WO2024003987A1 - 収差補正装置および収差補正方法 - Google Patents

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aberration
multipole lens
aberration correction
deflector
lens
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Inventor
美智子 鈴木
雄大 久保
Original Assignee
株式会社日立ハイテク
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/02—Details
    • H01J37/04—Arrangements of electrodes and associated parts for generating or controlling the discharge, e.g. electron-optical arrangement, ion-optical arrangement
    • H01J37/153—Electron-optical or ion-optical arrangements for the correction of image defects, e.g. stigmators

Definitions

  • the present invention relates to an aberration correction device and an aberration correction method, and for example, to a scanning transmission electron microscope equipped with the aberration correction device.
  • the finer the diameter of the electron beam (probe) that scans the sample the higher the resolution can be obtained.
  • the probe diameter is mainly limited by the third-order spherical (C3) aberration of the objective lens, but in recent years, devices equipped with an aberration corrector for correcting this aberration have been put into practical use.
  • Patent Document 1 states, ⁇ Two circular lenses having the same focal length are placed between the first sexter pole and the second sexter pole, and are spaced apart from each other by twice the focal length. ⁇ The lenses are arranged at intervals corresponding to the focal length of the circular lenses from a plane passing through the center of the sexter pole adjacent to each circular lens.''
  • the parasitic aberrations of third order and below that occur are 2-fold symmetrical 1st-order astigmatism (A1), 1-fold symmetrical 2nd-order coma (B2) aberration, 3-fold symmetrical 2nd-order astigmatism (A2), and 2-fold symmetrical 3rd-order aberration. These are star (S3) aberration and 4-fold symmetric third-order astigmatism (A3) aberration.
  • Fourth-order parasitic aberrations include five-fold symmetric fourth-order astigmatism (A4) aberration, one-fold symmetric fourth-order coma (B4) aberration, and three-fold symmetric fourth-order three-lobe (D4) aberration.
  • Patent Document 2 describes two-fold symmetric third-order star aberrations (S3) and A method for independently correcting rotationally symmetric third-order astigmatism (A3) is disclosed.
  • Patent Document 2 states, "In a charged particle beam apparatus equipped with a spherical aberration correction device in which a transmission lens is disposed between a first multipole lens and a second multipole lens, the beam is incident on the first multipole lens.
  • a first deflection means for deflecting the charged particle beam so as to tilt the charged particle beam relative to the optical axis; and a first deflection means for deflecting the charged particle beam to be inclined relative to the optical axis; a second deflection means for deflecting the charged particle beam; a third deflection means for deflecting the charged particle beam so as to deflect the charged particle beam emitted from the second multipole lens onto the optical axis; 1 deflection means, a control means for controlling the second deflection means and the third deflection means;
  • the light of the charged particle beam is incident on the first multipole lens so as to correct an order star aberration or correct a four-fold symmetric third-order astigmatism without affecting a two-fold symmetric third-order star aberration.
  • One way to correct higher-order parasitic aberrations of the fourth order or higher is to deflect the trajectory of an electron beam passing through a multipole lens that constitutes an aberration corrector. This is accompanied by a second-largest third-order or lower parasitic aberration variation (particularly A1 aberration).
  • Examples of A1 aberration correction methods currently in practical use include a method of moving the optical axis parallel to a multipole lens and a method of superimposing a quadrupole field on a multipole lens.
  • the problem with correcting higher-order aberrations by deflecting the trajectory of the electron beam passing through the multipole lens is that it cannot be compatible with the A1 correction method, which moves the optical axis parallel to the multipole lens. be. This is because when the A1 aberration is corrected by moving the optical axis parallel to the multipole lens, correction for higher-order aberrations is canceled.
  • quadrupole field superposition on the multipole lens is essential as a method for correcting A1 aberration.
  • a multipole lens with 12 or more poles is generally required. This is because it is necessary to superimpose the hexapole field for correcting the C3 aberration, the deflection field for canceling the deflection field that is generated as a side when the hexapole field is generated, and the quadrupole field.
  • a power supply equal to the number of poles is required, and as the number of power supplies increases, the beam deflection sensitivity due to noise increases, which becomes a factor that deteriorates image resolution.
  • the present invention has been made to solve these problems, and provides an aberration correction device and an aberration correction method that can both correct A1 aberration or A4 aberration and improve image quality by reducing the beam deflection sensitivity of a multipole lens.
  • the purpose is to provide
  • An example of the aberration correction device is An aberration correction device that corrects aberrations of an optical system, a first multipole lens that generates a first hexapole field; a second multipole lens that generates a second hexapole field; a first deflector that generates a first deflection field; a second deflector that generates a second deflection field; has The first deflector is arranged at a beam cross position between the first multipole lens and the second multipole lens, The second deflector is arranged between the first deflector and the first multipole lens or the second multipole lens,
  • the aberration correction device includes: Swinging back the beam deflected by the first deflector by the second deflector, passing the beam through the center of at least one of the first multipole lens or the second multipole lens; This corrects at least one of the 2-fold symmetrical first-order astigmatism (A1) aberration or the 5-fold symmetrical 4th-order astigmatism (A4) aberration
  • An example of the aberration correction method is An aberration correction method in a charged particle beam device equipped with an aberration correction device for correcting aberrations of an optical system, the method comprising: The aberration correction device includes: a first multipole lens that generates a first hexapole field; a second multipole lens that generates a second hexapole field; a first deflector that generates a first deflection field; a second deflector that generates a second deflection field; has The first deflector is arranged at a beam cross position between the first multipole lens and the second multipole lens, The second deflector is arranged between the first deflector and the first multipole lens or the second multipole lens, The aberration correction method includes: Swinging back the beam deflected by the first deflector by the second deflector; passing the beam through the center of at least one of the first multipole lens or the second multipole lens; By this, at least one of the 2-fold symmetrical first-order astigm
  • the aberration correction device and the aberration correction method according to the present invention it is possible to simultaneously correct A1 aberration or A4 aberration and improve image quality by reducing the beam deflection sensitivity of the multipole lens.
  • FIG. 1 is a diagram showing an example of the configuration of a scanning transmission electron microscope to which an aberration correction device according to Example 1 of the present invention can be applied.
  • 1 is a diagram showing the configuration of an aberration correction device according to Example 1.
  • FIG. 1 is a diagram showing a 12-pole lens that constitutes an aberration correction device according to Example 1.
  • FIG. 3 is a diagram showing excitation directions for forming a sextupole field in the aberration correction device according to Example 1.
  • FIG. FIG. 3 is a diagram showing excitation directions for forming a deflection field in the aberration correction device according to the first embodiment.
  • FIG. 7 is a diagram showing an example of a ray diagram when the conventional A1 aberration correction method is implemented using the aberration correction device according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram showing a method of correcting A1 aberration and A4 aberration by the aberration correction device of FIG. 2;
  • FIG. 3 is a diagram showing a procedure for correcting A1 aberration and A4 aberration by the aberration correction device of FIG. 2;
  • FIG. 3 is a diagram showing changes in the Ronchigram after introduction of A1 aberration and after introduction of A4 aberration by the aberration correction device of FIG. 2;
  • 3 is a diagram showing the results of A4 aberration measurement by the aberration correction device of FIG. 2.
