JP4286913B2 - 粒子光学機器の中の色収差を補正する補正装置 - Google Patents

Description

本発明は、機器の中で粒子ビームによって照射されるべき対象を照射するために機器の光学軸に沿って進行する荷電粒子のビームを発生する粒子源と、荷電粒子のビームを合焦する合焦レンズと、合焦レンズのレンズ収差を補正する補正装置とを含み、
上記補正装置は均一な電界と、これに対して垂直に延びる均一な磁界とを発生するための極面を含み、両方の双極子界はまた機器の光学軸に垂直に延び、
上記補正装置はまた四極子電界を発生するための機器の光学軸に略平行に延びる極面を含む粒子光学機器に関する。
本発明はまた、荷電粒子のビームを合焦する合焦レンズと、合焦レンズのレンズ収差を補正する補正装置とを含み、かかる機器で使用されることが意図される組立体に関する。
上述の機器で使用されることが意図されるこの種類の補正装置は欧州特許第０３７３３９９号より既知である。
概して、電子顕微鏡又は電子リソグラフィー用の機器といった粒子光学機器は、熱電子源又は電界放射型の電子源といった粒子源によって生成される荷電粒子のビーム（通常は電子ビーム）によって測定又は作業されるべき対象を照射するよう配置される。対象の照射はかかる機器の中で測定されるべきかかる対象（電子顕微鏡の中の試料）を結像すること、又は例えばマイクロエレクトロニクス（電子リソグラフィー機器）のために対象上に非常に小さな構造を形成することを目的としうる。両方の場合に合焦レンズは電子ビームを合焦するために必要とされる。
電子ビームは原理的には２つの方法で合焦されうる。第１の方法によれば、検査されるべき試料は電子ビームにかなり均一に曝され、試料の拡大された像は合焦レンズによって形成される。その場合、合焦レンズは結像レンズ系の対物レンズであり、対物レンズの分解能は機器の分解能を支配する。この種類の機器は透過電子顕微鏡（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、又はその一部は通常はかなり減少されて、（走査電子顕微鏡即ちＳＥＭでは）検査されるべき試料の上に、又は（リトグラフィー機器では）所望の微細構造が形成されるべき試料の上に結像される。電子源の像（例えば偏向コイルによって対象を横切って変位される「スポット」）は再び結像レンズ系によって形成される。後者の場合、合焦レンズはスポット形成レンズ系の対物レンズであり、この対物レンズの分解能はビームのスポットサイズ、従って機器の分解能を支配する。
全てのかかる機器で使用されるレンズは通常は磁気レンズであるが、静電レンズであってもよい。両方のタイプのレンズは実質的に常に回転対称なレンズである。かかるレンズの挙動は必然的に理想的ではなく、即ちレンズ収差を示し、その中でも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る。これらのレンズ収差はこのように既知の電子光学機器の分解能の限界を決定する。粒子光学の基本定理によれば、かかるレンズ収差は回転対称な電界又は磁界を用いた補償では除去されえない。
現在の電子光学機器、特にスポット形成対物レンズを含む走査粒子光学機器（いわゆる走査電子顕微鏡即ちＳＥＭ）では、従来よりも低い値を有するよう、即ち従来の３０ｋＶの大きさ以上の電圧の代わりに０．５ｋＶ乃至５ｋＶのオーダの値を有するよう、電子ビームの加速電圧を選択する傾向がある。そうする理由は、かかる比較的低い加速電圧では、非導電試料（例えば電子集積回路の製造の場合のフォトレジスト材料）の帯電がかなり減少されるためであり、更に、これらの低い電圧ではいわゆる地形コントラストがかなり高められ得るためである。かかる低い加速電圧では色収差が主なレンズ収差であり、従って粒子光学機器の分解能に関する決定的な因子である。（これは、ΔＵを電子ビームの中に広がる非変動エネルギーとし、Ｕを公称加速電圧とすると、色収差はΔＵ／Ｕに比例し、従ってこの因子はＵが減少するにつれ増加することから容易に理解されうる。）
