JP2005019071A - 多極子レンズ及び多極子レンズを備えた観察装置並びに多極子レンズの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】磁場変動の少ない多極子レンズ及び多極子レンズを備えた観察装置を提供すること。
【解決手段】被保持部２２ｃを有する複数の極子２３と、極子２３の被保持部２２ｃを保持する環状の保持部材２５と、保持部材２５の外側に配置され、極子２３の基端部に磁気的に結合する環状のヨーク２９とを具備する多極子レンズ４ａにおいて、前記ヨーク２９にはその周方向に長く形成された開口が設けられ、当該開口２９ａ内に前記極子２３の基端部が配置されている。
【選択図】 図３

Description

【０００１】
【発明の属する分野】
本発明は、８極子や１２極子等の多極子を有する多極子レンズ及び多極子レンズを備えた観察装置並びに多極子レンズの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
走査型電子顕微鏡等の観察装置において、荷電粒子ビームである電子ビームを試料に照射する際に、試料の観察像を適切に検出する目的で、電子ビームの収差を補正して試料に照射することが行われている。このような観察装置内で、電子ビームの収差を補正するために、収差補正器として多極子レンズを設けている。
【０００３】
この多極子レンズとして、８個や１２個等の複数個の極子を有し、これらの極子は、環状の保持部材と、この保持部材の外側に配置されたヨークとによって支持されている構成が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
以下、当該特許文献１に記載された多極子レンズ（多極素子）を参照しながら説明する。特許文献１における図１（ＦＩＧ１）に示された多極子レンズは、取付け棒と当該取付け棒の先端部に結合された磁極とからなる複数の極子と、これらの極子の取付け棒を通すための気密孔が設けられたビーム管と、このビーム管の外側に配置された環状のヨーク（リング状鉄回路）とを備えている。
【０００５】
極子は、取付け棒の先端部を磁極にねじ込んだり、両者を接着もしくは溶着して連結することにより構成される。ここで、極子を構成する取付け棒及び磁極は磁性材料から作られている。また、ビーム管は電気絶縁材料等により作られており、気密孔の周囲に金属被膜が設けられている。
そして、極子における取付け棒は、その基端部においてヨークと堅く連結されている。具体的には、取付け棒をヨークの穴に絶縁体を介して通すことにより、一直線に揃えた状態で当該ヨークと堅く連結されている。
また、この取付け棒は、ビーム管の気密孔内において、上記金属被膜を介した溶接により気密に固着され、これにより当該溶接部は真空密封体とされている。
【０００６】
取付け棒におけるビーム管とヨークとの間に位置する部分には、コイルが設けられている、そして、このコイルに電流を流すことにより、取付け棒の先端部に接合された磁極が励磁される。なお、取付け棒の基端部は、絶縁体を介してヨークの穴に配置され、それぞれに電気端子が接続されて電圧が供給されるようになっている。
【０００７】
【特許文献１】
特開平２−２３０６４７号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上述のような構成からなる多極子レンズにおいては、極子の基端部（極子における取付け棒の基端部）が、ヨークに形成された穴に通されて、一直線に揃えられた状態で当該穴においてヨークと堅く連結されている。
【０００９】
この場合、極子の基端部がヨークに形成された穴において堅く連結されることとなるので、このヨークとの連結工程において、ヨークの当該穴を介して極子の基端部に不要な外力が印加されることがある。このように、極子の基端部に不要な外力が印加された状態でヨークと連結すると、当初一直線に極子が揃えられていたとしても、当該外力の印加により極子の形状が経時的に変化する。
