JP2000500913A - 粒子光学機器の色収差を補正する補正装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 粒子光学回転対称レンズは色収差を避けることができない。このレンズの欠点は、粒子ビームの加速度電圧がかなり低い（０．５ｋＶ乃至５ｋＶ）場合に、従来の粒子光学機器の解像度を制限する。このレンズの欠点は回転対称性の場を用いた補償によって除去できない。それにも係わらず粒子光学機器の解像度を増加させるため、ウィーンタイプの補正器を用いて上記レンズの欠点を緩和させることが提案されている。かかる従来の構造は多数の電気及び磁気多重極が設けられている。種々の多重極場をより容易に調節するため、本発明によれば、多重極場を左右する磁極面（３０−ｉ）は、Ｋ_objが補正されるべき集束レンズの強度を表し、Ｃ_c.objがこのレンズの色収差率を表すとき、特定の長さＬ＝（２π²ｎ²）／（Ｋ_obj ²Ｃ_c.obj）を有する。

Description

【発明の詳細な説明】 粒子光学機器の色収差を補正する補正装置 本発明は、荷電粒子ビームを用いて機器内で照射されるべき対象物を照射する ため機器の光軸に沿って伝わる荷電粒子のビームを放出する粒子源と、荷電粒子 のビームを集束する集束レンズと、集束レンズのレンズ収差を補正する補正装置 とを含む粒子光学機器に係わる。この粒子光学機器の補正装置は均一な電界及び 電界と直角に延在する均一な磁界を発生させる磁極面を有し、両方の双極子場は 機器の光軸と直角に延在し、また、補正装置は電気四重極場を発生させる磁極面 を更に有し、この磁極面は実質的に機器の光軸と直角に延在する。 本発明は、また、荷電粒子のビームを集束する集束レンズと、集束レンズのレ ンズ収差を補正する補正装置とからなる組立体であって、粒子光学機器で使用す るための組立体に関する。 かかる機器で使用するための上記種類の補正装置は、欧州特許第０３７３３９ ９号により公知である。 一般的に言うと、電子顕微鏡又は電子リトグラフィー用機器のような粒子光学 機器は、検査又は加工されるべき対象物を、熱電子源又は電界放射タイプの電子 源のような粒子源によって発生された荷電粒子のビーム（通常、電子ビーム）を 用いて照射するように配置されている。対象物の照射の目的は、かかる機器内で 検査されるべき対象物（電子顕微鏡の核種）を映像化すること、若しくは、例え ば、マイクロエレクトロニクス（電子リトグラフィー機器）のため対象物に非常 に小さい構造物を形成することである。いずれの場合でも、集束レンズは電子ビ ームを集束させる必要がある。 電子ビームは、原則として２通りの方法で集束され得る。第１の方法によれば 、検査されるべき核種は電子ビームで多少なりとも均 一に照射され、拡大された核種の映像が集束レンズを用いて形成される。この場 合の集束レンズは、結像レンズ系の対物レンズであり、対物レンズの解像度は機 器の解像度を左右する。この種の機器は、透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）として公知 である。第２の集束方法によれば、電子源の放出面又はその一部分は、通常非常 に縮小されているとしても、（走査電子顕微鏡又はＳＥＭの場合）被検査核種上 、又は、（リトグラフィー機器の場合）所望の微小構造が形成されるべき対象物 上に映像化される。電子源の映像（例えば、偏向コイルを用いて対象物の全域で 動かされる“スポット”）は、結像レンズ系を用いて再形成される。第２の方法 において、集合レンズはスポット形成レンズ系の対物レンズであり、対物レンズ の解像度はビームのスポットサイズを支配するので機器の解像度を左右する。 上記の全ての装置で使用されるレンズは、一般的に磁気レンズであるが、静電 レンズでもよい。両方のタイプのレンズは、実際上、常に回転対称レンズである 。