特許 7441756 荷電粒子ビーム装置

(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】2024-02-21

(45)【発行日】2024-03-01

(54)【発明の名称】荷電粒子ビーム装置

(51)【国際特許分類】

   H01J 37/06 20060101AFI20240222BHJP

   H01J 37/28 20060101ALI20240222BHJP

   H01J 37/20 20060101ALI20240222BHJP

【ＦＩ】

H01J37/06 A

H01J37/28 B

H01J37/20 A

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2020143072

(22)【出願日】2020-08-27

(65)【公開番号】P2022038518

(43)【公開日】2022-03-10

【審査請求日】2023-02-28

(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】110002066

【氏名又は名称】弁理士法人筒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】李 ウェン

(72)【発明者】

【氏名】高橋 弘之

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 誠

(72)【発明者】

【氏名】水原 譲

【審査官】鳥居 祐樹

(56)【参考文献】

【文献】実開昭５９－０２８２８１（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開２００７－２４４０４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０４－０１２６７３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｊ ３７／０６

Ｈ０１Ｊ ３７／２０

Ｈ０１Ｊ ３７／２８

Ｈ０１Ｊ ３７／０８

Ｈ０１Ｊ ３７／２４８

Ｈ０２Ｍ ７／００－ ７／４０

Ｈ０２Ｍ ３／００－ ３／４４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

荷電粒子ビームを放出する荷電粒子銃と、試料が設置されるステージと、前記荷電粒子ビームのエネルギーを定める第１の電圧および第２の電圧を生成し、前記第１の電圧を前記荷電粒子銃に供給する電源回路と、を有する荷電粒子ビーム装置であって、
前記電源回路は、
前記第１の電圧を生成する第１の昇圧回路と、
前記第２の電圧を生成する第２の昇圧回路と、
前記第１の昇圧回路と前記第２の昇圧回路を共通のスイッチ信号でスイッチング制御するスイッチング制御回路と、
を有する荷電粒子ビーム装置。

【請求項2】

請求項１記載の荷電粒子ビーム装置において、
前記荷電粒子銃は、第１の筐体に収容され、
前記第１の昇圧回路のグラウンド電源と、前記第２の昇圧回路のグラウンド電源は、前記第１の筐体に接続される前に共通に接続される、
荷電粒子ビーム装置。

【請求項3】

請求項２記載の荷電粒子ビーム装置において、
前記第１の昇圧回路と前記第２の昇圧回路は、第２の筐体に収容され、
前記第１の昇圧回路のグラウンド電源と、前記第２の昇圧回路のグラウンド電源は、前記第２の筐体に接続され、前記第２の筐体を介して前記第１の筐体に接続される、
荷電粒子ビーム装置。

【請求項4】

請求項１記載の荷電粒子ビーム装置において、
前記第１の電圧の大きさを設定するための第１の基準電圧を生成する第１の基準電圧源と、
前記第２の電圧の大きさを設定するための第２の基準電圧を生成する第２の基準電圧源と、
前記第１の基準電圧源と前記第２の基準電圧源とに共通の基準電圧を供給する共通基準電圧源と、
を有する、
荷電粒子ビーム装置。

【請求項5】

請求項１記載の荷電粒子ビーム装置において、
前記第１の電圧に重畳される第１のリプル電圧を検出する第１のリプル検出器と、
前記第２の電圧に重畳される第２のリプル電圧を検出する第２のリプル検出器と、
前記第１のリプル電圧と前記第２のリプル電圧との差電圧を前記第１の電圧または前記第２の電圧の一方にフィードバックするリプル制御回路と、
を有する、
荷電粒子ビーム装置。

【請求項6】

請求項１記載の荷電粒子ビーム装置において、
前記第１の昇圧回路および前記第２の昇圧回路のそれぞれは、
トランスと、
前記トランスの一次コイルに交流電圧を供給するスイッチング素子と、
前記トランスの二次コイルの電圧を昇圧するコッククロフトウォルトン回路と、
を有し、
前記スイッチング制御回路は、前記スイッチング素子をスイッチング制御する、
荷電粒子ビーム装置。

【請求項7】

請求項１記載の荷電粒子ビーム装置において、
前記第２の電圧は、前記ステージに供給される、
荷電粒子ビーム装置。

【請求項8】

請求項１記載の荷電粒子ビーム装置において、
前記第２の電圧は、前記第１の電圧で加速された前記荷電粒子ビームを更に加速させるブースタ電極に供給される、
荷電粒子ビーム装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、荷電粒子ビーム装置および電源装置に関し、例えば、昇圧回路を含む電源装置、および当該電源装置を搭載した荷電粒子ビーム装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、荷電粒子線の照射領域に生じる帯電を高速に除電可能な荷電粒子線装置が示される。当該荷電粒子線装置は、リターディング電圧の値が加速電圧の値よりも小さい条件において試料を測定後、リターディング電圧の値と加速電圧の値の差を測定時よりも小さくすることによって除電を行う。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１２－１５５９８０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

従来より、電子ビーム光学系の収差を小さくする目的で、特許文献１等に示されるようなリターディング法が用いられている。この方式は、電子ビームのエネルギーを、加速電圧によって、一旦、数十ｋＶ等の高いエネルギーにしたのち、試料への照射時に、当該エネルギーを、試料に印加されたリターディング電圧によって１ｋＶ以下等に減速させる方式である。電子ビームは、エネルギーが高いほど波長が短くなり、ビームサイズを小さく絞る（すなわち、電子ビームの分解能を高める）ことができる。また、照射時の電子ビームのエネルギーを下げることで、試料に与えるダメージを低減できる。

