JP3281017B2 - 荷電粒子ビーム装置 - Google Patents
荷電粒子ビーム装置Info
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/02—Details
- H01J37/04—Arrangements of electrodes and associated parts for generating or controlling the discharge, e.g. electron-optical arrangement, ion-optical arrangement
- H01J37/153—Electron-optical or ion-optical arrangements for the correction of image defects, e.g. stigmators
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/26—Electron or ion microscopes; Electron or ion diffraction tubes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
- H01J2237/15—Means for deflecting or directing discharge
- H01J2237/151—Electrostatic means
- H01J2237/1514—Prisms
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
- Electron Beam Exposure (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、物体平面に荷電粒子ビ
ームを放出するビーム源と、光軸に沿って配置され、物
体平面の像を形成するための少なくとも１個のレンズを
具えている粒子−光学素子と、前記少なくとも１個のレ
ンズによる像の球面及び／又は色収差を補正するための
補正素子とを具え、該補正素子が光軸に対して垂直に延
在する補正平面に磁位及び／又は電位分布を発生するた
めの多重極素子を具えている荷電粒子ビーム装置に関す
るものである。
ームを放出するビーム源と、光軸に沿って配置され、物
体平面の像を形成するための少なくとも１個のレンズを
具えている粒子−光学素子と、前記少なくとも１個のレ
ンズによる像の球面及び／又は色収差を補正するための
補正素子とを具え、該補正素子が光軸に対して垂直に延
在する補正平面に磁位及び／又は電位分布を発生するた
めの多重極素子を具えている荷電粒子ビーム装置に関す
るものである。
【０００２】
【従来の技術】この種の荷電粒子ビーム装置は米国特許
第4,414,474号明細書から既知である。この米国特許明
細書には電子顕微鏡の球面収差を補正する補正素子が開
示されている。球面収差は光軸上の一点から電子光学レ
ンズに入射する電子がレンズの光軸に近い部分よりもレ
ンズの周縁部で強く偏向させるために発生する。光軸上
に位置する一点はレンズによりｒ＝ＭＣS α3 で与えら
れる半径ｒを有するスポットとして結像される。ここ
で、ＣS は球面収差係数、Ｍは横倍率及びαは光軸上の
前記点においてレンズの半径が張る角度である。球面収
差はビーム絞りにより低減し得るが、この方法は結像す
べき物体の情報の損失が生ずるので有利でない。球面収
差係数を減少させることもできる。
第4,414,474号明細書から既知である。この米国特許明
細書には電子顕微鏡の球面収差を補正する補正素子が開
示されている。球面収差は光軸上の一点から電子光学レ
ンズに入射する電子がレンズの光軸に近い部分よりもレ
ンズの周縁部で強く偏向させるために発生する。光軸上
に位置する一点はレンズによりｒ＝ＭＣS α3 で与えら
れる半径ｒを有するスポットとして結像される。ここ
で、ＣS は球面収差係数、Ｍは横倍率及びαは光軸上の
前記点においてレンズの半径が張る角度である。球面収
差はビーム絞りにより低減し得るが、この方法は結像す
べき物体の情報の損失が生ずるので有利でない。球面収
差係数を減少させることもできる。
【０００３】電荷電流密度が零の無電荷空間内の静電界
又は磁界はラプラス方程式を満足するポテンシャル（電
位又は磁位）分布で記述される。円筒対称系ではこのポ
テンシャル分布は光軸からの距離の偶数ベキのみを含む
光軸を中心とする総数に展開することができる。このポ
テンシャル分布と関連する電界又は磁界はこの分布の導
関数を決定することにより見出せる。これら電界又は磁
界内の荷電粒子の軌道の計算に、光軸を中心とする総数
展開の、光軸からの距離のベキが１以下の電界又は磁界
項のみを考慮に入れると、一次軌道が見出せる。荷電粒
子の軌道の計算に、１より大きい光軸からの距離のベキ
を有する電界又は磁界項を考慮に入れると、一次軌道か
らずれた三次軌道が見出せる。光軸上の一点から出た荷
電粒子に対し、一次軌道と三次軌道との間の像平面にお
ける偏差を球面収差という。磁界に対する球面収差の係
数は物体平面と像平面との間の光軸に沿う積分で表わす
ことができる。円筒対称系に対し、シェルツェルがこの
積分は常に負になることを証明している。従って、球面
収差は円筒対称の粒子光学系により補正することはでき
ない。既知の方法に従って円形レンズの周囲に２個の６
重極を具える補正素子を用いると、円筒対称粒子光学系
により導入される球面収差に対抗する三次効果が電子軌
道に及ぼされる。
又は磁界はラプラス方程式を満足するポテンシャル（電
位又は磁位）分布で記述される。円筒対称系ではこのポ
テンシャル分布は光軸からの距離の偶数ベキのみを含む
光軸を中心とする総数に展開することができる。このポ
テンシャル分布と関連する電界又は磁界はこの分布の導
関数を決定することにより見出せる。これら電界又は磁
界内の荷電粒子の軌道の計算に、光軸を中心とする総数
展開の、光軸からの距離のベキが１以下の電界又は磁界
項のみを考慮に入れると、一次軌道が見出せる。荷電粒
子の軌道の計算に、１より大きい光軸からの距離のベキ
を有する電界又は磁界項を考慮に入れると、一次軌道か
らずれた三次軌道が見出せる。光軸上の一点から出た荷
電粒子に対し、一次軌道と三次軌道との間の像平面にお
ける偏差を球面収差という。磁界に対する球面収差の係
数は物体平面と像平面との間の光軸に沿う積分で表わす
ことができる。円筒対称系に対し、シェルツェルがこの
積分は常に負になることを証明している。従って、球面
収差は円筒対称の粒子光学系により補正することはでき
ない。既知の方法に従って円形レンズの周囲に２個の６
重極を具える補正素子を用いると、円筒対称粒子光学系
により導入される球面収差に対抗する三次効果が電子軌
道に及ぼされる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】このような補正素子
