WO2020153074A1 - 多段連結多極子、多段多極子ユニット、及び荷電粒子線装置 - Google Patents

多段連結多極子、多段多極子ユニット、及び荷電粒子線装置 Download PDF

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WO2020153074A1
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multistage
poles
pole
charged particle
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英登 土肥
慶喜 大高
眞史 稲田
秀之 数見
鹿島　秀夫
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株式会社日立ハイテク
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    • H01J2237/153—Correcting image defects, e.g. stigmators
    • H01J2237/1534—Aberrations

Definitions

  • the present invention relates to a multistage multipole unit, a multistage multipole unit, and a charged particle beam device in which such a multistage multipole unit can be used.
  • a charged particle beam apparatus In the process of manufacturing a semiconductor device, a charged particle beam apparatus is used which measures the dimension of a pattern shape and inspects defects by irradiating an LSI with a charged particle beam and detecting secondary electrons generated from a sample, and particularly scanning.
  • the electron microscope Scanning Electron Microscope: SEM
  • SEM Scanning Electron Microscope
  • Improve the resolution of the device is indispensable for measuring fine patterns by SEM.
  • SEM SEM
  • the spot size of the electron beam is reduced and a high-resolution SEM image can be captured.
  • the accelerating voltage is increased, the sample is damaged and the fine pattern shrinks, or the electron beam passes through the fine pattern, and the surface information of the fine pattern cannot be obtained. Therefore, an SEM with low acceleration voltage and high resolution is required.
  • the aberration corrector is equipped with a single-stage or multi-stage pole, and produces an electromagnetic field to exert the action of a concave lens on the electron beam to correct the aberration.
  • an electromagnetic field having a correct spatial distribution is generated, parasitic aberration occurs and the electron beam spot size cannot be reduced. If the generated parasitic aberration is large, it is necessary to use another correction coil to correct it, or to adjust the voltage and current of each individual pole independently, which complicates the control. In order to reduce the amount of parasitic aberration generated, it is necessary to process and assemble the multipole element with high precision.
  • Patent Document 1 discloses a method for producing a highly accurate multipole element.
  • a member having six multipoles and a yoke is integrally machined from a single material, and two such integrally molded members are prepared.
  • a coil is wound around the connecting portion of the multipole element and the yoke of the two integrally formed members, and then the two integrally formed members are fixed in a stacked manner.
  • a 12-pole lens in which 12 single-stage poles are arranged is formed. According to this method, the number of parts can be reduced, and the assembly tolerance of the pole can be reduced.
  • Patent Documents 2 and 3 disclose a method in which a plurality of single-stage poles are arranged, an insulating material is brazed and connected between them to form a multi-stage pole, and then the pole is fixed to a grooved base block. It is disclosed.
  • a multistage connecting pole is fitted and fixed in a groove of a cylindrical housing made of a nonmagnetic material having a plurality of grooves parallel to the optical axis direction, and then a shaft of a magnetic material and a yoke around which a coil is wound.
  • the conventional techniques have the following problems.
  • the six poles integrally machined from one member can be manufactured with the accuracy of machining, but the assembly tolerance between the members when assembling the two members cannot be avoided. It causes parasitic aberration.
  • the method of Patent Document 1 can manufacture the spherical aberration corrector, but cannot manufacture the chromatic aberration corrector.
  • the single-stage multipole lens is multi-staged, the single-stage lenses are stacked, so that it is impossible to avoid the occurrence of assembly tolerances, the magnetic field center of the generated multipole magnetic field shifts from one stage to another, and the magnetic field is generated. It is difficult to avoid tilting the surface.
  • the arrangement of the second and subsequent poles of the multi-stage pole member relative to the first-stage pole (pole tip) Position) depends on the accuracy when brazing the insulating material.
  • the method disclosed in Patent Document 2 adopts a method of fixing the multistage connected multipole element to the base block. Further, in the method disclosed in Patent Document 3, there is a gap between the housing and the pole piece. Therefore, when the magnetic material shaft is attached to the pole, each pole may be deformed due to the stress applied to the pole member, or the fastening between the base block and the housing may be loosened and the position of the multi-stage connected multipole member may be displaced. There is.
  • An object of the present invention is to provide a multi-stage connected multipole and a charged particle beam device which can be manufactured with precision of machining without requiring precision in brazing the pole and the insulating material.
  • the multi-stage connected multipole comprises a plurality of poles arranged along the optical axis direction of the charged particle beam and having notches on the opposite surfaces, and an insulator arranged between the plurality of poles. And a pillar. The pole and the pillar are joined at the notch via a joining material.
  • a multistage multipole unit and a charged particle beam device can be provided.
  • FIG. 1 It is a schematic perspective view explaining the structure of the multistage connection multipole element 100 of 1st Embodiment. It is a schematic diagram explaining the brazing process performed in the multistage connection multipole element 100 shown in FIG. It is a schematic perspective view explaining the structure of the multistage coupling multipole element 100A of 2nd Embodiment. It is a schematic diagram explaining the brazing process performed in 100 A of multistage connection multipoles shown in FIG. It is a schematic perspective view explaining the structure of the chromatic/spherical aberration corrector 200 according to the third embodiment. It is a schematic perspective view explaining the structure of the multistage connection multipole element 100B attached to the housing 103 of FIG. FIG.
  • FIG. 9 is a schematic sectional view of a chromatic/spherical aberration corrector 200 according to a third embodiment. It is a schematic perspective view explaining the structure of the chromatic/spherical aberration corrector 200A according to the fourth embodiment. It is a schematic perspective view explaining the structure of 100 C of multistage connection multipoles attached to the housing 103A of FIG. It is a schematic sectional drawing of 200 A of chromatic/spherical aberration correctors of 4th Embodiment. It is a schematic sectional drawing of the chromatic/spherical aberration corrector 200B of 5th Embodiment. It is a schematic diagram showing the whole charged particle beam device composition of a 6th embodiment.
  • 16 is a block diagram showing an example of a configuration of an optical system control unit 320 in the case of correcting aberration of a charged particle beam in a charged particle beam device equipped with a chromatic/spherical aberration corrector as in the sixth embodiment. is there. 21 is a flowchart showing a procedure for correcting aberration of a charged particle beam in a charged particle beam device equipped with a chromatic/spherical aberration corrector as in the sixth embodiment.
  • multipole element 100 With reference to FIGS. 1 and 2, a multistage multipole element 100 according to the first embodiment (hereinafter, simply referred to as “multipole element 100”) will be described.
  • the multipole element 100 shown in FIG. 1 is a multistage multipole element having four stages, which constitutes a part of a chromatic/spherical aberration corrector having four stages of 12 poles.
  • the multipole element 100 has a total of four poles, a first-stage pole Q1, a second-stage pole Q2, a third-stage pole Q3, and a fourth-stage pole Q4, which are arranged in the optical axis direction of the charged particle beam device. It is arranged along the line.
  • Each of the poles Q1 to Q4 is made of a soft magnetic metal such as pure iron, permalloy, or permendur so as to guide the magnetic field.
  • the poles Q1 to Q4 are provided with notches N for fitting columns P1 to P3, which will be described later, on the surface facing the adjacent poles.
  • the notch N is provided only on one side surface thereof.
  • the second-stage pole piece Q2 and the third-stage pole piece Q3, which are located in the middle are provided with notches N on both side surfaces thereof.
  • the respective poles Q1 to Q4 are arranged along the optical axis direction of the charged particle beam device so that the notches N face each other. Then, in each notch N, columns P1, P2, P3 made of, for example, ceramic such as alumina are arranged. The notches N and the columns P1, P2, P3 are joined by brazing, whereby the poles Q1 to Q4 and the columns P1 to P3 are integrated.
  • FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a brazing process performed in the multipole element 100 shown in FIG.
  • the pole base material 1 is a single soft magnetic metal and is integrally formed by machining.
  • the polar base material 1 has four blocks 11 to 14. These finally become the above-mentioned poles Q1 to Q4.
  • Notches N are provided on the inner side surfaces of the blocks 11 and 14 and both side surfaces of the blocks 12 and 13.
  • the blocks 11 to 14 are connected to the tip-side connecting portion 2 and the back-side connecting portion 3 at the tip (one end) and the back surface (the other end) thereof.
  • the tip-side connecting portion 2 and the back-side connecting portion 3 form a part of the pole base material 1 together with the blocks 11 to 14. That is, the blocks 11 to 14 serving as the poles Q1 to Q4 are connected to the common front end side connecting portion 2 and the common rear side connecting portion 3 before being joined to the columns P1 to P3 by the joining material (brazing material).
  • the distal end side connecting portion 2 and the back surface side connecting portion 3 constitute a single pole base material.
  • the tip side connecting portion 2 and the back side connecting portion 3 are cut and separated, so that the plurality of blocks 11 to 14 become poles Q1 to Q4 which are physically independent members. Since the tip-side connecting portion 2 and the back-side connecting portion 3 are cut/separated along one cutting surface, respectively, a plurality of end surfaces of the separated poles Q1 to Q4 are defined by the cutting surface. It will have a shape that follows the surface.
  • the blocks 11 to 14 are connected to the tip-side connecting portion 2 and the back-side connecting portion 3 at intervals according to the design value of the multistage connecting multipole element 100.
  • the pillars P1 to P3 are arranged in the notches N provided in the polar base material 1, and an alloy such as silver brazing is arranged between the pillars and brazed.
  • the tip side connecting portion 2 and the back side connecting portion 3 are removed by machining.
  • the blocks 11 to 14 become the poles Q1 to Q4, respectively, and the four-stage multistage connected multipole element 100 shown in FIG. 1 is formed.
  • the blocks 11 to 14 in the pole base material 1 can be integrally machined under the same machining standard and machining condition, the dimensions of the blocks 11 to 14 and the distance between the blocks 11 to 14 can be determined. It can be processed with micrometer accuracy. Further, the removal of the tip-side connecting portion 2 and the back-side connecting portion 3 is also performed integrally by machining under the same processing reference and processing conditions, so that the distances and directions between the poles Q1 to Q4 and the respective poles are not shifted. , Can be molded with micrometer accuracy. Further, even when manufacturing a plurality of four-stage multistage connected multipole elements, since they can be processed with the same processing standard, processing conditions, and processing jig, processing can be performed with a variation in micrometer accuracy.
  • the arrangement of the columns P1, P2, and P3 does not affect the positional accuracy between the poles Q1 to Q4. That is, the columns P1 to P3 are fitted into the notches N and brazed at the stage where the blocks 11 to 14 serving as the poles Q1 to Q4 are integrated with the tip side connecting portion 2 and the back side connecting portion 3. It The poles Q1 to Q4 can be joined by fitting the columns P1 to P3 into the notches N and joining them with a brazing joining material regardless of the size of the error in the distance between the poles Q1 to Q4. Therefore, it is not necessary to adjust the positions of the columns P1 to P3 when brazing. Therefore, the yield of the brazing process is better than that of the manufacturing method in which the single poles are brazed to each other, and as a result, the yield of the multi-stage connected multipole producing process can be improved.
  • the pole base material 1 has two connecting portions (a tip-side connecting portion 2 and a back-side connecting portion 3) on the tip side and the back side. This contributes to preventing the stress accumulated in the pole base material 1 when processing the pole base material 1 from being released by the heat during brazing and deforming the block.
