JP2001510624A - 粒子光学的装置の動作方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 電子光学的な、軸対象のレンズは必然的に通常分解能の限界を決定する球面収差及び色収差を示す。そのようなレンズ収差は軸対象な場による補償によっては除去されえない。それでもなお分解能を強調するためにはウィーン型補正装置によって上記レンズ収差を減少させることが既に提案されている。そのような形状は製造精度、機械的電気的安定性及び様々な要素の相互のアラインメントに関して非常に厳しい要件を満たさねばならない。従って、状況が変化した場合にそのような補正装置によって電子光学的装置の再調整を行うことは非常に困難である。本発明によれは補正ユニットと補正されるべきダブレットとの組み合わせが提供される。補正されるべき対象をダブレット（５）として構成し、ダブレット（５）の２つのレンズ（６及び８）を個々に制御することにより、補正ユニット（２８）の設定は不変のままに維持され、電子光学的装置の動作中に自由物距離及び電子電圧を変化させることが可能である。

Description

【発明の詳細な説明】 粒子光学的装置の動作方法 本発明は、装置中の対象を照射するために装置の光学軸に沿って進行する荷電 された粒子のビームを放出し、加速電圧によって上記荷電された粒子のビームを 加速させる加速ユニットを含む粒子源と、 少なくとも２つの粒子レンズの組み合わせによって形成され、上記荷電された 粒子のビームを合焦させる合焦レンズユニットと、 合焦レンズユニットの色収差及び／又は球面収差を補正する補正装置とを含む 粒子光学的装置の動作方法に関する。 本発明はまた方法を実施するために配置される粒子光学的装置と、合焦レンズ ユニット及び合焦レンズユニットのレンズ収差の補正のための補正装置を含み、 方法を実行するために配置される粒子光学的装置の中で使用されるための組立体 に関する。 この種類の粒子光学的装置は欧州特許第０ ２８１ ７４３号より既知である 。 概して、電子顕微鏡又は電子リトグラフィー装置といった粒子光学的装置は、 熱電子型電子源又は電界放射型電子源といった粒子源によって発生される荷電さ れた粒子のビーム（通常電子ビーム）によって調べられる又は加工されるべき対 象を照射するよう配置される。対象の照射は、そのような装置の中の検査のため にそれを結像すること（電子顕微鏡の中の試料）、又は例えばマイクロエレクト ロニクスのために対象の上に非常に小さな構造を形成すること（電子リトグラフ ィー装置）を目的とする。両方の場合、電子ビームを合焦するために合焦レンズ が必要とされる。 電子ビームは原則的に２つの方法によって合焦されうる。第１の方法によれば 検査されるべき試料の結像されるべき領域は、電子ビームによって幾分均一に照 射され、試料の拡大された画像は合焦 レンズユニットによって形成される。その場合、合焦レンズユニットは結像レン ズ系の対物レンズであり、そのとき対物レンズの分解能は装置の分解能を決定す る。この種類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 合焦方法によれば、電子源の放射面は、概して大きく縮小されて、（走査型電子 顕微鏡即ちＳＥＭの中の）検査されるべき試料の上又は（リトグラフィー装置の 中の）微小構造が形成されるべき対象の上に結像される。電子源の像（例えば偏 向コイルによって所定の走査パターンで対象の表面を横切って移動される「スポ ット」）は再び結像レンズ系によって形成される。第２の合焦方法の場合、合焦 レンズ系はスポット形成レンズ系の対物レンズであり；このときこの対物レンズ の分解能はビームのスポットサイズ、従って装置の分解能を決定する。 この種類の全ての装置で使用されるレンズは通常磁気レンズであるが、また静 電レンズであり得る。両方の種類のレンズは実質的に常に軸対称レンズである。 そのようなレンズの作用は必然的に理想的ではなく、即ちこれらのレンズはレン ズ収差を示し、そのうちいわゆる球面収差及び色収差は通常レンズの分解能に関 して決定的であり；これらのレンズ収差は従って既知の電子光学的装置の分解能 の限界を決定する。粒子光学の基礎的な理論によれば、そのようなレンズ収差は 軸対称の電界又は磁界を使用する補償によっては除去されえない。 