WO2023188294A1 - 荷電粒子線装置 - Google Patents

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WO2023188294A1
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particle beam
multipole
beam device
deflector
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French (fr)
Inventor
美宏 高崎
央和 玉置
Original Assignee
株式会社日立ハイテク
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/02—Details
    • H01J37/04—Arrangements of electrodes and associated parts for generating or controlling the discharge, e.g. electron-optical arrangement, ion-optical arrangement
    • H01J37/153—Electron-optical or ion-optical arrangements for the correction of image defects, e.g. stigmators

Definitions

  • the present invention relates to a charged particle beam device, and particularly to a technique for correcting astigmatism.
  • Charged particle beam devices such as transmission electron microscopes, scanning transmission electron microscopes, and scanning transmission electron microscopes are devices that generate observation images of samples by irradiating the sample with charged particle beams.
  • An aberration corrector is provided to correct spherical aberration generated in the objective lens.
  • parasitic aberrations occur due to positional deviation of the poles, variations in characteristics of the pole material, and the like.
  • Patent Document 1 discloses an aberration corrector that can independently correct third-order or lower parasitic aberrations, particularly 2-fold symmetrical 3rd-order star aberration (S3) and 4-fold symmetrical 3rd-order astigmatism (A3). Specifically, by controlling the angle ⁇ 1 between the charged particle beam incident on the first multipole and the optical axis, one of S3 and A3 is corrected, and the charged particle beam and light incident on the second multipole are corrected. It is disclosed that the angle ⁇ 2 with respect to the axis is controlled in conjunction with ⁇ 1 to correct the other. Note that in order to prevent extra parasitic aberrations from occurring at a stage subsequent to the aberration corrector, the charged particle beam emitted from the second multipole is directed back to the optical axis.
  • S3 2-fold symmetrical 3rd-order star aberration
  • A3 4-fold symmetrical 3rd-order astigmatism
  • Patent Document 1 targets the correction of parasitic aberrations of the third order or lower, and does not take into account the correction of the 5-fold symmetric fourth-order astigmatism (A4).
  • A4 the 5-fold symmetric fourth-order astigmatism
  • an object of the present invention is to provide a charged particle beam device capable of correcting the 5-fold symmetrical fourth-order astigmatism (A4) while maintaining the correction of the 4-fold-symmetrical 3rd-order astigmatism (A3). It is.
  • the present invention provides a charged particle beam apparatus including an aberration corrector in which a transmission lens is arranged between a first multipole element and a second multipole element, a first deflector that adjusts the angle ⁇ 1 between the charged particle beam incident on the pole and the optical axis; and a second deflector that adjusts the angle ⁇ 2 between the charged particle beam incident on the second multipole and the optical axis.
  • the first deflector and the second deflector, the control section changing the angle ⁇ 1 so as to correct a 5-fold symmetrical fourth-order astigmatism
  • the angle ⁇ 2 is changed so as to correct the 4-fold symmetric third-order astigmatism caused by the change in the angle ⁇ 1.
  • a charged particle beam device capable of correcting a 5-fold symmetrical fourth-order astigmatism (A4) while maintaining correction of a 4-fold-symmetrical 3rd-order astigmatism (A3). can.
  • a diagram showing an example of the overall configuration of the charged particle beam device of Example 1 A diagram showing an example of the configuration of the aberration corrector of Example 1 Diagram showing an example of the first multipole Diagram showing an example of the second multipole Diagram showing an example of the flow of processing in Example 1 Diagram showing an example of an aberration measurement screen Diagram showing an example of the deflector adjustment screen Diagram showing an example of an electron beam trajectory tilted with respect to the optical axis Diagram showing an example of an electron beam trajectory tilted with respect to the optical axis
  • a diagram showing an example of the configuration of an aberration corrector in Example 2 A diagram showing an example of the configuration of an aberration corrector in Example 3
  • a scanning transmission electron microscope is a device that generates a transmission electron image by irradiating a sample with an electron beam and detecting transmission electrons passing through the sample, and includes a mirror body 100 and a control unit 110.
  • the control unit 110 is a device that controls each part of the mirror body 100 and generates an observation image based on a detection signal transmitted from the mirror body 100, and is composed of, for example, a computer.
  • the mirror body 100 includes an electron source 101, focusing lenses 102 and 103, an aperture 104, an aberration corrector 120, a front objective lens 105, a rear objective lens 107, a projection lens 108, and a detector 109.
  • the axes of the focusing lenses 102 and 103, the aperture 104, the aberration corrector 120, the front objective lens 105, the rear objective lens 107, the projection lens 108, and the detector 109 are aligned with the optical axis 111.
  • the electron source 101 emits an electron beam that irradiates the sample 106.
  • the emitted electron beam is accelerated by a predetermined acceleration voltage, then focused by focusing lenses 102 and 103, and passes through an aperture 104.
  • the electron beam that has passed through the aperture 104 is corrected for aberrations such as spherical aberration by an aberration corrector 120, and then focused onto the surface of a sample 106 by a front objective lens 105.
  • the electron beam transmitted through the sample 106 is focused by a rear objective lens 107 and then projected onto a detector 109 by a projection lens 108.
  • Detector 109 detects the projected electron beam and transmits a detection signal to control section 110.
  • the aberration corrector 120 includes a first deflector 201, an adjustment lens 202, a first multipole 203, a transfer lens 204, a second deflector 205, a transfer lens 206, a second multipole 207, an adjustment lens 208, A third deflector 209 is included.
