JP2015072843A - 荷電粒子線装置 - Google Patents

Abstract

【課題】多極子で構成される収差補正器を搭載した荷電粒子線装置において、収差補正器に進入する外部磁場と鏡体電流によるノイズを打ち消し、収差補正への影響を抑える手段を備えた荷電粒子線装置を提供する。【解決手段】荷電粒子線装置において、前記荷電粒子線の収差を制御する多極子と前記多極子を覆うように設けられたシールドと前記シールド内に前記多極子の軸上にギャップを設けて配置され、かつ極子の方向の磁場を検出する磁場センサと前記磁場センサで検出信号に基き前記多極子への時間的に変動する磁場の影響を打ち消すキャンセルコイルを前記多極子に有する。【選択図】 図２

Description

本発明は、荷電粒子線応用技術に係り、特に、収差補正器を搭載した走査電子顕微鏡や走査透過電子顕微鏡、透過電子顕微鏡等の荷電粒子線装置に関する。

走査電子顕微鏡（以下ＳＥＭと称する）や走査透過電子顕微鏡（以下ＳＴＥＭと称する）、透過電子顕微鏡（以下ＴＥＭと称する）などに代表される荷電粒子線装置では、分解能を向上するために収差補正器の導入が進められている。収差補正器は、多段に設置された多極子レンズにより構成され、電場ないし磁場を発生することにより多極子レンズとして、内側を通過する荷電粒子線に含まれる収差を除去する。

収差補正器に関して例えば、いわゆる多極子レンズを４段用いたものがある。多極子レンズを用いた収差補正器では、外部ノイズが影響し、荷電粒子線が揺らされることによって生じる分解能の低下や、収差補正器内で軌道が変えられて収差が増加することで生じる分解能の低下などがある。いずれも、収差補正器の本来の目的である分解能向上に反するものである。

外部ノイズの対策としては、電場のノイズは対象を金属などの導体で覆う技術がある。特に磁場のノイズ対策として、パーマロイなどの透磁率の高い材料で覆い磁場シールドする方法が従来から広く用いられている。

外部磁場と逆位相の磁場を印加してアクティブに磁場ノイズを除去する方法は他の分野においては一般的に用いられているが、その中における荷電粒子線装置に特化した磁場ノイズ除去装置としては、特許文献１などに開示されているものがある。特許文献１では外部磁場に対して弱い部分にセンサを設け、進入した外部磁場による荷電粒子線のゆれを後段の偏向器にて打ち消す構成がとられている。

また、これらの外部ノイズとは別に、荷電粒子線装置のカラムに流れる鏡体電流によって生じるノイズがある。そして特許文献２には、偏向器へのフィードバックにて鏡体電流を抑制する例が示されている。

特開平０５―２５１５２５号公報 特開２０１２−０４９０４５号公報

まず、本願発明者は、次に述べる点に着目した。すなわち、収差補正器は極子にかけられる磁場や電場の強度の限界から、収差補正器を通過する荷電粒子線が特定の磁場や電場に対して感度が高くなるような軌道として設定される点である。

この時、多極子（複数の極子）で励起される場の強度だけでなく、外部から侵入してくる電場や磁場ノイズに対する感度も高くなることがある。したがって、収差補正器を囲むようにして設けられた磁場シールドなどで遮蔽しきれなかったノイズがあった場合、遮蔽しきれなかったノイズが分解能低下に大きな影響を及ぼしていることを見出した。

ここで、本来相殺したい場所は、荷電粒子線の光軸上である。仮に特許文献１に開示されている内容を用いた時においても、外部磁場センサの位置に対して外部磁場が相殺するように働くため、外部部磁場センサの位置と相殺磁場の印加位置関係によっては、荷電粒子線に対して打ち消されず返ってノイズを強めあう場合がある。

そのため、外部磁場センサの位置とノイズを除去するキャンセルコイルの位置関係は重要であるが、特許文献１では磁界強度の低い位置（偏向器やコンデンサレンズ）以外の一次電子ビーム２の光軸上に設けられている。すなわち、収差補正器についてセンサとキャンセルコイルとの適切な位置関係を考慮しているものはない。

すなわち、特許文献１の磁場ノイズ除去装置では、後段に配置された偏向器で相殺するため、ノイズが進入する箇所とキャンセルする箇所が異なり、収差補正器内などで軌道がずれることで生じる収差には対応できない。

また、磁場シールドには配線のための孔が必要でそこから外部磁場が進入したり、透磁率の低いため構成によっては外部磁場を引き込んだりする場合がある。このとき、収差補正器内の極子にノイズが進入すると極子の補正コイルに逆起電力が生じ、電源側へノイズが進入し電源が発振するなど出力が変動し、分解能が低下するが、収差補正器内の極子にノイズが進入したかどうかは判別できず、対応できない。