かかるレンズの挙動は理想的ではないことが避けられず、レンズ収差を生じる 。とりわけ、所謂球面収差及び色収差は、通常、レンズの解像度の点で重要であ り、これらのレンズ収差は従来の電子光学機器の解像度の限界を決定する。粒子 光学の基本理論によれば、かかるレンズ収差は、回転対称性の電界又は磁界を利 用する補償によって除去することができない。 従来の電子光学機器、特に、スポット形成対物レンズからなる走査粒子光学機 器（所謂、走査電子顕微鏡又はＳＥＭ）において、従前の一般的な３０ｋＶ以上 の大きさのオーダの電圧の代わりに、通常よりも低い値、即ち、０．５ｋＶ乃至 ５ｋＶの大きさのオーダの値をとるように電子ビームの加速電圧を選択する傾向 がある。このように選択する理由は、かかる比較的低い加速電圧において、（電 子集積回路の製造の場合のホトレジスト材料のような）不導電性核種の充電は実 質的に低減され、その上、このような低い電圧では、所謂形態的（トポグラフィ ック）コントラストが実質的に強調され 得る。かかる低い加速電圧の場合、色収差が主要なレンズ収差であり、粒子光学 機器の解像度に関する決定的な因子である。このことは、ΔＵが電子ビーム内に 拡散した不変性エネルギーであり、Ｕが公称加速電圧である場合に、色収差がΔ Ｕ／Ｕに比例すること、即ち、この因子はＵが減少すると共に増加することから 容易に分かる。 それにも係わらず粒子光学機器の解像度を高めるため、上記引用文献欧州特許 第０３７３３９９号には、非回転対称構造を有する補正装置を用いてレンズ収差 を除去することが提案されている。この構造は、ウィーン形の補正器により形成 され、即ち、均一な電界及び電界と直角に延在する磁界が共に機器の光軸に対し 直角に向けられている構造である。球面収差並びに色収差を補正するため、この 補正器には多数の多重極、即ち、電気及び磁気四重極場と、電気及び磁気六重極 場と、電気及び／又は磁気八重極場が設けられている。かくして、この従来の補 正装置の場合、八重極場の電界又は磁界の一方だけが存在することがある。 引例欧州特許の補正装置の一実施例（添付図面の第５図を参照して説明され、 参照番号２０によって示されている）は、色収差の補正を行うことができる。こ の実施例は、磁極面が軸方向に向けられ、即ち、機器の光軸と平行に延在する多 数の電気及び磁気極によって形成された多重極ユニットからなる。上記の各極は 個々の励磁を適当に選択することによって別々に励起されるので、このように形 成された多重極ユニットは、要求に応じて、光軸と直角に延在する均一な電界と 、電界と直角に延在する均一な磁界とを形成することができ、電界及び磁界は共 に光軸と直角に延在し、電気及び磁気四重極場、六重極場、並びに、電気及び／ 又は磁気八重極場が電界及び磁界に形成され得る。 このような比較的複雑な補正装置の場合に、上記多重極場を（極めて正確に） 発生させるための補正電気及び磁気調節量を見つけることは非常に難しい。この 困難さは、上記の各多重極場が正確に調 節された補正値をとり、かつ、保持する必要があるので、発生されるべき多重極 場の数が増加すると共に益々重大になる。従って、必要とされる多重極場の数を 最小限に抑えることが本質的に重要である。 本発明の目的は、補正は集束レンズの色収差に対してのみ行われ、電気及び磁 気調節並びに再現性に関する要求条件が非常に容易に充たされる上記の種類の粒 子光学装置を提供することである。 上記目的を達成するため、本発明による粒子光学装置は、ｎが補正装置のビー ム粒子の正弦波軌跡の周期の数を表し、Ｋ_objが補正されるべき集束レンズの強 度を表し、Ｃ_c.objがこのレンズの色収差率を表わすとき、多重極場を決定する 磁極面の光軸方向の長さＬに関して、この長さＬが実質的に （２π²ｎ²）／（Ｋ_obj ²Ｃ_c.obj） に一致することを特徴とする。 