JP2015026431A - 球面収差補正装置、球面収差補正方法、および荷電粒子線装置 - Google Patents

球面収差補正装置、球面収差補正方法、および荷電粒子線装置 Download PDF

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Abstract

【課題】像および回折図形の少なくとも一方の真円度のずれの補正と軸上収差の補正とを個別に行うことができる球面収差補正装置を提供する。
【解決手段】 球面収差補正装置１００は、像および回折図形を取得する荷電粒子線装置用の球面収差補正装置であって、多段の六極子場を発生させる六極子場発生部１１０と、前記多段の六極子場の少なくとも１つに、前記像および前記回折図形の少なくとも一方の真円度のずれを補正する八極子場を重畳する八極子場重畳部１２０と、荷電粒子線を偏向させる偏向部１３０と、を含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、球面収差補正装置、球面収差補正方法、および荷電粒子線装置に関する。
透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）や走査透過電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）等の電子顕微鏡の球面収差補正装置として、厚い三回対称場、すなわち、光軸に沿った厚みを有する三回対称場を用いた二段三回場型球面収差補正装置が用いられている。
ここで、二回非点収差が光学的に異なる面で導入されると、像の真円度のずれ（アスペクト比のずれ）や、回折図形（Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ ｐａｔｔｅｒｎｓ）の真円度のずれが生じることが知られている（例えば非特許文献１参照）。
二段三回場型球面収差補正装置では、厚い三回対称場を用いた光学系のため、多極子場内で軸ずれが起きると、多極子の中心である逆空間と異なる面で（三回非点収差の軸ずれによる）二回対称場が発生し、像の真円度のずれや回折図形の真円度のずれが発生することがある。
二段三回場型球面収差補正装置には、一般的に、アライメントのために、電子線を二次元的に偏向させる偏向系が装備されている。この偏向系を用いて、像の真円度のずれや回折図形の真円度のずれを補正することができる。
一方、球面収差補正装置においては、軸上収差（二回非点収差、軸上コマ収差、スター収差、四回非点収差）を補正する必要がある。
例えば、特許文献１には、六極子場を発生させる２つの多極子コイルと、その間に２枚の軸対称レンズ（転送レンズ）を配置した球面収差補正器が開示されている。そして、特許文献１の球面収差補正器では、対物レンズの球面収差Ｃｓは補正されるが、多極子レンズを構成する個々の極子の位置ずれや、極子材料の磁気的特性のばらつきなどにより、寄生収差（２回対称１次非点収差、１回対称２次コマ収差、３回対称２次非点収差、２回対称３次スター収差、４回対称３次非点収差）が発生してしまうと記載されている。
球面収差補正装置では、一般的に、軸上収差の補正が上記の偏向系によって行われる。
特開２０１３−３０２７８号公報
Ｏ．Ｓｃｈｅｒｚｅｒ，Ｏｐｔｉｋ２（１９４７），１１４
このように球面収差補正装置では、像や回折図形の真円度のずれの補正と、軸上収差の補正を、上記の偏向系で行うことができる。しかしながら、上述した球面収差補正装置では、像や回折図形の真円度のずれの補正と軸上収差の補正を同じ偏向系で行わなければならない。
したがって、例えば、像や回折図形の真円度のずれと軸上収差とがともに補正されるように偏向系を調整しなければならず、調整が複雑化してしまう場合がある。また、例えば、像や回折図形の真円度のずれと軸上収差とがともに補正されるような調整ができない場合があり、像や回折図形の真円度のずれの影響、および軸上収差の影響を低減できない場合がある。
そのため、像や回折図形の真円度のずれの補正と軸上収差の補正を個別に行うことができる球面収差補正装置が望まれている。
本発明のいくつかの態様に係る目的の１つは、像および回折図形の少なくとも一方の真円度のずれの補正と軸上収差の補正を個別に行うことができる球面収差補正装置、および球面収差補正方法を提供することにある。
また、本発明のいくつかの態様に係る目的の１つは、上記球面収差補正装置を含む荷電粒子線装置を提供することにある。
（１）本発明に係る球面収差補正装置は、
像および回折図形を取得する荷電粒子線装置用の球面収差補正装置であって、
多段の六極子場を発生させる六極子場発生部と、
前記多段の六極子場の少なくとも１つに、前記像および前記回折図形の少なくとも一方の真円度のずれを補正する八極子場を重畳する八極子場重畳部と、
荷電粒子線を偏向させる偏向部と、
を含む。
このような球面収差補正装置によれば、軸上収差の補正と像および回折図形の少なくとも一方の真円度のずれの補正を個別に行うことができる。
（２）本発明に係る球面収差補正装置において、
前記偏向部は、前記六極子場における前記荷電粒子線の傾きを、前記八極子場によって導入される四回非点収差が補正される大きさにしてもよい。
このような球面収差補正装置によれば、八極子場重畳部が発生させる八極子場によって導入される四回非点収差が、偏向部が荷電粒子線を傾けることによって補正される結果として、像および回折図形の少なくとも一方の真円度のずれを補正することができる。したがって、軸上収差の補正と像および回折図形の少なくとも一方の真円度のずれの補正を個別に行うことができる。
（３）本発明に係る球面収差補正装置は、
像および回折図形を取得する荷電粒子線装置用の球面収差補正装置であって、
多段の六極子場を発生させる六極子場発生部と、
前記多段の六極子場の少なくとも１つに、前記像および前記回折図形の少なくとも一方の真円度のずれを補正する四極子場を重畳する四極子場重畳部と、
荷電粒子線を偏向させる偏向部と、
を含む。
このような球面収差補正装置によれば、軸上収差の補正と像および回折図形の少なくとも一方の真円度のずれの補正を個別に行うことができる。
（４）本発明に係る球面収差補正装置において、
前記偏向部は、前記六極子場における前記荷電粒子線の傾きを、前記四極子場によって導入されるスター収差が補正される大きさにしてもよい。
このような球面収差補正装置によれば、四極子場重畳部が発生させる四極子場によって導入されるスター収差が、偏向部が荷電粒子線を傾けることによって補正される結果として、像および回折図形の少なくとも一方の真円度のずれを補正することができる。したがって、軸上収差の補正と像および回折図形の少なくとも一方の真円度のずれの補正を個別に行うことができる。
（５）本発明に係る球面収差補正装置は、
像および回折図形を取得する荷電粒子線装置用の球面収差補正装置であって、
多段の六極子場を発生させる六極子場発生部と、
前記多段の六極子場の少なくとも１つに、前記像および前記回折図形の少なくとも一方の真円度のずれを補正する偏向場を重畳する偏向場重畳部と、
荷電粒子線を偏向させる偏向部と、
を含む。
このような球面収差補正装置によれば、軸上収差の補正と像および回折図形の少なくとも一方の真円度のずれの補正を個別に行うことができる。
（６）本発明に係る球面収差補正装置において、
前記偏向部は、前記六極子場における前記荷電粒子線の傾きを、前記偏向場によって導入されるスター収差が補正される大きさにしてもよい。
このような球面収差補正装置によれば、偏向場重畳部が発生させた偏向場によって導入されるスター収差が、偏向部が荷電粒子線を傾けることによって補正される結果として、像および回折図形の少なくとも一方の真円度のずれを補正することができる。したがって、軸上収差の補正と像および回折図形の少なくとも一方の真円度のずれの補正を個別に行うことができる。
（７）本発明に係る球面収差補正装置において、
