(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子線装置の球面収差補正装置であって、
相互に生じる三回非点収差が相殺される第１の一対の三回対称場を発生する第1の一対の多極子と、
第1の一対の多極子の後段に配置され、相互に生じる三回非点収差が相殺される第２の一対の三回対称場を発生する第２の一対の多極子と
を備え、
前記第１の一対の多極子と前記第２の一対の多極子の各六回非点収差は、光軸を中心軸として相互に３０°回転していることを特徴とする荷電粒子線装置の球面収差補正装置。
【請求項２】
荷電粒子線装置の球面収差補正装置であって、
相互に生じる三回非点収差が相殺される第１の一対の三回対称場を発生する第1の一対の多極子と、
第1の一対の多極子の後段に配置され、相互に生じる三回非点収差が相殺される第２の一対の三回対称場を発生する第２の一対の多極子と、
前記第１及び前記第２の一対の多極子の間に設置され、前記第１の一対の多極子と前記第２の一対の多極子の各六回非点収差が、光軸を中心軸として相互に３０°回転した関係をもつように、前記第1の一対の多極子を通過した荷電粒子線を回転させる回転レンズとを備えることを特徴とする荷電粒子線装置の球面収差補正装置。
【請求項３】
荷電粒子線装置の球面収差補正装置であって、
相互に生じる三回非点収差が相殺される第１の一対の三回対称場を発生する第1の一対の多極子と、
第１の一対の多極子の後段に配置され、相互に生じる三回非点収差が相殺される第２の一対の三回対称場を発生する第２の一対の多極子と、
前記第１及び前記第２の一対の多極子の間に設置され、前記第１の一対の多極子と前記第２の一対の多極子の各六回非点収差が、光軸を中心軸として相互に３０°回転した関係をもつように、前記第１および前記第２の一対の多極子のうちの少なくとも一方を回転させる回転機構とを備えることを特徴とする荷電粒子線装置の球面収差補正装置。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れか一項に記載の荷電粒子線装置の球面収差補正装置であって、更に、隣接する前記多極子の間に設置され、その一方の多極子に形成される像と共役な像を他方の多極子に形成する一対の転送レンズを備えることを特徴とする荷電粒子線装置の球面収差補正装置。
【請求項５】
請求項４に記載の荷電粒子線装置の球面収差補正装置であって、更に、各前記多極子のうちの最も対物レンズに近い多極子と前記対物レンズとの間に設置され、前記最も対物レンズに近い多極子に形成される像と共役な像を前記対物レンズのコマフリー面に形成する一対の転送レンズを備えることを特徴とする荷電粒子線装置の球面収差補正装置。
【請求項６】
請求項１乃至５の何れか一項に記載の荷電粒子線装置の球面収差補正装置であって、
各前記多極子は六極子であることを特徴とする荷電粒子線装置の球面収差補正装置。
【請求項７】
請求項１乃至５の何れか一項に記載の荷電粒子線装置の球面収差補正装置であって、
前記各多極子は十二極子であることを特徴とする荷電粒子線装置の球面収差補正装置。
【請求項８】
請求項１乃至７の何れか一項に記載の荷電粒子線装置の球面収差補正装置であって、
各前記第１および第２の一対の三回対称場は、一対の静磁場、一対の静電場、若しくは一対の静磁場及び一対の静電場の重畳場のうちの何れか１つであることを特徴とする荷電粒子線装置の球面収差補正装置。
【請求項９】
荷電粒子線装置の球面収差補正方法であって、
相互に生じる三回非点収差が相殺される第１の一対の三回対称場を生成する工程と、
第1の一対の多極子の後方で、相互に生じる三回非点収差が相殺される第２の一対の三回対称場を生成する工程と
を備え、
前記一対の三回対称場と前記第２の一対の三回対称場が生じる各六回非点収差は、光軸を中心軸として相互に３０°回転していることを特徴とする荷電粒子線装置の球面収差補正方法。
【請求項１０】
荷電粒子線装置の球面収差補正方法であって、
相互に生じる三回非点収差が相殺される第１の一対の三回対称場を生成する工程と、
前記第１の一対の三回対称場の後方で、相互に生じる三回非点収差が相殺される第２の一対の三回対称場を生成する工程と、
前記第１及び前記第２の一対の三回対称場の間に設置された回転レンズを用いて、前記第１の一対の三回対称場と前記第２の一対の三回対称場の各六回非点収差が、光軸を中心軸として相互に３０°回転した関係をもつように、前記第１の一対の三回対称場を通過した荷電粒子線を回転させる工程と
