JP2001509952A - 粒子光学的装置の色収差を補正するための装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 電子光学的に回転対称なレンズは、低加速電圧においてしばしば分解能の限界を決める色収差により、必ず損害を受ける。このレンズ欠点は、回転対称な場の補償により取り除くことはできない。それにも関わらず、解像度を改善するために、２つの補正要素（３４，４０）が設けられた補正器（２８）によって、色収差を補正することが提案されている。各補正要素は、幾つかの四極場を構成する。知られた補正器を使用すると、色の倍率誤差は、許容しがたいほど大きいことが知られている。この問題を解決するために、本発明に従った補正器の補正要素に、少なくとも５層の四極場を発生する電極（６０−ａ，６０−ｂ，６−ｃ，６−ｄ）が設けられる。補正四極場の中の電子経路の強い周期性のために、実際に補正器を使用することができるように、色の倍率誤差は十分に制限（またはゼロと）される。

Description

【発明の詳細な説明】 粒子光学的装置の色収差を補正するための装置発明の分野 Ｉ発明の分野 本発明は、装置の中で粒子ビームにより照射される物体を露光するために、装 置の光軸に沿って移動する電気的に帯電した粒子のビームを放出する粒子源と、 電気的に帯電した粒子のビームを集束させるための集束レンズと、 集束レンズの色収差を補正するための補正装置とを有し、 その補正装置は補正要素を有し、 各補正要素は電気的四極場を発生するための電極が設けられ、 前記電極は光軸に沿った連続する層に配置され、 層の電極により発生された四極場は、隣接層の電極により発生された四極場に 関して、光軸の回りに実質的に９０°の角度で回転されている粒子光学的装置に 関する。 また、本発明は、上記装置で使用される補正装置及び、粒子光学的装置の集束 レンズを色収差を補正するための補正装置を動作させる方法に関する。 粒子光学的装置のレンズ欠点の補正のための補正システムは、”Ａ Ｐｏｓｓ ｉｂｌｅ Ｃｈｒｏｍａｔｉｃ Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｌｅｎｓｅｓ”Ｇ．Ｄ．Ａｒｃｈａｒｄ著，Ｐｒｏｃ ．Ｐｈｙｓ．Ｓｏｃ．Ｌｏｎｄｏｎ，１９９５年、８１７−８２９頁、第６及び ７章及び、図２ｂに記載されている。発明の背景 ＩＩ 一般的な到達技術 電子顕微鏡或は電子リソグラフィ装置などの粒子光学的装置は、一般的には、 研究されるまたは扱われる物体に、熱電子源や電界放出型の電子源のような粒子 源により発生された電気的に帯電した粒子のビーム（通常は電子ビーム）を照射 するように配置される。物体への照射の目的は、研究される物体の像を描く（電 子顕微鏡の試料）ため、或は、例えばマイクロエレクトロニクスで、物体上に微 小な構造を作るため（電子リソグラフィ装置）であろう。両方の場合に、集束レ ンズは電子ビームを集束させるために必要である。 電子ビームの集束は、原理的には、２つの方法で行われる。第１の方法によれ ば、検査される試料の像を描かれる領域は、電子ビームによってだいたい一様に 露光され、試料の拡大された画像が集束レンズにより形成される。この場合、集 束レンズは、結像レンズ系の対物レンズにより形成され、対物レンズの解像度は 装置の解像度を決める。この種の装置は、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）として知 られている。第２の集束方法によれば、通常は非常に縮小した形で、（走査型電 子顕微鏡またはＳＥＭでは）試験される試料に、または、（リソグラフィ装置の 場合には）関連したマイクロ構造が設けられる物体に、電子源（またはその部分 ）の放出面の像が描かれる。電子源の像（例えば偏向コイルにより物体を横切っ て移動する”スポット”）が、再び、結像レンズ系により形成される。そして、 集束レンズは、スポットを形成するレンズ系の対物レンズであり、この対物レン ズの解像度は、ビームのスポットサイズを決め、これにより、装置の解像度を決 める。 このような装置の全てに使用されるレンズは、通常は、磁気レンズであるが、 静電レンズでも良い。両形式のレンズは実質上、通常は、回転対象である。この ようなレンズは、必ず、理想的でない振舞いをする。即ち、それらは、本質的に 、レンズの解像度を制限するレンズ欠点を持っている。いわゆる球面収差と色収 差は、通常は、レンズの解像度を決める。このように、これらのレンズ欠点は、 知 られた電子光学装置の解像度の限界を決める。粒子光学の原理に従って、前記レ ンズ欠点は、回転対称な電界または磁界による補償により取り除くことができな い。 現在の電子光学的装置では、特に、スポットを形成する対物レンズを有する走 査型粒子光学装置（いわゆる走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ））では、３０ｋＶ以上 の大きさのオーダーの以前の習慣的な電圧よりも、０．５ｋＶから５ｋＶの大き さのオーダーの低い電子ビームの加速電圧の値を選択する傾向がある。これは、 非導体試料（例えば電気的集積回路のためのフォトレジスト材料）の充電が、そ のような比較的低い加速電圧で実質上減少され、また、いわゆる一定部分の（ｔ ｏｐｏｇｒａｐｈｉｃ）コントラストの実質上の改善がこれらの定電圧でも達成 されたためである。このような低加速電圧に対しては、色収差は、支配的なレン ズ欠点であり、粒子光学的装置の解像度を決める要素である。（これは、色収差 はΔΦ／Φに比例するという事実を考慮すると容易に理解される。ここで、ΔΦ は、電子ビームに広がる不変エネルギーであり、Φは公称加速電圧である。それ ゆえ、Φが上昇すると、この要素は減少する。） 粒子光学的装置の解像度を高めるために、回転対称でない構造を有する補正装 置（補正器と称す）により前記レンズ欠点を減少することが提案されている。 ＩＩＩ 到達技術の背景 回転対称でない光学要素により、結像系の色収差をゼロにするた ｒｉｓｃｈｅ ｕｎｄ ｃｈｒｏｍａｔｉｓｃｈｅ Ｋｏｒｒｅｋｔｕｒ ｖｏ ｎ Ｅｌｅｋｔｒｏｎｅｎ−Ｌｉｎｓｅｎ”，Ｏｐｔｉｋ２、１１４から１３２ 頁、特に１１４から１１９頁に記載されている。 引用論文（特に１ａ、１ｂ及び１ｃ章）に記載されている非回転 対象な光学要素は、補正要素として働く、シリンダーレンズと、四極場と単極場 により構成される。シリンダーレンズは、電子ビームのための非点収差経路を形 成する。四極場と単極場の組み合わせにより構成される補正要素は前記非点収差 経路に配置される。知られた構造の電子経路の色収差は、光軸を有する第１面（ いわゆるｘ−ｚ面）で補正される。そして、続いて、同じことが、そこへ垂直に 伸びる第２面（ｙ−ｚ面）で行われる。色補正を受けるｘ−ｚ面の電子経路の領 域では、ｙ−ｚ面の電子ビームと光軸の間の距離は公称エネルギーの電子に対し てはゼロに等しい。逆も同じである。電子ビームで公称エネルギーから偏差した エネルギーが発生するので、この偏差したエネルギーを有する電子線は、公称エ ネルギーの光線と違う経路を進む。偏差したエネルギーを持つ電子線は、公称経 路から偏差した経路に沿って補正部を横切る。従って、軸からの距離ゼロの前記 領域で、これらの射線に対しては軸からの距離はゼロではない。しかし、引用論 文では、偏差したエネルギーの射線に対しては、光軸からのこの距離は非常に小 さいので、偏向効果は無視できるくらい小さい。（これに関しては、特に引用論 文の１ｃ章参照） ＩＩＩ−１ 到達技術より生じる問題点 一般的に言って、Ｓｃｈｅｒｚｅｒの論文で開示された構成は、粒子光学的装 置では単純に使用できない。Ｓｃｈｅｒｚｅｒによる構成は結像系を構成する。 一方、ＳＥＭのような粒子光学的装置は、色収差のみを補正し、結像レンズ（対 物レンズ）の強さに何も或はほとんど影響を与えない補正系を必要とする。引用 論文より知られる系を、平行に到着し、平行に現れる斜線を伴った系により置き かえることは可能であろう。