JP5028181B2 - 収差補正器およびそれを用いた荷電粒子線装置 - Google Patents
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Description
1)多段多極子において、多極子の機械軸および軸周りの位相を上下方向に高精度に合わせることができること。
2)従来よりも部品点数および調整箇所が少なく、組立作業が単純であり、量産に適すること。
以上のような特徴を持つ多段多極子をもちいた収差補正器および当該収差補正器を用いた荷電粒子線装置を実現することを課題とした。
本実施例では、電極子と磁極子とを上下2段に接合した極子組をつくり、当該電磁極子組を用いて2段多極子を構成し、当該2段多極子を用いて収差補正器を構成した実施例について説明する。図2には、2段の12極子からなる極子組を用いて構成された2段多極子の構成例を示す。図2に示す構造の2段多極子は、図1(B)の極子組11または12を固定用部材13に固定した状態での多段多極子に相当する。
球面収差補正は1、2、3、4段目に電界8極子を励起することによりおこなう。実際の補正に際しては、各多極子は光軸に対しナノメートルオーダーで機械的に整列させることはできないので、各段に2極子場(偏向器として作用する)を励起し、重畳して各段の電界4極子の中心をビームが通るように電気的に調整する。また、各段に6極子を励起して3回非点収差および軸上コマ収差補正をおこなう。
本実施例では、荷電粒子線装置への適用例として、実施例1で示した収差補正器をField Emission−SEM(FE−SEM)に応用した例について説明する。
図5には、ロウ付け多段多極子を用いた収差補正器を備えた測長SEM(CD−SEM)の構成例を示す。図5に示した構成は、図4の構成と共通する部分が多いので、構造の異なる部分のみ説明する。本実施例ではショットキー電子銃40を使用する。ショットキー電子源41はタングステンの単結晶に、酸素とジルコニウムなどを拡散させショットキー効果を利用する電子源で、その近傍にサプレッサー電極42、引き出し電極34が設けられる。ショットキー電子源41を加熱し、引き出し電極34との間に+2kV程度の電圧を印加することにより、ショットキー電子を放出させる。サプレッサー電極42には負電圧が印加されショットキー電子源41の先端以外からの電子放出を抑制する。電界放出電子銃にくらべ,エネルギー幅や光源径は大きくなるが,プローブ電流が多くとれ,フラッシングの必要がなく連続運転に適している。
図1で説明した多段多極子を用いて集束イオンビーム装置(FIB装置)を構成することも可能である。FIB装置用の荷電粒子光学カラムの構成要素は、電子銃の替わりにイオン銃を備えており、コンデンサーレンズ、対物レンズが静電レンズで構成されており、偏向子も電界型である点を除けば、ほぼ電子ビーム用の光学カラムの構成要素と同じである。FIB装置用の荷電粒子光学カラムには、イオンビーム照射により発生する2次電子を検出するための2次電子検出器が設けられる場合もある。但し、FIB用収差補正器に使用する多極子は、イオンの質量が大きく磁場では軌道を曲げにくいこと、質量の異なる同位体がビーム中に含まれるので、磁極子では質量の違いにより軌道が分離してしまうことがあり、全て電極子を使用する必要がある。従って、FIB装置用の収差補正器は、図2に示す極子12、3、4が非磁性金属により構成され、極子の後部には、図3に示す軟磁性材のシャフト25およびヨーク26の替わりに電圧導入端子29が接続された構成を備えており、球面収差のみ補正する。球面収差が補正されるのでビームのフレアが少なくなり高速高精度な加工ができる。本実施例の集束イオンビーム装置により、高精度な加工もしくは像観察が可能な集束イオンビーム装置が実現される。
図1で説明した多段多極子を用いて走査透過電子顕微鏡(STEM)を構成した例を図7に示す。STEM用の荷電粒子光学カラムは、電子ビームを発生し所定の加速電圧で放出する電子銃310、試料上に電子ビームを走査する走査偏向器329、電子ビームを試料上に収束して照射するための対物レンズ331、試料を透過した電子線を検出するためのアニュラー検出器355、軸上検出器357などにより構成される。透過電子を検出する必要があるためSTEM用の試料は薄片化されている必要があり、メッシュなどに固定された状態で、サイドエントリ試料ホールダなどにより電子線の光軸上に配置される。
本実施例では、図1(D)に示した構成の4段多極子の実施例について説明する。図6に、4段の極子組を用いた4段電磁重畳型12極子の構成を示す。図6に示す多極子の構成は、図2に示す多極子との共通部分が多いため、共通部分の説明はできる限り省略する。
Claims (14)