を備えることを特徴とする荷電粒子線装置の球面収差補正方法。
【請求項１１】
請求項９または１０に記載の荷電粒子線装置の球面収差補正方法であって、更に、隣接する前記三回対称場の間に、その一方の三回対称場に形成される像と共役な像を他方の三回対称場に形成するための場を生成する工程を備えることを特徴とする荷電粒子線装置の球面収差補正方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の荷電粒子線装置の球面収差補正方法であって、更に、前記三回対称場のうちの最も対物レンズに近い三回対称場に形成される像と共役な像を前記対物レンズのコマフリー面に形成する場を、前記最も対物レンズに近い三回対称場と前記対物レンズとの間に生成する工程を備えることを特徴とする荷電粒子線装置の球面収差補正方法。
【請求項１３】
請求項９乃至１２の何れか一項に記載の荷電粒子線装置の球面収差補正方法であって、
各前記第１および第２の一対の三回対称場は、一対の静磁場、一対の静電場、若しくは一対の静磁場及び一対の静電場の重畳場のうちの何れか１つであることを特徴とする荷電粒子線装置の球面収差補正方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、球面収差補正装置及び球面収差補正方法に関するものであり、特に、三回対称場を利用することで六回非点収差も補正可能な球面収差補正装置及び球面収差補正方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）や走査透過電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）等の荷電粒子線装置において、収差補正は高い空間分解能を得るための必須の技術である。特に、軸対称レンズである対物レンズが生じる正の球面収差は空間分解能の向上を制限する主要な要因である。
【０００３】
現在、この正の球面収差は、六極子等によって生じる負の球面収差を用いて補正できることが広く知られている（非特許文献１、２参照）。非特許文献２は、この六極子を用いた球面収差補正装置を提案するものであり、同文献の装置は２つの六極子を備えている。
【０００４】
非特許文献２の球面収差補正装置１００は透過電子顕微鏡に搭載され、対物レンズ１０１の前段（照射系）或いは後段（投影系）に設置される。なお、図５は球面収差補正装置１００を対物レンズ１０１の前段（照射系）に設置した例を示している。この装置１００は、光軸１２０上に設置された六極子１０２及び六極子１０３と、六極子１０２と六極子１０３との間及び六極子１０３と対物レンズ１０１との間に設置された一対の転送レンズ１０４、１０５を備える。２段の六極子１０２、１０３は、光軸１２０から見て一致するように配置している。即ち、六極子１０２、１０３で生成される各三回対称場は光軸１２０の周りで回転関係をもたない。また、一対の転送レンズ１０４、１０５は２つの軸対称レンズで構成され、六極子１０２と六極子１０３との間にある転送レンズ１０４、１０５は、六極子１０２で形成される像と共役な像を他方の六極子１０３に形成し、六極子１０３と対物レンズ１０１との間にある転送レンズ１０４、１０５は、六極子１０３で形成される像と共役な像を対物レンズ１０１のコマフリー面１０１ａに形成する。コマフリー面１０１ａに入射した電子線１２１は試料面１０１ｂで集束する。
【０００５】
２段の六極子１０２、１０３は、電子線１２１に対して互いに直交する方向に負の球面収差を生じさせる。従って、２段の六極子１０２、１０３および一対の転送レンズ１０４、１０５によって、光軸１２０に対して等方的な負の球面収差が生じ、２段の六極子１０２、１０３は所謂凹レンズとして機能する。この負の球面収差によって、正の球面収差を有する（所謂凸レンズである）対物レンズ１０１の正の球面収差は抑制される。
【０００６】
一般的に、六極子は二次の収差である三回非点収差を発生することが知られている。そこで、非特許文献２の装置１００では、六極子１０３の三回非点収差が六極子１０２の三回非点収差を相殺している。
【０００７】
しかしながら、上述の収差補正技術は三回非点収差を抑制できるものの、四次の収差までの補正が限界であり、更に高次の収差に対しては補正が完全ではない。上述の球面収差補正装置では、各三回対称場で生じた三回非点収差が相殺される代わりに、五次の収差の１つである六回非点収差が現れてしまう。これが収差補正の制限要因となっているため、更なる空間分解能の向上が期待できない。