この結果、極子の先端にある磁極の位置がずれることがあるが、電子ビームの光軸に沿った方向での位置ずれについては、多極子レンズによる磁場形成領域における当該光軸方向での部分的な磁場変動（磁場形成領域における電子ビームの入射部及び出射部のみでの磁場変動）となるため、電子ビームの収差補正の際に大きな支障となることはない。しかしながら、電子ビームの光軸に直交する方向での磁極の位置ずれは、当該磁場形成領域における光軸方向に沿った全領域（磁場形成領域における電子ビームの通過する全領域）での磁場変動となるため、電子ビームの収差補正の際に大きな支障となる。
また、上記特許文献１の例においては、取付け棒をビーム管に通した後、磁極を取付け棒の先端部に連結することにより極子を形成しており、これにより形成された極子を所定の寸法を有する所望の形状とするのに手間がかかり、また取付け棒と磁極との連結の具合によりその所望の形状とできない場合には、別途加工処理を施す必要があった。
【００１０】
本発明は、このような点に鑑みてなされたもので、磁場変動の少ない多極子レンズ及び多極子レンズを備えた観察装置を提供することを目的とするものである。また、本発明は、効率的に多極子レンズを製造することのできる多極子レンズの製造方法を提供することを目的とするものである。
【００１１】
【課題を解決する手段】
本発明に基づく多極子レンズは、被保持部を有する複数の極子と、極子の被保持部を保持する環状の保持部材と、保持部材の外側に配置され、極子の基端部に磁気的に結合する環状のヨークとを具備する多極子レンズであって、前記ヨークにはその周方向に長く形成された開口が設けられ、当該開口内に前記極子の基端部が配置されていることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に基づく多極子レンズを備えた観察装置は、荷電粒子ビーム源と、荷電粒子ビームから放出された荷電粒子ビームを制御して試料に照射するための照射系レンズと、荷電粒子ビームが照射された試料の観察像を検出するための検出器と、荷電粒子ビームの収差を補正するための多極子レンズとを備えた観察装置であって、前記多極子レンズが、被保持部を有する複数の極子と、極子の被保持部を保持する環状の保持部と、保持部材の外側に配置され、極子の基端部に磁気的に接合する環状のヨークとを具備し、ヨークにはその周方向に長く形成された開口が設けられ、当該開口内に極子の基端部が配置されていることを特徴とする。
【００１３】
さらに、本発明に基づく多極子レンズの製造方法は、被保持部を有する複数の極子と、極子の被保持部を保持する環状の保持部材とを具備する多極子レンズの製造方法であって、前記保持部材に設けられた孔に前記極子の先端部を貫通させ、その後前記極子の被保持部を前記保持部材に保持することを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００１５】
図１は、本発明における多極子レンズを備えた観察装置を示す概略構成図であり、本実施の形態においては走査型電子顕微鏡の例である。同図において、１は走査型電子顕微鏡であり、当該走査型電子顕微鏡１は、荷電粒子ビーム源としての電子銃２と、集束レンズ３ａと、収差補正器４と、走査コイル５と、対物レンズ３ｂと、検出器８とを備えている。
【００１６】
この走査型電子顕微鏡１において、電子銃２から放出されて加速された電子ビーム（荷電粒子ビーム）９は、集束レンズ３ａ及び対物レンズ３ｂより構成される照射系レンズ３により制御されて細く集束されて試料７の被観察面７ａに照射される。その際に、電子ビーム９は、走査コイル５により適宜偏向され、試料７の被観察面７ａ上を走査される。
【００１７】
