JP4685637B2 - モノクロメータを備えた走査電子顕微鏡 - Google Patents

Description

本発明は、電子ビームのエネルギーを単色化するモノクロメータを備えた走査電子顕微鏡に関するものである。

近年の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ：Ｓｃａｎｎｉｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）では、半導体試料などが電子ビームによって帯電することを防止する目的で、数ｋｅＶ以下の低加速エネルギーの電子ビームが使用されることが多くなっている。このような低加速ＳＥＭにおいては、電子ビームの加速エネルギーに対して電子源が固有に持つエネルギー幅が相対的に大きくなり、いわゆる色収差によるボケが生じ十分に小さなスポット径が得られないという問題があった。低加速ＳＥＭにおけるこのような問題を解決するために、所望のエネルギー範囲の電子ビームのみを選択的に通過させるモノクロメータを備えた走査電子顕微鏡が特許文献１等において提案されている。

特許文献１に提案されているモノクロメータ及びＳＥＭでは、第１集束レンズにより、電子ビームの直線光軸とモノクロメータの対称面との交点に電子源の実像を結ぶように電子ビームを入射させ、電子ビームの直線光軸から扇形磁場を用いて電子ビームを偏向し、当該偏向された電子ビームを、扇形電場を用いてさらに偏向することにより、エネルギー分散を生じさせ、エネルギー分散面に置いたスリットを通過させることで電子ビームのエネルギーを単色化するものである。

特開２００４−２１４１１１号公報

しかしながら、特許文献１に提案されているモノクロメータ及びＳＥＭでは、モノクロメータに入射する電子ビームの非点収差の調整機構がないため、以下のような問題が生じる。

モノクロメータ内でエネルギー分散を生じさせる方向（特許文献１の図１における紙面左右方向、以下「ｘ方向」とする）と、それに直交する方向（特許文献１の図１における紙面垂直方向、以下「ｙ方向」とする）とでは、電子ビームの集束力が異なる。このため非点較差を持つ電子ビームを電子ビームの直線光軸とモノクロメータの対称面との交点に入射した場合、エネルギー分散面における電子ビームはエネルギー分散による広がりのほかに、空間的な広がりを持つために所望のエネルギー範囲を選択することができない。これと同時にモノクロメータ内で再集束した電子ビームの非点較差が虚像点において拡大するという問題も生じる。前者の問題により本来のエネルギー範囲の選択ができないこととなり、後者の問題により走査電子顕微鏡としての性能の劣化が生じることとなる。特許文献１に記載されているモノクロメータの自動調整方法などでは、これらの問題を解決することができず、従来、ユーザが手動でモノクロメータに入射する電子ビームの調整やモノクロメータの動作条件の調整を行うほか対処方法が存在しなかった。

本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、モノクロメータを備えた走査電子顕微鏡であって、モノクロメータに入射する電子ビームの調整及びモノクロメータの動作条件の調整を自動的に行うことができる走査電子顕微鏡を提供しようとするものである。

上記解決課題に鑑みて鋭意研究の結果、本発明者は、モノクロメータを備えた走査電子顕微鏡において、電子源及びモノクロメータの間に、モノクロメータに入射する電子ビームの集束を調整する第１集束レンズと、モノクロメータに入射する電子ビームの非点収差を補正する第１非点補正レンズとを備える構成とし、モノクロメータ内の電子ビームを集束させる位置に配置された電子ビームの調整用試料の画像を取得し、取得された画像に基づいて、モノクロメータに入射する電子ビームの集束及び非点収差を調整するよう第１集束レンズ及び第１非点補正レンズを駆動することで、エネルギー分散面において所望の状態の電子ビームを得ることができることに想到した。

