JP4313691B2 - Charged particle optics - Google Patents

Charged particle optics Download PDF

Info

Publication number
JP4313691B2
JP4313691B2 JP2004030979A JP2004030979A JP4313691B2 JP 4313691 B2 JP4313691 B2 JP 4313691B2 JP 2004030979 A JP2004030979 A JP 2004030979A JP 2004030979 A JP2004030979 A JP 2004030979A JP 4313691 B2 JP4313691 B2 JP 4313691B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
pole
potential
magnetic
potentials
stage
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2004030979A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2004265864A (en
Inventor
幸 松谷
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Jeol Ltd
Original Assignee
Jeol Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Jeol Ltd filed Critical Jeol Ltd
Priority to JP2004030979A priority Critical patent/JP4313691B2/en
Publication of JP2004265864A publication Critical patent/JP2004265864A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4313691B2 publication Critical patent/JP4313691B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Description

本発明は、走査電子顕微鏡などの電子ビーム装置やイオンマイクロプローブなどのイオンビーム装置のような荷電粒子ビーム装置に用い、試料に荷電粒子ビームをフォーカスさせて照射する荷電粒子光学装置に関する。   The present invention relates to a charged particle optical apparatus that is used in a charged particle beam apparatus such as an electron beam apparatus such as a scanning electron microscope or an ion beam apparatus such as an ion microprobe to irradiate a sample with a charged particle beam in focus.

走査電子顕微鏡や透過電子顕微鏡のような荷電粒子光学装置において、高分解能の像を観察したりプローブ電流密度を上げることを目的として、荷電粒子光学系の中に収差補正装置が組み込まれている。この収差補正装置として、色収差を静電4極子と磁場型4極子の組み合わせで補正し、球面収差を4段の8極子で補正する方式が提案されている。その原理については、非特許文献1〜3に詳しく紹介されている。   In charged particle optical devices such as scanning electron microscopes and transmission electron microscopes, an aberration correction device is incorporated in a charged particle optical system for the purpose of observing a high-resolution image and increasing the probe current density. As this aberration correction apparatus, a method has been proposed in which chromatic aberration is corrected by a combination of an electrostatic quadrupole and a magnetic quadrupole, and spherical aberration is corrected by a four-stage octupole. The principle is introduced in detail in Non-Patent Documents 1 to 3.

ここで、上記した収差補正装置の原理の概略を、図6に基づいて説明する。図6において、対物レンズ7の前段に収差補正装置10が配置されている。収差補正装置10は、4段の多極子1,2,3,4を有している。また、収差補正装置10の前段には、絞り8が設けられている。図中の符号PPは、対物レンズ7の主面を示している。   Here, an outline of the principle of the aberration correction apparatus described above will be described with reference to FIG. In FIG. 6, an aberration correction device 10 is disposed in front of the objective lens 7. The aberration correction apparatus 10 has four stages of multipoles 1, 2, 3, and 4. In addition, a stop 8 is provided in the front stage of the aberration correction apparatus 10. Reference sign PP in the drawing indicates the main surface of the objective lens 7.

このような構成において、光軸LOに沿って図の左側から入射した荷電粒子ビームは、4段の多極子1〜4を静電型の4極子として用い、これらと対物レンズ7によって、基準となる荷電粒子ビームの軌道が作られ、試料面20に荷電粒子ビームがフォーカスされる。この図6では、荷電粒子ビームが進行する光軸LO方向をZ方向として、このZ方向に直行する粒子線のX方向の軌道RとY方向の軌道Rとを同じ平面上にまとめて模式的に描いている。 In such a configuration, the charged particle beam incident from the left side of the figure along the optical axis LO uses the four-stage multipoles 1 to 4 as electrostatic quadrupoles, and these and the objective lens 7 The charged particle beam trajectory is formed, and the charged particle beam is focused on the sample surface 20. In FIG. 6, the X-axis trajectory Rx and the Y-direction trajectory Ry of the particle beam perpendicular to the Z direction are collected on the same plane, with the optical axis LO direction in which the charged particle beam travels as the Z direction. It is drawn schematically.

次に、多極子1〜4の具体的な構成について説明する。   Next, a specific configuration of the multipole elements 1 to 4 will be described.

図7は、12極子を用いた多極子1〜4の例を示す図である。   FIG. 7 is a diagram illustrating an example of multipoles 1 to 4 using 12-pole elements.

図7Aは、静電型の12極子で構成した多極子1〜4を示す図である。   FIG. 7A is a diagram showing multipoles 1 to 4 configured by electrostatic twelve-pole elements.

この場合、12極を構成する各電極U〜U12の各々に対して独立に電圧を供給可能にする。すなわち、この図の例では、標準用および斜め用2極子電源101、標準用および斜め用4極子電源102、標準用および斜め用6極子電源103、標準用8極子電源104から供給された電位に基づいて、供給部105における増幅器A〜A12が対応する各電極U〜U12に電位を供給する。 In this case, a voltage can be independently supplied to each of the electrodes U 1 to U 12 constituting the 12 poles. That is, in the example of this figure, the potentials supplied from the standard and diagonal dipole power supply 101, the standard and diagonal quadrupole power supply 102, the standard and diagonal hexapole power supply 103, and the standard octupole power supply 104 are used. Based on this, the amplifiers A 1 to A 12 in the supply unit 105 supply potentials to the corresponding electrodes U 1 to U 12 .

なお、2極子の場合、一般的な言い方をすれば、標準用の2極子がX軸の偏向用であり斜め用の2極子がY軸の偏向用に相当する。   In general, in the case of a dipole, the standard dipole corresponds to the X-axis deflection, and the diagonal dipole corresponds to the Y-axis deflection.

図7Bは、電場・磁場重畳型の12極子で構成した多極子1〜4を示す図である。   FIG. 7B is a diagram showing multipoles 1 to 4 configured by electric field / magnetic field superposition type 12-pole elements.

この場合には、磁性材料で作られた12個の電極兼磁極W〜W12にそれぞれ励磁電流を供給するコイルを装着する。そして、電極兼磁極W〜W12ごとに電位および励磁を制御できるようにする。 In this case, coils for supplying an excitation current are respectively attached to the 12 electrode / magnetic poles W 1 to W 12 made of a magnetic material. The potential and excitation can be controlled for each of the electrode and magnetic poles W 1 to W 12 .

前記供給部105は、各電極兼磁極W〜W12に電位を供給する。また、この図の例では標準用の4極子電源111に基づいて、供給部112における増幅器B〜B12が対応する各電極兼磁極W〜W12に装着したコイルに励磁電流を供給する。 The supply unit 105 supplies a potential to each of the electrode / magnetic poles W 1 to W 12 . Further, in the example of FIG. Based on the quadrupole power supply 111 standard for, supplies an exciting current to the coil mounted on the electrode-and-pole W 1 to W-12, which amplifier B 1 .about.B 12 in the supply unit 112 corresponding .

このように、多極子として電場・磁場重畳型の12極子を用い、これらを電場および磁場型の2極子〜12極子として用いる方法は、非特許文献4に示されている。   As described above, Non-Patent Document 4 discloses a method in which electric field / magnetic field superposed 12-poles are used as multipoles and these are used as electric-field and magnetic-field dipoles to 12-poles.

図7Bの例では、各多極子の電極の電圧や、磁極の励磁電流を独立に制御するように構成されているが、これは12極子を複数の多極子として用いるための構成であり、例えば、4極子と8極子だけというように使用する多極子が限定されていれば、これに応じて電源の数を減らすことができる。   In the example of FIG. 7B, the voltage of each multipole electrode and the excitation current of the magnetic pole are configured to be controlled independently, but this is a configuration for using a 12-pole as a plurality of multipoles. If the number of multipoles to be used is limited, such as only quadrupoles and octupoles, the number of power supplies can be reduced accordingly.

図8は、12極子を用いて実現する様々な多極子を示す図である。図8には静電型の多極子の電極配列の例を示す。   FIG. 8 is a diagram showing various multipole elements realized by using 12-pole elements. FIG. 8 shows an example of an electrode arrangement of an electrostatic multipole.

通常、X軸方向に基準となる電極がある構造と等価な機能を持つ多極子は標準(normal)2n極子(n=1,2,・・・)と呼ばれ、この標準2n極子を電極のピッチ角度の1/2(=2π/4n=π/2n[rad]、あるいは90/n[deg])だけ回転した構造と等価な機能を持つ多極子は斜め(skew)2n極子と呼ばれる。   Usually, a multipole having a function equivalent to a structure having a reference electrode in the X-axis direction is called a normal 2n pole (n = 1, 2,...), And this standard 2n pole is used as an electrode. A multipole having a function equivalent to a structure rotated by ½ of the pitch angle (= 2π / 4n = π / 2n [rad] or 90 / n [deg]) is called a skew 2n pole.

同様にして磁場型の場合には、静電型の斜め2n極子の電極を磁極とした構造と等価な機能を持つ多極子は標準2n極子、静電型の標準2n極子の電極を磁極とした構造と等価な機能を持つ多極子は斜め2n極子と呼ばれる。   Similarly, in the case of the magnetic field type, a multipole having a function equivalent to a structure using an electrostatic diagonal 2n pole electrode as a magnetic pole is a standard 2n pole, and an electrostatic standard 2n pole electrode is a magnetic pole. A multipole having a function equivalent to the structure is called an oblique 2n pole.

静電型と磁場型で、標準多極子(または斜め多極子)の電極と磁極の配置が異なるのは、これらの場によって荷電粒子が力を受ける方向を同じ直線上に選んでいるからである。なお、以下の説明でこれらの電極と磁極を特に区別する必要がない場合には、極子と呼ぶ場合がある。   The reason why the arrangement of the electrodes and magnetic poles of the standard multipole (or oblique multipole) is different between the electrostatic type and the magnetic type is because the direction in which the charged particles receive the force is selected on the same straight line depending on these fields. . In the following description, when it is not necessary to distinguish between these electrodes and magnetic poles, they may be called poles.

次に、これらの多極子1〜4を用いた実際の動作を図6を用いて説明する。なお、標準2極子はX方向の偏向装置、斜め2極子はY方向への偏向装置で、これらは軸合わせに持ちいれられるが、その詳細については省略する。   Next, an actual operation using these multipole elements 1 to 4 will be described with reference to FIG. The standard dipole is a deflecting device in the X direction, and the oblique dipole is a deflecting device in the Y direction. These are held for axial alignment, but the details are omitted.

先ず、フォーカス調整について説明する。このフォーカス調整は、基準軌道の形成の問題として把握することができる。   First, focus adjustment will be described. This focus adjustment can be grasped as a problem of formation of a reference trajectory.

基準軌道とは、近軸軌道として、1段目の多極子1による4極子の作用でY方向の軌道Rが2段目の多極子2による4極子の中心を通り、2段目の多極子2による4極子の作用でX方向の軌道Rが3段目の多極子3による4極子の中心を通り、最後に、3段目の多極子3と4段目の多極子4とによる4極子の作用と対物レンズ7によって粒子線が試料面20にフォーカスされる軌道を言う。実際には完全にフォーカスさせるために、これらの相互調整が必要になる。 The reference trajectory is a paraxial trajectory, and the trajectory Ry in the Y direction passes through the center of the quadrupole by the second multipole 2 by the action of the quadrupole by the first multipole 1 and the second multistage. Due to the action of the quadrupole by the pole 2, the trajectory R x in the X direction passes through the center of the quadrupole by the third stage multipole 3, and finally by the third stage multipole 3 and the fourth stage multipole 4. A trajectory in which the particle beam is focused on the sample surface 20 by the action of the quadrupole and the objective lens 7. In practice, these mutual adjustments are necessary to achieve complete focus.

また、X,Y方向のフォーカス調整だけでは像が鮮明にならない場合には、斜め方向の4極子電位を利用する場合がある。   In addition, when the image is not clear only by focus adjustment in the X and Y directions, a quadrupole potential in an oblique direction may be used.

次に、色収差調整について説明する。   Next, chromatic aberration adjustment will be described.

このような系で先ず色収差を補正するには、上記の基準軌道を変えないように2段目の多極子2の静電型4極子の電位φq2[V]と磁場型4極子の励磁J[AT](あるいは磁位)が調整され、レンズ系全体としてX方向の色収差が0に補正される。同様に基準軌道を変えないように3段目の多極子3の静電型4極子の電位φq3[V]と磁場型4極子の励磁J[AT]が調整される。粒子光学系全体としてY方向に色収差が0に補正される。 In order to first correct chromatic aberration in such a system, the potential φ q2 [V] of the electrostatic quadrupole of the second stage multipole 2 and the excitation J of the magnetic quadrupole so as not to change the reference trajectory. 2 [AT] (or magnetic potential) is adjusted, and the chromatic aberration in the X direction is corrected to 0 for the entire lens system. Similarly, the potential φ q3 [V] of the electrostatic quadrupole of the third-stage multipole 3 and the excitation J 3 [AT] of the magnetic quadrupole are adjusted so as not to change the reference trajectory. Chromatic aberration is corrected to 0 in the Y direction as a whole of the particle optical system.

次に、2次の開口収差の補正について説明する。   Next, correction of secondary aperture aberration will be described.

ここでは、6極子を用いた2次の開口補正について説明する。2次の開口収差は理想的には発生しないはずであるが、機械的な精度の限界によって現実には収差補正装置10に寄生して発生する。X,Y方向の色収差の補正を行った後に、2段目の多極子2の静電型6極子の電位ψs2[V]によってレンズ系全体としてX方向の2次の開口収差を0に補正し、3段目の多極子3の静電型6極子の電位ψs3[V]によってY方向の2次の開口収差を0に補正する。次にX,Y方向が合成される方向(例えばX軸に対して30°方向、60°方向など)の2次の開口収差を1段目の多極子1と4段目の多極子4の各々の静電型6極子で0に補正する。 Here, secondary aperture correction using a hexapole will be described. Although the secondary aperture aberration should not occur ideally, it actually occurs parasitically in the aberration correction apparatus 10 due to the limit of mechanical accuracy. After correcting the chromatic aberration in the X and Y directions, the secondary aperture aberration in the X direction is corrected to 0 as the entire lens system by the potential ψ s2 [V] of the electrostatic hexapole of the second-stage multipole element 2. Then, the secondary aperture aberration in the Y direction is corrected to 0 by the potential ψ s3 [V] of the electrostatic hexapole of the third-stage multipole element 3. Next, the secondary aperture aberration in the direction in which the X and Y directions are combined (for example, the direction of 30 ° or 60 ° with respect to the X axis) is applied to the first-stage multipole 1 and the fourth-stage multipole 4. Each electrostatic hexapole is corrected to zero.

次に、球面収差補正について説明する。球面収差補正は、3次の開口収差補正の問題として把握することができる。   Next, spherical aberration correction will be described. The spherical aberration correction can be grasped as a problem of third-order aperture aberration correction.

球面収差を補正する場合には、2段目の多極子2の静電型8極子の電位ψO2[V]によってレンズ系全体としてX方向の3次開口収差を0に補正し、3段目の多極子3の静電型8極子の電位ψO3[V]によってY方向の3次開口収差を0に補正する。次に、X,Y方向が合成された45°方向の3次開口型収差を1段目の多極子1と4段目の多極子4の各々の静電型8極子で0に補正する。実際は交互の繰り返し調整が必要になる。 When correcting the spherical aberration, the third-order aperture aberration in the X direction is corrected to 0 as the entire lens system by the potential ψ O2 [V] of the electrostatic octupole of the second-stage multipole element 2, and the third-stage aberration is corrected. The third-order aperture aberration in the Y direction is corrected to 0 by the potential ψ O3 [V] of the electrostatic octupole of the multipole element 3. Next, the third-order aperture aberration in the 45 ° direction in which the X and Y directions are combined is corrected to 0 by the electrostatic octupole of each of the first-stage multipole 1 and the fourth-stage multipole 4. In practice, iterative adjustment is required alternately.

次に、高次の開口収差補正について説明する。ここでは、5次の開口収差補正について検討する。   Next, high-order aperture aberration correction will be described. Here, fifth-order aperture aberration correction will be examined.

5次の収差の寄与を最小にする場合には、5次の収差を12極子によって補正する(非特許文献5を参照)方法、3次の開口収差の符号と量を調整して5次の収差の寄与を最小にする(非特許文献3を参照。)方法、などがある。ここでは、これらの方法は詳しくは説明しない。   In order to minimize the contribution of the fifth-order aberration, a method of correcting the fifth-order aberration with a 12-pole element (see Non-Patent Document 5), adjusting the sign and amount of the third-order aperture aberration, and adjusting the fifth-order aberration And a method for minimizing the contribution of aberration (see Non-Patent Document 3). These methods are not described in detail here.

H. Rose, Optik 33, Heft 1, 1-23 (1971)H. Rose, Optik 33, Heft 1, 1-23 (1971) J. Zach, Optik 83, No. 1, 30-40 (1989)J. Zach, Optik 83, No. 1, 30-40 (1989) J. Zach and M. Haider, Nucl. Instr. and Meth. In Phys. Res. A 363, 316-325 (1995)J. Zach and M. Haider, Nucl. Instr. And Meth. In Phys. Res. A 363, 316-325 (1995) M. Haider, W. Bernhardt and H. Rose, Optik 63, No. 1, 9-23 (1982),特にTable1M. Haider, W. Bernhardt and H. Rose, Optik 63, No. 1, 9-23 (1982), especially Table 1. H. Rose, Optik 34, Heft 3, 285-311 (1971)H. Rose, Optik 34, Heft 3, 285-311 (1971)

前記の理論や実験に基づく結果、例えば図6〜7に示した従来の技術にはすばらしいものがあるが、さらに微小プローブを目指すには、必ずしも十分な配慮がなされていなかった。以下には、従来方式の不具合について示す。   As a result of the above theory and experiment, for example, the conventional techniques shown in FIGS. 6 to 7 are excellent, but sufficient consideration has not always been made to aim for a microprobe. In the following, problems with the conventional method will be described.

