JP2015008078A - 電子レンズ及び荷電粒子線装置 - Google Patents

Abstract

【課題】励磁コイルを流れる励磁電流が変化しても電子レンズの磁路の温度を変えることなく、磁路の変形を防いで、画像ボケや視野位置のドリフトの影響が少ない電子レンズ及び荷電粒子線装置を提供する。【解決手段】電子レンズ４０の、励磁コイル４１と磁路４２との間に介在して励磁コイル４１覆う非磁性体金属覆い４８に加熱部としての温媒循環パイプ５１ou、５１do、５１ui、５１idを設け、試料観察の開始当初は、使用頻度が高い励磁電流を励磁コイル４１に流した場合に磁路４２が熱平衡状態となる温度以上で、電子レンズ４０の各構成部の耐熱温度よりも低い温度からなる目標設定温度Ｔsetで、非磁性体金属覆い４８を加熱し、磁路４２の温度を予め設定された試料観察条件の励磁電流で磁路４２が熱平衡状態となる温度以上の目標温度にする。【選択図】図２

Description

本発明は、荷電粒子ビームを集束させる電子レンズ、及び電子レンズにより集束した荷電粒子ビームを試料上に照射する荷電粒子線装置に関する。

荷電粒子線装置の一態様である電子ビーム照射装置としての走査型電子顕微鏡（Scanning Electron Microscope：ＳＥＭ）は、電子銃から放出される電子ビーム（１次電子線）を複数の電子レンズにより集束し、偏向コイルによって試料上で走査する構成となっている。

走査型電子顕微鏡は、電子ビームの照射走査によって試料から放出される２次電子（Secondary Electron）や後方散乱電子（ＢＳＥ：Backscattered Electron）を、試料上方に備えられた検出器で捉える構成になっており、その検出信号の出力を電子ビームの走査信号と同期させることで試料の表面画像やラインプロファイルに変換し、試料の形状観察や寸法計測を行うことができる。

このような走査型電子顕微鏡を含む荷電粒子線装置では、試料観察（像観察）の性能面から、電子ビーム等の荷電粒子ビーム（１次ビーム）はできる限り細く集束させて試料上に照射することが要求される。荷電粒子線ビームの集束性を向上させるためには、その構成要素の一つである電子レンズによって、ビーム路に非常に強い磁場を発生させる必要がある。そのため、荷電粒子線装置で試料観察を高倍率で行う場合、電子レンズの励磁コイルには数アンペア程度の大電流を流すのが一般的であるが、その大電流により励磁コイルから発生する熱は、電子レンズやその周辺構造を温度変化させ、熱膨張させる。

その結果、励磁コイルを含む電子レンズの各構成部や電子レンズの周辺構造は、熱伝導率及び熱膨張率が互いに異なる様々な部材を用いて構成されているため、電子レンズでは構成部間やその周辺構造との間で熱膨張量に差が生じることになり、試料観察の際、電子レンズの磁路が変形若しくは変位してしまうことになる。

荷電粒子線装置において、試料観察の際に起きる電子レンズの磁路の変形や変位は、１次電子線の焦点ずれ（画像ボケ）や照射位置のずれ（視野位置のドリフト）を引き起こし、試料観察時における分解能の劣化や観察位置のずれを生じさせる。そのため、通常、荷電粒子線装置では、磁路の温度変化による画像ボケや視野位置のドリフトを回避するため、試料観察の際は、使用開始時点から電子レンズの磁路が熱平衡状態に達するまでの間、数時間程度のウォーミングアップが必要であった。

このような荷電粒子線装置の問題に対し、例えば、特許文献１には、試料観察が行われていない際も、試料観察時と同等の励磁電流を電子レンズに流し、電子レンズの磁路を常に試料観察時と同等の熱平衡状態に保っておくことで、その後の試料観察時での磁路の変形や変位による画像ボケや視野位置のドリフトを抑制する方法が開示されている。具体的には、荷電粒子線装置に、電子レンズを冷却水によって冷却する冷却手段を設け、試料観察の際は、冷却手段は電子レンズに冷却水を供給し、試料観察が行われていない際は、冷却手段が電子レンズに冷却水を供給しないことにより、電子レンズの磁路を常に試料観察時と同等の熱平衡状態に保っておくことが開示されている。

また、特許文献２には、巻数の異なる励磁コイルを複数個、電子レンズに設けることで、電子レンズに発生させる磁界強度を変えても、それぞれの励磁コイルに流す励磁電流の絶対値の総和は一定に保ち、励磁コイルから発生する熱量を一定に保つことで、電子レンズやその周辺構造の温度変化を抑制して、磁路の変形や変位による画像ボケや視野位置のドリフトを軽減する方法が開示されている。

特開２００７−３３５１３４号公報 特開２００６−２１００３５号公報

しかしながら、特許文献１では、試料観察の前に電子レンズの磁路の熱平衡状態を作り出すために、試料観察で使用する試料観察条件を予め観察前に詳細に把握しておく必要がある。そのため、試料観察条件の予測がつかない場合、試料観察時の熱平衡状態を予め観察前に電子レンズに励磁電流を流して作り出しておくことは困難である。

また、試料観察中に大幅に試料観察条件を変更する必要がある場合、それに合わせて電子レンズの励磁コイルに流す励磁電流も変更する必要がある。この場合も、結局、変更後の試料観察条件で電子レンズの磁路の熱平衡状態を得るまでの間、画像ボケや視野位置のドリフトが収まるまでの安定待ちを行う必要がある。

一方、特許文献２では、複数個の励磁コイルを設け、それぞれの励磁コイルに流す励磁電流の絶対値の総和は変えずに各励磁コイルに流す励磁電流の電流方向のみ変更することで、電子レンズに発生させる磁界強度を変更する方法を採用している。

この方法の場合、励磁コイルそれぞれに流す励磁電流の絶対値の総和が常に一定に保たれるため、試料観察条件変更時の電子レンズの磁路の温度変化が抑制可能となるが、変更可能な磁界強度が励磁コイルの個数やそれぞれの励磁コイルの巻き数、励磁コイルに流す電流の絶対値の総和に依存してしまうため、電子レンズの磁界強度を観察に最適な値に設定することが困難である。

また、適切な磁界強度を得るために電流の総和を変更した場合には、励磁コイルそれぞれで発生する熱量が変わるため、結局、磁路の温度の安定待ちが必要となる。

本発明は、上述した問題点を鑑みなされたものであって、励磁コイルに流れる励磁電流が変化しても電子レンズの磁路の温度を変えることなく、磁路の変形や変位を防いで、画像ボケや視野位置のドリフトの影響が少ない非常に安定した電子レンズ及び荷電粒子線装置を提供することを目的とする。

本発明に係る電子レンズ及び荷電粒子線装置は、上記した課題を解決するため、荷電粒子ビームを集束させるための磁場をビーム路に発生させる電子レンズが、励磁電流の流れにより磁界を生成する励磁コイルと、ビーム路に荷電粒子ビームを集束させる磁場を発生させるための磁路と、励磁コイルと磁路との間に介在して励磁コイルを覆う非磁性体金属覆いと、非磁性体金属覆いを加熱する加熱部と、非磁性体金属覆い及び／又は励磁コイルを冷却する冷却部と、励磁電流が流れる励磁コイルの発熱に基づく電子レンズの温度を検出する温度検出部とを備え、試料観察の際、磁路の温度を予め設定された試料観察条件に対応した目標温度にすべく、前記加熱部に目標設定温度を逐次設定して、当該目標設定温度及び前記温度検出部の検出信号を基に前記加熱部及び前記冷却部を作動制御することを特徴とする。

本発明によれば、試料観察開始時や試料観察条件を変更した際に、励磁コイルの励磁電流の値変化に伴って生じる磁路の温度変化を抑えることができ、磁路の変形や変位による画像ボケや視野位置のドリフトの影響を抑制して、装置状態が非常に安定した状態で試料観察を行うことができる。また、画像ボケや視野位置のドリフトが収まるまでの安定待ちの必要性やその待ち時間を削減可能なので、試料観察のスループットも向上する。
上記した以外の、課題、構成及び効果は、以下の実施の形態の説明により明らかにされる。

本発明に係る荷電粒子線装置の一実施の形態としての走査型電子顕微鏡の構成図である。 本発明の第１の実施例に係る電子レンズの断面構成図である。 本発明の第２の実施例に係る電子レンズの断面構成図である。 本発明の第３の実施例に係る電子レンズの断面構成図である。 本発明の第４の実施例に係る電子レンズの断面構成図である。