- 金属材を用いて構成された第1の極子および第2の極子を、セラミック材を挟んで上下方向にロウ付け一体化した極子組部材と、
中心部に荷電粒子線が通過し得る開口部を有し、前記複数の極子組部材を固定するためのベースブロックとを備え、
前記極子組部材を前記開口部の周囲に複数個固定することにより構成された多段多極子を用いたことを特徴とする収差補正器。 - 請求項1に記載の収差補正器において、
前記多段多極子は、前記第1の極子として非磁性金属により構成された電極子を用い、かつ前記第2の極子として軟磁性金属により構成された磁極子を用いることにより構成される電磁界重畳型多極子であることを特徴とする収差補正器。 - 請求項1に記載の収差補正器において、
前記多段多極子は、前記第1の極子および前記第2の極子として非磁性金属により構成された電極子を用いることにより構成される電界型多極子であることを特徴とする収差補正器。 - 請求項1に記載の収差補正器において、
前記多段多極子は、前記第1の極子および前記第2の極子として軟磁性金属により構成された磁極子を用いることにより構成される磁界型多極子であることを特徴とする収差補正器。 - 請求項2または3に記載の収差補正器において、
前記非磁性金属はチタン材からなることを特徴とする収差補正器。 - 請求項2または4に記載の収差補正器において、
前記軟磁性金属は、パーマロイ、純鉄、パーメンジュールのうちいずれかであることを特徴とする収差補正器。 - 請求項1から6のいずれか一項に記載の収差補正器において、
前記ベースブロックの表面に、前記極子組部材が嵌合する溝が形成され、当該溝の一方の側壁が前記極子組部材を位置合わせするための基準面をなすことを特徴とする収差補正器。 - 請求項1から7のいずれか一項に記載の収差補正器において、
前記第1の極子および前記第2の極子の先端形状がくさび形状をなし、当該くさび形状先端部の角度が15度から25度であることを特徴とする収差補正器 - 試料を載置する試料台と、
当該試料に1次荷電粒子線を照射し、当該照射により発生する2次荷電粒子を検出して信号出力する機能を備えた荷電粒子光学系とを有する荷電粒子線装置において、
前記荷電粒子光学系は、前記荷電粒子線を偏向ないし収束するためのレンズ手段と、
当該レンズ手段により発生する収差を補正するための収差補正器とを備え、
当該収差補正器は、
金属材を用いて構成された第1の極子および第2の極子を、セラミック材を挟んで上下方向にロウ付け一体化せしめた極子組部材と、
中心部に荷電粒子線が通過し得る開口部を有し、前記複数の極子組部材を固定するためのベースブロックとを備え、
前記極子組部材を前記開口部の周囲に複数個固定することにより構成された多段多極子を備えたことを特徴とする荷電粒子線装置。 - 請求項9に記載の荷電粒子線装置において、
前記荷電粒子光学系は、電子線を発生する電子銃と、前記荷電粒子線を前記試料上に走査する走査偏向器とを備え、
前記収差補正器は、前記極子組部材が前記ベースブロックの両面に複数固定されることにより形成された4段多極子を備え、
当該4段多極子のうち、前記ベースブロックに近い側の多極子が電磁界重畳型多極子であることを特徴とする荷電粒子線装置。 - 請求項10に記載の荷電粒子線装置において、
前記4段多極子を構成する複数の多極子のうち、前記電磁界重畳型多極子以外の多極子が全て磁界型多極子であることを特徴とする荷電粒子線装置。 - 請求項9に記載の荷電粒子線装置において、
前記荷電粒子光学系は、イオンビームを発生するイオン銃を備え、
前記収差補正器は、前記第1の極子および第2の極子が全て非磁性材により構成された電界型多極子のみにより構成されたことを特徴とする荷電粒子線装置。 - 請求項9に記載の荷電粒子線装置において、
前記収差補正器は、前記多段多極子が更に複数個積層された構造を備えることを特徴とする荷電粒子線装置。 - 試料を載置する試料台と、
当該試料に電子線を照射し、当該照射により発生する2次電子または反射電子を検出して信号出力する機能を備えた電子光学カラムとを有する走査電子顕微鏡において、
前記電子光学カラムは、前記電子線を偏向ないし収束するためのレンズ手段と、
当該レンズ手段により発生する収差を補正するための収差補正器とを備え、
当該収差補正器は、
金属材を用いて構成された第1の極子および第2の極子を、セラミック材を挟んで上下方向にロウ付け一体化せしめた極子組部材と、
中心部に電子線が通過し得る開口部を有し、前記複数の極子組部材を固定するためのベースブロックとを備え、
前記極子組部材を前記開口部の周囲に複数個固定することにより構成された多段多極子を備えたことを特徴とする走査電子顕微鏡。
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