第1には、機械精度の不完全さにより収差コレクタ内に6極子成分が発生している場合には、6極子による2次の開口収差補正が必要になるだけでなく、この6極子成分は4次の開口収差にも影響している。従って、更に高分解能を目指す場合には、5次の開口収差の前に、寄与が大きい4次の開口収差を補正しなければならない。すなわち、10極子による4次の開口収差補正が必要になる。   First, in the case where a hexapole component is generated in the aberration collector due to incomplete mechanical accuracy, not only the secondary aperture aberration correction by the hexapole is required, but also this hexapole component is It also affects fourth-order aperture aberration. Therefore, when aiming for higher resolution, the fourth-order aperture aberration, which has a large contribution, must be corrected before the fifth-order aperture aberration. That is, fourth-order aperture aberration correction using a 10-pole element is necessary.

第2には、前記の6極子成分が発生している場合には、標準6極子の成分だけでなく、斜め6極子の成分も存在すると考えられる。前記の従来技術で説明した2次の開口収差の補正では、この標準6極子によるX方向の2次の開口収差補正と、斜め6極子によるY方向の2次の開口収差補正が行われている。この斜め成分があると、球面収差(3次の開口収差)を補正する標準8極子だけでは球面収差を完全に0にすることはできない。すなわち、斜め8極子による球面収差補正が必要になる。   Second, when the hexapole component is generated, it is considered that not only the standard hexapole component but also the diagonal hexapole component exists. In the correction of the second-order aperture aberration described in the above-described prior art, the second-order aperture aberration correction in the X direction by the standard hexapole and the second-order aperture aberration correction in the Y direction by the oblique hexapole are performed. . If this oblique component is present, the spherical aberration cannot be completely reduced to zero only by the standard octupole that corrects the spherical aberration (third-order aperture aberration). That is, it is necessary to correct spherical aberration by using an oblique octupole.

第3には、前記第2の斜め6極子成分があると、標準10極子だけでは4次の開口収差を完全に0にすることはできなくなる。すなわち斜め10極子による4次の開口収差補正が必要になる。   Third, if there is the second oblique hexapole component, the fourth-order aperture aberration cannot be completely reduced to zero with only the standard 10-pole element. That is, it is necessary to correct fourth-order aperture aberration using an oblique 10-pole element.

同様にして、斜め6極子成分があると、標準12極子だけでは5次の開口収差を完全に0にすることはできなくなる。すなわち斜め12極子による5の開口収差補正が必要になる。   Similarly, if there is an oblique hexapole component, the fifth-order aperture aberration cannot be completely reduced to zero only with the standard 12-pole element. That is, it is necessary to correct the aperture aberration of 5 by the oblique 12-pole element.

本発明は、従来は配慮されていなかったこれらの問題を解決し、最適な収差補正を実現し、最小プローブ径を得ることができるような荷電粒子光学装置を提供することを目的とする。   It is an object of the present invention to provide a charged particle optical device that solves these problems that have not been considered in the past, realizes optimal aberration correction, and obtains a minimum probe diameter.

前述の課題を解決するために、本発明に係る荷電粒子光学装置は、荷電粒子ビームをフォーカスさせて試料に照射するものであって、(1)荷電粒子ビームの光軸に沿って配置された4段の多極子と、(2)前記4段の多極子のうち少なくとも3個の多極子には標準8極子の電位または磁位を独立に与え、少なくとも2個の多極子には斜め8極子の電位または磁位を独立に与える、5個以上の独立な8極子電位または磁位を供給できる独立可変電源と、(3)前記4段の多極子のうち少なくとも1個の多極子には一定の値または前記独立可変電源のうちの何れかの値に従属させた値の標準または斜め8極子の電位または磁位を与える、1個以上の8極子電位または磁位を供給できる非独立可変電源と、(4)前記5個以上の独立可変電源の8極子電位または磁位を互いに独立に調整することにより、3次開口収差を補正する制御手段と、を有する。   In order to solve the above-mentioned problems, a charged particle optical apparatus according to the present invention focuses a charged particle beam to irradiate a sample, and (1) is arranged along the optical axis of the charged particle beam. (4) A standard octupole potential or magnetic potential is independently given to at least three of the four-stage multipoles, and an oblique octupole is given to at least two multipoles. An independent variable power source capable of supplying five or more independent octupole potentials or magnetic potentials, and (3) at least one of the four stages of multipoles is constant. Or a non-independent variable power supply capable of supplying one or more octupole potentials or magnetic potentials, which gives a standard or oblique octupole potential or magnetic potential dependent on any one of the above values or the independent variable power supply (4) 8 of the five or more independent variable power supplies By adjusting independently of each other child potential or magnetic potential, and a control means for correcting the third-order aperture aberration.

前記制御手段は、所定のプログラムに基づいて一連の補正の手順を実行するコンピュータであることが望ましい。   The control means is preferably a computer that executes a series of correction procedures based on a predetermined program.

前記3個以上の独立な標準8極子の電位または磁位のうち少なくとも2個は中央の2段目と3段目の前記多極子に供給され、前記2個以上の独立な斜め8極子の電位または磁位のうち少なくとも2個は1段目と4段目の前記多極子に供給されることが望ましい。   At least two of the three or more independent standard octupole potentials or magnetic potentials are supplied to the second and third multipole elements in the middle, and the two or more independent oblique octupole potentials. Alternatively, at least two of the magnetic potentials are preferably supplied to the first and fourth multipole elements.

また、本発明に係る荷電粒子光学装置は、荷電粒子ビームをフォーカスさせて試料に照射するものであって、(1)荷電粒子ビームの光軸に沿って配置された4段の多極子と、(2)前記4段の多極子のうち少なくとも3個の多極子には標準10極子の電位または磁位を独立に与え、少なくとも3個の多極子には斜め10極子の電位または磁位を独立に与える、6個以上の独立な10極子電位または磁位を供給できる独立可変電源と、(3)前記4段の多極子のうち少なくとも1個の多極子には一定の値または前記独立可変電源のうちの何れかの値に従属させた値の標準または斜め10極子の電位または磁位を与える、1個以上の10極子電位または磁位を供給できる非独立可変電源と、(4)前記6個以上の独立可変電源の10極子電位または磁位を互いに独立に調整することにより、4次の開口収差を補正する制御手段と、を有することが望ましい。   The charged particle optical apparatus according to the present invention focuses the charged particle beam and irradiates the sample, and (1) a four-stage multipole element arranged along the optical axis of the charged particle beam; (2) Among the four-stage multipoles, at least three multipoles are independently given standard ten-pole potentials or magnetic potentials, and at least three multipoles are given oblique ten-pole potentials or magnetic potentials independently. And an independent variable power supply capable of supplying six or more independent 10-pole potentials or magnetic potentials, and (3) at least one of the four-stage multipoles has a constant value or the independent variable power supply A non-independent variable power supply capable of supplying one or more 10-pole potentials or magnetic potentials, which provides a standard or oblique 10-pole potential or magnetic potential dependent on any of the values; (4) 6 Up to 10 or more independent variable power supplies By adjusting independently of each other magnetic potential, it is desirable to have a control means for correcting the fourth-order aperture aberration.

前記3個以上の独立な標準10極子の電位または磁位のうち少なくとも1個は2段目の前記多極子に供給され、前記2個以上の独立な斜め10極子の電位または磁位のうち少なくとも1個は3段目の前記多極子に供給されることが望ましい。   At least one of the three or more independent standard ten-pole potentials or magnetic potentials is supplied to the second stage multipole element, and at least one of the two or more independent oblique ten-pole potentials or magnetic potentials. One is preferably supplied to the third stage multipole element.

前記3個以上の独立な標準10極子の電位または磁位のうち少なくとも3個は1段目、2段目、4段目の前記多極子に供給され、前記3個以上の独立な斜め10極子の電位または磁位のうち少なくとも3個は1段目、3段目、4段目の前記多極子に供給されることが望ましい。   At least three of the three or more independent standard 10-pole potentials or magnetic potentials are supplied to the first, second, and fourth multipole elements, and the three or more independent oblique 10-pole elements are supplied. Preferably, at least three of the potentials or magnetic potentials are supplied to the first, third, and fourth stage multipole elements.

さらに、本発明に係る荷電粒子光学装置は、荷電粒子ビームをフォーカスさせて試料に照射するものであって、(1)荷電粒子ビームの光軸に沿って配置された4段の多極子と、(2)前記4段の多極子の全てに標準12極子の電位または磁位を独立に与え、3個の前記多極子には斜め12極子の電位または磁位を独立に与える、7個の独立な12極子電位または磁位を供給できる独立可変電源と、(3)前記4段の多極子のうち1個の多極子には一定の値または前記独立可変電源のうちの何れかの値に従属させた値の標準または斜め12極子の電位または磁位を与える、1個の12極子電位または磁位を供給できる非独立可変電源と、(4)前記7個の独立可変電源の12極子電位または磁位を互いに独立に調整することにより、5次の開口収差を補正する制御手段と、を有することが望ましい。   Further, the charged particle optical device according to the present invention focuses the charged particle beam and irradiates the sample, and (1) a four-stage multipole element arranged along the optical axis of the charged particle beam; (2) The standard 12-pole potential or magnetic potential is independently given to all of the four-stage multipoles, and the seven independent multi-poles are independently given oblique 12-pole potentials or magnetic potentials. An independent variable power supply capable of supplying a 12-pole potential or magnetic potential; and (3) one multipole of the four-stage multipoles depends on a constant value or any one of the independent variable power supplies. A non-independent variable power source capable of supplying a single 12-pole potential or magnetic potential, which gives a standard or oblique twelve-pole potential or magnetic potential, and (4) a 12-pole potential of the seven independent variable power sources or By adjusting the magnetic potentials independently of each other, the fifth order opening It is desirable to have a control means for correcting the aberration, a.

前記独立な3個の斜め12極子の電位または磁位は1段目、2段目、4段目の前記多極子に供給されることが望ましい。   The potentials or magnetic potentials of the three independent oblique 12-poles are preferably supplied to the first, second, and fourth multipole elements.

あるいは、本発明に係る荷電粒子光学装置は、荷電粒子ビームをフォーカスさせて試料に照射するものであって、(1)荷電粒子ビームの光軸に沿って配置された、電場・磁場重畳型の標準配列の12極子を用いた4段の多極子と、(2)前記4段の多極子の全てに標準12極子の電位を独立に与え、3個の多極子に斜め12極子の磁位を独立に与える電源と、(3)前記4段の多極子のうち1個の多極子には一定の値または前記独立可変電源のうちの何れかの値に従属させた値の斜め12極子の磁位を与える、1個の12極子の磁位を供給できる非独立可変電源と、(4)前記4個の独立な12極子電位および前記3個の独立な12極子磁位を調整することにより、5次の開口収差を補正する制御手段と、を有することもできる。   Alternatively, the charged particle optical apparatus according to the present invention focuses the charged particle beam and irradiates the sample. (1) An electric field / magnetic field superposition type arranged along the optical axis of the charged particle beam. (4) A standard 12-pole potential is applied independently to all of the 4-stage multipoles, and the magnetic potential of the oblique 12-pole is applied to the three multipoles. An independent power supply; and (3) one of the four-stage multipole elements having a fixed value or an oblique 12-pole magnetic field value dependent on one of the independent variable power supplies. (4) adjusting the four independent 12-pole potentials and the 3 independent 12-pole magnetic potentials; And control means for correcting fifth-order aperture aberration.

あるいはまた、本発明に係る荷電粒子光学装置は、試料に荷電粒子ビームをフォーカスさせて照射するものであって、(1)荷電粒子ビームの光軸に沿って配置された、電場・磁場重畳型の斜め配列の12極子を用いた4段の多極子と、(2)前記4段の多極子の全てに標準12極子の磁位を独立に与え、3個の多極子に斜め12極子の電位を独立に与える電源と、(3)前記4段の多極子のうち1個の多極子には一定の値または前記独立可変電源のうちの何れかの値に従属させた値の斜め12極子の電位を与える、1個の12極子電位を供給できる非独立可変電源と、(4)前記4個の独立な12極子磁位および前記3個の独立な12極子電位を調整することにより、5次の開口収差を補正する制御手段と、を有することもできる。   Alternatively, the charged particle optical device according to the present invention irradiates the sample with the charged particle beam focused, and (1) an electric field / magnetic field superposition type arranged along the optical axis of the charged particle beam. (4) The magnetic potential of the standard 12-pole is independently given to all of the 4-stage multipoles, and the potential of the oblique 12-poles is given to the 3 multipoles. (3) One of the four-stage multipoles has a constant value or a diagonal twelve-pole with a value dependent on any one of the independent variable power supplies. A non-independent variable power supply capable of supplying one twelve-pole potential, and (4) adjusting the four independent twelve-pole magnetic potentials and the three independent twelve-pole potentials to provide a fifth order And a control means for correcting the aperture aberration.

本発明に係る荷電粒子光学装置は、前記4段の多極子は12極子であって、かつ前記4段の12極子のうち少なくとも中央の2段が電場・磁場重畳型であって、前記4段の12極子に4個の独立な4極子電位を供給するとともに、前記電場・磁場重畳型の多極子に少なくとも2個の独立な4極子磁位を供給する電源と、を有することが望ましい。   In the charged particle optical device according to the present invention, the four-stage multipole element is a twelve-pole element, and at least two central stages of the four-stage twelve pole elements are of an electric field / magnetic field superposition type, And a power source for supplying at least two independent quadrupole magnetic potentials to the electric field / magnetic field superposed multipole.

前記制御手段は6極子成分の収差を合わせて補正するように成すことが望ましい。   It is desirable that the control means corrects aberrations of hexapole components together.

以上のごとく、本発明の荷電粒子光学装置は、(1)4段の多極子と、(2)5個以上の独立な8極子電位(または磁位)を供給できる独立可変電源を有して、4段のうち少なくとも3個の多極子には標準8極子の電位(または磁位)を独立に与え、少なくとも2個の多極子には斜め8極子の電位(または磁位)を独立に与え、(3)1個以上の一定の値の8極子電位(または磁位)または前記独立可変電源の何れかに従属させた値の8極子電位(または磁位)を供給できる非独立可変電源を有して、4段のうち少なくとも1個の多極子には標準8極子の電位(または磁位)または斜め8極子の電位(または磁位)を与え、(4)前記5個以上の8極子電位(または磁位)を互いに独立に調整して得られた画像の変化から、球面収差(3次の開口収差)を補正する収差補正装置を備えたことより、標準および斜め6極子成分を収差補正装置内で補正するような場合でも、球面収差(3次開口収差)を実質的に0に補正できるようになり、4次以上の高次開口収差を補正した場合に、球面収差の残り成分がプローブ径を悪化させることがなくなった。   As described above, the charged particle optical device of the present invention has (1) a four-stage multipole, and (2) an independent variable power source capable of supplying five or more independent octupole potentials (or magnetic potentials). Standard octupole potential (or magnetic potential) is independently applied to at least three multipoles in four stages, and oblique octupole potential (or magnetic potential) is independently applied to at least two multipoles. (3) A non-independent variable power supply capable of supplying one or more constant octupole potentials (or magnetic potentials) or an octupole potential (or magnetic potential) of a value subordinate to any one of the independent variable power supplies. A standard octupole potential (or magnetic potential) or oblique octupole potential (or magnetic potential) is applied to at least one multipole out of four stages, and (4) the five or more octupoles From the change in the image obtained by adjusting the potential (or magnetic potential) independently of each other, spherical aberration (third order By providing an aberration correction device that corrects (mouth aberration), spherical aberration (third-order aperture aberration) can be substantially corrected to zero even when the standard and oblique hexapole components are corrected in the aberration correction device. As a result, when the fourth-order or higher-order aperture aberration is corrected, the remaining spherical aberration component does not deteriorate the probe diameter.

また、本発明の荷電粒子光学装置は、(1)4段の多極子と、(2)6個以上の独立な10極子電位(または磁位)を供給できる独立可変電源を有して、4段のうち少なくとも3個の多極子には標準10極子の電位(または磁位)を独立に与え、少なくとも3個の多極子には斜め10極子の電位(または磁位)を独立に与え、(3)1個以上の一定の値の10極子電位(または磁位)または前記独立可変電源の何れかに従属させた値の10極子電位(または磁位)を供給できる非独立可変電源を有して、4段のうち少なくとも1個の多極子には標準10極子の電位(または磁位)または斜め10極子の電位(または磁位)を与え、(4)前記6個以上の10極子電位(または磁位)を互いに独立に調整して得られた画像の変化から、4次の開口収差を補正する収差補正装置を備えたことにより、標準および斜め6極子成分を収差補正装置内で補正するような場合でも、4次の開口収差を実質的に0に補正できるようになり、5次の開口収差を補正した場合に、4次の開口収差がプローブ径を制限することがなくなった。   The charged particle optical device according to the present invention includes (1) a four-stage multipole and (2) an independent variable power source capable of supplying six or more independent ten-pole potentials (or magnetic potentials). At least three multipoles of the stage are independently given standard 10-pole potentials (or magnetic potentials), and at least 3 multipoles are independently given oblique 10-pole potentials (or magnetic potentials), ( 3) It has a non-independent variable power supply capable of supplying one or more constant 10-pole potentials (or magnetic potentials) or a 10-pole potential (or magnetic potential) dependent on either of the independent variable power supplies. Then, a standard 10-pole potential (or magnetic potential) or an oblique 10-pole potential (or magnetic potential) is applied to at least one multipole of 4 stages, and (4) the 6 or more 10-pole potentials ( (Or the magnetic potential) are adjusted independently of each other, and the fourth order opening By providing an aberration correction device for correcting aberrations, the fourth-order aperture aberration can be substantially corrected to zero even when the standard and oblique hexapole components are corrected in the aberration correction device. When the next aperture aberration is corrected, the fourth-order aperture aberration no longer limits the probe diameter.

