(57)【要約】【課題】光学系の長さの増大を低減できる収差補正装置を提供する。【解決手段】収差補正装置１０は、電子顕微鏡用の収差補正装置であって、転送レンズ系を備えた幾何収差補正装置２００を含み、転送レンズ系は、色収差を補正する色収差補正用光学系を含み、色収差補正用光学系は、光軸に沿って配置されている第１部分１１０ａ、第２部分１１０ｂ、および第３部分１１０ｃを有し、第１部分１１０ａ、第２部分１１０ｂ、および第３部分１１０ｃの各々は、光軸ＯＡに沿った方向に厚みを有し、二回対称の電場と二回対称の磁場とが重畳された二回対称の電磁場を発生させる。【選択図】図１５
2019129073.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子顕微鏡用の収差補正装置であって、
転送レンズ系を備えた幾何収差補正装置を含み、
前記転送レンズ系は、色収差を補正する色収差補正用光学系を含み、
前記色収差補正用光学系は、光軸に沿って配置されている第１部分、第２部分、および第３部分を有し、
前記第１部分、前記第２部分、および前記第３部分の各々は、前記光軸に沿った方向に厚みを有し、二回対称の電場と二回対称の磁場とが重畳された二回対称の電磁場を発生させる、収差補正装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記転送レンズ系は、二段の前記色収差補正用光学系を含み、
前記二段の色収差補正用光学系のうちの第１色収差補正用光学系は、第１の電磁場を発生させ、
前記二段の色収差補正用光学系のうちの第２色収差補正用光学系は、第２の電磁場を発生させ、
前記第１色収差補正用光学系と前記第２色収差補正用光学系は、前記光軸に沿った方向に互いに離隔して配置され、
前記第１色収差補正用光学系において、
前記第１部分は、二回対称の磁場に比べて二回対称の電場が強く設定され、
前記第２部分は、二回対称の電場に比べて二回対称の磁場が強く設定され、
前記第３部分は、二回対称の磁場に比べて二回対称の電場が強く設定され、
前記第２部分で発生する二回非点成分は、前記第１部分および前記第３部分で発生する二回非点成分と逆符号であり、
前記第１部分、前記第２部分、および前記第３部分の各々において、二回対称の電場によって電子線が受ける力と二回対称の磁場によって電子線が受ける力とが、互いに相殺する方向に加えられ、
前記第２の電磁場は、前記第１の電磁場を前記光軸まわりに９０°回転させた場である、収差補正装置。
【請求項３】
請求項２において、
前記幾何収差補正装置は、二段の幾何収差補正用光学系を含み、
前記二段の幾何収差補正用光学系のうちの第１幾何収差補正用光学系は、三回対称場を発生させ、
前記二段の幾何収差補正用光学系のうちの第２幾何収差補正用光学系は、前記第１幾何収差補正用光学系が発生させる三回対称場とは、極性が反対の三回対称場を発生させ、
前記転送レンズ系は、前記第１幾何収差補正用光学系と前記第２幾何収差補正用光学系との間に配置されている、収差補正装置。
【請求項４】
請求項３において、
前記第１色収差補正用光学系と前記第２色収差補正用光学系との間に配置され、前記第１の電磁場および前記第２の電磁場から発生する高次収差を補正する高次収差補正用光学系を含む、収差補正装置。
【請求項５】
請求項３または４において、
前記第１色収差補正用光学系と前記第２色収差補正用光学系との間に配置され、前記幾何収差補正装置が発生させる三回対称場から発生する高次収差を補正する高次収差補正用光学系を含む、収差補正装置。
【請求項６】
請求項１において、
前記幾何収差補正装置は、三段の幾何収差補正用光学系を含み、
前記三段の幾何収差補正用光学系のうちの前段の第１幾何収差補正用光学系は、三回対称場を発生させ、
前記三段の幾何収差補正用光学系のうちの中段の第２幾何収差補正用光学系は、三回対称場を発生させ、
前記三段の幾何収差補正用光学系のうちの後段の第３幾何収差補正用光学系は、三回対称場を発生させ、
前記第１幾何収差補正用光学系が発生させる三回対称場、前記第２幾何収差補正用光学系が発生させる三回対称場、および前記第３幾何収差補正用光学系が発生させる三回対称場の合成によって、三回非点収差を打ち消す、収差補正装置。
【請求項７】
請求項６において、
前記転送レンズ系は、前記第１幾何収差補正用光学系と前記第２幾何収差補正用光学系との間、および前記第２幾何収差補正用光学系と前記第３幾何収差補正用光学系との間に配置されている、収差補正装置。
【請求項８】
請求項６において、
前記転送レンズ系は、二段の前記色収差補正用光学系を含み、
前記二段の色収差補正用光学系のうちの第１色収差補正用光学系は、第１の電磁場を発生させ、
前記二段の色収差補正用光学系のうちの第２色収差補正用光学系は、第２の電磁場を発生させ、
前記転送レンズ系は、複数設けられ、
複数の前記転送レンズ系のうちの第１転送レンズ系は、前記第１幾何収差補正用光学系と前記第２幾何収差補正用光学系との間に配置され、
複数の前記転送レンズ系のうちの第２転送レンズ系は、前記第２幾何収差補正用光学系と前記第３幾何収差補正用光学系との間に配置され、
前記第２転送レンズ系の前記第１の電磁場および前記第２転送レンズ系の前記第２の電磁場は、前記第１転送レンズ系の前記第１の電磁場および前記第２転送レンズ系の前記第２の電磁場に対して４５°回転している、収差補正装置。
【請求項９】
請求項６において、
前記転送レンズ系は、二段の前記色収差補正用光学系を含み、
前記二段の色収差補正用光学系のうちの第１色収差補正用光学系は、第１の電磁場を発生させ、
前記二段の色収差補正用光学系のうちの第２色収差補正用光学系は、第２の電磁場を発生させ、
前記転送レンズ系は、複数設けられ、
複数の前記転送レンズ系のうちの第１転送レンズ系は、前記第１幾何収差補正用光学系と前記第２幾何収差補正用光学系との間に配置され、
複数の前記転送レンズ系のうちの第２転送レンズ系は、前記第２幾何収差補正用光学系と前記第３幾何収差補正用光学系との間に配置され、