【０００８】
この問題に対して、特許文献１は、六回非点収差が補正可能な球面収差補正装置を開示している。特許文献１の球面収差補正装置では、３つの三回対称場を生成する三段の多極子を光軸の周りに所定の角度で回転させて配置することにより、六回非点収差を抑制している。
【０００９】
また、非特許文献３は、六回非点収差が補正可能な球面収差補正装置の理論的解析結果を示している。非特許文献３は、非特許文献２と同様に、二段の六極子及び転送レンズ対が設けられた球面収差補正装置を提案しており、この解析結果によれば、三次の球面収差が一定になるような励磁電流を各六極子に加えた場合、六回非点収差は各六極子の光軸方向に沿った長さが特定の値になったときに最小になるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００９−０５４５６５号公報
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】A. V. Crewe and D. Kopf, Optik, vol. 55 (1980) p.1-10
【非特許文献２】H. Rose, Optik, vol. 85 (1990) p.19-24
【非特許文献３】H. Muller et al., Microsc. Microanal., vol. 12 (2006) p. 442-455
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上述の通り、特許文献１及び非特許文献３に示された球面収差補正装置は、何れも三回対称場を用いて六回非点収差を抑制している。しかしながら、非特許文献２ような、２つの三回対称場を用いた従来の球面収差補正装置とは異なる設計思想に基づいているため、励磁電流や六極子の寸法等の設定値を新たに模索する必要があるため、その調整は複雑である。
【００１３】
本発明は上記の問題を鑑み、設計が容易で、且つ、六回非点収差も補正可能な荷電粒子線装置の球面収差補正装置及び球面収差補正方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の第１の態様は、荷電粒子線装置の球面収差補正装置であって、相互に生じる三回非点収差が相殺される第１の一対の三回対称場を発生する第1の一対の多極子と、第1の一対の多極子の後段に配置され、相互に生じる三回非点収差が相殺される第２の一対の三回対称場を発生する第２の一対の多極子とを備え、前記第１の一対の多極子と前記第２の一対の多極子の各六回非点収差は、光軸を中心軸として相互に３０°回転していることを特徴とする。
【００１５】
本発明の第２の態様は、荷電粒子線装置の球面収差補正装置であって、相互に生じる三回非点収差が相殺される第１の一対の三回対称場を発生する第1の一対の多極子と、第1の一対の多極子の後段に配置され、相互に生じる三回非点収差が相殺される第２の一対の三回対称場を発生する第２の一対の多極子と、前記第１及び前記第２の一対の多極子の間に設置され、前記第１の一対の多極子と前記第２の一対の多極子の各六回非点収差が、光軸を中心軸として相互に３０°回転した関係をもつように、前記第1の一対の多極子を通過した荷電粒子線を回転させる回転レンズとを備えることを特徴とする。
【００１６】
本発明の第３の態様は、荷電粒子線装置の球面収差補正装置であって、相互に生じる三回非点収差が相殺される第１の一対の三回対称場を発生する第1の一対の多極子と、第1の一対の多極子の後段に配置され、相互に生じる三回非点収差が相殺される第２の一対の三回対称場を発生する第２の一対の多極子と、前記第１及び前記第２の一対の多極子の間に設置され、前記第１の一対の多極子と前記第２の一対の多極子の各六回非点収差が、光軸を中心軸として相互に３０°回転した関係をもつように、前記第１および前記第２の一対の多極子のうちの少なくとも一方を回転させる回転機構とを備えることを特徴とする。
【００１７】
上記第１乃至第３の態様に係る球面収差補正装置は、更に、隣接する前記多極子の間に設置され、その一方の多極子に形成される像と共役な像を他方の多極子に形成する一対の転送レンズを備えることが好ましい。
【００１８】
また、上記球面収差補正装置は、各前記多極子のうちの最も対物レンズに近い多極子と前記対物レンズとの間に設置され、前記最も対物レンズに近い多極子に形成される像と共役な像を前記対物レンズのコマフリー面に形成する一対の転送レンズを備えることが好ましい。
