JP2009176542A - 電磁レンズ - Google Patents

Abstract

【課題】荷電粒子線ビームを集束させる電磁レンズに関し、加速電圧を変えても即時に発熱量を一定にしてドリフト量を小さく保持しかつ必要に応じて補正を行ってドリフト量、デフォーカス量などを閾値以下に補正する電磁レンズを実現する。
【解決手段】導電性がありかつ絶縁された２本の線あるいは平角線を隣接して所定回数巻いた、その一方の第１のコイルおよび他方の第２のコイルと、第１のコイルおよび第２のコイルに相互に逆電流を流してその差分に相当する電流Ａと、第１のコイルおよび第２のコイルの回数Ｔとの積からなる起磁力ＡＴを発生させる第１の手段と、第１のコイルおよび第２のコイルに流す電流の総和を一定にして発熱量を一定に制御する第２の手段とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、荷電粒子線ビームを集束させる電磁レンズに関するものである。

従来、走査型電子顕微鏡は、電子線ビームを細く絞ってマスクなどの被測定対象に照射しつつ平面走査し、そのときに放出された２次電子や反射電子などを検出して増幅し、被測定対象の拡大画像をディスプレイ上に表示している。被測定対象の拡大画像上で十数ｎｍから数ｎｍ程度の微細なパターンや欠陥などを検出したり、測定したりすることに使われるようになってきた。

このような高精度な測定などに使われる走査型電子顕微鏡などには、コイルを巻いてそれに直流電流を流して磁界を発生させる磁界型レンズ（電磁レンズ）が多用されている。上述した十数ｎｍから数ｎｍ程度の微細なパターンを安定的に測長したりなどするには、当該電磁レンズの熱的安定性が極めて高く要求され、通常は、電子線ビームの加速電圧は一定にして電磁レンズのコイルに流す電流をほぼ一定に保持して発熱量を一定に保ちつつ、かつ周囲環境温度も一定に保ち、電子線ビームの安定性を損なわないように、静的に当該安定性が確保されるように努め、ｎｍオーダーの測定再現性を実現していた。

しかし、被測定対象は、例えば半導体デバイス製造工程では無機物であるシリコン酸化物であれば数ＫＶ程度の高い電子線ビームにしてコントラストの高い良質な画像を得る必要がある。一方、有機物レジストが付着した被測定対象では数ＫＶ程度の高い電子線ビームを用いて画像を生成するとチャージアップ現象によって像が見えなくなったり、レジストに損傷を与えてしまうなどの問題があるため、数百Ｖ程度の低い電子線ビームにしてチャージの無い（少ない）良質な画像を得ていた。このように、被測定対象の材質などに併せて加速電圧を最適に調整する必要があるが、上述した電磁レンズでコイルに流す電流を変えたのでは発熱量が変化し、熱的安定性に到達するまでに長時間（例えば数時間）を要してしまうという問題が発生する。

これを解決する手法として、２つの１次コイルで２次コイルを挟み、２つの２次コイルと、１つの２次コイルとに流す電流を制御して全体の発熱量をほぼ一定に制御する技術がある（特許文献１の図３（Ｂ）、（Ｃ）参照）。
特開２００５−３８８５６号公報

上述した前者の技術では、電子線ビームの加速電圧を変えた場合、熱的安定性が満たされるまで長時間待ったのでは、電磁レンズを使う走査型電子顕微鏡などの操作性が極めて悪いという問題がある。

上述した後者の技術では、図３（Ｂ），（Ｃ）に示すように、２つの１次コイルとその間に挟まれた１つの２次コイルとに流す電流を制御して全体の発熱量をほぼ一定に制御し、１次コイルと、２次コイルとの全体の発熱量はほぼ一定に保持したとしても、当該１次コイルと、２次コイルとの間には距離があり、しかも、両者の発熱量が異なるのでその安定するまでの時間が上述した従来の技術に比して若干は軽減されるが、やはり、２つの１次コイルと、２次コイルとの間での熱の安定化にはかなりの時間が必要となり、迅速に安定化し得ないという問題がある。

本発明は、これらの問題を解決するため、荷電粒子線ビームを集束させる電磁レンズにおいて、導電性がありかつ絶縁された２本の線あるいは平角線を隣接して所定回数巻いた、その一方の第１のコイルおよび他方の第２のコイルと、第１のコイルおよび第２のコイルに相互に逆電流を流してその差分に相当する電流Ａと、第１のコイルおよび第２のコイルの回数Ｔとの積からなる起磁力ＡＴを発生させる第１の手段と、第１のコイルおよび第２のコイルに流す電流の総和を一定にして発熱量を一定に制御する第２の手段とを備えるようにしている。