前記第１転送レンズ系の前記第２の電磁場は、前記第１転送レンズ系の前記第１の電磁場に対して４５°回転し、
前記第２転送レンズ系の前記第２の電磁場は、前記第２転送レンズ系の前記第１の電磁場に対して、４５°回転している、収差補正装置。
【請求項１０】
請求項１ないし９のいずれか１項に記載の収差補正装置を含む電子顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、収差補正装置および電子顕微鏡に関する。
【背景技術】
【０００２】
透過電子顕微鏡（Transmission Electron Microscope、ＴＥＭ）や走査電子顕微鏡（Scanning Electron Microscope、ＳＥＭ）等の電子顕微鏡において、球面収差や色収差は分解能低下の要因の一つである。
【０００３】
近年、球面収差補正装置が実用化されている。例えば、特許文献１には、三段の三回対称場（三回対称の磁場または三回対称の電場）を用いて、球面収差を補正しつつ、高次収差を除去することが可能な球面収差補正装置が開示されている。
【０００４】
球面収差補正装置の実用化が進み、次に、色収差補正装置の開発が期待されている。例えば、特許文献２には、二段の電磁場重畳二回場（二回対称の電場と二回対称の磁場とが重畳されて形成された二回対称の電磁場）を用いて色収差の補正を行う光学系が開示されている。特許文献２の色収差補正装置では、二段の多極子が発生させる二段の電磁場重畳二回場を基本構成としているが、一つの多極子を３つの部分に分けて凹凸凹レンズ的な軌道を実現している。
【０００５】
また、非特許文献１には、球面収差補正装置と色収差補正装置をタンデムに接続した装置を用いて色収差と球面収差を同時に補正した実験結果が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−５４５６５号公報
【特許文献２】特開２０１４−１１６２１９号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】F. Hosokawa, H. Sawada, Y. Kondo, K. Takayanagi and K. Suenaga, Microscopy 62(1): 23-41 (2013)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記の非特許文献１のように、球面収差補正装置と色収差補正装置をタンデムに接続した場合、光軸に沿った長さが長くなってしまい、電子顕微鏡の全長が大きくなってしまう。この結果、例えば、電子顕微鏡が設置される部屋の高さの要求が高くなってしまうという問題や、電子顕微鏡の安定性が低下するなどの問題が生じてしまう。
【０００９】
本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、本発明のいくつかの態様に係る目的の１つは、光学系の長さの増大を低減できる収差補正装置を提供することにある。また、本発明のいくつかの態様に係る目的の１つは、上記収差補正装置を含む電子顕微鏡を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る収差補正装置の一態様は、
電子顕微鏡用の収差補正装置であって、
転送レンズ系を備えた幾何収差補正装置を含み、
前記転送レンズ系は、色収差を補正する色収差補正用光学系を含み、
前記色収差補正用光学系は、光軸に沿って配置されている第１部分、第２部分、および第３部分を有し、
前記第１部分、前記第２部分、および前記第３部分の各々は、前記光軸に沿った方向に厚みを有し、二回対称の電場と二回対称の磁場とが重畳された二回対称の電磁場を発生させる。
【００１１】
このような収差補正装置では、幾何収差補正装置の転送レンズ系に用いた色収差補正用光学系によって色収差を補正することができる。そのため、このような収差補正装置では、球面収差と色収差を補正することができる。さらに、このような収差補正装置では、例えば、幾何収差補正装置と色収差補正装置をタンデムに接続した場合と比べて、光学系の長さの増大を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】色収差補正装置の光学系を示す図。
【図２】第１多極子の第１部分を模式的に示す平面図。
【図３】四極の電極が発生させる二回対称の電場から電子線が受ける力を説明するための図。
【図４】四極の磁極が発生させる二回対称の磁場から電子線が受ける力を説明するための図。
【図５】第２多極子の第１部分を模式的に示す平面図。
【図６】色収差補正装置の第１多極子内および第２多極子内の電子線の軌道を示す模式図。
【図７】二段六極子型球面収差補正装置に用いられている転送レンズ対を模式的に示す図。
【図８】色収差補正装置における電子軌道を示す図。
【図９】色収差補正装置における電子軌道を示す図。
【図１０】色収差補正装置の光学系の変形例を示す図。
【図１１】レンズを模式的に示す図。
【図１２】色収差補正装置における電子軌道を計算した結果を示す図。
【図１３】第１実施形態に係る収差補正装置の光学系を示す図。
【図１４】第１実施形態に係る収差補正装置における電子軌道を示す図。
【図１５】第１実施形態に係る収差補正装置の光学系の機能を説明するための図。
【図１６】第２実施形態に係る収差補正装置の光学系を示す図。
【図１７】第２実施形態に係る収差補正装置における電子軌道を示す図。
【図１８】第２実施形態に係る収差補正装置の光学系の機能を説明するための図。
【図１９】第３実施形態に係る収差補正装置の光学系を示す図。
【図２０】第３実施形態に係る収差補正装置における電子軌道を示す図。
【図２１】第３実施形態に係る収差補正装置の光学系の機能を説明するための図。
【図２２】第４実施形態に係る収差補正装置の光学系を示す図。
【図２３】第４実施形態に係る収差補正装置における電子軌道を示す図。
【図２４】第４実施形態に係る収差補正装置の光学系の機能を説明するための図。
【図２５】第５実施形態に係る収差補正装置の光学系の機能を説明するための図。