すなわち、本発明は、電子源と、当該電子源から放出された電子ビームを試料に集束する対物レンズと、当該電子源及び当該対物レンズの間に配置された電子ビームのエネルギーを単色化するためのモノクロメータとを備えた走査電子顕微鏡において、前記電子源及び前記モノクロメータの間に、前記モノクロメータに入射する電子ビームの集束を調整する第１集束レンズと、前記モノクロメータに入射する電子ビームの非点収差を補正する第１非点補正レンズとを備え、前記モノクロメータ内の電子ビームを集束させる位置に配置された電子ビームの調整用試料の画像を取得し、取得された画像に基づいて、前記第１集束レンズ及び前記第１非点補正レンズを駆動して集束及び非点収差を調整する手段を備えていることを特徴とする走査電子顕微鏡を提供するものである。

本発明の走査電子顕微鏡において、前記電子ビームの調整用試料として孔を有する調整用試料を用い、前記電子ビームに前記孔を通過させることにより、モノクロメータを使用しない走査電子顕微鏡として用いる場合の光軸調整を行う手段を備えていることを特徴とする。

本発明の走査電子顕微鏡において、前記モノクロメータ及び前記対物レンズの間に、試料面上の非点収差を調整する第２非点補正レンズを備えていることを特徴とする。

本発明の走査電子顕微鏡において、前記調整手段は、取得された画像について、モノクロメータ内でエネルギー分散を生じさせる方向であるｘ方向と、ｘ方向及び電子ビームの発射方向に直交するｙ方向とにおけるエッジの傾きを計測し、その計測結果に基づいて調整を行うことを特徴とする。

本発明の走査電子顕微鏡において、前記調整手段は、取得された画像と予め保持してあるテンプレートとの比較に基づいて調整を行うことを特徴とする。

以上説明したように、本発明によれば、モノクロメータを備えた走査電子顕微鏡において、モノクロメータに入射する電子ビームの調整及びモノクロメータの動作条件の調整を自動的に行うことを可能となる。

以下、添付図面を参照しながら、本発明のモノクロメータを備えた走査電子顕微鏡を実施するための最良の形態を詳細に説明する。図１〜図１１は、本発明の実施の形態を例示する図であり、これらの図において、同一の符号を付した部分は同一物を表わし、基本的な構成及び動作は同様であるものとする。

図１は、本発明の一実施形態に係る電子ビームの直線光軸上にモノクロメータを備えた走査電子顕微鏡の構成を概略的に示す図である。図１において、この走査電子顕微鏡は、電子源１、アノード電極２、第１集束レンズ４、第１非点補正レンズ５、アライメント用コイル６、絞り７、第２集束レンズ８、第２非点補正レンズ９、走査偏向コイル１０、対物レンズ１１、変換電極１４、シンチレータ１６、光電子増倍管１７、電子源１から発射される電子ビーム３の光路上に配置されたモノクロメータ２０、モノクロメータ２０に接続された制御装置３０を備えている。これらの構成要素のうち、特許文献１等に示されている従来技術と同様のものは、同様の構成であり及び同様の動作をするものとする。

図２は、図１に示すモノクロメータ２０の内部構成とその周辺部分を詳細に示す図である。図２において、モノクロメータ２０は、磁場発生器２１、第１電場発生器２２、第２電場発生器２３、エネルギー選択絞り２４を含んでいる。図示するように、モノクロメータ２０の内部構成は、エネルギー選択絞り２４を含む平面２５（ｘ方向及びｙ方向に平行な平面）を挟んで上下対称の構成となっている。以下、この平面２５のことを「モノクロメータ２０の対称面２５」という。

図２において、モノクロメータ制御装置３２は、磁場発生器２１の励磁電流を調整する磁場発生器電流源、磁場発生器２１の残留磁場を消去するための消磁装置、第１電場発生器２２および第２電場発生器２３の扇形トロイダル電極２２ａ、２２ｂ、２３ａ、２３ｂの印加電圧を調整する扇形トロイダル電極電圧源、調整電極２２ｃ、２２ｄ、２３ｃ、２３ｄの印加電圧を調整する調整電極電圧源、エネルギー選択絞り２４を二次元的に移動させるためのエネルギー選択絞り駆動装置、調整用試料２６を電子ビームの直線光軸外に移動させるための調整用試料駆動装置を備えている。また、モノクロメータ制御装置３２は、第１電場発生器２２に流れる電流を検出する第１電流検出器、第２電場発生器２３に流れる電流を検出する第２電流検出器、モノクロメータ２０を通過した電流を検出する第３電流検出器、ＳＥＭ像を解析する画像解析装置を備えている。