  • FIG. 3 is a graph showing the relationship between the excitation amount of the third multipole lens and the A4 aberration coefficient in the aberration correction device of FIG. 2.
  • FIG. 1 is a diagram showing an example of the configuration of a charged particle beam device according to Example 1 of the present invention.
  • the charged particle beam device is a scanning transmission electron microscope (STEM) device, but other charged particle beam devices may be used.
  • STEM scanning transmission electron microscope
  • the STEM device 100 includes a lens barrel 101 and a control unit 102.
  • the lens barrel 101 includes an electron source 103 for generating an electron beam, a focusing lens group 104, an aberration corrector 105, an objective lens 106, a sample stage 107, a sample holder 108, an imaging lens group 109, and electrons scattered by the sample. It has an annular detector 110 for detecting electrons, a transmitted electron detector 111 for detecting electrons transmitted through a sample, and an imaging camera 112 for capturing an image of a Ronchigram.
  • control unit 102 includes an electron gun control circuit, an irradiation lens control circuit, a condenser aperture control circuit, an aberration correction device control circuit, a deflector control circuit, an objective lens control circuit, a camera control circuit, and the like.
  • the control unit 102 is capable of acquiring the value of the target device via the control circuit, and also creates arbitrary electro-optical conditions by controlling the target device via the control circuit.
  • the control unit 102 is an example of a control mechanism that realizes control of the lens barrel 101.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating an example of the configuration of the aberration correction device 105 according to the first embodiment.
  • the aberration correction device 105 is a device that corrects aberrations of the optical system.
  • the aberration correction device 105 includes a first deflection coil 201, a first adjustment lens 202, a first multipole lens 203, a first transfer lens 204, a third multipole lens 205, a second transfer lens 206, a third transfer lens 207, It has a second deflection coil 208, a fourth transfer lens 209, a second multipole lens 210, a third deflection coil 211, and a second adjustment lens 212.
  • the first multipole lens 203 generates a first hexapole field
  • the second multipole lens 210 generates a second hexapole field.
  • the first multipole lens 203 and the second multipole lens 210 have a conjugate relationship using the first transfer lens 204, the second transfer lens 206, the third transfer lens 207, and the fourth transfer lens 209. That is, in this configuration, the main surface of the first multipole lens 203 is projected onto the second multipole lens 210 at a magnification of 1, so a hexapole field is applied to the first multipole lens 203, and a hexapole field is applied to the second multipole lens 210.
  • the fifth-order astigmatism (A5) aberration remains except for the parasitic aberration.
  • A5 aberration By applying a hexapole field to the third multipole lens 205 placed at an intermediate position between the first transfer lens 204 and the second transfer lens 206, it is possible to generate A5 aberration and cancel the remaining A5 aberration. I can do it.
  • Parasitic aberrations include 2-fold symmetrical first-order astigmatism (A1) aberration, 1-fold symmetrical 2nd-order coma (B2) aberration, 3-fold symmetrical 2nd-order astigmatism (A2) aberration, 2-fold symmetrical 3rd-order star (S3) aberration, There are 4-fold symmetrical third-order astigmatism (A3) aberration, 5-fold symmetrical 4th-order astigmatism (A4) aberration, 1-fold symmetrical 4th-order coma (B4) aberration, 3-fold symmetrical 4th-order three-lobe (D4) aberration, etc. , it is important for the aberration correction device to correct parasitic aberrations in practice.
  • the configuration of the aberration correction device 105 shown in FIG. 2 is an example and is not limited thereto. It may include at least one transfer optical system (eg, transfer lens) and at least two multipoles.
  • transfer optical system eg, transfer lens
  • the beam is tilted by the first transfer lens 204, creates a beam cross by the third multipole lens 205, and enters the second transfer lens 206. That is, the third multipole lens 205 is arranged at a beam cross position between the first multipole lens 203 and the second multipole lens 210.
  • the number of beam cross positions between the first multipole lens 203 and the second multipole lens 210 is two in the example of FIG. 2, but is not limited to this. Note that it is preferable that the number of beam cross positions between the first multipole lens 203 and the second multipole lens 210 be an even number.
  • the second deflection coil 208 is arranged between the third multipole lens 205 and the second multipole lens 210. Note that, as a modification, it is also possible to arrange the second deflection coil 208 between the third multipole lens 205 and the first multipole lens 203.
  • the third multipole lens 205 acts as a first deflector and generates a first deflection field (Note: In this embodiment, the third multipole lens 205 is used instead of the first deflection coil 201. (referred to as the "first deflector"). Further, the second deflection coil 208 acts as a second deflector and generates a second deflection field.
  • FIG. 3 shows an example of the structure of a 12-pole lens.
  • the 12-pole lens 300 has a structure in which 12 magnetic poles 304 to which a main coil 302 and a sub-coil 303 are attached are arranged in a ring-shaped magnetic path 301.
  • the main coil 302 is a coil for exciting a hexapole field to generate negative third-order spherical aberration, and the sub-coil 303 cancels the deflection field, quadrupole field, etc. that are generated secondarily when the hexapole field is generated. These coils are used to generate each multipole field for each purpose.
  • the 12-pole lens 300 shown in FIG. 3 is used as the first multipole lens 203, the second multipole lens 210, and the third multipole lens 205.
  • FIG. 4 shows a method of exciting the main coil that generates the hexapole field. As shown in FIG. 4, every other main coil 302 is connected in series. The directly connected main coils 302 are made to have opposite polarities. By exciting these main coils 302 using a power source 401, it is possible to generate hexapole fields in two directions (X direction and Y direction).
  • the amount of current that excites the main coil 302 is determined, for example, as follows.
  • IA and IB are the amounts of current flowing through each system
  • Xhex corresponds to the strength of the hexapole field in the X direction to be generated
  • Yhex corresponds to the strength of the hexapole field in the Y direction to be generated.
  • I A Xhex... (Formula 1)
  • I B Yhex... (Formula 2)
  • the amount of current to excite each subcoil is determined, for example, as follows.
  • I n is the amount of current flowing through the subcoil in the n-time direction (1 ⁇ n ⁇ 12)
  • Xdef corresponds to the strength of the deflection field in the X direction that you want to generate
  • Ydef corresponds to the strength of the deflection field in the Y direction that you want to generate. corresponds to strength.
  • I n Xdef ⁇ cos(2 ⁇ n/12) +Ydef ⁇ sin(2 ⁇ n/12)... (Formula 3)
  • deflection fields in two directions can also be generated using four power sources 501 and two sets of subcoils 303 facing each other.
  • four subcoils may be excited as follows.
  • I 12 Ydef... (Formula 4)
  • I 3 Xdef... (Formula 5)
  • I 6 -Ydef... (Formula 6)
  • I 9 -Xdef...
  • the amount of current to excite each subcoil 303 is determined, for example, as follows.