それでもなお粒子光学機器の分解能を高めるために、引用される欧州特許第３７３３９９号は、非回転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することを提案する。この構造は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れに対して垂直に延びる磁界が共に機器の光学軸に垂直に向いている構造である。球面収差及び色収差の補正のために、この補正器には、多数の多極子、即ち、電気及び磁気四極子、電気及び磁気六極子、及び電気及び／又は磁気八極子が設けられる。（従って、既知の補正装置では、八極子の電界のみ又は磁界のみが存在することが生じうる）。
引用される欧州特許による補正装置（図５を参照して示されその中で参照番号２０によって示される）の実施例は、色収差の補正を可能とする。この実施例は、極面が軸方向に向いた、即ち機器の光学軸に平行に延びる多数の電極及び磁極によって形成される多極子ユニットを含む。上記極の夫々は、個々の励起を適当に選択することによって別個に励起されえ、従ってこのように構成される多極子ユニットは所望に応じて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、電界及び磁界は共に光学軸に対して垂直に延び、その上に重ね合わされた四極子及び六極子の電界及び磁界、及び八極子の電界及び／又は磁界が形成されうる。
かかる比較的複雑な補正装置では、上記多極子界の（非常に正確な）発生のために正しい電気的及び磁気的調整を見出すことは非常に困難である。この困難さは発生されるべき多極子界の数が多くなるほど重大となり、それはこれらの界は調整された補正値を正確に有し、維持せねばならないためである。従って、必要とされる多極子界の数を最小化することが本質的に重要である。
本発明は、合焦レンズの色収差の補正が行われ、電気的及び磁気的調整及び再生性に関する要件がより容易に満たされうる、上述の種類の粒子光学機器を提供することを目的とする。
このため、本発明による粒子光学機器は、上記補正装置の電界及び磁界の強さは、補正装置の中で荷電粒子がｉの完全な正弦周期（ｉ＝０，１，２．．．）に完全な正弦周期から１０％以上逸脱しない長さの正弦線を加えたものからなるシヌソイド軌跡に沿って進行するような強さとされ、上記補正装置から上流及び下流には、補正装置から夫々Ｄ₁及びＤ₂の距離に配置されたｎ極子、但しｎ＝４，６，．．．，が設けられ、Ｌを光学軸（４）の方向に均一な界を支配する極面の長さとするとＤ₁及びＤ₂は（１／４）Ｌよりも小さいことを特徴とする。
本発明は、補正装置の様々な界について、色収差が補正されうると共に双極子界及び四極子界のみを必要とする強さが見出されうることに基づく。結果として、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に含まれる変数の数は、引用される欧州特許より既知の補正装置のものよりもかなり少ない。
補正装置の中の電界及び磁界の強さは、補正装置の中で、荷電粒子がｉの完全な正弦周期を含むシヌソイド路を追従するよう選択されうる。ここで界の強さは、電子が整数の周期を追従するのではなく、整数の周期に正弦線の一部を加えた路を追従するよう変更されうる。この正弦線の追加的な部分は、完全な周期から小さな（１０％以下）の逸脱（従って完全な周期から少なくとも１０％少なく、１０％以上多くない）を生じうる。これは補正装置の色収差を補正されるべき対物レンズの（可変の）強さに適用する可能性を与える。これは、色収差の完全な補正の場合、（ｒ_corrを光学軸と補正装置を離れる粒子との間の距離とし、ｒ_objを光学軸と当該の粒子が対物レンズに入る時の当該の粒子との間の距離とし、）Ｃ_c,corr及びＣ_c,objの夫々を補正装置及び対物レンズの色収差の係数とすると、
ｒ_corr／ｒ_obj＝√（−Ｃ_c,corr）／（Ｃ_c,obj）
が成り立つ。これは、対物レンズの強さ、従ってＣ_c,objが変動すると、ｒ_corrの値は、等式が維持され従って色収差の完全な補正が維持されるよう変更されうることを示す。変数Ｃ_cは従ってビームの発散又は収束を変更することによって達成されうる。この現象は図３を参照して詳述される。