上記課題を解決するため、本願発明に係る荷電粒子線装置の一例を以下に示す。すなわち、荷電粒子線を発生する電子源と、前記荷電粒子線を試料に照射する照射光学系と、前記試料からの荷電粒子を検出する検出光学系と、前記照射光学系における前記荷電粒子線の収差を補正する収差補正器と、前記収差補正器を囲むように設けられたシールドと、前記シールドの内側に設けられ、磁場を検出する第１センサと、前記第1センサの検出結果に基づき、前記複数の極子の磁場を制御する制御部と、を有することを特徴とする。

本発明により、収差補正器を搭載する荷電粒子線装置において、外部磁場ノイズを低減した画像が得られる。

本発明を応用した荷電粒子線装置の概略構成図。 実施例１を説明するための収差補正器の模式図。 実施例１を説明するための収差補正器の模式図。 実施例１を説明するための極子の模式図。 実施例１を説明するための極子の模式図。 第２の実施例による調整のフローチャート。 本発明を応用した他の調整のフローチャート。 第２の実施例によるテーブルデータ作成のフローチャート。 本発明を応用した走査電子顕微鏡の他の実施例の概略構成図。 本発明を応用した収差補正器の他の実施例の模式図。 本発明を応用した収差補正器の他の実施例の模式図。 本発明を応用した収差補正器の他の実施例の模式図。 実施例４を説明するための収差補正器の模式図。 本発明を応用した収差補正器の他の実施例の模式図。 本発明を応用した収差補正器の他の実施例の模式図。

本発明は、多極子を用いた収差補正器を搭載するＳＥＭを使用した例を用いて説明する。簡略化のため説明に必要な部分のみ図示し、検出器やアライナ、レンズ電源など詳細な構成は省略してある。なお、使用装置としては収差補正器を備えたＳＥＭ、ＳＴＥＭならびにＴＥＭをはじめとする荷電粒子線装置全般に適用可能である。

本発明により、収差補正器を搭載する荷電粒子線装置において、装置全体のサイズを大きくすることなく、少ない電流にて高周波まで外部磁場ノイズ抑えて鮮明な画像が得られる。また、外部ノイズが進入する箇所とキャンセルする箇所が同じであるため、補正器内の軌道変化が打ち消されるため、軌道が変化することで生じる収差を抑制でき、補正コイル等に流れるノイズの影響を低下できる。

これにより、電源ノイズの負荷を減らして発振や出力変動を抑えることができ、装置の安定性を向上できる。さらに、外部磁場センサを極子の軸上で極子の軸方向の外部磁場を測ることで必要十分な外部磁場検出を行い、極子と一定のギャップを設けることで、収差補正動作を妨げない外部磁場打消しを可能にする。

また、収差補正器が作動する時に収差調整時に補正コイルに流れる磁場強度を変えるが、単純に外部磁場センサを極子近傍に配置するわけではなく、補正コイルの磁場変動をセンサが検出して本来流したい磁場を打ち消すことを防止することも可能である。

本実施例では、図１から図４を用いて外部磁場の打ち消しのための構成例を説明する。図１は電子線装置の構成要素の模式図である。電子銃１から放出された１次電子線は、コンデンサレンズ２で収束作用をうけて、収差補正器３を通過し、対物レンズ５で試料６上に収束される。試料６で収束されるスポットは、走査コイル４で偏向作用を受けて、試料上を走査される。また収差補正器３は、例えば４段の１２極子を用いて軸上の色収差ならびに球面収差を補正する。

収差補正器３は電源２１に接続される。そして電源２１から出力される電圧および電流によって収差補正器３内で多極子場が励起される。電源２１はさらに収差補正器ないしはシステム全体の制御を行うコンピュータ３０（制御部）と接続され、コンピュータ３０の命令を受けて、収差補正器３への出力値が変更されるよう可能である。収差補正器３の外側には外部磁場センサ７、収差補正器３の極子にはキャンセルコイル８が配置され、条件判定回路２２および出力制御回路２３と接続されている。

条件判定回路２２はコンピュータ３０と接続され、外部磁場センサ７で検出された外部磁場の信号およびコンピュータ３０からの命令に基づき、出力制御回路２３にてキャンセルコイル８に与える電流を制御する。このとき、出力制御回路２３にて与えられる電流は、外部磁場を打ち消すよう動作するが、動作の詳細な説明は実施例２にて後述する。また、条件判定回路２２と出力制御回路２３はコンピュータ３０上の回路として統合されていてもよい。