図１及び図２において、モノクロメータ２０内の磁場発生器２１は、直線光軸からの電子ビーム３が入射する第１の入射端面、第１の入射端面から入射した電子ビーム３が出射する第１の出射端面、第２電場発生器２３によって偏向された電子ビーム３が入射する第２の入射端面、および第２の入射端面から入射した電子ビーム３が直線光軸に沿って出射する第２の出射端面を含んでいる。

モノクロメータ２０内のエネルギー選択絞り２４には、数種類の孔径が同一の又は異なる絞りを有している。小さい孔径を使用することで、所望のエネルギー範囲を狭くすることができる。例えば、本実施形態の走査電子顕微鏡では、直径３μｍの絞りを用いるとエネルギー範囲を元の約１／３にすることができることが確認されている。また、エネルギー選択絞り２４は、電子ビームのエネルギー分散の状態を観察するための絞りも含んでおり、この絞りはエネルギー分散した電子ビームよりも大きい孔径としている。例えば、本実施形態の走査電子顕微鏡では、エネルギー分散を受けた時の電子ビームの形状は、ｘ方向が約１０μｍ、ｙ方向が約０.６μｍであるので、直径２０μｍの絞りを電子ビーム観察用として用いている。このような孔径が同一の又は異なる複数の絞りを有するエネルギー選択絞り２４を図３に例示する。尚、エネルギー選択絞り２４は、コンタミネーション防止のために、ヒータ等で加熱してあることが望ましい。

図４は、図１及び図２に示すモノクロメータ２０内に配置された第１電場発生器２２および第２電場発生器２３の構成を示す断面図である。図４では、モノクロメータ２０の対称面２５の上側にある第１電場発生器２２の構成を示しているが、この図示により、対称面２５を挟んで第１電場発生器２２と対称な構成となっている第２電場発生器２３についてもその構成が容易に理解できるであろう。図４において、第１電場発生器２２（あるいは第２電場発生器２３）は、電子ビームを挟むように外側の扇形トロイダル電極２２ａ（あるいは２３ａ）と内側の扇形のトロイダル電極２２ｂ（あるいは２３ｂ）により構成される。また、扇形トロイダル電場の微調整用に、トロイダル電極２２ａ及び２２ｂのｙ方向両端に２枚の調整電極２２ｃ及び２２ｄ、（あるいは２３ｃ及び２３ｄ）を設置している。

次に、上記のように構成されたモノクロメータを備えた走査電子顕微鏡の動作について説明する。

図１において、電子源１とアノード電極２との間に引出電圧を印加すると、電子源１から電子ビーム３が直線光軸に沿って放出される。電子ビーム３は数十ｍｒａｄまで広がった電子ビーム３ａを持っており、第１集束レンズ４により、モノクロメータ２０の対称面２５との交点に電子源１の実像を点集束させる。その後、電子源１から放出された電子ビーム３をエネルギー選択絞り２４まで偏向する前段偏向系の磁場発生器２１により約１６０度偏向され、第１電場発生器２２で反対方向に同一角度だけ偏向される。この偏向により、もとの直線光軸と平行な方向に方向付けられ、エネルギー分散面に配置したエネルギー選択絞り２４の位置でｘ方向にエネルギー分散され、ｙ方向に集束される。