本発明は、補正装置内の種々の多重極に対し色収差が補正される励起が見つけ られ、そのために双極子場及び四重極場だけが必要とされるという見識に基づい ている。その結果として、必要とされる電源の数は制限され、補正装置の調節に 関連した変数の数は、引例の欧州特許から提案された補正装置よりも実質的に削 減される。 １次近似の場合、ビームの粒子の軌跡は正弦波として成形され、始点及び終点 は粒子が伝わるべき場に入射する高さ及び方向に基づくことに注意する必要があ る。かくして、初期状態に依存して、軌跡は余弦波であるとみなされ得る。本発 明の説明中、ビームの粒子の正弦波軌跡は、この軌跡の初期高さ及び初期勾配と は無関係に、正弦波の一部として成形された軌跡を表わすことに注意する必要が ある。 本発明の他の実施例によれば、補正装置の双極子場及び四重極場は、機器の光 軸に沿って伝わる荷電粒子が実質的に１周期の正弦波で記述されるような強度を 有する。 このように調節された場の強度に対し、補正装置の寸法、即ち、長さＬは最小 値をとり、このことは、補正装置を粒子光学機器に組み込む観点で重要である。 本発明の好ましい一実施例によれば、補正装置は、均一な磁界を発生させる磁 極面を除いては、電界だけを発生させるため配置された磁極面が設けられている 。 所望の多重極場はできる限り電界の形で発生させる方が有利である。その理由 は、磁界を発生させるためには、屡々時間依存性のある磁気ヒステリシスと、非 線形磁気挙動とを不可避的に生じさせる強磁性材料の極が常に必要とされ、強磁 性材料によって発生された磁界の場の強度は、磁界を発生させたコイルを通る励 起電流に正比例をせず、かかる非線形挙動は場の正確な調節を実現するという観 点で望ましくないからである。 その上、上記材料の有限の透磁率に起因してこの材料によって発生された磁界 は材料内の場所に依存し、換言すれば、磁極面は一定かつ均一な磁気ポテンシャ ル面を厳密に形成しないので、この場合、磁極構造の設計に基づいて予想され得 る場の形状が正確に実現されない。 粒子光学機器がスポット形成対物レンズを備えた走査粒子光学機器である場合 、粒子源を補正装置側から見て対物レンズの前方に配置する方が有利である。補 正装置は、補正装置と対物レンズとの間の有限な距離に起因した残留画像アーテ ィファクトが不必要に拡大されないようにできるだけ対物レンズに近づくように 配置される。必要に応じて、ビームの走査運動用の偏向コイルの組は補正装置と 対物レンズとの間に配置すること可能であり、これらのコイルはかなり小さく、 補正装置と対物レンズとの間の距離に殆ど或いは全く影響を与えない。従って、 補正装置はできる限る対物レンズの近くに配置することが可能である。 以下、添付図面を参照して本発明を詳細に説明する。図面中、 図１は、本発明による補正装置が使用され得る粒子光学機器の関連部分を図式 的に表わす図であり、 図２は、本発明に従って粒子光学機器に使用される補正装置の一実施例の斜視 図であり、 図３ａ及び３ｂは、本発明による補正装置において相互に直交した２平面内で １周期の正弦波を備えたある種の電子線の軌跡を図式的に表わす図であり、 図４は、補正装置の長さＬに関して磁気四重極子強度の変化をグラフ的に示す 図であり、 図５は、補正装置の長さＬに関して色非点収差の変化をグラフ的に示す図であ り、 図６は、補正装置の長さＬに関して色分散の係数の変化をグラフ的に示す図で あり、 図７は、本発明の補正装置を使用した場合に、電子ビームに拡散されたエネル ギーの種々の値に対し、色収差に起因した電子スポットの集束における異常分散 をグラフ的に示す図である。 図１は、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）のカラム２の形をした粒子光学機器を表わ す図である。通例的に、この機器内の（図示されない）電子源は、機器の光軸４ に沿って伝わる電子ビームを生成する。