WO2021229732A1 - 荷電粒子線装置、荷電粒子線装置の制御方法 - Google Patents

荷電粒子線装置、荷電粒子線装置の制御方法 Download PDF

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真悟 林
秀之 数見
朝暉 程
英登 土肥
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    • H01J37/1472—Deflecting along given lines
    • H01J37/1474—Scanning means
    • H01J37/1475—Scanning means magnetic

Definitions

  • the present invention relates to a charged particle beam device.
  • Patent Document 1 describes, as a method for alleviating the hysteresis of a magnetic field lens, "in a method for adjusting a charged particle optical system in which a charged particle beam emitted from a charged particle beam is guided onto a predetermined sample using a magnetic field lens, the charged particle is described.
  • a charge characterized by forming a stabilized hysteresis loop in a major loop in the hysteresis curve of the magnetic field lens by applying a single amplitude AC exciting current to the magnetic field lens in a non-irradiated state of the line.
  • a method for adjusting a particle optical system. (Claim 1) is disclosed.
  • Patent Document 2 as a method of adjusting the profile of electrons emitted from a sample, "an ExB deflector 101 having eight or more poles each of an electric field type deflector and a magnetic field type deflector, and a first ratio and intensity are described.
  • the adjusting means 110 and the second ratio and intensity adjusting means 111 are provided.
  • the first ratio and intensity adjusting means 110 includes the ratio of the dipole electric field and the dipole magnetic field generated by the E ⁇ B deflector 101.
  • the intensity is adjusted, and the second ratio and intensity adjusting means 111 adjusts the ratio and intensity of the quadrupole electric field and the quadrupole magnetic field generated by the E ⁇ B deflector 101.
  • ”(Summary) is disclosed. ..
  • Patent Document 1 discloses a method of storing a magnetic field response to a wide range of current paths by applying a high-load alternating current to a magnetic field lens.
  • this technology By applying this technology to a round lens, the accuracy of focus adjustment can be improved, and by applying it to a deflection lens, the accuracy of visual field movement can be improved. These improve the measurement accuracy.
  • an exciting current in the direction opposite to the stored current path it is necessary to control the current so as to orbit the current path in a wide range, which raises a new problem that it takes time to measure.
  • Patent Document 2 discloses a method of correcting the profile of electrons emitted from a sample by using a lens divided into a plurality of parts. As a result, the blur of the observed image can be corrected and the measurement accuracy is improved.
  • the lenses divided into a plurality of lenses exhibit different magnetic characteristics, a new problem arises that it is difficult to control and it takes time to measure. Further, if the distance between the lenses is narrow, the lenses are magnetically coupled to each other, which causes a new problem that control is difficult and it takes time to measure.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a charged particle beam device capable of improving the reproducibility of the magnetic field response of a magnetic field lens and realizing highly accurate electron orbit control in a short time. do.
  • the charged particle beam device generates an exciting current of a magnetic field lens by synthesizing a direct current with an alternating current.
  • the charged particle beam apparatus According to the charged particle beam apparatus according to the present invention, it is possible to provide a technique capable of improving the reproducibility of the magnetic field response of the magnetic field lens and realizing highly accurate electron orbit control in a short time. Issues, configurations and effects other than those described above will be clarified by the following description of the embodiments.
  • This is an example in which the focus adjustment using the current control for relaxing the hysteresis is applied to the objective lens 112.
  • It is a flowchart of astigmatism adjustment using an E ⁇ B lens 123 This is an example in which the upper deflector 901 and the lower deflector 902 constituting the image shift deflector 128 are magnetically coupled.
  • the first example of the hysteresis relaxation current control is shown.
  • a second example of the hysteresis relaxation current control is shown.
  • a third example of hysteresis relaxation current control is shown.
  • a fourth example of hysteresis relaxation current control is shown. This is an example of three timings for driving a direct current within an alternating current waveform. The current waveform when the direct current is driven in the first rising period T1 is shown. The current waveform when the direct current is driven in the first fall period T2 is shown.
  • the current waveform when the direct current is driven in the second rise period T3 is shown.
  • the current waveform when the direct current is driven in the first rising period T1 is shown.
  • the current waveform when the direct current is driven in the first fall period T2 is shown.
  • the current waveform when the direct current is driven in the second rise period T3 is shown. It is a figure explaining the magnetic field response by the current control shown in FIGS. 19B to 19G. It is a figure explaining the magnetic field response by the current control shown in FIGS. 19B to 19G. This is an example of current control when the current code of a direct current is inverted.
  • FIG. 1 is a schematic view of a scanning electron microscope.
  • the cathode 101, the first anode 102, and the second anode 103 constitute a charged particle source (electron gun) and are controlled by the electron gun control unit 104.
  • the electron gun control unit 104 applies an extraction voltage between the cathode 101 and the first anode 102, primary electrons are emitted from the cathode 101 at a predetermined current density. Further, the primary electrons are accelerated by the acceleration voltage applied between the cathode 101 and the second anode 103 and emitted to the subsequent stage.
  • the emitted primary electrons are focused by the first condenser lens 106.
  • the exciting current of the first condenser lens 106 is controlled by the first condenser lens control unit 105.
  • the primary electrons focused by the first condenser lens 106 are limited to a predetermined amount of current at the opening of the objective movable diaphragm 107.
  • the primary electrons that have passed through the objective movable diaphragm 107 are focused at an appropriate position on the optical axis 110 by the second condenser lens 109.
  • the exciting current of the second condenser lens 109 is controlled by the second condenser lens control unit 108.
  • the primary electrons focused by the second condenser lens 109 are focused by the objective lens 112 on the sample 114 arranged on the stage 113.
  • the exciting current of the objective lens 112 is controlled by the objective lens control unit 111.
  • the exciting current of the objective lens 112 is set based on the working distance measured by the sample height measuring instrument 116.
  • the sample height measuring instrument 116 is controlled by the stage control unit 115.
  • a retarding power supply 118 controlled by the retarding voltage control unit 117 is connected to the stage 113.
  • the retarding power supply 118 decelerates the primary electrons by generating a voltage between the objective lens 112 and the sample 114.
  • the first scanning deflector 120 scans the primary electrons two-dimensionally on the sample 114.
  • the first scanning deflector 120 is controlled by the first deflector control unit 119.
  • Secondary electrons are generated by the interaction between the primary electrons and the sample 114.
  • the generated secondary electrons pass through the objective lens 112 and form a wide spot on the secondary electron conversion plate 121.
  • the secondary electrons are scanned on the secondary electron conversion plate 121 by the first scanning deflector 120, and the tertiary electrons are generated by the interaction with the secondary electron conversion plate 121.
  • the tertiary electrons are deflected toward the detector 125 controlled by the detector control unit 124 by the E ⁇ B lens 123 whose applied voltage and exciting current are controlled by the E ⁇ B control unit 122, and are detected by the detector 125. Will be done.
  • the detected tertiary electrons are converted into electric signals, calculated by the control unit 126, and displayed as an SEM image on the display device 127.
  • the control unit 126 can also correct aberrations (astigmatism, chromatic aberration, deflection distortion, etc.) that occur when electrons are deflected from the optical axis 110 by forming the E ⁇ B lens 123 into a multipole structure. Details will be described later.
  • the stage 113 When moving the field of view of the SEM image, the stage 113 is moved by the stage control unit 115, or the irradiation position of the primary electron on the sample 114 is moved by the image shift deflector 128.
  • the image shift deflector 128 is controlled by the first deflector control unit 119.
  • the astigmatism corrector 130 corrects the parasitic astigmatism of the electron optics system.
  • the astigmatism corrector 130 is controlled by the astigmatism corrector control unit 129.
  • FIG. 2 is an example of the magnetic field response of the magnetic field lens.
  • the magnetic field response is the relationship between the current value and the magnetic field strength.
  • the magnetic field lens is, for example, a round lens such as a condenser lens or an objective lens, a deflection lens such as a deflector or an image shift deflector, an E ⁇ B lens, a multipole lens for stigma adjustment, or the like, and the magnetic field strength is changed by an exciting current. It is an electric magnet.
  • the exciting current of the magnetic field lens is applied from the starting point 202 of the exciting current to the ending point 203 of the exciting current along the current path 201.
  • the magnetic field strength of the magnetic field lens follows the initial magnetization curve 205 shown by the dotted line from the starting point 204 of the magnetic field strength, and then follows the first excitation path 206 shown by the solid line.
  • the first excitation path 206 is followed again to reach the end point 208 of the exciting intensity.
  • the exciting current is increased when the exciting current is decreasing (first exciting path 206).
  • the magnetic field response is different from that of time (second excitation path 207). As a result, a difference in magnetic field strength between the two (so-called output offset 211) occurs.
  • the maximum exciting current 209 and the minimum exciting current 210 are generally set in a wider range than the target current that outputs the desired magnetic field strength after performing focus adjustment, field of view movement, or the like.
  • FIG. 3 is a diagram showing an example of focus adjustment using the objective lens 112.
  • the exciting current of the objective lens 112 is adjusted so that the observed image has the highest definition.
  • the exciting current of the objective lens 112 is swept to i0 to i4.
  • an observation image is taken with each exciting current.
  • a focus evaluation filter (differential, secondary differential, Sobel, Laplacian, Fourier transform, etc.) is applied to each SEM image taken to create a focus evaluation image, and the focus evaluation value (also called sharpness) is applied. Is calculated.
  • the exciting current is changed to the exciting current i2 having the maximum focal evaluation value of 301.
  • FIG. 4 is a diagram showing an example of a problem of focus adjustment using the objective lens 112.
  • the focal adjustment it is common to take the procedure of searching for the optimum focal position after stabilizing the magnetic field response of the objective lens 112.
  • an alternating current is applied from the starting point 402 of the exciting current to the ending point 403 of the exciting current along the alternating current path 401 shown by the broken line.
  • the amplitude of this alternating current is generally set sufficiently larger than the target current that is the optimum focal position.
  • the magnetic field strength of the objective lens 112 follows the first excitation path 406 after following the initial magnetization curve 405 from the starting point 404 of the magnetic field strength.
  • the first excitation path 406 is followed again to reach the end point 408 of the exciting intensity.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating the relationship between the amplitude of the alternating current and the output offset 211.
  • the output offset 211 becomes smaller when the amplitude of the alternating current is lowered. Therefore, if the relationship between the current path and the magnetic field strength is stored with the amplitude (a0 ⁇ Ia) of the alternating current at which the output offset is extremely small (B0 ⁇ Ba), the first excitation path 206 and the second excitation path 207 The divergence between them is suppressed, and the output offset 211 can be minimized to a negligible level.
  • the amplitude of the alternating current at which the output offset 211 is minimized differs for each magnetic field lens.
  • a round lens such as a condenser lens or an objective lens
  • an axially asymmetric lens such as a deflecting lens or a multipole lens such as a stigma
  • the observation image shift before and after the application of the alternating current is measured by using an analysis method such as template matching, and the observation image shift is within ⁇ 2 pix. With this setting, the output offset can be ignored.