は、光軸のかなり長い部分に亘って補正を行なうもの
で、この補正素子はこの方向に10cmの長さを有し、かな
り大きなスペースを占めるという欠点を有する。この結
果、この補正素子を既存の粒子光学装置内に組み込むの
は困難である。また、このような補正素子の位置決めに
課せられる要件は厳しく、満足させるのが困難である。
更に、この補正素子の寸法は大きいので、補正素子の領
域ではまだ像情報が拡大されないため、電磁妨害をかな
り受けやすい。本発明の目的は、光軸方向に比較的小さ
な寸法を有する補正素子を具える上述した種類の荷電粒
子ビーム装置を提供することにある。
は、光軸のかなり長い部分に亘って補正を行なうもの
で、この補正素子はこの方向に10cmの長さを有し、かな
り大きなスペースを占めるという欠点を有する。この結
果、この補正素子を既存の粒子光学装置内に組み込むの
は困難である。また、このような補正素子の位置決めに
課せられる要件は厳しく、満足させるのが困難である。
更に、この補正素子の寸法は大きいので、補正素子の領
域ではまだ像情報が拡大されないため、電磁妨害をかな
り受けやすい。本発明の目的は、光軸方向に比較的小さ
な寸法を有する補正素子を具える上述した種類の荷電粒
子ビーム装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、物体平面に荷
電粒子ビームを放出するビーム源と、光軸に沿って配置
され、物体平面の像を形成するための少なくとも１個の
レンズを具えている粒子−光学素子と、前記少なくとも
１個のレンズによる像の球面及び／又は色収差を補正す
るための補正素子とを具え、該補正素子が前記光軸に対
して垂直に延在する補正平面に磁位及び／又は電位分布
を発生するための多重極素子を具えている荷電粒子ビー
ム装置において、球面収差を補正するために、前記磁位
及び／又は電位分布が８重極分布を含み、且つ前記荷電
粒子ビーム装置が、補正方向を調整するために前記補正
平面における磁位及び／又は電位分布を回転させる手段
を具えていることを特徴とする。
電粒子ビームを放出するビーム源と、光軸に沿って配置
され、物体平面の像を形成するための少なくとも１個の
レンズを具えている粒子−光学素子と、前記少なくとも
１個のレンズによる像の球面及び／又は色収差を補正す
るための補正素子とを具え、該補正素子が前記光軸に対
して垂直に延在する補正平面に磁位及び／又は電位分布
を発生するための多重極素子を具えている荷電粒子ビー
ム装置において、球面収差を補正するために、前記磁位
及び／又は電位分布が８重極分布を含み、且つ前記荷電
粒子ビーム装置が、補正方向を調整するために前記補正
平面における磁位及び／又は電位分布を回転させる手段
を具えていることを特徴とする。
【０００６】本発明荷電粒子ビーム装置の一例では、種
々の方向にて順次補正された多数の像を合成する手段を
設ける。補正された像を例えばコンピュータの画像メモ
リ内で合成することにより又は写真乾板上に重畳するこ
とにより物体の補正全像を得ることができる。
々の方向にて順次補正された多数の像を合成する手段を
設ける。補正された像を例えばコンピュータの画像メモ
リ内で合成することにより又は写真乾板上に重畳するこ
とにより物体の補正全像を得ることができる。
【０００７】本発明荷電粒子ビーム装置の他の例では、
補正平面をレンズの主平面と共役な平面と一致させる。
レンズにより導入される球面及び／又は色収差は前記補
正素子により補正されるので、この補正素子はレンズの
主平面に等価な平面に位置させるのが好ましい。レンズ
の主平面とは、ここでは、レンズ誤差（もしあれば）が
導入されるレンズの作用平面を意味するものと理解され
たい。
補正平面をレンズの主平面と共役な平面と一致させる。
レンズにより導入される球面及び／又は色収差は前記補
正素子により補正されるので、この補正素子はレンズの
主平面に等価な平面に位置させるのが好ましい。レンズ
の主平面とは、ここでは、レンズ誤差（もしあれば）が
導入されるレンズの作用平面を意味するものと理解され
たい。
【０００８】本発明荷電粒子ビーム装置の更に他の例で
はレンズを対物レンズとする。電子顕微鏡においては、
前記補正素子は対物レンズの背後の、通常無非点収差素
子が設けられる区域に配置するのが好ましい。走査形電
子顕微鏡においては、前記補正素子は対物レンズの近く
に、即ち試料の前に配置するのが好ましい。対物レンズ
は、その比較的大きな開口角（例えば20mrad）のため
に、他のレンズと比較して大きな球面収差及び色収差を
発生する。前記補正素子は、小寸法である結果として、
透過形電子顕微鏡の対物レンズの背後に配置された無非
点収差素子と結合することができる。
はレンズを対物レンズとする。電子顕微鏡においては、
前記補正素子は対物レンズの背後の、通常無非点収差素
子が設けられる区域に配置するのが好ましい。走査形電
子顕微鏡においては、前記補正素子は対物レンズの近く
に、即ち試料の前に配置するのが好ましい。対物レンズ
は、その比較的大きな開口角（例えば20mrad）のため
に、他のレンズと比較して大きな球面収差及び色収差を
発生する。前記補正素子は、小寸法である結果として、
透過形電子顕微鏡の対物レンズの背後に配置された無非
点収差素子と結合することができる。
【０００９】本発明荷電粒子ビーム装置の更に他の例で
は、像の補正方向を選択する像処理工程に組込む像処理
系を設ける。このように像処理系を用いて像から所望の
方向、特に補正方向を、フーリエ空間内のこの方向を選
択し他の方向を抑圧することにより選択することができ
る。この選択は強度に基づいて行なう。
は、像の補正方向を選択する像処理工程に組込む像処理
系を設ける。このように像処理系を用いて像から所望の
方向、特に補正方向を、フーリエ空間内のこの方向を選
択し他の方向を抑圧することにより選択することができ
る。この選択は強度に基づいて行なう。
【００１０】透過形電子顕微鏡として構成された本発明
荷電粒子ビーム装置の更に他の例では、レンズの後焦平
面にて補正方向を選択する絞りを具え、該絞り及び荷電
粒子ビームを互いに可動自在とし、この動きを前記補正
素子の磁位及び／又は電位分布の回転に結合させるよう
にする。対物レンズの後焦平面における電子波動関数は
フーリエ変換形に表わせる。原像内の各方向は直線で表
わせる。絞りを用いて方向を選択することができる。選
択方向を補正方向に対応させる種々の方法が可能であ
る。第１の方法は絞りを光軸を中心に回転多重極場と一
緒に回転させるものである。この場合画像処理ステップ
は例えば重畳とする。第２の方法は、絞りを回転させる
代りに、試料に入射する電子ビームを傾斜させ、その傾
斜方向を回転させる。この場合の電子波動関数は対物レ
ンズの後焦平面における固定絞りに対し回転する。これ
らのフィルタ技術の利点は、波動関数の位相情報が維持
されることにある。このような像処理は像再構成に有利