【図２６】第１実施形態に係る電子顕微鏡を模式的に示す図。
【図２７】第２実施形態に係る電子顕微鏡を模式的に示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の好適な実施形態について図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また、以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。
【００１４】
１．  色収差補正装置
まず、本発明に係る収差補正装置に用いられる色収差補正装置について、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明に係る収差補正装置に用いられる色収差補正装置１００の光学系を示す図である。なお、図１では、光学面Ａと光学面Ｂの間に色収差補正装置１００が配置されている。
【００１５】
図１には、電子線のＸ方向の典型的なビーム軌道であるＸ軌道と、電子線のＹ方向の典型的なビーム軌道であるＹ軌道と、を図示している。Ｘ軸およびＹ軸は、光軸ＯＡに垂直な軸であり、互いに直交する軸である。
【００１６】
色収差補正装置１００は、図１に示すように、第１多極子１１０（第１色収差補正用光学系の一例）と、第２多極子１２０（第２色収差補正用光学系の一例）と、を含む。
【００１７】
第１多極子１１０および第２多極子１２０は、光軸ＯＡに沿って配置されている。光軸ＯＡは、第１多極子１１０の中心および第２多極子１２０の中心（レンズの中心）を通る軸である。第１多極子１１０と第２多極子１２０は、光軸ＯＡに沿った方向に互いに離隔して配置されている。色収差補正装置１００では、電子線の進行方向に、第１多極子１１０、第２多極子１２０の順で配置されている。すなわち、電子線は、第１多極子１１０を通って第２多極子１２０に入射する。
【００１８】
第１多極子１１０は、３つの部分（第１部分１１０ａ、第２部分１１０ｂ、第３部分１１０ｃ）に分かれている。第１多極子１１０では、電子線の進行方向に、第１部分１１０ａ、第２部分１１０ｂ、第３部分１１０ｃの順で配置されている。第１部分１１０ａ、第２部分１１０ｂ、および第３部分１１０ｃは、光軸ＯＡに沿って配置されている。
【００１９】
第１多極子１１０は、第１の電磁場を発生させる。第１多極子１１０の３つの部分１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃの各々は、二回対称の電場（電場四極子場）と二回対称の磁場（磁場四極子場）とが重畳された二回対称の電磁場（電磁場重畳の四極子場）を発生させる。第１の電磁場は、第１多極子１１０の３つの部分１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃの各々が発生させる二回対称の電磁場によって形成されている。
【００２０】
以下、第１多極子１１０の３つの部分１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃについて詳細に説明する。
【００２１】
まず、第１多極子１１０の第１部分１１０ａについて説明する。図２は、第１多極子１１０の第１部分１１０ａを模式的に示す平面図である。
【００２２】
第１多極子１１０の第１部分１１０ａは、光軸ＯＡの周囲に規則的に配列された複数の電極および複数の磁極を有する。図示の例では、第１部分１１０ａは、光軸ＯＡの周囲に配列された、四極の電極１１２ａ〜１１２ｄと、四極の磁極１１４ａ〜１１４ｄと、を有している。
【００２３】
四極の電極１１２ａ〜１１２ｄは、光軸ＯＡに垂直な平面（ＸＹ平面）上で９０°ごとに振り分けられて配置されている。また、四極の電極１１２ａ〜１１２ｄの各々に印加される印加電圧の絶対値は互いに等しい。ただし、四極の電極１１２ａ〜１１２ｄにおいて、光軸ＯＡまわりにおいて隣り合う電極の極性は逆である。四極の電極１１２ａ〜１１２ｄは、二回対称の電場を発生させる。
【００２４】
四極の磁極１１４ａ〜１１４ｄは、光軸ＯＡに垂直な平面（ＸＹ平面）上で９０°ごと
に振り分けられて配置されている。磁極１１４ａには、巻き数Ｎの励磁コイル（図示せず）が磁極１１４ａの後端部（図示せず）に装着され、この励磁コイルに電流Ｉが流れるようになっている。したがって、磁極１１４ａの起磁力はＮＩとなる。磁極１１４ｂ，１１４ｃ，１１４ｄについても、磁極１１４ａと同様に励磁コイルが装着されている。四極の磁極１１４ａ〜１１４ｄに装着された励磁コイルは、個別に電流源（図示せず）と接続されており、その起磁力は任意に設定できる。図示の例では、四極の磁極１１４ａ〜１１４ｄの起磁力は互いに等しい。ただし、四極の磁極１１４ａ〜１１４ｄにおいて、光軸ＯＡまわりに隣り合う磁極の極性は逆である。四極の磁極１１４ａ〜１１４ｄは、二回対称の磁場を発生させる。
【００２５】
図３は、四極の電極１１２ａ〜１１２ｄが発生させる二回対称の電場から電子線が受ける力を説明するための図である。
【００２６】
図３に示すように、四極の電極１１２ａ〜１１２ｄが発生させる二回対称の電場は、電子線に対して、Ｘ方向に収束作用を持ち、Ｙ方向に発散作用を持つ。したがって、電子線は、二回対称の電場から力ＦＥを受けることによって、Ｘ方向に収束し、Ｙ方向に発散する。
【００２７】
図４は、四極の磁極１１４ａ〜１１４ｄが発生させる二回対称の磁場から電子線が受ける力を説明するための図である。
【００２８】
図４に示すように、四極の磁極１１４ａ〜１１４ｄが発生させる二回対称の磁場は、電子線に対して、Ｘ方向に発散作用を持ち、Ｙ方向に収束作用を持つ。したがって、電子線は、二回対称の磁場から力ＦＢを受けることによって、Ｘ方向に発散し、Ｙ方向に収束する。
【００２９】
第１部分１１０ａでは、二回対称の電場と二回対称の磁場とを重畳して二回対称の電磁場を発生させる。第１部分１１０ａでは、二回対称の電場によって電子線が受ける力ＦＥと二回対称の磁場によって電子線が受ける力ＦＢとが、互いに相殺する方向に加えられる。
【００３０】
