JP2016134295A - 多極子レンズおよび荷電粒子ビーム装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成で４極子場のＸ成分およびＹ成分、ならびに８極子場のＸ成分およびＹ成分をつくることができる多極子レンズを提供する。
【解決手段】多極子レンズ１００は、第１〜第１２極子１０−１〜１０−１２と、第１〜第１６コイル２０−１〜２０−１６と、コイル２０−１，４，９，１２に電流を供給する第１電源３０−１と、コイル２０−３，５，１１，１３に電流を供給する第２電源３０−２と、コイル２０−６，８，１４，１６に電流を供給する第３電源３０−３と、コイル２０−２、７，１０，１５に電流を供給する第４電源３０−４と、を含み、コイル２０−１，２０−３，２０−６，２０−７，２０−９，２０−１１，２０−１４，２０−１５は、第１方向の磁場を発生させ、コイル２０−２，２０−４，２０−５，２０−８，２０−１０，２０−１２，２０−１３，２０−１６は、第１方向とは反対方向の磁場を発生させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、多極子レンズおよび荷電粒子ビーム装置に関する。

近年、収差を補正するための収差補正装置が搭載された透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）等の荷電粒子ビーム装置が知られている。収差補正装置は、多極子レンズを用いて、荷電粒子ビーム（電子線）の通路に磁場、電場、またはこれらの重畳場を印加することにより、収差の補正を行っている（例えば特許文献１参照）。

特開２００５−３０２４０５号公報

例えば、８極子場は、４回非点補正や球面収差補正に用いられるが、軸ずれ等の影響を減らすために、８極子場に低次の多極子場を重畳する場合がある。１２極子レンズの場合、例えば、図４に示す表に記載した比で各磁極に起磁力を与えることにより４極子場のＸ成分およびＹ成分、８極子場のＸ成分およびＹ成分をつくることができる。なお、４極子場のＸ成分を４５度回転させることで４極子場のＹ成分となり、８極子場のＸ成分を２２．５度回転させることで８極子場のＹ成分となる。各磁極に与えられる起磁力は、磁極に巻かれたコイルの巻き数とコイルに流れる電流で決まる。

図５は、従来の多極子レンズ（多極子レンズ１０１Ａ）の一例を模式的に示す図である。

多極子レンズ１０１Ａは、図５に示すように、１２極子レンズである。多極子レンズ１０１Ａは、１２個の磁極１１０−１〜１１０−１２と、１２個のコイル１２０と、１２個の電源１３０−１〜１３０−１２と、ヨーク１４０と、を含んで構成されている。多極子レンズ１０１Ａでは、起磁力の比を電源１３０−１〜１３０−１２で制御している。各磁極１１０−１〜１１０−１２には、同形のコイル（同じ巻き数のコイル）１２０が１つずつ取り付けられている。これらのコイル１２０には、独立した電源１３０−１〜１３０−１２から電流が供給される。４極子場のＸ成分およびＹ成分、８極子場のＸ成分およびＹ成分の４種類の場を重畳して励磁したい場合には、図４に示す表から各磁極１１０−１〜１１０−１２に加えるべき起磁力の合計を計算し、コイル１２０の巻き数から各コイル１２０に流す電流量を求めて、各電源１３０−１〜１３０−１２の出力を制御する。

図６は、従来の多極子レンズ（多極子レンズ１０１Ｂ）の一例を模式的に示す図である。

多極子レンズ１０１Ｂは、図６に示すように、１２個の磁極１１０−１〜１１０−１２と、４８個のコイル１２０と、４個の電源１３０−１〜１３０−４と、ヨーク１４０と、を含んで構成されている。多極子レンズ１０１Ｂでは、起磁力の比をコイル１２０の巻き数によって制御している。各磁極１１０には、図４に示す表１の起磁力の比に比例した巻き数のコイル１２０が取り付けられている。これらのコイル１２０は、電源１３０−１〜１３０−４に接続されている。これにより、各電源１３０がどのような電流を出力しても、４極子場のＸ成分およびＹ成分、８極子場のＸ成分およびＹ成分の４種類の場をつくり
出す起電力の比で各磁極１１０が励磁される。

