JP6812561B2 - 荷電粒子線装置 - Google Patents
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Description
本発明は、荷電粒子線装置に関する。
FIB−SEM装置は、同一の試料室内に集束イオンビーム(Focused Ion Beam:FIB)照射部と走査電子顕微鏡(Scanning Electron Microscope:SEM)を配置した複合荷電粒子線装置である。FIB−SEM装置は、透過型電子顕微鏡を用いて観察する薄膜試料を作製したり、試料の3次元構造を解析したりするために用いられる。SEMはFIBに比べてプローブのビーム径が小さいので、試料を高分解能で観察することができる。
FIB−SEM装置は、FIBによる加工とSEMによる観察を交互または同時に実施する。このとき、SEMの対物レンズからFIB−SEMの試料室内に対して磁場が漏れると、FIBのイオンビームが偏向され、あるいはイオン源の同位体が分離することにより、加工精度や分解能が劣化する。
下記特許文献1は、複合荷電粒子線装置について記載している。同文献は、『残留磁場による集束イオンビームの質量分離の防止及び電子ビームのフォーカスの再現性、安定性の向上。』を課題として、『同一の試料室に集束イオンビーム鏡筒と電子ビーム鏡筒と磁場測定器を備え、試料室内の残留磁気を測定して、電磁気的手法により集束イオンビームの軌道上の磁場を制御する機能を備えたことを特徴とする複合荷電粒子ビーム装置。試料室内の磁場を測定して、その値があらかじめ記憶した値になるように電磁気的手法で制御する。』という技術を開示している(要約参照)。
FIB−SEM装置は、FIB加工とSEM観察に加え、EDS(Energy Dispersive X−ray Spectrometry)やEBSD(Electron Back Scatter Diffraction)などの様々な分析を実施するための分析器を、試料室内に搭載する。したがって、特許文献1のような磁場検出器を搭載するためのスペースを試料室内に確保することが、困難である場合がある。
本発明は、上記のような課題に鑑みてなされたものであり、SEMの対物レンズを形成する磁極片からの漏れ磁場を抑制することができる複合荷電粒子線装置を、簡易な構造により実現するものである。
本発明に係る荷電粒子線装置は、対物レンズを構成する第1コイルに電流を流しながらイオンビーム観察像を取得する動作を、複数の電流値で実施し、前記動作間の差分に基づき、第2コイルに電流を流すことにより前記観察像の位置ずれを減少させる。
本発明に係る荷電粒子線装置によれば、試料室内の磁場を測定することなく、集束イオンビームのずれを抑制することができる。したがって、試料室内に磁場測定器を配置する必要がないので、装置構成を簡易化することができる。
<実施の形態1>
図1は、本発明の実施形態1に係る荷電粒子線装置10の構成図である。荷電粒子線装置10は、FIB−SEM装置として構成されている。荷電粒子線装置10は、SEM鏡筒100、FIB鏡筒101、試料室102、FIB−SEM架台103、制御器105、モニタ106を備える。FIB鏡筒101は、試料104を加工または観察するため、試料104に対してFIBを照射する。SEM鏡筒100は、試料104を高分解能で観察・分析するため、試料104に対して電子ビームを照射する。試料室102は、試料104を設置する空間であり、上記各鏡筒を備えている。FIB−SEM架台103は、試料室102を搭載する。制御器105は、荷電粒子線装置10を制御することにより、試料104のSEM観察像を取得し、FIBにより試料104を加工し、試料104のFIB観察像を取得する。モニタ106は、試料104に対する処理結果(例えば観察像)を画面表示する。
図1は、本発明の実施形態1に係る荷電粒子線装置10の構成図である。荷電粒子線装置10は、FIB−SEM装置として構成されている。荷電粒子線装置10は、SEM鏡筒100、FIB鏡筒101、試料室102、FIB−SEM架台103、制御器105、モニタ106を備える。FIB鏡筒101は、試料104を加工または観察するため、試料104に対してFIBを照射する。SEM鏡筒100は、試料104を高分解能で観察・分析するため、試料104に対して電子ビームを照射する。試料室102は、試料104を設置する空間であり、上記各鏡筒を備えている。FIB−SEM架台103は、試料室102を搭載する。制御器105は、荷電粒子線装置10を制御することにより、試料104のSEM観察像を取得し、FIBにより試料104を加工し、試料104のFIB観察像を取得する。モニタ106は、試料104に対する処理結果(例えば観察像)を画面表示する。