さらに、本発明の荷電粒子光学装置は、(1)4段の多極子と、(2)7個の独立な12極子電位(または磁位)を供給できる独立可変電源を有して、4個の全ての多極子に標準12極子の電位(または磁位)を独立に与え、3個の多極子には斜め12極子の電位(または磁位)を独立に与え、(3)1個の一定の値の12極子電位(または磁位)または前記独立可変電源の何れかに従属させた値の12極子電位(または磁位)を供給できる非独立可変電源を有して、4段のうち1個の多極子には斜め12極子の電位(または磁位)を与え、(4)前記7個の12極子電位(または磁位)を互いに独立に調整して得られた画像の変化から、5次の開口収差を補正する収差補正装置を備えたので、標準および斜め6極子成分を収差補正装置内で補正するような場合でも、5次の開口収差を実質的に0に補正できるようになり、5次までの開口収差が全て0にでき、プローブ径を著しく向上できた。   Further, the charged particle optical device of the present invention has (1) a four-stage multipole element and (2) an independent variable power source capable of supplying seven independent twelve-pole potentials (or magnetic potentials). The standard 12-pole potential (or magnetic potential) is given to all the multipoles independently of each other, and the oblique 12-pole potential (or magnetic potential) is given independently to the three multipoles. (3) One constant A non-independent variable power source capable of supplying a 12-pole potential (or magnetic potential) of a value of 12 or a 12-pole potential (or magnetic potential) of a value subordinate to any of the independent variable power sources, and one of four stages From the change in the image obtained by applying the oblique 12-pole potential (or magnetic potential) to each multipole, and (4) adjusting the 7 12-pole potentials (or magnetic potentials) independently of each other, 5 Since the aberration correction device for correcting the next aperture aberration is provided, the standard and oblique hexapole components can be used in the aberration correction device. Even if positive is like, substantially able to correct the zero fifth-order aperture aberration, the aperture aberration up to fifth order all be 0, it was significantly improved probe diameter.

さらにまた、4段の多極子を電場重畳型の標準配列の12極子で構成したとき、電位によって標準12極子の場を作り、磁位によって斜め12極子の場を作り、4個の全ての多極子の標準12極子の電位を独立に与え、3個の多極子には斜め12極子の磁位を独立に与え、これら4個の独立な電位と3個以上の独立な磁位を調整して得られた画像の変化から、5次の開口収差を補正する収差補正装置を備えたことにより、12極子による5次までの補正が可能になった。また更に極数を増やした補正が不要になり、低価格・高性能の補正が可能になった。
あるいは、4段の多極子を電場・磁場重畳方の斜め配列の12極子で構成したとき、磁位によって標準12極子の場を作り、電位によって斜め12極子の場を作り、4個の全ての多極子に標準12極子の磁位を独立に与え、3個の多極子には斜め12極子の電位を独立に与え、これらの4個の独立な12極子磁位と3個の独立な電位を調整して得られた画像の変化から、5次の開口収差を補正する収差補正装置を備えたことにより、12極子による5次までの補正が可能になり、更に極数を増やした補正が不要になり、低価格・高性能の補正が可能になった。
Furthermore, when the four-stage multipole is configured by a standard array of 12 poles of electric field superposition type, a standard 12 pole field is created by the potential, and an oblique 12 pole field is created by the magnetic potential. The standard 12-pole potential of the poles is given independently, and the magnetic potential of the oblique 12-poles is given independently to the three multipoles, and these four independent potentials and three or more independent magnetic potentials are adjusted. By providing an aberration correction device that corrects the fifth-order aperture aberration based on the change in the obtained image, correction up to the fifth-order by the 12-pole can be performed. Furthermore, correction with an increased number of poles is no longer necessary, and low-cost and high-performance correction is possible.
Alternatively, when a 4-stage multipole is composed of an oblique arrangement of 12 electric fields and magnetic fields, a standard 12-pole field is created by the magnetic potential, and an oblique 12-pole field is created by the potential. The standard 12-pole magnetic potential is given to the multipole independently, and the oblique 12-pole potential is given independently to the three multipoles, and these four independent 12-pole magnetic potentials and three independent potentials are given. By providing an aberration correction device that corrects fifth-order aperture aberration from changes in the image obtained by adjustment, correction up to the fifth order with a 12-pole element is possible, and correction with an increased number of poles is not required As a result, low-cost and high-performance correction is possible.

以上のごとく、本発明によると、最適な収差補正を実現し、最小プローブ径を得るような荷電粒子光学装置を提供することができる。   As described above, according to the present invention, it is possible to provide a charged particle optical device that realizes optimal aberration correction and obtains a minimum probe diameter.

以下、本発明に係る荷電粒子光学装置の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。   Embodiments of a charged particle optical device according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

図1は、荷電粒子光学装置の第1の実施の形態を示す図である。以下の実施の形態においても、特に断る場合を除いて荷電粒子光学装置は同様の構造を有することを前提とする。   FIG. 1 is a diagram showing a first embodiment of a charged particle optical device. Also in the following embodiments, it is assumed that the charged particle optical device has the same structure unless otherwise specified.

第1の実施の形態の荷電粒子光学装置は、荷電粒子ビームの一部をプローブとして試料にフォーカスさせて照射するものであって、光軸LOに沿って、絞り8、4段の多極子1,2,3,4、および荷電粒子ビームを試料面20にフォーカスさせる対物レンズ7を有する。   The charged particle optical apparatus according to the first embodiment irradiates a sample by focusing a portion of a charged particle beam on a sample as a probe, and includes a diaphragm 8, a four-stage multipole element 1 along an optical axis LO. , 2, 3, 4 and an objective lens 7 for focusing the charged particle beam on the sample surface 20.

また、この荷電粒子光学装置は、多極子1を駆動する電源11,21、多極子2を駆動する電源12,22、多極子3を駆動する電源13,23、多極子4を駆動する電源14,24、対物レンズ7を駆動する電源17、ユーザとのインターフェースを行って加速電圧や作動距離等を制御する操作表示部9、および操作表示部9の操作に基づいて前記電源11〜14,17,21〜24を制御する制御部19を有している。   Further, this charged particle optical device includes power sources 11 and 21 for driving the multipole 1, power sources 12 and 22 for driving the multipole 2, power sources 13 and 23 for driving the multipole 3, and power source 14 for driving the multipole 4. , 24, a power source 17 for driving the objective lens 7, an operation display unit 9 for controlling an acceleration voltage and a working distance by performing an interface with the user, and the power sources 11 to 14, 17 based on the operation of the operation display unit 9 , 21 to 24 are controlled.

なお、便宜上、図中には5次の収差まで補正できるように4段の多極子1〜4に電位または磁位を供給する8個の電源11〜14,21〜24を示している。これらの電源の役割については、後に詳細に説明する。   For convenience, the figure shows eight power supplies 11 to 14 and 21 to 24 for supplying potentials or magnetic potentials to the four-stage multipole elements 1 to 4 so that fifth-order aberrations can be corrected. The role of these power supplies will be described in detail later.

制御部19は、ユーザであるオペレータによる操作表示部9への操作に基づいて、内蔵したソフトウェアを用いて、収差を補正する一連の手順を実行する。そして、この手順の結果に基づいて、前記電源11〜14,17,21〜24を制御して、多極子1,2,3,4および対物レンズ7における電場および磁場を制御する。   The control unit 19 executes a series of procedures for correcting aberrations using built-in software based on an operation on the operation display unit 9 by an operator who is a user. Based on the result of this procedure, the power supplies 11 to 14, 17, and 21 to 24 are controlled to control the electric and magnetic fields in the multipole elements 1, 2, 3, and 4 and the objective lens 7.

このような制御部19は、例えばコンピュータによって構成することができる。また、操作表示部9も一体として、コンソールとディスプレイと有するたとえばパーソナルコンピュータで構成することもできる。前記制御手段には、制御部19または制御部19および操作表示部9が相当する。   Such a control part 19 can be comprised by a computer, for example. Further, the operation display unit 9 may be integrated with a console and a display, for example, a personal computer. The control unit 19 or the control unit 19 and the operation display unit 9 correspond to the control means.

多極子1〜4は、色収差補正または斜め多極子成分を含む5次開口収差補正を考慮しなければ、静電型、磁場型、電場・磁場重畳型のいずれの形態をとることもできる。磁場型の場合は電源21〜24から供給される電流によって、静電型の場合には電源11〜14から供給される電位によって、あるいは電場・磁場重畳型の場合は電源11〜14、21〜24から供給される電位および電流によって制御される。   The multipoles 1 to 4 can take any form of an electrostatic type, a magnetic field type, and an electric field / magnetic field superposition type if chromatic aberration correction or fifth-order aperture aberration correction including an oblique multipole component is not taken into consideration. In the case of the magnetic field type, by the current supplied from the power sources 21 to 24, in the case of the electrostatic type, by the potential supplied from the power sources 11 to 14, or in the case of the electric field / magnetic field superposition type, the power sources 11 to 14, 21 to 21 It is controlled by the potential and current supplied from 24.

以下において、上記4段の多極子1,2,3,4とこれに各電源11〜14,21〜24を含めたものを収差補正装置と呼ぶことにする。   In the following, the four-stage multipole elements 1, 2, 3, and 4 and the power supplies 11 to 14 and 21 to 24 included therein will be referred to as an aberration correction device.

このような収差補正装置10は、例えば図2に示す如くに走査電子顕微鏡などに組み込まれる。この場合、荷電粒子には電子が相当することになる。   Such an aberration correction apparatus 10 is incorporated in a scanning electron microscope, for example, as shown in FIG. In this case, electrons correspond to charged particles.

内部が真空雰囲気にされた鏡筒50内には、電子ビームを発生し、加速電圧によって電子にエネルギーを与える電子銃51、電子銃51で発生した電子ビームを収束し、かつ電子ビーム電流を適当な値に制限するためのコンデンサレンズ52と対物絞り53、収差補正装置54(図1の収差補正装置10に相当)、試料59上で電子ビームを二次元的に偏向して走査するための偏向器55、電子ビームをフォーカスして試料59に照射する対物レンズ57、試料59を保持しかつ少なくともX−Y平面内で試料59を自在に駆動するステージ58、電子ビームの照射・走査に伴って試料59から発生する二次電子などの信号を検出する検出器60が備えられている。   An electron beam is generated in the lens barrel 50 whose inside is in a vacuum atmosphere, the electron gun 51 which gives energy to electrons by an acceleration voltage, the electron beam generated by the electron gun 51 is converged, and an electron beam current is appropriately set. The condenser lens 52 and the objective diaphragm 53 for limiting to a certain value, the aberration correction device 54 (corresponding to the aberration correction device 10 in FIG. 1), and the deflection for scanning the sample 59 by deflecting the electron beam two-dimensionally. 55, an objective lens 57 for focusing the electron beam and irradiating the sample 59, a stage 58 for holding the sample 59 and freely driving the sample 59 in at least the XY plane, and accompanying the irradiation and scanning of the electron beam A detector 60 for detecting a signal such as secondary electrons generated from the sample 59 is provided.

図3は、本実施の形態の多極子の駆動に使用する電源11〜14の構成を示す図である。   FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration of power supplies 11 to 14 used for driving the multipole element according to the present embodiment.

なお、以下では静電型の多極子について説明するが、以下の説明は同様に、電場・磁場重畳型の場合にも該当する。   The electrostatic multipole will be described below, but the following description also applies to the electric field / magnetic field superposition type.

これらの電源11〜14は、電位を発生する電源部31と、前記電源部31に基づいて多極子1〜4に電位を供給する供給部32とを有している。   Each of the power supplies 11 to 14 includes a power supply unit 31 that generates a potential and a supply unit 32 that supplies a potential to the multipole elements 1 to 4 based on the power supply unit 31.

電源部31は、標準2極子電源31、斜め2極子電源31、標準4極子電源31、斜め4極子電源31、標準6極子電源31、斜め6極子電源31、標準8極子電源31、斜め8極子電源31、標準10極子電源31、斜め10極子電源3110、標準12極子電源3111、および斜め12極子電源3112を有している。 The power supply unit 31 includes a standard dipole power supply 31 1 , an oblique dipole power supply 31 2 , a standard quadrupole power supply 31 3 , an oblique quadrupole power supply 31 4 , a standard hexapole power supply 31 5 , an oblique hexapole power supply 31 6 , and a standard octupole. power 31 7, oblique octupole power supply 31 8, standard 10-pole power supply 31 9, oblique 10-pole power 31 10 has a standard 12-pole power 31 11, and the oblique 12-pole power 31 12.

供給部32は、多極子1〜4の12極子の各極子に対応する12個の増幅器A〜A12を有している。これらの各増幅器A〜A12は、電源部31の電源31〜3112の電位に基づいて12極にそれぞれ電位を供給する。 The supply unit 32 includes twelve amplifiers A 1 to A 12 corresponding to the 12-pole elements of the multipole elements 1 to 4. Each of these amplifiers A 1 to A 12 supplies potentials to 12 poles based on the potentials of the power supplies 31 1 to 31 12 of the power supply unit 31.

すなわち、これら電源部31の電源31〜3112の電位に基づいて増幅器A〜A12で加算して供給することにより、それぞれの多極子電位による5次までの開口収差補正が独立して行える。図には示していないが、磁場型の場合も同様に構成できる。 That is, by adding and supplying by the amplifiers A 1 to A 12 based on the potentials of the power supplies 31 1 to 31 12 of the power supply unit 31, aperture aberration correction up to the fifth order by each multipole potential is independently performed. Yes. Although not shown in the figure, the magnetic field type can be similarly configured.

次に、多極子1〜4の電極(または磁極)の電位(または磁位)と電位分布(または磁位分布)について説明する。   Next, the potential (or magnetic potential) and potential distribution (or magnetic potential distribution) of the electrodes (or magnetic poles) of the multipole elements 1 to 4 will be described.

多極子1〜4の中心からの半径をr、光軸をz軸、z軸のまわりのx軸からの回転角をθと置くと、座標(r,θ,z)における2n極子の電位および磁位の分布は、
標準2n極子の電位:
ΨN2n(r,θ,z)=VN2nψ2n(z)(r/a)cos(nθ)
斜め2n極子の電位:
ΨS2n(r,θ,z)=VS2nψ2n(z)(r/a)sin(nθ)
標準2n極子の磁位:
ΦN2n(r,θ,z)=μN2nφ2n(z)(r/a)sin(nθ)
斜め2n極子の磁位:
ΦS2n(r,θ,z)=−μS2nφ2n(z)(r/a)cos(nθ)
で与えられる。
When the radius from the center of the multipoles 1 to 4 is r, the optical axis is the z axis, and the rotation angle from the x axis around the z axis is θ, the potential of the 2n pole at the coordinates (r, θ, z) and The distribution of magnetic potential is
Standard 2n pole potential:
Ψ N2n (r, θ, z) = V N2n ψ 2n (z) (r / a) n cos (nθ)
Diagonal 2n-pole potential:
Ψ S2n (r, θ, z) = V S2n ψ 2n (z) (r / a) n sin (nθ)
Standard 2n pole magnetic potential:
Φ N2n (r, θ, z) = μ 0 I N2n φ 2n (z) (r / a) n sin (nθ)
Magnetic potential of diagonal 2n poles:
Φ S2n (r, θ, z) = − μ 0 I S2n φ 2n (z) (r / a) n cos (nθ)
Given in.

ここで、VN2nおよびVS2nは標準2n多極子および斜め2n極子の電極に与える電位、IN2nおよびIS2nは標準2n多極子および斜め2n極子の磁極のコイル電流(正確には電流と巻き数との積)、ψ2n(z)およびφ2n(z)は2n極子の光軸LO方向(z方向)の電位および磁位分布を表す関数である。また、式中のaは多極子の内径、μは真空中の透磁率を表している。 Here, V N2n and V S2n are potentials applied to the electrodes of the standard 2n multipole and the oblique 2n pole, and I N2n and I S2n are coil currents of the magnetic poles of the standard 2n multipole and the oblique 2n pole (more precisely, current and number of turns) ), Ψ 2n (z) and φ 2n (z) are functions representing the potential and magnetic potential distribution in the optical axis LO direction (z direction) of the 2n pole. Further, a in the equation represents the inner diameter of the multipole, and μ 0 represents the magnetic permeability in vacuum.

なお、後述する表1〜6では、表の数を少なくして分かり易くするために、斜め2n極子の磁位の符号を反転している。また、実際の収差計算では、磁位(磁気ポテンシャル)はベクトルポテンシャルとして計算されることも多いが、説明を分かり易くするために、ここでは、スカラーポテンシャルを用いている。
これらの式を直交座標(x,y,z)で表す場合には、
x=rcosθ
y=rsinθ
を用いて上式を書き直せばよい。
In Tables 1 to 6 to be described later, the sign of the magnetic potential of the diagonal 2n pole is inverted in order to reduce the number of tables for easy understanding. In actual aberration calculation, the magnetic potential (magnetic potential) is often calculated as a vector potential. However, in order to make the explanation easy to understand, a scalar potential is used here.
When these expressions are expressed by orthogonal coordinates (x, y, z),
x = r cos θ
y = rsinθ
You can rewrite the above equation using.

また、標準多極子と斜め多極子の電位または磁位の合成は、多極子を回転することに対応する。すなわち、標準多極子を基準と考えたとき、標準多極子の強さAおよび斜め多極子の強さBに対して、
Acosα+Bsinα=Ccos(α−δ)
ここで、A=Ccosδ、B=Csinδであるから、
C=(A+B1/2
δ=tan−1(B/A)
である。
Further, the synthesis of the potential or magnetic potential of the standard multipole and the oblique multipole corresponds to the rotation of the multipole. That is, when the standard multipole is considered as a reference, the standard multipole strength A and the oblique multipole strength B are:
A cos α + B sin α = C cos (α−δ)
Here, since A = C cos δ and B = C sin δ,
C = (A 2 + B 2 ) 1/2
δ = tan −1 (B / A)
It is.

実際の装置でも、AとBを指定する代わりに、合成後の標準多極子の強さCと標準位置からの回転角δを指定することができる。本実施の形態においては、実際の電極に与える電位または実際の磁極に与える磁位の関係が明確になるように、前記A,Bを指定する形で説明する。   Even in an actual apparatus, instead of specifying A and B, the strength C of the standard multipole after synthesis and the rotation angle δ from the standard position can be specified. In the present embodiment, the description will be made by designating A and B so that the relationship between the potential applied to the actual electrode or the magnetic potential applied to the actual magnetic pole becomes clear.