図２は収差補正器３を装置上部である電子銃１側から見た構成図（断面図）で、図３は収差補正器３を横から見た構成図である。このように収差補正器３は図２の構造が図３のように４段重なった構成になっている。収差補正器３では中心軸を対称に極子９が１２個配置され、各極子９の周りには磁路リング１１が連結され、これらを覆うようにシールド４１が配置されている。磁路リング１１は極子９をそれぞれ磁気的に連結させるために設けられている。シールド４１は外部磁場を減衰させる目的でパーマロイなどの透磁率の高い材料で作られている。

なお、通常はほとんどの装置でシールドを備えているため、図２および図３ではシールド４１を備えたものを示したが、本構成の外部磁場の打ち消し自体に必須な要素ではない。また装置の真空保持のため、真空容器４０を備えている。ここでは真空容器４０を極子９の中央付近に配置しているが、電子線ならびに極子９で励起される電場および磁場を妨げない限り、極子９よりも内側や外側などどこに配置しても良い。

次に、図４Ａおよび図４Ｂに示すように、極子９には補正コイル１０および補正コイル１０よりも応答速度が速いキャンセルコイル８が巻かれており、極子９の中心軸５０の軸の延長線上に外部磁場センサ７が配置される。外部磁場センサ７は中心軸５０の軸方向の磁場を検出するようになっており、一軸センサを想定する。外部磁場センサ７としては、ホール効果を用いて測定するものや、フラックスゲートを用いたものや、コイルを用いたものなどがあり、実用的な周波数として１Ｈｚ〜数百Ｈｚの帯域で変化する磁場の変動（中心軸５０方向の単位時間あたりの磁場強度の変化量）が検出できれば種類や検出軸数を特に問わない。上述した構成は、特にコスト面で優位である。

動作としては、外部磁場センサ７で検出された外部磁場の信号を出力制御回路２３へフィードバックし、中心軸５０上の外部センサ７と同一軸上に配置されるキャンセルコイル８にて外部磁場と逆位相となる打ち消し磁場を発生させ、多極子中心の電子線への影響を打ち消す。

組み合わせとしては、外部磁場センサ７とキャンセルコイル８は同一極子上のセンサとキャンセルコイルを一組として働き、それぞれの極子毎に単独で外部磁場の打ち消しを行い、異なる極子に配置された外部磁場センサとキャンセルコイル間のフィードバックは行わない。これは局所的な磁場変動に対応するためである。

また、図４Ａ、図４Ｂで示すように外部磁場センサ７は、極子９および磁路リング１１とは距離を置いて配置される。その際、軸あわせのために図４ａのようにセンサ支持部１３ａを極子に固定する場合や、図４Ｂのようにセンサ支持部１３ｂをシールド４１上に固定する場合がある。いずれの場合でも、センサ支持部１３ａおよび１３bは透磁率の低い絶縁体である材料で作られる。これは、収差調整時には補正コイル１０で励起する磁場を変動するが、この磁場変動がセンサ支持部１３ａを経由して外部磁場センサ７に直接伝わることを防ぐためである。また、センサ支持部１３ｂについては、シールド４１からの磁場の呼び込みを防止するためである。

図４Ａでは、キャンセルコイル８と補正コイル１０は独立したコイルで示したが、補正コイル１０はキャンセルコイル８を兼ね、補正電流に加えてキャンセル用の電流を重畳する構成としてもよい。このとき高周波ノイズに対応するためには補正コイル１０がキャンセルコイル８と同程度に高速に応答する必要が生じるが、キャンセルコイル８を設ける必要がなく、安価な構成とすることができる。

また、キャンセルコイルを用いる際は、外部磁場で励起する磁場強度が補正コイルで励起される磁場強度よりも弱くなるように、キャンセルコイル８は補正コイル１０よりも巻き数を少なくするようにする。これにより、補正用電源や極子の安定性を向上させることができる。もしくはキャンセルコイル８を駆動する電源の出力は補正コイル１０で流す電流量より低く抑えると全体のノイズを減らすことが可能になる。

さらに極子９が電極を兼ねている場合、キャンセコイル８の代わりに電極へ印加する補正電圧に重畳してキャンセル電場を印加することもできる。ただし、所謂フレミングの左手の法則にあるように磁場と電場では電子線に作用する向きが異なるため、キャンセル電場は外部磁場センサ７と同一極子上ではなく、９０度回転した極子に印加される。そのため打ち消し場の形状が異なるなど、理想的な打消しからずれることを考慮して補正電圧を印加するようにする。キャンセルコイルを用いるならば、補正コイル１０にキャンセル電流を重畳する場合と比べてさらに補正電圧電源の安定性を向上させることができる。