この際、２本の線あるいは２本の平角線を隣接して巻くとして、２本の線あるいは２本の平角線を隣接させた状態で半径方向に渦巻き状に順次巻く、あるいは半径方向と直角方向に隣接して順次巻くようにしている。

また、ある加速電圧の荷電粒子線ビームがフォーカスされた状態で、他の加速電圧への指示があったときに、第１の手段に指示して他の加速電圧に相当する起磁力ＡＴ２になるようにかつ第２の手段に指示して発熱量が一定となるように第１のコイルおよび第２のコイルに流す電流を調整する第３の手段を備えるようにしている。

また、ある加速電圧の荷電粒子線ビームがフォーカスされた状態で、他の加速電圧への指示があったときに、第３の手段によって第１のコイルおよび第２のコイルに流す電流を調整した後、自動フォーカス機構を動作させてフォーカスさせてそのときのデフォーカス量が所定閾値以上のときは、所定閾値以内となるように第１の手段に指示して起磁力ＡＴ２を補正させかつ補正に対応して第２の手段に指示して発熱量が一定となるように第１のコイルおよび第２のコイルの電流を補正する第４の手段を備えるようにしている。

また、ある加速電圧の荷電粒子線ビームがフォーカスされた状態で、他の加速電圧への指示があったときに、第３の手段によって第１のコイルおよび第２のコイルに流す電流を調整した後、荷電粒子線ビームで生成された画像についてドリフト量測定機構を動作させて単位時間当たりの画像のドリフト量が所定閾値以上のときは、所定閾値以内となるように第２の手段に指示して当該発熱量を補正させる第５の手段を備えるようにしている。

また、第１のコイルおよび第２のコイルの巻き数Ｎが異なる場合には、巻き数Ｎが異なる割合に相当して第１の手段および第２の手段に指示して起磁力を発生および発熱量を一定に制御するようにしている。

本発明は、２本の線あるいは平角線を隣接して所定回数巻いた、その一方の第１のコイルおよび他方の第２のコイルと、第１のコイルおよび第２のコイルに相互に逆電流を流してその差分に相当する電流Ａと、第１のコイルおよび第２のコイルの回数Ｔとの積からなる起磁力ＡＴを発生させる第１の手段と、第１のコイルおよび第２のコイルに流す電流の総和を一定にして発熱量を一定に制御する第２の手段とを備えることにより、加速電圧を変えても即時に発熱量を一定にしてドリフト量を小さく保持しかつ必要に応じて補正を行ってドリフト量、デフォーカス量などを閾値以下に補正する電磁レンズを実現することが可能となった。

図１は、本発明の電磁レンズ例を示す。
図１において、電磁レンズ（対物レンズ）１は、第１のコイル２、第２のコイル３と、当該第１のコイル２，第２のコイル３で発生された起磁力ＡＴを磁気抵抗の小さい磁性体からなるヨーク４で磁界が下方の被測定試料（マスク）５に可及的に近い部分に磁界レンズ（円筒型の磁界レンズ）として生成するものである。電磁レンズ１の軸上を上方から下方に入射した電子線ビーム（負の電荷を持つ電子線ビーム、正の電荷を持つイオンビームなどからなる荷電粒子線ビームのうちの電子線ビームについて以下説明する）は、電磁レンズ１で形成された円筒磁界により図示のように、当該電子線ビームはここでは被測定試料（マスク）５上に細く集束される。そして、図示外の偏向器によって被測定試料（マスク）５上に細く集束された電子線ビームは平面走査され、そのときに放出された２次電子あるいは反射電子が図示外の検出器で検出・増幅され、図示外のディスプレイの画面上に当該被測定試料の表面の画像が拡大画像として表示される（走査型電子顕微鏡の場合）。

第１のコイル２、第２のコイル３は、導電性があり、かつ表面が絶縁された線あるいは平角線である。第１のコイル２と第２のコイル３の２本は、ペアとして隣接して半径方向に渦巻き状に巻く、および半径方向と直角方向に隣接して巻いたものである。具体的には、例えば２本を最内側の１層にまき、次に２層というように最外側まで巻くことにより、２本ペアで巻かれることとなる。

ヨーク４は、第１のコイル２および第２のコイル３に逆方向に流した電流の差と、巻き数Ｔを乗算した起磁力ＡＴについて、磁気抵抗の小さい磁性体である当該ヨーク４によってその起磁力ＡＴを被測定試料（マスク）５に可及的に近い部分に誘導し、所定の磁界分布（円筒磁界分布）を生成するためのものである。当該生成された円筒磁界分布により、上方向から入射した電子線ビームは細く集束されて被測定試料（マスク）５上を照射することが可能となる。これにより、当該電磁レンズ１を使用した走査型電子顕微鏡では、数ｎｍ程度の電子線ビームのスポットサイズで照射しつつ、図示外の偏向器で平面走査し、数ｎｍ程度の分解能を持った拡大画像をディスプレイ上に表示することが可能となる。

