JPH04328232A - 荷電粒子ビーム装置 - Google Patents

荷電粒子ビーム装置

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JPH04328232A
JPH04328232A JP4033521A JP3352192A JPH04328232A JP H04328232 A JPH04328232 A JP H04328232A JP 4033521 A JP4033521 A JP 4033521A JP 3352192 A JP3352192 A JP 3352192A JP H04328232 A JPH04328232 A JP H04328232A
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particle beam
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Der Mast Karel D Van
カレル　ディーデリック　ファン　デル　マスト
Jong Alan F De
アラン　フランク　デ　ヨンフ
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    • H01J2237/15—Means for deflecting or directing discharge
    • H01J2237/151—Electrostatic means
    • H01J2237/1514—Prisms

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  • Analytical Chemistry (AREA)
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、物体平面に荷電粒子ビ
ームを放出するビーム源と、光軸に沿って配置され、物
体平面の像を形成するための少なくとも１個のレンズを
具えている粒子−光学素子と、前記少なくとも１個のレ
ンズによる像の球面及び／又は色収差を補正するための
補正素子とを具え、該補正素子が光軸に対して垂直に延
在する補正平面に磁位及び／又は電位分布を発生するた
めの多重極素子を具えている荷電粒子ビーム装置に関す
るものである。
【０００２】
【従来の技術】この種の荷電粒子ビーム装置は米国特許
第４，４１４，４７４号明細書から既知である。この米
国特許明細書には電子顕微鏡の球面収差を補正する補正
素子が開示されている。球面収差は光軸上の一点から電
子光学レンズに入射する電子がレンズの光軸に近い部分
よりもレンズの周縁部で強く偏向させるために発生する
。光軸上に位置する一点はレンズによりｒ＝ＭＣＳ　α
３　で与えられる半径ｒを有するスポットとして結像さ
れる。ここで、ＣＳ　は球面収差係数、Ｍは横倍率及び
αは光軸上の前記点においてレンズの半径が張る角度で
ある。球面収差はビーム絞りにより低減し得るが、この
方法は結像すべき物体の情報の損失が生ずるので有利で
ない。球面収差係数を減少させることもできる。
【０００３】電荷電流密度が零の無電荷空間内の静電界
又は磁界はラプラス方程式を満足するポテンシャル（電
位又は磁位）分布で記述される。円筒対称系ではこのポ
テンシャル分布は光軸からの距離の偶数ベキのみを含む
光軸を中心とする総数に展開することができる。このポ
テンシャル分布と関連する電界又は磁界はこの分布の導
関数を決定することにより見出せる。これら電界又は磁
界内の荷電粒子の軌道の計算に、光軸を中心とする総数
展開の、光軸からの距離のベキが１以下の電界又は磁界
項のみを考慮に入れると、一次軌道が見出せる。荷電粒
子の軌道の計算に、１より大きい光軸からの距離のベキ
を有する電界又は磁界項を考慮に入れると、一次軌道か
らずれた三次軌道が見出せる。光軸上の一点から出た荷
電粒子に対し、一次軌道と三次軌道との間の像平面にお
ける偏差を球面収差という。磁界に対する球面収差の係
数は物体平面と像平面との間の光軸に沿う積分で表わす
ことができる。円筒対称系に対し、シェルツェルがこの
積分は常に負になることを証明している。従って、球面
収差は円筒対称の粒子光学系により補正することはでき