次に、具体的な例として、多極子1〜4に12極子を採用したとき、電位(または磁位)の振幅を1としたときの12極子の各電極(または磁極)に与えるべき電位(または磁位)の値を表1〜表4に示す。   Next, as a specific example, when a 12-pole is adopted for the multipoles 1 to 4, the potential (or magnetic pole) to be applied to each electrode (or magnetic pole) of the 12-pole when the amplitude of the potential (or magnetic potential) is 1. (Table 1 to Table 4).

表1は、標準配列12極子による標準多極子電位と斜め多極子磁位を示す表である。   Table 1 is a table showing the standard multipole potential and the oblique multipole magnetic potential by the standard arrangement 12-pole.

Figure 0004313691
Figure 0004313691


表2は、標準配列12極子による斜め多極子電位と標準多極子磁位を示す表である。

Table 2 is a table showing the oblique multipole potential and the standard multipole magnetic potential by the standard arrangement 12-pole.

Figure 0004313691
Figure 0004313691


表3は、斜め配列12極子による標準多極子電位と斜め多極子磁位を示す表である。ここで、θ´=θ+15 [deg]、または、θ´=θ+π/12 [rad] である。

Table 3 is a table showing standard multipole potentials and oblique multipole magnetic potentials with obliquely arranged 12-pole elements. Here, θ ′ = θ + 15 [deg] or θ ′ = θ + π / 12 [rad].

Figure 0004313691
Figure 0004313691


表4は、斜め配列12極子による斜め多極子電位と標準多極子磁位を示す表である。

Table 4 is a table showing the oblique multipole potential and the standard multipole magnetic potential due to the obliquely arranged 12-pole element.

Figure 0004313691
Figure 0004313691


次に、斜め配列12極子による前記の表3、表4において、第1番目の極子の電位(または磁位)を基準にして各極子の電位(または磁位)を規格化したものを表5、表6に示す。

Next, in Tables 3 and 4 using the obliquely arranged 12-poles, the potentials (or magnetic potentials) of the respective poles normalized based on the potential (or magnetic potential) of the first pole are shown in Table 5 below. Table 6 shows.

Figure 0004313691
Figure 0004313691

Figure 0004313691
Figure 0004313691


なお多極子1〜4が12極子で構成される場合、これを構成する電極(または磁極)が標準配列か斜め配列かによって、実現可能な12極子は、標準12極子かまたは斜め12極子の何れか一方に制限される。すなわち、実現不能な場合では、電極(または磁極)に与えられるべき電位(または磁位)が0になってしまうためである。

In addition, when the multipoles 1 to 4 are configured with 12-poles, the realizable 12-pole is either the standard 12-pole or the diagonal 12-pole depending on whether the electrodes (or magnetic poles) constituting the multipoles are the standard array or the diagonal array. It is limited to either. That is, in the case where it cannot be realized, the potential (or magnetic potential) to be applied to the electrode (or magnetic pole) becomes zero.

さて、本願の課題は、高次の開口収差を補正してより高い分解能を目指す場合には、機械精度の不完全さ等により収差コレクタ内に発生する6極子成分の影響を取り除くことにある。その方策の一つとして上述の如き標準多極子による4個の多極子場と斜め多極子による4個の多極子場とを組み合わせた合計8個の多極子場から成る収差コレクタ装置が考えられる。   An object of the present application is to remove the influence of the hexapole component generated in the aberration collector due to imperfectness in mechanical accuracy, etc., when correcting higher-order aperture aberrations and aiming for higher resolution. As one of the measures, an aberration collector apparatus composed of a total of eight multipole fields in which four multipole fields by standard multipoles and four multipole fields by oblique multipoles as described above are combined can be considered.

そこで本願発明者がその様な装置について研究したところ、単純に8個の多極子場を独立に制御すると新たな問題が発生することが分かった。例えば、ある収差の補正に対して複数の解が出てきてしまうとか、ある収差の補正に際して感度の低い多極子では、補正に際して過度に高い印加電圧になってしまうとか、あるいはその高い電圧の印加に伴って新たな収差が発生するなどである。この様な研究の成果から、本願発明者は、以下に詳しく説明するように独立に制御する多極子の数を減らして上記のような新たに発生する問題を回避すると共に装置の取り扱いを容易にしている。   Therefore, when the present inventor researched such an apparatus, it was found that a new problem occurs when the eight multipole fields are simply controlled independently. For example, there are multiple solutions for correcting a certain aberration, or a multipole with low sensitivity for correcting a certain aberration may result in an excessively high applied voltage or a high voltage applied. As a result, new aberrations occur. As a result of such research, the inventor of the present application reduces the number of multipoles to be independently controlled as will be described in detail below, thereby avoiding the newly generated problems as described above and facilitating the handling of the apparatus. ing.

以下、収差補正装置10における補正の原理について説明する。   Hereinafter, the principle of correction in the aberration correction apparatus 10 will be described.

本願発明者が収差補正装置10の補正電位(または補正磁位、あるいはコイル電流)と試料面20に現れるX方向およびY方向の収差係数を調べた結果、補正電位(または補正磁位)の単位変化ΔVに対するX方向とY方向の収差係数は互いに関係のあることがわかった。すなわち、このΔVの変化に対して、X方向のn番目とY方向のm番目の、ビームの回転効果を含めた収差係数Cnx,Cmyの変化をΔCnx,ΔCmyとおくと、これらの変化率
nx=ΔCnx/(Cnx・ΔV)
my=ΔCmy/(Cmy・ΔV)
の間に、互いに関係のある番号のn,mがあることがわかった(詳しくは述べないが、CnxとCmyは比例関係にある)。以下にこれを簡単に説明する。ここで、試料に入射するビームのX,Y方向の開き角をα,αとする。なお、ここでは、前記α,αは、それぞれ近似的には、sinα=α、sinα=αと見なせるような、十分小さな値であるものとする。
The inventor of the present application examined the correction potential (or correction magnetic potential or coil current) of the aberration correction apparatus 10 and the aberration coefficient in the X direction and Y direction appearing on the sample surface 20, and as a result, the unit of the correction potential (or correction magnetic potential). It was found that the aberration coefficients in the X direction and the Y direction with respect to the change ΔV are related to each other. That is, if the changes of the aberration coefficients C nx and C my including the rotation effect of the nth beam in the X direction and the mth beam in the Y direction are set to ΔC nx and ΔC my , Rate of change t nx = ΔC nx / (C nx · ΔV)
t my = ΔC my / (C my · ΔV)
It was found that there is a number n, m that is related to each other (not described in detail, but C nx and C my are in a proportional relationship). This will be briefly described below. Here, the opening angles in the X and Y directions of the beam incident on the sample are α x and α y . Here, it is assumed that α x and α y are sufficiently small values such that sin α x = α x and sin α y = α y can be regarded approximately.

まず、3次の開口収差係数の場合を例にして、表7に示す具体的な数値を用いて考え方を説明する。表7は、4段の各多極子に標準8極場と斜め8極場とを与え、それをそれぞれ一定量変化させたとき、3次の開口収差係数(3次の場合は8個ある)の変化率を調べたものである。なお、表の左側の4列がX方向、右側の4列がY方向を表している。また、変化率が誤差の範囲でゼロとなるような欄は空欄として表して見易くした。更に補足すると、斜め8極場による各変化率の値は標準8極場の変化率よりも比較的大きな値になっているが、これは変化率の分母(C・ΔV)中の補正前の収差Cが斜め6極子成分に起因しており、これによる収差係数が小さな値になっているからである。   First, the concept will be described using specific numerical values shown in Table 7, taking the case of the third-order aperture aberration coefficient as an example. Table 7 gives a standard octupole field and an oblique octupole field to each of the four-stage multipole elements, and when they are changed by a certain amount, the third-order aperture aberration coefficient (there are eight cases in the third-order). The rate of change was investigated. The left four columns in the table represent the X direction, and the right four columns represent the Y direction. Also, the column in which the rate of change is zero within the error range is represented as a blank column for easy viewing. In addition, the value of each change rate due to the oblique octupole field is relatively larger than the change rate of the standard octupole field, which is the value before correction in the denominator (C · ΔV) of the change rate. This is because the aberration C is caused by the oblique hexapole component, and the resulting aberration coefficient is a small value.

Figure 0004313691
Figure 0004313691


さて、表を詳しく調べると、X方向の斜め8極場を与える斜め1〜4段の3次の項α α の4個の収差係数の変化率が、Y方向の斜め1〜4段による3次の項α α の斜め1〜4段の4個の収差係数の変化率と誤差の範囲でそれぞれ一致していることが分かる。同様に、X方向の標準8極場を与える標準1〜4段の3次の項α α の4個の収差係数の変化率がY方向の標準1〜4段の3次の項α α の4個の収差係数の変化率とそれぞれ誤差の範囲で一致し、X方向の斜め8極場を与える斜め1〜4段の3次の項α α の4個の収差係数の変化率がY方向の斜め1〜4段の3次の項α α の4個の収差係数の変化率とそれぞれ誤差の範囲で一致していることが分かる。これが第1の所見である。

Now, by examining the table in detail, the rate of change of the four aberration coefficients of the third to fourth terms α x 2 α y 1 in the first to fourth steps that give a diagonal eight-pole field in the X direction is 1 to 4 in the Y direction. it can be seen match respectively cubic term alpha x 3 alpha y change rate and the error range of the four aberration coefficients of the oblique 1-4 stage 0 by 4 stages. Similarly, the rate of change of the four aberration coefficients of the standard 1 to 4 stage 3rd order terms α x 1 α y 2 giving the standard octupole field in the X direction is the standard 1 to 4 stage 3rd order of the Y direction. The rate of change of the four aberration coefficients of the term α x 2 α y 1 is in agreement with each other in the range of error, and is an oblique 1 to 4 step third-order term α x 0 α y 3 that gives an oblique 8-pole field in the X direction. The change rates of the four aberration coefficients in the Y direction are the same as the change rates of the four aberration coefficients of the third to fourth terms α x 1 α y 2 in the diagonal direction in the Y direction within the respective error ranges. I understand. This is the first finding.

次に、標準の1段目から標準の4段目までの各係数の変化率を比較してみる。ただし比較は絶対値で行う。そうすると、まず、2段目の項α α の収差係数の変化率と3段目の項α α の収差係数の変化率が他に比較して大きな値であることが分かる。つまり、標準の2段目と3段目は、標準の1段目と4段目に比べて、8極場を変化させたときの変化量に対して影響が大きいことを示している。次いで、1段目と4段目を調べてみると、どちらも同程度ということがわかる。これが第2の所見である。 Next, the rate of change of each coefficient from the standard first stage to the standard fourth stage will be compared. However, the comparison is performed with absolute values. Then, first, the rate of change of the aberration coefficient of the second-stage term α x 3 α y 0 and the rate of change of the aberration coefficient of the third-stage term α x 0 α y 3 are larger values than the others. I understand. In other words, the second and third stages of the standard have a greater influence on the amount of change when the octupole field is changed than the first and fourth stages of the standard. Next, when the first and fourth stages are examined, it can be seen that both levels are the same. This is the second finding.

同様にして、1〜4段目の多極子に与える斜め8極場の電位を一定量変化させたときの各係数の変化率を比較してみる。ここでも比較は絶対値で行う。そうすると、1段目と4段目の数値は、2段目と3段目の数値と比べて、明らかに大きいことが分かる。これが第3の所見である。   Similarly, the change rate of each coefficient when the potential of the oblique octupole field applied to the first to fourth stage multipoles is changed by a certain amount will be compared. Again, the comparison is absolute. Then, it can be seen that the numerical values in the first and fourth stages are clearly larger than those in the second and third stages. This is the third finding.

これらの所見は、8極場を与えるべき多極子の選択の際に適用される。上記は、3次の開口収差係数の場合であるが、他の高次(2次、4次、5次)の場合においても、詳しくは説明しないが、それぞれに同様な3つの所見が得られる。従って、他の高次の場合においても、各多極場(6極場、10極場、12極場)を与える多極子の選択に同様な手法が応用できる。以下、上記の考え方に基づいて、2次から5次の開口収差係数の場合について説明する。   These findings apply in the selection of multipoles that should give an octupole field. The above is the case of the third-order aperture coefficient, but in the case of other higher-order (second-order, fourth-order, and fifth-order), although not described in detail, the same three findings are obtained for each. . Therefore, the same technique can be applied to selection of multipoles that give each multipole field (6-pole field, 10-pole field, and 12-pole field) even in other higher-order cases. Hereinafter, based on the above concept, the case of the second to fifth aperture aberration coefficients will be described.

2次の開口収差係数の場合は、次のとおりである。なお、ここでは、X方向の収差の項に対し、従属関係にあるY方向の収差の項を上下に並べて記載する。この様にするのは、上記第1の所見に基づいている。3次以上の場合も同様である。   The case of the secondary aperture aberration coefficient is as follows. Here, the Y-direction aberration terms that are subordinate to the X-direction aberration terms are listed side by side. This is based on the first finding. The same applies to the case of the third or higher order.

X方向:α α ,α α ,α α
Y方向: α α ,α α ,α α
に比例する収差の係数の変化率を各々
X方向:t1x,t2x,t3x
Y方向: t1y,t2y,t3y
とおくと、2次の開口収差係数の場合の第1の所見から、
2x=t1y,t3x=t2y
が確認される。従って、独立なパラメータは4個になり、最低4個の独立な電源が必要になる。
X direction: α x 2 α y 0 , α x 1 α y 1 , α x 0 α y 2
Y direction: α x 2 α y 0 , α x 1 α y 1 , α x 0 α y 2
The change rate of the coefficient of aberration proportional to the X direction: t 1x , t 2x , t 3x respectively
Y direction: t 1y , t 2y , t 3y
From the first finding in the case of the secondary aperture coefficient,
t 2x = t 1y , t 3x = t 2y
Is confirmed. Accordingly, there are four independent parameters, and at least four independent power supplies are required.

3次の開口収差係数の場合は、次のとおりである。   The case of the third order aperture aberration coefficient is as follows.

X方向:α α ,α α ,α α ,α α
Y方向: α α ,α α ,α α ,α α
に比例する収差の係数の変化率を各々
X方向:t1x,t2x,t3x,t4x
Y方向: t1y,t2y,t3y,t4y
とおくと、
2x=t1y,t3x=t2y,t4x=t3y
となる。従って、独立なパラメータは5個になり、最低5個の独立な電源が必要になる。
X direction: α x 3 α y 0 , α x 2 α y 1 , α x 1 α y 2 , α x 0 α y 3
Y direction: α x 3 α y 0 , α x 2 α y 1 , α x 1 α y 2 , α x 0 α y 3
The change rate of the coefficient of aberration proportional to the X direction: t 1x , t 2x , t 3x , t 4x respectively
Y direction: t 1y , t 2y , t 3y , t 4y
After all,
t 2x = t 1y , t 3x = t 2y , t 4x = t 3y
It becomes. Accordingly, there are five independent parameters, and at least five independent power supplies are required.

4次の開口収差係数の場合は、次のとおりである。   The case of the fourth-order aperture aberration coefficient is as follows.

X方向:α α ,α α ,α α ,α α ,α α
Y方向: α α ,α α ,α α ,α α ,α α
に比例する収差の係数の変化率を各々
X方向:t1x,t2x,t3x,t4x,t5x
Y方向: t1y,t2y,t3y,t4y,t5y
とおくと、
2x=t1y,t3x=t2y,t4x=t3y,t5x=t4y
となる。従って、独立なパラメータは6個になり、最低6個の独立な電源が必要になる。
X direction: α x 4 α y 0 , α x 3 α y 1 , α x 2 α y 2 , α x 1 α y 3 , α x 0 α y 4
Y direction: α x 4 α y 0 , α x 3 α y 1 , α x 2 α y 2 , α x 1 α y 3 , α x 0 α y 4
The change rate of the coefficient of aberration proportional to the X direction: t 1x , t 2x , t 3x , t 4x , t 5x, respectively
Y direction: t 1y , t 2y , t 3y , t 4y , t 5y
After all,
t2x = t1y , t3x = t2y , t4x = t3y , t5x = t4y
It becomes. Therefore, the number of independent parameters is 6, and at least 6 independent power sources are required.

5次の開口収差係数の場合は、次のとおりである。   The case of the fifth-order aperture aberration coefficient is as follows.

X方向:α α ,α α ,α α ,α α ,α α ,α α
Y方向: α α ,α α ,α α ,α α ,α α ,α α
に比例する収差の係数の変化率を各々
X方向:t1x,t2x,t3x,t4x,t5x,t6x
Y方向: t1y,t2y,t3y,t4y,t5y,t6y
とおくと、
2x=t1y,t3x=t2y,t4x=t3y,t5x=t4y,t6x=t5y
となる。従って、独立なパラメータは7個になり、最低7個の独立な電源が必要になる。
X-direction: α x 5 α y 0, α x 4 α y 1, α x 3 α y 2, α x 2 α y 3, α x 1 α y 4, α x 0 α y 5
Y direction: α x 5 α y 0, α x 4 α y 1, α x 3 α y 2, α x 2 α y 3, α x 1 α y 4, α x 0 α y 5
The change rate of the coefficient of aberration proportional to the X direction: t 1x , t 2x , t 3x , t 4x , t 5x , t 6x, respectively
Y direction: t 1y, t 2y, t 3y, t 4y, t 5y, t 6y
After all,
t 2x = t 1y , t 3x = t 2y , t 4x = t 3y , t 5x = t 4y , t 6x = t 5y
It becomes. Accordingly, there are seven independent parameters, and at least seven independent power supplies are required.

以上、本願発明者によって見いだした収差係数間の関係を述べたが、標準多極子と斜め多極子では収差の現れ方が異なるため、どの収差係数に注目して修正するかは、下記の実際の補正手順に述べることにする。その際、どの多極子を選択するかは、前記第2、第3の所見に基づいている。   As mentioned above, the relationship between the aberration coefficients found by the inventors of the present application has been described. Since the appearance of aberration differs between the standard multipole element and the oblique multipole element, which aberration coefficient to focus attention on is corrected as follows. It will be described in the correction procedure. In this case, which multipole is selected is based on the second and third findings.