電子ビームは、集光レンズ６のような１ 枚以上の電磁レンズを通過し、次に、対物レンズ８に達する。所謂単極レンズで ある対物レンズは、核種室１２の壁１０を構成する磁気回路の一部分を形成する 。対物レンズ８は、電子ビームを用いて焦点を形成するため使用され、これによ り、核種１４である対象物は走査される。走査は、核種の上で、対物レンズ８に 設けられた走査コイル１６を用いてｘ方向及びｙ方向に電子ビームを動かすこと により行われる。核種１４は、ｘ変位用の搬送台２０と、ｙ変位用の搬送台２２ とからなる核種台 １８の上に置かれる。二つの搬送台を用いることにより、所望の核種の領域が検 査のため選択される。顕微鏡内の映像化は、２次電子が核種から放出される際に 行われ、この２次電子は対物レンズ８の方向に戻る。２次電子は対物レンズの口 径に設けられた検出器２４により検出される。制御ユニット２６は、検出器を作 動させ、検出された電子ビームのストリームを、例えば、陰極線管（図示しない ）を用いて核種の映像を形成するため使用され得る信号に変換するため検出器に 接続される。集光レンズ６と対物レンズ８の間には補正装置２８が配置される。 補正装置２８は以下で詳述され、対物レンズの色収差及び球面収差を補正するた め機能する。 図２は、例えば図１に参照番号２８で示されているように粒子光学機器で使用 するための補正装置の一実施例の斜視図である。補正装置は円柱状被筒３２から なり、被筒３２には、円柱全体に均一に分散されるように多数のｎ個の双極子３ ０−１乃至３０−ｎが設けられる。同図に示された例において、ｎは８と一致す る。原則として、本発明の実施例が四重極子よりも高次の多重極場を必要としな い場合でも、機械的な欠陥の補償のため、例えば、図２に示されたｎ＝８である 高次の場を発生させる手段を有することが望ましい。ｎ＝１２でも実施可能であ る。しかし、このような実施可能性は本発明にとって重要ではない。被筒３２の 円柱軸は、図１に示された粒子光学機器の光軸４と一致する。 種々の多重極場、即ち、磁界並びに静電界は、ｎ個の磁極を用いて作成される 。上記の各磁極は、電界並びに磁界を発生させるため配置され、上記多重極場を 決定する磁極面は機器の光軸と直角に延在する。各極３０−ｉには磁界を発生さ せる励起コイル３４−ｉと、電界を発生させる極キャップ３６−ｉとが設けられ る。各励起コイル３４−ｉ及び各極キャップ３６−ｉは別々に励起され得るので 、所望の各多重極場（電界及び磁界）は８個の磁極３０−１乃至３０−８を用い て発生され得る。 図３には、図２に示されたような補正装置のある電子線の軌跡が１周期の正弦 波で示されている。図３ａは光軸と交差する平面内の軌跡を表し、図３ｂは上記 平面と直交する平面内の軌跡を表わす。前者の平面はｘ−ｚ平面と称され、ｘ方 向は電気双極子の電気力線と平行に延在し、一方、ｚ方向は光軸の方向である。 同図において実線は１ｋｅＶの公称エネルギーを有する電子の軌跡を表し、点線 は公称エネルギーに対し０．２ｅＶの偏差を有する電子の軌跡を表わす。図３ａ 及び図３ｂにおいて、磁極の長さ（即ち、補正装置の長さ）は１００ｍｍである と想定され、磁極面の境界円の内径は２ｍｍであると想定されている。（両方の 図で共有される境界面は縮尺が合った境界ではない。）光軸に対する軌跡の偏差 の痕跡を得るため、１０μｍの目盛りが図に示されている。図３ａに示されたｘ −ｚ平面は、電気多重極の対称面である。ｘ−ｚ平面と直角に延在する平面、即 ち、図３ｂに示された平面はｙ−ｚ平面と称される。 図３ａのｘ−ｚ平面内の電子軌跡の１次の式は、 と表され、一方、図３ｂによるｙ−ｚ平面内の電子軌跡の１次式は、 が成立する。 式（１）及び（２）の記号の意味は以下の通りである。 ＊ ｘ、ｙ及びｚは当該電子の位置座標である。 ＊ ｘ₀及びｙ₀は、夫々、場所ｚ＝０、即ち、補正装置の入口におけるｘ及びｙ の値である。 ＊ ｘ’₀及びｙ’₀は、夫々、場所ｚ＝０でのｘ平面及びｙ平面 内の軌跡のｚ方向の勾配である。 ＊ ΔＵは公称エネルギーＵ₀に対する電子のエネルギーの偏差である。 ＊ κ＝（Ｅ₁√２）／（４Ｕ₀）であり、Ｅ₁はｘ及びｙにおける電位の級数展 開のｘ項である。 式（１）及び（２）は、補正装置において、分散がｘ−ｚ平面だけに発生し（ 変数ΔＵは式（１）だけに現れる）、ｙ−ｚ平面は分散が無いということを示し ている。 補正装置の調節、即ち、磁極３０−ｉ（図２を参照のこと）が励磁される電流 及び電圧の値の選択は、以下の規準に基づいて行われる。 第１に、全体として公称エネルギーＵ₀の電子は補正装置内で偏向されないと いう必要条件がある。この条件は、最初に光軸に追従する公称エネルギーの電子 が補正装置から離れた後、再度光軸に沿って伝わるべきであることを意味する。 この必要条件は、 Ｅ₁−ｖ₀Ｂ₁＝０ （３） である場合に充たされる。式（３）に示されている未だ説明していない記号の意 味は以下の通りである。 ＊ Ｂ₁はｘ及びｙに関する磁気ポテンシャルの級数展開のｙ項の係数である。 ＊ ｖ₀は加速電位Ｕ₀と関連した電子の速度である。 上記の式（３）が所謂ウィーンの条件を充たす場合、電気及び磁気四重極成分 は、補正装置のｘ−ｚ平面での挙動がｙ−ｚ平面における挙動と同一でなければ ならないという必要条件が更に充たされるように選択されるべきであり、これは ２重集束条件と称される。この条件は、である。 式（４）の中で未だ説明されていない記号の意味は以下の通りである。 ＊ Ｅ₂はｘ及びｙに関する電気ポテンシャルの級数展開の（ｘ²−ｙ²）項の係 数である。 ＊ Ｂ₂はｘ及びｙに関する磁気ポテンシャルの級数展開の２ｘｙ項の係数であ る。 選択されたＥ₁の値に対し、式（４）はＥ₂とＢ₂の間に関係を確立し、上記二 つの記号の中の一方は要求に応じて選択することができる。前述の磁極の欠点の ため、好ましくは、可能である限り電界が使用される。従って、Ｂ₂項は好まし くは零と一致すべく選択される。よって、式（４）は、 のようになる。 更に、補正装置が入口から出口までの間で分散を生じないことを保証するため 、ΔＵ／Ｕ₀に比例する式（１）の最後の項は零と一致するべきである。長さＬ の補正装置に対し、この必要条件は、 κ＝ｎ．２π／Ｌ 又は κ＝（Ｅ₁√２）／（４Ｕ₀） の場合に充たされ、 である。ｎ＝１の場合に、式（６）は２π−条件と称される。 色収差の補正のため、補正装置の色収差が回転対称であるという条件と、更に 、補正装置の色収差は補正されるべき対物レンズの色収差に対抗するという条件 を充たすことが必要である。第１の条件は色収差不在条件と称され、第２の条件 は色消し条件と称される。上記の色収差不在条件は、式のように表される。式（７）の中で未だ説明されていない記号の意味は以下の通 りである。 ＊ Ｅ₃はｘ及びｙに関する電気ポテンシャルの級数展開の（ｘ³−３ｘｙ²）項 の係数である。 ＊ Ｂ₃はｘ及びｙに関する磁気ポテンシャルの級数展開の（３ｘ²ｙ−ｙ³）項 の係数である。 項Ｂ₂が零になるように選択された場合、式（５）を式（７）に代入すること によって、式（７）の右側の項が零になり、 Ｅ₃−ｖ₀Ｂ₃＝０ （８） であることが示される。このように得られた式（８）はＥ₃とＢ₃の間に曖昧さの 無い関係を確定する。 上記色消し条件は、 のように表される。式（９）の中で未だ説明されていない記号の意味は以下の通 りである。 ＊ Ｃ_c.objは補正されるべき対物レンズの色収差率である。 ＊ Ｋ_objは補正されるべき対物レンズの強度であり、この値は焦点距離ｆ_objの 逆数の値と一致する。 式（５）及び（９）は共にＥ₂に対する式を表し、両式は式（９）の右辺が式 （５）の右辺と一致する場合に限り一致し、このことは、 のように表される。 得られた式（１０）から、式（６）を用いてＥ₁を消去することにより、本発 明によれば、対物レンズ８の色収差を補正するため多重極場を決定する磁極面３ ０−ｉの光軸４方向の長さＬによって充 たされるべき条件が導かれる。