JP4271037B2 - 粒子光学補正器 - Google Patents

Description

この発明は粒子光学補正器に関するものであって、電気および／又は磁気四重極および八重極の形式の多重極を備えていて、色収差と粒子光学レンズの球面収差とを除去する真っ直ぐな光軸とから成っている。

粒子光学システムは、例えば電子顕微鏡のような拡大システムと、例えば投影リソグラフィーなどの減少するシステムとに有効に利用されている。粒子光学システムを光学システムと比較すると、前者の方が遙かに高能率で、その大きさは極めて小さな波長のビームを用いても、頗る大きくマークされるのである。

粒子工学システムの分解能を一段と良くするには、結像レンズそれ自体の映像収差を補正する必要がある。通常の学術用語によると、これらの映像収差は、次のように分類されている。
軸収差：この軸収差は軸上の点の結像で生じ、拡散角によるものである。それは物体面上の軸上の点から発生して、ＸとＹとの横断面上にある軸の基本通路（Ｘα），（Ｙβ）の形状で決まる。
軸外収差：この軸外収差は、軸外映像点が示されるときに発生し、光軸までの距離（及び通常拡散角）によるものである。これらの軸外収差は物体面上の軸方向の離れた点から発生して、Ｘ断面とＹ断面中にある。
色収差：この色収差は速度が異なる粒子について生ずるもので、さらに軸色収差と軸外色収差とに区分され、それぞれ拡散角度および／または光軸からの距離によるものである。

専ら拡散角だけによる軸収差もまた一般に使用され、軸収差と軸外収差とは識別されて、その用語として幾何学的収差というのが用いられている。

これまで、以上に述べた映像収差、特に色収差（第１次軸収差）および拡散収差（第３次収差）を補正するために多大の努力が払われている。今日までに最善の成功を収めたものは、回転対称式フィールドの代わりに、多重極フィールドを用いたもの、特に四重極と八重極とを用いたものである。この種のシステムには、通常、矯正器あるいは補正器という名称がつけられている。

先行技術では、各種の矯正器または補正器が知られている。

ドイツ特許４２ ０４ ５１２ Ａ１号は電子光学補正器を開示している。この特許の補正器は６個の四重極素子と、７個の八重極素子とから構成してあって、いずれの場合も、システムの中央面の前と後とに、３個の四重極素子と八重極素子とが設けてあって、残る１個の八重極素子は中央面に配置してある。このシステムは軸色収差と、軸外色収差と、球面収差とを同時に補正する。この特許のシステムは構造が簡単であって、割合に数の少ない多重極素子から成っていて、システム全体の長さも比較的短いものである。ところが、このシステムの欠点は、最大の分解能に適用すると、電力を高度に安定した状態で供給する必要があって、これまで満足することができるものではなかった。さらに、このシステムの数多のレンズの第３次軸外映像収差は補正をすることができなかったから、この補正器における対物レンズの映像フィールドの補正の度合いはきわめて制約された不十分なものであった。

ドイツ特許ＤＥ １９９ ２６ ９２７．０号には、色収差を単に電気フィールドで除去するための補正器について開示している。この特許の補正器は光軸に沿って互いに前後に配置した２個の補正部材を備え、それらの部材は四重極フィールドと重ね合わせた八重極フィールドとを具備している。この補正器は第１次軸色収差と第３次拡散収差とを補正する。この補正器の利点は、補正を要するフィールドの性質が静電気に関するために精密に調整することができ、特に、再生可能に調整できる。軸外収差の補正を欠くために、特に軸に近い領域だけしか高分解能を発揮することができず、そのために、有用な映像フィールドのサイズが制約されている。