FIB鏡筒101は、イオン源、ブランカー、静電偏向器、静電対物レンズを備える。ブランカーは、FIB鏡筒101を動作させたまま、イオンビームが試料104に対して照射されないようにするために用いられる。静電偏向器は、静電対物レンズのレンズ中心を基点にイオンビームを偏向し、試料104の表面を走査するためのものである。静電偏向器としては、1段の偏向器あるいは上下2段の偏向器などを用いることができる。
SEM鏡筒100は、電子銃、コンデンサレンズ、可動絞り、偏向器、対物レンズを備える。電子銃としては、フィラメント方式、ショットキー方式、フィールドエミッション方式などのものを用いることができる。偏向器としては、磁界偏向型あるいは静電偏向型のものが用いられる。1段の偏向器あるいは上下2段の偏向器などを用いることができる。対物レンズとしては、磁場による電子の集束作用を用いた磁界レンズや、磁場と電場を重畳させることにより色収差を低減させた電界重畳型磁界レンズなどを用いることができる。
試料104は、試料室102に備えられた傾斜可能な試料ステージに搭載されている。FIBによって試料104を加工するときは、試料104をFIB鏡筒101側に傾斜させ、SEMによって試料104を観察するときは、試料104をSEM鏡筒100側に傾斜させる。SEM観察時において試料104に対してバイアス電圧を印加する場合は、試料104とSEM鏡筒100との間に形成される電界の歪みを考慮して、試料104をSEM鏡筒100の中心軸に対して垂直になるように配置する。
制御器105は、電子銃より発生した1次電子線を偏向器により試料104上で走査し、試料104内部から発生する2次電子を2次電子検出器(SEM鏡筒100内や試料室102内に搭載されている)によって検出することにより、SEM観察像を取得する。制御器105は、イオン源から試料104に対してイオンビームを照射することにより、試料104を加工し、試料104のFIB観察像を取得する。FIB観察像は、SEM観察像と同様の手法で取得することができる。
図2は、SEM鏡筒100が備える対物レンズの構成を示す側面図である。対物レンズは、第1磁極片110、第2磁極片111、第1コイル112を備える。第1磁極片110と第2磁極片111は、中空円筒形状の磁性材料によって形成することができる。電子ビームは中空部分を通過する。第1磁極片110と第2磁極片111は、電子ビームの経路を中心軸とする軸対称に形成されている。第2磁極片111は、電子ビームの経路から見て第1磁極片110の外側に配置されている。第2磁極片111の試料104側の端部は、第1磁極片110の試料104側の端部よりも、試料104に近い位置まで延伸している。
第1コイル112は、第1磁極片110と第2磁極片111との間に配置されている。制御器105は、第1コイル112に流す電流値を制御することにより、第1磁極片110と第2磁極片111から発生する磁束を調整する。これにより磁界レンズの特性を制御することができる。
第2コイル113は、電子ビームの経路(各磁極片の中心軸)から見て、第2磁極片111の外側に配置されている。SEM鏡筒100が第2コイル113を備えてもよいし、試料室102内に第2コイル113を配置してもよい。制御器105は、第2コイル113に流す電流値を制御することにより、後述する手法にしたがって漏れ磁場を抑制する。
図3は、図2に示す対物レンズにおいて発生する磁場の概念図である。図3においてはSEM鏡筒100内に磁界強度のピークをもつ非浸漬型磁界レンズ120を例示したが、SEM鏡筒100と試料104との間に磁界強度のピークをもつ浸漬型磁界レンズや、これらの磁界レンズを複合したレンズを用いることもできる。非浸漬型磁界レンズとは、レンズがSEM鏡筒100内部に形成されるタイプの磁界レンズである。浸漬型磁界レンズとは、レンズがSEM鏡筒100の外部(試料104側)に形成されるタイプの磁界レンズである。