  • the number and positions of the connecting portions of the pole base material 1 are not limited to those shown in the figure, and the connecting portion of the pole base material 1 is provided only on either the tip side or the back side. May be.
  • the number of poles is not limited to four, and the number of poles may be two or more.
  • the columns P1 to P3 are not limited to a particular shape.
  • the pillars P1 to P3 having a rectangular prism shape are illustrated, but the pillars P1 to P3 are not limited thereto, and may have a columnar shape, a triangular prism shape, or a trapezoidal shape.
  • the material of the pillars P1 to P3 is not limited to alumina, and the present embodiment can be applied as long as it is ceramics that can be brazed with a metal or other insulating material.
  • the multistage connected multipole element can be applied not only to the chromatic/spherical aberration corrector but also to a spherical aberration corrector, an astigmatism corrector, a Wien filter, a deflector having a multipole structure, and the like.
  • a multistage coupled multipole element 100A according to a second embodiment will be described. Also in the second embodiment, as an example, a four-stage multi-stage connected multipole element 100A that constitutes a part of a chromatic/spherical aberration corrector including four 12-pole stages will be described as an example.
  • FIG. 3 is a schematic perspective view showing the configuration of the multistage multipole element 100A (hereinafter simply referred to as “multipole 100A”).
  • multipole 100A The same components as those of the multipole element 100 of FIG. 1 are designated by the same reference numerals in FIG. 3, and redundant description will be omitted below.
  • the multipole element 100A of the second embodiment is different from the multipole element 100 of the first embodiment in the structure of the member fitted in the notch N.
  • the structure of the poles Q1 to Q4 is the same as that of the multipole element 100 of the first embodiment.
  • the cap C is fitted in the notch N.
  • the cap C has substantially the same shape as the notch N, and is configured to have a size such that it can be fitted into the notch N with a predetermined gap therebetween.
  • a recess 11 is provided at the center of the cap C.
  • the material of the cap C is preferably the same as that of the poles Q1 to Q4.
  • the columns P11, P12, and P13 are not directly fitted into the notch N but are fitted into the notch N through the recess 11 of the cap C. ..
  • the columns P11 to P13 have projections 12 (projections) for fitting in the recesses 11 of the cap C.
  • the protrusion 12 has substantially the same shape as the recess 11, and can be fitted into the recess 11 via a predetermined gap.
  • the cap C has the concave portion 11 and the columns P11 to P13 have the protrusions 12 that are fitted therein, but conversely, the cap C has the protrusions.
  • the columns P11 to P13 may have recesses into which the protrusions are inserted.
  • FIG. 4 is a schematic diagram illustrating a brazing process executed in the multipole element 100A shown in FIG.
  • the same members as those in FIG. 3 are designated by the same reference numerals, and a duplicate description will be omitted.
  • the posts P11 to P13 are fitted into the notch N via the cap C and joined by brazing.
  • the arrangement of the cap C and the columns P11 to P13 does not affect the positional accuracy between the poles Q1 to Q4, so that the position adjustment of the members is not necessary during brazing. ..
  • the pole base material 1 and the cap C can be made of the same metal, they can be easily brazed. Since the protrusions 12 of the columns P11 to P13 fit into the recesses 11 provided in the cap C, strong brazing can be easily performed even between different materials. Therefore, the second embodiment can further improve the yield of the brazing process as compared with the first embodiment.
  • the chromatic/spherical aberration corrector 200 according to the third embodiment (hereinafter, simply referred to as “aberration corrector 200”) will be described with reference to FIGS. Also in the third embodiment, as an example, a magnetic field-based chromatic/spherical aberration corrector having a multi-pole multipole with 12 poles and 4 stages will be described as an example.
  • FIG. 5 is a perspective view of the housing 103 of the aberration corrector 200 according to the third embodiment.
  • the housing 103 has a cylindrical shape centered on the axis O.
  • the aberration corrector 200 is configured by mounting the multistage multipole element 100B shown in FIG. 6 on the inner wall of the housing 103.
  • twelve multi-stage connected multipole elements 100B are arranged on the inner wall of the housing 103 at substantially equal intervals in the circumferential direction, thereby forming a 12-pole 4-step multipole lens.
  • the housing 103 is made of a non-magnetic metal so as to separate and transmit the magnetic field supplied from the outside for each pole.
  • the number of multipole elements 100B attached to one housing 103 is not limited to twelve, and may be four, six, eight, or the like. That is, n sets (n is an integer of 2 or more) of the multistage connected multipole element 100B can be assembled to the housing 103 so as to be symmetrical with respect to the optical axis O.
  • the housing 103 includes, as an example, a thick wall portion 104 and a tapered groove 105 sandwiched between the thick wall portions 104 in an inner wall portion near one end surface.
  • the thick portion 104 has a larger thickness in the circumferential direction than the thin portion 108 below the thick portion 104.
  • the thick portions 104 are arranged at predetermined intervals in the circumferential direction of the cylindrical shape, and 12 tapered grooves 105 are provided between them, for example.
  • the tapered groove 105 has its sidewall provided with a predetermined taper angle, and is formed so as to extend with the direction of the axis O as the longitudinal direction.
  • a shaft through hole 106 is provided in the thin portion 108. Further, the tapered groove 105 is provided with a screw through hole 107 in addition to the shaft through hole 106.
  • the twelve tapered grooves 105 of the housing 103 can be processed with good uniformity and micrometer accuracy using the same processing standard and processing conditions.
  • FIG. 6 is a schematic perspective view showing an example of the structure of a multistage connected multipole element 100B (hereinafter simply referred to as “multipole element 100B”) attached to the housing 103.
  • the multipole element 100B can have substantially the same structure as the multipole element 100A of the second embodiment, for example.
  • the pole Q1 has a tapered side surface 112 that matches the shape of the above-described tapered groove 105 (has the same taper angle).
  • a screw hole H1 and a shaft mounting hole H2 are formed on the back surface of the first-stage pole piece Q1, and a shaft mounting hole H2 is provided on the back surface of the pole pieces Q2 to Q4.
  • the screw hole H1 is a screw hole for fixing the multipole element 100B to the housing 103 with a screw and a screw through hole 107.
  • the shaft mounting hole H2 is a hole into which one end of a shaft described later is inserted through the shaft through hole 106.
  • the chromatic/spherical aberration corrector 200 is configured by incorporating the 12 multipole elements 100B shown in FIG. 6 into the housing 103 shown in FIG.
  • the back surface of the pole Q1 having the tapered side surface 112 of the multipole element 100B is inserted into the tapered groove 105 provided between the thick portions 104 of the housing 103.
  • the pole 100B is fixed to the housing 103 by inserting a screw into the screw hole H1 on the back surface of the pole Q1 through the screw through hole 107.
  • the tapered side surface 112 of the multipole element 100B and the tapered groove 105 of the housing 103 are formed by machining, it is possible to perform processing with high accuracy.
  • the tapered side surface 112 of the pole element Q1 meshes with the tapered groove 105 of the housing 103, so the position and direction of the multipole element 100B with respect to the housing 103 are determined without adjustment during assembly. can do.
  • FIG. 7 is a schematic sectional view of the aberration corrector 200 according to the third embodiment.
  • FIG. 7 shows a state in which the multipole element 100B is attached to the inner wall of the housing 103 and the shafts 121 to 124 are attached to the outer wall of the housing 103.
  • the shafts 121 to 124 made of magnetic metal are inserted into the shaft mounting holes H2 on the back surface of the poles Q1, Q2, Q3, Q4 through the shaft through holes 106 on the outer wall side of the housing 103.
  • An exciting coil 128 is wound around each of the shafts 121 to 124.
  • the diameter of the shaft through hole 106 is set sufficiently larger than the cross-sectional diameter of the shafts 121 to 124. Therefore, the shafts 121 to 124 do not contact the housing 103.
  • An insulating sleeve 126 made of an insulating material such as resin is attached to the rear ends of the shafts 121 to 124, and a cylindrical ring magnetic path 125 made of a soft magnetic metal is formed on the insulating sleeve 126. It is attached.
  • a terminal 127 for introducing a voltage is attached to the rear ends of the shafts 122 and 123 of the second and third stages.
  • the second to fourth-stage poles Q2 to Q4 are arranged in the thin portion 108 of the housing 103 and do not contact the housing 103.
  • the shaft through hole 106 of the housing 103 is sufficiently larger than the outer diameters of the shafts 121 to 124, and the shafts 121 to 124 do not come into contact with the shafts 121 to 124.
  • the ring magnetic path 125 and the shafts 122 and 123 are electrically insulated by the insulating sleeve 126, by applying a voltage to the terminal 127, a voltage can be independently applied to the tips of the poles Q2 and Q3. ..
  • By adjusting the voltage applied to each of the twelve poles Q2 and Q3 in the second and third stages various multipole electric fields can be generated near the optical axis O in the poles Q2 and Q3.
  • the multi-pole element 100B is fixed to the housing 103 by engaging the tapered side surface 112 of the back surface of the first-stage pole piece Q1 with the tapered groove 105 of the housing 103.
  • the poles Q2 to Q4 do not mesh with the tapered groove 105 and are not in contact with the housing 103. Therefore, the stress when the shafts 121 to 124 are inserted into the back surfaces of the poles Q1 to Q4 is applied only to the tapered groove 105. Therefore, it is possible to prevent the screw S1 for fixing the multipole element 100B from being loosened and the tip portions of the pole elements Q1 to Q4 from being deformed in the circumferential direction.
  • a magnetic field-based chromatic/spherical aberration corrector having good uniformity in the dimensions of the poles at each stage, the positions of the poles, and the orientation in the circumferential direction without adjustment during assembly.
  • the multipole element 100B in the third embodiment may be a multipole element provided with a cap C as in the second embodiment, or may be a cap as in the first embodiment.
  • the multipole element 100 may have only the columns P1 to P3 without C.
  • the pole having the tapered side surface 112 is only the pole Q1, but the present invention is not limited to this, and the other poles Q2 to Q4 also have the same tapered side surface 112. Good.
  • the tapered groove 105 of the housing 103 may be provided only on the upper end portion of the housing 103 as shown in FIG. 5, but the present invention is not limited to this, and the tapered groove 105 has the same length as the multipole element 100B. It may have a corresponding length.
  • the tapered grooves 105 may be provided at the upper end and the lower end of the housing 103, respectively, as in the fourth embodiment below.
  • the multipole unit of the third embodiment can be configured as a chromatic/spherical aberration corrector as described above, but the present invention is not limited to this, and a spherical aberration corrector and an astigmatism corrector can be used. It can also be applied to a Wien filter, a deflector having a multipole structure, and the like.
  • a chromatic/spherical aberration corrector 200A according to the fourth embodiment (hereinafter, simply referred to as “aberration corrector 200A”) will be described with reference to FIGS. Also in this fourth embodiment, as an example, a magnetic field-based chromatic/spherical aberration corrector (multistage multipole unit) having multipoles with 12 poles and 4 stages will be described as an example.
  • FIG. 8 is a schematic diagram of the housing 103A of the aberration corrector 200A according to the fourth embodiment.
  • the housing 103A has a cylindrical shape with the axis O as the center, as in the third embodiment.
  • the same components as those of the housing 103 of the third embodiment are designated by the same reference numerals as those in FIG. 5, and therefore, duplicated description of the same portions will be omitted below.