ここで、第１部分１１０ａは、二回対称の磁場に比べて二回対称の電場が強く設定される。すなわち、第１部分１１０ａでは、二回対称の磁場によって電子線が受ける力ＦＢよりも、二回対称の電場によって電子線が受ける力ＦＥが大きく設定される（ＦＢ＜ＦＥ）。これにより、電子線に二回非点成分を与え、軌道を変化させる。例えば、第１部分１１０ａは、図１に示すように、電子線のＹ軌道に二回非点の発散方向の成分を与え、電子線のＸ軌道に二回非点の収束方向の成分を与える。
【００３１】
また、第１部分１１０ａは、電子線の進行方向に対して厚みを有している。より具体的には、第１部分１１０ａは、多極子場のプライマリー項以外の高次項による場によってコンビネーションアベレーションが発生する厚みを有している。そのため、第１部分１１０ａでは、コンビネーションアベレーションにより負の色収差が発生する。また、第１部分１１０ａは、コンビネーションアベレーションにより電子線に対して凹レンズ作用を生じさせる。すなわち、第１部分１１０ａは、電子線に対する凹レンズ作用を有している。
【００３２】
ここで、コンビネーションアベレーションとは、ある場所で発生した収差（収差１）がある距離伝搬することにより入射点が変わり、別の収差（収差２）の影響を受けたとき、収差１と収差２の組み合わせにより生まれる組み合わせ収差のことである。なお、電子線の進行方向に対して厚みを持った二回対称場のコンビネーションアベレーションにより、凹レンズ効果が発生する原理については、特開２０１４−１１６２１９号公報に記載され
ている。
【００３３】
次に、第１多極子１１０の第２部分１１０ｂについて説明する。第２部分１１０ｂの構成は、図２に示す第１部分１１０ａの構成と同様である。すなわち、第１多極子１１０の第２部分１１０ｂは、光軸ＯＡの周囲に配列された、四極の電極１１２ａ〜１１２ｄと、四極の磁極１１４ａ〜１１４ｄと、を有している。
【００３４】
第２部分１１０ｂでは、二回対称の電場に比べて二回対称の磁場が強く設定される。すなわち、第２部分１１０ｂでは、二回対称の電場によって電子線が受ける力ＦＥよりも、二回対称の磁場によって電子線が受ける力ＦＢが大きく設定される（ＦＥ＜ＦＢ）。これにより、第２部分１１０ｂは、第１部分１１０ａで発生する二回非点成分とは逆符号の二回非点成分を発生させる。すなわち、第２部分１１０ｂでは、第１部分１１０ａとは、逆向きの二回対称場を電子線に与える。例えば、第２部分１１０ｂは、図１に示すように、電子線のＹ軌道に二回非点の収束方向の成分を与え、電子線のＸ軌道に二回非点の発散方向の成分を与える二回対称場を発生させる。これにより、第２部分１１０ｂは、発散成分を持ったＹ軌道を逆向きに押し戻して二回非点成分を減少させ、かつ、Ｘ軌道の二回非点の収束成分を弱める。
【００３５】
また、第２部分１１０ｂは、第１部分１１０ａと同様に、電子線の進行方向に対して厚みを有している。そのため、第２部分１１０ｂでは、コンビネーションアベレーションにより負の色収差が発生する。また、第２部分１１０ｂは、コンビネーションアベレーションにより電子線に対して凸レンズ作用を生じさせる。すなわち、第２部分１１０ｂは、電子線に対する凸レンズ作用を有している。
【００３６】
次に、第１多極子１１０の第３部分１１０ｃについて説明する。第３部分１１０ｃの構成は、図２に示す第１部分１１０ａの構成と同様である。すなわち、第１多極子１１０の第３部分１１０ｃは、光軸ＯＡの周囲に配列された、四極の電極１１２ａ〜１１２ｄと、四極の磁極１１４ａ〜１１４ｄと、を有している。
【００３７】
第３部分１１０ｃでは、第１部分１１０ａと同様に、二回対称の磁場に比べて二回対称の電場が強く設定される。すなわち、第３部分１１０ｃでは、二回対称の磁場によって電子線が受ける力ＦＢよりも、二回対称の電場によって電子線が受ける力ＦＥが大きく設定される（ＦＢ＜ＦＥ）。これにより、第３部分１１０ｃは、第１部分１１０ａと同様に、電子線に二回非点成分を与え、軌道を変化させる。例えば、第３部分１１０ｃは、図１に示すように、電子線のＹ軌道に二回非点の発散方向の成分を与え、電子線のＸ軌道に二回非点の収束方向の成分を与える。これにより、第１多極子１１０から射出される電子線の二回非点成分をなくす（低減する）ことができる。
【００３８】
また、第３部分１１０ｃは、第１部分１１０ａと同様に、電子線の進行方向に対して厚みを有している。そのため、第３部分１１０ｃでは、コンビネーションアベレーションにより負の色収差が発生する。また、第３部分１１０ｃは、コンビネーションアベレーションにより電子線に対して凹レンズ作用を生じさせる。すなわち、第３部分１１０ｃは、電子線に対する凹レンズ作用を有している。
【００３９】
第１多極子１１０において、第１部分１１０ａおよび第３部分１１０ｃで発生する二回対称の電磁場の二回非点成分は、第２部分１１０ｂで発生する二回対称の電磁場の二回非点成分と逆符号である。また、第１部分１１０ａの二回対称の電磁場が電子線に与える作用と第３部分１１０ｃの二回対称の電磁場が電子線に与える作用とは、同じである。
【００４０】
第１多極子１１０では、電子線のＸ軌道は、第１多極子１１０の中心Ｃで光軸ＯＡを横
切る。また、第１多極子１１０では、電子線のＸ軌道は、中心Ｃを対称の中心として、前半部分（入射面から中心Ｃまでの軌道）と、後半部分（中心Ｃから射出面までの軌道）は、互いに点対称である。また、第１多極子１１０では、電子線のＹ軌道は、前半部分（入射面から中心Ｃまで軌道）と後半部分（中心Ｃから射出面までの軌道）とが面対称である。このように、第１多極子１１０では、電子線の軌道の対称性が良好である。
【００４１】
また、第１多極子１１０では、電子線のＸ軌道およびＹ軌道を第１部分１１０ａで大きく変化させた後に、第２部分１１０ｂで戻し、最終的に第３部分１１０ｃで二回非点成分を打ち消して電子線を射出する。このように、第１多極子１１０では、電子線のＸ軌道およびＹ軌道を大きく変化させているため、色収差の発生効率が高い。
【００４２】