次に、収差補正装置10における実際の補正手順について説明する。   Next, an actual correction procedure in the aberration correction apparatus 10 will be described.

以下ではフォーカス調整、色収差補正、2次開口収差の補正は終了しているものとして記述する。試料面に入射する荷電粒子ビームの光軸LOに対するx,y方向の開き角をα,αとする。 In the following description, it is assumed that focus adjustment, chromatic aberration correction, and secondary aperture aberration correction have been completed. Let α x and α y be the opening angles in the x and y directions with respect to the optical axis LO of the charged particle beam incident on the sample surface.

図4は、多極子1〜4による収差補正を説明する図である。   FIG. 4 is a diagram for explaining aberration correction by the multipole elements 1 to 4.

先ず、図4Aを参照して球面収差(3次開口収差)について説明する。   First, spherical aberration (third-order aperture aberration) will be described with reference to FIG. 4A.

球面収差(3次開口収差)の補正の場合、上記のように独立なパラメータは5個まで減らすことができるから、4段の標準多極子と4段の斜め多極子との合計8個の多極子の内から5個を選択することができる。選択の基準は多極子に与える8極場の電位あるいは磁位が変化したときにビームの位置に与える影響が大きな多極子を選ぶようにする。本願発明者の研究結果によると、2段目と3段目の標準多極子は影響が大きく重要であり、1段目と4段目の標準多極子は少なくともどちらか一方を選べばよい。従って、ここでは、図4Aに示すように、1段目と2段目と3段目の標準多極子を選ぶこととする。斜め多極子については、2段目と3段目は影響が小さく選択するには好ましくない。よって1段目と4段目の斜め多極子を選ぶこととする。   In the case of correcting spherical aberration (third-order aperture aberration), the number of independent parameters can be reduced to five as described above, so that a total of eight multi-parameters including four standard multipoles and four diagonal multipoles are provided. Five of the poles can be selected. The selection criterion is to select a multipole that has a great influence on the beam position when the potential or magnetic potential of the octupole field applied to the multipole changes. According to the research results of the present inventor, the second and third standard multipoles have a great influence, and it is sufficient to select at least one of the first and fourth standard multipoles. Therefore, here, as shown in FIG. 4A, standard multipoles in the first, second, and third stages are selected. For the slanted multipole, the second and third stages are not preferable for selection because the influence is small. Therefore, the first and fourth diagonal multipoles are selected.

対物レンズ7が磁界型の場合(または、光学系の途中に少なくとも一つの磁界型のビーム集束用レンズを含む場合)について説明する。この場合には、磁界によってビームが回転するため、収差補正装置10による補正の効果は回転した分を補正しなければ、標準多極子と斜め多極子による補正の影響は区別できなくなる。このため、標準多極子の制御と斜め多極子の制御とは独立にはならず、互いに関係し合うようになる。   A case where the objective lens 7 is a magnetic type (or a case where at least one magnetic field type beam focusing lens is included in the middle of the optical system) will be described. In this case, since the beam is rotated by the magnetic field, the effect of correction by the aberration correction device 10 cannot be distinguished from the effect of correction by the standard multipole element and the oblique multipole element unless the amount of rotation is corrected. For this reason, the control of the standard multipole and the control of the oblique multipole are not independent, but are related to each other.

補正前の8極子の補正電位について、1段目、2段目、3段目の多極子1,2,3に、標準8極子としての電位V,V,Vを与え、1段目と4段目の多極子1,4に、斜め8極子としての電位V,Vを与える。この補正電位に対する試料面20における補正前の収差係数について、X方向の位置に影響するα ,α α,αα ,α に比例する収差の係数をc,c,c,cとし、Y方向の位置に影響するα に比例する収差の係数をcとする。ここで、上記係数のうち、c,c,cは、Y方向の位置に影響するα ,α α,αα にもそれぞれ比例する。 Regarding the corrected potential of the octupole before correction, potentials V 1 , V 2 , and V 3 as standard octupoles are applied to the first , second , and third multipole elements 1 , 2 , and 3 , respectively. Potentials V 4 and V 5 as oblique octupoles are applied to the multipole elements 1 and 4 in the fourth stage. With respect to the aberration coefficient before correction on the sample surface 20 with respect to this correction potential, an aberration coefficient proportional to α x 3 , α x 2 α y , α x α y 2 , and α y 3 that affects the position in the X direction is c 1. , C 4 , c 2 , c 5, and an aberration coefficient proportional to α y 3 that affects the position in the Y direction is c 3 . Here, among the above coefficients, c 4 , c 2 , and c 5 are proportional to α x 3 , α x 2 α y , and α x α y 2 that affect the position in the Y direction, respectively.

次に、1段目、2段目、3段目の標準8極子の電位変化量をΔV,ΔV,ΔV、1段目と4段目の斜め8極子の電位変化量をΔV,ΔVとする。 Next, ΔV 1 , ΔV 2 , ΔV 3 are the potential changes of the standard octupoles of the first , second , and third stages, and ΔV 4 are the potential changes of the first and fourth oblique octupoles. , ΔV 5 .

ここで、各ΔV(k=1〜5)の変化による収差係数c(j=1〜5)の変化は、標準多極子と斜め多極子とでは独立とはならず、 Here, the change of the aberration coefficient c j (j = 1 to 5) due to the change of each ΔV k (k = 1 to 5) is not independent between the standard multipole element and the oblique multipole element.

Figure 0004313691
Figure 0004313691


で与えられるので、収差係数cを0にするための変化量ΔVは、連立方程式
[ajk][ΔV]=[−c
を解いて求められる。

Therefore, the change amount ΔV k for setting the aberration coefficient c j to 0 is the simultaneous equation [a jk ] [ΔV k ] = [− c j ].
Is required.

ここで、[ajk]はj行k列の行列であり、[ΔV]はk行の列ベクトル、[−c]はj行の列ベクトルである。 Here, [a jk ] is a matrix of j rows and k columns, [ΔV k ] is a column vector of k rows, and [−c j ] is a column vector of j rows.

この結果、補正電位はk=1〜5に対して
+ΔV
となる。このようにすれば、補正前の収差係数cは、収差補正装置10で発生させた収差係数−cで打ち消すことができる。
As a result, the correction potential is V k + ΔV k for k = 1 to 5.
It becomes. In this way, the aberration coefficient c j before correction can be canceled by the aberration coefficient −c j generated by the aberration correction apparatus 10.

次に、対物レンズ7が静電型の場合(または、光学系の途中に磁界型のビーム集束用のレンズは含まない場合)について説明する。この場合には、収差補正装置による補正の効果は標準多極子と斜め多極子とで独立に影響する。従って、現在(補正前)の8極子の補正電位について、1段目、2段目、3段目の多極子1,2,3に、極準8極子としての電位V,V,Vを与え、1段目と4段目の多極子1,4に、斜め8極子としての電位V,Vを与え、標準多極子と斜め多極子とではそれぞれ独立に制御される。そして、この補正電位に対する試料面における現在の収差の係数について、X方向の位置に影響するα ,α α,αα ,α に比例する収差の係数をc,c,c,cとし、Y方向の位置に影響するα に比例する収差係数をcとする。ここで、上記係数のうち、c,c,cは、Y方向の位置に影響するα ,α α,αα にもそれぞれ比例する。 Next, a case where the objective lens 7 is an electrostatic type (or a case where a magnetic field type beam focusing lens is not included in the middle of the optical system) will be described. In this case, the effect of the correction by the aberration correction device affects the standard multipole element and the oblique multipole element independently. Therefore, regarding the correction potential of the octupole at the present time (before correction), the potentials V 1 , V 2 , and V as pole quasi-octupoles are applied to the first , second , and third stage multipoles 1, 2, and 3. 3 , potentials V 4 and V 5 as oblique octupoles are given to the first and fourth multipole elements 1 and 4 , and the standard multipole element and the oblique multipole element are controlled independently. Then, with respect to the current aberration coefficient on the sample surface with respect to the correction potential, an aberration coefficient proportional to α x 3 , α x 2 α y , α x α y 2 , and α y 3 that affects the position in the X direction is c. 1 , c 4 , c 2 , and c 5, and an aberration coefficient proportional to α y 3 that affects the position in the Y direction is c 3 . Here, among the above coefficients, c 4 , c 2 , and c 5 are proportional to α x 3 , α x 2 α y , and α x α y 2 that affect the position in the Y direction, respectively.

次に、1段目、2段目、3段目の標準8極子の電位変化量をΔV,ΔV,ΔVとし、1段目と4段目の斜め8極子の電位変化量をΔV,ΔVとする。 Next, ΔV 1 , ΔV 2 , and ΔV 3 are the potential changes of the standard octupole of the first stage, the second stage, and the third stage, and the potential change amounts of the first and fourth stages of the diagonal octupole are ΔV. 4 and ΔV 5 .

ここで、各ΔV(k=1〜5)の変化による収差係数c(j=1〜5)の変化は、標準多極子と斜め多極子とではそれぞれ独立して、
標準多極子(j,k=1〜3):
Here, the change of the aberration coefficient c j (j = 1 to 5) due to the change of each ΔV k (k = 1 to 5) is independent between the standard multipole element and the oblique multipole element.
Standard multipole (j, k = 1 to 3):

Figure 0004313691
Figure 0004313691


斜め多極子(j,k=4〜5):

Oblique multipole (j, k = 4-5):

Figure 0004313691
Figure 0004313691


で与えられるので、収差係数cを0にするための変化量ΔVは、連立方程式
標準多極子(j,k=1〜3):[ajk][ΔV]=[−c
斜め多極子(j,k=4〜5):[ajk][ΔV]=[−c
を解いて求められる。この結果、補正電位はk=1〜5に対して
+ΔV
となる。このようにすれば、補正前の収差係数cは、収差補正装置10で発生させた収差係数−cで打ち消すことができる。

Therefore, the change amount ΔV k for setting the aberration coefficient c j to 0 is the simultaneous equation standard multipole (j, k = 1 to 3): [a jk ] [ΔV k ] = [− c j ]
Oblique multipole (j, k = 4-5): [a jk ] [ΔV k ] = [− c j ]
Is required. As a result, the correction potential is V k + ΔV k for k = 1 to 5.
It becomes. In this way, the aberration coefficient c j before correction can be canceled by the aberration coefficient −c j generated by the aberration correction apparatus 10.

2次の開口収差が補正されている状態であれば、上記結果の収差補正電位を各多極子に設定すると、合計8個の3次の係数の内、計算に現れた5個の3次の開口収差係数cを0に打ち消すことができるだけでなく、計算には現れない他の3個の3次の開口収差係数も同時に実質的に0になることが確認できる。すなわち、3次開口収差補正に必要な独立な電位の数は、標準8極子で3個、斜め8極子で2個の合計5個で目的を達することが分かる。 If the second-order aperture aberration is corrected, setting the aberration correction potential as the above result to each multipole will result in five third-order coefficients appearing in the calculation out of a total of eight third-order coefficients. It can be confirmed that not only the aperture aberration coefficient c j can be canceled out to 0, but also the other three third-order aperture aberration coefficients that do not appear in the calculation become substantially 0 at the same time. That is, it can be seen that the number of independent potentials necessary for correcting the third-order aperture aberration reaches the object with a total of five potentials, three for the standard octupole and two for the oblique octupole.

上記で選んだ収差係数や電位を変える多極子は、電位の僅かな変化に対して収差係数の変化が大きくなるような組み合わせを選んでいる。実際の補正において、画像から各種の収差係数またはこれらに対応するボケの量を正確に測定することが困難な場合には、上記の各電位変化ΔVに対して、画像のボケの方向が大きい方向に注目し、この方向の像のボケが最小になるように各Vを調整することを何度か繰り返せばよい。この操作によって、斜め6極子電位による収差補正を必要とするような系であっても、3次の開口収差をすべて0にできる。なお、ボケを観察ないし測定をするには、周知の如くフォーカスの位置を試料面から少しずらしたときの方が画面のボケの変化が見えやすくなるので、これを利用して行うとよい。 For the multipole element that changes the aberration coefficient and the potential selected above, a combination is selected in which the change in the aberration coefficient becomes large with respect to a slight change in the potential. In actual correction, when it is difficult to accurately measure various aberration coefficients or the amounts of blur corresponding to these from the image, the blur direction of the image is large with respect to each of the potential changes ΔV k described above. attention to the direction, may be repeated several times that blur the direction of the image to adjust each V k so as to minimize. With this operation, all third-order aperture aberrations can be reduced to zero even in a system that requires aberration correction with an oblique hexapole potential. It should be noted that in order to observe or measure the blur, since it is easier to see the blur of the screen when the position of the focus is slightly shifted from the sample surface as is well known, this may be used.

次に、独立に電位(または磁位)を可変して印加可能な電源(独立可変電源)以外の電源(非独立可変電源)について補足説明する。図4Aを用いた上記の説明では、使用しなかった残りの4段目の標準8極子と、2段目、3段目の斜め8極子の電位(磁位)は、図4Aに示すように、ゼロとした。しかし、ゼロの代わりに、一定の8極子場の電位(磁位)を供給するようにしてもよい。あるいは他の独立可変な8極子場と一定の割合で従属的に連動するように構成することもできる。この様にするメリットは、低次から高次までの収差の補正のために加算されて最終的に多極子に印加される電位(磁位)が過度の値にならないようにすることができる場合があるからである。例えば、1個の8極子電位(または磁位)が高くなり過ぎないように他の段と分担して電位(または磁位)を印加することができるからである。この意味では、ゼロでない一定の8極子場の電位(磁位)を供給したり、他の独立可変な8極子場と従属的に連動するのは、実用上しばしばメリットがある。また、この従属的な連動の変形として、独立な電源の数を前記の5個より増やしてもメリットがある場合がある。   Next, a supplementary description will be given of a power source (non-independent variable power source) other than a power source (independent variable power source) that can be applied by varying the potential (or magnetic potential) independently. In the above description using FIG. 4A, the potential (magnetic potential) of the remaining standard 4-pole octupole that is not used and the second-stage and third-stage diagonal octupoles are as shown in FIG. 4A. And zero. However, a constant octupole field potential (magnetic potential) may be supplied instead of zero. Alternatively, it can be configured to be dependently linked with other independently variable octupole fields at a constant rate. The merit of doing in this way is that it can be added to correct aberrations from low order to high order so that the potential (magnetic potential) finally applied to the multipole does not become excessive. Because there is. This is because, for example, a potential (or magnetic potential) can be applied in a shared manner with other stages so that one octupole potential (or magnetic potential) does not become too high. In this sense, it is often practically advantageous to supply a constant non-zero octupole field potential (magnetic potential) or to interlock with other independently variable octupole fields. Further, as a modification of this dependent interlocking, there are cases where there is a merit even when the number of independent power supplies is increased from the above five.

また、電位(または磁位)を印加するのに相応しくない8極子の段もある(表7参照)。例えば、前記の斜め8極子の2段目、3段目の斜め多極子では、電位(または磁位)を大きく印加しても6極子成分によって発生した3次開口収差を補正出来る量が少ないため、完全な補正をこれらの段で行うと、高次収差が著しく増大してしまう。従って、特に電源の安定度やノイズが問題にならない場合には、電位(または磁位)の変化に対して収差係数の変化が大きい(感度の良い)段が選ばれる。上記で斜め多極子として1段目と4段目が用いられるのはこの理由による。   There are also octupole stages that are not suitable for applying a potential (or magnetic potential) (see Table 7). For example, in the second and third oblique multipoles of the above-mentioned oblique octupole, there is a small amount that can correct the third-order aperture aberration caused by the hexapole component even when a large potential (or magnetic potential) is applied. When complete correction is performed at these stages, high-order aberrations are significantly increased. Therefore, particularly when the stability of the power supply and noise are not a problem, a stage having a large change in aberration coefficient (a good sensitivity) with respect to a change in potential (or magnetic potential) is selected. This is the reason why the first and fourth stages are used as the oblique multipoles.

このようにして更に詳しく調べてみると、上記3個の電位を独立に供給すべき標準8極子のうち、2段目と3段目の2つが変化率が大きく重要であることがわかっている(表7参照)。そして、電位を独立に供給すべき3個目については、上記説明のとおりに1段目としてもよいが、4段目としても、あるいは1段目と4段目とを同じ電位としても実用上問題ないことが理論的・実験的に分かっている。上記の「1段目と4段目とを同じ電位とする」は、1段目を独立と考えれば、4段目は1段目に1対1の割合で従属させたと考えることができる。   As a result of further examination in this way, it is known that the rate of change is significant for the second and third stages of the standard octupole that should be supplied with the three potentials independently. (See Table 7). The third potential to be supplied independently may be the first level as described above, but the fourth level or the first and fourth levels may be the same potential for practical use. It is known theoretically and experimentally that there is no problem. The above-mentioned “the first stage and the fourth stage are set to the same potential” can be considered that if the first stage is considered to be independent, the fourth stage is subordinate to the first stage at a ratio of 1: 1.

この、独立な電源の数の選定と、1段目〜4段目の多極子1〜4の中でどの多極子を独立的に用いるかは、下記の4次開口収差の補正、5次開口収差の補正でも同様の考え方が適用できる。   The selection of the number of independent power sources and which multipole element to use independently among the first to fourth multipole elements 1 to 4 are as follows. A similar concept can be applied to correction of aberrations.

次に、図4Bを参照して4次開口収差の補正について説明する。   Next, correction of fourth-order aperture aberration will be described with reference to FIG. 4B.

4次開口収差の補正の場合、前記の通り独立なパラメータは6個まで減らすことができるから、4段の標準多極子と4段の斜め多極子との合計8個の多極子の内から6個を選択すればよい。前記の球面収差(3次開口収差)説明と同様に、選択の基準は多極子に与える電位あるいは磁位が変化したときにビームの位置に与える影響が大きな多極子を選ぶようにする。詳細は省くが、本願発明者の研究結果によると、図4Bに示すように、標準多極子は1段目と2段目と4段目、斜め多極子は、1段目と3段目と4段目を選ぶこととする。   In the case of the correction of the fourth-order aperture aberration, the number of independent parameters can be reduced to six as described above. Therefore, six out of a total of eight multipoles including the four-stage standard multipole and the four-stage oblique multipole. Just select one. Similar to the explanation of the spherical aberration (third-order aperture aberration), the selection criterion is to select a multipole element that has a large influence on the beam position when the potential or magnetic position applied to the multipole element changes. Although details are omitted, according to the research result of the present inventor, as shown in FIG. 4B, the standard multipole has the first stage, the second stage, and the fourth stage, and the oblique multipole has the first stage and the third stage. Let's choose the 4th row.

