(57)【要約】  各丸形レンズと各ヘクサポールフィールドを用いて、３次の開口誤差も３次の光軸外コマ収差の異方性（方位角）も除去するための電気光学補正器に関しており、補正器は、同軸に設けられた、少なくとも３つのヘクサポールフィールドから構成されており、その際、隣り合った各ヘクサポールフィールド間に少なくとも１つの丸形レンズフィールドが配設されており、該配設の際、各ヘクサポールフィールドが相互に対状に結像されて、且つ、各ヘクサポールフィールドの各強度が、３数値の非点収差のイメージ誤差係数が０となるように選定されており、各ヘクサポールフィールドの内少なくとも３つのヘクサポールフィールドは、ラーモア関係系内で相互に相対的に光軸を中心にして所定の角度だけ回転されている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
各丸形レンズと各ヘクサポールフィールドを用いて、３次の開口誤差も３次の光軸外コマ収差の異方性（方位角）も除去するための電気光学補正器において、
補正器は、同軸に設けられた、少なくとも３つのヘクサポールフィールド（３，７，８，１０−４，１８−２３）から構成されており、その際、隣り合った前記各ヘクサポールフィールド間に少なくとも１つの丸形レンズフィールドが配設されており、該配設の際、
前記各ヘクサポールフィールドが相互に対状に結像されて、且つ、前記各ヘクサポールフィールドの各強度が、３数値の非点収差のイメージ誤差係数が０となるように選定されており、
前記各ヘクサポールフィールドの内少なくとも３つのヘクサポールフィールドは、相互に相対的に光軸を中心にして所定の角度だけ回転されていることを特徴とする電気光学補正器。
【請求項２】
各丸形レンズは、当該各丸形レンズが隣り合った各ヘクサポールフィールドを順次結像するように調整されている請求項１記載の補正器。
【請求項３】
各丸形レンズは、当該各丸形レンズが各ヘクサポールフィールドを交互に順次結像するように調整されている請求項１記載の補正器。
【請求項４】
補正器（２）は、対称に構成されており、軸方向の基本路（２６）は、前記補正器（２）の真ん中の面（９）に対して対称的であり、光軸外基本路（２７）は、前記真ん中の面（９）に対して逆対称である請求項１から３迄の何れか１記載の補正器。
【請求項５】
補正器（２）は、３つのヘクサポールフィールド（３，７，８）を有しており、該３つのヘクサポールフィールド（３，７，８）は、当該３つのヘクサポールフィールド（３，７，８）の回転角度に関してラーモア関係系内で等距離に設けられている請求項４記載の補正器。
【請求項６】
補正器（２）は、５つのヘクサポールフィールド（２３，１０，１１，１２，１３）から構成されており、前記各ヘクサポールフィールドの配向は、当該各ヘクサポールフィールドの回転角度に関してラーモア関係系内で φ1 = φ, φ2 = φ-/+ 30°乃至φ2 = φ± 30°, φ3 = φ + 60°, φ4 = φ ± 30°, 及び φ5 = φ である請求項４記載の補正器。
【請求項７】
補正器（２）は、２重対称に構成されており、軸方向基本路は、真ん中の面（９）に対して逆対称であり、前記補正器（２）の第１及び第２の半部の真ん中の面（２４及び２５）に対して対称であり、光軸外基本路（２７）は、前記真ん中の面（９）に対して対称であり、且つ、前記第１及び第２の半部の真ん中の面（２４及び２５）に対して逆対称である請求項１から３迄の何れか１記載の補正器。
【請求項８】
補正器（２）は、６つのヘクサポールフィールド（１４，１８−２２）から構成されており、前記各ヘクサポールフィールドの角度は、ラーモア関係系内で φ1 = φ, φ2 = φ± 30°, φ3 = φ + 60°, φ4 = φ ± 30°, φ5 = φ ± 30°,及び φ6 = φ + 60°である請求項７記載の補正器。
【請求項９】
補正器は、６つのヘクサポールフィールド（１４，１８−２２）から構成されており、フィールドの配向は、ラーモア関係系内でφ1 = φ + Δφ, φ2 φ,φ3 = φ - Δφ, φ4 = φ + Δφ, φ5 = φ及び φ6 = φ -Δφであり、且つ、値Δφが調整可能である請求項７記載の補正器。
【請求項１０】
ヘクサポールフィールドは、６数値回転対称部を有するマルチポールエレメントから形成されている請求項１から９迄の何れか１記載の補正器。
【請求項１１】
ヘクサポールフィールドは、１２数値回転対称部を有するマルチポールエレメントから形成されている請求項１から１０迄の何れか１記載の補正器。
【請求項１２】
丸形レンズは、少なくとも２つの磁気レンズから構成されており、該２つの磁気レンズは、その各々の強度が個別に調整可能であり、該調整は、前記丸形レンズの屈折力を維持して、当該丸形レンズのラーモア回転を調整可能であるようにされる請求項１から１１迄の何れか１記載の補正器。
【請求項１３】
対物レンズ（１）では、当該対物レンズが当該対物レンズ（１）のコマ収差なし面（１７）を第１のヘクサポールの面内に結像するように調整される請求項１から１２迄の何れか１記載の補正器。
【請求項１４】
対物レンズ（１）の方向に、トランスファレンズ系（６）が補正器（２）の前に設けられており、該トランスファレンズ系（１６）は、丸形レンズ又は丸形レンズデュプレットから構成されており、該丸形レンズ又は丸形レンズデュプレットは、対物レンズ（１）のコマ収差なし面（１７）を補正器のコマ収差なし面（２２）上に結像する請求項１から１３迄の何れか１記載の補正器。
【請求項１５】
補正器（２）に、対物レンズ（１）及びトランスファレンズ系（１６）がビーム路の方向に前側又は後ろ側に設けられている請求項１から１４迄の何れか１記載の補正器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、丸形レンズとヘクサポールフィールドを用いて、３次の開口誤差も３次の光軸外コマ収差の異方性（方位角）成分も除去するための電気光学補正器に関する。
【０００２】
例えば、高解像度電子顕微鏡のような、高解像度結像電気光学系の効率は、３次の開口誤差によって制限される。そのため、そのような系の今後の開発の主要な関心事は、３次の開口誤差を除去することにある。高解像度の他に更に重要な効率の基準は、十分な大きさのイメージ領域を結像することにある。このイメージ領域の限界は、高解像度電気光学系では、光軸外コマ収差のイメージ誤差によって決められ、この光軸外コマ収差は、等方性コマ収差とも屡々呼ばれる半径方向コマ収差及び異方性コマ収差とも呼ばれる方位角コマ収差の各成分からなる。従って、一方の概念系では、半径方向と方位角とが対立し、他方の概念系では、等方性と異方性とが対立する。通常の専門用語によると、３次の開口誤差も光軸外コマ収差も有していない、電子光学的な結像系が、アプラネートと呼ばれる。これから導出して、系が、３次の開口誤差がない他に、単に半径方向の（等方性）コマ収差だけがない場合には、セミアプラネートと呼ばれる。以下、常に前提となる、直線状の軸と丸いガウスビーム路を有する電子光学系では、３次の開口誤差は、３次の球面収差からなる。その際、開口誤差とは、結像すべき対象面内の光軸が出るガウスの基本路だけが誤差積分(Fehlerintegralen)内に入るような全てのイメージ誤差を包括する。これに対して、結像すべき対象／イメージ誤差の大きさは、光軸外誤差によって決められ、つまり、光軸外の対象面内から出る、ガウスの屈折光学による基本路も誤差積分内に含まれるような誤差である。高解像度電子光学機器では、イメージフィールドを制限した場合、光軸外コマ収差のイメージ誤差が前景内に生じる。
【０００３】
出願人のドイツ特許出願第１９８０２４０９号には、丸形レンズデュプレットが設けられた、２つのヘクサポールが用いられている補正部(Korrektiv)が記載されている。この各レンズからなる補正部と対物レンズとの間に、別の丸形レンズが、対物レンズのコマ収差なし面が、補正部のコマ収差なし面内に結像されるように設けられている。概念「コマ収差なし面」又は「コマ収差なし焦点面」とは正確に言うと、特性「等方性（半径方向）コマ収差なし面」のことである。つまり、この構成の補正部は、光軸外コマ収差の半径方向（等方性）成分を回避して、対物レンズの３次の開口誤差（３次の球面収差）を除去する。上述の通常の専門用語によると、対物レンズ、トランスファ系及び補正部からなるシステムは、セミアプラナートを示す。
【０００４】
上述の装置では、補正部によって制御されない磁気対物レンズの不可避な異方性光軸外コマ収差により、シャープに結像されるイメージ領域が制限され、このイメージ誤差を完全に除去することにより、イメージ領域が、かなり拡大することがあるという欠点がある。
【０００５】
このような従来技術の欠点を鑑みて、本発明は、３次の開口誤差の除去の他に、方位角方向（異方性）光軸外コマ収差も除去する光電補正部を提供することを課題とする。
【０００６】
この課題は、本発明によると、補正器は、同軸に設けられた、少なくとも３つのヘクサポールフィールドから構成されており、その際、隣り合った各ヘクサポールフィールド間に少なくとも１つの丸形レンズフィールドが配設されており、該配設の際、各ヘクサポールフィールドが相互に対状に結像されて、且つ、各ヘクサポールフィールドの各強度が、３数値の非点収差のイメージ誤差係数が０となるように選定されており、各ヘクサポールフィールドの内少なくとも３つのヘクサポールフィールドは、相互に相対的に光軸を中心にして所定の角度だけ回転されていることにより解決される。
【０００７】
補正部の役割は、補正部が一緒に作動する対物レンズのイメージ誤差を除去すること、又は、少なくとも低減することにある。その際、本発明の範囲内で、補正部及びレンズのトランスファレンズ系を前側に設けるか又は後ろ側に設けるかどうかは、基本的に自由である。以下、補正すべきレンズ、つまり、通例、磁気レンズである対物レンズについては、言及せず、先ず、補正部の構成について説明する。補正部は、その原理的な構造の点では、３つ又はそれ以上のヘクサポールフィールドと、当該各ヘクサポールフィールド間に形成される丸形レンズから構成され、それらは、全体で補正部を構成する。ヘクサポールフィールドの強度は、３数値の非点収差が減弱されるように選定されている。
【０００８】
既存の軸方向磁場に基づいて、電子、一般的には、荷電粒子流の軌道が回転する。電子の回転運動に相応して一緒に動き、ラーモア関係系(Larmor-Bezugssystem)と呼ばれる座標系で表示することによって、物理的状況の説明を簡単にすることができる。本発明の範囲内で説明するヘクサポールフィールドの回転は、常にラーモア関係系に対して相対的に測定される。少なくとも３つのヘクサポールフィールドは、光軸外異方性コマ収差が補正されるように光軸に関して相互に相対的に回転する。実際には、各ヘクサポールの１つが空間固定して保持され、これに対して相対的に、各ヘクサポールフィールドの他方が、光軸外異方性コマ収差のイメージ誤差が除去される迄回転される。やり方は、実験による調整により、又は、回転角の数学的検出及び該検出結果による調整により行うことができる。
【０００９】
このようにして、３次の開口誤差の他に付加的に３次の光軸外コマ収差の方位角成分も除去する補正部が得られる。対物レンズと一緒に設けることによって、対物レンズと補正器とからなる系全体の補正を達成することができる。ヘクサポールフィールドの長さ及び強度、その配向並びに各丸形レンズの各焦点距離を適切に選択することによって、２次の誤差全て、４次の軸方向イメージ誤差全てを更に充分に完全に除去することができ、並びに、４次の一般化されたコマ収差(Komata)を部分的に対称に補正することができる。
【００１０】
基本的には、完全なエラー補正の条件を正確に保持する必要はなく、つまり、この条件が僅かに偏移しても別のイメージ誤差の原因となるが、部分的に、既存のイメージ誤差を相応のように補償するために利用することができる。付加的なイメージ誤差の不利な形成は、既存のイメージ誤差の補償用に利用することができる場合には、利点と見なすことができる。
【００１１】
ヘクサポールフィールドと丸形レンズとの対応関係は、ヘクサポールフィールドを相互に対状に結像するようにして行うことができる。
【００１２】
この条件を常に充足する配置は、隣り合ったヘクサポールを各丸形レンズによって順次連続して結像する場合に得られる。それ以外の特別な解決手段は、交番的に、つまり、その都度直ぐ次のヘクサポール上に結像するように各丸形レンズを調整することにある。軸方向の基本路が補正器の真ん中の面に対してほぼ対称であるが、光軸外基本路は、真ん中の面に対してほぼ逆対称であるような補正器の単純な対称構成の場合、各丸形レンズの各焦点距離を調整し、各ヘクサポールフィールドの各長さも調整することによって、前述のイメージ誤差（開口誤差、光軸外コマ収差）、の他に、付加的に、軸方向のドライラップ誤差及び３数値歪も、部分的に、ザイデルの４次の一般化されたコマ収差（Komata）のイメージ誤差係数も回避することができる。
【００１３】
３つのヘクサポールフィールドから構成された補正部では、ヘクサポールフィールドの回転角を、光軸を中心にして等距離に選択するのが好ましい。第１のヘクサポールフィールドの角度は、φ1 = φ + Δであり、第２のヘクサポールフィールドの角度は、φ2 = φであり、第３のヘクサポールフィールドの角度は、φ3 = φ -Δである。Δの大きさは、異方性（方位角）コマ収差が補償されるように選定されている。これに対して、値Δが０になると、その結果、全部で３つのヘクサポールの各軸は一致し、異方性コマ収差は補正されず、３次の開口誤差だけが補償される。
【００１４】
特に有利な実施例は、ヘクサポールフィールドが、当該ヘクサポールフィールドの回転角に関して光軸を中心にして、φ1 =φ, φ2 = φ ± 30°, φ3 = φ + 60°, φ4 = φ ± -30°（乃至φ4 = φ ± 30°） 及び φ5 = φであるように配向されている５つの補正器部を用いることにある。その際、符号の選択は、フロントレンズの回転方向によってのみ決められている。磁気フロントレンズの異方性（方位角）コマ収差の除去は、第２の補正器部及び第４の補正部のヘクサポールフィールドの強度を介して別個に調整することができる。
【００１５】
比較的多数の補正器部を備えた実施例では、補正器を２重対称に構成するとよく、その結果、２重対称のビーム路も、軸方向の基本路が補正器の真ん中の面に対して逆対称であるが、補正器の第１及び第２の半部の真ん中の面に関しては対称であるように形成される。光軸外基本路は、補正器の真ん中の面に関して対称であり、補正器の第１及び第２の半部の各真ん中の面に関して逆対称である。この際、各ヘクサポールフィールドの各振幅は、全部で３つの面に関して対称に選択されている。
【００１６】
６個のヘクサポールフィールドから構成された系では、回転角度が以下のような値である場合、第２及び最後のヘクサポールフィールドの各強度の調整を介して、異方性コマ収差が補正される：
φ1 = φ, φ2 = φ ± 30°, φ3 = φ + 60°, φ4 = φ 及び φ5 = φ ± 30° 及び φ1 = φ + 60°
【００１７】
６個の補正器部からなる配列では、異方性コマ収差は、個別補正器部の回転が、以下のように選択されている場合、角度差の選択によっても補償される：
φ1 φ +Δ, φ2 = φ, φ3 = φ - Δ, φ4 = φ + Δ, φ5 = φ 及び φ6 = φ - Δ
【００１８】
補正器の２重対称構造では、ヘクサポールフィールドの各焦点距離及び各長さを自由に選定することができる。と言うのは、軸方向のドライラップ誤差、３数値歪及びザイデルの４次の一般化されたコマ収差は、対称補正器によって消失するからである。
【００１９】
ヘクサポールフィールドの形成は、本発明の範囲内では、基本的にない。ヘクサポールフィールドは、６数値回転対称部を備えたマルチポールエレメントを用いることによって形成される。１２数値回転対称部を備えたマルチポールエレメントを用いることもでき、同じ方向に設置することによって、隣接する各ポールエレメントにより、ヘクサポールフィールドを形成することができる。個別ポールエレメントの設置を後から変えることによって、機械的な位置付けを維持して、電気的及び／又は磁気的なヘクサポールフィールドを回転及び調整することができる。
【００２０】
１実施例では、結局、２個以上の磁気レンズフィールドから丸形レンズが形成されており、その結果、調整及び調節のために、各々の強度をパラメータとして利用することができる。そのような構成は、丸形レンズフィールドを形成し、その際、各々の強度の相応の選択の場合、丸形レンズの屈折力を維持して、フィールドのラーモア回転を所望のように調整することができる。両磁気レンズの各強度の調整の両方の自由度は、全丸形レンズの屈折力及びラーモア回転に依存せずに相互に調整することができることを含む。
【００２１】
前述の補正部の配列の結果、３次の開口誤差の除去の他に、ザイデルの３次異方性（方位角）光軸外コマ収差も除去することができる。実際には、磁気対物レンズは、光軸外コマ収差にかなり寄与している。対物レンズのコマ収差なし面を、補正器の第１のヘクサポールフィールド内に結像することによって、前述の補正部を用いる際に、等方性（半径方向）コマ収差を除去するために付加的に苦労する必要はない。と言うのは、ヘクサポールフィールド乃至その真ん中の面は、コマ収差なし面の近傍に位置しており、従って、等方性（半径方向）コマ収差は小さくなるからである。
【００２２】
補正器と対物レンズとの間のトランスファレンズ系のために、２つの択一的選択肢がある：
トランスファレンズ系は、個別丸形レンズから形成することができ、個別丸形レンズは、当該レンズの強度及び位置に関して、対物レンズのコマ収差なし面が補正部のコマ収差なし面内に結像されるように調整される。
【００２３】
もう一つの択一選択肢は、丸形レンズデュプレットを対物レンズと補正器との間のトランスファレンズ系として用いる点にある。この場合にも、調整は、対物レンズのコマ収差なし面が、補正部のコマ収差なし面内に結像されるようにして行われる。
【００２４】
この手段は、上述のイメージ誤差に対して付加的に、等方性（半径方向の）コマ収差を回避することができるように構成されている。その際、アプラネートの特性を有している構成が得られる。
【００２５】
補正の手段のために、補正器をビーム路の方向に設け、場合によっては、各トランスファレンズの中間設置により、補正すべきレンズの後ろ側に設けるかどうか、又は、補正器及び場合によってはトランスファレンズを、補正すべきレンズの前側に設けるかどうかは、些細なことでしかない。目的は、補正器乃至トランスファレンズの調整により常に、光学系全体の所定のイメージ誤差を完全に除去することである。
【００２６】
本発明の更なる詳細な点、特徴及び利点について、本発明の図示の実施例を用いて、以下、詳細に説明する。その際：
図１は：３つの補正部を備えた補正器を示し、
図２は：同様に、３つの補正部を備えた補正器を示し、
図３は：５つの補正部を備えた補正器を示し、
図４は：６つの補正部を備えた補正器を示す。
【００２７】
図１には、一般的には磁気丸形レンズである対物レンズ１、補正器２及びそれらの間に設けられたトランスファレンズ系６からなる電気光学的装置の構成を、原理を分かり易くするように側面で示す。これら各エレメントは全て、光軸２８を共有している。
【００２８】
補正器２は、全部で３つのヘクサポールフィールド３，７及び８、及び、それらの間に設けられた丸形レンズを有しており、各丸形レンズは、前後に順次設けられており、それら全体で補正器２が形成されている。ビーム路の方向に、矩形として図示された第１のヘクサポールフィールド３、焦点距離ｆ’の第１の丸形レンズ２０が位置している。丸形レンズと真ん中の面との間の間隔は、焦点距離ｆ’に相応している。その際、ヘクサポールフィールドの回転角度は、光軸を中心にしてφ1であるように配向されている。
【００２９】
それに続いて、別のヘクサポールフィールド７及び２つの丸形レンズが設けられており、丸形レンズの焦点距離ｆは、補正部の対称面９との距離を定義している。
【００３０】
ビーム路の続きに、丸形レンズ及び第３の、従って最後のヘクサポールフィールド８が設けられており、この第３のヘクサポールフィールドは、第１のヘクサポールフィールドに対して鏡対称に形成されている。
【００３１】
装置全体は、真ん中の面９に対して鏡対称である。ヘクサポールフィールド７の角度は、φ2であり、ヘクサポールフィールド８の角度は、φ3である。その結果、従って、全部で３つのヘクサポールフィールドは、種々異なる角度で光軸を中心にして回転する。回転角度及び各ヘクサポールフィールド強度の調整は、３次の開口誤差の他に異方性（方位角）の３次の光軸外コマ収差が除去されるように選定されている。結局、調整は、系全体、つまり、対物レンズ１によって生じるイメージ誤差が補償されるように行われる。
【００３２】
対物レンズ１と補正器２との間に、２つの丸形レンズから形成されたトランスファレンズ系６が設けられている。このトランスファレンズ系の調整は、対物レンズ１のコマ収差なし面１７が、補正器２のコマ収差なし面内に結像されるように行われる。軸方向基本路２６は、結像内に再現される経過を有している。トランスファレンズ系６の相応の調整により、補正器２と共に全体で、３次の開口誤差も、光軸外コマ収差も除去することができ、つまり、その等方性（半径方向）成分も異方性（方位角）成分も除去することができる補正器システムが得られる。
【００３３】
このために異なった構成が図２に示されている。この際、各ヘクサポール間に各々１つの丸形レンズしか設けられていない。図１の場合と同様に、各ヘクサポールフィールド及び各丸形レンズの調整及び空間的配置構成は、各ヘクサポールが相互に結像されるようにされている。補正器の後ろ側に、典型的に使用されるアダプタレンズ３１が設けられており、このアダプタレンズ３１は、平行又は集束する軸方向ビーム路を補正部の後ろ側に調整するように設けられている。
【００３４】
対物レンズ１と補正器２との間には、同様に２つの丸形レンズから形成されたトランスファレンズ系６が設けられている。ここでも、トランスファレンズ系６の配列及び調整は、対物レンズ１のコマ収差なし面１７が、補正器２のコマ収差なし面内に結像されるように行われている。これにより、３次の開口誤差の他に、光軸外コマ収差の等方性成分も、光軸外コマ収差の異方性（方位角）成分も補償される。
【００３５】
図３に示された補正器２は、全部で５つのヘクサポールフィールド２３，１０，１１，１２，１３及び各々２つの、中間に設けられた丸形レンズから構成されている。補正器２の構成全体は、ヘクサポールフィールドの振幅及び丸形レンズフィールドの各焦点距離に関して、真ん中の面９に対して対称である。ヘクサポールフィールドの回転角度は、φ1, φ2, φ3, φ4, 及びφ5で示されている。
【００３６】
対物レンズ１と補正器２との間には、丸形レンズから構成されたトランスファレンズ系６が設けられている。
【００３７】
この装置の利点は、ヘクサポールの、角度φiでの所定の配向の際、異方性コマ収差の補正を、ヘクサポール１０及び１２の各強度を介して調整することができる点にある。補償の調整のために、個別補正部の回転角度φiを変える必要はない。
【００３８】
図４には、最後に、補正器２が示されており、この補正器は、ヘクサポールフィールド１４，１８，１９，２０，２１，２２及び丸形レンズから２重対称に構成されている。それに従って、２重対称のビーム路も形成され、このビーム路では、軸方向基本路２６が、補正器２の真ん中の面９に対して逆対称であり、補正器の第１及び第２の半部の真ん中の面２４及び２５に関して対称である。これに対して、光軸外基本路２７は、この真ん中の面９に関して対称であり、面２４及び２５に関して逆対称である。この際、各ヘクサポールフィールドの各振幅は、真ん中の面９に対しても面２４，２５に対しても対称である。異方性光軸外コマ収差のイメージ誤差の補償は、一定角度調整φiの場合に、ヘクサポールフィールド１８，２１の各振幅の相応の選択によって、つまり、各面２４，２５が位置しているヘクサポールフィールド１８，２１の各振幅の相応の選択によって行うことができるか、又は、一定の極強度では、個別補正部の、角度φiでの回転角度を相応に選択することによって行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】３つの補正部を備えた補正器を示す図
【図２】３つの補正部を備えた補正器を示す図
【図３】５つの補正部を備えた補正器を示す図
【図４】６つの補正部を備えた補正器を示す図
【図１】
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【図２】
2009512989.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
2009512989.tif 000007
2009512989.tif 000008
2009512989.tif 000009
2009512989.tif 000010
2009512989.tif 000011
2009512989.tif 000012