図５に示す多極子レンズ１０１Ａのように、コイル１２０を独立に制御すると、様々な種類の多極子場をつくることができ、また、コイル１２０の数も最小限に抑えられる。しかしながら、各コイル１２０を独立に制御するためには磁極１１０の数と同数の電源１３０が必要となる。また、各コイル１２０に流れる電流の変動は偏向場として作用するため、ノイズの影響を受けやすい。

図６に示す多極子レンズ１０１Ｂを構成する電源１３０の数は、４種類の場をつくるための電源１３０の数としては最小（４個）となる。さらに、多極子レンズ１０１Ｂでは、コイル１２０に流れる電流がつくる場が基本的に偏向場を含まないため（軸ずれによるもののみになるため）、ノイズの影響を受けにくい。しかしながら、コイル１２０の数が、「場の数×磁極の数」だけ必要になり、配線や端末処理が非常に煩雑になる。また、各磁極１１０に与える起電力の比をコイル１２０の巻き数で制御しなければならず、必要とするコイル１２０の種類が多くなる。

本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、本発明のいくつかの態様に係る目的の１つは、簡易な構成で４極子場のＸ成分およびＹ成分、ならびに８極子場のＸ成分およびＹ成分をつくることができる多極子レンズ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、上記多極子レンズを含む荷電粒子ビーム装置を提供することにある。

（１）本発明に係る多極子レンズは、
回転対称に配置された第１〜第１２極子と、
前記第１極子に設けられた第１コイルおよび第２コイルと、
前記第２極子に設けられた第３コイルと、
前記第３極子に設けられた第４コイルと、
前記第４極子に設けられた第５コイルおよび第６コイルと、
前記第５極子に設けられた第７コイルと、
前記第６極子に設けられた第８コイルと、
前記第７極子に設けられた第９コイルおよび第１０コイルと、
前記第８極子に設けられた第１１コイルと、
前記第９極子に設けられた第１２コイルと、
前記第１０極子に設けられた第１３コイルおよび第１４コイルと、
前記第１１極子に設けられた第１５コイルと、
前記第１２極子に設けられた第１６コイルと、
直列に接続された前記第１コイル、前記第４コイル、前記第９コイル、および前記第１２コイルに励磁電流を供給する第１電源と、
直列に接続された前記第３コイル、前記第５コイル、前記第１１コイル、および前記第１３コイルに励磁電流を供給する第２電源と、
直列に接続された前記第６コイル、前記第８コイル、前記第１４コイル、および前記第１６コイルに励磁電流を供給する第３電源と、
直列に接続された前記第２コイル、前記第７コイル、前記第１０コイル、および前記第１５コイルに励磁電流を供給する第４電源と、
を含み、
前記第１コイル、前記第３コイル、前記第６コイル、前記第７コイル、前記第９コイル、前記第１１コイル、前記第１４コイル、および前記第１５コイルは、第１方向の磁場を発生させ、
前記第２コイル、前記第４コイル、前記第５コイル、前記第８コイル、前記第１０コイ
ル、前記第１２コイル、前記第１３コイル、および前記第１６コイルは、前記第１方向とは反対方向の磁場を発生させる。

このような多極子レンズによれば、４種類の場をつくるための電源の数としては最小（４個）の数の電源で構成されており、例えばコイルで起磁力を制御する多極子レンズの場合と比べて、コイルの数も減らすことができる。さらに、このような多極子レンズでは、コイルは同形（同じ巻き数）のコイルであり、１種類のコイルのみで構成することができる。また、巻き数の制限もない。したがって、このような多極子レンズでは、簡易な構成で４極子場のＸ成分およびＹ成分、ならびに８極子場のＸ成分およびＹ成分をつくることができる。

また、このような多極子レンズでは、例えば電源が出力する電流にノイズが入っても、４極子場および８極子場以外の場（偏向場）を、キャンセルすることができる。したがって、このような多極子レンズによれば、ノイズの影響を低減させることができる。

（２）本発明に係る多極子レンズにおいて、
前記第１〜第１６コイルは、同じ巻き数であってもよい。

このような多極子レンズでは、簡易な構成で４極子場のＸ成分およびＹ成分、ならびに８極子場のＸ成分およびＹ成分をつくることができる。

（３）本発明に係る多極子レンズにおいて、
前記第１電源が出力する電流Ｉ１、前記第２電源が出力する電流Ｉ２、前記第３電源が出力する電流Ｉ３、および前記第４電源が出力する電流Ｉ４の比は、Ｉ１：Ｉ２：Ｉ３：Ｉ４＝０．７３２：０．２６８：−０．７３２：−０．２６８であってもよい。