本発明によって提案される段階の他の重要な利点は、補正装置のかなり厳しい機械的な製造公差があまり厳しくなくなることにある。これは以下の数値的な例に基づいて例示されうる。軸に平行なビーム路を含む実際の状況では、補正装置の長さＬは１２０ｍｍであり、ｒ_corr＝ｒ_obj＝５０μｍである。補正装置の長さが半分に減少され、即ちＬ＝６０ｍｍとされれば、Ｃ_c,corrは２倍に大きくなる。これは、ｒ_corr＝３５μｍ及びｒ_obj＝５０μｍを有する発散ビームを選択することによって回避される。（対物レンズの所望の分解能を一定とすることにより、対物レンズの開口角、従ってｒ_objもまた一定とされることに注意すべきである。）従って、ビームは補正装置の光学軸からあまり遠くなく配置され、それにより存在するのであれば機械的な欠陥によって生ずる界偏向の間に生ずる大きな像収差はより少なくなる。従って、補正装置の長さが半分とされ、従って機械的公差があまり厳しくないという利点がある。しかしながら、上記の補正装置の長さの減少によりビームが乱され、これは系全体の分解能に悪影響を与えうる。この現象は、上記補正装置から上流及び下流に、補正装置から夫々Ｄ₁及びＤ₂の距離に配置されたｎ極子、但しｎ＝４，６，．．．，を設け、Ｌを光学軸の方向に均一な界を支配する極面の長さとするとＤ₁及びＤ₂は（１／４）Ｌよりも小さいようにすることによって補償されうる。後者の要件を考慮するに、概してそのために機器の中に既に存在するスチグマトールは使用されなくなる。補正装置を含む組立体によって行われる試験では、本発明によるｎ極子及び対物レンズは、（１／４）Ｌよりも小さいＤ₁及びＤ₂で充分な動作を示した。
ビームの粒子の軌跡の１次近似は、粒子が横切るべき界に入る高さ及び方向に依存する開始点及び終端点を有するシヌソイドの形状を有することに注意すべきである。従って、初期状況に依存して、軌跡もまた共シヌソイドであると考慮されうる。本発明の文脈では、ビームの粒子のシヌソイド軌跡は、その軌跡の初期高さ及び初期傾斜に無関係に、従って正弦線が開始し終端する引数の値に関係なく、シヌソイドの一部の形状とされる軌跡であると理解されるべきである。請求項１の前段に開示される補正装置は、本願の出願人による未公表の国際特許出願ＷＯＩＢ９７／００８５４（米国特許出願第０８／９３２９８１号）に記載されることに注意すべきである。この従前の特許出願によれば、多極子界を支配する界面の光学軸方向の長さＬは、実質的に（２π²ｎ²）／（Ｋ_obj ²Ｃ_c,obj）であると示される。従って、後者の形態は、補正装置の色収差が対物レンズの色収差に適合されうるという効果、又は機械的公差があまり厳しくないという効果のいずれも達成しない。
本発明の更なる変形によれば、上記補正装置の中の電界及び磁界は、補正装置の中で荷電粒子が完全な正弦周期から１０％以上逸脱しない長さの正弦線を専ら含むシヌソイド軌跡を追跡するような強さを有する。このようにして調整される上記界の強さでは、補正装置の寸法、即ち長さＬは最小値を有し、それにより機械的公差に関して課せられる要件は最も容易に満たされ、更にＬのこの最小値は、装置を粒子光学機器の中に内蔵する点で重要である。
本発明の望ましい実施例によれば、上記四極子界は、専ら電界である。
所望の界をできる限り電界として発生することが望ましい。これは、磁界の発生は常に強磁性材料の極の使用を必要とし、これは必然的に磁気ヒステリシスを発生し、更にしばしば時間依存性であり、また非線形磁気挙動を有し、即ち、上記材料によって生成される磁界は上記界が発生されるべきコイルを通る励起電流に正比例せず、かかる非線形挙動は界の正確な調整を達成する点からは望ましくないためである。更に、これらの材料の有限磁気透過性により、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、極面は一定且つ均一な磁位の面を正確に形成せず、それによりそのような場合は極構造の設計に基づいて期待される界形状は正確には得られない。いずれの場合も基本的に、本発明による補正装置の中に均一磁界が存在する。しかしながら全ての他の界は電界でありうる。
粒子光学機器がスポット形成対物レンズを有する走査粒子光学装置であれば、粒子源から見たときに該対物レンズよりも向こうに補正装置を配置することが有利である。すると補正装置はできる限り対物レンズの近傍に配置されえ、それにより補正装置と対物レンズとの間の有限の距離による全ての残像アーティファクトは不必要に拡大されることがない。必要であれば、ビームの走査の動きのための１組の偏向コイルは、補正装置と対物レンズとの間に配置されうる。これらのコイルは比較的小さく、補正装置と対物レンズとの間の距離は全く又は殆どそれによって増加されない。従って、補正装置はこのようにできる限り対物レンズの近くに配置されうる。