ない。既知の方法に従って円形レンズの周囲に２個の６
重極を具える補正素子を用いると、円筒対称粒子光学系
により導入される球面収差に対抗する三次効果が電子軌
道に及ぼされる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】このような補正素子は
、光軸のかなり長い部分に亘って補正を生じ、この補正
素子はこの方向に１０ｃｍの長さを有し、かなり大きな
スペースを占めるという欠点を有する。この結果、この
補正素子を既存の粒子光学装置内に組み込むのは困難で
ある。また、このような補正素子の位置決めに課される
要件は厳しく、満足させるのが困難である。更に、この
補正素子の寸法は大きいので、補正素子の領域ではまだ
像情報が拡大されないため、電磁妨害の影響の受け易さ
が増大する。
【０００５】本発明の目的は光軸方向に比較的小さな寸
法を有する補正素子を具える上述した種類の荷電粒子ビ
ーム装置を提供することにある。この目的のために、本
発明は物体平面に荷電粒子ビームを放出するビーム源と
、光軸に沿って配置され、物体平面の像を形成するため
の少なくとも１個のレンズを具えている粒子−光学素子
と、前記少なくとも１個のレンズによる像の球面及び／
又は色収差を補正するための補正素子とを具え、該補正
素子が光軸に対して垂直に延在する補正平面に磁位及び
／又は電位分布を発生するための多重極素子を具えてい
る荷電粒子ビーム装置において、当該荷電粒子ビーム装
置が、補正方向を調整するために前記補正平面における
磁位及び／又は電位分布を回転させる手段を具えている
ことを特徴とする。重要な像情報が位置することが予め
わかっている、光軸に垂直な補正平面内の方向において
のみ収差の補正を行なうため、光軸方向に比較的小さな
寸法（例えば１〜２ｃｍ）を有する補正素子の使用で十
分である。例えば、多重極素子の極の選択的駆動又はこ
れら極の相対強度の調整により電位又は磁位（ポテンシ
ャル）分布を回転させて収差を補正平面内で種々の方向
に対し順次補正して、補正方向の分解能が増大した多数
の補正された像を得ることができる。
【０００６】本発明荷電粒子ビーム装置の一例では、種
々の方向にて順次補正された多数の像を合成する手段を
設ける。補正された像を例えばコンピュータの画像メモ
リ内で合成することにより又は写真乾板上に重畳するこ
とにより物体の補正全像を得ることができる。
【０００７】本発明荷電粒子ビーム装置の他の例では、
補正平面をレンズの主平面と共役な平面と一致させる。 レンズにより導入される球面及び／又は色収差は前記補
正素子により補正されるので、この補正素子はレンズの
主平面に等価な平面に位置させるのが好ましい。レンズ
の主平面とは、ここでは、レンズ誤差（もしあれば）が
導入されるレンズの作用平面を意味するものと理解され
たい。
【０００８】本発明荷電粒子ビーム装置の更に他の例で
はレンズを対物レンズとする。電子顕微鏡においては、
前記補正素子は対物レンズの背後の、通常無非点収差素
子が設けられる区域に配置するのが好ましい。走査形電
子顕微鏡においては、前記補正素子は対物レンズの近く
に、即ち試料の前に配置するのが好ましい。対物レンズ
は、その比較的大きな開口角（例えば２０ｍｒａｄ）の
ために、他のレンズと比較して大きな球面収差及び色収
差を発生する。前記補正素子は、小寸法である結果とし
て、透過形電子顕微鏡の対物レンズの背後に配置された
無非点収差素子と結合することができる。
【０００９】本発明荷電粒子ビーム装置の更に他の例で
は、像の補正方向を選択する像処理工程に組込む像処理
系を設ける。このように像処理系を用いて像から所望の
方向、特に補正方向を、フーリエ空間内のこの方向を選
択し他の方向を抑圧することにより選択することができ
る。この選択は強度に基づいて行なう。
【００１０】透過形電子顕微鏡として構成された本発明
荷電粒子ビーム装置の更に他の例では、レンズの後焦平
面にて補正方向を選択する絞りを具え、該絞り及び荷電
粒子ビームを互いに可動自在とし、この動きを前記補正
素子の磁位及び／又は電位分布の回転に結合させるよう
にする。対物レンズの後焦平面における電子波動関数は
フーリエ変換形に表わせる。原像内の各方向は直線で表
わせる。絞りを用いて方向を選択することができる。選