ドイツ特許１００ ０１ ２７７ ９号は、映像収差の補正器に関するものであるが、本願の発明とは相違するものであって、光軸に沿って交互に配列した円形レンズから成る１組の六重極によって映像収差の補正を行っている。以上に述べた補正器と対照してみると、この第３の文献に示されているものは、無非点収差の中間像を提案するものである。その補正器はすべての第３次幾何学的収差の補正であって、電力供給の安定性を割合に重視していないのである。しかし、このドイツ特許の補正器は、これが映像収差を補正するものでない点に大きな不利益が存在する。さらに、転送レンズとして作用する円形レンズがさらに軸色収差を招くのである。この領域に発生するボエルシュ効果（Ｂｏｅｒｓｃｈ ｅｆｆｅｃｔ）のために、無非点収差の中間像が電子の更なるエネルギーの広がりを導くものとなる。また、この補正器は全長が比較的大きいために、その使用に限界がある。

従来技術の補正器の問題点を解決するために、この発明の目的は電力の供給に関する要件として、安定性を重視する必要がなく、粒子光学円形レンズの第１次軸収差と軸外収差と、すべての第３次幾何学的収差および第５次拡散収差を補正することのできる補正器を提供することにある。さらに、この補正器それ自体は前記補正時になんら第４次幾何学的収差を発生することがない。

この発明は前述した課題を解決するために、
少なくとも１２個の四重極素子（Ｑ１−Ｑ３"’）と１０個の八重極素子（Ｏ１−Ｏ３）とを設けたことと、
各々の場合に、３個の四重極素子（Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３）と２個の八重極素子（Ｏ１，Ｏ２）とを１つのグループ（Ｇ１−Ｇ４）にするように集めることと、グループ（Ｇ１−Ｇ４）を光軸（４）に沿って相前後に配置することと、
各後続グループ（例えば、G２)の各多重極素子（例えばＱ３’，Ｑ２’，Ｑ１’）は、相応する各先行グループ（例えば、G1）の互いに対となる各多重極素子（例えばＱ３，Ｑ２，Ｑ１）とは同じ構成の素子（例えば、Ｑ１とＱ１’）であるが、光軸（４）に沿って逆方向の順序で配置されることと、
それぞれの相互に対応する多重極素子（Ｑ１，Ｑ１’等、Ｏ１，Ｏ１’等）の構成を各々の場合において、グループの間のそれぞれの中心面（１，２，３）に対して鏡面対称（１，２，３）になるように構成することと、
第１のグループと第２のグループとの間の中心面を第１対称面（１）とすることと、
第２のグループと第３のグループとの間の中心面を第２対称面（２）とすることと、
第３のグループと第４のグループとの間の中心面を第３対称面（３）とすることと、
少なくとも２つの四重極素子（Ｑ１，Ｑ２など）が電気および磁気四重極フィールドを発生するものとすることと、
これらの四重極素子を好ましくは第２対称面（２）またはすべての対称面（１，２，３）に対して鏡面対称に配置することと、
各々の場合において、別個の八重極素子（Ｏ３，Ｏ３’）を第１対称面（１）と第３対称面（３）とに設けてある。

この発明による補正器は、光軸に沿って前後に配列し、３個の四重極と２個の八重極素子とから成る３つの対称面で区分される４つのグループから成っている。その八重極は、そのフィールドが四重極フィールドに重なり合うように配列してある。各場合において、グループ毎に多重極素子が相互に対を成すようにして、それぞれの異なる阻止の数を制約してある。それによって、素子の多重度を５分の４から５分の１に減少させる。それぞれの連続するグループの多重極素子は、それぞれの先行するグループの該当する多重極素子について光軸に沿って逆方向の順序に配列してある。

この発明の実施態様では、二重対称構造にしたものを示している。すなわち、第１のシステムの半分はその第１のシステムの半分の中心面について対称をなしていて、システム全体はその全体のシステムの中心面について対称をなしている。前記の中心面は、それぞれ隣接するグループ間の中心面でもあって、ビームの通路の方向に、第１対称面、第２対称面、第３対称面と名付ける。システムの最初の半分における四重極の屈折力は、システムの第２の半部における屈折力に反対称となるように設定することが望ましい。また、屈折力を対称的にすることもある。

屈折力を反対称的にすると、補正器が２つ折りの対象となって収差を回避するという大きな利点がある。

前述した四重極は、少なくとも２個、好ましくは２個以上のものとし、これら四重極を電気および磁気四重極フィールドを発生するように作製する。これら電気・磁気四重極は対称をなす第２の面あるいはすべての面について鏡面対称に配列することが望ましい。いずれの場合にしても、第１と第３対称面を具備するシステムには、さらに八重極素子を設けて完全なものにする。