非浸漬型磁界レンズの対物レンズは、試料室102に対する漏れ磁場121が小さい。しかし対物レンズに起因して試料室102内部に発生する磁場は、完全にゼロではない。したがって、漏れ磁場によりイオンビームに対してローレンツ力が作用し、イオンビームの進行方向と磁場の磁束方向に直交する方向にイオンが偏向される。この結果、イオンビームが試料104表面で数nmから数十nm程度シフトする。シングルポールレンズタイプの対物レンズはSEM鏡筒100外の試料104近傍に磁場を発生させるので、イオンビームに対する磁場の影響が大きく、試料104上で数百μm程度のビームシフトが生じるとともに、イオン同位体の質量分離による分解能の劣化が生じる。さらにシングルポールレンズの場合、励磁をオフにしても試料室102内に磁場が残留するので、イオンビームの性能を悪化させる。
図4は、FIB観察像の位置ずれの例である。図4(a)は、第1コイル112に第1電流を流しながら試料104をFIBによって観察したときの観察像である。第1コイル112に電流を流しながらFIBによって試料104を観察すると、第2磁極片111から生じる漏れ磁場により、観察像の位置がずれる。ここでは説明の便宜上、第1電流を流しているときの基準位置131を図面の中央に配置した。
図4(b)は、第1コイル112に第2電流を流しながら試料104をFIBによって観察したときの観察像である。試料104の位置は図4(a)と同じである。図4(a)(b)を比較すると分かるように、第1コイル112に流す電流値によって、試料室102内に生じる漏れ磁場の大きさが異なるので、観察像の位置ずれもその電流値によって異なる。すなわち、第1コイル112に第1電流を流したときと第2電流を流したときとの間には、位置ずれ量の差分132が生じる。本実施形態1においては、この差分132を用いて、第2コイル113に流すべき電流値を決定することを図る。
図5は、漏れ磁場を抑制するため第2コイル113に流す電流値を決定する手順を説明するフローチャートである。本フローチャートは、制御器105が実施することもできるし、オペレータがマニュアル操作によって実施することもできる。以下の説明では制御器105が各ステップを実施するものとする。以下図5の各ステップについて説明する。
(図5:ステップS501)
制御器105は、SEM鏡筒100の対物レンズの磁場を消磁する。本ステップは、SEM対物レンズの励磁をゼロにした際に残留する磁場を消すことにより、以下のステップにおいて実施するFIBの像シフト補正の精度を高めるためのものである。例えば第1コイル112や第2コイル113に、観察時とは逆向きの直流電流や交流電流を流すことにより、SEM磁界レンズから生じる磁場を打ち消すことができる。
制御器105は、SEM鏡筒100の対物レンズの磁場を消磁する。本ステップは、SEM対物レンズの励磁をゼロにした際に残留する磁場を消すことにより、以下のステップにおいて実施するFIBの像シフト補正の精度を高めるためのものである。例えば第1コイル112や第2コイル113に、観察時とは逆向きの直流電流や交流電流を流すことにより、SEM磁界レンズから生じる磁場を打ち消すことができる。
(図5:ステップS502〜S503)
制御器105は、第1コイル112に第1電流を流しながら、FIBによって試料104の観察像を取得する(S502)。制御器105は、観察像上において、あらかじめ定めておいた基準位置がずれている量を特定し、その像シフト量と第1電流値を記憶装置上に記憶する(S503)。例えば本フローチャートを開始する前にあらかじめ試料104をFIBによって観察し、その観察像上の適当な位置を基準位置として定めることができる。
制御器105は、第1コイル112に第1電流を流しながら、FIBによって試料104の観察像を取得する(S502)。制御器105は、観察像上において、あらかじめ定めておいた基準位置がずれている量を特定し、その像シフト量と第1電流値を記憶装置上に記憶する(S503)。例えば本フローチャートを開始する前にあらかじめ試料104をFIBによって観察し、その観察像上の適当な位置を基準位置として定めることができる。
(図5:ステップS504〜S506)
制御器105は、ステップS501〜S503と同様の手順により、第1コイル112に第2電流を流したときのFIB像シフト量と第2電流値を記憶する。このとき試料104の位置はステップS501〜S503と同じである。
制御器105は、ステップS501〜S503と同様の手順により、第1コイル112に第2電流を流したときのFIB像シフト量と第2電流値を記憶する。このとき試料104の位置はステップS501〜S503と同じである。
(図5:ステップS507)
制御器105は、第1コイル112に流す電流値とFIB像シフト量との間の対応関係を、図6で例示する手法によって推定する。制御器105は、その推定した対応関係にしたがって、FIB像シフトを抑制するため第2コイル113に流す電流値を決定する。具体的手順は図6と併せて説明する。