この条件は、式 によって表される。 また、補正装置自体の球面収差は回転対称であることが望ましい。この条件は ２個の必要条件を導く。第１の必要条件は軸非点収差の不在条件と称され、第２ の必要条件は星形収差の不在条件と称される。第１及び第２の必要条件の組合せ によって以下の式が得られる。 かつ 式（１３）の中で未だ説明されていない記号の意味は以下の通りである。 ＊ Ｅ₄はｘ及びｙに関する電気ポテンシャルの級数展開の（ｘ⁴−６ｘ²ｙ²＋ｙ⁴ ）項の係数である。 ＊ Ｂ₄はｘ及びｙに関する磁気ポテンシャルの級数展開の（４ｘ³ｙ−４ｘｙ³ ）項の係数である。 式（５）を式（１２）のＥ₂に代入すると、Ｅ₃が零に一致することが分かる。 式（８）から、Ｂ₃も零になるので、３次の項（物理的に言うと六重極）は全く 必要ではないことが分かる。更に、式（５）を式（１３）のＥ₂に代入すると、 式（１３）の右辺は零に一致するので、 Ｅ₄−ｖ₀Ｂ₄＝０ であることが分かる。また、Ｅ₄及びＢ₄が共に零と一致するように選択されるな らば、別の計算から他の条件に関して矛盾の無いことが分かる。この場合、４次 の項（物理的に言うと八重極）は全く必要ではない。 式（３）から式（１３）までに従う多重極場に対する条件が充たされるならば 、補正装置自体（ｎ＝１の場合）の球面収差の式は、 によって与えられる。式（１４）の中で未だ説明されていない記号の意味は以下 の通りである。 ＊ Ｃ_s.corrは補正装置自体の球面収差率を表す。 ＊ Ｃ_c.corrは補正装置自体の色収差率を表す。 補正されるべき対物レンズの色収差の完全な補正のために、補正装置自体の色 収差率Ｃ_c.corrは補正されるべき対物レンズの色収差率Ｃ_c.objと同じ大きさ、 反対の符号でなければならないので、 Ｃ_c.corr＝−Ｃ_c.obj であることに注意する必要がある。 球面収差率の符号に関し、回転対称レンズの場合に符号は正になるように選択 されることに注意する必要がある。これは、式（１４）に従って、補正装置自体 が負の球面収差率を有することを意味する。しかし、この球面収差率の数値は、 補正されるべき対物レンズよりも遙かに小さい。従って、補正装置は集束レンズ の球面収差を補正することができない。しかし、集束レンズの球面収差の補正は 、本発明による補正装置の六重極場を保持し、かくして得られた補正装置を半分 ずつの長さの二つの等しい区画に分割し、反対の強度の六重極場を半分ずつの各 区画に加えることにより実現される。この補正は、本願の出願時には未だ公開さ れていない本願と同一出願人による特許出願に提案されている。 本発明による補正装置が設けられている粒子光学機器を調節する方法は略以下 の通りである。 １）補正装置の動作していない状態において、例えば、１００００倍に拡大さ れた小さい対象物の画像、例えば、０．２５μｍの大きさのオーダーの直径を有 するラテックスの画像が作成され、 ２）画像シフトが生じなくなるまで、四重極強度Ｅ₂を変化させながら四重極 及び電子ビームを相対的にシフトさせることによって、電気四重極の軸がシフト によって光軸と並べられ、 ３）多重極強度は上記式（３）から（１３）に従って実質的に公称値に調節さ れ、 ４）次に、Ｅ₁が２π−条件を充たすように調節され、Ｂ₁が同時にウィーンの 条件を充たすように調節され、対象物はＥ₁によって焦点が合わされ、一方、ビ ームシフトはＢ₁の調節によって最小限に抑えられ、 ５）２重集束条件は非点収差を最小限に抑えることによってＥ₂により充たさ れ、 ６）上記の段階２）、４）及び５）は、上記の条件が充たされる最終的な状況 が得られるまで繰り返される。 図４には、補正装置の長さＬに関して１ｍｍ²当たりのアンペア・巻数（Ａｔ ）で表現された磁気四重極強度Ｂ₂の変化がグラフ的に示されている。