この発明の請求項１８に記載の補正器によると、上流側に接続した粒子光学レンズと補正器とから構成される全体のシステムが、極めて大きな映像収差を透過するので、すこぶる多数の映像点によって、補正器の二重対称を保ちながら、各々の場合において、さらにまったく磁気または電気・磁気的の四重極を第１と第３対称面に位置づけする。この補正器の四重極素子の数はさらに１４にまで増加する。

非円形多重極素子によって映像収差を補正するための重要な検討事項は、対称性の優れた補正器を提供することにある。したがって、この発明による補正器が提供する二重の対称構造は、それぞれの多重素子への給電と、補正器内における映像収差のサイズと性質とに、極めて広大な効果を及ぼすものである。

以上に述べたような対称性によって、各々の場合において、各グループ互いに対称になっている多重極素子に対して、同一の電流又は電圧を印加する。これにより、一方においては、給電を必要とするユニット数が相当に減少し、その結果、それぞれの素子について給電するための構成および費用を軽減する。また、補正器を対照の形式にしたことによって、電流および電圧の揺動を極めて微少にし、さらにシステム全体が対称構造の素子から成るために、全体的に、また相互に相殺し合って、システム全体に対する影響は殆ど存在しない。この発明のシステムによると、電流および電圧の供給を僅かにすることができる。したがって、構成を割合に簡単なものとすることができ、必要とする構成部分を経済的にすることができる。この発明の標準とする実施態様では、極めて高度の解像度において適用するので、要求される安定性を先行技術において得ることのできる構成要素によって達成することが可能である。

これまでに述べた対称構造としたことによって、補正を必要とするフィールドの調整が容易である。補正器の各種の多重極素子を等しい電位または電流に設定することによって、補正器についての、それ自体、広範な調整の必要性を少なくし、補正を極めて容易にすることができる。

いずれも電気・磁気四重極素子を３個具備する４つのグループから成る補正器によって、複数個の類似する補正部分の間に色収差の補正を分配させることができる。それぞれのグループによる補正が合わさって、各々だけでは比較的僅かな補正が、全体的な補正となる。したがって、補正に必要とされる電気的・磁気的四重極の励起作用は従来の技術による多くの補正器よりも極めて弱いものである。このことは、また、給電に当たって要求される安定性の問題をも解消する。

この発明による補正器が二重の対称構造に成っていることによって、それぞれの部品とそれらの部品に関連するフィールドとが対称／反対称となっている。単に対称をなしているというだけでは特別の効果は発揮されるものではないから、個々の幾何学的・光学収差の影響に関しては、何らの作用を及ぼさない。したがって、このことがまた、粒子・光学システムの分解能をして、軸に近接する領域外をも改善するのである。

そのために、給電に当たっての安定条件が割合に問題とされることのない、この発明の補正器は、第１次軸色収差と、全ての第３次幾何学的収差との補正を、粒子・光学円形レンズの第５次拡散収差と同様に同時に補正する特別の手段を提供するのである。ここにおいて、補正自体は何らの第４次幾何学的収差を招かない。収差の補正は複数の多重極素子を適切に設定し、それらの素子の光軸についての配列を適当にすることによって達成することができるもので、請求項中にも記載してある。

この発明の補正器の好ましい実施態様においては、多重極素子は第１のグループが次のように配列してある。すなわち、
− 第１グループは入口側に、電気的および磁気的四重極フィールドを発生する四重極素 子（電気・磁気四重極）を、そしてそれに隣接して、八重極素子を備えている。
− これに続いて、電気的および磁気的四重極フィールドを生ずる第二の四重極素子が設 けてあって、これに隣接して、八重極素子が設けてある。
− 次で、単に磁気四重極フィールドを生ずる四重極素子（磁気四重極）が外側に配して ある。