【００１９】
上記各多極子は、六極子又は十二極子であることが好ましい。
上記第１乃至第３の態様に係る球面収差補正装置において、各前記第１および第２の一対の三回対称場は、一対の静磁場、一対の静電場、若しくは一対の静磁場及び一対の静電場の重畳場のうちの何れか１つであることが好ましい。
【００２０】
本発明の第４の態様は、荷電粒子線装置の球面収差補正方法であって、相互に生じる三回非点収差が相殺される第１の一対の三回対称場を生成する工程と、第1の一対の多極子の後方で、相互に生じる三回非点収差が相殺される第２の一対の三回対称場を生成する工程とを備え、前記一対の三回対称場と前記第２の一対の三回対称場が生じる各六回非点収差は、光軸を中心軸として相互に３０°回転していることを特徴とする。
【００２１】
本発明の第５の態様は、荷電粒子線装置の球面収差補正方法であって、相互に生じる三回非点収差が相殺される第１の一対の三回対称場を生成する工程と、前記第１の一対の三回対称場の後方で、相互に生じる三回非点収差が相殺される第２の一対の三回対称場を生成する工程と、前記第１及び前記第２の一対の三回対称場の間に設置された回転レンズを用いて、前記第１の一対の三回対称場と前記第２の一対の三回対称場の各六回非点収差が、光軸を中心軸として相互に３０°回転した関係をもつように、前記第1の一対の三回対称場を通過した荷電粒子線を回転させる工程とを備えることを特徴とする。
【００２２】
上記第４又は第５の態様に係る荷電粒子線装置の球面収差補正方法は、更に、隣接する前記三回対称場の間に、その一方の三回対称場に形成される像と共役な像を他方の三回対称場に形成するための場を生成する工程を備えることが好ましい。
【００２３】
上記球面収差補正方法は、更に、前記三回対称場のうちの最も対物レンズに近い三回対称場に形成される像と共役な像を前記対物レンズのコマフリー面に形成する場を、前記最も対物レンズに近い三回対称場と前記対物レンズとの間に生成する工程を備えることが好ましい。
【００２４】
上記球面収差補正方法において、各前記第１および第２の一対の三回対称場は、一対の静磁場、一対の静電場、若しくは一対の静磁場及び一対の静電場の重畳場のうちの何れか１つであることが好ましい。
【発明の効果】
【００２５】
第１及び第２の一対の多極子は、それぞれが負の球面収差を発生すると共に、相互に発生する六回非点収差を相殺する。このとき、各対の多極子において三回非点収差も相殺されるので、三回非点収差および六回非点収差を除去しつつ対物レンズの正の球面収差を補正できるため、荷電粒子線装置の空間分解能が向上する。
【００２６】
また、一対の多極子を用いた球面収差補正装置を二段用いた構成であるため、一対の多極子のみを用いた球面収差補正装置の動作や形状及び寸法等を参考にできる。従って、開発コストを削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の一実施形態に係る球面収差補正装置を示す構成図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る球面収差補正装置における三回非点収差と六回非点収差の回転関係の一例を示す図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る球面収差補正装置における二対の六極子の配置を示す図であり、（ａ）は一方の一対の六極子と他方の一対の六極子が光軸を中心軸として相互に３０°回転した配置、（ｂ）は二対の六極子が光軸からみて一致した配置を示す。
【図４】本発明の一実施形態に係る球面収差補正装置において回転レンズを設置した構成図である。
【図５】従来の球面収差補正装置を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。以下、本実施形態の球面収差補正装置を、走査透過電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）に搭載した例を挙げて説明するが、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）、透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）、集束イオンビーム装置（ＦＩＢ）等の荷電粒子線装置にも搭載可能である。同様に、本発明の球面収差補正方法も、透過電子顕微鏡だけでなく、上記の荷電粒子線装置にも適用可能である。