に用いることができる。他の利点は非直線結像が著しく
抑圧されることにあり、これは絞り内の非直線結像のみ
が重要であるだけであるためである。
荷電粒子ビーム装置の更に他の例では、レンズの後焦平
面にて補正方向を選択する絞りを具え、該絞り及び荷電
粒子ビームを互いに可動自在とし、この動きを前記補正
素子の磁位及び／又は電位分布の回転に結合させるよう
にする。対物レンズの後焦平面における電子波動関数は
フーリエ変換形に表わせる。原像内の各方向は直線で表
わせる。絞りを用いて方向を選択することができる。選
択方向を補正方向に対応させる種々の方法が可能であ
る。第１の方法は絞りを光軸を中心に回転多重極場と一
緒に回転させるものである。この場合画像処理ステップ
は例えば重畳とする。第２の方法は、絞りを回転させる
代りに、試料に入射する電子ビームを傾斜させ、その傾
斜方向を回転させる。この場合の電子波動関数は対物レ
ンズの後焦平面における固定絞りに対し回転する。これ
らのフィルタ技術の利点は、波動関数の位相情報が維持
されることにある。このような像処理は像再構成に有利
に用いることができる。他の利点は非直線結像が著しく
抑圧されることにあり、これは絞り内の非直線結像のみ
が重要であるだけであるためである。
【００１１】本発明では、球面収差の補正のために前記
磁位及び/又は電位分布が８重極分布を含むようにする
のであって、８重極は荷電粒子に光軸の方向に向いた力
を２つの直交方向に及ぼし、この力は光軸からの荷電粒
子の距離の３乗に比例する。８重極により荷電粒子に及
ぼされる力は光軸から他の２つの直交方向に離れる向き
である。光軸から離れる向きの力はレンズの周縁部に入
射し球面収差のために光軸方向に過度に偏向される粒子
の軌道の角度を変化させ、過度の偏向を補正する。８重
極素子は「Optik 33, Vol. 6」1971年、pp 591〜596 の
ビー・バスチン、ケー・スペングラー及びディー・ティ
プケの論文「Ein elektrisch-magnetisches Oktupolele
ment zur spharischen und chromatischen Korrektur v
on Electronenlinsen 」に記載されている。これに記載
されている８重極はリング上に８個の半径方向に延在す
る磁極片を取付け、各磁極片にコイルを巻装している。
このような８重極は光軸に対し一つの固定の向きにおい
て三次球面収差を２つの直交方向に補正するのに好適で
あるだけである。例えば16個の８重極を具えるこのよう
な構成を用いると、それらのコイルの選択的励磁により
種々の向きの多数の８重極磁場を得ることができる。こ
の目的のために、例えば各コイルは自分用の制御電圧源
又は電流源を具えるものとする。各８個の２群のコイル
により光軸に対し互いに22.5°ずれた向きの２つの８重
極磁場を発生させることができる。２つの８重極磁場を
合成し、２群のコイルの励磁の割合を調整することによ
り任意所望の向きを有する１つの８重極磁場を形成する
ことができる。
磁位及び/又は電位分布が８重極分布を含むようにする
のであって、８重極は荷電粒子に光軸の方向に向いた力
を２つの直交方向に及ぼし、この力は光軸からの荷電粒
子の距離の３乗に比例する。８重極により荷電粒子に及
ぼされる力は光軸から他の２つの直交方向に離れる向き
である。光軸から離れる向きの力はレンズの周縁部に入
射し球面収差のために光軸方向に過度に偏向される粒子
の軌道の角度を変化させ、過度の偏向を補正する。８重
極素子は「Optik 33, Vol. 6」1971年、pp 591〜596 の
ビー・バスチン、ケー・スペングラー及びディー・ティ
プケの論文「Ein elektrisch-magnetisches Oktupolele
ment zur spharischen und chromatischen Korrektur v
on Electronenlinsen 」に記載されている。これに記載
されている８重極はリング上に８個の半径方向に延在す
る磁極片を取付け、各磁極片にコイルを巻装している。
このような８重極は光軸に対し一つの固定の向きにおい
て三次球面収差を２つの直交方向に補正するのに好適で
あるだけである。例えば16個の８重極を具えるこのよう
な構成を用いると、それらのコイルの選択的励磁により
種々の向きの多数の８重極磁場を得ることができる。こ
の目的のために、例えば各コイルは自分用の制御電圧源
又は電流源を具えるものとする。各８個の２群のコイル
により光軸に対し互いに22.5°ずれた向きの２つの８重
極磁場を発生させることができる。２つの８重極磁場を
合成し、２群のコイルの励磁の割合を調整することによ
り任意所望の向きを有する１つの８重極磁場を形成する
ことができる。
【００１２】本発明荷電粒子ビーム装置の更に他の例で
は、球面収差の補正のためにポテンシャル分布は更に４
重極分布を具えるものとする。８重極場以外に４重極場
を適用することにより、対物レンズのデフォーカシング
を方向に依存させる。最適なデフォーカス (シェルツェ
ル フォーカス）は球面収差に依存する。球面収差が変
わる場合には、対物レンズ及び多重極の場内でできるだ
け多くの分散ビームが同じ移相を受けるようにするため
に、デフォーカシングも変える必要がある。最適なデフ
ォーカスと球面収差との関係は４重極の使用に通じてい
る。
は、球面収差の補正のためにポテンシャル分布は更に４
重極分布を具えるものとする。８重極場以外に４重極場
を適用することにより、対物レンズのデフォーカシング
を方向に依存させる。最適なデフォーカス (シェルツェ
ル フォーカス）は球面収差に依存する。球面収差が変
わる場合には、対物レンズ及び多重極の場内でできるだ
け多くの分散ビームが同じ移相を受けるようにするため
に、デフォーカシングも変える必要がある。最適なデフ
ォーカスと球面収差との関係は４重極の使用に通じてい
る。
【００１３】本発明による荷電粒子ビーム装置の他の好
適例では、多重極素子が色収差を補正するために磁石と
静電多重極素子とを組合わせたものを具えるようにす
る。粒子−光学レンズの焦点距離は荷電粒子のエネルギ
ーに依存する。粒子−光学レンズによって集束される異
なるエネルギーの荷電粒子の軌道は互いに角度偏差を呈
し、これはエネルギーの差に比例すると共に一次では光
軸からの距離に比例する。補正平面では４重極が荷電粒
子に力を及ぼし、この力も光軸からの距離に比例する。
その力は或る方向では光軸方向を向き、他の方向では光
軸から離れる方向を向く。平均的なエネルギーを有する
粒子を互いに相殺する力がある磁位及び電位４重極を組
合わせることによって、補正平面にて静電力が光軸から
離れる方向に向い、又磁力が光軸の方に向けられるよう
にして、色収差を補正することができる。これは、磁力
が遅い粒子に対するよりも速い粒子に対して大きくなる
ため、速い粒子に及ぶ総力が光軸の方向に向けられ、遅
い粒子に及ぶ総力が光軸から離れる方向に向けられるか