  • Transfer lens 204 and transfer lens 206 are arranged between first multipole 203 and second multipole 207 .
  • the first multipole element 203 and the second multipole element 207 have a conjugate relationship due to the transmission lens 204 and the transmission lens 206.
  • the first multipole element 203 and the second multipole element 207 form a multipole field that is a rotationally symmetrical electric or magnetic field in the region through which the electron beam passes.
  • the first multipole element 203 illustrated in FIG. 2B has six magnetic poles 211A to 213B, and forms a hexapole field, which is a 3-fold symmetrical field, by the flow of magnetic flux between the magnetic poles.
  • the second multipole element 207 illustrated in FIG. 2C also has magnetic poles 221A to 223B, and forms a sextupole field similarly to the first multipole element 203.
  • first multipole element 203 and the second multipole element 207 are not limited to a sextupole lens having six magnetic poles, but may be a decapole lens having twelve magnetic poles or the like. That is, the number of magnetic poles may be varied in order to control the direction of the hexapole field that is formed or to create a different type of field.
  • the first deflector 201 is arranged closer to the electron source 101 than the first multipole 203, and is configured to adjust the angle ⁇ 1 between the electron beam incident on the first multipole 203 and the optical axis 111, and The azimuth angle ⁇ 1 of the electron beam in the plane in which the polar field is formed is adjusted.
  • the second deflector 205 is disposed between the transfer lens 204 and the transfer lens 206, and the angle ⁇ 2 between the electron beam incident on the second multipole 207 and the optical axis 111 forms a second multipole field.
  • the azimuth angle ⁇ 2 of the electron beam in the plane in which the electron beam is applied is adjusted.
  • the third deflector 209 is arranged closer to the sample 106 than the second multipole 207 and deflects the electron beam emitted from the second multipole 207 onto the optical axis 111.
  • the angle ⁇ 1 is controlled to correct one of the 2-fold symmetric third-order star aberration (S3) and the 4-fold symmetric third-order astigmatism (A3), and the angle ⁇ 2 is changed to the angle ⁇ 1.
  • the other is corrected by controlling in conjunction with the one. Furthermore, by returning the electron beam emitted from the second multipole element 207 onto the optical axis 111, the generation of extra parasitic aberrations at a stage subsequent to the aberration corrector 120 is suppressed.
  • A4 is corrected by changing the angle ⁇ 1 between the electron beam incident on the first multipole element 203 and the optical axis 111 using the first deflector 201, that is, by adding a change amount ⁇ 1 to the angle ⁇ 1.
  • the amount of change ⁇ 1 is obtained, for example, by the following equation.
  • A is the magnitude of the 5-fold symmetric fourth-order astigmatism (A4), and is calculated based on, for example, an observed image or pattern.
  • the pattern used to calculate the aberration is, for example, a projection pattern such as a Ronchigram.
  • B1 is the strength of the multipole field formed by the first multipole 203.
  • C1 is an adjustment coefficient of the first deflector 201, and is a constant determined by the positions of each lens and multipole.
  • the amount of change ⁇ 1 in the azimuth angle ⁇ 1 of the electron beam in the plane in which the first multipole field is formed is determined, for example, by the following equation.
  • D is a rotational component of the 5-fold symmetric fourth-order astigmatism (A4), and is calculated based on, for example, an observed image or pattern.
  • E1 is an adjustment coefficient of the first deflector 201, and is a constant determined by the positions of each lens and multipole.
  • A3_1 is the magnitude of the 4-fold symmetrical third-order astigmatism (A3) in the first multipole element 203
  • A3_2 is the magnitude of the 4-fold symmetrical 3rd-order astigmatism (A3) in the second multipole element 207. It is.
  • FIG. 2A the trajectory of the electron beam before A4 correction is shown by a thin line, and the trajectory of the electron beam after A4 correction is shown by a thick line.
  • the azimuth angle ⁇ 1 of the electron beam in the plane of the multipole field formed by the first multipole element 203 changes in a plane perpendicular to the optical axis 111 shown in FIG. It is desirable to equally change the azimuth angle ⁇ 2 of the electron beam in the plane of the multipole field. That is, the absolute value of the difference between the amount of change ⁇ 1 in the azimuth angle ⁇ 1 and the amount of change ⁇ 2 in the azimuth angle ⁇ 2 is preferably 90 degrees or less, and more preferably 0 degrees.
  • the amount of change ⁇ 1 is adjusted by the first deflector 201, and the amount of change ⁇ 2 is adjusted by the second deflector 205.
  • the control unit 110 calculates the magnitude and rotational component of the 4-fold symmetric third-order astigmatism (A3) and the 5-fold symmetric fourth-order astigmatism (A4).
  • the magnitude of the aberration and the rotational component are calculated based on, for example, an observed image or pattern.
  • the calculated magnitude of aberration and rotational component may be displayed on a screen as illustrated in FIG. 4 .
  • the aberration measurement screen 400 illustrated in FIG. 4 includes an observation image display section 401, an A3 display section 402, an A4 display section 403, and a correction button 404.
  • the observation image display section 401 displays an observation image or pattern used for aberration measurement.
  • the A3 display section 402 displays the measurement results of the 4-fold symmetric third-order astigmatism (A3).
  • the A4 display section 403 displays the measurement results of the 5-fold symmetric fourth-order astigmatism (A4).
  • a correction button 404 is a button that is pressed when starting aberration correction.