【００２９】
図１は本実施形態の球面収差補正装置１０を示す構成図である。本実施形態の球面収差補正装置１０は、照射側の収差補正光学系として対物レンズ１１の前段に、或いは投影側の収差補正光学系として対物レンズ１１の後段に設置される。図１は、球面収差補正装置１０を照射側の収差補正光学系として設置した例である。球面収差補正装置１０は、光軸２０を中心軸とした一対の三回対称場（第１の一対の三回対称場）を生成する一対の多極子Ａ、Ｂと、一対の多極子Ａ、Ｂの後段に設置され、光軸２０を中心軸とした一対の三回対称場（第２の一対の三回対称場）を生成する一対の多極子Ｃ、Ｄとを備える。即ち、本実施形態では、四段の多極子Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄが光軸２０に沿って一列に配列し、各多極子が個別に三回対称場を生成する。各多極子Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄは、三回対称の静磁場、静電場、静磁場と静電場の重畳場の何れか１つを生成する六極子または十二極子である。
【００３０】
図１に示すように、各多極子Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄは光軸２０に沿った厚みｔを有する。なお、厚みｔはそれぞれ異なってもよい。各多極子が生成する３回対称場はその多極子によって生成される場のプライマリー項と称される。一般的に多極子は、僅かであるがプライマリー項以外の高次項による場が発生する。通常の厚みを持たない（所謂「薄い」） 多極子においては、プライマリー項以外の高次項による場は多極子の使用目的に対して無視されるか又は単なる寄生要因に過ぎない。しかし、多極子の厚みを増していくと、プライマリー項以外の高次項による効果が現れる。この効果は色収差補正に用いることができる。即ち、本実施形態における、光軸２０に沿った厚みｔを有する多極子とは、プライマリー項以外の色収差補正に適用可能な高次項による場を生成する多極子である。
【００３１】
図１に示すように、本実施形態の球面収差補正装置１０は、更に、隣接する多極子の間、即ち多極子Ａ、Ｂの間、多極子Ｂ、Ｃの間、多極子Ｃ、Ｄの間のそれぞれに設置される一対の転送レンズ１４、１５を備えることが好ましい。一対の転送レンズ１４、１５は、隣接する二段の多極子の一方に形成される像と共役な像を他方の多極子に形成する。即ち、一対の転送レンズ１４、１５の倍率は−１倍である。換言すると、隣接する二段の多極子Ａ、Ｂ（Ｃ、Ｄ）のうちの一方の多極子Ａ（Ｃ）は、その主面が転送レンズ１４の物側焦点に位置し、他方の多極子Ｂ（Ｄ）は、その主面が転送レンズ１５の像側焦点に位置する。
【００３２】
なお、図１に示すように、一対の転送レンズ１４、１５は、各多極子Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄのうちの最も対物レンズに近い多極子（即ち、図１に示す例では多極子Ｄ）と対物レンズ１１との間にも設置することが好ましい。この一対の転送レンズ１４、１５は、多極子Ｄに形成される像と共役な像を対物レンズ１１のコマフリー面１１ａに形成する。なお、コマフリー面１１ａは、対物レンズ１１の前方焦点面に略等しい。コマフリー面１１ａに入射した電子線２１は、試料面１１ｂに集束する。
【００３３】
多極子Ａ、Ｂは、一対の三回対称場を生成する。この一対の三回対称場は光軸２０に直交し且つ相互に直交する二方向に負の球面収差を発生する。従って、この負の球面収差は、対物レンズがもつ正の球面収差を減少させる。また、多極子Ａ、Ｂは、それぞれ相互に逆向きで同じ量（強さ）の三回非点収差を発生する。従って、多極子Ａによって発生した三回非点収差は、多極子Ｂによって発生した三回非点収差によって相殺される。
【００３４】
ところが、多極子Ａ、Ｂが生成する一対の三回対称場によって三回非点収差を相殺することで、従来の球面収差補正装置において問題であった、五次の収差である六回非点収差が新たに発生する。
【００３５】
この六回非点収差について具体的に説明する。各多極子Ａ、Ｂの単位長さ当たりの三回非点収差係数（以下、単に三回非点収差係数と称する）Ａ3は、
【数１】
0005502595.tif 000002
と表される。ここで、ａ3は定数、θa3は所定の方向（例えば、光軸２０に直交するＸ軸方向）を基準として三回非点収差収差の特定の方位（例えば最も強く三回非点収差が現れる方向）を示す角度（方位角）である（図２参照）。一方、多極子Ａ、Ｂによる単位長さ当たりの六回非点収差係数（以下、単に六回非点収差係数と称する）Ａ6_ABは、上記の三回非点収差係数Ａ3を用いると、