制御器105は、第1コイル112に流す電流値とFIB像シフト量との間の対応関係を、図6で例示する手法によって推定する。制御器105は、その推定した対応関係にしたがって、FIB像シフトを抑制するため第2コイル113に流す電流値を決定する。具体的手順は図6と併せて説明する。
図6は、第1コイル112に流す電流とFIB像シフト量との間の対応関係を例示するグラフである。ステップS503とS506において、それぞれ図6(a)の点140と141が観察されたものと仮定する。第1コイル112に流す電流値とFIB像シフト量との間の関係が線形である場合、制御器105は両者の対応関係を関数142として推定することができる。
制御器105は、ステップS501〜S506と同様の手順にしたがって、第2コイル113に電流を流しながらFIB観察像を取得することにより、第2コイル113に流す電流値とFIB像シフト量との間の対応関係を、図6(a)と同様に推定することができる。制御器105は、第1コイル112について推定した対応関係と、第2コイル113について推定した対応関係とを用いて、第2コイル113に流す電流値を決定することができる。すなわち、第1コイル112に電流を流すことによって生じるFIB像シフトを推定し、同じ量の反対向きのFIB像シフトを生じさせる電流を第2コイル113に流せばよい。
図6(b)は、第1コイル112に流す電流とFIB像シフト量との間の対応関係が線形ではない場合の例である。この場合はステップS501〜S503と同様の手順を、第1コイル112に流す電流値を変えて3回以上実施する。例えば点143と点144をさらに取得し、各点をつなぐ関数145を求めることにより、第1コイル112に流す電流とFIB像シフト量との間の対応関係を推定することができる。第2コイル113についても同様である。
<実施の形態1:まとめ>
本実施形態1に係る荷電粒子線装置10は、第1コイル112に第1電流を流しているときのFIB像シフト量と、第1コイルに第2電流を流しているときのFIB像シフト量との間の差分に基づき、第2コイル113に流す電流値を決定する。これにより、第1コイル112に電流を流しているときの漏れ磁場を測定することなく、第2コイル113を用いてFIB像シフトを抑制することができる。したがって試料室102内に磁場測定器を配置する必要がないので、試料室102(さらには荷電粒子線装置10そのもの)の構造を簡易化することができる。
本実施形態1に係る荷電粒子線装置10は、第1コイル112に第1電流を流しているときのFIB像シフト量と、第1コイルに第2電流を流しているときのFIB像シフト量との間の差分に基づき、第2コイル113に流す電流値を決定する。これにより、第1コイル112に電流を流しているときの漏れ磁場を測定することなく、第2コイル113を用いてFIB像シフトを抑制することができる。したがって試料室102内に磁場測定器を配置する必要がないので、試料室102(さらには荷電粒子線装置10そのもの)の構造を簡易化することができる。
<実施の形態2>
図7は、本発明の実施形態2に係る荷電粒子線装置10が、第2コイル113に電流を流すことにより漏れ磁場を抑制する手順を説明するフローチャートである。荷電粒子線装置10の構成は実施形態1と同様である。以下図7の各ステップについて説明する。
図7は、本発明の実施形態2に係る荷電粒子線装置10が、第2コイル113に電流を流すことにより漏れ磁場を抑制する手順を説明するフローチャートである。荷電粒子線装置10の構成は実施形態1と同様である。以下図7の各ステップについて説明する。
(図7:ステップS701〜S702)
制御器105は、ステップS501〜S502と同様に、対物レンズの磁場を消磁した上で(S701)、第1コイル112に第1電流を流す(S702)。これにより試料104のFIB観察像が基準位置からシフトする。
制御器105は、ステップS501〜S502と同様に、対物レンズの磁場を消磁した上で(S701)、第1コイル112に第1電流を流す(S702)。これにより試料104のFIB観察像が基準位置からシフトする。
(図7:ステップS703)
制御器105は、第2コイル113に電流を流すことにより、ステップS702におけるFIB像シフトを元に戻す。具体的には、第1コイル112による像シフトと反対向きの像シフトを生じさせる電流を第2コイル113に流し、電流値を次第に増加させることにより、像シフトを元に戻すことができる。必ずしも像シフトを完全にキャンセルする必要はなく、像シフトが許容範囲内に収まる程度まで像シフトを抑制すればよい。