その後、エネルギー選択絞り２４を含む面に対して対称な位置に設置され、電子ビームの直線光軸に、電子ビーム３を戻すように偏向する後段偏向系の第２電場発生器２３と、磁場発生器２１によって対称面の軌道を描いて点集束するとともに、前段偏向系で生じたエネルギー分散を相殺して非分散の虚像を形成する。この単色化（モノクロ化）された電子源の虚像を第２集束レンズ８で結像したあと、さらに対物レンズ１１で縮小して、試料１２の表面に微小なクロスオーバを形成する。この時、電子ビーム３の開き角あるいは電子ビーム電流量は、モノクロメータ２０と対物レンズ１１の間に設置した絞り７で制限される。さらにこの電子ビーム３は走査偏向コイル１０によって試料１２上を二次元走査される。

試料１２より放出された電子１３（二次電子及び／又は反射電子）は対物レンズ１１のレンズ作用を受けながら上昇する。上昇した電子１３は変換電極１４に衝突し、新たな二次電子１５を発生する。この二次電子１５は正の高電圧を印加したシンチレータ１６に衝突して光を発し、光電子増倍管１７によって電気信号に変換され増幅した後、走査電子顕微鏡像（ＳＥＭ像）として観察できる。この時、像観察時の非点収差の調整は、モノクロメータ２０と対物レンズ１１の間に設置した第２非点補正レンズ９を用いる。尚、試料１２より放出された電子をそのままシンチレータ１６等の検出器に導くような構成としてもよい。

次に、上記した走査電子顕微鏡及びモノクロメータの動作条件を自動調整する方法について説明する。図５は、本実施形態の走査電子顕微鏡及びモノクロメータにおいて動作条件を自動調整する処理の流れを示すフローチャートである。

図５において、まず、モノクロメータ２０の各要素への印加電圧と電流を切断すると共に、モノクロメータ２０内の残留磁場を消去する（Ｓ１００）。モノクロメータ２０に磁場が残留している状態では、電子ビーム３はモノクロメータ２０で偏向作用を受け、光軸調整が不可能となるためである。

続いて、モノクロメータ制御装置３２のエネルギー選択絞り駆動装置により、エネルギー選択絞り２４を電子ビームの軌道から移動させる（Ｓ１０１）。エネルギー選択絞り２４を移動させる方式としては、例えば、圧電素子、モーターや圧縮空気等を利用した方法がある。

続いて、光学系制御装置３１により、第１集束レンズおよび第１非点補正レンズを使用したモノクロメータ２０への入射電子ビームの調整と他の光学要素の光軸調整を行う。まず、モノクロメータ２０に入射させる電子ビームの調整を行う。第１集束レンズ４およびアライメント用コイル６を用いてモノクロメータ２０の対称面２５と電子ビームの直線光軸との交点に設置した集束と非点収差の両方を調整することのできる電子ビームの調整用試料２６上に電子源の実像を点集束させる。所望の点に集束したことを確認するために、アライメント用コイル６を用いて電子ビーム３を調整用試料２６上で二次元走査し、調整用試料２６のＳＥＭ像を取得する。モノクロメータ制御装置３２の画像解析装置により取得したＳＥＭ画像のｘ方向、およびｙ方向のエッジの傾きを計測するか、既存テンプレートを用いて検索を行い、ずれ量を計測し、最適な条件となるように第１集束レンズ４および第１非点補正レンズ５の励磁電流を調整する。調整用試料２６の材質は電子ビーム３によるチャージアップを防ぐため導電性があることが望ましい。

調整用試料２６がモノクロメータ２０の対称面２５に固定されている場合の調整用試料２６の形状としては、電子ビームをモノクロ化しない通常の走査電子顕微鏡としても利用することを想定すれば、例えば、図６に示すように中心に孔の開いているメッシュなどが適している。このメッシュを使用して電子ビームの集束および非点収差の調整を行うときには、アライメント用コイル６に電流を流して、調整用試料２６の中心からメッシュ側へ移動させる。電子ビームの調整が終了したらアライメント用コイル６の電流を切断すればよい。また、調整用試料２６を電子ビームの直線光軸から移動させる方式の場合には、図７に示すように中心に孔が空いていない調整用試料を用いることもできる。