  • the housing 103A has not only a thick portion 104A and a tapered groove 105A at one end in the optical axis direction, but also a thick portion 104B and a tapered groove 105B at the other end.
  • FIG. 9 is a schematic view of a four-stage multistage connected multipole element 100C (hereinafter, referred to as “multipole element 100C”) attached to the housing 103A.
  • the structure of this multipole element 100C is substantially the same as that of the third embodiment.
  • a tapered side surface 112' is formed on each side surface on the back side of each of the poles Q1, Q2, Q3, Q4.
  • the tapered side surface 112' is formed to have the same taper angle as the tapered groove 105 of the housing 103A.
  • Screw holes H1 are provided on the back surfaces of the pole Q1 and the pole Q4.
  • Shaft mounting holes H2 are provided on the back surfaces of all the poles Q1 to Q4.
  • tapered side surfaces are provided on the back surfaces of all the pole elements Q1 to Q4.
  • the aberration corrector 200A is configured by inserting such 12 multipole elements 100C into the housing 103A.
  • the tapered side surface 112′ of the back surface of the first-stage pole Q1 meshes with the tapered groove 105A on one end side and the tapered side surface 112′ of the back surface of the fourth-stage pole Q4.
  • the tapered groove 105B on the other end side is engaged, and the housing 103A and the multipole element 100C are engaged and fixed at a total of two places. As shown in FIG.
  • the multipole element 100C is connected to the housing 103A at two positions of the pole pieces Q1 and Q4 by the screw S1. Therefore, when the shafts 121, 122, 123, and 124 are inserted on the back surfaces of the poles Q1 to Q4, the strength of the multipole element 100C against fixation and stress can be further increased.
  • the lengths of the poles Q1 to Q4 in the optical axis direction or the columns P1 to P3 are increased to increase the total length of the multipole element 100C. It is more preferable when is longer.
  • the multipole element is inclined with respect to the axis O of the housing 103. As a result, the distance between the tip of the first-stage pole Q1 and the fourth-stage pole Q4 from the axis O is deviated.
  • the housing 103A is provided with two tapered grooves 105A and 105B in the optical axis direction, and the two tapered grooves 105A and 105B are provided with the multipole element 100C and the housing 103A. And are fixed. Therefore, it is possible to prevent the multipole element 100C from inclining with respect to the optical axis direction. That is, according to the structure of the fourth embodiment, the dimensions of the poles Q1 to Q4 at each stage, the positions of the poles Q1 to Q4, and the circles are adjusted even when the total length of the multipole element 100C is long without adjustment during assembly. It is possible to provide a magnetic field-based chromatic/spherical aberration corrector having good uniformity in the circumferential direction.
  • all of the poles Q1 to Q4 of the multipole element 100C have the tapered side surface 112'.
  • the invention is not limited to this, and if the multipole element 100C can be fixed to the housing 103A, it is possible to adopt a structure in which only the pole elements Q1 and Q4 have the tapered side surface 112'.
  • a chromatic/spherical aberration corrector 200B according to the fifth embodiment (hereinafter, simply referred to as “aberration corrector 200B”) will be described.
  • a chromatic/spherical aberration corrector having a multipole connecting multipole with 12 poles and 4 stages will be described as an example.
  • the fifth embodiment will be described by taking an electrostatic-dominant chromatic/spherical aberration corrector as an example, not a magnetic-field-based one.
  • FIG. 11 is a schematic sectional view of an aberration corrector according to the fifth embodiment. Since the structure of the housing 103B is substantially the same as that of the housing 103 of the third embodiment, duplicate description and illustration will be omitted. Further, the structure of the multipole element attached to the housing 103B may be the same as that of the above-described embodiment, and therefore the description thereof will be omitted. It goes without saying that the structures of the housing 103B and the multipole element may be replaced with those of the fourth embodiment. However, in any case, since the voltage is independently applied to all the poles Q1 to Q4, it is necessary to electrically insulate the poles Q1 to Q4 and the housing 103B.
  • the housing 103B in the fifth embodiment is made of a nonmagnetic insulating material such as alumina or resin.
  • a terminal 175 (second terminal) is inserted into the poles Q1 and Q4 through the shaft through hole 106 formed in the housing 103B.
  • shafts 122 and 123 made of a soft magnetic metal are inserted into the poles Q2 and Q3 as in the above-described embodiment.
  • the terminals 175 are directly inserted into the poles Q1 and Q4 without using a shaft.
  • a terminal 127 (first terminal) is connected to the rear ends of the shafts 122 and 123.
  • An insulating sleeve 126 is inserted into the shafts 122 and 123, and a cylindrical ring magnetic path 125 made of soft magnetic metal is fixed onto the insulating sleeve 126.
  • An exciting coil 128 is wound around the shafts 122 and 123.
  • each of the poles Q1 to Q4 is electrically insulated from the other pole and the housing 103B, when a voltage is applied to the terminals 175 and 127, the poles Q1, Q2, Q3, and Q4 are in the vicinity of the optical axis O. It is possible to generate various multi-pole electric fields.
  • the housing 103B is made of a non-magnetic insulating material. Therefore, the magnetic flux excited by the soft magnetic metal shafts 122 and 123 by passing a current through the exciting coil 128 is transmitted to the second-stage and third-stage poles Q2 and Q3. The magnetic flux further returns to the original shafts 122, 123 through another circumferentially arranged pole, the shaft attached to the pole, and the ring magnetic path 125. By forming such a closed magnetic circuit, the magnetic flux due to the current of the exciting coil 128 is transmitted. By adjusting the current flowing through the exciting coil 128, various multipolar magnetic fields can be generated in the vicinity of the optical axis O in the poles Q2 and Q3.
  • the material of the housing 103B is not limited to the insulating material.
  • an insulating thin film such as resin is formed on the inner wall of the tapered groove of the housing 103B that contacts the back surface of the poles Q1 to Q4 in order to electrically insulate the poles Q1 to Q4 from the housing 103B.
  • insulation can be secured by applying an insulating paint to the back surface of the poles Q1 to Q4 or the tapered groove.
  • FIG. 12 is a schematic diagram of an electron optical column of a semiconductor measurement/inspection SEM (charged particle beam device) equipped with a magnetic field-based chromatic/spherical aberration corrector 209 similar to that of the third embodiment. It is a figure.
  • This charged particle beam device includes a cathode 201, a first anode 202, and a second anode 203.
  • An extraction voltage is applied between the cathode 201 and the first anode 202 by the electron gun control unit 300, and primary electrons are emitted from the cathode 201 at a predetermined current density.
  • the charged particle beam optical system includes, for example, a first condenser lens 204, an objective movable diaphragm 205, a second condenser lens 206, a chromatic/spherical aberration corrector 209, a third condenser lens 211, and an objective lens 218. It The primary electrons are focused by the first condenser lens 204 whose exciting current is controlled by the first condenser lens controller 301. As a result, a predetermined current passes through the opening of the movable objective diaphragm 205.
  • the primary electrons that have passed through the movable objective aperture 205 pass through the second condenser lens 206 whose excitation current is controlled by the second condenser lens control unit 302. Thereby, the primary electrons are adjusted to a beam trajectory parallel to the optical axis 150.
  • the primary electrons enter the chromatic/spherical aberration corrector 209 whose excitation current and applied voltage are controlled by the correction current control unit 304 and the correction voltage control unit 305.
  • the chromatic aberration and spherical aberration of the charged particle beam optical system are corrected, the orbital angle of the primary electron is adjusted, and the primary electron is emitted from the chromatic/spherical aberration corrector 209.
  • the primary electrons are focused at an appropriate position on the optical axis O by the third condenser lens 211 whose exciting current is controlled by the third condenser lens control unit 307.
  • the primary electrons are further focused by the objective lens 218 whose excitation current is controlled by the objective lens controller 312.
  • the primary electrons emitted from the objective lens 218 are focused on the wafer 220 arranged on the stage 219 controlled by the stage controller 313, and a minute spot is formed on the wafer 220.
  • a retarding power supply 230 controlled by the retarding voltage control unit 314 is connected to the stage 219.
  • the retarding voltage controller 314 applies a deceleration voltage to generate a deceleration electric field between the objective lens 218 and the wafer 220. This deceleration voltage can change the irradiation voltage of the primary electrons to the wafer 220.
  • the exciting current of the objective lens 218 is set based on the working distance measured by the sample height measuring device 240 controlled by the stage controller 313.
  • the scanning deflector 217 controlled by the deflector control unit 311 scans the primary electron on the wafer 220. Secondary electrons are generated by the interaction between the primary electrons and the minute pattern formed on the wafer 220. The generated secondary electrons pass through the objective lens 218 and form a spot having a spread on the secondary electron conversion plate 212. The secondary electron is scanned on the secondary electron conversion plate 212 by the scanning deflector 217, and a tertiary electron is generated by the interaction.
  • the tertiary electron is deflected toward the detector 215 by the ExB deflector 213 and detected by the detector 215.
  • the detector 215 is controlled by the detector control unit 309.
  • the applied voltage and the exciting current are controlled by the ExB control unit 310.
  • the tertiary electrons detected by the detector 215 are converted into electric signals, calculated by the optical system controller 320, and displayed as an SEM image on the image display unit 315.
  • the stage 219 controlled by the stage control unit 313 is moved, or the irradiation position of the primary electrons on the wafer 220 is set by the image shift deflector 216 controlled by the deflector control unit 311. Move from 150.
  • the primary electrons incident on the chromatic/spherical aberration corrector 209 are controlled by the deflector control unit 303 in two stages.
  • the deflector 208 shifts toward the central axis of the chromatic/spherical aberration corrector 209.
  • the primary electrons emitted from the chromatic/spherical aberration corrector 209 are shifted toward the optical axis 150 by the two-stage deflector 210 controlled by the deflector controller 306.
  • the astigmatism corrector 207 controlled by the astigmatism corrector control unit 308 corrects the parasitic astigmatism of the electron optical column.
  • This chromatic/spherical aberration corrector 209 is a quadrupole-octupole aberration corrector, and is a corrector capable of correcting chromatic aberration and spherical aberration.
  • a magnetic field of 4 poles or 8 poles is formed at each stage of the aberration corrector 209.
  • electrodes and magnetic poles of 12 poles are further used for this, in addition to 4 poles and 8 poles, dipole, 6 poles and 12 poles electromagnetic fields are superimposed. Can be generated. Use of these multipole fields to correct electrode and pole assembly errors, parasitic aberrations caused by non-uniformity of pole material such as beam deflection, axial coma, 3-fold astigmatism, 4-fold astigmatism, etc. You can
  • the aberration corrector used in the charged particle beam device is not limited to the magnetic field-based chromatic/spherical aberration corrector according to the third embodiment, and is different from that according to the fourth embodiment.
  • the magnetic field-based chromatic/spherical aberration corrector shown in the embodiment may be used, or the electrostatic-based chromatic/spherical aberration corrector described in the fifth embodiment may be used.
  • the aberration corrector in the present embodiment is not limited to the chromatic/spherical aberration corrector, and may be an aberration corrector that corrects only chromatic aberration or only spherical aberration.