その結果、後者の系は、対物レンズにより連続され ることができ、系の色収差は、対物レンズの色収差を補償できる。しかし、偏差 するエネルギーの射線に対して光軸からの 距離は非常に小さいので偏向効果は無視できるくらい小さいという記述された仮 定は、現在の粒子光学的装置の実際の状況では、無効のように見える。以後、Ｉ ＩＩ−２とＩＩＩ−２−ｂ章にて詳細に説明される。 特に、ＳＥＭ型の粒子光学的装置では、対物レンズの要求された強さによって 、補正部で使用される静電界は、軸からの距離が小さいにも関わらず、光軸から 短距離を移動する電子線の許容できない影響が起こるであろうという強さを持つ 。従って、公称値から偏差したエネルギーを持つ電子は、補正器を、公称位置か ら実質上偏差した位置に残すであろう。この効果は、更なる誤差、いわゆる色倍 率誤差を起こすであろう。それは、粒子的光学装置の解像度を、既に記述した色 収差と実質的に同じ程度に制限するであろう。これは、後者の色誤差による分散 円の半径ｒ_spotに関して、ｒ_spot＝ａ（δΦ）²Ｃ_cαを保つことを立証できるか らである。ここで、ａは定数、Ｃ_cは対物レンズの色収差の係数、δΦは電子の 公称エネルギーからの相対偏差（それゆえδΦ＝ΔΦ／Φ₀）、αは電子ビーム の口径の角度である。コンピュータシミュレーションによれば、定数αは１００ より非常に大きく、それにより、後者の（２次）色収差に対する１次色収差のト レードオフによる、解像度に関する利得はほとんど無い。 以下の章ＩＩＩ−２−ａとＩＩＩ−２−ｂでは、電子顕微鏡でＳｃｈｅｒｚｅ ｒによる引用論文で開示された方法の使用は、許容できない大きな色の倍率誤差 を起こすことが立証されるであろう。 ＩＩＩ−２ 現在の到達技術を使用して起こる色の倍率誤差 最初に、補正要素が直視（それゆえレンズ強さＫ_x＝０）を有するｘ−ｚ面の 補正強さ（Ｋ_corr）とｙ−ｚ面のレンズ強さ（Ｋ_y）の両方にに対して、１つの 補正要素の関連する光学特性に関する式が、次の章ＩＩＩ−２−ａ−１からＩＩ Ｉ−２−ａ−３で導かれる。 ２つの量Ｋ_corrとＫ_yの比較は、（１次の）色収差の望ましい補正に関するｙ− ｚ面の強さを明らかにするであろう。続いて、次の章ＩＩＩ−２−ｂでは、補正 系でそのような補正要素の使用することは、許容できない高い値の色の倍率誤差 を招くことが立証される。 ＩＩＩ−２−ａ 一つの補正要素の関連した光学的特性の決定 以下の計算では、「弱い補正器のアプローチ」が使用される。即ち、補正器の 軸ポテンシャルの変化は、加速場のポテンシャルよりも非常に小さい。このため 、摂動論が使用できる。また、色収差はｘ−ｚ面で起こると仮定される。 出発点は、Ｓｃｈｅｒｚｅｒの引用論文の式（１．４）である。ｘ−ｚ面の近 軸運動方程式は、 式（１の各記号は、以下の意味である。） Φは、光軸のポテンシャルの級数展開の回転対称な項（”ゼロ次”項）である 。；光軸上ではｘ及びｙは、両方とも０なので、軸ポテンシャルのこの項はｚの みに依存する。 Φ’及びΦ”は、第１または第２のｚへの微分項である。それぞれ、光軸状の ポテンシャルのゼロ次項である。（従って、これらの微分項も、排他的にｚに依 存する。） Φ₂は、光軸上のポテンシャルの級数展開の四極子項（２次項）である。これ も、ｚに排他的に依存する。 減少した軸Ｘ＝ｘΦ^1/4（ｘ＝ＸΦ^-1/4）、Ｘはいわゆる「Ｐｉｃｈｔ変数」 、への一般的に知られた変換を使用し、近軸運動方程式（１）の単純化した式は 、次のように得られる。 式（２）の変数ＴはΦ、Φ’及びΦ₂の関数であり、 を満たす。 Ｔに関するこの式（３）は、Ｘの関数としてのｘに関する式とその微分を式（ １）に代入することにより得られる。 色収差の補正要素の補正器の強さの定義に達するために、回転対称なレンズの 類似を考慮する。回転対称なレンズに対しては、色収差の係数Ｃ_cは、次の式に より一般的に知られた方法で定義される。 記号は、次のような意味である。 ｘは、前記光軸に平行に移動しレンズに入射する電子に関する光軸からの距離 である。 Δ（ｘ’）は、色収差により起こり、レンズにより偏向された後の電子経路と 光軸の間の角度の偏差である。ここでｘ’（＝ｄｘ・ｄｚ、ｚは光軸方向の軸の 位置）は、電子経路と光軸の間の角度である。 ΔΦ／Φ_0nは、公称エネルギーΦ_0nに関する電子のエネルギーの（等価電圧方 法で表現された）偏差ΔΦである。Φ₀は一般的に、電子が補正器に入るときの ポテンシャルである。この量は、それゆえ、熱エネルギー拡散ΔΦを含む。それ ゆえ、公称エネルギーを有しない電子については、Φ₀＝Φ_0n＋ΔΦである。 ｆは、レンズの焦点距離である。（また、１／Ｋとして表現され、レンズの逆 強さである。） 前記定義と同様に、色収差に関する補正要素の補正器の強さＫ_corrは、次のよ うに定義される。 または、 まだ説明されていない式（５）と（６）の記号は、以下の意味である。 Ｘは補正要素の電子に関する光軸からの距離である。 Ｘ（１）は、ｚ＝１の領域即ち、補正要素の出力での、Ｘ値である。電子は、 光軸に平行に、補正要素に入出力すると仮定される。そのため、Ｘ’（−１）＝ Ｘ’（１）＝０である。 ΔＸ’（１）は、電子経路と、補正されるべきレンズの色収差の補正に関する 光軸の間の角度の偏差である。ここで、Ｘ’（ｄＸ／ｄｚ）は電子経路と光軸の 間の角度である。 ｘ−ｚ面の補正要素の強さの式を見つけるために、それゆえ、電子経路と光軸 の間の角度の偏差ΔＸ’（１）が決定されなければならない。このために、最初 に、関数Ｔ（式（３）参照）が明確に決定され、次に、Ｔの明確な式を用いて、 式（２）の微分方程式の解により、量ΔＸ’（１）が決定される。上記計算を実 行するために、摂動論が適用される。２次以上の展開がされないＴとＸ’の級数 展開が使用される。 ＩＩＩ−２−ａ−１ 関数Ｔの決定 関数Ｔの決定は、式（３）に基づく。補正要素の中のポテンシャルΦの変化は 、電子が補正要素に入る時の（等価ポテンシャル法で表現される）エネルギーΦ₀ に関して小さいと仮定される。補正要素の中の任意の電子の全てのポテンシャ ルΦに対して、次のように書くことができる。Φ＝Φ₀＋εｇ、ここで、ｇは、 ｚの関数で、補正要素のポテンシャル変化を表す。εは、次数パラメータで、そ の指数は級数展開の次数を示す。量Φ₀は、定数であり、ｚの関数ではない。 計算は、公称ポテンシャルΦ_0nの電子と任意の量ΔΦ偏差した電子の、全ての 電子に対して成り立つ。このため、電子は、ポテンシャルΦ_0n＋ΔΦを有する。 関数ｇ＝ｇ（ｚ）に対しては、計算は、補正要素の入り口（ｚ＝−１）と出口 （ｚ＝１）で行われる。ｇ（−１）＝ｇ’（−１）＝ｇ（１）＝ｇ’（−１）＝ ０である。Φに対して前記選択を使用して、Φ’＝εｇ’である。 Φ₂の選択は、Ｓｃｈｅｒｚｅｒの引用論文の式（２．６）に基づく（１１７ 頁参照）。この式Φ＝Φ₀＋εｇ（公称エネルギーの軸ポテンシャル）では、Φ ’＝εｇ’及びΦ”＝εｇ”が挿入され、２次項まで展開される。これらの実行 でΦ₂を生じる。 式（７）は、非特定関数ｈ＝ｈ（ｚ）で−（１／１６）ｇ’²を置き換えて一 般化する。式（７）は次のようになる。 （Ｓｃｈｅｒｚｅｒ公式（２．６）による項Φ’²／Φに従って望ましいポテ ンシャル変化を示す装置を製造することは実際には非常に難しいので、この一般 化が行われる。この関数ｈの実際の出現は、最終的な補正効果に影響を及ぼさな いということが、計算に従い、コンピュータシミュレーションで立証される。こ のため、この一般化は正しく、それゆえ前記項は正確に実現される必要はない。 ） 式（８）は、前述の式Φ＝Φ₀＋εｇ及びその微分Φ’＝εｇ’及びΦ”＝ε ｇ”と同様に、この関数が、εの２乗の項を含むように展開された後に、関数Ｔ についての式（３）に代入される。 式（９）は、１次項Ｔ₁（εに比例）と２次項Ｔ₂（ε²に比例）を有する。そ れゆえ、もし、Ｔ＝Ｔ₁＋Ｔ₂と書かれるなら、 及び が成り立つ。 