  • FIG. 6A is an example of a current control method for relaxing the hysteresis of the magnetic field response of the objective lens 112.
  • This current control method is not limited to the objective lens, and can be applied to all magnetic field lenses such as a round lens, a deflection lens, and a multipole lens. Examples of these lenses will be described in the embodiments described later.
  • the current control method of increasing the exciting current in one direction and changing it to the target current will be explained.
  • the DC current amount 3 ⁇ a0 is set as the first target current.
  • An alternating current having an amplitude of a0 is applied to the first exciting current 601 of the objective lens 112 for one cycle (time t0).
  • the exciting current of the objective lens 112 reaches the first target current 602. In this way, the reproducibility of the magnetic field response is improved when the alternating current and the direct current are combined and generated.
  • the amplitude a0 of the alternating current is made sufficiently smaller than the target current, a magnetic field response without an output offset can be obtained.
  • the direct current amount ⁇ a0 is set as the second target current.
  • an alternating current whose phase is shifted by 180 ° is applied (time t2).
  • the exciting current of the objective lens 112 reaches the second target current 603.
  • the waveform of the alternating current and the drive timing of the direct current shown in FIG. 6A are examples, and a modification will be described later.
  • FIG. 6B is an example of a magnetic field response using current control that alleviates the hysteresis of the objective lens 112.
  • the upper part of FIG. 6B schematically shows the exciting current waveform shown in FIG. 6A (that is, a small-amplitude alternating current is synthesized in the current waveform that fluctuates up and down as a whole).
  • the exciting current of the objective lens 112 is applied from the starting point 605 of the exciting current to the ending point 606 of the exciting current along the current path 604 by using the current control that relaxes the hysteresis.
  • the output offset due to hysteresis is suppressed, and the magnetic field response of the objective lens 112 shows a magnetic field response 607 that does not depend on the excitation path.
  • FIG. 7 is an example in which focus adjustment using current control for relaxing hysteresis is applied to the objective lens 112.
  • the observation image is taken while sweeping the exciting current from the start point 701 of the focus adjustment current to the end point 702 of the focus adjustment current using the current control that relaxes the hysteresis, and the focus evaluation value in each observation image is measured.
  • the magnetic field strength with the highest focal evaluation value is the magnetic field strength 704 with an exciting current 703.
  • the exciting current is changed to the target current 706 for focus adjustment along the current path 705 shown by the solid line by using the current control that relaxes the hysteresis.
  • the exciting current is shown as if the exciting current is linearly fluctuated from the end point 702 to the target current 706, but the actual exciting current is a combination of a direct current and an alternating current as shown in FIG. 6A. It should be added that it changes depending on the current waveform.
  • FIG. 8 is a flowchart of focus adjustment by the objective lens 112 executed by the control unit 126.
  • the timing of performing focus adjustment according to this flow is not particularly limited.
  • the implementation timing is not limited to the timing before the start of dimensional measurement or defect inspection, and may be, for example, when changing optical conditions such as acceleration voltage, or when the atmospheric pressure or air temperature changes significantly.
  • This flowchart can be implemented by the control unit 126 controlling each unit. The same applies to the flowchart described later.
  • the stage 113 is moved to the observation position by the stage control unit 115 (S801).
  • the stage 113 is moved so that the adjustment sample is in the field of view of the SEM.
  • the optical conditions for acquiring the SEM image are set.
  • the optical conditions include an acceleration voltage controlled by the electron gun control unit 104, a retarding voltage controlled by the retarding voltage control unit 117, an exciting current of the condenser lens controlled by the condenser lens control unit, and an objective lens control unit 111.
  • the exciting current of the objective lens, the exciting current of various deflectors, etc. are included.
  • an observation image is taken.
  • the focus evaluation value of the captured SEM image is measured.
  • a specified amount of exciting current is applied to the objective lens 112 by using the current control that relaxes the hysteresis, and the process proceeds to S803.
  • the peak current having the highest focal evaluation value is calculated from the relationship between the exciting current measured up to S805 and the focal evaluation value.
  • the peak current (target current) is applied to the objective lens 112 by using the current control that relaxes the hysteresis, and the focus adjustment is completed.
  • the current control for alleviating the hysteresis according to the present invention is performed by the first condenser lens control unit 105, the second condenser lens control unit 108, the objective lens control unit 111, the first deflector control unit 119, the E ⁇ B control unit 122, or astigmatism.
  • the point corrector control unit 129 By applying it to the point corrector control unit 129, the reproducibility of the magnetic field response can be improved and highly accurate electron orbit control can be realized in a short time.
  • FIG. 9 is an example of visual field movement using the image shift deflector 128.
  • the image shift deflector 128 is composed of an upper deflector 901 and a lower deflector 902.
  • the electron beam 903 is decentered from the optical axis 110 by the deflection field of the deflector 901 in the upper stage.
  • the de-axis electron beam 903 is deflected to the focal position 904 in front of the objective lens 112 by the deflection field of the lower deflector 902.
  • the electron beam 903 that has passed through the focal position 904 passes through the objective lens 112 and makes a vertical landing with respect to the sample 114 that is separated from the optical axis 110 by ⁇ L.
  • the magnetic field strengths of the upper deflector 901 and the lower deflector 902 are changed, and the incident angle of the electron beam 903 with respect to the focal position 904 in front of the objective lens 112. Is adjusted to control the sample arrival position of the electron beam 903.
  • FIG. 10 is an example of the task of moving the visual field using the image shift deflector 128.
  • the upper deflector 901 and the lower deflector 902 constituting the image shift deflector 128 do not output the desired magnetic field strength due to the influence of hysteresis will be described as an example.
  • the electron beam 903' is decentered from the optical axis 110 by the deflection field of the deflector 901 in the upper stage.
  • the electron beam 903 is deflected to a position different from the focal position 904 in front of the objective lens 112 by the deflection field of the lower deflector 902.
  • the electron beam 903 deflected to a position different from the focal position 904 in front of the objective lens 112 passes through the objective lens 112 and is incident on the sample 114 at a distance ⁇ L + ⁇ L'from the optical axis 110 at an inclination angle ⁇ .
  • the upper deflector 901 and the lower deflector 902 constituting the image shift deflector 128 do not output the desired magnetic field strength due to the influence of hysteresis, the field of view cannot be moved to the desired position. ..
  • the electron beam 903 is incident on the sample at the tilt angle ⁇ , there is also a problem that aberration due to the tilt angle is generated and the resolution is deteriorated.
  • a theoretical value current is applied to the deflector, if the shape of the deflection field is distorted due to the influence of hysteresis, the field of view cannot be moved according to theory.
  • FIG. 11 is a flowchart of the field of view movement by the image shift deflector 128 executed by the control unit 126.
  • the stage control unit 115 moves the stage 113 to the observation position (S1101).
  • the optical conditions for acquiring the SEM image are set.
  • the optical conditions include an acceleration voltage controlled by the electron gun control unit 104, a retarding voltage controlled by the retarding voltage control unit 117, an exciting current of the condenser lens controlled by the condenser lens control unit, and an objective lens control unit 111.
  • the exciting current of the objective lens, the exciting current of various deflectors, etc. are included.
  • the field of view is selected. In the selection of the field of view, the user may specify arbitrary coordinates or preset coordinates.
  • the visual field movement amount is calculated from the current coordinates and the designated coordinates.
  • the amount of exciting current applied to the upper deflector 901 and the lower deflector 902 constituting the image shift deflector 128 is calculated from the calculated visual field movement amount.
  • the exciting current (target current) calculated by using the current control for relaxing the hysteresis is applied to the upper deflector 901 and the lower deflector 902.
  • Embodiment 3 a technique for improving the reproducibility of the magnetic field response of the E ⁇ B lens and realizing highly accurate aberration correction in a short time will be described.
  • a scanning electron microscope will be described as an example of a charged particle beam device.
  • FIG. 12 is an example of the E ⁇ B lens 123.
  • the E ⁇ B lens 123 is composed of, for example, an 8-pole electric field type deflector (corresponding to V1 to V8) and an 8-pole magnetic field type deflector (I1 to I8).
  • the third embodiment is not limited to the quadrupole, and can be applied to a multipole lens such as a quadrupole, a quadrupole, a quadrupole, and a quadrupole.
  • the E ⁇ B lens 123 composed of eight quadrupoles can generate a predetermined multipole field by applying an electric field or an exciting current of each quadrupole at a predetermined ratio.
  • Examples of the multi-pole field include a 2-pole field, a 4-pole field, a 6-pole field, and an 8-pole field.
  • the E ⁇ B lens 123 has a role of deflecting electrons from the optical axis 110 toward the detector 125 by using a dipole field, and aberrations (astigmatism, chromatic aberration, etc.) generated when electrons are deflected from the optical axis 110. It has the role of correcting (deflection distortion, etc.).
  • the output method of the multipole field and the aberration correction method are as described in Patent Document 2.
  • FIG. 13 is an example of the problem of the E ⁇ B lens 123 composed of eight poles.
  • a case where the astigmatism generated when the electron is deflected from the optical axis 110 by superimposing the magnetic field type quadrupole field on the E ⁇ B lens 123 to which the magnetic field type quadrupole field is applied is corrected. Will be described as an example.
  • each pole of the E ⁇ B lens 123 exhibits a magnetic field response 1301.
  • the exciting current of the pole I1 is the exciting current A1
  • the exciting current of the pole I2 is the exciting current A2.
  • the magnetic field type quadrupole field When the magnetic field type quadrupole field is increased or decreased in order to correct astigmatism from this state, a different magnetic field response is shown for each pole.
  • the quadrupole I1 has a magnetic field response 1302, and the quadrupole I2 has a magnetic field response 1303.
  • the reason why the magnetic field response differs for each pole is that the magnetic permeability of the magnetic material changes according to the amount of exciting current.
  • FIG. 13 shows the magnetic field responses of the quadrupoles I1 and I2, but the other quadrupoles also show different magnetic field responses as in the magnetic field responses 1302 and 1303.
  • the magnetic field type quadrupole field has been described here as an example, the same problem arises with other multipole fields. Examples of the other multipole field include a 2-pole field having components in each of the two directions (X direction and Y direction), a 4-pole field, a 6-pole field, an 8-pole field, and a 12-pole field.
  • the desired shape of the multipole field is not obtained.
  • the correction according to theory cannot be performed accurately.
  • the resolution is deteriorated due to the occurrence of parasitic aberration such as coma, and the optical axis is displaced due to the generation of the parasitic quadrupole field.
  • the magnetic field response of each quadrupole is unstable, the parasitic aberration caused by the deviation from the ideal shape occurs non-linearly. If the parasitic aberration occurs non-linearly, the parasitic aberration cannot be feedforward controlled, and there is a problem that the control takes time.
  • FIG. 14 is a flowchart of astigmatism adjustment using the E ⁇ B lens 123.
  • the stage control unit 115 moves the stage 113 to the observation position (S1402).
  • the stage 113 is moved so that the astigmatic sample is in the field of view of the SEM.
  • optical conditions for acquiring an SEM image are set.
