電子ビームの回折収差補正装置
【課題】 ＡＢ効果を用いて電子ビームの位相を制御する回折収差補正の動作原理に基づき、ソレノイドコイルリングの多極子により構成される補正器の構造とビーム軸に対するベクトルポテンシャルの直交度と軸ずれを調整する機能により回折収差補正器を構成する。
【解決手段】 位相差を発生させるためにベクトルポテンシャルをビーム軸に直交し、かつビーム軸に対して直交面内で対称な分布で誘起する回折収差補正器を対物絞りと対物レンズの近くに設置し、ビーム軸から傾いて進行する回折波は磁束のリングをくぐることで上記ベクトルポテンシャルによるＡＢ効果によりビーム径内の位相差を増大して試料上の電子ビームの強度を抑制することができる。
【解決手段】 位相差を発生させるためにベクトルポテンシャルをビーム軸に直交し、かつビーム軸に対して直交面内で対称な分布で誘起する回折収差補正器を対物絞りと対物レンズの近くに設置し、ビーム軸から傾いて進行する回折波は磁束のリングをくぐることで上記ベクトルポテンシャルによるＡＢ効果によりビーム径内の位相差を増大して試料上の電子ビームの強度を抑制することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置や液晶や磁気記録媒体等、微細な回路パターンを有する基板製造技術に係り、特に、荷電粒子ビームにより微細な回路パターンを観察・計測・検査する荷電粒子ビーム顕微鏡および検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの微細化・集積化に伴って、製造工程の管理や開発では、ウェハ上形成された孔や溝のサイズは微細な場合は約１０ｎｍとなる場合もあるように、回路パターンの微細化は進む。そのため、数１０ｎｍサイズの微細パターンを高精度かつ高速で計測する要求がますます高まっており、光学顕微鏡では対応できないナノ分解能観察の要求に答えるために、走査電子顕微鏡（以下ＳＥＭと称す）の電子ビームのプローブ径が年々縮小され約１ｎｍまで達し、原子分解能を有するＳｃａｎｎｉｎｇ Ｐｒｏｂｅ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ（以下ＳＰＭと称す）に次ぐ高解像度の観察像取得手段となっている。
【０００３】
しかし、試料のダメージに代表される使用上の制約が、適用範囲の拡張と市場拡大を阻害している。例えば、Ｃｒｉｔｉｃａｌ Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ（以下ＣＤ−ＳＥＭと称す）は半導体のリソグラフィ管理において不可欠な計測装置であるが、電子ビームによるレジストのダメージが測長を阻害している。このダメージを低減する有効な手段として１００ｅＶ以下での測長が提案されている。このようにソフトマテリアルの低ダメージ観察には超低加速電圧の電子ビームが必要となるが、超低加速電圧の電子ビームは幾何収差と回折収差が増大して所望の分解能を得ることはできない。幾何収差補正とは電子光学系のレンズ等により幾何光学的に生じる収差であり、試料上のビームの開き角を大きくすると収差が増大する特徴をもつ。一方、回折収差は電子の波動性で生じる収差であり、試料上のビームの開き角を小さくすると収差が増大する特徴をもつ。分解能が１０％劣化する試料高さの許容範囲を観察像の焦点深度とし、該焦点深度は試料上のビーム開き角を小さくすると増大する。
【０００４】
非特許文献１には、幾何収差の補正方法の基本原理として、電場と磁場を重畳させた多極子により電子ビームのウィーン条件を作り出すことで幾何収差のうち色収差を補正する方法が示されている。
【０００５】
特許文献１には、輪帯照明の基本原理として、荷電粒子線の通過を制限する通過開口を、荷電粒子源と走査偏向器の間に配置し、当該通過開口はその開口中心に荷電粒子線の通過を制限する部材を備えてなることを特徴とする走査型荷電粒子顕微鏡が示されている。
【０００６】
特許文献２には、マイクロ波イオン源の多価に電離したイオンビームを効率よく取得するために、イオン源プラズマ室にソレノイドコイルと磁石列を配置し、合成磁場形状をプラズマから見て軸方向および半径方向ともにプラズマ中心部分で磁場強度が平均的に極小としてプラズマを閉じ込めて安定なビーム引き出しを実現する方法について開示されている。
【０００７】
特許文献３には、電子顕微鏡のエネルギーフィルタの電源を削減して電子軌道の変化が少なく調整を容易にするために、主コイルと独立にかつ接近してバランスを調整するための補助コイルをそれぞれの上部と下部のポールピースを間に挟んでソレノイド状に巻回してポールピース間隙に磁場を発生させるマグネットについて開示されている。
【０００８】
荷電粒子ビームを応用した観察・計測・検査装置にはＳＥＭ以外にＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ(以下ＴＥＭと称す)やＳｃａｎｎｉｎｇ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ(以下ＳＴＥＭと称す)などがあり、これらの光学系の構造上の共通の特徴として球面収差と色収差が分解能劣化の支配要因であった。すなわち、ＳＴＥＭやＴＥＭでは色収差より球面収差が、SEMは球面収差より色収差が分解能劣化の支配要因となっていたため、それぞれに最適化した幾何収差補正技術が開発された。これらの幾何収差補正技術の登場により光学系全体の収差が抑制され、回折収差が光学系の構造上の共通の特徴として分解能劣化の支配要因となるようになったことが本発明の第２の背景である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００７−２０７７６４
【特許文献２】特開昭６３−１１４０３２
【特許文献３】特開２００５−３０２４３７
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】Ｈ.Ｒｏｓｅ, Ｏｐｔｉｋ, ３１ (１９７０) １４４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
非特許文献１に記載された従来技術では、幾何収差は補正できるが回折収差は補正できない。上記幾何収差補正は試料上のビームの開き角を大きくすると収差が増大する特徴をもち、上記回折収差は上記ビームの開き角を小さくすると収差が増大する特徴をもつことから、上記ビームの開き角を大きくすると上記幾何収差補正により収差を抑制することが可能となる。上記ビームの開き角を大きくすることにより焦点深度が浅くなり、上記試料上の溝や孔の表面と底を同時に観察できなくなる場合や、合焦点位置の検出が困難になる場合もある。焦点深度の浅い観察像は従来のＳＥＭ像に比べて立体的な情報が取得しにくい不便な観察像となってしまう。
【００１２】
特許文献１に記載された従来技術では、回折収差を制御することができないために試料上のビーム強度分布に複数の強度ピークが形成される。さらに適切な幾何収差を加えることにより、試料上のビームの開き角を変えることなく焦点深度をいくらか深くすることができるが効果は限定的である。
【００１３】
特許文献２に記載された従来技術では、イオン源プラズマ室にソレノイドコイルと磁石列を配置し、プラズマを閉じ込めて安定なビーム引き出しを実現することはできるが、荷電粒子の回折収差を補正することはできない。
【００１４】
特許文献３に記載された従来技術では、上部と下部のポールピースを間に挟んでソレノイド状に巻回してポールピース間隙に磁場を発生させるマグネットを配置し、電子顕微鏡のエネルギーフィルタを実現することはできるが、電子ビームの回折収差を補正することはできない。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
荷電粒子光学における回折収差にはレイリー回折と波面収差があるが、ここでは電子光学におけるレイリー回折を取り上げて、以下に収差の特徴と補正方法について説明する。
【００１６】
対物レンズにより試料上のビームの開き角を制御するために対物絞りでビーム軌道を制限すると電子の波動性が強くなり回折が発生する。上記回折により試料上のビームのスポット形状拡大の現象がレイリー回折である。試料上の回折波の強度分布は電子ビームの進行方向により生じるビーム径内での位相差で変化する。回折による電子ビームの進行方向がビームの軸からの傾きが大きくなるにつれて試料上の回折波の強度分布は減衰する。しかし、低加速ビームでは電子ビームの波長が長くなるために、進行方向によるビーム径内での位相差がつきにくくなり、回折波の強度分布の減衰が弱くなってしまう。そのため、回折収差は低加速になればなるほど増大する。
【００１７】
次に電子ビームの位相制御に利用するＡｈａｒｏｎｏｖ−Ｂｏｈｍ効果(以下ＡＢ効果と称す)について説明する。
【００１８】
Ｙ.ＡｈａｒｏｎｏｖとＤａｖｉｄ Ｂｏｈｍが１９５９年に磁場や電場が完全に存在しなくても電子ビームの位相は変化する現象(以下ＡＢ効果)を理論的に予言し(Ｐｈｙｓ. Ｒｅｖ. １１５ (１９５９) ４８５)、 外村らが１９８６年に電子線ホログラフィーの手法を用いて実証した(Ｐｈｙｓ. Ｒｅｖ. Ｌｅｔｔ. ５６ (１９８６) ７９２)。有限の長さのソレノイドコイルでは磁場や電場が完全に存在しない条件を満足することが困難であるため、ソレノイドコイルをドーナツ状のリングにして磁場漏洩を抑制し、電子線の波長が短いために非常に微細（数μｍ）にすることが必要であった。上記実証では、非常に微細なリングの磁石を超電導材で囲みマイスナー効果により上記磁石の磁場の漏洩を完全に防ぎ、リングの外側と内側を通る電子線の位相差を電子線ホログラフィにより干渉縞の形で観察した。観察の結果、２つの電子線の軌道間に半波長だけの位相差が存在していることがわかり、ベクトルポテンシャルにより電子線の位相が変化することが実証された。
【００１９】
上記レイリー回折は電子ビームの進行方向のビーム軸からの傾きにより効率的にビーム径内の位相差を発生することにより抑制できる。そこで、上記位相差を発生させるためにビーム軸に対して直交かつ直交面内で対称な分布を有するベクトルポテンシャルを誘起する回折収差補正器を対物絞りと対物レンズの間に設置する。ビーム軸上を進行する電子ビームの位相差は変化することなく、試料上の電子ビームの強度は変化しないが、電子ビーム経路上のフレネル回折によりビーム軸から傾いて進行する回折波は上記ベクトルポテンシャルによるＡＢ効果によりビーム径内の位相差を増大して試料上の電子ビームの強度を抑制することができる。しかし、対物レンズで試料上に集束する電子ビームが回折波を生じながら進む。上記回折により試料上のビームのスポット形状拡大の現象がレイリー回折である。試料上の回折波の強度分布は電子ビームの集束方向により生じるビーム径内での位相差で変化する。回折による電子ビームの集束方向がビームの軸からの傾きが大きくなるにつれて試料上の回折波の強度分布は振幅しながら減衰する。対物レンズにより集束する電子ビームに対して効率的にビーム径内の位相差を発生することは難しい。そこで、対物レンズを通過する前の電子ビームの回折波に対して、ビーム軸からの傾きにより効率的にビーム軸からの位相差を発生する。これにより、対物レンズの前後の回折波の位相差が発生することによりレイリー回折は抑制できる。
【００２０】
回折収差補正器の構成例を以下に述べる。上記ソレノイドコイルリングまたは上記磁石リングはリング面の延長方向がビーム軸を向き、かつビーム軸に対して対称となる、ビーム軸を中心とする同一円周上の位置に配置することにより所望のベクトルポテンシャル分布を得ることができる。例えば４個のソレノイドコイルリングを用いる場合は、対称となる位置に配置した２つのリング面の延長方向がビームの軸と交差し、かつ誘起されるベクトルポテンシャルがビーム軸に対して回転対称になるようにソレノイドコイルリングのペアを配置し、相対角度が９０度となる位置に、各々のソレノイドコイルリングのペアのベクトルポテンシャルの向きが回転対象になるように、かつ隣り合うソレノイドコイルのベクトルポテンシャルの向きが軸対称になるように、もうひと組のソレノイドコイルリングのペアを配置することにより実現する。さらにビーム軸を中心とする同一円周上に８個や１２個など４の倍数個のソレノイドコイルリングを用いることでよりベクトルポテンシャルの回転対称性が良くなる。さらに、ソレノイドコイルをらせん状に巻いた円筒でビーム軸を周回するリングを形成することにより、さらにベクトルポテンシャルの回転対称性が良くなる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、荷電粒子ビームにより、微細な回路パターンを観察・計測・検査する荷電粒子ビーム顕微鏡において、ベクトルポテンシャルのビーム径内の位相差を増大し、試料上の回折収差を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】回折収差補正器を走査電子顕微鏡に適用した１実施形態を示す図。