ＩＩＩ−２−ａ−２ 出射角ΔＸ’（１）の偏差の決定 出射角ΔＸ’（１）を決定するために、最初に（既にＩＩＩ−２章で示した） 補正要素が直視を有する方法で、関数ｈが決定される。これは、式（１８）とな ろう。続いて、補正要素の強さが、軸Φ（ｚ）でのポテンシャルの関数として決 定される。これは、式（２０）を生じる。 経路方程式Ｘは、３つの項の和として記述される。即ち、１に等しいゼロ次項 と、１次項Ｘ₁と、２次項Ｘ₂により、Ｘ＝１＋Ｘ₁＋Ｘ₂となる。（またＸ’＝Ｘ₁ ’＋Ｘ₂’及びＸ”＝Ｘ₁”＋Ｘ₂”である）。式（２）により与えられたＸの微 分方程式は、上記式Ｘ＝１＋Ｘ₁＋Ｘ₂とＸ’＝Ｘ₁’＋Ｘ₂’と、Ｘ”＝Ｘ₁”＋ Ｘ₂”及び前述の式Ｔ＝Ｔ₁＋Ｔ₂を代入するとつぎのようになる。 １次項と２次項を分離し、Ｔ₁の式（１０）に代入すると、Ｘ₁は、 となる。 式（１２）の２次項に関して、Ｘ₂は次のようである。 Ｔ₁の式（１０）、Ｔ₂の式（１１）、Ｘ₁の式（１３）に代入すると、となる。 Ｘ₂は経路方程式の２次項を表すので、予想できるように、Ｘ”₂はε²に比例 するということは、式（１５）より明らかであるということに注意する。Ｘ₂の 上記微分方程式は、期間ｚ＝−１からｚ＝１に亘って積分される。 この積分に、次が使用される。 式（１７）は、２次条件ｇ（−１）＝ｇ’（−１）＝ｇ（１）＝ｇ’（１）＝０ の部分積分の結果である。式（１７）のＸ₂’（−１）はゼロに等しい。それは 、Ｘ’（−１）＝Ｘ₁’（−１）＋Ｘ₂’（−１）であるからである。ここで、式 （１３）の組み合わせの２次条件ｇ’（−１）＝０のためにＸ’（−１）はゼロ である。また、Ｘ₁’（−１）はゼロに等しい。式（１３）共に２次条件ｇ’（ −１）＝０のためである。 形∫ｈｄｚは、また、−∫ｇ’²ｄｚで表現されることができる。このために 、公称エネルギーに対し、補正部は直視を有しなけらばならないという要求が使 用される。それにより、ΔΦ＝０に対し Ｘ’（１）＝０またはΦ₀＝Φ_0nである。２次条件ｇ（１）＝０と共に式（１３ ）に基づいて、Ｘ’（−１）＝Ｘ₁’（−１）＋Ｘ₂’（−１）及びＸ₁’（−１ ）＝０が成り立つので、Φ₀＝Φ_0nに対してＸ₂’（１）＝０が成り立つ。これは 、式（１６）の左辺項はゼロでなけらばならないことを意味し、∫ｈｄｚと−∫ ｇ’²ｄｚの関係は、となる。 上記積分式（１８）は、式（１６）のｈに代入できる。ここで、Φ₀＝Φ_0n＋ ΔΦは電子の非公称ポテンシャルである。Ｘ₂’（１）−Ｘ₂’（−１）＝ΔＸ₂ ’（１）に対しΦ’＝εｇ’もまた代入される（ＩＩＩ−２−ａ−１章参照）。 これは、 を生じる。 補正要素の強さは、式（６）により与えられる。ここで、分子の量ΔＸ₂’は 式（１９）で与えられる。式（６）の分母Ｘ（１）に関しては、それが２次であ ることに注目する。それは、Ｘ（１）＝１＋Ｘ₁（１）＋Ｘ₂（１）について、Ｘ₁ （１）＝０（なぜなら式（１３）と結合してｇ（１）＝０）及び、Ｘ₂（１）は ２次なので、それによりＸ（１）は２次となるからである。式（６）の分子は２ 次なので（式（１６）でε²が発生を参照）、式（６）の分母 のＸ（１）は１と等しくできる。このような状況で、式（１９）を式（６）に代 入すると、ｘ−ｚ面の補正要素の強さＫ_corrに関する最後の式が得られる。 ＩＩＩ−２−ａ−３ ｙ−ｚ面での補正要素の強さの決定 この章で記述される計算は公称ポテンシャルΦ_0nの電子に対して成り立つ。Ｓ ｃｈｅｒｚｅｒの論文の方程式（１．４）に基づき、ｙ−ｚ面での近軸運動方程 式が成立し、ｙ−ｚ面で、減少した軸Ｙへの知られた変換が行われ、ｘ−ｚ面に 類似し：Ｙ＝ｙΦ^1/4、ｙ−ｚ面での近軸運動方程式Ｙ”＋ＴＹ＝０を生じる。 （ｘ−ｚ面での式（２）と比較）。関数Ｔは今適用でき： である。 ｙ−ｚ面での関数Ｔの式は、Φ₂／Φの符合を除いてｘ−ｚ面での関数Ｔと同 一であることに注意する。 ｙ−ｚ面での補正要素の強さＫ_yは、次のように定義される。 Ｙ＝１＋Ｙ₁＋Ｙ₂が、ｘ−ｚ面に関する計算に類似して定義され る。領域１（そのためＹ₁（１））の１次項Ｙ₁はゼロである。これによりＹ（１ ）＝１＋Ｙ₂（１）、Ｙ₂（１）は２次となる。これにより式（２６）の分母Ｙ（ １）は、２次となる。分子Ｙ’（１）はｙ−ｚ面では２次であり、そのため、分 子のゼロ次以上の項は無視され得る。そして、分子は１と仮定される。このよう にｙ− れにより上記関係Ｙ（１）＝１＋Ｙ₂（１）に従って、Ｋ_y＝−Ｙ₂’（１）が成 立する。 Ｙ₂’（１）に対してまだ決まっていない式は、Ｘ₂’（１）（式（１６）に従 う）と同じ構造を持つ。しかし、関数Ｔと逆符号のために、Ｙ₂’（１）に関す る式の微分の幾つかの係数は異なった値を持つ。ｙ−ｚ面と同じ方法で行われた 計算の後、最終的にＹ₂”に対して以下の式が得られる。 この式は、ｘ−ｚ面で成立する式（１５）と類似している。ｘ−ｚ面で使用した 計算と類似した計算を使用し、最終的にＹ₂’（１）に関する以下の式が式（２ ３）より得られる。この式はｘ−ｚ面に対する式と類似している。式（１５）が一度積分され、ｈに 関する積分式（１８）がそこで含まれるときに発生する。 最後に、εｇ’＝Φ’が式（２４）に代入された時に、ｘ−ｚ面 の補正要素の強さＫｙに関する最終的な式が得られる。 式（２０）を使用し、Ｋｙの値を生じる。 重要な結論が、式（２６）から導かれる。１つの直視補正要素の場合には、ｙ −ｚ面のレンズ強さは、ｘ−ｚ面の補正強さよりも何倍も大きい。それゆえ、こ のファクタの値は、１４の大きさのオーダーである。典型的な構成を用いたコン ピュータシミュレーションと正確な電子経路を用い、ファクタは約２０であるこ とが明白であり、それによって、前述のアプローチは、いずれにせよ、正しいオ ーダーの大きさのファクタを生じる。 量Ｋｙはレンズ強さを示し、その量の逆数値は焦点距離を表し、また、量Ｋ_{co rr} は補正器強さを表し、電子の偏差エネルギーがどの程度かを示す量は補正要素 の置かれた光軸に関する角度偏差を示すということに注意する。 ＩＩＩ−２−ｂ 補正系での補正要素の使用 らい高い値であることが想定されることが以後立証される。このために、上述の 単一の補正要素が、Ａｒｃｈａｒｄの前記論文に記載された色収差に関する知ら れた系の部分を構成することが仮定される。そこで記載された補正系は、各々は 強さＫ_Qを有する２つの四極子レンズの組み合わせと、強さＫ_Q／２を有する２つ の四極レン ズの間に配置された単一の補正要素よりなる上述の幾つかの補正サブシステムと より構成される。全体の補正系はこのように、第１四極レンズと、第１及び第２ のサブシステム及び、第２の四極レンズが連続して構成される。計算のために、 補正系の全ての四極レンズと単一補正要素は薄い要素で形成されていると仮定す る。各四極レンズは、強さの逆数（即ち１／Ｋ_Qまたは２／Ｋ_Q）を合計する色収 差係数Ｃ_c,Qを持ち、第１四極レンズと第１補正サブシステムの間の距離ｄに関 して、ｄ＝１／Ｋ_Qが成立する。それは、第２補正サブシステムの間の距離ｄに 関しても成立し、２つの補正サブシステムの間の距離２ｄに関しては、２ｄ＝２ ／Ｋ_Qが成立する。補正系全体の出口のｘ−ｚ面の色の倍率誤差のみが計算され る。ｙ−ｚ面の色の倍率誤差は非常に小さいからである。 強さＫ_Qの四極子の場合には、一方の側のｘ₀とｘ₀’（ｙ−ｚ面上で出て行く 射線と光軸或は射線の傾斜との間の距離）及び、他方の側のｘ_iとｘ_i’の間の関 係（ｙ−ｚ面上で入射する射線と光軸或は射線の傾斜との間の距離）は、次の関 係が成立する。 ここで、δΦは、加速電圧の公称値Φ₀に関する相対偏差であり、δΦ＝ΔΦ／ Φ₀である。 同様に、ｙ−ｚ面の関連する量の間に以下の関係が成立する。 最後に、射線の回折無しに距離ｚに亘った射線の移動に対して、同様に次の式 が成立する。明らかに、対応する関係はｙ−ｚ面の対応する量について成立する。 更に、ｘ−ｚ面で上述の単一補正要素に関して次の式が成立する。 一方、ｙ−ｚ面の関連する量の間の関係に関して次の式が成立する。 