同図は補 正されるべき集束レンズの当該パラメータの３通りの値に対するグラフを示し、 例えば、四角形で描かれているのは（Ｋ²Ｃ_c）^-1＝１ｍｍに対するグラフであり 、三角形で描かれているのは（Ｋ²Ｃ_c）^-1＝３ｍｍに対するグラフであり、円形 で描かれているのは（Ｋ²Ｃ_c）^-1＝５ｍｍに対するグラフである。電子ビームの 加速電圧Ｕ₀は１０００Ｖに達し、電子の正弦波軌跡の周期数ｎは１に一致して いる。上記の各グラフは、零に一致するような磁気四重極強度Ｂ₂を選択するこ とができるＬの値が存在することを明瞭に示し、これらの値は、夫々、約２０ｍ ｍ、６０ｍｍ及び１００ｍｍである。 図５には、補正装置の長さＬに関してｍｍ単位で表された色非点収差の変化（ 式（７）を参照のこと）がグラフ的に示されている。図４と同様に、図５は、補 正されるべき集束レンズの当該パラメータの３通りの値に対するグラフを示し、 例えば、四角形で描かれて いるのは（Ｋ²Ｃ_c）^-1＝１ｍｍに対するグラフであり、三角形で描かれているの は（Ｋ²Ｃ_c）^-1＝３ｍｍに対するグラフであり、円形で描かれているのは（Ｋ² Ｃ_c）^-1＝５ｍｍに対するグラフである。電子ビームの加速電圧Ｕ₀は１０００Ｖ に達し、電子の正弦波軌跡の周期数ｎは１に一致している。上記の各グラフは、 零に一致するような磁気四重極強度Ｂ₂を選択することができるＬの値（夫々に 約２０ｍｍ、約６０ｍｍ及び約１００ｍｍ）が存在し、色非点収差も零になるこ とを明瞭に示す。 図６は色分散率Ｃの変化をグラフ的に示す図である。色分散率Ｃの定義のため 、電子は光軸に平行な補正装置に入射し、光軸に対して角度ｘ’で補正装置から 発散することが想定されている。色分散は、相対的なエネルギー拡散の２乗（Δ Ｕ／Ｕ₀）²に比例し、比例定数が色分散率Ｃとして定義される角度偏差Δｘ’を 生じさせるので、 Δｘ’＝Ｃ．（ΔＵ／Ｕ₀）² のように表される。 図４及び５と同様に、図６は補正されるべき集束レンズの当該パラメータの３ 通りの値に対するグラフを示し、例えば、四角形で描かれているのは（Ｋ²Ｃ_c）^-1 ＝１ｍｍに対するグラフであり、三角形で描かれているのは（Ｋ²Ｃ_c）^-1＝３ ｍｍに対するグラフであり、円形で描かれているのは（Ｋ²Ｃ_c）^-1＝５ｍｍに対 するグラフである。電子ビームの加速電圧Ｕ₀は１０００Ｖに達し、電子の正弦 波軌跡の周期数ｎは１に一致している。図４を参照して既に説明したように、上 記の各グラフは、零に一致するような磁気四重極強度Ｂ₂を選択することができ るＬの値は、夫々、約２０ｍｍ、６０ｍｍ及び１００ｍｍである。図６は、上記 ３通りの場合に、色分散率Ｃが約２ラジアンの値を有することを示している。相 対的なエネルギー拡散の値が１／１０００である場合、この値は殆どの実際上の ケースで許容可能である。しかし、この値が大きくなり過ぎ ると、原則として本補正装置を修正することによりこの率が零に一致させられる 。この修正は、補正装置内の電子の正弦波軌跡の周期数ｎが２に一致する（これ により全体的な長さＬは４倍に増大される）ように補正装置の長さＬを選択し、 補正装置の後半部（即ち、正弦波軌道の後半部が延在する部分）が光軸の周りに １８０°回転されるように配置することにより実現される。かくして形成された 補正装置において、色分散率Ｃは零に一致する。 図７は、色収差に起因した電子スポットの集束の偏差を図式的に示す図である 。同図を作成するため、軸と直交した方向に環状の断面を有し、光軸と一致した 円柱軸とを有する円柱状の電子ビームが仮定されている。円柱の半径はｒ₀に一 致し、ここで、ｒ₀＝ｆαである（ｆ＝１／Ｋは補正されるべき集束レンズの焦 点距離であり、αはアパーチャ角を表す）。図７に示されたビームパスは市販さ れているシミュレーションプログラムを用いたコンピュータシミュレーションに よって得られた。