第２多極子１２０は、第１の電磁場を光軸ＯＡまわりに９０°回転させた第２の電磁場を発生させる。すなわち、第２多極子１２０では、図１に示すように、Ｘ軌道とＹ軌道が第１多極子１１０に対して対称になるように電場および磁場が設定される。これにより、第１多極子１１０で発生した色二回非点成分を、第２多極子１２０で発生した色二回非点成分で相殺することができる。したがって、色収差補正装置１００では、全体として、色二回非点成分をなくすことができる。
【００４３】
第２多極子１２０は、３つの部分（第１部分１２０ａ、第２部分１２０ｂ、第３部分１２０ｃ）に分かれている。第２多極子１２０では、電子線の進行方向に、第１部分１２０ａ、第２部分１２０ｂ、第３部分１２０ｃの順で配置されている。第１部分１２０ａ、第２部分１２０ｂ、第３部分１２０ｃは、光軸ＯＡに沿って配置されている。
【００４４】
第２多極子１２０は、第２の電磁場を発生させる。第２多極子１２０の３つの部分１２０ａ，１２０ｂ，１２０ｃの各々は、二回対称の電場（電場四極子場）と二回対称の磁場（磁場四極子場）とが重畳された二回対称の電磁場（電磁場重畳の四極子場）を発生させる。第２の電磁場は、第２多極子１２０の３つの部分１２０ａ，１２０ｂ，１２０ｃの各々が発生させる二回対称の電磁場によって形成されている。
【００４５】
以下、第２多極子１２０の３つの部分１２０ａ，１２０ｂ，１２０ｃについて詳細に説明する。
【００４６】
まず、第２多極子１２０の第１部分１２０ａについて説明する。図５は、第２多極子１２０の第１部分１２０ａを模式的に示す平面図である。
【００４７】
第２多極子１２０の第１部分１２０ａは、光軸ＯＡの周囲に規則的に配列された複数の電極および複数の磁極を有する。図示の例では、第１部分１２０ａは、光軸ＯＡの周囲に配列された、四極の電極１２２ａ〜１２２ｄと、四極の磁極１２４ａ〜１２４ｄと、を有している。
【００４８】
第２多極子１２０の第１部分１２０ａの四極の電極１２２ａ〜１２２ｄおよび四極の磁極１２４ａ〜１２４ｄの物理的な配置は、図５に示すように、第１多極子１１０の第１部分１１０ａ（図２参照）と同様であるが、その極性が逆である。すなわち、第２多極子１２０の第１部分１２０ａの極性は、第１多極子１１０の第１部分１１０ａに対して９０°回転している。
【００４９】
第１部分１２０ａは、二回対称の磁場に比べて二回対称の電場が強く設定される。すなわち、第１部分１２０ａでは、二回対称の磁場によって電子線が受ける力ＦＢよりも、二回対称の電場によって電子線が受ける力ＦＥが大きく設定される（ＦＢ＜ＦＥ）。これにより、電子線に二回非点成分を与え、軌道を変化させる。例えば、第１部分１２０ａは、
図１に示すように、電子線のＸ軌道に二回非点の発散方向の成分を与え、電子線のＹ軌道に二回非点の収束方向の成分を与える。第２多極子１２０の第１部分１２０ａが発生させる二回対称の電磁場は、第１多極子１１０の第１部分１１０ａが発生させる二回対称の電磁場を光軸ＯＡまわりに９０°回転させた場である。
【００５０】
また、第１部分１２０ａは、電子線の進行方向に対して厚みを有している。そのため、第１部分１２０ａでは、コンビネーションアベレーションにより負の色収差が発生する。また、第１部分１２０ａは、コンビネーションアベレーションにより電子線に対して凹レンズ作用を生じさせる。
【００５１】
次に、第２多極子１２０の第２部分１２０ｂについて説明する。第２部分１２０ｂの構成は、図５に示す第１部分１２０ａの構成と同様である。すなわち、第２多極子１２０の第２部分１２０ｂは、光軸ＯＡの周囲に配列された、四極の電極１２２ａ〜１２２ｄと、四極の磁極１２４ａ〜１２４ｄと、を有している。
【００５２】
第２部分１２０ｂでは、二回対称の電場に比べて二回対称の磁場が強く設定される。すなわち、第２部分１２０ｂでは、二回対称の電場によって電子線が受ける力ＦＥよりも、二回対称の磁場によって電子線が受ける力ＦＢが大きく設定される（ＦＥ＜ＦＢ）。これにより、第２部分１２０ｂは、第１部分１２０ａで発生する二回非点成分とは逆符号の二回非点成分を発生させる。第２部分１２０ｂでは、第１部分１２０ａとは、逆向きの二回対称の電磁場を電子線に与える。
【００５３】
例えば、第２部分１２０ｂは、図１に示すように、電子線のＸ軌道に二回非点の収束方向の成分を与え、電子線のＹ軌道に二回非点の発散方向の成分を与える二回対称電磁場を発生させる。これにより、第２部分１２０ｂは、発散成分を持ったＸ軌道を逆向きに押し戻して二回非点成分を減少させ、かつ、Ｙ軌道の二回非点の収束成分を弱める。第２部分１２０ｂが発生させる二回対称の電磁場は、第１多極子１１０の第２部分１１０ｂが発生させる二回対称の電磁場を光軸ＯＡまわりに９０°回転させた場である。
【００５４】
また、第２部分１２０ｂは、第１部分１２０ａと同様に、電子線の進行方向に対して厚みを有している。そのため、第２部分１２０ｂでは、コンビネーションアベレーションにより負の色収差が発生する。また、第２部分１２０ｂは、コンビネーションアベレーションにより電子線に対して凸レンズ作用を生じさせる。
【００５５】
次に、第２多極子１２０の第３部分１２０ｃについて説明する。第３部分１２０ｃの構成は、図５に示す第１部分１２０ａの構成と同様である。すなわち、第２多極子１２０の第３部分１２０ｃは、光軸ＯＡの周囲に配列された、四極の電極１２２ａ〜１２２ｄと、四極の磁極１２４ａ〜１２４ｄと、を有している。
【００５６】
第３部分１２０ｃでは、第１部分１２０ａと同様に、二回対称の磁場に比べて二回対称の電場が強く設定される。すなわち、第３部分１２０ｃでは、二回対称の磁場によって電子線が受ける力ＦＢよりも、二回対称の電場によって電子線が受ける力ＦＥが大きく設定される（ＦＢ＜ＦＥ）。これにより、第３部分１２０ｃは、第１部分１２０ａと同様に、電子線に二回非点成分を与え、軌道を変化させる。例えば、第３部分１２０ｃは、電子線のＸ軌道に二回非点の発散方向の成分を与え、電子線のＹ軌道に二回非点の収束方向の成分を与える。これにより、第２多極子１２０から射出される電子線の二回非点成分をなくす（低減する）ことができる。第２多極子１２０の第３部分１２０ｃが発生させる二回対称の電磁場は、第１多極子１１０の第３部分１１０ｃが発生させる二回対称の電磁場を光軸ＯＡまわりに９０°回転させた場である。