式（３０）と（３１）では、量δΦはｘ₀に関する最終的な式に貢献しないマ トリックス要素から、その中でδΦが発生しても、省略されている。これは、現 在の計算は単に、色の倍率誤差の大きさのオーダーの感触を与えることを目的と しており、また、前記マトリックス要素は単に、最終的な値ｘ₀に無視できるく らい小さいδΦの高次の貢献をするだけだからである。このような無視はまた、 以下の、マトリックスの詳細のために起こる。 上記式（２７）及び（３０）を使用し、ｘ−ｚ面の補正サブシステムについて 、（即ち、２つの四極レンズの間に配置され、各々は 強さＫ_Q／２を有する単一補正要素よりなる系）次のようになる。 また、式（２８）と（３１）を使用し、ｙ−ｚ面に関して、 式（３２）と（３３）の微分に関して、全四極子の色収差はゼロと仮定される 。もし、Ｋ_CORR＞＞Ｋ_Qなら、この仮定は有効である。補正系全体のｘ−ｚ面で のビーム経路は、第１四極子と第１及び第２サブシステムと第２四極子のビーム 経路を結合することによりわかる。全四極子の色収差はゼロであることが再び仮 定される。これにより次を生じる。 Ｘ₀に関する上記式（３４）の詳細は次を生じる。 もし、Ｋ_CORR＞＞Ｋ_Qが成立するなら、（既に前のＩＩＩ−２−ａ 次のように近似できる。 Ｋ_corr＞＞Ｋ_Qならば、式（３６）は好適な近似を示す。Ｋ_corrは実質上Ｋ_Qの 数倍（例えば３またはそれ以上）に等しいなら、この式（３６）は、色の倍率誤 差は許容できないくらい大きいくなるということを立証するのに使用できる近似 を保つ。 式（３４）から、Ｘ₀’に関し、次のようになる。 もし、上記仮定（即ち、全四極子の色収差がゼロである）が許容できないなら 、式（３７）は、次のようになることに注目される。 色収差補正器としての好適な動作として、出射角ｘ₀’と出射高ｘ₀（それにより ｘ₀’／ｘ₀）はδΦに直接比例することが必要である。この要求は、式（３６） の項δΦ（４Ｋ_corrＫ_y／Ｋ_Q ²）が１に関して十分に小さいときにのみ、満足さ れる。前記ＩＩＩ− よってこの項は５６δΦ（４Ｋ_corr／Ｋ_Q）²となる。後者の式の量の実際の値は 、例えば、Φ₀＝５００Ｖ、ΔΦ＝０．２５Ｖ、であり、それにより、δΦ＝１ ０^-4、及び、Ｋ_corr-ｐＫ_Qである。ここでｐは、比例定数である。式（３８）よ り、ｐは、どのような 場合にも１より大きくなけらばならい。実際には、ｐの値は、３から５の大きさ のオーダーの値が選択されねばならない。これらの値を用い、前記項は０．４５ と大体等しくなり、それにより、１に関して無視できるくらい小さくない。それ ゆえ、この知られた構成の補正器全体の色の倍率誤差は、このような大きな値を 取るので、Ｓｃｈｅｒｚｅｒにより提案された補正部を使用するＡｒｃｈａｒｄ により提案された補正系は、実際には使用できない。これは、１１Ｉ−２章で述 べたｒ_spotに関する式は、この様に高い値を仮定するので、補正されるべき粒子 レンズの解像度に関する利得が、色の倍率誤差による解像度の損失により、実際 には相殺されるからである。発明の概要 ＩＶ 本発明の目的とステップ 本発明の目的は、前述した色の大きな倍率誤差の問題が起こらない、前述のこ の種の補正装置を提供することにある。このために、本発明の実際の光学装置は 、補正要素（３４，４０）は少なくとも５層の電極を有することを特徴とする。 ＩＶ−１ 本発明に従って行われるステップの説明 多くの電極層を有する場合には、１つの補正要素の伝達特性は、計算を使用し て得られる。そのような構成要素による完全な補正器の色の倍率誤差は十分に小 さいことが立証される。ＩＩＩ−２−ａ−３章で与えられた記述と類似して、出 発点は、経路方程式Ｙ＝１＋Ｙ₁＋Ｙ₂の関係である。ここで、Ｙ₁は１次項、Ｙ₂ は２次項である。今、Ｙ”＝Ｙ₁”＋Ｙ₂”が成立する。電子に及ぼす平均力は平 均＜Ｙ”＞に比例する。（＜Ｙ＞はＹの値の平均を表す。）Ｙ”の平均値＜Ｙ” ＞は、この様に＜Ｙ”＞＝＜Ｙ₁”＞＋＜Ｙ₂”＞と表される。 式（１３）と同様に、次が成立する。 関数ｇは、補正要素の項軸でポテンシャル変化を表す、ｚの関数である。補正要 素は幾つかの層で構成されるので、関数ｇは連続的周期的変化を示す。周期の数 は層の数の半分に等しいので２次微分ｇ”も連続的周期的であろう。多くの周期 に亘ったこのような関数の平均値は、実質的にゼロである。それにより、＜Ｙ₁ ”＞も０に等しい。この様に、＜Ｙ”＞＝＜Ｙ₂”＞である。＜Ｙ₂”＞の決定は 式（２７）を使用し、以下が直接導かれる。 式（４０）では、式（１７）のように、等式＜ｇｇ”＞＝−＜ｇ’²＞が再び使 用される。この等式は、正確に、整数周期で成立し、小さすぎない周期数の場合 に好適な近似として成立する。さらに、式（１８）に類似し、式ｈ＝−（１／１ ６）＜ｇ’²＞が使用されることができる。後者の２つの等式を代入すると次の 式を得る。 Φ＝Φ₀＋εｇ（ＩＩＩ−２−ａ−１参照）に対しては、Φ’＝εｇ’である。 また、＜Ｙ”＞＝＜Ｙ₂”＞に対しては、 となる。式（４２）の微分に対しては、電子は補正要素の光軸に高さ１で平行に 入射するということが仮定される。光学要素の振舞いは線形であるので、高さＹ₀ で入射する電子に関しては、一般的に式（４２）は更に、Ｙ₀を乗じなければな らないということが成り立っ。 式（４２）を基にして、光軸に平行に移動する電子は光軸方向に加速されると 推論される。 上記式（４２）、光軸にほぼ平行に伸びる電子経路の領域でのみ成立する。以 下の微分方程式が電子経路Ｙ（ｚ）で成立することを立証する更なる計算が行わ れる。 知られているように、式（４３）のような形を持つ微分方程式は、正弦関数の形 の解を持つ。これは、再び、このような関数により現される電子経路は、常に軸 方向の力を受ける。補正要素は、ｙ−ｚ面の電子経路の進路か実際には半波長の 整数の正弦波状（それにより、出射面の正弦関数の角度はｎ．π）になるように 、励起される。Ａｒｃｈａｒｄによる知られた補正要素では、ファクタＫ_yが１ つの補正要素に関する伝達マトリックスの中で発生することが既に立証されてい る（式（３１）参照）。そのファクタは式（３５）と（３６）の中でも起こる。 後者の式の中でのこのファクタの発生は関連する補正器の中の色の倍率誤差を引 き起こす。本発明による補正要素に関し、式（３１）に対応する式は次のように なることが立証される。 後者の式（４４）は、単に、角度αＺの正弦波状経路に関する伝送マトリックス Ｔとなる。ここで、αに対し次が成立する。 式（３１）の中の変数Ｋ_yの位置は、式（４４）で値₀を有する。それにより、 式（３５）のファクタδΦは相殺される。これは、色の倍率誤差はかなり低減さ れる。図面の簡単な説明 Ｖ 図面の簡単な説明 本発明は図を参照してさらに詳細に説明される。対応する要素は、同一番号で 示される。 図１は本発明に従った補正装置（補正器）が使用できる粒子光学的装置の対応す る部分を示す図である。 図２はｘ−ｚ面とｙ−ｚ面の両方に対する補正要素と四極子より成 る補正器を示す図である。 図３はｘ−ｚ面とｙ−ｚ面の両方に対する知られた補正器のビーム経路を示す図 である。 図４は本発明の補正要素の１つの層を構成する電極の形をを示す。 図５は本発明の補正要素をを示す図である。 図６は１１層電極より成る本発明の補正要素のｘ−ｚ面とｙ−ｚ面の両方に対す るビーム経路を示す図である。 図７は１１層電極より成る補正要素の本発明の補正器のｘ−ｚ面とｙ−ｚ面の両 方に対するビーム経路を示す図である。 図８は５層電極より成る本発明の補正要素のｘ−ｚ面とｙ−ｚ面の両方に対する ビーム経路を示す図である。 図９は５層電極より成る補正要素の本発明の補正器のｘ−ｚ面とｙ−ｚ面の両方 に対するビーム経路を示す図である。 図１０は色の倍率誤差が正確にゼロになるように補正要素が励起された本発明の 補正器のビーム経路を示す図である。発明の詳細な記載 ＶＩ発明の実施例の詳細な説明 図１は走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）の柱状部２の部分の形の粒子光学的装置を 示す。