【図２】走査電子顕微鏡での回折収差の模式図。
【図３】Ａｈａｒａｎｏｖ−Ｂｏｈｍ効果の説明図。
【図４】レイリー回折の収差補正の方法を示す模式図。
【図５】レイリー回折を補正する具体的手法を示す図。
【図６】試料上のビーム強度分布を示す図。
【図７】回折収差補正器のベクトルポテンシャルの極子の配置例を示す図。
【図８】回折収差補正器の制御画面の例を示す図。
【図９】回折収差補正器をイオン顕微鏡に適用した１実施形態を示す図。
【図１０】回折収差補正器を透過電子顕微鏡に適用した１実施形態を示す図。
【図１１】回折収差補正器を反射電子顕微鏡に適用した１実施形態を示す図。
【図１２】回折収差補正器をミラー電子顕微鏡に適用した１実施形態を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
一例として、以下の実施例では、主として走査電子顕微鏡を用いた装置への適用例について説明するが、各実施例の回折収差補正の手段は、電子ビームだけではなくイオンビーム装置も含めた荷電粒子線装置一般に対して適用可能である。また、以下の実施例では半導体ウェハを試料とする装置について説明を行うが、各種荷電粒子線装置で使用する試料としては、半導体ウェハの他、半導体基板、パターンが形成されたウェハの欠片、ウェハから切り出されたチップ、ハードディスク、液晶パネルなど、各種の試料を検査・計測対象とすることができる。
【実施例１】
【００２４】
実施例１では、走査電子顕微鏡への適用例について説明する。
【００２５】
本実施例の走査電子顕微鏡は、真空筺体内に形成された電子光学系、その周囲に配置された電子光学系制御装置、制御電源に含まれる個々の制御ユニットを制御し、装置全体を統括制御するホストコンピュータ、制御装置に接続された操作卓、取得画像を表示されるモニタを備える表示手段などにより構成される。電子光学系制御装置は、電子光学系の各構成要素に電流、電圧を供給するための電源ユニットや、各構成要素に対して制御信号を伝送するための信号制御線などにより構成される。本実施例では走査電子顕微鏡を適用例にしているが、例えばイオン顕微鏡や透過電子顕微鏡や反射電子顕微鏡やミラー電子顕微鏡に適用してもよい。
【００２６】
図１は、本発明の走査電子顕微鏡の全体構成を示す模式図である。本実施例の走査電子顕微鏡は、真空筺体内１０１に形成された電子光学系１０２、その周囲に配置された電子光学系制御装置１０３、制御電源に含まれる個々の制御ユニットを制御し、装置全体を統括制御するホストコンピュータ１０４、制御装置に接続された操作卓１０５、取得画像を表示されるモニタを備える表示手段１０６などにより構成される。電子光学系制御装置１０３は、電子光学系１０２の各構成要素に電流、電圧を供給するための電源ユニットや、各構成要素に対して制御信号を伝送するための信号制御線などにより構成される。ただし、装置全体を統括制御するホストコンピュータ１０４はどのような方式でもよく、例えば観察試料となるウェハを収納するカセットから試料室に搬送するシステムや通信システムと接続してもよい。
【００２７】
電子光学系１０２は、電子ビーム１１０を生成する電子源１１１、電子ビーム１１０のビーム径を制限する対物絞り１１２と、電子ビーム１１０の幾何収差を制御する収差補正器１１３と、電子ビーム１１０の回折収差を制御する回折収差補正器１１４と、一次電子ビームを偏向する偏向器１１５、電子ビーム１１０を集束する電磁重畳型対物レンズ１１６、ステージ上に保持された試料１１７から放出される二次粒子１１８を集束発散するブースタ磁路部材１１９、二次粒子１１８が衝突する反射部材１２０、当該衝突により再放出される三次粒子１２１を検出する中央検出器１２２などにより構成される。反射部材１２０は、電子ビーム１１０の通過開口が形成された円盤状の金属部材により構成され、その底面が二次粒子反射面を形成している。
【００２８】
電子源１１１から放出された電子ビーム１１０は、引き出し電極１３０と加速電極１３１との間に形成される電位差により加速され、電磁重畳型対物レンズ１１６に達する。電磁重畳型対物レンズ１１６は、入射した電子ビーム１１０をコイル１３２により試料１１７上に磁場を励起して集束させる。制御磁路部材１３３には、ヨーク部材１３４の電位に対する電位が負になるような電位が供給されており、この電位は制御磁路電源１３５により供給される。また、ステージ１３６には、ステージ電源１３７によって、ブースタ磁路部材１１９との電位差が負になる電位が印加される。このため、ブースタ磁路部材１１９を通過した電子ビーム１１０は、急激に減速され試料表面に到達する。ここで、電子ビーム１１０のランディングエネルギーは、電子源１１１とステージ１３６の電位差のみで決まるため、電子源１１１とステージ１３６のへの印加電位を所定値に制御すれば、ブースタ磁路部材１１９や加速電極１３１への印加電位がどうであっても電子ビーム１１０のランディングエネルギーを所望の値に制御可能である。ただし、電磁重畳型対物レンズ１１６はどのような方式でもよく、例えば制御磁路部材１３３が無い電磁重畳型対物レンズ１１６や磁場レンズや静電レンズでもよい。
【００２９】
回折収差補正器１１４は、対物絞り１１２を通過した電子ビーム１１０のビーム軸に対して対称となるビーム軸を中心とする同一円周上の位置にソレノイドコイルをドーナツ状のリングまたはソレノイドコイルリングで形成する円筒パイプで形成するベクトルポテンシャルの極子をソレノイドコイルリングの面の延長方向が上記ビーム軸と交差する向きに各々配置し、各々２つのベクトルポテンシャルの極子に対して相対角度が９０度となる位置でソレノイドコイルリングの面の延長方向が該ビーム軸と交差する向きにもうひと組のベクトルポテンシャルの極子のペアを配置し、かつ各々のベクトルポテンシャルの極子のペアがソレノイドコイル内に誘起する磁束のリングの向きを該ビーム軸に回転対称に、かつ隣り合うベクトルポテンシャルの極子がソレノイドコイル内に誘起する磁束のリングの向きを該ビーム軸に軸対称に誘起する。ただし、回折収差補正器１１４のベクトルポテンシャルの多極子の構成は、４極子以外に８極子や１２極子や連続極子などでもよく、さらにベクトルポテンシャルの極子はソレノイドコイル以外に磁石のリングなどでも良い。さらに、回折収差補正器１１４はベクトルポテンシャルの多極子に加えてコンデンサレンズを組み込む場合もある。幾何収差補正器１１３は電子ビーム１１０の幾何収差の補正器であればどのような方式でも良いが、一般に磁極と電極の多極子とコンデンサレンズで構成される。
【００３０】
図２は、走査電子顕微鏡での回折収差の模式図である。回折収差にはフレネル回折で生じるレイリー回折と波面収差等があるが、本発明ではレイリー回折を取り上げて、以下に収差の特徴と補正方法について説明する。
【００３１】
対物レンズ２１０により試料上２１１の電子ビーム２１２の開き角２１３を制御するために対物絞り２１４でビーム軌道を制限すると電子の波動性が強くなり電子ビーム２１２の経路上で生じるフレネル回折２１５の影響が増大する。フレネル回折２１５による電子ビーム２１２の回折波の進行方向がビーム軸から傾きが大きくなるにつれて、ビーム径内で生じる位相差が増大する。対物レンズ２１０により集束した試料上のビームのスポット形状がフレネル回折２１５により拡大する現象がレイリー回折２１６である。レイリー回折２１６により試料上の回折波の強度分布は、電子ビームの集束方向がビームの軸から傾きが大きくなるにつれて電子ビーム２１２のビーム径内２１７での位相差で変化するために振幅しながら減衰する。さらに、電子ビーム２１２のビームランディングの速度を低速にすると電子波の波長が長くなるために、フレネル回折２１５で生じた回折波のビーム径内の位相差がつきにくくなり、回折波の強度分布の回折角度による減衰が弱くなってしまう。そのため、レイリー回折２１６は低加速になればなるほど増大する。さらに、対物レンズ２１０で試料上２１１に集束する過程でも電子ビーム２１２はフレネル回折２１５による回折波を生じながら進む。したがってレイリー回折２１６は、対物レンズ２１０までの電子ビーム２１２の経路上で生じた回折波と対物レンズ２１０による電子ビーム２１２の集束軌道上で生じた回折波の両方の干渉により、試料上２１１のビームのスポット形状拡大を生じる現象でもある。
【００３２】
図３は電子ビームの位相制御に利用するＡＢ効果の説明図である。電子線ホログラフィの手法を用いてＡＢ効果を実証する方法は、電子源３１０から放出した電子ビーム３１１を２つの軌道に分けて十分に長いソレノイドコイル３１２を挟んで両側を通過し試料上３１３に集束する電子ビーム制御装置を用いて、試料上３１３の電子ビーム３１１の干渉縞３１４を観察する方法である。ソレノイドコイル３１２に電流３１５を流すとソレノイドコイル内のみに磁場を誘起することができる。そのとき磁場がないソレノイドコイル３１２の外側にはベクトルポテンシャル３１６がソレノイドコイル３１２の軸の中心からの距離に反比例して回転方向に誘起される。そのため、ソレノイドコイル３１２の軸を挟む両側を通過した電子ビーム３１１はベクトルポテンシャル３１６の影響を受けて電子ビームの位相が変化する。この現象がＡＢ効果である。したがって、ソレノイドコイル３１２に流す電流を変えると電子ビーム３１１の位相が変化して試料上の電子ビームの干渉縞３１４が変化する。ＡＢ効果を実証する際、有限の長さのソレノイドコイル３１０では磁場や電場が完全に存在しない条件を満足することが困難であるため、ソレノイドコイルをドーナツ状のリングにして磁場漏洩を抑制し、電子線の波長が短いために非常に微細（数μｍ）にすることが必要であった。上記実証では、非常に微細なリングの磁石を超電導材で囲みマイスナー効果により上記磁石の磁場の漏洩を完全に防ぎ、リングの外側と内側を通る電子線の位相差を電子線ホログラフィにより干渉縞の形で観察した。観察の結果、２つの電子線の軌道間に半波長だけの位相差が存在していることがわかり、ベクトルポテンシャルにより電子線の位相が変化することが実証された。
【実施例２】
【００３３】
実施例２では、走査電子顕微鏡への適用例での収差補正の作用動作について説明する。
【００３４】
図４は、レイリー回折の収差補正の方法を示す模式図である。レイリー回折４１０は、対物レンズ４１１までの電子ビーム４１２の経路上で生じた回折波４１３と対物レンズ４１１による電子ビーム４１２の集束軌道上で生じた回折波４１４の両方の干渉により、試料上４０９のビームのスポット形状拡大を生じる現象である。
【００３５】
レイリー回折４１０のうち、対物絞り４１５から対物レンズ４１１までに生じた回折波４１３に注目する。本実施例の１形態として、対物絞り４１５から対物レンズ４１１までの電子ビーム４１２はコンデンサレンズ４１６などで光学軌道を制御した平行ビームであり、電子ビームの位相は平面波である。対物レンズ４１１までに生じた回折波４１３は電子ビームの進行方向のビーム軸からの傾きに依存してビーム径内の位相差が増大する。そこで、ビーム径内の位相差を新たに発生させるためにビーム軸に対して直交かつ直交面内で対称な分布を有するベクトルポテンシャルを誘起する回折収差補正器４１７を対物絞り４１５と対物レンズ４１１の間に設置する。ビーム軸上を進行する電子ビーム４１２は回折収差補正器４１７を通過するときに上記ベクトルポテンシャルとの内積をとる経路積分が０となることからＡＢ効果により位相は変化することない。したがって、対物レンズ４１１により試料上４０９に電子ビーム４１２を集束してもビーム強度は変化しない。一方、フレネル回折４１８によりビーム軸から傾いて進行する回折波４１３はベクトルポテンシャルとの内積をとる経路積分が０以外となりＡＢ効果により位相差が生じる場合がある。このとき、ベクトルポテンシャルのビーム径内での分布により経路積分の差を増大すると、ビーム径内の位相差を増大し、試料上４０９のレイリー回折４１０を抑制することができる。