電子レンズにより集束した荷電粒子ビームを試料上に照射する荷電粒子線装置としては、走査型電子顕微鏡、イオンビーム装置、電子線描画装置、電子線検査装置、イオンビーム検査装置、等がある。これら装置は、それぞれの用途によって装置全体としての機能や構成が相違することは既知であるが、いずれの装置の場合であっても、その構成要素としての電子レンズやその周辺構造自体については変わることなく、同様である。

そこで、以下では、荷電粒子線装置としての走査型電子顕微鏡を例に、本発明に係る電子レンズ及び荷電粒子線装置の実施形態について、図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、本発明に係る荷電粒子線装置の一実施の形態としての走査型電子顕微鏡の構成図である。
走査型電子顕微鏡１は、本体１０と、電子光学系制御部２０と、対物レンズ温度管理部３０とを有する構造になっている。そして、本体１０は、ＳＥＭ（Scanning Electron Microscope）カラム１１と、試料室１６と有し、試料観察時はどちらも真空状態に維持される。

ＳＥＭカラム１１には、電子銃１２、集束レンズ１３、偏向コイル１４、対物レンズ１５が設けられている。電子銃１２は、電子ビーム２を生成する。集束レンズ１３は、電子銃１２から導出された電子ビーム２を集束させる。偏向コイル１４は、偏光器として、電子ビーム２の進行方向をその光軸方向に対して偏向走査する。対物レンズ１５は、磁界型電子レンズにより構成され、電子ビーム２を試料上に照射するに当たって、ビーム路に非常に強い磁場を発生させて電子ビーム２を試料上で集束させる。

試料室１６には、試料３を移動自在に保持して、試料上における観察範囲（観察位置）を規定する試料ステージ１７と、電子ビーム２の照射によって試料３から放出される２次電子等の二次粒子を検出する二次粒子検出器（図示略）が設けられている。

電子光学系制御部２０は、試料観察条件に応じて、電子銃１２、集束レンズ１３、偏向コイル１４、対物レンズ１５といったＳＥＭカラム１１の各部を制御する。試料観察条件は、試料観察の実行を制御するとともに、二次粒子検出器の検出信号に基づき試料３の表面画像の画像生成等を行う図示せぬコンピュータ部に対して、入出力部の操作等により設定される。電子光学系制御部２０は、コンピュータ部から設定された試料観察条件の指示を受け、電子銃１２、集束レンズ１３、偏向コイル１４、対物レンズ１５といったＳＥＭカラム１１の各部に対し、制御信号を出力する。

対物レンズ温度管理部３０は、対物レンズ１５に設けられた対物レンズ温度検出部３５、対物レンズ加熱部３６、対物レンズ冷却部３７とそれぞれ接続され、後述する励磁コイル４１を備えた電子レンズ４０からなる対物レンズ１５の温度を検出し、対物レンズ１５の磁路４２の温度が予め定められた目標温度になるように対物レンズ１５を加熱又は冷却して、対物レンズ１５の磁路の温度を制御管理する。そのために、対物レンズ温度管理部３０は、対物レンズ温度制御部３１、及び加熱・冷却制御部３２を有する。

対物レンズ温度制御部３１は、対物レンズ温度検出部３５が検出する対物レンズ１５の温度を随時取得し、その値から対物レンズ１５の磁路の温度を目標温度にするための対物レンズ加熱部３６、対物レンズ冷却部３７それぞれによる加熱量、冷却量に関する制御信号を生成し、加熱・冷却制御部３２に供給する。加熱・冷却制御部３２は、対物レンズ温度制御部３１から供給される加熱量、冷却量に関する制御信号に基づいて、対物レンズ加熱部３６、対物レンズ冷却部３７を制御作動し、対物レンズ１５を加熱、冷却する。

対物レンズ加熱部３６，対物レンズ冷却部３７は、図示の例では、温媒供給源，冷媒供給源が生成する温媒，冷媒で、対物レンズ１５を加熱，冷却する構成になっている。この場合、温媒供給源，冷媒供給源は、本体１０の内部に設けなくても済むので、温媒供給源，冷媒供給源が対物レンズ１５の励磁コイル４１が発生する磁界に対して影響を与えることはない。なお、対物レンズ加熱部３６，対物レンズ冷却部３７の構成は、温媒，冷媒で対物レンズ１５を加熱，冷却する構成以外でも、対物レンズ１５の励磁コイル４１が発生する磁界に対して影響を与えずに加熱，冷却できる構成であればよい。

次に、図１に示した走査型電子顕微鏡１の対物レンズ１５に適用される、本発明に係る電子レンズの実施の形態としての磁界型電子レンズ４０の構造について、図面に基づいて説明する。

［実施例１］
図２は、本発明の第１の実施例に係る電子レンズの断面構成図である。
図２に示した電子レンズ４０の断面図は、図１において、電子銃１２で生成された電子ビーム２の光軸ｏを含む面に沿った対物レンズ１５の断面図に該当する。

本実施例では、電子レンズ４０は、励磁コイル４１及び磁路４２を有する。磁路４２は、例えば継鉄等といった磁気抵抗の小さい磁性体により構成され、光軸ｏの軸方向に沿って眺めた、光軸ｏに垂直な平面形状が、光軸ｏを中心に取り囲むような枠体形状（例えば、ドーナツ形状）になっている。これに伴い、光軸ｏと垂直な平面形状において、磁路４２の枠体形状の内周側に形成されて軸方向に沿って延びる中空部は、光軸ｏに沿って延びる荷電粒子線通路４３を形成する。

また、磁路４２は、その光軸ｏを含む面に沿って切断した断面形状が、図２に示すように、光軸ｏを中心線にして線対称な一対の磁路管構造になっており、その磁路管断面部４４で現れる磁路４２の枠体周方向に沿って延びる中空部は、巻回された励磁コイル４１等が収容されるボビン収容空間になっている。そして、荷電粒子線通路４３を形成する磁路４２の内周面には、その枠体周方向に沿って延びるギャップ４５が切り欠き形成されている。

磁路４２の磁路管断面部４４内で、磁路４２の枠体周方向に沿って延びるボビン収容空間には、光軸ｏに沿って眺めた平面形状が、磁路４２と同様な枠体形状を有する励磁コイルボビン４６が収容可能になっている。励磁コイルボビン４６も、その光軸ｏを含む面に沿って切断した断面形状が、図２に示すように光軸ｏを中心線にして線対称な一対の、磁路４２よりも小さな角管形状になっており、その角管断面部４７に現れる励磁コイルボビン４６の枠体周方向に沿って延びる中空部は、励磁コイル４１が巻回されて実装されるコイル巻装空間になっている。そして、磁路４２のボビン収容空間の大きさは、磁路４２の磁路管断面部４４の断面中心に励磁コイルボビン４６の角管断面部４７の断面中心を合わせて励磁コイルボビン４６を収容した場合に、磁路４２の磁路管断面部４４の内面部に励磁コイルボビン４６の角管断面部４７の外面部が当接せず、磁路４２の内面部と励磁コイルボビン４６の外面部との間に、隙間部が形成される大きさになっている。

励磁コイル４１は、励磁コイルボビン４６のコイル巻装空間に沿って巻回されて実装される。励磁コイル４１が内部に実装された励磁コイルボビン４６の外面は、非磁性体金属覆い４８によって覆われている。非磁性体金属覆い４８は、励磁コイル４１が発生する熱の伝熱性を高めつつ、励磁コイル４１が発生する磁界に影響を与えないようにするため、例えばアルミニウム又は銅により形成されている。さらに、非磁性体金属覆い４８で覆われた励磁コイルボビン４６の外面には、図１に示した対物レンズ加熱部３６の構成要素に相当する非磁性体金属覆い用温媒循環パイプ５１、及び図１の対物レンズ冷却部３７の構成要素に相当する非磁性体金属覆い用冷媒循環パイプ５２が設置されている。

本実施例では、励磁コイルボビン４６の角管断面部４７を磁路４２の周方向に沿って眺めて、励磁コイルボビン４６の周面上面側の非磁性体金属覆い部分４８ｕには、内周側に温媒循環パイプ５１ｕｉ、外周側に冷媒循環パイプ５２ｕｏが、励磁コイルボビン４６の周面下面側の非磁性体金属覆い部分４８ｄには、内周側に冷媒循環パイプ５２ｄｉ、外周側に温媒循環パイプ５１ｄｏが、励磁コイルボビン４６の内周面側の非磁性体金属覆い部分４８ｉには、上方側に冷媒循環パイプ５２ｉｕ、下方側に温媒循環パイプ５１ｉｄが、励磁コイルボビン４６の外周面側の非磁性体金属覆い部分４８ｏには，上方側に温媒循環パイプ５１ｏｕ、下方側に冷媒循環パイプ５２ｏｄが、それぞれ設けられた構成になっている。