【0005】

一方、半導体デバイスの微細化に伴い、電子ビームの分解能を更に高めることが求められている。こうした中、一般的な荷電粒子線装置では、加速電圧は、電子銃側に搭載した電源装置で生成され、リターディング電圧は、試料側に搭載した別の電源装置で生成される。しかし、このような構成では、加速電圧とリターディング電圧との間に生じるノイズが増加し、電子ビームの分解能を十分に高められない恐れがあった。

【0006】

本発明は、このようなことに鑑みてなされたものであり、その目的の一つは、複数の電圧間に生じるノイズを低減することが可能な電源装置および荷電粒子ビーム装置を提供することにある。

【0007】

本発明の前記並びにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面から明らかになるであろう。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本願において開示される発明のうち、代表的な実施の形態の概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。

【0009】

本発明の代表的な実施の形態による荷電粒子ビーム装置は、荷電粒子ビームを放出する荷電粒子銃と、試料が設置されるステージと、荷電粒子ビームのエネルギーを定める第１の電圧および第２の電圧を生成し、第１の電圧を荷電粒子銃に供給する電源回路と、を有する。電源回路は、第１の電圧を生成する第１の昇圧回路と、第２の電圧を生成する第２の昇圧回路と、第１の昇圧回路と第２の昇圧回路を共通のスイッチ信号でスイッチング制御するスイッチング制御回路と、を有する。

【発明の効果】

【0010】

本願において開示される発明のうち、代表的な実施の形態によって得られる効果を簡単に説明すると、複数の電圧間に生じるノイズを低減することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の実施の形態１による荷電粒子ビーム装置の構成例を示す概略図である。

【図2】図１の荷電粒子ビーム装置において、リターンディング電圧を生成する電源回路の概略的な構成例を示す回路図である。

【図3】図１の荷電粒子ビーム装置において、加速電圧およびリターンディング電圧を生成する電源回路の概略的な構成例を示す回路図である。

【図4】図４は、図３における共通基準電圧源周りの構成例を示す回路図である。

【図5A】図３の電源回路の実装例を示す模式図である。

【図5B】図５Ａとは異なる実装例を示す模式図である。

【図6】本発明の実施の形態２による荷電粒子ビーム装置において、図１での加速電圧およびブースト電圧を生成する電源回路の概略的な構成例を示す回路図である。

【図7】本発明の実施の形態３による荷電粒子ビーム装置において、図１での加速電圧およびリターンディング電圧を生成する電源回路の概略的な構成例を示す回路図である。

【図8】図７におけるリプル制御回路およびロウパスフィルタ周りの構成例を示す概略図である。

【図9】本発明の実施の形態４による荷電粒子ビーム装置において、図１での加速電圧およびリターンディング電圧を生成する電源回路の概略的な構成例を示す回路図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。

【0013】

（実施の形態１）
《荷電粒子ビーム装置の概略》
図１は、本発明の実施の形態１による荷電粒子ビーム装置の構成例を示す概略図である。明細書では、荷電粒子ビーム装置が、電子ビームを用いる電子顕微鏡装置である場合を例とするが、これに限らず、例えば、イオンビームを用いるイオン顕微鏡装置等であってもよい。図１の荷電粒子ビーム装置１０は、概略的には、電子銃（荷電粒子銃）２１から放出された電子ビーム（過電粒子ビーム）Ｂ１を試料３２に照射し、試料３２からの放出された電子（具体的には二次電子、反射電子）Ｂ２の放出量を検出器２９で検出するものである。

【0014】

図１に示す荷電粒子ビーム装置１０は、本体部１５と、制御部１６と、複数の電源回路１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄと、画像処理部１８とを備える。本体部１５は、筐体１９と、試料室２０とを備える。筐体１９には、電子銃（荷電粒子銃）２１、コンデンサレンズ２５、反射板２６、偏向器２７、対物レンズ２８、検出器２９、およびブースト電極３０が収容される。電子銃２１は、電子源（荷電粒子源）２２と、引出電極２３と、加速電極２４とを備える。試料室２０には、試料３２が設置されるステージ３１が収容される。

【0015】

筐体１９は、金属部材で構成され、グラウンド電源ＧＮＤに接続される。電源回路１７ａは、負の加速電圧Ｖ０を生成し、電子源２２に供給する。電源回路１７ｂは、電子源２２の電圧（Ｖ０）を基準に正の引出電圧を生成し、引出電極２３に供給する。電子源２２は、この引出電圧によって電子ビーム（荷電粒子ビーム）Ｂ１を放出する。加速電極２４は、グラウンド電源ＧＮＤに接続される。これに伴い、電子源２２を基準にすると、加速電極２４には、正の加速電圧Ｖ０が印加される。電子源２２から放出された電子ビームＢ１は、この加速電圧Ｖ０によって加速される。

【0016】

コンデンサレンズ２５は、電子銃２１から放出された電子ビームＢ１を集束する。対物レンズ２８は、試料上３２で電子ビームＢ１が微小スポットとなるように電子ビームＢ１を集束する。この際に、電源回路１７ｄは、正のブースト電圧Ｖｂを生成し、コンデンサレンズ２５の近辺に設置されたブースト電極３０に供給する。これに伴い、加速電圧Ｖ０で加速された電子ビームＢ１は、ブースト電圧Ｖｂによって更に加速される。これにより、電子ビームＢ１の更なる高分解能化が可能になる。