【００３６】
一方、回折収差補正器４１７を通過して対物レンズ４１１から試料上４０９に集束する過程の電子ビームは回折波４１４を生じながら進む。回折波４１４により試料上４０９のビームのスポット形状拡大の現象であるレイリー回折４１０は残っている。すなわち、試料上４０９の回折波の強度分布は電子ビーム４１２の集束方向により生じるビーム径内での位相差で変化する。そのとき、フレネル回折４１８による電子ビーム４１２の集束方向がビームの軸からの傾きが大きくなるにつれて試料上４０９の回折波の強度分布は振幅しながら減衰する。対物レンズ４１１により集束する電子ビーム４１２に対して効率的にビーム径内の位相差を発生することもできるが本実施例では電子ビームの使い勝手から補正しない。
【００３７】
このとき、試料上の電子ビーム４１２の回折波は対物絞り４１５から回折収差補正器４１７までの電子ビーム４１２の経路でフレネル回折４１８により生じた回折波４１４と回折収差補正器４１７から対物レンズ４１１を通過して試料上４０９に集束するまでの電子ビーム４１２の経路でフレネル回折４１８により生じた回折波の干渉波となる。回折収差補正器４１７がない場合のレイリー回折４１０に比べて上記干渉波が鋭いピーク形状になる場合がある。
【実施例３】
【００３８】
図５にレイリー回折を補正する具体的手法を示す。上述のように、回折収差補正器５１０は、電子ビーム５１１のビーム軸に対して、並行しかつ直交面内で対称な分布でベクトルポテンシャル５１２を誘起することができる。回折収差補正器５１０を搭載した走査電子顕微鏡５１５の構成例を以下に述べる。
【００３９】
電子銃５１６と、電子銃５１６から放出された電子ビーム５１１と、電子ビーム５１１の集束発散を制御するコンデンサレンズ５１７と、電子ビーム５１１のビーム径を制限する対物絞り５１３と、対物絞り５１３を通過した電子ビーム５１１のビーム軸に対して対称となる位置にソレノイドコイルをドーナツ状のリング５１８またはソレノイドコイルリングで形成する円筒パイプで形成するベクトルポテンシャルの極子のペア５１９をソレノイドコイルリングの面の延長方向が上記ビーム軸と交差する向きに２つ配置し、上記２つのベクトルポテンシャルの極子に対して相対角度が９０度となる位置でソレノイドコイルリングの面の延長方向が該ビーム軸と交差する向きにもうひと組のベクトルポテンシャルの極子のペア５２０を配置し、かつ、ベクトルポテンシャルの４つのソレノイドコイル内に誘起する磁束のリングを軸対称に誘起されるようにベクトルポテンシャルの４極子を配置した回折収差補正器５１０と、電子ビーム５１１を試料上５２１に集束する対物レンズ５１４と、電子ビーム５１１を偏向する偏向器５２２と、電子ビーム５１１の照射により試料上５２１から発生した２次粒子５２３を検出する検出器５２４を有した走査電子顕微鏡５１５である。ここで、回折収差補正器５１０は、対物絞り５１３と対物レンズ５１４の間に設置する。さらに、回折収差補正器５１０と対物絞り５１３の間に色収差や球面収差などの幾何収差を補正する収差補正器を追加すると、さらに試料上５２２に電子ビーム５１１を細く集束することができる。偏向器を対物レンズ５１４と試料上５２２の間に置く場合は、対物レンズ５１４と回折収差補正器５１０を重畳することも可能である。
【００４０】
回折収差補正器５１０はソレノイドコイル内の磁束により誘起されるベクトルポテンシャルとともに、ソレノイドコイルからビーム軸に染み出した磁束のリングによってもベクトルポテンシャルを誘起している。ソレノイドコイルリング内の磁束により誘起させるベクトルポテンシャルは、電子ビーム５１１がソレノイドコイルを跨がないかぎり位相差を生じない。一方、染み出した磁束のリング内に誘起されるベクトルポテンシャルは４極子を形成しており、ビーム軸にそって上下対称でかつビーム軸に対称なベクトルポテンシャル分布を誘起する。ベクトルポテンシャルの４極子の中央部５２５では、上記ビーム軸に直交する面内のベクトルポテンシャルの分布が上記ビーム軸を中心に対称な分布になる。図５（ｂ）では上記ビーム軸に対する直交面内の極座標を
【００４１】
【数１】
【００４２】
とすると、対物絞り５１３を通過したビーム径の制限により（数２）と（数３）となり、ベクトルポテンシャル分布は（数４）となる。
【００４３】
【数２】
【００４４】
【数３】
【００４５】
【数４】
【００４６】
さらに、ソレノイドコイルをらせん状に巻いた円筒でビーム軸を周回するリングを形成してベクトルポテンシャルの極子を増大すると、ベクトルポテンシャル分布はビーム軸を囲む回転対称な連続極子（数５）となる。
【００４７】
【数５】
【００４８】
このとき、ビーム軸に染み出した磁束のリングはビーム軸と平行しているため、直進する電子ビーム５１１の位相に作用することはないが、第１の経路でのフレネル回折５２８で生じたビーム軸から傾斜して進行する第１の回折波５２９は磁束のリングをくぐることによりベクトルポテンシャルの極子の分だけ位相差を生じる。そこで、ベクトルポテンシャルの連続極子の中央部５２５で生じる電子ビーム５１１の位相差は、
【００４９】
【数６】
【００５０】
となる。ここで、（数７）は試料上５２１の座標、αは試料上のビーム開角５２６である。この時の電子ビーム５１１の試料上での波動関数は（数８）となる。
【００５１】
【数７】
【００５２】
【数８】
【００５３】
となる。ここで、λは電子ビーム５１１の波長、Ｊ１( )、Ｊ０( )はベッセル関数である。
【００５４】
試料上５２１の電子ビーム５１１のレイリー回折５２７は対物絞り５１３から回折収差補正器５１０までの電子ビーム５１１の第１の経路でのフレネル回折５２８により生じた（数８）の第１の回折波５２９と回折収差補正器５１０から対物レンズ５１４を通過して試料上５２１に集束するまでの電子ビーム５１１の第２の経路でのフレネル回折５３０により生じた第２の回折波５３１の干渉波となる。この時の電子ビーム５１１の試料上でのレイリー回折５２７の波動関数は、
【００５５】
【数９】
【００５６】
となる。ここで、ＬＣは対物絞り５１３から回折収差補正器５１０までの電子ビーム５１１の第１の経路でフレネル回折５２８により生じた第１の回折波５２９の規格化因子で、ＬＦは回折収差補正器５１０から対物レンズ５１４を通過して試料上５２１に集束するまでの電子ビーム５１１の第２の経路でフレネル回折５３０により生じた第２の回折波５３１の規格化因子である。比較のために、回折収差補正器がない場合の従来のレイリー回折５３２の波動関数は、
【００５７】
【数１０】
【００５８】
となる。ここでＬは規格化因子である。
【００５９】
図６は試料上のビーム強度分布を示す図である。電子ビームの試料上でのレイリー回折の波動関数（数９）の二乗が回折収差補正後のビーム強度分布６１１である。回折収差補正器がない場合の従来のレイリー回折の波動関数（数１０）の二乗が回折収差補正前のビーム強度分布６１０である。
【００６０】
横軸は試料上でのビーム軸からの距離をｒとして、電子ビームの波長と試料上のビーム開角でスケーリングした軸である。回折収差補正前のビーム強度分布６１０のカーブは０．６１Ｄで横軸と交わる点が回折収差の基本的な性質であるＲａｙｌｅｉｇｈ分解能を示す点である。補正器を適切な設定にすると回折収差補正器がない場合のレイリー回折に比べて干渉波が鋭いピーク形状になる場合がある。このとき、回折収差補正後のビーム強度分布のカーブはＡ″＝３とした場合であり、ビーム強度分布のピークは鋭くなっている。さらにＡ″を適切に設定すればビーム強度分布の形状は鋭いピークになっていく。
【実施例４】
【００６１】
図７は回折収差補正器のベクトルポテンシャルの極子の配置例である。ソレノイドコイルをドーナツ状のリングまたはソレノイドコイルリングで形成する円筒パイプまたは、磁石のリングのペアなどで形成するベクトルポテンシャルの極子のペアの配置の例である。前述の実施例ではベクトルポテンシャルの４極子７１０を取り上げたが、ベクトルポテンシャルの８極子７１２、１２極子、１６極子にするとビーム軸方向のベクトルポテンシャルの広がりを抑制できる。一方、ソレノイドコイルをらせん状に巻いた円筒でビーム軸を周回するリングを形成するベクトルポテンシャルの連続極子７１３を用いると、さらにベクトルポテンシャルの回転対称性が良くなる。
【実施例５】
【００６２】
図８は回折収差補正器の制御画面の例である。電子ビームの加速や電流やビーム集束時の開き角の組み合わせ毎にベクトルポテンシャルの多極子の軸制御値を表示する画面８１０と軸制御値を計測または登録する画面８１１とベクトルポテンシャルの多極子のアライメントを指示する画面８１２などにより構成される。
【実施例６】
【００６３】
図９は回折収差補正器をイオン顕微鏡に適用した１実施例である。レイリー回折９１０は、対物レンズ９１１までのイオンビーム９１２の経路上で生じた回折波９１３と対物レンズ９１１によるイオンビーム９１２の集束軌道上で生じた回折波９１４の両方の干渉により、試料上のビームのスポット形状拡大を生じる現象である。
【００６４】
まずは、レイリー回折９１０のうち、ビーム制限絞り９１５から対物レンズ９１１までに生じた回折波９１３に注目する。本実施例の１形態として、ビーム制限絞り９１５から対物レンズ９１１までのイオンビーム９１２はコンデンサレンズ９１６などで光学軌道を制御して平行ビームであり、イオンビームの位相は平面波である。対物レンズ９１１までに生じた回折波９１３はイオンビームの進行方向のビーム軸からの傾きに依存してビーム径内の位相差が増大する。そこで、ビーム径内の位相差を新たに発生させるためにビーム軸に対して直交かつ直交面内で対称な分布を有するベクトルポテンシャルを誘起する回折収差補正器９１７をビーム制限絞り９１５と対物レンズ９１１の間に設置する。ビーム軸上を進行するイオンビームは回折収差補正器９１７を通過するときに上記ベクトルポテンシャルとの内積をとる経路積分が０となることからＡＢ効果により位相は変化することない。したがって、対物レンズにより試料上にイオンビームを集束してもビーム強度は変化しない。一方、フレネル回折によりビーム軸から傾いて進行する回折波は上記ベクトルポテンシャルとの内積をとる経路積分が０以外となりＡＢ効果により位相差が生じる場合がある。そこで、上記ベクトルポテンシャルのビーム径内での分布により上記経路積分の差を増大すると、ビーム径内の位相差を増大し、試料上のレイリー回折を抑制することができる。ビーム制限絞り９１５と回折収差補正器９１７の間に、色収差や球面収差など幾何収差を補正する幾何収差補正器を配置してもよい。さらに、試料を透過した電子ビームを検出することにより、高分解能な透過像を得ることも可能である。
【実施例７】
【００６５】
図１０は回折収差補正器を透過電子顕微鏡に適用した１実施例である。レイリー回折１０１０は、対物レンズ１０１１を通過後の透過電子ビーム１０１２の経路上で生じた回折波１０１３と対物レンズ１０１１による透過電子ビーム１０１２の集束軌道上で生じた回折波１０１４の両方の干渉により、透過電子の結像面１０１５での像ボケや検出器１０１６でのコントラストの揺らぎを生じる現象である。
【００６６】
レイリー回折１０１０のうち、対物絞り１０１７から結像面１０１５や検出器１０１６までに生じた回折波１０１３に注目する。本実施例の１形態として、対物絞り１０１７から結像面１０１５までの透過電子ビーム１０１２はトランスファーレンズ１０１８で光学軌道を制御して平行ビームであり、透過電子ビーム１０１２の位相は平面波である。対物絞り１０１７通過後の透過電子ビーム１０１２の経路で生じた回折波１０１３はビーム軸からの傾きに依存してビーム径内の位相差が増大する。そこで、ビーム径内の位相差を新たに発生させるためにビーム軸に対して直交かつ直交面内で対称な分布を有するベクトルポテンシャルを誘起する回折収差補正器１０１９を対物絞り１０１７と結像面１０１５または検出器１０１６の間に設置する。ビーム軸上を進行する透過電子ビーム１０１２は回折収差補正器１０１９を通過するときにベクトルポテンシャルとの内積をとる経路積分が０となることからＡＢ効果により位相は変化することない。したがって、対物絞り１０１７を通過した透過電子ビーム１０１２のビーム強度は変化しない。一方、フレネル回折１０２０によりビーム軸から傾いて進行する回折波は上記ベクトルポテンシャルとの内積をとる経路積分が０以外となりＡＢ効果により位相差が生じる場合がある。そこで、上記ベクトルポテンシャルのビーム径内での分布により上記経路積分の差を増大すると、ビーム径内の位相差を増大し、結像面１０１５や検出器１０１６でのレイリー回折１０１０を抑制することができる。対物絞り１０１７と回折収差補正器１０１９の間に、幾何収差補正器を配置してもよい。