二重対称にしてあるから、いずれの場合においても、その構造は各グループをそれぞれの先行グループに対して逆の順序に配列してある。物点から放出される光線は目標物を通過して、この実施態様では、次の順序に通過してゆく。すなわち、

四重極フィールドはガウス（近軸）ビーム通路を決める。この発明によると、複数の磁気四重極の屈折力と複数の電気・磁気四重極のすべての屈折力とを、それぞれの場合において、次のように調節することができる。すなわち、
− 第１の基本通路（Ｘα）を第１対称面に対称（非対称）に走る点とすること、
− 第２の基本通路（Ｙβ）を第１対称面に鏡面対称に走らせる、
− 第１の軸外基本通路（Ｘγ）を第１対称面に鏡面対称に走らせる、
− 第２の軸外基本通路（Ｘδ）を第１対称面に点対称に走らせる、
ように調節することができる。

システムの最初の半部と２番目の半部の回析力を反対称的にしてあることによって、ＸＺ断面の通路とＹＺ断面の随伴通路は中央対称面において、両者の役割が交換する。

システムの最初の半部と２番目の半部の回析力を対称的にしてあることによって、軸方向の通路は対称の中心面について対称に走り、軸外通路に反対称に走る。

したがって、補正器を通る軸方向の光線の通路と軸外光線束とは次のようになる。

光軸上の物体点から放出する光線は、それが補正器内に入ると、四重極によって光線は集束しなくなるように分離し、その結果、ＸおよびＹ断面を通る進路は別々の方向に偏向される。軸あるいは軸外粒子束は、断面、たとえばＹ断面に集束され、他方の断面、すなわちＸ断面においては、拡散されて、それがために非点中間像を生ずる。次の複数個の四重極の各々によって、両断面において光線の集束と拡散とが、それぞれ規定された割合で繰り返されて、補正器内の全体の光路とすべての中間像とが集束しないようになる。次いで、最後の四重極が、両方の軸および軸外粒子束を確認し、非点収差を消去し、回転対称性が復元される。それゆえ、両方の光束は分割されることなく補正器を出てゆく。

３つの四重極素子から成る４グループの各々は、１つの断面について、２つの集束素子と１つの焦点ぼけ素子を、他の断面については、１つの集束素子と、２つの焦点ぼけ素子とを具備している。したがって、補正器の四重極のフィールドは専ら広がってゆく光線についてのみ作用し、それがために、その軌道は相当な影響を受け、色収差については全く役に立たない。これに対して、光軸に近接して伸長する通路は四重極のフィールドによってわずかながら影響を受け、色収差をその領域内では少しだけ除く。それゆえ、色収差を偏向するためには、これらの領域は大して役立つものでない。

軸および軸外色収差を補正するために、四重極フィールドの屈折力を適切な大きさに前以て設定しておく。それがガウスの光路を定める。ここで各ケースについて、全体の屈折力を決定する。それゆえ、電気・磁気四重極素子のために、磁気および電気フィールドから発生する屈折力の成分は近軸通路が影響を受けることがなく、互いに変化する。この性質を、それ自体周知の方法によって色収差の補正に利用する。同一の総合屈折力を保ちながら、電気成分と磁気成分とに四重極屈折力を分割することが色収差を除去するパラメータのセットとして用いられるのである。この発明によれば、電気および磁気四重極フィールドの強さを補正器と対物レンズとを前以て補正するように設定しておくことができる。

電気・磁気的に組み合わせた形式にする四重極を具体的に選定することは、ある程度自由である。Ｘ断面とＹ断面との双方に関して軸外色収差に貢献するように設定するには、いろいろな方法がある。

第３次拡散収差と第３次軸外幾何学的収差の補正は八重極によって行う。この発明によれば、以上に述べた収差を完全に補正するためには、補正器を二重対称構造にして、八重極を対称的に配置することが肝要である。このように構成した好ましい実施態様では、いずれの場合においても、１つの八重極が第１と第３対称面に配列してある。このように対称的に配置したことによって、第３次拡散収差の補正が行える。特に、フィールド非点収差と映像フィールドの湾曲とは、各グループの電気・磁気四重極に合わされた八重極によって補正される。