このような多極子レンズによれば、４極子場のＸ成分をつくることができる。

（４）本発明に係る多極子レンズにおいて、
前記第１電源が出力する電流Ｉ１、前記第２電源が出力する電流Ｉ２、前記第３電源が出力する電流Ｉ３、および前記第４電源が出力する電流Ｉ４の比は、Ｉ１：Ｉ２：Ｉ３：Ｉ４＝−０．７３２：１．０００：０．７３２：−１．０００であってもよい。

このような多極子レンズによれば、４極子場のＹ成分をつくることができる。

（５）本発明に係る多極子レンズにおいて、
前記第１電源が出力する電流Ｉ１、前記第２電源が出力する電流Ｉ２、前記第３電源が出力する電流Ｉ３、および前記第４電源が出力する電流Ｉ４の比は、Ｉ１：Ｉ２：Ｉ３：Ｉ４＝０．２６８：−０．７３２：０．２６８：−０．７３２であってもよい。

このような多極子レンズによれば、８極子場のＸ成分をつくることができる。

（６）本発明に係る多極子レンズにおいて、
前記第１電源が出力する電流Ｉ１、前記第２電源が出力する電流Ｉ２、前記第３電源が出力する電流Ｉ３、および前記第４電源が出力する電流Ｉ４の比は、Ｉ１：Ｉ２：Ｉ３：Ｉ４＝１．０００：０．７３２：１．０００：０．７３２であってもよい。

このような多極子レンズによれば、８極子場のＹ成分をつくることができる。

（７）本発明に係る多極子レンズにおいて、
４極子場のＸ成分の強さＢ１、４極子場のＹ成分の強さＢ２、８極子場のＸ成分の強さＢ３、８極子場のＹ成分の強さＢ４の比を、Ｂ１：Ｂ２：Ｂ３：Ｂ４＝ａ：ｂ：ｃ：ｄ（ただし、ａ，ｂ，ｃ，ｄ≧０）とすると、前記第１電源が出力する電流Ｉ１、前記第２電源が出力する電流Ｉ２、前記第３電源が出力する電流Ｉ３、および前記第４電源が出力する電流Ｉ４の比Ｉ１：Ｉ２：Ｉ３：Ｉ４は、下記式（１）で表されてもよい。

このような多極子レンズによれば、４極子場のＸ成分、４極子場のＹ成分、８極子場のＸ成分、および８極子場のＹ成分の少なくとも一部を重畳させた場をつくることができる。

（８）本発明に係る荷電粒子ビーム装置は、
本発明に係る多極子レンズを含む。

このような荷電粒子ビーム装置では、簡易な構成で４極子場のＸ成分およびＹ成分、ならびに８極子場のＸ成分およびＹ成分をつくることができる多極子レンズを含むことができる。

本実施形態に係る多極子レンズを模式的に示す図。 本実施形態に係る多極子レンズの各極子に加えられる起磁力の比を表す表。 本実施形態に係る荷電粒子ビーム装置の構成を説明するための図。 従来の多極子レンズの各磁極に加えられる起磁力の比を表す表。 従来の多極子レンズの一例を模式的に示す図。 従来の多極子レンズの一例を模式的に示す図。

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． 多極子レンズ
まず、本実施形態に係る多極子レンズについて図面を参照しながら説明する。図１は、本実施形態に係る多極子レンズ１００を模式的に示す図である。

多極子レンズ１００は、図１に示すように、第１〜第１２極子（磁極）１０−１〜１０−１２と、第１〜第１６コイル２０−１〜２０−１６と、第１〜第４電源３０−１〜３０−４と、ヨーク４０と、を含む。

第１〜第１２極子１０−１〜１０−１２は、多極子レンズ１００の光軸２に関して回転対称に配置されている。多極子レンズ１００では、第１極子１０−１から、右回りに第２極子１０−２、第３極子１０−３、第４極子１０−４、・・・、第１２極子１０−１２の順に、３０度おきに配置されている。

各極子１０−１〜１０−１２は、ヨーク４０から光軸２に向けて配置されている。言い換えると、各極子１０−１〜１０−１２は、光軸２を中心とする円の半径方向（動径方向）に延在している。第１〜第１２極子１０−１〜１０−１２は、平面視において（光軸２に沿った方向からみて）、放射状に設けられている。