【実施例８】
【００６７】
図１１は回折収差補正器を反射電子顕微鏡に適用した１実施例である。反射電子顕微鏡は対物レンズ１１１０による電子ビーム１１１１の集束軌道が走査電子顕微鏡を異なり反射電子１１１２を検出するために試料１１１３が傾斜している。しかし、レイリー回折１１１４は、対物レンズ１１１０までの電子ビーム１１１１の経路上で生じた回折波１１１５と対物レンズ１１１０による電子ビーム１１１１の集束軌道上で生じた回折波１１１６の両方の干渉により、ビーム軸から傾斜した試料上のビームのスポット形状拡大を生じる。
【００６８】
レイリー回折１１１４のうち、対物絞り１１１７から対物レンズ１１１０までに生じた回折波１１１５に注目する。本実施例の１形態として、対物絞り１１１７から対物レンズ１１１０までの電子ビーム１１１１はコンデンサレンズ１１１８などで光学軌道を制御して平行ビームであり、電子ビーム１１１１の位相は平面波である。対物レンズ１１１０までに生じた回折波１１１５は電子ビーム１１１１のビーム軸からの傾きに依存してビーム径内の位相差が増大する。そこで、ビーム径内の位相差を新たに発生させるためにビーム軸に対して直交かつ直交面内で対称な分布を有するベクトルポテンシャルを誘起する回折収差補正器１１１９を対物絞り１１１７と対物レンズ１１１０の間に設置する。ビーム軸上を進行する電子ビーム１１１１は回折収差補正器１１１９を通過するときに上記ベクトルポテンシャルとの内積をとる経路積分が０となることからＡＢ効果により位相は変化することない。したがって、対物レンズにより試料上に電子ビーム１１１１を集束してもビーム強度は変化しない。一方、フレネル回折によりビーム軸から傾いて進行する回折波は上記ベクトルポテンシャルとの内積をとる経路積分が０以外となりＡＢ効果により位相差が生じる場合がある。そこで、上記ベクトルポテンシャルのビーム径内での分布により上記経路積分の差を増大すると、ビーム径内の位相差を増大し、試料上のレイリー回折１１１４を抑制することができる。対物絞り１１１７と回折収差補正器１１１９の間に、幾何収差補正器を配置してもよい。
【実施例９】
【００６９】
図１２は回折収差補正器をミラー電子顕微鏡に適用した１実施例である。ミラー電子顕微鏡は試料１２１０に電子ビーム１２１１を並行に照射する照射光学系１２１２と試料１２１０からのミラー電子ビーム１２１３や反射電子ビーム１２１４を結像する投影光学系１２１５により構成される。投影光学系１２１５のレイリー回折１２１６は、対物レンズ１２１７を通過後のミラー電子ビーム１２１３の経路上で生じた回折波１２１８と対物レンズ１２１７によるミラー電子ビーム１２１３の集束軌道上で生じた回折波１２１９の両方の干渉により、ミラー電子の結像面１２２０での像ボケや検出器１２２１でのコントラストの揺らぎを生じる現象である。ただし、反射電子ビーム１２１４を結像する際に生じるレイリー回折はミラー電子ビーム１２１３で生じるものと同等であり、本実施例では断わりのない限り置き換えることができる。
【００７０】
レイリー回折１２１６のうち、対物絞り１２２２から結像面１２２０や検出器１２２１までに生じた回折波１２１８に注目する。本実施例の１形態として、対物絞り１２２２から結像面１２２０や検出器１２２１までのミラー電子ビーム１２１３はトランスファーレンズ１２２３で光学軌道を制御して平行ビームであり、ミラー電子ビーム１２１３の位相は平面波である。対物絞り１０１７通過後のミラー電子ビーム１２１３の経路で生じた回折波１２１９はビーム軸からの傾きに依存してビーム径内の位相差が増大する。そこで、ビーム径内の位相差を新たに発生させるためにビーム軸に対して直交かつ直交面内で対称な分布を有するベクトルポテンシャルを誘起する回折収差補正器１２２４を対物絞り１２２２と結像面１２２０または検出器１２２１の間に設置する。ビーム軸上を進行するミラー電子ビーム１２１３は回折収差補正器１２２４を通過するときにベクトルポテンシャルとの内積をとる経路積分が０となることからＡＢ効果により位相は変化することない。したがって、対物絞り１２２２を通過したミラー電子ビーム１２１３のビーム強度は変化しない。一方、フレネル回折１２２５によりビーム軸から傾いて進行する回折波は上記ベクトルポテンシャルとの内積をとる経路積分が０以外となりＡＢ効果により位相差が生じる場合がある。そこで、上記ベクトルポテンシャルのビーム径内での分布により上記経路積分の差を増大すると、ビーム径内の位相差を増大し、結像面１２２０や検出器１２２１でのレイリー回折１２１６を抑制することができる。対物絞り１２２２と回折収差補正器１２２４の間に、幾何収差補正器を配置してもよい。
【符号の説明】
【００７１】
真空筺体内１０１、電子光学系１０２、電子光学系制御装置１０３、ホストコンピュータ１０４、操作卓１０５、表示手段１０６、電子ビーム１１０、電子源１１１、対物絞り１１２、収差補正器１１３、回折収差補正器１１４、偏向器１１５、電磁重畳型対物レンズ１１６、試料１１７、二次粒子１１８、ブースタ磁路部材１１９、反射部材１２０、三次粒子１２１、中央検出器１２２、引き出し電極１３０、加速電極１３１、コイル１３２、制御磁路部材１３３、ヨーク部材１３４、制御磁路電源１３５、ステージ１３６、ステージ電源１３７、対物レンズ２１０、試料上２１１、電子ビーム２１２、開き角２１３、対物絞り２１４、フレネル回折２１５、レイリー回折２１６、ビーム径内２１７、電子源３１０、電子ビーム３１１、ソレノイドコイル３１２、試料上３１３、干渉縞３１４、電流３１５、ベクトルポテンシャル３１６、試料上４０９、レイリー回折４１０、対物レンズ４１１、電子ビーム４１２、回折波４１３、回折波４１４、対物絞り４１５、コンデンサレンズ４１６、回折収差補正器４１７、フレネル回折４１８、回折収差補正器５１０、電子ビーム５１１、ベクトルポテンシャル５１２、対物絞り５１３、対物レンズ５１４、走査電子顕微鏡５１５、電子銃５１６、コンデンサレンズ５１７、ソレノイドコイル５１８、ベクトルポテンシャルの極子のペア５１９、もうひと組のベクトルポテンシャルの極子のペア５２０、試料上５２２、２次粒子５２３、検出器５２４、ベクトルポテンシャルの４極子の中央部５２５、試料上のビーム開角５２６、レイリー回折５２７、第１の経路でのフレネル回折５２８、第１の回折波５２９、第２の経路でのフレネル回折５３０、第２の回折波５３１、従来のレイリー回折５３３、回折収差補正後のビーム強度分布６１０、回折収差補正前のビーム強度分布６１１、ベクトルポテンシャルの４極子７１０、ベクトルポテンシャルの８極子７１２、ベクトルポテンシャルの連続極子７１３、ベクトルポテンシャルの多極子の軸制御値を表示する画面８１０、軸制御値を計測または登録する画面８１１、ベクトルポテンシャルの多極子のアライメントを指示する画面８１２、レイリー回折９１０、対物レンズ９１１、イオンビーム９１２、回折波９１３、集束軌道上で生じた回折波９１４、ビーム制限絞り９１５、コンデンサレンズ９１６、回折収差補正器９１７、レイリー回折１０１０、対物レンズ１０１１、透過電子ビーム１０１２、回折波１０１３、集束軌道上で生じた回折波１０１４、結像面１０１５、対物絞り１０１７、トランスファーレンズ１０１８、回折収差補正器１０１９、フレネル回折１０２０、対物レンズ１１１０、電子ビーム１１１１、反射電子１１１２、試料１１１３、レイリー回折１１１４、回折波１１１５、集束軌道上で生じた回折波１１１６、対物絞り１１１７、コンデンサレンズ１１１８、回折収差補正器１１１９、試料１２１０、電子ビーム１２１１、照射光学系１２１２、ミラー電子ビーム１２１３、反射電子ビーム１２１４、投影光学系１２１５、レイリー回折１２１６、対物レンズ１２１７、回折波１２１８、集束軌道上で生じた回折波１２１９、結像面１２２０、検出器１２２１、対物絞り１２２２、トランスファーレンズ１２２３、回折収差補正器１２２４
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置や液晶や磁気記録媒体等、微細な回路パターンを有する基板製造技術に係り、特に、荷電粒子ビームにより微細な回路パターンを観察・計測・検査する荷電粒子ビーム顕微鏡および検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの微細化・集積化に伴って、製造工程の管理や開発では、ウェハ上形成された孔や溝のサイズは微細な場合は約１０ｎｍとなる場合もあるように、回路パターンの微細化は進む。そのため、数１０ｎｍサイズの微細パターンを高精度かつ高速で計測する要求がますます高まっており、光学顕微鏡では対応できないナノ分解能観察の要求に答えるために、走査電子顕微鏡（以下ＳＥＭと称す）の電子ビームのプローブ径が年々縮小され約１ｎｍまで達し、原子分解能を有するＳｃａｎｎｉｎｇ Ｐｒｏｂｅ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ（以下ＳＰＭと称す）に次ぐ高解像度の観察像取得手段となっている。
【０００３】
しかし、試料のダメージに代表される使用上の制約が、適用範囲の拡張と市場拡大を阻害している。例えば、Ｃｒｉｔｉｃａｌ Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ（以下ＣＤ−ＳＥＭと称す）は半導体のリソグラフィ管理において不可欠な計測装置であるが、電子ビームによるレジストのダメージが測長を阻害している。このダメージを低減する有効な手段として１００ｅＶ以下での測長が提案されている。このようにソフトマテリアルの低ダメージ観察には超低加速電圧の電子ビームが必要となるが、超低加速電圧の電子ビームは幾何収差と回折収差が増大して所望の分解能を得ることはできない。幾何収差補正とは電子光学系のレンズ等により幾何光学的に生じる収差であり、試料上のビームの開き角を大きくすると収差が増大する特徴をもつ。一方、回折収差は電子の波動性で生じる収差であり、試料上のビームの開き角を小さくすると収差が増大する特徴をもつ。分解能が１０％劣化する試料高さの許容範囲を観察像の焦点深度とし、該焦点深度は試料上のビーム開き角を小さくすると増大する。
【０００４】
非特許文献１には、幾何収差の補正方法の基本原理として、電場と磁場を重畳させた多極子により電子ビームのウィーン条件を作り出すことで幾何収差のうち色収差を補正する方法が示されている。
【０００５】
特許文献１には、輪帯照明の基本原理として、荷電粒子線の通過を制限する通過開口を、荷電粒子源と走査偏向器の間に配置し、当該通過開口はその開口中心に荷電粒子線の通過を制限する部材を備えてなることを特徴とする走査型荷電粒子顕微鏡が示されている。
【０００６】
特許文献２には、マイクロ波イオン源の多価に電離したイオンビームを効率よく取得するために、イオン源プラズマ室にソレノイドコイルと磁石列を配置し、合成磁場形状をプラズマから見て軸方向および半径方向ともにプラズマ中心部分で磁場強度が平均的に極小としてプラズマを閉じ込めて安定なビーム引き出しを実現する方法について開示されている。
【０００７】
特許文献３には、電子顕微鏡のエネルギーフィルタの電源を削減して電子軌道の変化が少なく調整を容易にするために、主コイルと独立にかつ接近してバランスを調整するための補助コイルをそれぞれの上部と下部のポールピースを間に挟んでソレノイド状に巻回してポールピース間隙に磁場を発生させるマグネットについて開示されている。
【０００８】