すなわち、図示の例では、非磁性体金属覆い４８の周面上面部分４８ｕ，内周面部分４８ｉ，周面下面部分４８ｄ，外周面部分４８ｏといった一連の、励磁コイルボビン４６の角管断面部４７の外面に沿って、温媒循環パイプ５１と冷媒循環パイプ５２とが交互に配置された形態になっている。また、非磁性体金属覆い４８の周面上面部分４８ｕと周面下面部分４８ｄ、内周面部分４８ｉと外周面部分４８ｏといった、励磁コイル４１が実装された励磁コイルボビン４６を間に挟んだ対向関係においても、上下方向，内外方向で、温媒循環パイプ５１と冷媒循環パイプ５２とが互いに対向するように配置された形態になっている。

これにより、温媒循環パイプ５１及び冷媒循環パイプ５２が接し、励磁コイルボビン４６を覆う非磁性体金属覆い４８は、この温媒循環パイプ５１と冷媒循環パイプ５２との交互配置や対抗配置によって、偏熱しにくく、全体として一様に加熱又は冷却され易くなっている。

なお、非磁性体金属覆い４８に設置された温媒循環パイプ５１ｕｉ，５１ｉｄ，５１ｄｏ，５１ｏｕについては、それぞれ個別のパイプ部材を並列設置して構成したり、１本又は２本のパイプ部材を途中で折り曲げて設置して構成する等、種々の設置方法が適宜採用される。冷媒循環パイプ５２ｕｏ，５２ｉｕ，５２ｄｉ，５２ｏｄの非磁性体金属覆い４８に対する設置方法も同様である。

そして、温媒循環パイプ５１（５１ｕｉ，５１ｉｄ，５１ｄｏ，５１ｏｕ），冷媒循環パイプ５２（５２ｕｏ，５２ｉｕ，５２ｄｉ，５２ｏｄ）は、図示せぬ温媒供給源，冷媒供給源に連通接続されて、温媒供給源，冷媒供給源からそれぞれ温度管理された温媒，冷媒がそれぞれ供給量（流量）を管理されて供給されるようになっている。

すなわち、温媒循環パイプ５１は、温媒供給源とともに、図１に示した対物レンズ加熱部３６を構成し、冷媒循環パイプ５２は、冷媒供給源とともに、図１に示した対物レンズ冷却部３７を構成する。なお、温媒供給源及び冷媒供給源の設置場所は、本体１０の外部が好ましい。

その上で、温媒循環パイプ５１及び冷媒循環パイプ５２を備えた非磁性体金属覆い４８で外面が覆われ、励磁コイル４１がコイル巻装空間に実装された励磁コイルボビン４６は、その角管断面部４７の断面中心を磁路４２の磁路管断面部４４の断面中心に一致させるようにして配置された状態で、磁路４２のボビン収容空間に収容される。その際、磁路４２の内面と、温媒循環パイプ５１及び冷媒循環パイプ５２を備えた非磁性体金属覆い４８との間に形成される隙間部は、モールド等を用いて作製されたコイル位置固定部５３によって埋められ、励磁コイルボビン４６は、磁路４２のボビン収容空間に一体的に固定保持される。コイル位置固定部５３は、例えば樹脂等、対物レンズ１５の励磁コイル４１が発生する磁界に対して影響を与えない材料によって構成されている。

その結果、励磁コイルボビン４６は、その外面に備えられた非磁性体金属覆い４８や、またこの非磁性体金属覆い４８に備えられた温媒循環パイプ５１及び冷媒循環パイプ５２が、介在するコイル位置固定部５３によって、磁路４２の内面と直接接触しないようになっている。また、この状態で、光軸ｏに沿って延びる荷電粒子線通路４３の中心と、励磁コイルボビン４６のコイル巻装空間に沿って巻回されて実装された励磁コイル４１の巻回中心とは、同軸に保持されるようになっている。

これにより、電子光学系制御部２０による制御によって、励磁コイル４１へ試料観察条件に応じた励磁電流が印加されると、磁路４２には、その磁路管断面部４４の上面，内周面，下面，外周面といった連設した断面の、途中にギャップ４５を有する磁路経路に沿って、印加された励磁電流の大きさ及び向きに応じた磁界が発生する。図１に示した走査型電子顕微鏡１の対物レンズ１５に電子レンズ４０を適用した場合、磁気抵抗の小さい磁性体からなる磁路４２を通して、ビーム路としての荷電粒子線通路４３には、励磁コイル４１が発生させる磁界に応じた磁場が生じる。

一方、図１に示した対物レンズ温度検出部３５に該当する温度センサ５４は、磁路４２に形成された検知孔５５を介して、その検知片がコイル位置固定部５３に当接させて設けられている。すなわち、本実施例では、温度センサ５４は、コイル位置固定部５３の温度を検出することによって、磁路４２に伝達される、電子レンズ４０における発熱源の励磁コイル４１が実装された励磁コイルボビン４６の温度を検出する。

温度センサ５４により検出されるコイル位置固定部５３の温度は、温度検出信号として、対物レンズ温度管理部３０の対物レンズ温度制御部３１に出力供給される。対物レンズ温度制御部３１は、温度センサ５４からの温度検出信号を随時取り込み、その温度検出信号によるコイル位置固定部５３の温度に基づき、発熱源である励磁コイルボビン４６に実装された励磁コイル４１の発熱を磁路４２に伝達することになるコイル位置固定部５３の温度を、磁路４２の目標温度にするため、温媒循環パイプ５１を流れる温媒、冷媒循環パイプ５２を流れる冷媒それぞれについての加熱量、冷却量に関する制御信号を生成し、加熱・冷却制御部３２に供給する。この加熱量、冷却量に関する制御信号としては、例えば、温媒供給源，冷媒供給源それぞれが生成する温媒，冷媒の温度指示や供給量指示が該当する。加熱・冷却制御部３２は、対物レンズ温度制御部３１から供給される加熱量，冷却量に関する制御信号に基づいて、対物レンズ加熱部３６，対物レンズ冷却部３７の温媒供給源，冷媒供給源それぞれを制御作動し、コイル位置固定部５３と共に励磁コイル４１と磁路４２との間に介在し、発熱源である励磁コイル４１、及びこの励磁コイル４１の熱を磁路４２に伝達する非磁性体金属覆い４８を加熱，冷却して、励磁コイル４１の温度、及びこの励磁コイル４１の熱が伝達される磁路４２の温度を、磁路４２の変形や変位による画像ボケや視野位置のドリフトの影響の少ない非常に安定した目標温度に保つようにする。

図示の例では、対物レンズ温度制御部３１は、より具体的に、非磁性体金属覆い温度制御部として、励磁コイル４１の熱が伝達される磁路４２の温度を、励磁コイル４１の発熱によらず、磁路４２の変形や変位による画像ボケや視野位置のドリフトの影響の少ない試料観察条件に応じた非常に安定した目標温度にするため、コイル位置固定部５３と共に励磁コイル４１と磁路４２との間に介在する非磁性体金属覆い４８の目標設定温度を決定する。

そして、対物レンズ温度制御部３１は、非磁性体金属覆い４８の温度をその決定した目標設定温度にするため、温媒循環パイプ５１を流れる温媒，冷媒循環パイプ５２を流れる冷媒それぞれの、決定した非磁性体金属覆い４８の目標設定温度に対応する温度指示や供給量指示を求め、非磁性体金属覆い４８の外周に備えられた温媒循環パイプ５１，冷媒循環パイプ５２に流す温媒，冷媒の温度やそれぞれの供給量を制御する。

ここで、対物レンズ温度制御部３１では、励磁コイル４１の温度が伝達される磁路４２の温度を磁路４２の変形や変位による画像ボケや視野位置のドリフトを起こさない試料観察条件に応じた非常に安定した目標温度にするため、発熱源である励磁コイル４１の熱を磁路４２に伝達するコイル位置固定部５３と共に励磁コイル４１と磁路４２との間に介在する非磁性体金属覆い４８の目標設定温度Ｔsetを、次のようにして設定する。