各極子１０−１〜１０−１２は、ヨーク４０と磁気的に接続されている。図１に示す例では、各極子１０−１〜１０−１２とヨーク４０とは離間しているが、磁束は各極子１０−１〜１０−１２とヨーク４０との間の空間に漏れて各極子１０−１〜１０−１２とヨーク４０との間を伝わる。なお、図示はしないが、各極子１０−１〜１０−１２とヨーク４０とは接していてもよい。

第１極子１０−１には、第１コイル２０−１および第２コイル２０−２が設けられている。第２極子１０−２には、第３コイル２０−３が設けられている。第３極子１０−３には、第４コイル２０−４が設けられている。第４極子１０−４には、第５コイル２０−５および第６コイル２０−６が設けられている。第５極子１０−５には、第７コイル２０−７が設けられている。第６極子１０−６には、第８コイル２０−８が設けられている。第７極子１０−７には、第９コイル２０−９および第１０コイル２０−１０が設けられている。第８極子１０−８には、第１１コイル２０−１１が設けられている。第９極子１０−９には、第１２コイル２０−１２が設けられている。第１０極子１０−１０には、第１３コイル２０−１３および第１４コイル２０−１４が設けられている。第１１極子１０−１１には、第１５コイル２０−１５が設けられている。第１２極子１０−１２には、第１６コイル２０−１６が設けられている。

各コイル２０−１〜２０−１６は、対応する極子１０−１〜１０−１２の基端部（ヨーク４０側の端部）に、当該基端部を磁心として巻かれている。第１〜第１６コイル２０−１〜２０−１６は、同じ電流を供給したときに同じ起磁力を発生させる同形のコイルである。すなわち、第１〜第１６コイル２０−１〜２０−１６は、同じ巻き数のコイルである。

第１コイル２０−１、第４コイル２０−４、第９コイル２０−９、および第１２コイル２０−１２は、直列に接続され第１電源３０−１に接続されている。第３コイル２０−３、第５コイル２０−５、第１１コイル２０−１１、および第１３コイル２０−１３は、直列に接続され第２電源３０−２に接続されている。第６コイル２０−６、第８コイル２０−８、第１４コイル２０−１４、および第１６コイル２０−１６は、直列に接続され第３電源３０−３に接続されている。第２コイル２０−２、第７コイル２０−７、第１０コイル２０−１０、および第１５コイル２０−１５は、直列に接続され第４電源３０−４に接続されている。

図２は、本実施形態に係る多極子レンズ１００の各極子１０−１〜１０−１２に加えられる起磁力を示す表である。なお、図２に示す表において、磁極番号１〜１２は、第１〜第１２極子１０−１〜１０−１２に対応している。

第１コイル２０−１、第３コイル２０−３、第６コイル２０−６、第７コイル２０−７、第９コイル２０−９、第１１コイル２０−１１、第１４コイル２０−１４、および第１５コイル２０−１５は、例えば、対応する各極子の基端部側から先端部側に向かう方向の磁場を発生させる。また、第２コイル２０−２、第４コイル２０−４、第５コイル２０−５、第８コイル２０−８、第１０コイル２０−１０、第１２コイル２０−１２、第１３コイル２０−１３、および第１６コイル２０−１６は、対応する各極子の先端部側から基端部側に向かう方向の磁場を発生させる。すなわち、コイル２０−１，２０−３，２０−６，２０−７，２０−９，２０−１１，２０−１４，２０−１５が発生させる磁場の方向は
、コイル２０−２，２０−４，２０−５，２０−８，２０−１０，２０−１２，２０−１３，２０−１６が発生させる磁場の方向と逆方向である。このことは、図２に示す表では、各数値の符号（プラスまたはマイナス）で表している。

各コイル２０−１〜２０−１６が発生させる磁場の方向は、配線を変える（コイルの向きは同じでコイルに接続される配線を逆にする）ことで制御してもよいし、各コイル２０−１〜２０−６の向き（極性）を変えることで制御してもよい。