らである。補正像を合成することによって色収差を多数
の方向にて補正した総体的な像が得られる。このような
色収差補正用の補正素子は球面収差補正用の補正素子と
組合わせて使用するのが好適である。
適例では、多重極素子が色収差を補正するために磁石と
静電多重極素子とを組合わせたものを具えるようにす
る。粒子−光学レンズの焦点距離は荷電粒子のエネルギ
ーに依存する。粒子−光学レンズによって集束される異
なるエネルギーの荷電粒子の軌道は互いに角度偏差を呈
し、これはエネルギーの差に比例すると共に一次では光
軸からの距離に比例する。補正平面では４重極が荷電粒
子に力を及ぼし、この力も光軸からの距離に比例する。
その力は或る方向では光軸方向を向き、他の方向では光
軸から離れる方向を向く。平均的なエネルギーを有する
粒子を互いに相殺する力がある磁位及び電位４重極を組
合わせることによって、補正平面にて静電力が光軸から
離れる方向に向い、又磁力が光軸の方に向けられるよう
にして、色収差を補正することができる。これは、磁力
が遅い粒子に対するよりも速い粒子に対して大きくなる
ため、速い粒子に及ぶ総力が光軸の方向に向けられ、遅
い粒子に及ぶ総力が光軸から離れる方向に向けられるか
らである。補正像を合成することによって色収差を多数
の方向にて補正した総体的な像が得られる。このような
色収差補正用の補正素子は球面収差補正用の補正素子と
組合わせて使用するのが好適である。
【００１４】本発明による荷電粒子ビーム装置の他の好
適例では、前記少なくとも１個のレンズと、前記多重極
素子との間に少なくとも１個の他のレンズを配置して、
前記少なくとも１個のレンズの像平面を補正平面に結像
させるようにする。前記他のレンズは前記少なくとも１
個の無コマ収差平面を補正素子の補正平面に結像させる
ことができる。なお、この場合にはH. Rose 著による
“Outline ofa spherically corrected semiaplanatic
medium voltage transmission electron microscope "
Optik 85, NO. 1, 1990．第19〜24頁に記載されている
ような所謂４−ｆ系を使用するのが有利である。
適例では、前記少なくとも１個のレンズと、前記多重極
素子との間に少なくとも１個の他のレンズを配置して、
前記少なくとも１個のレンズの像平面を補正平面に結像
させるようにする。前記他のレンズは前記少なくとも１
個の無コマ収差平面を補正素子の補正平面に結像させる
ことができる。なお、この場合にはH. Rose 著による
“Outline ofa spherically corrected semiaplanatic
medium voltage transmission electron microscope "
Optik 85, NO. 1, 1990．第19〜24頁に記載されている
ような所謂４−ｆ系を使用するのが有利である。
【００１５】本発明のさらに他の好適例では、荷電粒子
ビーム装置がホログラム形成用の電子−光学バイプリズ
ムを具えるようにする。粒子−光学バイプリズム、例え
ばミューレンステッド(Mollenstedt) バイプリズムは、
荷電粒子プリズムを像担持ビームと基準ビームとに分け
る。像平面にて、これら２つのビームは干渉するため、
多数の平行な真直ぐな明るい線と暗い線とが交互して成
るホログラムを形成する。これらの線は、荷電粒子ビー
ムによって照射された試料における厚さの変化の目安と
なる勾配を含んでいる。ホログラムにおける線の方向に
対し垂直に延在する補正方向を選択することによって、
ホログラムの線の勾配方向における解像度を高めること
ができ、且つ厚さの変化の量的目安を、補正をしない場
合よりも正確に導出することができる。
ビーム装置がホログラム形成用の電子−光学バイプリズ
ムを具えるようにする。粒子−光学バイプリズム、例え
ばミューレンステッド(Mollenstedt) バイプリズムは、
荷電粒子プリズムを像担持ビームと基準ビームとに分け
る。像平面にて、これら２つのビームは干渉するため、
多数の平行な真直ぐな明るい線と暗い線とが交互して成
るホログラムを形成する。これらの線は、荷電粒子ビー
ムによって照射された試料における厚さの変化の目安と
なる勾配を含んでいる。ホログラムにおける線の方向に
対し垂直に延在する補正方向を選択することによって、
ホログラムの線の勾配方向における解像度を高めること
ができ、且つ厚さの変化の量的目安を、補正をしない場
合よりも正確に導出することができる。
【００１６】
【実施例】図１は本発明による荷電粒子ビーム装置１、
特に透過形電子顕微鏡を示し、この顕微鏡では電子源３
が電子を放出し、これら電子が光軸２に沿って加速さ
れ、集光系（図示せず）及び対物レンズ７を経て試料９
に当てられる。電子は試料に照射された後対物レンズ７
及び図示していないレンズ系により像平面11上に結像さ
れる。このレンズ系は回折レンズ、中間レンズ及び投写
装置を有することができる。ビデオカメラ14を用いるこ
とにより試料の像を形成し、この像をデジタル形態でコ
ンピュータ16に記憶させる。電源ユニット10は数百KVに
しうる高電圧を電子源３に印加するとともに対物レンズ
７をも附勢する。
特に透過形電子顕微鏡を示し、この顕微鏡では電子源３
が電子を放出し、これら電子が光軸２に沿って加速さ
れ、集光系（図示せず）及び対物レンズ７を経て試料９
に当てられる。電子は試料に照射された後対物レンズ７
及び図示していないレンズ系により像平面11上に結像さ
れる。このレンズ系は回折レンズ、中間レンズ及び投写
装置を有することができる。ビデオカメラ14を用いるこ
とにより試料の像を形成し、この像をデジタル形態でコ
ンピュータ16に記憶させる。電源ユニット10は数百KVに
しうる高電圧を電子源３に印加するとともに対物レンズ
７をも附勢する。
【００１７】観察しうる試料９のディテール（細部）の
最小寸法はほぼ電子の波長に比例し、試料９からの電子
が対物レンズ７に入射する開口角αに反比例する。でき
るだけ小さなディテール、例えば0.5 Åよりも小さなデ
ィテールを観察しうるようにするためには、開口角αを
比較的大きく、例えば20ミリラジアンにする必要があ
る。加速電圧の平方根に反比例する波長は、電源ユニッ
ト10により電子源３に印加する電子加速電圧を増大させ
ることにより、例えば300KV で２・10-2Åまで減少せし
めることができる。しかし、解像度は対物レンズ７の球
面収差及び色収差により制限される。球面収差の為に、
対物レンズ７の物体平面中で光軸２上に位置する点が開
口角αの３乗に比例する半径を有するスポットとして像
平面中に結像される。電子のエネルギーが増大すると、
相対的なエネルギーの広がりが減少し、対物レンズ７の
物体平面中で光軸上に位置する点が相対的な電子エネル
ギーの広がりに比例する半径のスポットとして結像され
る。１Åよりも小さな解像度を得るためには、電子−光