以下本発明を図面を参照して詳述する。図中、
図１は本発明による補正補正装置が使用されうる粒子光学機器の当該の部分を示す図であり、
図２ａ及び図２ｂは、２つの相互に垂直な平面上に、幾つかの電子光線の軌跡を、補正装置から小さな距離の追加的なｎ極子装置なしに補正装置の中に正確に１つの周期のシヌソイドとして示す図であり、
図３ａ及び図３ｂは、１つの平面上に、幾つかの電子光線の軌跡を、補正装置からわずかな距離の追加的なｎ極子装置なしに補正装置の中に正確な１つの周期から逸脱するシヌソイドとして示す図であり、
図４ａは、本発明による２つの関連する多極子装置を有する補正装置の組合せを、部分的にｘ−ｚ平面上に、部分的にｙ−ｚ平面上に、断面図として示す図であり、
図４ｂは本発明による多極子装置において使用される八極子構造の平面図を示す図であり、
図４ｃは、図４ａの線Ａ−Ａに沿った本発明による補正装置のより詳細な（部分）断面図を示す図である。
図１は、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）のカラム２の一部の形状のカラムの中の粒子光学機器を示す図である。従来どおり、この機器の中の電子源（図示せず）は機器の光学軸４に沿って進行する電子のビームを生成する。この電子ビームは集光レンズ６といった１つ以上の電磁レンズを通過することができ、その後対物レンズ８に到達する。このいわゆる単極子レンズは磁気回路の部分を形成し、磁気回路は試料室１２の壁も含む。対物レンズ８は、電子ビームを通じて、試料１４である対象を走査しうる焦点を形成するために使用される。走査は、対物レンズ８の中に設けられる走査コイル１６によって、電子ビームをｘ方向及びｙ方向に試料を横切って移動させることによって行われる。試料１４はｘ変位用のキャリア２０及びｙ変位用のキャリア２２を含む試料台１８上に配置される。これら２つのキャリアを使用して、試料の所望の領域が検査のために選択されうる。この顕微鏡の中での結像は、２次電子が試料から解放され、この電子が対物レンズ８の方向に戻ることによって実現される。これらの２次電子はこのレンズのボアの中に設けられる検出器２４によって検出される。制御ユニット２６は、検出器を作動するため、及び、検出された電子の電流を例えば陰極管（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するために検出器へ接続される。集光レンズ６と対物レンズ８との間には、対物レンズの色収差（及び所望であれば球面収差）の補正のための補正系２５（以下詳述する）が配置される。補正系２５は、補正装置２８と、補正装置から短い距離だけ離れて補正装置の前方に配置されるｎ極子２７と、補正装置から短い距離だけ離れて補正装置の後方に配置されるｎ極子２９とを含む。補正系２５及びその動作を以下図２乃至図４を参照して詳述する。
まず、ウィーン型の補正装置の補正挙動について、正確に１つ以上の正弦周期を有する電子軌跡に基づいて説明し、本発明はその後に説明される。この説明は以下の式（１）−（１４）を参照して行われる。図２はウィーン型補正装置の１つの周期のシヌソイドを有する幾つかの電子光線の軌跡を示す図である。図２ａは光学軸を通る平面における軌跡を示す図であり、図２ｂは前者の平面に垂直な平面における軌跡を示す図である。前者の平面はｘ−ｚ平面と称され、ｘ方向は電気双極子の電界線に平行に延び、ｚ方向は光学軸の方向である。実線は１ｋｅＶの公称エネルギーを有する電子の軌跡を表わし、一点鎖線は公称エネルギーに関して０．２ｅＶの逸脱を有する電子の軌跡を表わす。両方の図中、極の長さ（即ち補正ユニットの長さ）は１２０ｍｍであると仮定される。
図２ａに示されるｘ−ｚ平面は電気多極子の対称平面である。存在するのであれば磁気多極子はこれらの電気多極子に垂直に延びる。ｘ−ｚ平面に垂直に延びる平面、即ち図２ｂに示される平面はｙ−ｚ平面と称される。
図２ａのｘ−ｚ平面の電子軌跡の１次式は、