択方向を補正方向に対応させる種々の方法が可能である
。第１の方法は絞りを光軸を中心に回転多重極場と一緒
に回転させるものである。この場合画像処理ステップは
例えば重畳とする。第２の方法は、絞りを回転させる代
りに、試料に入射する電子ビームを傾斜させ、その傾斜
方向を回転させる。この場合の電子波動関数は対物レン
ズの後焦平面における固定絞りに対し回転する。これら
のフィルタ技術の利点は、波動関数の位相情報が維持さ
れることにある。このような像処理は像再構成に有利に
用いることができる。他の利点は非直線結像が著しく抑
圧されることにあり、これは絞り内の非直線結像のみが
重要であるだけであるためである。
【００１１】本発明荷電粒子ビーム装置の更に他の例で
は、球面収差の補正のためにポテンシャル分布は８重極
分布を具えるものとする。８重極は荷電粒子に光軸の方
向に向いた力を２つの直交方向に及ぼし、この力は光軸
からの荷電粒子の距離の３乗に比例する。８重極により
荷電粒子に及ぼされる力は光軸から他の２つの直交方向
に離れる向きである。光軸から離れる向きの力はレンズ
の周縁部に入射し球面収差のために光軸方向に過度に偏
向される粒子の軌道の角度を変化させ、過度の偏向を補
正する。８重極素子は「Ｏｐｔｉｋ　３３，　Ｖｏｌ．
　６」１９７１年、ｐｐ　５９１〜５９６　のビー・バ
スチン、ケー・スペングラー及びディー・ティプケの論
文「Ｅｉｎ　ｅｌｅｋｔｒｉｓｃｈ−ｍａｇｎｅｔｉｓ
ｃｈｅｓ　Ｏｋｔｕｐｏｌｅｌｅｍｅｎｔ　ｚｕｒ　ｓ
ｐｈａｒｉｓｃｈｅｎ　ｕｎｄ　ｃｈｒｏｍａｔｉｓｃ
ｈｅｎ　Ｋｏｒｒｅｋｔｕｒ　ｖｏｎ　Ｅｌｅｃｔｒｏ
ｎｅｎｌｉｎｓｅｎ　」に記載されている。これに記載
されている８重極はリング上に８個の半径方向に延在す
る磁極片を取付け、各磁極片にコイルを巻装している。 このような８重極は光軸に対し一つの固定の向きにおい
て三次球面収差を２つの直交方向に補正するのに好適で
あるだけである。例えば１６個の８重極を具えるこのよ
うな構成を用いると、それらのコイルの選択的励磁によ
り種々の向きの多数の８重極磁場を得ることができる。 この目的のために、例えば各コイルは自分用の制御電圧
源又は電流源を具えるものとする。各８個の２群のコイ
ルにより光軸に対し互いに２２．５°ずれた向きの２つ
の８重極磁場を発生させることができる。２つの８重極
磁場を合成し、２群のコイルの励磁の割合を調整するこ
とにより任意所望の向きを有する１つの８重極磁場を形
成することができる。
【００１２】本発明荷電粒子ビーム装置の更に他の例で
は、球面収差の補正のためにポテンシャル分布は更に４
重極分布を具えるものとする。８重極場以外に４重極場
を適用することにより、対物レンズのデフォーカシング
を方向に依存させる。最適なデフォーカス　（シェルツ
ェル　　フォーカス）は球面収差に依存する。球面収差
が変わる場合には、対物レンズ及び多重極の場内ででき
るだけ多くの分散ビームが同じ移相を受けるようにする
ために、デフォーカシングも変える必要がある。最適な
デフォーカスと球面収差との関係は４重極の使用に通じ
ている。
【００１３】本発明による荷電粒子ビーム装置の他の好
適例では、多重極素子が色収差を補正するために磁石と
静電多重極素子とを組合わせたものを具えるようにする
。粒子−光学レンズの焦点距離は荷電粒子のエネルギー
に依存する。粒子−光学レンズによって集束される異な
るエネルギーの荷電粒子の軌道は互いに角度偏差を呈し
、これはエネルギーの差に比例すると共に一次では光軸
からの距離に比例する。補正平面では４重極が荷電粒子
に力を及ぼし、この力も光軸からの距離に比例する。 その力は或る方向では光軸方向を向き、他の方向では光
軸から離れる方向を向く。平均的なエネルギーを有する
粒子を互いに相殺する力がある磁位及び電位４重極を組
合わせることによって、補正平面にて静電力が光軸から
離れる方向に向い、又磁力が光軸の方に向けられるよう
にして、色収差を補正することができる。これは、磁力
が遅い粒子に対するよりも速い粒子に対して大きくなる
ため、速い粒子に及ぶ総力が光軸の方向に向けられ、遅
い粒子に及ぶ総力が光軸から離れる方向に向けられるか
らである。補正像を合成することによって色収差を多数
の方向にて補正した総体的な像が得られる。このような
色収差補正用の補正素子は球面収差補正用の補正素子と