通常は、電子ビームはこの装置の電子源から放出され（図示していない） 、前記ビームは光軸４に沿って進む。電子ビームは１つまたはそれ以上のコンデ ンサーレンズ６のような電磁的レンズを横切り、対物レンズ８に達する。このい わゆる単極レンズは、試料室１２の壁１０によってもまた形成される、磁気回路 の部分を形成する。対物レンズ８は、試料１４を走査する電子ビーム焦点を形成 するのに使用される。走査は、対物レンズ８の中に設けられた走査コイル１６に よってｘ方向及びｙ方向に試料を横切って電子ビームを移動することにより起こ る。試料１４は、ｘ方向の移動のためのキャリア２０とｙ方向の移動のためのキ ャリア２２を 有する試料テーブル１８の上に配置される。試料の好ましい領域は、２つのキャ リアにより検査することにより選択され得る。この顕微鏡で像を描くことは、対 物レン８の方向に戻る、試料から放出された２次電子により実現される。２次電 子はこのレンズの内穴に設けられた検出器２４によって検出される。検出器を動 かし、また、例えば陰極線管（図示していない）などにより、検出された電子の 流れを試料の像を形成するのに使用できる信号に変換するための制御部２６が検 出器に接続される。後述するように、色収差を補正するための補正器２８は、コ ンデンサレンズ６と対物レンズの間に配置される。 図２はｘ−ｚ面とｙ−ｚ面の両方に対する補正要素と四極子より成る補正器の 構成を示す図である。この図は、図に含まれている補正要素３４と４０に依存し て、本発明の補正器と、到達技術よりられた補正器を表すことができる。両場合 の完全な補正器は、第１四極子３０と、第２四極子３２と、第１補正要素３４と 、第３四極子３６と、第４四極子３８と、第２補正要素４０と、第５四極子４２ と、第６四極子４４との連続より成り、全ての要素は、光軸４に関して中心が合 わされている。図２の上図は、ｘ−ｚ面に適用され、下図は、ｙ−ｚ面に適用さ れる。これは、四極子の記号を基に推論される。１つの面の四極子は、他の面の 四極子と対抗する。 図２がＡｒｃｈａｒｄによる引用文献から知られた補正器を表すときには、第 １補正要素３４がｙ−ｚ面で正の回折効果を有しｘ−ｚ面で中性である。この要 素の効果はシリンダレンズの効果と考えられる。第２補正要素４０はｘ−ｚ面で 正の回折効果を有しｙ−ｚ面で中性である。この要素の効果もシリンダレンズの 効果と考えられ、前のシリンダレンズと垂直に伸びる。知られた補正器の四極子 ３２と３６は補正要素３４の中に集積され、四極子３８と４２は補正要素４０の 中に集積される。これは、補正器の振舞いに関しては、大きな差を生じない。こ のような補正器に関しては、その中 の、電子線の進路はコンピュータシミュレーションによって決定されることがで きる。 図３は、市場でに手に入るシミュレーションプログラムによる、上述のコンピ ュータシミュレーションの結果を示す。このコンピュータプログラムは”ＴＲＣ ／ＴＲＡＳＹＳ”として知られ、また、オランダＤｅｌｆｔのＤｅｌｆｔ技術大 学の応用物理学科、粒子光学グループから手に入る。前記シミュレーションプロ グラムに従って要求される電界は、分析的な表現で入力できる。或は、”ＥＬＤ ，静電レンズ設計”及び”ＥＭＤ，静電多極設計”として知られる幾つかのプロ グラムにより計算できる。これらのプログラムは、前述のＤｅｌｆｔ技術大学よ り手に入る。 図３はｘ−ｚ面とｙ−ｚ面に対する知られた補正器の電子線の進路を示す図で ある。電子線の進路のシミュレーションに関しては、加速電圧Φ_0n＝１０００Ｖ で、入射電子ビームの中の電子は、３つのエネルギー、即ち、１０００Ｖの公称 電圧、偏差ΔΦ＝±２Ｖの間で分散される。この補正器の補正要素３４と４０は 、全く同一である。しかし要素４０は要素３４に対し９０°回転されている。こ の補正器の各四極子は、そして補正要素の四極子は、双曲線の接線の半径０．７ ５ｍｍの中心穴を有し、図４に示すように、構成されると仮定する。２つの四極 子３４と４０は、電気的終端のために、連続的に、管で構成される。１．５ｍの 内径を有し、厚さ１．５ｍｍの第１四極子が１ｍｍの距離で続き、また、１ｍｍ の距離で１．５ｍの内径を有する電気的終端のための管が１ｍｍの距離で続く。 四極子３０に関しては、電極の電圧は、ｘ−ｚ面とｙ−ｚ面に対しそれぞれ、＋ ４．３４Ｖと−４．３４Ｖに等しい。四極子４４に関しては、反対の値が成立す る。補正要素の直接隣接する四極子は、これらの補正要素と集積されている。こ れは、補正器の動作に関しては、大きな差は生じない。各補正要素は、連続的に 、前記内径と０Ｖの電圧を持つ管より成り、１ｍｍの厚さを持つ第１の四極子が １ｍｍの距離で連続し、１．５ｍｍの厚さを持つ第２の四極子が１ｍｍの距離で 連続し、１ｍｍの厚さを持つ第３の四極子が１ｍｍの距離で連続し、前記内径と ０Ｖの電圧を持つ管が１ｍｍの距離で連続する。補正要素の外側の２つの四極子 ３２、３４，３６の電極の電圧は、それぞれ、ｘ−ｚ面に対しては−８０．３Ｖ であり、また、＋８０．３Ｖである。中央の四極子の電圧は、それぞれ、−５５ ６．８Ｖ及び＋５５６．８Ｖに等しい。補正要素３８，４０，４２の対応する四 極子の電圧に関しては、反対の値を有する。 光軸４に平行に入射する射線４６の更なる進路は、ｘ−ｚ面に対しては射線４ ８で、また、ｙ−ｚ面に対しては射線５０で示される。 図３は、関連する参照番号で、図２の様々な光学要素の位置を示す。分散が起こ らない限り、異なったエネルギーの電子は全て同じ経路を通る。 第１四極子３０と第２四極子３２は、射線５０（即ちｙ−ｚ面の射線）が補正 要素３４の中心を通過するように励起される。第１四極子３０の（わずかな）色 収差のために、射線５０は、四極子から発出するときに、わずかに角度偏差を受 ける。それによって、異なったエネルギーの射線は、わずかに異なった高さで、 補正要素３４に入る。ｙ−ｚ面の第１補正要素３４は、強いレンズなので、異な ったエネルギーの射線は、この高さの差により異なった角度で系３２，３４，３ ６から発出する。これは、公称エネルギーを有する射線５０の電子は補正要素３ ４より、射線５０に平行に、実際に移動無しに、射線５０−ｂとして発出するこ とを意味する。一方、これらの要素を通過するエネルギー差により、射線５０は 更に射線５０−ａに（正エネルギー偏差で）と５０−ｃに（負エネルギー偏差で ）分離される。従って、これらの３つの射線は、四極子３８に相互に異なる高さ と角度で入射する。３つの射線は、実質的には、１つの物体の点（即ち、補正要 素３４の中心の光軸４０と射線５０の交叉点）から発するので、３つの射線は、 互いに実質的に平行に第 ２補正要素へ入り四極子３８で回折される。第２補正要素４０は、ｙ−ｚ面でレ ンズ効果を有しないので、３つの射線は、同じ高さの差でこの要素４０から発出 する。しかし、相互のエネルギー差により、３つの射線は、異なった角度で、要 素４０から発出する。補正要素の色収差補正効果は、この角度差の発生により明 らかである。続いて、射線は四極子４２により再び光軸の方向へ偏向される。偏 差するエネルギーの２つの光線は、中央射線と比べた角度偏差を保持する。四極 子４４は、再びもとにへ射線を偏向し、公称エネルギーの射線は、再び光軸に平 行に向けられる。他の２つの射線は、公称エネルギーの中心射線に関する角度偏 差を保持する。図は、比較的小さな色の倍率誤差が発生すること（即ち、四極子 ４４からの出射時の高さの差）を示す。しかし、実際上は許容できる。 ｘ−ｚ面では、第１の四極子３０により、射線４８は光軸から離れる様に偏向 されその後、比較的大きな高さで、系３２，３４，４６に入る。四極子３２は、 この射線を、光軸に平行に補正要素３４に入るように、偏向する。ｘ−ｚ面と公 称エネルギーの電子に関しては、補正要素３４は、中性効果を有し、しかし、こ の要素の中ではエネルギーを偏差させるための強い角度偏差が起き、そのため、 四極子３６より発出する射線は互いに角度偏差を持つ３つの射線に分割される。 