  • the optical conditions include an acceleration voltage controlled by the electron gun control unit 104, a retarding voltage controlled by the retarding voltage control unit 117, an exciting current of the condenser lens controlled by the condenser lens control unit, and an objective lens control unit 111.
  • the exciting current of the objective lens, the exciting current of various deflectors, etc. are included.
  • S1404 an observation image is taken.
  • S1405 the astigmatic evaluation value of the captured SEM image is measured.
  • the astigmatic evaluation value is a numerical value obtained by calculating the sharpness of each orientation of the SEM image and using the difference or ratio of the sharpness.
  • S1406 it is determined whether or not the specified number of astigmatic searches is satisfied, and if the specified number of astigmatic searches is satisfied, the process proceeds to S1408, and if not, the process proceeds to S1407.
  • S1407 a specified exciting current amount is applied to the E ⁇ B lens 123 by using the current control that relaxes the hysteresis, and the process proceeds to S1404.
  • the peak current having the highest astigmatic evaluation value is calculated from the relationship between the exciting current measured up to S1406 and the astigmatic evaluation value.
  • the peak current (target current) is applied to the E ⁇ B lens 123 by using the current control that relaxes the hysteresis, and the astigmatism adjustment is completed.
  • the current control that alleviates the hysteresis according to the present invention to the multi-pole element lens, even when a current in the direction opposite to the current path of the direct current is applied, the current control that circulates the current path wider than the target current. Is unnecessary, and highly accurate aberration correction can be realized in a short time.
  • FIG. 15 is an example in which the upper deflector 901 and the lower deflector 902 constituting the image shift deflector 128 are magnetically coupled.
  • the distance ⁇ H between the upper deflector 901 and the lower deflector 902 of the image shift deflector 128 is short, when the deflection field 1501 is generated by the upper deflector 901, the magnetic field leaks to the lower deflector 901. A deflection field 1502 is created.
  • This magnetic field leakage is not limited to the image shift deflector 128, and also in other lenses, the distance between lenses divided in the plane, the distance between other lenses, and between magnetic parts such as a magnetic shield. It occurs when the distance of, etc. is short.
  • FIG. 16 is an example of a problem in the magnetic field response in the image shift deflector 128.
  • the magnetic field response of the lower deflector 902 when there is a magnetic field leak from the upper deflector 901 will be described.
  • the lower deflector 902 shows a magnetic field response 1601 to a counterclockwise excitation path.
  • the deflector 902 outputs the magnetic field strength B0 at the exciting current L0, and outputs the magnetic field strength B1 at L1 obtained by increasing ⁇ I to the exciting current L0.
  • the magnetic field strength of the lower deflector 902 changes. , followss the unstable path shown by the broken line to reach the magnetic field strength B0'(fake exciting current L0').
  • the magnetic field strength of the lower deflector 902 follows an unstable path shown by the broken line and reaches the magnetic field strength B1'.
  • the magnetically coupled lens group when a magnetic field in the direction opposite to the excitation path memorized by the magnetic field leakage is received, a new problem arises that the memorized magnetic field response disappears. Further, if the shape of the output field is distorted due to magnetic field leakage, there is a problem that the desired correction function becomes incomplete and the correction according to theory cannot be performed.
  • FIG. 17 is a flowchart of visual field movement using the image shift deflector 128.
  • the stage control unit 115 moves the stage 113 to the observation position (S1701).
  • S1702 optical conditions for acquiring an SEM image are set.
  • the optical conditions include an acceleration voltage controlled by the electron gun control unit 104, a retarding voltage controlled by the retarding voltage control unit 117, an exciting current of the condenser lens controlled by the condenser lens control unit, and an objective lens control unit 111.
  • the exciting current of the objective lens, the exciting current of various deflectors, etc. are included.
  • the field of view is selected.
  • the user may specify arbitrary coordinates or preset coordinates for selecting the field of view.
  • the visual field movement amount is calculated from the current coordinates and the designated coordinates.
  • the stage for changing the exciting current is selected.
  • the exciting current amount of the designated stage is calculated based on the calculated visual field movement amount.
  • a designated exciting current target current
  • the process proceeds to S1705, and if the exciting currents of all stages have been changed, the visual field movement ends.
  • the exciting current was changed for each lens stage, but all stages may be changed at the same time in order to shorten the adjustment time.
  • the amplitude a0 of the alternating current used for the current control to relax the hysteresis is the magnetic field response of the predetermined lens even if the alternating current of the amplitude a0 is applied to the lens closest to the predetermined lens in the magnetically coupled lens group. It is preferable to set so that does not change.
  • FIG. 18A shows a first example of hysteresis relaxation current control.
  • An alternating current having an amplitude a0 is applied to a magnetic field lens having a predetermined initial current of 1801 at time t0.
  • a direct current having an amplitude a1 ( ⁇ a0) is applied by driving at time t1 (excitation current 1802).
  • an alternating current having an amplitude a0 is applied at time t2 (excitation current 1802).
  • an alternating current having an amplitude a0 is applied.
  • a direct current having an amplitude a1 ( ⁇ a0) is applied by driving (excitation current 1803).
  • FIG. 18B shows a second example of hysteresis relaxation current control.
  • An alternating current having an amplitude a0 is applied to a magnetic field lens having a predetermined initial current of 1801 at time t0.
  • a direct current having an amplitude of a1 is applied by driving at time t1 (excitation current 1804).
  • an alternating current having an amplitude a0 is applied.
  • FIG. 18C shows a third example of hysteresis relaxation current control.
  • the waveform of the alternating current in the first example is changed to a sine wave.
  • the rising time and falling time of the exciting current are slower than those of the square wave, and it is possible to suppress power fluctuations such as overshoot and ringing.
  • the magnetic field response that follows the fluctuation of the power supply is suppressed, and the reproducibility of the magnetic field response is improved as compared with the first example.
  • the shape of the alternating current is not limited to the sine wave, but may be any one such as a trapezoidal wave or a triangular wave that delays the rising time and falling time of the exciting current.
  • FIG. 18D shows a fourth example of hysteresis relaxation current control.
  • the alternating current 1806 and the direct current 1807 are continuously driven (1808).
  • the amplitude of the alternating current is a0
  • the period is t1
  • each current is controlled so as to satisfy
  • FIG. 19A is an example of three timings for driving a direct current within an alternating current waveform.
  • the waveform of the alternating current shown in FIG. 19A there is a first rising period T1, a first falling period T2, and a second rising period T3.
  • a direct current can be combined with an alternating current.
  • An example of the combined current at each timing will be described below.
  • 19B to 19D are examples of current waveforms when the initial amplitude of the alternating current and the amplitude of the direct current have the same sign.
  • FIG. 19B shows a current waveform when a direct current is driven in the first rising period T1.
  • the exciting current increases by 2 ⁇ a0.
  • the exciting current decreases by 2 ⁇ a0.
  • the exciting current increases by a0.
  • FIG. 19C shows a current waveform when a direct current is driven in the first falling period T2.
  • the exciting current increases by a0 in the first rising period T1.
  • the exciting current decreases by a0 in the first falling period T2.
  • the exciting current increases by a0.
  • FIG. 19D shows a current waveform when a direct current is driven in the second rising period T3.
  • the exciting current increases by a0 in the first rising period T1.
  • the exciting current decreases by 2 ⁇ a0.
  • the exciting current increases by 2 ⁇ a0.
  • 19E to 19G are examples of current waveforms when the initial amplitude of the alternating current and the amplitude of the direct current have different signs.
  • FIG. 19E shows a current waveform when a direct current is driven in the first rising period T1.
  • the exciting current decreases by 2 ⁇ a0.
  • the exciting current increases by a0.
  • FIG. 19F shows a current waveform when a direct current is driven in the first falling period T2.
  • the exciting current increases by a0 in the first rising period T1.
  • the exciting current decreases by 3 ⁇ a0.
  • the exciting current increases by a0.
  • FIG. 19G shows a current waveform when a direct current is driven in the second rising period T3.
  • the exciting current increases by a0 in the first rising period T1.
  • the exciting current decreases by 2 ⁇ a0.
  • the alternating current and the direct current cancel each other out, and the exciting current does not change.
  • Pattern 1 in FIG. 20A is a magnetic field response when a direct current is driven in the first rising period T1 shown in FIG. 19B.
  • the magnetic field strength 2001 of the predetermined initial current goes around the excitation path 2003 and reaches the magnetic field strength 2004.
  • Pattern 2 in FIG. 20A is a magnetic field response when a direct current is driven in the first falling period T2 shown in FIG. 19C.
  • the magnetic field strength 2001 of the predetermined initial current goes around the excitation path 2006 and reaches the magnetic field strength 2004.
  • Pattern 3 in FIG. 20A is a magnetic field response when a direct current is driven in the second rising period T3 shown in FIG. 19D.
  • the magnetic field strength 2001 of the predetermined initial current goes around the excitation path 2008 and reaches the magnetic field strength 2004.
  • Pattern 4 in FIG. 20B is a magnetic field response when a direct current is driven in the first rising period T1 shown in FIG. 19E.
  • the magnetic field strength 2011 of the predetermined initial current is traced from the magnetic field strength 2001 to reach the magnetic field strength 2011.
  • Pattern 5 in FIG. 20B is a magnetic field response when a direct current is driven in the first falling period T2 shown in FIG. 19F.
  • the magnetic field strength 2001 is traced from the magnetic field strength 2001 of the predetermined initial current to reach the magnetic field strength 2011.
  • Pattern 6 in FIG. 20B is a magnetic field response when a direct current is driven in the second rising period T3 shown in FIG. 19G.
  • the magnetic field strength 2011 is traced from the magnetic field strength 2001 of the predetermined initial current to reach the magnetic field strength 2011.
  • FIG. 21 is an example of current control in the case of inverting the current code of a direct current.
  • three of the patterns described in FIGS. 20A to 20B will be picked up and described.
  • an exciting current is applied in the current path 2002 of pattern 1.
  • the magnetic field strength 2001 of the predetermined initial current orbits the excitation path 2003 and reaches the magnetic field strength 2004.
  • the exciting current is applied in the current path 2014 of the pattern 6.
  • the magnetic field strength 2004 reaches the magnetic field strength 2001 by following the path stored in the current path 2002.
  • an exciting current is applied in the current path 2005 of pattern 2.
  • the magnetic field strength 2001 of the predetermined initial current orbits the excitation path 2006 and reaches the magnetic field strength 2004.
  • the exciting current is applied through the current path 2101 in which the phase of the pattern 2 is inverted.
  • the magnetic field strength 2004 reaches the magnetic field strength 2001 by following the path stored in the current path 2005.
  • an exciting current is applied in the current path 2007 of the pattern 3.
  • the magnetic field strength 2001 of the predetermined initial current orbits the excitation path 2008 and reaches the magnetic field strength 2004.
  • the exciting current is applied in the current path 2009 of the pattern 4.
  • the magnetic field strength 2004 reaches the magnetic field strength 2001 by following the path stored in the current path 2007.