  • the control unit 110 calculates the amount of change ⁇ 1 of the angle ⁇ 1 and the amount of change ⁇ 1 of the azimuth angle ⁇ 1 based on the magnitude and rotational component of A4 calculated in S301. For example, (Formula 1A) and (Formula 1B) are used to calculate the amounts of change ⁇ 1 and ⁇ 1.
  • the control unit 110 calculates a change amount ⁇ 2 of the angle ⁇ 2 and a change amount ⁇ 2 of the azimuth angle ⁇ 2 based on the change amount ⁇ 1 calculated in S302. For example, (Equation 2) and (Equation 3) are used to calculate the amount of change ⁇ 2 and the amount of change ⁇ 2. Note that A3_1 and A3_2 are calculated in advance based on, for example, an observed image or pattern.
  • the control unit 110 controls the first deflector 201 based on the amount of change ⁇ 1 calculated in S302, and corrects the 5-fold symmetric fourth-order astigmatism (A4).
  • the control unit 110 controls the second deflector 205 based on the amount of change ⁇ 2 calculated in S303, and corrects the 5-fold symmetric fourth-order astigmatism (A4).
  • the control unit 110 calculates the magnitude and rotational component of the 4-fold symmetric third-order astigmatism (A3).
  • the magnitude of the aberration and the rotational component are calculated based on, for example, an observed image or pattern.
  • the calculated magnitude of aberration and rotational component may be displayed on a screen as illustrated in FIG. 4 . Note that the screen displayed in S301 may be updated, or a screen different from the screen displayed in S301 may be displayed.
  • the control unit 110 reproduces the angle ⁇ 2 between the electron beam incident on the second multipole element 207 and the optical axis 111, and the azimuth angle ⁇ 2 of the electron beam in the plane of the multipole field formed by the second multipole element 207. Determine whether or not to adjust. For example, if the difference between the A3 aberration calculated in S301 and the A3 aberration calculated in S306 is a predetermined amount or more, it is determined that readjustment is to be performed. If the azimuth angle ⁇ 2 is not readjusted, the process flow ends, and if the azimuth angle ⁇ 2 is readjusted, the process proceeds to S308. In S308, a new amount of change for controlling the second deflector 205 is calculated so that A3_1 and A3_2 cancel each other out.
  • the control unit 110 makes a new change to control the second deflector 205 based on the difference between the 4-fold symmetric third-order astigmatism (A3) calculated in S301 and A3 calculated in S306.
  • the amount ⁇ 2' and the amount of change ⁇ 2' are calculated.
  • the amount of change ⁇ 2' and the amount of change ⁇ 2' are calculated using, for example, (Equation 2) and (Equation 3).
  • the control unit 110 readjusts the second deflector 205 based on the new amount of change ⁇ 2′ and the amount of change ⁇ 2′ calculated in S308, and adjusts the 4-fold symmetric third-order non-conformity caused by the amount of change ⁇ 1 and ⁇ 1. Correct point aberration (A3).
  • a deflector adjustment screen 500 illustrated in FIG. 5 includes an adjustment amount display section 501 and a tilt display section 502.
  • the adjustment amount display section 501 displays the adjustment amounts of the first deflector 201 and the second deflector 205 when correcting aberrations.
  • the tilt display section 502 displays the tilt of the electron beam adjusted by aberration correction.
  • the amount of adjustment of the deflector shown here can also be substituted by the current value or control value when internally controlling the deflector, and it is not divided into X and Y components. It is also possible to substitute by notation by component.
  • the trajectory of the electron beam in the aberration corrector 120 is not limited to that shown in FIG. 2A, and may be the trajectory of the electron beam illustrated in FIGS. 6A and 6B.
  • FIG. 6A after the electron beam incident on the first multipole element 203 is tilted with respect to the optical axis 111 by the first deflector 201, the electron beam incident on the second multipole element 207 is tilted with respect to the optical axis 111 by the first deflector 201.
  • the trajectory swung back to the optical axis 111 is shown by the device 205 .
  • FIG. 6B shows a trajectory in which the electron beam incident on the first multipole element 203 is simply tilted with respect to the optical axis 111 by the first deflector 201.
  • Example 1 the aberration corrector 120 was described in which a set of the transmission lens 204 and the transmission lens 206 was arranged between the first multipole element 203 and the second multipole element 207.
  • an aberration corrector 120 in which yet another set of transmission lenses is arranged will be described. Note that some of the configurations and functions described in the first embodiment can be applied to the second embodiment, so similar configurations and functions will be denoted by the same reference numerals and descriptions thereof will be omitted.
  • FIG. 7 An example of the configuration of the aberration corrector 120 of Example 2 will be described using FIG. 7. Note that the aberration corrector 120 shown in FIG. 7 has a set of transmission lenses 701 and 702 added to that in FIG. 2A, so explanations of components other than the transmission lenses 701 and 702 will be omitted.
  • the transmission lens 701 and the transmission lens 702 are arranged between the transmission lens 204 and the second deflector 205.
  • the angle ⁇ 2 of the electron beam incident on the second multipole element 207 is reversed with respect to the case of FIG. 2A, and the aberration is similarly reversed.
  • A4 can be corrected while maintaining the correction of A3 using the same processing flow as in the first embodiment.
  • Example 1 and Example 2 the aberration corrector 120 having the first multipole element 203 and the second multipole element 207 was described.
  • an aberration corrector 120 to which a third multipole element is further added will be described. Note that some of the configurations and functions described in the first and second embodiments can be applied to the third embodiment, so similar configurations and functions will be designated by the same reference numerals and descriptions thereof will be omitted.