尚、図１の電磁レンズ１の電子線ビームが通過する部分は、図示外の真空排気系により全て真空中に保持されるものである。

図２は、本発明のコイルの巻き方例（その１）を示す。図２は、導電性で、表面を絶縁された断面が円形の２本の線を、図１の第１のコイル２、第２のコイル３として巻いたときの断面の様子を模式的に示す。図示の第１のコイル２、第２のコイル３は、巻き方を模式的に示したものであり、コイルのサイズや巻き数を示すものではない（図３も同様）。

図２の（Ａ−１）は、図１の第１のコイル２および第２のコイル３と同じ巻き方の例を示す。この場合には、第２のコイル３が最内側の１層、第１のコイル２が最内側から２層に相当し、半径方向と直角方向に端から他の端まで詰めて巻く。同様に、３層、４層について第２のコイル３および第１のコイル２を巻く。以下同様に繰り返し、全体として、第１のコイル２および第２のコイル３を作成する。

図２の（Ａ−２）は、第２のコイル３が最内側の１層、２層、第１のコイル２が最内側から３層と巻くことを繰り返した後、第２のコイル３については２層分を外部で接続して１つの第２のコイル３とした例を示す。この場合には、第２のコイル３を連続して２層巻いた後、第１のコイル２を１層巻くことを繰り返し、第２のコイル３については２層分を外部で接続して１つの第２のコイルとすることとなる。

図２の（Ａ−３）は、第２のコイル３が最内側の１層、２層、３層、第１のコイル２が最内側から４層と巻くことを繰り返した後、第２のコイル３については３層分を外部で接続して１つの第２のコイル４とした例を示す。この場合には、第２のコイル３を連続して３層巻いた後、第１のコイル２を１層巻くことを繰り返した後、第２のコイル３について３層分を外部で接続して１つの第２のコイル３とすることとなる。

図２の（Ｂ−１）は、第１のコイル２および第２のコイル３を最内側の１層にペアで巻き、同様に２層・・・と繰り返した例を示す。この場合には、第１のコイル２および第２のコイル３をペアにして最内側の１層に巻き、同様に、２層、３層・・・と繰り返すこととなる。

図２の（Ｂ−２）は、第１のコイル２を２本、第２のコイル３を１本の合計３本をペアにして最内側の１層に巻き、同様に、２層、３層・・・と巻くことを繰り返した後、第１のコイル２については２本については１本に外部で接続して第１のコイル２を作成した例を示す。

図２の（Ｂ−３）は、第１のコイル２を３本、第２のコイル３を１本の合計４本をペアにして最内側の１層に巻き、同様に、２層、３層・・・と巻くことを繰り返した後、第１のコイル２については３本を１本に外部で接続して第１のコイル２を作成した例を示す。

図３は、本発明のコイルの巻き方例（その２）を示す。図２は、導電性で、表面を絶縁された断面が平角の２本の線を、図１の第１のコイル２、第２のコイル３として巻いたときの断面の様子を示す。

図３の（Ｃ−１）は、第１のコイル２を最内側の１層、次の２層に第２のコイル３を巻くことを繰り返す巻き方の例を示す。この場合には、第１のコイル２を最内側の１層に巻いた後、第２のコイル３を最内側から２層に巻くことを繰り返し、全体として、第１のコイル２および第２のコイル３を作成する。

図３の（Ｃ−２）は、第１のコイル２を最内側の１層、次の第２のコイル３を２層、３層の全２層に巻くことを繰り返した後、第２のコイル３については２層分を外部で接続して１つの第２のコイルとした例を示す。この場合には、第１のコイル２を１層巻いた後、第２のコイル３を連続して２層巻くことを繰り返し、第２のコイル３については２層分を外部で接続して１つの第２のコイルとすることとなる。

図３の（Ｃ−３）は、第１のコイル２を最内側の１層、次の第２のコイル３を２層、３層、４層の全３層に巻くことを繰り返した後、第２のコイル３については３層分を外部で接続して１つの第２のコイルとした例を示す。この場合には、第１のコイル２を１層巻いた後、第２のコイル３を連続して３層巻くことを繰り返し、第２のコイル３については３層分を外部で接続して１つの第２のコイルとすることとなる。