【0017】

偏向器２７は、磁界型偏向器または静電型偏向器であり、対物レンズ２８で集束された電子ビームＢ１を偏向することで、試料３２上に照射された電子ビームＢ１（すなわち微小スポット）を走査する。電源回路１７ｃは、負のリターンディング電圧Ｖｒを生成し、ステージ３１に供給する。これに伴い、対物レンズ２８を通過した電子ビームＢ１は、リターンディング電圧Ｖｒによって減速される。これにより、試料３２へのダメージを低減することが可能になる。

【0018】

電子ビームＢ１には、加速電圧Ｖ０およびブースト電圧Ｖｂによって、例えば、数十ｋＶ等のエネルギーが付与される。リターンディング電圧Ｖｒは、この電子ビームＢ１のエネルギーを例えば１ｋＶ以下等に下げる。このように、電子ビームＢ１のエネルギーは、電源回路１７ａ，１７ｃ，１７ｄによって適宜定められる。ただし、電源回路１７ｄおよびブースト電極３０は、設けられない場合もある。

【0019】

試料３２は、電子ビームＢ１の照射に応じて、電子（具体的には二次電子、反射電子）Ｂ２を放出する。放出された電子Ｂ２は、リターンディング電圧Ｖｒおよびブースト電圧Ｖｂによって電子源２２の方向に加速し、反射板２６に衝突する。これに伴い、反射板２６は、二次電子を放出する。検出器２９は、この二次電子の放出量を検出する。

【0020】

制御部１６は、例えば、マイクロコントローラ等を含む各種ＩＣ（Integrated Circuit）を実装した配線基板（制御基板）等で構成される。制御部１６は、各電源回路１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄの電圧値を制御する。また、制御部１６は、偏向器２７や、対物レンズ２８等を制御する。さらに、制御部１６は、検出器２９からの出力信号を、所定の信号処理回路を用いて処理する。この際に、制御部１６は、偏向器２７への制御信号と、検出器２９からの出力信号とを同期させることで、走査領域の二次電子画像を作成するための元データを作成する。

【0021】

画像処理部１８は、例えば、ＰＣ（personal computer）等の計算機で構成される。画像処理部１８は、制御部１６から二次電子画像の元データを取得し、当該元データに基づいて二次電子画像を作成する。また、画像処理部１８は、作成した二次電子画像を、ディスプレイ等に表示する。二次電子画像は、走査領域内の各位置において、二次電子の放出量に応じて輝度が異なるような画像である。

【0022】

《電源回路（電源装置）の詳細》
図２は、図１の荷電粒子ビーム装置において、リターンディング電圧を生成する電源回路の概略的な構成例を示す回路図である。図２に示す電源回路１７ｃは、定電圧源ＶＧｃと、トランジスタＱｃと、スイッチユニットＳＷＵｃと、トランスＴＲｃと、コッククロフトウォルトン回路ＣＷｃと、ロウパスフィルタＬＰＦｃと、誤差増幅器ＥＡｃと、電圧制御回路３５ｃと、スイッチング制御回路３６ｃとを備える。スイッチユニットＳＷＵｃ、トランスＴＲｃおよびコッククロフトウォルトン回路ＣＷｃは、昇圧回路ＢＣｃを構成する。

【0023】

定電圧源ＶＧｃは、入力電圧Ｖｉ３を生成する。トランジスタ（例えば、バイポーラトランジスタ）Ｑｃは、入力電圧Ｖｉ３をベース電圧に応じて降圧する。そして、トランジスタＱｃは、この降圧した電圧を、トランスＴＲｃの一次コイルにおける中点タップの電圧に定める。スイッチユニットＳＷＵｃは、２個のスイッチング素子ＳＷ１ｃ，ＳＷ２ｃを備える。スイッチング素子ＳＷ１ｃ，ＳＷ２ｃは、トランスＴＲｃの一次コイルの両端と、グラウンド電源ＧＮＤとの間にそれぞれ接続される。

【0024】

スイッチング制御回路３６は、この２個のスイッチング素子ＳＷ１ｃ，ＳＷ２ｃを、予め定めたスイッチング周波数を持つスイッチ信号Ｓ１，Ｓ２で交互にスイッチング制御する。その結果、トランスＴＲｃの一次コイルには、入力電圧Ｖｉ３を振幅とする交流電圧が供給される。また、トランスＴＲｃの二次コイルからは、コイルの巻線比等に応じた交流電圧Ｖａｃが出力される。このように、スイッチング素子ＳＷ１ｃ，ＳＷ２ｃは、トランスＴＲｃの一次コイルに交流電圧を供給するための素子である。

【0025】

コッククロフトウォルトン回路ＣＷｃは、複数（この例では４個）のコンデンサＣ１ｃ，Ｃ２ｃ，Ｃ３ｃ，Ｃ４ｃと、複数（４個）のダイオードＤ１ｃ，Ｄ２ｃ，Ｄ３ｃ，Ｄ４ｃと、を備える。コッククロフトウォルトン回路ＣＷｃは、トランスＴＲｃの二次コイルからの交流電圧Ｖａｃを昇圧しつつ、直流電圧に変換する。図２の例では、コッククロフトウォルトン回路ＣＷｃは、交流電圧Ｖａｃの振幅の略４倍の大きさを持つ直流電圧を、リターンディング電圧Ｖｒとして生成する。なお、昇圧の倍数は、コンデンサおよびダイオードの段数によって適宜調整される。

【0026】

誤差増幅器ＥＡｃは、分圧抵抗素子Ｒ１ｃ，Ｒ２ｃと、増幅器ＡＭＰ１ｃと、基準電圧源ＶＲＧｃとを備える。基準電圧源ＶＲＧｃは、基準電圧Ｖｒｆ３を生成する。この基準電圧Ｖｒｆ３は、リターンディング電圧Ｖｒの大きさを設定するための電圧である。分圧抵抗素子Ｒ１ｃ，Ｒ２ｃは、コッククロフトウォルトン回路ＣＷｃによって生成されたリターンディング電圧Ｖｒを分圧する。増幅器ＡＭＰ１ｃは、この分圧された電圧値と、基準電圧Ｖｒｆ３との誤差を増幅する。

【0027】

電圧制御回路３５ｃは、誤差増幅器ＥＡｃからの誤差信号に応じてトランジスタＱｃのベース電圧をフィードバック制御する。その結果、トランスＴＲｃからの交流電圧Ｖａｃの振幅が制御され、ひいては、リターンディング電圧Ｖｒが、基準電圧Ｖｒｆ３に応じた大きさとなるように制御される。ロウパスフィルタＬＰＦｃは、抵抗素子Ｒ３ｃおよびコンデンサＣ３ｃを備え、コッククロフトウォルトン回路ＣＷｃからのリターンディング電圧Ｖｒをフィルタリングする。そして、電源回路１７ｃは、このフィルタリングされたリターンディング電圧Ｖｒを、電源ケーブル４０ｃを介して試料３２（詳細にはステージ３１）に供給する。

【0028】

ここで、電源回路１７ｃには、図２に示されるように、３つのノイズ源が含まれる。１つ目は、スイッチング制御回路３６ｃからのスイッチ信号Ｓ１，Ｓ２の切り替わりに伴うスイッチングノイズ（δ１）である。このスイッチングノイズ（δ１）は、グラウンド電源ＧＮＤのノイズでもある。２つ目は、基準電圧源ＶＲＧｃで生じるランダム性のノイズ（δ２）である。

【0029】

３つ目は、コッククロフトウォルトン回路ＣＷｃの昇圧動作に伴うリプルノイズ（δ３）である。すなわち、コッククロフトウォルトン回路ＣＷｃは、交流電圧Ｖａｃに同期してチャージポンプを行うことで昇圧動作を行う。このため、スイッチング制御回路３６ｃのスイッチング周波数に応じたリプルノイズ（δ３）が生じ得る。このような各ノイズ（δ１，δ２，δ３）は、ロウパスフィルタＬＰＦｃによってある程度除去することが可能である。しかし、電子ビームＢ１をより高分解能化するためには、このようなノイズの影響を更に低減することが望まれる。

【0030】

具体的に説明すると、電子ビームＢ１のエネルギーは、例えば、電源回路１７ａからの加速電圧Ｖ０と、電源回路１７ｃからのリターンディング電圧Ｖｒとの差電圧によって定められる。ここで、リターンディング電圧Ｖｒには、前述したようなノイズ源に伴い、ノイズ電圧δＶｒ（＝δ１＋δ２＋δ３）が重畳している。また、電源回路１７ａも、電源回路１７ｃと同様の構成を備える。これに伴い、加速電圧Ｖ０にも、同様のノイズ電圧δＶ０が重畳している。

【0031】

その結果、電子ビームＢ１のエネルギーには、加速電圧Ｖ０に重畳されるノイズ電圧δＶ０と、リターンディング電圧Ｖｒに重畳されるノイズ電圧δＶｒとの差分（＝δＶ０－δＶｒ）に相当する揺らぎ成分が生じる。この揺らぎ成分は、図２に示されるように、電子ビームＢ１の焦点変動を招き、電子ビームＢ１の分解能を低下させる。そこで、図３等の構成例を用いることが有益となる。

【0032】

図３は、図１の荷電粒子ビーム装置において、加速電圧およびリターンディング電圧を生成する電源回路（電源装置）の概略的な構成例を示す回路図である。図４は、図３における共通基準電圧源周りの構成例を示す回路図である。図５Ａは、図３の電源回路（電源装置）の実装例を示す模式図であり、図５Ｂは、図５Ａとは異なる実装例を示す模式図である。

【0033】

図３に示す電源回路（電源装置）１７ａｃは、２個の電源回路１７ａ，１７ｃを備える。電源回路１７ｃは、リターンディング電圧Ｖｒを生成する回路であり、図２とほぼ同様の構成を備える。電源回路１７ａは、加速電圧Ｖ０を生成する回路であり、図２とほぼ同様の構成を備える。簡単に説明すると、電源回路１７ａは、定電圧源ＶＧａと、トランジスタＱａと、スイッチユニットＳＷＵａと、トランスＴＲａと、コッククロフトウォルトン回路ＣＷａと、ロウパスフィルタＬＰＦａと、誤差増幅器ＥＡａと、電圧制御回路３５ａと、を備える。スイッチユニットＳＷＵａ、トランスＴＲａおよびコッククロフトウォルトン回路ＣＷａは、昇圧回路ＢＣａを構成する。

【0034】

定電圧源ＶＧａは、入力電圧Ｖｉ１を生成する。トランジスタＱａは、入力電圧Ｖｉ１をベース電圧に応じて降圧し、降圧した電圧を、トランスＴＲａの一次コイルにおける中点タップの電圧に定める。スイッチユニットＳＷＵａは、２個のスイッチング素子ＳＷ１ａ，ＳＷ２ａを備える。コッククロフトウォルトン回路ＣＷａは、複数（この例では４個）のコンデンサＣ１ａ，Ｃ２ａ，Ｃ３ａ，Ｃ４ａと、複数（４個）のダイオードＤ１ａ，Ｄ２ａ，Ｄ３ａ，Ｄ４ａと、を備え、昇圧された直流電圧として、加速電圧Ｖ０を生成する。

【0035】

誤差増幅器ＥＡａは、分圧抵抗素子Ｒ１ａ，Ｒ２ａと、増幅器ＡＭＰ１ａと、基準電圧源ＶＲＧａとを備える。基準電圧源ＶＲＧａは、基準電圧Ｖｒｆ１を生成する。この基準電圧Ｖｒｆ１は、加速電圧Ｖ０の大きさを設定するための電圧である。分圧抵抗素子Ｒ１ａ，Ｒ２ａは、加速電圧Ｖ０を分圧し、増幅器ＡＭＰ１ａは、この分圧された電圧値と、基準電圧Ｖｒｆ１との誤差を増幅する。電圧制御回路３５ａは、誤差増幅器ＥＡａからの誤差信号に応じてトランジスタＱａのベース電圧をフィードバック制御する。ロウパスフィルタＬＰＦａは、抵抗素子Ｒ３ａおよびコンデンサＣ３ａを備え、加速電圧Ｖ０をフィルタリングする。そして、電源回路１７ａは、このフィルタリングされた加速電圧Ｖ０を、電源ケーブル４０ａを介して電子銃２１に供給する。

【0036】

ここで、図３の構成例は、図２の構成を単純に拡張したような構成と異なり、主に、次の３つの特徴を備える。特徴［１］として、電源回路１７ａｃは、スイッチング制御回路３６を有する。スイッチング制御回路３６は、昇圧回路ＢＣａのスイッチユニットＳＷＵａと昇圧回路ＢＣｃのスイッチユニットＳＷＵｃを共通のスイッチ信号Ｓ１，Ｓ２でスイッチング制御する。

【0037】

これにより、図２で述べたような加速電圧Ｖ０に重畳されるリプルノイズ（ノイズ電圧δＶ０内のδ３）と、リターンディング電圧Ｖｒに重畳されるリプルノイズ（ノイズ電圧δＶｒ内のδ３）は、同周波数および同位相となり、互いに相殺される。さらに、加速電圧Ｖ０に重畳されるスイッチングノイズ（ノイズ電圧δＶ０内のδ１）と、リターンディング電圧Ｖｒに重畳されるスイッチングノイズ（ノイズ電圧δＶｒ内のδ１）も、同周波数および同位相となり、互いに相殺される。その結果、電子ビームＢ１の焦点変動を抑制でき、電子ビームＢ１の高分解能が可能になる。

【0038】

特徴［２］として、電源回路１７ａｃは、共通基準電圧源４５を備える。共通基準電圧源４５は、電源回路１７ａの基準電圧源ＶＲＧａと電源回路１７ｃの基準電圧源ＶＲＧｃとに共通の基準電圧Ｖｒｆを供給する。具体例として、図４に示されるように、基準電圧源ＶＲＧａは、例えば、ｐＭＯＳトランジスタＭＰａと、分圧抵抗素子Ｒ５ａ，ＲＶａと、増幅器ＡＭＰ２ａとを備える。ｐＭＯＳトランジスタＭＰａのソースは、制御用の内部電源ＶＤＤに接続される。

【0039】

分圧抵抗素子Ｒ５ａ，ＲＶａは、ｐＭＯＳトランジスタＭＰａのドレインから出力される基準電圧Ｖｒｆ１を分圧する。増幅器ＡＭＰ２ａは、この分圧された電圧が共通基準電圧源４５からの基準電圧Ｖｒｆと一致するように、ｐＭＯＳトランジスタＭＰａのゲートをフィードバック制御する。抵抗素子ＲＶａは、可変抵抗素子である。基準電圧Ｖｒｆ１の電圧値は、この抵抗素子ＲＶａの抵抗値によって可変制御される。

【0040】

同様に、基準電圧源ＶＲＧｃは、例えば、ｐＭＯＳトランジスタＭＰｃと、分圧抵抗素子Ｒ５ｃ，ＲＶｃと、増幅器ＡＭＰ２ｃとを備える。増幅器ＡＭＰ２ｃには、共通基準電圧源４５からの基準電圧Ｖｒｆが入力される。なお、共通基準電圧源４５は、代表的には、バンドギャップリファレンス回路等である。また、基準電圧源ＶＲＧａ，ＶＲＧｃは、図４のような回路に限らず、一般的に知られている様々な回路で構成されればよい。

【0041】

このように、共通基準電圧源４５を設けることで、図２で述べたような加速電圧Ｖ０に重畳されるランダム性のノイズ（ノイズ電圧δＶ０内のδ２）と、リターンディング電圧Ｖｒに重畳されるランダム性のノイズ（ノイズ電圧δＶｒ内のδ２）は、ほぼ等しくなり、互いに相殺される。その結果、電子ビームＢ１の焦点変動を抑制でき、電子ビームＢ１の高分解能が可能になる。

【0042】

特徴［３］として、昇圧回路ＢＣａのグラウンド電源ＧＮＤと、昇圧回路ＢＣｃのグラウンド電源ＧＮＤは、図１に示した筐体１９に接続される前に、電源回路１７ａｃ内で共通に接続される。具体的には、図５Ａまたは図５Ｂに示されるように、昇圧回路ＢＣａを含む電源回路１７ａのグラウンド電源と、昇圧回路ＢＣｃを含む電源回路１７ｃのグラウンド電源は、電源回路（電源装置）１７ａｃの筐体６０に接続され、当該筐体６０を介して、図１に示した本体部１５の筐体１９に接続される。

【0043】

図５Ａの例では、一つの配線基板６５上に、昇圧回路ＢＣａ，ＢＣｃ、ロウパスフィルタＬＰＦａ，ＬＰＦｃ、誤差増幅器ＥＡａ，ＥＡｃ、共通基準電圧源４５、スイッチング制御回路３６および電圧制御回路３５ａ，３５ｃ（図示省略）が実装される。各回路のグラウンド電源は、配線基板６５のグラウンド層に共通に接続される。また、配線基板６５は、電源回路（電源装置）１７ａｃの筐体６０に収容され、筐体６０内で絶縁用樹脂部材６１によって封止される。

【0044】

筐体６０は、金属部材で構成され、グラウンド電源ＧＮＤ２に接続される。配線基板６５のグラウンド層は、この筐体６０（グラウンド電源ＧＮＤ２）に接続される。そして、電源回路１７ａｃの筐体６０（グラウンド電源ＧＮＤ２）は、図１に示した本体部１５の筐体１９（グラウンド電源ＧＮＤ）に別途接続される。

【0045】

図５Ｂの例では、配線基板６６上に、昇圧回路ＢＣａ、ロウパスフィルタＬＰＦａ、誤差増幅器ＥＡａ、共通基準電圧源４５、スイッチング制御回路３６および電圧制御回路３５ａ（図示省略）が実装される。また、別の配線基板６７上に、昇圧回路ＢＣｃ、ロウパスフィルタＬＰＦｃ、誤差増幅器ＥＡｃおよび電圧制御回路３５ｃ（図示省略）が実装される。共通基準電圧源４５からの基準電圧Ｖｒｆと、スイッチング制御回路３６からのスイッチ信号Ｓ１，Ｓ２は、それぞれ、所定の信号ケーブルを介して配線基板６７へ伝送される。

【0046】

この２個の配線基板６６，６７は、電源回路１７ａｃの筐体６０に収容され、筐体６０内で絶縁用樹脂部材６１によって封止される。配線基板６６のグラウンド層と、配線基板６７のグラウンド層は、共に、筐体６０（グラウンド電源ＧＮＤ２）に接続され、筐体６０を介して、本体部１５の筐体１９（グラウンド電源ＧＮＤ）に別途接続される。このように、２個の昇圧回路ＢＣａ，ＢＣｃのグラウンド電源を、本体部１５の筐体１９で共通化される前に共通化することで、２個の昇圧回路ＢＣａ，ＢＣｃのグラウンド電源電圧をより一致させることが可能になる。

【0047】

すなわち、前述した各ノイズ（δ１～δ３）の相殺効果は、２個の昇圧回路ＢＣａ，ＢＣｃのグラウンド電源電圧がより等しくなるほど、より高めることが可能になる。一方、一般的な形態では、２個の昇圧回路ＢＣａ，ＢＣｃは、例えば、それぞれ、別の筐体に実装され、２個の昇圧回路ＢＣａ，ＢＣｃのグラウンド電源は、本体部１５の筐体１９で始めて共通化される。この場合、２個の昇圧回路ＢＣａ，ＢＣｃのグラウンド電源電圧に差電圧が生じ易い。そこで、例えば、図５Ａおよび図５Ｂのような実装方式を用いることで、この差電圧を低減することが可能になる。その結果、電子ビームＢ１の焦点変動を抑制でき、電子ビームＢ１の高分解能化が可能になる。

【0048】

《実施の形態１の主要な効果》
以上、実施の形態１の電源回路（電源装置）１７ａｃを用いることで、複数の電圧間に生じるノイズを低減することが可能になる。これに伴い、当該電源回路１７ａｃを荷電粒子ビーム装置１０の加速電圧Ｖ０およびリターンディング電圧Ｖｒに適用することで、電子ビームＢ１の分解能を高めることが可能になる。なお、この例では、電源回路（電源装置）１７ａｃの荷電粒子ビーム装置１０への適用例を示したが、これに限らず、複数の電圧の差電圧に基づいて所定の制御を行う様々な装置に対して同様に適用可能である。また、この例では、２個の電源回路を一体化した例を示したが、同様にして、３個以上の電源回路を一体化することも可能である。

【0049】

（実施の形態２）
《電源回路（電源装置）の詳細》
図６は、本発明の実施の形態２による荷電粒子ビーム装置において、図１での加速電圧およびブースト電圧を生成する電源回路（電源装置）の概略的な構成例を示す回路図である。図６に示す電源回路（電源装置）１７ａｄは、２個の電源回路１７ａ，１７ｄを備える。図６に示す電源回路１７ａｄは、図３に示した電源回路１７ａｃと比較して、図３の電源回路１７ｃが図６の電源回路１７ｄに置き換わったものとなっている。すなわち、電源回路１７ａは、加速電圧Ｖ０を生成する回路であり、図３と同様の構成を備える。電源回路１７ｄは、ブースト電圧Ｖｂを生成する回路であり、当該電源回路１７ａとほぼ同様の構成を備える。

【0050】

簡単に説明すると、電源回路１７ｄは、定電圧源ＶＧｄと、トランジスタＱｄと、スイッチユニットＳＷＵｄと、トランスＴＲｄと、コッククロフトウォルトン回路ＣＷｄと、ロウパスフィルタＬＰＦｄと、誤差増幅器ＥＡｄと、電圧制御回路３５ｄと、を備える。スイッチユニットＳＷＵｄ、トランスＴＲｄおよびコッククロフトウォルトン回路ＣＷｄは、昇圧回路ＢＣｄを構成する。

【0051】

定電圧源ＶＧｄは、入力電圧Ｖｉ４を生成する。トランジスタＱｄは、入力電圧Ｖｉ４をベース電圧に応じて降圧し、降圧した電圧を、トランスＴＲｄの一次コイルにおける中点タップの電圧に定める。スイッチユニットＳＷＵｄは、２個のスイッチング素子ＳＷ１ｄ，ＳＷ２ｄを備える。

【0052】

コッククロフトウォルトン回路ＣＷｄは、複数（この例では４個）のコンデンサＣ１ｄ，Ｃ２ｄ，Ｃ３ｄ，Ｃ４ｄと、複数（４個）のダイオードＤ１ｄ，Ｄ２ｄ，Ｄ３ｄ，Ｄ４ｄと、を備え、昇圧された直流電圧として、ブースト電圧Ｖｂを生成する。ただし、ブースト電圧Ｖｂは、加速電圧Ｖ０と異なり正の電圧であるため、コッククロフトウォルトン回路ＣＷｄ内のダイオードと、コッククロフトウォルトン回路ＣＷａ内のダイオードとでは、アノード・カソードの向きが異なっている。

【0053】

誤差増幅器ＥＡｄは、分圧抵抗素子Ｒ１ｄ，Ｒ２ｄと、増幅器ＡＭＰ１ｄと、基準電圧源ＶＲＧｄとを備える。基準電圧源ＶＲＧｄは、基準電圧Ｖｒｆ４を生成する。この基準電圧Ｖｒｆ４は、ブースト電圧Ｖｂの大きさを設定するための電圧である。分圧抵抗素子Ｒ１ｄ，Ｒ２ｄは、ブースト電圧Ｖｂを分圧し、増幅器ＡＭＰ１ｄは、この分圧された電圧値と、基準電圧Ｖｒｆ４との誤差を増幅する。電圧制御回路３５ｄは、誤差増幅器ＥＡｄからの誤差信号に応じてトランジスタＱｄのベース電圧をフィードバック制御する。

【0054】

スイッチング制御回路３６は、昇圧回路ＢＣａのスイッチユニットＳＷＵａと昇圧回路ＢＣｄのスイッチユニットＳＷＵｄを共通のスイッチ信号Ｓ１，Ｓ２でスイッチング制御する。共通基準電圧源４５は、電源回路１７ａの基準電圧源ＶＲＧａと電源回路１７ｄの基準電圧源ＶＲＧｄとに共通の基準電圧Ｖｒｆを供給する。ロウパスフィルタＬＰＦｄは、抵抗素子Ｒ３ｄおよびコンデンサＣ３ｄを備え、ブースト電圧Ｖｂをフィルタリングする。そして、電源回路１７ｄは、このフィルタリングされたブースト電圧Ｖｂを、電源ケーブル４０ｄを介してブースト電極３０に供給する。

【0055】

《実施の形態２の主要な効果》
以上、実施の形態２の電源回路（電源装置）１７ａｄを用いることでも、実施の形態１の場合と同様に、複数の電圧間に生じるノイズを低減することが可能になる。これに伴い、当該電源回路１７ａｄを荷電粒子ビーム装置１０の加速電圧Ｖ０およびブースト電圧Ｖｂに適用することで、電子ビームＢ１の分解能を高めることが可能になる。

【0056】

（実施の形態３）
《電源回路（電源装置）の詳細》
図７は、本発明の実施の形態３による荷電粒子ビーム装置において、図１での加速電圧およびリターンディング電圧を生成する電源回路（電源装置）の概略的な構成例を示す回路図である。図７に示す電源回路（電源装置）１７ａｃは、図３の場合と同様に、加速電圧Ｖ０を生成する電源回路１７ａと、リターンディング電圧Ｖｒを生成する電源回路１７ｃとを備える。

【0057】

ただし、図７の電源回路１７ａｃは、図３の構成例に対して、リプル検出器５０ａ，５０ｃと、差電圧検出器５１と、リプル制御回路５２とが追加されている。リプル検出器５０ａは、ロウパスフィルタＬＰＦａから出力された加速電圧Ｖ０に重畳されるリプル電圧δ３ａを検出する。同様に、リプル検出器５０ｃは、ロウパスフィルタＬＰＦｃから出力されたリターンディング電圧Ｖｒに重畳されるリプル電圧δ３ｃを検出する。リプル検出器５０ａ，５０ｃは、例えば、各電圧（Ｖ０，Ｖｒ）を対象にスイッチング制御回路３６でのスイッチング周波数の成分を検出するバンドパスフィルタ等で構成される。

【0058】

差電圧検出器５１は、リプル検出器５０ａからのリプル電圧δ３ａと、リプル検出器５０ｃからのリプル電圧δ３ｃとの差電圧を検出する。リプル制御回路５２は、この差電圧検出器５１からの差電圧（例えば“δ３ａ－δ３ｃ”）を加速電圧Ｖ０またはリターンディング電圧Ｖｒの一方にフィードバックする。この例では、リプル制御回路５２は、差電圧検出器５１からの差電圧を、リターンディング電圧Ｖｒにフィードバックし、より詳細には、ロウパスフィルタＬＰＦｃにフィードバックする。

【0059】

図８は、図７におけるリプル制御回路およびロウパスフィルタ周りの構成例を示す概略図である。図８の例では、ロウパスフィルタＬＰＦｃのグラウンド電源ＧＮＤとコンデンサＣ３ｃとの間に可変電圧源７０が設けられる。リプル制御回路５２は、差電圧検出器５１からの差電圧（“δ３ａ－δ３ｃ”）を可変電圧源７０に設定する。その結果、リプル電圧δ３ｃをリプル電圧δ３ａに近づけることができ、差電圧（“δ３ａ－δ３ｃ”）をより低減することが可能になる。

【0060】

ここで、実施の形態１の方式を用いると、リプル電圧δ３ａ，δ３ｃの周波数および位相を一致させることが可能になる。ただし、リプル電圧δ３ａ，δ３ｃの振幅は、互いに異なる場合がある。一般的には、生成される電圧（Ｖ０，Ｖｒ）が大きいほど、リプル電圧の振幅も大きくなる。このため、生成される電圧の大きさに応じて、リプル電圧の振幅も異なり得る。その結果、前述したノイズの相殺効果が弱まる恐れがある。そこで、図７および図８のような方式を用いることが有益となる。

【0061】

なお、差電圧検出器５１からの差電圧をロウパスフィルタに反映させる方式は、図８のような方式に限らず様々な方式で実現可能である。例えば、ここでは、加速電圧Ｖ０に重畳されるリプル電圧δ３ａがリターンディング電圧Ｖｒに重畳されるリプル電圧δ３ｃよりも大きいことを前提として、その差電圧（“δ３ａ－δ３ｃ”）をロウパスフィルタＬＰＦｃのノードに加算する方式を用いた。逆に、差電圧（“δ３ａ－δ３ｃ”）をロウパスフィルタＬＰＦａのノードから減算するような方式を用いてもよい。また、加算または減算を行うノードも図８のような箇所に限らず、適宜変更可能である。

【0062】

《実施の形態３の主要な効果》
以上、実施の形態３の電源回路（電源装置）１７ａｃを用いることで、実施の形態１で述べた効果に加えて、複数の電圧間に生じるノイズをより低減することが可能になる。具体的には、リプル成分に伴うノイズをより低減することができる。その結果、電子ビームＢ１の分解能をより高めることが可能になる。

【0063】

（実施の形態４）
《電源回路（電源装置）の詳細》
図９は、本発明の実施の形態４による荷電粒子ビーム装置において、図１での加速電圧およびリターンディング電圧を生成する電源回路（電源装置）の概略的な構成例を示す回路図である。図９に示す電源回路（電源装置）１７ａｃは、図７の構成例と比較して、リプル制御回路５２の構成が異なっている。図９に示すリプル制御回路５２は、差電圧検出器５１からの差電圧（例えば“δ３ａ－δ３ｃ”）を、誤差増幅器ＥＡｃ内の基準電圧源ＶＲＧｃにフィードバックする。

【0064】

具体的には、図９のリプル制御回路５２は、減衰器５５と、加算器５６とを備える。減衰器５５は、差電圧検出器５１からの差電圧を減衰させる。この際の減衰比は、例えば、誤差増幅器ＥＡｃ内の分圧抵抗素子Ｒ１ｃ，Ｒ２ｃの分圧比に定められる。加算器５６は、リターンディング電圧Ｖｒの大きさを定める電圧目標値に、減衰器５５からの電圧値を加算し、この加算された電圧値を基準電圧源ＶＲＧｃに設定する。このような基準電圧源ＶＲＧｃの設定値を用いることで、実施の形態３の場合と同様に、リターンディング電圧Ｖｒに重畳されるリプル電圧δ３ｃを、加速電圧Ｖ０に含まれるリプル電圧δ３ａに近づけることが可能になる。

【0065】

《実施の形態４の主要な効果》
以上、実施の形態４の電源回路（電源装置）１７ａｃを用いることで、実施の形態３の場合と同様の効果が得られる。また、このような効果が、既存の基準電圧源ＶＲＧｃをそのまま利用する形で得られる。

【0066】

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、前述した実施の形態は、本発明を分かり易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、ある実施の形態の構成の一部を他の実施の形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施の形態の構成に他の実施の形態の構成を加えることも可能である。また、各実施の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。

【符号の説明】

【0067】

１０…荷電粒子ビーム装置、１７…電源回路（電源装置）、１９…筐体、２１…電子銃（荷電粒子銃）、２４…加速電極、３０…ブースト電極、３１…ステージ、３２…試料、３６…スイッチング制御回路、４５…共通基準電圧源、５０…リプル検出器、５２…リプル制御回路、６０…筐体、Ｂ１…電子ビーム（荷電粒子ビーム）、ＢＣ…昇圧回路、ＣＷ…コッククロフトウォルトン回路、ＧＮＤ…グラウンド電源、ＬＰＦ…ロウパスフィルタＳ…スイッチ信号、ＳＷ…スイッチング素子、ＴＲ…トランス、Ｖ０…加速電圧、ＶＲＧ…基準電圧源、Ｖｂ…ブースト電圧、Ｖｒ…リターンディング電圧、Ｖｒｆ…基準電圧

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5A】

【図5B】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】