そして、電子ビーム９が照射された試料７の被観察面７ａから、当該被観察面７ａに応じて２次電子もしくは反射電子等の被検出電子１０が発生し、当該被検出電子１０は試料７の観察像信号として検出器８によって検出される。検出器８によって検出された被検出電子１０の検出信号（観察像信号）は、適宜増幅されて図示しない制御回路に送られ、当該制御回路を介してＣＲＴ（陰極線管）やＬＣＤ（液晶ディスプレイ）等の表示手段（図示せず）に送信されて観察像として画像表示される。
【００１８】
電子ビーム９が、照射系レンズ３により集束されて試料７の被観察面７ａに照射される際には、収差補正器４を通過する。この収差補正器４は電子ビーム９の収差を補正するためのものであり、本実施の形態においては、一例として４段の多極子レンズ４ａから構成されている。なお、この多極子レンズ４ａの段数は、特に４段に限定されるものではなく、任意の段数としても構わない。
【００１９】
図２に、この収差補正器４を構成する１段分の多極子レンズ４ａの断面図を示す。この多極子レンズ４ａは、磁極２１及び支持棒２２からなる極子２３と、極子２３を保持するための環状の保持部材２５と、保持部材２５の外側に配置された環状のヨーク２９とを備えている。極子２３は、支持棒２２とその先端部２２ａに取付けられた磁極２１とから構成され、支持棒２２及び磁極２１はともにパーマロイや鉄等の磁性材料から形成されている。なお、支持棒２２への磁極２１の取付け方法は、ねじ込み、接着、溶着等の固定方法を用いることができる。
【００２０】
極子２３を構成する支持棒２２の被保持部２２ｃは、真鍮やリン青銅等の非磁性体からなる保持部材２５に形成された貫通孔２５ａ内に挿通されており、この貫通孔２５ａの両端部にはＯリング等のシール部材２６，２７が配置されている。そして、貫通孔２５ａの内部において、支持棒２２の被保持部２２ｃの外周面と貫通孔２５ａの内周面との間の空間には樹脂２４が充填されている。なお、当該樹脂２４は、貫通孔２５ａ内部の当該空間内において硬化されている。よって、支持棒２２の被保持部２２ｃは硬化された樹脂２４を介して保持部材２５の貫通孔２５ａ内に固着されており、これによって極子２３は当該被保持部２２ｃにおいて保持部材２５に位置決めされた状態で固定されている。
【００２１】
また、極子２３を構成する支持棒２２の基端部２２ｂは、パーマロイや鉄等の磁性体からなるヨーク２９に嵌合している。ここで、ヨーク２９には開口２９ａが形成されており、支持棒２２の基端部２２ｂが当該開口２９ａに挿通され、これにより極子２３の支持棒２２はヨーク２９と磁気的に結合している。なお、支持棒２２の基端部の端面には、所定の電圧を印加するための電源（図示せず）が接続されている。
【００２２】
極子２３の支持棒２２において、保持部材２５とヨーク２９との間に位置する領域には、極子２３を励磁するためのコイル３１が配置されている。そして、このコイル３１の位置を規制するために、コイル３１とヨーク２９との間に板バネ３０が配置されている。なお、支持棒２２の基端部２２ｂにおいて、ヨーク２９の開口２９ａ、板バネ３０、及びコイル３１に面する外周面には、管状の絶縁体２８が設けられている。
【００２３】
ここで、図２におけるＡ−Ａ断面図を図３に示す。図３に示すように、極子２３は電子ビーム９の光軸を中心として放射状に配置されており、本実施の形態における極子レンズ４ａでは１２個の極子２３を備えている。保持部材２５には、極子２３における支持棒２２の被保持部２２ｃが挿通する貫通孔２５ａが、各々の極子２３の支持棒２２に対応して形成されている。そして、各々の貫通孔２５ａには樹脂２４が充填されている。
【００２４】
以下、図４を参照して、本発明における多極子レンズの特徴部分について説明する。
