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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
【公報種別】再公表特許(A1)
(11)【国際公開番号】WO/0
(43)【国際公開日】2019年10月3日
【発行日】2021年2月25日
(54)【発明の名称】荷電粒子線装置
(51)【国際特許分類】
   H01J 37/09 20060101AFI20210129BHJP
   H01J 37/28 20060101ALI20210129BHJP
【FI】
   H01J37/09 A
   H01J37/28 B
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
【全頁数】16
【出願番号】特願2020-508736(P2020-508736)
(21)【国際出願番号】PCT/0/0
(22)【国際出願日】2018年3月29日
(81)【指定国】 AP(BW,GH,GM,KE,LR,LS,MW,MZ,NA,RW,SD,SL,ST,SZ,TZ,UG,ZM,ZW),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ,RU,TJ,TM),EP(AL,AT,BE,BG,CH,CY,CZ,DE,DK,EE,ES,FI,FR,GB,GR,HR,HU,IE,IS,IT,LT,LU,LV,MC,MK,MT,NL,NO,PL,PT,RO,RS,SE,SI,SK,SM,TR),OA(BF,BJ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GQ,GW,KM,ML,MR,NE,SN,TD,TG),AE,AG,AL,AM,AO,AT,AU,AZ,BA,BB,BG,BH,BN,BR,BW,BY,BZ,CA,CH,CL,CN,CO,CR,CU,CZ,DE,DJ,DK,DM,DO,DZ,EC,EE,EG,ES,FI,GB,GD,GE,GH,GM,GT,HN,HR,HU,ID,IL,IN,IR,IS,JO,JP,KE,KG,KH,KN,KP,KR,KW,KZ,LA,LC,LK,LR,LS,LU,LY,MA,MD,ME,MG,MK,MN,MW,MX,MY,MZ,NA,NG,NI,NO,NZ,OM,PA,PE,PG,PH,PL,PT,QA,RO,RS,RU,RW,SA,SC,SD,SE,SG,SK,SL,SM,ST,SV,SY,TH,TJ,TM,TN,TR,TT
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】(出願人による申告)平成29年度国立研究開発法人科学技術振興機構 先端計測分析技術・機器開発プログラム「超汎用型SEM用球面収差(Cs)/色収差(Cc)補正器の開発」委託研究、産業技術力強化法第19条の適用を受ける特許出願
(71)【出願人】
【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】ポレール特許業務法人
(72)【発明者】
【氏名】西中 健一
(72)【発明者】
【氏名】野間口 恒典
【テーマコード(参考)】
5C033
【Fターム(参考)】
5C033BB01
5C033BB10
5C033UU02
(57)【要約】
円環形状を有する荷電粒子線絞りを用いる場合、荷電粒子線において最も電流密度の高い光軸直上の荷電粒子線は遮られるため、荷電粒子線絞りを最適な搭載位置に配置することが難しい。荷電粒子線装置は、荷電粒子線を発生させる荷電粒子線源(101)と、荷電粒子線絞り(120)と、荷電粒子線絞りに電圧を印加する荷電粒子線絞り電源(108)と、荷電粒子線を試料に集束する対物レンズ(105)と、荷電粒子線が試料に照射されることにより放出された二次荷電粒子を検出する検出器(118)と、検出器で検出された二次荷電粒子に基づき荷電粒子線像を形成するコンピュータ(170)とを有し、荷電粒子線絞りの位置を、荷電粒子線絞り電源により荷電粒子線絞りに交流電圧が印加された状態において、荷電粒子線像の移動がなく、交流電圧に同期して同心円状に変化するように設定する。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
荷電粒子線を発生させる荷電粒子線源と、
第1の荷電粒子線絞りと、
前記第1の荷電粒子線絞りに電圧を印加する荷電粒子線絞り電源と、
前記荷電粒子線を試料に集束する対物レンズと、
前記荷電粒子線が前記試料に照射されることにより放出された二次荷電粒子を検出する検出器と、
前記検出器で検出された二次荷電粒子に基づき荷電粒子線像を形成するコンピュータとを有し、
前記第1の荷電粒子線絞りの位置は、前記荷電粒子線絞り電源により前記第1の荷電粒子線絞りに交流電圧が印加された状態において、前記荷電粒子線像の移動がなく、前記交流電圧に同期して同心円状に変化するように設定される荷電粒子線装置。
【請求項2】
請求項1において、
前記第1の荷電粒子線絞りは円環形状を有する荷電粒子線絞りであり、
前記交流電圧のオフセット電圧は、前記荷電粒子線絞り電源により前記第1の荷電粒子線絞りに前記交流電圧が印加された状態において、前記交流電圧の最大電圧におけるぼけ量と前記交流電圧の最小電圧におけるぼけ量とが同等になるように設定される荷電粒子線装置。
【請求項3】
請求項2において、
前記荷電粒子線絞り電源が、前記オフセット電圧の大きさを有する直流電圧を前記第1の荷電粒子線絞りに印加した状態で、前記コンピュータは前記荷電粒子線像を形成する荷電粒子線装置。
【請求項4】
請求項2において、
円孔形状を有する第2の荷電粒子線絞りと、
前記第1の荷電粒子線絞りと前記第2の荷電粒子線絞りとを切り換える荷電粒子線絞り器とを有し、
前記第2の荷電粒子線絞りを用いて前記荷電粒子線の光軸調整がなされた状態で、前記荷電粒子線絞り器により前記第2の荷電粒子線絞りから前記第1の荷電粒子線絞りに切換えられ、前記第1の荷電粒子線絞りの位置が設定される荷電粒子線装置。
【請求項5】
請求項1において、
前記交流電圧は、正弦波、矩形波、三角波、鋸歯状波、またはそれらの複合波形のいずれかである荷電粒子線装置。
【請求項6】
荷電粒子線を発生させる荷電粒子線源と、
荷電粒子線絞りと、
前記荷電粒子線絞りを移動させる荷電粒子線絞り器と、
前記荷電粒子線絞り器を制御する荷電粒子線絞り制御部と、
前記荷電粒子線絞りに交流電圧を印加する荷電粒子線絞り電源と、
前記荷電粒子線絞り電源を制御する荷電粒子線絞り電源制御部と、
前記荷電粒子線を試料に集束する対物レンズと、
前記荷電粒子線が前記試料に照射されることにより放出された二次荷電粒子を検出する検出器と、
前記検出器で検出された二次荷電粒子に基づき荷電粒子線像を形成する画像形成部と、前記荷電粒子線絞りに印加する前記交流電圧に同期した前記荷電粒子線像の変化の特徴量を算出する特徴量算出部とを有するコンピュータとを有し、
前記荷電粒子線絞り制御部は、前記荷電粒子線絞りの位置を変化させたことによる前記特徴量の変化量に基づき決定される前記荷電粒子線絞りの移動量を前記荷電粒子線絞り器に指示し、
前記荷電粒子線絞り電源制御部は、前記交流電圧のオフセット電圧を変化させたことによる前記特徴量の変化量に基づき決定される前記交流電圧のオフセット電圧の変化量を前記荷電粒子線絞り電源に指示する荷電粒子線装置。
【請求項7】
請求項6において、
前記特徴量算出部は、前記特徴量として、前記荷電粒子線像の位置移動量または濃淡値を算出する荷電粒子線装置。
【請求項8】
請求項6において、
前記荷電粒子線絞り器は、前記荷電粒子線絞りを移動させる電動駆動機構を有する荷電粒子線装置。
【請求項9】
請求項6において、
前記交流電圧は、正弦波、矩形波、三角波、鋸歯状波、またはそれらの複合波形のいずれかである荷電粒子線装置。
【請求項10】
請求項6において、
前記荷電粒子線絞りは、円環形状を有する荷電粒子線絞りである荷電粒子線装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、試料に荷電粒子線を照射する荷電粒子線装置に関する。
【背景技術】
【0002】
走査型電子顕微鏡(SEM:Scanning Electron Microscope)や集束イオンビーム装置(FIB:Focused Ion Beam System)といった荷電粒子線装置は、荷電粒子線を試料に集束することで、ナノレベルの観察や解析、加工を行う。これら荷電粒子線装置は、ナノレベルの観察や解析、加工が求められる半導体分野や材料分野、バイオ分野で幅広く用いられている。そして、微細化が進む半導体分野を筆頭に、様々な分野で、さらなる像分解能の向上や加工精度の向上が求められている。
【0003】
特許文献1には、入射プレートと射出プレートとを有し、そのいずれか一方に円形開孔を形成し、他方に円環開孔を形成し、入射プレートと射出プレートとの間に電圧を加えることで円環開孔に形成される電場により正の球面収差を解消する発散をもたらすことにより、簡単な構造で実現可能な球面収差補正器が開示されている。また、非特許文献1には、円環形状の絞りを用いることで、焦点深度が向上されることが示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】国際公開第2016/174891号
【非特許文献】
【0005】
【非特許文献1】Momoyo Enyama, Koichi Hamada, Muneyuki Fukuda and Hideyuki Kazumi, “Method of improving image sharpness for annular-illumination scanning electron microscopes,” Japanese Journal of Applied Physics 55, 06GD02 (2016)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
荷電粒子線装置の絞りとしては円孔形状の開口を有するものが一般的であるが、円環形状の絞りについても知られている。非特許文献1には、円環形状の絞りを用いることで、焦点深度が向上されることが示されている。また、特許文献1には、円環形状の電極と円孔形状の電極とを組み合わせ、2つの電極間に電圧を印加することで球面収差補正効果を得ることが示されている。
【0007】
いずれの場合であっても、荷電粒子線の光軸上に円環形状の絞りまたは円環形状の電極の中心を配置する必要があり、荷電粒子線において最も電流密度の高い光軸直上の荷電粒子線は遮られてしまう。このため、円孔形状を有する絞りであれば荷電粒子線像が最も明るくなる位置を基準として絞りを配置することで、適切な位置に絞りを配置できるのに対して、円環形状の絞りまたは電極の場合は、その最適な搭載位置と荷電粒子線像が最も明るくなる位置とは一致しない。このことが円環形状の絞りまたは電極の最適な搭載位置の調整を難しくしている。本発明の課題は、円環形状の絞りを簡単に適正な位置に調整可能な荷電粒子線装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明の一実施例である荷電粒子線装置は、荷電粒子線を発生させる荷電粒子線源と、荷電粒子線絞りと、荷電粒子線絞りに電圧を印加する荷電粒子線絞り電源と、荷電粒子線を試料に集束する対物レンズと、荷電粒子線が試料に照射されることにより放出された二次荷電粒子を検出する検出器と、検出器で検出された二次荷電粒子に基づき荷電粒子線像を形成するコンピュータとを有し、荷電粒子線絞りの位置は、荷電粒子線絞り電源により荷電粒子線絞りに交流電圧が印加された状態において、荷電粒子線像の移動がなく、交流電圧に同期して同心円状に変化するように設定される。
【発明の効果】
【0009】
特に位置設定の難しい円環形状の荷電粒子線絞りであっても、荷電粒子線の光軸上に適切かつ容易に配置することができる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
図1】荷電粒子線装置の概略図である。
図2A】荷電粒子線絞り部の構成を示す概略図である。
図2B】荷電粒子線絞り部の構成を示す概略図である。
図3A】荷電粒子線絞りの支持構造を示す概略図である。
図3B】荷電粒子線絞りの支持構造を示す概略図である。
図4】荷電粒子線絞りの調整手順を示すフローチャートである。
図5】荷電粒子線絞りに印加する交流電圧の例である。
図6】荷電粒子線絞りの調整を自動化するブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
本発明の実施の形態につき、図面を参照しながら説明する。ただし、本実施の形態は本発明を実現する一例に過ぎない。また、各図において共通の構成については同一の参照番号が付されている。
【0012】
図1に荷電粒子線装置の概略を示す。荷電粒子線装置はその主要部に、荷電粒子線を発生する荷電粒子線源101と、荷電粒子線源101から放出された荷電粒子線を加速する加速電極102と、加速電極102から対物レンズ105下端近傍にかけて配置されたビーム管112と、荷電粒子線源101から放出された荷電粒子線を集束する第1、第2のコンデンサーレンズ103, 104と、荷電粒子線源101から放出される荷電粒子の一部を遮蔽する円環形状を有する荷電粒子線絞り120と、荷電粒子線絞り120を電気的に絶縁する絶縁材123と、荷電粒子線絞り120を移動させる駆動機構を備えた荷電粒子線絞り器121と、荷電粒子線絞り120に電圧を印加する荷電粒子線絞り電源108と、荷電粒子線絞り部よりも荷電粒子線源101側に配置される第1の偏向器群133と、荷電粒子線絞り部よりも試料側に配置される第2の偏向器群134と、試料上で荷電粒子線を走査する第3の偏向器群135と、荷電粒子線を試料に集束する対物レンズ105と、試料114を配置する試料室115と、試料から放出された二次荷電粒子を検出する検出器118とを有している。ここで、荷電粒子線絞り電源108は荷電粒子線絞り120に対して直流電圧のみならず、交流電圧を印加可能なものである。また、前述した荷電粒子光学系の各構成要素を制御する制御器として、荷電粒子線源101を制御する荷電粒子線源制御器151と、加速電極102を制御する加速電極制御器152と、第1、第2のコンデンサーレンズ103, 104を制御する第1、第2のコンデンサーレンズ制御器153, 154と、荷電粒子線絞り器121を制御する荷電粒子線絞り制御器169と、荷電粒子線絞り電源108を制御する荷電粒子線絞り電源制御器158と、第1の偏向器群133を制御する第1の偏向器群制御器163と、第2の偏向器群134を制御する第2の偏向器群制御器164と、第3の偏向器群135を制御する第3の偏向器群制御器165と、対物レンズ105を制御する対物レンズ制御器155とを有し、また検出器118を制御する検出器制御器168とを有している。これらの制御器は、荷電粒子線装置全体の動作の制御および荷電粒子線像の構築を行う統合コンピュータ170により制御される。統合コンピュータ170はコントローラ(キーボード、マウスなど)171、ディスプレイ172と接続されており、オペレータはコントローラ171から照射条件や荷電粒子線絞りの電圧条件や位置条件といった各種指示等を入力し、ディスプレイ172に取得した像や制御画面を表示させることができる。
【0013】
なお、図1の例では、2つのコンデンサーレンズ103, 104を備えているが、対物レンズ105に入射する荷電粒子をコントロールする目的においてコンデンサーレンズの数は問わない。対物レンズ105は、磁路の外に磁場を漏らさないタイプのレンズを備えているが、磁路の外に磁場を漏らすタイプのレンズでもよいし、磁場を漏らすタイプと漏らさないタイプの両方を備える複合対物レンズでもよい。また、コンデンサーレンズ103, 104および対物レンズ105は、前述した目的において、静電レンズでもよく、ブースター光学系やリターディング光学系などのように磁場レンズと静電レンズを併用する対物レンズでもよく、試料114に荷電粒子線を集束する目的においてレンズのタイプは問わない。
【0014】
また、図1では、ビーム管112は一般的にはGND電位(基準電位)とされるが、ブースター光学系では所定の電圧が印加される。荷電粒子線の経路を覆う目的において、形状および構成部材の数は問わない。また、二次荷電粒子を検出する検出器118は、図1のように試料室115に配置されてもよいし、荷電粒子光学系が実装されるカラム内に配置されてもよい。また、試料室115とカラム内との両方に配置されてもよい。二次荷電粒子を検出する目的において、その数と配置場所は問わない。また、図1は、荷電粒子線カラムを1つ備える荷電粒子線装置であるが、複数の荷電粒子線カラムを備える複合荷電粒子線装置でも構わない。
【0015】
荷電粒子線絞り部の構成の一例を図2Aに示す。(a)に上面図、(b)に断面図を示している。図2Aの例では、円環形状を有する荷電粒子線絞り120は荷電粒子線絞り板124に直接形成されており、荷電粒子線絞り板124に対して荷電粒子線絞り電源108より電圧が印加される。また、後述する荷電粒子光学系の光軸調整のため、荷電粒子線絞り板124には円孔形状を有する荷電粒子線絞り119も設けられていることが望ましい。荷電粒子線絞り板124はネジ140により荷電粒子線絞り板支持台125に取り付けられ、荷電粒子線絞り板支持台125は絶縁材123に支持されている。これに限られず、荷電粒子線絞り板124と荷電粒子線絞り板支持台125が一体で形成されていてもよい。また、荷電粒子線絞り板124に電圧を印加するため、絶縁材123により周辺の構造物と電位を分離可能としている。また、図2Aの例では、荷電粒子線絞り120は荷電粒子線絞り板124に1つ配置されているが、複数配置してもよい。複数配置されている場合には、1つの絞りが汚染または損傷した場合でも、別の絞りに切り替えて直ぐ観察や加工を再開できるといった利点がある。また、複数配置された荷電粒子線絞り120の形状は同一でなくてもよい。この場合、加速電圧など観察条件や加工条件の違いによって適した荷電粒子線絞りを使い分けることができる利点がある。なお、同じ大きさの開口を有する荷電粒子線絞り120が複数配置されている場合には対応する荷電粒子線絞り119は少なくとも一つ設けられていればよく、異なる大きさの開口を有する荷電粒子線絞り120が複数配置されている場合には、荷電粒子線絞り120の開口の大きさに応じた開口を有する円孔形状を有する荷電粒子線絞り119が配置されていることが望ましい。
【0016】
また、本実施例は荷電粒子線絞り部に円環形状を有する荷電粒子線絞りを用いる場合に特に有効なものであるが、荷電粒子線絞り部に円孔形状を有する荷電粒子線絞り119を用いる場合にも適用可能なものである。荷電粒子線絞り部の構成は図2Aと同様であるため、重複する説明は省略するが、図2Bは、円孔形状を有する荷電粒子線絞り119が荷電粒子線絞り板124aに直接形成された例であり、開口の大きさの異なる荷電粒子線絞り119a, 119bが複数設けられている。もちろん、同じ大きさの開口を有する荷電粒子線絞り119を複数設けてもよい。
【0017】
以下に、荷電粒子線絞り120の支持構造の変形例を説明する。図3Aは、円環形状を有する荷電粒子線絞り120(絞りが形成される板の形状は問わない、円形や方形等)を、荷電粒子線絞り支持台122に固定する支持構造(断面図)である。この例では、荷電粒子線絞り支持台122の凹部に荷電粒子線絞り120を載せ、その上から側面にネジが切ってあるオサエネジ201で押さえる構成となっている。凹部は例えば支持台122に座ぐり加工により形成する。また、図の例ではネジ部が上部(荷電粒子線源側)にあるが、ネジ部が下部(対物レンズ側)にあっても構わない。同様にして、円孔形状を有する荷電粒子線絞り119も荷電粒子線絞り支持台122により支持されている。荷電粒子線絞り支持台122、オサエネジ201ともに導電体であり、これらを介して荷電粒子線絞り120に荷電粒子線絞り電源108からの電圧が印加される。また、図3Aの円環形状を有する荷電粒子線絞り120に代えて、円孔形状を有する荷電粒子線絞り119としてもよい。この場合は、図2Bに相当する荷電粒子線絞り部が実現される。図3Aに示した荷電粒子線絞りの荷電粒子線絞り支持台122への固定方法は一例であり、荷電粒子線絞り上にスペーサを載せ、スペーサをオサエ板により固定するようにしてもよく、その他公知の方法が適用できる。
【0018】
第3Bは、特許文献1に記載のように、円環形状の荷電粒子線絞り120に対して円孔形状の荷電粒子線絞り206を荷電粒子線の光軸方向に沿って重ね合わせ、2つの絞りの間に電圧を印加することにより収差補正機能を持たせるようにしたものである。この場合、重ね合わせした円環形状の荷電粒子線絞り120と円孔形状の荷電粒子線絞り206とを異なる電位とするために、円孔形状の荷電粒子線絞り206は絶縁材203を介して支持台122に支持させるとともに、円環形状の荷電粒子線絞り120と円孔形状の荷電粒子線絞り206との間は絶縁性スペーサ204により絶縁されている。また、円環形状の荷電粒子線絞り120の下部には導電性スペーサ205を配置している。2つの絞りの間に電圧を生じさせるため、円孔形状の荷電粒子線絞り206にオサエネジ202を介して荷電粒子線絞り電源108からの電圧を印加し、円環形状の荷電粒子線絞り120に対しては、導電性の支持台122及び導電性スペーサ205を介して接地している。なお、円環形状の荷電粒子線絞り120をフローティングとしてもよい。また、荷電粒子線絞り電源108からの電圧を円環形状の荷電粒子線絞り120に印加し、円孔形状の荷電粒子線絞り206を接地しても構わない。
【0019】
本実施例における荷電粒子線絞りの調整手順について図4を用いて説明する。これらの調整手順においては、統合コンピュータ170により荷電粒子光学系の各制御器が制御されて実施される。まず、荷電粒子光学系に円孔形状を有する荷電粒子線絞り119を配置して、荷電粒子線の光軸調整を含む荷電粒子線像を取得するために必要な調整を行う(S41,S42)。円孔形状の絞りは荷電粒子線絞りの一般的な形状であるから、この調整は一般的な荷電粒子線装置でユーザーが通常行う操作である。光軸調整には、非点補正、対物レンズの軸調整、荷電粒子線絞り119の位置調整が含まれる。このときには、荷電粒子線絞りに対して、荷電粒子線絞り電源108からの電圧の印加は行わない。なお、ステップS41,S42は以降に説明する荷電粒子線絞りの位置調整を行う度に行わなければならないものではなく、既に光軸調整がなされている場合には省略することができる。
【0020】
次に、荷電粒子線絞り器121により、光軸調整に使用した円孔形状の荷電粒子線絞り119を観察に使用する荷電粒子線絞りに切換え、光軸近傍に移動させる(S43)。なお、観察に使用する荷電粒子線絞りが円孔形状の荷電粒子線絞りである場合には、切り換えることなく、光軸調整に使用した円孔形状の荷電粒子線絞りをそのままとして以下の調整を行う。まず、荷電粒子線絞りに荷電粒子線絞り電源108から交流電圧を印加しながら、試料上で荷電粒子線を走査する(S44)。図5に荷電粒子線絞りに印加する交流電圧の例(正弦波)を示す。交流電圧は、最大電圧Vmax、最小電圧Vmin、オフセット電圧Voffsetを有し、荷電粒子線絞り電源制御器158は交流電圧の振幅を一定としたまま、オフセット電圧Voffsetを増減させることができる。荷電粒子線絞りに電圧を印加することにより、荷電粒子線に対し、円孔形状を有する荷電粒子線絞りは凸レンズとして作用し、円環形状を有する荷電粒子線絞りは凹レンズとして作用する。荷電粒子線絞りに交流電圧を印加されることにより、凸レンズまたは凹レンズとしてのレンズ強度が周期的に変化する。このため、荷電粒子線絞りが最適位置に配置していない場合、得られる荷電粒子線像は像の中心が交流電圧に同期して移動し、荷電粒子線絞りが最適位置に配置されている場合、得られる荷電粒子線像の移動がなくなり、同心円状に像が変化する。この現象を利用して、荷電粒子線絞り位置を調整する。
【0021】
さらに、荷電粒子線絞りとして円環形状を有する荷電粒子線絞りを用いる場合、前述の通り、電圧を印加することにより凹レンズとして作用することから、荷電粒子線の電荷と逆極性となる電圧、すなわち荷電粒子が電子の場合は基準電圧に対して正の電圧を、荷電粒子が正イオンである場合には基準電圧に対して負の電圧を、円環形状を有する荷電粒子線絞りに印加することで、収差補正効果を得ることができる。このため、円環形状を有する荷電粒子線絞りを用いる場合には、まず印加する交流電圧のオフセット電圧Voffsetを調整する(S45)。具体的には、得られる荷電粒子線像の変化量が、交流電圧の最大電圧Vmax印加時と最小電圧Vmin印加時とで同じになるように、交流電圧のオフセット電圧Voffsetを調整する。例えば、荷電粒子線絞りが最適位置に配置されていない場合には、得られる荷電粒子線像は像の中心が交流電圧に同期して移動するが、この場合には印加電圧がVoffsetからVmaxに変化する場合の像の移動量と印加電圧がVoffsetからVminに変化する場合の像の移動量とが同等になるようにオフセット電圧Voffsetを調整すればよい。また、荷電粒子線絞りが最適位置に配置されている場合、得られる荷電粒子線像の移動がなくなり、同心円状に像が変化するが、印加電圧がVmaxである場合の像のぼけ量と印加電圧がVminである場合の像のぼけ量とが同等になるようにオフセット電圧Voffsetを調整すればよい。これにより調整されたオフセット電圧Voffsetの大きさを有する直流電圧を、円環形状を有する荷電粒子線絞りに印加することで荷電粒子線の焦点位置が試料114の表面に調整される。
【0022】
なお、荷電粒子線絞りとして円孔形状を有する荷電粒子線絞りを用い、かつ荷電粒子線絞りを凸レンズとして作用させる必要のない場合には、オフセット電圧Voffsetを0V(基準電位)に固定した交流電圧を荷電粒子線絞りに印加すればよく、ステップS45は不要となる。
【0023】
次に、荷電粒子線像の中心の移動が停止するように荷電粒子線絞りの位置を調整する(S46)。荷電粒子線像の中心が停止した状態では、荷電粒子線絞りが最適な位置に配置されたことに相当する。この後に、オフセット電圧Voffsetが適正であるかを確認し、必要に応じて調整してもよい。この確認は、印加電圧がVmaxである場合の像のぼけ量と印加電圧がVminである場合の像のぼけ量とが同等か否かで判断する。
【0024】
以上で荷電粒子線絞りの調整を終了し、荷電粒子線絞りへの交流電圧の印加を停止する(S47)。なお、荷電粒子線絞りの光軸中心と対物レンズのレンズ中心をさらに精密に調整する目的で、ステップS46の後に、第2の偏向器群134を用いて荷電粒子線が対物レンズ105のレンズ中心を通過させるよう調整してもよい。観察時には、荷電粒子線絞りとして円環形状を有する荷電粒子線絞りを用いる場合には、ステップS45で調整したオフセット電圧Voffsetの大きさを有する直流電圧を、円環形状を有する荷電粒子線絞り120に印加した状態で、統合コンピュータにより荷電粒子線像を形成させる(S48)。
【0025】
以上説明した、荷電粒子線絞りの調整に印加する交流電圧は正弦波に限られない。例えば、矩形波、三角波、鋸歯状波、あるいはそれらの複合波形のようなものでもよい。荷電粒子線絞りの光軸調整を行う目的において、荷電粒子線絞りのレンズ強度を周期的に変化させることができればよいため、印加する交流信号の種類、波形は問わない。
【0026】
さらに、荷電粒子線絞りを手動で移動させてもよいが、荷電粒子線絞り器121が電動駆動機能を備え、荷電粒子線絞り制御器169で制御できるとより便利である。電動駆動機構を実現する一つの例として、荷電粒子線絞りの粗動調整をステッピングモータで行い、微動調整をピエゾ素子で行う構成としてもよい。または、単一のステッピングモータまたはピエゾ素子を用いて荷電粒子線絞りの粗動調整と微動調整とを両立させる構成としてもよい。また、荷電粒子線像の変化量を目視で確認するのではなく、荷電粒子線像に画像処理を施し、荷電粒子線像の変化を数値化することにより、数値に基づいて調整するようにしてもよい。このように、荷電粒子線絞りを電動駆動化し、荷電粒子線像の変化を数値化すると図4に示した荷電粒子線絞りの調整を自動化することが容易となり、ユーザビリティーをさらに向上させることができる。
【0027】
荷電粒子線絞りの調整を自動化するブロック図を図6に示す。統合コンピュータ170に画像形成部601、特徴量算出部602、フィードバック制御部603を設ける。これらは、それぞれ統合コンピュータ170の記憶装置にこれらの機能に対応するプログラムを記憶し、プログラムを統合コンピュータ170のプロセッサにより実行することにより実現することができる。これにより、図4に示したステップS45及びステップS46での動作を自動化する。
【0028】
画像形成部601は、検出器118にて検出された二次荷電粒子に基づき荷電粒子線像を形成する。特徴量算出部602では、荷電粒子線絞り電源108の交流電圧印加に同期した荷電粒子線像の変化の特徴量を算出する。特徴量としては、荷電粒子線像の位置移動量や荷電粒子線像の濃淡値を算出するものとする。荷電粒子線像の濃淡値は画像のぼけ量の指標であり、焦点がずれてぼけ量が大きくなるとコントラストが小さくなり濃淡値は小さく、焦点が合うとコントラストがついて濃淡値が大きくなる。フィードバック制御部603では、オフセット電圧Voffsetまたは、荷電粒子線絞りの位置を変化させたことによる特徴量の変化量に応じて、オフセット電圧の変化量ΔVoffsetを決定する(ステップS45)、または荷電粒子線絞りの位置の移動量(Δx,Δy)を決定する(ステップS46)。なお、図6の例では、フィードバック制御部603にて荷電粒子線像の特徴量の変化量から制御量を算出しているが、荷電粒子線像の特徴量の変化量を各制御器158, 169に伝達し、各制御器にて制御量を決定するようにしてもよい。
【0029】
さらに、荷電粒子線絞りの位置を記憶するようにし、ディスプレイ172に荷電粒子線絞りの位置を表示したり、予め調整した適正な荷電粒子線絞り120の位置と印加電圧とを記憶しておき、ユーザーは荷電粒子線絞りを選択するだけで、荷電粒子線絞り器121により荷電粒子線絞り120が記憶された位置に設定され、オフセット電圧が印加されたりするようにしてもよい。これにより、ユーザーは、簡単に最適な位置に配置された荷電粒子線絞りを用いて観察または加工を行うことができユーザビリティーを向上させることができる。
【符号の説明】
【0030】
101:荷電粒子線源、102:加速電極、103:第1のコンデンサーレンズ、104:第2のコンデンサーレンズ、105:対物レンズ、108:荷電粒子線絞り電源、112:ビーム管、114:試料、115:試料室、118:検出器、120:荷電粒子線絞り、121:荷電粒子線絞り器、123:絶縁材、133:第1の偏向器群、134:第2の偏向器群、135:第3の偏向器群、151:荷電粒子線源制御器、152:加速電極制御器、153:第1のコンデンサーレンズ制御器、154:第2のコンデンサーレンズ制御器、155:対物レンズ制御器、158:荷電粒子線絞り電源制御器、163:第1の偏向器群制御器、164:第2の偏向器群制御器、165:第3の偏向器群制御器、168:検出器制御器、169:荷電粒子線絞り制御器、170:統合コンピュータ、171:コントローラ、172:ディスプレイ。
図1
図2A
図2B
図3A
図3B
図4
図5
図6

【手続補正書】
【提出日】2020年9月10日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0018
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0018】
3Bは、特許文献1に記載のように、円環形状の荷電粒子線絞り120に対して円孔形状の荷電粒子線絞り206を荷電粒子線の光軸方向に沿って重ね合わせ、2つの絞りの間に電圧を印加することにより収差補正機能を持たせるようにしたものである。この場合、重ね合わせした円環形状の荷電粒子線絞り120と円孔形状の荷電粒子線絞り206とを異なる電位とするために、円孔形状の荷電粒子線絞り206は絶縁材203を介して支持台122に支持させるとともに、円環形状の荷電粒子線絞り120と円孔形状の荷電粒子線絞り206との間は絶縁性スペーサ204により絶縁されている。また、円環形状の荷電粒子線絞り120の下部には導電性スペーサ205を配置している。2つの絞りの間に電圧を生じさせるため、円孔形状の荷電粒子線絞り206にオサエネジ202を介して荷電粒子線絞り電源108からの電圧を印加し、円環形状の荷電粒子線絞り120に対しては、導電性の支持台122及び導電性スペーサ205を介して接地している。なお、円環形状の荷電粒子線絞り120をフローティングとしてもよい。また、荷電粒子線絞り電源108からの電圧を円環形状の荷電粒子線絞り120に印加し、円孔形状の荷電粒子線絞り206を接地しても構わない。
【国際調査報告】