前記の球面収差(3次開口収差)と同様に、先ず7が磁界型の対物レンズの場合について説明する。   As in the case of the spherical aberration (third-order aperture aberration), first, the case where 7 is a magnetic field type objective lens will be described.

補正前の10極子の補正電位について、1段目、2段目、4段目の多極子1,2,4に、極準10極子としての電位V,V,Vを与え、1段目、3段目、4段目の多極子1,3,4に、斜め10極子としての電位V,V,V与える。そして、この補正電位に対する試料面における補正前の収差係数について、X方向の位置に影響するα ,α α,α α ,αα ,α に比例する収差の係数をc,c,c,c,cとし、Y方向の位置に影響するα に比例する収差の係数をcとする。ここで、上記係数のうち、c,c,c,cは、Y方向の位置に影響するα ,α α,α α ,αα にもそれぞれ比例する。 Regarding the corrected potential of the 10-pole before correction, potentials V 1 , V 2 , and V 3 as pole quasi-10 poles are given to the first, second, and fourth multipoles 1, 2, and 4, respectively. Potentials V 4 , V 5 , and V 6 as oblique 10-pole elements are applied to the multi-pole elements 1, 3, and 4 in the third, third, and fourth stages. Then, the aberration coefficient before correction on the sample surface with respect to the correction potential is changed to α x 4 , α x 3 α y , α x 2 α y 2 , α x α y 3 , α y 4 that affects the position in the X direction. The proportional aberration coefficients are c 1 , c 4 , c 2 , c 5 , and c 3, and the aberration coefficient proportional to α y 4 that affects the position in the Y direction is c 6 . Here, among the above coefficients, c 4 , c 2 , c 5 , and c 3 are α x 4 , α x 3 α y , α x 2 α y 2 , and α x α y 3 that affect the position in the Y direction. Are also proportional to each.

次に、1段目、2段目、4段目の標準10極子の電位変化量をΔV,ΔV,ΔVとし、1段目、3段目、4段目の斜め10極子の電位変化量をΔV,ΔV,ΔVとする。 Next, the potential changes of the standard 10 poles of the first stage, the second stage, and the fourth stage are ΔV 1 , ΔV 2 , and ΔV 3, and the potentials of the first stage, the third stage, and the fourth stage oblique 10 poles. The amount of change is assumed to be ΔV 4 , ΔV 5 , ΔV 6 .

ここで、各ΔV(k=1〜6)の変化による収差係数c(j=1〜6)の変化は、標準多極子と斜め多極子とでは独立とはならず、互いに関係し合って、 Here, the change of the aberration coefficient c j (j = 1 to 6) due to the change of each ΔV k (k = 1 to 6) is not independent between the standard multipole element and the oblique multipole element, but is related to each other. And

Figure 0004313691
Figure 0004313691


で与えられるので、収差係数cを0にするための変化量ΔVは、連立方程式
[ajk][ΔV]=[−c
を解いて求められる。この結果、補正電位はk=1〜6に対して
+ΔV
となる。このようにすれば、補正前の収差係数cは、収差補正装置10で発生させた収差係数−cで打ち消すことができる。

Therefore, the change amount ΔV k for setting the aberration coefficient c j to 0 is the simultaneous equation [a jk ] [ΔV k ] = [− c j ].
Is required. As a result, the correction potential is V k + ΔV k for k = 1 to 6.
It becomes. In this way, the aberration coefficient c j before correction can be canceled by the aberration coefficient −c j generated by the aberration correction apparatus 10.

次に、前記球面収差(3次開口収差)と同様に、先ず対物レンズ7が静電型の場合について説明する。   Next, similarly to the spherical aberration (third-order aperture aberration), the case where the objective lens 7 is an electrostatic type will be described first.

先ず、補正前の10極子の補正電位について、1段目、2段目、4段目の多極子に、標準10極子としての電位V,V,Vを与え、1段目、3段目、4段目の多極子に、斜め10極子としての電位V,V,Vを与える。そして、この補正電位に対する試料面における補正前の収差係数について、X方向の位置に影響するα ,α α,α α ,αα ,α に比例する収差の係数をc,c,c,c,cとし、Y方向の位置に影響するα に比例する収差の係数をcとする。ここで、上記係数のうち、c,c,c,cは、Y方向の位置に影響するα ,α α,α α ,αα にもそれぞれ比例する。 First, regarding the correction potential of the 10-pole before correction, potentials V 1 , V 2 , and V 3 as standard 10-poles are given to the first, second, and fourth multipoles. Potentials V 4 , V 5 , and V 6 as oblique 10-poles are applied to the multi-poles at the fourth and fourth stages. Then, the aberration coefficient before correction on the sample surface with respect to the correction potential is changed to α x 4 , α x 3 α y , α x 2 α y 2 , α x α y 3 , α y 4 that affects the position in the X direction. The proportional aberration coefficients are c 1 , c 4 , c 2 , c 5 , and c 3, and the aberration coefficient proportional to α y 4 that affects the position in the Y direction is c 6 . Here, among the above coefficients, c 4 , c 2 , c 5 , and c 3 are α x 4 , α x 3 α y , α x 2 α y 2 , and α x α y 3 that affect the position in the Y direction. Are also proportional to each.

次に、1段目、2段目、4段目の標準10極子の電位変化量をΔV,ΔV,ΔVとし、1段目、3段目、4段目の斜め10極子の電位変化量をΔV,ΔV,ΔVとする。 Next, the potential changes of the standard 10 poles of the first stage, the second stage, and the fourth stage are ΔV 1 , ΔV 2 , and ΔV 3, and the potentials of the first stage, the third stage, and the fourth stage oblique 10 poles. The amount of change is assumed to be ΔV 4 , ΔV 5 , ΔV 6 .

ここで、各ΔV(k=1〜6)の変化による収差係数c(j=1〜6)の変化は、標準多極子と斜め多極子とではそれぞれ独立して、
標準多極子(j,k=1〜3):
Here, the change of the aberration coefficient c j (j = 1 to 6) due to the change of each ΔV k (k = 1 to 6) is independent between the standard multipole element and the oblique multipole element.
Standard multipole (j, k = 1 to 3):

Figure 0004313691
Figure 0004313691


斜め多極子(j,k=4〜6):

Oblique multipole (j, k = 4-6):

Figure 0004313691
Figure 0004313691


で与えられるので、収差係数cjを0にするための変化量ΔVは、連立方程式
標準多極子(j,k=1〜3):[ajk][ΔV]=[−c
斜め多極子(j,k=4〜6):[ajk][ΔV]=[−c
を解いて求められる。この結果、補正電位はk=1〜6に対して
+ΔV
となる。このようにすれば、補正前の収差係数cは、収差補正装置10で発生させた収差係数−cで打ち消すことができる。

Therefore, the change amount ΔV k for setting the aberration coefficient cj to 0 is the simultaneous equation standard multipole (j, k = 1 to 3): [a jk ] [ΔV k ] = [− c j ]
Oblique multipole (j, k = 4-6): [a jk ] [ΔV k ] = [− c j ]
Is required. As a result, the correction potential is V k + ΔV k for k = 1 to 6.
It becomes. In this way, the aberration coefficient c j before correction can be canceled by the aberration coefficient −c j generated by the aberration correction apparatus 10.

3次以下の開口収差が補正されている状態であれば、上記結果の収差補正電位を各多極子に設定すると、合計10個の4次の係数の内、計算に現れた6個の4次の開口収差係数c(j=1〜6)を0に打ち消すことができるだけでなく、他の計算には現れない4個の4次の開口収差係数も同時に実質的に0になることが確認できる。すなわち、4次開口収差補正に必要な独立な電位の数は、標準10極子で3個、斜め10極子で3個の合計6個で目的を達することが分かる。 If the third and lower order aperture aberrations are corrected, setting the aberration correction potential in the above result to each multipole will result in six fourth-order coefficients appearing in the calculation out of a total of ten fourth-order coefficients. It is confirmed that not only the aperture aberration coefficient c j (j = 1 to 6) can be canceled to 0, but also the four fourth-order aperture aberration coefficients that do not appear in other calculations become substantially 0 at the same time. it can. In other words, it can be seen that the number of independent potentials necessary for correcting the fourth-order aperture aberration reaches the object with a total of 6 independent potentials, 3 for the standard 10-pole element and 3 for the oblique 10-pole element.

上記で選んだ収差係数や電位を変える多極子は、電位の僅かな変化に対して収差係数の変化が大きくなるような組み合わせを選んでいる。特に標準10極子では2段目の多極子による変化率が大きく、斜め10極子では3段目の多極子による変化率が大きいので、少なくともこの2つを含めるようにするとよい。実際の補正において、画像から各種の収差係数またはこれらに対応するボケの量を正確に測定することが困難な場合には、上記の各電位変化ΔVに対して、画像のボケの変化が大きい方向に注目し、この方向の像のボケが最小になるように各Vを調整することを何度か繰り返せばよい。この操作によって、斜め6極子電位による収差補正を必要とするような系であっても、4次の開口収差をすべて0にできる。 For the multipole element that changes the aberration coefficient and the potential selected above, a combination is selected in which the change in the aberration coefficient becomes large with respect to a slight change in the potential. In particular, since the change rate due to the second-stage multipole element is large in the standard 10-pole element, and the change rate due to the third-stage multipole element is large in the oblique 10-pole element, it is preferable to include at least these two elements. In actual correction, when it is difficult to accurately measure various aberration coefficients or the amounts of blur corresponding to these from the image, the change in image blur is large with respect to each of the potential changes ΔV k described above. attention to the direction, may be repeated several times that blur the direction of the image to adjust each V k so as to minimize. By this operation, all fourth-order aperture aberrations can be reduced to zero even in a system that requires aberration correction by the oblique hexapole potential.

次に、5次開口収差の補正について図4Cと図1を参照して説明する。   Next, correction of fifth-order aperture aberration will be described with reference to FIGS. 4C and 1.

5次開口収差の補正の場合、前記の通り独立なパラメータは7個まで減らすことができるから、4段の標準多極子と4段の斜め多極子との合計8個の多極子の内から7個を選択すればよい。前記の球面収差(3次開口収差)説明と同様に、選択の基準は多極子に与える電位あるいは磁位が変化したときにビームの位置に与える影響が大きな多極子を選ぶようにする。詳細は省くが、本願発明者の研究結果によると、図4Cに示す様に、標準多極子は1〜4段全て、斜め多極子は、3段目を除く1段目と2段目と4段目を選ぶこととする。   In the case of correcting the fifth-order aperture aberration, the number of independent parameters can be reduced to 7 as described above, so 7 out of a total of 8 multipoles including a 4-stage standard multipole and a 4-stage oblique multipole. Just select one. Similar to the explanation of the spherical aberration (third-order aperture aberration), the selection criterion is to select a multipole element that has a large influence on the beam position when the potential or magnetic position applied to the multipole element changes. Although details are omitted, according to the research result of the present inventor, as shown in FIG. 4C, all of the standard multipole elements are 1 to 4 stages, and the oblique multipole elements are the first, second, and fourth stages except the third stage. The stage will be selected.

先ず、対物レンズ7が磁界型の場合について説明する。   First, the case where the objective lens 7 is a magnetic field type will be described.

多極子として電位的には標準配列の12極子を用いる場合、斜め6極子成分がある系で5次の開口補正を行うためには、1段目と4段目も電場・磁場重畳型とし、1段目と4段目の多極子コイル用電源21,24が必要になる(図1参照)。   In the case of using a standard arrangement of 12 poles as a multipole, in order to perform fifth-order aperture correction in a system with an oblique hexapole component, the first and fourth stages are also of the electric field / magnetic field superposition type, The power supplies 21 and 24 for the first and fourth stage multipole coils are required (see FIG. 1).

この補正を行うためには、補正前の12極子の補正電位について、1段目、2段目、3段目、4段目の多極子に、極準12極子としての電位V,V,V,Vを与え、1段目、2段目、4段目の多極子に、斜め12極子としての電位V,V,Vに相当する磁位を与える。そして、この補正電位に対する試料面における補正前の収差係数について、X方向の位置に影響するα ,α α,α α ,α α ,αα ,α に比例する収差の係数をc,c,c,c,c,cとし、Y方向の位置に影響するα に比例する収差の係数をcとする。ここで、上記係数のうち、c,c,c,c,cは、Y方向の位置に影響するα ,α α,α α ,α α ,αα にもそれぞれ比例する。 In order to perform this correction, the potentials V 1 and V 2 as the quasi-12 poles are added to the first, second, third, and fourth multipoles of the correction potential of the 12 poles before correction. , V 3 , and V 4 are given, and magnetic potentials corresponding to potentials V 5 , V 6 , and V 7 as oblique 12-poles are given to the first, second, and fourth stage multipole elements. Then, with respect to the aberration coefficient before correction on the sample surface with respect to this correction potential, α x 5 , α x 4 α y , α x 3 α y 2 , α x 2 α y 3 , α x α that affect the position in the X direction. The coefficients of aberration proportional to y 4 and α y 5 are c 1 , c 5 , c 2 , c 6 , c 3 , and c 7, and the coefficient of aberration proportional to α y 5 that affects the position in the Y direction is c. 4 Here, among the coefficients, c 5 , c 2 , c 6 , c 3 , and c 7 are α x 5 , α x 4 α y , α x 3 α y 2 , α x that affect the position in the Y direction. It is proportional to 2 α y 3 and α x α y 4 respectively.

次に、1段目、2段目、3段目、4段目の標準12極子の電位変化量をΔV1,ΔV,ΔV,ΔVとし、1段目、2段目、4段目の斜め12極子の電位変化量ΔV,ΔV,ΔVに相当する磁位とする。 Next, the first 12th stage, the 2nd stage, the 4th stage, and the 4th stage are set to ΔV 1 , ΔV 2 , ΔV 3 , and ΔV 4 , respectively. The magnetic potentials correspond to the potential changes ΔV 5 , ΔV 6 , and ΔV 7 of the oblique twelve poles of the eye.

ここで、各ΔV(k=1〜7)の変化による収差係数c(j=1〜7)の変化は、標準多極子と斜め多極子とでは独立とはならず、互いに関係し合って、 Here, the change of the aberration coefficient c j (j = 1 to 7) due to the change of each ΔV k (k = 1 to 7) is not independent between the standard multipole element and the oblique multipole element, but is related to each other. And

Figure 0004313691
Figure 0004313691


で与えられるので、収差係数cを0にするための変化量ΔVは、連立方程式
[ajk][ΔV]=[−c
を解いて求められる。この結果、補正電位はk=1〜7に対して
+ΔV
となる。このようにすれば、補正前の収差係数cは、収差補正装置10で発生させた収差係数−cで打ち消すことができる。なお、斜め12極子を実現する多極子1から4が12極子を越える場合には、前記の斜め12極子は、磁場型の磁位を利用せずに電位だけで実現可能である。

Therefore, the change amount ΔV k for setting the aberration coefficient c j to 0 is the simultaneous equation [a jk ] [ΔV k ] = [− c j ].
Is required. As a result, the correction potential is V k + ΔV k for k = 1 to 7.
It becomes. In this way, the aberration coefficient c j before correction can be canceled by the aberration coefficient −c j generated by the aberration correction apparatus 10. In addition, when the multipoles 1 to 4 that realize the oblique 12-pole exceed the 12-pole, the oblique 12-pole can be realized only by the potential without using the magnetic field type magnetic potential.

次に対物レンズ7が静電型の場合について説明する。   Next, the case where the objective lens 7 is an electrostatic type will be described.

1段目、2段目、3段目、4段目の多極子に、極準12極子としての電位V,V,V,Vを与え、1段目、2段目、4段目の多極子に、斜め12極子としての電位V,V,Vに相当する磁位を与える。そして、この補正電位に対する試料面における現在の収差係数について、X方向の位置に影響するα ,α α,α α ,α α ,αα ,α に比例する収差の係数をc,c,c,c,c,cとし、Y方向の位置に影響するα に比例する収差の係数をcとする。ここで、上記係数のうち、c,c,c,c,cは、Y方向の位置に影響するα ,α α,α α ,α α ,αα にもそれぞれ比例する。 Potentials V 1 , V 2 , V 3 , and V 4 as pole quasi-12 poles are applied to the first, second, third, and fourth multipoles, the first , second , and fourth stages. Magnetic potentials corresponding to potentials V 5 , V 6 , and V 7 as diagonal twelve poles are given to the multipole elements in the stage. Then, the current aberration coefficients in the specimen surface for the correction potential, alpha x 5 affecting the X-direction position, α x 4 α y, α x 3 α y 2, α x 2 α y 3, α x α y 4 , the coefficient of aberration proportional to α y 5 is c 1 , c 5 , c 2 , c 6 , c 3 , c 7, and the coefficient of aberration proportional to α y 5 that affects the position in the Y direction is c 4. And Here, among the coefficients, c 5 , c 2 , c 6 , c 3 , and c 7 are α x 5 , α x 4 α y , α x 3 α y 2 , α x that affect the position in the Y direction. It is proportional to 2 α y 3 and α x α y 4 respectively.

次に、1段目、2段目、3段目、4段目の標準12極子の電位変化量をΔV1,ΔV,ΔV,ΔVとし、1段目、2段目、4段目の斜め12極子の電位変化量ΔV,ΔV,ΔVに相当する磁位とする。 Next, the first 12th stage, the 2nd stage, the 4th stage, and the 4th stage are set to ΔV 1 , ΔV 2 , ΔV 3 , and ΔV 4 , respectively. The magnetic potentials correspond to the potential changes ΔV 5 , ΔV 6 , and ΔV 7 of the oblique twelve poles of the eye.