学像における球面収差及び色収差に対する補正が必要と
なる。この目的のために、電子顕微鏡は単一の多重極12
の形態の補正素子12を有する。電源13による多重極12の
極の附勢を調整することにより、球面収差及び色収差が
補正平面15内に延在する補正方向で補正されるような磁
位及び／又は電位（ポテンシャル）分布を補正平面15中
に発生せしめることができる。色収差に対してはその都
度一方向で補正され、球面収差に対してはその都度二方
向で補正された像がビデオカメラ14により電気信号に変
換され、この電気信号がデジタル化されてコンピュータ
16の像メモリに記憶される。その都度一方向で補正され
た像がコンピュータ16で合成されることにより、多数の
方向で色収差及び球面収差が殆どない全体像を得ること
ができる。像平面11中の像を記憶するのにビデオカメラ
14及びコンピュータ16を用いる代りに写真乾板を用いる
ことができる。それぞれ異なる方向で補正された多数の
写真乾板を、例えばそのスライドを同時投写することに
より重畳させて、補正された全体像を形成することがで
きる。
最小寸法はほぼ電子の波長に比例し、試料９からの電子
が対物レンズ７に入射する開口角αに反比例する。でき
るだけ小さなディテール、例えば0.5 Åよりも小さなデ
ィテールを観察しうるようにするためには、開口角αを
比較的大きく、例えば20ミリラジアンにする必要があ
る。加速電圧の平方根に反比例する波長は、電源ユニッ
ト10により電子源３に印加する電子加速電圧を増大させ
ることにより、例えば300KV で２・10-2Åまで減少せし
めることができる。しかし、解像度は対物レンズ７の球
面収差及び色収差により制限される。球面収差の為に、
対物レンズ７の物体平面中で光軸２上に位置する点が開
口角αの３乗に比例する半径を有するスポットとして像
平面中に結像される。電子のエネルギーが増大すると、
相対的なエネルギーの広がりが減少し、対物レンズ７の
物体平面中で光軸上に位置する点が相対的な電子エネル
ギーの広がりに比例する半径のスポットとして結像され
る。１Åよりも小さな解像度を得るためには、電子−光
学像における球面収差及び色収差に対する補正が必要と
なる。この目的のために、電子顕微鏡は単一の多重極12
の形態の補正素子12を有する。電源13による多重極12の
極の附勢を調整することにより、球面収差及び色収差が
補正平面15内に延在する補正方向で補正されるような磁
位及び／又は電位（ポテンシャル）分布を補正平面15中
に発生せしめることができる。色収差に対してはその都
度一方向で補正され、球面収差に対してはその都度二方
向で補正された像がビデオカメラ14により電気信号に変
換され、この電気信号がデジタル化されてコンピュータ
16の像メモリに記憶される。その都度一方向で補正され
た像がコンピュータ16で合成されることにより、多数の
方向で色収差及び球面収差が殆どない全体像を得ること
ができる。像平面11中の像を記憶するのにビデオカメラ
14及びコンピュータ16を用いる代りに写真乾板を用いる
ことができる。それぞれ異なる方向で補正された多数の
写真乾板を、例えばそのスライドを同時投写することに
より重畳させて、補正された全体像を形成することがで
きる。
【００１８】所望の補正方向を選択する一方法はフーリ
エ空間における像処理である。この目的のためには、電
子顕微鏡は適切な像処理手順が導入されている像処理系
を有する必要がある。電子波関数を回折パターンの形態
で表わしたフーリエ空間では、所望の補正方向を強度に
基づいたフーリエフィルタにより選択することができ
る。
エ空間における像処理である。この目的のためには、電
子顕微鏡は適切な像処理手順が導入されている像処理系
を有する必要がある。電子波関数を回折パターンの形態
で表わしたフーリエ空間では、所望の補正方向を強度に
基づいたフーリエフィルタにより選択することができ
る。
【００１９】荷電粒子ビーム装置を透過形電子顕微鏡と
する場合には、像処理により所望の補正方向を選択する
代りに、対物レンズの後焦平面又は回折平面中に配置し
た絞りを用いることができる。この平面では原像の各方
向が原点を通るラインにより表わされる。従って、一組
の選択した補正方向は光軸に垂直な平面中の一点を通っ
て種々の角度で延在する一組のラインである。所望の補
正方向を選択しうるようにするためには、絞りと電子ビ
ームとを相対的に移動しうるようにし、この移動を附勢
された多極のポテンシャル分布の回転に結合させる必要
がある。
する場合には、像処理により所望の補正方向を選択する
代りに、対物レンズの後焦平面又は回折平面中に配置し
た絞りを用いることができる。この平面では原像の各方
向が原点を通るラインにより表わされる。従って、一組
の選択した補正方向は光軸に垂直な平面中の一点を通っ
て種々の角度で延在する一組のラインである。所望の補
正方向を選択しうるようにするためには、絞りと電子ビ
ームとを相対的に移動しうるようにし、この移動を附勢
された多極のポテンシャル分布の回転に結合させる必要
がある。
【００２０】この点に関する第１の例は図３ｂに示すよ
うな回転可能な絞りを用いる例である。第２の例は、対
物レンズの後焦平面に固定の絞りを配置し、試料に入射
する電子ビームを傾斜させ且つ傾斜方向を回転させる例
である。電子波関数は絞りに対して回転する。傾斜照明
自体は既知である。このような照明には、傾斜方向にお
いて球面収差が少なくなるために解像度が高くなるとい
う利点がある。
うな回転可能な絞りを用いる例である。第２の例は、対
物レンズの後焦平面に固定の絞りを配置し、試料に入射
する電子ビームを傾斜させ且つ傾斜方向を回転させる例
である。電子波関数は絞りに対して回転する。傾斜照明
自体は既知である。このような照明には、傾斜方向にお
いて球面収差が少なくなるために解像度が高くなるとい
う利点がある。
【００２１】図１に示す透過形電子顕微鏡では、補正素
子12を試料９の下側に配置する（ＴＥＭモード）。電子
顕微鏡（ＳＥＭ／ＳＴＥＭモード）を走査する場合、補
正素子を試料よりも上又は対物レンズよりも上に配置す
る必要がある。補正素子の補正平面と共役を成す対物レ
ンズの平面はほぼＴＥＭモードの場合対物レンズの主平
面であり且つＳＥＭ／ＳＴＥＭモードの場合にも対物レ
ンズの主平面である。主平面とは対物レンズの屈折動作
面を意味するものとする。機械的に充分安定な駆動装
置、例えば圧電モータ17を用いることにより光軸２を中
心に多重極12を回転させることもできる。
子12を試料９の下側に配置する（ＴＥＭモード）。電子
顕微鏡（ＳＥＭ／ＳＴＥＭモード）を走査する場合、補
正素子を試料よりも上又は対物レンズよりも上に配置す
る必要がある。補正素子の補正平面と共役を成す対物レ
ンズの平面はほぼＴＥＭモードの場合対物レンズの主平
面であり且つＳＥＭ／ＳＴＥＭモードの場合にも対物レ
ンズの主平面である。主平面とは対物レンズの屈折動作
面を意味するものとする。機械的に充分安定な駆動装