現在の電子光学的装置、特にスポット形成対物レンズを含む走査型粒子光学的 装置（いわゆる走査型電子顕微鏡即ちＳＥＭ）では、電子ビームの加速電圧を従 来以下のより低い値、即ち３０ｋＶのオーダの従来の習慣的な電圧の代わりに０ ．５ｋＶ乃至５ｋＶのオーダの値を有するよう選択する傾向がある。このように する理由としては、そのような比較的低い加速電圧では非導電性試料（電子集積 回路の製造の場合はフォトレジスト材料等）の荷電は実質的に減少するためであ り；更にこれらの低い電圧ではいわゆるトポグラ フィーコントラストは実質的に強調されるためである。そのような低い加速電圧 では色収差は主なレンズ収差であり、従って粒子光学的装置の分解能に関する決 定的な因子である。（これはΔＵを電子ビーム中の非変数のエネルギーの広がり であり、Ｕを公称加速電圧であるとすると、ΔＵ／Ｕに比例することを考慮して 容易に理解され、この因子は従ってＵが減少するにつれて増加する。） 粒子光学的装置の分解能をそれでもなお強調するためには、非軸対称構造を有 する補正装置によって上記レンズ収差を減少させることが知られている。そのよ うな構造は例えば欧州特許第０ ３７３ ３９９号によって既知である。その中 に記載される構造はいわゆるウィーン型補正器によって形成され、即ち均一な電 界及びそこへ垂直に延びる均一な磁界は両方とも装置の光学軸に対して垂直な向 きとされている。この補正器は、球面収差及び色収差を補正するための多数の多 重極、即ち電気及び磁気四極、電気及び磁気六極及び電気及び／又は磁気八極を 設けられる。 引用された欧州特許による補正装置の実施例は（特に図５を参照して説明され 、その中で参照番号２０によって示される）は色収差の補正を可能にする。この 実施例はその極面が軸方向に向いた、即ち装置の光学軸に平行に延びる多数の電 気的及び磁気的な極によって形成される多重極ユニットからなる。上記極の夫々 は、適切に個々の励起を選択することによって別々に励起されえ、従ってこのよ うに構成された多重極ユニットは、所望のように、光学軸に垂直に延びる均一な 電界及びそれに対して垂直に延びる均一な磁界を形成することができ；電気的及 び磁気的な四極場、六極場及び電気的及び／又は磁気的な八極場はその上に重畳 されうる。 そのような比較的複雑な補正装置では、上記多重極場の（非常に正確な）発生 のための正しい電気的及び磁気的調整を見出すことが非常に難しい。上記場の夫 々は調整された正しい値を正確に有し、維持せねばならないため、この難しさは 発生されるべき多重極場の 数か増加するほどより重大になる。 引用された欧州特許第０ ２８１ ７４３号は、少なくとも２つの粒子レンズ の組み合わせによって形成され、荷電された粒子のビームを合焦するよう作用す る合焦レンズユニットと、上記合焦レンズユニットの色及び／又は球面収差を補 正する補正装置を設けられた粒子光学的装置を開示する。その中に記載される補 正ユニットは少なくとも４つの連続して配置される八極素子又は十二極素子を含 む。従って、この補正装置では上記多重極場を発生するための正しい電気的及び 磁気的設定を見つけることが非常に困難である。 本発明は電気的及び磁気的調整及び再現性に関する要件が粒子光学的装置の動 作を実質的により小さな影響を与える上述の種類の粒子光学的装置の動作方法を 提供することを目的とする。 これを達成するために、本発明による方法は、合焦状況が変化するにつれ、ビ ームの合焦は合焦レンズユニット（５）の少なくとも２つの電磁レンズ（６，８ ）の励起を変化させることによって適合され、Ｃ_tを合焦レンズユニット（５） の色収差の係数とし、Ｋ_t ²を合焦レンズユニット（５）の強度の平方とし、√（ Ｕ_C／Ｕ_final）を補正ユニット（２８）中の電子の電圧に対する対象（１４）上 の電子の電圧の比の根であるとすると、 はこの適合に対して一定に維持されることを特徴とする。 この目的は本発明によって、一度補正装置の所望の設定が獲得されるとこれは 変化されず、合焦状況を変えた場合、例えば荷電された粒子に対する異なる加速 電圧及び／又は照射されるべき対象からの異なる作動距離の場合、荷電された粒 子のビームは合焦レンズユニットの中のレンズの励起の特定的な適合によって合 焦される。