  • the SEM has been described as an example of the charged particle beam device equipped with the aberration corrector, but the charged particle beam device is not limited to the SEM, and a scanning transmission electron microscope, a transmission electron microscope, a scanning electron microscope, or a scanning electron microscope may be used. It may be an ion microscope, a focused ion beam device, or the like.
  • the aberration corrector of the above-described embodiment is arranged between the electron source and the condenser lens and the objective lens, and the thin film sample is arranged under the objective lens. Further, a deflector for scanning primary electrons on the sample is arranged between the aberration corrector and the thin film sample, and a detector is arranged below the thin film sample. The primary electrons emitted from the electron source are focused on the thin film sample through the condenser lens, the aberration corrector according to the above-described embodiment, and the objective lens, and the primary electrons focused by the deflector are scanned on the sample. The primary electrons transmitted through the thin film sample are detected by a detector arranged below the sample.
  • a thin film sample is arranged between the electron source and the condenser lens and the objective lens, the aberration corrector of the above-mentioned embodiment and a plurality of projection lenses are arranged below the objective lens, and the detector is arranged below it.
  • the primary electrons emitted from the electron source illuminate the thin film sample through the condenser lens, and the primary electrons that have passed through the thin film sample are magnified and projected on the detector while the aberration is corrected through the objective lens, aberration corrector, and multiple projection lenses. Is detected.
  • FIG. 13 is a block diagram showing an example of the configuration of the optical system control unit 320 when executing this aberration correction method
  • FIG. 14 is a flowchart showing the procedure for executing the aberration correction method for primary electrons.
  • step S001 the optical condition to be observed (acceleration voltage, exciting current of the condenser lens, retarding voltage, etc.) is set by the optical condition setting unit 401 of FIG. 13 through each control unit.
  • the aberration correction condition recording unit 402 records the operating conditions of the chromatic/spherical aberration corrector 209 and the like.
  • step S002 After moving the stage 219 to the observation position in step S002, the operating conditions of the chromatic/spherical aberration corrector 209 recorded in the aberration correction condition recording unit 402 are read out in step S003, and this is corrected by the correction current control unit. It is set through 304 and the correction voltage control unit 305.
  • step S004 fine adjustment of focus and astigmatism correction is executed.
  • step S005 the aberration measuring unit 403 measures chromatic aberration and geometric aberration of the charged particle beam optical system.
  • step S006 it is determined from the measurement results of the chromatic aberration and the geometrical aberration whether the aberration amount of the electron optical system is corrected to be equal to or less than the target aberration amount.
  • the process proceeds to step S007, and the aberration correction amount calculation unit 404 calculates the excitation current and applied voltage of each of the poles Q1 to Q4 of the chromatic/spherical aberration correction unit 209. Then, these are set through the correction current control unit 304 and the correction voltage control unit 305. Then, it returns to step S005 and the above-mentioned operation is repeated.
  • step S006 determines whether the amount of aberration is less than or equal to the target value (Yes). If it is determined in step S006 that the amount of aberration is less than or equal to the target value (Yes), the process proceeds to step S008, in which the exciting current and applied voltage of each of the poles Q1 to Q4 are set to the chromatic/spherical aberration of the aberration correction condition recording unit 402. It is recorded in the operating condition table of the corrector 209 and updated.
  • Ring magnet Reference numeral 126 Insulating sleeve, 127... Terminal, 128... Coil, 201... Cathode, 202... First anode, 203... Second anode, 204... First condenser lens, 205... Objective movable diaphragm, 206... Second condenser lens , 207... Astigmatism corrector, 208... Two-stage deflector, 209... Chromatic/spherical aberration corrector, 210... Two-stage deflector, 211... Third condenser lens, 212... Secondary electron conversion plate, 213... ExB deflection Device, 215... Detector, 216... Image shift deflector, 217... Scan deflector, 218...
  • Objective lens 219... Stage, 220... Wafer, 230... Retarding power supply, 240... Sample height measuring instrument, 300... Electron Gun control unit, 301... First condenser lens control unit, 302... Second condenser lens control unit, 303... Deflector control unit, 304... Correction current control unit, 305... Correction voltage control unit, 306... Deflector control unit, 307... Third condenser lens control unit, 308... Astigmatism corrector control unit, 309... Detector control unit, 310... ExB control unit, 311... Deflector control unit, 312... Objective lens control unit, 313... Stage control unit 314... Retarding voltage control section, 315... Image display section, 320... Optical system control section, 401... Optical condition setting section, 402... Aberration correction condition recording section, 403... Aberration measuring section, 404... Aberration correction amount computing section ..