モノクロメータ制御装置３２の調整用試料駆動装置は、上記の調整用試料２６を移動させる手段であるが、例えば、圧電素子、モーターや圧縮空気等を利用した駆動装置とすることができる。このような調整用試料駆動装置を備えることにより、モノクロメータ２０の対称面２５と電子ビームの直線光軸との交点上に移動、あるいは該交点から退避させることができる。尚、上記では、モノクロメータ２０を用いる場合の第１集束レンズ４および第１非点補正レンズ５の調整方法について示したが、モノクロメータ２０を使用しないで通常の走査電子顕微鏡として使用する場合でも、第１集束レンズ４および第１非点補正レンズ５は、同一の条件でよい。

次に、絞り７及び第２集束レンズ８の光軸調整を行う。さらに対物レンズ１１や第２非点補正レンズ９を調整して、ＳＥＭ像の分解能が得られる条件に調整する。以上の調整（Ｓ１０２）でモノクロメータを使用する前の走査電子顕微鏡としての調整は終了となる。

次にモノクロメータの各要素の自動調整方法について説明する。
まず、磁場発生器２１の励磁電流の調整を行う（Ｓ１０３）。電子ビーム３は前段偏向系の磁場発生器２１により、約１６０度に偏向され、第１電場発生器２２に入射する。磁場発生器２１の励磁電流を変化させると、ある励磁電流の範囲のみ第１電場発生器２２に電子ビーム３が入射するので、モノクロメータ制御装置３２の第１電流検出器により電流を測定することで電子ビーム３が第１電場発生器２２に入射したか否かが判断できる。図８はその測定結果の例である。モノクロメータ制御装置３２の磁場発生器電流源と第１電流検出器とを制御して電流を測定し、測定した電流の範囲の中間値を磁場発生器２１の励磁電流として設定する。

続いて、第１電場発生器２２の第１扇形トロイダル電極２２ａと２２ｂの印加電圧の調整を行う（Ｓ１０４）。第１電場発生器２２に入射した電子ビーム３は、第１電場発生器２２の作る電場により、第２電場発生器２３に導かれる。第１電場発生器２２の第１扇形トロイダル電極２２ａと２２ｂの印加電圧を変化させると、ある電圧の範囲のみ第２電場発生器２３に電子ビーム３が入射する。そのため、モノクロメータ制御装置３２の第２電流検出器により電流を測定することで、電子ビーム３が第２電場発生器２３に入射したかを判断することができる。図９は、その測定結果の例であり、モノクロメータ制御装置３２で第１電場発生器２２の扇形トロイダル電極電圧源と第２電流検出器を制御して電流を測定し、測定した電流の範囲の中間値を第１電場発生器２２の第１扇形トロイダル電極２２ａと２２ｂの印加電圧として設定する。

続いて、第２電場発生器２３の第２扇形トロイダル電極２３ａと２３ｂの印加電圧の調整を行う（Ｓ１０５）。第２電場発生器２３に入射した電子ビーム３は、第２電場発生器２３の作る電場により、再び偏向して通常の走査電子顕微鏡としたときの電子ビームの直線光軸に戻すための磁場発生器２１へ導かれる。モノクロメータ２０は上下対称に構成されているので、第２電場発生器２３の第２扇形トロイダル電極２３ａと２３ｂの印加電圧は、第１電場発生器２２の第１扇形トロイダル電極２２ａと２２ｂの印加電圧と同じ設定にする。