  • Xquad is the strength of the deflection field in the X direction that you want to generate
  • Yquad is the strength of the deflection field in the Y direction that you want to generate. corresponds to In order to generate a deflection field in an arbitrary direction by controlling the amount of current flowing through the 12 subcoils 303 in this way, 12 independent power supplies are required.
  • I n Xquad ⁇ cos(4 ⁇ n/12) +Yquad ⁇ sin (4 ⁇ n/12)... (Formula 8)
  • FIG. 6 is a diagram showing an example of a ray diagram when the conventional A1 aberration correction method currently in practical use is implemented using the aberration correction device 105 according to this embodiment.
  • the beam has a central trajectory 601.
  • the optical axis passes through the center of each lens up to the third transfer lens 207.
  • the optical axis is tilted by the second deflection coil 208, and the optical axis is moved parallel to the second multipole lens 210.
  • the third deflection coil 211 is adjusted so that the optical axis passes through the center of the second adjustment lens 212.
  • A1 aberration is mainly generated, but higher-order aberrations such as third-order or higher order aberrations are slightly generated. Therefore, the problem with the above-described method of correcting higher-order aberrations by deflecting the trajectory of the electron beam passing through the multipole lens is that it is not compatible with the A1 correction method shown in FIG. This is because when the A1 aberration is corrected by moving the optical axis parallel to the multipole lens as shown in FIG. 6, the corrected amount of the higher-order aberration is canceled. In that case, as a method to correct A1 aberration, quadrupole field superimposition on a multipole lens is essential, and as mentioned above, increasing the number of power supplies increases beam deflection sensitivity due to noise and degrades image resolution. It becomes a factor.
  • FIG. 7 shows an example of a ray diagram in a method for correcting A1 aberration and A4 aberration, as an example of the aberration correction method according to this embodiment.
  • the beam has a central trajectory 701.
  • the optical axis passes through the center of each lens up to the first transfer lens 204.
  • the optical axis is tilted by the third multipole lens 205 on which the deflection field is superimposed.
  • the second deflection coil 208 is adjusted so that the optical axis passes through the center of the second multipole lens 210.
  • A1 aberration and A4 aberration it is possible to mainly control A1 aberration and A4 aberration. If this method is used, it can be used as a method for correcting A1 aberration in a range where A4 aberration does not pose a problem. That is, it is possible to correct A1 aberration. Furthermore, when A1 aberration is corrected using another method, A4 aberration can be corrected.
  • the A1 aberration can be corrected by using the method shown in FIG. 6 in which the optical axis is tilted with the second deflection coil 208 and the optical axis is moved parallel to the second multipole lens 210. This can also be corrected by superimposing a quadrupole field on the multipole lens described above. However, since the number of power supplies increases, it is desirable to correct the A1 aberration using the method shown in FIG. 6 in which the optical axis is tilted with the second deflection coil 208 and the optical axis is moved parallel to the second multipole lens 210. This can also be corrected by superimposing a quadrupole field on the multipole lens described above. However, since the number of power supplies increases, it is desirable to correct the A1 aberration using the method shown in FIG.
  • FIG. 8 shows a detailed procedure for performing the orbit control shown in FIG. 7.
  • movement of the field of view position with respect to the sample corresponds to shift movement of the beam
  • movement of the shadow 805 of the aperture of the irradiation system corresponds to a change in the tilt component of the beam.
  • 801 shows a diagram in which the target object 806 and the aperture shadow 805 are aligned to the center of the field of view of the camera
  • 802 shows a diagram in which the aperture shadow 805 and the target object 806 have moved.
  • the moved target 806 and the aperture shadow 805 are deflected back to the center of the camera's field of view using the second deflection coil 208.
  • the second deflection coil 208 is a deflector composed of two stages, upper and lower, and by appropriately setting the upper and lower ratio, it is possible to independently control the shift component and tilt component with respect to the target object 806. That is, in the aberration correction device 105 according to the present embodiment, the second deflection coil 208 includes two deflection elements (for example, an upper coil and a lower coil), and thereby the second deflection coil 208 can deflect and translate the beam. can be controlled independently.
  • 803 shows a diagram in which the shadow 805 of the aperture is moved to the center of the field of view of the camera.
  • 804 shows a diagram in which the target object 806 is further moved from the state of 803 to the center of the field of view of the camera.
  • the aberration correction device 105 deflects the beam deflected by the third multipole lens 205 back to the second deflection coil 208, and passes the beam through the center of the second multipole lens 210.
  • the beam may be passed through the center of the first multipole lens 203, or the beam may be passed through the center of both the first multipole lens 203 and the second multipole lens 210. .
  • the aberration correction device 105 corrects the A4 aberration, and also corrects the A1 aberration caused by this. - deflecting the beam by a second deflection coil 208; and - Correct by moving the optical axis parallel to the hexapole field generated by the second multipole lens 210. In this way, both A1 aberration and A4 aberration can be corrected.
  • A1 aberration and A4 aberration are corrected as in this example, the aberration can be made smaller overall, but in cases where it is not necessary to correct both, either A1 aberration or A4 aberration may be corrected. It is also possible to correct the difference.
  • the Ronchigram after introducing a deflection field in the X+ direction is R1
  • the Ronchigram after introducing a deflection field in the X- direction is R2
  • the Ronchigram after introducing a deflection field in the Y+ direction is R3
  • the Ronchigram after introducing a deflection field in the Y-direction is R3.
  • the Ronchigram after introduction is R4.
  • A1 aberration appears as a 2-fold symmetric figure on the Ronchigram, 180° corresponds to one period. Therefore, if the rotation can be controlled by 180° on the Ronchigram, A1 aberrations of all phases can be generated.
  • R5 is the Ronchigram when the deflection field is introduced in the X+ direction
  • R6 is the Ronchigram when the deflection field is introduced in the X-direction
  • R7 is the Ronchigram when the deflection field is introduced in the Y+ direction
  • R7 is the Ronchigram when the deflection field is introduced in the Y-direction.
  • the Ronchigram when introduced is shown in R8.
  • A4 aberration appears as a 5-fold symmetric figure on the Ronchigram, 72° corresponds to one period. Therefore, if rotation control of 72° on the Ronchigram is possible, A4 aberrations of all phases can be generated.
  • FIG. 10 shows a case in which a deflection field of 0.3 AT in four directions (X+ direction, It is a table showing the average value of the A4 aberration coefficient and the average value of the rotation angle of the A4 aberration figure for each case.
  • FIG. 11 is a graph showing the relationship between the amount of coil excitation of the third multipole lens 205 and the A4 aberration coefficient generated accordingly in another experiment.
  • the aberration correction device and the aberration correction method according to the present embodiment it is possible to simultaneously correct A1 aberration or A4 aberration and improve image quality by reducing the beam deflection sensitivity of the multipole lens. .
  • the present invention is not limited to the above-described embodiments, and includes various modifications. Further, for example, the configurations of the embodiments described above are explained in detail in order to explain the present invention in an easy-to-understand manner, and the present invention is not necessarily limited to having all the configurations described. Further, a part of the configuration of each embodiment can be added to, deleted from, or replaced with other configurations.