図４は、本発明における多極子レンズの外側面の要部を示す側面図である。同図に示すように、ヨーク２９は、環状の上側ヨーク構成部材２９ｂ及び下側ヨーク構成部材２９ｃから構成されている。これら２個の環状のヨーク構成部材２９ｂ，２９ｃは、対向して重なり合うように配置されている。ヨーク構成部材２９ｂ，２９ｃの互いに対向する面（対向面）には、それぞれ切り欠き部２９ｄ，２９ｅが形成されており、当該切り欠き部２９ｄ，２９ｅが互いに対向するように２個のヨーク構成部材２９ｂ，２９ｃが重ねられてヨーク２９が構成される。
このとき、極子２３を構成する支持棒２２の基端部２２ｂを間に挟んで切り欠き部２９ｄ，２９ｅが互いに対向するように配置され、２個のヨーク構成部材２９ｂ，２９ｃが重ねられることによりヨーク２９の開口２９ａが構成され、この開口２９ａ内に支持棒２２の基端部２２ｂが配置される。この結果、支持棒２２の基端部２２ｂは、２個のヨーク構成部材２９ｂ，２９ｃに形成された切り欠き部２９ｄ，２９ｅに挟装される。なお、支持棒２２の基端部２２ｂの断面は円形とされており、これら切り欠き部２９ｄ，２９ｅによって挟装される前に、支持棒２２の基端部２２ｂの外周面には、上述した管状の絶縁体２８が予め設けられている。従って、支持棒２２の基端部２２ｂがヨーク構成部材２９ｂ，２９ｃに形成された切り欠き部２９ｄ，２９ｅに挟装される際には、当該基端部２２ｂの外周面に設けられた絶縁体２８の上面２８ｂ及び下面２８ｃは、それぞれ切り欠き部２９ｄ，２９ｅの中央面２９ｇ，２９ｈに線接触することとなる。
【００２５】
ここで、切り欠き部２９ｄ，２９ｅはそれぞれのヨーク構成部材２９ｂ，２９ｃの周方向（すなわち、ヨーク２９の周方向）に長く形成されている。よって、これら切り欠き部２９ｄ，２９ｅにより構成されるヨーク２９の開口２９ａは、当該周方向に長く形成された状態で設けられることとなる。なお、本実施例においては、ヨーク構成部材２９ｂ，２９ｃの加工処理のしやすさから、ヨーク２９の開口２９ａは長穴状となっている。
【００２６】
このように、極子２３を構成する支持棒２２の基端部２２ｂは、ヨーク２９の周方向に長く形成された状態で設けられた開口２９ａ内に配置されている。よって、支持棒２２の基端部２２ｂの外周面に設けられた絶縁体２８の側面２８ａと、ヨーク２９の開口２９ａの当該周方向における内壁面端部２９ｆとの間には間隙ｄ（図３及び図４参照）が設けられることとなる。
【００２７】
これにより、支持棒２２の基端部２２ｂをヨーク２９に結合する際に、絶縁体２８の側面２８ａが開口２９ａの上記内壁面端部２９ｆと接触することがなく、当該基端部２２ｂにヨーク２９の周方向（すなわち、電子ビーム９の光軸に直交する方向）の外力が開口２９ａの内壁面（内壁面端部２９ｆ）から加わることがない。従って、極子２３を構成する支持棒２２に、電子ビーム９の光軸に直交する方向の不要な外力が印加されることがなく、磁極２１が当該光軸に直交する方向に位置ずれを起こすことがない。よって、多極子レンズ４ａによる磁場形成領域において、電子ビーム９の光軸に沿った全領域での磁場変動が生じることがなく、電子ビーム９の収差補正において大きな支障が発生することがない。
【００２８】
ここで、極子２３の支持棒２２において保持部材２５とヨーク２９との間に位置する領域に設けられた励磁用のコイル３１に関し、互いに隣接する極子２３に設けられた各コイル３１間での接続状態について、図３を参照して説明する。
【００２９】
図３において、互いに隣接する極子として極子２３ａ及び極子２３ｂを特定すると、これら極子２３ａ，２３ｂに設けられている励磁用のコイルはそれぞれコイル３１ａ及びコイル３１ｂである。そして、この極子の配置に伴って互いに隣接して設けられたコイル３１ａとコイル３１ｂは直列に接続されることとなる。
【００３０】
上述のように、各極子２３をヨーク２９に結合する際に、極子２３の支持棒２２に電子ビーム９の光軸に直交する方向の不要な外力が印加されることがなく、極子２３の経時的な変形が起きずに各極子２３の当該光軸に対する配置の対称性が保持されているので、各極子２３に設けられたコイル３１に個別に励磁用電源を接続する必要がない。従って、互いに隣接して設けられたコイル３１（上記の例ではコイル３１ａとコイル３１ｂ）同士を順次直列に接続し、全ての極子２３の接続がなされた状態において両端に位置するコイル３１の端部に１つの励磁用電源をつなげればよい。また、コイル３１同士を直列に接続することにより、励磁用電源の変動や雑音が電子ビーム９に対して対称に作用して打消し合うため、それらの影響を軽減することができる。
【００３１】
次に、本発明における他の実施例を図５を参照して説明する。
【００３２】
図５は、本発明における他の実施例での多極子レンズ４ａの断面図である。同図における多極子レンズ４ａは、図２に示した多極子レンズ４ａと同様に、支持棒２２及びその先端に位置する磁極２１より構成される極子２３を備える。しかしながら、図５の例においては、支持棒２２及び磁極２１は一体的に形成されており、また、磁極２２の高さｈは保持部材２５の貫通孔２５ａを挿通できる寸法とされている。この場合においても、図３及び図４に示すように、支持棒２２の基端部２２ｂの外周面に設けられた絶縁体２８の側面２８ａと、ヨーク２９の開口２９ａの当該周方向における内壁面端部２９ｆとの間には間隙ｄが設けられており、上述と同じ作用及び効果を有している。
【００３３】
以下、図６及び図７を参照して、この例の多極子レンズの製造方法について説明する。ここで、図６は、図５の多極子レンズ４ａの極子２３を配置する途中の状態を示す断面図であり、また図７は、当該多極子レンズ４ａの極子２３の配置が完了した状態を示す断面図である。
【００３４】
図６に示すように、極子２３は、支持棒２２及び磁極２１が一体的に形成されることにより構成され、この状態で極子２３の磁極２１が保持部材２５の貫通孔２５ａを挿通する。そして、磁極２１が当該貫通孔２５ａを挿通後、図７に示すように、極子２３を所望の位置に配置した状態で保持される。なお、貫通孔２５ａをシールするための一方のシール部材２６は、予め極子２３における支持棒２２の所定位置に設けられている。
【００３５】
その後、図５に示すように、樹脂２４により支持棒２２の被保持部２２ｃを保持部材２５の貫通孔２５ａにおいて固着し、これにより極子２３を被保持部２２ｃにおいて保持部材２５に位置決めされた状態で固定される。
【００３６】
そして、極子２３の支持棒２２の所定箇所に絶縁体２８、コイル３１、及び板バネ３０を配置した後、上述と同様に、２個のヨーク構成部材２９ｂ，２９ｃに形成された互いに対向する切り欠き部２９ｄ，２９ｅによって支持棒２２の基端部２２ｂを挟装する。
【００３７】
本実施例においては、予め支持棒及びその磁極が一体的に形成されてなる極子を保持部材の貫通孔に貫通させるので、設計どおりに形成された所定の形状の極子を選んで多極子レンズの製造に用いることができ、別途加工処理を施す必要がない。従って、多極子レンズを効率的に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における多極子レンズを備えた観察装置を示す概略構成図である。
【図２】本発明における多極子レンズを示す断面図である。
【図３】図２におけるＡ−Ａ断面を示す断面図である。
【図４】本発明における多極子レンズの外側面を要部を示す側面図である。
【図５】本発明における他の実施例での多極子レンズを示す断面図である。
【図６】図５における多極子レンズの極子を配置する途中の状態を示す断面図である。
【図７】図５における多極子レンズの極子の配置が完了した状態を示す断面図である。
【符号の説明】
１…走査型電子顕微鏡（観察装置）、２…電子銃（荷電粒子ビーム源）、
３…照射系レンズ、３ａ…集束レンズ、３ｂ…対物レンズ、４…収差補正器、
４ａ…多極子レンズ、５…走査コイル、７…試料、８…検出器、