また、補正コイル１０について本実施例では、１つのコイルを示したが、多極子場の重畳に合わせて複数のコイルで構成されていても良い。その際、励磁強度が他の補正コイルよりも比較的に弱い補正コイルがあれば、その補正コイルがキャンセルコイル８を兼ねても良い。

上記例では省略したが、極子９と真空容器４０、磁路リング１１、補正コイル１０、キャンセルコイル８などそれぞれの間は絶縁される。また、収差補正器３では４段全てに磁路リング１１、補正コイル１０を配置した磁極型の収差補正器を図示したが、１段目と４段目は電極型で構成され、２段目と３段目のみ図２で示す磁極形の構成となっていても良い。

また実施例１では、４段かつ１段当たりの極子が１２本の構成を例示したが、補正する収差の種類や精度によって段数や極子の数が変わる。したがって、図２や図３にて例示した段数や極子の数に限定されるものではない。また、補正コイル（またはキャンセルコイル）は全ての極子に設けられても、そのうちの一つの極子に設けられてもよい。すなわち装置のコストを低減するため、特定の極子に設けることも、間引いて（任意の極子数ごとに）設けることも可能である。これは次以降に述べる実施例でも同様である。

本実施例では、外部磁場の打ち消しフロー、および打消しに用いられるテーブルデータの作成フローを説明する。構成は実施例１に準じ、同一符号、同一機能について説明を省略する。ここではひとつの極子について、一組のキャンセルコイルと外部磁場センサについて記すが、外部磁場センサとキャンセルコイルを持つ他の極子についてもそれぞれ同様に動作しているものとする。

まず、基本的な外部磁場の打ち消しフローとして図５のステップ（Ｓ１０）〜ステップ（Ｓ１３）で説明する。

ステップ（Ｓ１０）
外部磁場センサ７にて極子９の軸方向へ進入する外部磁場の検出を行う。外部磁場は電気信号として検出され、単位時間あたりの信号強度の変化量が求められる。単位時間はサンプリング間隔に依存し、キャンセルを行いたい周波数の倍以上の周波数でサンプリングを行うことが望ましい。

ステップ（Ｓ１１）
ステップ（Ｓ１０）で得られた信号の変化量に対し、キャンセルコイル８に与えるキャンセル電流量をコンピュータ３０等において計算する。外部磁場センサ７で検出された量に対して、キャンセルコイル８へ流すキャンセル電流波形はあらかじめテーブルデータで保存されており、テーブルデータを参照して計算される。このとき、設定により検出される磁場に対するキャンセル量の割合を変えることもできる。また、波形はキャンセルコイル８までの遅延時間も考慮する。なお、外部磁場として検出される信号には閾値を設けておき、閾値以下であればキャンセル電流を生成しないこともできる。また、キャンセルコイル８を用いず補正コイル１０により行う場合には、補正コイル１０に印加する値をここで定める。

ステップ（Ｓ１２）
ステップ（Ｓ１１）で計算された値とキャンセルコイル８（または補正コイル１０）に現在流れている値を合算し、最終的に出力する電流量をコンピュータ３０等において計算する。

ステップ（Ｓ１３）
ステップ(Ｓ１２)で計算された電流量に基づき、出力制御回路２３よりキャンセルコイル８（または補正コイル１０）でキャンセル電流を出力する。

以上で基本的な打ち消しフローの一例を示したが、ステップ（Ｓ１０）〜ステップ（Ｓ１２）は条件判定回路２２や出力制御回路２３、あるいは独立した回路上で実現しても良い。

次に、図６を用いて応用的な外部磁場の打ち消しフローをステップ（Ｓ２０）〜ステップ（Ｓ２７）にて説明する。ここでは図５のフローに、収差補正調整時の動作を加えている。

ステップ（Ｓ２０）
ステップ（Ｓ１０）に準じ、外部磁場センサ７にて極子９の軸方向へ進入する外部磁場の検出を行う。

ステップ（Ｓ２１）
ステップ（Ｓ１１）に準じ、ステップ（Ｓ２０）で得られた信号の変化量に対し、キャンセルコイル８に（または補正コイル１０）与えるキャンセル電流量をコンピュータ３０等において計算する。

ステップ（Ｓ２２）
条件判定回路２２において、補正値（補正コイル１０の電流）が変更中であるかを判断する。変更中であればステップ（Ｓ２３）へ進み、変更中でなければステップ（Ｓ２６）へ進む。変更中であるかは、コンピュータ３０は補正電源２１に変更命令を出すと同時に条件判定回路２２に変更中であることを通知することで判断される。