前記六極子場発生部は、二段に配置された多極子を有してもよい。
（８）本発明に係る球面収差補正装置において、
二段に配置された前記多極子の間に配置されている転送レンズを含んでいてもよい。
（９）本発明に係る球面収差補正方法は、
像および回折図形を取得する荷電粒子線装置の球面収差補正方法であって、
多段の六極子場を構成する前記六極子場の少なくとも１つに、前記像および前記回折図形の少なくとも一方の真円度のずれを補正する八極子場を重畳する工程と、
荷電粒子線を偏向させて、前記六極子場における前記荷電粒子線の傾きを、前記八極子場によって導入される四回非点収差が補正される大きさにする工程と、
を含む。
このような球面収差補正方法によれば、重畳した八極子場によって導入される四回非点収差が、荷電粒子線を傾けることによって補正される結果として、像および回折図形の少なくとも一方の真円度のずれを補正することができる。したがって、軸上収差の補正と像および回折図形の少なくとも一方の真円度のずれの補正を個別に行うことができる。
（１０）本発明に係る球面収差補正方法は、
像および回折図形を取得する荷電粒子線装置の球面収差補正方法であって、
多段の六極子場を構成する前記六極子場の少なくとも１つに、前記像および前記回折図形の少なくとも一方の真円度のずれを補正する四極子場を重畳する工程と、
荷電粒子線を偏向させて、前記六極子場における前記荷電粒子線の傾きを、前記四極子場によって導入されるスター収差が補正される大きさにする工程と、
を含む。
このような球面収差補正方法によれば、重畳した四極子場によって導入されるスター収差が、荷電粒子線を傾けることによって補正される結果として、像および回折図形の少なくとも一方の真円度のずれを補正することができる。したがって、軸上収差の補正と像および回折図形の少なくとも一方の真円度のずれの補正を個別に行うことができる。
（１１）本発明に係る球面収差補正方法は、
像および回折図形を取得する荷電粒子線装置の球面収差補正方法であって、
多段の六極子場を構成する前記六極子場の少なくとも１つに、前記像および前記回折図形の少なくとも一方の真円度のずれを補正する偏向場を重畳する工程と、
荷電粒子線を偏向させて、前記六極子場における前記荷電粒子線の傾きを、前記偏向場によって導入されるスター収差が補正される大きさにする工程と、
を含む。
このような球面収差補正方法によれば、重畳した偏向場によって導入されるスター収差が、荷電粒子線を傾けることによって補正される結果として、像および回折図形の少なくとも一方の真円度のずれを補正することができる。したがって、軸上収差の補正と像および回折図形の少なくとも一方の真円度のずれの補正を個別に行うことができる。
（１２）本発明に係る球面収差補正方法において、
前記多段の六極子場は、二段の六極子場であってもよい。
（１３）本発明に係る荷電粒子線装置は、
本発明に係る球面収差補正装置を含む。
このような荷電粒子線装置によれば、本発明に係る球面収差補正装置を含むため、球面収差、軸上収差、ならびに像および回折図形の少なくとも一方の真円度のずれの影響が低減された良好な像および回折図形を得ることができる。
第１実施形態に係る球面収差補正装置を含む荷電粒子線装置の構成を示す図。 第１実施形態に係る球面収差補正装置の光学系の一例を示す図。 六極子場を発生させる場合の第１多極子の磁極の配置の一例を示す図。 六極子場を発生させる場合の第２多極子の磁極の配置の一例を示す図。 八極子場を発生させる場合の第２多極子の磁極の配置の一例を示す図。 多極子がつくる六極子場において、軸ずれが生じた状態を模式的に示す図。 図７（ａ）は多極子の上部の面における電子線の状態を模式的に示す図であり、図７（ｂ）は多極子の中心面における電子線の状態を模式的に示す図であり、図７（ｃ）は多極子の下部の面における電子線の状態を模式的に示す図である。 第１実施形態に係る球面収差補正装置における球面収差補正方法の一例を示すフローチャート。 回折図形の真円度のずれを補正する前の金の多結晶から取得した回折図形。 回折図形の真円度のずれを補正した後の金の多結晶から取得した回折図形。 第１実施形態の変形例に係る球面収差補正装置の光学系を示す図。 第２実施形態に係る球面収差補正装置の光学系を示す図。 四極子場を発生させる場合の第２多極子の磁極の配置の一例を示す図。 第２実施形態に係る球面収差補正装置における球面収差補正方法の一例を示すフローチャート。 第２実施形態の変形例に係る球面収差補正装置の光学系を示す図。 第３実施形態に係る球面収差補正装置の光学系を示す図。 偏向場を発生させる場合の第２多極子の磁極の配置の一例を示す図。 第２多極子において、六極子場に偏向場を重畳した状態を模式的に示す図。 図１９（ａ）は第２多極子の上部の面における電子線の状態を模式的に示す図であり、図１９（ｂ）は第２多極子の下部の面における電子線の状態を模式的に示す図である。 第３実施形態に係る球面収差補正装置における球面収差補正方法の一例を示すフローチャート。 第３実施形態の変形例に係る球面収差補正装置の光学系を示す図。 第４実施形態に係る荷電粒子線装置の構成を示す図。 第４実施形態に係る荷電粒子線装置における球面収差補正装置の光学系の一例を示す図。
以下、本発明の好適な実施形態について図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また、以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。
１． 第１実施形態
１．１． 球面収差補正装置
まず、第１実施形態に係る球面収差補正装置について、図面を参照しながら説明する。図１は、第１実施形態に係る球面収差補正装置１００を含む荷電粒子線装置１の構成を示す図である。
球面収差補正装置１００は、荷電粒子線装置用の球面収差補正装置である。荷電粒子線装置とは、観察対象に電子やイオン等の電荷を帯びた粒子を当てて拡大し、像（観察対象の像）および回折図形を取得する顕微鏡である。荷電粒子線装置は、例えば透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）、走査型透過電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）等である。ここでは、荷電粒子線装置１が、透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）である場合について説明する。
荷電粒子線装置１は、図１に示すように、球面収差補正装置１００を含む。図１の例では、球面収差補正装置１００は、荷電粒子線装置１の結像系の球面収差補正装置として機能する。さらに、球面収差補正装置１００は、軸上収差（二回非点収差、軸上コマ収差、スター収差、四回非点収差）の補正と、像および回折図形の少なくとも一方の真円度のずれの少なくとも一方の補正と、を行うことができる。以下では、球面収差補正装置１００が、軸上収差の補正と回折図形の真円度のずれの補正を行う例について説明する。
荷電粒子線装置１は、さらに、電子銃２と、集束レンズ３と、対物レンズ４と、試料ステージ５と、中間・投影レンズ６と、観察室７と、を含んで構成されている。
電子銃２は、電子線を発生させる。電子銃２は、陰極から放出された電子を陽極で加速
し電子線を放出する。電子銃２には、高圧制御部２ａから高圧電源が供給される。電子銃２としては、例えば熱電子放出型電子銃、熱電界放出型電子銃、冷陰極電界放出型電子銃等を用いることができる。
集束レンズ３は、電子銃２の後段（電子線の下流側）に配置されている。集束レンズ３は、電子銃２で発生した電子線を集束する。集束レンズ３は、試料ステージ５上の試料に電子線を照射するための照射系（照射レンズ系）を構成している。集束レンズ３で集束された電子線は、対物レンズ４および試料ステージ５に至る。