第１電源３０−１は、直列に接続された第１コイル２０−１、第４コイル２０−４、第９コイル２０−９、および第１２コイル２０−１２に励磁電流を供給する。第２電源３０−２は、直列に接続された第３コイル２０−３、第５コイル２０−５、第１１コイル２０−１１、および第１３コイル２０−１３に励磁電流を供給する。第３電源３０−３は、直列に接続された第６コイル２０−６、第８コイル２０−８、第１４コイル２０−１４、および第１６コイル２０−１６に励磁電流を供給する。第４電源３０−４は、直列に接続された第２コイル２０−２、第７コイル２０−７、第１０コイル２０−１０、および第１５コイル２０−１５に励磁電流を供給する。

各電源３０−１〜３０−４が電流を流すことで、図２に示す表に記載された起磁力の比で各極子１０−１〜１０−１２が励磁される。

ヨーク４０は、コイル２０−１〜２０−１６でつくられる磁束を有効に極子１０−１〜１０−１２に導くための部材である。ヨーク４０は、平面視において、環状に設けられている。ヨーク４０の内側には、１２個の極子１０−１〜１０−１２が配置されている。極子１０−１〜１０−１２およびヨーク４０の材質は、例えば、パーマロイ等の軟磁性体である。

２． 多極子レンズの動作
次に、本実施形態に係る多極子レンズ１００の動作について説明する。表１は、多極子レンズ１００で励磁する場と、第１〜第４電源３０−１〜３０−４が出力する電流比と、の関係を示す表である。なお、表１において、マイナスの符号は、電流の流れる方向が逆であることを示している。

表１に示すように、第１電源３０−１が出力する電流Ｉ１、第２電源３０−２が出力する電流Ｉ２、第３電源３０−３が出力する電流Ｉ３、および第４電源３０−４が出力する電流Ｉ４の比を、Ｉ１：Ｉ２：Ｉ３：Ｉ４＝０．７３２：０．２６８：−０．７３２：−０．２６８とすると、４極子場のＸ成分を発生させることができる。

また、第１電源３０−１が出力する電流Ｉ１、第２電源３０−２が出力する電流Ｉ２、
第３電源３０−３が出力する電流Ｉ３、および第４電源３０−４が出力する電流Ｉ４の比を、Ｉ１：Ｉ２：Ｉ３：Ｉ４＝−０．７３２：１．０００：０．７３２：−１．０００とすると、４極子場のＹ成分を発生させることができる。なお、４極子場のＸ成分を４５度回転させた場が、４極子場のＹ成分となる。

また、第１電源３０−１が出力する電流Ｉ１、第２電源３０−２が出力する電流Ｉ２、第３電源３０−３が出力する電流Ｉ３、および第４電源３０−４が出力する電流Ｉ４の比を、Ｉ１：Ｉ２：Ｉ３：Ｉ４＝０．２６８：−０．７３２：０．２６８：−０．７３２とすると、８極子場のＸ成分を発生させることができる。

また、第１電源３０−１が出力する電流Ｉ１、第２電源３０−２が出力する電流Ｉ２、第３電源３０−３が出力する電流Ｉ３、および第４電源３０−４が出力する電流Ｉ４の比を、Ｉ１：Ｉ２：Ｉ３：Ｉ４＝１．０００：０．７３２：１．０００：０．７３２とすると、８極子場のＹ成分を発生させることができる。なお、８極子場のＸ成分を２２．５度回転させた場が、８極子場のＹ成分となる。

また、４種類の場の重畳場を発生させる場合には、第１〜第４電源３０−１〜３０−４は、励磁した４種類の場の強さに応じて、表１に示す電流比で電流を出力する。例えば、４極子場のＸ成分の強さＢ１、４極子場のＹ成分の強さＢ２、８極子場のＸ成分の強さＢ３、８極子場のＹ成分の強さＢ４の比を、Ｂ１：Ｂ２：Ｂ３：Ｂ４＝ａ：ｂ：ｃ：ｄ（ただし、ａ，ｂ，ｃ，ｄ≧０）とすると、電源３０−１〜３０−４が出力する電流の比Ｉ１：Ｉ２：Ｉ３：Ｉ４は、下記式（１）で表される。