であり、図２ｂによるｙ−ｚ平面中の電子軌跡の１次式は、

であることが成り立つ。式（１）及び（２）中の記号の意味は以下の通りであり、即ち、
・ｘ，ｙ及びｚは当該の電子の位置座標であり、
・ｘ₀及びｙ₀は位置ｚ＝０、即ち補正装置の入口におけるｘ及びｙの夫々の値であり、
・ｘ’₀及びｙ’₀は位置ｚ＝０におけるｘ平面及びｙ平面中の軌跡のｚ方向の傾斜であり、
・ΔＵは公称エネルギーＵ₀に対する電子のエネルギーの逸脱であり、
・Ｅ₁はｘ及びｙに対する電位の数列展開における−ｘ項の係数であるとすると、κ＝（Ｅ₁√２）／（４Ｕ₀）である。
式（１）及び（２）は補正装置の分散がｘ−ｚ平面上にのみ生じ（変数ΔＵは式（１）中にのみ生ずる）、ｙ−ｚ平面には分散がないことを示す。
補正装置の調整、即ち極が励起されるべき電流及び電圧の値の選択は、以下の規準に基づく。
まず、公称エネルギーＵ₀の電子は集合として補正装置内で偏向を受けてはならないという要件がある。これは、最初に光学軸を追従する公称エネルギーの電子は、補正装置から出発した後も光学軸に沿って進行せねばならないことを意味する。この要件は、
Ｅ₁−ｖ₀Ｂ₁＝０ （３）
であれば満たされる。
式（３）中のまだ説明されていない記号は、以下の意味を有し、即ち、
・Ｂ₁はｘ及びｙに対する磁位の数列展開における−ｙ項の係数であり、
・ｖ₀は加速電位Ｕ₀に関連する電子の速度である。
いわゆるウィーン条件である式（３）が満たされると、電気及び磁気四極子成分は、更に、ｘ−ｚ平面中の補正装置の挙動がｙ−ｚ平面上の挙動と同じであるべきであるという要件が満たされるよう選択されねばならず、これは二重集束条件と称される。この条件は、

である。式（４）中のまだ説明されていない記号は、以下の意味を有し、即ち、
・Ｅ₂はｘ及びｙに対する電位の数列展開における−（ｘ²−ｙ²）項の係数であり、
・Ｂ₂はｘ及びｙに対する磁位の数列展開における−２ｘｙ項の係数である。
Ｅ₁の選択された値について、式（４）はＥ₂とＢ₂との間の関係を確立し、これらのうちの２つは所望によって選択されうる。磁極の上述の欠点により、できる限り電界が使用されることが望ましい。従って、項Ｂ₂は望ましくはゼロであるよう選択される。すると、式（４）は、

となる。
更に、補正装置がその入口から出口へ分散を示さないよう、ΔＵ／Ｕ₀に比例する式（１）中の最終項は、ゼロに等しくなくてはならない。長さＬの補正装置では、この要件は、κ＝ｎ．２π／Ｌ又はκ（Ｅ₁√２）／（４Ｕ₀）の場合に満たされ、即ち、

である。ｎ＝１のとき、式（６）は２π条件と称される。
色収差の補正のため、補正装置の色収差が回転対称であるという条件を満たすことが必要である。この条件は色非点収差欠如条件と称される。この条件は、以下の式、

として示されうる。式（７）中のまだ説明されていない記号は、以下の意味を有し、即ち、
・Ｅ₃はｘ及びｙに対する電位の数列展開における−（ｘ³−３ｘｙ²）項の係数であり、
・Ｂ₃はｘ及びｙに対する磁位の数列展開における−（３ｘ²ｙ−ｙ³）項の係数である。
項Ｂ₂がゼロに等しいよう選択される場合、式（７）に式（５）を代入することにより、式（７）の右辺項はゼロとなり、即ち、
Ｅ₃−ｖ₀Ｂ₃＝０ （８）
となる。このようにして得られる式（８）は、Ｅ₃とＢ₃との間のはっきりとした関係を確立する。これらの値をＥ₃及びＢ₃について使用することにより、補正装置の色収差は、

となる。式（９）中のまだ説明されていない記号は、以下の意味を有し、即ち、
・Ｃ_c,corrは、補正装置の色収差の係数であり、
・Ｋ_objは、補正されるべき対物レンズの強さであり、この値は焦点距離ｆ_objの反復値に等しい。
式（５）はＥ₁とＥ₂との間の関係を表わし、式（５）と式（９）と組合せは、

となる。
補正装置自体の球面収差が回転対称であることもまた所望とされる。この条件は２つの要件をもたらす。第１の要件は軸方向非点収差欠如条件と称され、第２の要件は軸方向星状非点収差欠如条件と称される。これらの２つの要件の組合せにより、以下の２つの式、即ち、

が得られる。式（１２）中のまだ説明されていない記号は、以下の意味を有し、即ち、
・Ｅ₄はｘ及びｙに対する電位の数列展開における−（ｘ⁴−６ｘ²ｙ²＋ｙ⁴）項の係数であり、
・Ｂ₄はｘ及びｙに対する磁位の数列展開における−（４ｘ³ｙ−４ｘｙ³）項の係数である。
式（１１）のＥ₂に式（５）を代入する場合、Ｅ₃はゼロに等しくなることがわかる。式（８）より、Ｂ₃もまたゼロとなることがわかり、それにより３次の項（従って物理的観点からは六極子）は全く存在する必要がない。更に、式（１２）のＥ₂に式（５）を代入する場合、式（１２）の右辺項はゼロに等しくなるように見え、それによりＥ₄−ｖ₀Ｂ₄＝０となることがわかる。更なる計算は、Ｅ₄及びＢ₄が共にゼロに等しくなるよう選択されれば他の条件に関して矛盾が生じないことを示す。その場合、４次の項（従って物理的観点からは八極子）は全く存在する必要がない。
式（３）乃至（１２）による多極子界についての条件が満たされていれば、補正装置自体の球面収差についての式は（ｎ＝１の場合）、