励 起の特定的な適合は（電子エネルギーの変化を無視すると）、合焦レンズユニッ トの上記積Ｃ_tＫ_t ²（この積は色収差の完全な補正の場合、補正ユニットの積に 対して等しく、反対である）がこの適合に亘って同じであるよう維持されること からなる。従って、補正ユニットの調整もまた変化されずに維持されうる。 本発明による方法の望ましい変形は、補正装置は、均一な電界及びそれに垂直 に延びる均一な磁界を生成する極面を設けられ、 上記双極場の両方はまた上記装置の光学軸に垂直に延び、補正装置はまた電気 的な四極場を生成する極面を設けられ、上記極面は上記装置の光学軸に略平行に 延び、 補正装置の励起と、 合焦レンズユニットの励起と、 荷電された粒子の速度と、 多重極場を決定する極面の光学軸の方向の長さＬとは、ｎを上記補正装置中の ビームの電子の正弦軌道の周期の数とし、Ｋ_tを補正されるべき合焦レンズユニ ットの強度とし、Ｃ_tをこのレンズの色収差の係数とすると、上記長さＬは（２ π²ｎ²）／（Ｋ_t ²Ｃ_t）に略等しいことが成り立つことを特徴とする。 本発明のこの実施例は、そのような励起は、双極場及び四極場のみを使用して 、色収差が補正される補正装置の中の様々な多重極に対して見つけられるという 概念に基づく。従って、限られた数の電源のみが必要とされ、それにより補正装 置の調整の中の変数の数は引用された欧州特許第０ ３７３ ３９９号から知ら れる補正装置の変数の数よりも実質的に小さい。 このようにして構成され調整された補正装置は、しかしながら、荷電された粒 子のビームのエネルギーのただ１つの値に対してのみ色収差の完全な補正を与え る。粒子光学的装置の使用者が異なる粒子エネルギー又は異なる作動距離を必要 とする対象を調べる又は加工しようとするとき、補正されるべき合焦レンズの強 さの変化が生 じあり、従って変数（２π²ｎ²）／（Ｋ_t ²Ｃ_t）の変化が生ずる。これは補正装 置の調整の（時間がかかり複雑な）変化を必要とするが、本発明を使用した結果 、補正装置の調整は不変のままにされうる。多重極場をきめる極面の長さＬが（ ２π²ｎ²）／（Ｋ_t ²Ｃ_t）に等しいよう選択される補正装置はそれ自体として出 願人の既に出願され、まだ公開されていない欧州特許出願第９６ ２０ ２６ ３８．１号（ＰＨＮ １５．９９１）に記載されていることに注意すべきである 。 本発明による方法の更なる変形は、上記強度は、ビームの粒子の正弦軌道の周 期の数ｎが１であるよう補正装置の上記双極場に与えられることを特徴とする。 上記場の強さのそのような調整に対して、補正装置の寸法、即ち長さＬは最小 値を有し；これは粒子光学的装置の中に装置を組み立てることに関して重要であ る。 本発明による方法の更なる変形は、補正装置は、均一な磁界を生成する極面を 除き、電界のみを生成するよう配置される極面を設けられることを特徴とする。 所望の多重極場を可能な限り電界の形状で発生することが望ましい。これは磁 界の発生は常にその極が必然的に磁気ヒステリシスを示す強磁性の材料の極を必 要とし、更に時間に依存し、非線形の磁気的性質、即ち上記材料によって発生さ れる磁界の場の強さは上記の界を発生させるコイルを通る励起電流に直接比例せ ず；そのような非線形の性質は界の正確な調整を達成することに関して望ましく ないためである。更に、これらの材料の限られたの透磁率により、この材料によ って発生される磁界は材料中の位置に依存し、換言すれば極面は一定及び均一な 磁位の面を正確には形成せず、それによりそのような場合、極の構造の設計に基 づいて予期される場の形状は正確には獲得されない。 本発明による方法を実行するための粒子光学的装置は、合焦状況 が変化した場合にビームの合焦を適合するよう配置される手段はマイクロプロセ ッサを含むことを特徴とする。 この段階は実質的に装置の使いやすさを高める。マイクロプロセッサを使用し 、調整されるべき２つの粒子レンズの正しい設定は計算されるか、又は他の方法 で決定されうる。正しい設定の決定は理論的に決定された公式、装置の結像系の 実験的に決定された性質、又はこれらの方法の混合に基づくことができる。本発 明の実施例において合焦状況が変化した場合にビームの合焦に適合するよう配置 される手段は、異なる合焦状況の関数に対する対物レンズユニットの多数の設定 を格納するテーブルを含む。