このコンピュータプログラムは、“ＴＲＣ／ＴＲＡＳＹＳ”と して知られ、オランダ国デルフト（Delft）のデルフト工科大学、応用物理学部 、粒子光学グループから市販されている。上記シミュレーションプログラムで使 用されている電界及び磁界は、“ＭＬＤ、磁気レンズ設計”、“ＭＭＤ、磁気多 重極設計”、“ＥＬＤ、静電レンズ設計”、及び“ＥＭＤ、静電多重極設計”と して知られ、デルフト工科大学から市販されている多数の他のプログラムを用い て計算される。図４、５及び６のグラフは、これらのプログラムを用いて決定さ れた。図７には集束レンズの近軸結像面での電子ビームの断面が示されている。 同図において、集束レンズには補正装置が具備され、球面収差は無いことが仮定 されている。また、同図において結像パラメータは、Ｃ_c＝５ｍｍ、ｆ＝５ｍｍ 、α＝１０ｍｒａｄ、Ｕ₀＝１０００Ｖであり、電子の正弦波軌跡の周期数ｎは １と一致する。結像面内の目盛りの値は同図の軸に沿って記載されている。三角 形で形成された画像ポイント はエネルギー偏差ΔＵが−０．２ｅＶである状況を表し、＋符号で形成された画 像ポイントはエネルギー偏差が無い（ΔＵ＝０）状況を表し、円によって形成さ れた画像ポイントはエネルギー偏差ΔＵが０．２ｅＶである状況を表す。この場 合、スポットサイズは約１ｎｍであることが分かる。集束レンズが補正されてい ない場合に、同一状況で同一ビームは約５ｎｍの直径を有するスポットを生じさ せるが、目盛りの値の都合上、当該画像ポイントは同図から省略されている。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ヴァン デル マスト，カルル ディーデ リク オランダ国，5656 アーアー アインドー フェン，プロフ・ホルストラーン ６番

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 機器内で照射されるべき対象物（１４）を照射するため機器の光軸に沿っ て伝わる荷電粒子のビームを放出する粒子源と、 上記荷電粒子のビームを集束させる集束レンズ（８）と、 上記集束レンズ（８）のレンズ収差を補正する補正装置（２８）とからなり、 上記補正装置（２８）は均一な電界及び上記電界と直角に延在する均一な磁界 を発生させる磁極面（３０−ｉ）を有し、両方の双極子場は機器の光軸（４）と 直角に延在し、 上記補正装置（２８）は電気四重極場を発生させる磁極面（３０−ｉ）を更に 有し、この磁極面（３０−ｉ）は機器の光軸（４）と実質的に直角に延在する粒 子光学機器において、 多重極場を決定する上記磁極面（３０−ｉ）の上記光軸（４）の方向の長さＬ に対し、ｎが上記補正装置内のビームの粒子の正弦波軌跡の周期数を表し、Ｋ_{ob j} が補正されるべき上記集束レンズの強度を表し、Ｃ_c.objが上記集束レンズの色 収差率を表すとき、上記の長さが実質的に （２π²ｎ²）／（Ｋ_obj ²Ｃ_c.obj） と一致することを特徴とする粒子光学機器。 ２． 上記補正装置（２８）の上記双極子場は上記ビームの粒子の正弦波軌跡の 周期数ｎが１に一致するような強度を有する請求項１記載の粒子光学機器。 ３． 上記補正装置（２８）に設けられている磁極面（３０−ｉ）は、上記均一 な磁界を発生させる磁極面を除いて、電界だけを発生させるように配置されてい る請求項１又は２記載の粒子光学機器。 ４． スポット形成対物レンズ（８）を具備し、上記補正装置は上記粒子源側か ら見て上記対物レンズ（８）の前方に配置されている走査粒子光学機器であるこ とを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか１項記載の粒子光学機器。 ５． 荷電粒子のビームを集束させる集束レンズと、 上記集束レンズのレンズ収差を補正する請求項１乃至４のうちいずれか１項記 載の補正装置とにより構成されている組立体。