用することにより視野移動の精度を高めることができる。これらによって計測精度が向上する。一方、記憶させた電流経路と逆方向の励磁電流を印加する場合、広域の電流経路を周回させる電流制御が必要となり、計測までに時間を要する新たな課題が生じる。

【0007】

特許文献２は、複数に分割されたレンズを用いて、試料から放出する電子のプロファイルを補正する方法が開示されている。これにより、観察像のボケを補正でき、計測精度が向上する。一方、複数に分割されたレンズは夫々異なる磁気特性を示すので、制御が難しく計測までに時間を要するという新たな課題が生じる。また、レンズ間距離が狭いとレンズ同士が磁気的に結合するので、制御が難しく計測までに時間を要するという新たな課題も生じる。

【0008】

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、磁界レンズの磁場応答の再現性を向上させ、高精度な電子軌道制御を短時間に実現できる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】

【0009】

本発明に係る荷電粒子線装置は、直流電流を交流電流と合成することによって、磁界レンズの励磁電流を発生させる。

【発明の効果】

【0010】

本発明に係る荷電粒子線装置によれば、磁界レンズの磁場応答の再現性を向上させ、高精度な電子軌道制御を短時間に実現できる技術を提供することができる。上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】走査型電子顕微鏡の概略図である。

【図2】磁界レンズの磁場応答の１例である。

【図3】対物レンズ１１２を用いた焦点調整の１例を示す図である。

【図4】対物レンズ１１２を用いた焦点調整の課題の１例を示す図である。

【図5】交流電流の振幅と出力オフセット２１１の関係を説明する図である。

【図6A】対物レンズ１１２の磁場応答のヒステリシスを緩和する電流制御方法の１例である。

【図6B】対物レンズ１１２のヒステリシスを緩和する電流制御を用いた磁場応答の１例である。

【図7】ヒステリシスを緩和する電流制御を用いた焦点調整を対物レンズ１１２に適用した例である。

【図8】制御部１２６が実行する対物レンズ１１２による焦点調整のフローチャートである。

【図9】イメージシフト偏向器１２８を用いた視野移動の１例である。

【図10】イメージシフト偏向器１２８を用いた視野移動の課題の１例である。

【図11】制御部１２６が実行するイメージシフト偏向器１２８による視野移動のフローチャートである。

【図12】Ｅ×Ｂレンズ１２３の１例である。

【図13】８極子で構成されたＥ×Ｂレンズ１２３の課題の１例である。

【図14】Ｅ×Ｂレンズ１２３を用いた非点調整のフローチャートである。

【図15】イメージシフト偏向器１２８を構成する上段の偏向器９０１と下段の偏向器９０２が磁気的に結合している１例である。

【図16】イメージシフト偏向器１２８内の磁場応答における課題の１例である。

【図17】イメージシフト偏向器１２８を用いた視野移動のフローチャートである。

【図18A】ヒステリシス緩和電流制御の第１例を示す。

【図18B】ヒステリシス緩和電流制御の第２例を示す。

【図18C】ヒステリシス緩和電流制御の第３例を示す。

【図18D】ヒステリシス緩和電流制御の第４例を示す。

【図19A】交流電流の波形内で直流電流を駆動させる３つのタイミングの１例である。

【図19B】第１立ち上がり期間Ｔ１で直流電流を駆動させた場合の電流波形を示す。

【図19C】第１立ち下がり期間Ｔ２で直流電流を駆動させた場合の電流波形を示す。

【図19D】第２立ち上がり期間Ｔ３で直流電流を駆動させた場合の電流波形を示す。

【図19E】第１立ち上がり期間Ｔ１で直流電流を駆動させた場合の電流波形を示す。

【図19F】第１立ち下がり期間Ｔ２で直流電流を駆動させた場合の電流波形を示す。

【図19G】第２立ち上がり期間Ｔ３で直流電流を駆動させた場合の電流波形を示す。

【図20A】図１９Ｂ～図１９Ｇで示した電流制御による磁場応答について説明する図である。

【図20B】図１９Ｂ～図１９Ｇで示した電流制御による磁場応答について説明する図である。

【図21】直流電流の電流符号を反転させる場合の電流制御の１例である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

＜実施の形態１＞
本発明の実施形態１では、ラウンドレンズの磁場応答の再現性を向上させ、高精度な焦点調整を短時間に実現できる技術について説明する。荷電粒子線装置として走査型電子顕微鏡を例に挙げて説明する。

【0013】

図１は、走査型電子顕微鏡の概略図である。陰極１０１、第１陽極１０２、第２陽極１０３は荷電粒子源（電子銃）を構成し、電子銃制御部１０４により制御される。電子銃制御部１０４が陰極１０１と第１陽極１０２との間に引出電圧を印加することにより、陰極１０１から所定の電流密度で１次電子が放出される。さらに陰極１０１と第２陽極１０３との間に印加される加速電圧により、１次電子は加速されて後段に放出される。

【0014】

放出された１次電子は、第１コンデンサレンズ１０６により集束される。第１コンデンサレンズ１０６の励磁電流は、第１コンデンサレンズ制御部１０５により制御される。第１コンデンサレンズ１０６により集束された１次電子は、対物可動絞り１０７の開口部で所定の電流量に制限される。対物可動絞り１０７を通過した１次電子は、第２コンデンサレンズ１０９により光軸１１０上の適切な位置に集束される。第２コンデンサレンズ１０９の励磁電流は、第２コンデンサレンズ制御部１０８で制御される。第２コンデンサレンズ１０９で集束された１次電子は、対物レンズ１１２でステージ１１３に配置された試料１１４に集束される。対物レンズ１１２の励磁電流は、対物レンズ制御部１１１で制御される。対物レンズ１１２の励磁電流は、試料高さ計測器１１６で計測されたワーキングディスタンスに基づいて設定される。試料高さ計測器１１６は、ステージ制御部１１５により制御される。ステージ１１３にはリターディング電圧制御部１１７で制御されるリターディング電源１１８が接続されている。リターディング電源１１８で対物レンズ１１２と試料１１４との間に電圧を発生させることにより、１次電子を減速させる。