  • the magnetic field responses follow the same orbital path to each other in the first half portion and the second half portion of the combination, so that the magnetic field response can be varied with good reproducibility. Therefore, it can be said that the combination of these three is desirable as the exciting current.
  • the drive timing (phase) of the direct current or the phase of the alternating current is changed at least once to follow the past current path, the magnetic field response even when the current code of the direct current is inverted. The reproducibility of is improved.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiment, and includes various modifications.
  • the above-described embodiment has been described in detail in order to explain the present invention in an easy-to-understand manner, and is not necessarily limited to the one including all the described configurations.
  • it is possible to replace a part of the configuration of one embodiment with the configuration of another embodiment and it is also possible to add the configuration of another embodiment to the configuration of one embodiment.
  • the charged particle beam device to which the present invention can be applied is not limited to the scanning electron microscope shown in FIG. 1, but can also be applied to a scanning transmission electron microscope, a transmission electron microscope, a scanning ion microscope, a focused ion beam device, and the like.

Landscapes

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Abstract

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、磁界レンズの磁場応答の再現性を向上させ、高精度な電子軌道制御を短時間に実現できる荷電粒子線装置を提供することを目的とする。本発明に係る荷電粒子線装置は、直流電流を交流電流と合成することによって、磁界レンズの励磁電流を発生させる（図６Ａ参照）。

Description

荷電粒子線装置、荷電粒子線装置の制御方法
　本発明は、荷電粒子線装置に関する。
　ＡＩやＩｏＴ、車載装置などの急速な高機能化に伴い、半導体デバイスの微細化要求が高まっている。特に、Ｅｘｔｒｅｍｅ　Ｕｌｔｒａ　Ｖｉｏｌｅｔ露光技術の進展を皮切りに、１０ｎｍ以下の微細デバイスや新規材料の開発が加速している。これらの半導体市場の変化に伴い、製造プロセスにおいては、試料を検査計測する荷電粒子線装置として、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ：Ｓｃａｎｎｉｎｇ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）の重要性が増している。特に、計測精度向上や短時間計測に対する要求が高く、その実現には高精度な電子軌道制御が重要となる。
　特許文献１には磁界レンズのヒステリシスを緩和する方法として「荷電粒子線源から放出される荷電粒子線を磁界レンズを用いて所定の試料上に導く荷電粒子光学系の調整方法において、前記荷電粒子線の非照射状態において、前記磁界レンズに単一振幅の交流励磁電流を印加することにより、前記磁界レンズのヒステリシス曲線におけるメジャーループ内に安定化されたヒステリシスループを形成することを特徴とする荷電粒子光学系の調整方法。」（請求項１）が開示されている。
　特許文献２には、試料から放出される電子のプロファイルを調整する方法として「電場型偏向器および磁場型偏向器をそれぞれ８極以上持つＥ×Ｂ偏向器１０１と、第１の比率と強度の調整手段１１０と、第２の比率と強度の調整手段１１１を備える。第１の比率と強度の調整手段１１０は、Ｅ×Ｂ偏向器１０１で生成される双極子電場と双極子磁場の比率と強度を調整し、第２の比率と強度の調整手段１１１はＥ×Ｂ偏向器１０１で生成される４極子電場と４極子磁場の比率と強度を調整する。」（要約）が開示されている。
特開２０１３－０６５４８４号公報 特開２０１３－２３９３２９号公報
　特許文献１は、磁界レンズに対して高負荷な交流電流を印加することにより、広域の電流経路に対する磁場応答を記憶させる方法を開示している。同技術をラウンドレンズへ適用することにより焦点調整の精度を高めることができ、偏向レンズへ適用することにより視野移動の精度を高めることができる。これらによって計測精度が向上する。一方、記憶させた電流経路と逆方向の励磁電流を印加する場合、広域の電流経路を周回させる電流制御が必要となり、計測までに時間を要する新たな課題が生じる。
　特許文献２は、複数に分割されたレンズを用いて、試料から放出する電子のプロファイルを補正する方法が開示されている。これにより、観察像のボケを補正でき、計測精度が向上する。一方、複数に分割されたレンズは夫々異なる磁気特性を示すので、制御が難しく計測までに時間を要するという新たな課題が生じる。また、レンズ間距離が狭いとレンズ同士が磁気的に結合するので、制御が難しく計測までに時間を要するという新たな課題も生じる。
　本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、磁界レンズの磁場応答の再現性を向上させ、高精度な電子軌道制御を短時間に実現できる荷電粒子線装置を提供することを目的とする。
　本発明に係る荷電粒子線装置は、直流電流を交流電流と合成することによって、磁界レンズの励磁電流を発生させる。
　本発明に係る荷電粒子線装置によれば、磁界レンズの磁場応答の再現性を向上させ、高精度な電子軌道制御を短時間に実現できる技術を提供することができる。上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
走査型電子顕微鏡の概略図である。 磁界レンズの磁場応答の１例である。 対物レンズ１１２を用いた焦点調整の１例を示す図である。 対物レンズ１１２を用いた焦点調整の課題の１例を示す図である。 交流電流の振幅と出力オフセット２１１の関係を説明する図である。 対物レンズ１１２の磁場応答のヒステリシスを緩和する電流制御方法の１例である。 対物レンズ１１２のヒステリシスを緩和する電流制御を用いた磁場応答の１例である。 ヒステリシスを緩和する電流制御を用いた焦点調整を対物レンズ１１２に適用した例である。 制御部１２６が実行する対物レンズ１１２による焦点調整のフローチャートである。 イメージシフト偏向器１２８を用いた視野移動の１例である。 イメージシフト偏向器１２８を用いた視野移動の課題の１例である。 制御部１２６が実行するイメージシフト偏向器１２８による視野移動のフローチャートである。 Ｅ×Ｂレンズ１２３の１例である。 ８極子で構成されたＥ×Ｂレンズ１２３の課題の１例である。 Ｅ×Ｂレンズ１２３を用いた非点調整のフローチャートである。 イメージシフト偏向器１２８を構成する上段の偏向器９０１と下段の偏向器９０２が磁気的に結合している１例である。 イメージシフト偏向器１２８内の磁場応答における課題の１例である。 イメージシフト偏向器１２８を用いた視野移動のフローチャートである。 ヒステリシス緩和電流制御の第１例を示す。 ヒステリシス緩和電流制御の第２例を示す。 ヒステリシス緩和電流制御の第３例を示す。 ヒステリシス緩和電流制御の第４例を示す。 交流電流の波形内で直流電流を駆動させる３つのタイミングの１例である。 第１立ち上がり期間Ｔ１で直流電流を駆動させた場合の電流波形を示す。 第１立ち下がり期間Ｔ２で直流電流を駆動させた場合の電流波形を示す。 第２立ち上がり期間Ｔ３で直流電流を駆動させた場合の電流波形を示す。 第１立ち上がり期間Ｔ１で直流電流を駆動させた場合の電流波形を示す。 第１立ち下がり期間Ｔ２で直流電流を駆動させた場合の電流波形を示す。 第２立ち上がり期間Ｔ３で直流電流を駆動させた場合の電流波形を示す。 図１９Ｂ～図１９Ｇで示した電流制御による磁場応答について説明する図である。 図１９Ｂ～図１９Ｇで示した電流制御による磁場応答について説明する図である。 直流電流の電流符号を反転させる場合の電流制御の１例である。
＜実施の形態１＞
　本発明の実施形態１では、ラウンドレンズの磁場応答の再現性を向上させ、高精度な焦点調整を短時間に実現できる技術について説明する。荷電粒子線装置として走査型電子顕微鏡を例に挙げて説明する。
　図１は、走査型電子顕微鏡の概略図である。陰極１０１、第１陽極１０２、第２陽極１０３は荷電粒子源（電子銃）を構成し、電子銃制御部１０４により制御される。電子銃制御部１０４が陰極１０１と第１陽極１０２との間に引出電圧を印加することにより、陰極１０１から所定の電流密度で１次電子が放出される。さらに陰極１０１と第２陽極１０３との間に印加される加速電圧により、１次電子は加速されて後段に放出される。