  • FIG. 8 An example of the configuration of the aberration corrector 120 of Example 3 will be described using FIG. 8. Note that the aberration corrector 120 shown in FIG. 8 has a third multipole element 801 added to that in FIG.
  • the third multipole element 801 is arranged between the transfer lens 204 and the transfer lens 701.
  • the amount of change ⁇ 1 and the amount of change ⁇ 2 need to be adjusted so that A3 caused by changes in the trajectory of the electron beam in the three multipoles cancel each other out.
  • the orbital change of the electron beam at the third multipole element 801 is affected by the orbital change of the electron beam at the first multipole element 203, the first multipole element 203 and the third multipole element 801
  • Such A3 may be canceled by A3 related to the second multipole element 207. That is, A3 caused by adjusting the first deflector 201 can be corrected by adjusting the second deflector 205. Further, even if a transmission lens or a multipole element is further added, A4 can be corrected while maintaining the correction of A3 using the same processing flow as in the first embodiment.
  • the charged particle beam device of the present invention is not limited to the above-mentioned embodiments, and the constituent elements can be modified and embodied without departing from the gist of the invention. Further, a plurality of components disclosed in the above embodiments may be combined as appropriate. Furthermore, some components may be deleted from all the components shown in the above embodiments.
  • 100 mirror body, 101: electron source, 102: focusing lens, 103: focusing lens, 104: aperture, 105: front objective lens, 106: sample, 107: rear objective lens, 108: projection lens, 109: detector, 110: control unit, 111: optical axis, 120: aberration corrector, 201: first deflector, 202: adjustment lens, 203: first multipole, 204: transmission lens, 205: second deflector, 206: transmission lens, 207: second multipole element, 208: adjustment lens, 209: third deflector, 211A: magnetic pole, 211B: magnetic pole, 212A: magnetic pole, 212B: magnetic pole, 213A: magnetic pole, 213B: magnetic pole, 221A: magnetic pole, 221B: magnetic pole, 222A: magnetic pole, 222B: magnetic pole, 223A: magnetic pole, 223B: magnetic pole, 400: aberration measurement screen, 401: observation image display section, 402: A3 display section, 403: A4 display

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Abstract