荷電粒子ビームを応用した観察・計測・検査装置にはＳＥＭ以外にＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ(以下ＴＥＭと称す)やＳｃａｎｎｉｎｇ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ(以下ＳＴＥＭと称す)などがあり、これらの光学系の構造上の共通の特徴として球面収差と色収差が分解能劣化の支配要因であった。すなわち、ＳＴＥＭやＴＥＭでは色収差より球面収差が、SEMは球面収差より色収差が分解能劣化の支配要因となっていたため、それぞれに最適化した幾何収差補正技術が開発された。これらの幾何収差補正技術の登場により光学系全体の収差が抑制され、回折収差が光学系の構造上の共通の特徴として分解能劣化の支配要因となるようになったことが本発明の第２の背景である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００７−２０７７６４
【特許文献２】特開昭６３−１１４０３２
【特許文献３】特開２００５−３０２４３７
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】Ｈ.Ｒｏｓｅ, Ｏｐｔｉｋ, ３１ (１９７０) １４４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
非特許文献１に記載された従来技術では、幾何収差は補正できるが回折収差は補正できない。上記幾何収差補正は試料上のビームの開き角を大きくすると収差が増大する特徴をもち、上記回折収差は上記ビームの開き角を小さくすると収差が増大する特徴をもつことから、上記ビームの開き角を大きくすると上記幾何収差補正により収差を抑制することが可能となる。上記ビームの開き角を大きくすることにより焦点深度が浅くなり、上記試料上の溝や孔の表面と底を同時に観察できなくなる場合や、合焦点位置の検出が困難になる場合もある。焦点深度の浅い観察像は従来のＳＥＭ像に比べて立体的な情報が取得しにくい不便な観察像となってしまう。
【００１２】
特許文献１に記載された従来技術では、回折収差を制御することができないために試料上のビーム強度分布に複数の強度ピークが形成される。さらに適切な幾何収差を加えることにより、試料上のビームの開き角を変えることなく焦点深度をいくらか深くすることができるが効果は限定的である。
【００１３】
特許文献２に記載された従来技術では、イオン源プラズマ室にソレノイドコイルと磁石列を配置し、プラズマを閉じ込めて安定なビーム引き出しを実現することはできるが、荷電粒子の回折収差を補正することはできない。
【００１４】
特許文献３に記載された従来技術では、上部と下部のポールピースを間に挟んでソレノイド状に巻回してポールピース間隙に磁場を発生させるマグネットを配置し、電子顕微鏡のエネルギーフィルタを実現することはできるが、電子ビームの回折収差を補正することはできない。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
荷電粒子光学における回折収差にはレイリー回折と波面収差があるが、ここでは電子光学におけるレイリー回折を取り上げて、以下に収差の特徴と補正方法について説明する。
【００１６】
対物レンズにより試料上のビームの開き角を制御するために対物絞りでビーム軌道を制限すると電子の波動性が強くなり回折が発生する。上記回折により試料上のビームのスポット形状拡大の現象がレイリー回折である。試料上の回折波の強度分布は電子ビームの進行方向により生じるビーム径内での位相差で変化する。回折による電子ビームの進行方向がビームの軸からの傾きが大きくなるにつれて試料上の回折波の強度分布は減衰する。しかし、低加速ビームでは電子ビームの波長が長くなるために、進行方向によるビーム径内での位相差がつきにくくなり、回折波の強度分布の減衰が弱くなってしまう。そのため、回折収差は低加速になればなるほど増大する。
【００１７】
次に電子ビームの位相制御に利用するＡｈａｒｏｎｏｖ−Ｂｏｈｍ効果(以下ＡＢ効果と称す)について説明する。
【００１８】
Ｙ.ＡｈａｒｏｎｏｖとＤａｖｉｄ Ｂｏｈｍが１９５９年に磁場や電場が完全に存在しなくても電子ビームの位相は変化する現象(以下ＡＢ効果)を理論的に予言し(Ｐｈｙｓ. Ｒｅｖ. １１５ (１９５９) ４８５)、 外村らが１９８６年に電子線ホログラフィーの手法を用いて実証した(Ｐｈｙｓ. Ｒｅｖ. Ｌｅｔｔ. ５６ (１９８６) ７９２)。有限の長さのソレノイドコイルでは磁場や電場が完全に存在しない条件を満足することが困難であるため、ソレノイドコイルをドーナツ状のリングにして磁場漏洩を抑制し、電子線の波長が短いために非常に微細（数μｍ）にすることが必要であった。上記実証では、非常に微細なリングの磁石を超電導材で囲みマイスナー効果により上記磁石の磁場の漏洩を完全に防ぎ、リングの外側と内側を通る電子線の位相差を電子線ホログラフィにより干渉縞の形で観察した。観察の結果、２つの電子線の軌道間に半波長だけの位相差が存在していることがわかり、ベクトルポテンシャルにより電子線の位相が変化することが実証された。
【００１９】
上記レイリー回折は電子ビームの進行方向のビーム軸からの傾きにより効率的にビーム径内の位相差を発生することにより抑制できる。そこで、上記位相差を発生させるためにビーム軸に対して直交かつ直交面内で対称な分布を有するベクトルポテンシャルを誘起する回折収差補正器を対物絞りと対物レンズの間に設置する。ビーム軸上を進行する電子ビームの位相差は変化することなく、試料上の電子ビームの強度は変化しないが、電子ビーム経路上のフレネル回折によりビーム軸から傾いて進行する回折波は上記ベクトルポテンシャルによるＡＢ効果によりビーム径内の位相差を増大して試料上の電子ビームの強度を抑制することができる。しかし、対物レンズで試料上に集束する電子ビームが回折波を生じながら進む。上記回折により試料上のビームのスポット形状拡大の現象がレイリー回折である。試料上の回折波の強度分布は電子ビームの集束方向により生じるビーム径内での位相差で変化する。回折による電子ビームの集束方向がビームの軸からの傾きが大きくなるにつれて試料上の回折波の強度分布は振幅しながら減衰する。対物レンズにより集束する電子ビームに対して効率的にビーム径内の位相差を発生することは難しい。そこで、対物レンズを通過する前の電子ビームの回折波に対して、ビーム軸からの傾きにより効率的にビーム軸からの位相差を発生する。これにより、対物レンズの前後の回折波の位相差が発生することによりレイリー回折は抑制できる。
【００２０】
回折収差補正器の構成例を以下に述べる。上記ソレノイドコイルリングまたは上記磁石リングはリング面の延長方向がビーム軸を向き、かつビーム軸に対して対称となる、ビーム軸を中心とする同一円周上の位置に配置することにより所望のベクトルポテンシャル分布を得ることができる。例えば４個のソレノイドコイルリングを用いる場合は、対称となる位置に配置した２つのリング面の延長方向がビームの軸と交差し、かつ誘起されるベクトルポテンシャルがビーム軸に対して回転対称になるようにソレノイドコイルリングのペアを配置し、相対角度が９０度となる位置に、各々のソレノイドコイルリングのペアのベクトルポテンシャルの向きが回転対象になるように、かつ隣り合うソレノイドコイルのベクトルポテンシャルの向きが軸対称になるように、もうひと組のソレノイドコイルリングのペアを配置することにより実現する。さらにビーム軸を中心とする同一円周上に８個や１２個など４の倍数個のソレノイドコイルリングを用いることでよりベクトルポテンシャルの回転対称性が良くなる。さらに、ソレノイドコイルをらせん状に巻いた円筒でビーム軸を周回するリングを形成することにより、さらにベクトルポテンシャルの回転対称性が良くなる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、荷電粒子ビームにより、微細な回路パターンを観察・計測・検査する荷電粒子ビーム顕微鏡において、ベクトルポテンシャルのビーム径内の位相差を増大し、試料上の回折収差を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】回折収差補正器を走査電子顕微鏡に適用した１実施形態を示す図。
【図２】走査電子顕微鏡での回折収差の模式図。
【図３】Ａｈａｒａｎｏｖ−Ｂｏｈｍ効果の説明図。
【図４】レイリー回折の収差補正の方法を示す模式図。
【図５】レイリー回折を補正する具体的手法を示す図。
【図６】試料上のビーム強度分布を示す図。
【図７】回折収差補正器のベクトルポテンシャルの極子の配置例を示す図。
【図８】回折収差補正器の制御画面の例を示す図。
【図９】回折収差補正器をイオン顕微鏡に適用した１実施形態を示す図。
【図１０】回折収差補正器を透過電子顕微鏡に適用した１実施形態を示す図。
【図１１】回折収差補正器を反射電子顕微鏡に適用した１実施形態を示す図。
【図１２】回折収差補正器をミラー電子顕微鏡に適用した１実施形態を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
一例として、以下の実施例では、主として走査電子顕微鏡を用いた装置への適用例について説明するが、各実施例の回折収差補正の手段は、電子ビームだけではなくイオンビーム装置も含めた荷電粒子線装置一般に対して適用可能である。また、以下の実施例では半導体ウェハを試料とする装置について説明を行うが、各種荷電粒子線装置で使用する試料としては、半導体ウェハの他、半導体基板、パターンが形成されたウェハの欠片、ウェハから切り出されたチップ、ハードディスク、液晶パネルなど、各種の試料を検査・計測対象とすることができる。
【実施例１】
【００２４】
実施例１では、走査電子顕微鏡への適用例について説明する。
【００２５】
本実施例の走査電子顕微鏡は、真空筺体内に形成された電子光学系、その周囲に配置された電子光学系制御装置、制御電源に含まれる個々の制御ユニットを制御し、装置全体を統括制御するホストコンピュータ、制御装置に接続された操作卓、取得画像を表示されるモニタを備える表示手段などにより構成される。電子光学系制御装置は、電子光学系の各構成要素に電流、電圧を供給するための電源ユニットや、各構成要素に対して制御信号を伝送するための信号制御線などにより構成される。本実施例では走査電子顕微鏡を適用例にしているが、例えばイオン顕微鏡や透過電子顕微鏡や反射電子顕微鏡やミラー電子顕微鏡に適用してもよい。
【００２６】
図１は、本発明の走査電子顕微鏡の全体構成を示す模式図である。本実施例の走査電子顕微鏡は、真空筺体内１０１に形成された電子光学系１０２、その周囲に配置された電子光学系制御装置１０３、制御電源に含まれる個々の制御ユニットを制御し、装置全体を統括制御するホストコンピュータ１０４、制御装置に接続された操作卓１０５、取得画像を表示されるモニタを備える表示手段１０６などにより構成される。電子光学系制御装置１０３は、電子光学系１０２の各構成要素に電流、電圧を供給するための電源ユニットや、各構成要素に対して制御信号を伝送するための信号制御線などにより構成される。ただし、装置全体を統括制御するホストコンピュータ１０４はどのような方式でもよく、例えば観察試料となるウェハを収納するカセットから試料室に搬送するシステムや通信システムと接続してもよい。
【００２７】
電子光学系１０２は、電子ビーム１１０を生成する電子源１１１、電子ビーム１１０のビーム径を制限する対物絞り１１２と、電子ビーム１１０の幾何収差を制御する収差補正器１１３と、電子ビーム１１０の回折収差を制御する回折収差補正器１１４と、一次電子ビームを偏向する偏向器１１５、電子ビーム１１０を集束する電磁重畳型対物レンズ１１６、ステージ上に保持された試料１１７から放出される二次粒子１１８を集束発散するブースタ磁路部材１１９、二次粒子１１８が衝突する反射部材１２０、当該衝突により再放出される三次粒子１２１を検出する中央検出器１２２などにより構成される。反射部材１２０は、電子ビーム１１０の通過開口が形成された円盤状の金属部材により構成され、その底面が二次粒子反射面を形成している。
【００２８】