対物レンズ４は、集束レンズ３の後段に配置されている。対物レンズ４は、試料を透過した電子線で結像するための初段のレンズである。対物レンズ４と球面収差補正装置１００との間には、対物ミニレンズ４ａ，４ｂ（図２参照）が配置されていてもよい。
試料ステージ５は、試料を保持することができる。試料を透過した電子線は、対物レンズ４を介して、球面収差補正装置１００に入射する。
中間・投影レンズ６は、球面収差補正装置１００の後段に配置されている。中間・投影レンズ６は、対物レンズ４とともに、試料を透過した電子線で結像するための結像系（結像レンズ系）を構成している。中間・投影レンズ６は、観察室７内のカメラ（図示せず）上に像または回折図形を結像する。
なお、荷電粒子線装置１は、球面収差補正装置１００の後段に配置されたポストコレクターレンズ８（図２参照）を含んで構成されていてもよい。ポストコレクターレンズ８は、制限視野絞り面ＳＡ（図２参照）に試料の像を結ぶためのレンズである。
球面収差補正装置１００は、対物レンズ４と中間・投影レンズ６との間に配置されている。球面収差補正装置１００は、結像系（対物レンズ４）の球面収差を補正することができる。また、球面収差補正装置１００は、さらに、球面収差の補正に伴って発生する、軸上収差および回折図形の真円度のずれを補正することができる。
ここで、真円度のずれとは、例えば、真円（完全な円形）として観察されるべきものが真円として観察されないときの、真円からのずれをいう。回折図形の真円度がずれている場合、例えば、真円として観察されるべきデバイリングが、真円が歪んだ形状として観察される。
図２は、球面収差補正装置１００の光学系の一例を示す図である。図２では、荷電粒子線装置１の試料面（試料が配置されている面）Ｓと中間・投影レンズ（中間レンズ）６との間の光学系を図示している。
球面収差補正装置１００は、図２に示すように、六極子場発生部１１０と、八極子場重畳部１２０と、偏向部１３０と、転送レンズ１４０，１４２を含んで構成されている。
六極子場発生部１１０は、多段の六極子場（すなわち三回対称場）を発生させる。図示の例では、六極子場発生部１１０は、二段の六極子場を発生させる。なお、六極子場発生部１１０は、３段以上の六極子場を発生させてもよい。
六極子場発生部１１０は、多段に配置された多極子を含んで構成されている。図示の例では、六極子場発生部１１０は、二段の多極子（第１多極子１１２および第２多極子１１４）を含んで構成されている。六極子場発生部１１０では、第１多極子１１２および第２多極子１１４を用いて二段の六極子場を発生させる。
第１多極子１１２および第２多極子１１４は、例えば十二極子である。なお、第１多極子１１２および第２多極子１１４の極の数は特に限定されない。第１多極子１１２および第２多極子１１４が発生させる多極子場は、静磁場、静電場、またはこれらの重畳場のいずれかである。以下では、第１多極子１１２および第２多極子１１４が発生させる多極子場が静磁場である場合について説明する。
図３は、六極子場を発生させる場合の第１多極子１１２の磁極の配置の一例を示す図である。図４は、六極子場を発生させる場合の第２多極子１１４の磁極の配置の一例を示す図である。
第１多極子１１２は、図３に示すように、光軸Ａ（図２参照）を中心として放射状に配置された１２個の極１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ，１２ｅ，１２ｆ，１２ｇ，１２ｈ，１２ｉ，１２ｊ，１２ｋ，１２ｌを有する。すなわち、極１２ａ〜１２ｌは、光軸Ａまわりに３０度ごとに配置されている。
第２多極子１１４は、図４に示すように、光軸Ａ（図２参照）を中心として放射状に配置された１２個の極１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ，１４ｅ，１４ｆ，１４ｇ，１４ｈ，１４ｉ，１４ｊ，１４ｋ，１４ｌを有する。すなわち、極１４ａ〜１４ｌは、光軸Ａまわりに３０度ごとに配置されている。
六極子場発生部１１０は、第１多極子１１２の各極１２ａ〜１２ｌに設けられた励磁コイル（図示せず）に所定の励磁電流を供給して六極子場を発生させる。六極子場発生部１１０は、同様に、第２多極子１１４の各極１４ａ〜１４ｌに設けられた励磁コイル（図示せず）に所定の励磁電流を供給して六極子場を発生させる。
第１多極子１１２および第２多極子１１４は、図３および図４に示すように、光軸Ａに対して対称に置かれた６個の磁極を作ることにより、六極子場を発生させる。第１多極子１１２と第２多極子１１４とは、極性が反対である。言い換えると、第２多極子１１４は、第１多極子１１２が発生させる六極子場に対して、光軸Ａ周りに６０度回転した六極子場を発生させる。
第１多極子１１２および第２多極子１１４は、光軸Ａに沿った厚みを有している。そのため、第１多極子１１２および第２多極子１１４が発生させる多極子場は、光軸Ａに沿った厚みを有する。ここで、光軸Ａに沿った厚みを有する多極子とは、発生させる多極子場のプライマリー項以外の高次の項による場を生成する多極子である。なお、第１多極子１１２の光軸Ａに沿った厚さと、第２多極子１１４の光軸Ａに沿った厚さとは、同じ大きさであってもよいし、異なる大きさであってもよい。
八極子場重畳部１２０は、六極子場発生部１１０が発生させる六極子場に、回折図形の真円度のずれを補正する八極子場（すなわち四回対称場）を重畳する。図２の例では、八極子場重畳部１２０は、第２多極子１１４が発生させる六極子場に八極子場を重畳する。八極子場重畳部１２０は、回折図形の真円度のずれの大きさに応じた八極子場を発生させる。八極子場重畳部１２０が八極子場を発生させることにより、四回非点収差が導入される。
八極子場重畳部１２０は、図示の例では、第２多極子１１４を含んで構成されている。八極子場重畳部１２０は、第２多極子１１４を用いて八極子場を発生させる。
図５は、八極子場を発生させる場合の第２多極子１１４の磁極の配置の一例を示す図で
ある。
八極子場重畳部１２０は、図５に示すように、第２多極子１１４の各極１４ａ〜１４ｌに設けられた励磁コイル（図示せず）に所定の励磁電流を供給して八極子場を発生させる。第２多極子１１４は、図５に示すように、光軸Ａに対して対称に置かれた８個の磁極を作ることにより、八極子場（四回対称場）を発生させる。
ここで、第２多極子１１４は、上述のように、六極子場および八極子場を発生させる。そのため、第２多極子１１４の各極１４ａ〜１４ｌには、六極子場を発生させるための励磁コイルと、八極子場を発生させるための励磁コイルと、が設けられている。これらの励磁コイルにそれぞれ所定の励磁電流を供給することにより、第２多極子１１４は、六極子場と八極子場を発生させ、六極子場と八極子場とが重畳された重畳場を作ることができる。第２多極子１１４は十二極子であるため、六極子場（三回対称場）と八極子場（四回対称場）とを１つの多極子で発生させることができる。
偏向部１３０は、電子線を偏向させる。偏向部１３０は、電子線を偏向させて、多極子１１２，１１４がつくる六極子場内において、光軸Ａに対して電子線を傾けることができる。これにより、例えば、軸上収差を補正することができる。また、多極子１１２，１１４がつくる多極子場における光軸Ａに対する電子線の傾きの大きさを変えることで、像および回折図形の真円度を変えることができる。その理由については後述する。
偏向部１３０は、図２に示すように、対物レンズ４と第１多極子１１２との間に配置されている一組の偏向コイル１３１，１３２と、第１多極子１１２と第２多極子１１４との間に配置されている一組の偏向コイル１３３，１３４と、第２多極子１１４と中間・投影レンズ（中間レンズ）６との間に配置されている一組の偏向コイル１３５，１３６と、を含んで構成されている。
偏向コイル１３１，１３２は、第１多極子１１２がつくる多極子場（六極子場）に入射する電子線を二次元的に偏向させる。偏向コイル１３１，１３２によって、第１多極子１１２がつくる多極子場内で電子線を光軸Ａに対して傾斜させることができる。