全体のシステムの中心面に別個の八重極を配置して、第５次拡散収差を補正する。

前述した下八重極を設定することにより、極めて多様性になる。この発明では、八重極の強度を、次のように設定する。すなわち、
− 補正器と粒子光学レンズの第３次幾何学収差を相互に補正するようにし、
− 補正器と粒子光学レンズの第５次拡散収差を相互に補正するようにし、
− 補正器粒子光学レンズを具備する全体のシステムの第３次拡散収差および／または第 ５次拡散収差を明確な値にするように設定してある。

前項の最後に述べた設定は、特に高解像度電子顕微鏡における位相差映像の発生に関して利益がある。それに適用する場合には、全体のシステムの第３次と第５次軸収差を各々の場合に一定の数値であると仮定すると、最適のコントラストで最大の物体情報が得られる。それ故、これに応用する場合には、全体のシステムの前述した収差を除く必要はないが、それらを特定の数値に設定する必要がある。

この発明によると、八重極フィールドを四重極フィールドに重ね合わせることもできる。この補正器では、拡散収差を補正するのに用いられる八重極フィールドがそれぞれのグループ内に配した四重極のフィールドに重ね合わされるように用いられている。

この発明の補正器の好ましい実施態様では、四重極フィールドと八重極フィールドとの両者を発生する多重極素子が用いられている。それによって、補正器の透明度が良好になり、その製作費を相当に軽減することができる。

この発明の補正器は各種の粒子光学システムに利用することが可能である。

この発明による補正は粒子光学システムを各方面に使用することができるようにするものである。特に、高解像力伝送顕微鏡（ＴＥＭ）の対物レンズの収差を改善するのに用いられる。この場合には、補正器を（光線の方向に見て）対物レンズの背後に設ける。

先行技術による六重極補正器を使用したのでは、色収差を補正することができないのに対して、この発明の補正器は色収差と拡散収差とを同時に補正することができる。物体を絶えず露光するのに用いられる電子源の電子は、絶えず有限のエネルギーの広がりをするので、第一次色収差を除くことによって、実質上の限度は除去される。位相差結像のために、この発明の補正器は第３次および第５次拡散収差を限定値に調整することも重要なこととしているもので、そのために最適条件のコントラストと最大の物体情報とを前記の収差のゼロでない値において利用することができる。

ＣＣＤカメラの開発に伴って、高解像度顕微鏡にも、特に大きなイメージ・フィールド・サイズの物が求められている。

これまでに給電に関して問題が多かった高解像度の顕微鏡についても、この発明による補正器によって、その問題が無くなったのである。この発明の対称性を重視した補正システムによって、電流と電圧の揺動もまた極めて僅少になり、全体のシステムについて何らの影響をも及ぼさない。

この発明による補正器を磁極片間隙の大きい電子顕微鏡に使用することは、「イン・シトウ（ｉｎ ｓｉｔｕ）」電子顕微鏡の分野にも好ましいものである。磁極片間隙を大きくすることは、物体室における試料の取り扱いに充分なスペースを提供する上で、前記の顕微鏡にとって求められるところである。この種のレンズは極めて大きな色収差を持っている。照明を低く抑えて、露出時間を短くし、大きなエネルギー・ウインドウ、つまり大きなエネルギー・スペクトルで映像を作り出すことが必要である。こうした限界の条件下では、専ら解像度の低いものしか得ることができなかったわけである。この発明は以上に述べた補正器を使用することによって、大きなエネルギー・ウインドウを提供することから、磁極片間隔の大きなレンズで高解像度を達成することができる。第３次幾何学映像収差も、ここでは大きな収差を望むわけであるから、これを適用することも望ましいことである。

この発明の補正器は、とくに電子放射リソグラフィーなどの光学系統を減少するのに適用される。これらの光学系統は映像面に配置した結晶（ウエーハ）上にマスクを付け、刻印用電極によって刷り込むのに用いられる。これに応用するために、ウエーハ上のマスクの広さをできるだけ大きくすることのできる短焦点電子レンズが求められる。ここにおいて、散乱体コントラスト・マスクをごく普通に用いると結像粒子ビームを強力なエネルギーで拡散する。この発明以外の補正システムにくらべて、この発明の補正システムは色収差を補正するものであり、また光学的性質の高い大きなエネルギーで結像粒子ビームを生ずるものである。この発明による補正器を使用するのに必要とする映像フィールドのサイズは軸外第３次幾何学映像収差の補正で良く判るわけである。