電子源１１１から放出された電子ビーム１１０は、引き出し電極１３０と加速電極１３１との間に形成される電位差により加速され、電磁重畳型対物レンズ１１６に達する。電磁重畳型対物レンズ１１６は、入射した電子ビーム１１０をコイル１３２により試料１１７上に磁場を励起して集束させる。制御磁路部材１３３には、ヨーク部材１３４の電位に対する電位が負になるような電位が供給されており、この電位は制御磁路電源１３５により供給される。また、ステージ１３６には、ステージ電源１３７によって、ブースタ磁路部材１１９との電位差が負になる電位が印加される。このため、ブースタ磁路部材１１９を通過した電子ビーム１１０は、急激に減速され試料表面に到達する。ここで、電子ビーム１１０のランディングエネルギーは、電子源１１１とステージ１３６の電位差のみで決まるため、電子源１１１とステージ１３６のへの印加電位を所定値に制御すれば、ブースタ磁路部材１１９や加速電極１３１への印加電位がどうであっても電子ビーム１１０のランディングエネルギーを所望の値に制御可能である。ただし、電磁重畳型対物レンズ１１６はどのような方式でもよく、例えば制御磁路部材１３３が無い電磁重畳型対物レンズ１１６や磁場レンズや静電レンズでもよい。
【００２９】
回折収差補正器１１４は、対物絞り１１２を通過した電子ビーム１１０のビーム軸に対して対称となるビーム軸を中心とする同一円周上の位置にソレノイドコイルをドーナツ状のリングまたはソレノイドコイルリングで形成する円筒パイプで形成するベクトルポテンシャルの極子をソレノイドコイルリングの面の延長方向が上記ビーム軸と交差する向きに各々配置し、各々２つのベクトルポテンシャルの極子に対して相対角度が９０度となる位置でソレノイドコイルリングの面の延長方向が該ビーム軸と交差する向きにもうひと組のベクトルポテンシャルの極子のペアを配置し、かつ各々のベクトルポテンシャルの極子のペアがソレノイドコイル内に誘起する磁束のリングの向きを該ビーム軸に回転対称に、かつ隣り合うベクトルポテンシャルの極子がソレノイドコイル内に誘起する磁束のリングの向きを該ビーム軸に軸対称に誘起する。ただし、回折収差補正器１１４のベクトルポテンシャルの多極子の構成は、４極子以外に８極子や１２極子や連続極子などでもよく、さらにベクトルポテンシャルの極子はソレノイドコイル以外に磁石のリングなどでも良い。さらに、回折収差補正器１１４はベクトルポテンシャルの多極子に加えてコンデンサレンズを組み込む場合もある。幾何収差補正器１１３は電子ビーム１１０の幾何収差の補正器であればどのような方式でも良いが、一般に磁極と電極の多極子とコンデンサレンズで構成される。
【００３０】
図２は、走査電子顕微鏡での回折収差の模式図である。回折収差にはフレネル回折で生じるレイリー回折と波面収差等があるが、本発明ではレイリー回折を取り上げて、以下に収差の特徴と補正方法について説明する。
【００３１】
対物レンズ２１０により試料上２１１の電子ビーム２１２の開き角２１３を制御するために対物絞り２１４でビーム軌道を制限すると電子の波動性が強くなり電子ビーム２１２の経路上で生じるフレネル回折２１５の影響が増大する。フレネル回折２１５による電子ビーム２１２の回折波の進行方向がビーム軸から傾きが大きくなるにつれて、ビーム径内で生じる位相差が増大する。対物レンズ２１０により集束した試料上のビームのスポット形状がフレネル回折２１５により拡大する現象がレイリー回折２１６である。レイリー回折２１６により試料上の回折波の強度分布は、電子ビームの集束方向がビームの軸から傾きが大きくなるにつれて電子ビーム２１２のビーム径内２１７での位相差で変化するために振幅しながら減衰する。さらに、電子ビーム２１２のビームランディングの速度を低速にすると電子波の波長が長くなるために、フレネル回折２１５で生じた回折波のビーム径内の位相差がつきにくくなり、回折波の強度分布の回折角度による減衰が弱くなってしまう。そのため、レイリー回折２１６は低加速になればなるほど増大する。さらに、対物レンズ２１０で試料上２１１に集束する過程でも電子ビーム２１２はフレネル回折２１５による回折波を生じながら進む。したがってレイリー回折２１６は、対物レンズ２１０までの電子ビーム２１２の経路上で生じた回折波と対物レンズ２１０による電子ビーム２１２の集束軌道上で生じた回折波の両方の干渉により、試料上２１１のビームのスポット形状拡大を生じる現象でもある。
【００３２】
図３は電子ビームの位相制御に利用するＡＢ効果の説明図である。電子線ホログラフィの手法を用いてＡＢ効果を実証する方法は、電子源３１０から放出した電子ビーム３１１を２つの軌道に分けて十分に長いソレノイドコイル３１２を挟んで両側を通過し試料上３１３に集束する電子ビーム制御装置を用いて、試料上３１３の電子ビーム３１１の干渉縞３１４を観察する方法である。ソレノイドコイル３１２に電流３１５を流すとソレノイドコイル内のみに磁場を誘起することができる。そのとき磁場がないソレノイドコイル３１２の外側にはベクトルポテンシャル３１６がソレノイドコイル３１２の軸の中心からの距離に反比例して回転方向に誘起される。そのため、ソレノイドコイル３１２の軸を挟む両側を通過した電子ビーム３１１はベクトルポテンシャル３１６の影響を受けて電子ビームの位相が変化する。この現象がＡＢ効果である。したがって、ソレノイドコイル３１２に流す電流を変えると電子ビーム３１１の位相が変化して試料上の電子ビームの干渉縞３１４が変化する。ＡＢ効果を実証する際、有限の長さのソレノイドコイル３１０では磁場や電場が完全に存在しない条件を満足することが困難であるため、ソレノイドコイルをドーナツ状のリングにして磁場漏洩を抑制し、電子線の波長が短いために非常に微細（数μｍ）にすることが必要であった。上記実証では、非常に微細なリングの磁石を超電導材で囲みマイスナー効果により上記磁石の磁場の漏洩を完全に防ぎ、リングの外側と内側を通る電子線の位相差を電子線ホログラフィにより干渉縞の形で観察した。観察の結果、２つの電子線の軌道間に半波長だけの位相差が存在していることがわかり、ベクトルポテンシャルにより電子線の位相が変化することが実証された。
【実施例２】
【００３３】
実施例２では、走査電子顕微鏡への適用例での収差補正の作用動作について説明する。
【００３４】
図４は、レイリー回折の収差補正の方法を示す模式図である。レイリー回折４１０は、対物レンズ４１１までの電子ビーム４１２の経路上で生じた回折波４１３と対物レンズ４１１による電子ビーム４１２の集束軌道上で生じた回折波４１４の両方の干渉により、試料上４０９のビームのスポット形状拡大を生じる現象である。
【００３５】
レイリー回折４１０のうち、対物絞り４１５から対物レンズ４１１までに生じた回折波４１３に注目する。本実施例の１形態として、対物絞り４１５から対物レンズ４１１までの電子ビーム４１２はコンデンサレンズ４１６などで光学軌道を制御した平行ビームであり、電子ビームの位相は平面波である。対物レンズ４１１までに生じた回折波４１３は電子ビームの進行方向のビーム軸からの傾きに依存してビーム径内の位相差が増大する。そこで、ビーム径内の位相差を新たに発生させるためにビーム軸に対して直交かつ直交面内で対称な分布を有するベクトルポテンシャルを誘起する回折収差補正器４１７を対物絞り４１５と対物レンズ４１１の間に設置する。ビーム軸上を進行する電子ビーム４１２は回折収差補正器４１７を通過するときに上記ベクトルポテンシャルとの内積をとる経路積分が０となることからＡＢ効果により位相は変化することない。したがって、対物レンズ４１１により試料上４０９に電子ビーム４１２を集束してもビーム強度は変化しない。一方、フレネル回折４１８によりビーム軸から傾いて進行する回折波４１３はベクトルポテンシャルとの内積をとる経路積分が０以外となりＡＢ効果により位相差が生じる場合がある。このとき、ベクトルポテンシャルのビーム径内での分布により経路積分の差を増大すると、ビーム径内の位相差を増大し、試料上４０９のレイリー回折４１０を抑制することができる。
【００３６】
一方、回折収差補正器４１７を通過して対物レンズ４１１から試料上４０９に集束する過程の電子ビームは回折波４１４を生じながら進む。回折波４１４により試料上４０９のビームのスポット形状拡大の現象であるレイリー回折４１０は残っている。すなわち、試料上４０９の回折波の強度分布は電子ビーム４１２の集束方向により生じるビーム径内での位相差で変化する。そのとき、フレネル回折４１８による電子ビーム４１２の集束方向がビームの軸からの傾きが大きくなるにつれて試料上４０９の回折波の強度分布は振幅しながら減衰する。対物レンズ４１１により集束する電子ビーム４１２に対して効率的にビーム径内の位相差を発生することもできるが本実施例では電子ビームの使い勝手から補正しない。
【００３７】
このとき、試料上の電子ビーム４１２の回折波は対物絞り４１５から回折収差補正器４１７までの電子ビーム４１２の経路でフレネル回折４１８により生じた回折波４１４と回折収差補正器４１７から対物レンズ４１１を通過して試料上４０９に集束するまでの電子ビーム４１２の経路でフレネル回折４１８により生じた回折波の干渉波となる。回折収差補正器４１７がない場合のレイリー回折４１０に比べて上記干渉波が鋭いピーク形状になる場合がある。
【実施例３】
【００３８】
図５にレイリー回折を補正する具体的手法を示す。上述のように、回折収差補正器５１０は、電子ビーム５１１のビーム軸に対して、並行しかつ直交面内で対称な分布でベクトルポテンシャル５１２を誘起することができる。回折収差補正器５１０を搭載した走査電子顕微鏡５１５の構成例を以下に述べる。
【００３９】
電子銃５１６と、電子銃５１６から放出された電子ビーム５１１と、電子ビーム５１１の集束発散を制御するコンデンサレンズ５１７と、電子ビーム５１１のビーム径を制限する対物絞り５１３と、対物絞り５１３を通過した電子ビーム５１１のビーム軸に対して対称となる位置にソレノイドコイルをドーナツ状のリング５１８またはソレノイドコイルリングで形成する円筒パイプで形成するベクトルポテンシャルの極子のペア５１９をソレノイドコイルリングの面の延長方向が上記ビーム軸と交差する向きに２つ配置し、上記２つのベクトルポテンシャルの極子に対して相対角度が９０度となる位置でソレノイドコイルリングの面の延長方向が該ビーム軸と交差する向きにもうひと組のベクトルポテンシャルの極子のペア５２０を配置し、かつ、ベクトルポテンシャルの４つのソレノイドコイル内に誘起する磁束のリングを軸対称に誘起されるようにベクトルポテンシャルの４極子を配置した回折収差補正器５１０と、電子ビーム５１１を試料上５２１に集束する対物レンズ５１４と、電子ビーム５１１を偏向する偏向器５２２と、電子ビーム５１１の照射により試料上５２１から発生した２次粒子５２３を検出する検出器５２４を有した走査電子顕微鏡５１５である。ここで、回折収差補正器５１０は、対物絞り５１３と対物レンズ５１４の間に設置する。さらに、回折収差補正器５１０と対物絞り５１３の間に色収差や球面収差などの幾何収差を補正する収差補正器を追加すると、さらに試料上５２２に電子ビーム５１１を細く集束することができる。偏向器を対物レンズ５１４と試料上５２２の間に置く場合は、対物レンズ５１４と回折収差補正器５１０を重畳することも可能である。
【００４０】
回折収差補正器５１０はソレノイドコイル内の磁束により誘起されるベクトルポテンシャルとともに、ソレノイドコイルからビーム軸に染み出した磁束のリングによってもベクトルポテンシャルを誘起している。ソレノイドコイルリング内の磁束により誘起させるベクトルポテンシャルは、電子ビーム５１１がソレノイドコイルを跨がないかぎり位相差を生じない。一方、染み出した磁束のリング内に誘起されるベクトルポテンシャルは４極子を形成しており、ビーム軸にそって上下対称でかつビーム軸に対称なベクトルポテンシャル分布を誘起する。ベクトルポテンシャルの４極子の中央部５２５では、上記ビーム軸に直交する面内のベクトルポテンシャルの分布が上記ビーム軸を中心に対称な分布になる。図５（ｂ）では上記ビーム軸に対する直交面内の極座標を
【００４１】
【数１】
【００４２】
とすると、対物絞り５１３を通過したビーム径の制限により（数２）と（数３）となり、ベクトルポテンシャル分布は（数４）となる。
【００４３】
【数２】
【００４４】
【数３】
【００４５】
【数４】
【００４６】
さらに、ソレノイドコイルをらせん状に巻いた円筒でビーム軸を周回するリングを形成してベクトルポテンシャルの極子を増大すると、ベクトルポテンシャル分布はビーム軸を囲む回転対称な連続極子（数５）となる。
【００４７】
【数５】
【００４８】
このとき、ビーム軸に染み出した磁束のリングはビーム軸と平行しているため、直進する電子ビーム５１１の位相に作用することはないが、第１の経路でのフレネル回折５２８で生じたビーム軸から傾斜して進行する第１の回折波５２９は磁束のリングをくぐることによりベクトルポテンシャルの極子の分だけ位相差を生じる。そこで、ベクトルポテンシャルの連続極子の中央部５２５で生じる電子ビーム５１１の位相差は、