　放出された１次電子は、第１コンデンサレンズ１０６により集束される。第１コンデンサレンズ１０６の励磁電流は、第１コンデンサレンズ制御部１０５により制御される。第１コンデンサレンズ１０６により集束された１次電子は、対物可動絞り１０７の開口部で所定の電流量に制限される。対物可動絞り１０７を通過した１次電子は、第２コンデンサレンズ１０９により光軸１１０上の適切な位置に集束される。第２コンデンサレンズ１０９の励磁電流は、第２コンデンサレンズ制御部１０８で制御される。第２コンデンサレンズ１０９で集束された１次電子は、対物レンズ１１２でステージ１１３に配置された試料１１４に集束される。対物レンズ１１２の励磁電流は、対物レンズ制御部１１１で制御される。対物レンズ１１２の励磁電流は、試料高さ計測器１１６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。試料高さ計測器１１６は、ステージ制御部１１５により制御される。ステージ１１３にはリターディング電圧制御部１１７で制御されるリターディング電源１１８が接続されている。リターディング電源１１８で対物レンズ１１２と試料１１４との間に電圧を発生させることにより、１次電子を減速させる。
　第１走査偏向器１２０により１次電子は試料１１４上を２次元に走査される。第１走査偏向器１２０は、第１偏向器制御部１１９で制御される。１次電子と試料１１４との相互作用により２次電子が発生する。発生した２次電子は対物レンズ１１２を通過し、２次電子変換板１２１上で広がりを持ったスポットを形成する。２次電子は第１走査偏向器１２０によって２次電子変換板１２１上を走査され、２次電子変換板１２１との相互作用により３次電子が発生する。３次電子は、Ｅ×Ｂ制御部１２２により印加電圧及び励磁電流が制御されるＥ×Ｂレンズ１２３によって検出器制御部１２４により制御される検出器１２５の方向へ偏向され、検出器１２５によって検出される。検出された３次電子は電気信号に変換され、制御部１２６で演算され、表示装置１２７にＳＥＭ画像として表示される。制御部１２６は、Ｅ×Ｂレンズ１２３を多極子構造にすることで光軸１１０から電子を偏向させた際に生じる収差（非点、色収差、偏向歪など）も補正できる。詳細は後述する。ＳＥＭ像の視野を移動させる場合は、ステージ制御部１１５によりステージ１１３を動かすか、イメージシフト偏向器１２８によって１次電子の試料１１４上の照射位置を移動させる。イメージシフト偏向器１２８は、第１偏向器制御部１１９によって制御される。非点補正器１３０は、電子光学系の寄生非点収差を補正する。非点補正器１３０は、非点補正器制御部１２９により制御される。
　図２は、磁界レンズの磁場応答の１例である。磁場応答とは電流値と磁場強度の関係のことである。磁界レンズとは、例えばコンデンサレンズや対物レンズ等のラウンドレンズ、偏向器やイメージシフト偏向器等の偏向レンズ、Ｅ×Ｂレンズやスティグマ調整用の多極子レンズなど、励磁電流によって磁場強度を変更する電磁石である。
　磁界レンズの励磁電流を電流経路２０１に沿って励磁電流の始点２０２から励磁電流の終点２０３へ印加する。このとき、磁界レンズの磁場強度は、磁場強度の始点２０４から点線で示した初期磁化曲線２０５を辿った後、実線で示した第１励磁経路２０６を辿る。次いで破線で示した第２励磁経路２０７を辿った後、再び第１励磁経路２０６を辿り励磁強度の終点２０８に到達する。励磁経路２０１内の最大励磁電流２０９と最小励磁電流２１０の差分が大きく磁界レンズに高負荷がかかると、励磁電流を減少させている時（第１励磁経路２０６）と励磁電流を増加させている時（第２励磁経路２０７）との間で磁場応答が異なる。これにより、両者の磁場強度の乖離（いわゆる出力オフセット２１１）が発生する。最大励磁電流２０９と最小励磁電流２１０は、焦点調整や視野移動等の実施後の所望の磁場強度を出力する目標電流よりも広域に設定するのが一般的である。
　図３は、対物レンズ１１２を用いた焦点調整の１例を示す図である。対物レンズ１１２を用いた焦点調整においては、観察像が最も高精細になるように対物レンズ１１２の励磁電流を調整する。まず、対物レンズ１１２の励磁電流をｉ０～ｉ４に掃引する。このとき、各励磁電流で観察像を撮影する。次に、撮影した各ＳＥＭ画像に対して焦点評価用フィルタ（微分、２次微分、ソーベル、ラプラシアン、 フーリエ変換、など）を施し、焦点評価画像を作成し、焦点評価値（鮮鋭度ともいう）を算出する。焦点評価値としては、焦点評価画像の全画素値の合計、全画素値の平均値、全画素値の分散値、などを用いることができる。最後に、最大の焦点評価値３０１の励磁電流ｉ２に励磁電流を変更する。
　図４は、対物レンズ１１２を用いた焦点調整の課題の１例を示す図である。焦点調整においては、対物レンズ１１２の磁場応答を安定化させた後、最適な焦点位置を探索するという手順を踏むのが一般的である。
　まず、対物レンズ１１２の磁場応答を安定化させるために、励磁電流を破線で示した交流電流経路４０１に沿って励磁電流の始点４０２から励磁電流の終点４０３へ交流電流を印加する。この交流電流の振幅は、最適な焦点位置となる目標電流よりも十分に大きく設定するのが一般的である。このとき、対物レンズ１１２の磁場強度は、磁場強度の始点４０４から初期磁化曲線４０５を辿った後、第１励磁経路４０６を辿る。次いで第２励磁経路４０７を辿った後、再び第１励磁経路４０６を辿り励磁強度の終点４０８に到達する。これにより、過去に印加した電流経路と磁場強度の関係が記憶されて磁場応答の再現性が向上する。すなわち、この状態を磁場応答が安定化したと呼ぶ。
　次に、最適な焦点位置を探索するために、励磁電流を励磁電流の終点４０３から焦点調整の終点４０９へ向かって電流値を線形に掃引しながら途中で複数の観察像を撮影し、撮影した各ＳＥＭ画像の焦点評価値を測定する。最も焦点評価値の高い磁場強度が磁場強度４１０だった場合、実線で示した電流経路４１１に沿って対物レンズ１１２の励磁電流を最終励磁電流４１２に変更する。
　このように、対物レンズ１１２に目標電流よりも大きい振幅の交流電流を印加すると過去に印加した励磁電流経路と磁場強度の関係が再現するため、焦点調整の精度が高まる。この利点がある一方、記憶した電流経路上を掃引した際に目標電流を超えてしまうと、広域の電流経路を周回させる電流制御が必要となるので、調整に時間を要する新たな課題が生じる。すなわち、励磁電流の終点４０３から焦点調整の終点４０９までの間において最適な磁場強度４１０が得られているにもかかわらず、終点４０９から最終励磁電流４１２までの電流経路をたどることになるので、調整時間が余分に必要となっている。
　次に図２と図５を参照して交流電流の振幅と出力オフセットの関係を説明する。図２で示したように、磁界レンズに交流電流を印加すると出力オフセット２１１が生じる。出力オフセット２１１の大きさは交流電流の振幅に応じて変化する。
　図５は、交流電流の振幅と出力オフセット２１１の関係を説明する図である。図５の特性５０１に示すように、交流電流の振幅を下げると出力オフセット２１１が小さくなるという特徴がある。したがって、出力オフセットが極小 (Ｂ０ ＜＜ Ｂａ）となる交流電流の振幅（ａ０ ＜＜ Ｉａ）で電流経路と磁場強度の関係を記憶させると、第１励磁経路２０６と第２励磁経路２０７との間の乖離が抑制され、出力オフセット２１１が無視できるほど極小にすることができる。
　出力オフセット２１１が極小となる交流電流の振幅は磁界レンズごとに異なる。例えばコンデンサレンズや対物レンズ等のラウンドレンズの場合は、交流電流の印加前後で生じる観察像の鮮鋭度の変化が無視できる振幅に設定することが好ましい。偏向レンズやスティグマのような多極子レンズ等の軸非対称レンズの場合は、交流電流の印加前後で生じる観察像シフトが無視できる振幅に設定することが好ましい。より具体的には、交流電流の印加前後における観察像シフトをテンプレートマッチング等の解析手法を用いて測定し、その観察像シフトが±２ｐｉｘ以内であることが好ましい。このように設定すると出力オフセットを無視できる。
　図６Ａは、対物レンズ１１２の磁場応答のヒステリシスを緩和する電流制御方法の１例である。この電流制御方法は、対物レンズに限定されるものではなく、例えばラウンドレンズや偏向レンズ、多極子レンズなどの磁界レンズ全般に適用できる。これらレンズの例については後述の実施形態で説明する。
　まず励磁電流を一方向に増加させて目標電流に変更する電流制御方法を説明する。ここでは、直流電流量３×ａ０を第１目標電流とする。対物レンズ１１２の第１励磁電流６０１に対して振幅ａ０の交流電流を一周期分印加する（時刻ｔ０）。次いで電流量ａ１（＝ａ０）の直流電流を印加する（時刻ｔ１）。同様の手順を２回繰り返すと対物レンズ１１２の励磁電流は第１目標電流６０２に到達する。このように、交流電流と直流電流を合成して発生すると磁場応答の再現性が向上する。このとき、交流電流の振幅ａ０を目標電流よりも十分に小さくすると、出力オフセットの無い磁場応答が得られる。
　次に直流電流の電流符号を反転させる場合の電流制御方法を説明する。ここでは、直流電流量－ａ０を第２目標電流とする。第１目標電流６０２を印加した後、位相を１８０°ずらした交流電流を印加する（時刻ｔ２）。次いで振幅－ａ１（＝－ａ０）の直流電流を印加する（時刻ｔ３）。同様の手順を３回繰り返すと対物レンズ１１２の励磁電流は第２目標電流６０３に到達する。このように、直流電流の電流経路を反転させる場合、位相をずらした交流電流と直流電流を合成して発生させると過去の電流経路を辿る制御となり、磁場応答の再現性が向上する。図６Ａで示した交流電流の波形や直流電流の駆動タイミング等は１例であり、変形例については後述する。
　図６Ｂは、対物レンズ１１２のヒステリシスを緩和する電流制御を用いた磁場応答の１例である。図６Ｂ上段は、図６Ａに示した励磁電流波形（すなわち、全体としては上下変動する電流波形のなかに、小振幅の交流電流が合成されている）を模式的に示している。ヒステリシスを緩和する電流制御を用いて対物レンズ１１２の励磁電流を電流経路６０４に沿って励磁電流の始点６０５から励磁電流の終点６０６へ印加する。このとき、ヒステリシスに起因した出力オフセットが抑制され、対物レンズ１１２の磁場応答は励磁経路に依存しない磁場応答６０７を示す。
　図７は、ヒステリシスを緩和する電流制御を用いた焦点調整を対物レンズ１１２に適用した例である。ヒステリシスを緩和する電流制御を用いて励磁電流を焦点調整電流の始点７０１から焦点調整電流の終点７０２まで掃引しながら観察像を撮影し、夫々の観察像における焦点評価値を測定する。最も焦点評価値の高い磁場強度が励磁電流７０３の磁場強度７０４であったと仮定する。この場合、ヒステリシスを緩和する電流制御を用いて励磁電流を実線で示した電流経路７０５に沿って焦点調整の目標電流７０６に変更する。図７においては終点７０２から目標電流７０６へ向かって直線的に励磁電流を変動させているかのように図示しているが、実際の励磁電流は図６Ａのように直流電流と交流電流を合成した電流波形によって変化することを付言しておく。
　このように、直流電流の電流経路と逆方向の電流を印加する場合においても、目標電流７０６よりも広域の電流経路を周回させる電流制御が不要となり高精度な焦点調整を短時間に実現できる。