制御器105は、第2コイル113に電流を流すことにより、ステップS702におけるFIB像シフトを元に戻す。具体的には、第1コイル112による像シフトと反対向きの像シフトを生じさせる電流を第2コイル113に流し、電流値を次第に増加させることにより、像シフトを元に戻すことができる。必ずしも像シフトを完全にキャンセルする必要はなく、像シフトが許容範囲内に収まる程度まで像シフトを抑制すればよい。
(図7:ステップS704)
制御器105は、ステップS702における第1電流値と、ステップS703において第2コイル113に流した電流値を、対応付けて記憶する。
制御器105は、ステップS702における第1電流値と、ステップS703において第2コイル113に流した電流値を、対応付けて記憶する。
(図7:ステップS705〜S708)
制御器105は、ステップS701〜S704と同様の手順により、第1コイル112に第2電流を流したとき第2コイル113に流す電流を特定し、これら電流値を対応付けて記憶する。このとき試料104の位置はステップS701〜S704と同じである。
制御器105は、ステップS701〜S704と同様の手順により、第1コイル112に第2電流を流したとき第2コイル113に流す電流を特定し、これら電流値を対応付けて記憶する。このとき試料104の位置はステップS701〜S704と同じである。
(図7:ステップS709)
制御器105は、ステップS704とS708において記憶した、第1コイル112に流す電流値と第2コイル113に流す電流値とに基づいて、両者の間の対応関係を推定する。推定手法としては、例えば図6で説明したものを用いることができる。この対応関係を用いることにより、第1コイル112に流す電流値が定まれば、そのときのFIB像シフトを抑制するため第2コイル113に流す電流値を定めることができる。
制御器105は、ステップS704とS708において記憶した、第1コイル112に流す電流値と第2コイル113に流す電流値とに基づいて、両者の間の対応関係を推定する。推定手法としては、例えば図6で説明したものを用いることができる。この対応関係を用いることにより、第1コイル112に流す電流値が定まれば、そのときのFIB像シフトを抑制するため第2コイル113に流す電流値を定めることができる。
<実施の形態2:まとめ>
本実施形態2に係る荷電粒子線装置10は、第1コイル112に第1電流を流しているときのFIB像シフトを抑制するため第2コイル113に流す電流を特定し、さらに第1コイル112に第2電流を流しているときのFIB像シフトを抑制するため第2コイル113に流す電流を特定する。荷電粒子線装置10はさらに、各電流値にしたがって、第1コイル112に流す電流を第2コイル113に流す電流との間の対応関係を推定する。すなわち、FIB像シフトを直接的に抑制するので、第2コイル113に流すべき電流値を正確に求めることができる。
本実施形態2に係る荷電粒子線装置10は、第1コイル112に第1電流を流しているときのFIB像シフトを抑制するため第2コイル113に流す電流を特定し、さらに第1コイル112に第2電流を流しているときのFIB像シフトを抑制するため第2コイル113に流す電流を特定する。荷電粒子線装置10はさらに、各電流値にしたがって、第1コイル112に流す電流を第2コイル113に流す電流との間の対応関係を推定する。すなわち、FIB像シフトを直接的に抑制するので、第2コイル113に流すべき電流値を正確に求めることができる。
<実施の形態3>
図8は、荷電粒子線装置10がSEM鏡筒100の加速電圧を変更するときの動作を説明するフローチャートである。荷電粒子線装置10は、実施形態1〜2で説明した手順により、FIB像シフトを抑制するため第2コイル113に流す電流を決定済であるものとする。以下図8の各ステップについて説明する。
図8は、荷電粒子線装置10がSEM鏡筒100の加速電圧を変更するときの動作を説明するフローチャートである。荷電粒子線装置10は、実施形態1〜2で説明した手順により、FIB像シフトを抑制するため第2コイル113に流す電流を決定済であるものとする。以下図8の各ステップについて説明する。
(図8:ステップS801〜S803)