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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Abstract

光学系の収差を補正する収差補正装置は、第１の６極子場を発生させる第１多極子レンズと、第２の６極子場を発生させる第２多極子レンズと、第１の偏向場を発生させる第１偏向器と、第２の偏向場を発生させる第２偏向器と、を有する。前記第１偏向器は、前記第１多極子レンズと前記第２多極子レンズとの間のビームクロスの位置に配置され、前記第２偏向器は、前記第１偏向器と、前記第１多極子レンズまたは第２多極子レンズとの間に配置される。記収差補正装置は、前記第１偏向器によって偏向したビームを、前記第２偏向器によって振り戻し、前記第１多極子レンズまたは第２多極子レンズの少なくとも一方の中心に前記ビームを通し、これによって、２回対称１次非点（Ａ１）収差または５回対称４次非点（Ａ４）収差のうち少なくとも一方を補正する。

Description

収差補正装置および収差補正方法
　本発明は収差補正装置および収差補正方法に関し、たとえば、当該収差補正装置を備えた走査透過電子顕微鏡に関する。
　走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）や走査透過電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）は、試料を走査する電子線（プローブ）の径が細いほど高分解能が得られる。プローブ径は主に対物レンズの３次球面（Ｃ３）収差により制限されるが、近年ではこの収差を補正するための収差補正器を搭載した装置が実用化されている。
　収差補正器としては６極子場を発生させる２つの多極子レンズと、その間に２枚の軸対称レンズを配置したものが知られている。例えば特許文献１には「第一のセクスターポールと第二のセクスターポールとの間に、焦点距離が等しい２個の円形レンズを、相互にその焦点距離の２倍の間隔をとり、さらに各円形レンズに隣接するセクスターポールの中心を通る平面から、円形レンズの焦点距離に該当する間隔をとって配置して成る」ことが記載されている。
　このように収差補正器によってＣ３収差は補正可能となったが、実用上においては収差補正器の不完全性、言い換えれば多極子レンズを構成する個々の極子の位置ずれや、極子材料の磁気的特性のばらつき、各レンズの軸ずれなどにより寄生収差と呼ばれる収差が発生してしまう。
　発生する３次以下の寄生収差は、２回対称１次非点（Ａ１）収差、１回対称２次コマ（Ｂ２）収差、３回対称２次非点（Ａ２）収差、２回対称３次スター（Ｓ３）収差、４回対称３次非点（Ａ３）収差である。
　寄生収差としてはさらに４次以上の高次の収差が存在し、高次収差を補正すると、無収差角度範囲（フラットエリア）が拡大する。それにより高プローブ電流と高空間分解能の両立が可能となる。４次の寄生収差としては、５回対称４次非点（Ａ４）収差、１回対称４次コマ（Ｂ４）収差、３回対称４次スリーローブ（Ｄ４）収差などがある。
　３次の主な寄生収差であるＳ３収差やＡ３収差を補正する方法に関しては、特許文献２に球面収差補正器を備えることにより副次的に生じる２回対称３次スター収差（Ｓ３）と４回対称３次非点収差（Ａ３）を独立して補正する方法が開示されている。特許文献２には、「第１の多極子レンズと第２の多極子レンズの間に伝達レンズを配置した球面収差補正装置を備えた荷電粒子線装置において、前記第１の多極子レンズへ入射する荷電粒子線を光軸に対して傾斜させるように荷電粒子線を偏向させる第１の偏向手段と、前記第２の多極子レンズへ入射する荷電粒子線を光軸に対してシフトさせるように荷電粒子線を偏向させる第２の偏向手段と、前記第２の多極子レンズを出射した荷電粒子線を光軸上に振り戻すように荷電粒子線を偏向させる第３の偏向手段と、前記第１の偏向手段と前記第２の偏向手段と前記第３の偏向手段を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、４回対称３次非点収差に影響を与えずに２回対称３次スター収差を補正する、あるいは２回対称３次スター収差に影響を与えずに４回対称３次非点収差を補正するように、前記第１の多極子レンズへ入射する荷電粒子線の光軸に対する傾斜角に対し、前記第２の多極子レンズへ入射する荷電粒子線の光軸に対するシフト量が連動して変化するように、前記第１の偏向手段と前記第２の偏向手段に制御信号を供給することを特徴とする」ことが記載されている。
特表２００２－５１０４３１号公報 特許第５７４３６９８号公報
　しかしながら従来技術では、Ａ４収差などの４次寄生収差を独立に精度良く補正する方法については確立されていない。Ａ４収差が顕在化した際には収差補正器の再度の組み直しが必要となり生産時の歩留まり低下の一因となっている。
　４次以上の高次寄生収差を補正する方法としては、収差補正器を構成する多極子レンズ内を通る電子線の軌道を偏向する方法があるが、それにより高次収差を補正した場合は副次的に大きな３次以下の寄生収差変動（特にＡ１収差）が伴う。
　現在実用化されているＡ１収差補正方法として、多極子レンズに対して光軸を平行移動させる方法と、多極子レンズへの４極子場重畳を行う方法が挙げられる。前述の多極子レンズ内を通る電子線の軌道を偏向して高次収差補正を行う場合の課題は、多極子レンズに対して光軸を平行移動させるＡ１補正方法との両立が出来ないことである。なぜなら、多極子レンズに対して光軸を平行移動させてＡ１収差を補正すると、高次収差に対する補正がキャンセルされるためである。
　よって、多極子レンズ内を通る電子線の軌道を偏向して高次寄生収差を行う場合は、Ａ１収差の補正方法として多極子レンズへの４極子場重畳が必須となる。多極子レンズへの任意の方向の４極子場重畳を行うには、一般的に１２極以上の多極子レンズが必要となる。なぜならＣ３収差を補正するための６極子場と６極子場生成時に副次的に発生する偏向場をキャンセルするための偏向場と、４極子場とを重畳する必要があるからである。さらにそれぞれ任意の強度と方向の多極子場を重畳するためには各極子を単独で制御することが必要である。そのため極子数と同等の電源が必要となり、電源数が増えることによってノイズによるビーム偏向感度が増大し、像分解能を劣化させる要因となってしまう。
　本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、Ａ１収差またはＡ４収差の補正と、多極子レンズのビーム偏向感度低減による像質向上とを両立できる収差補正装置および収差補正方法を提供することを目的とする。
　本発明に係る収差補正装置の一例は、
　光学系の収差を補正する収差補正装置であって、