によって与えられる。式（１３）中のまだ説明されていない記号は、以下の意味を有し、即ち、
・Ｃ_s,corrは、補正装置自体の球面収差の係数である。
球面収差の係数の符号は、回転対称レンズでは正であるよう選択されることに注意すべきである。これは、式（１３）に従って、補正装置自体は負の球面収差の係数を有することを意味する。この係数の数値は、しかしながら、補正されるべき対物レンズの数値よりもはるかに小さい。従ってこの補正装置は合焦レンズの球面収差を補正することが可能ではない。しかしながら、かかる補正は、本発明による補正装置の中の六極子界を維持し、このようにして得られる補正装置を夫々が長さの半分を有する２つの等しい部分へ分割し、本出願人によって出願され本願の出願日においてまだ公表されていない特許出願（特許出願ＷＯＩＢ９７／００５１３）、（米国特許出願第０８／９６１３４５号に対応）に記載されるように、逆の強度の六極子界を夫々の半分に加えることによって行われる。
これは式（１）−（１３）を参照してウィーン型の補正装置の挙動の説明を完了する。かかる補正装置の中の多様な極の励起が、電子の軌跡がもはや正確な整数とならず代わりにそれから逸脱する値を仮定することが許される場合、本発明は電子ビームが発散又は収束して補正装置を離れる可能性を生じ、色収差の補正は強さ、従って補正されるべき対物レンズの変化された色収差に適合されうる。この効果は、電子ビームを発散又は収束して補正装置に入るようにすること（従ってビームが補正装置の中で整数のシヌソイド期間で進行すること）によっても達成されうるが、かかる非対象の軌跡は画像品質を悪化させることが分かっている。
補正装置の中のビーム路（従って電子の軌跡）は、図３ａ及び３ｂに示される。両方の図中、ビーム路はｘ−ｚ平面に対してのみ与えられており、それは分散がこの平面中で生ずるためである（図２も参照のこと）。図３ａは所与のエネルギーの広がりで補正装置へ入る発散電子ビームを含む状況を示し、一方、図３ｂは同じエネルギーの広がりで補正装置へ入る収束電子ビームを含む状況を示す。補正装置及び対物レンズの色収差は、ビームが発散又は収束して補正装置を離れるようにすることによって相互に適合されうることが示される。この関係式は、対物レンズに対する焦点長さｂが一定であると仮定すると、対物レンズについての近軸結像式（１／ｂ＋１／ｖ＝１／ｆ；ｂ＝焦点距離、ｖ＝対物距離）に基づいて得られる。補正装置についての対物距離ｖが一定であると仮定すると、補正装置について同様の仮定が使用されうる。ｖ及びｆの変動を使用して、補正装置及び対物レンズを含む組合せの全体の色収差は、以下の式、