　図８は、制御部１２６が実行する対物レンズ１１２による焦点調整のフローチャートである。本フローによる焦点調整を実施するタイミングは特に限定されない。実施タイミングとしては例えば、寸法計測や欠陥検査を開始する前のタイミングに限られず、加速電圧などの光学条件を変えるときや、気圧や気温などが大きく変化したときなどが挙げられる。後述するフローチャートにおいても同様である。本フローチャートは、制御部１２６が各部を制御することによって実施できる。後述するフローチャートにおいても同様である。
　まず、ステージ制御部１１５によりステージ１１３を観察位置に移動させる（Ｓ８０１）。焦点調整用サンプルが標準試料としてステージ１１３に搭載されている場合には、調整用サンプルがＳＥＭの視野に入るようにステージ１１３を移動させる。Ｓ８０２では、ＳＥＭ画像取得のための光学条件を設定する。光学条件としては、電子銃制御部１０４が制御する加速電圧、リターディング電圧制御部１１７が制御するリターディング電圧、コンデンサレンズ制御部が制御するコンデンサレンズの励磁電流、対物レンズ制御部１１１が制御する対物レンズの励磁電流、各種偏向器の励磁電流、などが含まれる。Ｓ８０３では、観察像を撮影する。Ｓ８０４では、撮影したＳＥＭ画像の焦点評価値を測定する。Ｓ８０５では、指定された焦点探索回数を満たしているかを判定し、指定された焦点探索回数を満たしていればＳ８０７に進み、満たしていなければＳ８０６に進む。Ｓ８０６では、ヒステリシスを緩和する電流制御を用いて指定された励磁電流量を対物レンズ１１２に印加し、Ｓ８０３に進む。Ｓ８０７では、Ｓ８０５までに測定した励磁電流と焦点評価値の関係から焦点評価値の最も高いピーク電流を計算する。Ｓ８０８では、ヒステリシスを緩和する電流制御を用いてピーク電流（目標電流）を対物レンズ１１２に印加し、焦点調整を終了する。
　本発明に係るヒステリシスを緩和する電流制御を、第１コンデンサレンズ制御部１０５や第２コンデンサレンズ制御部１０８や対物レンズ制御部１１１や第１偏向器制御部１１９やＥ×Ｂ制御部１２２や非点補正器制御部１２９に適用することにより、磁場応答の再現性を向上させ、高精度な電子軌道制御を短時間に実現できる。
＜実施の形態２＞
　本発明の実施形態２では、偏向レンズの磁場応答の再現性を向上させ、高精度な視野移動を短時間に実現できる技術について説明する。荷電粒子線装置として走査型電子顕微鏡を例に挙げて説明する。
　図９は、イメージシフト偏向器１２８を用いた視野移動の１例である。イメージシフト偏向器１２８は、上段の偏向器９０１と下段の偏向器９０２で構成されている。電子線９０３は、上段の偏向器９０１の偏向場によって光軸１１０上から離軸される。離軸された電子線９０３は、下段の偏向器９０２の偏向場によって対物レンズ１１２の前方の焦点位置９０４に偏向される。焦点位置９０４を通過した電子線９０３は、対物レンズ１１２を通過して光軸１１０から距離ΔＬ離れた試料１１４に対して垂直ランディングする。このように、イメージシフト偏向器１２８を用いた視野移動では、上段の偏向器９０１と下段の偏向器９０２の磁場強度を変更し、対物レンズ１１２の前方の焦点位置９０４に対する電子線９０３の入射角度を調整して電子線９０３の試料到達位置を制御する。
　図１０は、イメージシフト偏向器１２８を用いた視野移動の課題の１例である。ここでは、イメージシフト偏向器１２８を構成する上段の偏向器９０１と下段の偏向器９０２がヒステリシスの影響によって所望の磁場強度を出力しなかった場合を例に説明する。電子線９０３’は、上段の偏向器９０１の偏向場によって光軸１１０上から離軸される。次いで電子線９０３は、下段の偏向器９０２の偏向場によって対物レンズ１１２の前方の焦点位置９０４と異なる位置に偏向される。対物レンズ１１２の前方の焦点位置９０４と異なる位置に偏向された電子線９０３は、対物レンズ１１２を通過して光軸１１０から距離ΔＬ＋ΔＬ’離れた試料１１４に傾斜角Δθで入射する。このように、イメージシフト偏向器１２８を構成する上段の偏向器９０１と下段の偏向器９０２がヒステリシスの影響によって所望の磁場強度を出力しなかった場合、所望の位置に視野を移動させることができない。また、電子線９０３が傾斜角Δθで試料に入射すると、傾斜角に起因した収差が発生し、分解能が劣化するという課題もある。また、偏向器に理論値の電流を印加した際に、ヒステリシスの影響によって偏向場の形状が歪むと理論通りに視野移動できない。
　図１１は、制御部１２６が実行するイメージシフト偏向器１２８による視野移動のフローチャートである。まず、ステージ制御部１１５によりステージ１１３を観察位置に移動させる（Ｓ１１０１）。Ｓ１１０２では、ＳＥＭ画像取得のための光学条件を設定する。光学条件としては、電子銃制御部１０４が制御する加速電圧、リターディング電圧制御部１１７が制御するリターディング電圧、コンデンサレンズ制御部が制御するコンデンサレンズの励磁電流、対物レンズ制御部１１１が制御する対物レンズの励磁電流、各種偏向器の励磁電流、などが含まれる。Ｓ１１０３では、視野を選択する。視野の選択では、ユーザが任意の座標を指定してもよいし、あらかじめ設定された座標を指定してもよい。Ｓ１１０４では、現在の座標と指定された座標から視野移動量を計算する。Ｓ１１０５では、計算した視野移動量から、イメージシフト偏向器１２８を構成する上段の偏向器９０１と下段の偏向器９０２に印加する励磁電流量を計算する。Ｓ１１０６では、ヒステリシスを緩和する電流制御を用いて計算した励磁電流（目標電流）を上段の偏向器９０１と下段の偏向器９０２に印加する。
　試料の検査計測時には、上下左右の視野移動を高頻度に実施する必要がある。本発明に係るヒステリシスを緩和する電流制御を偏向レンズに適用することにより、直流電流の電流経路と逆方向の電流を印加する場合においても、目標電流よりも広域の電流経路を周回させる電流制御が不要となり高精度な視野移動を短時間に実現できる。
＜実施の形態３＞
　本発明の実施形態３では、Ｅ×Ｂレンズの磁場応答の再現性を向上させ、高精度な収差補正を短時間に実現できる技術について説明する。荷電粒子線装置として走査型電子顕微鏡を例に挙げて説明する。
　図１２は、Ｅ×Ｂレンズ１２３の１例である。Ｅ×Ｂレンズ１２３は、例えば８極子の電場型偏向器（Ｖ１～Ｖ８に対応）と８極子の磁場型偏向器（Ｉ１～Ｉ８）で構成される。本実施形態３は、８極子に限定されるものではなく、４極子や６極子、１０極子、１２極子等の多極子レンズに適用可能である。８極子で構成されたＥ×Ｂレンズ１２３は、各極子の電場、または励磁電流を所定の比率で印加すると所定の多極子場を発生させることができる。多極子場としては例えば２極子場、４極子場、６極子場、８極子場などが挙げられる。Ｅ×Ｂレンズ１２３には、２極子場を用いて電子を光軸１１０から検出器１２５の方向へ偏向させる役割や、光軸１１０から電子を偏向させた際に生じる収差（非点、色収差、偏向歪など）を補正する役割がある。多極子場の出力方法や収差補正方法については、特許文献２に記載の通りである。
　図１３は、８極子で構成されたＥ×Ｂレンズ１２３の課題の１例である。ここでは、磁場型の２極子場が印加されているＥ×Ｂレンズ１２３に、磁場型の４極子場を重畳させて光軸１１０から電子を偏向させた際に生じる非点収差を補正する場合を例に説明する。Ｅ×Ｂレンズ１２３の各極子は磁場応答１３０１を示すものとする。Ｅ×Ｂレンズ１２３に磁場型の２極子場を印加すると極子ごとに異なる励磁電流量となる。例えば、極子Ｉ１の励磁電流は励磁電流Ａ１、極子Ｉ２の励磁電流は励磁電流をＡ２となる。この状態から非点収差を補正するために、磁場型の４極子場を増減させると、極子ごとに異なる磁場応答を示す。例えば、極子Ｉ１は磁場応答１３０２、極子Ｉ２は磁場応答１３０３となる。極子ごとに異なる磁場応答を示すのは、磁性体の透磁率が励磁電流量に応じて変わるためである。図１３では極子Ｉ１と極子Ｉ２の磁場応答を示したが、その他の極子も磁場応答１３０２、１３０３と同様に異なる磁場応答を示す。また、ここでは磁場型の４極子場を例に説明したが、他の多極子場についても同様の課題が生じる。他の多極子場とは各２方向の成分（Ｘ方向、Ｙ方向）を有する２極子場、４極子場、６極子場、８極子場、１２極子場等が挙げられる。
　このように、磁場応答の異なる極子を用いて理論通りの励磁電流で所定の多極子場を発生させると、所望の多極子場の形状とならない。所望の多極子場の形状とならないと、理論通りの補正が正確に行えない。例えばコマ収差などの寄生収差の発生により分解能が劣化したり、寄生２極子場の発生で光軸ズレが生じたりするという新たな課題が生じる。また、各極子の磁場応答が不安定な場合、理想形状との乖離により生じる寄生収差が非線形に発生する。寄生収差が非線形に発生すると、その寄生収差をフィードフォワード制御できず、制御に時間を要するという課題もある。
　図１４は、Ｅ×Ｂレンズ１２３を用いた非点調整のフローチャートである。まず、ステージ制御部１１５によりステージ１１３を観察位置に移動させる（Ｓ１４０２）。非点調整用サンプルが標準試料としてステージ１１３に搭載されている場合には、調整用サンプルがＳＥＭの視野に入るようにステージ１１３を移動させる。Ｓ１４０３では、ＳＥＭ画像取得のための光学条件を設定する。光学条件としては、電子銃制御部１０４が制御する加速電圧、リターディング電圧制御部１１７が制御するリターディング電圧、コンデンサレンズ制御部が制御するコンデンサレンズの励磁電流、対物レンズ制御部１１１が制御する対物レンズの励磁電流、各種偏向器の励磁電流、などが含まれる。Ｓ１４０４では、観察像を撮影する。Ｓ１４０５では、撮影したＳＥＭ画像の非点評価値を測定する。非点評価値は、ＳＥＭ画像の方位別の鮮鋭度を算出し、それらの鮮鋭度の差分や比率等を用いた数値である。Ｓ１４０６では、指定された非点探索回数を満たしているかを判定し、指定された非点探索回数を満たしていればＳ１４０８に進み、満たしていなければＳ１４０７に進む。Ｓ１４０７では、ヒステリシスを緩和する電流制御を用いてＥ×Ｂレンズ１２３に指定された励磁電流量を印加し、Ｓ１４０４に進む。Ｓ１４０８では、Ｓ１４０６までに測定した励磁電流と非点評価値の関係から非点評価値の最も高いピーク電流を計算する。Ｓ１４０９では、ヒステリシスを緩和する電流制御を用いてＥ×Ｂレンズ１２３にピーク電流（目標電流）を印加し、非点調整を終了する。
　本発明に係るヒステリシスを緩和する電流制御を多極子レンズに適用することにより、直流電流の電流経路と逆方向の電流を印加する場合においても、目標電流よりも広域の電流経路を周回させる電流制御が不要となり高精度な収差補正を短時間に実現できる。
＜実施の形態４＞
　本発明の実施形態４では、磁気的に結合したレンズ群の磁場応答の再現性を向上させ、高精度な電子軌道制御を実現できる技術について説明する。荷電粒子線装置として走査型電子顕微鏡を例に挙げて説明する。
　図１５は、イメージシフト偏向器１２８を構成する上段の偏向器９０１と下段の偏向器９０２が磁気的に結合している１例である。イメージシフト偏向器１２８の上段の偏向器９０１と下段の偏向器９０２との間の距離ΔＨが近い場合、上段の偏向器９０１で偏向場１５０１を発生させると下段の偏向器９０１への磁場漏れにより偏向場１５０２が生じる。この磁場漏れは、イメージシフト偏向器１２８に限定されるものではなく、その他レンズにおいても、面内に分割されたレンズ同士の距離、他のレンズ同士の距離、磁気シールド等の磁気を帯びる部品間の距離、などが近ければ発生する。