　第１の６極子場を発生させる第１多極子レンズと、
　第２の６極子場を発生させる第２多極子レンズと、
　第１の偏向場を発生させる第１偏向器と、
　第２の偏向場を発生させる第２偏向器と、
を有し、
　前記第１偏向器は、前記第１多極子レンズと前記第２多極子レンズとの間のビームクロスの位置に配置され、
　前記第２偏向器は、前記第１偏向器と、前記第１多極子レンズまたは第２多極子レンズとの間に配置され、
　前記収差補正装置は、
　前記第１偏向器によって偏向したビームを、前記第２偏向器によって振り戻し、
　前記第１多極子レンズまたは第２多極子レンズの少なくとも一方の中心に前記ビームを通し、
　これによって、２回対称１次非点（Ａ１）収差または５回対称４次非点（Ａ４）収差のうち少なくとも一方を補正する、
ことを特徴とする。
　本発明に係る収差補正方法の一例は、
　光学系の収差を補正する収差補正装置を備えた荷電粒子線装置における収差補正方法であって、
　前記収差補正装置は、
　第１の６極子場を発生させる第１多極子レンズと、
　第２の６極子場を発生させる第２多極子レンズと、
　第１の偏向場を発生させる第１偏向器と、
　第２の偏向場を発生させる第２偏向器と、
を有し、
　前記第１偏向器は、前記第１多極子レンズと前記第２多極子レンズとの間のビームクロスの位置に配置され、
　前記第２偏向器は、前記第１偏向器と、前記第１多極子レンズまたは第２多極子レンズとの間に配置され、
　前記収差補正方法は、
　前記第１偏向器によって偏向したビームを、前記第２偏向器によって振り戻すことと、
　前記第１多極子レンズまたは第２多極子レンズの少なくとも一方の中心に前記ビームを通すことと、
　これによって、２回対称１次非点（Ａ１）収差または５回対称４次非点（Ａ４）収差のうち少なくとも一方を補正することと、
を含む。
　本発明に係る収差補正装置および収差補正方法によれば、Ａ１収差またはＡ４収差の補正と、多極子レンズのビーム偏向感度低減による像質向上とを両立することができる。
本発明の実施例１に係る収差補正装置が適用可能な走査透過電子顕微鏡の構成の一例を示す図である。 実施例１に係る収差補正装置の構成を示す図である。 実施例１に係る収差補正装置を構成する１２極子レンズを示す図である。 実施例１に係る収差補正装置において６極子場を構成するための励磁方向を示す図である。 実施例１に係る収差補正装置において偏向場を構成するための励磁方向を示す図である。 実施例１に係る収差補正装置を用いて従来のＡ１収差補正方法を実施した場合の光線図の一例を示した図である。 図２の収差補正装置によるＡ１収差及びＡ４収差の補正方法を示す図である。 図２の収差補正装置によるＡ１収差とＡ４収差の補正手順を示す図である。 図２の収差補正装置によるＡ１収差導入後及びＡ４収差導入後のロンチグラム変化を示す図である。 図２の収差補正装置によるＡ４収差測定結果を示す図である。 図２の収差補正装置における第３多極子レンズの励磁量とＡ４収差係数の関係を表すグラフである。
　以下、本発明の実施例を、図面を用いて説明する。ただし、本発明は以下に示す実施例の記載内容に限定して解釈されるものではない。本発明の思想ないし趣旨から逸脱しない範囲で、その具体的構成を変更しうることは当業者であれば容易に理解される。
　本明細書等における「第１」、「第２」、「第３」等の表記は、構成要素を識別するために付するものであり、必ずしも数または順序を限定するものではない。
　図面等において示す各構成の位置、大きさ、計上、および範囲等は、発明の理解を容易にするため、実際の位置、大きさ、計上、および範囲等を表していない場合がある。したがって、本発明では、図面等に開示された位置、大きさ、形状、および範囲等に限定されない。
（実施例１）
　＜荷電粒子線装置の構成＞
　図１は、本発明の実施例１に係る荷電粒子線装置の構成の一例を示す図である。実施例１では、荷電粒子線装置は、走査透過電子顕微鏡(ＳＴＥＭ：Scanning Transmission Electron Microscopy)装置であるが、他の荷電粒子線装置であってもよい。
　ＳＴＥＭ装置１００は、鏡筒１０１と制御ユニット１０２とを備える。鏡筒１０１は、電子ビームを発生するための電子源１０３、集束レンズ群１０４、収差補正装置１０５、対物レンズ１０６、試料ステージ１０７、試料ホルダ１０８、結像レンズ群１０９、試料で散乱された電子を検出するための円環状検出器１１０、試料で透過した電子を検出する透過電子検出器１１１、ロンチグラムを撮像するための撮像カメラ１１２を有する。
　制御ユニット１０２は、図示は省略したが電子銃制御回路、照射レンズ制御回路、コンデンサ絞り制御回路、収差補正装置制御回路、偏向器制御回路、対物レンズ制御回路、カメラ制御回路などを含む。
　制御ユニット１０２は、制御回路を介して対象デバイスの値を取得することが可能であり、また制御回路を介して対象デバイスを制御することによって任意の電子光学条件を作り出す。制御ユニット１０２は、鏡筒１０１の制御を実現する制御機構の一例である。
　＜収差補正装置の構成＞
　図２は、実施例１の収差補正装置１０５の構成の一例を表す図である。収差補正装置１０５は、光学系の収差を補正する装置である。収差補正装置１０５は、第１偏向コイル２０１、第１調整レンズ２０２、第１多極子レンズ２０３、第１転送レンズ２０４、第３多極子レンズ２０５、第２転送レンズ２０６、第３転送レンズ２０７、第２偏向コイル２０８、第４転送レンズ２０９、第２多極子レンズ２１０、第３偏向コイル２１１、第２調整レンズ２１２を有する。
　第１多極子レンズ２０３は第１の６極子場を発生させ、第２多極子レンズ２１０は第２の６極子場を発生させる。第１多極子レンズ２０３と第２多極子レンズ２１０は第１転送レンズ２０４、第２転送レンズ２０６、第３転送レンズ２０７、第４転送レンズ２０９を用いて共役関係となっている。すなわち本構成では第１多極子レンズ２０３の主面は第２多極子レンズ２１０に１倍で投影されるため、第１多極子レンズ２０３に６極子場を与え、第２多極子レンズ２１０に第１多極子レンズ２０３とは逆位相で同じ強度の６極子場を与えることにより、２次非点（Ａ２）収差をキャンセルして負の３次球面（Ｃ３）収差を発生させることができる。
　このように発生させた負のＣ３収差により対物レンズのＣ３収差を補正した後は、寄生収差を除いて５次非点（Ａ５）収差が残存する。第１転送レンズ２０４と第２転送レンズ２０６の中間位置に配置された第３多極子レンズ２０５に対して６極子場を与えることで、Ａ５収差を発生させて残存するＡ５収差をキャンセルすることが出来る。
　このようにして５次までの収差が補正可能であるが、多極子レンズを構成する個々の極子の位置ずれや、極子材料の磁気的特性のばらつき、各レンズの軸ずれなどにより寄生収差と呼ばれる収差が発生する。