【0015】

第１走査偏向器１２０により１次電子は試料１１４上を２次元に走査される。第１走査偏向器１２０は、第１偏向器制御部１１９で制御される。１次電子と試料１１４との相互作用により２次電子が発生する。発生した２次電子は対物レンズ１１２を通過し、２次電子変換板１２１上で広がりを持ったスポットを形成する。２次電子は第１走査偏向器１２０によって２次電子変換板１２１上を走査され、２次電子変換板１２１との相互作用により３次電子が発生する。３次電子は、Ｅ×Ｂ制御部１２２により印加電圧及び励磁電流が制御されるＥ×Ｂレンズ１２３によって検出器制御部１２４により制御される検出器１２５の方向へ偏向され、検出器１２５によって検出される。検出された３次電子は電気信号に変換され、制御部１２６で演算され、表示装置１２７にＳＥＭ画像として表示される。制御部１２６は、Ｅ×Ｂレンズ１２３を多極子構造にすることで光軸１１０から電子を偏向させた際に生じる収差（非点、色収差、偏向歪など）も補正できる。詳細は後述する。ＳＥＭ像の視野を移動させる場合は、ステージ制御部１１５によりステージ１１３を動かすか、イメージシフト偏向器１２８によって１次電子の試料１１４上の照射位置を移動させる。イメージシフト偏向器１２８は、第１偏向器制御部１１９によって制御される。非点補正器１３０は、電子光学系の寄生非点収差を補正する。非点補正器１３０は、非点補正器制御部１２９により制御される。

【0016】

図２は、磁界レンズの磁場応答の１例である。磁場応答とは電流値と磁場強度の関係のことである。磁界レンズとは、例えばコンデンサレンズや対物レンズ等のラウンドレンズ、偏向器やイメージシフト偏向器等の偏向レンズ、Ｅ×Ｂレンズやスティグマ調整用の多極子レンズなど、励磁電流によって磁場強度を変更する電磁石である。

【0017】

磁界レンズの励磁電流を電流経路２０１に沿って励磁電流の始点２０２から励磁電流の終点２０３へ印加する。このとき、磁界レンズの磁場強度は、磁場強度の始点２０４から点線で示した初期磁化曲線２０５を辿った後、実線で示した第１励磁経路２０６を辿る。次いで破線で示した第２励磁経路２０７を辿った後、再び第１励磁経路２０６を辿り励磁強度の終点２０８に到達する。励磁経路２０１内の最大励磁電流２０９と最小励磁電流２１０の差分が大きく磁界レンズに高負荷がかかると、励磁電流を減少させている時（第１励磁経路２０６）と励磁電流を増加させている時（第２励磁経路２０７）との間で磁場応答が異なる。これにより、両者の磁場強度の乖離（いわゆる出力オフセット２１１）が発生する。最大励磁電流２０９と最小励磁電流２１０は、焦点調整や視野移動等の実施後の所望の磁場強度を出力する目標電流よりも広域に設定するのが一般的である。

【0018】

図３は、対物レンズ１１２を用いた焦点調整の１例を示す図である。対物レンズ１１２を用いた焦点調整においては、観察像が最も高精細になるように対物レンズ１１２の励磁電流を調整する。まず、対物レンズ１１２の励磁電流をｉ０～ｉ４に掃引する。このとき、各励磁電流で観察像を撮影する。次に、撮影した各ＳＥＭ画像に対して焦点評価用フィルタ（微分、２次微分、ソーベル、ラプラシアン、 フーリエ変換、など）を施し、焦点評価画像を作成し、焦点評価値（鮮鋭度ともいう）を算出する。焦点評価値としては、焦点評価画像の全画素値の合計、全画素値の平均値、全画素値の分散値、などを用いることができる。最後に、最大の焦点評価値３０１の励磁電流ｉ２に励磁電流を変更する。

【0019】

図４は、対物レンズ１１２を用いた焦点調整の課題の１例を示す図である。焦点調整においては、対物レンズ１１２の磁場応答を安定化させた後、最適な焦点位置を探索するという手順を踏むのが一般的である。

【0020】

まず、対物レンズ１１２の磁場応答を安定化させるために、励磁電流を破線で示した交流電流経路４０１に沿って励磁電流の始点４０２から励磁電流の終点４０３へ交流電流を印加する。この交流電流の振幅は、最適な焦点位置となる目標電流よりも十分に大きく設定するのが一般的である。このとき、対物レンズ１１２の磁場強度は、磁場強度の始点４０４から初期磁化曲線４０５を辿った後、第１励磁経路４０６を辿る。次いで第２励磁経路４０７を辿った後、再び第１励磁経路４０６を辿り励磁強度の終点４０８に到達する。これにより、過去に印加した電流経路と磁場強度の関係が記憶されて磁場応答の再現性が向上する。すなわち、この状態を磁場応答が安定化したと呼ぶ。

【0021】

次に、最適な焦点位置を探索するために、励磁電流を励磁電流の終点４０３から焦点調整の終点４０９へ向かって電流値を線形に掃引しながら途中で複数の観察像を撮影し、撮影した各ＳＥＭ画像の焦点評価値を測定する。最も焦点評価値の高い磁場強度が磁場強度４１０だった場合、実線で示した電流経路４１１に沿って対物レンズ１１２の励磁電流を最終励磁電流４１２に変更する。