制御器105は、ステップS501と同様に対物レンズの磁場を消磁する(S801)。制御器105は、SEM鏡筒100の加速電圧を変更する(S802)。例えば測定条件を変更するとき、加速電圧を変更する場合がある。加速電圧が変わると、対物レンズの特性もこれに応じて変える必要がある。したがって制御器105は、変更後の加速電圧に応じて、第1コイル112に流す電流値を変更する(S803)。
制御器105は、ステップS501と同様に対物レンズの磁場を消磁する(S801)。制御器105は、SEM鏡筒100の加速電圧を変更する(S802)。例えば測定条件を変更するとき、加速電圧を変更する場合がある。加速電圧が変わると、対物レンズの特性もこれに応じて変える必要がある。したがって制御器105は、変更後の加速電圧に応じて、第1コイル112に流す電流値を変更する(S803)。
(図8:ステップS804)
制御器105は、あらかじめ特定した対応関係にしたがって、第1コイル112に流す電流値に対応する、第2コイル113に流す電流値を決定する。制御器105は、その電流を第2コイル113に流すことにより、FIB像シフトを抑制する。
制御器105は、あらかじめ特定した対応関係にしたがって、第1コイル112に流す電流値に対応する、第2コイル113に流す電流値を決定する。制御器105は、その電流を第2コイル113に流すことにより、FIB像シフトを抑制する。
<実施の形態4>
図9は、本発明の実施形態4に係る荷電粒子線装置10が備えるSEM鏡筒100の対物レンズの構成図である。本実施形態4に係る荷電粒子線装置10は、実施形態1〜2で説明した構成に加えて、第3コイル150と第3磁極片114を備える。
図9は、本発明の実施形態4に係る荷電粒子線装置10が備えるSEM鏡筒100の対物レンズの構成図である。本実施形態4に係る荷電粒子線装置10は、実施形態1〜2で説明した構成に加えて、第3コイル150と第3磁極片114を備える。
第1コイル112は第1磁極片110と第2磁極片111の間に置かれ、SEM鏡筒100内に磁界強度のピークをもつ非浸漬型磁界レンズ120を形成する。第2コイル113は第2磁極片111の外側に置かれ、SEM鏡筒100と試料104との間に磁界強度のピークをもつ浸漬型磁界レンズ151を形成する。
第3磁極片114は、電子ビームの経路から見て第2磁極片111よりも外側に配置されている。第2磁極片111と第3磁極片114は、第2コイル113を取り囲む磁路を形成している。これにより第2コイル113は、実施形態1で説明した構成と比較して、磁場レンズを形成する機能をより強く有することになる。
第3コイル150は、第2磁極片111の外側に配置されており、FIB像シフトを抑制するために用いられる。第3コイル150としては、第1コイル112および第2コイル113と比較して、コイル線の巻数が少なく小型なものを用いることができる。FIB像シフトを抑制するため第3コイル150に流す電流は、実施形態1〜2と同様の手法により決定することができる。第3コイル150は、SEM鏡筒100の一部として構成することもできるし、試料室102に配置することもできる。
第2コイル113は、磁場レンズを形成するために用いることもできるし、実施形態1〜3と同様にFIB像シフトを抑制するために用いることもできる。例えば、第1コイル112により非浸漬型磁界レンズを形成する際に発生するFIB像シフトを、第2コイル113によって抑制することもできるし、第3コイル150によって抑制することもできる。
本実施形態4において、第2コイル113は磁界レンズを形成する役割と漏れ磁場を抑制する役割を兼ねるので、3つのコイルのなかで巻数が最も多い。すなわち、第2コイル巻数≧第1コイル巻数≧第3コイル巻数である。これに対して実施形態1においては、第2コイル113は漏れ磁場を抑制するために用いるので、第1コイル112よりも巻数が少ない。すなわち、第1コイル巻数≧第2コイル巻数である。
図10は、図9の変形例である。第3コイル150は、図9に示すようにSEM鏡筒100の一部として構成することもできるし、図10に示すように試料室102内に配置することもできる。
<実施の形態5>
図11は、本発明の実施形態5に係る荷電粒子線装置10が備えるSEM鏡筒100の対物レンズの構成図である。第1コイル112と第2コイル113のいずれか一方または両方は、複数のコイルに分割して構成することができる。図11においては、第1コイル112と第2コイル113ともに2つのコイルに分割した例を示した。
図11は、本発明の実施形態5に係る荷電粒子線装置10が備えるSEM鏡筒100の対物レンズの構成図である。第1コイル112と第2コイル113のいずれか一方または両方は、複数のコイルに分割して構成することができる。図11においては、第1コイル112と第2コイル113ともに2つのコイルに分割した例を示した。