　寄生収差は、２回対称１次非点（Ａ１）収差、１回対称２次コマ（Ｂ２）収差、３回対称２次非点（Ａ２）収差、２回対称３次スター（Ｓ３）収差、４回対称３次非点（Ａ３）収差、５回対称４次非点（Ａ４）収差、１回対称４次コマ（Ｂ４）収差、３回対称４次スリーローブ（Ｄ４）収差、などがあり、寄生収差を補正することが収差補正装置の実用上重要となる。
　なお、図２に示す収差補正装置１０５の構成は一例であってこれに限定されない。少なくとも１つの転送光学系（たとえば転送レンズ）及び少なくとも２つの多極子を含めばよい。
　また、軸外のビーム軌道２１３については、第１転送レンズ２０４でビームが傾斜し第３多極子レンズ２０５でビームクロスをつくり、第２転送レンズ２０６に入射する。すなわち、第３多極子レンズ２０５は、第１多極子レンズ２０３と第２多極子レンズ２１０との間のビームクロスの位置に配置される。第１多極子レンズ２０３と第２多極子レンズ２１０の間のビームクロスの位置の数は、図２の例では２個であるがこれに限らない。なお、第１多極子レンズ２０３と第２多極子レンズ２１０の間のビームクロスの位置の数は偶数とすると好適である。
　第２偏向コイル２０８は、第３多極子レンズ２０５と第２多極子レンズ２１０との間に配置される。なお、変形例として、第２偏向コイル２０８を、第３多極子レンズ２０５と第１多極子レンズ２０３との間に配置することも可能である。
　本実施例では、第３多極子レンズ２０５が第１偏向器として作用し、第１の偏向場を発生させる（注：本実施例では、第１偏向コイル２０１でなく第３多極子レンズ２０５を「第１偏向器」と称している）。また、第２偏向コイル２０８が第２偏向器として作用し、第２の偏向場を発生させる。
＜多極子レンズの構成＞
　収差補正装置１０５で用いられる多極子レンズとしては、例えば１２極子レンズを用いる。図３は、１２極子レンズの構造の一例である。極子数を１２とすることで２方向の６極子場を足し合わせることができるため、任意の位相の６極子場を生成することができる。
　１２極子レンズ３００は、リング型の磁路３０１に対して、メインコイル３０２とサブコイル３０３が取り付けられた１２本の磁極３０４が配置された構成である。メインコイル３０２は負の３次球面収差を生成するための６極子場を励起するためのコイルであり、サブコイル３０３は６極子場生成時に副次的に発生する偏向場や４極子場などをキャンセルするための各多極子場を発生させるためのコイルである。本実施例では、第１多極子レンズ２０３、第２多極子レンズ２１０、第３多極子レンズ２０５として図３に示した１２極子レンズ３００を用いる。
＜６極子場の生成＞
　図４に、６極子場を生成するメインコイルの励磁方法を示す。図４に示すようにメインコイル３０２を一つおきに直列に接続する。直接接続されるメインコイル３０２が互いに逆極性となるようにする。これらのメインコイル３０２を電源４０１を用いて励磁することで２方向（Ｘ方向及びＹ方向）の６極子場を生成することが可能である。
　メインコイル３０２を励磁する電流量は、例えば次のようにして決定する。ここでＩＡ及びＩＢはそれぞれの系統に流す電流量であり、Ｘｈｅｘは生成したいＸ方向の６極子場の強さ、Ｙｈｅｘは生成したいＹ方向の６極子場の強さに相当する。
　ＩＡ　＝　Ｘｈｅｘ　…　（式１）
　ＩＢ　＝　Ｙｈｅｘ　…　（式２）
このように１２極子レンズを用いて任意の方向の６極子場を生成するためには最低源２個の独立した電源があれば良い。１２個の独立した電源を用いてそれぞれの極子を独立に励磁しても良い。
＜偏向場の生成＞
　１２個のサブコイル３０３を用いて２方向（Ｘ方向及びＹ方向）の偏向場を生成する場合、例えば次のように各サブコイルを励磁する電流量を決定する。ここでIｎはｎ時方向（１≦ｎ≦１２）のサブコイルに流す電流量であり、Ｘｄｅｆは生成したいＸ方向の偏向場の強さに相当し、Ｙｄｅｆは生成したいＹ方向の偏向場の強さに相当する。
　このように１２個のサブコイルに流す電流量を制御して任意の方向の偏向場を生成する場合、１２個の独立した電源が必要である。
Ｉｎ　＝　　Ｘｄｅｆ×ｃｏｓ（２π×ｎ／１２）
　　　　　＋Ｙｄｅｆ×ｓｉｎ（２π×ｎ／１２）　…　（式３）
また、図５に示すように４個の電源５０１と対向する２組のサブコイル３０３とを用いて２方向（Ｘ方向及びＹ方向）の偏向場を生成することもできる。例えば次のように４個のサブコイルを励磁すれば良い。
　Ｉ１２　＝　　Ｙｄｅｆ　　…　（式４）
　Ｉ３　　＝　　Ｘｄｅｆ　　…　（式５）
　Ｉ６　　＝　－Ｙｄｅｆ　　…　（式６）
　Ｉ９　　＝　－Ｘｄｅｆ　　…　（式７）
このように４個のサブコイルに流す電流量を制御して任意の方向の偏向場を生成する場合は、最低２個の独立した電源で制御が可能である。２個の電源で制御する場合は、１２時方向と６時方向のサブコイルを互いに逆極性として直列に接続し、３時方向と９時方向のサブコイルを互いに逆極性として直列に接続すれば良い。
＜４極子場の生成＞
　１２個のサブコイル３０３を用いて２方向（Ｘ方向及びＹ方向）の４極子場を生成する場合、例えば次のように各サブコイル３０３を励磁する電流量を決定する。ここでＩｎはｎ時方向（ｎ＝１～１２）のサブコイル３０３に流す電流量であり、Ｘｑｕａｄは生成したいＸ方向の偏向場の強さ、Ｙｑｕａｄは生成したいＹ方向の偏向場の強さに相当する。このように１２個のサブコイル３０３に流す電流量を制御して任意の方向の偏向場を生成する場合、１２個の独立した電源が必要である。
Ｉｎ　＝　　Ｘｑｕａｄ×ｃｏｓ（４π×ｎ／１２）
　　　　　＋Ｙｑｕａｄ×ｓｉｎ（４π×ｎ／１２）　…　（式８）
＜多極子場の重畳＞
　多極子レンズで収差補正に必要な６極子場を生成した場合、多極子レンズを構成する個々の極子の位置ずれや、極子材料の磁気的特性のばらつきによって、６極子場だけではなく、偏向場や４極子場が発生してしまう。そのためメインコイルで６極子場を生成し、サブコイルで不要な偏向場や４極子場を相殺する使い方が一般的である。
　前述のようにサブコイルに対して１２個の独立した電源を用いれば任意の方向の偏向場及び４極子場が重畳可能である。しかしながら、１２個の独立した電源を用いる場合は電源のノイズによる影響が増加する。
　多極子レンズにおける個々の極子による試料面上でのビーム偏向感度をｄ［ｐｍ／μＡ]、最大電流量をＩｍ［Ａ］、電源安定度をｓ[ｐｐｍ]、極数をＮとすると、総ノイズｄＮ［ｐｍ］は以下の式となる。
　ｄＮ＝　２×Ｉｍ×ｄ×ｓ×√Ｎ　…　（式９）
よってサブコイルに用いる電源数は出来るだけ少なくすることが望ましい。
　不要な偏向場が存在すると、ビーム中心軸が傾斜することによる低次から高次までの寄生収差が増大するリスクが高いため、不要な偏向場を多極子レンズ内で相殺することが望ましい。不要な４極子場についてはビームの中心軸は変化せず、Ａ１収差のみが増大するため、多極子レンズ外での補正手段を用いることが出来ればサブコイルに用いる電源数を最低２個まで減らすことが可能である。