【００４９】
【数６】
【００５０】
となる。ここで、（数７）は試料上５２１の座標、αは試料上のビーム開角５２６である。この時の電子ビーム５１１の試料上での波動関数は（数８）となる。
【００５１】
【数７】
【００５２】
【数８】
【００５３】
となる。ここで、λは電子ビーム５１１の波長、Ｊ１( )、Ｊ０( )はベッセル関数である。
【００５４】
試料上５２１の電子ビーム５１１のレイリー回折５２７は対物絞り５１３から回折収差補正器５１０までの電子ビーム５１１の第１の経路でのフレネル回折５２８により生じた（数８）の第１の回折波５２９と回折収差補正器５１０から対物レンズ５１４を通過して試料上５２１に集束するまでの電子ビーム５１１の第２の経路でのフレネル回折５３０により生じた第２の回折波５３１の干渉波となる。この時の電子ビーム５１１の試料上でのレイリー回折５２７の波動関数は、
【００５５】
【数９】
【００５６】
となる。ここで、ＬＣは対物絞り５１３から回折収差補正器５１０までの電子ビーム５１１の第１の経路でフレネル回折５２８により生じた第１の回折波５２９の規格化因子で、ＬＦは回折収差補正器５１０から対物レンズ５１４を通過して試料上５２１に集束するまでの電子ビーム５１１の第２の経路でフレネル回折５３０により生じた第２の回折波５３１の規格化因子である。比較のために、回折収差補正器がない場合の従来のレイリー回折５３２の波動関数は、
【００５７】
【数１０】
【００５８】
となる。ここでＬは規格化因子である。
【００５９】
図６は試料上のビーム強度分布を示す図である。電子ビームの試料上でのレイリー回折の波動関数（数９）の二乗が回折収差補正後のビーム強度分布６１１である。回折収差補正器がない場合の従来のレイリー回折の波動関数（数１０）の二乗が回折収差補正前のビーム強度分布６１０である。
【００６０】
横軸は試料上でのビーム軸からの距離をｒとして、電子ビームの波長と試料上のビーム開角でスケーリングした軸である。回折収差補正前のビーム強度分布６１０のカーブは０．６１Ｄで横軸と交わる点が回折収差の基本的な性質であるＲａｙｌｅｉｇｈ分解能を示す点である。補正器を適切な設定にすると回折収差補正器がない場合のレイリー回折に比べて干渉波が鋭いピーク形状になる場合がある。このとき、回折収差補正後のビーム強度分布のカーブはＡ″＝３とした場合であり、ビーム強度分布のピークは鋭くなっている。さらにＡ″を適切に設定すればビーム強度分布の形状は鋭いピークになっていく。
【実施例４】
【００６１】
図７は回折収差補正器のベクトルポテンシャルの極子の配置例である。ソレノイドコイルをドーナツ状のリングまたはソレノイドコイルリングで形成する円筒パイプまたは、磁石のリングのペアなどで形成するベクトルポテンシャルの極子のペアの配置の例である。前述の実施例ではベクトルポテンシャルの４極子７１０を取り上げたが、ベクトルポテンシャルの８極子７１２、１２極子、１６極子にするとビーム軸方向のベクトルポテンシャルの広がりを抑制できる。一方、ソレノイドコイルをらせん状に巻いた円筒でビーム軸を周回するリングを形成するベクトルポテンシャルの連続極子７１３を用いると、さらにベクトルポテンシャルの回転対称性が良くなる。
【実施例５】
【００６２】
図８は回折収差補正器の制御画面の例である。電子ビームの加速や電流やビーム集束時の開き角の組み合わせ毎にベクトルポテンシャルの多極子の軸制御値を表示する画面８１０と軸制御値を計測または登録する画面８１１とベクトルポテンシャルの多極子のアライメントを指示する画面８１２などにより構成される。
【実施例６】
【００６３】
図９は回折収差補正器をイオン顕微鏡に適用した１実施例である。レイリー回折９１０は、対物レンズ９１１までのイオンビーム９１２の経路上で生じた回折波９１３と対物レンズ９１１によるイオンビーム９１２の集束軌道上で生じた回折波９１４の両方の干渉により、試料上のビームのスポット形状拡大を生じる現象である。
【００６４】
まずは、レイリー回折９１０のうち、ビーム制限絞り９１５から対物レンズ９１１までに生じた回折波９１３に注目する。本実施例の１形態として、ビーム制限絞り９１５から対物レンズ９１１までのイオンビーム９１２はコンデンサレンズ９１６などで光学軌道を制御して平行ビームであり、イオンビームの位相は平面波である。対物レンズ９１１までに生じた回折波９１３はイオンビームの進行方向のビーム軸からの傾きに依存してビーム径内の位相差が増大する。そこで、ビーム径内の位相差を新たに発生させるためにビーム軸に対して直交かつ直交面内で対称な分布を有するベクトルポテンシャルを誘起する回折収差補正器９１７をビーム制限絞り９１５と対物レンズ９１１の間に設置する。ビーム軸上を進行するイオンビームは回折収差補正器９１７を通過するときに上記ベクトルポテンシャルとの内積をとる経路積分が０となることからＡＢ効果により位相は変化することない。したがって、対物レンズにより試料上にイオンビームを集束してもビーム強度は変化しない。一方、フレネル回折によりビーム軸から傾いて進行する回折波は上記ベクトルポテンシャルとの内積をとる経路積分が０以外となりＡＢ効果により位相差が生じる場合がある。そこで、上記ベクトルポテンシャルのビーム径内での分布により上記経路積分の差を増大すると、ビーム径内の位相差を増大し、試料上のレイリー回折を抑制することができる。ビーム制限絞り９１５と回折収差補正器９１７の間に、色収差や球面収差など幾何収差を補正する幾何収差補正器を配置してもよい。さらに、試料を透過した電子ビームを検出することにより、高分解能な透過像を得ることも可能である。
【実施例７】
【００６５】
図１０は回折収差補正器を透過電子顕微鏡に適用した１実施例である。レイリー回折１０１０は、対物レンズ１０１１を通過後の透過電子ビーム１０１２の経路上で生じた回折波１０１３と対物レンズ１０１１による透過電子ビーム１０１２の集束軌道上で生じた回折波１０１４の両方の干渉により、透過電子の結像面１０１５での像ボケや検出器１０１６でのコントラストの揺らぎを生じる現象である。
【００６６】
レイリー回折１０１０のうち、対物絞り１０１７から結像面１０１５や検出器１０１６までに生じた回折波１０１３に注目する。本実施例の１形態として、対物絞り１０１７から結像面１０１５までの透過電子ビーム１０１２はトランスファーレンズ１０１８で光学軌道を制御して平行ビームであり、透過電子ビーム１０１２の位相は平面波である。対物絞り１０１７通過後の透過電子ビーム１０１２の経路で生じた回折波１０１３はビーム軸からの傾きに依存してビーム径内の位相差が増大する。そこで、ビーム径内の位相差を新たに発生させるためにビーム軸に対して直交かつ直交面内で対称な分布を有するベクトルポテンシャルを誘起する回折収差補正器１０１９を対物絞り１０１７と結像面１０１５または検出器１０１６の間に設置する。ビーム軸上を進行する透過電子ビーム１０１２は回折収差補正器１０１９を通過するときにベクトルポテンシャルとの内積をとる経路積分が０となることからＡＢ効果により位相は変化することない。したがって、対物絞り１０１７を通過した透過電子ビーム１０１２のビーム強度は変化しない。一方、フレネル回折１０２０によりビーム軸から傾いて進行する回折波は上記ベクトルポテンシャルとの内積をとる経路積分が０以外となりＡＢ効果により位相差が生じる場合がある。そこで、上記ベクトルポテンシャルのビーム径内での分布により上記経路積分の差を増大すると、ビーム径内の位相差を増大し、結像面１０１５や検出器１０１６でのレイリー回折１０１０を抑制することができる。対物絞り１０１７と回折収差補正器１０１９の間に、幾何収差補正器を配置してもよい。
【実施例８】
【００６７】
図１１は回折収差補正器を反射電子顕微鏡に適用した１実施例である。反射電子顕微鏡は対物レンズ１１１０による電子ビーム１１１１の集束軌道が走査電子顕微鏡を異なり反射電子１１１２を検出するために試料１１１３が傾斜している。しかし、レイリー回折１１１４は、対物レンズ１１１０までの電子ビーム１１１１の経路上で生じた回折波１１１５と対物レンズ１１１０による電子ビーム１１１１の集束軌道上で生じた回折波１１１６の両方の干渉により、ビーム軸から傾斜した試料上のビームのスポット形状拡大を生じる。
【００６８】
レイリー回折１１１４のうち、対物絞り１１１７から対物レンズ１１１０までに生じた回折波１１１５に注目する。本実施例の１形態として、対物絞り１１１７から対物レンズ１１１０までの電子ビーム１１１１はコンデンサレンズ１１１８などで光学軌道を制御して平行ビームであり、電子ビーム１１１１の位相は平面波である。対物レンズ１１１０までに生じた回折波１１１５は電子ビーム１１１１のビーム軸からの傾きに依存してビーム径内の位相差が増大する。そこで、ビーム径内の位相差を新たに発生させるためにビーム軸に対して直交かつ直交面内で対称な分布を有するベクトルポテンシャルを誘起する回折収差補正器１１１９を対物絞り１１１７と対物レンズ１１１０の間に設置する。ビーム軸上を進行する電子ビーム１１１１は回折収差補正器１１１９を通過するときに上記ベクトルポテンシャルとの内積をとる経路積分が０となることからＡＢ効果により位相は変化することない。したがって、対物レンズにより試料上に電子ビーム１１１１を集束してもビーム強度は変化しない。一方、フレネル回折によりビーム軸から傾いて進行する回折波は上記ベクトルポテンシャルとの内積をとる経路積分が０以外となりＡＢ効果により位相差が生じる場合がある。そこで、上記ベクトルポテンシャルのビーム径内での分布により上記経路積分の差を増大すると、ビーム径内の位相差を増大し、試料上のレイリー回折１１１４を抑制することができる。対物絞り１１１７と回折収差補正器１１１９の間に、幾何収差補正器を配置してもよい。
【実施例９】
【００６９】
図１２は回折収差補正器をミラー電子顕微鏡に適用した１実施例である。ミラー電子顕微鏡は試料１２１０に電子ビーム１２１１を並行に照射する照射光学系１２１２と試料１２１０からのミラー電子ビーム１２１３や反射電子ビーム１２１４を結像する投影光学系１２１５により構成される。投影光学系１２１５のレイリー回折１２１６は、対物レンズ１２１７を通過後のミラー電子ビーム１２１３の経路上で生じた回折波１２１８と対物レンズ１２１７によるミラー電子ビーム１２１３の集束軌道上で生じた回折波１２１９の両方の干渉により、ミラー電子の結像面１２２０での像ボケや検出器１２２１でのコントラストの揺らぎを生じる現象である。ただし、反射電子ビーム１２１４を結像する際に生じるレイリー回折はミラー電子ビーム１２１３で生じるものと同等であり、本実施例では断わりのない限り置き換えることができる。
【００７０】
レイリー回折１２１６のうち、対物絞り１２２２から結像面１２２０や検出器１２２１までに生じた回折波１２１８に注目する。本実施例の１形態として、対物絞り１２２２から結像面１２２０や検出器１２２１までのミラー電子ビーム１２１３はトランスファーレンズ１２２３で光学軌道を制御して平行ビームであり、ミラー電子ビーム１２１３の位相は平面波である。対物絞り１０１７通過後のミラー電子ビーム１２１３の経路で生じた回折波１２１９はビーム軸からの傾きに依存してビーム径内の位相差が増大する。そこで、ビーム径内の位相差を新たに発生させるためにビーム軸に対して直交かつ直交面内で対称な分布を有するベクトルポテンシャルを誘起する回折収差補正器１２２４を対物絞り１２２２と結像面１２２０または検出器１２２１の間に設置する。ビーム軸上を進行するミラー電子ビーム１２１３は回折収差補正器１２２４を通過するときにベクトルポテンシャルとの内積をとる経路積分が０となることからＡＢ効果により位相は変化することない。したがって、対物絞り１２２２を通過したミラー電子ビーム１２１３のビーム強度は変化しない。一方、フレネル回折１２２５によりビーム軸から傾いて進行する回折波は上記ベクトルポテンシャルとの内積をとる経路積分が０以外となりＡＢ効果により位相差が生じる場合がある。そこで、上記ベクトルポテンシャルのビーム径内での分布により上記経路積分の差を増大すると、ビーム径内の位相差を増大し、結像面１２２０や検出器１２２１でのレイリー回折１２１６を抑制することができる。対物絞り１２２２と回折収差補正器１２２４の間に、幾何収差補正器を配置してもよい。