磁極片から生じる磁場を安定させるためには、磁極片の温度変化を抑制することが重要である。磁極片の温度変化を抑制するためには、コイルの消費電力を一定に保てばよい。コイルの消費電力を一定に保ちつつ磁場を調整するためには、コイルに流れる電流の大きさを一定に保ちつつ各分割コイルの電流の向きを変化させればよい。例えば図11において、コイル112Aと112Bに互いに反対向きの電流を流すことにより、発生する磁場を打ち消すことができる。磁場を発生させるときは、コイル112Aと112Bに同じ向きの電流あるいは、反対向きの大きさの異なる電流を流せばよい。いずれの場合においても電流値を一定に保つことにより、消費電力を一定に保つことができる。
各分割コイルの巻数は同じであってもよいしそれぞれ異なっていてもよい。巻数が同じであるほうが、電流制御を簡易化できる。コイルとしての性能は、分割コイルの場合も単一コイルの場合も同じである。
<本発明の変形例について>
本発明は、前述した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
本発明は、前述した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
FIB−SEM装置のアプリケーションの1つとして、FIB加工とSEM観察を素早く交互に繰り返すことにより、試料を3次元的に分析するモード(以下CutAndSeeと称する)がある。このCutAndSeeにおいて本発明を用いて、より高精度な分析を実現できる。CutAndSeeにおいては、FIB加工を繰り返すにつれてSEM観察時の試料高さが変化する。したがって、分析中にSEM鏡筒100のフォーカスを調整する必要がある。このとき、試料室102内のSEM対物レンズ磁場が微小変化してFIBがシフトするので、FIBによる加工精度を悪化させる。そこで、CutAndSee中にSEM対物レンズ磁場の影響を、第2コイル113または第3コイル150によって抑制する。これにより、FIBの加工精度を向上させることができる。
図12は、CutAndSeeを実施しているときのFIB観察像の例である。領域170は、FIBによって加工する領域である。基準位置131のずれを、例えばCutAndSee処理を数回実施する毎に補正することにより、加工精度を向上させることができる。
以上の実施形態において、制御器105は、その機能を実装した回路デバイスなどのハードウェアを用いて構成することもできるし、その機能を実装したソフトウェアを演算装置が実行することにより構成することもできる。
10:荷電粒子線装置
100:SEM鏡筒
101:FIB鏡筒
102:試料室
103:FIB−SEM架台
104:試料
105:制御器
106:モニタ
110:第1磁極片
111:第2磁極片
112:第1コイル
113:第2コイル
114:第3磁極片
150:第3コイル
100:SEM鏡筒
101:FIB鏡筒
102:試料室
103:FIB−SEM架台
104:試料
105:制御器
106:モニタ
110:第1磁極片
111:第2磁極片
112:第1コイル
113:第2コイル
114:第3磁極片
150:第3コイル
Claims (13)
- 試料に対して荷電粒子線を照射する荷電粒子線装置であって、
前記試料に対して集束イオンビームを出射するイオンビーム照射部、
前記試料に対して電子ビームを出射する電子ビーム照射部、
前記電子ビームを前記試料に対して収束させる対物レンズ、
前記対物レンズを制御する制御部、
を備え、
前記対物レンズは、
第1磁極片、
前記第1磁極片に対して前記電子ビームの経路から離れる側の位置に配置された第2磁極片、
前記第1磁極片と前記第2磁極片との間に配置された第1コイル、
を備え、
前記荷電粒子線装置はさらに、前記第2磁極片に対して前記電子ビームの経路から離れる側の位置に配置された第2コイルを備え、
前記制御部は、前記第1コイルに第1電流を流しながら前記集束イオンビームによって前記試料の観察像を取得する第1動作と、前記試料の位置を前記第1動作と同じ位置に配置した上で前記第1コイルに第2電流を流しながら前記集束イオンビームによって前記試料の観察像を取得する第2動作とを実施し、
前記制御部は、前記第1コイルに電流を流すことによって生じる前記観察像の位置ずれを減少させる磁界を発生させる補正電流を前記第2コイルに流し、