ここで、各ΔV(k=1〜7)の変化による収差係数c(j=1〜7)の変化は、標準多極子と斜め多極子とではそれぞれ独立して、
標準多極子(j,k=1〜4):
Here, the change in the aberration coefficient c j (j = 1 to 7) due to the change in each ΔV k (k = 1 to 7) is independent between the standard multipole element and the oblique multipole element.
Standard multipole (j, k = 1 to 4):

Figure 0004313691
Figure 0004313691

斜め多極子(j,k=5〜7):       Oblique multipole (j, k = 5-7):

Figure 0004313691
Figure 0004313691

で与えられるので、収差係数cを0にするための変化量ΔVkは、連立方程式
標準多極子(j,k=1〜3):[ajk][ΔV]=[−c
斜め多極子(j,k=5〜7):[ajk][ΔV]=[−c
を解いて求められる。この結果、補正電位はk=1〜7に対して
+ΔV
となる。このようにすれば、補正前の収差係数cは、収差補正装置10で発生させた収差係数−cで打ち消すことができる。
Therefore, the change amount ΔVk for setting the aberration coefficient c j to 0 is the simultaneous equation standard multipole (j, k = 1 to 3): [a jk ] [ΔV k ] = [− c j ]
Oblique multipole (j, k = 5-7): [a jk ] [ΔV k ] = [− c j ]
Is required. As a result, the correction potential is V k + ΔV k for k = 1 to 7.
It becomes. In this way, the aberration coefficient c j before correction can be canceled by the aberration coefficient −c j generated by the aberration correction apparatus 10.

4次までの開口収差が補正されている状態であれば、上記結果の収差補正電位および磁位を各多極子に設定すると、合計12個の5次の係数の内、計算に現れた7個の5次の開口収差係数c(j=1〜7)を0に打ち消すことができるだけでなく、他の計算には現れない5個の5次の開口収差係数も同時に実質的に0になることが確認できる。すなわち、5次開口収差補正に必要な独立な電位および磁位の数は、標準12極子で4個、斜め12極子で3個の合計7個で目的を達することが分かる。 If aperture aberrations up to the 4th order are corrected, when the aberration correction potential and magnetic position of the above result are set in each multipole, 7 out of a total of 12 5th order coefficients appear in the calculation. The fifth-order aperture aberration coefficient c j (j = 1 to 7) can be canceled to zero, and the five fifth-order aperture aberration coefficients that do not appear in other calculations are also substantially zero at the same time. I can confirm that. That is, it can be seen that the number of independent potentials and magnetic potentials necessary for correcting the fifth-order aperture aberration reaches the purpose with a total of 7 for the standard 12-pole element and 4 for the oblique 12-pole element.

上記で選んだ収差係数や電位および磁位を変える多極子は、電位や磁位の僅かな変化に対して収差係数の変化が大きくなるような組み合わせを選んでいる。実際の補正において、画像から各種の収差係数またはこれらに対応するボケの量を正確に測定することが困難な場合には、上記の各電位および磁位の変化ΔVに対して、画像のボケの変化が大きい方向に注目し、この方向の像のボケが最小になるように各Vを調整することを何度か繰り返せば良い。この操作によって、斜め6極子電位による収差補正を必要とするような系であっても、5次の開口収差を全て0にできる。 For the multipole element that changes the aberration coefficient, potential, and magnetic potential selected above, a combination is selected in which the change in the aberration coefficient becomes large with respect to a slight change in the potential or magnetic potential. In actual correction, when it is difficult to accurately measure various aberration coefficients or the amounts of blur corresponding to these from the image, the image blurs with respect to the above-described potential and magnetic potential change ΔV k . It is sufficient to pay attention to the direction in which the change of V is large and to adjust each V k several times so that the blur of the image in this direction is minimized. By this operation, all fifth-order aperture aberrations can be reduced to zero even in a system that requires aberration correction by an oblique hexapole potential.

図5は、第2の実施の形態を説明する図である。   FIG. 5 is a diagram for explaining the second embodiment.

前記の第1の実施の形態では、多極子として12極子を選び、この電極(または磁極)に印加する電位(または磁位)は、標準2n極子の電位(または磁位)と斜め2n極子の電位(または磁位)とをn=1〜6に対して増幅器A〜A12で加算して供給するように説明した。 In the first embodiment, a 12-pole is selected as the multipole, and the potential (or magnetic potential) applied to this electrode (or magnetic pole) is the standard 2n-pole potential (or magnetic potential) and the diagonal 2n-pole. It has been described that the potential (or magnetic potential) is supplied by adding the amplifiers A 1 to A 12 to n = 1 to 6.

しかし、これは考え方としてわかり易いようにしたためであり、図5に示すように、各増幅器A(i=1〜12)の入力に接続されるユニットは1個以上のアナログ・デジタル変換器(DAコンバータ)であり、各標準2n極子の電位(または磁位)と各斜め2n極子の電位(または磁位)を加算したものに対応する信号をこのDAコンバータから出力するようにして良い。また、このDAコンバータは粗調用と微調用に2つ以上に分けて構成しても良い。 However, this is because the concept is easy to understand. As shown in FIG. 5, the unit connected to the input of each amplifier A i (i = 1 to 12) includes one or more analog-digital converters (DA). A signal corresponding to the sum of the potential (or magnetic potential) of each standard 2n pole and the potential (or magnetic potential) of each diagonal 2n pole may be output from the DA converter. The DA converter may be divided into two or more for coarse adjustment and fine adjustment.

次に、表3〜6を参照して、第3の実施の形態について説明する。   Next, a third embodiment will be described with reference to Tables 3 to 6.

前記5次の開口収差の補正では、12極子として電位的に標準配列の12極子を用いた例について説明したが、斜め配列の12極子を用いても同様な効果が得られる。   In the correction of the fifth-order aperture aberration, the example in which the standard arrangement of 12 poles is used as the 12 pole has been described. However, the same effect can be obtained by using the oblique arrangement of 12 poles.

この場合は、1段目、2段目、3段目、4段目の多極子に、標準12極子としてV,V,V,Vに相当する磁位を与え、1段目、2段目、4段目の多極子に、斜め12極子としての電位V,V,Vを与え,前記5次の開口収差補正と同様な方法で、5次の開口収差を補正出来る。 In this case, magnetic potentials corresponding to V 1 , V 2 , V 3 , V 4 are given as standard 12-poles to the first , second , third , and fourth multipoles. Potentials V 5 , V 6 , and V 7 as oblique 12-pole elements are applied to the second and fourth multipole elements, and fifth-order aperture aberrations are corrected in the same manner as the fifth-order aperture aberration correction. I can do it.

次に、第4の実施の形態について説明する。   Next, a fourth embodiment will be described.

前記の例では6極子成分の内、標準6極子成分と斜め6極子成分が同時に混在する場合を前提に説明してきた。しかし、実際の装置においては、6極子成分の内、斜め6極子成分がない場合もある得る。従って、もし斜め6極子成分がない場合には、球面収差(3次開口収差)補正における斜め8極子、4次開口収差補正における斜め10極子、5次開口収差補正における斜め12極子は不要になる。例えば、収差係数や収差量、あるいは像のボケ量などから計算によって補正電圧を求める場合、もし斜め多極子成分が明らかに存在しないと分かっていれば、連立方程式から斜め多極子の電位を求める式を除いても問題は無いし、式も単純になる。   In the above example, the description has been made on the assumption that, among the hexapole components, the standard hexapole component and the diagonal hexapole component are mixed at the same time. However, in an actual apparatus, there may be a case where there is no oblique hexapole component among the hexapole components. Accordingly, if there is no oblique hexapole component, an oblique octupole in correcting spherical aberration (third-order aperture aberration), an oblique ten-pole in correcting fourth-order aperture aberration, and an oblique twelve-pole in correcting fifth-order aperture aberration are not required. . For example, when calculating the correction voltage from the aberration coefficient, aberration amount, image blur amount, etc., if it is known that the oblique multipole component does not exist clearly, the equation for obtaining the potential of the oblique multipole from the simultaneous equations There is no problem even if you remove, and the formula becomes simple.

次に、第5の実施の形態について説明する。   Next, a fifth embodiment will be described.

前記の磁場型12極子を用いた例では、12極子の各コイルに独立の電源を接続する例を示した。ところで、2次、3次および4次の開口収差補正と5次の開口収差補正の標準または斜め成分の何れか一方を静電型12極子で行う場合においては、残りの5次開口収差を補正する磁場型12極子について言えば、1段目と4段目の12極子では、磁場型12極子は12極子場発生専用として用いるようにして、12個のコイルは極性を考慮(隣り合った極性が逆転するように)してシリーズに接続し、1個の12極子に対し1個の12極子用電源で済ませることができる。また中央の2段目、3段目の磁場型12極子は、従来の色収差補正を行うための4極子場に、前記の標準(または斜め)12極子場を加えるだけなので、4極子場を発生させる専用のコイルと12極子専用のコイルとを別々に設けて、12極子専用のコイルは極性を考慮(隣り合った極性が逆転するように)してシリーズに接続し、1個の12極子に対し1個の12極子用電源で済ませることができる。実は、この様にすると、単に電源の数が少なくて済むというだけではなく、実験によれば、各電源の微妙な出力のずれに基づく無用な偏向場の発生が軽減できるメリットがある。   In the example using the magnetic field type 12-pole, an example in which an independent power source is connected to each coil of the 12-pole is shown. By the way, when the standard or oblique component of the second, third, and fourth order aperture aberration correction and the fifth order aperture aberration correction is performed by an electrostatic type 12-pole element, the remaining fifth order aperture aberration is corrected. As for the magnetic field type 12-pole, the 12-pole magnetic field type is used exclusively for the generation of the 12-pole field in the 1st stage and the 4th stage 12 poles, and the 12 coils consider the polarity (adjacent polarity). Can be connected to the series so that one 12-pole power supply can be used for each 12-pole element. In addition, the magnetic field type 12-pole in the second and third stages in the center generates a quadrupole field because it simply adds the standard (or oblique) 12-pole field to the conventional quadrupole field for correcting chromatic aberration. The coil for exclusive use and the coil for exclusive use of the 12-pole are separately provided, and the coil for exclusive use of the 12-pole is connected to the series in consideration of the polarity (so that the adjacent polarities are reversed). On the other hand, a single 12-pole power source can be used. In fact, in this way, not only the number of power supplies is reduced, but according to experiments, there is a merit that generation of useless deflection fields based on subtle deviations in output of each power supply can be reduced.

更に、以上の考え方を拡張すれば5次を超える開口収差の補正についても同様に行うことができるはずである。例えば、エネルギのより大きな荷電粒子ビームを用いた荷電粒子光学装置の場合には、5次を超える開口収差の補正による効果が期待できる可能性がある。   Furthermore, if the above idea is extended, correction of aperture aberrations exceeding the fifth order should be possible in the same manner. For example, in the case of a charged particle optical apparatus using a charged particle beam having a larger energy, there is a possibility that an effect by correcting aperture aberration exceeding the fifth order may be expected.

なお、本発明は、前記図1に示したような形態に限定されず、収差補正装置10と対物レンズ7との間に追加レンズを設ける場合や、収差補正装置10の前段に開き角制御レンズを用いる場合や、収差補正装置10と対物レンズ7の間にトランスファーレンズを設ける場合にも適用できる。   The present invention is not limited to the form shown in FIG. 1, and an opening angle control lens is provided when an additional lens is provided between the aberration correction apparatus 10 and the objective lens 7 or when the aberration correction apparatus 10 is in front of the aberration correction apparatus 10. The present invention can also be applied to the case where a transfer lens is provided between the aberration correction apparatus 10 and the objective lens 7.

以上、本発明について具体的に述べたが、念のため本発明の骨子を要約すると次の如くである。   Although the present invention has been specifically described above, the gist of the present invention is summarized as follows just in case.

元来、2次の開口収差は、機械精度や組立て精度に依存して発生する。従って、従来は、そのような機械精度等を十分に高めることによって、2次の開口収差は無視できるものとしてきた。しかしながら、もし荷電粒子光学装置の収差を極限まで補正しようとすると、機械精度や組立て精度についても極限まで向上させなければならなくなるが、機械精度や組立て精度をどこまでも高めていくことは、技術的にも経済的にも困難である。従って、収差補正装置の性能を高度に発揮させようとすると、2次の開口収差は無視できないということになる。   Originally, the secondary aperture aberration occurs depending on mechanical accuracy and assembly accuracy. Therefore, conventionally, the secondary aperture aberration has been made negligible by sufficiently increasing such mechanical accuracy. However, if you try to correct the aberration of the charged particle optical device to the limit, you will have to improve the mechanical accuracy and assembly accuracy to the maximum, but it is technically necessary to increase the mechanical accuracy and assembly accuracy to any extent. It is difficult both economically and economically. Therefore, if the performance of the aberration correction apparatus is to be demonstrated to a high degree, the secondary aperture aberration cannot be ignored.

2次の開口収差が無視できないとすると、当然、2次の開口収差が高次の収差にも影響を与えるから、高次の収差補正においてもそれを考慮しなくてはならない。そしてこのためには、4段の多極子の標準用多極子と斜め用多極子の合計8個の多極子をそれぞれ独立に制御して、収差の最適な補正条件を探し出してその条件に設定することが必要になる。   If the second-order aperture aberration cannot be ignored, naturally the second-order aperture aberration also affects the higher-order aberration, so that it must be taken into account in the higher-order aberration correction. For this purpose, a total of eight multipoles, that is, four-stage standard multipole elements and oblique multipole elements are independently controlled to find and set an optimal correction condition for aberrations. It will be necessary.

確かに、原理的にはそうであるが、独立に調整しなければならない因子の数が多いということは、装置の操作が大変に困難になることを意味する。更には、ある収差の補正に対して複数の解が出てしまうとか、実際に多極子に印加する電圧が異常に高い値になるとか、その高い電圧の印加に伴って新たな収差が発生するとかの不都合が起ったりする。そのような観点から、実用的には、独立な因子を適切に選択し、かつその数はできるだけ少ないことが望まれる。   Certainly, in principle, the large number of factors that must be adjusted independently means that the operation of the device becomes very difficult. Furthermore, there are multiple solutions for correcting a certain aberration, or the voltage actually applied to the multipole becomes an abnormally high value, or a new aberration occurs with the application of the high voltage. Such inconvenience may occur. From such a viewpoint, it is practically desired to appropriately select independent factors and to reduce the number thereof as much as possible.

本発明は、独立な因子の数を最小にすると共に合計8個の多極子のうちのどの多極子を独立に調整しなければならない因子として選択すべきかを提案している。すなわち、3次の開口収差(球面収差)の補正での独立な因子の数は5個、4次の開口収差の補正での独立な因子の数は6個、5次の開口収差の補正での独立な因子の数は7個として、それぞれ具体的に独立な因子としての多極子を選択している。そして、これら選択した多極子を用いて調整することによって、容易に収差が補正でき、収差補正装置を組み込んだ荷電粒子光学装置の操作上の実用性を高めることができる。   The present invention proposes which multipoles out of a total of 8 multipoles should be selected as factors that must be adjusted independently, while minimizing the number of independent factors. That is, the number of independent factors in correcting third-order aperture aberration (spherical aberration) is five, the number of independent factors in correcting fourth-order aperture aberration is six, and correction of fifth-order aperture aberration. The number of independent factors is 7 and a multipole as a specific independent factor is selected. By adjusting using these selected multipole elements, the aberration can be easily corrected, and the operational practicality of the charged particle optical device incorporating the aberration correcting device can be enhanced.

第1の実施の形態の荷電粒子光学装置を示す図である。It is a figure which shows the charged particle optical apparatus of 1st Embodiment. 収差補正装置を組み込んだ走査電子顕微鏡を示す図である。It is a figure which shows the scanning electron microscope incorporating the aberration correction apparatus. 電源の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of a power supply. 多極子による収差補正を説明する図である。It is a figure explaining the aberration correction by a multipole element. 第2の実施の形態を説明する図である。It is a figure explaining 2nd Embodiment. 従来の荷電粒子光学装置を示す図である。It is a figure which shows the conventional charged particle optical apparatus. 内半径aを持つ静電型および電場・磁場重畳型の12極子を示す図である。It is a figure which shows the 12 type | mold of an electrostatic type | mold with an inner radius a, and an electric field and magnetic field superimposition type | mold. 12極子を用いて実現する多極子電位を示す図である。It is a figure which shows the multipole electric potential implement | achieved using 12 poles.