これにより、４極子場のＸ成分、４極子場のＹ成分、８極子場のＸ成分、および８極子場のＹ成分の少なくとも一部を重畳させた所望の多極子場をつくることができる。

多極子レンズ１００は、例えば、以下の特徴を有する。

多極子レンズ１００では、第１〜第１２極子１０−１〜１０−１２と、第１極子１０−１に設けられた第１コイル２０−１および第２コイル２０−２と、第２極子１０−２に設けられた第３コイル２０−３と、第３極子１０−３に設けられた第４コイル２０−４と、第４極子１０−４に設けられた第５コイル２０−５および第６コイル２０−６と、第５極子１０−５に設けられた第７コイル２０−７と、第６極子１０−６に設けられた第８コイル２０−８と、第７極子１０−７に設けられた第９コイル２０−９および第１０コイル２０−１０と、第８極子１０−８に設けられた第１１コイル２０−１１と、第９極子１０−９に設けられた第１２コイル２０−１２と、第１０極子１０−１０に設けられた第１３コイル２０−１３および第１４コイル２０−１４と、第１１極子１０−１１に設けられた第１５コイル２０−１５と、第１２極子１０−１２に設けられた第１６コイル２０−１６と、直列に接続されたコイル２０−１、２０−４，２０−９，２０−１２に励磁電流を供給する第１電源３０−１と、直列に接続されたコイル２０−３、２０−５，２０−１１，２０−１３に励磁電流を供給する第２電源３０−２と、直列に接続されたコイル２０−６，２０−８，２０−１４，２０−１６に励磁電流を供給する第３電源３０−３と、直列に接続されたコイル２０−２、２０−７，２０−１０，２０−１５に励磁電流を供給する第４
電源３０−４と、を含み、コイル２０−１，２０−３，２０−６，２０−７，２０−９，２０−１１，２０−１４，２０−１５は、第１方向の磁場を発生させ、コイル２０−２，２０−４，２０−５，２０−８，２０−１０，２０−１２，２０−１３，２０−１６は、第１方向とは反対方向の磁場を発生させる。

このような多極子レンズ１００では、例えば電源３０−１〜３０−４が出力する電流にノイズが入っても、上述した４種類の場以外の場（偏向場）を、光軸２上でキャンセルすることができる。したがって、多極子レンズ１００によれば、ノイズの影響を低減させることができる。

また、このような多極子レンズ１００では、４種類の場をつくるための電源の数としては最小（４個）の数の電源３０−１〜３０−４で構成されている。また、多極子レンズ１００では、１６個のコイル２０−１〜２０−１６を含んでおり、図６に示すコイルで起磁力を制御する多極子レンズ１０１Ｂの例（４×１２個のコイル１２０で構成されている）と比べて、コイルの数を減らすことができる。

また、多極子レンズ１００では、使用するコイル２０−１〜２０−１６は同形（同じ巻き数）のコイルであり、１種類のコイルのみで構成することができる。また、巻き数の制限がない。例えば、図６に示す多極子レンズ１０１Ｂでは、図４に示す表の起磁力の比に比例した巻き数のコイルを用いなければならない。そのため、例えば、小型化を図るために、巻き数を少なくしたい場合（例えば１０ターン以下）、図４に示す表の起磁力の比に比例した巻き数のコイルを準備することは困難である。これに対して、多極子レンズ１００では、同じ巻き数のコイルを準備すればよく、また、巻き数の制限もないため、このような問題が生じない。

このように、多極子レンズ１００では、少ない電源３０−１〜３０−４で、かつ、コイル２０−１〜２０−１６の数や、コイルの巻き数等の制限も少なく、簡易な構成で４極子場のＸ成分およびＹ成分、ならびに８極子場のＸ成分およびＹ成分をつくることができる。

３． 荷電粒子ビーム装置
次に、本実施形態に係る荷電粒子ビーム装置について、図面を参照しながら説明する。図３は、本実施形態に係る荷電粒子ビーム装置１０００の構成を説明するための図である。ここでは、荷電粒子ビーム装置１０００が、透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）である例について説明する。

荷電粒子ビーム装置１０００は、図３に示すように、電子線源１００１と、集束レンズ１００２と、試料ステージ１００３と、対物レンズ１００４と、収差補正装置１１００と、中間レンズ１００５と、投影レンズ１００６と、撮像部１００８と、を含んで構成されている。

電子線源（荷電粒子線源）１００１は、電子線ＥＢを発生させる。電子線源１００１は、陰極から放出された電子を陽極で加速し電子線ＥＢを放出する。電子線源１００１として、公知の電子銃を用いることができる。電子線源１００１として用いられる電子銃は特に限定されず、例えば熱電子放出型や、熱電界放出型、冷陰極電界放出型などの電子銃を用いることができる。