Abstract

極子と絶縁材のロウ付けに精度を要求することなく、機械加工の精度で製作することができる多段連結多極子及び荷電粒子線装置を提供する。この多段連結多極子１００は、荷電粒子線の光軸方向に沿って配列され且つ対向する面において切り欠きＮを有する複数の極子Ｑ１～Ｑ４と、複数の極子Ｑ１～Ｑ４の間に配列され絶縁体からなる支柱Ｐ１～Ｐ３とを備える。極子Ｑ１～Ｑ４及び支柱Ｐ１～Ｐ３は、切り欠きＮにおいて支柱Ｐ１～Ｐ３を嵌め込み、接合材を介してロウ付けすることにより接合される。

Description

多段連結多極子、多段多極子ユニット、及び荷電粒子線装置
　本発明は、多段連結多極子、多段多極子ユニット、及びそのような多段多極子が使用され得る荷電粒子線装置に関する。
　半導体デバイスの製造プロセスにおいて、ＬＳＩに荷電粒子線を照射し、試料から発生する二次電子を検出することでパターン形状の寸法計測や欠陥検査を行う荷電粒子線装置が用いられており、特に走査電子顕微鏡（Scanning Electron Microscope ：ＳＥＭ）が多用されている。このような荷電粒子線装置は、半導体デバイスの性能向上やコストダウンのために微細化による集積度の向上に寄与する。
　ＳＥＭによる微細パターンの計測には装置の分解能の向上が不可欠である。ＳＥＭにおいて高い加速電圧で試料に電子ビームを照射させることで、電子ビームのスポットサイズが小さくなり、高分解能なＳＥＭ画像を撮像することができる。しかし、加速電圧を増大させると、試料がダメージを受け微細パターンが収縮したり、また電子ビームが微細パターンを透過してしまい、微細パターンの表面情報が得られなかったりする。そのため低い加速電圧で高い分解能のＳＥＭが必要である。
　電子ビームの加速電圧が低い場合であっても電子ビームのスポットサイズを小さくするには、荷電粒子線光学系の球面収差と色収差の補正が必要である。このため、電子光学系に収差補正器を搭載した計測・検査用ＳＥＭが必要とされる。
　収差補正器は、単段又は多段の極子を備え、電磁場を発生させることで電子ビームに対して凹レンズの作用を及ぼして収差を補正する。しかし正しい空間分布の電磁場を発生させなければ、寄生収差が発生し、電子ビームのスポットサイズを小さくすることができない。発生する寄生収差が大きければ、それを補正するために別の補正コイルを用いたり、個別の極子の電圧・電流を独立に調整したりする必要があり、制御が複雑化してしまう。寄生収差の発生量を低減するためには、多極子を高精度で加工し組み立てる必要がある。
　特許文献１には、高精度な多極子を製造するための方法が開示されている。この方法では、６個の多極子とヨークとを有する部材を一体加工で単一の材料から成形し、そのような一体成型部材を２個用意する。そして、２個の一体成型部材の多極子とヨークの接続部分にコイルを巻き、その後に二つの一体成型部材を重ねて固定する。これにより、単段の極子が１２個配列された１２極レンズが形成される。この方法によれば、部品点数の削減を図ることができると共に、極子の組立公差を低減することができる。
　特許文献２及び３には、単段の極子を複数個配列し、それらの間に絶縁材をロウ付けして連結して多段の極子を成形した後、溝を有するベースブロックに固定する方法が開示されている。
　また、特許文献３では、光軸方向に平行な溝を複数持つ、非磁性材料からなる円筒形のハウジングの溝に多段連結極子を嵌め込み固定し、その後、コイルを巻き付けた磁性材のシャフトとヨークを取り付けることで多段多極子レンズを製造する方法が開示されている。
　多段多極子を高精度に製造するためには、従来技術では以下の問題がある。
　特許文献１に開示の方法では、一つの部材から一体で加工される６個の極子は機械加工の精度で製造できるが、二つの部材を組み立てる際の部材同士の間の組立公差は回避できず、寄生収差の原因となる。また極子間がヨークで接合されているため、極子間の電気絶縁ができず、静電多極子レンズは製作できない。このため、特許文献１の方法では球面収差器の製造は可能だが色収差補正器は製造できない。また、単段の多極子レンズを多段化する際には、単段レンズを積み上げるため、組立公差の発生を回避できず、発生する多極子磁場の磁場中心が段毎にずれたり、磁場の発生面が傾斜したりすることを回避することが難しい。
　また、特許文献２及び特許文献３に開示の方法では、極子一つ一つを加工した後にロウ付けするため、多段極子部材の２段目以降の極子の１段目の極子に対する配置（極子先端の位置）の精度が、絶縁材をロウ付けする際の精度に左右される。絶縁材のロウ付け時に数μｍ～十μｍのオーダーで極子の先端位置と角度の二つを精密に決定する必要がある。収差補正器では、多数の多段連結多極子を用いるため量産性が低く、多段連結多極子の精度のバラつき製造の再現性が作業者に依存する。
　また、特許文献２に開示の方法では、多段連結多極子をベースブロックに固定する方法をとっている。また、特許文献３に開示の方法では、ハウジングと極子の間に隙間がある。このため、極子に磁性材シャフトを取り付ける際に、極子部材に掛かる応力のために各極子が変形したり、ベースブロック及びハウジングとの締結が緩んで多段連結多極子部材の位置がずれたりする虞が有る。
特開２０１５－１５３５６５号公報 特開２００９－４３５３３号公報 特開２０１２－２０９１３０号公報
　本発明は、極子と絶縁材のロウ付けに精度を要求することなく、機械加工の精度で製作することができる多段連結多極子及び荷電粒子線装置を提供することを目的とする。
　本発明に係る多段連結多極子は、荷電粒子線の光軸方向に沿って配列され且つ対向する面において切り欠きを有する複数の極子と、前記複数の極子の間に配列される絶縁体からなる支柱とを備える。前記極子及び前記支柱は、前記切り欠きにおいて接合材を介して接合される。
　本発明によれば、極子と絶縁材のロウ付けに精度を要求することなく、多段連結多極子を機械加工の精度で製作することができ、精度と量産性を両立させた多段連結多極子、多段多極子ユニット及び荷電粒子線装置を提供することができる。
第１の実施の形態の多段連結多極子１００の構造を説明する概略斜視図である。 図１に示した多段連結多極子１００において実行されるロウ付け工程を説明する模式図である。 第２の実施の形態の多段連結多極子１００Ａの構造を説明する概略斜視図である。 図３に示した多段連結多極子１００Ａにおいて実行されるロウ付け工程を説明する模式図である。 第３の実施の形態に係る色・球面収差補正器２００の構造を説明する概略斜視図である。 図５のハウジング１０３に取り付けられる多段連結多極子１００Ｂの構造を説明する概略斜視図である。 第３の実施の形態の色・球面収差補正器２００の概略断面図である。 第４の実施の形態に係る色・球面収差補正器２００Ａの構造を説明する概略斜視図である。 図８のハウジング１０３Ａに取り付けられる多段連結多極子１００Ｃの構造を説明する概略斜視図である。 第４の実施の形態の色・球面収差補正器２００Ａの概略断面図である。 第５の実施の形態の色・球面収差補正器２００Ｂの概略断面図である。 第６の実施の形態の荷電粒子線装置の全体構成を示す概略図である。 第６の実施の形態のような、色・球面収差補正器を搭載した荷電粒子線装置において、荷電粒子ビームの収差を補正する場合における、光学系制御部３２０の構成の一例を示すブロック図である。 第６の実施の形態のような、色・球面収差補正器を搭載した荷電粒子線装置において、荷電粒子ビームの収差を補正する場合における手順を示すフローチャートである。
　以下、添付図面を参照して本実施形態について説明する。添付図面では、機能的に同じ要素は同じ番号又は対応する番号で表示される場合もある。なお、添付図面は本開示の原理に則った実施形態と実装例を示しているが、これらは本開示の理解のためのものであり、決して本開示を限定的に解釈するために用いられるものではない。本明細書の記述は典型的な例示に過ぎず、本開示の特許請求の範囲又は適用例を如何なる意味においても限定するものではない。
　本実施形態では、当業者が本開示を実施するのに十分詳細にその説明がなされているが、他の実装・形態も可能で、本開示の技術的思想の範囲と精神を逸脱することなく構成・構造の変更や多様な要素の置き換えが可能であることを理解する必要がある。従って、以降の記述をこれに限定して解釈してはならない。
　以下の実施の形態の説明では、電子線を使用した走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いた検査・計測装置に本発明を適用した例を示す。しかし、この実施の形態は限定的に解釈されるべきではなく、例えば、イオン等の荷電粒子線を使用する装置、また一般的な観察装置に対しても本発明は適用され得る。
［第１の実施の形態］
　図１と図２を参照して、第１の実施の形態の多段連結多極子１００（以下、単に「多極子１００」という）を説明する。図１に示す多極子１００は、１２極４段で構成される色・球面収差補正器の一部を構成する４段の多段連結多極子である。
　多極子１００は、１段目の極子Ｑ１、２段目の極子Ｑ２、３段目の極子Ｑ３、４段目の極子Ｑ４の、計４個の極子を、荷電粒子線装置の光軸方向に沿って配列して構成される。各極子Ｑ１～Ｑ４は、磁場を導くことができるように、純鉄やパーマロイ、パーメンジュールなどの軟磁性金属を材料して構成される。
　極子Ｑ１～Ｑ４には、隣接する極子と対向する面において、後述する支柱Ｐ１～Ｐ３を嵌め込むための切り欠きＮを備えている。多極子１００の両端にある１段目の極子Ｑ１と４段目の極子Ｑ４では、その片方の側面のみ切り欠きＮが設けられる。一方、中間に位置する２段目の極子Ｑ２と３段目の極子Ｑ３では、その両側の側面に切り欠きＮが設けられる。
　各極子Ｑ１～Ｑ４は切り欠きＮが対向するよう、荷電粒子線装置の光軸方向に沿って配置される。そして、各切り欠きＮには、例えばアルミナ等のセラミックを材料として構成される支柱Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３が配置される。各切り欠きＮと支柱Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３の間は、ロウ付けによって接合され、これにより各極子Ｑ１～Ｑ４と支柱Ｐ１～Ｐ３は一体化されている。
　図２は、図１に示した多極子１００において実行されるロウ付け工程を説明する模式図である。極子母材１は単一の軟磁性金属であり、機械加工によって一体で成形される。極子母材１は四か所のブロック１１～１４を有する。これらは、最終的に前述の極子Ｑ１～Ｑ４となる。ブロック１１と１４の内側側面と、ブロック１２と１３の両側側面に切り欠きＮが設けられている。
　ブロック１１～１４は、その先端（一端）と背面（他端）において、先端側連結部２と背面側連結部３に連結されている。先端側連結部２と背面側連結部３とは、ブロック１１～１４とともに極子母材１の一部を構成する。すなわち、極子Ｑ１～Ｑ４となるブロック１１～１４は、支柱Ｐ１～Ｐ３に接合材（ロウ材）により接合される前の段階では、共通の先端側連結部２と背面側連結部３とに連結され、先端側連結部２と背面側連結部３とともに単一の極子母材を構成している。支柱Ｐ１～Ｐ３の接合後、先端側連結部２と背面側連結部３が切断・分離されることにより、複数のブロック１１～１４は物理的に独立した部材である極子Ｑ１～Ｑ４となる。先端側連結部２と背面側連結部３とは、それぞれ一の切断面に沿って切断・分離されるため、分離後の極子Ｑ１～Ｑ４の複数の端面は、切断面で定義される一の面に沿った形状を有することになる。ブロック１１～１４は、先端側連結部２及び背面側連結部３に、多段連結多極子１００の設計値に従った間隔で連結されている。