この応用に当って、この明細書の請求項１８に記載の態様は、映像の光学的性質が極めて大きな映像収差をも改善することができる特別の設計のものとすることができるため、すこぶる利点が多いのである。

この発明の実施態様の形態を図について詳細に説明する。

図１はこの発明の実施態様の粒子光学補正器の基本的な構成を示すものであって、同図には、多重極素子がそれぞれ異なる形状の長方形で示してある。それに添えた参照文字Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，・・・Ｑ１”’，Ｑ２”’，Ｑ３””及びＱ４，Ｑ４’は四重極を示し、Ｏ１，Ｏ２，・・・Ｏ１”’Ｏ２”’とＯ３，Ｏ３’及びＯ４とＯ５・・・Ｏ５’は八重極を示す。

同一の数字が添えてある素子は、それぞれ同じデザインのものである。四重極素子と八重極素子とは、いずれの場合も、グループＧ１−Ｇ４から集めたものである。図によって判るとおり、グループ（Ｑ１とＱ１’，Ｑ１’とＱ１”など）の相互に対を構成する多重極素子は、いずれもグループＧ１−Ｇ４を形成するように集められている。それぞれのグループ（たとえばＱ３’，Ｑ２’，Ｑ１’）は、そのグループに先行するグループ（たとえばＱ１，Ｑ２，Ｑ３）の該当する多重極素子について光軸４に沿って逆方向の順序で位置されている。

以上に述べた配列によって、この発明の補正器は極めて高度の対称をなし、各グループＧ１−Ｇ４の間のそれぞれの中心面について対称の平面をなしている。したがって、第１と第２のグループＧ１／Ｇ２の間を第１の対称面、第２と第３のグループＧ２／Ｇ３の間を第２の対象面２、第３と第４のグループＧ３／Ｇ４の間を第３の対称面３とすることにする。ここで、前述した対称面に対して、各別の多重極素子の位置はそれぞれ鏡面対称をなしている。

この実施態様では四重極Ｑ２，Ｑ３及び対称に作成した四重極Ｑ２’，Ｑ３’；Ｑ２”，Ｑ３”；Ｑ２”’，Ｑ３”’が電気・磁気素子として決定される。これらによって発生される電気及び磁気の四重極フィールドは第１次色収差の補正に用いられる。

随意、２個の電磁四重極（Ｑ４，Ｑ４”）を設ける。これらの屈折力は近軸の接近によって完全に補正される。

八重極素子Ｏ１−Ｏ５は軸外第３次幾何学的収差と第５拡散収差の補正に役立つものである。第３次軸外収差の補正は、特に、フィールド非点収差と映像フィールド曲率とを八重極Ｏ１−Ｏ５”’によって行う。全体のシステムの中央面に対称的に配列してある対をなす八重極Ｏ３，Ｏ３’は第３次拡散収差の補正をなし、中央面２に配してある八重極Ｏ４は第５次拡散収差の補正をする。

図２の基本通路（Ｘα），（Ｙβ）と軸外基本通路（Ｘγ），（Ｙδ）の軌道によって、近軸近似に関する補正器内の望遠鏡ビーム通路を示す。ビームの方向は左から右へ向かう。それをシステムの光軸４に矢印１０で示してある。この図の左側の境界は対物レンズの後の焦点面１１を示すものである。また、右側の境界は補正器の後方の共役焦点面１２を示すものである。符号数字１，２，３は補正器の第１と、第２と、第３の対称面を示している。

図面から判るように、補正器は入力面（焦点面）１１に映像を作り出して、出口面（共役焦点面）１２においては歪曲しない。軸の基本通路（Ｘα），（Ｙβ）と軸外基本通路（Ｘγ），（Ｙδ）が続くと、高度の対称の補正が明瞭になる。