【0022】

このように、対物レンズ１１２に目標電流よりも大きい振幅の交流電流を印加すると過去に印加した励磁電流経路と磁場強度の関係が再現するため、焦点調整の精度が高まる。この利点がある一方、記憶した電流経路上を掃引した際に目標電流を超えてしまうと、広域の電流経路を周回させる電流制御が必要となるので、調整に時間を要する新たな課題が生じる。すなわち、励磁電流の終点４０３から焦点調整の終点４０９までの間において最適な磁場強度４１０が得られているにもかかわらず、終点４０９から最終励磁電流４１２までの電流経路をたどることになるので、調整時間が余分に必要となっている。

【0023】

次に図２と図５を参照して交流電流の振幅と出力オフセットの関係を説明する。図２で示したように、磁界レンズに交流電流を印加すると出力オフセット２１１が生じる。出力オフセット２１１の大きさは交流電流の振幅に応じて変化する。

【0024】

図５は、交流電流の振幅と出力オフセット２１１の関係を説明する図である。図５の特性５０１に示すように、交流電流の振幅を下げると出力オフセット２１１が小さくなるという特徴がある。したがって、出力オフセットが極小 (Ｂ０ ＜＜ Ｂａ）となる交流電流の振幅（ａ０ ＜＜ Ｉａ）で電流経路と磁場強度の関係を記憶させると、第１励磁経路２０６と第２励磁経路２０７との間の乖離が抑制され、出力オフセット２１１が無視できるほど極小にすることができる。

【0025】

出力オフセット２１１が極小となる交流電流の振幅は磁界レンズごとに異なる。例えばコンデンサレンズや対物レンズ等のラウンドレンズの場合は、交流電流の印加前後で生じる観察像の鮮鋭度の変化が無視できる振幅に設定することが好ましい。偏向レンズやスティグマのような多極子レンズ等の軸非対称レンズの場合は、交流電流の印加前後で生じる観察像シフトが無視できる振幅に設定することが好ましい。より具体的には、交流電流の印加前後における観察像シフトをテンプレートマッチング等の解析手法を用いて測定し、その観察像シフトが±２ｐｉｘ以内であることが好ましい。このように設定すると出力オフセットを無視できる。

【0026】

図６Ａは、対物レンズ１１２の磁場応答のヒステリシスを緩和する電流制御方法の１例である。この電流制御方法は、対物レンズに限定されるものではなく、例えばラウンドレンズや偏向レンズ、多極子レンズなどの磁界レンズ全般に適用できる。これらレンズの例については後述の実施形態で説明する。

【0027】

まず励磁電流を一方向に増加させて目標電流に変更する電流制御方法を説明する。ここでは、直流電流量３×ａ０を第１目標電流とする。対物レンズ１１２の第１励磁電流６０１に対して振幅ａ０の交流電流を一周期分印加する（時刻ｔ０）。次いで電流量ａ１（＝ａ０）の直流電流を印加する（時刻ｔ１）。同様の手順を２回繰り返すと対物レンズ１１２の励磁電流は第１目標電流６０２に到達する。このように、交流電流と直流電流を合成して発生すると磁場応答の再現性が向上する。このとき、交流電流の振幅ａ０を目標電流よりも十分に小さくすると、出力オフセットの無い磁場応答が得られる。

【0028】

次に直流電流の電流符号を反転させる場合の電流制御方法を説明する。ここでは、直流電流量－ａ０を第２目標電流とする。第１目標電流６０２を印加した後、位相を１８０°ずらした交流電流を印加する（時刻ｔ２）。次いで振幅－ａ１（＝－ａ０）の直流電流を印加する（時刻ｔ３）。同様の手順を３回繰り返すと対物レンズ１１２の励磁電流は第２目標電流６０３に到達する。このように、直流電流の電流経路を反転させる場合、位相をずらした交流電流と直流電流を合成して発生させると過去の電流経路を辿る制御となり、磁場応答の再現性が向上する。図６Ａで示した交流電流の波形や直流電流の駆動タイミング等は１例であり、変形例については後述する。

【0029】

図６Ｂは、対物レンズ１１２のヒステリシスを緩和する電流制御を用いた磁場応答の１例である。図６Ｂ上段は、図６Ａに示した励磁電流波形（すなわち、全体としては上下変動する電流波形のなかに、小振幅の交流電流が合成されている）を模式的に示している。ヒステリシスを緩和する電流制御を用いて対物レンズ１１２の励磁電流を電流経路６０４に沿って励磁電流の始点６０５から励磁電流の終点６０６へ印加する。このとき、ヒステリシスに起因した出力オフセットが抑制され、対物レンズ１１２の磁場応答は励磁経路に依存しない磁場応答６０７を示す。

【0030】

図７は、ヒステリシスを緩和する電流制御を用いた焦点調整を対物レンズ１１２に適用した例である。ヒステリシスを緩和する電流制御を用いて励磁電流を焦点調整電流の始点７０１から焦点調整電流の終点７０２まで掃引しながら観察像を撮影し、夫々の観察像における焦点評価値を測定する。最も焦点評価値の高い磁場強度が励磁電流７０３の磁場強度７０４であったと仮定する。この場合、ヒステリシスを緩和する電流制御を用いて励磁電流を実線で示した電流経路７０５に沿って焦点調整の目標電流７０６に変更する。図７においては終点７０２から目標電流７０６へ向かって直線的に励磁電流を変動させているかのように図示しているが、実際の励磁電流は図６Ａのように直流電流と交流電流を合成した電流波形によって変化することを付言しておく。

【0031】

このように、直流電流の電流経路と逆方向の電流を印加する場合においても、目標電流７０６よりも広域の電流経路を周回させる電流制御が不要となり高精度な焦点調整を短時間に実現できる。