組合わせて使用するのが好適である。
【００１４】本発明による荷電粒子ビーム装置の他の好
適例では、前記少なくとも１個のレンズと、前記多重極
素子との間に少なくとも１個の他のレンズを配置して、
前記少なくとも１個のレンズの像平面を補正平面に結像
させるようにする。前記他のレンズは前記少なくとも１
個の無コマ収差平面を補正素子の補正平面に結像させる
ことができる。なお、この場合にはＨ．　Ｒｏｓｅ　著
による“Ｏｕｔｌｉｎｅ　ｏｆａ　ｓｐｈｅｒｉｃａｌ
ｌｙ　ｃｏｒｒｅｃｔｅｄ　ｓｅｍｉａｐｌａｎａｔｉ
ｃ　ｍｅｄｉｕｍ　ｖｏｌｔａｇｅ　ｔｒａｎｓｍｉｓ
ｓｉｏｎ　ｅｌｅｃｔｒｏｎ　ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ　
”　Ｏｐｔｉｋ　８５，　ＮＯ．　１，　１９９０．第
１９〜２４頁に記載されているような所謂４−ｆ系を使
用するのが有利である。
【００１５】本発明のさらに他の好適例では、荷電粒子
ビーム装置がホログラム形成用の電子−光学バイプリズ
ムを具えるようにする。粒子−光学バイプリズム、例え
ばミューレンステッド（Ｍｏｌｌｅｎｓｔｅｄｔ）　バ
イプリズムは、荷電粒子プリズムを像担持ビームと基準
ビームとに分ける。像平面にて、これら２つのビームは
干渉するため、多数の平行な真直ぐな明るい線と暗い線
とが交互して成るホログラムを形成する。これらの線は
、荷電粒子ビームによって照射された試料における厚さ
の変化の目安となる勾配を含んでいる。ホログラムにお
ける線の方向に対し垂直に延在する補正方向を選択する
ことによって、ホログラムの線の勾配方向における解像
度を高めることができ、且つ厚さの変化の量的目安を、
補正をしない場合よりも正確に導出することができる。
【００１６】
【実施例】図１は本発明による荷電粒子ビーム装置１、
特に透過形電子顕微鏡を示し、この顕微鏡では電子源３
が電子を放出し、これら電子が光軸２に沿って加速され
、集光系（図示せず）及び対物レンズ７を経て試料９に
当てられる。電子は試料に照射された後対物レンズ７及
び図示していないレンズ系により像平面１１上に結像さ
れる。このレンズ系は回折レンズ、中間レンズ及び投写
装置を有することができる。ビデオカメラ１４を用いる
ことにより試料の像を形成し、この像をデジタル形態で
コンピュータ１６に記憶させる。電源ユニット１０は数
百ＫＶにしうる高電圧を電子源３に印加するとともに対
物レンズ７をも附勢する。
【００１７】観察しうる試料９のディテール（細部）の
最小寸法はほぼ電子の波長に比例し、試料９からの電子
が対物レンズ７に入射する開口角αに反比例する。でき
るだけ小さなディテール、例えば０．５　Åよりも小さ
なディテールを観察しうるようにするためには、開口角
αを比較的大きく、例えば２０ミリラジアンにする必要
がある。加速電圧の平方根に反比例する波長は、電源ユ
ニット１０により電子源３に印加する電子加速電圧を増
大させることにより、例えば３００ＫＶ　で２・１０−
２Åまで減少せしめることができる。しかし、解像度は
対物レンズ７の球面収差及び色収差により制限される。 球面収差の為に、対物レンズ７の物体平面中で光軸２上
に位置する点が開口角αの３乗に比例する半径を有する
スポットとして像平面中に結像される。電子のエネルギ
ーが増大すると、相対的なエネルギーの広がりが減少し
、対物レンズ７の物体平面中で光軸上に位置する点が相
対的な電子エネルギーの広がりに比例する半径のスポッ
トとして結像される。１Åよりも小さな解像度を得るた
めには、電子−光学像における球面収差及び色収差に対
する補正が必要となる。この目的のために、電子顕微鏡
は単一の多重極１２の形態の補正素子１２を有する。電
源１３による多重極１２の極の附勢を調整することによ
り、球面収差及び色収差が補正平面１５内に延在する補
正方向で補正されるような磁位及び／又は電位（ポテン
シャル）分布を補正平面１５中に発生せしめることがで
きる。色収差に対してはその都度一方向で補正され、球
面収差に対してはその都度二方向で補正された像がビデ
オカメラ１４により電気信号に変換され、この電気信号
がデジタル化されてコンピュータ１６の像メモリに記憶
される。その都度一方向で補正された像がコンピュータ
１６で合成されることにより、多数の方向で色収差及び