補正器中にこれらのビームが入ると、水平軸上に位置するものとして示してある四重極Ｑ１は、それぞれのｘ及びｙ断面を伸長する通路が異なる方向に偏向されるという結果になる。したがって、軸あるいは軸外粒子光束がｙ断面に集束する。つまり、光軸の方に偏向されて、ｘ断面では拡散される。すなわち光軸から離れ去ってゆく。粒子光束の非点分離は補正器全体を通る間中、これを持続する。それは下流側の四重極Ｑ２，Ｑ３などによって、それぞれ一定量だけ変更され、それが補正器から去って行くとき、再び四重極Ｑ１”’によって除去される。

したがって、３個の四重極素子の各グループは１つの断面について、２つの集束および一つの非焦点素子を、そして他の断面については、１つの集束及び２つの非点素子を具備している。図から判るように、例えば、軸の基本通路（Ｘα），（Ｙβ）が四重極Ｑ２，Ｑ２’，Ｑ２”，Ｑ２”’の中心にあって、八重極Ｏ３，Ｏ３’が、それぞれ第１対称面と第３対称面とに配置されていれば、非点収差中間映像を生ずる。四重極素子の相互作用は色収差を補正しているときに、補正器の意図する光学的作用のすべてを行う。任意に設けられる四重極素子Ｑ４，Ｑ４’は同一または互角の改善された補正効果を発揮して、電気フィールドの強さを低下させる。

補正器の縦断面図を簡単に示す略図である。 好ましい実施態様の補正器を通過する基本通路の軌道を示す線図である。

符号の説明

１ 第１対称面
２ 第２対称面
３ 第３対称面
４ 光軸
１１ 焦点面
１２ 共役焦点面

Claims (15)