続いて、ｙ方向の集束の微調整を第１電場発生器２２に設置した２枚の第１調整電極２２ｃと２２ｄを用いて行う（Ｓ１０６）。この微調整には、エネルギー選択絞り２４上にある電子ビームのエネルギー分散観察用絞りを利用する。具体的には、電子ビーム３のエネルギー分散面にエネルギー選択絞り２４上にある電子ビームのエネルギー分散観察用の絞りを挿入し、予め登録されている位置まで、モノクロメータ制御装置３２のエネルギー選択絞り駆動装置により移動させる。観察用絞りを移動させると、モノクロメータ２０を通過する電流量が変化するため、モノクロメータ制御装置３２の第３電流検出器で測定できる電流量も変化する。図１０は、その測定結果の例であり、モノクロメータ制御装置３２でエネルギー選択絞り駆動装置と第３電流検出器を制御して電流を測定し、測定した電流が最大となるように観察用絞りの位置を微調整する。

尚、観察用絞りの位置の微調整を行う方法としては、次のような方法もある。磁場発生器２１の励磁電流と第１電場発生器２２の第１扇形トロイダル電極２２ａと２２ｂの印加電圧を設定する。観察用絞りを移動させると第２電流検出器で測定できる電流量は、図１０のようになるため、モノクロメータ制御装置３２でエネルギー選択絞り駆動装置と第２電流検出器とを制御して電流を測定し、測定した電流が最大となるように観察用絞りの位置を微調整する。

観察用絞りの位置調整が終了したら、第１調整用電極２２ｃと２２ｄの調整を行うため、磁場発生器２１の励磁電流と第１電場発生器２２の第１扇形トロイダル電極２２ａと２２ｂ、および第２電場発生器２３の第２扇形トロイダル電極２３ａと２３ｂの印加電圧を設定する。アライメント用コイル６を用いて電子ビームのエネルギー分散観察用の絞り面上で二次元走査を行い、図１１に示す電子ビーム形状を現したＳＥＭ像を取得する。画像解析装置により、取得したＳＥＭ像から、電子ビームのｘ方向およびｙ方向の幅の比率を計算し、予め登録してあるエネルギー分散を生じたときの電子ビームのｘ方向とｙ方向の比率となるようにモノクロメータ制御装置３２の調整電極電圧源により第１調整電極２２ｃと２２ｄの電圧を調整する。

電子ビーム形状は、電子ビームの大きさと用いる観察用の絞り径の和で表される。本実施形態では、電子ビームのｘ方向は約１０μｍ、ｙ方向は約０.６μｍとなり、用いた絞りは直径２０μｍであるので、ｘ：ｙ＝３：２となるように調整するのが好ましい。

第１調整用電極２２ｃと２２ｄの調整が終了したら、エネルギー選択絞り駆動装置により、エネルギー選択絞り２４を電子ビームの軌道から移動させる。

続いて、第２電場発生器２３に設置した第２調整電極２３ｃと２３ｄの電圧を設定する（Ｓ１０７）。モノクロメータ２０は上下対称に構成されているので、第２電場発生器２３の第２調整電極２３ｃと２３ｄの印加電圧は、第１電場発生器２２の第１調整電極２２ｃと２２ｄの印加電圧と同じ設定にする。

続いて、モノクロメータ２０を通過した電子ビーム３の光軸軌道が、通常の走査電子顕微鏡の電子ビームの直線光軸と同じになるように、第２電場発生器２３の印加電圧の微調整を行う（Ｓ１０８）。まず、試料のＳＥＭ像を取得し、モノクロメータ制御装置３２の画像解析装置により、Ｓ１０２における試料のＳＥＭ像と比較する。次に焦点ずれ、像シフトが最小となるように、扇形トロイダル電極電圧源および調整電極電圧源により第２電場発生器２３の印加電圧の微調整を行う。あるいは、Ｓ１０６で説明したように第３電流検出器で測定した電流が最大となるように、第２電場発生器２３の印加電圧の微調整を行う。