集束レンズ１００２は、電子線源１００１の後段に配置されている。集束レンズ１００２は、電子線源１００１で発生した電子線ＥＢを集束して、試料Ｓに照射するためのレンズである。

試料室１には、試料ホルダーによって試料Ｓが保持されている。試料室１は、鏡筒１０１０内の空間である。試料室１は、真空状態に維持される。試料室１において、試料Ｓに荷電粒子線（電子線ＥＢ）が照射される。

試料ステージ１００３は、試料Ｓを試料室１に保持し、試料室１における試料Ｓの位置決めを行う。図示の例では、試料ステージ１００３は、対物レンズ１００４の横から試料ホルダー（試料Ｓ）を挿入するサイドエントリーステージを構成している。

対物レンズ１００４は、集束レンズ１００２の後段に配置されている。対物レンズ１００４は、試料Ｓを透過した電子線ＥＢで結像するための初段のレンズである。

対物レンズ１００４は、図示はしないが、上部磁極（ポールピースの上極）、および下部磁極（ポールピースの下極）を有している。対物レンズ１００４では、上部磁極と下部磁極との間に磁場を発生させて電子線ＥＢを集束させる。上部磁極と下部磁極とは、試料Ｓを挟んで配置されている。

収差補正装置１１００は、対物レンズ１００４の後段に配置されている。収差補正装置１１００は、本発明に係る多極子レンズ（多極子レンズ１００）を含んで構成されている。収差補正装置１１００では、多極子レンズ１００の光軸２（図１参照）が、荷電粒子ビーム装置１０００の光軸に一致するように組み込まれる。収差補正装置１１００は、多極子レンズ１００によって所定の磁場（４極子場のＸ成分、４極子場のＹ成分、８極子場のＸ成分，８極子場のＹ成分、またはこれらの重畳場）を発生させることにより、荷電粒子ビーム装置１０００の結像系の収差（例えば球面収差）を補正することができる。これにより、高分解能の電子顕微鏡像を得ることができる。

中間レンズ１００５は、対物レンズ１００４の後段に配置されている。投影レンズ１００６は、中間レンズ１００５の後段に配置されている。中間レンズ１００５および投影レンズ１００６は、対物レンズ１００４によって結像された像をさらに拡大し、撮像部１００８上に結像させる。

撮像部１００８は、投影レンズ１００６によって結像された像（電子顕微鏡像または電子回折図形）を撮影する。撮像部１００８は、例えば、デジタルカメラである。撮像部１００８は、撮影した電子顕微鏡像や電子回折図形の情報を出力する。撮像部１００８が出力した電子顕微鏡像や電子回折図形の情報は、画像処理部（図示せず）で処理されて表示部（図示せず）に表示される。表示部は、例えば、ＣＲＴ、ＬＣＤ、タッチパネル型ディスプレイなどである。

荷電粒子ビーム装置１０００は、図示の例では、除振機１０１１を介して架台１０１２上に設置されている。

なお、ここでは、本発明に係る多極子レンズが結像系の収差補正装置に搭載されている例について説明したが、本発明に係る多極子レンズは、照射系の収差を補正する収差補正装置に搭載されていてもよい。

また、ここでは、本発明に係る多極子レンズを透過電子顕微鏡に適用した場合について説明したが、その他の荷電粒子ビーム装置に適用してもよい。このような荷電粒子ビーム装置としては、例えば、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）、走査透過電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）、集束イオンビーム装置（ＦＩＢ装置）、電子ビーム露光装置等が挙げられる。

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…試料室、２…光軸、１０−１〜１０−１２…第１〜第１２極子、２０−１〜２０−１６…第１〜第１６コイル、３０−１〜３０−４…第１〜第４電源、４０…ヨーク、１００，１０１Ａ，１０１Ｂ…多極子レンズ、１１０…磁極、１２０…コイル、１３０…電源、１４０…ヨーク、１０００…荷電粒子ビーム装置、１００１…電子線源、１００２…集束レンズ、１００３…試料ステージ、１００４…対物レンズ、１００５…中間レンズ、１００６…投影レンズ、１００８…撮像部、１０１０…鏡筒、１０１１…除振機、１０１２…架台、１１００…収差補正装置

Claims (8)