が満たされれば、ゼロに等しくなる。式（１４）は、補正装置の補償力が、発散又は収束角（従ってｒ_obj対ｒ_corrの比率）の選択によって、対物レンズの色収差Ｃ_objの値に適合されうることを示す。上述のように、補正装置の長さは、電子光線が補正装置の中で正確に１つの周期を完了せねばならないという要件を回避することによってかなり減少されうる。補正装置をはるかに短く（例えば長さの半分に）することによって、その色収差の（負の）係数は式（１０）に示されるものよりもかなる大きく（例えば２倍に大きく）なる。この問題は、発散又は収束ビームを選択することによって軽減される。上記の補正装置の長さの減少の結果、しかしながら系全体の分解能を深刻に悪化させる分散が生ずる。この分散は、既に補正装置の中に存在する四極子を、式（５）によって与えられる公称値に対して僅かに強くすることによって除去されうる。しかしながら、四極子界の強度を強くすることは、補正装置を非点収差とし、分解能は再び悪化される。後者の効果は補正装置から夫々距離Ｄ₁及びＤ₂に補正装置から上流及び下流にｎ極子（特にスチグマトール、従ってｎ＝４のｎ極子）を設けることによって補正されえ、Ｌは光学軸の方向に多極子界を決定する極面の長さとするとＤ₁及びＤ₂は（１／４）Ｌよりも小さい。
このｎ極子についてより高次の極が認められると、四極子効果に加え、補正装置の中の残留誤りの補正を行なう可能性ができる。更に、補正ユニットの均一界及び四極子界（及び、補正装置が均一界の球面収差の補正に使用される場合は四極子界及び六極子界）のより良い終端が達成されうる。これは、これらの界が極の終端において全く同様に崩壊することが望ましいためである。更に、ｎ極子の双極子特徴は、ビームを傾斜し、それにより補正ユニットを通じてできる限り良く方向付けられ得る。ｎ極子が補正装置の近傍に配置されねばならないという要件のため、通常は電子顕微鏡の中に存在するスチグマトールはこのためには使用されえない。本発明による補正装置、ｎ極子及び対物レンズを含む系に対して行われる試験は、Ｄ₁及びＤ₂が（１／４）Ｌよりも小さい場合に充分な効果が得られることを示した。
図４ａは、本発明による補正装置２８と２つの関連する多極子装置２７及び２９との組合せを、部分的にｘ−ｚ平面上に、部分的にそれに対して垂直に延在するｙ−ｚ平面上に示す断面図である。補正装置は、均一磁界を発生するようニッケル鉄からなる２つの極片３０（図４ａ中、そのうち１つのみを図示）を含み、コイル３２は各極片上に設けられる。コイル３２及び極片３０によって発生される磁界は、ニッケル鉄の磁気回路３４によって更に伝導される。この回路は光学軸４と一致する軸を有する円筒として形成される。磁極３０の間には、２つの電極対３６ａ及び３６ｂ（図４ａ中、そのうち１つのみを図示）が、電極対３６ａ及び３６ｂの極面が磁極片３０の極面に対して垂直に延びるよう配置される。上記極面の全ては、光学軸４に対して平行に延びる。電極対３６ａ及び３６ｂは、絶縁体３８によって補正装置の他の金属部から電気的に絶縁される。
上述のように、合焦レンズの球面収差の補正は、補正装置の中に六極子界を発生し、そのようにして形成された六極子界を、夫々が補正装置の長さの半分である２つの等しい部分へ分割し、上記半分の夫々に反対の強度の六極子界を加えることによって可能である。上記の２つの等しい部分は、この場合２つの電極対３６ａ及び３６ｂによって形成される。六極子界を形成する方法は、以下図４ｃを参照して詳述される。
２つの多極子装置２７及び２９は、一方が他方の鏡像であるため、構造及び励起に関して全く同一である。従って１つの多極子装置２７についてのみ説明する。多極子装置２７は、中央ボアを設けられた円形板の形状の導体２７−ａと、八極子状の構造２７−ｂと、中央ボアを設けられた円形板の形状の導体２７−ｃと順に含む。図４ｂは、八極子構造の実施例の平面図である。この構造は、扇形の形状の８つの電極を含み、各電極は個々の電圧を供給されうる。２つの板２７−ａ及び２７−ｃと八極子状の構造２７−ｂとの組合せは、扇形電極の夫々の適当な励起といった既知の方法によって発生されうる。扇形電極の両端に亘る電圧は、八極子状の構造２７−ｂと板との間に電界を発生し、励起の適当な選択によって様々な所望の界、例えば、ビームを偏向するための均一界、スチグマトールのための四極子界、及び補正装置の残留収差を補正するための八極子界等を発生することが可能である。板２７−ｃがニッケル鉄によって形成されるとき、多極子のための界終端（界クランプ）としてだけでなく、補正装置の磁界のための界クランプとしても使用されるようにすることができる。板２７−ａはチタンによって形成されてもよく、すると多極子のための界クランプとして使用される。
図４ｃは、線Ａ−Ａに沿った補正装置２８の詳細な部分断面図である。電極対３６ａは、この電極対の極面が磁極片３０の極面に対して垂直に延びるよう２つの磁極３０の間に配置される。電極対３６ａの各電極は、その中央に光学軸に平行に伸びるＶ字型溝を設けられる。この溝は電界の均質性を高める。電極４０−ａ，４０−ｄ及び４０−ｂ，４０−ｃは、夫々電気的に絶縁性の材料の基板層４２−ａ及び４２−ｂを通じて磁極片３０の極面上に設けられる。上記４つの電極の夫々は、個々の電圧を供給されうる。所望の静電四極子界は、これらの電圧の適当な選択によって発生されうる。このため、電極４０−ａ乃至４０−ｄには所与の電位が与えられ、電極３６ａには等しい大きさであるが逆の電位が与えられる。静電六極子効果は、上記四極子の励起に、電極４０−ｂ，ｄと３６ａ及び４０−ａの右側の電極に正の電位を加え、他の電極に負の電位を加えることによって達成され、これらの重ね合わされるべき電圧は同じ絶対値を有する必要はない。図示される電極３６−ａは、補正装置の下半分で（図４ａ参照）、電極３６−ｂによって置き換えられると仮定されうる。静電電極、例えば４０−ａ乃至４０−ｄもまた電極３６−ｂの近傍に配置される。上述のように、球面収差の補正のための所望の六極子効果は、六極界を夫々が長さの半分を有する２つの部分へ分割し、夫々の半分に更なる六極子界を加えることによって達成される。これは図示される電極３６ａ，３６ｂ及び４０−ａ乃至４０−ｄの配置によって達成されうる。