モノクロメータの磁場発生器２１、第１電場発生器２２および第２電場発生器２３の設定が終了したら、エネルギー選択絞り駆動装置により、電子ビームのエネルギー分散面にエネルギー選択絞り２４を挿入し、エネルギー選択絞り２４の位置調整を行う（Ｓ１０９）。はじめに、電子ビーム３のエネルギー分散面にエネルギー選択絞り２４を挿入し、予め登録されている位置まで、エネルギー選択絞り駆動装置により移動させる。エネルギー選択絞り２４を移動させると、モノクロメータ２０を通過する電流量が変化する。このため、第３電流検出器で測定できる電流量は、図１０に示すようになるので、モノクロメータ制御装置３２でエネルギー選択絞り駆動装置と第３電流検出器を制御して電流を測定し、測定した電流が最大となるようにエネルギー選択絞り２４の位置を微調整する。あるいは、試料１２から発生した二次電子１３の量を測定し、測定した二次電子量が最大となるようにエネルギー選択絞り２４の位置を微調整する。

エネルギー選択絞り２４の位置の微調整は、以下の方法で行ってもよい。まず、磁場発生器２１の励磁電流と第１電場発生器２２の印加電圧を設定する。エネルギー選択絞り２４を移動させると第２電流検出器で測定できる電流量は図１０に示すようになるため、モノクロメータ制御装置３２でエネルギー選択絞り駆動装置と第２電流検出器を制御して電流を測定し、測定した電流が最大となるように観察用絞りの位置を微調整する。

以上でモノクロメータを備えた走査電子顕微鏡の自動調整は完了となる。次にエネルギー選択絞り２４の絞り孔を替えるときの調整手順を説明する。まず、エネルギー選択絞り２４の位置の粗調整を行う。予め電子顕微鏡制御装置３０に登録されている位置へ、エネルギー選択絞り駆動装置によりエネルギー選択絞り２４を移動させる。エネルギー選択絞り２４の位置の微調整は、試料のＳＥＭ像を取得して、予め画像解析装置に登録されている画像と比較を行い、その比較結果に基づきエネルギー選択絞り駆動装置によって調整を行う。この他に、Ｓ１０９で説明した微調整方法を利用してもよい。

以上説明した方法によれば、エネルギー選択絞りを使用しない通常の走査電子顕微鏡、またはモノクロメータを使用した走査電子顕微鏡の自動調整が可能となる。

以上、本発明のモノクロメータを備えた走査電子顕微鏡について、具体的な実施の形態を示して説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。当業者であれば、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、上記各実施形態又は他の実施形態にかかる発明の構成及び機能に様々な変更・改良を加えることが可能である。

本発明の一実施形態に係る電子ビームの直線光軸上にモノクロメータを備えた走査電子顕微鏡の構成を概略的に示す図である。 図１に示すモノクロメータの内部構成とその周辺部分を詳細に示す図である。 図１及び図２に示すモノクロメータが備えるエネルギー選択絞りを例示する図である。 図１及び図２に示すモノクロメータ内に配置された第１電場発生器および第２電場発生器の構成を示す断面図である。 図１及び図２に示す走査電子顕微鏡及びモノクロメータの動作条件を自動調整する処理の流れを示すフローチャートである。 図２においてモノクロメータの対称面に固定される調整用試料の構成を概略的に示す図である。 図２においてモノクロメータの対称面に固定される調整用試料の構成を概略的に示す図である。 図２に示すモノクロメータ制御装置の第１電流検出器により第１電場発生器に入射する電流を測定した結果を例示する図である。 図２に示すモノクロメータ制御装置の第２電流検出器により第２電場発生器に入射する電流を測定した結果を例示する図である。 図２に示すモノクロメータ制御装置の第３電流検出器によりモノクロメータを通過する電流を測定した結果を例示する図である。 電子ビームのエネルギー分散観察用の絞り面上で取得される電子ビーム形状を現すＳＥＭ像を示す図である。