球面収差が殆どない全体像を得ることができる。像平面
１１中の像を記憶するのにビデオカメラ１４及びコンピ
ュータ１６を用いる代りに写真乾板を用いることができ
る。それぞれ異なる方向で補正された多数の写真乾板を
、例えばそのスライドを同時投写することにより重畳さ
せて、補正された全体像を形成することができる。
【００１８】所望の補正方向を選択する一方法はフーリ
エ空間における像処理である。この目的のためには、電
子顕微鏡は適切な像処理手順が導入されている像処理系
を有する必要がある。電子波関数を回折パターンの形態
で表わしたフーリエ空間では、所望の補正方向を強度に
基づいたフーリエフィルタにより選択することができる
。
【００１９】荷電粒子ビーム装置を透過形電子顕微鏡と
する場合には、像処理により所望の補正方向を選択する
代りに、対物レンズの後焦平面又は回折平面中に配置し
た絞りを用いることができる。この平面では原像の各方
向が原点を通るラインにより表わされる。従って、一組
の選択した補正方向は光軸に垂直な平面中の一点を通っ
て種々の角度で延在する一組のラインである。所望の補
正方向を選択しうるようにするためには、絞りと電子ビ
ームとを相対的に移動しうるようにし、この移動を附勢
された多極のポテンシャル分布の回転に結合させる必要
がある。
【００２０】この点に関する第１の例は図３ｂに示すよ
うな回転可能な絞りを用いる例である。第２の例は、対
物レンズの後焦平面に固定の絞りを配置し、試料に入射
する電子ビームを傾斜させ且つ傾斜方向を回転させる例
である。電子波関数は絞りに対して回転する。傾斜照明
自体は既知である。このような照明には、傾斜方向にお
いて球面収差が少なくなるために解像度が高くなるとい
う利点がある。
【００２１】図１に示す透過形電子顕微鏡では、補正素
子１２を試料９の下側に配置する（ＴＥＭモード）。電
子顕微鏡（ＳＥＭ／ＳＴＥＭモード）を走査する場合、
補正素子を試料よりも上又は対物レンズよりも上に配置
する必要がある。補正素子の補正平面と共役を成す対物
レンズの平面はほぼＴＥＭモードの場合対物レンズの主
平面であり且つＳＥＭ／ＳＴＥＭモードの場合にも対物
レンズの主平面である。主平面とは対物レンズの屈折動
作面を意味するものとする。機械的に充分安定な駆動装
置、例えば圧電モータ１７を用いることにより光軸２を
中心に多重極１２を回転させることもできる。
【００２２】図２ａは、光軸２上の点１８から生じレン
ズ７により偏向される荷電粒子の軌道を示す。回転対称
系では、光軸２から距離ｈに位置する軌道が像平面１１
に入る角度βは
【数１】 β＝ａ１ｈ＋ａ３ｈ３　＋ａ５ｈ５　＋　−−−である
。完全なレンズの場合、１よりも大きなベキを有する項
は零に等しい。点１８から生じる軌道に対しては、項ａ
３ｈ３　及びａ５ｈ５　はそれぞれ三次及び五次の球面
収差である。三次の球面収差が通常優勢であり、点１８
を像平面１１にスポットとして結像させる。このスポッ
トは
【数２】ｒ＝ＣＳ　α３　Ｍ によって与えられる半径ｒを有する。ここに、ＣＳ　は
球面収差定数であり、Ｍは横倍率である。図２ｂに示す
ように補正素子１２をレンズ７の後方に配置すると、距
離ｈでレンズ７に入った粒子の軌道がｈ３　に比例する
角度γで光軸２から離れる方向に偏向される。光軸方向
での荷電粒子の速度が一定である場合、角度変化量γは
補正素子１２により粒子に及ぼされる力に比例する。磁
気８重極は、ｈ３　に比例し従ってα３　にも比例する
力を荷電粒子に及ぼす為、この多重極は補正平面１５中
に延在する２方向で球面収差を補正するのに適している
。ＳＥＭ及びＳＴＥＭモードの場合には、補正素子１２
が対物レンズ７の前方に或いはこの対物レンズ中に位置
する為、ビーム通路は反転させる必要がある。
【００２３】図３ａは、この図面の平面に一致する補正
平面１５において磁気８重極１２により荷電粒子に及ぼ
される力の方向を線図的に示す。光軸２を中心に磁位
【
数３】ｆｍ　＝Ｃ４　・ｈ４　ｃｏｓ　４ψがある。こ
こに、Ｃ４　は定数項であり、ψは補正平面中の点の角
度であり、この点の位置は光軸からの距離とこの角度と
によって規定される。補正平面１５中で互いに垂直な２
方向では力は光軸２から離れる方向に向かい、互いに垂
直な他の２方向では力は光軸の方向に向かう為、球面収