図３の（Ｄ−１）は、第２のコイル３と第１のコイル２とをペアに最内側の１層に巻いた後、第１のコイル２と第２のコイル３とをペアに最内側の２層に巻くことを繰り返す巻き方の例を示す。この場合には、第２のコイル３と第１のコイル２とが交互に図示のように隣接し、第１のコイル２と第２のコイル３との熱（発熱量の相違による熱）の伝導距離を最小限にし、熱伝導を極めて高速にし、ドリフト量の安定化を高速化することが可能となる。

図３の（Ｄ−２）は、第１のコイル２と第２のコイル３とをペアに最内側の１層に巻いた後、第２のコイル３を最内側の２層に巻いた後、第２のコイル３と第１のコイル２とをペアに最内側の３層に巻くことを繰り返す巻き方の例を示す。この場合には、第２のコイル３と第１のコイル２とが交互、かつ間に第２のコイル３を１層設けたものである。

図３の（Ｄ−３）は、第２のコイル３と第１のコイル２とをペアに最内側の１層に巻いた後、第１のコイル２と第２のコイル３とをペアに最内側の２層に巻いた後、第２のコイル３を最内側の３層、４層に巻くことを繰り返す巻き方の例を示す。この場合には、第２のコイル３と第１のコイル２とが交互、かつ間に第２のコイル３を２層設けたものである。

図３の（Ｅ−１）は、第１のコイル２と第２のコイル３とをペアに最内側の１層に巻くことを繰り返す巻き方の例を示す。この場合には、図示のように、第１のコイル２と第２のコイル３とが半径方向に連続して作成される。

図３の（Ｅ−２）は、第１のコイル２と第２のコイル３の２本との合計３本をペアに最内側の１層に巻くことを繰り返した後、第２のコイル３についは２本を外部で接続して１本の第２のコイル３を作成する巻き方の例を示す。この場合には、図示のように、第１のコイル２と第２のコイル３の２本とが半径方向に連続して作成される。

図３の（Ｅ−３）は、第１のコイル２と第２のコイル３の３本との合計４本をペアに最内側の１層に巻くことを繰り返した後、第２のコイル３についは３本を外部で接続して１本の第２のコイル３を作成する巻き方の例を示す。この場合には、図示のように、第１のコイル２と第２のコイル３の３本とが半径方向に連続して作成される。

次に、図４のフローチャートの順番に従い、図１の電磁レンズ１を用いたときの動作を詳細に説明する。

図４は、本発明の動作説明フローチャートを示す。
図４において、Ｓ１は、加速電圧を変える。これは、図１の電磁レンズ１を、例えば公知の走査型電子顕微鏡の対物レンズとして用い、ある加速電圧、例えば１ＫＶで加速した電子線ビームを、電磁レンズ１でフォーカスして被測定試料５に照射しつつ偏向系で平面走査し、そのときに放出された２次電子を検出・増幅し、ディスプレイの画面上に拡大画像を表示して当該拡大画像上のパターンを測長している状態のもとで、電子線ビームの加速電圧を例えば０．５ＫＶに変える。

Ｓ２は、加速電圧の平方根分の１の電流を流す。これは、Ｓ１からＳ２に電子線ビームの加速電圧を変えた場合、変更後の加速電圧で丁度、電子線ビームが被測定試料５にフォーカスする理論値の電流（加速電圧の平方根分１の電流）を流す。例えば上記例では、１．０ＫＶから０．５ＫＶに変えたのであるから、
１／（１．０／．０５）^1/2 ≒０．７０７倍
の電流を電磁レンズ１（走査型電子顕微鏡の対物レンズ）に流す。つまり、変更前の電流に比して、０．７０７倍の電流に小さくする。

Ｓ３は、画面上でオートフォーカスを行う。
Ｓ４は、デフォーカス量を測定する。これらＳ３、Ｓ４は、Ｓ１、Ｓ２で加速電圧を変えたことに対応して電磁レンズ１に流す電流を変えた後の電流（理論値の電流）のもとで、ディスプレイ上に表示した画像上で、公知のオートフォーカス機能を動作させ、フォーカスされた点におけるデフォーカス量（Ｓ２で流した電流値（理論値）からのデフォーカス量Δｄを測定する。

Ｓ５は、閾値以内か判別する。これは、Ｓ４で測定したデフォーカス量Δｄが所定閾値以内か判別する。ＹＥＳの場合には、Ｓ７に進む。ＮＯの場合には、Ｓ２で設定した電流値（理論値）が閾値以上ずれていると判明したので、Δｄに対応した補正を行い、図４以降を繰り返す。