偏向コイル１３３，１３４は、第２多極子１１４がつくる多極子場（六極子場と八極子場の重畳場）に入射する電子線を二次元的に偏向させる。偏向コイル１３３，１３４によって、第２多極子１１４がつくる多極子場内で電子線を光軸Ａに対して傾斜させることができる。
偏向コイル１３５，１３６は、第２多極子１１４から射出された電子線を二次元的に偏向させる。偏向コイル１３５，１３６によって、第２多極子１１４から射出された電子線を光軸Ａにあわせることができる。
転送レンズ１４０，１４２は、第１多極子１１２と第２多極子１１４との間に配置されている。転送レンズ１４０，１４２は、例えば転送倍率１：１のレンズである。転送レンズ１４０，１４２は、例えば、第１多極子１１２で形成された逆空間像を、第２多極子１１４に転送する。
次に、球面収差補正装置１００の動作について説明する。
球面収差補正装置１００では、六極子場発生部１１０がつくる二段の六極子場を用いて、球面収差を補正する。
具体的には、六極子場発生部１１０は、第１多極子１１２および第２多極子１１４を用いて二段の六極子場を発生させる。第１多極子１１２は、一段目の六極子場を発生させて負の球面収差および三回非点収差を作り出す。第２多極子１１４は、第１多極子１１２で作られた三回非点収差を相殺するように二段目の六極子場を発生させる。これにより、負の球面収差を取り出すことができる。この負の球面収差で結像系（対物レンズ４）の正の球面収差を打ち消して、結像系（対物レンズ４）の球面収差を補正することができる。
このように、二段の六極子場により球面収差は補正されるが、第１多極子１１２を構成する各極１２ａ〜１２ｌの位置ずれや、第２多極子１１４を構成する各極１４ａ〜１４ｌの位置ずれ、極子材料の磁気的特性のばらつき等により、軸上収差（二回非点収差、軸上コマ収差、スター収差、四回非点収差）が発生する場合がある。
また、球面収差を補正するために用いられる六極子場は、光軸Ａに沿った厚みを有している。そのため、電子線が光軸Ａからずれた場合、すなわち軸ずれが生じた場合、像および回折図形の真円度が変化する。これが、像および回折図形の真円度のずれの原因となる。以下、像および回折図形の真円度が変化する理由について、多極子１１２，１１４と同様の構成を有するモデル（多極子Ｍ）を用いて説明する。
図６は、多極子Ｍがつくる六極子場において、軸ずれが生じた状態を模式的に示す図である。図７（ａ）は、多極子Ｍの上部の面Ｍａにおける電子線ＥＢの状態を模式的に示す図である。図７（ｂ）は、多極子Ｍの中心面（逆空間に相当する面、回折面）Ｍｂにおける電子線ＥＢの状態を模式的に示す図である。図７（ｃ）は、多極子Ｍの下部の面Ｍｃにおける電子線ＥＢの状態を模式的に示す図である。
図６に示すように、多極子Ｍがつくる六極子場Ｆ（図７参照）内で電子線ＥＢが光軸Ａに対して傾いて軸ずれが生じると、多極子Ｍの中心面Ｍｂとは異なる面Ｍａ，Ｍｃで互いに異なる大きさの四極子場（二回対称場）が発生する。そのため、図７に示すように、上部の面Ｍａと下部の面Ｍｃに異なる二回非点収差が導入される。これにより、像および回折図形の真円度が変化する。これは、多極子Ｍが光学的に十分な厚みがあるため、多極子Ｍの中心面Ｍｂと多極子Ｍの端（上部の面Ｍａおよび下部の面Ｍｃ）では光学的に違う面を見ていることに相当するためである。このように、多極子の中心面とは異なる２つの面に異なる二回非点収差が導入されると、像および回折図形の真円度が変化する。
図６では、多極子Ｍがつくる六極子場において、電子線ＥＢは、光軸Ａに対して傾斜角αで傾いている。この傾斜角αの大きさに応じて、像および回折図形の真円度も変化する。
このように、二段の六極子場を用いて球面収差補正を行うと、軸上収差や、像および回折図形の真円度のずれが発生するが、球面収差補正装置１００では、八極子場重畳部１２０および偏向部１３０によって、軸上収差の補正と回折図形の真円度のずれの補正とを行う。
具体的には、八極子場重畳部１２０は、第２多極子１１４が発生させる六極子場に回折図形の真円度のずれを補正するための八極子場（四回対称場）を重畳する。これにより、四回非点収差が導入される。
偏向部１３０は、電子線を偏向させて、多極子１１２，１１４が発生させる六極子場における電子線の傾き（傾斜角α、図６参照）を、導入される四回非点収差が補正される大きさとする。すなわち、偏向部１３０は、電子線を偏向させて六極子場内で電子線を傾けることにより、八極子場重畳部１２０が導入する四回非点収差を補正する。
この結果、多極子１１２，１１４の中心面（逆空間に相当する面、回折面）とは異なる２つの面に所定の異なる二回非点収差が導入されて、回折図形の真円度が変化し、回折図形の真円度のずれが補正される。
このように、球面収差補正装置１００では、八極子場重畳部１２０が八極子場を発生させることで導入した四回非点収差を、偏向部１３０が電子線を偏向させることで補正する結果として、回折図形の真円度のずれを変化させている。これにより、回折図形の真円度のずれを、軸上収差と独立して補正することができる。
球面収差補正装置１００および荷電粒子線装置１は、例えば、以下の特徴を有する。
球面収差補正装置１００は、二段の六極子場を発生させる六極子場発生部１１０と、第２多極子１１４が発生させる六極子場に、回折図形の真円度のずれを補正する八極子場を重畳する八極子場重畳部１２０と、電子線を偏向させる偏向部１３０と、を含む。これにより、上述したように、回折図形の真円度のずれを、軸上収差と独立して補正することができ、軸上収差の補正と回折図形の真円度のずれの補正を個別に行うことができる。
球面収差補正装置１００では、偏向部１３０は、多極子１１２，１１４が発生させる六極子場における電子線の傾きを、八極子場重畳部１２０が発生させる八極子場によって導入される四回非点収差が補正される大きさにする。これにより、八極子場重畳部１２０が発生させる八極子場によって導入される四回非点収差が、偏向部１３０が電子線を偏向させることによって補正される結果として、回折図形の真円度のずれを補正することができる。したがって、軸上収差の補正と回折図形の真円度のずれの補正を個別に行うことができる。
荷電粒子線装置１では、軸上収差の補正と回折図形の真円度のずれの補正を個別に行うことができる球面収差補正装置１００を含んで構成されているため、球面収差、軸上収差、および回折図形の真円度のずれの影響が低減された良好な像および回折図形を得ることができる。
１．２． 球面収差補正方法
次に、第１実施形態に係る球面収差補正装置１００における球面収差補正方法について説明する。図８は、第１実施形態に係る球面収差補正装置１００における球面収差補正方法の一例を示すフローチャートである。
まず、六極子場発生部１１０は、多段の六極子場を発生させる（ステップＳ１０）。具体的には、六極子場発生部１１０は、二段の多極子１１２，１１４によって、二段の六極子場を発生させる。これにより、負の球面収差が作りだされ、結像系（対物レンズ４）の球面収差が補正される。
次に、偏向部１３０は、電子線を偏向させて、多極子１１２，１１４が発生させた六極子場における電子線の光軸Ａに対する傾きを、軸上収差が補正される大きさとする（ステップＳ１２）。これにより、軸上収差が補正される。すなわち、偏向部１３０は、電子線を偏向させて、軸上収差を補正する。
次に、八極子場重畳部１２０は、第２多極子１１４が発生させた六極子場に、回折図形の真円度のずれを補正する八極子場を重畳する（ステップＳ１４）。八極子場重畳部１２０は、回折図形の真円度のずれの大きさに応じた八極子場を発生させる。八極子場重畳部１２０が八極子場を発生させることにより、四回非点収差が導入される。