前記制御部は、前記第1動作と前記第2動作との間の差分に基づき前記補正電流を決定する
ことを特徴とする荷電粒子線装置。 - 前記制御部は、前記第1コイルに前記第1電流を流したときにおける前記試料の第1観察像と、前記第1コイルに前記第2電流を流したときにおける前記試料の第2観察像との間の第1ずれ量を、前記差分として取得し、
前記制御部は、前記第1ずれ量に基づき前記補正電流を決定する
ことを特徴とする請求項1記載の荷電粒子線装置。 - 前記制御部は、前記第1電流、前記第2電流、および前記第1ずれ量に基づき、前記第1コイルに流す電流と前記第1ずれ量との間の第1対応関係を推定し、
前記制御部は、推定した前記第1対応関係にしたがって、前記第1コイルに流す電流に対応する前記補正電流を決定する
ことを特徴とする請求項2記載の荷電粒子線装置。 - 前記制御部は、前記第2コイルに第3電流を流したときにおける前記試料の第3観察像と、前記第2コイルに第4電流を流したときにおける前記試料の第4観察像との間の第2ずれ量を取得し、
前記制御部は、前記第3電流、前記第4電流、および前記第2ずれ量に基づき、前記第2コイルに流す電流と前記第2ずれ量との間の第2対応関係を推定し、
前記制御部は、推定した前記第2対応関係にしたがって、前記第1ずれ量を減少させるように前記補正電流を決定する
ことを特徴とする請求項2記載の荷電粒子線装置。 - 前記制御部は、前記第1コイルにそれぞれ異なる複数の電流を流すとともに、そのそれぞれの電流を流しながら前記集束イオンビームによって前記試料の観察像を取得し、
前記制御部は、前記第1コイルに流す電流と前記観察像のずれ量との間の対応関係を推定し、
前記制御部は、前記推定した対応関係にしたがって、前記第1コイルに流す電流に対応する前記補正電流を決定する
ことを特徴とする請求項2記載の荷電粒子線装置。 - 前記制御部は、前記第1コイルに前記第1電流を流しながら前記集束イオンビームによって取得した前記試料の観察像の位置ずれを、前記第2コイルに第1補正電流を流すことにより減少させ、
前記制御部は、前記第1コイルに前記第2電流を流しながら前記集束イオンビームによって取得した前記試料の観察像の位置ずれを、前記第2コイルに第2補正電流を流すことにより減少させ、
前記制御部は、前記第1補正電流と前記第2補正電流との間の第3ずれ量を前記差分として取得し、
前記制御部は、前記第3ずれ量に基づき、前記第1コイルに流す電流に対応する前記補正電流を決定する
ことを特徴とする請求項1記載の荷電粒子線装置。 - 前記制御部は、前記第1電流、前記第2電流、および前記第3ずれ量に基づき、前記第1コイルに流す電流と前記補正電流との間の第3対応関係を推定し、
前記制御部は、推定した前記第3対応関係にしたがって、前記第1コイルに流す電流に対応する前記補正電流を決定する
ことを特徴とする請求項6記載の荷電粒子線装置。 - 前記制御部は、前記電子ビーム照射部が電子ビームを出射する際に用いる加速電圧を変更したとき、前記変更後の加速電圧の下で前記第1コイルに流す電流を決定し、
前記制御部は、前記変更後の加速電圧の下で前記第1コイルに流す電流に対応する前記補正電流を決定する
ことを特徴とする請求項1記載の荷電粒子線装置。 - 前記荷電粒子線装置はさらに、前記第2磁極片に対して前記電子ビームの経路から離れる側の位置に配置された第3コイルを備え、
前記制御部は、前記第1コイルに電流を流すことによって生じる前記観察像の位置ずれを減少させる磁界を発生させる第3補正電流を前記第3コイルに流し、
前記制御部は、前記第1動作と前記第2動作との間の差分に基づき前記第3補正電流を決定する
ことを特徴とする請求項1記載の荷電粒子線装置。 - 前記荷電粒子線装置はさらに、前記第2コイルに対して前記電子ビームの経路から離れる側の位置に配置された第3磁極片を備え、
前記第2磁極片と前記第3磁極片は、前記第2コイルを取り囲む磁路を形成している
ことを特徴とする請求項9記載の荷電粒子線装置。 - 前記第1コイルと前記第2コイルの少なくともいずれかは、複数のコイルによって形成されている
ことを特徴とする請求項1記載の荷電粒子線装置。 - 前記第2コイルの巻数は前記第1コイルの巻数以上であり、
前記第1コイルの巻数は前記第3コイルの巻数以上である
ことを特徴とする請求項9記載の荷電粒子線装置。 - 前記第1コイルの巻数は前記第2コイルの巻数以上である
ことを特徴とする請求項1記載の荷電粒子線装置。
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