以上のＳ１からＳ６によって、電子線ビームの加速電圧を変えた場合、ジャストフォーカスする理論値の電流を図１の電磁レンズ１（対物レンズ）に設定し、オートフォーカス機能を動作させてジャストフォーカスにしたときのデフォーカス量（電磁レンズ１に流した電流量）Δｄが閾値以上のときは理論値を補正することが可能となる。これにより、次回からある加速電圧から他の加速電圧（上記例では、１．０ＫＶから０．５ＫＶ）に変えたときにデフォーカス量が閾値以下となるような理論値（あるいは理論値を補正した補正値）を自動設定し、加速電圧を変えたときでも迅速にほぼフォーカスのあった状態に切り替えることが可能となる。この際、後述するように、加速電圧を切り替えた場合には、電磁レンズ１に必要な起磁力ＡＴが異なるので、必要な起磁力ＡＴを与え、かつ第１のコイル２、第２のコイル３に流す電流の総和が一定として発熱量を一定にするように制御しているので、加速電圧を切り替えても自動的に第１のコイル２、第２のコイル３の総合的な発熱量を一定に保持することが可能となる。

尚、公知のオートフォーカス機能は、例えば画面上に表示された被測定試料（マスク）５の、あるフォーカス電流（電磁レンズ１に流す電流）のときの画像全体、あるいは当該画像中の１本ないし複数本のラインを微分し、微分波形の振幅の最大値あるいは微分波形の面積を求めることを、異なるフォーカス電流について繰り返し、微分波形の振幅が最大あるいは面積が最大となるときのフォーカス電流値をジャストフォーカスの電流値と自動的に設定する機能である。その他の手法であっても、被測定試料のジャストフォーカスのときのフォーカス電流を自動的に設定できればよい。

Ｓ７は、ドリフト量を測定する。これは、画面上に表示した被測定試料５が所定時間経過後にドリフト（移動）したドリフト量（移動量）を測定する。

Ｓ８は、閾値以上か判別する。これは、Ｓ７で測定した被測定試料５の単位時間当りのドリフト量が閾値以上か判別する。ＹＥＳの場合には、Ｓ９でトライアンドエラー補正を行い、Ｓ７、Ｓ８を繰り返し、ドリフト量が閾値以下となるように、電磁レンズ１の第１のコイル２および第２のコイル３に流す電流の総和を調整する。調整方法を詳細に説明すると、
（１）Ｓ７でドリフト量を測定する。

（２）Ｓ８で測定したドリフト量が閾値以下のときは終了する。
（３）Ｓ８で測定したドリフト量が閾値以上のときは、Ｓ９で電磁レンズ１の第１のコイル２および第２のコイル３に流す電流の総和（発熱量）を、例えば増加させる方向に所定電流だけ増やす（起磁力ＡＴは一定に保持する）。

（４）（３）の状態でドリフト量を再測定し、前回よりも小さくなっていれば、更に増加させる方向に所定電流だけ増やすことを繰り返し、ドリフト量が所定閾値以下となるまで繰り返し、所定閾値以下となったときの電磁レンズ１の第１のコイル２および第２のコイル３に流す電流として設定する。

（５）一方、（３）の状態でドリフト量を再測定し、前回よりも大きくなっていれば、逆に減少させる方向に所定電流だけ減らすことを繰り返し、ドリフト量が所定閾値以下となるまで繰り返し、所定閾値以下となったときの電磁レンズ１の第１のコイル２および第２のコイル３に流す電流として設定する。

（６）尚、上記電磁レンズ１の第１のコイル２および第２のコイル３に電流の総和を変える場合には、第１のコイル２および第２のコイル３の電流差（起磁力ＡＴ）は常に一定になるようにする（Ｓ２からＳ６で設定したフォーカス状態が保持されるように、電流差（起磁力ＡＴ）を一定に保持する）。

図５は、本発明のシステム構成図を示す。
図５において、ＰＣ３００は、パソコンであって、プログラムに従い各種制御を行うものであり、ここでは、電子線ビームエネルギー設定手段３０１、変換テーブル３０２、フォーカス測定手段３０３、ドリフト測定手段３０４、補正電流発生手段３０５、キーボード３０６などから構成されるものである。

電子線ビームエネルギー設定手段３０１は、電磁レンズ１を対物レンズとして用いた例えば走査型電子顕微鏡において、電子線ビームを加速する加速電圧を設定するものである。ここでは、キーボード３０６から操作者がキー入力して加速電圧を設定したり、図示外の測長アプリからの指示で加速電圧を設定したりするものである。

変換テーブル３０２は、入力された加速電圧（エネルギー）に対応づけて対物レンズを構成する図１の電磁レンズ１の第１のコイル２および第２のコイル３に流す電流の割合を設定したものである（図７参照）。

フォーカス測定手段３０３は、電磁レンズ１（対物レンズ）によるフォーカスを測定するものであって、現在のフォーカス状態から、ジャストフォーカスに設定したときのフォーカス電流の差を測定したりなどする、公知のものである。

ドリフト測定手段３０４は、被測定試料５の画面上におけるドリフト量を測定する、公知のものである。

補正電流発生手段３０５は、フォーカス測定手段３０３およびドリフト測定手段３０４で測定した値をもとに、所定起磁力ＡＴを発生しかつ発熱量を一定に保持（更に、ドリフト量が閾値以下に保持）する補正電流を発生し、電磁レンズ１の第１のコイル２および第２のコイル３に供給するものである。

キーボード３０６は、電子線ビームの加速電圧を入力したりなどするものである。
ＤＡＣ３１１，ＤＡＣ３１２は、デジタルの第１のコイル２および第２のコイル３に流す補正電流に対応する電圧をアナログ電圧値にそれぞれ変換するものである。

電源（１）３１３、電源（２）３１４は、ＤＡＣ３１１，ＤＡＣ３１２から入力されたアナログ電圧値に対応するアナログ電流を発生するものである。

第１のコイル２および第２のコイル３は、対物レンズ（図１の電磁レンズ１）を構成するものであって、両者のコイルに流す電流の差が起磁力ＡＴに対応し、両者のコイルに流す電流の総和が発熱量に対応するものである。尚、第１のコイル２と第２のコイル３とが異なる回数のときはその回数比に対応して起磁力ＡＴおよび発熱量を、補正電流発生手段３０５で補正計算して設定するようにしている。

以上のシステム構成のもとで、既述した図４のフローチャートのＳ１で加速電圧を変えると、
（１）Ｓ２からＳ６に従いフォーカス測定手段３０３および補正電流発生手段３０５により変更後の加速電圧の電子線ビームを被測定試料５に照射しつつ平面走査したときに放出された２次電子の画像をディスプレイ上にジャストフォーカスとして表示すると共に電磁レンズ１の第１のコイル２および第２のコイル３に加速電圧の変更前と変更後とで同じ発熱量となるように自動調整されることとなる。

（２）更に、Ｓ７からＳ９に従いドリフト測定手段３０４および補正電流発生手段３０５により変更後の加速電圧の電子線ビームを被測定試料５に照射しつつ平面走査したときに放出された２次電子の画像をディスプレイ上にジャストフォーカスとして表示した画像上でドリフトが閾値以下となるように電磁レンズ１の第１のコイル２および第２のコイル３による起磁力ＡＴを一定に保持した状態で発熱量のみを自動的に微細調整することが可能となる。

図６は、本発明の分割コイル例を示す。これは、図１の電磁レンズ１が第１のコイル２の１本（あるいは複数本）および第２のコイル３の１本（あるいは複数本）をペアにして当該電磁レンズ１の最内側の１１、次にに２層に巻くことをなどを繰り返し、電磁レンズ１のコイルを作成したのに対して、図示のように分割コイル１１、即ち縦横にそれぞれ複数に分割して第１のコイル２あるいは第２のコイル３をそれぞれ巻いた例を示す。図示の例では、縦横に３×３の領域にそれぞれ第１のコイル２あるいは第２のコイル３をそれぞれ隣接するように作成した例を示す。

図６において、断熱材１２は、コイルに電流を流すことにより発生する熱が、ヨーク４に伝わらないようにするための断熱材１２である。

冷却ヘッド１３は、分割コイル１１で発熱した熱を外部に取り出して一定に保持するための冷却ヘッドである。

以上の構成にすることにより、分割コイル１１として縦横に複数に分割した各領域に第１のコイル２および第２のコイル３をそれぞれ隣接あるいは可及的に隣接して配置することにより、電子線ビームの加速電圧を切り替えても、各領域で発生する総熱量を常にほぼ一定に保持するように制御するため（図５の補正電流発生手段３０５が制御するため）、各領域で発生する熱量が変化しても全体の総熱量が一定に保持されるため、当該分割コイルを有する図１の電磁レンズ１を走査型電子顕微鏡の対物レンズに使用しても、画像上のドリフトを最小限に低減することが可能となる。

図７は、本発明の動作説明図を示す。
図７において、Ｓ１１、Ｓ１２は、操作者がキーボードを操作し、変更後の電子線ビームの加速電圧ＫＶを図５のＰＣ３００に入力する。

Ｓ１３は、変換テーブルを参照する。これは、右側に記載した変換テーブル３０２を参照し、Ｓ１１、Ｓ１２で入力された加速電圧ＫＶに対応する第１のコイル２、および第２のコイル３の電流値（加速電圧１ＫＶのときに２，−１としたときの相対電流値）を取り出す。

例えば、加速電圧１ＫＶから加速電圧０．５ＫＶに変更した場合には、変更後の加速電圧０．５ＫＶの
・第１のコイル２：−１．１４
・第２のコイル３：１．８６
を取り出し、図５の補正電流発生Ｓ手段３０５が当該電流値に対応する第１のコイル２および第２のコイル３に対する補正電流（実際に流す電流）をそれぞれ生成する。

Ｓ１４は、ＤＡＣに出力する。これは、Ｓ１３で生成した第１のコイル２および第２のコイル３に実際に流す電流に対応するデジタルの値をＤＡＣ３１１，３１２に入力する。

Ｓ１５は、電源に出力する。これは、Ｓ１４でＤＡＣ３１１，３１２から出力されたアナログ値を電源（１）３１３、電源（２）３１４に入力する。

Ｓ１６は、レンズに入力する。これは、Ｓ１５で電源（１）３１３、電源（２）３１４から出力された第１のコイル２への電流、および第２のコイル３への電流を、図１の電磁レンズ１の第１のレンズ２および第２のレンズ３にそれぞれ供給する。

以上のＳ１１からＳ１６により、図５のシステム構成のもとで、操作者が変更後の加速電圧ＫＶを入力すると、自動的に変更後の加速電圧ＫＶに適した発熱量を一定にした電磁レンズ１の第１のコイル２および第２のコイル３にそれぞれ供給されることとなる。そして、図５のフォーカス測定手段３０３、ドリフト測定手段３０３および補正電流発生手段３０５により、既述した図４のＳ２からＳ６、更に、Ｓ７からＳ９に従いデフォーカス量が閾値以下かつドリフト量が閾値以下に自動調整されることとなる。

図８は、本発明の動作説明図を示す。
図８の（ａ）は、フローチャートを示す。

図８の（ａ）において、Ｓ２１は、ダイナミックフォーカスを起動する。
Ｓ２２は、ダイナミックフォーカス点の測定を行う。これらＳ２１，Ｓ２２は、例えば図８の（ｂ）の傾斜した被測定試料５に対して、図１の電磁レンズ１を走査型電子顕微鏡の対物レンズとして使用した場合に、走査する範囲におけるフォーカス点をそれぞれ複数測定する。例えば傾斜方向に１０点について、既述した図５のフォーカス測定手段３０３によりそれぞれフォーカス電流値を測定する。

Ｓ２３は、パワーＷを算出する。これは、Ｓ２２で算出した、ジャストフォーカスからの各フォーカス点におけるフォーカス電流値をもとに、ダイナミックスフォーカスしたときのパワーＷ（発熱量）を算出する。

Ｓ２４は、Ｗに応じたコイルの電流補正を行う。これは、Ｓ２３で算出したダイナミックフォーカスしたときのパワーをキャンセルして発熱量が一定となるように、図１の電磁レンズ１の第１のコイル２および第２のコイル３に流す電流値を補正する。

以上によって、ダイナミックフォーカスしたときに発生するパワーＷ（発熱量に相当）を算出し、これを補正（キャンセル）して発熱量が一定となるように、電磁レンズ１の第１のコイル２および第２のコイル３に補正電流を供給することが可能となる。

図８の（ｂ）は、傾斜試料観察時の例を示す。被測定試料５が図示のように傾斜している場合には、フォーカス点がずれるので、電磁レンズ１のダイナミックフォーカス機構により傾斜した被測定試料５の全面に電子線ビームがフォーカスされるように調整した後、当該ダイナミックフォーカス時に流れる電流による発熱量を補正（キャンセル）するように、電磁レンズ１の第１のコイル２および第２のコイル３に補正電流を供給することにより、ダイナミックフォーカス時の発熱量を一定に保持し、ドリフトなどの発生を低減することが可能となる。

図８の（ｃ）は、湾曲試料観察時の例を示す。被測定試料５が図示のように湾曲している場合には、フォーカス点がずれるので、電磁レンズ１のダイナミックフォーカス機構により湾曲した被測定試料５の全面に電子線ビームがフォーカスされるように調整した後、当該ダイナミックフォーカス時に流れる電流による発熱量を補正（キャンセル）するように、電磁レンズ１の第１のコイル２および第２のコイル３に補正電流を供給することにより、ダイナミックフォーカス時の発熱量を一定に保持し、ドリフトなどの発生を低減することが可能となる。

尚、ダイナミックフォーカスは上記説明では図１の電磁レンズ１を用いて行った。しかし、高速性応答性を持たせるために、別途、図１の電磁レンズ１と同構造のダイナミックフォーカス専用の小さい第２の電磁レンズを作成し、図１の電磁レンズ１の下部の内部の軸上に配置し、当該第２の電磁レンズを用いてダイナミックスキャンするようにし、高速安定性を確保するようにしてもよい。この際、第２の電子レンズは、ダイナミックフォーカスに足りるだけの小さなレンズ作用があればよいので、空芯にして図１の電磁レンズ１のときに用いるヨーク４（磁性材料）の無い構造とすることが望ましい。