＜Ａ１収差及びＡ４収差補正方法＞
　図６は、本実施例に係る収差補正装置１０５を用いて、現在実用化されている従来のＡ１収差補正方法を実施した場合の光線図の一例を示した図である。
　ビームは中心軌道６０１を有する。収差補正装置１０５において、第３転送レンズ２０７までは光軸が各レンズの中心を通る。第２偏向コイル２０８で光軸を傾斜させ、第２多極子レンズ２１０に対して光軸を平行移動させる。光軸が第２調整レンズ２１２の中心を光軸が通るように第３偏向コイル２１１を調整する。
　このような軌道制御では主にＡ１収差が発生するが、僅かに３次以上の高次収差が発生する。よって前述の多極子レンズ内を通る電子線の軌道を偏向して高次収差補正を行う方法における課題は、図６に示したＡ１補正方法との両立が出来ないことである。なぜなら、図６のように多極子レンズに対して光軸を平行移動させてＡ１収差を補正すると、補正した高次収差の補正分がキャンセルされるためである。その場合には、Ａ１収差を補正する方法として、多極子レンズへの４極子場重畳が必須となり、前述のように電源数が増えることによってノイズによるビーム偏向感度が増大し、像分解能を劣化させる要因となってしまう。
　図７に、本実施例に係る収差補正方法の一例として、Ａ１収差及びＡ４収差を補正する方法における光線図の一例を示す。ビームは中心軌道７０１を有する。本実施例に係る収差補正装置１０５において、第１転送レンズ２０４までは光軸が各レンズの中心を通る。偏向場を重畳した第３多極子レンズ２０５で光軸を傾斜させる。第２多極子レンズ２１０の中心を光軸が通るように第２偏向コイル２０８を調整する。
　このような軌道制御により主にＡ１収差とＡ４収差の制御が可能である。本方法を用いれば、Ａ４収差が問題とならない範囲では、Ａ１収差を補正する方法として用いることができる。すなわち、Ａ１収差を補正することが可能である。また、Ａ１収差を別方法で補正する場合には、Ａ４収差の補正が可能となる。
　Ａ１収差の補正方法としては、図６に示した、第２偏向コイル２０８で光軸を傾斜し、第２多極子レンズ２１０に対して光軸を平行移動する方法を用いて補正することが可能であり、また、前述した多極子レンズへの４極子場重畳を行うことでも補正可能である。ただし電源数が増えるため、図６に示した方法でＡ１収差を補正することが望ましい。
　図８に、図７に示した軌道制御を行うための詳細な手順を示す。ロンチグラム像において、試料に対する視野位置の移動はビームのシフト移動に相当し、照射系のアパーチャの影８０５の移動はビームのチルト成分の変化に相当する。
　試料上の目標物８０６とアパーチャの影をカメラの視野中心へ合わせた後、第３多極子レンズ２０５に偏向場を与えると、アパーチャの影と目標物が移動する。目標物８０６とアパーチャの影８０５をカメラの視野中心へ合わせた図を８０１に、アパーチャの影８０５と目標物８０６が移動した図を８０２に示す。
　移動した目標物８０６とアパーチャの影８０５を、第２偏向コイル２０８を用いてカメラの視野中心に振り戻す。第２偏向コイル２０８は、上下２段で構成されている偏向器とし、適切に上下比を設定することで、目標物８０６に対するシフト成分とチルト成分を独立に制御することが可能である。すなわち、本実施例に係る収差補正装置１０５において、第２偏向コイル２０８は２つの偏向素子（たとえば上段コイルおよび下段コイル）を備え、これによって、第２偏向コイル２０８は、ビームの偏向および平行移動を独立に制御することが可能である。
　８０３に、アパーチャの影８０５をカメラの視野中心へ移動させた図を示す。８０４に、８０３の状態からさらに目標物８０６をカメラの視野中心へ移動させた図を示す。この際に、第３多極子レンズ２０５に与えた偏向場の大きさ（たとえばコイルの励磁量）と、第２偏向コイル２０８で振り戻した際の励磁量との比を一定に保ったまま制御することで、第３多極子レンズ２０５に任意の大きさの偏向場を与えた際に、図７に示すような軸中心に振り戻す軌道制御が可能である。
　このように、本実施例に係る収差補正装置１０５は、第３多極子レンズ２０５によって偏向したビームを、第２偏向コイル２０８によって振り戻し、第２多極子レンズ２１０の中心にビームを通す。なお、変形例として、第１多極子レンズ２０３の中心にビームを通すようにしてもよく、第１多極子レンズ２０３および第２多極子レンズ２１０の双方の中心にビームを通すようにしてもよい。
　このようにして、本実施例に係る収差補正装置１０５は、Ａ４収差を補正するとともに、これによって発生するＡ１収差を、
　‐第２偏向コイル２０８によってビームを偏向させ、かつ、
　‐第２多極子レンズ２１０が発生する６極子場に対して光軸を平行移動させる
ことにより補正する。このようにして、Ａ１収差およびＡ４収差の双方が補正可能となる。
　なお、本実施例のようにＡ１収差およびＡ４収差の双方を補正すると総合的に収差をより小さくすることができるが、双方を補正する必要がない場合等においては、Ａ１収差またはＡ４収差のいずれかのみを補正してもよい。
＜実機確認結果＞
　フラットエリア（無収差角度範囲）が十分に広がった状態から、第３多極子レンズ２０５に対して４方向（Ｘ＋方向、Ｘ－方向、Ｙ＋方向、Ｙ－方向）の偏向場をそれぞれ０．０２ＡＴ導入した後のＡ１収差が導入されたロンチグラムを、それぞれ図９のＲ１～Ｒ４に示す。
　Ｘ＋方向に偏向場を導入した後のロンチグラムがＲ１、Ｘ－方向に偏向場を導入した後のロンチグラムがＲ２、Ｙ＋方向に偏向場を導入した後のロンチグラムがＲ３、Ｙ－方向に偏向場を導入した後のロンチグラムがＲ４である。
　Ａ１収差はロンチグラム上で２回対称な図形として現れるため、１８０°が１周期に相当する。よってロンチグラム上で１８０°の回転制御ができれば、すべての位相のＡ１収差が生成できることになる。
　Ｒ１とＲ３、Ｒ３とＲ２、Ｒ２とＲ４、Ｒ４とＲ１をそれぞれ比較すると、それぞれ互いに４５度ずつ回転していることが分かる。以上より、第３多極子レンズ２０５に与える偏向場を９０°ずつ回転させると、ロンチグラムに現れるＡ１収差の形状が４５°ずつ回転することが実機で確認された。
　また、フラットエリア（無収差角度範囲）が十分に広がった状態から、第３多極子レンズ２０５に対して４方向（Ｘ＋方向、Ｘ－方向、Ｙ＋方向、Ｙ－方向）の偏向場をそれぞれ０．３ＡＴ導入し、さらに３次までの収差を補正した後に残存するＡ４収差のロンチグラムを、それぞれ図９のＲ５～Ｒ８に示す。
　Ｘ＋方向に偏向場を導入した場合のロンチグラムをＲ５、Ｘ－方向に偏向場を導入した場合のロンチグラムをＲ６、Ｙ＋方向に偏向場を導入した場合のロンチグラムをＲ７、Ｙ－方向に偏向場を導入した場合のロンチグラムをＲ８に示す。