符号の説明

１ 電子源
２ アノード電極
３ 電子ビーム
３ａ 広がった電子ビーム
４ 第１集束レンズ
５ 第１非点補正レンズ
６ アライメント用コイル
７ 絞り
８ 第２集束レンズ
９ 第２非点補正レンズ
１０ 走査偏向コイル
１１ 対物レンズ
１２ 試料
１３ 二次電子
１４ 変換電極
１５ 変換電極で発生した二次電子
１６ シンチレータ
１７ 光電子増倍管
２０ モノクロメータ
２１ 磁場発生器
２２ 第１電場発生器
２２ａ，２２ｂ 第１扇形トロイダル電極
２２ｃ，２２ｄ 第１調整電極
２３ 第２電場発生器
２３ａ，２３ｂ 第２扇形トロイダル電極
２３ｃ、２３ｄ 第２調整電極
２４ エネルギー選択絞り
２５ 対称面
２６ 調整用試料
３０ 電子顕微鏡制御装置
３１ 光学系制御装置
３２ モノクロメータ制御装置

Claims (6)

1. 電子源と、当該電子源から放出された電子ビームを試料に集束する対物レンズと、当該電子源と当該対物レンズの間に配置された電子ビームのエネルギーを単色化するためのモノクロメータとを備えた走査電子顕微鏡において、
   前記電子源と前記モノクロメータの間に各々配置された、前記モノクロメータに入射する電子ビームの集束を調整する第１集束レンズ、及び前記モノクロメータに入射する電子ビームの非点収差を補正する第１非点補正レンズと、
   前記モノクロメータ内の電子ビームを集束させる位置に配置された電子ビームの調整用試料の画像を取得し、取得された画像に基づいて、前記モノクロメータ内の電子ビームを集束させる位置における電子ビームの集束及び非点収差を調整するよう前記第１集束レンズ及び前記第１非点補正レンズを駆動する調整手段と、を備えていることを特徴とする走査電子顕微鏡。
2. 電子源と、当該電子源から放出された電子ビームを試料に集束する対物レンズと、当該電子源と当該対物レンズの間に配置された電子ビームのエネルギーを単色化するためのモノクロメータとを備えた走査電子顕微鏡において、
   前記電子源と前記モノクロメータの間に各々配置された、前記モノクロメータに入射する電子ビームの集束を調整する第１集束レンズ、及び前記モノクロメータに入射する電子ビームの非点収差を補正する第１非点補正レンズと、
   前記モノクロメータ内の電子ビームを集束させる位置に配置された電子ビームの調整用試料の画像を取得し、取得された画像に基づいて、前記モノクロメータに入射する電子ビームの集束及び非点収差を調整するよう前記第１集束レンズ及び前記第１非点補正レンズを駆動する調整手段とを備え、
   当該調整手段は、取得された画像と予め保持してあるテンプレートとの比較に基づいて調整を行うことを特徴とする走査電子顕微鏡。
3. 前記電子ビームの調整用試料として孔を有する調整用試料を用い、前記電子ビームに前記孔を通過させることにより、モノクロメータを使用しない走査電子顕微鏡として用いる場合のための電子ビームの調整を行う手段をさらに備えていることを特徴とする請求項１または２に記載の走査電子顕微鏡。
4. 前記モノクロメータと前記対物レンズの間に、試料面上の非点収差を調整する第２非点補正レンズを備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の走査電子顕微鏡。
5. 前記調整手段は、取得された画像について、モノクロメータ内でエネルギー分散を生じさせる方向であるｘ方向と、ｘ方向及び電子ビームの発射方向に直交するｙ方向とにおけるエッジの傾きを計測し、その計測結果に基づいて調整を行うことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の走査電子顕微鏡。
6. 請求項１または２に記載の走査電子顕微鏡において、
   前記第１非点補正レンズよりも電子源側に配置されたアライメント用コイルを備え、
   前記調整用試料上に当該アライメント用コイルを用いて前記電子ビームを走査することにより前記調整用試料の画像を取得することを特徴とする走査電子顕微鏡。

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