差は後者の方向で増大する。
【００２４】図４はリング２３上に装着した磁性体より
成る１６磁極片２６を有する多重極１２を示す。隣り合
う２つの磁極片間ではリング２３がコイル、例えばコイ
ル２７ａ又は２７ｂにより囲まれており、これらコイル
の各々は独自の電流源により附勢される。図４には電流
源２９ａ及び２９ｂのみを図示してある。電流源２９を
選択的に附勢することによりその都度所望の方向の８重
極磁場を得ることができる。この磁場は互いに２２．５
度の角度を成す２つの８重極磁場を組合せることにより
形成される。従って、光軸２を中心に回転しうる２方向
で球面収差を補正しうる。 １つの電流源に接続するために多数のコイル２７を直列
に接続することもでき、正しい磁位分布が得られるよう
に直列接続されたコイルの巻回数を異ならせることもで
きる。
【００２５】８重極磁場に４重極磁場を加えることによ
り、対物レンズの焦点外れ（デフォーカス）又は屈折力
が方向に依存しなくなる。最適な焦点外れ（シェルツェ
ル焦点）は球面収差に依存する球面収差が変化する場合
には、焦点外れも変化させて、できるだけ多くの分散ビ
ームが対物レンズ及び多重極の磁場中で同じく移相を受
けるようにする必要がある。最適な焦点外れと球面収差
との間の関係は４重極磁場分布が最も適しているように
する。球面収差を補正するために８重極磁場と４重極磁
場とを組合せた為に、補正素子はもはや図３ａに示すよ
うに４重対称とならずに２重対称となる。従って、絞り
の形状は所望の補正方向を選択するように適合させる必
要がある。最大補正方向を符号８で示してある。
【００２６】図５は透過形電子顕微鏡中で対物レンズ（
粒子光レンズ）７により偏向される種々のエネルギーの
帯電粒子の軌道を示す。走査形電子顕微鏡の場合には、
補正素子を対物レンズ内に又はその上に配置し、ビーム
通路を反転させる必要がある。平均エネルギーＥ０　よ
りも高いエネルギーを有する粒子は不充分にしか偏向さ
れず、平均エネルギーよりも低いエネルギーを有する粒
子は過度に偏向される。光軸２上の点１８は
【数４】ｒ
＝１／２ｍＣＣ　αΔＥ／Ｅ０　により与えられる半径
ｒを有するスポットとして像平面１１中に結像される。 ここにΔＥは平均エネルギーを中心とする粒子のエネル
ギーの広がりである。平均エネルギーＥ０　を有する粒
子の軌道とこのエネルギーから量ΔＥだけずれたエネル
ギーの軌道との間の角度のずれδはαに、従って光軸か
らの距離ｈに比例する。色収差を補正する補正素子は平
均エネルギーＥ０　を有する粒子に力を及ぼさず、平均
エネルギーよりも高い又は低いエネルギーを有する粒子
をそれぞれ光軸２に向う方向に又は光軸２から離れる方
向に偏向させ、偏向程度は光軸からの距離ｈに比例する
。補正平面１５では、４重極素子は
【数５】ｆ＝Ｃ２　
ｈ２　ｃｏｓ　２ψにより与えられるポテンシャル分布
ｆを有する。４重極により荷電粒子に及ぼされる力を図
６に線図的に示す。 ４重極により荷電粒子に及ぼされる力は光軸からの距離
ｈに比例し、図６に矢印で示すように一方向では光軸の
方向に向い、他の方向では光軸から離れる方向に向う。 力が互いに逆向きで、平均エネルギーＥ０　を有する粒
子に対しては相殺される磁気４重極及び電気４重極を組
合せることにより、色収差を一方向で補正でき、色収差
が他の方向で２倍になる補正素子が得られる。磁場中で
荷電粒子に作用する力は粒子の速度に比例する。図５に
示すように、静電４重極により与えられる力ＦＥが光軸
２から離れる方向に向き、磁気４重極により与えられる
力ＦＢが光軸に向う方向に向っていると、高速粒子に与
える静電力及び磁気力の合計は光軸の方向に向い、低速
粒子に与える力の合計は光軸２から離れる方向に向う。 力の合計はｈに比例する。図４に示す電圧源３０ａ〜３
０ｄは多重極の４極にそれぞれ電圧を与える。多重極の
各極を電圧源に接続するも、図にはすべての電圧源を図
示しているものではない。これらの４極のコイルは同時
に附勢され、補正平面において一方向で色収差を補正し
且つ一方向で色収差を増大させる電気多重極及び磁気多
重極の組合せが得られる。図４に示す多重極の電流源２
９及び電圧源３０を選択的に動作させることにより色収
差をいかなる所望方向においても順次に補正することが
できる。
【００２７】図７は、接地電位にある２つの電極４３及