対物レンズ温度制御部３１は、非磁性体金属覆い４８の温度を制御する際の目標とする目標設定温度Ｔsetの設定を、次の設定条件（ｉ），（ii）の下で行っている。

＜目標設定温度Ｔsetの設定条件＞
（ｉ）対物レンズ加熱部３６の温媒循環パイプ５１による非磁性体金属覆い４８の加熱がオフになっている状態。

（ii）対物レンズ冷却部３７の冷媒供給源から冷媒循環パイプ５２に供給される冷媒の温度及び／又は供給量が設定可能な温度範囲の略中間値付近の温度に設定されている状態。

このような設定条件（ｉ），（ii）の下で、非磁性体金属覆い４８の目標設定温度Ｔsetは、まず、電子レンズ４０の装置使用者が頻繁に使用する励磁電流範囲における最大励磁電流を電子レンズ４０の励磁コイル４１に流して電子レンズ４０の磁路４２が熱平衡状態を得られているとき、すなわち、図１に示した走査型電子顕微鏡１では、試料観察者が頻繁に使用する試料観察条件の中で、対物レンズ１５（電子レンズ４０）の励磁コイル４１に流れる励磁電流が最大になる試料観察条件が選択されて電子レンズ４０の磁路４２が熱平衡状態を得られているときの、励磁コイル４１から磁路４２に伝達される励磁コイル４１の発熱で温度が十分に安定している状態での非磁性体金属覆い４８の飽和温度Ｔmax以上に設定される。

かつ、非磁性体金属覆い４８の目標設定温度Ｔsetは、非磁性体金属覆い４８、コイル位置固定部５３をはじめとする電子レンズ４０の各構成部や電子レンズ４０の周辺構造の中で、耐熱性が最も低い構成部又は周辺構造の耐熱温度Ｔsよりも低い温度に設定される。

すなわち、目標設定温度Ｔsetは、これら飽和温度Ｔmax、耐熱温度Ｔsとの間で、
［数１］
Ｔmax ≦ Ｔset ＜ Ｔs …（１）
の関係になる。

ここで、この飽和温度Ｔmaxは、励磁コイル４１に流す励磁電流の大きさがそれぞれ違う試料観察条件の中での頻繁に使用する試料観察条件で、かつその中の励磁電流が最大になる試料観察条件で励磁コイル４１から磁路４２に伝達される励磁コイル４１の発熱で温度が十分に安定している状態での非磁性体金属覆い４８の温度なので、予め検証可能な所定温度である。本実施例の電子レンズ４０では、この飽和温度Ｔmaxを、装置使用者が頻繁に使用する励磁電流範囲における励磁電流の大きさの相違、すなわち試料観察者が頻繁に使用する試料観察条件の相違にかかわらず、電子レンズ４０の使用時における磁路４２の目標温度とする。

本実施例の電子レンズ４０では、磁路４２の温度をこの目標温度にするため、発熱源である励磁コイル４１の熱を磁路４２に伝達する非磁性体金属覆い４８に、冷媒循環パイプ５２及び冷媒供給源からなる対物レンズ冷却部３７に加えて、温媒循環パイプ５１及び温媒供給源からなる対物レンズ加熱部３６を備えていることを特徴とする。

これにより、励磁コイル４１に励磁電流が流れているか否かにかかわらず、電子レンズ４０の装置使用者が頻繁に使用する励磁電流範囲における最大励磁電流を電子レンズ４０の励磁コイル４１に流して磁路４２が熱平衡状態を得たときの非磁性体金属覆い４８の飽和温度Ｔmax以上の非磁性体金属覆い４８の温度を、温媒循環パイプ５１を流れる温媒により得られるようになっている。

したがって、走査型電子顕微鏡１では、試料観察作業を開始する際、発熱源である励磁コイル４１の熱を磁路４２に伝達する非磁性体金属覆い４８は、励磁コイル４１に励磁電流を流した際に発生する熱だけではなく、対物レンズ加熱部３６から、飽和温度Ｔmax以上の目標設定温度Ｔsetの熱の伝達を受けることができる。磁路４２の温度をいち早くこの目標温度にするため、発熱源である励磁コイル４１よりも磁路４２に近く、励磁コイル４１の熱を磁路４２に伝達する非磁性体金属覆い４８の温度を、対物レンズ加熱部３６によって飽和温度Ｔmax以上の目標設定温度Ｔsetにすることができる。

その一方で、本実施例の電子レンズ４０では、対物レンズ加熱部３６によって非磁性体金属覆い４８の温度を飽和温度Ｔmax以上の目標設定温度Ｔsetにして磁路４２の温度をこの目標温度にする際に、例えば、外気の温度変化等の外乱によって磁路４２の温度にオーバーシュートが生じて磁路４２の温度が目標温度を超えてしまったような場合でも、冷媒循環パイプ５１を流れる冷媒により非磁性体金属覆い４８の目標設定温度Ｔsetを飽和温度Ｔmaxよりも下げてオーバーシュート分の熱を吸熱できるようにもなっている。

このように、本実施例の電子レンズ４０では、磁路４２の温度を、対物レンズ加熱部３６及び対物レンズ冷却部３７それぞれを制御して、非磁性体金属覆い４８の温度制御によって直接制御できる。これにより、電子レンズ４０に使用する励磁電流の大きさの違い、すなわち試料観察条件の違いにかかわらず、磁路４２の温度を熱平衡状態に保ち易くなる。この結果、試料観察条件の変更や外乱による磁路４２の温度変化を抑えることができ、磁路４２の変形や変位による画像ボケや視野位置のドリフトの影響を抑制して、装置状態が非常に安定した状態で試料観察を行うことができる。また、画像ボケや視野位置のドリフトが収まるまでの安定待ちの必要性やその待ち時間も削減できるので、試料観察のスループットも向上する。

すなわち、従来の電子レンズ４０の磁路４２の温度制御では、励磁コイル４１からの発熱以外の加熱を用いずに、冷却水等による冷却方法のみを用い、磁路４２の温度を下げて磁路４２の温度を熱平衡状態に保つようにしている。そのため、荷電粒子線装置で使用可能な全励磁電流範囲において、冷却によって磁路４２の温度を一定に制御するための目標設定温度Ｔsetは、励磁電流が低い範囲で制御可能な、比較的低い温度に限られてしまう。この結果、励磁コイル４１に流す励磁電流の範囲は、一般的に１〜数Ａ程度の非常に大きい電流まで変化させるため、励磁電流が大きい領域においては、励磁コイル４１から発生する熱量が使用する冷却方法の冷却性能を超えてしまい、磁路４２の温度を目標設定温度Ｔsetに制御できなかった。これに対し、本実施例に係る電子レンズ４０によれば、対物レンズ加熱部３６及び対物レンズ冷却部３７をそれぞれ制御して、磁路４２の温度を、頻繁に使用する励磁電流範囲における最大励磁電流を電子レンズ４０の励磁コイル４１に流して電子レンズ４０の磁路４２が熱平衡状態を得られているときの目標温度に調整するので、励磁電流が小さな範囲でも大きな範囲でも対応できる。

また、本実施例の電子レンズ４０では、制御の際における非磁性体金属覆い４８の目標設定温度Ｔsetを、設定条件（ｉ），（ii）の下で、対物レンズ冷却部３７のみが冷媒供給源から冷媒循環パイプ５２に供給される冷媒の温度及び／又は供給量が設定可能な温度範囲の略中間値付近の温度に設定されている状態で、装置使用者（試料観察者）が頻繁に使用する励磁電流範囲の最大励磁電流を励磁コイル４１に流した際や、荷電粒子線装置で頻繁に使用する試料観察条件の中の最大励磁電流を励磁コイル４１に流した際の飽和温度Ｔmax以上とすることで、励磁コイル４１の励磁電流が大きい範囲での、対物レンズ冷却部３７を使用した非磁性体金属覆い４８の冷却による磁路４２の温度制御が可能となる。

また、励磁コイル４１の励磁電流が小さい範囲では、目標設定温度Ｔsetに対しては対物レンズ加熱部３６を使用した非磁性体金属覆い４８の加熱による温度制御ができ、全励磁電流に対して一定の温度制御を行うことが可能である。その際、目標設定温度Ｔsetが比較的高温での制御となるため、外気温の変化などの外乱に対して制御性がよい。