ステップ（Ｓ２３）
調整信号の有無により微調整中かを判断する。調整信号が有る場合はステップ（Ｓ２５）へ、無い場合はステップ（Ｓ２４）へ進む。調整信号はステップ（Ｓ２２）と同じくコンピュータ３０より条件判定回路２２に通知される。調整信号は、コンピュータ３０にて補正値（補正コイル１０の電流）の変化量が閾値より小さい場合に微調整中と判断して出力される。

ステップ（Ｓ２４）
ステップ（Ｓ２１）で算出されたキャンセル電流量をゼロに置き換え、一時的に外部磁場の打ち消しを停止する。このとき、キャンセル電流の置き換えだけでなく、現在キャンセルコイル８を流れている電流をゼロにしても良い。これは、キャンセル電流のオフセット分をリセットして外部磁場の打ち消し範囲を再確保するためである。

ステップ（Ｓ２５）
ステップ（Ｓ２３）の調整信号に基づく調整電流を、ステップ（Ｓ２１）で算出されたキャンセル電流量に加える。調整電流は、補正値変更時に補正コイル１０の電流量の変化に対して外部磁場センサ７で検出される分を差し引くために流される。補正コイル１０の電流変更量と調整電流との関係はあらかじめ求めテーブルデータを作成しておき、これを参照することで調整電流は算出される。

ステップ（Ｓ２６）
ステップ（Ｓ１２）に準じ、ステップ（Ｓ２１）またはステップ（Ｓ２４）またはステップ（Ｓ２５）で計算された値とキャンセルコイル８で現在流れている値を合算し、最終的に出力する電流量をコンピュータ３０等において計算する。

ステップ（Ｓ２７）
ステップ（Ｓ１３）に準じ、ステップ(Ｓ２６)で計算された電流量に基づき、出力制御回路２３よりキャンセルコイル８（または補正コイル１０）でキャンセル電流を出力する。

以上で補正量変更時の外部磁場打消しフローを説明した。ステップ（Ｓ２４）では一旦ゼロに置き換える処理を行ったが、ローパスフィルタ処理を行い高周波のみ検出するなど全停止しない処理でもよい。また、ステップ（Ｓ２５）ではキャンセル電流量に加える処理の例を示したが、キャンセル電流算出前にステップ（Ｓ２０）で検出される信号から差し引いても良い。

なお、ステップ（Ｓ２４）で行ったオフセット分のリセットについては、キャンセルコイル８で時間変動せず流れ続ける成分と同じ励磁強度となる電流を補正コイル１０へ流し、キャンセルコイル８を流れる電流成分を相対的に無くして外部磁場打消し範囲を再確保することもできる。その際、フレームとフレームの間やステージ移動中など、観察者が画像を確認しない状況にて行うことが望ましい。

図７はノイズキャンセル値の関係を求めるフローである。ステップ（Ｓ１１）、（Ｓ２１）で用いた、外部磁場センサの検出値に対するキャンセル電流量の計算について、図７にてテーブルデータの作成例を説明する。ここでは特定の極子について人工的に外部磁場を加え、外部磁場センサ７で検出される信号とキャンセルコイル８へ流す打ち消し電流を求めテーブルデータを作成する。

人工的な外部磁場は、極子と同程度のサイズのコイルにて中心軸５０方向に印加する。打ち消しはＳＥＭ画像にて確認し、外部磁場の揺れがなくなるように調整する。人工的に加える外部磁場の波形は、例えば三角波を生成し、極子一つについて三角波の周期と三角波の振幅を変えて測定する。打ち消しは外部磁場と同期するように、位相や遅延などの時間ずれも校正する。

また、事前準備としてあらかじめ、いくつかの周波数で、人口的な外部磁場印加したときのＳＥＭ画像の変化量と、外部磁場を流さないときのキャンセル電流印加時のＳＥＭ画像の変化量をそれぞれ測定しておく。以下ステップ（Ｓ３０）〜ステップ（Ｓ４０）の各手順について説明する。

ステップ（Ｓ３０）
測定条件を設定する。外部磁場センサ７で検出される外部磁場と１次電子線に与える影響の関係を求めることが必要であるため、補正器ＯＦＦや観察条件と異なる光学条件でも良く、光学の縮小を拡大側へ設定してノイズ感度が大きくなる条件で確認することもできる。

ステップ（Ｓ３１）
測定したい極子に人工的な外部磁場を印加する。

ステップ（Ｓ３２）
外部磁場センサ７にて信号を確認、記録する。その際、センサの測定可能範囲内にあること注意する。

ステップ（Ｓ３３）
キャンセルコイル８（または補正コイル１０）へキャンセル電流を印加する。ここでは事前準備しておいた、ステップ（Ｓ３１）で加えた人工的な外部磁場と同程度の変化を与えるキャンセル電流を初期値とする。位相の初期値は外部センサ７で検出される信号をトリガとする。