び４４が側面に立つ帯電ワイヤ４２を有するミョーレン
ステッド（Ｍｏｌｌｅｎｓｔｅｄｔ）　バイプリズム４
０を具える電子顕微鏡を示す。このバイプリズムでは、
電子ビームが像伝達部分４６と基準部分４８とに分割さ
れ、これらの部分が像平面１１で干渉する。図８はこの
ようにして形成されるホログラムを示す。試料９が完全
に平坦な場合、ホログラムは多数の平行な明暗なライン
から成る。試料に厚さの差が生じている場合には、像伝
達ビームの位相がずれ、ライン５２に勾配５０が生ずる
。この勾配の寸法はライン幅の分数値となる。多重極１
２のポテンシャル分布を光軸２を中心に回転させ、ホロ
グラムのライン方向に対し垂直な方向で色収差及び球面
収差の双方又はいずれか一方の補正を相殺することによ
り、勾配５０の高さをより正確に測定でき、従って試料
による位相ずれを正確に決定しうる。
【００２８】ホログラフィーの場合、リニア像情報が存
在するホログラムの側波帯の領域に絞りを配置すること
により所望の補正方向を選択することができる。このこ
とは、強度に基づいてではなく波動関数自体に基づいて
フィルタ処理が行なわれるということを意味する。電子
ホログラフィーで球面収差が補正されることにより、像
のデローカライゼイションが可成り減少し、電子顕微鏡
の伝達関数に対する精度条件が緩和される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による荷電粒子ビーム装置を示す線図で
ある。
【図２】球面収差を補正しない粒子光学レンズに対する
荷電粒子の軌道及び球面収差を補正した粒子光学レンズ
に対する荷電粒子の軌道を示す線図である。
【図３】８重極により補正平面中で荷電粒子に及ぼされ
る力、及び４重極磁場分布と８重極磁場分布とを組合せ
た場合のフィルタ絞りを示す線図である。
【図４】多重極を示す断面図である。
【図５】色収差を補正しない粒子光学レンズに対する種
々のエネルギーの荷電粒子の軌道を示す線図である。
【図６】４重極により補正平面中で荷電粒子に及ぼされ
る力を示す線図である。
【図７】粒子光学バイプリズムを有する荷電粒子ビーム
装置を示す線図である。
【図８】バイプリズムにより形成されるホログラムを示
す線図である。
【符号の説明】 １　　荷電粒子ビーム装置（透過形電子顕微鏡）２　　
光軸 ３　　電子源 ７　　対物レンズ ９　　試料 １０　　電源ユニット １１　　像平面 １２　　多重極（補正素子；磁気８極子）１３　　電源 １４　　ビデオカメラ １５　　補正平面 １６　　コンピュータ １７　　圧電モータ ２３　　リング ２６　　１６磁極片 ２７ａ，　２７ｂ　　コイル ２９ａ，　２９ｂ　　電流源 ３０ａ〜３０ｄ　　電圧源 ４０　　バイプリズム ４２　　帯電ワイヤ ４３，　４４　　電極

Claims (18)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】　　物体平面（９）に荷電粒子ビームを放
    出するビーム源（３）と、光軸（２）に沿って配置され
    、物体平面（９）の像を形成するための少なくとも１個
    のレンズ（７）を具えている粒子−光学素子と、前記少
    なくとも１個のレンズによる像の球面及び／又は色収差
    を補正するための補正素子（１２）とを具え、該補正素
    子が光軸に対して垂直に延在する補正平面（１５）に磁
    位及び／又は電位分布を発生するための多重極素子を具
    えている荷電粒子ビーム装置において、当該荷電粒子ビ
    ーム装置が、補正方向を調整するために前記補正平面に
    おける磁位及び／又は電位分布を回転させる手段（１３
    ，　１７）を具えていることを特徴とする荷電粒子ビー
    ム装置。
  2. 【請求項２】　　前記荷電粒子ビーム装置が、種々の方
    向にて順次補正された多数の像を合成する手段（１４，
    　１６）を具えていることを特徴とする請求項１に記載
    の装置。
  3. 【請求項３】　　前記補正平面が前記レンズの主平面と
    共役の平面に一致するようにしたことを特徴とする請求
    項２に記載の装置。
  4. 【請求項４】　　前記レンズ（７）を対物レンズとした
    ことを特徴とする請求項１，２又は３のいずれか一項に