特に、設定条件（ii）の下で、目標設定温度Ｔsetを決定することで、励磁電流が大きい場合に外気の温度変化等の外乱による磁路４２の温度にオーバーシュートが生じても、目標設定温度Ｔset付近における対物レンズ冷却部３７による電子レンズ４０の冷却能力は十分な余裕を持っているため、オーバーシュートに対する対応が可能である。

次に、図１に示した走査型電子顕微鏡１の対物レンズ１５に図２に示した電子レンズ４０を適用した場合を例に、試料観察作業を開始する際の、対物レンズ温度管理部３０による対物レンズ１５（電子レンズ４０）の温度管理の実施例について説明する。なお、説明にあたっては、試料観察作業が開始される当初は、対物レンズ加熱部３６及び対物レンズ冷却部３７は、対物レンズ温度管理部３０より加熱も冷却もされていないものとする。

走査型電子顕微鏡１では、試料観察条件が設定され、試料観察作業が開始されると、電子光学系制御部２０は、設定された試料観察条件に該当する励磁電流を電子レンズ４０の励磁コイル４１に流す。励磁コイル４１及び励磁コイル４１を収容した励磁コイルボビン４６は、励磁電流の流れによって発熱し、その温度が上昇する。

対物レンズ温度管理部３０は、上述した電子光学系制御部２０による電子レンズ４０励磁電流の制御と並行して、試料観察条件が設定されると、前述した目標設定温度Ｔsetの設定条件（ii）で、対物レンズ冷却部３７の冷媒供給源から冷媒循環パイプ５２に冷媒を供給するとともに、前述した目標設定温度Ｔsetの設定条件（ｉ），（ii）に基づいて決定された非磁性体金属覆い４８の目標設定温度Ｔsetで、対物レンズ加熱部３６の温媒供給源から温媒循環パイプ５１に温媒を供給する。

この場合、目標設定温度Ｔsetは、試料観察開始当初は、飽和温度Ｔmax以上に設定される。この場合、飽和温度Ｔmaxは、前述した目標設定温度Ｔsetの設定条件（ｉ），（ii）で、試料観察者が頻繁に使用する試料観察条件の中で、対物レンズ１５の励磁コイル４１に流れる励磁電流が最大になる試料観察条件が選択されて電子レンズ４０の磁路４２が熱平衡状態を得られているときの、励磁コイル４１から磁路４２に伝達される励磁コイル４１の発熱で温度が十分に安定している状態での非磁性体金属覆い４８の温度を指す。すなわち、試料観察者が頻繁に使用する試料観察条件の中で、対物レンズ１５の励磁コイル４１に流れる励磁電流が最大になる試料観察条件で発熱している励磁コイル４１を、前述した目標設定温度Ｔsetの設定条件（ii）で冷却した熱平衡状態の温度に該当する。

したがって、目標設定温度Ｔsetは、試料観察開始当初は、設定条件（ｉ），（ii）で、頻繁に使用する試料観察条件の中で、対物レンズ１５の励磁コイル４１に流れる励磁電流が最大になる試料観察条件が選択された場合の、磁路４２の変形や変位による画像ボケや視野位置のドリフトの影響が抑制された、装置状態が非常に安定した状態の磁路４２の目標温度よりも高い温度が設定される。

その後は、対物レンズ温度検出部３５から供給される非磁性体金属覆い４８の温度に係る検出信号を参照しながら、励磁コイル４１の発熱により励磁コイル４１及び励磁コイルボビン４６の温度が上昇するとともに、非磁性体金属覆い４８の温度が磁路４２の目標温度、すなわち設定条件（ｉ），（ii）の下での飽和温度Ｔmaxに近づくにつれて、目標設定温度Ｔsetは、当初の対物レンズ１５の目標温度よりも大きな値が減少されて更新され、最終的には非磁性体金属覆い４８の温度が磁路４２の目標温度に維持されるように、目標設定温度Ｔsetは調整される。

これにより、対物レンズ１５の磁路４２は、励磁電流による励磁コイル４１の発熱だけによって励磁コイル４１及び励磁コイルボビン４６の温度が対物レンズ１５の目標温度に達するよりも前に、目標設定温度Ｔsetに基づく加熱によって先に磁路４２の目標温度以上になった非磁性体金属覆い４８から目標設定温度Ｔsetの熱の伝達を受けることができるので、磁路４２の目標温度での熱平衡状態をいち早く実現することができる。

また、仮に、目標設定温度Ｔsetに基づいて調整された非磁性体金属覆い４８の温度が磁路４２の目標温度に対してオーバーシュートを生じてしまったような場合であっても、設定条件（ii）で作動制御されている対物レンズ冷却部３７によって冷却することができるので、磁路４２の目標温度での熱平衡状態を維持することができる。

その後、対物レンズ１５の励磁コイル４１及び励磁コイルボビン４６の温度が励磁コイル４１の発熱によるだけで磁路４２の目標温度で安定すると、対物レンズ温度管理部３０は、対物レンズ加熱部３６における温媒供給源から温媒循環パイプに供給する温媒の温度及び供給量を、設定された試料観察条件と、試料観察者が頻繁に使用する試料観察条件の中で、対物レンズ１５の励磁コイル４１に流れる励磁電流が最大になる試料観察条件との間での励磁コイル４１の発熱量の差分を補充するような温度及び供給量に維持する。

以上は、対物レンズ１５（電子レンズ４０）の温度管理の一例であって、温度管理の実施例は上述したような対物レンズ温度検出部３５の検出出力を基にしたフィードバック方式に限定されないが、いずれの温度管理方法を採用しても、励磁電流による励磁コイル４１の発熱だけによって励磁コイル４１及び励磁コイルボビン４６の温度が対物レンズ１５の磁路４２の目標温度に達するのを待つのではなく、励磁コイル４１の発熱をコイル位置固定部５３を介して磁路４２に伝達する非磁性体金属覆い４８の目標設定温度Ｔsetを、随時、対物レンズ温度検出部３５から供給される非磁性体金属覆い４８の温度に係る検出信号に応じて決定して制御することにより、磁路４２の目標温度での熱平衡状態をいち早く実現することができる。

本実施例は、以上、述べたとおりであるが、電子レンズ４０における磁路４２の磁路管断面部４４を含む形状・構造や、励磁コイルボビン４６の角管断面部４７を含む形状・構造は、図示した形状・構造に限定されるものではなく、したがって、対物レンズ加熱部３６の温媒循環パイプ５１や対物レンズ冷却部３７の冷媒循環パイプ５２の励磁コイルボビン４６に対しての配置も図示の例に限定されない。
特に、上記説明では、非磁性体金属覆い４８が熱の伝熱性が高い材料で形成されていることから、対物レンズ加熱部３６の温媒循環パイプ５１や対物レンズ冷却部３７の冷媒循環パイプ５２は、上記説明では、非磁性体金属覆い４８に当接し、非磁性体金属覆い４８を加熱又は冷却するものとして説明したが、上記説明では樹脂製であるとして説明したコイル位置固定部５３を、仮に非磁性体金属覆い４８と同様な伝熱性を有するもので構成すれば、コイル位置固定部５３を非磁性体金属覆い４８として構成することもできる。この場合、図２に示す構成例おいては、非磁性体金属覆い４８とコイル位置固定部５３としての非磁性体金属覆いとの２種類の非磁性体金属覆いが励磁コイルボビン４６の外周に備えられていることになる。そして、温媒循環パイプ５１や冷媒循環パイプ５２は、非磁性体金属覆い４８に当接している必要もない。さらには、非磁性体金属覆い４８とコイル位置固定部５３としての非磁性体金属覆いとを一体化して構成し、非磁性体金属覆い４８を省略することも可能になる。このようなことから、対物レンズ加熱部３６を構成する温媒循環パイプ５１や対物レンズ冷却部３７を構成する冷媒循環パイプ５２の配置も、図示の例に限定されず、適宜、磁路４２の構成に合わせて変更可能である。

［実施例２］
図３は、本発明の第２の実施例に係る電子レンズの断面構成図である。
図３に示した電子レンズ４０の断面図も、図２と同様に、図１において、電子銃１２で生成された電子ビーム２の光軸ｏを含む面に沿った対物レンズ１５の断面図に該当する。また、その説明に当たっては、図１に示した走査型電子顕微鏡、及び図２に示した第１の実施例に係る電子レンズ４０と同一又は同様な構成部については、同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。

本実施例に係る電子レンズ４０は、図２に示した第１の実施例の電子レンズ４０に対して、発熱源である励磁コイル４１に近接する非磁性体金属覆い４８の温度制御を行うだけでなく、磁路４２の温度制御も独立して行える構成になっている。