系３２，３４，４６から系３８，４０，４２の距離に亘って、この角度偏差は、 ３つの射線が後者の系に入ると共に、高さの差に変換される。この高さの差は、 実質的に、射線５０がｙ−ｚ面で補正要素３４に入る高さの差よりも大きい。こ れは、四極子３０と補正要素３４との間の距離は、補正要素３４と４０の間の距 離よりも小さいという事実による。また、特に、四極子３０は、結局、色収差の 補正のために設計されそれゆえ強い散乱を起こす補正要素３４により起こされた 散乱よりも実質的に小さい散乱を起こすという事実による。四極子３８はこれら の３つの射線の進路にわずかな効果を有するが、しかし、ｘ−ｚ面の第２補正要 素４０は強い レンズなので、この要素の中では高さの大きな差によるエネルギーの異なる射線 間で大きな角度差が起きる。これらの射線の間では、公称エネルギーの射線は、 四極子４４により再び光軸に平粉方向に向き（ｘ−ｚ面に関しては積極的に動作 し）、一方、偏差しているエネルギーの射線は異なった角度で発出する。しかし 、記述した処理の結果、これらの３つの射線５２−ａ、５２−ｂ及び５２−ｃは 補正系よ実質上偏差する高さで発出する。これは、大きな色の倍率誤差を意味す る。本発明は、この問題の解決方法を提供する。図４は、本発明の補正要素を形 成するために幾つかの更なる電極と組み合わせて使用した電極の形を示す。この ように構成された補正要素は、図５を参照して以後詳細に説明されよう。図４に 示す電極は、４つの平面形の導体（極）６０−ａ，６０−ｂ，６０−ｃ及び６０ −ｄよりなり、互いに電気的に絶縁され、この図の面に垂直に伸びる光軸４の回 りに対称にグループ化されるために、１つの平面に配置される。この図は、また 、相互に垂直なｘ及びｙ方向を示す。これらの極の境界線は、光軸に面し、双曲 線に接する仮想中心円の周りに配置された双曲線のような形である。製造上の簡 単化のために、双曲線の形は、円弧により知られた方法で近似される。各極６０ −ａから６０−ｄは、それぞれ、ポテンシャルＶ₁、Ｖ₂、Ｖ₃及びＶ₄に調整され る。最も簡単な場合には、Ｖ₁とＶ₃は等しく、Ｖ₂とＶ₄も同様で、その場合には Ｖ₁とＶ₃は反対である。しかし、代わりに、四極子効果を失わずに、固定の量を 全ての前記ポテンシャルに加えることも可能である。この固定の量は、補正要素 の次の電極で、違う値を取っても良い。それで、静電単極子、即ちレンズ効果を 有する要素が、四極子に重ねられる。図４に示す極の配置は、好ましい四極子効 果を実現するための１つの可能性のみを示す。代わりに、知られた方法の多数の 極（例えば１２）を使用することも可能である。光軸に面する境界線は短くかつ 線形になり前記線形部分は光軸の回りに円上に所定の隙間で対象に配置される。 これら の各極は、四極場が好適に近似されるように励起される。しかし、その上に、重 ねられた高次の場もまた形成される。四極子の形は、広い意味では、本発明の考 えに関連しない。 図５は、本発明の、図４に示す電極のように構成され、連続的に配置された１ １個の電極、６２，６４−ａ，６４−ｂ．．．，６４−ｉ及び６６よりなる補正 要素の側面図である。電気的終端の目的で、０Ｖの管が、電極６２の左及び、電 極６６の右に配置される。前記各電極は、層と呼ばれ、前記層は共に、光軸にお いて（単極子）ポテンシャル変化Φ₀及び光軸の近くに（四極子）ポテンシャル 変化Φ₂を生じる。各層の斜線は、四極子の励起が起こる方向を示す。層６２， ６４−ｂ，６４−ｄ，６４−ｆ，６４−ｈ及び６６は同じ方向に励起されること を示す。層６４−ａ，６４−ｃ，６４−ｅ及び６４−ｇは前記方向と逆の方向に 励起される。この励起は、ｘ−ｚ面で対応する層上に交互に正または負レンズで 示した記号により示される。ｙ−ｚ面では勿論前者と反対である。図５は、また 、光軸で（単極子）ポテンシャル変化Φ₀を示す。各四極子６４−ａから６４− ｉは四極子励起だけではなく、単極子励起も有し、一方、２つの四極子６２と６ ６は、四極子励起のみを有する。 図５に従った補正要素のｘ−ｚ面及びｙ−ｚ面の両方の電子線の進路を図６に 示す。これらの射線のシミュレーションに関し、加速電圧Φ₀は１０００Ｖ、入 射射線の電子は３つのエネルギーの間で分散される。即ち、公称電圧は１０００ Ｖで、偏差はΔΦ＝±５Ｖである。この場合、更なるシミュレーションデータは 、層６２と６６のポテンシャルはｘ−ｚ面で２６２．８Ｖまた、ｙ−ｚ面で−２ ６２．８Ｖであり、層６４−ａ，６４−ｃ，６４−ｅ，６４−ｇ及び６４−ｉの ポテンシャルはｘ−ｚ面で１０７．１Ｖまた、ｙ−ｚ面で９３１．９Ｖである。 層６４−ｂ，６４−ｄ，６４−ｆ及び６４−ｈのポテンシャルはｘ−ｚ面で−１ ２６．９Ｖまた、ｙ−ｚ面で−９１２．１Ｖである。双曲線に接する中心円の半 径は、１．５ ｍｍである。四極子６２と６６及び隣接四極子６４−ａと６４−ｉの間の距離と 同様に、それぞれ、四極子６２と６６と電気的終端のための隣接した管の距離は １ｍｍに等しい。 四極子６２と６６の厚さは１ｍｍに等しい。全ての四極子６４−ａから６４− ｉの厚さは隙間と同様に１．５ｍｍに等しい。図６は、前記シミュレーションプ ログラムと前記寸法とポテンシャルを使用したシミュレーションにより得られた 図である。 電子線６８が補正要素の第１四極子６２に、光軸４に平行に入射する。ｘ−ｚ 面では、補正要素の第１四極子６２により光軸から離れる様に偏向される。その 後、次の四極子６４−ａにより再び光軸に向かって偏向される。これが、四極子 ６４−ｂから６４−ｉにより何回か繰り返され、その後、四極子６６により、射 線７０は補正要素から再び、光軸に平行に発出する。厳密に言うと、後者は、１ ０００Ｖの公称エネルギーを有する電子にのみ成立する。；５Ｖまたは−５Ｖ偏 差する電子は、わずかに偏差した角度の経路、即ち、それぞれ経路７２と７４を を進む。この図は、ｘ−ｚ面では、補正要素の出口で、実際に色の倍率誤差が起 こらないことを示す。図６に示す補正要素の補正効果は、射線７２と７４の間の 比較的大きな角度差として、明白である。 ｘ−ｚ面では、射線６８は補正要素の第１四極子６２により光軸に向かって偏 向される。その後、再び次の四極子６４−ａにより光軸から離れる向きに向かっ て偏向される。次の四極子６４−ｂは、電子を線を光軸に向かって再び偏向する 。この射線は四極子６４−ｃの領域で前記軸と交叉し、その後、比較的光軸から 遠くで四極子６４−ｄに入射する。後者の四極子は射線を再び軸方向に偏向する 。その後四極子６４−ｅにより軸から離れる向きに偏向され、そして、再び四極 子６４−ｆにより軸方向に偏向される。この射線は四極子６４−ｇの領域で前記 軸と交叉し、その後、比較的光軸から遠くで四極子６４−ｈに入射する。後者の 四極子は射線を再び軸方向に偏 向する。四極子６４−ｉは、再び、射線を光軸から離れる向きに向かって四極子 ６６へ偏向し、最終的に、射線を補正要素から光軸に平行に発出する。厳密に言 えば、後者は、１０００Ｖの公称エネルギーを有する電子にのみ成立する。；５ Ｖまたは−５Ｖ偏差する電子は、偏差した角度の経路、即ち、それぞれ経路７６ と７８をを進む。この図は、この図は、補正要素の出口で、わずかに色収差が起 こる（実際には無視できる）ことを示す。ｙ−ｚ面のある位置で過度の経路は、 補正要素の位置と正確に一致しない。これは、とりわけ、様々な四極子はまた単 極励起を有し、様々な光学要素は理想的に薄くなく所定の薄さであるという事実 を基に説明できる。 図６は、射線７６と７８の間の比較的大きな角度差を示す。しかし、この差は 、補正器の全体として、ほとんどまたは全く色動作に影響を及ぼさない。これに 関し、２つの理由がある。第１の理由は、射線は、完全な補正器の光軸に平行に 入射しないことである。第２の理由は、補正要素の長さの選択と四極子励起のた めに、非補正面による補正器強さへの貢献は、全体的な補正器強さに従属させら れるからである。後者はまた、Ａｒｃｈａｒｄ（９章）の引用論文で立証される 。同じ理由により、この角度偏差は、色の倍率誤差には重要でない。