    記載の装置。
  5. 【請求項５】　　前記荷電粒子ビーム装置が、像の補正
    方向を選択する像処理工程に組込む像処理系を具えてい
    ることを特徴とする請求項１，２，３又は４のいずれか
    一項に記載の装置。
  6. 【請求項６】　　前記荷電粒子ビーム装置を透過形電子
    顕微鏡として構成し、前記装置がレンズの後焦平面にて
    補正方向を選択する絞りを具え、該絞り及び荷電粒子ビ
    ームを互いに可動自在とし、この動きを前記補正素子の
    磁位及び／又は電位分布の回転に結合させるようにした
    ことを特徴とする請求項１，２，３又は４項のいずれか
    一項に記載の装置。
  7. 【請求項７】　　球面収差を補正するために、前記磁位
    及び／又は電位分布が８重極分布を含むことを特徴とす
    る請求項１〜６のいずれか一項に記載の装置。
  8. 【請求項８】　　球面収差を補正するために、前記磁位
    及び／又は電位分布が４重極場分布も含むことを特徴と
    する請求項１〜７のいずれか一項に記載の装置。
  9. 【請求項９】　　前記磁位及び／又は電位分布を回転さ
    せるための手段（１３，１７）が多重極素子によって８
    重極場及び／又は４重極場を選択的に附勢する電力供給
    源を具えていることを特徴とする請求項７又は８に記載
    の装置。
  10. 【請求項１０】　　前記多重極素子が色収差を補正する
    ために磁石と静電多重極素子とを組合わせたものを具え
    ていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に
    記載の装置。
  11. 【請求項１１】　　前記磁位及び／又は電位分布を回転
    させるための手段が、磁気的な多重極素子による４重極
    場及び静電的多重極素子による４重極場を選択的に附勢
    する電力供給源を具えていることを特徴とする請求項１
    ０に記載の装置。
  12. 【請求項１２】　　前記補正平面にて、予定したエネル
    ギーを有している荷電粒子に磁界による４重極場が及ぼ
    す力が、電位分布による４重極場による荷電粒子に及ぼ
    す力をほぼ相殺するように、前記電力供給源が前記多重
    極素子を附勢することを特徴とする請求項１３に記載の
    装置。
  13. 【請求項１３】　　請求項７，８又は９項のいずれかに
    記載の補正素子及び請求項１０，　１１又は１２のいず
    れかに記載の補正素子を具えている荷電粒子ビーム装置
    。
  14. 【請求項１４】　　前記少なくとも１個のレンズと、前
    記多重極素子との間に少なくとも１個の他のレンズを配
    置して、前記少なくとも１個のレンズの像平面を補正素
    子の平面に結合させることを特徴とする請求項１〜１３
    のいずれか一項に記載の装置。
  15. 【請求項１５】　　前記少なくとも１個のレンズと多重
    極素子との間に焦点距離がｆの他の２つのレンズを配置
    し、前記少なくとも１個のレンズの主平面と前記補正素
    子の平面との間の距離がほぼ４ｆとなり、前記２つの他
    のレンズ間の距離が２ｆとなり、且つ前記少なくとも１
    個のレンズの平面及び前記補正平面のそれぞれと最も近
    くにある前記他のレンズとの間の距離がｆとなるように
    したことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に
    記載の装置。
  16. 【請求項１６】　　荷電粒子ビーム装置がホログラム形
    成用の電子−光学バイプリズムを具えていることを特徴
    とする請求項１〜１５のいずれか一項に記載の装置。
  17. 【請求項１７】　　多重極素子の磁位及び／又は電位分
    布を回転させる手段を具え、請求項１〜１６のいずれか
    に記載の荷電粒子ビーム装置に使用するのに好適な多重
    極素子。
  18. 【請求項１８】　　請求項１〜１７のいずれかに記載の
    荷電粒子ビーム装置に使用するのに好適な多重極素子。
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