【0032】

図８は、制御部１２６が実行する対物レンズ１１２による焦点調整のフローチャートである。本フローによる焦点調整を実施するタイミングは特に限定されない。実施タイミングとしては例えば、寸法計測や欠陥検査を開始する前のタイミングに限られず、加速電圧などの光学条件を変えるときや、気圧や気温などが大きく変化したときなどが挙げられる。後述するフローチャートにおいても同様である。本フローチャートは、制御部１２６が各部を制御することによって実施できる。後述するフローチャートにおいても同様である。

【0033】

まず、ステージ制御部１１５によりステージ１１３を観察位置に移動させる（Ｓ８０１）。焦点調整用サンプルが標準試料としてステージ１１３に搭載されている場合には、調整用サンプルがＳＥＭの視野に入るようにステージ１１３を移動させる。Ｓ８０２では、ＳＥＭ画像取得のための光学条件を設定する。光学条件としては、電子銃制御部１０４が制御する加速電圧、リターディング電圧制御部１１７が制御するリターディング電圧、コンデンサレンズ制御部が制御するコンデンサレンズの励磁電流、対物レンズ制御部１１１が制御する対物レンズの励磁電流、各種偏向器の励磁電流、などが含まれる。Ｓ８０３では、観察像を撮影する。Ｓ８０４では、撮影したＳＥＭ画像の焦点評価値を測定する。Ｓ８０５では、指定された焦点探索回数を満たしているかを判定し、指定された焦点探索回数を満たしていればＳ８０７に進み、満たしていなければＳ８０６に進む。Ｓ８０６では、ヒステリシスを緩和する電流制御を用いて指定された励磁電流量を対物レンズ１１２に印加し、Ｓ８０３に進む。Ｓ８０７では、Ｓ８０５までに測定した励磁電流と焦点評価値の関係から焦点評価値の最も高いピーク電流を計算する。Ｓ８０８では、ヒステリシスを緩和する電流制御を用いてピーク電流（目標電流）を対物レンズ１１２に印加し、焦点調整を終了する。

【0034】

本発明に係るヒステリシスを緩和する電流制御を、第１コンデンサレンズ制御部１０５や第２コンデンサレンズ制御部１０８や対物レンズ制御部１１１や第１偏向器制御部１１９やＥ×Ｂ制御部１２２や非点補正器制御部１２９に適用することにより、磁場応答の再現性を向上させ、高精度な電子軌道制御を短時間に実現できる。

【0035】

＜実施の形態２＞
本発明の実施形態２では、偏向レンズの磁場応答の再現性を向上させ、高精度な視野移動を短時間に実現できる技術について説明する。荷電粒子線装置として走査型電子顕微鏡を例に挙げて説明する。

【0036】

図９は、イメージシフト偏向器１２８を用いた視野移動の１例である。イメージシフト偏向器１２８は、上段の偏向器９０１と下段の偏向器９０２で構成されている。電子線９０３は、上段の偏向器９０１の偏向場によって光軸１１０上から離軸される。離軸された電子線９０３は、下段の偏向器９０２の偏向場によって対物レンズ１１２の前方の焦点位置９０４に偏向される。焦点位置９０４を通過した電子線９０３は、対物レンズ１１２を通過して光軸１１０から距離ΔＬ離れた試料１１４に対して垂直ランディングする。このように、イメージシフト偏向器１２８を用いた視野移動では、上段の偏向器９０１と下段の偏向器９０２の磁場強度を変更し、対物レンズ１１２の前方の焦点位置９０４に対する電子線９０３の入射角度を調整して電子線９０３の試料到達位置を制御する。

【0037】

図１０は、イメージシフト偏向器１２８を用いた視野移動の課題の１例である。ここでは、イメージシフト偏向器１２８を構成する上段の偏向器９０１と下段の偏向器９０２がヒステリシスの影響によって所望の磁場強度を出力しなかった場合を例に説明する。電子線９０３’は、上段の偏向器９０１の偏向場によって光軸１１０上から離軸される。次いで電子線９０３は、下段の偏向器９０２の偏向場によって対物レンズ１１２の前方の焦点位置９０４と異なる位置に偏向される。対物レンズ１１２の前方の焦点位置９０４と異なる位置に偏向された電子線９０３は、対物レンズ１１２を通過して光軸１１０から距離ΔＬ＋ΔＬ’離れた試料１１４に傾斜角Δθで入射する。このように、イメージシフト偏向器１２８を構成する上段の偏向器９０１と下段の偏向器９０２がヒステリシスの影響によって所望の磁場強度を出力しなかった場合、所望の位置に視野を移動させることができない。また、電子線９０３が傾斜角Δθで試料に入射すると、傾斜角に起因した収差が発生し、分解能が劣化するという課題もある。また、偏向器に理論値の電流を印加した際に、ヒステリシスの影響によって偏向場の形状が歪むと理論通りに視野移動できない。

【0038】

図１１は、制御部１２６が実行するイメージシフト偏向器１２８による視野移動のフローチャートである。まず、ステージ制御部１１５によりステージ１１３を観察位置に移動させる（Ｓ１１０１）。Ｓ１１０２では、ＳＥＭ画像取得のための光学条件を設定する。光学条件としては、電子銃制御部１０４が制御する加速電圧、リターディング電圧制御部１１７が制御するリターディング電圧、コンデンサレンズ制御部が制御するコンデンサレンズの励磁電流、対物レンズ制御部１１１が制御する対物レンズの励磁電流、各種偏向器の励磁電流、などが含まれる。Ｓ１１０３では、視野を選択する。視野の選択では、ユーザが任意の座標を指定してもよいし、あらかじめ設定された座標を指定してもよい。Ｓ１１０４では、現在の座標と指定された座標から視野移動量を計算する。Ｓ１１０５では、計算した視野移動量から、イメージシフト偏向器１２８を構成する上段の偏向器９０１と下段の偏向器９０２に印加する励磁電流量を計算する。Ｓ１１０６では、ヒステリシスを緩和する電流制御を用いて計算した励磁電流（目標電流）を上段の偏向器９０１と下段の偏向器９０２に印加する。

【0039】

試料の検査計測時には、上下左右の視野移動を高頻度に実施する必要がある。本発明に係るヒステリシスを緩和する電流制御を偏向レンズに適用することにより、直流電流の電流経路と逆方向の電流を印加する場合においても、目標電流よりも広域の電流経路を周回させる電流制御が不要となり高精度な視野移動を短時間に実現できる。

【0040】

＜実施の形態３＞
本発明の実施形態３では、Ｅ×Ｂレンズの磁場応答の再現性を向上させ、高精度な収差補正を短時間に実現できる技術について説明する。荷電粒子線装置として走査型電子顕微鏡を例に挙げて説明する。

【0041】

図１２は、Ｅ×Ｂレンズ１２３の１例である。Ｅ×Ｂレンズ１２３は、例えば８極子の電場型偏向器（Ｖ１～Ｖ８に対応）と８極子の磁場型偏向器（Ｉ１～Ｉ８）で構成される。本実施形態３は、８極子に限定されるものではなく、４極子や６極子、１０極子、１２極子等の多極子レンズに適用可能である。８極子で構成されたＥ×Ｂレンズ１２３は、各極子の電場、または励磁電流を所定の比率で印加すると所定の多極子場を発生させることができる。多極子場としては例えば２極子場、４極子場、６極子場、８極子場などが挙げられる。Ｅ×Ｂレンズ１２３には、２極子場を用いて電子を光軸１１０から検出器１２５の方向へ偏向させる役割や、光軸１１０から電子を偏向させた際に生じる収差（非点、色収差、偏向歪など）を補正する役割がある。多極子場の出力方法や収差補正方法については、特許文献２に記載の通りである。

【0042】

図１３は、８極子で構成されたＥ×Ｂレンズ１２３の課題の１例である。ここでは、磁場型の２極子場が印加されているＥ×Ｂレンズ１２３に、磁場型の４極子場を重畳させて光軸１１０から電子を偏向させた際に生じる非点収差を補正する場合を例に説明する。Ｅ×Ｂレンズ１２３の各極子は磁場応答１３０１を示すものとする。Ｅ×Ｂレンズ１２３に磁場型の２極子場を印加すると極子ごとに異なる励磁電流量となる。例えば、極子Ｉ１の励磁電流は励磁電流Ａ１、極子Ｉ２の励磁電流は励磁電流をＡ２となる。この状態から非点収差を補正するために、磁場型の４極子場を増減させると、極子ごとに異なる磁場応答を示す。例えば、極子Ｉ１は磁場応答１３０２、極子Ｉ２は磁場応答１３０３となる。極子ごとに異なる磁場応答を示すのは、磁性体の透磁率が励磁電流量に応じて変わるためである。図１３では極子Ｉ１と極子Ｉ２の磁場応答を示したが、その他の極子も磁場応答１３０２、１３０３と同様に異なる磁場応答を示す。また、ここでは磁場型の４極子場を例に説明したが、他の多極子場についても同様の課題が生じる。他の多極子場とは各２方向の成分（Ｘ方向、Ｙ方向）を有する２極子場、４極子場、６極子場、８極子場、１２極子場等が挙げられる。

【0043】

このように、磁場応答の異なる極子を用いて理論通りの励磁電流で所定の多極子場を発生させると、所望の多極子場の形状とならない。所望の多極子場の形状とならないと、理論通りの補正が正確に行えない。例えばコマ収差などの寄生収差の発生により分解能が劣化したり、寄生２極子場の発生で光軸ズレが生じたりするという新たな課題が生じる。また、各極子の磁場応答が不安定な場合、理想形状との乖離により生じる寄生収差が非線形に発生する。寄生収差が非線形に発生すると、その寄生収差をフィードフォワード制御できず、制御に時間を要するという課題もある。

【0044】

図１４は、Ｅ×Ｂレンズ１２３を用いた非点調整のフローチャートである。まず、ステージ制御部１１５によりステージ１１３を観察位置に移動させる（Ｓ１４０２）。非点調整用サンプルが標準試料としてステージ１１３に搭載されている場合には、調整用サンプルがＳＥＭの視野に入るようにステージ１１３を移動させる。Ｓ１４０３では、ＳＥＭ画像取得のための光学条件を設定する。光学条件としては、電子銃制御部１０４が制御する加速電圧、リターディング電圧制御部１１７が制御するリターディング電圧、コンデンサレンズ制御部が制御するコンデンサレンズの励磁電流、対物レンズ制御部１１１が制御する対物レンズの励磁電流、各種偏向器の励磁電流、などが含まれる。Ｓ１４０４では、観察像を撮影する。Ｓ１４０５では、撮影したＳＥＭ画像の非点評価値を測定する。非点評価値は、ＳＥＭ画像の方位別の鮮鋭度を算出し、それらの鮮鋭度の差分や比率等を用いた数値である。Ｓ１４０６では、指定された非点探索回数を満たしているかを判定し、指定された非点探索回数を満たしていればＳ１４０８に進み、満たしていなければＳ１４０７に進む。Ｓ１４０７では、ヒステリシスを緩和する電流制御を用いてＥ×Ｂレンズ１２３に指定された励磁電流量を印加し、Ｓ１４０４に進む。Ｓ１４０８では、Ｓ１４０６までに測定した励磁電流と非点評価値の関係から非点評価値の最も高いピーク電流を計算する。Ｓ１４０９では、ヒステリシスを緩和する電流制御を用いてＥ×Ｂレンズ１２３にピーク電流（目標電流）を印加し、非点調整を終了する。

【0045】

本発明に係るヒステリシスを緩和する電流制御を多極子レンズに適用することにより、直流電流の電流経路と逆方向の電流を印加する場合においても、目標電流よりも広域の電流経路を周回させる電流制御が不要となり高精度な収差補正を短時間に実現できる。

【0046】

＜実施の形態４＞
本発明の実施形態４では、磁気的に結合したレンズ群の磁場応答の再現性を向上させ、高精度な電子軌道制御を実現できる技術について説明する。荷電粒子線装置として走査型電子顕微鏡を例に挙げて説明する。

【0047】

図１５は、イメージシフト偏向器１２８を構成する上段の偏向器９０１と下段の偏向器９０２が磁気的に結合している１例である。イメージシフト偏向器１２８の上段の偏向器９０１と下段の偏向器９０２との間の距離ΔＨが近い場合、上段の偏向器９０１で偏向場１５０１を発生させると下段の偏向器９０１への磁場漏れにより偏向場１５０２が生じる。この磁場漏れは、イメージシフト偏向器１２８に限定されるものではなく、その他レンズにおいても、面内に分割されたレンズ同士の距離、他のレンズ同士の距離、磁気シールド等の磁気を帯びる部品間の距離、などが近ければ発生する。

【0048】

図１６は、イメージシフト偏向器１２８内の磁場応答における課題の１例である。ここでは、上段の偏向器９０１から磁場漏れのあった場合の下段の偏向器９０２の磁場応答について説明する。

【0049】

下段の偏向器９０２は、半時計回りの励磁経路に対して磁場応答１６０１を示す。偏向器９０２は、励磁電流Ｌ０で磁場強度Ｂ０を出力し、励磁電流Ｌ０にΔＩ増加させたＬ１で磁場強度Ｂ１を出力する。下段の偏向器９０２が励磁電流Ｌ０で磁場強度Ｂ０を出力しているとき、上段の偏向器９０１からの磁場漏れで励磁経路と逆方向の磁場を受けると、下段の偏向器９０２の磁場強度は、破線に示す不安定な経路を辿り、磁場強度Ｂ０’（見せかけの励磁電流Ｌ０’）に到達する。このとき、下段の偏向器９０２の励磁電流をΔＩ増加させると、下段の偏向器９０２の磁場強度は、破線に示す不安定な経路を辿り、磁場強度Ｂ１’に到達する。このように、磁気的に結合したレンズ群においては、磁場漏れによって記憶させた励磁経路と逆方向の磁場を受けると、記憶させた磁場応答が消失するという新たな課題が生じる。また、磁場漏れによって出力場の形状に歪みが生じると所望の補正機能が不完全となり理論通りの補正ができなくなる課題もある。

【0050】

図１７は、イメージシフト偏向器１２８を用いた視野移動のフローチャートである。図１７を参照して、磁気的に結合したレンズ群における磁場調整フローの例を説明する。
まず、ステージ制御部１１５によりステージ１１３を観察位置に移動させる（Ｓ１７０１）。Ｓ１７０２では、ＳＥＭ画像取得のための光学条件を設定する。光学条件としては、電子銃制御部１０４が制御する加速電圧、リターディング電圧制御部１１７が制御するリターディング電圧、コンデンサレンズ制御部が制御するコンデンサレンズの励磁電流、対物レンズ制御部１１１が制御する対物レンズの励磁電流、各種偏向器の励磁電流、などが含まれる。Ｓ１７０３では、視野を選択する。視野の選択は、ユーザが任意の座標を指定してもよいし、あらかじめ設定された座標を指定してもよい。Ｓ１７０４では、現在の座標と指定された座標から視野移動量を計算する。Ｓ１７０５では、励磁電流を変更する段を選択する。Ｓ１７０６では、計算した視野移動量に基づき、指定された段の励磁電流量を計算する。Ｓ１７０７では、ヒステリシスを緩和する電流制御を用いて指定段に指定の励磁電流（目標電流）を印加する。Ｓ１７０８では、全段の励磁電流を変更していなければ、Ｓ１７０５に進み、全段の励磁電流を変更していれば視野移動を終了する。

【0051】

図１７においては、励磁電流の変更をレンズ段ごとに実施したが、調整時間短縮のために全段同時に実施してもよい。ヒステリシスを緩和する電流制御に用いる交流電流の振幅ａ０は、磁気的に結合したレンズ群において、所定のレンズに最も隣接するレンズに振幅ａ０の交流電流を印加したとしても、所定のレンズの磁場応答が変化しないように設定することが好ましい。

【0052】

本発明に係るヒステリシスを緩和する電流制御を磁気的に結合したレンズ群に適用することにより、磁場漏れによる隣接レンズの磁場応答変化が抑制され、高精度な電子軌道制御を短時間に実現できる。

【0053】

＜実施の形態５＞
本発明の実施形態５では、磁界レンズのヒステリシスを緩和する電流制御の変形例について説明する。

【0054】

図１８Ａは、ヒステリシス緩和電流制御の第１例を示す。所定の初期電流１８０１の磁界レンズに時刻ｔ０で振幅ａ０の交流電流を印加する。次いで時刻ｔ１で振幅ａ１（＜ａ０）の直流電流を駆動で印加する（励磁電流１８０２）。次いで時刻ｔ２で振幅ａ０の交流電流を印加する。次いで時刻ｔ３で振幅ａ１（＜ａ０）の直流電流を駆動で印加する（励磁電流１８０３）。このように、互いに周期的に分割された交流電流と直流電流を合成して励磁電流を発生させ、所定範囲を周回する電流制御を適用すると、磁場応答の再現性が向上する。このとき、直流電流の１周期内に、交流電流を少なくとも１周期以上発生させることが好ましい。

【0055】

図１８Ｂは、ヒステリシス緩和電流制御の第２例を示す。所定の初期電流１８０１の磁界レンズに時刻ｔ０で振幅ａ０の交流電流を印加する。次いで時刻ｔ１で振幅ａ１（＝ａ０）の直流電流を駆動で印加する（励磁電流１８０４）。次いで時刻ｔ２で振幅ａ０の交流電流を印加する。次いで時刻ｔ３で振幅ａ１（＝ａ０）の直流電流を駆動で印加する（励磁電流１８０５）。このように、交流電流と直流電流の振幅を等しくすると（ａ１＝ａ０）第１例よりも広域の電流変更を短時間に実現できる。ただし、直流電流の振幅が交流電流の振幅よりも大きく（ａ１＞ａ０）設定した場合、記憶していない経路を辿る制御となるので、磁場応答の再現性は低くなる。

【0056】

図１８Ｃは、ヒステリシス緩和電流制御の第３例を示す。本例は、第１例における交流電流の波形を正弦波に変更したものである。交流電流の波形を正弦波にすると、励磁電流の立ち上がり時間と立ち下がり時間が矩形波よりもゆっくりとなり、オーバーシュートやリンギング等の電源揺らぎを抑制できる。これにより、電源揺らぎに追従する磁場応答が抑制され、第１例よりも磁場応答の再現性が向上する。交流電流の形状は正弦波に限定されるものではなく、台形波や三角波など、励磁電流の立ち上がり時間、立ち下がり時間を遅らせるものであればよい。

【0057】

図１８Ｄは、ヒステリシス緩和電流制御の第４例を示す。本例においては、交流電流１８０６と直流電流１８０７を連続駆動する（１８０８）。本例においては、交流電流の振幅をａ０、周期をｔ１、周期ｔ１の間における直流電流の変更量をａ１としたとき、｜ａ０｜≧｜ａ１｜を満たすように、各電流を制御する。これにより、第１例よりも広域の電流変更を短時間に実現できる。

【0058】

次に図１９Ａ～図１９Ｇを参照して、交流電流の波形内で直流電流を駆動させるタイミングごとの電流波形について説明する。以下では、交流電流と直流電流の振幅を｜ａ０｜＝｜ａ１｜として説明する。

【0059】

図１９Ａは、交流電流の波形内で直流電流を駆動させる３つのタイミングの１例である。図１９Ａに示す交流電流の波形内には、第１立ち上がり期間Ｔ１と、第１立ち下がり期間Ｔ２と、第２立ち上がり期間Ｔ３がある。これら３つの期間のうちいずれかにおいて、交流電流に対して直流電流を合成することができる。各タイミングにおける合成電流の例を以下に説明する。

【0060】

図１９Ｂ～図１９Ｄは、交流電流の初期振幅と直流電流の振幅が同符号の場合における電流波形の例である。

【0061】

図１９Ｂは、第１立ち上がり期間Ｔ１で直流電流を駆動させた場合の電流波形を示す。第１立ち上がり期間Ｔ１において励磁電流は２×ａ０増加する。次いで第１立ち下がり期間Ｔ２で励磁電流は２×ａ０減少する。次いで第２立ち上がり期間Ｔ３で励磁電流はａ０増加する。

【0062】

図１９Ｃは、第１立ち下がり期間Ｔ２で直流電流を駆動させた場合の電流波形を示す。第１立ち上がり期間Ｔ１で励磁電流はａ０増加する。次いで第１立ち下がり期間Ｔ２で励磁電流はａ０減少する。次いで第２立ち上がり期間Ｔ３で励磁電流はａ０増加する。
図１９Ｄは、第２立ち上がり期間Ｔ３で直流電流を駆動させた場合の電流波形を示す。第１立ち上がり期間Ｔ１で励磁電流はａ０増加する。次いで第１立ち下がり期間Ｔ２で励磁電流は２×ａ０減少する。次いで第２立ち上がり期間Ｔ３で励磁電流は２×ａ０増加する。

【0063】

図１９Ｅ～図１９Ｇは、交流電流の初期振幅と直流電流の振幅が異符号の場合における電流波形の例である。

【0064】

図１９Ｅは、第１立ち上がり期間Ｔ１で直流電流を駆動させた場合の電流波形を示す。第１立ち上がり期間Ｔ１では交流電流と直流電流が相殺して励磁電流は変化しない。次いで第１立ち下がり期間Ｔ２で励磁電流は２×ａ０減少する。次いで第２立ち上がり期間Ｔ３で励磁電流はａ０増加する。

【0065】

図１９Ｆは、第１立ち下がり期間Ｔ２で直流電流を駆動させた場合の電流波形を示す。第１立ち上がり期間Ｔ１で励磁電流はａ０増加する。次いで第１立ち下がり期間Ｔ２で励磁電流は３×ａ０減少する。次いで第２立ち上がり期間Ｔ３で励磁電流はａ０増加する。

【0066】

図１９Ｇは、第２立ち上がり期間Ｔ３で直流電流を駆動させた場合の電流波形を示す。第１立ち上がり期間Ｔ１で励磁電流はａ０増加する。次いで第１立ち下がり期間Ｔ２で励磁電流は２×ａ０減少する。次いで第２立ち上がり期間Ｔ３では交流電流と直流電流が相殺して励磁電流は変化しない。

【0067】

次に図２０Ａ～図２０Ｂを参照して、図１９Ｂ～図１９Ｇで示した電流制御による磁場応答について説明する。

【0068】

図２０Ａのパターン１は、図１９Ｂで示した第１立ち上がり期間Ｔ１で直流電流を駆動させた場合の磁場応答である。第１立ち上がり期間Ｔ１で直流電流を駆動させた電流経路２００２を印加すると、所定の初期電流の磁場強度２００１から励磁経路２００３を周回し、磁場強度２００４に到達する。

【0069】

図２０Ａのパターン２は、図１９Ｃで示した第１立ち下がり期間Ｔ２で直流電流を駆動させた場合の磁場応答である。第１立ち下がり期間Ｔ２で直流電流を駆動させた電流経路２００５を印加すると、所定の初期電流の磁場強度２００１から励磁経路２００６を周回し、磁場強度２００４に到達する。

【0070】

図２０Ａのパターン３は、図１９Ｄで示した第２立ち上がり期間Ｔ３で直流電流を駆動させた場合の磁場応答である。第２立ち上がり期間Ｔ３で直流電流を駆動させた電流経路２００７を印加すると、所定の初期電流の磁場強度２００１から励磁経路２００８を周回し、磁場強度２００４に到達する。

【0071】

以上のパターン１～３で示したように、交流電流の初期振幅と直流電流の振幅を同符号にして電流経路を周回する電流制御にすると高再現な磁場応答が得られる。

【0072】

図２０Ｂのパターン４は、図１９Ｅで示した第１立ち上がり期間Ｔ１で直流電流を駆動させた場合の磁場応答である。第１立ち上がり期間Ｔ１で直流電流を駆動させた電流経路２００９を印加すると、所定の初期電流の磁場強度２００１から励磁経路２０１０を辿り、磁場強度２０１１に到達する。

【0073】

図２０Ｂのパターン５は、図１９Ｆで示した第１立ち下がり期間Ｔ２で直流電流を駆動させた場合の磁場応答である。第１立ち下がり期間Ｔ２で直流電流を駆動させた電流経路２０１２を印加すると、所定の初期電流の磁場強度２００１から励磁経路２０１３を辿り、磁場強度２０１１に到達する。

【0074】

図２０Ｂのパターン６は、図１９Ｇで示した第２立ち上がり期間Ｔ３で直流電流を駆動させた場合の磁場応答である。第２立ち上がり期間Ｔ３で直流電流を駆動させた電流経路２０１４を印加すると、所定の初期電流の磁場強度２００１から励磁経路２０１５を辿り、磁場強度２０１１に到達する。

【0075】

以上のパターン４～６で示したように、交流電流の初期振幅と直流電流の振幅が異同符号の場合、電流経路の一部を周回する電流制御となる。

【0076】

図２１は、直流電流の電流符号を反転させる場合の電流制御の１例である。ここでは図２０Ａ～図２０Ｂで説明したパターンのうち３つをピックアップして説明する。

【0077】

パターン１とパターン６の組合せについて説明する。まず、パターン１の電流経路２００２で励磁電流を印加する。このとき、所定の初期電流の磁場強度２００１は、励磁経路２００３を周回し、磁場強度２００４に到達する。次に、直流電流の電流符号を反転させて磁場強度２００４から磁場強度２００１に戻す場合、パターン６の電流経路２０１４で励磁電流を印加する。このとき、磁場強度２００４は、電流経路２００２で記憶した経路を辿って磁場強度２００１に到達する。

【0078】

パターン２とパターン２の位相を反転したものの組合せについて説明する。まず、パターン２の電流経路２００５で励磁電流を印加する。このとき、所定の初期電流の磁場強度２００１は、励磁経路２００６を周回し、磁場強度２００４に到達する。次に、直流電流の電流符号を反転させて磁場強度２００４から磁場強度２００１に戻す場合、パターン２の位相を反転させた電流経路２１０１で励磁電流を印加する。このとき、磁場強度２００４は、電流経路２００５で記憶した経路を辿って磁場強度２００１に到達する。

【0079】

パターン３とパターン４の組合せについて説明する。まず、パターン３の電流経路２００７で励磁電流を印加する。このとき、所定の初期電流の磁場強度２００１は、励磁経路２００８を周回し、磁場強度２００４に到達する。次に、直流電流の電流符号を反転させて磁場強度２００４から磁場強度２００１に戻す場合、パターン４の電流経路２００９で励磁電流を印加する。このとき、磁場強度２００４は、電流経路２００７で記憶した経路を辿って磁場強度２００１に到達する。

【0080】

図２１に示す３つの組み合わせは、組み合わせの前半部分と後半部分において磁場応答が互いに同じ周回経路をたどるので、磁場応答を再現性よく変動させることができる。したがってこれら３つの組み合わせは、励磁電流として望ましいといえる。

【0081】

以上のように、直流電流の駆動タイミング（位相）、または交流電流の位相を少なくとも１回以上変更して過去の電流経路を辿る制御にすると、直流電流の電流符号を反転させる場合においても磁場応答の再現性が向上する。

【0082】

＜本発明の変形例について＞
本発明は、前述した実施形態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、上記した実施形態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、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態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。

【0083】

本発明を適用可能な荷電粒子線装置は、図１に示す走査電子顕微鏡に限られず、走査透過電子顕微鏡、透過電子顕微鏡、走査イオン顕微鏡や集束イオンビーム装置などにも適用可能である。

【符号の説明】

【0084】

１０１：陰極
１０２：第１陽極
１０３：第２陽極
１０４：電子銃制御部
１０５：第１コンデンサレンズ制御部
１０６：第１コンデンサレンズ
１０７：対物可動絞り
１０８：第２コンデンサレンズ制御部
１０９：第２コンデンサレンズ
１１０：光軸
１１１：対物レンズ制御部
１１２：対物レンズ
１１３：ステージ
１１４：試料
１１５：ステージ制御部
１１６：試料高さ計測器
１１７：リターディング電圧制御部
１１８：リターディング電源
１１９：第１偏向器制御部
１２０：第１走査偏向器
１２１：２次電子変換板
１２２：Ｅ×Ｂ制御部
１２３：Ｅ×Ｂレンズ
１２４：検出器制御部
１２５：検出器
１２６：制御部
１２７：表示装置
１２８：イメージシフト偏向器
１２９：非点補正器制御部
１３０：非点補正器

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6A】

【図6B】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18A】

【図18B】

【図18C】

【図18D】

【図19A】

【図19B】

【図19C】

【図19D】

【図19E】

【図19F】

【図19G】

【図20A】

【図20B】

【図21】