ステップＳ１４において、八極子場重畳部１２０は、回折図形の真円度のずれに応じた八極子場を重畳する。具体的には、例えば、得られた回折図形から回折図形の真円度のずれの情報（ずれの方向および大きさ）を取得し、取得した真円度のずれの情報に基づいて、八極子場重畳部１２０が発生させる八極子場の大きさおよび方向を決定してもよい。このとき、あらかじめ用意された回折図形の真円度のずれと八極子場の大きさおよび方向との相関のデータに基づいて、八極子場の大きさおよび方向を決定してもよい。
次に、偏向部１３０は、電子線を偏向させて、六極子場発生部１１０が発生させた六極子場における電子線の光軸Ａに対する傾きを、八極子場重畳部１２０が発生させた八極子場によって導入された四回非点収差が補正される大きさにする（Ｓ１６）。これにより、八極子場重畳部１２０が発生させた八極子場によって導入された四回非点収差が補正され（打ち消され）、回折図形の真円度のずれが補正される。
なお、ステップＳ１２、ステップＳ１４、ステップＳ１６の順序は特に限定されない。
以上の工程により、球面収差を補正することができる。
第１実施形態に係る球面収差補正装置１００における球面収差補正方法では、二段の六極子場を構成する六極子場の一方に、回折図形の真円度のずれを補正する八極子場を重畳する工程Ｓ１４と、電子線を偏向させて、六極子場における電子線の傾きを、八極子場によって導入される四回非点収差が補正される大きさにする工程Ｓ１６と、を含む。これにより、軸上収差と回折図形の真円度のずれを個別に補正することができる。
１．３． 実験例
本実験例では、第１実施形態に係る球面収差補正装置１００を備えた荷電粒子線装置１を用いて、回折図形の真円度のずれを補正した。試料として、金の多結晶を用いた。
図９は、回折図形の真円度のずれを補正する前の金の多結晶から取得した回折図形（デバイリング）である。図１０は、回折図形の真円度のずれを補正した後の金の多結晶から取得した回折図形（デバイリング）である。
回折図形の真円度のずれを補正する前には、図９に示すように、各結晶面に対応するデバイリングは、楕円である。回折図形の真円度のずれを補正した後には、図１０に示すように、各結晶面に対応するデバイリングは、回折図形の真円度のずれの補正を行う前（図９参照）に比べて、真円に近い。図１０に示す回折図形では、アスペクト比Ａ／Ｃおよびアスペクト比Ｂ／Ｅが９９％以上に補正された。
１．４． 変形例
次に、第１実施形態の変形例について説明する。図１１は、第１実施形態の変形例に係る球面収差補正装置２００の光学系を示す図である。
以下、第１実施形態の変形例に係る球面収差補正装置２００において、上述した第１実施形態に係る球面収差補正装置１００と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その説明を省略する。
上述した球面収差補正装置１００では、図２に示すように、八極子場重畳部１２０は第２多極子１１４を含んで構成されており、第２多極子１１４は六極子場と八極子場とが重畳された重畳場をつくっていた。
これに対して、球面収差補正装置２００では、図１１に示すように、八極子場重畳部１２０は第１多極子１１２を含んで構成されており、第１多極子１１２は六極子場と八極子場とが重畳された重畳場をつくっている。
球面収差補正装置２００によれば、球面収差補正装置１００と同様の作用効果を奏することができる。
２． 第２実施形態
２．１． 球面収差補正装置
次に、第２実施形態に係る球面収差補正装置について、図面を参照しながら説明する。図１２は、第２実施形態に係る球面収差補正装置３００の光学系を示す図である。
以下、第２実施形態に係る球面収差補正装置３００において、上述した第１実施形態に係る球面収差補正装置１００と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その説明を省略する。
上述した球面収差補正装置１００は、図２に示すように、八極子場重畳部１２０を有し、八極子場重畳部１２０が六極子場に八極子場を重畳し、偏向部１３０が電子線を偏向させて、導入された四回非点収差を補正し、回折図形の真円度のずれの補正を行っていた。
これに対して、球面収差補正装置３００では、図１２に示すように、四極子場重畳部３１０を有し、四極子場重畳部３１０が六極子場に四極子場（すなわち二回対称場）を重畳し、偏向部１３０が電子線を偏向させて、導入されたスター収差を補正し、回折図形の真円度のずれの補正を行う。
四極子場重畳部３１０は、六極子場発生部１１０が発生させる六極子場に、回折図形の真円度のずれを補正する四極子場を重畳する。図示の例では、四極子場重畳部３１０は、第２多極子１１４が発生させる六極子場に四極子場を重畳する。四極子場重畳部３１０は、回折図形の真円度のずれの大きさに応じた四極子場を発生させる。四極子場重畳部３１０が四極子場を発生させることにより、スター収差が導入される。
四極子場重畳部３１０は、例えば十二極子を用いて四極子場を発生させる。図示の例では、四極子場重畳部３１０は、第２多極子１１４を含んで構成されている。四極子場重畳部３１０は、第２多極子１１４を用いて四極子場を発生させる。
図１３は、四極子場を発生させる場合の第２多極子１１４の磁極の配置の一例を示す図である。
四極子場重畳部３１０は、図１３に示すように、第２多極子１１４の各極１４ａ〜１４ｌに設けられた励磁コイル（図示せず）に所定の励磁電流を供給して四極子場を発生させる。第２多極子１１４は、光軸Ａに対して対称に置かれた４個の磁極を作ることにより、四極子場（二回対称場）を発生させる。
ここで、第２多極子１１４は、上述のように、六極子場および四極子場を発生させる。そのため、第２多極子１１４の各極１４ａ〜１４ｌには、六極子場を発生させるための励磁コイルと、四極子場を発生させるための励磁コイルと、が設けられている。これらの励磁コイルにそれぞれ所定の励磁電流を供給することにより、第２多極子１１４は、六極子場と四極子場を発生させ、六極子場と四極子場とが重畳された重畳場を作ることができる。第２多極子１１４は十二極子であるため、六極子場（三回対称場）と四極子場（二回対称場）とを１つの多極子で発生させることができる。
偏向部１３０は、電子線を偏向させて、多極子１１２，１１４が発生させる六極子場における電子線の光軸Ａに対する傾きを、四極子場重畳部３１０が発生させた四極子場によって導入されるスター収差が補正される大きさとする。
次に、球面収差補正装置３００の動作について説明する。
球面収差補正装置３００では、上述した球面収差補正装置１００と同様に、六極子場発生部１１０がつくる二段の六極子場を用いて、球面収差を補正する。
また、球面収差補正装置３００では、四極子場重畳部３１０および偏向部１３０によって、軸上収差の補正と回折図形の真円度のずれの補正を行う。
具体的には、四極子場重畳部３１０は、第２多極子１１４が発生させる六極子場に、回折図形の真円度のずれを補正するための四極子場（二回対称場）を重畳する。これにより、スター収差が導入される。
偏向部１３０は、電子線を偏向させて、多極子１１２，１１４が発生させる六極子場における電子線の傾きを、導入されるスター収差が補正される大きさとする。すなわち、偏向部１３０は、電子線を偏向させて六極子場内で電子線を傾けることにより、四極子場重畳部３１０が導入したスター収差を補正する。
この結果、多極子１１２，１１４の中心面（逆空間に相当する面、回折面）とは異なる２つの面に所定の異なる二回非点収差が導入されて、回折図形の真円度が変化し、回折図形の真円度のずれが補正される。
このように、球面収差補正装置３００では、四極子場重畳部３１０が四極子場を発生させることで導入したスター収差を、偏向部１３０が電子線を偏向させることで補正する結果として、回折図形の真円度のずれを変化させている。これにより、回折図形の真円度のずれを、軸上収差と独立して補正することができる。
球面収差補正装置３００は、例えば、以下の特徴を有する。