所望の設定はマイクロプロセッサ及びテーブルの協 働によっていわゆるルックアップテーブルから読み出され、必要であればマイク ロプロセッサによって装置の中の特殊な状況に特に適合される。 本発明による粒子光学的装置のマイクロプロセッサは、テーブル中に格納され た多数の設定の間の補間によって調整されるべき合焦レンズユニットの電磁レン ズの所望の励起を達成するよう配置されることが望ましい。 この調整方法によれば、比較的少ない数の設定のみが格納される必要がある。 マイクロプロセッサは、やはりマイクロプロセッサによってアクセス可能なメモ リ中に記憶されたアルゴリズムに基づいて適当な補間値を計算することができる 。 以下図面を参照して本発明を説明する。図中： 図１は本発明が使用されうる粒子光学的装置の当該の部分を図式的に示す図で あり、 図２は本発明による粒子光学的装置の中で使用される補正装置の１つの実施例 の斜視図を示す図であり、 図３は２つのレンズを含む系の中の電子ビームの軌道を図式的に示す図であり 、 図４は２レンズ系の最後のレンズの近傍の電子ビームの軌道を、 色収差なしで図式的に示す図である。 図１は走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）のカラム２の一部分としての粒子光学的装 置を示す図である。従来どおり、この装置中の電子源（図示せず）は装置の光学 軸４に沿って進行する電子のビームを発生する。電子ビームは１つ以上の集光レ ンズ（図示せず）を通過し、その後、以下説明されるべき、合焦レンズユニット ５の色収差及び／又は球面収差を補正するよう配置される補正装置２８を通過し うる。合焦レンズユニット５は２つのレンズ６及び８のダブレットを含み、レン ズ６は従来のギャップレンズとして構成され、一方レンズ８はやはり単極レンズ として知られる液浸レンズとして構成される。レンズ８はやはり試料室１２の壁 部１０を含む磁気回路の一部を形成する。 合焦レンズユニット５は電子ビームによって焦点を形成し、それにより試料１ ４である対象を走査するために使用される。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、電子ビームをｘ方向及びｙ方向に試料を横切るよ う移動させることによって行われる。試料１４はｘ変位のためのキャリア２０と ｙ変位のためのキャリア２２とを含む試料台１８上に配置される。これらの２つ のキャリアは検査のための試料の所望の領域の選択を可能にする。更に、試料の 高さ、従って試料とレンズ８の下側との間の距離（作動距離）は、装置の使用者 によって所望される値に調整されうる。 この顕微鏡では、２次電子が試料から放出され、その２次電子は対物レンズ８ の方向に戻ることによって結像が実現される。これらの２次電子はこのレンズの ボアの中に設けられた検出器２４によって検出される。検出器を作動させ、検出 された電子の流れを例えば陰極管（図示せず）によって試料の像を形成するため に使用されうる信号へ変換させる制御ユニット２６は、検出器に接続される。 補正装置２８は、電子の１つの速度においてのみ上記レンズ収差 に対する最適補正を与えうる補正器として構成されうる。使用者がそれでも所望 のエネルギーの電子を試料の上に入射させ、電子を所望のエネルギーで補正装置 より先に光学構成要素を通過させることを可能にするために、電極２３及び２５ は所望のように電子を加速又は減速させるために補正装置２８の両側に配置され 、それにより電子は常に同じエネルギーで補正ユニット２８を通過する。これら の電極は制御可能な電源２９によって給電される。制御可能な電源２９はまた多 数の他の光学構成要素に対して給電することが可能であり、これに関して特にギ ャップレンズ６及び液浸レンズ８が挙げられる。 制御及び情報処理のために、電子顕微鏡にはデータ処理ユニット２７が設けら れる。このユニットはマイクロプロセッサ２１及びマイクロプロセッサに接続さ れるメモリユニット１７を含む。メモリユニット１７はメモリ部１７ａ及び１７ ｂを含む。メモリ部１７ａは対物レンズユニット５の多数の設定が異なる合焦状 況の関数として格納されるテーブルを記憶するために使用される。メモリ部１７ ｂは制御されるべき光学構成要素を調整するために必要とされる全ての他の情報 、例えば所望の動作状態において、テーブル１７ａに格納された多数の設定の間 の補間を使用することによって、合焦レンズユニット５の電磁レンズ６及び８の 調整のための励起を獲得するアルゴリズムを記憶するために使用される。格納さ れた設定は様々な方法で獲得されうる。これらの設定を獲得する１つの方法は、 レンズ６及び８の励起の理論上の計算、又はコンピュータシミュレーションによ るこれらの励起の決定である。実際はこのようにして獲得された値の小さな更な る補正が必要とされる。この補正は所望の実際の測定状況で電子顕微鏡を正確に 合焦すること及びこのようにして獲得された励起値を上記テーブル中に格納する ことによって実施されうる。 使用者によって所望の設定はバス１３によって象徴的に示される ユーザインタフェースを通じてマイクロプロセッサへ与えられる。マイクロプロ セッサはまた、例えば電子ビームの加速電圧の値を伝送するために更なる光学構 成要素に接続されうるバス１５を通じてレンズ励起に関する情報を受信しうる。 バス１５はまた調整されるべき電流（例えばレンズ６及び８の励起のため）及び 電力（例えば電極２３及び２５のため）を電力供給源２９へ与えるために使用さ れる。最後に、試料１４の垂直位置（作動距離）に関する情報はマイクロプロセ ッサ及び位置決めユニット１９の間で交換されうる。 図２は、例えば図１中参照番号２８によって示される粒子光学的装置中で使用 される補正装置の１つの実施例を示す斜視図である。補正装置は、極３０−１乃 至３０−ｎの数ｎ、図２中ｎは８である、が円筒に亘って均一に分布されるよう 与えられる円筒状のカバー３２を含む磁気回路によって形成される。原理的には 本発明の実施は四極以上の次数の多重極場を必要としないが、機械的な不完全さ の補償のためには、より高い次数の界もまた発生するための、例えば図２ではｎ ＝８であるがｎ＝１２もまた可能であるような設備を有することが望ましい。し かしながらこの可能性は本発明に対して本質的に重要ではない。カバー３２の円 筒の軸は図１に示される粒子光学的装置の光学軸４と一致する。 様々な多重極場、即ち磁界及び静電界はｎの極によって発生される。これらの 極の夫々は電気的及び磁気的な界を発生するよう配置され、上記多重極を決定す る極面は装置の光学軸に平行に延びる。各極３０−ｉは磁界を発生する励起コイ ル３４−ｉと、電界を発生するための極キャップ３６−ｉとを設けられる。各励 起コイル３４−ｉ及び各極キャップ３６−ｉは個々に励起されえ、それにより各 所望の多重極場、即ち電界及び磁界は８つの極３０−１乃至３０−８によって発 生されうる。上述の補正装置は本願の出願時においてまだ発行されていない出願 人による既に出願された欧州特許出願第９６ ２０ ２６ ３８．１号（ＰＨＮ １５．９９１）に詳述さ れる。 例えば上述の補正装置等と協働する合焦レンズユニット５の中の２つの粒子レ ンズ６，８のダブレットの組み合わせの動作を説明するために、概してレンズの 色収差の係数Ｃ_Cは以下の式： によって定義される。 式（１）中の符号は以下の意味を有し、即ち： ｘは、光学軸４と、レンズ上に入射するようこの光学軸に平行に進行する電子 との間の距離であり； Δ（ｘ’）はレンズによる屈折の後の光学軸に対する電子軌道の角度の、色収 差によって引き起こされる偏向であり；その場合ｘ’（＝ｄｘ／ｄｚ、ただしｘ は光学軸の方向の位置座標）は光学軸に対する電子軌道の角度であり； ΔＵ／Ｕ_oは公称エネルギーＵ_oからの電子のエネルギーの偏向ΔＵ（同等の電 圧尺度によって表わされる）であり； ｆはレンズの焦点距離（レンズの強度の逆数である１／Ｋとしても表わされる ）である。 補正装置２８の補正効果は、補正装置が、色収差によって引き起こされる電子 スポット中の分散円の半径がゼロになるよう、合焦レンズユニット５に入射され る電子ビームに対して角偏向を与えることを含む。上記分散円の半径は角偏向Δ （ｘ’）に比例し、この角偏向は距離ｘに比例するため、従って補正装置２８の 変数（Δ（ｘ’））／ｘ）及び合焦レンズユニット５の変数（Δ（ｘ’））／ｘ ）は（ΔＵ／Ｕ_oの所与の値に対して）等しく、逆の符号を有するべきである。 式（１）がｘによって割り算される（或いは関数｛Δ（ｘ’）／ｘ）として書か れる）とき、顕微鏡の動作中、補正 装置２８及び合焦レンズュニット５に対して（ΔＵ／Ｕ_oの所与の値に対して） Ｃ_C／ｆ²又はＣ_CＫ²が等しく逆に維持されれば、この状況が達成される。補正装 置の設定を一定に維持する目的のため、従って合焦レンズユニットのＣ_CＫ²の値 は顕微鏡の動作中は一定に維持されるべきである。 以下、系５のレンズ６及び８の夫々の個々の励起を制御することによっていか にしてこれが実現されうるかを説明する。このため、まずいかにレンズ系の色収 差がこの系の２つのレンズの色収差の夫々に依存するかを説明する。このため、 図３を参照する。図３はＳＥＭで使用されるように２つのレンズ６及び８を含む 光学系５中の電子軌道の進路を図式的に示す図である。図３中の２つのレンズ６ 及び８は間隔ｄを有する直線として図式的に示されている。光学軸４に対して平 行に進行する電子ビームは高さｈにおいてレンズ６に入射し、その後この光線は 光学軸４の方向に角度αで回折される。回折された電子ビームは光学軸４に対し て角度βでレンズ８によって光学軸４の方向に更に実質的に回折される。レンズ ８による回折がなければ、レンズ６によってのみ回折されたビームは点Ａにおい てのみ軸４と交差する。点Ａはレンズ８によって結像されるべき物点であるため この点はレンズ８の後ろに位置し、レンズ８からの距離はマイナス符号によって 、即ち−ｖによって与えられる。ここで角度βの値は： によって表わされ、式（２）中のｆ₂はレンズ８の焦点距離である。 更に、高さｋに対しては： ｋ＝ｈ−αｄ （３） が成り立ち、これによりレンズ６の色収差によって引き起こされる偏向Δｋに対 して： Δｋ＝−ｄ・Δα （４） が成り立ち、式（４）中のΔαはレンズ６の色収差による角度αの偏向である。 角度βの偏向は変数ｋ，ｆ₂及びαの夫々の偏向Δｋ，Δｆ₂及びΔαによって 引き起こされ、それにより偏向Δβを： として書くことができる。 式（２）を使用して、式（５）の微分商を計算することができる。 これは以下の式： を与える。 Δｆ₂に対する式は、Δ（ｘ’），Ｃ_C，（ΔＵ）／Ｕ_o及びｘに対して夫々Δ α，Ｃ₂、ｆ₂、δＵ及びｈか挿入されれは色収差に対する定義式（１）に基づい て獲得されうる。このとき式（１）は： となる。更に光学軸に対して平行なレンズ上に高さｈで入射するビームに対して 、回折角度αはｈ／ｆであることが一般的に成り立ち；レンズ８に対して適用さ れたとき、これは： を与える。式（７）及び（８）は、α＝ｈ／ｆ₂である間は： Δｆ₂＝−Ｃ₂δＵ （９） を与える。Δβに対する式（６）の中に、ｋ，Δα及びΔｆ₂に対する式（３） ，（８）及び（９）を夫々挿入することによって、Δβに対して以下の式、即ち ： が得られる。近軸結像式（１／ｂ＋１／ｖ＝１／ｆ）を使用して、図３から、ｂ に対して以下の式、即ち： が成り立つことが推論されうる。 レンズ系５の全色収差による色収差の分散円の大きさの決定を可能にするため 、図４を参照する。図４は、系の第２のレンズを、系５の第１のレンズ６及び第 ２のレンズ８の中で色収差がない場合に生ずる第１のビームと共に図式的に示す 図である。第１のレンズ６の色収差により、入射電子ビームは、レンズ及びレン ズ８の色収差がこのビームに対する回折角度βに対して更なる角度偏向Δβを与 える前に、偏向Δｋを与えている。変数Δｋ及びΔβは両方とも分散円の半径ｒ の値に対して以下の式、即ち： ｒ＝Δｋ＋ｂ・Δβ （１２） に従って影響を与える。式（４）によれば、Δｋ＝−ｄ．Δαである。式（７） を参照して説明される原理によれば、Δαに対して： と書くことかでき、それによりΔαを−（Δｋ）／ｄに等しいとすることによっ て（式（４）参照）、Δｋに対して以下の式： が得られる。ここで式（１４）は式（１２）中のΔｋに対して挿入されえ；変数 ｂに対して式（１１）が挿入されえ、Δβに対して式（１０）が挿入されうる。 分散円の半径ｒに対しては、光学パラメータ（ｆ₁，ｆ₂，Ｃ₁，Ｃ₂）、系の中の 距離（ｄ，ｂ，ｈ）、及びビーム中の相対エネルギー広がり（δＵ）のみに依存 する式、即ち： が得られる。 色収差の係数の定義によれは、系５全体の色収差による分散円の半径ｒに対し て以下の式、即ち： が成り立ち、ここでｆ_tは系全体の焦点距離であり、Ｃ_tは系全体の色収差の係数 である。 