ステップ（Ｓ３４）
ＳＥＭ画像の変化量を測定する。なお、外部磁場の周期が１画面の走査周期よりも長い場合は、ＳＥＭ画像の位置ズレを検出し、１画面よりも短い場合は例えばラインパターン等のエッジの揺れを元に判断する。変化量のリファレンスとしては、人工的な外部磁場とキャンセル磁場をＯＮ、ＯＦＦした画像を取得しそれぞれを比較してもよい。

ステップ（Ｓ３５）
ステップ（Ｓ３４）で求めた変化量が、あらかじめ設定された閾値以下であれば、ステップ（Ｓ３７）へ進み、閾値以上であればステップ（Ｓ３６）へ進む。なお、閾値の例としては、人工的な外部磁場の変化量がキャンセル時に１０分の１といった指標を用いる。

ステップ（Ｓ３６）
キャンセル電流の調整を行いステップ（Ｓ３４）へ戻る。調整項目としては、出力タイミング（位相）、振幅（または単位時間の変化量）、波形（三角波、正弦波、線形近似、シグモイド曲線）などあらかじめパラメータとして設定した項目についてそれぞれ調整する。一項目の調整で最小化された後、次の項目へと進む。

ステップ（Ｓ３７）
ステップ（Ｓ３２）で記録した外部磁場センサ７の信号と、ステップ（Ｓ３５）で加えたキャンセル電流の各種パラメータとの関係を保存する。

ステップ（Ｓ３８）
ステップ（Ｓ３７）で求めた外部磁場とキャンセル電流の関係について、所定数を取得済みか判断し、取得済みの場合はステップ（Ｓ４０）へ、それ以外はステップ（Ｓ３９）へ進む。所定数は、テーブルデータの精度を確保するために数点〜数１０点取得していることが望ましい。

ステップ（Ｓ３９）
人工的な外部磁場の振幅を変え、ステップ（Ｓ３２）に戻る。

ステップ（Ｓ４０）
ステップ（Ｓ３７）で求めた所定数の外部磁場とキャンセル電流の関係から、特定の極子についてのテーブルデータを作成する。テーブルデータは各々の極子に紐付けされて管理される。

以上で外部磁場センサの検出値に対するキャンセル電流量の計算について、テーブルデータの作成例を示した。別の例として、外部磁場として決まった周波数で発生するノイズを想定する場合は、外部磁場センサで検出される値について一定時間取得してＦＦＴなどで周波数分離を行い、各々の周波数対応するキャンセル電流を生成しても良い。このとき、人工的な外部磁場としては正弦波を加え、周波数を変えながら周波数毎に分類されたテーブルデータを作成する。

本実施例では、外部磁場の打ち消しについて実施例１で示した別の形態を示す。基本要素は実施例１に準じ、収差補正器３の外部磁場センサ７とキャンセルコイルの配置が異なる。

図８は収差補正器３を装置上部である電子銃１側から見た構成図である。基本的には図２と同じ構成であるが、外部磁場センサ７が全ての極子でなく、４方向のみに限定してある。このとき、外部磁場センサ７ａに対して、キャンセルコイル８ａ、８ｂ、８ｃが一組として働く。励磁強度はキャンセルコイル８ｂの電流量に対して、両脇のキャンセルコイル８ａ、８ｃが半分の電流量となる。

この構成をとる理由は、局所的な磁場であっても隣接する極子に影響し外部磁場の向きも近いことから、センサ数を３分の１に減らしても外部磁場のノイズを半分程度に抑えられるためである。図８の構成では、完全に理想的な外部磁場の打ち消しはできないものの、従来技術よりも理想的な打消しに近い妥協的な構成として、コストと効果のバランス次第で有効な手段となりうる。

さらに別の例として図９Ａから図９Ｃに、ノイズ感度が大きい位置に外部磁場センサとキャンセルコイルを配置する構成を示す。図９Ａは収差補正器３を装置上部である電子銃１側から見た構成図であり、図９Ｂ、図９Ｃは収差補正器３をそれぞれ直交する側面から見た構成図である。

ここでは外部磁場センサ７とキャンセルコイル８は４段で構成される収差補正器３のうち２、３段目の特定の極子にのみ配置する。具体的には図９Ａで示すように軸５１上の極子とそれに隣接する極子にのみ外部磁場センサ７とキャンセルコイル８を配置する。図９Ｂは２段目の軸５１が水平となる方向から見た方向であり、図９Ｃは３段目の軸５１と直交する方向から見たものであり、２段目と３段目ではそれぞれの軸５１が直交関係にある。