　ロウ付けの際には極子母材１に設けられた切り欠きＮに支柱Ｐ１～Ｐ３が配置され、それぞれの間に、例えば銀ロウなどの合金が配置されてロウ付けされる。ロウ付け後に先端側連結部２と背面側連結部３は機械加工で除去される。ブロック１１～１４がそれぞれ極子Ｑ１～Ｑ４となり、図１に示した４段の多段連結多極子１００が形成される。
　本実施の形態によれば、極子母材１における各ブロック１１～１４は、同一の加工基準、加工条件で一体加工できるため、各ブロック１１～１４の寸法、及びブロック１１～１４間の距離をマイクロメートルの精度で加工することができる。
　また先端側連結部２と背面側連結部３の除去も機械加工により同一加工基準、加工条件で一体的に行われるので、極子Ｑ１～Ｑ４とそれぞれの間の間隔と方向を段間のずれ無く、マイクロメートルの精度で成形することができる。
　また複数の４段の多段連結多極子を製作する場合にも、同一の加工基準、加工条件、加工冶具で加工できるため、マイクロメートルの精度のバラつきで加工を行うことができる。
　また、第１の実施の形態では、支柱Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３の配置が極子Ｑ１～Ｑ４間の位置精度に影響しない。すなわち、支柱Ｐ１～Ｐ３は、極子Ｑ１～Ｑ４となるブロック１１～１４が、先端側連結部２及び背面側連結部３と一体をなしている段階で、切り欠きＮに嵌め込まれ、ロウ付けされる。極子Ｑ１～Ｑ４間の間隔の誤差の大小に拘わらず、支柱Ｐ１～Ｐ３を切り欠きＮに嵌め込み、ロウ付けの接合材で接合することで、極子Ｑ１～Ｑ４を接合することができる。このため、ロウ付け時に支柱Ｐ１～Ｐ３の位置調整が不要である。従って、単体の極子を互いに支柱にロウ付けをする製造方法に比べ、ロウ付け工程の歩留まりが良く、結果として多段連結多極子の生成工程の歩留まりも向上させることができる。
　第１の実施の形態によれば、極子母材１は、先端側と背面側に二つの連結部（先端側連結部２と背面側連結部３）を有する。これは、極子母材１を加工する際に極子母材１に蓄積される応力が、ロウ付け時の熱によって解放されてブロックが変形することを防止するのに寄与する。
　なお、極子母材１の連結部の数や位置は、図示されているものに限定されるものではなく、極子母材１の連結部は先端側、背面側の何れか一方だけに設けられていても良い。また、極子の段数は４に制限されるものではなく、極子の段数は２段以上であればよい。
　更に、支柱Ｐ１～Ｐ３も、特定の形状には限定されない。図１では、四角柱形状の支柱Ｐ１～Ｐ３を例示したが、これに限定されるものではなく、円柱、三角柱、台形形状などであってもよい。また、支柱Ｐ１～Ｐ３の材料はアルミナに制限されず、金属とのロウ付けが可能なセラミクス、又はその他の絶縁材であれば本実施の形態を適用できる。また、この多段連結多極子は、色・球面収差補正器だけでなく、球面収差補正器、非点補正器、ウィーンフィルタ、多極子構造の偏向器などにも適用することができる。
［第２の実施の形態］
　次に、図３と図４を参照して、第２の実施の形態に係る多段連結多極子１００Ａを説明する。この第２の実施の形態でも、一例として、１２極４段で構成される色・球面収差補正器の一部を構成する４段の多段連結多極子１００Ａを例として説明する。
　図３は、多段連結多極子１００Ａ（以下、単に「多極子１００Ａ」という）の構成を示す概略斜視図である。図１の多極子１００と同一の構成要素については図３において同一の参照符号を付し、以下では重複する説明は省略する。
　第２の実施の形態の多極子１００Ａは、切り欠きＮに嵌め込まれる部材の構造が、第１の実施の形態の多極子１００とは異なっている。極子Ｑ１～Ｑ４の構造は、第１の実施の形態の多極子１００と同一である。この第２の実施の形態では、切り欠きＮにキャップＣが嵌め込まれている。キャップＣは、切り欠きＮと略同一の形状で、切り欠きＮに対し嵌め込み可能なよう、所定の隙間を空けて嵌め込み可能な大きさに構成される。また、キャップＣの中心には、凹部１１が設けられている。キャップＣの材料は、極子Ｑ１～Ｑ４と同一の材料とするのが好適である。
　支柱Ｐ１１、Ｐ１２、Ｐ１３は、第１の実施の形態の支柱Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３とは異なり、直接切り欠きＮに嵌め込まれるのではなく、キャップＣの凹部１１を介して切り欠きＮに嵌め込まれる。支柱Ｐ１１～Ｐ１３は、キャップＣの凹部１１に嵌合させるための突起部１２（凸部）を有している。突起部１２は、凹部１１と略同一の形状で、所定のギャップを介して凹部１１に嵌め込み可能とされている。嵌め込み後、極子Ｑ１～Ｑ４及びキャップＣの間、並びに、支柱Ｐ１１～Ｐ１３とキャップＣの間は、第１の実施の形態と同様に、ロウ付けによって接合され一体化される。なお、図３に示した例では、キャップＣが凹部１１を有し、支柱Ｐ１１～Ｐ１３がこれに嵌め込まれる突起部１２を有しているが、これとは逆に、キャップＣが突起部を有し、支柱Ｐ１１～Ｐ１３に、この突起部が挿入される凹部を有していてもよい。
　図４は、図３に示した多極子１００Ａにおいて実行されるロウ付け工程を説明する模式図である。図４において、図３と同一の部材については同一の参照符号を付しているので、重複する説明は省略する。図３で説明したように、切り欠きＮには、キャップＣを介して支柱Ｐ１１～Ｐ１３が嵌め込まれ、ロウ付けで接合される。この第２の実施の形態（図４）の工程においても、キャップＣ及び支柱Ｐ１１～Ｐ１３の配置が極子Ｑ１～Ｑ４間の位置精度に影響しないため、ロウ付け時に部材の位置調整が不要である。また極子母材１とキャップＣは同一の金属で構成することができるので、容易にロウ付けすることができる。そして、支柱Ｐ１１～Ｐ１３の突起部１２がキャップＣに設けられた凹部１１に嵌合するため、異なる材料間であっても容易に強固なロウ付けをすることができる。そのため、この第２の実施の形態は、第１の実施の形態と比べても更にロウ付け工程の歩留まりを向上させることができる。
［第３の実施の形態］
　次に、図５～図７を参照して、第３の実施の形態に係る色・球面収差補正器２００（以下、単に「収差補正器２００」という）を説明する。この第３の実施の形態でも、一例として、１２極４段の多段連結多極子を有する、磁場主体型の色・球面収差補正器を例として説明する。
　図５は、第３の実施の形態の収差補正器２００のハウジング１０３の斜視図である。このハウジング１０３は、軸Ｏを中心とした円筒形状を有している。このようなハウジング１０３の内壁に、図６に示す多段連結多極子１００Ｂが搭載されることにより、収差補正器２００が構成される。図５の例では、多段連結多極子１００Ｂがハウジング１０３の内壁に、円周方向に略等間隔に１２個配置されることにより、１２極４段の多極子レンズが構成される。ハウジング１０３は、外部から供給される磁場を極子毎に分離して伝達させるため、非磁性の金属を材料として構成される。１つのハウジング１０３に取り付けられる多極子１００Ｂは１２個に限定されるものではなく、例えば４個、６個、８個等であってもよい。すなわち、ｎ組（ｎは２以上の整数）の多段連結多極子１００Ｂを、ハウジング１０３に対し、光軸Ｏに対して対称となるよう組み付けることができる。
　図５に示すように、ハウジング１０３は、一例として、一方の端面近傍の内壁部において、厚肉部１０４と、厚肉部１０４の間に挟まれるテーパ付き溝１０５とを備えている。厚肉部１０４は、その下方の薄肉部１０８に比べ、周方向の厚さが大きくされている。厚肉部１０４は、円筒形状の周方向に所定の間隔で配置され、その間にテーパ付き溝１０５が、例えば１２個設けられる。テーパ付き溝１０５は、その側壁が所定のテーパ角を与えられており、且つ軸Ｏの方向を長手方向として延びるように形成されている。
　薄肉部１０８には、シャフト貫通穴１０６が設けられている。また、テーパ付き溝１０５には、シャフト貫通穴１０６に加え、ネジ貫通穴１０７が設けられている。ハウジング１０３の１２個のテーパ付き溝１０５は、同一の加工基準、加工条件を用いて均一性良くマイクロメートルの精度で加工することができる。
　図６は、ハウジング１０３に取り付けられる多段連結多極子１００Ｂ（以下、単に「多極子１００Ｂ」という）の構造の一例を示す概略斜視図である。この多極子１００Ｂは、例えば第２の実施の形態の多極子１００Ａと略同一の構造を有することができる。ただし、この図６の多極子１００Ｂは、極子Ｑ１が、前述のテーパ付き溝１０５の形状に合致する（同一のテーパ角を有する）テーパ付き側面１１２を備えている。
　１段目の極子Ｑ１の背面にはネジ穴Ｈ１及びシャフト取り付け穴Ｈ２が形成されており、また、極子Ｑ２～Ｑ４の背面にはシャフト取り付け穴Ｈ２が設けられる。ネジ穴Ｈ１は、多極子１００Ｂをハウジング１０３にネジ及びネジ貫通穴１０７により固定するためのネジ穴である。また、シャフト取り付け穴Ｈ２は、後述するシャフトの一端がシャフト貫通穴１０６を介して挿入される穴である。
　第３の実施の形態の色・球面収差補正器２００は、図５に示すハウジング１０３に、図６に示す１２個の多極子１００Ｂを組み込むことにより構成される。ハウジング１０３の厚肉部１０４の間に設けられたテーパ付き溝１０５に、多極子１００Ｂのテーパ付き側面１１２を備えた極子Ｑ１の背面部が挿入される。極子Ｑ１の背面のネジ穴Ｈ１にネジ貫通穴１０７を介してネジが挿入されることで、ハウジング１０３に対し極子１００Ｂが固定される。
　多極子１００Ｂのテーパ付き側面１１２とハウジング１０３のテーパ付き溝１０５は機械加工で成形されるため、高精度に加工を行うことができる。多極子１００Ｂをハウジング１０３に組付けるとき、極子Ｑ１のテーパ付き側面１１２とハウジング１０３のテーパ付き溝１０５が噛み合うため、ハウジング１０３に対する多極子１００Ｂの位置と方向を、組付け時の調整なしで決定することができる。
　図７は、第３の実施の形態の収差補正器２００の概略断面図である。この図７は、ハウジング１０３の内壁に多極子１００Ｂを取り付け、ハウジング１０３の外壁にシャフト１２１～１２４を取り付けた状態を示している。磁性金属で構成されたシャフト１２１～１２４が、ハウジング１０３の外壁側において、シャフト貫通穴１０６を介して、極子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４の背面のシャフト取り付け穴Ｈ２に挿入される。シャフト１２１～１２４にはそれぞれ励磁コイル１２８が巻き付けられる。なお、シャフト貫通穴１０６の直径は、シャフト１２１～１２４の断面直径よりも十分大きく設定されている。このため、シャフト１２１～１２４は、ハウジング１０３とは接触しない。
　また、シャフト１２１～１２４の後端部には樹脂などの絶縁材料で作られた絶縁スリーブ１２６が取り付けられ、絶縁スリーブ１２６の上から、軟磁性金属で構成される円筒形のリング磁路１２５が取り付けられる。また２段目及び３段目のシャフト１２２、１２３の後端には、電圧を導入するための端子１２７が取り付けられる。
　励磁コイル１２８に電流を流れると、軟磁性金属のシャフト１２１～１２４に磁束が励起され、極子Ｑ１～Ｑ４に伝達される。この磁束は、円周方向に配置された別の極子にも伝達され、磁束は更に、その極子に取り付けられたシャフト１２１～１２４、及びリング磁路１２５にも伝達され、図示のシャフト１２１～１２４に戻る。このような閉磁気回路が形成されることにより、励磁コイル１２８の電流による磁束が伝達される。励磁コイル１２８に流す電流を調整することで、極子Ｑ１～Ｑ４の各段において光軸Ｏの近傍に様々な多極磁場を発生させることができる。
　２段目から４段目の極子Ｑ２～Ｑ４は、ハウジング１０３の薄肉部１０８に配置され、ハウジング１０３とは接触しない。ハウジング１０３のシャフト貫通穴１０６はシャフト１２１～１２４の外径より十分大きく、シャフト１２１～１２４はと接触しない。また絶縁スリーブ１２６によりリング磁路１２５とシャフト１２２、１２３とは電気的に絶縁されているため、端子１２７に電圧を印加することで極子Ｑ２、Ｑ３の先端に独立に電圧を印加することができる。２段目、３段目の各１２個の極子Ｑ２、Ｑ３に印加する電圧を調整することで、極子Ｑ２、Ｑ３において光軸Ｏの近傍に様々な多極電場を発生させることができる。
　この第３の実施の形態では、１段目の極子Ｑ１の背面部のテーパ付き側面１１２と、ハウジング１０３のテーパ付き溝１０５が噛み合うことで、多極子１００Ｂがハウジング１０３に固定される。極子Ｑ２～Ｑ４はテーパ付き溝１０５とは噛み合わず、ハウジング１０３とは接触していない。このため、極子Ｑ１～Ｑ４の背面にシャフト１２１～１２４を挿入したときの応力は、テーパ付き溝１０５にのみ掛かる。従って、多極子１００Ｂを固定するネジＳ１のゆるみや極子Ｑ１～Ｑ４の先端部の円周方向への変形を防ぐことができる。