４回対称３次非点収差（Ａ３）の補正を維持しながら５回対称４次非点収差（Ａ４）を補正するために、第一の多極子と第二の多極子との間に伝達レンズが配置される収差補正器を備える荷電粒子線装置であって、前記第一の多極子に入射する荷電粒子線と光軸との角度θ１を調整する第一の偏向器と、前記第二の多極子に入射する荷電粒子線と光軸との角度θ２を調整する第二の偏向器と、前記第一の偏向器と前記第二の偏向器とを制御する制御部をさらに備え、前記制御部は、５回対称４次非点収差を補正するように角度θ１を変化させるとともに、角度θ１の変化によって生じる４回対称３次非点収差を補正するように角度θ２を変化させることを特徴とする。

Description

荷電粒子線装置
　本発明は、荷電粒子線装置に関し、特に非点収差を補正する技術に関する。
　透過型電子顕微鏡や走査型透過電子顕微鏡、走査型透過電子顕微鏡等の荷電粒子線装置は、試料に荷電粒子線を照射することによって試料の観察像を生成する装置であり、その多くには、対物レンズで発生する球面収差を補正する収差補正器が備えられる。２つの多極子の間に２枚の伝達レンズが配置される収差補正器では、極子の位置ずれや極子材料の特性ばらつき等により寄生収差が発生する。
　特許文献１には、３次以下の寄生収差、特に２回対称３次スター収差（Ｓ３）と４回対称３次非点収差（Ａ３）を独立に補正できる収差補正器が開示される。具体的には、第一の多極子に入射する荷電粒子線と光軸との角度θ１を制御することでＳ３とＡ３の一方を補正し、第二の多極子に入射する荷電粒子線と光軸との角度θ２をθ１に連動させて制御することで他方を補正することが開示される。なお収差補正器の後段で余分な寄生収差を発生させないために、第二の多極子を出射する荷電粒子線は光軸に振り戻される。
特許第５７４３６９８号公報
　しかしながら特許文献１では、３次以下の寄生収差の補正を対象としており、５回対称４次非点収差（Ａ４）の補正に対する配慮がなされていない。荷電粒子線装置で生成される観察像の分解能を向上させるには、Ａ３の補正を維持しながらＡ４を補正する必要がある。
　そこで本発明の目的は、４回対称３次非点収差（Ａ３）の補正を維持しながら５回対称４次非点収差（Ａ４）を補正することが可能な荷電粒子線装置を提供することである。
　上記目的を達成するために本発明は、第一の多極子と第二の多極子との間に伝達レンズが配置される収差補正器を備える荷電粒子線装置であって、前記第一の多極子に入射する荷電粒子線と光軸との角度θ１を調整する第一の偏向器と、前記第二の多極子に入射する荷電粒子線と光軸との角度θ２を調整する第二の偏向器と、前記第一の偏向器と前記第二の偏向器とを制御する制御部をさらに備え、前記制御部は、５回対称４次非点収差を補正するように角度θ１を変化させるとともに、角度θ１の変化によって生じる４回対称３次非点収差を補正するように角度θ２を変化させることを特徴とする。
　本発明によれば、４回対称３次非点収差（Ａ３）の補正を維持しながら５回対称４次非点収差（Ａ４）を補正することが可能な荷電粒子線装置を提供することができる。
実施例１の荷電粒子線装置の全体構成の一例を示す図 実施例１の収差補正器の構成の一例を示す図 第一の多極子の一例を示す図 第二の多極子の一例を示す図 実施例１の処理の流れの一例を示す図 収差測定画面の一例を示す図 偏向器調整画面の一例を示す図 光軸に対して傾けられた電子線軌道の一例を示す図 光軸に対して傾けられた電子線軌道の一例を示す図 実施例２の収差補正器の構成の一例を示す図 実施例３の収差補正器の構成の一例を示す図
　以下、添付図面に従って本発明に係る荷電粒子線装置の実施例について説明する。なお、以下の説明及び添付図面では、同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
　図１を用いて、荷電粒子線装置の一つである走査透過電子顕微鏡の全体構成の一例について説明する。走査透過電子顕微鏡は、試料に電子線を照射し、試料を透過する透過電子を検出することによって透過電子像を生成する装置であり、鏡体１００と制御部１１０を備える。
　制御部１１０は、鏡体１００が有する各部を制御するとともに、鏡体１００から送信される検出信号に基づいて観察像を生成する装置であり、例えばコンピュータで構成される。
　鏡体１００は、電子源１０１、集束レンズ１０２、１０３、絞り１０４、収差補正器１２０、対物前レンズ１０５、対物後レンズ１０７、投影レンズ１０８、検出器１０９を有する。集束レンズ１０２、１０３、絞り１０４、収差補正器１２０、対物前レンズ１０５、対物後レンズ１０７、投影レンズ１０８、検出器１０９の各軸は光軸１１１に合わせられる。
　電子源１０１は、試料１０６に照射される電子線を出射する。出射された電子線は、所定の加速電圧で加速された後、集束レンズ１０２、１０３によって集束され、絞り１０４を通過する。絞り１０４を通過した電子線は、収差補正器１２０によって球面収差などの収差が補正された後、対物前レンズ１０５によって試料１０６の表面上に集束される。試料１０６を透過した電子線は対物後レンズ１０７によって集束された後、投影レンズ１０８によって検出器１０９へ投影される。検出器１０９は投影された電子線を検出し、検出信号を制御部１１０へ送信する。
　図２Ａを用いて、収差補正器１２０の構成の一例について説明する。収差補正器１２０は、第一の偏向器２０１、調整レンズ２０２、第一の多極子２０３、伝達レンズ２０４、第二の偏向器２０５、伝達レンズ２０６、第二の多極子２０７、調整レンズ２０８、第三の偏向器２０９を含む。伝達レンズ２０４と伝達レンズ２０６は第一の多極子２０３と第二の多極子２０７の間に配置される。第一の多極子２０３と第二の多極子２０７は、伝達レンズ２０４と伝達レンズ２０６によって共役関係となる。