これは、収差補正器において電子線５３は収差補正器内で図９Ｂ、Ｃで示すようにあらかじめ決まった一方向に広がった軌道を形成しており、電子線５３が広がる方向に軸５１を一致させるためである。電子線５３が広がった方向ではノイズ感度が高く、クロスを結んだ位置ではノイズ感度が低くなるため、ノイズ感度が高い位置にあわせて外部磁場センサとキャンセルコイルの位置を配置することができる。

したがって、効果を最大限維持した状態で理想的な外部磁場の打消しを行いながら、センサの数などを減らすことができ、コスト削減が可能になる。なお、ここでは４段の収差補正器における外部磁場センサとキャンセルコイルの配置の例を示したが、多極子を用いる多段の収差補正器では荷電粒子線は収差補正器内で一方向に広がった軌道を形成するため、広がった方向に外部磁場センサとキャンセルコイルを配置することが重要である。したがって、センサを設ける方向の数や段数は実施例３で例示した値に限定されるものではない。

本実施例では、荷電粒子線装置のカラムに流れる鏡体電流によって生じるノイズの打ちし消し構成を示す。従来のアクティブ型の磁場ノイズ除去装置において、鏡体電流に関しては十分に検討されてない。例えば、カラム電流に対する鏡体電流の対策は特許文献２で提案されているものの、対策法は偏向器へのフィードバックでビーム揺れをなくす構成であり、ノイズ進入の抑制はできず外部磁場対策と同様に収差補正器の軌道ズレで発生する収差に対応できないものである。

構成要素は実施例１に準じ、鏡体電流測定用の電流センサが追加される。ここでの鏡体電流は、磁路リングを流れる電流を対象とし、磁路リングで流れる電流が発生する磁場となり電子線を揺れさせるものとする。なお、シールド４１上に流れる鏡体電流は極子に対しては外部磁場として作用するため、実施例１などで示した構成で打ち消す。

図１０は収差補正器３を電子銃１側から見た構成図（断面図）である。ここでは磁路リング１１上に電流センサ１４が配置され、磁路リング１１を流れる電流１５を測定し、電流１５の波形に基づいて極子上のキャンセルコイル８（または補正コイル１０）にて鏡体電流を打ち消す磁場を発生させる。ここで磁路リング１１が４本の磁路リング支持部１２で支えられており、磁路リング支持部１２は磁路リング１１とカラム（ここでは真空容器４０）が同電位になるように導体で作られている。そのためカラムと磁路リング間の電流経路は磁路リング支持部１２となるため、電流センサ１４を支持部の間に４つ配置し支持部間に流れる電流を測定する。

キャンセルコイルについては、電流センサ１４ａとキャンセルコイルｄ、ｅ、ｆが一組といった具合に、支持部間の電流センサとキャンセルコイル群を一組にして動作させる。なお、キャンセルコイル群の各々で励磁するキャンセル場の強度は同一で、各々のキャンセルコイル（または補正コイル１０）での出力タイミングは同期させるとよい。キャンセル動作そのものは、外部磁場の打ち消しと同様のフローに準じる。鏡体電流の打ち消しを外部磁場打消しと同時に動作させる場合は、外部磁場の打消し電流と鏡体電流の打消し電流を各々のキャンセルコイルに重畳させればよい。

上記例では鏡体電流の経路として磁路リング支持部１２を４つ配置したが、磁路リング支持部１２を絶縁材料で作製することもできる。その場合にも磁路リング１１とカラムは同電位にする必要があり、両者はＧＮＤ線などで接続されるため、ＧＮＤ経路の数だけ電流センサを設置すればよい。具体的には、磁路リング支持部１２を一つだけ導体にして残りは絶縁体とすれば、電流センサ一つと１２極全てのキャンセルコイル８を一組として動作させることもできる。

また、図１１に示すように電流センサ１４は、磁路リング支持部１２上に設置しても良い。ここでは、磁路リング支持部１２が導体であるものとする。この場合は、鏡体電流センサ１４a、１４ｂ間の差分電流とキャンセルコイルｄ、ｅ、ｆとを一組として働くといった具合に、隣接する支持部間の電流センサの差分信号とキャンセルコイル群とを一組にして動作させる。

鏡体電流ノイズの打ち消し条件テーブルの作成は実施例２のフローに準じるが、人工的な外部磁場の変わりに人工的な鏡体電流を流す。具体的には一組の電流センサとキャンセルコイル群を挟んでリングに直接電流を印加することになる。

鏡体電流の打ち消しに極子上のキャンセルコイルを用いない別の形態を図１２に示す。ここでは鏡体電流によるノイズの打ち消し専用のコイルとして磁路リング１１上にキャンセルコイル１６を配置する。具体的にはキャンセルコイル１６磁場変動のうち磁路リング１１を伝わって極子へ漏れる分を、鏡体電流による極子の磁場変動と相殺させる。