Claims (5)

1. 粒子光学装置であって、
   上記粒子光学装置は、
   上記装置の光軸に沿って進行する荷電粒子のビームを、上記装置において上記粒子ビームによって照射されるべき対象を照射するために、生じさせる粒子源、
   上記荷電粒子のビームを集束させる集束レンズ、及び
   上記集束レンズのレンズ収差を補正する補正デバイス
   を含み、
   上記補正デバイスは、均一な電場及びそれに対して垂直に延びる均一な磁場を生じさせる極面を含み、両方の双極場は、また、上記装置の光軸に垂直に延び、
   上記補正デバイスは、また、電気四重極場を生じさせる極面を含み、上記極面は、上記装置の光軸に実質的に平行に延びる、
   粒子光学装置において、
   上記補正デバイスにおける電場及び磁場の強さは、上記補正デバイスにおいて、上記荷電粒子が、ｉ個の完全な正弦周期（ｉ＝０，１，２，．．．）プラスゼロではなく且つ完全な正弦周期から１０％を超えては逸脱しない付加的な周期からなる周期を有するシヌソイドの軌跡に沿って進行するようなものであること、且つ、
   上記補正デバイスから下流のみならず上流には、上記補正デバイスから、それぞれ、Ｄ₁及びＤ₂の距離に配置される、ｎ極子が設けられ、ｎ＝４，６，．．．であり、Ｄ₁及びＤ₂は、（１／４）Ｌよりも小さく、Ｌは、上記光軸の方向において均一な場を支配する上記極面の長さであること
   を特徴とする粒子光学装置。
2. 上記補正デバイスにおける上記電場及び上記磁場は、上記補正デバイスにおいて、上記荷電粒子が、専ら、上記ゼロではなく且つ完全な正弦周期から１０％を超えては逸脱しない付加的な周期からなる周期を有するシヌソイドの軌跡を追跡するような強さを有する、請求項１に記載の粒子光学装置。
3. 上記ｎ極子の場は、専ら電場であると共に、ｎ＝４である、請求項１又は２に記載の粒子光学装置。
4. スポットを形成する対物レンズを備えた走査粒子光学装置であり、上記補正デバイスは、上記粒子源からの方向で見ると、上記対物レンズの先に配置される、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の粒子光学装置。
5. 荷電粒子のビームを集束させる集束レンズ、上記集束レンズのレンズ収差を補正する補正デバイス、及び上記補正デバイスの上流に及び／又は下流に配置されるｎ極子（ｎ＝４，６，．．．）からなる組立体であって、
   上記補正デバイスは、均一な電場及びそれに対して垂直に延びる均一な磁場を生じさせる極面を含み、両方の双極場は、また、上記装置の光軸に垂直に延び、
   上記補正デバイスは、また、電気四重極場を生じさせる極面を含み、上記極面は、上記装置の光軸に実質的に平行に延びる、
   組立体において、
   上記補正デバイスにおける電場及び磁場の強さは、上記補正デバイスにおいて、上記荷電粒子が、ｉ個の完全な正弦周期（ｉ＝０，１，２，．．．）プラスゼロではなく且つ完全な正弦周期から１０％を超えては逸脱しない付加的な周期からなる周期を有するシヌソイドの軌跡に沿って進行するようなものであること、且つ、
   上記ｎ極子は、上記補正デバイスから、それぞれ、Ｄ ₁ 及びＤ ₂ の距離に配置され、ｎ＝４，６，．．．であり、Ｄ ₁ 及びＤ ₂ は、（１／４）Ｌよりも小さく、Ｌは、上記光軸の方向において均一な場を支配する上記極面の長さであること
   を特徴とする、組立体。

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