　第一の多極子２０３と第二の多極子２０７は、電子線が通過する領域に、回転対称な電場または磁場である多極子場を形成する。図２Ｂに例示される第一の多極子２０３は、６つの磁極２１１Ａ～２１３Ｂを有しており、各磁極の間の磁束の流れによって３回対称な場である６極子場を形成する。なお図２Ｃに例示される第二の多極子２０７も磁極２２１Ａ～２２３Ｂを有しており、第一の多極子２０３と同様に、６極子場を形成する。なお第一の多極子２０３と第二の多極子２０７は、６つの磁極を有する６極子レンズに限定されず、１２個の磁極を有する１２極子レンズなどであっても良い。すなわち、形成される６極子場の方向を制御したり、別の種類の場を形成したりするために、磁極の数が変更されても良い。
　第一の偏向器２０１は、第一の多極子２０３よりも電子源１０１の側に配置され、第一の多極子２０３に入射する電子線と光軸１１１との角度θ１と、第一の多極子場が形成される面内における電子線の方位角φ１と、を調整する。第二の偏向器２０５は、伝達レンズ２０４と伝達レンズ２０６の間に配置され、第二の多極子２０７に入射する電子線と光軸１１１との角度θ２と、第二の多極子場が形成される面内における電子線の方位角φ２と、を調整する。第三の偏向器２０９は、第二の多極子２０７よりも試料１０６の側に配置され、第二の多極子２０７から出射する電子線を光軸１１１の上に振り戻す。
　特許文献１に開示されるように、２回対称３次スター収差（Ｓ３）と４回対称３次非点収差（Ａ３）の一方を補正するように角度θ1を制御し、角度θ２を角度θ１に連動させて制御することによりもう一方が補正される。また第二の多極子２０７から出射する電子線を光軸１１１の上に振り戻すことで、収差補正器１２０の後段での余分な寄生収差の発生が抑制される。
　観察像の分解能を向上させるには、Ｓ３やＡ３等の補正に加えて、５回対称４次非点収差（Ａ４）の補正が必要である。そこで、第一の多極子２０３に入射する電子線と光軸１１１との角度θ１を第一の偏向器２０１によって変化させること、すなわち角度θ１に変化量Δθ１を加えるにより、Ａ４を補正する。変化量Δθ１は、例えば次式によって求められる。
　　Δθ１＝Ａ／（Ｂ１・Ｃ１）　…　（式１Ａ）
ここで、Ａは５回対称４次非点収差（Ａ４）の大きさであり、例えば観察像もしくはパターンに基づいて算出される。収差の算出に用いられるパターンは、例えばロンチグラムなどの投影パターンである。Ｂ１は第一の多極子２０３が形成する多極子場の強度である。Ｃ１は第一の偏向器２０１の調整係数であり、各レンズや多極子の位置等によって決まる定数である。
　さらに、Ａ４を補正するためには、測定したＡ４の位相に基づく回転成分に対応した調整を行うことが好ましい。第一の多極子場が形成される面内における電子線の方位角φ１の変化量Δφ１は、例えば次式によって求められる。
　　　Δφ１＝Ｄ＋Ｅ１　…　（式１Ｂ）
ここで、Ｄは５回対称４次非点収差（Ａ４）の回転成分であり、例えば観察像もしくはパターンに基づいて算出される。Ｅ１は第一の偏向器２０１の調整係数であり、各レンズや多極子の位置等によって決まる定数である。
　なお角度θ１に変化量Δθ１を加えることにより、４回対称３次非点収差（Ａ３）が生じる。そこで、第二の多極子２０７に入射する電子線と光軸１１１との角度θ２を第二の偏向器２０５によって変化させること、すなわち角度θ２に変化量Δθ２を加えるにより、変化量Δθ１によって生じるＡ３を補正する。変化量Δθ２は、例えば次式によって求められる。
　　Δθ２＝（Ａ３＿１／Ａ３＿２）・Δθ１　…　（式２）
ここで、Ａ３＿１は第一の多極子２０３における４回対称３次非点収差（Ａ３）の大きさ、Ａ３＿２は第二の多極子２０７における４回対称３次非点収差（Ａ３）の大きさである。なお図２Ａにおいて、Ａ４補正前の電子線の軌道は細線で示され、Ａ４補正後の電子線の軌道は太線で示される。
　また図２Ｂに示される光軸１１１と直交する面において、第一の多極子２０３が形成する多極子場の面内における電子線の方位角φ１が変化する場合、第二の多極子２０７が形成する多極子場の面内における電子線の方位角φ２を同等に変化させることが望ましい。すなわち方位角φ１の変化量Δφ１と方位角φ２の変化量Δφ２との差異の絶対値は９０度以下であることが望ましく、０度であることがより望ましい。変化量Δφ１は第一の偏向器２０１によって調整され、変化量Δφ２は第二の偏向器２０５によって調整される。
　なお変化量Δθ１によって、光軸１１１と直交する面において、４回対称３次非点収差（Ａ３）に回転成分が生じる場合、第一の多極子２０３での回転成分φＡ３＿１と第二の多極子２０７での回転成分φＡ３＿２とが打ち消されるように、変化量Δφ２を調整することが望ましい。変化量Δφ２は、例えば次式によって求められる。
　　Δφ２＝φＡ３＿１＋φＡ３＿２－Δφ１＋π　…　（式３）
　図３を用いて、実施例１の処理の流れの一例についてステップ毎に説明する。
　（Ｓ３０１）
　制御部１１０は、４回対称３次非点収差（Ａ３）と５回対称４次非点収差（Ａ４）について、大きさと回転成分を算出する。収差の大きさと回転成分は、例えば観察像もしくはパターンに基づいて算出される。算出された収差の大きさと回転成分は、図４に例示されるような画面に表示されても良い。図４に例示される収差測定画面４００は、観察像表示部４０１、Ａ３表示部４０２、Ａ４表示部４０３、補正ボタン４０４を有する。観察像表示部４０１には、収差測定に用いられる観察像もしくはパターンが表示される。Ａ３表示部４０２には、４回対称３次非点収差（Ａ３）の測定結果が表示される。Ａ４表示部４０３には、５回対称４次非点収差（Ａ４）の測定結果が表示される。補正ボタン４０４は収差補正を開始するときに押下されるボタンである。
　（Ｓ３０２）
　制御部１１０は、Ｓ３０１にて算出されたＡ４の大きさと回転成分に基づいて、角度θ１の変化量Δθ１と、方位角φ１の変化量Δφ１を算出する。変化量Δθ１とΔφ１の算出には、例えば（式１Ａ）や（式１Ｂ）が用いられる。
　（Ｓ３０３）
　制御部１１０は、Ｓ３０２にて算出された変化量Δθ１に基づいて、角度θ２の変化量Δθ２と、方位角φ２の変化量Δφ２を算出する。変化量Δθ２と変化量Δφ２の算出には、例えば（式２）と（式３）が用いられる。なおＡ３＿１とＡ３＿２は、例えば観察像もしくはパターンに基づいて予め算出される。