なお、磁路リング支持部１２を導体とした場合、鏡体電流は磁路リング支持部１２間で分岐し減衰するのに対し、キャンセルコイル１６で励起してリングに流す磁場は、磁路リング支持部１２に限らず磁路リング１１上を流れる。したがって、磁路リング１１とカラムの電流経路（ＧＮＤ線など）を一箇所に限定した場合に本形態が有効である。

１…電子銃、２…コンデンサレンズ、３…収差補正器、４…走査コイル、５…対物レンズ、６…試料、７…外部磁場センサ、８…キャンセルコイル、９…極子、１０…補正コイル、１１…極子磁路リング、１２…磁路リング支持部、１３…センサ支持部、１４…表面電流センサ、１５…鏡体電流、１６…キャンセルコイル、２１…電源、２２…条件判定回路、２３…出力制御回路、３０…コンピュータ（制御部）、４０…真空容器、４１…シールド、５０…中心軸、５１…軸、５２…光軸、５３…電子線

Claims (10)

1. 荷電粒子線を発生する電子源と、
   前記荷電粒子線を試料に照射する照射光学系と、
   前記試料からの荷電粒子を検出する検出光学系と、
   前記照射光学系における前記荷電粒子線の収差を補正する収差補正器と、
   前記収差補正器を囲むように設けられたシールドと、
   前記シールドの内側に設けられ、磁場を検出する第１センサと、
   前記第１センサの検出結果に基づき、前記複数の極子の磁場を制御する制御部と、
   を有する荷電粒子線装置。
2. 請求項１において、
   前記収差補正器は複数の極子を有し、
   前記複数の極子のうちの第１極子は、第１補正コイルと前記第１補正コイルよりも応答速度が速い第２補正コイルとを有し、
   前記制御部は、前記第１センサの検出結果に基づき前記第２補正コイルの磁場を制御することを特徴とする荷電粒子線装置。
3. 請求項２において、
   前記第１補正コイルが前記荷電粒子線の収差を補正する動作が動作中か否かを判定する動作判定部を有し、
   前記制御部は、前記判定部からの判定信号に基づき、前記第２補正コイルにおける前記制御を行うことを特徴とする荷電粒子線装置。
4. 請求項２において、
   前記第１補正コイルが前記荷電粒子線の収差を補正する励磁量を測定する励磁量測定部を有し、
   前記制御部は、前記励磁量測定部にて測定された励磁量が任意の値以下の時に、前記第２補正コイルにおける前記制御を行うことを特徴とする荷電粒子線装置。
5. 請求項１において、
   前記収差補正器は複数の極子を有し、
   前記第１センサは、前記複数の極子を保持する軸方向の磁場の変動を検出することを特徴とする荷電粒子線装置。
6. 請求項５において、
   前記複数の極子のうちの第１極子は、第１補正コイルと前記第１補正コイルよりも応答速度が速い第２補正コイルとを有し、
   前記第１センサは、前記第１補正コイルと前記第２補正コイルとを保持する軸方向に設けられていることを特徴とする荷電粒子線装置。
7. 請求項５において、
   前記第１センサと前記第２補正コイルは前記制御をするために荷電粒子線が広がる方向に配置され、前記方向に進入する変動磁場を打ち消すことを特徴とする荷電粒子線装置。
8. 請求項１において、
   前記シールドの内側に設けられ、磁場を検出する第２センサを有し、
   前記収差補正器は複数の極子を有し、
   前記複数の極子のうちの第１極子は、第１補正コイルと前記第１補正コイルよりも応答速度が速い第２補正コイルとを有し、
   前記複数の極子のうちの第２極子は、第３補正コイルと前記第３補正コイルよりも応答速度が速い第４補正コイルとを有し、
   前記制御部は、前記第１センサの検出結果に基づき前記第２補正コイルの磁場を制御し、前記第２センサの検出結果に基づき前記第４補正コイルの磁場を制御することを特徴とする荷電粒子線装置。
9. 請求項１において
   前記収差補正器は複数の極子を有し、
   前記複数の極子の外周に配置され、前記複数の極子の磁路となる磁路リングと、
   前記磁路リングに流れる電流を検出する電流センサと、
   前記制御部は、前記電流センサの検出結果に基づき前記複数の極子の磁場を制御することを特徴とする荷電粒子線装置。
10. 請求項９において
    前記複数の極子のうちの第１極子は、第１補正コイルと前記第１補正コイルよりも応答速度が速い第２補正コイルとを有し、
    前記制御部は、前記電流センサの検出結果に基づき前記第２補正コイルの磁場を制御することを特徴とする荷電粒子線装置。

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