【数２】
0005502595.tif 000003
と表される。ここで、ｔは各多極子Ａ、Ｂの光軸２０に沿った厚み、Ｍは対物レンズ１１の縮小率（即ち、多極子Ａ又はＢの主面における像に対する対物レンズのコマフリー面における像の倍率）、ｆは対物レンズの焦点距離である。この（２）式に（１）式を代入すると、六回非点収差係数Ａ6_ABについて、
【数３】
0005502595.tif 000004
という関係が得られる。従って、多極子Ａ、Ｂを通過した電子線による像には六回非点収差が現れることになる。
【００３６】
一方、多極子Ｃ、Ｄの基本的な機能は多極子Ａ、Ｂと同様であり、一対の三回対称場を生成して、光軸２０に直交し且つ相互に直交する二方向に負の球面収差を発生させる。また、多極子Ｃ、Ｄは、それぞれ相互に逆向きで同じ量（強さ）の三回非点収差を発生する。従って、多極子Ａ、Ｂと同様に、多極子Ｃの三回非点収差は、多極子Ｄの三回非点収差によって相殺され、その代わりに六回非点収差が発生する。ただし、多極子Ｃ、Ｄによって発生する各三回非点収差の方位は、多極子Ａ、Ｂによって発生する各三回非点収差の方位に対し、光軸２０を中心軸として３０°回転しているだけで、その強度は多極子Ａ、Ｂに等しい。即ち、多極子Ａ、Ｂによって生じる六回非点収差と多極子Ｃ、Ｄによって生じる六回非点収差は、光軸２０を中心軸として相互に３０°回転する関係を有する。次式から理解されるように、この回転関係から、多極子Ａ、Ｂの六回非点収差は、多極子Ｃ、Ｄの六回非点収差によって相殺される。
【００３７】
即ち、多極子Ｃ、Ｄによる一対の三回対称場の単位長さ当たりの六回非点収差係数Ａ6_CDは、（３）式の導出の類推により、次の（４）式で表される関係を有する。
【数４】
0005502595.tif 000005
ここで、φa3は前述の所定の方向を基準とした方位角である（図２参照）。
【００３８】
一対の多極子Ａ、Ｂおよび一対の多極子Ｃ、Ｄによるトータルの六回非点収差Ａ6_Totalは、
【数５】
0005502595.tif 000006
と表されるので、これに（３）式及び（４）式を代入すると、次の（６）式が得られる。
【数６】
0005502595.tif 000007
【００３９】
上述の通り、θa3とφa3は３０°相互にずれた回転関係を有する。即ち、θa3−φa3＝３０°なので、（６）式から
【数７】
0005502595.tif 000008
という関係が得られる。つまり、（７）式から、多極子Ａ、Ｂによって生じた六回非点収差は、多極子Ｃ、Ｄによって生じた六回非点収差によって相殺されることが判る。
【００４０】
上記の三回非点収差と六回非点収差の回転関係の例を図２に示す。各三角形ＴA、ＴB、ＴC、ＴDは、それぞれ、光軸２０に垂直な面内において多極子Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄによって生じる三回非点収差の強さを模式的に表したものである。同様に、各六角形ＨAB、ＨCDは、それぞれ、光軸２０に垂直な面内において一対の多極子Ａ、Ｂおよび一対の多極子Ｃ、Ｄによって生じる六回非点収差の強さを模式的に表したものである。図２の三角形ＴAで示すように、多極子Ａの三回非点収差が、＋Ｙ軸方向を含む１２０°毎の三方向に三回非点収差の影響が最も強く現れているとすると、多極子Ｂは多極子Ａに対して逆向きで同じ量（強さ）の三回非点収差を発生するので、その非点収差を表す三角形ＴBは、三角形ＴAを６０°回転させた（或いはＸ軸に対して折り返した）形になる。これらの合成による三回非点収差は０であり、その代わりに図２の六角形ＨABで示す六回非点収差が現れる。
【００４１】
三角形ＴC、ＴDの回転関係も、三角形ＴA、ＴBと同様であり、多極子Ｄは多極子Ｃに対して逆向きで同じ量（強さ）の三回非点収差を発生するので、三角形ＴDは、三角形ＴCを６０°回転させた形になる。ただし、多極子ＡおよびＣによる三回非点収差の各方位角θa3、φa3の差は３０°に設定されているので、三角形ＴCは三角形ＴAに対して３０°回転しており、三角形ＴDは、Ｙ軸に対して折り返した形になるとも言える。これらの合成による三回非点収差は０であり、その代わりに図２の六角形ＨCDで示す六回非点収差が現れる。各方位角θa3、φa3の差から、六角形ＨCDは六角形ＨABに対して３０°回転している。