置、例えば圧電モータ17を用いることにより光軸２を中
心に多重極12を回転させることもできる。
【００２２】図２ａは、光軸２上の点18から生じレンズ
７により偏向される荷電粒子の軌道を示す。回転対称系
では、光軸２から距離ｈに位置する軌道が像平面11に入
る角度βは
７により偏向される荷電粒子の軌道を示す。回転対称系
では、光軸２から距離ｈに位置する軌道が像平面11に入
る角度βは
【数１】 β＝ａ１ｈ＋ａ３ｈ3 ＋ａ５ｈ5 ＋ --- である。完全なレンズの場合、１よりも大きなベキを有
する項は零に等しい。点18から生じる軌道に対しては、
項ａ３ｈ3 及びａ５ｈ5 はそれぞれ三次及び五次の球面
収差である。三次の球面収差が通常優勢であり、点18を
像平面11にスポットとして結像させる。このスポットは
する項は零に等しい。点18から生じる軌道に対しては、
項ａ３ｈ3 及びａ５ｈ5 はそれぞれ三次及び五次の球面
収差である。三次の球面収差が通常優勢であり、点18を
像平面11にスポットとして結像させる。このスポットは
【数２】ｒ＝ＣS α3 Ｍ によって与えられる半径ｒを有する。ここに、ＣS は球
面収差定数であり、Ｍは横倍率である。図２ｂに示すよ
うに補正素子12をレンズ７の後方に配置すると、距離ｈ
でレンズ７に入った粒子の軌道がｈ3 に比例する角度γ
で光軸２から離れる方向に偏向される。光軸方向での荷
電粒子の速度が一定である場合、角度変化量γは補正素
子12により粒子に及ぼされる力に比例する。磁気８重極
は、ｈ3 に比例し従ってα3 にも比例する力を荷電粒子
に及ぼす為、この多重極は補正平面15中に延在する２方
向で球面収差を補正するのに適している。ＳＥＭ及びＳ
ＴＥＭモードの場合には、補正素子12が対物レンズ７の
前方に或いはこの対物レンズ中に位置する為、ビーム通
路は反転させる必要がある。
面収差定数であり、Ｍは横倍率である。図２ｂに示すよ
うに補正素子12をレンズ７の後方に配置すると、距離ｈ
でレンズ７に入った粒子の軌道がｈ3 に比例する角度γ
で光軸２から離れる方向に偏向される。光軸方向での荷
電粒子の速度が一定である場合、角度変化量γは補正素
子12により粒子に及ぼされる力に比例する。磁気８重極
は、ｈ3 に比例し従ってα3 にも比例する力を荷電粒子
に及ぼす為、この多重極は補正平面15中に延在する２方
向で球面収差を補正するのに適している。ＳＥＭ及びＳ
ＴＥＭモードの場合には、補正素子12が対物レンズ７の
前方に或いはこの対物レンズ中に位置する為、ビーム通
路は反転させる必要がある。
【００２３】図３ａは、この図面の平面に一致する補正
平面15において磁気８重極12により荷電粒子に及ぼされ
る力の方向を線図的に示す。光軸２を中心に磁位
平面15において磁気８重極12により荷電粒子に及ぼされ
る力の方向を線図的に示す。光軸２を中心に磁位
【数３】ｆm ＝Ｃ4 ・ｈ4 cos ４ψ がある。ここに、Ｃ4 は定数項であり、ψは補正平面中
の点の角度であり、この点の位置は光軸からの距離とこ
の角度とによって規定される。補正平面15中で互いに垂
直な２方向では力は光軸２から離れる方向に向かい、互
いに垂直な他の２方向では力は光軸の方向に向かう為、
球面収差は後者の方向で増大する。
の点の角度であり、この点の位置は光軸からの距離とこ
の角度とによって規定される。補正平面15中で互いに垂
直な２方向では力は光軸２から離れる方向に向かい、互
いに垂直な他の２方向では力は光軸の方向に向かう為、
球面収差は後者の方向で増大する。
【００２４】図４はリング23上に装着した磁性体より成
る16磁極片26を有する多重極12を示す。隣り合う２つの
磁極片間ではリング23がコイル、例えばコイル27ａ又は
27ｂにより囲まれており、これらコイルの各々は独自の
電流源により附勢される。図４には電流源29ａ及び29ｂ
のみを図示してある。電流源29を選択的に附勢すること
によりその都度所望の方向の８重極磁場を得ることがで
きる。この磁場は互いに22.5度の角度を成す２つの８重
極磁場を組合せることにより形成される。従って、光軸
２を中心に回転しうる２方向で球面収差を補正しうる。
１つの電流源に接続するために多数のコイル27を直列に
接続することもでき、正しい磁位分布が得られるように
直列接続されたコイルの巻回数を異ならせることもでき
る。
る16磁極片26を有する多重極12を示す。隣り合う２つの
磁極片間ではリング23がコイル、例えばコイル27ａ又は
27ｂにより囲まれており、これらコイルの各々は独自の
電流源により附勢される。図４には電流源29ａ及び29ｂ
のみを図示してある。電流源29を選択的に附勢すること
によりその都度所望の方向の８重極磁場を得ることがで
きる。この磁場は互いに22.5度の角度を成す２つの８重
極磁場を組合せることにより形成される。従って、光軸
２を中心に回転しうる２方向で球面収差を補正しうる。
１つの電流源に接続するために多数のコイル27を直列に
接続することもでき、正しい磁位分布が得られるように
直列接続されたコイルの巻回数を異ならせることもでき
る。
【００２５】８重極磁場に４重極磁場を加えることによ
り、対物レンズの焦点外れ（デフォーカス）又は屈折力
が方向に依存しなくなる。最適な焦点外れ（シェルツェ
ル焦点）は球面収差に依存する。球面収差が変化する場
合には、焦点外れも変化させて、できるだけ多くの分散
ビームが対物レンズ及び多重極の磁場中で同じ移相を受
けるようにする必要がある。最適な焦点外れと球面収差
との関係は４重極磁場分布が最適となるようにする。球
面収差を補正するために８重極磁場と４重極磁場とを組
合せた為に、補正素子はもはや図３ａに示すように４重
対称とならずに２重対称となる。従って、絞りの形状は
所望の補正方向を選択するように適合させる必要があ
る。最大補正方向を符号８で示してある。
り、対物レンズの焦点外れ（デフォーカス）又は屈折力
が方向に依存しなくなる。最適な焦点外れ（シェルツェ
ル焦点）は球面収差に依存する。球面収差が変化する場
合には、焦点外れも変化させて、できるだけ多くの分散
ビームが対物レンズ及び多重極の磁場中で同じ移相を受
けるようにする必要がある。最適な焦点外れと球面収差
との関係は４重極磁場分布が最適となるようにする。球
面収差を補正するために８重極磁場と４重極磁場とを組
合せた為に、補正素子はもはや図３ａに示すように４重
対称とならずに２重対称となる。従って、絞りの形状は
所望の補正方向を選択するように適合させる必要があ
る。最大補正方向を符号８で示してある。
【００２６】図５は透過形電子顕微鏡中で対物レンズ
（粒子光レンズ）７により偏向される種々のエネルギー
の帯電粒子の軌道を示す。走査形電子顕微鏡の場合に
は、補正素子を対物レンズ内に又はその上に配置し、ビ
ーム通路を反転させる必要がある。平均エネルギーＥ0
よりも高いエネルギーを有する粒子は不充分にしか偏向
されず、平均エネルギーよりも低いエネルギーを有する