本発明は、２本の線あるいは平角線を隣接して所定回数巻いた、その一方の第１のコイルおよび他方の第２のコイルと、第１のコイルおよび第２のコイルに相互に逆電流を流してその差分に相当する電流Ａと、第１のコイルおよび第２のコイルの回数Ｔとの積からなる起磁力ＡＴを発生させる第１の手段と、第１のコイルおよび第２のコイルに流す電流の総和を一定にして発熱量を一定に制御する第２の手段とを備えることにより、加速電圧を変えても即時に発熱量を一定にしてドリフト量を小さく保持しかつ必要に応じて補正を行ってドリフト量、デフォーカス量などを閾値以下に補正する電磁レンズに関するものである。

本発明の電磁レンズ例である。 本発明のコイルの巻き方例（その１）である。 本発明のコイルの巻き方例（その２）である。 本発明の動作説明フローチャートである。 本発明のシステム構成図である。 本発明の分割コイル例である。 本発明の動作説明図である。 本発明の動作説明図である。

符号の説明

１：電磁レンズ（対物レンズ）
２：第１のコイル
３：第２のコイル
４：ヨーク
５：被測定試料（マスク）
６：電子線ビーム
１１：分割コイル
１２：断熱材
１３：冷却ヘッド
３００：ＰＣ（パソコン）
３０１：電子線ビームエネルギー設定手段
３０２：変換テーブル
３０３：フォーカス測定手段
３０４：ドリフト測定手段
３０５：補正電流発生手段
３０６：キーボード
３１１，３１２：ＤＡＣ
３１３，３１４：電源

Claims (6)

1. 荷電粒子線ビームを集束させる電磁レンズにおいて、
   導電性がありかつ絶縁された２本の線あるいは平角線を隣接して所定回数巻いた、その一方の第１のコイルおよび他方の第２のコイルと、
   前記第１のコイルおよび第２のコイルに相互に逆電流を流してその差分に相当する電流Ａと、当該第１のコイルおよび第２のコイルの回数Ｔとの積からなる起磁力ＡＴを発生させる第１の手段と、
   前記第１のコイルおよび前記第２のコイルに流す電流の総和を一定にして発熱量を一定に制御する第２の手段と
   を備えた電磁レンズ。
2. 前記２本の線あるいは２本の平角線を隣接して巻くとして、２本の線あるいは２本の平角線を隣接させた状態で半径方向に渦巻き状に順次巻く、あるいは半径方向と直角方向に隣接して順次巻くことを特徴とする請求項１記載の電磁レンズ。
3. ある加速電圧の荷電粒子線ビームがフォーカスされた状態で、他の加速電圧への指示があったときに、前記第１の手段に指示して当該他の加速電圧に相当する起磁力ＡＴ２になるようにかつ前記第２の手段に指示して発熱量が一定となるように前記第１のコイルおよび前記第２のコイルに流す電流を調整する第３の手段を備えたことを特徴とする請求項１あるいは請求項２記載の電磁レンズ。
4. ある加速電圧の荷電粒子線ビームがフォーカスされた状態で、他の加速電圧への指示があったときに、前記第３の手段によって第１のコイルおよび第２のコイルに流す電流を調整した後、自動フォーカス機構を動作させてフォーカスさせてそのときのデフォーカス量が所定閾値以上のときは、当該所定閾値以内となるように前記第１の手段に指示して当該起磁力ＡＴ２を補正させかつ当該補正に対応して前記第２の手段に指示して発熱量が一定となるように当該第１のコイルおよび第２のコイルの電流を補正する第４の手段を備えたことを特徴とする請求項３記載の電磁レンズ。
5. ある加速電圧の荷電粒子線ビームがフォーカスされた状態で、他の加速電圧への指示があったときに、前記第３の手段によって第１のコイルおよび第２のコイルに流す電流を調整した後、荷電粒子線ビームで生成された画像についてドリフト量測定機構を動作させて単位時間当たりの画像のドリフト量が所定閾値以上のときは、当該所定閾値以内となるように前記第２の手段に指示して当該発熱量を補正させる第５の手段を備えたことを特徴とする請求項３記載の電磁レンズ。
6. 前記第１のコイルおよび前記第２のコイルの巻き数Ｎが異なる場合には、当該巻き数Ｎが異なる割合に相当して前記第１の手段および前記第２の手段に指示して起磁力を発生および発熱量を一定に制御することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の電磁レンズ。

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