　図１６は、イメージシフト偏向器１２８内の磁場応答における課題の１例である。ここでは、上段の偏向器９０１から磁場漏れのあった場合の下段の偏向器９０２の磁場応答について説明する。
　下段の偏向器９０２は、半時計回りの励磁経路に対して磁場応答１６０１を示す。偏向器９０２は、励磁電流Ｌ０で磁場強度Ｂ０を出力し、励磁電流Ｌ０にΔＩ増加させたＬ１で磁場強度Ｂ１を出力する。下段の偏向器９０２が励磁電流Ｌ０で磁場強度Ｂ０を出力しているとき、上段の偏向器９０１からの磁場漏れで励磁経路と逆方向の磁場を受けると、下段の偏向器９０２の磁場強度は、破線に示す不安定な経路を辿り、磁場強度Ｂ０’（見せかけの励磁電流Ｌ０’）に到達する。このとき、下段の偏向器９０２の励磁電流をΔＩ増加させると、下段の偏向器９０２の磁場強度は、破線に示す不安定な経路を辿り、磁場強度Ｂ１’に到達する。このように、磁気的に結合したレンズ群においては、磁場漏れによって記憶させた励磁経路と逆方向の磁場を受けると、記憶させた磁場応答が消失するという新たな課題が生じる。また、磁場漏れによって出力場の形状に歪みが生じると所望の補正機能が不完全となり理論通りの補正ができなくなる課題もある。
　図１７は、イメージシフト偏向器１２８を用いた視野移動のフローチャートである。図１７を参照して、磁気的に結合したレンズ群における磁場調整フローの例を説明する。
　まず、ステージ制御部１１５によりステージ１１３を観察位置に移動させる（Ｓ１７０１）。Ｓ１７０２では、ＳＥＭ画像取得のための光学条件を設定する。光学条件としては、電子銃制御部１０４が制御する加速電圧、リターディング電圧制御部１１７が制御するリターディング電圧、コンデンサレンズ制御部が制御するコンデンサレンズの励磁電流、対物レンズ制御部１１１が制御する対物レンズの励磁電流、各種偏向器の励磁電流、などが含まれる。Ｓ１７０３では、視野を選択する。視野の選択は、ユーザが任意の座標を指定してもよいし、あらかじめ設定された座標を指定してもよい。Ｓ１７０４では、現在の座標と指定された座標から視野移動量を計算する。Ｓ１７０５では、励磁電流を変更する段を選択する。Ｓ１７０６では、計算した視野移動量に基づき、指定された段の励磁電流量を計算する。Ｓ１７０７では、ヒステリシスを緩和する電流制御を用いて指定段に指定の励磁電流（目標電流）を印加する。Ｓ１７０８では、全段の励磁電流を変更していなければ、Ｓ１７０５に進み、全段の励磁電流を変更していれば視野移動を終了する。
　図１７においては、励磁電流の変更をレンズ段ごとに実施したが、調整時間短縮のために全段同時に実施してもよい。ヒステリシスを緩和する電流制御に用いる交流電流の振幅ａ０は、磁気的に結合したレンズ群において、所定のレンズに最も隣接するレンズに振幅ａ０の交流電流を印加したとしても、所定のレンズの磁場応答が変化しないように設定することが好ましい。
　本発明に係るヒステリシスを緩和する電流制御を磁気的に結合したレンズ群に適用することにより、磁場漏れによる隣接レンズの磁場応答変化が抑制され、高精度な電子軌道制御を短時間に実現できる。
＜実施の形態５＞
　本発明の実施形態５では、磁界レンズのヒステリシスを緩和する電流制御の変形例について説明する。
　図１８Ａは、ヒステリシス緩和電流制御の第１例を示す。所定の初期電流１８０１の磁界レンズに時刻ｔ０で振幅ａ０の交流電流を印加する。次いで時刻ｔ１で振幅ａ１（＜ａ０）の直流電流を駆動で印加する（励磁電流１８０２）。次いで時刻ｔ２で振幅ａ０の交流電流を印加する。次いで時刻ｔ３で振幅ａ１（＜ａ０）の直流電流を駆動で印加する（励磁電流１８０３）。このように、互いに周期的に分割された交流電流と直流電流を合成して励磁電流を発生させ、所定範囲を周回する電流制御を適用すると、磁場応答の再現性が向上する。このとき、直流電流の１周期内に、交流電流を少なくとも１周期以上発生させることが好ましい。
　図１８Ｂは、ヒステリシス緩和電流制御の第２例を示す。所定の初期電流１８０１の磁界レンズに時刻ｔ０で振幅ａ０の交流電流を印加する。次いで時刻ｔ１で振幅ａ１（＝ａ０）の直流電流を駆動で印加する（励磁電流１８０４）。次いで時刻ｔ２で振幅ａ０の交流電流を印加する。次いで時刻ｔ３で振幅ａ１（＝ａ０）の直流電流を駆動で印加する（励磁電流１８０５）。このように、交流電流と直流電流の振幅を等しくすると（ａ１＝ａ０）第１例よりも広域の電流変更を短時間に実現できる。ただし、直流電流の振幅が交流電流の振幅よりも大きく（ａ１＞ａ０）設定した場合、記憶していない経路を辿る制御となるので、磁場応答の再現性は低くなる。
　図１８Ｃは、ヒステリシス緩和電流制御の第３例を示す。本例は、第１例における交流電流の波形を正弦波に変更したものである。交流電流の波形を正弦波にすると、励磁電流の立ち上がり時間と立ち下がり時間が矩形波よりもゆっくりとなり、オーバーシュートやリンギング等の電源揺らぎを抑制できる。これにより、電源揺らぎに追従する磁場応答が抑制され、第１例よりも磁場応答の再現性が向上する。交流電流の形状は正弦波に限定されるものではなく、台形波や三角波など、励磁電流の立ち上がり時間、立ち下がり時間を遅らせるものであればよい。
　図１８Ｄは、ヒステリシス緩和電流制御の第４例を示す。本例においては、交流電流１８０６と直流電流１８０７を連続駆動する（１８０８）。本例においては、交流電流の振幅をａ０、周期をｔ１、周期ｔ１の間における直流電流の変更量をａ１としたとき、｜ａ０｜≧｜ａ１｜を満たすように、各電流を制御する。これにより、第１例よりも広域の電流変更を短時間に実現できる。
　次に図１９Ａ～図１９Ｇを参照して、交流電流の波形内で直流電流を駆動させるタイミングごとの電流波形について説明する。以下では、交流電流と直流電流の振幅を｜ａ０｜＝｜ａ１｜として説明する。
　図１９Ａは、交流電流の波形内で直流電流を駆動させる３つのタイミングの１例である。図１９Ａに示す交流電流の波形内には、第１立ち上がり期間Ｔ１と、第１立ち下がり期間Ｔ２と、第２立ち上がり期間Ｔ３がある。これら３つの期間のうちいずれかにおいて、交流電流に対して直流電流を合成することができる。各タイミングにおける合成電流の例を以下に説明する。
　図１９Ｂ～図１９Ｄは、交流電流の初期振幅と直流電流の振幅が同符号の場合における電流波形の例である。
　図１９Ｂは、第１立ち上がり期間Ｔ１で直流電流を駆動させた場合の電流波形を示す。第１立ち上がり期間Ｔ１において励磁電流は２×ａ０増加する。次いで第１立ち下がり期間Ｔ２で励磁電流は２×ａ０減少する。次いで第２立ち上がり期間Ｔ３で励磁電流はａ０増加する。
　図１９Ｃは、第１立ち下がり期間Ｔ２で直流電流を駆動させた場合の電流波形を示す。第１立ち上がり期間Ｔ１で励磁電流はａ０増加する。次いで第１立ち下がり期間Ｔ２で励磁電流はａ０減少する。次いで第２立ち上がり期間Ｔ３で励磁電流はａ０増加する。
　図１９Ｄは、第２立ち上がり期間Ｔ３で直流電流を駆動させた場合の電流波形を示す。第１立ち上がり期間Ｔ１で励磁電流はａ０増加する。次いで第１立ち下がり期間Ｔ２で励磁電流は２×ａ０減少する。次いで第２立ち上がり期間Ｔ３で励磁電流は２×ａ０増加する。
　図１９Ｅ～図１９Ｇは、交流電流の初期振幅と直流電流の振幅が異符号の場合における電流波形の例である。
　図１９Ｅは、第１立ち上がり期間Ｔ１で直流電流を駆動させた場合の電流波形を示す。第１立ち上がり期間Ｔ１では交流電流と直流電流が相殺して励磁電流は変化しない。次いで第１立ち下がり期間Ｔ２で励磁電流は２×ａ０減少する。次いで第２立ち上がり期間Ｔ３で励磁電流はａ０増加する。
　図１９Ｆは、第１立ち下がり期間Ｔ２で直流電流を駆動させた場合の電流波形を示す。第１立ち上がり期間Ｔ１で励磁電流はａ０増加する。次いで第１立ち下がり期間Ｔ２で励磁電流は３×ａ０減少する。次いで第２立ち上がり期間Ｔ３で励磁電流はａ０増加する。
　図１９Ｇは、第２立ち上がり期間Ｔ３で直流電流を駆動させた場合の電流波形を示す。第１立ち上がり期間Ｔ１で励磁電流はａ０増加する。次いで第１立ち下がり期間Ｔ２で励磁電流は２×ａ０減少する。次いで第２立ち上がり期間Ｔ３では交流電流と直流電流が相殺して励磁電流は変化しない。
　次に図２０Ａ～図２０Ｂを参照して、図１９Ｂ～図１９Ｇで示した電流制御による磁場応答について説明する。
　図２０Ａのパターン１は、図１９Ｂで示した第１立ち上がり期間Ｔ１で直流電流を駆動させた場合の磁場応答である。第１立ち上がり期間Ｔ１で直流電流を駆動させた電流経路２００２を印加すると、所定の初期電流の磁場強度２００１から励磁経路２００３を周回し、磁場強度２００４に到達する。
　図２０Ａのパターン２は、図１９Ｃで示した第１立ち下がり期間Ｔ２で直流電流を駆動させた場合の磁場応答である。第１立ち下がり期間Ｔ２で直流電流を駆動させた電流経路２００５を印加すると、所定の初期電流の磁場強度２００１から励磁経路２００６を周回し、磁場強度２００４に到達する。
　図２０Ａのパターン３は、図１９Ｄで示した第２立ち上がり期間Ｔ３で直流電流を駆動させた場合の磁場応答である。第２立ち上がり期間Ｔ３で直流電流を駆動させた電流経路２００７を印加すると、所定の初期電流の磁場強度２００１から励磁経路２００８を周回し、磁場強度２００４に到達する。
　以上のパターン１～３で示したように、交流電流の初期振幅と直流電流の振幅を同符号にして電流経路を周回する電流制御にすると高再現な磁場応答が得られる。
　図２０Ｂのパターン４は、図１９Ｅで示した第１立ち上がり期間Ｔ１で直流電流を駆動させた場合の磁場応答である。第１立ち上がり期間Ｔ１で直流電流を駆動させた電流経路２００９を印加すると、所定の初期電流の磁場強度２００１から励磁経路２０１０を辿り、磁場強度２０１１に到達する。
　図２０Ｂのパターン５は、図１９Ｆで示した第１立ち下がり期間Ｔ２で直流電流を駆動させた場合の磁場応答である。第１立ち下がり期間Ｔ２で直流電流を駆動させた電流経路２０１２を印加すると、所定の初期電流の磁場強度２００１から励磁経路２０１３を辿り、磁場強度２０１１に到達する。
　図２０Ｂのパターン６は、図１９Ｇで示した第２立ち上がり期間Ｔ３で直流電流を駆動させた場合の磁場応答である。第２立ち上がり期間Ｔ３で直流電流を駆動させた電流経路２０１４を印加すると、所定の初期電流の磁場強度２００１から励磁経路２０１５を辿り、磁場強度２０１１に到達する。
　以上のパターン４～６で示したように、交流電流の初期振幅と直流電流の振幅が異同符号の場合、電流経路の一部を周回する電流制御となる。
　図２１は、直流電流の電流符号を反転させる場合の電流制御の１例である。ここでは図２０Ａ～図２０Ｂで説明したパターンのうち３つをピックアップして説明する。