粒子は過度に偏向される。光軸２上の点18は
（粒子光レンズ）７により偏向される種々のエネルギー
の帯電粒子の軌道を示す。走査形電子顕微鏡の場合に
は、補正素子を対物レンズ内に又はその上に配置し、ビ
ーム通路を反転させる必要がある。平均エネルギーＥ0
よりも高いエネルギーを有する粒子は不充分にしか偏向
されず、平均エネルギーよりも低いエネルギーを有する
粒子は過度に偏向される。光軸２上の点18は
【数４】ｒ＝１／２ｍＣC αΔＥ／Ｅ0 により与えられる半径ｒを有するスポットとして像平面
11中に結像される。ここにΔＥは平均エネルギーを中心
とする粒子のエネルギーの広がりである。平均エネルギ
ーＥ0 を有する粒子の軌道とこのエネルギーから量ΔＥ
だけずれたエネルギーの軌道との間の角度のずれδはα
に、従って光軸からの距離ｈに比例する。色収差を補正
する補正素子は平均エネルギーＥ0 を有する粒子に力を
及ぼさず、平均エネルギーよりも高い又は低いエネルギ
ーを有する粒子をそれぞれ光軸２に向う方向に又は光軸
２から離れる方向に偏向させ、偏向程度は光軸からの距
離ｈに比例する。補正平面15では、４重極素子は
11中に結像される。ここにΔＥは平均エネルギーを中心
とする粒子のエネルギーの広がりである。平均エネルギ
ーＥ0 を有する粒子の軌道とこのエネルギーから量ΔＥ
だけずれたエネルギーの軌道との間の角度のずれδはα
に、従って光軸からの距離ｈに比例する。色収差を補正
する補正素子は平均エネルギーＥ0 を有する粒子に力を
及ぼさず、平均エネルギーよりも高い又は低いエネルギ
ーを有する粒子をそれぞれ光軸２に向う方向に又は光軸
２から離れる方向に偏向させ、偏向程度は光軸からの距
離ｈに比例する。補正平面15では、４重極素子は
【数５】ｆ＝Ｃ2 ｈ2 cos ２ψ により与えられるポテンシャル分布ｆを有する。４重極
により荷電粒子に及ぼされる力を図６に線図的に示す。
４重極により荷電粒子に及ぼされる力は光軸からの距離
ｈに比例し、図６に矢印で示すように一方向では光軸の
方向に向い、他の方向では光軸から離れる方向に向う。
力が互いに逆向きで、平均エネルギーＥ0 を有する粒子
に対しては相殺される磁気４重極及び電気４重極を組合
せることにより、色収差を一方向で補正でき、色収差が
他の方向で２倍になる補正素子が得られる。磁場中で荷
電粒子に作用する力は粒子の速度に比例する。図５に示
すように、静電４重極により与えられる力ＦＥが光軸２
から離れる方向に向き、磁気４重極により与えられる力
ＦＢが光軸に向う方向に向っていると、高速粒子に与え
る静電力及び磁気力の合計は光軸の方向に向い、低速粒
子に与える力の合計は光軸２から離れる方向に向う。力
の合計はｈに比例する。図４に示す電圧源30ａ〜30ｄは
多重極の４極にそれぞれ電圧を与える。多重極の各極を
電圧源に接続するも、図にはすべての電圧源を図示して
いるものではない。これらの４極のコイルは同時に附勢
され、補正平面において一方向で色収差を補正し且つ一
方向で色収差を増大させる電気多重極及び磁気多重極の
組合せが得られる。図４に示す多重極の電流源29及び電
圧源30を選択的に動作させることにより色収差をいかな
る所望方向においても順次に補正することができる。
により荷電粒子に及ぼされる力を図６に線図的に示す。
４重極により荷電粒子に及ぼされる力は光軸からの距離
ｈに比例し、図６に矢印で示すように一方向では光軸の
方向に向い、他の方向では光軸から離れる方向に向う。
力が互いに逆向きで、平均エネルギーＥ0 を有する粒子
に対しては相殺される磁気４重極及び電気４重極を組合
せることにより、色収差を一方向で補正でき、色収差が
他の方向で２倍になる補正素子が得られる。磁場中で荷
電粒子に作用する力は粒子の速度に比例する。図５に示
すように、静電４重極により与えられる力ＦＥが光軸２
から離れる方向に向き、磁気４重極により与えられる力
ＦＢが光軸に向う方向に向っていると、高速粒子に与え
る静電力及び磁気力の合計は光軸の方向に向い、低速粒
子に与える力の合計は光軸２から離れる方向に向う。力
の合計はｈに比例する。図４に示す電圧源30ａ〜30ｄは
多重極の４極にそれぞれ電圧を与える。多重極の各極を
電圧源に接続するも、図にはすべての電圧源を図示して
いるものではない。これらの４極のコイルは同時に附勢
され、補正平面において一方向で色収差を補正し且つ一
方向で色収差を増大させる電気多重極及び磁気多重極の
組合せが得られる。図４に示す多重極の電流源29及び電
圧源30を選択的に動作させることにより色収差をいかな
る所望方向においても順次に補正することができる。
【００２７】図７は、接地電位にある２つの電極43及び
44が側面に立つ帯電ワイヤ42を有するミョーレンステッ
ド(Mollenstedt) バイプリズム40を具える電子顕微鏡を
示す。このバイプリズムでは、電子ビームが像伝達部分
46と基準部分48とに分割され、これらの部分が像平面11
で干渉する。図８はこのようにして形成されるホログラ
ムを示す。試料９が完全に平坦な場合、ホログラムは多
数の平行な明暗なラインから成る。試料に厚さの差が生
じている場合には、像伝達ビームの位相がずれ、ライン
52に勾配50が生ずる。この勾配の寸法はライン幅の分数
値となる。多重極12のポテンシャル分布を光軸２を中心
に回転させ、ホログラムのライン方向に対し垂直な方向
で色収差及び球面収差の双方又はいずれか一方の補正を
相殺することにより、勾配50の高さをより正確に測定で
き、従って試料による位相ずれを正確に決定しうる。
44が側面に立つ帯電ワイヤ42を有するミョーレンステッ
ド(Mollenstedt) バイプリズム40を具える電子顕微鏡を
示す。このバイプリズムでは、電子ビームが像伝達部分
46と基準部分48とに分割され、これらの部分が像平面11
で干渉する。図８はこのようにして形成されるホログラ
ムを示す。試料９が完全に平坦な場合、ホログラムは多
数の平行な明暗なラインから成る。試料に厚さの差が生
じている場合には、像伝達ビームの位相がずれ、ライン
52に勾配50が生ずる。この勾配の寸法はライン幅の分数
値となる。多重極12のポテンシャル分布を光軸２を中心
に回転させ、ホログラムのライン方向に対し垂直な方向
で色収差及び球面収差の双方又はいずれか一方の補正を
相殺することにより、勾配50の高さをより正確に測定で
き、従って試料による位相ずれを正確に決定しうる。
【００２８】ホログラフィーの場合、リニア像情報が存
在するホログラムの側波帯の領域に絞りを配置すること
により所望の補正方向を選択することができる。このこ
とは、強度に基づいてではなく波動関数自体に基づいて
フィルタ処理が行なわれるということを意味する。電子
ホログラフィーで球面収差が補正されることにより、像
のデローカライゼイションが可成り減少し、電子顕微鏡
の伝達関数に対する精度条件が緩和される。
在するホログラムの側波帯の領域に絞りを配置すること
により所望の補正方向を選択することができる。このこ