　この第３の実施の形態によれば、組立時の調整なしで、各段の極子の寸法、極子の位置、円周方向の方位の均一性が良い磁場主体型の色・球面収差補正器を提供することができる。なお、この第３の実施の形態における多極子１００Ｂは、第２の実施の形態のように、キャップＣを備えた多極子であってもよいし、第１の実施の形態のように、キャップＣを有さず支柱Ｐ１～Ｐ３のみを有する多極子１００であってもよい。
　なお、図６の図示例では、テーパ付き側面１１２を有する極子は極子Ｑ１のみであるが、これに限定されるものではなく、他の極子Ｑ２～Ｑ４も同様のテーパ付き側面１１２を有してもよい。ハウジング１０３のテーパ付き溝１０５も、図５のように、ハウジング１０３の上端部のみに設けることもできるが、これに限定されるものではなく、テーパ付き溝１０５は、多極子１００Ｂの長さに対応した長さを有していてもよい。或いは、以下の第４の実施の形態のように、テーパ付き溝１０５を、ハウジング１０３の上端と下端にそれぞれ設けても良い。
　更に、第３の実施の形態の多極子ユニットは、上述のように色・球面収差補正器として構成することもできるが、これに限定されるものではなく、球面収差補正器、非点補正器、ウィーンフィルタ、多極子構造の偏向器などにも適用することもできる。
［第４の実施の形態］
　次に、図８～図１０を参照して、第４の実施の形態に係る色・球面収差補正器２００Ａ（以下、単に「収差補正器２００Ａ」という）を説明する。この第４の実施の形態でも、一例として、１２極４段の多段連結多極子を有する、磁場主体型の色・球面収差補正器（多段多極子ユニット）を例として説明する。
　図８は、第４の実施の形態の収差補正器２００Ａのハウジング１０３Ａの模式図である。このハウジング１０３Ａは、第３の実施の形態と同様に、軸Ｏを中心とした円筒形状を有している。第３の実施の形態のハウジング１０３と同一の構成要素については図５と同一の参照符号を付しているので、以下では同一の部分についての重複する説明は省略する。
　このハウジング１０３Ａは、その光軸方向の一端に厚肉部１０４Ａ及びテーパ付き溝１０５Ａを有するだけでなく、他端にも厚肉部１０４Ｂ及びテーパ付き溝１０５Ｂを備えている。
　図９は、ハウジング１０３Ａに取り付けられる、４段の多段連結多極子１００Ｃ（以下、「多極子１００Ｃ」という）の模式図である。この多極子１００Ｃの構造は、第３の実施の形態のものと略同一である。ただし、各極子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４の全ての背面側の側面に、テーパ付き側面１１２’が成形されている。テーパ付き側面１１２’はハウジング１０３Ａのテーパ付き溝１０５と同じ角度のテーパ角に成形される。極子Ｑ１と極子Ｑ４の背面にはネジ穴Ｈ１が設けられている。極子Ｑ１～Ｑ４の全ての背面には、シャフト取り付け穴Ｈ２が設けられる。
　この第４の実施の形態における多極子１００Ｃでは、全ての極子Ｑ１～Ｑ４の背面にテーパ付き側面が設けられる。このような１２個の多極子１００Ｃが、ハウジング１０３Ａに挿入されることにより、収差補正器２００Ａが構成される。第４の実施の形態では、１段目の極子Ｑ１の背面部のテーパ付き側面１１２’と一端側のテーパ付き溝１０５Ａが噛み合い、４段目の極子Ｑ４の背面部のテーパ付き側面１１２’と他端側のテーパ付き溝１０５Ｂとが噛み合い、計２か所でハウジング１０３Ａと多極子１００Ｃとが噛み合い、固定される。図１０に示すように、ネジＳ１により、極子Ｑ１、Ｑ４の２か所において多極子１００Ｃがハウジング１０３Ａに接続される。そのため、極子Ｑ１～Ｑ４の背面にシャフト１２１、１２２、１２３、１２４を挿入したときの多極子１００Ｃの固定及び応力に対する強さをより強くすることができる。
　第４の実施の形態は、大きな収差の荷電粒子光学系の収差補正のため、極子Ｑ１～Ｑ４の光軸方向の長さ又は支柱Ｐ１～Ｐ３の長さを長くして、多極子１００Ｃの全長が長くなる場合により好適である。多極子の全長が長くなると、第１の実施の形態のようにテーパ付き溝１０５が光軸方向に１か所のみのハウジング１０３の場合、多極子がハウジング１０３の軸Ｏに対して傾斜して組み付き、１段目の極子Ｑ１と４段目の極子Ｑ４の先端部の軸Ｏからの距離にずれが生じる。これに対し、この第４の実施の形態では、ハウジング１０３Ａにおいて、光軸方向において２個のテーパ付き溝１０５Ａ、１０５Ｂが設けられ、この２つのテーパ付き溝１０５Ａ、１０５Ｂにおいて多極子１００Ｃとハウジング１０３Ａとが固定される。このため、多極子１００Ｃが光軸方向に対し傾斜することを防ぐことができる。すなわち、この第４の実施の形態の構造によれば、組立時の調整なしで、多極子１００Ｃの全長が長い場合でも、各段の極子Ｑ１～Ｑ４の寸法、極子Ｑ１～Ｑ４の位置、円周方向の方位の均一性が良い磁場主体型の色・球面収差補正器を提供することできる。
　なお、図９に示した例では、多極子１００Ｃの極子Ｑ１～Ｑ４の全てがテーパ付き側面１１２’を備えている。しかし、これに限定される趣旨ではなく、ハウジング１０３Ａに対し多極子１００Ｃが固定可能であれば、極子Ｑ１、Ｑ４のみがテーパ付き側面１１２’を備える構造を採用することも可能である。
［第５の実施の形態］
　次に、図１１を参照して、第５の実施の形態に係る色・球面収差補正器２００Ｂ（以下、単に「収差補正器２００Ｂ」という）を説明する。この第５の実施の形態も、一例として、１２極４段の多段連結多極子を有する、色・球面収差補正器を例として説明する。ただし、この第５の実施の形態は、磁場主体ではなく、静電主体型の色・球面収差補正器を例として説明する。
　図１１は、第５の実施の形態の収差補正器の概略断面図である。ハウジング１０３Ｂの構成は、第３の実施の形態のハウジング１０３と略同一であるので、重複する説明及び図示は省略する。また、ハウジング１０３Ｂに取り付けられる多極子の構造も、前述の実施の形態と同一で良いので、やはり説明は省略する。ハウジング１０３Ｂ及び多極子の構造は、第４の実施の形態のものと置換されても良いことは言うまでもない。ただし、いずれの場合でも、全ての極子Ｑ１～Ｑ４に独立に電圧を印加するため、極子Ｑ１～Ｑ４とハウジング１０３Ｂとを電気的に絶縁する必要がある。
　そのため、第５の実施の形態におけるハウジング１０３Ｂは、アルミナや樹脂などの非磁性の絶縁材料で構成される。ハウジング１０３Ｂに空けられたシャフト貫通穴１０６を介して極子Ｑ１、Ｑ４に端子１７５（第２の端子）が挿入される。一方、極子Ｑ２、Ｑ３には、前述の実施の形態と同様に、軟磁性金属を材料として構成されたシャフト１２２、１２３が挿入される。極子Ｑ１、Ｑ４には、シャフトを介さずに直接端子１７５が挿入されている。一方、シャフト１２２、１２３の後端には端子１２７（第１の端子）が接続される。シャフト１２２、１２３には絶縁スリーブ１２６が挿入され、その上から軟磁性金属で構成される円筒形のリング磁路１２５が固定される。また、シャフト１２２、１２３には、励磁コイル１２８が巻かれる。
　各極子Ｑ１～Ｑ４は他の極子及びハウジング１０３Ｂと電気的に絶縁されているので、端子１７５、及び１２７に電圧を印加すると、極子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４の各々において、光軸Ｏの近傍に様々な多極電場を発生させることができる。
　第５の実施の形態では、ハウジング１０３Ｂが非磁性の絶縁材料で構成されている。このため、励磁コイル１２８に電流を流すことにより軟磁性金属のシャフト１２２、１２３に励起される磁束が２段目及び３段目の極子Ｑ２、Ｑ３に伝達される。磁束は更に、円周方向に配置された別の極子、その極子に取り付けられたシャフト、及びリング磁路１２５を通じて元のシャフト１２２、１２３に戻る。このような閉磁気回路が形成されることにより、励磁コイル１２８の電流による磁束が伝達される。励磁コイル１２８に流す電流を調整することで、極子Ｑ２、Ｑ３において、光軸Ｏの近傍に様々な多極磁場を発生させることができる。
　この第５の実施の形態によれば、組立時の調整が不要で、極子の寸法精度が良く、段間の位置と円周方向のずれが小さな静電主体型の色・球面収差補正器を実現できる。なお、ハウジング１０３Ｂの材料は絶縁材に制限されない。ハウジング１０３Ｂが非磁性金属である場合は、極子Ｑ１～Ｑ４とハウジング１０３Ｂの電気絶縁のために、極子Ｑ１～Ｑ４の背面部と接触するハウジング１０３Ｂのテーパ付き溝の内壁に樹脂などの絶縁薄膜を挿入することができる。または、極子Ｑ１～Ｑ４の背面部又はテーパ付き溝に絶縁塗料を塗布することで絶縁を確保することもできる。
［第６の実施の形態］
　次に、第６の実施の形態を、図１２～図１４を参照して説明する。この第６の実施の形態は、前述の実施の形態に係る色・球面収差補正器を搭載した荷電粒子線装置に関する。図１２は、一例として、第３の実施の形態と同様の、磁場主体型の色・球面収差補正器２０９を搭載した、半導体計測・検査用ＳＥＭ（荷電粒子線装置）の電子光学カラムの模式図である。
　この荷電粒子線装置は、陰極２０１、第１陽極２０２、及び第２陽極２０３を備える。陰極２０１及び第１陽極２０２の間には、電子銃制御部３００により引出し電圧が印加され、所定の電流密度で一次電子が陰極２０１より放出される。
　陰極２０１と第２陽極２０３の間には、電子銃制御部３００により加速電圧が印加され、一次電子が加速されて後段の荷電粒子光学系へと打ち出される。荷電粒子線光学系は、一例として、第１コンデンサレンズ２０４、対物可動絞り２０５、第２コンデンサレンズ２０６、色・球面収差補正器２０９、第３コンデンサレンズ２１１、及び対物レンズ２１８を備えて構成される。一次電子は、第１コンデンサレンズ制御部３０１により励磁電流が制御される第１コンデンサレンズ２０４により集束される。これにより、所定の電流が対物可動絞り２０５の開口部を通過する。
　対物可動絞り２０５を通過した一次電子は、第２コンデンサレンズ制御部３０２によって励磁電流が制御される第２コンデンサレンズ２０６を通過する。これにより、一次電子は、光軸１５０に対して平行なビーム軌道に調整される。
　その後、一次電子は補正電流制御部３０４と補正電圧制御部３０５で励磁電流及び印加電圧が制御される色・球面収差補正器２０９に入射する。これにより、荷電粒子線光学系の色収差と球面収差が補正され、一次電子の軌道の角度が調整されて色・球面収差補正器２０９から射出される。
　その後、一次電子は第３コンデンサレンズ制御部３０７で励磁電流が制御される第３コンデンサレンズ２１１により、光軸Ｏ上の適切な位置に集束される。その後、一次電子は対物レンズ制御部３１２で励磁電流が制御される対物レンズ２１８により更に集束される。対物レンズ２１８から出射した一次電子は、ステージ制御部３１３で制御されるステージ２１９上に配置されたウェハ２２０上に集束され、微小スポットがウェハ２２０上に形成される。このとき、色・球面収差補正器２０９で調整された一次電子の角度変化と、対物レンズ２１８の色・球面収差によって一次電子の軌道に発生する角度変化が打ち消し合い、収差が補正された状態で微小スポットが形成される。
　また、ステージ２１９には、リターディング電圧制御部３１４で制御されるリターディング電源２３０が接続されている。リターディング電圧制御部３１４は、減速電圧を印加することで対物レンズ２１８とウェハ２２０との間に減速電場を発生させる。この減速電圧は、一次電子のウェハ２２０への照射電圧を変更することができる。なお、対物レンズ２１８の励磁電流は、ステージ制御部３１３で制御される試料高さ計測器２４０で計測されたワーキングディスタンスに基づいて設定される。
　偏向器制御部３１１で制御される走査偏向器２１７により、一次電子はウェハ２２０上を走査される。一次電子とウェハ２２０上に形成されている微小パターンとの相互作用により、二次電子が発生する。発生した二次電子は対物レンズ２１８を通過し、二次電子変換板２１２上で広がりを持ったスポットを形成する。二次電子は、走査偏向器２１７によって二次電子変換板２１２上を走査され、相互作用により三次電子が発生する。
　三次電子は、ＥｘＢ偏向器２１３により検出器２１５の方向へ偏向され、検出器２１５によって検出される。検出器２１５は、検出器制御部３０９により制御される。ＥｘＢ偏向器２１３は、ＥｘＢ制御部３１０で印加電圧及び励磁電流が制御される。検出器２１５により検出された三次電子は電気信号に変換され、光学系制御部３２０で演算され、画像表示部３１５にＳＥＭ画像として表示される。ＳＥＭ像の視野を移動させる場合はステージ制御部３１３で制御されるステージ２１９を動かすか、偏向器制御部３１１で制御されるイメージシフト偏向器２１６によって一次電子のウェハ２２０上の照射位置を光軸１５０から移動させる。