そのため、本実施例に係る電子レンズ４０を対物レンズ１５に適用した走査電子型電子顕微鏡１では、対物レンズ温度管理部３０の対物レンズ温度制御部３１は、非磁性体金属覆い用の温度制御部に加えて磁路温度制御部としても機能し、加熱・冷却制御部３２は、非磁性体金属覆い用の加熱・冷却制御部に加えて磁路用の加熱・冷却制御部としても機能する構成になっている。また、対物レンズ１５には、対物レンズ温度検出部３５として非磁性体金属覆い用の温度検出部に加えて磁路用の温度検出部が備えられ、対物レンズ加熱部３６として非磁性体金属覆い用の加熱部に加えて磁路用の加熱部が備えられ、対物レンズ冷却部３７として非磁性体金属覆い用の冷却部に加えて磁路用の冷却部が備えられている。

本実施例では、電子レンズ４０は、非磁性体金属覆い４８の外面だけでなく、磁路４２の枠体部分の外面にも、磁路４２の周方向に沿って、磁路用温媒循環パイプ６１及び磁路用冷媒循環パイプ６２が備えられた構造になっている。

本実施例では、磁路４２の磁路管断面部４４を磁路４２の周方向に沿って眺めて、磁路４２の周面上面側の磁路枠体部分４２ｕには、内周側に冷媒循環パイプ６２ｕｉ、外周側に温媒循環パイプ６１ｕｏが、磁路４２の周面下面側の磁路枠体部分４２ｄには、内周側に温媒循環パイプ６１ｄｉ、外周側に冷媒循環パイプ６２ｄｏが、磁路４２の外周面側の磁路枠体部分４２ｏには、上方側に冷媒循環パイプ６２ｏｕ、下方側に温媒循環パイプ６１ｏｄが、それぞれ設けられた構成になっている。

すなわち、図示の例では、磁路４２の周面上面側の磁路枠体部分４２ｕ，外周面側の磁路枠体部分４２ｏ，周面下面側の磁路枠体部分４２ｄといった一連の、磁路４２の磁路管断面部４４の外面に沿って、温媒循環パイプ６１と冷媒循環パイプ６２とが交互に配置された形態になっている。

また、非磁性体金属覆い４８の外面に設けられた非磁性体金属覆い用温媒循環パイプ５１や非磁性体金属覆い用冷媒循環パイプ５２との関係においても、上下方向、内外方向で、非磁性体金属覆い用温媒循環パイプ５１には磁路用冷媒循環パイプ６２が、非磁性体金属覆い用冷媒循環パイプ５２には磁路用温媒循環パイプ６１が、互いに対応するように配置されている。

これにより、磁路用温媒循環パイプ６１及び磁路用冷媒循環パイプ６２が枠体部分の外面に備えられた磁路４２は、この磁路用温媒循環パイプ６１と磁路用冷媒循環パイプ６２との交互配置や、非磁性体金属覆い４８の非磁性体金属覆い用温媒循環パイプ５１若しくは非磁性体金属覆い用冷媒循環パイプ５２との対応配置によって、偏熱しにくく、全体として一様に加熱又は冷却され易くなっている。

そして、温媒循環パイプ６１（６１ｕｏ，６１ｄｉ，６１ｏｄ），冷媒循環パイプ６２（６２ｕｉ，６２ｄｏ，６２ｏｕ）は、図示せぬ温媒供給源，冷媒供給源に連通接続されて、温媒供給源，冷媒供給源からそれぞれ温度管理された温媒，冷媒がそれぞれ供給量（流量）を管理されて供給されるようになっている。

温媒循環パイプ６１は、温媒供給源とともに磁路加熱部を構成する。冷媒循環パイプ６２は、冷媒供給源とともに磁路冷却部を構成する。磁路温度検出部に該当する温度センサ６４は、磁路４２の枠体部分の外面に設けられている。

温度センサ６４により検出される磁路４２の枠体部分の温度は、温度検出信号として、対物レンズ温度管理部３０の対物レンズ温度制御部３１における磁路温度制御部に出力供給される。磁路温度制御部は、温度センサ６４からの温度検出信号を随時取り込み、磁路４２の枠体部分の温度を対物レンズ１５の磁路４２の目標温度にするため、温媒循環パイプ６１を流れる温媒，冷媒循環パイプ６２を流れる冷媒それぞれについての加熱量，冷却量に関する制御信号を生成し、加熱・冷却制御部３２における磁路加熱・冷却制御部に供給する。磁路加熱・冷却制御部は、磁路温度制御部から供給される加熱量，冷却量に関する制御信号に基づいて、磁路加熱部，磁路冷却部の温媒供給源，冷媒供給源それぞれを制御作動し、磁路４２の枠体部分を加熱，冷却して、磁路４２の枠体部分の温度を、磁路４２の変形や変位による画像ボケや視野位置のドリフトの影響の少ない非常に安定した目標温度に保つようにする。

ここで、対物レンズ温度制御部３１の非磁性体金属覆い用温度制御部及び磁路温度制御部では、非磁性体金属覆い４８の温度及び磁路４２の枠体部分の温度を、磁路４２の変形や変位による画像ボケや視野位置のドリフトを起こさない非常に安定した目標温度にするため、非磁性体金属覆い４８の温度及び磁路４２の枠体部分の温度をそれぞれ制御する際の目標とする目標設定温度Ｔset，Ｔset'の設定を、次の設定条件（ｉ'），（ii'）の下で設定する。

＜目標設定温度Ｔset，Ｔset'の設定条件＞
（ｉ'）対物レンズ加熱部３６の非磁性体金属覆い用温媒循環パイプ５１による非磁性体金属覆い４８の加熱、及び磁路用温媒循環パイプ６１による磁路４２の枠体部分の加熱が、共にオフになっている状態。

（ii'）対物レンズ冷却部３７の非磁性体金属覆い用冷媒供給源から非磁性体金属覆い用冷媒循環パイプ５２に供給される冷媒の温度及び／又は供給量、及び磁路用冷媒供給源から磁路用冷媒循環パイプ６２に供給される冷媒の温度及び／又は供給量が、共に設定可能な温度範囲の略中間値付近の温度に設定されている状態。

このような設定条件の下で、例えば、磁路４２の枠体部分の目標設定温度Ｔset'の場合は、まず、電子レンズ４０の装置使用者が頻繁に使用する励磁電流範囲における最大励磁電流を電子レンズ４０の励磁コイル４１に流したときに、すなわち図１に示した走査型電子顕微鏡１では、試料観察者が頻繁に使用する試料観察条件の中で、対物レンズ１５（電子レンズ４０）の励磁コイル４１に最大の励磁電流が流れる試料観察条件が選択され、この試料観察条件で電子レンズ４０の磁路４２が熱平衡状態を得たときの、励磁コイル４１の発熱が伝達されている磁路４２の枠体部分の温度が十分に安定している状態での磁路４２の枠体部分の飽和温度Ｔmax'以上に設定される。

かつ、磁路４２の枠体部分の目標設定温度Ｔset'は、非磁性体金属覆い４８、コイル位置固定部５３をはじめとする電子レンズ４０の各構成部や電子レンズ４０の周辺構造の中で、耐熱性が最も低い構成部又は周辺構造の耐熱温度Ｔsよりも低い温度に設定される。

すなわち、磁路４２の枠体部分の目標設定温度Ｔset'は、これら飽和温度Ｔmax'、耐熱温度Ｔsとの間で、
［数２］
Ｔmax' ≦ Ｔset' ＜ Ｔs …（２）
の関係になる。

なお、非磁性体金属覆い４８の目標設定温度Ｔsetの場合も、設定条件（ｉ'），（ii'）の下で、実施例１で説明した場合と同様にして設定する。

本実施例の電子レンズ４０によれば、例えば、試料観察途中で当初設定した試料観察条件に変更して励磁電流が急速に変化する場合等、非磁性体金属覆い４８の温度制御のみで追従しきれない励磁コイル４１の発熱変化が磁路４２に伝熱されてしまうような場合には、それによる磁路４２の温度変化を磁路４２の枠体部分の温度制御により補償し、磁路温度を一定に制御することができる。

［実施例３］
図４は、本発明の第３の実施例に係る電子レンズの断面構成図である。
図４に示した電子レンズ４０の断面図も、図２と同様に、図１において、電子銃１２で生成された電子ビーム２の光軸ｏを含む面に沿った対物レンズ１５の断面図に該当する。また、その説明に当たっては、図１に示した走査型電子顕微鏡、及び図２に示した第１の実施例に係る電子レンズ４０と同一又は同様な構成部については、同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。