とは、強度に基づいてではなく波動関数自体に基づいて
フィルタ処理が行なわれるということを意味する。電子
ホログラフィーで球面収差が補正されることにより、像
のデローカライゼイションが可成り減少し、電子顕微鏡
の伝達関数に対する精度条件が緩和される。
【図１】本発明による荷電粒子ビーム装置を示す線図で
ある。
ある。
【図２】球面収差を補正しない粒子光学レンズに対する
荷電粒子の軌道及び球面収差を補正した粒子光学レンズ
に対する荷電粒子の軌道を示す線図である。
荷電粒子の軌道及び球面収差を補正した粒子光学レンズ
に対する荷電粒子の軌道を示す線図である。
【図３】８重極により補正平面中で荷電粒子に及ぼされ
る力、及び４重極磁場分布と８重極磁場分布とを組合せ
た場合のフィルタ絞りを示す線図である。
る力、及び４重極磁場分布と８重極磁場分布とを組合せ
た場合のフィルタ絞りを示す線図である。
【図４】多重極を示す断面図である。
【図５】色収差を補正しない粒子光学レンズに対する種
々のエネルギーの荷電粒子の軌道を示す線図である。
々のエネルギーの荷電粒子の軌道を示す線図である。
【図６】４重極により補正平面中で荷電粒子に及ぼされ
る力を示す線図である。
る力を示す線図である。
【図７】粒子光学バイプリズムを有する荷電粒子ビーム
装置を示す線図である。
装置を示す線図である。
【図８】バイプリズムにより形成されるホログラムを示
す線図である。
す線図である。
１ 荷電粒子ビーム装置（透過形電子顕微鏡） ２ 光軸 ３ 電子源 ７ 対物レンズ ９ 試料 10 電源ユニット 11 像平面 12 多重極（補正素子；磁気８極子） 13 電源 14 ビデオカメラ 15 補正平面 16 コンピュータ 17 圧電モータ 23 リング 26 16磁極片 27ａ, 27ｂ コイル 29ａ, 29ｂ 電流源 30ａ〜30ｄ 電圧源 40 バイプリズム 42 帯電ワイヤ 43, 44 電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (73)特許権者 590000248 Ｇｒｏｅｎｅｗｏｕｄｓｅｗｅｇ １, 5621 ＢＡ Ｅｉｎｄｈｏｖｅｎ， Ｔ ｈｅ Ｎｅｔｈｅｒｌａｎｄｓ (72)発明者 アラン フランク デ ヨンフ オランダ国 5621 ベーアー アインド ーフェンフルーネバウツウェッハ １ (56)参考文献 特開 昭60−250547（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01J 37/153
Claims (15)
- 【請求項１】 物体平面に荷電粒子ビームを放出するビ
ーム源と、光軸に沿って配置され、物体平面の像を形成
するための少なくとも１個のレンズを具えている粒子−
光学素子と、前記少なくとも１個のレンズによる像の球
面及び／又は色収差を補正するための補正素子とを具
え、該補正素子が前記光軸に対して垂直に延在する補正
平面に磁位及び／又は電位分布を発生するための多重極
素子を具えている荷電粒子ビーム装置において、球面収
差を補正するために、前記磁位及び／又は電位分布が８
重極分布を含み、且つ前記荷電粒子ビーム装置が、補正
方向を調整するために前記補正平面における磁位及び／
又は電位分布を回転させる手段を具えていることを特徴
とする荷電粒子ビーム装置。 - 【請求項２】 前記荷電粒子ビーム装置が、種々の方向
にて順次補正された多数の像を合成する手段を具えてい
ることを特徴とする請求項１に記載の装置。 - 【請求項３】 前記補正平面が前記レンズの主平面と共
役の平面に一致するようにしたことを特徴とする請求項
２に記載の装置。 - 【請求項４】 前記レンズ（７）を対物レンズとしたこ
とを特徴とする請求項１，２又は３のいずれか一項に記
載の装置。 - 【請求項５】 前記荷電粒子ビーム装置が、像の補正方
向を選択する像処理工程に組込む像処理系を具えている
ことを特徴とする請求項１，２，３又は４のいずれか一
項に記載の装置。 - 【請求項６】 前記荷電粒子ビーム装置を透過形電子顕
微鏡として構成し、前記装置がレンズの後焦平面にて補
正方向を選択する絞りを具え、該絞り及び荷電粒子ビー
ムを互いに可動自在とし、この動きを前記補正素子の磁
位及び／又は電位分布の回転に結合させるようにしたこ
とを特徴とする請求項１，２，３又は４項のいずれか一
項に記載の装置。 - 【請求項７】 球面収差を補正するために、前記磁位及
び／又は電位分布が４重極場分布も含むことを特徴とす
る請求項１〜６のいずれか一項に記載の装置。 - 【請求項８】 前記磁位及び／又は電位分布を回転させ
るための手段が多重極素子によって８重極場及び／又は
４重極場を選択的に附勢する電力供給源を具えているこ
とを特徴とする請求項７に記載の装置。 - 【請求項９】 前記多重極素子が色収差を補正するため
に磁石と静電多重極素子とを組合わせたものを具えてい
ることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載
の装置。 - 【請求項１０】 前記磁位及び／又は電位分布を回転さ
せるための手段が、磁気的な多重極素子による４重極場
及び静電的多重極素子による４重極場を選択的に附勢す
る電力供給源を具えていることを特徴とする請求項９に
記載の装置。 - 【請求項１１】 前記補正平面にて、予定したエネルギ
ーを有している荷電粒子に磁界による４重極場が及ぼす
力が、電界による４重極場が荷電粒子に及ぼす力をほぼ
相殺するように、前記電力供給源が前記多重極素子を附
勢することを特徴とする請求項１０に記載の装置。 - 【請求項１２】 前記少なくとも１個のレンズと、前記
多重極素子との間に少なくとも１個の他のレンズを配置
して、前記少なくとも１個のレンズの像平面を補正素子
の平面に結合させることを特徴とする請求項１〜１１の
いずれか一項に記載の装置。 - 【請求項１３】 前記少なくとも１個のレンズと多重極
素子との間に焦点距離がｆの他の２つのレンズを配置
し、前記少なくとも１個のレンズの主平面と前記補正素
子の平面との間の距離がほぼ４ｆとなり、前記２つの他
のレンズ間の距離が２ｆとなり、且つ前記少なくとも１
個のレンズの平面及び前記補正平面のそれぞれと最も近
くにある前記他のレンズとの間の距離がｆとなるように
したことを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記
載の装置。 - 【請求項１４】 荷電粒子ビーム装置がホログラム形成
用の電子−光学バイプリズムを具えていることを特徴と
する請求項１〜１３のいずれか一項に記載の装置。 - 【請求項１５】 前記多重極素子の磁位及び／又は電位
分布を回転させる手段を具え、請求項１〜１４のいずれ
か一項に記載の荷電粒子ビーム装置に使用するのに好適
な球面及び/又は色収差補正用の多重極素子。
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