式（１６）が、式（１０），（１１），（１２）及び（１４）に基づいて形成 されるｒに対する上述の式と等しくされるとき、ｒはこれらの式から消去され； このときＣ_tに対して以下の式、即ち： が得られる。 結像のためにレンズ８は系のレンズ６及び８の夫々の強度、並びに距離ｂ及び ｄ（図３）に依存する所与の角拡大Ｍを行う。角拡大 Ｍを使用し、レンズ６の強度₁を： と書くことができ、レンズ８の強度Ｋ₂を と書くことができる。最後に式（１７）に式（１８）及び（１９）を挿入するこ とにより、系５全体の色収差Ｃ₁の係数と、レンズ６及び８の夫々の当該の係数 Ｃ₁及びＣ₂との間に以下の関係： が得られる。 電子光学から一般的に知られるように、通常動作中の電子レンズの色収差の係 数は式Ｃ≒１／Ｋによって適当に近似され、それによりレンズ６及び８に対して 夫々Ｃ≒１／Ｋ₁及びＣ₂≒１／Ｋ₂が成り立つ。Ｋ₁及びＫ₂に対する値が式（１ ８）及び（１９）によって得られる式（２０）にＣ₁及びＣ₂に対する上述の値を 挿入することにより、Ｃ_tＫ_t ²に対して以下の式：が得られる。最後に、式（２１）より、ｂの値（自由物距離）に拘わらず、色収 差の補正の条件を満たすよう２つのレンズ６及び８の設定が導出されうる。 手順は以下の通りである。自由物距離である変数ｂは、装置の手段によって実 行されるべき検査に基づいて装置の使用者によって特定される変数である。これ はｂは所与の変数として考慮されるべき であるということを意味する。更に、レンズ６及び８の間の距離である変数ｄも また装置の動作中、一定とされる。この場合、Ｃ_tＫ_t ²はやはり強度Ｋ₁及びＫ₂ を別々に選ぶことによって選択されえ；換言すれば積Ｃ_tＫ_t ²が一定に維持され ねばならないという条件はＫ₁及びＫ₂の多数の組み合わせによって満たされうる 。一度Ｃ_tＫ_t ²に対して値が選択されると、角拡大Ｍは式（２１）が満たされる よう調整されねばならない。これは角拡大Ｍに依存して、所与のｂ及びｄに対し て、レンズ６及び８の夫々の強度を与える式（１８）及び（１９）を使用するこ とによって達成される。 本発明の実際的な実施は以下の通りである。鮮明な像は補正装置２８の適当に 選択された設定によって、上述の系５の励起の知識を使用することによって形成 される。概して、レンズ６及び８の励起のわずかな適合はやはり要求される。作 動距離ｂ及び加速電圧Ｕは実質的に変化される。補正装置２８の設定はその間一 定に維持される。系５の合焦は、式（２１）及び存在するのであればその上に実 行されるべき小さな補正によって制御される。加速電圧Ｕの多数の値及び自由物 距離ｂの多数の値に対して、レンズ６及び８の夫々のレンズ励起の関連する値は メモリ１７中のテーブルｌ７ａの中に格納される（図１参照）。装置の使用の間 、レンズ６及び８の所望の設定は（所望の設定は概してテーブルを作る間に使用 される設定とは一致しない）テーブルからの２つの隣接する値の間の補間によっ て実現されうる。 補正ユニット２８の調整を一定に維持するために、電子は常に同じ速度、即ち 同じ電位でこのユニットを通って進行せねばならないことに注意すべきである。 変化する加速電圧の場合にこの要件を満たすためには、補正ユニット２８の上流 又は下流の電子を加速又は減速させる追加的な手段を設けることが必要である。 このユニットの下流では後段加速のみが要求されるため、そのような低い加速電 圧は補正ユニット２８の上流で選択される。その場合、光学軸４に 垂直に延び、光学軸の領域に開口を設けられた相互に平行な平板として構成され うる後段加速電極（図示せず）が設けられねばならない。後段加速電圧はこれら の板の間に印加されうる。その場合、電子ビームの加速に加えてレンズ効果が生 ずる。すると、加速界のレンズ効果を示す係数が式の左辺の項に加えられるため 、式（２１）の形は変化し： となり、ここでＵ_cは補正ユニット２８の中の電子の電位であり、Ｕ_finalは後段 加速の後の電子の電位、即ち試料１４に入射する時の電子の電位である。式（２ ２）において、 は一定に維持されねばならない。