球面収差補正装置３００は、二段の六極子場を発生させる六極子場発生部１１０と、第２多極子１１４が発生させる六極子場に、回折図形の真円度のずれを補正する四極子場を重畳する四極子場重畳部３１０と、電子線を偏向させる偏向部１３０と、を含む。これにより、上述したように、回折図形の真円度のずれを、軸上収差と独立して補正することができ、軸上収差の補正と回折図形の真円度のずれの補正を個別に行うことができる。
球面収差補正装置３００では、偏向部１３０は、多極子１１２，１１４が発生させる六極子場における電子線の傾きを、四極子場重畳部３１０が発生させる四極子場によって導入されるスター収差が補正される大きさにする。これにより、四極子場重畳部３１０が発生させる四極子場によって導入されるスター収差が、偏向部１３０が電子線を傾けることによって補正される結果として、回折図形の真円度のずれを補正することができる。したがって、軸上収差と回折図形の真円度のずれの補正を個別に行うことができる。
２．２． 球面収差補正方法
次に、第２実施形態に係る球面収差補正装置３００における球面収差補正方法について説明する。図１４は、第２実施形態に係る球面収差補正装置３００における球面収差補正方法の一例を示すフローチャートである。
まず、六極子場発生部１１０は、多段の六極子場を発生させる（ステップＳ２０）。これにより、負の球面収差が作りだされ、対物レンズ４の球面収差が補正される。
次に、偏向部１３０は、電子線を偏向させて、多極子１１２，１１４が発生させた六極子場における電子線の光軸Ａに対する傾きを、軸上収差が補正される大きさとする（ステップＳ２２）。これにより、軸上収差が補正される。
次に、四極子場重畳部３１０は、第２多極子１１４が発生させた六極子場に、回折図形の真円度のずれを補正する四極子場を重畳する（ステップＳ２４）。四極子場重畳部３１０は、回折図形の真円度のずれの大きさに応じた四極子場を発生させる。四極子場重畳部３１０が四極子場を発生させることにより、スター収差が導入される。
次に、偏向部１３０は、電子線を偏向させて、六極子場発生部１１０が発生させた六極子場における電子線の光軸Ａに対する傾きを、四極子場重畳部３１０が発生させた四極子場によって導入されたスター収差が補正される角度とする（Ｓ２６）。これにより、四極子場重畳部３１０が発生させた四極子場によって導入されたスター収差は補正されて（打ち消されて）、回折図形の真円度のずれが補正される。
なお、ステップＳ２２、ステップＳ２４、ステップＳ２６の順序は特に限定されない。
以上の工程により、球面収差を補正することができる。
第２実施形態に係る球面収差補正装置３００における球面収差補正方法では、二段の六極子場を構成する六極子場の一方に、回折図形の真円度のずれを補正する四極子場を重畳する工程Ｓ２４と、電子線を偏向させて、六極子場における電子線の傾きを、四極子場によって導入されるスター収差が補正される大きさにする工程Ｓ２６と、を含む。これにより、軸上収差と回折図形の真円度のずれを個別に補正することができる。
２．３． 変形例
次に、第２実施形態の変形例について説明する。図１５は、第２実施形態の変形例に係る球面収差補正装置４００の光学系を示す図である。
以下、第２実施形態の変形例に係る球面収差補正装置４００において、上述した第２実施形態に係る球面収差補正装置３００と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その説明を省略する。
上述した球面収差補正装置３００では、図１２に示すように、四極子場重畳部３１０は第２多極子１１４を含んで構成されており、第２多極子１１４は六極子場と四極子場とが重畳された重畳場をつくっていた。
これに対して、球面収差補正装置４００では、図１５に示すように、四極子場重畳部３１０は第１多極子１１２を含んで構成されており、第１多極子１１２は六極子場と四極子場とが重畳された重畳場をつくっている。
球面収差補正装置４００によれば、球面収差補正装置３００と同様の作用効果を奏することができる。
３． 第３実施形態
３．１． 球面収差補正装置
次に、第３実施形態に係る球面収差補正装置について、図面を参照しながら説明する。図１６は、第３実施形態に係る球面収差補正装置５００の光学系を示す図である。
以下、第３実施形態に係る球面収差補正装置５００において、上述した第１実施形態に係る球面収差補正装置１００と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その説明を省略する。
上述した球面収差補正装置１００は、図２に示すように、八極子場重畳部１２０を有し、八極子場重畳部１２０が六極子場に八極子場を重畳し、偏向部１３０が電子線を偏向させて、導入された四回非点収差を補正し、回折図形の真円度のずれの補正を行っていた。
これに対して、球面収差補正装置５００では、図１６に示すように、偏向場重畳部５１０を有し、偏向場重畳部５１０が六極子場に偏向場を重畳し、偏向部１３０が電子線を偏向させて、導入されたスター収差を補正し、回折図形の真円度のずれの補正を行う。
偏向場重畳部５１０は、六極子場発生部１１０が発生させた六極子場に、回折図形の真円度のずれを補正する偏向場を重畳する。図示の例では、偏向場重畳部５１０は、第２多極子１１４が発生させる六極子場に偏向場を重畳する。偏向場重畳部５１０は、回折図形の真円度のずれに応じた偏向場を発生させる。偏向場重畳部５１０が偏向場を発生させることにより、スター収差が導入される。
偏向場重畳部５１０は、例えば十二極子を用いて偏向場を発生させる。図示の例では、偏向場重畳部５１０は、第２多極子１１４を含んで構成されている。偏向場重畳部５１０は、第２多極子１１４を用いて偏向場を発生させる。
図１７は、偏向場を発生させる場合の第２多極子１１４の磁極の配置の一例を示す図である。
偏向場重畳部５１０は、図１７に示すように、第２多極子１１４の各極１４ａ〜１４ｌに設けられた励磁コイル（図示せず）に所定の励磁電流を供給して偏向場を発生させる。第２多極子１１４は、光軸Ａに対して対称に置かれた２個の磁極を作ることにより、偏向場を発生させる。
ここで、第２多極子１１４は、上述のように、六極子場および偏向場を発生させる。そのため、第２多極子１１４の各極１４ａ〜１４ｌには、六極子場を発生させるための励磁コイルと、偏向場を発生させるための励磁コイルと、が設けられている。これらの励磁コイルにそれぞれ所定の励磁電流を供給することにより、第２多極子１１４は、六極子場と偏向場を発生させ、六極子場と偏向場とが重畳された重畳場を作ることができる。第２多極子１１４は十二極子であるため、六極子場（三回対称場）と偏向場とを１つの多極子で発生させることができる。
図１８は、第２多極子１１４において、六極子場に偏向場を重畳した状態を模式的に示す図である。図１９（ａ）は、第２多極子１１４の上部の面１１４ａにおける電子線ＥＢの状態を模式的に示す図である。図１９（ｂ）は、第２多極子１１４の下部の面１１４ｃにおける電子線ＥＢの状態を模式的に示す図である。
偏向場重畳部５１０が六極子場に偏向場を重畳すると、図１８に示すように、六極子場内で電子線ＥＢが偏向される。これにより、第２多極子１１４の中心面（逆空間に相当する面）１１４ｂとは異なる面（図示の例では下部の面１１４ｃ）で、二回対称場が発生する。そのため、図１９（ｂ）に示すように、下部の面１１４ｃでは二回非点収差が導入さ
れる。また、第２多極子１１４の上部の面１１４ａでは、軸ずれが起こらず、二回非点収差も導入されない。このように、六極子場に偏向場を重畳することにより、多極子の中心面とは異なる２つの面に異なる二回非点収差が導入されて、像および回折図形の真円度を変えることができる。
なお、図１８では、六極子場内において、偏向場重畳部５１０が電子線ＥＢを偏向させることで、電子線ＥＢは光軸Ａに対して傾斜角βで傾斜する。この傾斜角βの大きさに応じて、像および回折図形の真円度が変化する。
偏向部１３０は、電子線を偏向させて、六極子場における電子線の光軸Ａに対する傾き（傾斜角β）を、偏向場重畳部５１０が発生させた偏向場によって導入されるスター収差が補正される大きさとする。