1. 回転対称に配置された第１〜第１２極子と、
   前記第１極子に設けられた第１コイルおよび第２コイルと、
   前記第２極子に設けられた第３コイルと、
   前記第３極子に設けられた第４コイルと、
   前記第４極子に設けられた第５コイルおよび第６コイルと、
   前記第５極子に設けられた第７コイルと、
   前記第６極子に設けられた第８コイルと、
   前記第７極子に設けられた第９コイルおよび第１０コイルと、
   前記第８極子に設けられた第１１コイルと、
   前記第９極子に設けられた第１２コイルと、
   前記第１０極子に設けられた第１３コイルおよび第１４コイルと、
   前記第１１極子に設けられた第１５コイルと、
   前記第１２極子に設けられた第１６コイルと、
   直列に接続された前記第１コイル、前記第４コイル、前記第９コイル、および前記第１２コイルに励磁電流を供給する第１電源と、
   直列に接続された前記第３コイル、前記第５コイル、前記第１１コイル、および前記第１３コイルに励磁電流を供給する第２電源と、
   直列に接続された前記第６コイル、前記第８コイル、前記第１４コイル、および前記第１６コイルに励磁電流を供給する第３電源と、
   直列に接続された前記第２コイル、前記第７コイル、前記第１０コイル、および前記第１５コイルに励磁電流を供給する第４電源と、
   を含み、
   前記第１コイル、前記第３コイル、前記第６コイル、前記第７コイル、前記第９コイル、前記第１１コイル、前記第１４コイル、および前記第１５コイルは、第１方向の磁場を発生させ、
   前記第２コイル、前記第４コイル、前記第５コイル、前記第８コイル、前記第１０コイル、前記第１２コイル、前記第１３コイル、および前記第１６コイルは、前記第１方向とは反対方向の磁場を発生させる、多極子レンズ。
2. 請求項１において、
   前記第１〜第１６コイルは、同じ巻き数である、多極子レンズ。
3. 請求項１または２において、
   前記第１電源が出力する電流Ｉ１、前記第２電源が出力する電流Ｉ２、前記第３電源が出力する電流Ｉ３、および前記第４電源が出力する電流Ｉ４の比は、Ｉ１：Ｉ２：Ｉ３：Ｉ４＝０．７３２：０．２６８：−０．７３２：−０．２６８である、多極子レンズ。
4. 請求項１または２において、
   前記第１電源が出力する電流Ｉ１、前記第２電源が出力する電流Ｉ２、前記第３電源が出力する電流Ｉ３、および前記第４電源が出力する電流Ｉ４の比は、Ｉ１：Ｉ２：Ｉ３：Ｉ４＝−０．７３２：１．０００：０．７３２：−１．０００である、多極子レンズ。
5. 請求項１または２において、
   前記第１電源が出力する電流Ｉ１、前記第２電源が出力する電流Ｉ２、前記第３電源が出力する電流Ｉ３、および前記第４電源が出力する電流Ｉ４の比は、Ｉ１：Ｉ２：Ｉ３：Ｉ４＝０．２６８：−０．７３２：０．２６８：−０．７３２である、多極子レンズ。
6. 請求項１または２において、
   前記第１電源が出力する電流Ｉ１、前記第２電源が出力する電流Ｉ２、前記第３電源が出力する電流Ｉ３、および前記第４電源が出力する電流Ｉ４の比は、Ｉ１：Ｉ２：Ｉ３：Ｉ４＝１．０００：０．７３２：１．０００：０．７３２である、多極子レンズ。
7. 請求項１または２において、
   ４極子場のＸ成分の強さＢ１、４極子場のＹ成分の強さＢ２、８極子場のＸ成分の強さＢ３、８極子場のＹ成分の強さＢ４の比を、Ｂ１：Ｂ２：Ｂ３：Ｂ４＝ａ：ｂ：ｃ：ｄ（ただし、ａ，ｂ，ｃ，ｄ≧０）とすると、前記第１電源が出力する電流Ｉ１、前記第２電源が出力する電流Ｉ２、前記第３電源が出力する電流Ｉ３、および前記第４電源が出力する電流Ｉ４の比Ｉ１：Ｉ２：Ｉ３：Ｉ４は、下記式（１）で表される、多極子レンズ。
   

   
8. 請求項１ないし７のいずれか１項に記載の多極子レンズを含む、荷電粒子ビーム装置。

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