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 装置中の対象（１４）を照射するために装置の光学軸（４）に沿って進行 する荷電された粒子のビームを放出し、加速電圧によって上記荷電された粒子の ビームを加速させる加速ユニットを含む粒子源と、 少なくとも２つの粒子レンズの組み合わせ（６，８）によって形成され、上記 荷電された粒子のビームを合焦させる合焦レンズユニット（５）と、 合焦レンズユニット（５）の色収差及び／又は球面収差を補正する補正装置（ ２８）とを含む粒子光学的装置の動作方法であって、 合焦状況が変化するにつれ、ビームの合焦は合焦レンズュニット（５）の少な くとも２つの電磁レンズ（６，８）の励起を変化させることによって適合され、 Ｃ_tを合焦レンズユニット（５）の色収差の係数とし、Ｋ_t ²を合焦レンズユニッ ト（５）の強度の平方とし、√（Ｕ_C／Ｕ_final）を補正ユニット（２８）中の電 子の電圧に対する対象（１４）上の電子の電圧の比の根であるとすると、 はこの適合に対して一定に維持されることを特徴とする方法。 ２． 補正装置（２８）は、均一な電界及びそれに垂直に延びる均一な磁界を生 成する極面（３０−ｉ）を設けられ、 該双極場の両方はまた上記装置の光学軸（４）に垂直に延び、補正装置（２８ ）はまた電気的な四極場を生成する極面（３０−ｉ）を設けられ、該極面（３０ −ｉ）は上記装置の光学軸（４９）に略平行に延び、 補正装置（２８）の励起と、 合焦レンズユニット（５）の励起と、 荷電された粒子の速度と、 多重極場を決定する極面（３０−ｉ）の光学軸（４）の方向の長さＬとは、ｎ を上記補正装置中のビームの電子の正弦軌道の周期の数とし、Ｋ_tを補正される べき合焦レンズユニット（５）の強度とし、Ｃ_tをこのレンズユニットの色収差 の係数とすると、該長さＬは（２π²ｎ²）／（Ｋ_t ²Ｃ^t）に略等しいことが成り 立つ、請求項１記載の方法。 ３． 上記強度は、ビームの粒子の正弦軌道の周期の数ｎが１であるよう補正装 置（２８）の上記双極場に与えられる、請求項２記載の方法。 ４． 補正装置（２８）は、均一な磁界を生成する極面を除き、電界のみを生成 するよう配置される極面（３０−ｉ）を設けられる、請求項３記載の方法。 ５． 装置中の対象（１４）を照射するために装置の光学軸（４）に沿って進行 する荷電された粒子のビームを放出し、加速電圧によって上記荷電された粒子の ビームを加速させる加速ユニットを含む粒子源と、 少なくとも２つの粒子レンズの組み合わせ（６，８）によって形成され、上記 荷電された粒子のビームを合焦させる合焦レンズユニット（５）と、 合焦レンズユニット（５）の色収差及び／又は球面収差を補正する補正装置（ ２８）とを設けられた粒子光学的装置であって、 合焦状況が変化する場合、ビームの合焦を合焦レンズユニット（５）の少なく とも２つの電磁レンズ（６，８）の励起を変化させ ることによって適合させる手段（２７）を設けられ、Ｃ_tを合焦レンズユニット （５）の色収差の係数とし、Ｋ_t ²を合焦レンズユニット（５）の強度の平方とし 、√（Ｕ_C／Ｕ_final）を補正ユニット（２８）中の電子の電圧に対する対象（１ ４）上の電子の電圧の比の根であるとすると、 はこの適合に対して一定に維持されることを特徴とする装置。 ６． 電磁レンズの組み合わせ（６，８）のうちの１つのレンズ（８）はスポッ ト形成液浸レンズによって形成される、請求項５記載の粒子光学的装置。 ７． スポット形成対物レンズユニット（５）を含み、補正装置（２８）は上記 粒子源から見て対物レンズユニット（５）の前方に配置される走査型粒子光学的 装置として構成される、請求項５又は６記載の粒子光学的装置。 ８． 合焦状況が変化した場合にビームの合焦を適合するよう配置される上記手 段はマイクロプロセッサ（２１）を含む、請求項５乃至７のうちいずれか１項記 載の粒子光学的装置。 ９． 合焦状況が変化した場合にビームの合焦を適合するよう配置される手段（ ２７）は対物レンズユニット（５）の多数の設定が異なる合焦状況の関数として 格納されるテーブル（１７ａ）を含む、請求項８記載の粒子光学的装置。 １０． マイクロプロセッサ（２１）は合焦レンズユニット（５）の電磁レンズ （６，８）の所望の励起がテーブル（１７ａ）の中に格納された多数の設定の間 の補間によって調整されることを達成するよう配置される、請求項９記載の粒子 光学的装置。