本実施例に係る電子レンズ４０は、図２に示した第１の実施例の電子レンズ４０に対して、発熱源である励磁コイル４１に近接する非磁性体金属覆い４８の温度制御だけでなく、励磁コイル４１が巻回されて実装されている励磁コイルボビン４６のコイル巻装空間に励磁コイル用の冷媒循環パイプ７２を備えることで、電子レンズ４０の発熱源である励磁コイル４１の冷却を効率的に行い、試料観察時における消費電力を抑えるようにした電子レンズ４０の一実施例である。

本実施例では、冷媒循環パイプは、非磁性体金属覆い４８の外面に設けられた冷媒循環パイプ５２に加えて、励磁コイルボビン４６の角管断面部４７に現れるコイル巻装空間にも、励磁コイル用の冷媒循環パイプ７２が備えられた構造になっている。図示の例では、冷媒循環パイプ７２は、角管断面部４７に現れるコイル巻装空間の断面中央部にその周りを励磁コイル４１で取り囲まれるように、励磁コイルボビン４６の枠体周方向に沿って延びるように配置されている。冷媒循環パイプ７２は、冷媒循環パイプ５２と同様、図示せぬ冷媒供給源に連通接続され、図１に示した走査電子型電子顕微鏡１では、これら冷媒循環パイプ５２、冷媒供給源とともに、対物レンズ冷却部３７を構成する。これに伴い、走査電子型電子顕微鏡１の対物レンズ温度管理部３０では、対物レンズ温度制御部３１は、非磁性体金属覆い用の温度制御部に加えて励磁コイル用の温度制御部としても機能し、加熱・冷却制御部３２は、非磁性体金属覆い用の加熱・冷却制御部に加えて励磁コイル用の冷却制御部としても機能する構成になっている。なお、図示の例では、冷媒循環パイプ７２は一本のパイプとしたが、その断面形状、本数、コイル巻装空間における配置は、図示の例に限定されるものではない。

これにより、励磁コイルボビン４６のコイル巻装空間に備えられた冷媒循環パイプ７２の表面全体から励磁コイル４１の発熱を吸熱することができ、励磁コイル４１自体の温度変化を抑制できるので、非磁性体金属覆い４８の外面に設けられた温媒循環パイプ５１及び冷媒循環パイプ５２による磁路４２の目標温度での熱平衡状態の達成を、より正確かつ効率的に行うことができる。

さらに、本実施例の電子レンズ４０を図１に示した走査電子型電子顕微鏡１の対物レンズ１５に適用した場合は、励磁コイル４１の温度上昇を抑えることができるので、温度上昇に伴う励磁コイル４１の抵抗値増加を小さくすることができ、荷電粒子線装置としての電力消費を抑制できる。

具体的には、励磁コイル４１に励磁電流を流すことで、励磁コイル４１で消費されるエネルギーＰ[Ｗ]は、励磁電流をＩ[Ａ]、励磁コイル４１の抵抗をＲ[Ω]、温度上昇による励磁コイル４１の抵抗値増加量ΔＲ[Ω]とすると、次式のようになる。

［数３］
Ｐ ∝Ｉ２×（Ｒ＋ΔＲ） …（３）
本実施例の電子レンズ４０では、励磁コイル４１を効率的に冷却することで、（３）式における励磁コイル４１の抵抗値増加量ΔＲを低く抑えることができ、試料観察時における走査電子型電子顕微鏡１の消費電力を低減することが可能となる。

本実施例の電子レンズ４０では、発熱源である励磁コイル４１の効率的な冷却制御が可能になるため、非磁性体金属覆い用の冷媒循環パイプ５２については、例えばパイプ本数を減らす等してその冷却能力を下げることができる。その結果、減少したパイプ部分の余ったスペースを用いて、励磁コイルボビン４６のコイル巻装空間の拡大をはかり、励磁コイル４１のターン数（巻回数）を増やすことも可能になる。また、励磁コイル４１自体も、より径が小さく抵抗の大きいコイル線材を選定できるようになるため、励磁コイル４１のターン数（巻回数）を増やすことも可能である。

ここで、励磁コイル用の冷媒循環パイプ７２により冷却する励磁コイル４１の温度は、対物レンズ温度制御部３１の励磁コイル用温度制御部の制御により変化させても、一定温度のままでもよい。

励磁コイル用温度制御部の制御により冷媒循環パイプ７２により励磁コイル４１の温度を変化させる場合、対物レンズ温度制御部３１の非磁性体金属覆い用温度制御部及び励磁コイル用温度制御部では、非磁性体金属覆い４８の温度及び励磁コイル４１の温度を、磁路４２の変形や変位による画像ボケや視野位置のドリフトを起こさない非常に安定した目標温度にするため、それぞれの目標設定温度Ｔset，Ｔset"を、次の設定条件（ｉ"），（ii"）の下で設定する。

＜目標設定温度Ｔset，Ｔset"の設定条件＞
（ｉ"）対物レンズ加熱部３６の温媒循環パイプ５１による非磁性体金属覆い４８の加熱がオフになっている状態。

（ii"）対物レンズ冷却部３７の冷媒供給源から非磁性体金属覆い用冷媒循環パイプ５２に供給される冷媒の温度及び／又は供給量、及び冷媒供給源から励磁コイル用冷媒循環パイプ７２に供給される冷媒の温度及び／又は供給量が、共に設定可能な温度範囲の略中間値付近の温度に設定されている状態。

このような設定条件の下で、例えば、励磁コイル４１の目標設定温度Ｔset"の場合は、まず、電子レンズ４０の装置使用者が頻繁に使用する励磁電流範囲における最大励磁電流を電子レンズ４０の励磁コイル４１に流したときに、すなわち図１に示した走査型電子顕微鏡１では、試料観察者が頻繁に使用する試料観察条件の中で、対物レンズ１５（電子レンズ４０）の励磁コイル４１に最大の励磁電流が流れる試料観察条件が選択され、この試料観察条件で電子レンズ４０の磁路４２が熱平衡状態を得たときの、励磁コイル４１の発熱が十分に安定している状態での励磁コイル４１の飽和温度Ｔmax"以上に設定される。

かつ、励磁コイル４１の目標設定温度Ｔset"は、非磁性体金属覆い４８、コイル位置固定部５３をはじめとする電子レンズ４０の各構成部や電子レンズ４０の周辺構造の中で、耐熱性が最も低い構成部又は周辺構造の耐熱温度Ｔsよりも低い温度に設定される。

すなわち、励磁コイル４１の目標設定温度Ｔset"は、これら飽和温度Ｔmax"との間で、
［数４］
Ｔmax" ≦ Ｔset" ＜ Ｔs …（４）
の関係になる。

なお、非磁性体金属覆い４８の目標設定温度Ｔsetの場合も、設定条件（ｉ"），（ii"）の下で、実施例１で説明した場合と同様にして設定する。

本実施例の電子レンズ４０によれば、図２に示した第１の実施例に対し、発熱源としての励磁コイル４１の温度を低く抑えることができ、励磁コイル４１自体の温度変化を抑制できるので、非磁性体金属覆い４８の外面に設けられた温媒循環パイプ５１及び冷媒循環パイプ５２による磁路４２の目標温度での熱平衡状態の達成を、より正確かつ効率的に行うことができる。

［実施例４］
図５は、本発明の第４の実施例に係る電子レンズの断面構成図である。
図５に示した電子レンズ４０の断面図も、図２と同様に、図１において、電子銃１２で生成された電子ビーム２の光軸ｏを含む面に沿った対物レンズ１５の断面図に該当する。また、その説明に当たっては、図１に示した走査型電子顕微鏡、及び図２に示した第１の実施例に係る電子レンズ４０と同一又は同様な構成部については、同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。

本実施例に係る電子レンズ４０は、図２に示した第１の実施例の電子レンズ４０に対して、発熱源である励磁コイル４１に近接する非磁性体金属覆い４８の外面には、非磁性体金属覆い用の温媒循環パイプ８１のみを備え、励磁コイルボビン４６の角管断面部４７に現れるコイル巻装空間に励磁コイル用の冷媒循環パイプ８２が備えられた構造になっている。