【００５７】
また、第３部分１２０ｃは、第１部分１２０ａと同様に、電子線の進行方向に対して厚みを有している。そのため、第３部分１２０ｃでは、コンビネーションアベレーションにより負の色収差が発生する。また、第３部分１２０ｃは、コンビネーションアベレーションにより電子線に対して凹レンズ作用を生じさせる。
【００５８】
第２多極子１２０において、第１部分１２０ａおよび第３部分１２０ｃで発生する二回対称の電磁場の二回非点成分は、第２部分１２０ｂで発生する二回対称の電磁場の二回非点成分と逆符号である。第１部分１２０ａの二回対称の電磁場が電子線に与える作用と第３部分１２０ｃの二回対称の電磁場が電子線に与える作用とは、同じである。
【００５９】
第２多極子１２０では、図１に示すように、電子線のＹ軌道は、第２多極子１２０の中心Ｃで光軸ＯＡを横切る。また、第２多極子１２０では、電子線のＹ軌道は、中心Ｃを対称の中心として、前半部分（入射面から中心Ｃまで軌道）と、後半部分（中心Ｃから射出面までの軌道）は、互いに点対称である。また、第２多極子１２０では、電子線のＸ軌道は、前半部分（入射面から中心Ｃまで軌道）と後半部分（中心Ｃから射出面までの軌道）とが面対称である。このように、第２多極子１２０では、電子線の軌道は対称性が良好である。
【００６０】
また、第２多極子１２０では、第１多極子１１０と同様に、電子線のＸ軌道およびＹ軌道を第１部分１２０ａで大きく変化させた後に、第２部分１２０ｂで戻し、最終的に第３部分１２０ｃで二回非点成分を打ち消して電子線を射出する。このように、第２多極子１２０では、電子線のＸ軌道およびＹ軌道を大きく変化させているため、色収差の発生効率が高い。
【００６１】
図６は、色収差補正装置１００の第１多極子１１０内および第２多極子１２０内の電子線の軌道を示す模式図である。図６において、それぞれの円は、角度ごと（１０ｍｒａｄごと）の電子線の軌道を示している。
【００６２】
第１多極子１１０の第１部分１１０ａでは、二回対称の電場が二回対称の磁場に比べて大きく設定されている。これにより、第１部分１１０ａに入射した電子線は、二回非点成分を持ち、軌道が変化する。具体的には、電子線は、第１部分１１０ａにおいて、Ｙ軌道が二回非点の発散成分を持ち、Ｘ軌道が二回非点の収束成分を持つ。
【００６３】
第２部分１１０ｂでは、二回対称の磁場が二回対称の電場に比べて大きく設定されている。これにより、第２部分１１０ｂにおいて、発散成分を持ったＹ軌道は押し戻されて、二回非点成分が減少する。また、Ｘ軌道は、二回非点成分の収束成分が弱まり、第１多極子１１０の中心Ｃを通る。Ｘ軌道では、第１多極子１１０の中心Ｃで、＋Ｘ軸側の軌道と−Ｘ軸側の軌道とが交差する。
【００６４】
第３部分１１０ｃでは、二回対称の電場が二回対称の磁場に比べて大きく設定されている。これにより、第３部分１１０ｃにおいて、電子線の二回非点成分が最終的に打ち消される。第３部分１１０ｃ（第１多極子１１０）から射出された電子線は、二回非点成分が無い。
【００６５】
第２多極子１２０では、電子線のＸ軌道およびＹ軌道が、第１多極子１１０における電子線のＸ軌道およびＹ軌道に対して対称となる電磁場を発生させる。すなわち、第２多極子１２０が発生させる電磁場は、第１多極子１１０が発生させる電磁場を光軸ＯＡまわりに９０°回転させた電磁場である。これにより、第２多極子１２０において、第１多極子１１０で発生した色二回非点成分が、第２多極子１２０で発生した色二回非点成分で相殺される。第２多極子１２０における電子線の軌道は、第１多極子１１０における電子線の
軌道を、光軸ＯＡまわりに９０°回転させた軌道である。
【００６６】
多極子１１０，１２０の各部分１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃ，１２０ａ，１２０ｂ，１２０ｃでは、コンビネーションアベレーションにより負の色収差を発生させる。したがって、色収差補正装置１００では、全体として負の色収差を発生させる。これにより、対物レンズや集束レンズなどの正の色収差を、色収差補正装置１００の負の色収差で相殺することができる。
【００６７】
上述したように色収差補正装置１００は、第１多極子１１０および第２多極子１２０によって、色収差を補正することができる。さらに、色収差補正装置１００は、転送レンズ系としても機能する。
【００６８】
図７は、二段六極子型球面収差補正装置に用いられている転送レンズ対を模式的に示す図である。球面収差補正装置に用いられる転送レンズ対は、光学面Ａにおける電子線の位置と角度を光学面Ｂに転送できる完全転送系の光学系となっている。
【００６９】
図８および図９は、色収差補正装置１００における電子軌道（Ｘ軌道およびＹ軌道）を示す図である。なお、図８は、電子線が光学面Ａに対して垂直（光軸ＯＡに対して平行）に入射した場合における電子線の軌道を計算した結果を示している。図９は、電子線が光学面Ａに対してある角度をもって入射した場合における電子線の軌道を計算した結果を示している。
【００７０】
図８および図９では、図１に示す第１部分１１０ａおよび第３部分１２０ｃの長さａ、第２部分１１０ｂおよび第２部分１２０ｂの長さｂ、第３部分１１０ｃおよび第１部分１２０ａの長さｃ、光学面Ａと第１多極子１１０との間の距離Ｄ０、光学面Ｂと第２多極子１２０との間の距離Ｄ０、第１多極子１１０と第２多極子１２０との間の距離Ｄ１が最適化されている。また、第１多極子１１０の各部分１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃおよび第２多極子１２０の各部分１２０ａ，１２０ｂ，１２０ｃで発生させる磁場および電場が最適化されている。
【００７１】
図８に示すように、光学面Ａに対して垂直に入射した電子線は、第１多極子１１０および第２多極子１２０によって、光学面Ｂの同じ位置に、光学面Ｂに対して垂直に入射するように転送されている。