　Ａ４収差はロンチグラム上で５回対称な図形として現れるため、７２°が１周期に相当する。よってロンチグラム上で７２°の回転制御ができればすべての位相のＡ４収差が生成できることになる。
　Ｒ５とＲ７、Ｒ７とＲ６、Ｒ６とＲ８、Ｒ８とＲ５をそれぞれ比較すると、それぞれ互いに１８度ずつ回転していることが分かる。以上より、第３多極子に与える偏向場を、９０°ずつ回転させるとロンチグラムに現れるＡ４収差の形状が１８°ずつ回転することが実機で確認された。
　図１０は、ある実験において、第３多極子レンズ２０５に対して４方向（Ｘ＋方向、Ｘ－方向、Ｙ＋方向、Ｙ－方向）の偏向場を０．３ＡＴ導入した場合と０．６ＡＴ導入した場合について、Ａ４収差係数の平均値と、Ａ４収差図形の回転角度の平均値とを示した表である。
　図１１は、別の実験において、第３多極子レンズ２０５のコイル励磁量と、それに伴い発生したＡ４収差係数との関係をグラフに示したものである。
　図１１より、第３多極子レンズ２０５に与える偏向場に対して、Ａ４収差が線形に導入されていることがわかる。この傾向は、４方向（Ｘ＋方向、Ｘ－方向、Ｙ＋方向、Ｙ－方向）いずれについても当てはまる。
　以上説明するように、本実施例に係る収差補正装置および収差補正方法によれば、Ａ１収差またはＡ４収差の補正と、多極子レンズのビーム偏向感度低減による像質向上とを両立することができる。
　なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。また、例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために構成を詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、各実施例の構成の一部について、他の構成に追加、削除、置換することが可能である。
　１００…ＳＴＥＭ装置（荷電粒子線装置）
　１０１…鏡筒
　１０２…制御ユニット
　１０３…電子源
　１０４…集束レンズ群
　１０５…収差補正装置
　１０６…対物レンズ
　１０７…試料ステージ
　１０８…試料ホルダ
　１０９…結像レンズ群
　１１０…円環状検出器
　１１１…透過電子検出器
　１１２…撮像カメラ
　２０１…第１偏向コイル
　２０２…第１調整レンズ
　２０３…第１多極子レンズ
　２０４…第１転送レンズ
　２０５…第３多極子レンズ（第１偏向器）
　２０６…第２転送レンズ
　２０７…第３転送レンズ
　２０８…第２偏向コイル（第２偏向器）
　２０９…第４転送レンズ
　２１０…第２多極子レンズ
　２１１…第３偏向コイル
　２１２…第２調整レンズ
　２１３…ビーム軌道
　３００…極子レンズ
　３０１…磁路
　３０２…メインコイル
　３０３…サブコイル
　３０４…磁極
　４０１…電源
　５０１…電源
　６０１…中心軌道
　７０１…中心軌道
　８０５…アパーチャの影
　８０６…目標物

Claims (9)

  1. 　光学系の収差を補正する収差補正装置であって、
    　第１の６極子場を発生させる第１多極子レンズと、
    　第２の６極子場を発生させる第２多極子レンズと、
    　第１の偏向場を発生させる第１偏向器と、
    　第２の偏向場を発生させる第２偏向器と、
    を有し、
    　前記第１偏向器は、前記第１多極子レンズと前記第２多極子レンズとの間のビームクロスの位置に配置され、
    　前記第２偏向器は、前記第１偏向器と、前記第１多極子レンズまたは第２多極子レンズとの間に配置され、
    　前記収差補正装置は、
    　前記第１偏向器によって偏向したビームを、前記第２偏向器によって振り戻し、
    　前記第１多極子レンズまたは第２多極子レンズの少なくとも一方の中心に前記ビームを通し、
    　これによって、２回対称１次非点（Ａ１）収差または５回対称４次非点（Ａ４）収差のうち少なくとも一方を補正する、
    ことを特徴とする収差補正装置。
  2. 　請求項１に記載の収差補正装置において、前記収差補正装置は、前記２回対称１次非点（Ａ１）収差および前記５回対称４次非点（Ａ４）収差を補正することを特徴とする、収差補正装置。
  3. 　請求項１に記載の収差補正装置において、前記第１多極子レンズと前記第２多極子レンズとの間のビームクロスの位置の個数が偶数であることを特徴とする、収差補正装置。
  4. 　請求項１に記載の収差補正装置において、前記第１偏向器は多極子レンズであることを特徴とする、収差補正装置。
  5. 　請求項１に記載の収差補正装置において、前記第２偏向器は２つの偏向素子を備え、これによって、前記第２偏向器は前記ビームの偏向および平行移動を独立に制御可能であることを特徴とする、収差補正装置。
  6. 　光学系の収差を補正する収差補正装置を備えた荷電粒子線装置における収差補正方法であって、
    　前記収差補正装置は、
    　第１の６極子場を発生させる第１多極子レンズと、
    　第２の６極子場を発生させる第２多極子レンズと、
    　第１の偏向場を発生させる第１偏向器と、
    　第２の偏向場を発生させる第２偏向器と、
    を有し、
    　前記第１偏向器は、前記第１多極子レンズと前記第２多極子レンズとの間のビームクロスの位置に配置され、
    　前記第２偏向器は、前記第１偏向器と、前記第１多極子レンズまたは第２多極子レンズとの間に配置され、
    　前記収差補正方法は、
    　前記第１偏向器によって偏向したビームを、前記第２偏向器によって振り戻すことと、
    　前記第１多極子レンズまたは第２多極子レンズの少なくとも一方の中心に前記ビームを通すことと、
    　これによって、２回対称１次非点（Ａ１）収差または５回対称４次非点（Ａ４）収差のうち少なくとも一方を補正することと、
    を含むことを特徴とする方法。
  7. 　請求項６に記載の収差補正方法において、前記収差補正装置は、前記２回対称１次非点（Ａ１）収差および前記５回対称４次非点（Ａ４）収差を補正することを特徴とする、収差補正方法。
  8. 　請求項６に記載の収差補正方法において、前記第１多極子レンズと前記第２多極子レンズとの間のビームクロスの位置の個数が偶数であることを特徴とする、収差補正方法。
  9. 　請求項７に記載の収差補正方法において、
    　前記収差補正装置は、
    　前記５回対称４次非点（Ａ４）収差を補正することによって発生する前記２回対称１次非点（Ａ１）収差を、
    　‐前記第２偏向器によってビームを偏向させ、かつ、
    　‐前記第２の６極子場に対して光軸を平行移動させる
    ことにより補正することを特徴とする、収差補正方法。
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