９…電子ビーム（荷電粒子ビーム）、１０…被検出電子、
２１…磁極、２２…支持棒、２２ａ…先端部、２２ｂ…基端部、
２２ｃ…被保持部、２３…極子、２４…樹脂、２５…保持部材、
２６，２７…シール部材、２９…ヨーク、２９ａ…開口

Claims (13)

1. 被保持部を有する複数の極子と、極子の被保持部を保持する環状の保持部材と、保持部材の外側に配置され、極子の基端部に磁気的に結合する環状のヨークとを具備する多極子レンズにおいて、前記ヨークにはその周方向に長く形成された開口が設けられ、当該開口内に前記極子の基端部が配置されていることを特徴とする多極子レンズ。
2. 前記ヨークは、対向して配置される２個の環状のヨーク構成部材からなり、当該ヨーク構成部材の対向面には前記開口を構成するための切り欠き部が形成されていることを特徴とする請求項１記載の多極子レンズ。
3. 前記ヨークの開口は、長穴状に形成されていることを特徴とする請求項１若しくは２記載の多極子レンズ。
4. 前記各極子の基端部と被保持部との間にはコイルが設けられており、互いに隣接する極子に設けられたコイルは直列に接続されていることを特徴とする請求項１乃至３何れかに記載の多極子レンズ。
5. 荷電粒子ビーム源と、荷電粒子ビームから放出された荷電粒子ビームを制御して試料に照射するための照射系レンズと、荷電粒子ビームが照射された試料の観察像を検出するための検出器と、荷電粒子ビームの収差を補正するための多極子レンズとを備えた観察装置において、前記多極子レンズが、被保持部を有する複数の極子と、極子の被保持部を保持する環状の保持部と、保持部材の外側に配置され、極子の基端部に磁気的に接合する環状のヨークとを具備し、ヨークにはその周方向に長く形成された開口が設けられ、当該開口内に極子の基端部が配置されていることを特徴とする多極子レンズを備えた観察装置。
6. 前記多極子レンズにおけるヨークは、対向して配置される２個の環状のヨーク構成部材からなり、当該ヨーク構成部材の対向面には前記開口を構成するための切り欠き部が形成されていることを特徴とする請求項５記載の多極子レンズを備えた観察装置。
7. 前記多極子レンズにおけるヨークの開口は、長穴状に形成されていることを特徴とする請求項５若しくは６記載の多極子レンズを備えた観察装置。
8. 前記多極子レンズにおける各極子の基端部と被保持部との間にはコイルが設けられており、互いに隣接する極子に設けられたコイルは直列に接続されていることを特徴とする請求項５乃至７何れかに記載の多極子レンズを備えた観察装置。
9. 前記荷電粒子ビームは電子ビームであることを特徴とする請求項５乃至８何れかに記載の多極子レンズを備えた観察装置。
10. 被保持部を有する複数の極子と、極子の被保持部を保持する環状の保持部材とを具備する多極子レンズの製造方法において、前記保持部材に設けられた孔に前記極子の先端部を貫通させ、その後前記極子の被保持部を前記保持部材に保持することを特徴とする多極子レンズの製造方法。
11. 前記多極子レンズは、前記保持部材の外側に配置された前記極子の基端部に磁気的に結合する環状のヨークをさらに具備していることを特徴とする請求項１０記載の多極子レンズの製造方法。
12. 前記ヨークは互いに対向して配置される２個の環状のヨーク構成部材からなり、当該ヨーク構成部材の対向面には切り欠き部が形成されており、前記極子の被保持部を前記保持体に保持した後、前記極子の基端部を当該ヨーク構成部材に形成された互いに対向する切り欠き部によって挟装することを特徴とする請求項１１記載の多極子レンズの製造方法。
13. 前記ヨーク構成部材に形成された互いに対向する切り欠き部は、当該ヨーク構成部材の周方向に長く形成されていることを特徴とする請求項１２記載の多極子レンズの製造方法。

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