最後に、値 ｎ＝２（式（４４）参照）は図６のビーム経路に対して成立することに注意する 。 図７は、図６に示されるように、１１層電極より成る補正要素の本発明の補正 器のｘ−ｚ面とｙ−ｚ面の両方に対するビーム経路を示す図である。図２に示す 補正器を構成するために、補正要素は２つの付加的な四極子と共に組み立てられ ている。それゆえ、付加的な四極子は、四極子３０と４４である。図６と違って 、図７では、電子は全ての場合には、光軸に平行に補正要素に入射しないことに 注意する。４つの場合の２つの場合では、所定の角度で入射する。 これは、（第１の補正要素３４に対し）第１の四極子３０の存在により、あるい は、（補正要素４０の前で）第１の補正要素３４を横 切ることによる。従って、図６の電子経路は単純に図７へ移せない。 図７のシミュレーションで使用される補正要素の励起は、図６からわずかに偏 差する。層６２と６６のポテンシャルは、ｘ−ｚ面で２４２．９Ｖ、ｙ−ｚ面で −２４２．９Ｖであり、層６４−ａ，６４−ｃ，６４−ｅ，６４−ｇ及び６４− ｉのポテンシャルは、ｘ−ｚ面で１０６．８Ｖ、ｙ−ｚ面で９３２．９Ｖであり 、層６４−ｂ，６４−ｄ，６４−ｆ及び６４−ｈのポテンシャルは、ｘ−ｚ面で −１２７．２Ｖ、ｙ−ｚ面で−９１１．８Ｖである。以下のデータは、図７のシ ミュレーションで使用される四極子３０と４４で成り立つ。各四極子は、図４に 従った電気的終端のための２つの管の間に配置された電極層よりなる。電極層と 管の間の距離は、両側で１ｍｍに等しい。電極層の厚さは２ｍｍであり、双曲線 に接する中心円の半径は１．５ｍｍである。管の内径と同様である。管は０Ｖの ポテンシャルを持ち、間に配置された電極層のポテンシャルは四極子３０のｘ− ｚ面で＋２９．７Ｖで、ｙ−ｚ面で−２９．７Ｖある。反対の値が四極子４４で 成り立つ。 図７は、そこで使用される補正器は、全体として、公称エネルギーの電子の直 視を有することを示す。即ち、光軸に平行に入射する射線は、再び光軸に平行に 発出する。色収差に対する補正器に予想できるように、明らかに、偏差するエネ ルギーの電子は、補正器を偏差角で発出する。補正器から（光軸に向かって）発 出する射線３９と４１は、１００５Ｖのエネルギーに対応する。（光軸から離れ る向きの）射線４５と４７は、９９５Ｖのエネルギーに対応する。（光軸に平行 に発出する）射線４３は、１０００Ｖの公称エネルギーに対応する。図は、片側 の系３２，３４，３６と他の３８，４０，４２（ｘ−ｚ面に対して）との間にま た、片側の系３８，４０，４２と他の側の四極子４４（ｙ−ｚ面に対して）との 間の強い分散を明らかに示す。補正要素３４と４０はこの目的のために設計され たので、これは予想できる。図７はまた、色の倍率誤差（即ち、補 正器から発出する偏差エネルギーの射線間の高さの差）は、実質的に知られた補 正器よりも（図３と比較して）小さい。 図７は図３と比較されたとき、図７の発出する経路の角度差は、図３よりも実 質的に大きい。これは、特に、図３では２Ｖのエネルギー拡散がまた、図７では ５Ｖのエネルギー拡散が仮定されるという事実による。 図８は、本発明による補正要素のビーム経路を示す図であり、ｘ−ｚ面とｙ− ｚ面に対して５層のみから成る場合である。補正要素のこのような構成は、図示 されていない。しかし図５を基にして、この図の６４−ａから６４−ｉの９層を ３層６４−ａ，６４−ｂ及び６４−ｃに置きかえることを仮定することにより容 易に想像される。層６４−ｂの励起は、層６４−ａ，６４−ｃと逆である。層６ ４−ａ，６４−ｃの励起は、四極子６２と６６と逆である。これらの５つの四極 子は、電気的終端のための２つの管により囲まれている。この補正要素の各四極 子は図４のように構成されると仮定される。双曲線に接する中心円の半径は、電 気的終端のための管の内径のように３ｍｍに等しい。補正要素は、連続して、０ Ｖの電圧の管と、２ｍｍの距離で厚さ２ｍｍの第１四極子６２が続き、２ｍｍの 距離で厚さ３ｍｍの第２四極子６４−ａが続き、３ｍｍの距離で厚さ３ｍｍの第 ３四極子６４−ｂが続き、３ｍｍの距離で厚さ３ｍｍの第４四極子６４−ｃが続 き、２ｍｍの距離で厚さ２ｍｍの第５四極子６６が続き、最後に、２ｍｍの距離 で前記内径と０Ｖの電圧を有する管が続く。外の２つの四極子６２と６６の電極 の電圧はｘ−ｚ面で５１３．４Ｖ、ｙ−ｚ面で−５１３．４Ｖである。２つの四 極子６４−ａと６４−ｃの電極の電圧はｘ−ｚ面で２９９Ｖ、ｙ−ｚ面で２０５ ９．６Ｖである。中央の四極子６４−ｂの電圧は、ｘ−ｚ面で−３６１．４Ｖ、 ｙ−ｚ面で−１９９７．２Ｖである。 図８に示す電子線の進路のシミュレーションに関しては、加速電圧Φ₀＝１０ ００Ｖであり、入射電子線の電子は３つのエネルギー の間で分散されていると仮定される。即ち公称電圧１０００Ｖと、偏差ΔΦ＝± ５Ｖである。図８は、前述のシミュレーションプログラムと寸法とポテンシャル を用いたシミュレーションにより得られる。 図８では、電子線は、補正要素の第１四極子６２に光軸４に平行に入射する。 ｘ−ｚ面では、射線６８は、補正要素の第１四極子６２により光軸から離れる方 向に偏向される。その後、次の四極子６４−ａにより光軸方向に再び偏向される 。続いて、四極子６４−ｂは再び光軸から離れる方向に偏向する。その後、四極 子６４−ｃにより光軸方向に偏向される。続いて射線７０は、最後の四極子６６ を横切り、再び光軸と平行に補正要素から発出する。厳密に言えば、後者は、１ ０００Ｖの公称エネルギーを有する電子に対してのみの場合である＋。５Ｖおよ び−５Ｖ偏差するエネルギーを有する電子は、それぞれ経路７２と７４のわずか に異なった角度の経路を進む。この図は、５層より成る補正要素の出口で、ｘ− ｚ面には色の倍率誤差が実質的に起こらないことを再び示す。色収差の補正効果 は、射線７２と７４の間の比較的大きな角度差として明白である。 ｙ−ｚ面では、補正要素の第１四極子６２により射線６８は光軸に向かって偏 向される。その後、次の四極子６４−ａによりわずかに戻るように偏向される。 しかし、更に、光軸の方向に移動を続ける。続いて、四極子６４−ｂは電子ビー ムを再びもっと急峻に光軸に偏向する。射線は四極子６４−ｂの領域で前記軸と 交叉する。続いて、比較的軸から遠くで四極子６４−ｃに入射する。後者の四極 子は再びわずかに急峻に射線を伸ばす。その後、射線は最後の四極子６６で偏向 される。それにより最終的に、補正要素から光軸に平行に発出する。厳密に言え ば、後者は、１０００Ｖの公称エネルギーを有する電子にのみ成り立つ。＋５Ｖ または−５Ｖ偏差するエネルギーを有する電子は、偏差した角度の経路を進む。 即ち、それぞれ経路７６及び７８である。図８は、（実際は無視できる）わず かな色の倍率誤差が補正要素の出口で、ｙ−ｚ面で発生することを示す。式（４ ４）が図８に適用されたときには、値ｎ＝１が使用されることに注意する。高さ １で光軸に平行に入射する射線は、高さ−１で軸に平行に発出することを意味す る。一般的に言って、伝達マトリックスの行列式が１に等しいなら、この伝達マ トリックスはドリフト空間マトリックスと同じ特性を有する。これは、分散が大 きくても、色の倍率誤差を許容できないくらい大きくする機構が無いことを意味 する。 図９は、ｘ−ｚ面とｙ−ｚ面に対して５層から成る２つの補正要素の各々で、 本発明の補正器のビーム経路を示す図である。前記補正要素のビーム経路を図８ に示す。補正要素は、図２の補正器を構成するために２つの付加的な四極子と共 に組み立てられる。このように、付加的な四極子は、四極子３０と４４である。 図９に示すシミュレーションで使用される補正器では、四極子３２と３６は補正 要素３４に集積され、四極子３８と４２は補正要素４０に集積される。これは補 正器の動作には本質的な差は無い。図７と反対に、図９の電子は補正要素の光軸 に平行に入射しないが、ゼロから偏差する所定の角度で入射する。第１補正要素 ３４に関しては、これは第１四極子３０の存在による。第２補正要素４０に関し ては、第１補正要素は横切られているという事実による。