　（Ｓ３０４）
　制御部１１０は、Ｓ３０２にて算出された変化量Δθ１に基づいて、第一の偏向器２０１を制御し、５回対称４次非点収差（Ａ４）を補正する。
　（Ｓ３０５）
　制御部１１０は、Ｓ３０３にて算出された変化量Δθ２に基づいて、第二の偏向器２０５を制御し、５回対称４次非点収差（Ａ４）を補正する。
　（Ｓ３０６）
　制御部１１０は、４回対称３次非点収差（Ａ３）の大きさと回転成分を算出する。収差の大きさと回転成分は、例えば観察像もしくはパターンに基づいて算出される。算出された収差の大きさと回転成分は、図４に例示されるような画面に表示されても良い。なお、Ｓ３０１で表示される画面が更新されても良いし、Ｓ３０１で表示される画面とは別の画面が表示されても良い。
　（Ｓ３０７）
　制御部１１０は、第二の多極子２０７に入射する電子線と光軸１１１との角度θ２と、第二の多極子２０７が形成する多極子場の面内における電子線の方位角φ２を再調整するか否かを判定する。例えばＳ３０１にて算出されたＡ３収差とＳ３０６にて算出されたＡ３収差との差分が所定量以上であれば、再調整するとの判定がなされる。方位角φ２を再調整しない場合は処理の流れが終了となり、再調整する場合はＳ３０８へ処理が進められる。Ｓ３０８では、Ａ３＿１とＡ３＿２との打ち消しがなされるように、第二の偏向器２０５を制御する新たな変化量が算出される。
　（Ｓ３０８）
　制御部１１０は、Ｓ３０１にて算出された４回対称３次非点収差（Ａ３）と、Ｓ３０６にて算出されたＡ３との差分に基づいて、第二の偏向器２０５を制御する新たな変化量Δθ２’と変化量Δφ２’を算出する。変化量Δθ２’と変化量Δφ２’は、例えば（式２）と（式３）を用いて算出される。
　（Ｓ３０９）
　制御部１１０は、Ｓ３０８にて算出された新たな変化量Δθ２’と変化量Δφ２’に基づいて、第二の偏向器２０５を再調整し、変化量Δθ１・Δφ１によって生じる４回対称３次非点収差（Ａ３）を補正する。
　図３を用いて説明した処理の流れによって、４回対称３次非点収差（Ａ３）の補正を維持しながら５回対称４次非点収差（Ａ４）を補正することができる。なお処理の流れの過程で求められた電子線の角度や偏向器の調整量は、図５に例示されるような画面に表示されても良い。図５に例示される偏向器調整画面５００は、調整量表示部５０１と傾き表示部５０２を有する。調整量表示部５０１には、収差補正するときの第一の偏向器２０１及び第二の偏向器２０５の調整量が表示される。傾き表示部５０２には、収差補正によって調整された電子線の傾きが表示される。なお、ここに示される偏向器の調整量は、偏向器の内部制御をする際の電流値や制御値によっても代用可能であり、ＸとＹの成分に分けず、調整量の大きさと、回転成分による表記によっても代用可能である。
　また収差補正器１２０での電子線の軌道は図２Ａに示されるものに限定されず、図６Ａや図６Ｂに例示される電子線の軌道であっても良い。図６Ａには、第一の多極子２０３に入射する電子線を第一の偏向器２０１によって光軸１１１に対して傾けた後、第二の多極子２０７に入射する電子線を第二の偏向器２０５によって光軸１１１に振り戻した軌道が示される。第二の多極子２０７に入射する電子線が光軸１１１に振り戻されることにより、第一の多極子２０３での変化量Δθ１は、第二の多極子２０７での電子線の軌道に影響を与えない。図６Ｂには、第一の多極子２０３に入射する電子線を第一の偏向器２０１によって光軸１１１に対して傾けただけの軌道が示される。
　実施例１では、第一の多極子２０３と第二の多極子２０７の間に伝達レンズ２０４と伝達レンズ２０６の組が配置される収差補正器１２０について説明した。実施例２では、さらにもう一組の伝達レンズが配置される収差補正器１２０について説明する。なお実施例２には、実施例１で説明した構成や機能の一部を適用できるので、同様の構成、機能については同じ符号を用いて説明を省略する。
　図７を用いて実施例２の収差補正器１２０の構成の一例について説明する。なお図７に示される収差補正器１２０は、図２Ａに対して伝達レンズ７０１と伝達レンズ７０２の組が追加されたものであるので、伝達レンズ７０１と伝達レンズ７０２以外の説明を省略する。
　伝達レンズ７０１と伝達レンズ７０２は、伝達レンズ２０４と第二の偏向器２０５との間に配置される。伝達レンズ７０１と伝達レンズ７０２が追加されることにより、第二の多極子２０７に入射する電子線の角度θ２は、図２Ａの場合に対して反転し、同様に収差も反転するものの、実施例１と同じ処理の流れによって、Ａ３の補正を維持しながらＡ４を補正することができる。また伝達レンズがさらに追加される場合であっても、実施例１と同じ処理の流れによって、Ａ３の補正を維持しながらＡ４を補正することができる。
　実施例１や実施例２では、第一の多極子２０３と第二の多極子２０７を有する収差補正器１２０について説明した。実施例３では、さらに第三の多極子が追加される収差補正器１２０について説明する。なお実施例３には、実施例１や実施例２で説明した構成や機能の一部を適用できるので、同様の構成、機能については同じ符号を用いて説明を省略する。
　図８を用いて実施例３の収差補正器１２０の構成の一例について説明する。なお図８に示される収差補正器１２０は、図７に対して第三の多極子８０１が追加されたものであるので、第三の多極子８０１以外の説明を省略する。
　第三の多極子８０１は、伝達レンズ２０４と伝達レンズ７０１との間に配置される。第三の多極子８０１が追加されることにより、変化量Δθ１と変化量Δθ２は、３つの多極子での電子線の軌道変化によって生じるＡ３が互いに打ち消し合うように調整される必要がある。ただし、第三の多極子８０１での電子線の軌道変化は、第一の多極子２０３での電子線の軌道変化の影響を受けるため、第一の多極子２０３と第三の多極子８０１に係るＡ３を、第二の多極子２０７に係るＡ３で打ち消すようにすれば良い。すなわち第一の偏向器２０１の調整によって生じるＡ３を、第二の偏向器２０５の調整によって補正することができる。また伝達レンズや多極子がさらに追加される場合であっても、実施例１と同じ処理の流れによって、Ａ３の補正を維持しながらＡ４を補正することができる。