　パターン１とパターン６の組合せについて説明する。まず、パターン１の電流経路２００２で励磁電流を印加する。このとき、所定の初期電流の磁場強度２００１は、励磁経路２００３を周回し、磁場強度２００４に到達する。次に、直流電流の電流符号を反転させて磁場強度２００４から磁場強度２００１に戻す場合、パターン６の電流経路２０１４で励磁電流を印加する。このとき、磁場強度２００４は、電流経路２００２で記憶した経路を辿って磁場強度２００１に到達する。
　パターン２とパターン２の位相を反転したものの組合せについて説明する。まず、パターン２の電流経路２００５で励磁電流を印加する。このとき、所定の初期電流の磁場強度２００１は、励磁経路２００６を周回し、磁場強度２００４に到達する。次に、直流電流の電流符号を反転させて磁場強度２００４から磁場強度２００１に戻す場合、パターン２の位相を反転させた電流経路２１０１で励磁電流を印加する。このとき、磁場強度２００４は、電流経路２００５で記憶した経路を辿って磁場強度２００１に到達する。
　パターン３とパターン４の組合せについて説明する。まず、パターン３の電流経路２００７で励磁電流を印加する。このとき、所定の初期電流の磁場強度２００１は、励磁経路２００８を周回し、磁場強度２００４に到達する。次に、直流電流の電流符号を反転させて磁場強度２００４から磁場強度２００１に戻す場合、パターン４の電流経路２００９で励磁電流を印加する。このとき、磁場強度２００４は、電流経路２００７で記憶した経路を辿って磁場強度２００１に到達する。
　図２１に示す３つの組み合わせは、組み合わせの前半部分と後半部分において磁場応答が互いに同じ周回経路をたどるので、磁場応答を再現性よく変動させることができる。したがってこれら３つの組み合わせは、励磁電流として望ましいといえる。
　以上のように、直流電流の駆動タイミング（位相）、または交流電流の位相を少なくとも１回以上変更して過去の電流経路を辿る制御にすると、直流電流の電流符号を反転させる場合においても磁場応答の再現性が向上する。
＜本発明の変形例について＞
　本発明は、前述した実施形態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、上記した実施形態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、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態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。
　本発明を適用可能な荷電粒子線装置は、図１に示す走査電子顕微鏡に限られず、走査透過電子顕微鏡、透過電子顕微鏡、走査イオン顕微鏡や集束イオンビーム装置などにも適用可能である。
１０１：陰極
１０２：第１陽極
１０３：第２陽極
１０４：電子銃制御部
１０５：第１コンデンサレンズ制御部
１０６：第１コンデンサレンズ
１０７：対物可動絞り
１０８：第２コンデンサレンズ制御部
１０９：第２コンデンサレンズ
１１０：光軸
１１１：対物レンズ制御部
１１２：対物レンズ
１１３：ステージ
１１４：試料
１１５：ステージ制御部
１１６：試料高さ計測器
１１７：リターディング電圧制御部
１１８：リターディング電源
１１９：第１偏向器制御部
１２０：第１走査偏向器
１２１：２次電子変換板
１２２：Ｅ×Ｂ制御部
１２３：Ｅ×Ｂレンズ
１２４：検出器制御部
１２５：検出器
１２６：制御部
１２７：表示装置
１２８：イメージシフト偏向器
１２９：非点補正器制御部
１３０：非点補正器

Claims (15)

  1. 　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、
    　前記荷電粒子線の進行方向を変化させる磁場を発生させる磁界レンズ、
    　前記磁界レンズの励磁電流を制御する電流制御器、
    　を備え、
    　前記電流制御器は、直流電流と交流電流を合成することによって、前記励磁電流を発生させる
    　ことを特徴とする荷電粒子線装置。
  2. 　前記磁界レンズが発生させる磁場が目標磁場強度となるときの前記励磁電流をＩ１、
    　前記交流電流の振幅をＩ２、
    　としたとき、
    　前記電流制御器は、｜Ｉ１｜＞｜Ｉ２｜を満たすように、前記交流電流を制御する
    　ことを特徴とする請求項１記載の荷電粒子線装置。
  3. 　前記電流制御器は、前記直流電流の電流レベルを段階的に変化させ、
    　前記電流制御器は、前記段階的に変化する前記直流電流に対して前記交流電流を合成する
    　ことを特徴とする請求項１記載の荷電粒子線装置。
  4. 　前記電流制御器は、前記直流電流と前記交流電流を合成することによって発生させた励磁電流を用いて前記磁界レンズを駆動することにより、前記励磁電流と前記磁場の強度の変動過程におけるヒステリシスを抑制する
    　ことを特徴とする請求項３記載の荷電粒子線装置。
  5. 　前記電流制御器は、前記励磁電流を増加させるときは、前記直流電流の電流レベルを段階的に増加させるとともに、前記直流電流に対して前記交流電流を合成し、
    　前記電流制御器は、前記励磁電流を減少させるときは、前記直流電流の電流レベルを段階的に減少させるとともに、前記直流電流に対して前記交流電流を合成する
    　ことを特徴とする請求項３記載の荷電粒子線装置。
  6. 　前記交流電流の振幅をＩ２、
    　前記直流電流の電流レベルの変動幅をＩ３、
    　としたとき、
    　前記電流制御器は、｜Ｉ２｜≧｜Ｉ３｜を満たすように、前記直流電流と前記交流電流を制御する
    　ことを特徴とする請求項５記載の荷電粒子線装置。
  7. 　前記交流電流の初期振幅の符号は、前記磁界レンズが発生させる磁場を目標磁場強度とするために必要な前記直流電流の変更量と同符号である
    　ことを特徴とする請求項１記載の荷電粒子線装置。
  8. 　前記電流制御器は、前記励磁電流の変動方向を、増加方向から減少方向へ反転させるとき、または前記減少方向から増加方向へ反転させるときは、前記直流電流の位相または前記交流電流の位相のうち少なくともいずれかを１回以上変更する
    　ことを特徴とする請求項１記載の荷電粒子線装置。
  9. 　前記電流制御器は、前記交流電流の１周期のうち、
    　　前記交流電流の第１立ち上がり期間、
    　　前記交流電流の立ち下がり期間、
    　　前記交流電流の第２立ち上がり期間、
    　のうちいずれかにおいて、前記直流電流を前記交流電流と合成し、
    　前記電流制御器は、前記直流電流を前記交流電流と合成する期間を変更するか、または、前記直流電流の符号を反転させるか、のうち少なくともいずれかを実施することにより、前記磁界レンズの磁場応答を所定範囲内で周回させる
    　ことを特徴とする請求項８記載の荷電粒子線装置。
  10. 　前記電流制御器は、前記磁場応答を前記所定範囲内の一部において変動させた後、前記直流電流を前記交流電流と合成する期間を変更するか、または、前記直流電流の符号を反転させた上で、前記所定範囲内の残部において変動させることにより、前記磁場応答を前記所定範囲内で周回させ、
    　前記電流制御器は、前記一部における周回経路と前記残部における周回経路が同じ周回経路をたどるように、前記励磁電流を制御する
    　ことを特徴とする請求項９記載の荷電粒子線装置。
  11. 　前記電流制御器は、
    　　前記第１立ち上がり期間において前記交流電流の初期振幅と同符号の前記直流電流を前記交流電流と合成することによって、前記磁場応答を前記一部において変動させた後、前記第２立ち上がり期間において前記交流電流の初期振幅と反対符号の前記直流電流を前記交流電流と合成することによって、前記磁場応答を前記残部において変動させ、
    　　または、
    　　前記立ち下がり期間において前記交流電流の初期振幅と同符号の前記直流電流を前記交流電流と合成することによって、前記磁場応答を前記一部において変動させた後、前記一部における前記磁場応答の周回経路を位相反転させることによって、前記磁場応答を前記残部において変動させ、
    　　または、
    　　前記第２立ち上がり期間において前記交流電流の初期振幅と同符号の前記直流電流を前記交流電流と合成することによって、前記磁場応答を前記一部において変動させた後、前記第１立ち上がり期間において前記交流電流の初期振幅と反対符号の前記直流電流を前記交流電流と合成することによって、前記磁場応答を前記残部において変動させる
    　ことを特徴とする請求項１０記載の荷電粒子線装置。
  12. 　前記電流制御器は、１周期分の前記交流電流を前記励磁電流として供給した後、次の周期の前記交流電流を前記励磁電流として供給するまでの間の期間において、前記交流電流を供給しないインターバル期間を設け、
    　前記電流制御器は、前記直流電流を前記励磁電流として供給した後、次に前記直流電流を前記励磁電流として供給するまでの間の期間において、前記直流電流を供給しないインターバル期間を設ける
    　ことを特徴とする請求項１記載の荷電粒子線装置。
  13. 　前記電流制御器は、前記直流電流の１周期内に、前記交流電流を少なくとも１周期以上発生させる
    　ことを特徴とする請求項１記載の荷電粒子線装置。
  14. 　前記磁界レンズは、ラウンドレンズとして構成されており、前記荷電粒子線装置はさらに、前記試料に対して前記荷電粒子線を照射すると生じる２次粒子を検出することにより前記試料の観察像を生成するコントローラを備え、前記電流制御器は、前記交流電流を前記磁界レンズに対して印加する前後における前記観察像の鮮鋭度の変化が許容範囲内に収まるように、前記励磁電流を制御する、
    　または、
    　前記磁界レンズは、偏向レンズまたは多極子レンズとして構成されており、前記荷電粒子線装置はさらに、前記試料に対して前記荷電粒子線を照射すると生じる２次粒子を検出することにより前記試料の観察像を生成するコントローラを備え、前記電流制御器は、前記交流電流を前記磁界レンズに対して印加する前後における前記観察像の像シフトが許容範囲内に収まるように、前記励磁電流を制御する、
    　または、
    　前記磁界レンズは、磁気的に結合したレンズ群によって構成されており、前記電流制御器は、前記交流電流を前記磁界レンズに対して印加する前後における前記磁界レンズの磁場応答の変化が許容範囲内に収まるように、前記励磁電流を制御する
    　ことを特徴とする請求項１記載の荷電粒子線装置。
  15. 　試料に対して荷電粒子線を照射する荷電粒子線装置を制御する方法であって、
    　前記荷電粒子線装置は、前記荷電粒子線の進行方向を変化させる磁場を発生させる磁界レンズを備え、
    　前記方法は、直流電流と交流電流を合成することによって、前記磁界レンズの励磁電流を発生させるステップを有する
    　ことを特徴とする荷電粒子線装置の制御方法。
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