次に、球面収差補正装置５００の動作について説明する。
球面収差補正装置５００では、上述した球面収差補正装置１００と同様に、六極子場発生部１１０がつくる二段の六極子場を用いて、球面収差を補正する。
また、球面収差補正装置５００では、偏向場重畳部５１０および偏向部１３０によって、軸上収差の補正と回折図形の真円度のずれの補正を行う。
具体的には、偏向場重畳部５１０は、第２多極子１１４に回折図形の真円度のずれを補正するための偏向場を重畳する。これにより、スター収差が導入される。
偏向部１３０は、電子線を偏向させて、多極子１１２，１１４で発生させる六極子場における電子線の傾き（傾斜角β）を、導入されるスター収差が補正される大きさとする。すなわち、偏向部１３０は、電子線を偏向させて六極子場内で電子線を傾けることにより、偏向場重畳部５１０が導入したスター収差を補正する。
この結果、多極子１１２，１１４の中心面（逆空間に相当する面、回折面）とは異なる２つの面に所定の異なる二回非点収差が導入されて、回折図形の真円度が変化し、回折図形の真円度のずれが補正される。
このように、球面収差補正装置５００では、偏向場重畳部５１０が偏向場を発生させることで導入したスター収差を、偏向部１３０が電子線を偏向させることで補正する結果として、回折図形の真円度のずれを変化させている。これにより、回折図形の真円度のずれを、軸上収差と独立して補正することができる。
球面収差補正装置５００は、例えば、以下の特徴を有する。
球面収差補正装置５００は、二段の六極子場を発生させる六極子場発生部１１０と、第２多極子１１４が発生させる六極子場に、回折図形の真円度のずれを補正する偏向場を重畳する偏向場重畳部５１０と、電子線を偏向させる偏向部１３０と、を含む。これにより、上述したように、回折図形の真円度のずれを軸上収差と独立して補正することができ、軸上収差の補正と回折図形の真円度のずれの補正を個別に行うことができる。
球面収差補正装置５００では、偏向部１３０は、多極子１１２，１１４が発生させる六極子場における電子線の傾きを、偏向場重畳部５１０が発生させる偏向場によって導入されるスター収差が補正される大きさにする。これにより、偏向場重畳部５１０が発生させる偏向場によって導入されるスター収差が、偏向部１３０が電子線を傾けることによって
補正される結果として、回折図形の真円度のずれを補正することができる。したがって、軸上収差と回折図形の真円度のずれの補正を個別に行うことができる。
３．２． 球面収差補正方法
次に、第３実施形態に係る球面収差補正装置５００における球面収差補正方法について説明する。図２０は、第３実施形態に係る球面収差補正装置５００における球面収差補正方法の一例を示すフローチャートである。
まず、六極子場発生部１１０は、多段の六極子場を発生させる（ステップＳ３０）。これにより、負の球面収差が作りだされ、対物レンズ４の球面収差が補正される。
次に、偏向部１３０は、電子線を偏向させて、六極子場における電子線の光軸Ａに対する傾きを、軸上収差が補正される大きさとする（ステップＳ３２）。これにより、軸上収差が補正される。
次に、偏向場重畳部５１０は、第２多極子１１４が発生させた六極子場に、回折図形の真円度のずれを補正する偏向場を重畳する（ステップＳ３４）。偏向場重畳部５１０は、回折図形の真円度のずれの大きさに応じた偏向場を発生させる。偏向場重畳部５１０が偏向場を発生させることにより、スター収差が導入される。
次に、偏向部１３０は、電子線を偏向させて、六極子場発生部１１０が発生させた六極子場における電子線の光軸Ａに対する傾きを、偏向場重畳部５１０が発生させた偏向場によって導入されたスター収差が補正される角度とする（Ｓ３６）。これにより、偏向場重畳部５１０が発生させた偏向場によって導入されたスター収差は補正されて（打ち消されて）、回折図形の真円度のずれが補正される。
なお、ステップＳ３２、ステップＳ３４、ステップＳ３６の順序は特に限定されない。
以上の工程により、球面収差を補正することができる。
第３実施形態に係る球面収差補正装置５００における球面収差補正方法では、二段の六極子場を構成する六極子場の一方に、回折図形の真円度のずれを補正する偏向場を重畳する工程Ｓ３４と、電子線を偏向させて、六極子場における電子線の傾きを、偏向場によって導入されるスター収差が補正される大きさにする工程Ｓ３６と、を含む。これにより、軸上収差と回折図形の真円度のずれを個別に補正することができる。
３．３． 変形例
次に、第３実施形態の変形例について説明する。図２１は、第３実施形態の変形例に係る球面収差補正装置６００の光学系を示す図である。
以下、第３実施形態の変形例に係る球面収差補正装置６００において、上述した第３実施形態に係る球面収差補正装置５００と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その説明を省略する。
上述した球面収差補正装置５００では、図１６に示すように、偏向場重畳部５１０は第２多極子１１４を含んで構成されており、第２多極子１１４は六極子場と偏向場とが重畳された重畳場をつくっていた。
これに対して、球面収差補正装置６００では、図２１に示すように、偏向場重畳部５１０は第１多極子１１２を含んで構成されており、第１多極子１１２は六極子場と偏向場と
が重畳された重畳場をつくっている。
球面収差補正装置６００によれば、球面収差補正装置５００と同様の作用効果を奏することができる。
４． 第４実施形態
次に、第４実施形態に係る球面収差補正装置について、図面を参照しながら説明する。
図２２は、第４実施形態に係る荷電粒子線装置１Ａの構成を示す図である。図２３は、第４実施形態に係る荷電粒子線装置１Ａにおける球面収差補正装置１００の光学系の一例を示す図である。
以下、第４実施形態に係る荷電粒子線装置１Ａにおいて、上述した第１実施形態に係る荷電粒子線装置１と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その説明を省略する。
上述した第１〜第３実施形態では、本発明に係る球面収差補正装置を結像系の球面収差補正装置として用いた例について説明した。
これに対して、第４実施形態に係る荷電粒子線装置１Ａでは、本発明に係る球面収差補正装置を照射系の球面収差補正装置として用いている。ここでは、本発明に係る球面収差補正装置として、球面収差補正装置１００を用いた例について説明する。
荷電粒子線装置１Ａは、図２２および図２３に示すように、電子銃２と、第１集束レンズ３ａと、コンデンサー絞り９と、球面収差補正装置１００と、第２集束レンズ３ｂと、対物レンズ４と、試料ステージ５と、中間・投影レンズ６と、観察室７と、を含んで構成されている。ここでは、荷電粒子線装置１Ａが、走査透過電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）である場合について説明する。
コンデンサー絞り９は、第１集束レンズ３ａ内に配置されている。コンデンサー絞り９は、電子銃２から放出された電子線のうち不要な成分をカットし、電子線の開き角、照射量を決める機能を有している。コンデンサー絞り９の孔の形状は、例えば、円である。
荷電粒子線装置１Ａでは、電子銃２から放出された電子線を、二段の第１集束レンズ３ａで集束させて、球面収差補正装置１００に入射させる。球面収差補正装置１００では、上述した球面収差補正が行われる。球面収差補正装置１００を通過した電子線は、第２集束レンズ３ｂおよび対物レンズ４によって集束されて、電子プローブとして試料上に照射される。荷電粒子線装置１Ａは、走査コイル（図示せず）を備えており、走査コイルによって、電子プローブを試料上で走査する。試料を透過した電子線は、中間・投影レンズ６を介して、観察室７内の検出器（図示せず）で検出される。これにより、走査像および回折図形が得られる。
ここで、荷電粒子線装置１Ａにおいて、球面収差補正装置１００は、像の真円度のずれと軸上収差を個別に補正する。照射系の球面収差補正において、像の真円度のずれは、コンデンサー絞り９の影の真円度のずれに対応する。コンデンサー絞り９の影は、走査像で確認することができる。
コンデンサー絞り９の孔の形状が真円である場合、像の真円度のずれがない場合には、コンデンサー絞り９の影は、真円として観察される。これに対して、像の真円度のずれがある場合には、コンデンサー絞り９の影は、真円が歪んだ形状に観察される。
本実施形態に係る球面収差補正装置１００の動作および球面収差補正方法は、八極子場重畳部１２０が、第２多極子１１４が発生させる六極子場に像（コンデンサー絞り９の影）の真円度のずれを補正する八極子場（四回対称場）を重畳する点を除いて、上述した第１実施形態と同様であり、その詳細な説明を省略する。
荷電粒子線装置１Ａでは、軸上収差の補正と像の真円度のずれの補正を個別に行うことができる球面収差補正装置１００を含んで構成されているため、球面収差、軸上収差、および像の真円度のずれの影響が低減された良好な像および回折図形を得ることができる。
なお、ここでは、球面収差補正装置１００を照射系に適用した例について説明したが、上述した球面収差補正装置２００，３００，４００，５００，６００を照射系に適用した場合でも同様の作用効果を奏することができる。
５． その他の実施形態
なお、本発明は上述した実施形態や変形例に限定されず、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。
例えば、上述した第１〜第３実施形態およびその変形例に係る球面収差補正装置１００〜６００では、軸上収差の補正と、回折図形の真円度のずれの補正と、を行う例について説明したが、球面収差補正装置１００〜６００では、軸上収差の補正と、像（試料像）の真円度のずれの補正と、を行ってもよい。ここで、像（試料像）の真円度がずれている場合には、例えば、真円として観察されるべき試料が、真円が歪んだ形状として観察される。
具体的には、球面収差補正装置１００，２００では、八極子場重畳部１２０が、第２多極子１１４が発生させる六極子場に像（試料像）の真円度のずれを補正する八極子場（四回対称場）を重畳する。また、球面収差補正装置３００，４００では、四極子場重畳部３１０が、第２多極子１１４が発生させる六極子場に像（試料像）の真円度のずれを補正する四極子場（四回対称場）を重畳する。また、球面収差補正装置５００，６００では、偏向場重畳部５１０が、第２多極子１１４が発生させる六極子場に像（試料像）の真円度のずれを補正する偏向場を重畳する。
このような球面収差補正装置を含む荷電粒子線装置１では、球面収差、軸上収差、および像の真円度のずれの影響が低減された良好な像および回折図形を得ることができる。
本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法および結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
１…荷電粒子線装置、１Ａ…荷電粒子線装置、２…電子銃、２ａ…高圧制御部、３…集束レンズ、３ａ…第１集束レンズ、３ｂ…第２集束レンズ、４…対物レンズ、４ａ，４ｂ…対物ミニレンズ、５…試料ステージ、６…中間・投影レンズ、７…観察室、８…ポストコレクターレンズ、９…コンデンサー絞り、１２ａ〜１２ｌ…極、１４ａ〜１４ｌ…極、１００…球面収差補正装置、１１０…六極子場発生部、１１２…第１多極子、１１４…第２多極子、１１４ａ…上部の面、１１４ｂ…中心面、１１４ｃ…下部の面、１２０…八極子
場重畳部、１３０…偏向部、１３１，１３２，１３３，１３４，１３５，１３６…偏向コイル、１４０，１４２…転送レンズ、２００，３００…球面収差補正装置、３１０…四極子場重畳部、４００，５００…球面収差補正装置、５１０…偏向場重畳部、６００…球面収差補正装置

Claims (13)

  1. 像および回折図形を取得する荷電粒子線装置用の球面収差補正装置であって、
    多段の六極子場を発生させる六極子場発生部と、
    前記多段の六極子場の少なくとも１つに、前記像および前記回折図形の少なくとも一方の真円度のずれを補正する八極子場を重畳する八極子場重畳部と、
    荷電粒子線を偏向させる偏向部と、
    を含む、球面収差補正装置。
  2. 請求項１において、
    前記偏向部は、前記六極子場における前記荷電粒子線の傾きを、前記八極子場によって導入される四回非点収差が補正される大きさにする、球面収差補正装置。
  3. 像および回折図形を取得する荷電粒子線装置用の球面収差補正装置であって、
    多段の六極子場を発生させる六極子場発生部と、
    前記多段の六極子場の少なくとも１つに、前記像および前記回折図形の少なくとも一方の真円度のずれを補正する四極子場を重畳する四極子場重畳部と、
    荷電粒子線を偏向させる偏向部と、
    を含む、球面収差補正装置。
  4. 請求項３において、
    前記偏向部は、前記六極子場における前記荷電粒子線の傾きを、前記四極子場によって導入されるスター収差が補正される大きさにする、球面収差補正装置。
  5. 像および回折図形を取得する荷電粒子線装置用の球面収差補正装置であって、
    多段の六極子場を発生させる六極子場発生部と、
    前記多段の六極子場の少なくとも１つに、前記像および前記回折図形の少なくとも一方の真円度のずれを補正する偏向場を重畳する偏向場重畳部と、
    荷電粒子線を偏向させる偏向部と、
    を含む、球面収差補正装置。
  6. 請求項５において、
    前記偏向部は、前記六極子場における前記荷電粒子線の傾きを、前記偏向場によって導入されるスター収差が補正される大きさにする、球面収差補正装置。
  7. 請求項１ないし６のいずれか１項において、
    前記六極子場発生部は、二段に配置された多極子を有する、球面収差補正装置。
  8. 請求項７において、
    二段に配置された前記多極子の間に配置されている転送レンズを含む、球面収差補正装置。
  9. 像および回折図形を取得する荷電粒子線装置の球面収差補正方法であって、
    多段の六極子場を構成する前記六極子場の少なくとも１つに、前記像および前記回折図形の少なくとも一方の真円度のずれを補正する八極子場を重畳する工程と、
    荷電粒子線を偏向させて、前記六極子場における前記荷電粒子線の傾きを、前記八極子場によって導入される四回非点収差が補正される大きさにする工程と、
    を含む、球面収差補正方法。
  10. 像および回折図形を取得する荷電粒子線装置の球面収差補正方法であって、
    多段の六極子場を構成する前記六極子場の少なくとも１つに、前記像および前記回折図形の少なくとも一方の真円度のずれを補正する四極子場を重畳する工程と、
    荷電粒子線を偏向させて、前記六極子場における前記荷電粒子線の傾きを、前記四極子場によって導入されるスター収差が補正される大きさにする工程と、
    を含む、球面収差補正方法。
  11. 像および回折図形を取得する荷電粒子線装置の球面収差補正方法であって、
    多段の六極子場を構成する前記六極子場の少なくとも１つに、前記像および前記回折図形の少なくとも一方の真円度のずれを補正する偏向場を重畳する工程と、
    荷電粒子線を偏向させて、前記六極子場における前記荷電粒子線の傾きを、前記偏向場によって導入されるスター収差が補正される大きさにする工程と、
    を含む、球面収差補正方法。
  12. 請求項９ないし１１のいずれか１項において、
    前記多段の六極子場は、二段の六極子場である、球面収差補正方法。
  13. 請求項１ないし８のいずれか１項に記載の球面収差補正装置を含む、荷電粒子線装置。
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