また、図１に示した対物レンズ温度検出部３５に該当する温度センサ８４は、磁路４２に形成された検知孔８５を介して、その検知片が非磁性体金属覆い４８の外面に当接させて設けられている。すなわち、本実施例では、温度センサ８４は、非磁性体金属覆い４８の温度を検出することによって、磁路４２に伝達される、電子レンズ４０における発熱源の励磁コイル４１が実装された励磁コイルボビン４６の温度を検出する。

これらに伴い、走査電子型電子顕微鏡１の対物レンズ温度管理部３０では、対物レンズ温度制御部３１は、非磁性体金属覆い用の温度制御部に加えて励磁コイル用の温度制御部としても機能し、加熱・冷却制御部３２は、非磁性体金属覆い用の加熱制御部、及び励磁コイル用の冷却制御部として機能する構成になっている。なお、図示の例では、冷媒循環パイプ８２は一本のパイプとしたが、その断面形状、本数、コイル巻装空間における配置は、図示の例に限定されるものではない。

これにより、非磁性体金属覆い４８の外面には、温循環パイプと冷媒循環パイプとが共存しないので、非磁性体金属覆い４８の外面における温度の偏りを減らすことができる。

ここで、励磁コイル用の冷媒循環パイプ８２により冷却する励磁コイル４１の温度は、対物レンズ温度制御部３１の励磁コイル用温度制御部の制御により変化させても、一定温度のままでもよい。

励磁コイル用温度制御部の制御により冷媒循環パイプ８２により励磁コイル４１の温度を変化させる場合、対物レンズ温度制御部３１の非磁性体金属覆い用温度制御部及び励磁コイル用温度制御部では、非磁性体金属覆い４８の温度及び励磁コイル４１の温度を、磁路４２の変形や変位による画像ボケや視野位置のドリフトを起こさない非常に安定した目標温度にするため、それぞれの目標設定温度Ｔset，Ｔset"を、次の設定条件（ｉ'''），（ii'''）の下で設定する。

＜目標設定温度Ｔset，Ｔset"の設定条件＞
（ｉ'''）対物レンズ加熱部３６の温媒循環パイプ８１による非磁性体金属覆い４８の加熱がオフになっている状態。

（ii'''）対物レンズ冷却部３７の冷媒供給源から励磁コイル用冷媒循環パイプ８２に供給される冷媒の温度及び／又は供給量が、共に設定可能な温度範囲の略中間値付近の温度に設定されている状態。

このような設定条件の下で、目標設定温度Ｔset，Ｔset"は、例えば、励磁コイル４１の目標設定温度Ｔset"の場合は、まず、電子レンズ４０の装置使用者が頻繁に使用する励磁電流範囲における最大励磁電流を電子レンズ４０の励磁コイル４１に流したときに、すなわち図１に示した走査型電子顕微鏡１では、試料観察者が頻繁に使用する試料観察条件の中で、対物レンズ１５（電子レンズ４０）の励磁コイル４１に最大の励磁電流が流れる試料観察条件が選択され、この試料観察条件で電子レンズ４０の磁路４２が熱平衡状態を得たときの、励磁コイル４１の発熱が十分に安定している状態の非磁性体金属覆い４８の飽和温度Ｔmax及び励磁コイル４１の飽和温度Ｔmax"や、電子レンズ４０の各構成部や電子レンズ４０の周辺構造の中で耐熱性が最も低い構成部又は周辺構造の耐熱温度Ｔsを基に、同様にして設定される。

本実施例の電子レンズ４０によれば、図４に示した第３の実施例の場合と同様に、発熱源としての励磁コイル４１の温度を低く抑えることができるので、励磁コイル４１自体の温度変化を抑制でき、また、非磁性体金属覆い４８の外面における温度の偏りも生じないので、非磁性体金属覆い４８の外面に設けられた温媒循環パイプ８１と、励磁コイルボビン４６のコイル巻装空間に設けられた冷媒循環パイプ８２とによって、磁路４２の目標温度での熱平衡状態の達成をより正確かつ効率的に行うことができる。

以上、本発明に係る電子レンズ及び荷電粒子線装置の実施の形態並びに実施例について説明したが、電子レンズ４０の発熱源である励磁コイル４１に流れる励磁電流が変化しても、対物レンズ加熱部３６及び対物レンズ冷却部３７を用いて、電子レンズ４０の磁路４２の温度を変えることなく、磁路４２の変形を防ぐものであるならば、本発明に係る具体的な構成及び機能については、て様々な変更が可能である。

１ 走査型電子顕微鏡、 ２ 電子ビーム、 ３ 試料、 １０ 本体、
１１ ＳＥＭカラム、 １２ 電子銃、 １３ 集束レンズ、
１４ 偏向コイル、 １５ 対物レンズ、 １６ 試料室、
１７ 試料ステージ、 ２０ 電子光学系制御部、
３０ 対物レンズ温度管理部、 ３１ 対物レンズ温度制御部、
３２ 加熱・冷却制御部、 ３５ 対物レンズ温度検出部、
３６ 対物レンズ加熱部、 ３７ 対物レンズ冷却部、 ４０ 電子レンズ、
４１ 励磁コイル、 ４２ 磁路、 ４３ 荷電粒子線通路、
４４ 磁路管断面部、 ４５ ギャップ、 ４６ 励磁コイルボビン、
４７ 角管断面部、 ４８ 非磁性体金属覆い、
５１ 温媒循環パイプ（非磁性体金属覆い用）、
５２ 冷媒循環パイプ（非磁性体金属覆い用）、
５３ コイル位置固定部、 ５４ 温度センサ、 ５５ 検知孔、
６１ 温媒循環パイプ（磁路枠体部分用）、
６２ 冷媒循環パイプ（磁路枠体部分用）、
６４ 温度センサ、 ７２ 冷媒循環パイプ（励磁コイル用）
８１ 温媒循環パイプ（非磁性体金属覆い用）、
８２ 冷媒循環パイプ（励磁コイル用）、 ８４ 温度センサ、
８５ 検知孔、

Claims (4)

1. 荷電粒子ビームを集束させるための磁場をビーム路に発生させる電子レンズであって、
   励磁電流の流れにより磁界を生成する励磁コイルと、
   前記ビーム路に荷電粒子ビームを集束させる磁場を発生させるための磁路と、
   前記励磁コイルと前記磁路との間に介在して前記励磁コイルを覆う非磁性体金属覆いと、
   前記非磁性体金属覆いを加熱する加熱部と、
   前記非磁性体金属覆い及び／又は前記励磁コイルを冷却する冷却部と、
   励磁電流が流れる前記励磁コイルの発熱に基づく電子レンズの温度を検出する温度検出部と、
   を備えていることを特徴とする電子レンズ。
2. 前記加熱部は、試料観察の開始当初は、使用頻度が高い励磁電流を励磁コイルに流した場合に前記磁路が熱平衡状態となる温度以上で、前記電子レンズの各構成部の耐熱温度よりも低い温度からなる目標設定温度で、前記非磁性体金属覆いを加熱する
   ことを特徴とする請求項１に記載の電子レンズ。
3. 荷電粒子ビームを集束させるための磁場をビーム路に発生させる電子レンズを有し、試料上に前記電子レンズにより集束した荷電粒子ビームを照射する荷電粒子線装置であって、
   前記電子レンズは、
   励磁電流の流れにより磁界を生成する励磁コイルと、
   前記ビーム路に荷電粒子ビームを集束させる磁場を発生させるための磁路と、
   前記励磁コイルと前記磁路との間に介在して前記励磁コイルを覆う非磁性体金属覆いと、
   前記非磁性体金属覆いを加熱する加熱部と、
   前記非磁性体金属覆い及び／又は前記励磁コイルを冷却する冷却部と、
   励磁電流が流れる前記励磁コイルの発熱に基づく電子レンズの温度を検出する温度検出部と、
   を備え、
   試料観察の際、前記磁路の温度を予め設定された試料観察条件に対応した目標温度にすべく、前記加熱部に目標設定温度を逐次設定して、当該目標設定温度及び前記温度検出部の検出信号を基に前記加熱部及び前記冷却部を作動制御する制御手段と
   を備えていることを特徴とする荷電粒子線装置。
4. 前記制御手段は、試料観察の開始当初は、使用頻度が高い励磁電流を前記励磁コイルに流した場合に前記磁路が熱平衡状態となる温度以上で、前記電子レンズの各構成部の耐熱温度よりも低い温度からなる目標設定温度を前記加熱部に設定して、前記加熱部及び前記冷却部を作動制御する
   ことを特徴とする請求項３に記載の荷電粒子線装置。

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