従って、図８の電子経 路は、図９に単純に移行できない。 図９の電子線の経路のシミュレーションに関しては、加速電圧Φ₀＝１０００ Ｖであり、入射電子線の電子は３つのエネルギーの間で分散されているとと仮定 される。即ち公称電圧１０００Ｖと、偏差ΔΦ＝±２Ｖである。補正要素３２， ３４，３６及び３８，４０，４２は、図８を参照して記述される様に構成され、 電極には異なった電圧が存在する。外側の２つの四極子６２と６６の電極の電圧 は、ｘ−ｚ面では５０８．０Ｖ、ｙ−ｚ面では−５０８．０Ｖである。２つの四 極子６４−ａと６４−ｃの電極の電圧は、ｘ−ｚ面では２ ９３．６Ｖ、ｙ−ｚ面では２０６５．０Ｖである。そして中央の四極子６４−ｂ に関しては、ｘ−ｚ面では−３６６．８Ｖ、ｙ−ｚ面では−１９９１．８Ｖであ る。以下のデータは図９の付加的四極子３０と４４で成り立つ。各四極子は、電 気的終端のための２つの管の間にに配置された図４に従った電極層より成る。両 側で電極層と管の間の距離は、１ｍｍに等しい。電極層の厚さは２ｍｍで、双曲 線に接する中心円の半径は、管の内径のように１．２ｍｍである。管は０Ｖのポ テンシャルを持ち、四極子３０の間に配置された電極層の電圧は、ｘ−ｚ面では ＋６．４９Ｖ、ｙ−ｚ面では−６．４９Ｖである。四極子４４に対しては、反対 の値が成り立つ。図９は、前述のシミュレーションプログラムと寸法とポテンシ ャルを用いたシミュレーションにより得られる。 図９は、そこで使用される補正器は、全体として、公称エネルギーの電子の直 視を有することを示す。色収差に対する補正器に予想できるように、明らかに、 偏差するエネルギーの電子は、補正器を偏差角で発出する。図は、色の倍率誤差 は、（図３と比較し）知られた補正器よりも、非常に小さいことを示す。それゆ え図８と９を基にして、十分に動作する色収差の補正器を、５層以下で構成でき ることが推論される。 図１０は、色の倍率誤差が正確にゼロである様に励起された補正要素を用いた 本発明による補正器のビーム経路を示す図である。この補正器の補正要素の各々 は、ｘ−ｚ面とｙ−ｚ面の両方に対して、７層で構成される。そのような補正要 素の構成は図示されていない。しかし、図５を基に、６４−ａから６４−ｉの９ 層を、層６４−ａ，６４−ｂ，６４−ｃ，６４−ｄ，及び６４−ｅの５層に置き 換え、層６４−ｂと６４−ｄの励起を層６４−ａ，６４−ｃ及び６４−ｅと逆に し、後者の３つの層の励起を四極子６２と６６と再び逆にすると仮定することで 容易に想像できる。 図１０の２つの補正要素に関し、補正要素の電極の寸法と電圧は 異なる。以下の寸法と電圧は第１補正要素３２，３４，３６で成り立つ。補正要 素の７つの四極子は、電気的終端のための２つの管で囲まれている。補正要素の 各四極子は、図４に示すように構成されていると仮定される。電気的終端のため の管内径のように、双曲線異接する中心円の半径は１．２ｍｍである。補正要素 は、連続的に０Ｖの管と、続いて０．８ｍｍの距離で厚さ０．８ｍｍの第１四極 子６２と、続いて０．８ｍｍの距離で厚さ１．２ｍｍの第２四極子６４−ａと、 続いて１．２ｍｍの距離で厚さ１．２ｍｍの第３四極子６４−ｂと、続いて１． ２ｍｍの距離で厚さ１．２ｍｍの第４四極子６４−ｃとにより構成される。他の 寸法は知られている。それは、補正要素は、電極６４−ｃを通る面に関して鏡面 対象であるためである。外側の２つの四極子６２と６６の電極の電圧は、ｘ−ｚ 面では２８０．８Ｖ、ｙ−ｚ面では−２８０．８Ｖである。３つの四極子６４− ａと６４−ｃ及び６４−ｅの電極の電圧は、ｘ−ｚ面では１０７．２Ｖ、ｙ−ｚ 面では１００４．０Ｖである。２つの四極子６４−ｂと６４−ｄの電極の電圧は 、ｘ−ｚ面では−１３３．６Ｖ、ｙ−ｚ面では−９７７．６Ｖである。 以下の寸法と電圧は、第２補正要素３８，４０，４２で成り立つ。第２補正要 素の構成は、第１補正要素の構成と同じである。第２補正要素の寸法を得るため に、第１補正要素の全ての寸法はファクタ０．８２倍しなければならない。第１ および最後の管の電圧は０Ｖである。外側の２つの四極子６２と６６の電極の電 圧は、ｘ−ｚ面では−２５６．３Ｖ、ｙ−ｚ面では２５６．３Ｖである。３つの 四極子６４−ａと６４−ｃ及び６４−ｅの電極の電圧は、ｘ−ｚ面では９１２． １Ｖ、ｙ−ｚ面では９８．５Ｖである。２つの四極子６４−ｂと６４−ｄの電極 の電圧は、ｘ−ｚ面では−８９０．１Ｖ、ｙ−ｚ面では−１２０．５Ｖである。 ２つの四極子３０と４４の電極は、半径１．２ｍｍの双曲線に接する中心円を 有する。２つの四極子は、連続的に、内径１．２ｍｍ の管と、続いて１ｍｍの距離で厚さ２ｍｍの四極子と、続いて１ｍｍの距離で内 径１．２ｍｍの電気的終端のための管とにより構成される。四極子３０の電極の 電圧は、ｘ−ｚ面及びｙ−ｚ面でそれぞれ＋１４．８Ｖ、−１４．８Ｖである。 四極子４４では反対の値が成立する。電子線の経路のシミュレーションに関して は、加速電圧Φ₀＝１０００Ｖであり、入射電子線の電子は３つのエネルギーの 間で分散されていると仮定される。即ち公称電圧１０００Ｖと、偏差ΔΦ＝±５ Ｖである。図１０は、前述のシミュレーションプログラムと寸法とポテンシャル を用いたシミュレーションにより得られる。 図１０では、射線８０は、軸４上の点から、丸いレンズを通して伸びる。丸い レンズの位置は軸上に参照番号８２で示されている。丸いレンズの影響の下に、 射線８０は軸に平行に向けられる。その後、ｘ−ｚ面の射線とｙ−ｚ面の射線を 形成するために、四極子３０により分割される。ｘ−ｚ面とｙ−ｚ面の射線の進 路は、図６，７，８、及び９を参照して記述されたのと同じであり、再び詳述は 必要無い。図１０のビーム経路と前記他の図のビーム経路の違いは、図１０では 、射線は、正弦波半周期の整数を形成する経路を進まない。四極子は、各補正要 素からわずかに偏差した経路の形で励起される。この偏差のために、２つの次数 の自由度が得られる（１つは補正要素に対して）。これらの次数の自由度は、ｘ −ｚ面に対して、ｙ−ｚ面に対する対応する点と一致する、色の倍率誤差をゼロ に等しくする点を作るのに使用される。そして更に、これらの一致する点を光軸 上の望ましい位置に移動するのに使用される。この位置は、図１０の参照番号８ ４で示される。色収差が補正されるべき円いレンズは、その点に配置され、その 結果、色の倍率誤差がゼロに等しい、色収差を補正した系が得られる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．装置の中で粒子ビームにより照射される物体（１４）を露光するために、装 置の光軸（４）に沿って移動する電気的に帯電した粒子のビームを放出する粒子 源と、 電気的に帯電した粒子のビームを集束させるための集束レンズ（８）と、 集束レンズの色収差を補正するための補正器（２８）とを有し、 該補正器（２８）は、補正要素（３４，４０）を有し、各補正要素は、電気的 四極場を発生するための電極（６２，６４，６６）を設けられ、前記電極は、光 軸に沿った連続する層に配置され、層の電極により発生された四極場は、隣接層 の電極により発生された四極場に関して、光軸の回りに実質的に９０°の角度で 回転されている粒子光学的装置であって、 補正要素（３４，４０）は、少なくとも５層の四極電極を有することを特徴と する粒子光学的装置。 ２．請求項１記載の色収差を補正するための補正器（２８）。 ３．補正器（２８）は補正要素を有し、各々の補正要素には電気的四極場を発生 するための電極が設けられ、前記電極は光軸に沿って連続する層に配置され、そ の層の電極により発生された四極場は、隣接層の電極により発生された四極場に 関して装置の光軸の回りに、実質的に９０°の角度で回転された、粒子光学的装 置の集束レンズの色収差を補正するための補正器（２８）を動作させる方法であ って、 色の倍率誤差がゼロに等しい補正器の第１補正要素の点は、補正器の第２補正要 素の対応する点と一致するように、四極場を発生する場が励起されることを特徴 とする方法。