　以上、本発明の荷電粒子線装置について３つの実施例を説明した。本発明の荷電粒子線装置は上記実施例に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施例に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせても良い。さらに、上記実施例に示される全構成要素からいくつかの構成要素を削除しても良い。
１００：鏡体、１０１：電子源、１０２：集束レンズ、１０３：集束レンズ、１０４：絞り、１０５：対物前レンズ、１０６：試料、１０７：対物後レンズ、１０８：投影レンズ、１０９：検出器、１１０：制御部、１１１：光軸、１２０：収差補正器、２０１：第一の偏向器、２０２：調整レンズ、２０３：第一の多極子、２０４：伝達レンズ、２０５：第二の偏向器、２０６：伝達レンズ、２０７：第二の多極子、２０８：調整レンズ、２０９：第三の偏向器、２１１Ａ：磁極、２１１Ｂ：磁極、２１２Ａ：磁極、２１２Ｂ：磁極、２１３Ａ：磁極、２１３Ｂ：磁極、２２１Ａ：磁極、２２１Ｂ：磁極、２２２Ａ：磁極、２２２Ｂ：磁極、２２３Ａ：磁極、２２３Ｂ：磁極、４００：収差測定画面、４０１：観察像表示部、４０２：Ａ３表示部、４０３：Ａ４表示部、４０４：補正ボタン、５００：偏向器調整画面、５０１：調整量表示部、５０２：傾き表示部、７０１：伝達レンズ、７０２：伝達レンズ、８０１：第三の多極子

Claims (12)

  1. 　第一の多極子と第二の多極子との間に伝達レンズが配置される収差補正器を備える荷電粒子線装置であって、
    　前記第一の多極子に入射する荷電粒子線と光軸との角度θ１を調整する第一の偏向器と、
    　前記第二の多極子に入射する荷電粒子線と光軸との角度θ２を調整する第二の偏向器と、
    　前記第一の偏向器と前記第二の偏向器とを制御する制御部をさらに備え、
    　前記制御部は、５回対称４次非点収差を補正するように角度θ１を変化させるとともに、角度θ１の変化によって生じる４回対称３次非点収差を補正するように角度θ２を変化させることを特徴とする荷電粒子線装置。
  2. 　請求項１に記載の荷電粒子線装置であって、
    　前記制御部は、観察像もしくはパターンから算出される５回対称４次非点収差の大きさと前記第一の多極子が形成する第一多極子場の強度とに基づいて角度θ１の変化量を算出することを特徴とする荷電粒子線装置。
  3. 　請求項２に記載の荷電粒子線装置であって、
    　前記制御部は、前記５回対称４次非点収差の大きさがＡ、前記第一多極子場の強度がＢ１、前記第一の偏向器の調整係数がＣ１であるとき、角度θ１の変化量Δθ１をΔθ１＝Ａ／（Ｂ１・Ｃ１）として算出することを特徴とする荷電粒子線装置。
  4. 　請求項１に記載の荷電粒子線装置であって、
    　前記制御部は、観察像もしくはパターンから算出される５回対称４次非点収差の回転成分と前記第一の多極子が形成する第一多極子場の方向とに基づいて、第一の多極子場が形成される面内における荷電粒子線の方位角φ１の変化量を算出することを特徴とする荷電粒子線装置。
  5. 　請求項１に記載の荷電粒子線装置であって、
    　前記制御部は、前記第一の多極子の光軸と直交する面において、前記第一の多極子が形成する第一多極子場の面内における荷電粒子線の方位角φ１の変化量Δφ１に基づいて、前記第二の多極子の光軸と直交する面において、前記第二の多極子が形成する第二多極子場の面内における荷電粒子線の方位角φ２の変化量Δφ２を調整することを特徴とする荷電粒子線装置。
  6. 　請求項５に記載の荷電粒子線装置であって、
    　前記制御部は、前記変化量Δφ１と、前記変化量Δφ２との差異の絶対値が９０度以下になるように、前記第一の偏向器と前記第二の偏向器を制御することを特徴とする荷電粒子線装置。
  7. 　請求項６に記載の荷電粒子線装置であって、
    　前記制御部は、前記変化量Δφ１と前記変化量Δφ２とが一致するように、前記第一の偏向器と前記第二の偏向器を制御することを特徴とする荷電粒子線装置。
  8. 　請求項５に記載の荷電粒子線装置であって、
    　前記制御部は、前記変化量Δφ１によって、光軸と直交する面において、４回対称３次非点収差に回転成分が生じ、前記第一の多極子での回転成分がφＡ３＿１、前記第二の多極子での回転成分がφＡ３＿２であるとき、前記変化量Δφ２をΔφ２＝φＡ３＿１＋φＡ３＿２－Δφ１＋πとして算出することを特徴とする荷電粒子線装置。
  9. 　請求項１に記載の荷電粒子線装置であって、
    　前記制御部は、観察像もしくはパターンに基づいて、５回対称４次非点収差または４回対称３次非点収差を算出し、画面に表示させることを特徴とする荷電粒子線装置。
  10. 　請求項９に記載の荷電粒子線装置であって、
    　前記制御部は、前記画面に前記観察像もしくは前記パターンをさらに表示させることを特徴とする荷電粒子線装置。
  11. 　請求項１に記載の荷電粒子線装置であって、
    　前記制御部は、前記第一の偏向器の調整量と前記第二の偏向器の調整量を画面に表示させることを特徴とする荷電粒子線装置。
  12. 　請求項１に記載の荷電粒子線装置であって、
    　前記５回対称４次非点収差を補正する際、併せて２回対称１次非点収差、１回対称２次コマ収差、３回対称２次非点収差、２回対称３次スター収差のうち、少なくとも１つ以上の収差の補正を行うことを特徴とする荷電粒子線装置。
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