【符号の説明】
【００７１】
真空筺体内１０１、電子光学系１０２、電子光学系制御装置１０３、ホストコンピュータ１０４、操作卓１０５、表示手段１０６、電子ビーム１１０、電子源１１１、対物絞り１１２、収差補正器１１３、回折収差補正器１１４、偏向器１１５、電磁重畳型対物レンズ１１６、試料１１７、二次粒子１１８、ブースタ磁路部材１１９、反射部材１２０、三次粒子１２１、中央検出器１２２、引き出し電極１３０、加速電極１３１、コイル１３２、制御磁路部材１３３、ヨーク部材１３４、制御磁路電源１３５、ステージ１３６、ステージ電源１３７、対物レンズ２１０、試料上２１１、電子ビーム２１２、開き角２１３、対物絞り２１４、フレネル回折２１５、レイリー回折２１６、ビーム径内２１７、電子源３１０、電子ビーム３１１、ソレノイドコイル３１２、試料上３１３、干渉縞３１４、電流３１５、ベクトルポテンシャル３１６、試料上４０９、レイリー回折４１０、対物レンズ４１１、電子ビーム４１２、回折波４１３、回折波４１４、対物絞り４１５、コンデンサレンズ４１６、回折収差補正器４１７、フレネル回折４１８、回折収差補正器５１０、電子ビーム５１１、ベクトルポテンシャル５１２、対物絞り５１３、対物レンズ５１４、走査電子顕微鏡５１５、電子銃５１６、コンデンサレンズ５１７、ソレノイドコイル５１８、ベクトルポテンシャルの極子のペア５１９、もうひと組のベクトルポテンシャルの極子のペア５２０、試料上５２２、２次粒子５２３、検出器５２４、ベクトルポテンシャルの４極子の中央部５２５、試料上のビーム開角５２６、レイリー回折５２７、第１の経路でのフレネル回折５２８、第１の回折波５２９、第２の経路でのフレネル回折５３０、第２の回折波５３１、従来のレイリー回折５３３、回折収差補正後のビーム強度分布６１０、回折収差補正前のビーム強度分布６１１、ベクトルポテンシャルの４極子７１０、ベクトルポテンシャルの８極子７１２、ベクトルポテンシャルの連続極子７１３、ベクトルポテンシャルの多極子の軸制御値を表示する画面８１０、軸制御値を計測または登録する画面８１１、ベクトルポテンシャルの多極子のアライメントを指示する画面８１２、レイリー回折９１０、対物レンズ９１１、イオンビーム９１２、回折波９１３、集束軌道上で生じた回折波９１４、ビーム制限絞り９１５、コンデンサレンズ９１６、回折収差補正器９１７、レイリー回折１０１０、対物レンズ１０１１、透過電子ビーム１０１２、回折波１０１３、集束軌道上で生じた回折波１０１４、結像面１０１５、対物絞り１０１７、トランスファーレンズ１０１８、回折収差補正器１０１９、フレネル回折１０２０、対物レンズ１１１０、電子ビーム１１１１、反射電子１１１２、試料１１１３、レイリー回折１１１４、回折波１１１５、集束軌道上で生じた回折波１１１６、対物絞り１１１７、コンデンサレンズ１１１８、回折収差補正器１１１９、試料１２１０、電子ビーム１２１１、照射光学系１２１２、ミラー電子ビーム１２１３、反射電子ビーム１２１４、投影光学系１２１５、レイリー回折１２１６、対物レンズ１２１７、回折波１２１８、集束軌道上で生じた回折波１２１９、結像面１２２０、検出器１２２１、対物絞り１２２２、トランスファーレンズ１２２３、回折収差補正器１２２４
【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子銃と、前記荷電粒子銃から放出された荷電粒子ビームと、該荷電粒子ビームのビーム径を制限する対物絞りと、前記対物絞りを通過した荷電粒子ビームのビーム軸に対して対称となる位置でかつベクトルポテンシャルの極子の面の延長方向が前記ビーム軸と交差する向きに誘起するベクトルポテンシャルの向きを回転対称にした２つのベクトルポテンシャルの極子のペアを配置し、前記２つのベクトルポテンシャルの極子のペアに対して相対角度が９０度となる位置でベクトルポテンシャルの極子の面の延長方向が前記ビーム軸と交差する向きに誘起するベクトルポテンシャルの向きを回転対称にしたもうひと組のベクトルポテンシャルの極子のペアを配置する回折収差補正器と、該荷電粒子ビームを試料上に集束する対物レンズと、該荷電粒子ビームを偏向する偏向器と、該荷電粒子ビームの照射により該試料上から発生した２次粒子を検出する検出器とを有することを特徴とする回折収差補正装置。
【請求項２】
請求項１に記載の回折収差補正装置において、
前記回折収差補正器は、４の倍数の極子を有するベクトルポテンシャルの多極子を該荷電粒子ビームのビーム軸に対して対称となる位置で、かつベクトルポテンシャルの極子の面の延長方向が前記ビーム軸と交差する向きに、かつ回転方位に配置することを特徴とする回折収差補正装置。
【請求項３】
請求項１に記載の回折収差補正装置において、
前記回折収差補正器は、らせん状に巻いたソレノイドコイルでビーム軸を周回することを特徴とする回折収差補正装置。
【請求項４】
請求項１乃至３に記載の回折収差補正装置において、
前記回折収差補正器の該荷電粒子ビームのビーム軸に対して直交度または軸ずれを補正する機能を有することを特徴とする回折収差補正装置。
【請求項５】
荷電粒子銃と、前記荷電粒子銃から放出された荷電粒子ビームと、該荷電粒子ビームのビーム径を制限する対物絞りと、前記対物絞りを通過した該荷電粒子ビームのビーム軸に直交し、かつ前記ビーム軸に対して直交面内で対称な分布のベクトルポテンシャルを誘起する回折収差補正器と、該荷電粒子ビームを試料上に集束する対物レンズと、該荷電粒子ビームを偏向する偏向器と、該荷電粒子ビームの照射により前記試料上から発生した２次粒子を検出する検出器とを有することを特徴とする回折収差補正装置。
【請求項６】
請求項５に記載の回折収差補正装置において、
前記回折収差補正器は、ソレノイドコイルまたは磁石で形成するリング、または複数のソレノイドコイルリングまたは磁石リングを重ねて形成することにより構成されるベクトルポテンシャルの極子のペアを該荷電粒子ビームのビーム軸に対して対称となる位置で、かつ前記ソレノイドコイルリングまたは前記磁石リングの面の延長方向が前記ビーム軸と交差する向きにかつ回転方位に配置して形成することを特徴とする回折収差補正装置。
【請求項７】
荷電粒子銃と、前記荷電粒子銃から放出された荷電粒子ビームと、該荷電粒子ビームのビーム径を制限する対物絞りと、該荷電粒子ビームのビーム軸に対して直交度または軸ずれを補正する機能を有する回折収差補正器と、荷電粒子ビームを試料上に集束する対物レンズと、該荷電粒子ビームを偏向する偏向器と、該荷電粒子ビームの照射により該試料上から発生した２次粒子を検出する検出器とを有することを特徴とする回折収差補正装置。
【請求項８】
電子銃と前記電子銃から放出された電子ビームと、該電子ビームを照射する試料と、前記試料を透過した透過電子ビームが通過する対物レンズと、前記対物レンズを通過した該透過電子ビームの形状を制限する対物絞りと、前記対物絞りを通過して制限された該透過電子ビームの回折波を制御する回折収差補正器と、前記回折収差補正器を通過した該透過電子ビームを検出する検出器または結像する結像光学系とを有することを特徴とする回折収差補正装置。
【請求項１】
荷電粒子銃と、前記荷電粒子銃から放出された荷電粒子ビームと、該荷電粒子ビームのビーム径を制限する対物絞りと、前記対物絞りを通過した荷電粒子ビームのビーム軸に対して対称となる位置でかつベクトルポテンシャルの極子の面の延長方向が前記ビーム軸と交差する向きに誘起するベクトルポテンシャルの向きを回転対称にした２つのベクトルポテンシャルの極子のペアを配置し、前記２つのベクトルポテンシャルの極子のペアに対して相対角度が９０度となる位置でベクトルポテンシャルの極子の面の延長方向が前記ビーム軸と交差する向きに誘起するベクトルポテンシャルの向きを回転対称にしたもうひと組のベクトルポテンシャルの極子のペアを配置する回折収差補正器と、該荷電粒子ビームを試料上に集束する対物レンズと、該荷電粒子ビームを偏向する偏向器と、該荷電粒子ビームの照射により該試料上から発生した２次粒子を検出する検出器とを有することを特徴とする回折収差補正装置。
【請求項２】
請求項１に記載の回折収差補正装置において、
前記回折収差補正器は、４の倍数の極子を有するベクトルポテンシャルの多極子を該荷電粒子ビームのビーム軸に対して対称となる位置で、かつベクトルポテンシャルの極子の面の延長方向が前記ビーム軸と交差する向きに、かつ回転方位に配置することを特徴とする回折収差補正装置。
【請求項３】
請求項１に記載の回折収差補正装置において、
前記回折収差補正器は、らせん状に巻いたソレノイドコイルでビーム軸を周回することを特徴とする回折収差補正装置。
【請求項４】
請求項１乃至３に記載の回折収差補正装置において、
前記回折収差補正器の該荷電粒子ビームのビーム軸に対して直交度または軸ずれを補正する機能を有することを特徴とする回折収差補正装置。
【請求項５】
荷電粒子銃と、前記荷電粒子銃から放出された荷電粒子ビームと、該荷電粒子ビームのビーム径を制限する対物絞りと、前記対物絞りを通過した該荷電粒子ビームのビーム軸に直交し、かつ前記ビーム軸に対して直交面内で対称な分布のベクトルポテンシャルを誘起する回折収差補正器と、該荷電粒子ビームを試料上に集束する対物レンズと、該荷電粒子ビームを偏向する偏向器と、該荷電粒子ビームの照射により前記試料上から発生した２次粒子を検出する検出器とを有することを特徴とする回折収差補正装置。
【請求項６】
請求項５に記載の回折収差補正装置において、
前記回折収差補正器は、ソレノイドコイルまたは磁石で形成するリング、または複数のソレノイドコイルリングまたは磁石リングを重ねて形成することにより構成されるベクトルポテンシャルの極子のペアを該荷電粒子ビームのビーム軸に対して対称となる位置で、かつ前記ソレノイドコイルリングまたは前記磁石リングの面の延長方向が前記ビーム軸と交差する向きにかつ回転方位に配置して形成することを特徴とする回折収差補正装置。
【請求項７】
荷電粒子銃と、前記荷電粒子銃から放出された荷電粒子ビームと、該荷電粒子ビームのビーム径を制限する対物絞りと、該荷電粒子ビームのビーム軸に対して直交度または軸ずれを補正する機能を有する回折収差補正器と、荷電粒子ビームを試料上に集束する対物レンズと、該荷電粒子ビームを偏向する偏向器と、該荷電粒子ビームの照射により該試料上から発生した２次粒子を検出する検出器とを有することを特徴とする回折収差補正装置。
【請求項８】
電子銃と前記電子銃から放出された電子ビームと、該電子ビームを照射する試料と、前記試料を透過した透過電子ビームが通過する対物レンズと、前記対物レンズを通過した該透過電子ビームの形状を制限する対物絞りと、前記対物絞りを通過して制限された該透過電子ビームの回折波を制御する回折収差補正器と、前記回折収差補正器を通過した該透過電子ビームを検出する検出器または結像する結像光学系とを有することを特徴とする回折収差補正装置。
【図１】
【図６】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図７】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図６】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図７】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１２−１３８３１２（Ｐ２０１２−１３８３１２Ａ）
【公開日】平成２４年７月１９日（２０１２．７．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２９１５１９（Ｐ２０１０−２９１５１９）
【出願日】平成２２年１２月２８日（２０１０．１２．２８）
【出願人】（５０１３８７８３９）株式会社日立ハイテクノロジーズ (4,325)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月１９日（２０１２．７．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月２８日（２０１０．１２．２８）
【出願人】（５０１３８７８３９）株式会社日立ハイテクノロジーズ (4,325)
【Ｆターム（参考）】
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