1. 電気および／または磁気四重極素子と八重極素子との形式の多重極素子を具備する複数の粒子光学レンズの色収差と球面収差とを除去する真直ぐな光軸（４）を備える補正器において、
   少なくとも１２個の四重極素子（Ｑ１−Ｑ３"’）と１０個の八重極素子（Ｏ１−Ｏ３）とを設けたことと、
   各々の場合に、３個の四重極素子（Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３）と２個の八重極素子（Ｏ１，Ｏ２）とを１つのグループ（Ｇ１−Ｇ４）にするように集めることと、グループ（Ｇ１−Ｇ４）を光軸（４）に沿って相前後に配置することと、
   各後続グループ（例えば、G２)の各多重極素子（例えばＱ３’，Ｑ２’，Ｑ１’）は、相応する各先行グループ（例えば、G1）の互いに対となる各多重極素子（例えばＱ３，Ｑ２，Ｑ１）とは同じ構成の素子（例えば、Ｑ１とＱ１’）であるが、光軸（４）に沿って逆方向の順序で配置されることと、
   それぞれの相互に対応する多重極素子（Ｑ１，Ｑ１’等、Ｏ１，Ｏ１’等）の構成を各々の場合において、グループの間のそれぞれの中心面（１，２，３）に対して鏡面対称（１，２，３）になるように構成することと、
   第１のグループと第２のグループとの間の中心面を第１対称面（１）とすることと、
   第２のグループと第３のグループとの間の中心面を第２対称面（２）とすることと、
   第３のグループと第４のグループとの間の中心面を第３対称面（３）とすることと、
   少なくとも２つの四重極素子（Ｑ１，Ｑ２など）が電気および磁気四重極フィールドを発生するものとすることと、
   これらの四重極素子を好ましくは第２対称面（２）またはすべての対称面（１，２，３）に対して鏡面対称に配置することと、
   各々の場合において、別個の八重極素子（Ｏ３，Ｏ３’）を第１対称面（１）と第３対称面（３）とに設けたこととを特徴とする粒子光学補正器。
2. 前記各グループ（G1,G2,G3,G4)の各四重極素子のフィールドの強さは次のように選定される、
   前記各四重極フィールドによる屈折力は、前記第１対称面（１）に対し対称であり、かつ、前記第３対称面（３）に対し対称であり、そして、
   第１グループ（Ｇ１）および第２グループ（Ｇ２）の四重極フィールドによる屈折力と、第３グループ（Ｇ３）および第４グループ（Ｇ４）の四重極フィールドによる屈折力とは、前記第２対称面（２）に対し反対称である、
   請求項１記載の粒子光学補正器。
3. 前記各グループ（G1,G2,G3,G4)の各四重極素子のフィールドの強さは次のように選定される、
   前記各四重極フィールドによる屈折力は、前記第１対称面（１）に対し対称であり、かつ、前記第３対称面（３）に対し対称であり、そして、
   第１グループ（Ｇ１）および第２グループ（Ｇ２）の四重極フィールドによる屈折力と、第３グループ（Ｇ３）および第４グループ（Ｇ４）の四重極フィールドによる屈折力とは、前記第２対称面（２）に対し対称である、
   請求項１記載の粒子光学補正器。
4. 第１グループ（Ｇ１）および第３グループ（Ｇ３）は、
   その入口側に、電気および／または磁気四重極フィールドとそれに重畳する八重極フィールドを生じる多重極素子（Ｑ１、Ｏ１）と、
   それに続いて、電気および／または磁気四重極フィールドとそれに重畳する八重極フィールドを生じる第２の多重極素子（Ｑ２，Ｏ２）と、
   その出力側に、電気および／または磁気の四重極フィールドのみを生じる四重極素子（Ｑ３）と、を備え、
   第２グループ（Ｇ２）および第４グループ（Ｇ４）は、前記第１および第３グループの各極子と同じ構成の各極素子を備えるが、その並び順序が光軸に添って前記第１および第３グループの各極素子とは反対に配置されている、
   請求項１乃至３いずれか１項に記載の粒子光学補正器。
5. 電気および磁気四重極フィールドを前記補正器と前記粒子光学レンズの軸収差および／または軸外色収差を各々の場合において相互に補償するように調節するようにしたことを特徴とする請求項１乃至４いずれか１項に記載の粒子光学補正器。
6. 各グループ（Ｇ１−Ｇ４）において、各々の場合において別個の八重極素子（Ｏ５，Ｏ５’等）を第２と第３の四重極素子（Ｑ２とＱ３およびＱ２’とＱ３’など）の間に配置することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の粒子光学補正器。
7. 前記八重極素子の強度を前記補正器および前記粒子光学レンズの軸および軸外第３次幾何学的収差を、各々の場合において、相互に補償するように調節することを特徴とする請求項１乃至６いずれか１項に記載の粒子光学補正器。
8. 前記第２対称面（２）に、別個の八重極素子（Ｏ４）を設け、前記八重極素子（Ｏ１，Ｏ２等）の強度と前記別個の八重極素子（Ｏ４）の強度とを前記補正器と前記粒子光学レンズと第５次球面収差とを相互に補償するように調節するようにしたことを特徴とする請求項１乃至７いずれか１項に記載の粒子光学補正器。
9. 前記八重極素子の強度を、いずれも設定可能値とする前記補正器と粒子光学レンズとから成る全体のシステムの第３次球面収差および／または第５次球面収差とを調節するようにしたことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の粒子光学補正器。
10. 対物レンズの収差補正のための拡大光学装置として使用される、請求項１乃至９いずれか1項記載の粒子光学補正器。
11. 対物レンズの収差補正ための縮小光学装置として使用される、請求項１乃至９いずれか1項記載の粒子光学補正器。
12. さらに別個の磁気または電気と磁気とを組み合わせた四重極素子を、各々の場合において、第１のグループ（Ｇ１）と第２のグループ（Ｇ２）との間、および第３のグループ（Ｇ３）と第４のグループ（Ｇ４）との間に存在するようにしたことを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の粒子光学補正器。
13. 請求項１０項に記載の粒子光学補正器を備えた透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）。
14. 請求項１０項に記載の粒子光学補正器を備えた「イン シトウ」電子顕微鏡。
15. 請求項１１項に記載の粒子光学補正器を備えた電子投影リソグラフィー装置。

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