　色・球面収差補正器２０９の中心軸が光軸１５０に対してずれて組み立てられている場合、色・球面収差補正器２０９に入射する一次電子は、偏向器制御部３０３で制御される二段偏向器２０８により、色・球面収差補正器２０９の中心軸に向けてシフトされる。そして、色・球面収差補正器２０９から射出された一次電子は、偏向器制御部３０６で制御される二段偏向器２１０で光軸１５０に向けてシフトされる。更に、非点補正器制御部３０８で制御される非点補正器２０７は、電子光学カラムの寄生非点を補正する。
　この色・球面収差補正器２０９は、４極－８極子系収差補正器であり、色収差と球面収差の補正を実行可能な補正器である。収差補正器２０９の各段で４極、８極電磁場を形成するが、これに更に１２極の電極・磁極を用いると、４極、８極のほか、双極、６極、１２極電磁場を重畳して発生させることができる。電極及び磁極の組み立て誤差、磁極材料の不均一性により生じる寄生収差、例えばビーム偏向、軸上コマ、３回非点、４回非点などを補正するためにこれらの多極子場を使用することができる。
　第６の実施の形態の荷電粒子線装置で使用される収差補正器は、第３の実施の形態の磁場主体型の色・球面収差補正器に制限されるものではなく、第４の実施の形態で示した磁場主体型の色・球面収差補正器であってもよいし、又は、第５の実施の形態で示した静電主体型の色・球面収差補正器であってもよい。また、本実施の形態における収差補正器は、色・球面収差補正器に制限されず、色収差のみ、又は球面収差のみを補正する収差補正器であってもよい。
　なお、第６の実施の形態では、収差補正器を搭載した荷電粒子線装置の例としてＳＥＭを説明したが、荷電粒子線装置はＳＥＭに制限されず、走査透過電子顕微鏡、透過電子顕微鏡、走査イオン顕微鏡、集束イオンビーム装置などであってもよい。
　上述の実施の形態の多段連結多極子又は収差補正器を、走査透過電子顕微鏡に適用する場合の例を以下に説明する。電子源及びコンデンサレンズと対物レンズとの間に上述の実施の形態の収差補正器を配置し、対物レンズの下に薄膜試料を配置する。更に、収差補正器と薄膜試料との間に一次電子を試料上に走査させるための偏向器を配置し、薄膜試料の下方に検出器を配置する。電子源より放出された一次電子が、コンデンサレンズ、上述の実施の形態による収差補正器、及び対物レンズを通じて薄膜試料に集束され、偏向器により集束された一次電子が試料上を走査される。薄膜試料を透過した一次電子が試料の下方に配置された検出器により検出される。
　上述の実施の形態の多段連結多極子又は収差補正器を、透過電子顕微鏡に適用する場合の一例を以下に説明する。電子源及びコンデンサレンズと対物レンズとの間に薄膜試料を配置し、対物レンズの下方に、上述の実施の形態の収差補正器と、複数の投影レンズを配置し、その下方に検出器を配置する。電子源から放出された一次電子が、コンデンサレンズを通じて薄膜試料を照明し、薄膜試料を透過した一次電子が対物レンズ、収差補正器、複数の投影レンズを通じて、収差補正されつつ検出器上に拡大投影されて検出される。
　次に、例えば、第６の実施の形態のような、色・球面収差補正器を搭載した荷電粒子線装置において、荷電粒子ビームの収差を補正する方法について、図１３及び図１４を参照して説明する。
　図１３は、この収差補正方法を実行する場合における光学系制御部３２０の構成の一例を示すブロック図であり、図１４は、一次電子の収差補正方法の実行の手順を示すフローチャートである。
　まず、ステップＳ００１において、観察する光学条件（加速電圧、コンデンサレンズの励磁電流、リターディング電圧など）を、図１３の光学条件設定部４０１により各制御部を通じて設定する。設定された光学条件に従い、収差補正条件記録部４０２は色・球面収差補正器２０９等の動作条件を記録する。
　続いて、ステップＳ００２において観察位置にステージ２１９を移動させた後、ステップＳ００３において、収差補正条件記録部４０２に記録された色・球面収差補正器２０９の動作条件を読み出し、これを補正電流制御部３０４と補正電圧制御部３０５を通じて設定する。
　動作条件の設定が完了すると、続くステップＳ００４では、フォーカス、非点補正の微調整が実行される。そして、ステップＳ００５では、収差計測部４０３により荷電粒子線光学系の色収差及び幾何収差の計測が実行される。
　ステップＳ００６では、色収差及び幾何収差の計測結果から電子光学系の収差量が、目標とする収差量以下に補正されているかが判定される。収差量が目標値を超えている場合は（Ｎｏ）、ステップＳ００７に移行し、収差補正量演算部４０４により、色・球面収差補正器２０９の各極子Ｑ１～Ｑ４の励磁電流及び印加電圧が演算され、これらが補正電流制御部３０４と補正電圧制御部３０５を通じて設定される。その後、ステップＳ００５に戻り、上記の動作が繰り返される。
　一方、ステップＳ００６で収差量が目標値以下と判定される場合は（Ｙｅｓ）、ステップＳ００８に移行し、各極子Ｑ１～Ｑ４の励磁電流、印加電圧を収差補正条件記録部４０２の色・球面収差補正器２０９の動作条件テーブルに記録し、更新する。
　以上、本発明の実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
Ｑ１～Ｑ４…極子、Ｎ…切り欠き、Ｃ…キャップ、Ｐ１～Ｐ３，Ｐ１１～Ｐ１３…支柱、１１…凹部、１２…突起部、１…極子母材、２…先端側連結部、３…背面側連結部、１１～１４…ブロック、Ｈ１…ネジ穴、Ｈ２…シャフト取り付け穴、１００，１００Ａ，１００Ｂ…多段連結多極子、１０３，１０３Ａ，１０３Ｂ…ハウジング、１０４，１０４Ａ…厚肉部、１０５，１０５Ａ…テーパ付き溝、１０６…シャフト貫通穴、１０７…ネジ貫通穴、Ｓ１…ネジ、１０８…薄肉部、Ｏ…軸、１１２，１１２’…テーパ付き側面、１２１～１２４…シャフト、１２５…リング磁路、１２６…絶縁スリーブ、１２７…端子、１２８…コイル、２０１…陰極、２０２…第１陽極、２０３…第２陽極、２０４…第１コンデンサレンズ、２０５…対物可動絞り、２０６…第２コンデンサレンズ、２０７…非点補正器、２０８…２段偏向器、２０９…色・球面収差補正器、２１０…２段偏向器、２１１…第３コンデンサレンズ、２１２…二次電子変換板、２１３…ＥｘＢ偏向器、２１５…検出器、２１６…イメージシフト偏向器、２１７…走査偏向器、２１８…対物レンズ、２１９…ステージ、２２０…ウェハ、２３０…リターディング電源、２４０…試料高さ計測器、３００…電子銃制御部、３０１…第１コンデンサレンズ制御部、３０２…第２コンデンサレンズ制御部、３０３…偏向器制御部、３０４…補正電流制御部、３０５…補正電圧制御部、３０６…偏向器制御部、３０７…第３コンデンサレンズ制御部、３０８…非点補正器制御部、３０９…検出器制御部、３１０…ＥｘＢ制御部、３１１…偏向器制御部、３１２…対物レンズ制御部、３１３…ステージ制御部、３１４…リターディング電圧制御部、３１５…画像表示部、３２０…光学系制御部、４０１…光学条件設定部、４０２…収差補正条件記録部、４０３…収差計測部、４０４…収差補正量演算部。

Claims (20)

  1. 　荷電粒子線の光軸方向に沿って配列され且つ対向する面において切り欠きを有する複数の極子と、
    　前記複数の極子の間に配列され絶縁体からなる支柱と
    　を備え、
    　前記極子及び前記支柱は、前記切り欠きにおいて接合材を介して接合される
    ことを特徴とする多段連結多極子。
  2. 　前記切り欠きに前記接合材を介して接合されるキャップを更に備え、
    　前記支柱は、前記キャップを介して前記極子に接合される、請求項１に記載の多段連結多極子。
  3. 　前記支柱及び前記キャップは、互いに嵌合可能な凸部及び凹部を含む、請求項２に記載の多段連結多極子。
  4. 　前記支柱を構成する絶縁体の材料はセラミクスであり、
    　前記接合材はロウ材である、
    　請求項１～３のいずれか１項に記載の多段連結多極子。
  5. 　前記複数の極子の少なくともその一端側の複数の端面は、一の面に沿った形状を有している、請求項１～３のいずれか１項に記載の多段連結多極子。
  6. 　前記複数の極子は、前記支柱を前記接合材により接合する前の段階では、一の連結部に連結され、前記連結部とともに単一の極子母材として成形される、請求項５に記載の多段連結多極子。
  7. 　前記連結部は、前記極子の一端側と他端側の二か所で連結する、請求項６に記載の多段連結多極子。
  8. 　前記複数の極子は軟磁性金属を材料として構成される、請求項１～３のいずれか１項に記載の多段連結多極子。
  9. 　複数の多段連結多極子と、
    　前記多段連結多極子が接続される円筒形状のハウジングと
    を備えた多段多極子ユニットであって、
    　前記多段連結多極子は、荷電粒子線の光軸方向に沿って配列され且つ対向する面において切り欠きを有する複数の極子と、前記複数の極子の間に配列され絶縁体からなる支柱とを備え、前記極子及び前記支柱は、前記切り欠きにおいて接合材を介して接合され、
    　前記ハウジングは、
    　前記円筒形状の周方向に所定の間隔で配置され前記光軸方向に平行な溝を備え、
    　前記多段連結多極子は、前記溝に嵌め込まれる
    ことを特徴とする多段多極子ユニット。
  10. 　前記溝の側壁はテーパ形状を有し、
    　前記極子の一端は、前記テーパ形状と同一のテーパ角を有する、請求項９に記載の多段多極子ユニット。
  11. 　前記多段連結多極子に対し前記ハウジングに設けられた貫通穴を介して接続されるシャフトと、
    　前記シャフトの一端に取り付けられるリング磁路と、
    　前記シャフトに巻き付けられる励磁コイルと
    　を更に備える、請求項９に記載の多段多極子ユニット。
  12. 　前記切り欠きに前記接合材を介して接合されるキャップを更に備え、
    　前記支柱は、前記キャップを介して前記極子に接合される、請求項９～１１のいずれか１項に記載の多段多極子ユニット。
  13. 　前記支柱及び前記キャップは、互いに嵌合可能な凸部及び凹部を含む、請求項１２に記載の多段多極子ユニット。
  14. 　前記複数の極子の少なくともその一端側の複数の端面は、一の面に沿った形状を有している、請求項９～１１のいずれか１項に記載の多段多極子ユニット。
  15. 　前記複数の極子は、前記支柱を前記接合材により接合する前の段階では、一の連結部に連結され、前記連結部とともに単一の極子母材として成形される、請求項１４に記載の多段多極子ユニット。
  16. 　前記多段連結多極子の複数の極子のうちの第１の極子に対し前記ハウジングに設けられた貫通穴を介して接続されるシャフトと、
    　前記シャフトに接続される第１の端子と、
    　前記多段連結多極子の複数の極子のうちの第２の極子に対し接続される第２の端子と、　前記シャフトの一端に取り付けられるリング磁路と、
    　前記シャフトに巻き付けられる励磁コイルと
    　を更に備える、請求項９に記載の多段多極子ユニット。
  17. 　荷電粒子を放出する荷電粒子源と、
    　前記荷電粒子を集束させる荷電粒子線光学系と、
    　前記荷電粒子線光学系に含まれる収差補正器としての多段多極子ユニットと
    を備え、
    　前記多段多極子ユニットは、複数の多段連結多極子を備え、
    　前記多段連結多極子は、荷電粒子線の光軸方向に沿って配列され且つ対向する面において切り欠きを有する複数の極子と、前記複数の極子の間に配列され絶縁体からなる支柱とを備え、前記極子及び前記支柱は、前記切り欠きにおいて接合材を介して接合される
    ことを特徴とする荷電粒子線装置。
  18. 　前記切り欠きに前記接合材を介して接合されるキャップを更に備え、
    　前記支柱は、前記キャップを介して前記極子に接合される、請求項１７に記載の荷電粒子線装置。
  19. 　前記支柱及び前記キャップは、互いに嵌合可能な凸部及び凹部を含む、請求項１８に記載の荷電粒子線装置。
  20. 　前記荷電粒子線光学系の色収差及び幾何収差を計測する収差計測部と、
    　前記収差計測部における計測の結果に従い、前記多段連結多極子への印加電圧及び励磁電流を演算する収差補正量演算部と、
    　前記収差補正量演算部における演算の結果を記憶する収差補正条件記録部と
    　を更に備える、請求項１７に記載の荷電粒子線装置。
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