符号の説明Explanation of symbols

1、2、3、4:多極子
7:対物レンズ
8:絞り
10:収差補正装置
20:試料面
PP:対物レンズ7の主面
LO:光軸
9:操作表示部
19:制御部
11〜14、17、21〜24:電源
31:電源部
32:供給部
1, 2, 3, 4: Multipole 7: Objective lens 8: Aperture 10: Aberration correction device 20: Sample surface PP: Main surface LO of objective lens 7: Optical axis 9: Operation display unit 19: Control units 11-14 17, 21 to 24: power supply 31: power supply unit 32: supply unit

Claims (15)

荷電粒子ビームをフォーカスさせて試料に照射する荷電粒子光学装置において、
(1)荷電粒子ビームの光軸に沿って配置された4段の多極子と、
(2)前記4段の多極子のうち少なくとも3個の多極子には標準8極子の電位または磁位を独立に与え、少なくとも2個の多極子には斜め8極子の電位または磁位を独立に与える、5個以上の独立な8極子電位または磁位を供給できる独立可変電源と、
(3)前記4段の多極子のうち少なくとも1個の多極子には一定の値または前記独立可変電源のうちの何れかの値に従属させた値の標準または斜め8極子の電位または磁位を与える、1個以上の8極子電位または磁位を供給できる非独立可変電源と、
(4)前記5個以上の独立可変電源の8極子電位または磁位を互いに独立に調整することにより、3次開口収差を補正する制御手段と、
を有することを特徴とする荷電粒子光学装置。
In a charged particle optical device that focuses a charged particle beam and irradiates a sample,
(1) four-stage multipole elements arranged along the optical axis of the charged particle beam;
(2) Of the four-stage multipoles, at least three multipoles are independently given standard octupole potentials or magnetic potentials, and at least two multipoles are given oblique octupole potentials or magnetic potentials independently. An independent variable power supply capable of supplying five or more independent octupole potentials or magnetic potentials,
(3) At least one multipole of the four-stage multipoles has a standard value or a potential or magnetic potential of an oblique octupole of a constant value or a value subordinate to any value of the independent variable power supply. A non-independent variable power supply capable of supplying one or more octupole potentials or magnetic potentials,
(4) Control means for correcting third-order aperture aberration by independently adjusting the octupole potential or magnetic potential of the five or more independent variable power supplies;
A charged particle optical device comprising:
前記独立な標準8極子の電位または磁位のうち少なくとも2個は中央の2段目と3段目の前記多極子に供給され、前記独立な斜め8極子の電位または磁位のうち少なくとも2個は1段目と4段目の前記多極子に供給されることを特徴とする請求項1記載の荷電粒子光学装置。 At least two of the independent standard octupole potentials or magnetic potentials are supplied to the second and third multipoles in the middle, and at least two of the independent oblique octupole potentials or magnetic potentials. The charged particle optical device according to claim 1, wherein the first and fourth multipole elements are supplied to the charged particle optical apparatus. 前記4段の多極子のうち少なくとも3個の多極子には標準10極子の電位または磁位を独立に与え、少なくとも3個の多極子には斜め10極子の電位又は磁位を独立に与える、6個以上の独立な10極子電位または磁位を供給できる独立可変電源と、前記6個以上の独立可変電源の10極子電位または磁位を互いに独立に調整することにより、4次の開口収差を補正する制御手段を合わせ備えたことを特徴とする請求項1乃至2の何れか1項に記載の荷電粒子光学装置。 A standard 10-pole potential or magnetic potential is independently given to at least 3 multipoles among the 4-stage multipoles, and an oblique 10-pole potential or magnetic potential is independently given to at least 3 multipoles. By independently adjusting the independent variable power supply capable of supplying 6 or more independent 10-pole potentials or magnetic potentials and the 10-pole potential or magnetic potential of the 6 or more independent variable power supplies, the fourth-order aperture aberration can be reduced. The charged particle optical apparatus according to claim 1, further comprising a control unit for correcting the charged particle optical apparatus. 前記4段の多極子の全てに標準12極子の電位または磁位を独立に与え、3個の多極子には斜め12極子の電位または磁位を独立に与える、7個の独立な12極子電位または磁位を供給できる独立可変電源と、前記7個の12極子電位または磁位を互いに独立に調整することにより、5次の開口収差を補正する制御手段を合わせ備えたことを特徴とする請求項1乃至3の何れか1項に記載の荷電粒子光学装置。 Seven independent 12-pole potentials, each of which has a standard 12-pole potential or magnetic potential independently applied to all of the four-stage multipoles, and each of the three multi-poles independently has an oblique 12-pole potential or magnetic potential. Or an independent variable power source capable of supplying a magnetic potential and a control means for correcting fifth-order aperture aberration by independently adjusting the seven 12-pole potentials or magnetic potentials. Item 4. The charged particle optical device according to any one of Items 1 to 3. 前記4段の多極子は12極子であって、かつ前記4段の12極子のうち少なくとも中央の2段が電場・磁場重畳型であって、
前記4段の12極子に4個の独立な4極子電位を供給するとともに、前記電場・磁場重畳型の多極子に少なくとも2個以上の独立な4極子磁位を供給する独立可変電源と、
を有することを特徴とする請求項1乃至4の何れか1項に記載の荷電粒子光学装置。
The 4-stage multipole is a 12-pole, and at least the central 2-stage of the 4-stage 12-pole is an electric field / magnetic field superposition type,
An independent variable power supply for supplying four independent quadrupole potentials to the four-stage twelve poles and at least two or more independent quadrupole magnetic potentials to the electric field / magnetic field superposed multipoles;
5. The charged particle optical device according to claim 1, wherein
荷電粒子ビームをフォーカスさせて試料に照射する荷電粒子光学装置において、
(1)荷電粒子ビームの光軸に沿って配置された4段の多極子と、
(2)前記4段の多極子のうち少なくとも3個の多極子には標準10極子の電位または磁位を独立に与え、少なくとも3個の多極子には斜め10極子の電位または磁位を独立に与える、6個以上の独立な10極子電位または磁位を供給できる独立可変電源と、
(3)前記4段の多極子のうち少なくとも1個の多極子には一定の値または前記独立可変電源のうちの何れかの値に従属させた値の標準または斜め10極子の電位または磁位を与える、1個以上の10極子電位または磁位を供給できる非独立可変電源と、
(4)前記6個以上の独立可変電源の10極子電位または磁位を互いに独立に調整することにより、4次の開口収差を補正する制御手段と、
を有することを特徴とする荷電粒子光学装置。
In a charged particle optical device that focuses a charged particle beam and irradiates a sample,
(1) four-stage multipole elements arranged along the optical axis of the charged particle beam;
(2) Among the four-stage multipoles, at least three multipoles are independently given standard ten-pole potentials or magnetic potentials, and at least three multipoles are given oblique ten-pole potentials or magnetic potentials independently. An independent variable power supply capable of supplying 6 or more independent 10-pole potentials or magnetic potentials,
(3) At least one multipole of the four-stage multipoles has a standard value or a potential or magnetic potential of a standard value or a slanted 10-pole value depending on any value of the independent variable power source. A non-independent variable power supply capable of supplying one or more 10-pole potentials or magnetic potentials,
(4) control means for correcting fourth-order aperture aberration by independently adjusting the ten-pole potential or magnetic potential of the six or more independent variable power supplies;
A charged particle optical device comprising:
前記独立な標準10極子の電位または磁位のうち少なくとも1個は2段目の前記多極子に供給され、前記独立な斜め10極子の電位または磁位のうち少なくとも1個は3段目の前記多極子に供給されることを特徴とする請求項6に記載の荷電粒子光学装置。 At least one of the independent standard 10-pole potential or magnetic potential is supplied to the second-stage multipole, and at least one of the independent oblique 10-pole potential or magnetic potential is supplied to the third-stage multipole. The charged particle optical device according to claim 6, wherein the charged particle optical device is supplied to a multipole element. 前記独立な標準10極子の電位または磁位のうち少なくとも3個は1段目、2段目、4段目の前記多極子に供給され、前記独立な斜め10極子の電位または磁位のうち少なくとも3個は1段目、3段目、4段目の前記多極子に供給されることを特徴とする請求項6記載の荷電粒子光学装置。 At least three of the independent standard 10-pole potentials or magnetic potentials are supplied to the first, second, and fourth-stage multipoles, and at least the independent oblique 10-pole potentials or magnetic potentials. 7. The charged particle optical device according to claim 6, wherein three are supplied to the first, third, and fourth multipole elements. 前記4段の多極子の全てに標準12極子の電位または磁位を独立に与え、3個の多極子には斜め12極子の電位または磁位を独立に与える、7個の独立な12極子電位または磁位を供給できる独立可変電源と、前記7個の12極子電位または磁位を互いに独立に調整することにより、5次の開口収差を補正する制御手段を合わせ備えたことを特徴とする請求項6乃至8の何れか1項に記載の荷電粒子光学装置。 Seven independent 12-pole potentials, each of which has a standard 12-pole potential or magnetic potential independently applied to all of the four-stage multipoles, and each of the three multi-poles independently has an oblique 12-pole potential or magnetic potential. Or an independent variable power source capable of supplying a magnetic potential and a control means for correcting fifth-order aperture aberration by independently adjusting the seven 12-pole potentials or magnetic potentials. Item 9. The charged particle optical device according to any one of Items 6 to 8. 前記4段の多極子は12極子であって、かつ前記4段の12極子のうち少なくとも中央の2段が電場・磁場重畳型であって、
前記4段の12極子に4個の独立な4極子電位を供給するとともに、前記電場・磁場重畳型の多極子に少なくとも2個以上の独立な4極子磁位を供給する独立可変電源と、
を有することを特徴とする請求項4乃至9の何れか1項に記載の荷電粒子光学装置。
The 4-stage multipole is a 12-pole, and at least the central 2-stage of the 4-stage 12-pole is an electric field / magnetic field superposition type,
An independent variable power supply for supplying four independent quadrupole potentials to the four-stage twelve poles and at least two or more independent quadrupole magnetic potentials to the electric field / magnetic field superposed multipoles;
The charged particle optical device according to claim 4, wherein
荷電粒子ビームをフォーカスさせて試料に照射する荷電粒子光学装置において、
(1)荷電粒子ビームの光軸に沿って配置された4段の多極子と、
(2)前記4段の多極子の全てに標準12極子の電位または磁位を独立に与え、3個の前記多極子には斜め12極子の電位または磁位を独立に与える、7個の独立な12極子電位または磁位を供給できる独立可変電源と、
(3)前記4段の多極子のうち1個の多極子には一定の値または前記独立可変電源のうちの何れかの値に従属させた値の斜め12極子の電位または磁位を与える、1個の12極子電位または磁位を供給できる非独立可変電源と、
(4)前記7個の独立可変電源の12極子電位または磁位を互いに独立に調整することにより、5次の開口収差を補正する制御手段と、
を有することを特徴とする荷電粒子光学装置。
In a charged particle optical device that focuses a charged particle beam and irradiates a sample,
(1) four-stage multipole elements arranged along the optical axis of the charged particle beam;
(2) The standard 12-pole potential or magnetic potential is independently given to all of the four-stage multipoles, and the seven independent multi-poles are independently given oblique 12-pole potentials or magnetic potentials. An independent variable power supply capable of supplying a 12-pole potential or magnetic potential;
(3) One of the four-stage multipoles is given a potential or magnetic potential of a slanted 12-pole having a constant value or a value dependent on any one of the independent variable power supplies. A non-independent variable power supply capable of supplying one 12-pole potential or magnetic potential;
(4) Control means for correcting fifth-order aperture aberration by independently adjusting the 12-pole potential or magnetic potential of the seven independent variable power supplies;
A charged particle optical device comprising:
前記独立な斜め12極子の電位または磁位は1段目、2段目、4段目の前記多極子に供給されることを特徴とする請求項11記載の荷電粒子光学装置。 12. The charged particle optical device according to claim 11, wherein the potential or magnetic potential of the independent oblique 12-pole is supplied to the first, second, and fourth multipole elements. 前記4段の多極子は12極子であって、かつ前記4段の12極子のうち少なくとも中央の2段が電場・磁場重畳型であって、
前記4段の12極子に4個の独立な4極子電位を供給するとともに、前記電場・磁場重畳型の多極子に少なくとも2個以上の独立な4極子磁位を供給する独立可変電源と、
を有することを特徴とする請求項11および12の何れか1項に記載の荷電粒子光学装置。
The 4-stage multipole is a 12-pole, and at least the central 2-stage of the 4-stage 12-pole is an electric field / magnetic field superposition type,
An independent variable power supply for supplying four independent quadrupole potentials to the four-stage twelve poles and at least two or more independent quadrupole magnetic potentials to the electric field / magnetic field superposed multipoles;
13. The charged particle optical device according to claim 11, wherein the charged particle optical device comprises:
試料に荷電粒子ビームをフォーカスさせて試料に照射する荷電粒子光学装置において、
(1)荷電粒子ビームの光軸に沿って配置された、電場・磁場重畳型の標準配列の12極子を用いた4段の多極子と、
(2)前記4段の多極子の全てに標準12極子の電位を独立に与え、3個の多極子に斜め12極子の磁位を独立に与える独立可変電源と、
(3)前記4段の多極子のうち1個の多極子には一定の値または前記独立可変電源のうちの何れかの値に従属させた値の斜め12極子の磁位を与える、1個の12極子磁位を供給できる非独立可変電源と、
(4)前記4個の独立な12極子電位および前記3個の独立な12極子磁位を調整することにより、5次の開口収差を補正する制御手段と、
を有することを特徴とする荷電粒子光学装置。
In a charged particle optical apparatus that focuses a charged particle beam on a sample and irradiates the sample,
(1) A four-stage multipole using a standard arrangement of 12 poles of a superposed electric / magnetic field type arranged along the optical axis of the charged particle beam;
(2) An independent variable power supply that independently applies a standard 12-pole potential to all of the four-stage multipoles, and independently gives an oblique 12-pole magnetic potential to three multipoles;
(3) One of the four-stage multipoles is given a magnetic value of an oblique 12-pole having a constant value or a value dependent on any of the independent variable power supplies. A non-independent variable power supply capable of supplying a 12-pole magnetic potential of
(4) control means for correcting fifth-order aperture aberration by adjusting the four independent 12-pole potentials and the 3 independent 12-pole magnetic potentials;
A charged particle optical device comprising:
荷電粒子ビームをフォーカスさせて試料に照射する荷電粒子光学装置において、
(1)荷電粒子ビームの光軸に沿って配置された、電場・磁場重畳型の斜め配列の12極子場を用いた4段の多極子と、
(2)前記4段の多極子の全てに標準12極子の磁位を独立に与え、3個の多極子に斜め12極子の電位を独立に与える独立可変電源と、
(3)前記4段の多極子のうち1個の多極子には一定の値または前記独立可変電源のうちの何れかの値に従属させた値の斜め12極子の電位を与える、1個の12極子電位を供給できる非独立可変電源と、
(4)前記4個の独立な12極子磁位および前記3個の独立な12極子電位を調整することにより、5次の開口収差を補正する制御手段と、
を有することを特徴とする荷電粒子光学装置。
In a charged particle optical device that focuses a charged particle beam and irradiates a sample,
(1) A four-stage multipole using an oblique electric field / magnetic field superposition type 12-pole array arranged along the optical axis of the charged particle beam;
(2) An independent variable power supply that independently gives the magnetic potential of a standard 12-pole to all of the four-stage multipoles, and independently gives the potential of the oblique 12-pole to three multipoles;
(3) One multipole element among the four-stage multipole elements is supplied with a potential of an oblique twelve-pole element having a constant value or a value dependent on any one of the independent variable power supplies. A non-independent variable power supply capable of supplying a 12-pole potential;
(4) control means for correcting fifth-order aperture aberration by adjusting the four independent 12-pole magnetic potentials and the 3 independent 12-pole potentials;
A charged particle optical device comprising:
JP2004030979A 2003-02-14 2004-02-06 Charged particle optics Expired - Fee Related JP4313691B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004030979A JP4313691B2 (en) 2003-02-14 2004-02-06 Charged particle optics

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003036507 2003-02-14
JP2004030979A JP4313691B2 (en) 2003-02-14 2004-02-06 Charged particle optics

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2004265864A JP2004265864A (en) 2004-09-24
JP4313691B2 true JP4313691B2 (en) 2009-08-12

Family

ID=33133980

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2004030979A Expired - Fee Related JP4313691B2 (en) 2003-02-14 2004-02-06 Charged particle optics

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4313691B2 (en)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006114305A (en) * 2004-10-14 2006-04-27 Jeol Ltd Multipole field correction method and device
JP4607558B2 (en) * 2004-11-22 2011-01-05 日本電子株式会社 Charged particle optical apparatus and aberration correction method
JP4988216B2 (en) * 2006-02-03 2012-08-01 株式会社日立ハイテクノロジーズ Charged particle beam equipment equipped with an aberration correction device
DE102008035297B4 (en) * 2007-07-31 2017-08-17 Hitachi High-Technologies Corporation A charged particle beam aberration correcting device in an optical system of a charged particle beam device and a charged particle beam device having the aberration correcting device
JP5237734B2 (en) * 2008-09-24 2013-07-17 日本電子株式会社 Aberration correction apparatus and charged particle beam apparatus including the aberration correction apparatus
US8536538B2 (en) * 2011-02-16 2013-09-17 Kla-Tencor Corporation Multiple-pole electrostatic deflector for improving throughput of focused electron beam instruments
DE102018124219A1 (en) * 2018-10-01 2020-04-02 Carl Zeiss Microscopy Gmbh Multi-beam particle beam system and method for operating such a system

Also Published As

Publication number Publication date
JP2004265864A (en) 2004-09-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Rose Optics of high-performance electron microscopes
EP2325863B1 (en) Corrector for axial aberrations of a particle-optical lens
US6723997B2 (en) Aberration corrector for instrument utilizing charged-particle beam
JP5623719B2 (en) Chromatic aberration correction apparatus and method for correcting charged particle beam apparatus
EP2020673B1 (en) Aberration correction system
US7015481B2 (en) Charged-particle optical system
JP2004303547A (en) Electron beam device with aberration corrector
JP5294811B2 (en) Compensators for on-axis and off-axis beam paths
EP1780763B1 (en) Charged particle beam system with higher-order aberration corrector
JP4133602B2 (en) Aberration correction method in charged particle beam apparatus and charged particle beam apparatus
EP2453463B1 (en) Method of making axial alignment of charged particle beam and charged particle beam system
JP5502595B2 (en) Spherical aberration correction apparatus and spherical aberration correction method
JP6647854B2 (en) Aberration correction method and charged particle beam device
JP4313691B2 (en) Charged particle optics
JP2004087460A (en) Charged particle beam apparatus equipped with aberration correcting device
JP2015026431A (en) Spherical aberration correction apparatus, spherical aberration correction method and charged particle beam device
EP3547348B1 (en) Aberration corrector and charged particle beam device
JP4705812B2 (en) Charged particle beam device with aberration correction device
JP2006216299A (en) Charged particle beam device, and axis adjusting method of aberration correction device of the same
CN112837983A (en) Multipole six-step and higher STEM corrector
JP4328192B2 (en) Multipole field generating device and aberration correcting device in charged particle optical system
JP4607558B2 (en) Charged particle optical apparatus and aberration correction method
JP4063633B2 (en) Aberration correction apparatus in charged particle beam apparatus
JP6808772B2 (en) Energy filter and charged particle beam device
JP2004103305A (en) Aberration correcting device in charged particle beam device

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20061130

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20090401

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20090512

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20090515

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120522

Year of fee payment: 3

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 4313691

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120522

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130522

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130522

Year of fee payment: 4

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees