(57)【要約】  本発明は、電子顕微鏡の焦点レンズの収差を補正するための収差補正装置に関する。装置は、第１および第２の電子ミラーを含み、各々は、電子ビーム反射面を備える。前記ミラー間には、中間空間が配置されている。中間空間は、入射側と出射側とからなる。第１および第２の電子ミラーは、中間空間の両側に配置され、第１および第２のミラーの反射面は、前記中間空間に対向するように配置されている。第１のミラーは、出射側に配置され、第２のミラーは、中間空間の入射側に配置される。使用時、第１のミラーは、入射側から来る電子ビームを受け、中間空間を通って第２のミラーに向かって前記ビームを反射する。第２のミラーは、第１のミラーからの電子ビームを受け、中間空間を通って出射側に向かって電子ビームを反射する。入射電子ビームは、第２のミラー上の反射位置から離間された位置で前記第２のミラーを通過する。電子ミラーの少なくとも１つは、反射電子ビームに補正収差を与えるように配置されている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子顕微鏡における電子ビームの収差を補正する収差補正装置であって、前記収差補正装置は、
各々が電子ビーム反射面を含む、第１および第２の電子ミラーと、
中間空間と、を備え、
前記中間空間は、前記電子ビームを入力する入射側と、前記中間空間から前記電子ビームを出射する出射側とを備え、
前記第１および第２の電子ミラーは、前記中間空間の両側に配置され、前記第１の電子ミラーの前記反射面と前記第２の電子ミラーの前記反射面とは、前記中間空間に対向するように配置されており、
前記第１のミラーは、前記出射側に配置され、前記入射側からの前記電子ビームを受け、前記中間空間を介して前記第２のミラーに向かって前記電子ビームを反射するように構成されており、
前記第２のミラーは前記入射側に配置され、前記第２のミラー上の反射位置で前記第１のミラーからの前記電子ビームを受けて、前記中間空間を介して前記出射側に向けて前記電子ビームを反射するように構成されており、
前記収差補正装置は、入射電子ビームが、前記第２のミラーの、前記第２のミラー上の前記反射位置から離間させた位置を通過するように構成されており、
前記第１および第２の電子ミラーの少なくとも一方は、反射電子ビームに補正収差を与えるように構成されている収差補正装置。
【請求項２】
前記中間空間に配置された磁気偏向器をさらに含み、前記磁気偏向器は、前記第１および／または前記第２の電子ミラーに入射して反射された電子ビームを分離するように構成されている請求項１に記載の収差補正装置。
【請求項３】
さらに前記中間空間に配置された静電偏向器を備え、前記静電偏向器は、使用時、前記磁気偏向器の磁場に対して略垂直に配置された静電界を提供するように構成されている請求項２に記載の収差補正装置。
【請求項４】
前記磁気偏向器および前記静電偏向器は、前記磁気偏向器および前記静電偏向器を横切る電子ビームに対して略等しい偏向角を提供するように構成される請求項３に記載の収差補正装置。
【請求項５】
前記磁気偏向器は第１の磁気偏向器であり、前記収差補正装置は前記第１の磁気偏向器と前記第１の電子ミラーとの間に配置された第２の磁気偏向器を備える請求項２、３、または４に記載の収差補正装置。
【請求項６】
前記第１および第２の磁気偏向器は、反対方向に電子ビームを偏向させるように構成される請求項５に記載の収差補正装置。
【請求項７】
前記第１および第２の磁気偏向器は、略等しい偏向角で電子ビームを偏向させるように構成される請求項５または６に記載の収差補正装置。
【請求項８】
少なくとも１つの前記磁気偏向器は、０度より大きく、１０度より小さい角度、好ましくは５度より小さい角度で入射電子ビームを偏向させるように構成される請求項１〜７のいずれか１項に記載の収差補正装置。
【請求項９】
前記第１の電子ミラーの中心線は、前記第２の電子ミラーの中心線と略平行に配置されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の収差補正装置。
【請求項１０】
前記第１および第２の電子ミラーとの前記少なくとも一方が円筒状の対称電子ミラーを備えることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の収差補正装置。
【請求項１１】
前記第１および第２の電子ミラーの一方は、反射電子ビームに負の球面収差および／または負の色収差を与えるように構成されていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の収差補正装置。
【請求項１２】
前記第１および第２の電子ミラーの他方は、電子ビームを実質的に収差なく反射するように構成される請求項１１に記載の収差補正装置。
【請求項１３】
前記第１および第２の電子ミラーの一方は、反射された電子ビームに負の球面収差を提供するように構成され、前記第１および第２の電子ミラーの他方は、反射電子ビームに対して負の色収差を提供するように構成される請求項１〜１０のいずれか１項に記載の収差補正装置。
【請求項１４】
前記第１と第２のミラーとの少なくとも一方が静電ミラーを備えることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載の収差補正装置。
【請求項１５】
前記静電ミラーは、少なくとも３つの電極を含み、前記少なくとも２つの電極のうち２つの電極は、電子ビームを伝送し、使用時は、静電レンズを提供するように構成される請求項１４に記載の収差補正装置。
【請求項１６】
前記少なくとも２つの電極間に電位差を設けるように構成されたコントローラまたは制御回路をさらに備え、前記第１および第２のミラーの略中間に反射電子ビームの焦点を形成する請求項１５に記載の収差補正装置。
【請求項１７】
請求項１〜１６のいずれか１項に記載の収差補正装置を備える収差補正組立体であって、前記組立体は、さらに、磁気偏向器の組を備え、少なくとも前記組立体を通る電子ビームの進行方向には、前記磁気偏向器の組が前記収差補正装置に対して上流側または下流側に配置されている収差補正組立体。
【請求項１８】
前記磁気偏向器の組のうち、個々の磁気偏向器は、反対方向に電子ビームを偏向させるように構成される請求項１７に記載の収差補正組立体。
【請求項１９】
前記磁気偏向器の組のうち、個々の磁気偏向器は、略等しい偏向角で電子ビームを偏向させるように構成される請求項１７または１８に記載の収差補正装置。
【請求項２０】
電子ビームを電子源からターゲットに投射する電子光学素子を備えた電子光学式カラムを備えた電子顕微鏡であって、前記電子顕微鏡は、請求項１〜１６のいずれかに記載の収差補正装置または請求項１７〜１９に記載の収差補正組立体を備える電子顕微鏡。
【請求項２１】
前記電子光学式カラムは光軸を含み、前記第１の電子ミラーの前記中心線および／または前記第２の電子ミラーの前記中心線は前記光軸と略平行に配置される請求項２０に記載の電子顕微鏡。
【請求項２２】
前記第１および第２のミラーの少なくとも一方は、２つ以上の電極を含む静電ミラーを含み、コントローラは、前記静電ミラーの前記電極の前記電位を設定および／または調整するように構成される請求項２０または２１に記載の電子顕微鏡。
【請求項２３】
前記コントローラは、前記静電ミラーに接続され、前記第１および第２の電子ミラーの少なくとも一方の補正収差、および／または前記収差補正装置と前記電子光学式カラムの最終集束レンズとの間の倍率を設定および／または調整する請求項２２に記載の電子顕微鏡。
【請求項２４】
前記電子顕微鏡は入射側と出射側とを有する電子加速器を備えており、前記電子加速器は、入射側から出射側に向けて電子を加速するように構成されており、前記収差補正装置が前記電子加速器の入射側に配置されている請求項２０〜２３のいずれか１項に記載の電子顕微鏡。
【請求項２５】
前記電子顕微鏡は入射側と出射側とを有する電子減速器を備えており、前記電子減速器は、前記入射側から前記出射側に向けて電子を減速するように構成されており、前記収差補正装置が前記電子減速器の前記出射側に配置されている請求項２０〜２４のいずれか１項に記載の電子顕微鏡。
【請求項２６】
請求項２０〜２５のいずれか１項に記載の電子顕微鏡を操作する方法であって、前記収差補正装置の前記第１および／または第２のミラーは、前記電子顕微鏡の１つ以上の前記電子光学素子の収差を少なくとも部分的に相殺するように構成される方法。
【請求項２７】
前記電子ミラーの前記電極の前記電位を調整して前記電子顕微鏡の１つ以上の前記電子光学素子の収差を少なくとも部分的に相殺する請求項２２に記載の電子顕微鏡を操作する方法。
【請求項２８】
前記コントローラは、前記第１および第２の電子ミラーの前記少なくとも一方の補正収差を設定および／または調整するための前記静電ミラーの前記電極の前記電位、および／または、前記収差補正装置と前記電子光学式カラムの最終集束レンズとの間の倍率を、設定および／または調整する請求項２３に記載の電子顕微鏡を操作する方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
本発明は、電子顕微鏡用収差補正装置に関するものであり、このような収差補正装置を備えた電子顕微鏡に関する。
【０００２】
電子顕微鏡で使用される電子レンズは、本来、正の球面収差および色収差の問題を抱える。これらの収差は、電子顕微鏡の分解能を制限する。電子顕微鏡カラム内に負の球面収差および色収差を与える他の成分を導入することにより、少なくとも部分的にこれらの収差を補償することができる。
【０００３】
特許文献１は、１つ以上の収差を補正するために構成された電子ミラーを備えた収差補正顕微鏡装置を開示している。この装置は、電子銃からの入射電子ビームを９０度の角度で電子ミラーに向かって偏向させる磁気偏向器を備えている。電子ミラーは、入射電子ビームの光軸に対して垂直にミラー軸が配置されるように配置されている。電子ミラーは、色収差と球面収差の両方を補正し、補正電子ビームを磁気偏向器に戻るように反射させる。反射ビームは、磁気偏向器によって９０度の角度で再び偏向され、反射されたビームは、入射光と同じ光軸上に戻す。
【０００４】
既知のシステムの欠点は、電子ビームが磁気偏向器の磁場によって集束効果を経験することである。また、偏向面における集束効果は、偏向面に垂直な平面における集束効果とは異なる。さらに、電子ビーム中の電子の実際の偏向角は、電子のエネルギーに依存しており、これにより異なるエネルギーの電子を含む電子ビームの分散を引き起こす。これらの効果は電子顕微鏡の分解能を劣化させ、顕微鏡での分解能を改善するために収差補正顕微鏡装置で注意深く補償される必要がある。これにより、多くの磁気コイルを有する複雑な設計となり、製造の精度の要求が高くなる。
【０００５】
電子画像から歪みを除去するための代替システムは、光電子分光顕微鏡用の画像帯域通過フィルタを開示する特許文献２に記載されている。画像帯域通過フィルタは、２段階で構成され、第１段階は、結像電子のビームが偏向され、一定のエネルギーの電子を取り除き、特定のエネルギーで電子画像を形成する電子を反射するように設計された一連の電子ミラーの間の交差した静電磁界で偏向される領域を含む。次に、第１段階からのビームは高域フィルタを通って第２段階に移行して第２段階の領域に入り、元の進行経路から第１段階の元のビームの変位の回復に対応する経路に沿って、静電および磁気交差磁場中で偏向される。第１および第２段階では、交差磁場の静電界は、交差磁場における電子の運動を制御するために不均一となるように設計され、出力出射ビーム内の画像の歪みを補正する。したがって、特許文献２に記載された画像帯域通過フィルタは、使用される偏向交差静電界または磁場の不均一な静電界の使用による電子画像の歪みを除去するように設計されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許出願２００７／０２０００７０号
【特許文献２】米国特許第５，３２１，２６２号
【特許文献３】米国特許第７，９０２，５０４Ｂ２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、これらの問題の１つ以上を改善すること、または少なくとも電子顕微鏡用の代替的な収差補正装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１の局面によると、本発明は、電子顕微鏡の電子ビームの収差を補正するための収差補正装置であって、前記収差補正装置は、
各々が電子ビーム反射面を含む、第１および第２の電子ミラーと、
中間空間と、を備え、
前記中間空間は、中間空間に電子ビームを入力する入射側と、前記中間空間から電子ビームを出射する出射側とを備え、前記第１と第２の電子ミラーが前記中間空間の両側に配置され、前記第１の電子ミラーの前記反射面とは、前記第２のミラーの前記反射面は前記中間空間に対向するように配置されており、
前記第１のミラーは、前記出射側に配置され、前記入射側から前記電子ビームを受け、前記中間空間を介して前記第２のミラーに向かって前記電子ビームを反射し、
前記第２のミラーは前記入射側に配置され、前記第１のミラーから来る前記電子ビームを前記第２のミラーの反射位置または反射領域で受光して前記中間空間を介して前記出射側に向かって前記電子ビームを反射し、
前記収差補正装置は、入射電子ビームが前記第２のミラー上の、前記第２のミラーの前記反射位置または反射領域と離間した位置を通過するように構成されており、
前記第１および第２の電子ミラーの少なくとも一方は、反射電子ビームに補正収差を与えるように構成されていることを特徴とする。
【０００９】
本発明に係る収差補正装置は、これらミラーの前記反射面同士が互いに略対向するように配置された少なくとも２個の電子ミラーを備えている。前記第１の電子ミラーは、前記中間空間の前記出射側に配置され、前記第２の電子ミラーは、前記中間空間の入射側に配置されている。本発明によると、前記第１および第２の側は、前記中間空間の両側である。
【００１０】
使用時には、前記中間空間は入射電子ビームの前記ビーム経路内に配置される。前記入射電子ビームは、前記入射側から前記第１のミラーへと前記中間空間を横切る。前記第１のミラーでは、前記電子ビームは、前記第１のミラーによって前記中間空間に向かって反射される。前記反射電子ビームは、再度、前記第１のミラーから前記第２のミラーへと前記中間空間を横切る。第２のミラーでは、電子ビームは、第２のミラーによって中間空間に向かって反射される。前記反射電子ビームは、再度、前記第２のミラーから前記出射側へと前記中間空間を横切る。これにより、本発明に係る収差補正装置における電子ビームのビーム経路は、効果的に折り曲げられることになる。本発明の収差補正装置の利点は、特許文献１の収差補正装置より、電子顕微鏡の光軸と直交する方向の空間である横方向空間をより大幅に制限することができるので、収差補正素子をより容易に標準電子顕微鏡に適用することが可能であり、および／または本発明の収差補正装置を備えた既存の電子顕微鏡を後から取り付けることが可能となる。
【００１１】
本発明によれば、前記第１および第２の電子ミラーの少なくとも一方は、反射した電子ビームに補正収差を与えるように構成されており、前記補正収差は、電子顕微鏡における一以上の電子光学素子の光学収差を少なくとも部分的に相殺するように構成されている。
【００１２】
なお、本発明の収差補正装置は、磁気偏向器自体を必要としないことに留意されたい。したがって、磁気偏向器の磁場による集束効果やエネルギーの異なる電子を含む電子ビームの分散などの従来技術の収差補正装置における磁気偏向器による問題は、少なくとも実質的に回避することができる。
【００１３】
さらに、特許文献３は、線形光軸上に所定の間隔をおいて配置された少なくとも２個の静電ミラーを含むように構成された荷電粒子ビーム反射装置を記述することに留意されたい。前記２つの静電ミラーは、それぞれ、前記線形光軸に沿って進む荷電粒子ビームが通過する貫通孔を有し、前記荷電粒子ビームを反射させるか、前記印加された電圧に応じて前記貫通孔に前記荷電粒子ビームを通過させる機能を有することを特徴とする。静電ミラーに荷電粒子ビームを所定のタイミングで反射させる反射電圧を印加することにより、荷電粒子ビームは、少なくとも２つの静電ミラーによって複数回反射される。これにより、荷電粒子ビームは常に光軸に沿って進み、帯電粒子ビームが静電ミラーによって反射される位置は光軸上にも配置される。第１および第２の静電ミラーの反射によって、色収差および球面収差を補正することができる。
【００１４】
特許文献３の荷電粒子ビーム反射装置の欠点は、ピコ秒またはナノ秒の時間間隔で静電ミラーのスイッチをオン、オフする必要があることであり、このために非常に正確で高価な電子機器を必要とすることである。さらに、電子ビームは、所定の周期で、パルス形で反射装置から放射される。これらの問題は、電子ビームが偏向される第２のミラー上の位置または領域から離れた位置で、入射電子ビームが前記第２のミラーを通過するように第２のミラーを配置することによって、本発明によって解決されている。
【００１５】
本発明の収差補正装置は、第１のミラーに向かう方向への入射電子ビームの軌道が第２のミラーのエッジ近傍に位置するように配置されていることが好ましい。したがって、第１のミラーは、反射電子ビームを第２のミラーに向けるために、入射電子ビームを小さな角度で反射する必要がある。さらに、または代替的に、本発明の収差補正装置は、途中、第２のミラーからの出射電子ビームの軌道が第１のミラーのエッジに近接して位置するように配置されていることが好ましい。したがって、第２のミラーは、反射電子ビームを収差補正デバイスから出射するように向けるために、入射電子ビームを小さな角度で反射する必要がある。
【００１６】
すでに上述したように、本発明の収差補正装置は、磁気偏向器自体を必要としない。しかしながら、有利な実施形態では、収差補正装置は、前記中間空間に配置された磁気偏向器をさらに含み、前記偏向器は、前記第１および／または前記第２電子ミラーの入射するおよび反射電子ビームを分離するように構成されている。前記中間空間に磁気偏向器を配置することによって、第１および／または第２の電子ミラーは、再帰性反射体として構成されることができる。この適用方法の内容では、再帰性反射体は、荷電粒子ビームを、入射荷電粒子ビームに対して平行ではあるが反対の方向に沿って戻る方向に反射する装置または表面である。特に、第１および／または第２のミラーが平面ミラーとして作用する場合、入射したおよび反射された荷電粒子ビームは、前記平面ミラーに対して少なくとも略垂直に配置される。したがって、第１および／または第２のミラーは、入射電子ビームを実質的に角度０で反射する。
【００１７】
反射電子ビームは、磁気偏向器によって入射電子ビームから分離される。好ましくは、前記磁気偏向器は、前記第１および第２の電子ミラーを接続する線に略垂直な磁場を提供するように構成され、好ましくは前記第１および第２の電子ミラーの前記中心同士を接続する。
【００１８】
一実施形態では、前記収差補正装置は、前記収差補正装置に電子ビームを導入する入射側の入力を備え、前記入力と、前記第１および第２の電子ミラーを結ぶ前記線が面を画定し、前記磁気偏向器は、前記面に略垂直の磁場を与えるように構成されている。一実施形態では、前記収差補正装置は前記出射側に出力を備え、前記出力は前記平面内に配置される。使用時には、収差補正装置を通る電子ビームの経路は、前記略平面内に存在する。少なくとも使用時、磁場ラインは、前記平面に対して略垂直に配置されるので、前記磁場を横切る電子ビームは、前記磁場によって前記平面内で偏向される。
【００１９】
一実施形態において、磁気偏向器を備えた収差補正装置は、さらに前記中間空間に配置された静電偏向器を備え、前記静電偏向器は、使用時は前記磁気偏向器の磁場に対して略垂直に配置された静電界を提供するように構成されている。使用時、静電界は、第１および第２の電子ミラーを結ぶ前記入力および前記ラインによって画定される略平面内に配置される。したがって、静電界は、前記平面内で前記静電界を横切る電子ビームも偏向させる。磁場中の電子ビームの前記偏向方向は前記電子ビームの進行方向に依存するが、静電界の電子ビームの偏向方向は電子ビームの進行方向とは略無関係である。本実施形態の構成では、前記磁場および前記静電界は、入射電子ビームを同じ方向に偏向させるように配置することができ、逆反射電子ビームを逆方向に偏向させることができる。あるいは、前記磁場および前記静電界は、入射電子ビームに対する反対方向に偏向させるように構成することができ、逆反射電子ビームと同じ方向に偏向を与えることができる。
【００２０】
一実施形態では、前記磁気偏向器および前記静電偏向器は、前記磁気偏向器および前記静電偏向器を横切る電子ビームに対して略等しい偏向角を提供するように構成される。すでに上記したように、磁場および静電界は、入射電子ビームについて同じ方向に偏向させるように構成することができる。この場合、入射電子ビームの合計偏向角度は、磁気偏向器の偏向角と静電偏向器の偏向角の和であり、これは前記略等しい偏向角の２倍である。また、磁気偏向器および静電偏向器の同じ組合せを通過する逆反射電子ビームの場合、反射電子ビームの全反射角は、磁気偏向器の偏向角と静電偏向器の偏向角の差であり、これは実質的にゼロである。あるいは、前記磁場および前記静電界は、入射電子ビームに対する反対方向に偏向させるように構成することができ、逆反射電子ビームと同じ方向に偏向を与えることができる。磁場および静電界が反対方向に偏向させるように構成されている状況では、磁場および静電界は実質的に互いを相殺し、電子ビームは、実質的に偏向されることなく、前記中間空間を通過する。
【００２１】
一実施形態では、前記磁気偏向器は、第１の磁気偏向器であり、前記収差補正装置は、前記第１の磁気偏向器と前記第１の電子ミラーとの間に配置された第２の磁気偏向器を備える。
【００２２】
一実施形態では、前記第１および第２の磁気偏向器は、反対方向に電子ビームを偏向させるように構成される。この実施形態によれば、２つの磁気偏向器は、前記第１および第２のミラーとの間に直列に配置され、第１の磁気偏向器による電子ビームの偏向は、前記第２の磁気偏向器による電子ビームの偏向によって少なくとも部分的に補償され得る。
【００２３】
一実施形態では、前記第１および第２の磁気偏向器は、略等しい偏向角だけ電子ビームを偏向させるように構成される。したがって、両第１および第２の磁気偏向器によって偏向された後の電子ビームの軌道は、入射電子ビームの軌道に対して略平行となる。本実施形態に係る第１および第２の磁気偏向器の配置により、横切る電子ビームが略平行にシフトする。前記シフトの方向は電子ビーム中の電子が移動する方向と磁場の方向によって定義される。
【００２４】
さらに、等しいが反対の強度の２つの磁気偏向器を用いた二重偏向の組み合わせにより、伝搬方向を略同じままにしながら電子ビームを変位する。この配置により、２つの自由パラメータ、すなわち、偏向の強さと磁気偏向器間の距離が提供される。これら２つの自由パラメータを慎重に選択することによって、電子ビームの位置と方向の両方を実質的に分散しないようにすることができる。
【００２５】
一実施形態では、前記少なくとも１つの磁気偏向器は、０度より大きく、１０度より小さい角度、好ましくは５度より小さい角度で、入射電子ビームを偏向させるように構成される。入射電子ビームをこのような小さい角度で偏向するように磁気偏向器を構成することによって、任意の集束効果および／または分散は、実質的に無視できるようになり、電子顕微鏡の分解能の劣化は実質的に防止される。
【００２６】
特に、中間空間に１つ以上の磁気偏向器を使用することによって、一実施形態では、第１の電子ミラーの中心線を、第２の電子ミラーの中心線と略平行に配置することができる。
【００２７】
便利で実用的な実施形態において、前記第１および第２の電子ミラーの少なくとも一方は、円筒状で対称の電子ミラーを含む。そのような電子ミラーは、特に、入射電子ビームが前記電子ミラーの反射側に対して少なくとも略垂直に配置され、前記電子ミラーが入射電子ビームを約０度の角度で反射するように構成されるように配置されると有利である。
【００２８】
一実施形態において、前記第１および第２の電子ミラーの一方は、反射電子ビームに負の球面収差および／または負の色収差を提供するように構成される。したがって、これらの電子ミラーは、電子顕微鏡で用いられる電子レンズの正球面収差と色収差を少なくとも部分的に補正するように構成されている。一実施形態において、前記第１および第２の電子ミラーの他方は、電子ビームを実質的に収差なく反射するように構成される。
【００２９】
一実施形態において、前記第１および第２の電子ミラーの一方は、反射電子ビームに負の球面収差を提供するように構成され、前記第１および第２の電子ミラーの他方は、反射電子ビームに対して負の色収差を提供するように構成される。したがって、第１および第２の電子ミラーの各々は、球面収差または色収差のいずれかを補正するように構成され、および／または最適化される。
【００３０】
実用的な実施形態では、前記第１および第２のミラーの少なくとも一方は、静電ミラーを備える。一実施形態では、前記静電ミラーは、少なくとも３つの電極を含み、前記少なくとも２つの電極のうち２つの電極は、電子ビームを伝送し、使用時は、静電レンズを提供するように構成される。一実施形態では、前記収差補正装置はさらに、前記少なくとも２つの電極間に電位差を設けるように構成された制御回路または制御回路を備え、前記第１および第２のミラーの間の略中間に反射電子ビームの焦点を形成する。
【００３１】
第２の局面によると、本発明は、上記の収差補正装置を備えた収差補正組立体を提供するものであり、前記組立体は、さらに、磁気偏向器の組を備え、少なくとも前記組立体を通る電子ビームの進行方向には、前記磁気偏向器の組が前記収差補正装置に対して上流側または下流側に配置されている。一実施形態では、前記磁気偏向器の組のうち、個々の磁気偏向器は、反対方向に電子ビームを偏向させるように構成される。一実施形態では、前記磁気偏向器の組のうち、個々の磁気偏向器は、略等しい偏向角で電子ビームを偏向させるように構成される。一方では、この追加の磁気偏向器の組は、第１および第２の電子ミラーの間の中間空間において、磁気偏向器によって提供される分散を少なくとも部分的に補償する手段を提供する。他方、この追加の磁気偏向器の組は、収差補正装置によって提供されるビーム軌道のシフトを少なくとも部分的に補償する手段を提供する。好ましくは、前記収差補正組立体は、前記入射電子ビームと同じ軸に沿って配置された出射電子ビームを提供するように構成される。したがって、収差補正組立体は、電子顕微鏡に配置して、以前として前記電子顕微鏡の中心軸または電子光軸上にある出射電子ビームを生成することができる。
【００３２】
第３の局面によると、本発明は、電子顕微鏡であって、電子ビームを電子源からターゲットに投射する電子光学素子を備えた電子光学式カラムを備えた電子顕微鏡であって、前記電子顕微鏡は、上述の収差補正装置または上述の収差補正組立体を備える電子顕微鏡を提供する。
【００３３】
一実施形態では、前記電子光学式カラムは光軸を含み、前記第１の電子ミラーの前記中心線および／または前記第２の電子ミラーの前記中心線は光軸と略平行に配置される。
【００３４】
一実施形態において、前記第１および第２のミラーの少なくとも一方は、２つ以上の電極を含む静電ミラーを含み、コントローラは、前記静電ミラーの前記電極の前記電位を設定および／または調整するように構成される。
【００３５】
一実施形態において、前記コントローラは、前記静電ミラーに接続され、前記第１および第２の電子ミラーの前記少なくとも一方の補正収差、および／または前記収差補正装置と前記電子光学コラムの最終集束レンズとの間の倍率を設定および／または調整する。
【００３６】
一実施形態では、前記電子顕微鏡は、入射側と出射側とを有する電子加速器を備えており、前記電子加速器は、入射側から出射側に向けて電子を加速するように構成されており、前記収差補正装置が前記電子加速器の入射側に配置されている。したがって、収差補正装置は、電子顕微鏡の一部に配置されることが好ましく、電子顕微鏡の使用時には電子が比較的低エネルギーであることが好ましい。収差補正装置は、球面収差および／または色収差に対して所望の補償を行った後、電子加速器によって電子のエネルギーを所望のレベルまで増加させることができる。
【００３７】
一実施形態では、前記電子顕微鏡は、入射側と出射側とを有する電子減速器を備えており、前記電子減速器は、入射側から出射側に向けて電子を減速するように構成されており、前記収差補正装置が前記電子減速器の出射側に配置されている。ここでも、収差補正装置は、電子顕微鏡の一部に配置されることが好ましく、電子顕微鏡の使用時には電子が比較的低エネルギーであることが好ましい。しかし、電子顕微鏡内の電子がすでに高いエネルギーを有している場合は、電子減速器によって電子のエネルギーを所望のレベルに減少させることが好ましい。電子減速器は、電子のエネルギーを所望のレベルまで低下させた後、収差補正装置を用いて、球面収差および／または色収差に対して所望の補償を行うことができる。
【００３８】
第４の局面によれば、本発明は、上記のように電子顕微鏡を操作する方法であって、前記収差補正装置の前記第１および／または第２のミラーは、前記電子顕微鏡の１つ以上の前記電子光学素子の収差を少なくとも部分的に相殺するように構成される。
【００３９】
一実施形態において、前記第１および第２のミラーの少なくとも一方は、２つ以上の電極を含む静電ミラーを含み、コントローラは、前記静電ミラーの前記電極の電位を設定および／または調整するように構成され、前記静電ミラーの前記電極の前記電位は、電子顕微鏡における前記電子光学素子のうちの１つ以上の収差を少なくとも部分的に相殺するように調整される。
【００４０】
一実施形態では、前記コントローラは、前記第１および第２の電子ミラーの前記少なくとも一方の補正収差を設定および／または調整するための前記静電ミラーの前記電極の前記電位を設定および／または調整し、および／または、収差補正デバイスと前記電子光学カラムの最終集束レンズとの間の倍率を調整する。
【００４１】
明細書に記載され、示されている様々な態様および特徴は、可能な限り、個々に適用することができる。これら個々の態様、特に添付された従属クレームに記載された態様および特徴は、分割特許出願の対象とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
本発明は、添付図面に示された例示的な実施形態に基づいて明らかにされるものであり、そこでは以下のものが挙げられる。
【図１】本発明による収差補正装置の第１の実施例の概略断面図である。
【図２】本発明による収差補正組立体の第２の実施例の概略断面図である。
【図３】本発明による収差補正組立体の第３の実施例の概略断面図である。
【図４】本発明による収差補正装置の第４の実施例の概略断面図である。
【図５】本発明による収差補正装置の第５の実施例の概略断面図である。
【図６】本発明に係る収差補正装置の第６の実施例の概略断面図である。
【図７】本発明による収差補正組立体の第７の実施例の概略断面図である。
【図８】本発明による収差補正組立体の第８の実施例の概略断面図である。
【図９】本発明による収差補正組立体の第９の実施例の概略断面図である。
【図１０】本発明による収差補正組立体の第１０の実施例の概略断面図である。
【図１１】本発明による収差補正組立体の第１１の実施例の概略断面図である。
【図１２】本発明による収差補正組立体の第１２の実施例の概略断面図である。
【図１３】本発明による収差補正組立体の第１３の実施例の概略断面図である。
【図１４】本発明による収差補正組立体を備えた走査型電子顕微鏡の概略断面図である。
【図１５】本発明による収差補正組立体を備えた透過電子顕微鏡の概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
図１は、入射電子ビーム１１の収差を補正するための収差補正装置１０の第１の実施例の概略断面図であり、例えば、電子ビームは、電子顕微鏡を形成する。収差補正装置は、第１電子ミラー１２と第２電子ミラー１４とを含み、それぞれが電子ビーム反射面１３および１５を備えている。前記第１および第２の電子ミラーの間には、中間空間１６が配置され、中間空間は、中間空間１６に電子ビーム１１を入力する入射側１７と、中間空間１６から電子ビーム１１を出射するための出射側１８とを備えている。図１に示すように、第１の電子ミラー１２は、出射側１８に配置され、入射側１７からの電子ビーム１１を受け、中間空間１６を介して第２の電子ミラー１４に向かって電子ビーム１１’を反射するように配置される。第２の電子ミラー１４は、入射側１７に配置され、第１の電子ミラー１２からの電子ビーム１１’を受け、中間空間１６を介して出射側１８に向かって電子ビーム１１’’を反射するように配置される。これにより、第１および第２の電子ミラーは、中間空間１６の両側に配置され、第１の電子ミラー１２の反射面１３と第２の電子ミラー１４の反射面１５とは、前記中間空間１６に対向するように配置されている。
【００４４】
収差補正装置１０は、第２の電子ミラー１４は、第２の電子ミラー上の反射位置で電子ビーム１１’を受け入れるように構成されており、反射位置は入射電子ビーム１１から距離Ｒだけ離れた位置に配置されている。これにより、入射電子ビーム１１は、第２のミラー１４上の反射位置から離間した位置で、第２のミラー１４を通過する。
【００４５】
また、前記第１電子ミラー１２および第２電子ミラー１４の少なくとも一方は、反射電子ビーム１１’、１１’’に補正収差を与えるように配置されている。電子ミラーでは、電子は減速され、電子の運動エネルギーが０に達する等電位面上で反射する。よって、個々の電子の運動エネルギーが０に達する等電位面は、これらの電子の反射面を提供する。この等電位面を湾曲させることにより、電子顕微鏡レンズの収差を少なくとも部分的に補償するように配置された反射電子ビームに負の球面収差および色収差を導入することができる。
【００４６】
図１に示すように、第１電子ミラー１２は、入射電子ビーム１１を角度ａで反射するように配置され、第２電子ミラー１４は、入射電子ビーム１１’を角度ａ’で反射するように配置される。図１に示される実施例では、角度αは、角度ａ’と略等しい。これにより、出射電子ビーム１１’’のビーム経路は、入射電子ビーム１１のビーム経路と実質的に平行であるが、入射電子ビーム１１のビーム経路と交差する方向の距離Ｒだけシフトされる。
【００４７】
入射電子ビーム１１は、第２電子ミラー１５に近接して通過し、出射電子ビーム１１’’は、第１電子ミラー１２に近接して通過する。囲まれた図１の部分は正確な縮尺ではないので、第２の電子ミラー１４と入射電子ビーム１１との間の典型的な距離は、１ｍｍ以下である。第１の電子ミラー１２と出射電子ビーム１１’’との間の典型的な距離も、１ｍｍ以下である。例えば、第１の電子ミラー１２と第２の電子ミラー１４との距離を１５ｍｍとした場合には、角度ａは４〜１０度の範囲である。これにより、出射電子ビーム１１’’は、例えば、２〜４ｍｍの範囲で距離Ｒだけシフトされる。なお、第１の電子ミラー１２と第２の電子ミラー１４との間の距離が１５ｍｍより大きい場合には、角度ａは４度未満であってもよく、距離Ｒは２ｍｍ未満であってもよい。
【００４８】
図１に模式的に示されるように、収差補正装置１０は、前記入射側１７に入力１９’を有するハウジング１９内に配置されることが好ましく、前記出射側１８に出力１９’’が配置されることが好ましい。
【００４９】
図２は、本発明による収差補正組立体の第２の実施例の概略断面図であり、２つの収差補正素子２０および２０’が直列に配置されたものである。収差補正素子２０および２０’は、それぞれ、図１を参照して上述した収差補正装置１０と実質的に同一である。組立体の第１の収差補正装置２０は、第１の電子ミラー２２と、第２の電子ミラー２３とから構成されている。組立体の第２の収差補正素子２０’は、第３の電子ミラー２４と、第４の電子ミラー２５とを有する。図２に示されるように、第１の電子ミラー２２は、組立体の中心２６またはその付近にあり、入射側２７から来る電子ビーム１１を受け、電子ビーム２１’を第２の電子ミラー２３に向けて反射するように配置されている。第２電子ミラー２３は、組立体の入射側２７に配置され、第１電子ミラー２２から来る電子ビーム２１’を受け、電子ビーム２１’’を第３電子ミラー２４に向けて反射するように配置されている。第３の電子ミラー２４は、組立体の出射側２８に配置され、第２の電子ミラー２３から電子ビーム２１’’を受け、電子ビーム２１’’’を第４の電子ミラー２５に向かって反射するように配置されている。第４の電子ミラー２５は、組立体の中心２６またはその近くに配置され、第３の電子ミラー２４から電子ビーム２１’’’を受け、電子ビーム２１’’’’を出射側２８に向かって反射するように配置されている。
【００５０】
第１収差補正装置２０は、第２の電子ミラー２３は、第２の電子ミラー２３上の反射位置で電子ビーム２１’を受けるように構成されており、反射位置は入射電子ビーム２１から距離Ｒの位置に配置されている。これにより、入射電子ビーム２１は、第２のミラー２３上の反射位置から離間した位置に、前記第２のミラー２３を通過させる。また、第４の電子ミラー２５は、前記第４のミラー２５上の反射位置で電子ビーム２１’’’を受け、反射位置は、入射電子ビーム２１から距離Ｒの位置に配置される。これにより、入射電子ビーム２１は、第４ミラー２５上の反射位置から離間した位置で、前記第４ミラー２５を通過する。
【００５１】
また、前記第１、第２、第３、および第４の電子ミラー２２、２３、２４、および２５の少なくとも１つは、反射電子ビーム２１’、２１’’、２１’’’、および２１’’’’に補正収差を提供するように配置される。図２に示されているように、第１、２、３、および第４の電子ミラー２２、２３、２４、および２５は全て、入射電子ビームを略同じ角度βで反射するように配置されている。これにより、組立体の中心２６の第１の収差補正装置２０の後の電子ビーム２１’’のビーム経路は、入射電子ビーム２１のビーム経路に略平行であるが、入射電子ビーム２１のビーム経路を横切る方向に距離Ｒだけシフトされる。図２に示すように、第２収差補正手段２０’は、第１収差補正手段２０の略鏡面対称コピーとして配置されており、中心２６はミラー面となっている。第２収差補正装置２０’はまた、距離Ｒだけビーム経路をシフトさせるが、ここでは逆方向である。その結果、組立体の出射電子ビーム２１’’’’は、少なくとも実質的に入射電子ビーム２１と一致している。
【００５２】
図２に模式的に示されるように、収差補正組立体は、前記入射側２７に入力２９’を備え、前記出射側２８に出力２９’’を有するハウジング２９内に配置されることが好ましい。
【００５３】
図３は、収差補正組立体３０の第３の実施例の概略断面図である。収差補正組立体３０は、第１の磁気偏向器３６を含み、これは、入射電子ビーム３１を、中間空間３５に配置された第２の磁気偏向器３４に向けて導くように配置される。第２の磁気偏向素子３４は、第１の電子ミラー３２と第２の電子ミラー３３との間に配置されている。前記第１電子ミラー３２および第２電子ミラー３３の少なくとも一方は、反射電子ビーム３１’、３１’’に補正収差を与えるように配置されている。第２の磁気偏向器３４は、図３の断面図に略垂直な方向に、観察者に向かって磁場を提供するように配置されている。図３に模式的に示すように、第１の電子ミラー３２と第２の電子ミラー３３との反射面は、第２の磁気偏向器３４に対向している。
【００５４】
第１の磁気偏向器３６によって偏向された後、入射電子ビーム３１は、前記第２の磁気偏向器３４を横切って角度γで偏向され、第１の電子ミラー３２に向けられる。第１電子ミラー３２は、反射電子ビーム３１’を入射電子ビーム３１と略同じ方向に沿って戻る方向に反射するように配置されている。反射電子ビーム３１’が第２の磁気偏向器３４を横切ると、反射電子ビーム３１’は再び角度γで偏向され、第２の電子ミラー３３に向けられる。これにより、図３に示されるように、第２の磁気偏向器３４は、入射電子ビーム３１から反射電子ビーム３１’を分離する。第２の磁気偏向器３４による偏向後の反射電子ビーム３１’と入射電子ビーム３１との間の角度は、角度γのほぼ２倍である。
【００５５】
第２電子ミラー３３は、二重反射電子ビーム３３’’を反射電子ビーム３１’と略同じ方向に沿って戻る方向に反射するように配置されている。二重反射電子ビーム３１’’が第２の磁気偏向器３４を横切ると、二重反射電子ビーム３１’’は再び角度γで偏向され、第１の電子ミラー３２を通って第３の磁気偏向器３７に向けられる。これにより、図３に示されるように、第２の磁気偏向器３４は、二重反射電子ビーム３１’’を反射電子ビーム３１’から分離する。第２の磁気偏向器３４による偏向後の二重反射電子ビーム３１’’と反射電子ビーム３１’との間の角度は、角度γのほぼ２倍である。
【００５６】
第３の磁気偏向器３７では、二重反射電子ビーム３１’’が偏向されて、出射する二重反射電子ビーム３１’’を中心軸３８に沿う方向に配置する。その結果、組立体３０の出射電子ビーム３１’’は、少なくとも入射電子ビーム３１と略一致することになる。
【００５７】
図３に模式的に示されるように、入射電子ビーム３１は、第２の電子ミラー３３に接近して通過し、二重反射電子ビーム３１’’は、第１の電子ミラー３２に近接して通過する。囲まれた図３部分は縮尺されていないので、第２の電子ミラー３３と入射電子ビーム３１との間の典型的な距離は、１ｍｍ以下である。例えば、第２の電子ミラー３３と磁気偏向器３４との距離を１０ｍｍで結合した場合には、角度γは５〜１０度の範囲である。なお、第２電子ミラー３３と磁気偏向器３４との距離が１０ｍｍより大きい場合には、角度γは５度未満でもよいことに留意されたい。
【００５８】
収差補正装置３０は、第２の電子ミラー３３が、第２のミラー３３上の反射位置で電子ビーム３１’を受けるように構成されており、反射位置は入射電子ビーム３１から離間した位置に配置されているということに留意されたい。
【００５９】
図３に更に模式的に示すように、第１の磁気偏向器３６は収差補正装置３０の入射側またはその近傍に配置され、第３の磁気偏向器３７は収差補正装置３０の出射側またはその近傍に配置されている。この実施例では、第１の磁気偏向器３６は、第２の電子ミラー３３に隣接して配置され、第３の磁気偏向器３７は、第１の電子ミラー３２に隣接して配置されている。
【００６０】
図４は、本発明に係る収差補正装置４０の第４の実施例の概略断面図である。この実施例に係る収差補正装置４０は、図３を参照して上述した第３の実施例とかなり類似している。
【００６１】
上述のように、電子の運動エネルギーが０に達する等電位面は、これらの電子の反射面を提供する。この等電位面を湾曲させることにより、反射電子ビームに負の球面収差と色収差を導入することが可能になる。曲面等電位面を得る１つの方法は、電子ミラー４２、４３と電子レンズ４２’、４３’とを結合して、レンズの湾曲等電位面が電子の反射面として作用するようにすることである。このような組み合わせは、電子顕微鏡レンズの収差を少なくとも部分的に補償するのに適した曲面等電位面を提供するように配置することができる。これにより、図４に示すように、第１電子ミラー４２の前には第１の電子レンズ４２’が配置され、第２電子ミラー４３の前には第２の電子レンズ４３’が配置されている。
【００６２】
図４に模式的に示されるように、電子レンズ４２’、４３’は、第１の電子ミラー４２と第２の電子ミラー４３との間の略中間に電子ビームの焦点を提供するように配置される。使用時には、入射電子ビーム４１は、第１の電子ミラー４２と第２の電子ミラー４３との略中間の位置の焦点に収束するように配置されている。入射電子ビーム４１は、電子顕微鏡の光学系によって収束するように配置することができ、および／または収差補正装置４０は、（図示しない）追加の電子レンズを備えていてもよい。第３の実施例で前述したように、入射電子ビーム４１は、第１の磁気偏向器４６、第２の磁気偏向器４４を横切り、第１の電子レンズ４２’および第１の電子ミラー４２の組立体に向けられる。第１の電子レンズ４２’と第１電子ミラー４２の組立体は、第２磁気偏向器４４の後に、反射電子ビーム４１’を入射電子ビーム４１と略同じ経路に沿って戻る方向に反射するように配置される。反射電子ビーム４１’は、第２の磁気偏向器４４を横切り、第１の電子ミラー４２と第２の電子ミラー４３との間の略中間に集束される。その後、反射電子ビーム４１’は、第２の電子レンズ４３’と第２の電子ミラー４３の組立体に向けられる。第２の電子レンズ４３’と第２の電子ミラー４３の組立体は、第２の磁気偏向器４４の後に、二重反射電子ビーム４１’’を反射電子ビーム４１’と略同じ経路に沿って戻る方向に反射するように配置される。二重反射電子ビーム４１’’は、第２の磁気偏向器４４を横切り、第１の電子ミラー４２と第２の電子ミラー４３との間の略中間に集束される。第２の磁気偏向器４４の後、二重反射電子ビーム４１’’は、入射電子ビーム４１と少なくとも略一致する方向に、二重反射電子ビーム４１’’を偏向させるように配置された第３の磁気偏向器４７に向かって移動する。図４に模式的に示されるように、二重反射電子ビーム４１’’は、発散電子ビームである。これにより、電子顕微鏡の光学系は、この発散電子ビームをさらに操作するように配置することができ、および／または収差補正装置４０は、追加の電子レンズ（図示せず）を備えていてもよい。
【００６３】
なお、収差補正手段４０は、第２電子ミラー４３が、反射位置が入射電子ビーム４１から離間して配置された第２のミラー４３上の反射位置で電子ビーム４１’を受けるように構成されている。
さらに、図３および図４と同様、収差補正装置４０の特徴をより明確に示すために、正確な縮尺ではないことに留意されたい。
【００６４】
特に、図４の水平方向の縮尺は垂直方向の縮尺とは異なる。この第４の実施例に係る収差補正装置４０の実寸法は、第３の実施例で上記に示した寸法と同等であってもよい。
【００６５】
図５は、収差補正組立体５０の第５の実施例の概略断面図である。収差補正組立体５０は、第１の磁気偏向器５６を含み、これは、入射電子ビーム５１を、第２の磁気偏向器５４と、中間空間５５に配置された電磁偏向器５９とを含む組立体に向かうように配置される。第２の磁気偏向器５４と電磁偏向器５９の組立体は、第１の電子ミラー５２と第２の電子ミラー５３との間に配置されている。前記第１電子ミラー５２および第２電子ミラー５３の少なくとも一方は、反射電子ビーム５１’、５１’’に補正収差を与えるように配置されている。第２の磁気偏向器５４は、図５の断面図に略垂直な方向に、観察者に向かって磁場を提供するように配置されている。電磁偏向器５９は、磁場に対して略垂直な方向に静電界を提供するように配置され、中心軸５８に対して略垂直となるように配置される。図５に模式的に示すように、第１の電子ミラー５２と第２の電子ミラー５３との反射面は、第２の磁気偏向器５４と静電偏向器５９の組立体に面している。
【００６６】
第１の磁気偏向器５６によって偏向された後、入射電子ビーム５１は、第２の磁気偏向器５４と静電偏向器５９とを含む前記組立体に向けられる。図５に示す実施例では、第２の磁気偏向器５４および静電偏向器５９は、前記組立体を横切る電子ビームと略等しい偏向角を提供するように配置されている。磁場Ｂ２と静電界Ｅは、入射電子ビーム５１に対する同じ方向に偏向させるように配置されているので、入射電子ビーム５１の全偏向角は、第２の磁気偏向器５４の偏向角と、前記略等しい偏向角の２倍である静電偏向器５９の偏向角との和である。その後、偏向された電子ビーム５１は、第１の電子ミラー５２に向けられる。第１電子ミラー５２は、反射電子ビーム５１’を入射電子ビーム５１と略同じ方向に沿って戻る方向に反射するように配置されている。
【００６７】
反射電子ビーム５１’が第２磁気偏向器５４と静電偏向器５９の組立体を横切るとき、静電界Ｅは磁場Ｂ２によって与えられる偏向に対して反対方向に偏向を与える。これにより、反射電子ビーム５１’の全偏向角は、第２磁気偏向器５４の偏向角と静電偏向器５９の偏向角との差であり、その結果、略０の角度で偏向する。したがって、図５に示されるように、第２の磁気偏向器５４および静電偏向器５９の組立体は、入射電子ビーム５１から反射電子ビーム５１’を分離する。
【００６８】
第２の電子ミラー５３は、反射電子ビーム５１’と略同じ方向に沿って戻る方向に反射されるように配置されている。二重反射電子ビーム５１’’が、第２磁気偏向器５４と静電偏向器５９の組立体を横切るとき、磁場Ｂ２と静電界Ｅは再び同じ方向に偏向を与え、その結果、二重反射電子ビーム５１’’の全偏向角は、第２磁気偏向器５４の偏向角と、前記略等しい偏向角の２倍である静電偏向器５９の偏向角との和である。続いて、二重反射電子ビーム５１’’は、再び角度をつけて偏向され、第３の磁気偏向器５７に向けられる。これにより、図５に示されるように、第２の磁気偏向器５４と静電偏向器５９の組立体は、二重反射電子ビーム５１’’を反射電子ビーム５１’から分離する。
【００６９】
第３の磁気偏向器５７では、二重反射電子ビーム５１’’が偏向されて、出射する二重反射電子ビーム５１’’を中心軸５８に沿った方向に沿って配置する。その結果、組立体５０の出射電子ビーム５１’’は、少なくとも入射電子ビーム５１と略一致することになる。
【００７０】
なお、収差補正素子５０は、第２のミラー５３が、第２のミラー５３の反射位置で電子ビーム５１’を受けるように構成されており、この反射位置は入射電子ビーム５１から離間して配置されていることは留意されたい。
【００７１】
さらに、図５の囲まれた部分は正確な縮尺ではないので、第２の電子ミラー５３と入射電子ビーム５１との間の典型的な距離は１ｍｍ以下であることに留意されたい。例えば、第２の電子ミラー５３と第１の電子ミラー５２を距離は２０ｍｍで結合した場合、偏向角は、小さい、好ましくは５度より小さい。
【００７２】
図３および５において、偏向電子ビーム３１および５１と反射電子ビーム３１’および５１’は、第２の磁気偏向器３４および５４と第１の電子ミラー３２および５２との間に２つの別々の隣接する軌道として模式的に示されていることに留意されたい。しかしながら、実際には、図４および６における偏向電子ビーム４１および６１と反射電子ビーム４１’および６１’によって模式的に示されるように、これらの軌跡は、互いに非常に近接していてもよく、または略重なり合っていてもよい。図３および図５における第２の磁気偏向器３４および５４と第２の電子ミラー３３および５３の間の反射電子ビーム３１’および５１’と二重反射電子ビーム３１’’および５１’’にも同様の模式表現を使用する。
【００７３】
図６は、本発明に係る収差補正装置６０の第６の実施例の概略断面図である。この実施例に係る収差補正装置６０は、図５を参照して上述した第５の実施例とかなり類似している。
【００７４】
図６に示すように、第１電子ミラー６２の前には第１の電子レンズ６２’が配置され、第２電子ミラー６３の前には第２の電子レンズ６３’が配置されている。電子レンズ６２’および６３’は、第１の電子ミラー６２と第２の電子ミラー６３との間の略中間に位置する電子ビームの焦点を形成するように配置されている。使用時には、入射電子ビーム６１は、第１の電子ミラー６２と第２の電子ミラー６３との略中間の略中間の位置の焦点に収束するように配置されている。入射電子ビーム６１は、電子顕微鏡の光学系によって収束するように配置することができ、および／または収差補正装置６０は、（図示しない）追加の電子レンズを備えていてもよい。第５の実施例で上述したように、入射電子ビーム６１は、第１の磁気偏向器６６を横切り、第２の磁気偏向器６４と静電偏向器６９とを含む組立体に向けられる。第２の磁気偏向器６４と静電偏向器６９の組立体の動作は、第５の実施例を参照して上述したものと同じである。
【００７５】
その後、入射電子ビーム６１は、第２の磁気偏向器６４と静電偏向器６９の組立体によって偏向され、第１の電子レンズ６２’と第１の電子ミラー６２の組立体に向けられる。第１の電子レンズ６２’と第１電子ミラー６２の組立体は、反射電子ビーム６１’を入射電子ビーム６１と略同じ経路に沿って戻る方向に、第２磁気偏向器６４と静電偏向器６９の組立体に向かって反射するように配置され、第１電子ミラー６２と第２電子ミラー６３との間で略中間に集束される。
【００７６】
反射電子ビーム６１’は、第２の磁気偏向器６４と静電偏向器６９の組立体を横切る。しかし、反射電子ビーム６１’に対する、磁場Ｂ２による偏向は、静電界Ｅによる偏向によって相殺される。これにより、反射電子ビーム６１’は、第２の磁気偏向器６４と静電偏向器６９の組立体で偏向されず、前記組立体を通って第２の電子レンズ６３’と第２の電子ミラー６３の組立体に向かって略直線的に移動する。第２の電子レンズ６３’と第２の電子ミラー６３の組立体は、二重反射電子ビーム６１’’を、反射電子ビーム６１’と略同じ経路に沿って戻る方向に反射して、第２の磁気偏向器６４と静電偏向器６９の組立体に戻すように配置される。二重反射電子ビーム６１’’は、第２の磁気偏向器６４と静電偏向器６９の組立体を横切り、第１の電子ミラー６２と第２の電子ミラー６３との間の略中間に集束される。
【００７７】
二重反射電子ビーム６１は、第２磁気偏向器６４との組立体と静電偏向器６９の組立体を再び横切る。二重反射電子ビーム６１’’については、磁界Ｂ２の偏向に静電界による偏向が加わって、二重反射電子ビーム６１’’は第３の磁気偏向器６７に向かって偏向される。第３の磁気偏向器６７は、二重反射電子ビーム６１’’を、少なくとも入射電子ビーム６１と略一致するように、中心軸６８に略沿った方向に偏向するように配置される。図６に模式的に示されるように、二重反射電子ビーム６１’’は、発散電子ビームである。これにより、電子顕微鏡の光学系は、この発散電子ビームをさらに操作するように配置することができ、および／または収差補正装置６０は、追加の電子レンズ（図示せず）を備えていてもよい。
【００７８】
なお、収差補正素子６０は、第２のミラー６３が、第２のミラー６３の反射位置で電子ビーム６１’を受けるように構成されており、この反射位置は入射電子ビーム６１から離間して配置されていることは留意されたい。
【００７９】
さらに、図５および図６と同様、収差補正装置６０の特徴をより明確に示すために、正確な縮尺ではないことに留意されたい。特に、図６の水平方向の縮尺は、垂直方向の縮尺とは異なる。この第６の実施例に係る収差補正装置６０の実寸法は、第５の実施例で示した寸法と同等であってもよい。
【００８０】
本発明に係る収差補正装置７０の第７の実施例では、図７に示すように、収差補正手段７０は、第１の電子ミラー７２と、第２の電子ミラー７３とから構成されている。前記第１電子ミラー７２および第２電子ミラー７３の少なくとも一方は、反射電子ビーム７１’および７１’’に補正収差を与えるように配置されている。前記第１および第２の電子ミラー２の間では、中間空間７６に、２つの磁気偏向器７４および７５が配置されている。第１の磁気偏向器７４は、第２の電子ミラー７３の近くに配置され、第２の磁気偏向器７５は第１の磁気偏向器７４と第１の電子ミラー７２との間に、好ましくは第１の電子ミラー７２の近くに配置される。
【００８１】
第１の磁気偏向器７４は、図７の断面図に略垂直な方向に磁場を提供するように、そして、観察者に向かって配置される（（Ｒ）で示す）。第２の磁気偏向器７５は、図７の断面図に略垂直な方向に磁場を提供するように、そして、ビューアとは離れて配置される（◎によって示される）。これにより、第１および第２の磁気偏向器７４および７５は、電子ビーム７１を逆方向に偏向させるように配置されている。
【００８２】
図７に模式的に示されるように、第１および第２の磁気偏向器７４および７５は、中心軸７８に略垂直な方向に延在する磁場を提供するように配置され、その結果、入射電子ビーム７１、反射電子ビーム７１’、および二重反射電子ビーム７１’’すべてが前記第１および第２の磁気偏向器７４および７５の磁場をそれぞれ横切る。さらに、第１および第２の磁気偏向器７４および７５は、略等しい偏向角Δで電子ビームを偏向させるように配置される。
【００８３】
中央軸７８に沿って収差補正装置７０に入射する入射電子ビーム７１は、第１の磁気偏向器７４を横切って、前記電子ビーム７１の伝搬方向に見て左側に角度Δで偏向され、第２の磁気偏向器７５に向けられる。その後、入射電子ビーム７１は、第２の磁気偏向器７５を横切って、前記電子ビーム７１の伝搬方向に見て右側に角度Δで偏向され、第１の電子ミラー７２に導かれる。第２の磁気偏向器７５の後、入射電子ビーム７１は、中心軸７８と略平行な方向に移動する。第１の電子ミラー７２は、第２の磁気偏向器７５の後に、反射電子ビーム７１’を入射電子ビーム７１と略同じ経路に沿って戻る方向に反射するように配置されている。
【００８４】
反射電子ビーム７１’は、第２の磁気偏向器７５を横切って、前記反射電子ビーム７１’の伝搬方向に見て右側に角度Δで偏向され、第１の磁気偏向器７４に向けられる。その後、反射電子ビーム７１’は、第１の磁気偏向器７４を横切って前記反射電子ビーム７１’の伝搬方向に見て左側に角度Δで偏向され、第２の電子ミラー７３に向けられる。第１の磁気偏向器７４の後、反射電子ビーム７１’は、中心軸７８と略平行な方向に移動する。第２の電子ミラー７３は、第１の磁気偏向器７４の後に、二重反射電子ビーム７１’’を反射電子ビーム７１’と略同じ経路に沿って戻る方向に反射するように配置されている。
【００８５】
二重反射電子ビーム７１’’は、第２の磁気偏向器７４を横切って、前記二重反射電子ビーム７１’’の伝搬方向に見て左側に角度Δで偏向され、第２の磁気偏向器７５に向けられる。その後、二重反射電子ビーム７１’’は、第２磁気偏向器７５を横切って、前記電子ビーム７１の伝搬方向に見て右側に角度Δで偏向され、第１電子ミラー７２を通過して、収差補正装置７０を出射する。第２の磁気偏向器７５の後、二重反射電子ビーム７１’’は、中心軸７８と略平行な方向に、軸７８’に沿って移動する。
【００８６】
なお、収差補正素子７０は、第２のミラー７３が、第２のミラー７３の反射位置で電子ビーム７１’を受けるように構成されており、この反射位置は入射電子ビーム７１からｄ１の距離に配置されていることは留意されたい。これにより、入射電子ビーム７１は、第２電子ミラー７３上の反射位置から離間して配置される。
【００８７】
さらに図７は、収差補正装置７０の特徴をより明確に示すために、正確な縮尺ではないことは留意されたい。特に、図７の水平方向の縮尺は、垂直方向の縮尺とは異なる。例えば、入射電子ビーム７１と、第２電子ミラーの近くの反射電子ビーム７１’の間の距離ｄ１は、典型的には、約１ｍｍ以下である。第１の磁気偏向器７４の中心と第２の磁気偏向器７５の中心との間の距離ｄ２は、典型的には、約１５ｍｍである。これにより、偏向角Δは、数度程度、例えば約２度など、１度から３度の範囲である。言い換えれば、偏向角Δは、典型的には電子顕微鏡における既存のアライメント偏向器の範囲である数十ミリラド程度である。これらのアライメントおよび走査偏向器は、通常、顕微鏡の分解能を劣化させることはない。
【００８８】
図８は、本発明に係る収差補正装置８０の第８の実施例の概略断面図である。この実施例に係る収差補正装置８０は、図７を参照して上述した第４の実施例とかなり類似している。第４の実施例と同様に、収差補正装置８０は、第１の電子ミラー８２と、第２の電子ミラー８３とから構成されている。前記第１電子ミラー８２および第２電子ミラー８３の少なくとも一方は、反射電子ビーム８１’、８１’’に補正収差を与えるように配置されている。前記第１および第２の電子ミラーの間には、２つの磁気偏向器８４および８５が配置されている。第１の磁気偏向器８４は第２の電子ミラー８３の近くに配置され、第２の磁気偏向器８５は第１の磁気偏向器８４と第１の電子ミラー８２との間に、好ましくは第１の電子ミラー８２の近くに配置される。
【００８９】
上述のように、電子の運動エネルギーが０に達する等電位面は、これらの電子の反射面を提供する。この等電位面を湾曲させることにより、反射電子ビームに負の球面収差と色収差を導入することが可能になる。曲面等電位面を得る１つの方法は、電子ミラーと電子レンズを結合してレンズの曲面等電位面が電子の反射面としても働くようにすることである。このような組み合わせは、電子顕微鏡レンズの収差を少なくとも部分的に補償するのに適した曲面等電位面を提供するように配置することができる。これにより、図８に示すように、第１電子ミラー８２の前には第１の電子レンズ８６が配置され、第２電子ミラー８３の前には第２の電子レンズ８７が配置される。
【００９０】
図８に模式的に示されるように、電子レンズ８６および８７は、焦点面ＦＰによって模式的に示すように、第１の電子ミラー８２と第２の電子ミラー８３との間の略中間の電子ビームの焦点を提供するように配置される。使用時には、入射電子ビーム８１は焦点面ＦＰ内の焦点位置に収束するように配置される。入射電子ビーム８１は、電子顕微鏡の光学系によって収束するように配置することができ、および／または収差補正装置８０は、中心軸８８上に配置された追加の電子レンズ８９を備えていてもよい（追加の電子レンズ８９がオプションであることを示すために、このレンズは点線で示されている）。第４の実施例で説明したように、入射電子ビーム８１は、第１の磁気偏向器８４と第２の磁気偏向器８５を横切り、第１の電子レンズ８６と第１の電子ミラー８２の組立体に向けられる。第１の電子レンズ８６と第１の電子ミラー８２の組立体は、第２の磁気偏向器８５の後に入射電子ビーム８１と略同じ経路を戻る方向に沿って反射電子ビーム８１’を反射するように配置されている。反射電子ビーム８１’は、第２の磁気偏向器８５と第１の磁気偏向器８４を横切り、焦点面ＦＰに実質的に集束される。その後、反射電子ビーム８１’は、第２の電子レンズ８７と第２の電子ミラー８３の組立体に向けられる。第２の電子レンズ８７と第２の電子ミラー８３は、第１の磁気偏向器８４の後に、反射電子ビーム８１’と略同じ経路を戻る方向に沿って、二重反射電子ビーム８１’’を反射するように配置されている。二重反射電子ビーム８１’’は、第１の磁気偏向器８４、第２の磁気偏向器８５を横切り、焦点面ＦＰに略集束される。第２の磁気偏向器８５の後、二重反射電子ビーム８１’’は、中心軸８８’と略平行な方向で軸８８に沿って移動し、第１の電子ミラー８２を直接通過して収差補正装置８０を出射する。図８に模式的に示されるように、二重反射電子ビーム８１’’は、発散電子ビームである。これにより、電子顕微鏡の光学系は、この発散電子ビームをさらに操作するように配置することができ、および／または収差補正装置８０は、軸８８’上に配置された追加の電子レンズ８９’を備えていてもよい（この追加の電子レンズ８９’が任意であることを示すために、このレンズは、点線で示される）。
【００９１】
なお、収差補正素子８０は、第２のミラー８３が、第２のミラー８３の反射位置で電子ビーム８１’を受けるように構成されており、この反射位置は入射電子ビーム８１から離間して配置されていることは留意されたい。
さらに、図７および図８と同様、収差補正装置８０の特徴をより明確に示すために、正確な縮尺ではないことに留意されたい。
【００９２】
特に、図８の水平方向の縮尺は、垂直方向の縮尺とは異なる。この第５の実施例に係る収差補正装置８０の実寸法は、上述の第８の実施例で示した寸法と同等であってもよい。
【００９３】
入射および反射電子ビームを分離するためのビーム偏向器は、偏向の影響を最小限にするために小さな角度で偏向されると、反射電子ビームは、実質的に出射元の方向に戻るが、そこには、更なる光学素子または試料チャンバのための空間は存在しない。したがって、本発明によれば、電子ビームを元の方向に反射させる第２のミラーが設けられている。この設計の結果、入射電子ビームは第２の電子ミラーの近くを通り、出射ビームは第１の電子ミラーの近くを通ることになる。入射電子ビームを、例えば１ｍｍ以下の第２の電子ミラーに近接して配置するためには、小型化された電子ミラーを用いることが有利である。
【００９４】
図９は、電子ミラーを有する電子レンズの小型化された組立体を備えた本発明による収差補正装置９０の第９の実施例の概略断面図である。図９に示すように、第９の実施例に係る収差補正装置９０は、電子ミラーを備えた電子レンズの小型化された組立体９１および９２を除いて、図８を参照して上述した第８の実施例に係る収差補正装置９０と本質的に同じである。
【００９５】
第１の組立体９１は、カバー電極９３と、レンズ電極９４と、ミラー電極９５とを有する。カバー電極９３は、使用時、実質的に接地電位に配置される。前記カバー電極９３には、入射電子ビーム８１および反射電子ビーム８１’の開口９３１が設けられている。また、レンズ電極９４は、入射電子ビーム８１および反射電子ビーム８１’に対する開口９７１を備えており、この開口９７１は、レンズ電極９４内の開口９７はカバー電極９３の開口９３１と実質的にほぼ同一線上にある。ミラー電極９５は、使用時、レンズ電極９４よりも若干負の電位に配置されている。好ましくは、第１の組立体９１は、反射電子ビーム８１’に負の球面収差を導入するように配置される。
【００９６】
第２組立体９２はまた、カバー電極９６、レンズ電極９７、およびミラー電極９８を備えている。カバー電極９６は、使用時、実質的に接地電位に配置される。前記カバー電極９６には、反射電子ビーム８１’と二重反射電子ビーム８１’’との開口９９１が設けられている。また、レンズ電極９７は、反射電子ビーム８１’と二重反射電子ビーム８１’’の開口部９７１を備えており、レンズ電極９７の開口９７１は、カバー電極９６の開口９９１と実質的にほぼ同一線上にある。ミラー電極９８は、使用時、レンズ電極９７よりも若干負の電位に配置されている。好ましくは、第２の組立体９２は、負の色収差を二重反射電子ビーム８１’’に導入するように配置される。これにより、二重反射電子ビーム８１は負の球面収差および／または負の色収差を有して、第１の組立体９１および／または第２の組立体９２によって、負の球面収差および／または色収差の量を設定することができる。
【００９７】
高分解能顕微鏡では、上記の第３、第４、第５の実施例と同様に、小さな偏向角とするために磁気偏向器を使用しても、集束プローブビームの面内に、および／または対物レンズの面内に何らかの分散を生じさせる可能性がある。上述の第４および第５の例と同様に、等しいが反対の強度の２つの磁気偏向器を使用する二重偏向は、同じ方向を維持しながらビームを変位させる。電子ビームの位置と方向に２つの自由パラメータ（偏向場の強さと偏向器間の距離）を用いれば、実質的に分散しないようにすることができる。収差補正装置の前面および／または背面にさらなる磁気偏向器を追加することにより、収差補正の中間空間における磁気偏向器の分散を補償することができる。
【００９８】
図１０は、図７を参照して前述した第７の実施例の収差補正装置１００と略等しい収差補正装置１００’と、収差補正装置１００’の後方に配置された一組の磁気偏向器１００’’とを有する収差補正組立体１００の第１０の実施例の概略断面図である。第４の実施例と同様に、収差補正装置１００’は、第１の電子ミラー１０２と、第２の電子ミラー１０３とから構成されている。前記第１の電子ミラー１０２と第２の電子ミラー１０３との少なくとも一方は、反射電子ビームに補正収差を与えるように配置されている。第１および第２の電子ミラー２の間には、磁気偏向器１０４、１０５が配置されている。第１の磁気偏向器１０４は第２の電子ミラー１０３の近くに配置され、第２の磁気偏向器１０５は第１の磁気偏向器１０４と第１の電子ミラー１０２との間に、好ましくは第１の電子ミラー１０２の近くに配置される。この例では、入射電子ビーム１０１は、異なる運動エネルギーを有する電子の集合を含む。異なる運動エネルギーの電子は、磁気偏向器１０４、１０５によって異なる角度で偏向される。運動エネルギーの低い電子は、高い運動エネルギーをもつ電子よりも小さい角度で偏向される。参照番号１０１１は、第１の運動エネルギーを有する電子の電子軌道を示し、参照番号１０１２は、第２の運動エネルギーを有する電子の電子軌道を示す。特に、第一運動エネルギーは第２運動エネルギーより低い。異なる運動エネルギーを有する電子による分散Ｄは、収差補正装置１００’を出射する略平行なビームのセットを生成する。前の例と同様に、図１０の水平方向の縮尺は、分散の効果をより明確に示すために垂直方向の縮尺とは異なることに留意されたい。
【００９９】
図１０に示される組立体の例は、更に、収差補正装置１００’の分散を補償するように配置された、セット１００’’の磁気偏向器１０６および１０７を備えている。さらに、磁気偏向器１００’’のセットは、入出射電子ビーム１０１’’が、入射電子ビーム１０１と略一致するように配置される（これらは、両者とも使用時、電子顕微鏡の中心軸に沿って配置される中心軸１０８に沿って配置される）。前記磁気偏向器１００’’のセットの磁気偏向器１０６および１０７は、反対方向に、偏向された電子の運動エネルギーに依存する略等しい偏向角で電子ビームを偏向させるように配置されていることに留意されたい。
【０１００】
なお、収差補正装置１００は、第２の電子ミラー１０３が入射電子ビーム１０１から離間して配置された第２のミラー１０３上の反射位置で、電子ビーム１０１１’および１０１２’を受けるように構成されている。
【０１０１】
図１１に示される収差補正組立体１１０のさらなる実施例では、収差補正装置１１０’’の前後にさらに磁気偏向器１１０’、１１０’’が配置されている。繰り返すが、収差補正装置１１０’’は、図７を参照して上述した第７の実施例の収差補正装置７０と略等しい。第７の実施例と同様に、収差補正装置１１０’’は、第１の電子ミラー１１２と、第２の電子ミラー１１３とから構成されている。この例では、第１の電子ミラー１１２は、反射電子ビームに補正収差を与えるために配置され、好ましくは、球面収差および／または色収差を補正するように配置されている。第２の電子ミラー１１３は、平面ミラーとして機能するように配置されており、補正収差を与えることなく、電子ビームを略反射するように配置されている。第１および第２の電子ミラーの間には、磁気偏向器１１４および１１５が配置されている。第１の磁気偏向器１１４は第２の電子ミラー１１３の近くに配置され、第２の磁気偏向器１１５は第１の磁気偏向器１１４と第１の電子ミラー１１２との間に、好ましくは第１の電子ミラー１１２の近くに配置される。
【０１０２】
この例では、入射電子ビーム１１１は、異なる運動エネルギーを有する電子の集合を含む。異なる運動エネルギーの電子は、磁気偏向器１１４、１１５によって異なる角度で偏向される。図１０に示される例に示されるように、磁気偏向器１０４および１０５では、電子ビームが第１の電子ミラー１０１に到達する前に、入射電子ビーム１０１はある程度分散している。図１１に示す実施例では、収差補正装置１１０’’の上流に第１の組の磁気偏向器１１０’が配置されている。第１の組の磁気偏向器１１０’は、電子ビーム１１１を、偏向された電子の運動エネルギーに依存する略等しい偏向角で偏向するように配置された２つの磁気偏向器１１６１および１１６２を備える。図１１に示すように、磁気偏向器１１６１および１１６２は、入射電子ビーム１１１１および１１１２を分散ｄ１１１するように配置される。参照番号１１１１は、第１の運動エネルギーを有する電子の電子軌道を示し、参照番号１１１２は、第２の運動エネルギーを有する電子の電子軌道を示す。特に、第一運動エネルギーは第２運動エネルギーより低い。好ましくは、分散ｄ１１１の量は、収差補正装置１１０’’の第１および第２の磁気偏向器１１４、１１５の分散量を少なくとも実質的に補償するように調整される。結果として、入射電子ビーム１１１は、特に、第２の磁気偏向器１１５の後および入射電子ビーム１１１が第１の電子ミラー１１２に到達する前に、収差補正組立体１１０の磁気偏向器による分散が起こらない。入射電子ビーム１１１は、少なくとも実質的に分散を生じないため、第１の電子ミラー１１２による収差補正をより正確に行うことができる。
【０１０３】
その後、第１の電子ミラー１１２からの反射電子ビーム１１１’は第２の電子ミラー１１３に向けて導かれ、収差補正装置１１０’’の第２および第１の磁気偏向器１１５および１１４を横切る。前記第１および第２の磁気偏向器１１４、１１５の分散により、反射電子ビーム１１１’は、分散電子ビーム１１１１’および１１１２’が第２の電子ミラー１１３に到達する前に、ある程度分散する。第２の電子ミラー１１３において、分散された電子ビーム１１１１’および１１１２’が反射され、二重反射電子ビーム１１１１’’および１１１２’’が再び第１および第２の磁気偏向器１１４および１１５を横切る。第１および第２の磁気偏向器１１４および１１５の分散により、第１の電子ミラー１１２を通過する際に、二重反射電子ビームが分散ｄ１１２を介して分散される。
【０１０４】
図１１に示されるように、収差補正組立体１１０はさらに、収差補正装置１１０’’の残留分散ｄ１１２を補償するように配置された第２の磁気偏向器１１０’’’のセットを備える。さらに、第２の組の磁気偏向器１１０’’は、入射出射電子ビーム１１１’’が入射電子ビーム１１１と略一致するように配置される（これらは、両者とも使用時は電子顕微鏡の中心軸に沿って配置される中心軸１１８に沿って配置される）。前記第２の組の磁気偏向器１１０’’のセットの磁気偏向器１１７１および１１７２は、反対方向に、偏向された電子の運動エネルギーに依存する略等しい偏向角で電子ビーム１１１１’’および１１１２’’を偏向させるように配置されていることに留意されたい。
【０１０５】
なお、収差補正装置１１０は、第２の電子ミラー１１３が電子ビーム１１１１’および１１１２’を第２のミラー１１３上の反射位置で受けるように構成されており、この反射位置は、入射電子ビーム１１１１および１１１２から離間した、少なくとも入射電子ビーム１１１１および１１１２が前記第２のミラー１１３を通過する位置に配置されていることは留意されたい。
【０１０６】
収差補正装置には、例えば図９を参照して上述した第９例のようにレンズを設けた場合には、図１１を参照して前述したように、収差補正装置の磁気偏向器の分散を補償するための偏向が、第８の実施例のようなレンズなしのシステムとは異なる。図１２は収差補正組立体１２０の第１２の実施例の概略断面図であり、収差補正装置１２０にはレンズ１２９１および１２９２が設けられている。レンズ１２９１および１２９２によって、分散ビーム１２１１および１２１２が焦点面ＦＰ内の焦点を通過すると、分散ビーム１２１１および１２１２の配置が反転する。
【０１０７】
なお、収差補正装置１２０は、第２の電子ミラー１２３が電子ビーム１２１１’および１２１２’を第２のミラー１２３上の反射位置で受けるように構成されており、この反射位置は、入射電子ビーム１２１１および１２１２から離間した、少なくとも入射電子ビーム１２１１および１２１２が前記第２のミラー１２３を通過する位置に配置されていることは留意されたい。
【０１０８】
収差補正装置の前および／または背面に磁気偏向器の組を用いる代わりに、収差補正装置の前および／または背面に配置された、１組の結合された静電磁気偏向器によって、収差補正装置における磁気偏向器の分散を補償することもできる。このように１組の結合された静電磁気偏向器は、より柔軟性が高く、分散を調整し、互いに独立して偏向を調整することができる。静電磁気偏向器を結合するには、次の式を使用する。
β＝βＥ＋ββ
∂β＝−（∂θ／θ）（βΕ＋１／２βΒ）
【０１０９】
ここで、βＥは静電界による偏向角であり、βＢは磁場による偏向角であり、∂βは分散であり、θは電子加速エネルギーである。これにより、図１３に模式的に示すレンズを備えた収差補正装置を用いれば、出射電子ビームが入射電子ビームと一致する収差補正組立体を設計する際に、静電偏向器と磁気偏向器との併用により、より自由度の高い設計を実現することができる。
【０１１０】
図１３は、本発明による収差補正組立体１３０の第１３の実施例の概略断面図である。図１３に示すように、収差補正装置１３０’’の上流側には、収差補正装置１３０’’の磁気偏向器１３４および１３５に対して必要な分散調整および／または最適化された１組の結合された静電磁気偏向器１３７１および１３７２が配置されている。さらに、１組の結合された静電磁気偏向器１３７１、１３７２は、中心線１３８から離れた所要の偏向量を確立するように配置されて、略対称的な収差補正組立体１３０を形成し、これにより、出射電子ビーム１３１は、入射電子ビーム１３１と一致し、収差補正装置１３０’’がレンズ１３９１および１３９２を備える。
【０１１１】
図１４は、本発明による収差補正組立体を備えた走査型電子顕微鏡１４０（ＳＥＭ）の構成要素の概略断面図である。特に、これら構成要素は、「光軸」とも呼ばれる中心軸１４９に沿って配置され、「電子銃」とも呼ばれる電子源１４１を含み、この電子源は、使用時、光源レンズとも呼ばれるガンレンズ１４２に向かって電子の発散ビームを放出する。
【０１１２】
ガンレンズ１４２からは、略平行な電子ビームが本発明による収差補正装置または収差補正組立体１４３に導かれる。好ましくは、この収差補正組立体１４３は、例えば図２、図３、４、５、６、１０、１１および図１３の実施形態で示すように、入射電子ビームが出射電子ビームと一致するように適切に配置される。これらの実施形態は、従来のＳＥＭの電子ビーム経路において、遡及的に取り付けるのに特に適している。
その後、収差補正組立体１４３からの電子ビームは電子ビームの電子を試料１４７に向けて加速するように構成された電子加速器１４４を通過する。
【０１１３】
電子加速器１４４は、入射側１４４１と、出射側１４４２とを有する。電子加速器１４４は、入射側１４４１から出射側１４４２に向けて電子を加速するように構成されている。図１４に示すように、収差補正素子１４３は、前記電子加速器１４４の入射側１４４１に配置されている。したがって、収差補正装置１４３は電子顕微鏡１４０の、電子が比較的低エネルギーの場所に配置される。収差補正装置１４３が、球面収差および／または色収差に対して所望の補償を行った後、電子加速器１４４によって電子のエネルギーを所望のレベルまで増加させる。
【０１１４】
加速電子のビームは、対物レンズ１４５および１４５’によって試料１４７の頂部に集束される。対物レンズ１４５および１４５’は、試料１４７の表面上で電子ビームを走査するために設けられた１組の走査偏向器１４６および１４６’を備える。
【０１１５】
ＳＥＭ１４０はさらに、弾性散乱電子または二次電子、または電子源１４１からの一次電子ビームが入射すると試料１４７で生成される試料からの光子などのような荷電粒子を検出するように構成された１つ以上の検出器１４８および１４８’を含む。
【０１１６】
走査偏向器１４６および１４６’の前、もしくはそれと結合して、電子顕微鏡は、電子ビームの非点収差を補正するように配置された非点収差補正装置（詳細には示していない）を一般的に備えている。この点に関して、収差補正組立体１４３が１つ以上の磁気偏向器を有する収差補正装置を備える場合、前記１つ以上の磁気偏向器によって生じる非点収差は、電子顕微鏡１４０の非点収差補正装置によって補正されることができることに留意されたい。
【０１１７】
図１５は、本発明による収差補正組立体を含む透過型電子顕微鏡１５０（ＴＥＭ）の構成要素の概略断面図である。特に、これら構成要素は、「光軸」とも呼ばれる中心軸１６４に沿って配置され、「電子銃」とも呼ばれる電子源１５１を含み、この電子銃は、使用時、光源レンズとも呼ばれるガンレンズ１５２に向けて電子の発散ビームを放出する。
【０１１８】
ガンレンズ１５２からは、略平行な電子ビームが本発明による収差補正装置または収差補正組立体１５３に導かれる。好ましくは、この収差補正組立体１５３は、例えば図２、図３、４、５、６、１０、１１および図１３の実施形態で示すように、入射電子ビームが出射電子ビームと一致するように適切に配置される。これらの実施形態は、従来のＴＥＭの電子ビーム経路において、遡及的に取り付けるのに特に適している。
その後、収差補正組立体１５３からの電子ビームは電子ビームの電子を試料１５６に向けて加速するように構成された電子加速器１５４を通過する。
【０１１９】
電子加速器１５４は、入射側１５４１と出射側１５４２とを有する。電子加速器１５４は、入射側１５４１から出射側１５４２に向かって電子を加速するように構成されている。図１５に示すように、収差補正素子１５３は、前記電子加速器１５４の入射側１５４１に配置されている。これにより、収差補正装置１５３は電子顕微鏡１５０の、電子が比較的低エネルギーの部位に配置される。収差補正装置１５３が、球面収差および／または色収差に対して所望の補償を行った後、電子加速器１５４によって電子のエネルギーを所望のレベルまで増加させる。
【０１２０】
加速電子のビームは、上側対物レンズ１５５および１５５’によって試料１５６に集束される。試料１５６を通過した電子は、下側対物レンズ１５７と、変倍レンズ１５８とによって集められる。
その後、変倍レンズ１５８からの電子ビームは、電子減速器１５９を通過する。試料１５６を通過した電子ビームの電子を加速するように構成されている。
【０１２１】
電子減速器１５９は、入射側１５９１と出射側１５９２とを有する。電子減速器１５９は、入射側１５９１から出射側１５９２に向けて電子を減速するように構成されている。図１５に示すように、前記電子減速器１５９の出射側１５９２には、第２収差補正素子１６０が配置されている。したがって、電子顕微鏡１５０の電子が比較的低エネルギーである部位には、第２収差補正素子６０３も配置されている。電子減速器１５９は、電子のエネルギーを所望のレベルまで低下させた後、第２の収差補正装置１６０を用いて、球面収差および／または色収差に対して所望の補償を行うことができる。
第２収差補正装置１６０が、球面収差および／または色収差に対して所望の補償を行った後、電子は倍率レンズ１６２を介して検出器１６３に向けられる。
任意で、ＴＥＭ１５０は、さらに、収差補正装置１６０から検出器１６３に向かって電子を加速するように構成された加速器１６１を備えていてもよい。
【０１２２】
上記の説明は、好ましい実施形態の動作を例示するためのものであり、本発明の範囲を限定することを意図したものではないことが理解できよう。上記の議論から、当業者には本発明の範囲に包含される多くの変形が明らかであろう。
【０１２３】
要約すると、本発明は、電子顕微鏡における集束レンズの収差を補正する収差補正装置に関するものである。装置は、第１および第２の電子ミラーを含み、各々は、電子ビーム反射面を備える。前記ミラー間には、中間空間が配置されている。中間空間は、入射側と出射側とからなる。第１および第２の電子ミラーは、中間空間の両側に配置され、第１および第２のミラーの反射面は、前記中間空間に対向するように配置されている。第１のミラーは、出射側に配置され、第２のミラーは、中間空間の入射側に配置される。使用時、第１のミラーは、入射側から来る電子ビームを受け、中間空間を通って第２のミラーに向かって前記ビームを反射する。第２のミラーは、第１のミラーからの電子ビームを受け、中間空間を通って出射側に向かって電子ビームを反射する。入射電子ビームは、第２のミラー上の反射位置から離間された位置で前記第２のミラーを通過する。電子ミラーの少なくとも１つは、反射電子ビームに補正収差を与えるように配置されている。好ましくは、前記中間空間には、磁気偏向器、または結合された磁気／静電偏向器を備えている。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【手続補正書】
【提出日】平成31年1月11日(2019.1.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子顕微鏡における電子ビームの収差を補正する収差補正装置であって、前記収差補正装置は、
各々が電子ビーム反射面を含む、第１および第２の電子ミラーと、
中間空間と、を備え、
前記中間空間は、前記電子ビームを入力する入射側と、前記中間空間から前記電子ビームを出射する出射側とを備え、
前記第１および第２の電子ミラーは、前記中間空間の両側に配置され、前記第１の電子ミラーの前記反射面と前記第２の電子ミラーの前記反射面とは、前記中間空間に対向するように配置されており、
前記第１の電子ミラーは、前記出射側に配置され、前記入射側からの前記電子ビームを受け、前記中間空間を介して前記第２の電子ミラーに向かって前記電子ビームを反射するように構成されており、
前記第２の電子ミラーは前記入射側に配置され、前記第２の電子ミラー上の反射位置で前記第１の電子ミラーからの前記電子ビームを受けて、前記中間空間を介して前記出射側に向けて前記電子ビームを反射するように構成されており、
前記収差補正装置は、入射電子ビームが、前記第２の電子ミラーの、前記第２の電子ミラー上の前記反射位置から離間させた位置を通過するように構成されており、
前記第１および第２の電子ミラーの少なくとも一方は、反射電子ビームに補正収差を与えるように構成されている収差補正装置。
【請求項２】
前記中間空間に配置された磁気偏向器をさらに含み、前記磁気偏向器は、前記第１および／または前記第２の電子ミラーに入射して反射された電子ビームを分離するように構成されている請求項１に記載の収差補正装置。
【請求項３】
前記磁気偏向器は、前記第１および前記第２の電子ミラーを結ぶ、好ましくは前記第１および前記第２の電子ミラーの中心同士を結ぶ線に対して略垂直な磁場を提供するように構成されている請求項２に記載の収差補正装置。
【請求項４】
前記収差補正装置に電子ビームを導入する前記入射側の入力を備え、前記入力と前記第１および前記第２の電子ミラーを結ぶ前記線とが面を確定し、前記磁気偏向器は前記面に略垂直な磁場を提供するように構成されている請求項３に記載の収差補正装置。
【請求項５】
さらに前記中間空間に配置された静電偏向器を備え、前記静電偏向器は、使用時、前記磁気偏向器の磁場に対して略垂直に配置された静電界を提供するように構成されている請求項２、３、または４に記載の収差補正装置。
【請求項６】
前記磁気偏向器および前記静電偏向器は、前記磁気偏向器および前記静電偏向器を横切る電子ビームに対して略等しい偏向角を提供するように構成される請求項５に記載の収差補正装置。
【請求項７】
前記磁気偏向器は第１の磁気偏向器であり、前記収差補正装置は前記第１の磁気偏向器と前記第１の電子ミラーとの間に配置された第２の磁気偏向器を備える請求項２〜６のいずれか１項に記載の収差補正装置。
【請求項８】
前記第１および第２の磁気偏向器は、反対方向に電子ビームを偏向させるように構成される請求項７に記載の収差補正装置。
【請求項９】
前記第１および第２の磁気偏向器は、略等しい偏向角で電子ビームを偏向させるように構成される請求項７または８に記載の収差補正装置。
【請求項１０】
少なくとも１つの前記磁気偏向器は、０度より大きく、１０度より小さい角度、好ましくは５度より小さい角度で入射電子ビームを偏向させるように構成される請求項２〜９のいずれか１項に記載の収差補正装置。
【請求項１１】
前記第１の電子ミラーの中心線は、前記第２の電子ミラーの中心線と略平行に配置されていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の収差補正装置。
【請求項１２】
前記第１および第２の電子ミラーとの前記少なくとも一方が円筒状の対称電子ミラーを備えることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の収差補正装置。
【請求項１３】
前記第１および第２の電子ミラーの一方は、反射電子ビームに負の球面収差および／または負の色収差を与えるように構成されていることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載の収差補正装置。
【請求項１４】
前記第１および第２の電子ミラーの他方は、電子ビームを実質的に収差なく反射するように構成される請求項１３に記載の収差補正装置。
【請求項１５】
前記第１および第２の電子ミラーの一方は、反射された電子ビームに負の球面収差を提供するように構成され、前記第１および第２の電子ミラーの他方は、反射電子ビームに対して負の色収差を提供するように構成される請求項１〜１２のいずれか１項に記載の収差補正装置。
【請求項１６】
少なくとも２つの電極間に電位差を設けるように構成されたコントローラまたは制御回路をさらに備え、前記第１および第２の電子ミラーの略中間に反射電子ビームの焦点を形成する請求項１〜１５のいずれか１項に記載の収差補正装置。
【請求項１７】
請求項１〜１６のいずれか１項に記載の収差補正装置を備える収差補正組立体であって、前記組立体は、さらに、磁気偏向器の組を備え、少なくとも前記組立体を通る電子ビームの進行方向には、前記磁気偏向器の組が前記収差補正装置に対して上流側または下流側に配置されている収差補正組立体。
【請求項１８】
前記磁気偏向器の組のうち、個々の磁気偏向器は、反対方向に電子ビームを偏向させるように構成される請求項１７に記載の収差補正組立体。
【請求項１９】
前記磁気偏向器の組のうち、個々の磁気偏向器は、略等しい偏向角で電子ビームを偏向させるように構成される請求項１７または１８に記載の収差補正組立体。
【請求項２０】
電子ビームを電子源からターゲットに投射する電子光学素子を備えた電子光学式カラムを備えた電子顕微鏡であって、前記電子顕微鏡は、請求項１〜１６のいずれかに記載の収差補正装置または請求項１７〜１９のいずれかに記載の収差補正組立体を備える電子顕微鏡。
【請求項２１】
前記電子光学式カラムは光軸を含み、前記第１の電子ミラーの中心線および／または前記第２の電子ミラーの中心線は前記光軸と略平行に配置される請求項２０に記載の電子顕微鏡。
【請求項２２】
前記第１および第２の電子ミラーの少なくとも一方は、２つ以上の電極を含む静電ミラーを含み、コントローラは、前記静電ミラーの前記電極の電位を設定および／または調整するように構成される請求項２０または２１に記載の電子顕微鏡。
【請求項２３】
前記コントローラは、前記静電ミラーに接続され、前記第１および第２の電子ミラーの少なくとも一方の補正収差、および／または前記収差補正装置と前記電子光学式カラムの最終集束レンズとの間の倍率を設定および／または調整する請求項２２に記載の電子顕微鏡。
【請求項２４】
前記電子顕微鏡は入射側と出射側とを有する電子加速器を備えており、前記電子加速器は、入射側から出射側に向けて電子を加速するように構成されており、前記収差補正装置が前記電子加速器の入射側に配置されている請求項２０〜２３のいずれか１項に記載の電子顕微鏡。
【請求項２５】
前記電子顕微鏡は入射側と出射側とを有する電子減速器を備えており、前記電子減速器は、前記入射側から前記出射側に向けて電子を減速するように構成されており、前記収差補正装置が前記電子減速器の前記出射側に配置されている請求項２０〜２４のいずれか１項に記載の電子顕微鏡。
【請求項２６】
請求項２０〜２５のいずれか１項に記載の電子顕微鏡を操作する方法であって、前記収差補正装置の前記第１および／または第２の電子ミラーは、前記電子顕微鏡の１つ以上の前記電子光学素子の収差を少なくとも部分的に相殺するように構成される方法。
【請求項２７】
前記電子ミラーの前記電極の前記電位を調整して前記電子顕微鏡の１つ以上の前記電子光学素子の収差を少なくとも部分的に相殺する請求項２２に記載の電子顕微鏡を操作する方法。
【請求項２８】
前記コントローラは、前記第１および第２の電子ミラーの前記少なくとも一方の補正収差を設定および／または調整するための前記静電ミラーの前記電極の前記電位、および／または、前記収差補正装置と前記電子光学式カラムの最終集束レンズとの間の倍率を、設定および／または調整する請求項２３に記載の電子顕微鏡を操作する方法。
【国際調査報告】
2019521495.tif 000018
2019521495.tif 000019