【００４２】
図２から理解されるように、一対の多極子Ａ、Ｂと一対の多極子Ｃ、Ｄによる各六回非点収差は、光軸を中心軸として相互に３０°回転している。従って、上記の（７）式にも示した通り、各六回非点収差の和は０になる。このとき、各対の多極子において三回非点収差も相殺される。従って、三回非点収差および六回非点収差を除去しつつ対物レンズの正の球面収差を補正できることから、例えば本実施形態の球面収差補正装置１０をＳＴＥＭの照射系側に設置した場合には、プローブビームとして許容される電子線の最大入射角を拡大させ、且つ回折収差を低減させることが可能になる。これにより、ＳＴＥＭ等の荷電粒子線装置の空間分解能を向上させることができる。
【００４３】
また、本実施形態の球面収差補正装置１０は、一対の多極子を二段用いた構成である。一対の多極子のみを用いた球面収差補正装置は広く知られており、本実施形態の球面収差補正装置１０を設計する際には、その動作や形状及び寸法等を参考にできる。従って、開発コストを削減することができる。
【００４４】
なお、上記の各六回非点収差を相殺するためには、これらが等しい強度で且つ相互に光軸を中心軸として相互に３０°回転していれば十分である。従って、各対の多極子Ａ、Ｂ（Ｃ、Ｄ）において生じる三回非点収差の回転関係は図２に限定されない。即ち、多極子Ａにおいて三角形ＴBで示されるような三回非点収差が生じ、多極子Ｂにおいて三角形ＴAで示されるような三回非点収差が生じても良い。また、多極子Ｃ、Ｄについても同様である。更には、多極子Ａ、Ｂで生じる各三回非点収差と多極子Ｃ、Ｄで生じる各三回非点収差が相互に入れ替わっても良い。
【００４５】
また、上述の通り、本実施形態の各多極子Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄは六極子又は十二極子である。各多極子Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄとして六極子Ａ′、Ｂ′、Ｃ′、Ｄ′を用いた場合、各六回非点収差間の３０°の回転関係を得るため、図３（ａ）に示すように一対の六極子Ａ′、Ｂ′の各極Ｐと一対の六極子Ｃ′、Ｄ′の各極Ｑは、光軸２０からみて相互に３０°回転するように配置される。
【００４６】
或いは、図３（ｂ）に示すように、一対の六極子Ａ′、Ｂ′の各極Ｐと一対の六極子Ｃ′、Ｄ′の各極Ｑを光軸２０からみて一致するように配置してもよい。この場合、六極子Ｂ′と六極子Ｃ′との間には、六極子Ｂ´を通過した電子線２１（六極子Ｂ´で形成された像）を、光軸２０を中心軸として３０°回転させる回転レンズ１６が設置される。
【００４７】
なお、各多極子Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄとして十二極子Ａ″、Ｂ″、Ｃ″、Ｄ″を用いた場合にも、この回転レンズ１６を設置することが好ましい。十二極子Ａ″、Ｂ″、Ｃ″、Ｄ″は、これらの各極が光軸２０からみて一致するように配置されることが好適であるため、原理的には各極の極性を制御することで上述の３０°の回転関係が得られる。しかしながら、組立精度等によって上述の回転関係の誤差が生じる場合がある。回転レンズ１６が設置されていれば、その誤差を補償することができる。
【００４８】
また、本実施形態の球面収差補正装置１０は、一対の多極子Ａ、Ｂと一対の多極子Ｃ、Ｄの少なくとも一方を回転させる回転機構（図示せず）を有してもよい。この回転機構は、例えば、多極子Ｃ、Ｄを固定する支持部材（図示せず）を光軸２０の周りで回転させることで、上述の３０°の回転関係を得る。この場合、一対の多極子Ａ、Ｂと一対の多極子Ｃ、Ｄを設置する際に求められる各極の相互の厳密な位置関係が緩和されるので、加工コストを抑えることができる。
【符号の説明】
【００４９】
１０・・・球面収差補正装置  Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ・・・多極子  Ａ′、Ｂ′、Ｃ′、Ｄ′・・・多極子（六極子）  Ａ″、Ｂ″、Ｃ″、Ｄ″・・・多極子（十二極子）  １１・・・対物レンズ  １４、１５・・・転送レンズ  ２０・・・光軸  ２１・・・荷電粒子線（電子線）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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