【００７２】
図９に示すように、光学面Ａに対してある角度を持って入射した電子線は、第１多極子１１０および第２多極子１２０によって、位置および角度を保って光学面Ｂに転送されている。
【００７３】
このように、色収差補正装置１００は、光学面Ａと光学面Ｂに対して電子線の位置と角度を転送できる完全転送を実施できる。すなわち、色収差補正装置１００は、色収差の補正を行うことができるとともに、幾何収差補正装置の転送レンズ系に用いることができる。
【００７４】
２．  色収差補正装置の変形例
次に、本発明に係る収差補正装置に用いられる色収差補正装置の変形例について、図面を参照しながら説明する。図１０は、本発明に係る収差補正装置に用いられる色収差補正装置１００の光学系の変形例を示す図である。なお、図１０では、光学面Ａと光学面Ｂの間に色収差補正装置１００が配置されている。
【００７５】
上述した図１に示す色収差補正装置１００では、二段の多極子（第１多極子１１０およ
び第２多極子１２０）によって、転送レンズ系を実現していた。
【００７６】
これに対して、本変形例では、図１０に示すように、一組の多極子（第１多極子１１０）によって、転送レンズ系を実現している。
【００７７】
図１０では、第１多極子１１０の第１部分１１０ａの長さａ、第２部分１１０ｂの長さｂ、第３部分１１０ｃの長さｃ、光学面Ａと第１多極子１１０との間の距離Ｄ０、光学面Ｂと第１多極子１１０との間の距離Ｄ１が最適化されている。また、第１多極子１１０の各部分１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃで発生させる磁場および電場が最適化されている。
【００７８】
図１１は、レンズを模式的に示す図である。図１１では、レンズは、光学面Ａと光学面Ｂを像面と物面に持つ光学系となっている。図１２は、色収差補正装置１００における電子軌道（Ｘ軌道およびＹ軌道）を計算した結果を示す図である。
【００７９】
図１２に示すように、第１多極子１１０により三段の二回対称場を発生させることによって、光学面Ａと光学面Ｂに対して、レンズでフォーカスできる光学系を構築することができる。この光学系を二組装置すると、上述したように、二回対称場として二回対称の電磁場を用いることで、負の色収差を発生させることができ、色収差補正を実施できる。
【００８０】
なお、図１０に示す第１多極子１１０を二段配置することで、図７に示す完全転送系の光学系を構築できる。
【００８１】
３．  収差補正装置
３．１．  第１実施形態
次に、第１実施形態に係る収差補正装置について図面を参照しながら説明する。図１３は、第１実施形態に係る収差補正装置１０の光学系を示す図である。図１４は、収差補正装置１０における電子軌道（Ｘ軌道およびＹ軌道）を示す図である。
【００８２】
収差補正装置１０は、電子顕微鏡用の収差補正装置である。すなわち、収差補正装置１０は、電子顕微鏡に搭載される。収差補正装置１０は、図１３に示すように、電子顕微鏡の結像系に組み込まれている。なお、後述するように、収差補正装置１０は、電子顕微鏡の照射系に組み込まれてもよい。図示の例では、収差補正装置１０は、対物レンズ１４の後段に配置されている。対物レンズ１４と収差補正装置１０との間には２枚の転送レンズ１６が配置されている。
【００８３】
収差補正装置１０は、幾何収差補正装置２００を含む。幾何収差補正装置２００は、二段の幾何収差補正用多極子（第１多極子２１０および第２多極子２２０）と、転送レンズ系としての色収差補正装置１００と、を有している。
【００８４】
前段の第１多極子２１０と、後段の第２多極子２２０とは、光軸ＯＡに沿って配置されている。幾何収差補正装置２００では、電子線の進行方向に沿った厚み、すなわち、光軸ＯＡに沿った厚みを持った三回対称場（三回対称の電場または三回対称の磁場、六極子場）が負の球面収差を発生させることを利用して収差補正を行う。
【００８５】
幾何収差補正装置２００は、二段の多極子（第１多極子２１０、第２多極子２２０）により二段の三回対称場を発生させることによって、対物レンズ１４の球面収差を補正する。第１多極子２１０が発生させる三回対称場と第２多極子２２０が発生させる三回対称場とは極性が反対である。
【００８６】
第１多極子２１０および第２多極子２２０は、例えば、六極子または十二極子である。
なお、第１多極子２１０および第２多極子２２０は、三回対称場を発生させることができればよく、六極子や十二極子に限定されない。
【００８７】
第１多極子２１０と第２多極子２２０との間には、転送レンズ系として機能する色収差補正装置１００が配置されている。すなわち、収差補正装置１０では、色収差補正装置１００は、幾何収差補正装置２００の転送レンズ系としての機能と、色収差を補正する機能と、を有している。
【００８８】
転送レンズ系としての色収差補正装置１００は、第１多極子２１０で得られた像と等価な像を第２多極子２２０に転送する。これにより、第１多極子２１０と第２多極子２２０との間の光学的距離が零となる。そのため、第１多極子２１０と第２多極子２２０との間に物理的な距離を持たせることができ、第１多極子２１０および第２多極子２２０の配置の自由度を向上できる。
【００８９】
図１５は、収差補正装置１０の光学系の機能を説明するための図である。
【００９０】
幾何収差補正装置２００において、第１多極子２１０が発生させる第１の三回対称場では、三回非点と負の球面収差が発生する。転送レンズ系、すなわち色収差補正装置１００によって第１の三回対称場の光学主面を第２の三回対称場の光学主面に転送する。第２多極子２２０は第１多極子２１０が発生させる三回対称場とは極性が反対の第２の三回対称場を発生させる。そのため、第２の三回対称場では、第１の三回対称場で発生した三回非点とは逆向きの三回非点と、負の球面収差が発生する。第１の三回対称場および第２の三回対称場によって、対物レンズ１４の正の球面収差を補正することができ、かつ、三回非点を打ち消すことができる。
【００９１】
色収差補正装置１００において、１つの多極子が発生させる三段の二回対称の電磁場は、その設定方法に応じてＸ方向あるいはＹ方向の色収差を補正できる。そのため、色収差補正装置１００では、二段の多極子（第１多極子１１０および第２多極子１２０）を配置することによって、Ｘ方向の色収差とＹ方向の色収差を別々に補正して、系全体としてＸ方向およびＹ方向とも均等に色収差を補正することができる。
【００９２】
第１多極子１１０の入口と出口および第２多極子１２０の入口と出口では、幾何的な二回対称場は発生せず、それぞれの多極子の内部で二回非点成分はキャンセルされる。
【００９３】
また、第１多極子１１０および第２多極子１２０で発生するコンビネーションアベレーションの効果による負の色収差成分によって、対物レンズ１４の色収差を補正することができる。
【００９４】
第１多極子１１０および第２多極子１２０では、色二回非点成分が発生する。第１多極子１１０で発生する色二回非点成分と第２多極子１２０で発生する色二回非点成分は、互いに打ち消しあって、全体として零になる。
【００９５】
収差補正装置１０は、例えば、以下の特徴を有する。
【００９６】
収差補正装置１０では、転送レンズ系を備えた幾何収差補正装置２００を含み、転送レンズ系は、色収差補正装置１００で構成されている。そのため、収差補正装置１０では、球面収差と色収差を補正することができる。さらに、収差補正装置１０では、例えば、幾何収差補正装置と色収差補正装置とをタンデムに接続した場合と比べて、光学系の長さの増大を低減できる。
【００９７】
また、収差補正装置１０では、図１５に示すように、球面収差の補正が第１多極子２１０と第２多極子２２０とによって実施され、色収差の補正が第１多極子１１０と第２多極子１２０とによって実施される。そのため、収差補正装置１０では、球面収差および色収差を補正するための調整が容易である。
【００９８】
例えば、球面収差の補正と色収差の補正を同じ多極子によって実施する収差補正装置では、球面収差を変化させる目的で電子線の軌道を変えると、色収差も変化してしまう。同様に、色収差を変化させる目的で電子線の軌道を変えると、球面収差も変化してしまう。したがって、このような収差補正装置では、球面収差および色収差を補正するための調整が複雑であり、調整に時間がかかってしまう。これに対して、収差補正装置１０では、球面収差の補正が第１多極子２１０と第２多極子２２０とによって実施され、色収差の補正が第１多極子１１０と第２多極子１２０とによって実施される。そのため、球面収差の補正と色収差の補正を独立して行うことができ、調整が容易である。
【００９９】
収差補正装置１０では、色収差補正装置１００は、第１多極子２１０と第２多極子２２０との間に配置されている。そのため、収差補正装置１０では、色収差補正装置１００を転送レンズ系として用いることができ、光学系の長さの増大を低減できる。
【０１００】
収差補正装置１０では、転送レンズ系としての色収差補正装置１００は、二段の多極子（第１多極子１１０および第２多極子１２０）を含む。また、第１多極子１１０において、第１部分１１０ａは、二回対称の磁場に比べて二回対称の電場が強く設定され、第２部分１１０ｂは、二回対称の電場に比べて二回対称の磁場が強く設定され、第３部分１１０ｃは、二回対称の磁場に比べて二回対称の電場が強く設定され、第２部分１１０ｂで発生する二回非点成分は、第１部分１１０ａおよび第３部分１１０ｃで発生する二回非点成分と逆符号であり、第１部分１１０ａ、第２部分１１０ｂ、および第３部分１１０ｃの各々において、二回対称の電場によって電子線が受ける力と二回対称の磁場によって電子線が受ける力とが、互いに相殺する方向に加えられる。また、第２多極子１２０が発生させる第２の電磁場は、第１多極子１１０が発生させる第１の電磁場を前記光軸まわりに９０°回転させた場である。そのため、収差補正装置１０では、光学系の長さの増大を低減することができ、かつ、効率的に負の色収差を発生させることができる。
【０１０１】
３．２．  第２実施形態
次に、第２実施形態に係る収差補正装置について図面を参照しながら説明する。図１６は、第２実施形態に係る収差補正装置２０の光学系を示す図である。図１７は、収差補正装置２０における電子軌道（Ｘ軌道およびＹ軌道）を示す図である。以下、第２実施形態に係る収差補正装置２０において、第１実施形態に係る収差補正装置１０の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【０１０２】
収差補正装置２０では、図１６に示すように、第１多極子１１０と第２多極子１２０との間に配置された高次収差補正用光学系としての多極子２２を含む。多極子２２は、第１多極子１１０が発生させる第１の電磁場および第２多極子１２０が発生させる第２の電磁場から発生する高次収差（例えば四回非点）を補正する。さらに、多極子２２は、幾何収差補正装置２００が発生させる三回対称場から発生する高次収差を補正する。なお、多極子２２は、第１の電磁場および第２の電磁場から発生する高次収差、および幾何収差補正装置２００が発生させる三回対称場から発生する高次収差の少なくとも一方を補正できればよい。
【０１０３】
ここで、色収差補正装置１００において、電子線のＸ軌道およびＹ軌道は、第１多極子１１０と第２多極子１２０との間に対称の中心がある点対称の軌道である。収差補正装置２０では、多極子２２は、この対称の中心の位置に配置されている。このように、収差補
正装置２０では、第１多極子１１０および第２多極子１２０から発生する高次収差を補正するために好適な位置に多極子２２を配置することができる。
【０１０４】
図１８は、収差補正装置２０の光学系の機能を説明するための図である。
【０１０５】
幾何収差補正装置２００および色収差補正装置１００の機能は、上述した収差補正装置１０と同様であり、その説明を省略する。
【０１０６】
収差補正装置２０では、多極子２２によって、第１多極子１１０および第２多極子１２０が二回対称の電磁場を発生させることによって発生する高次収差、すなわち四回非点を補正することができる。
【０１０７】
また、収差補正装置２０では、多極子２２によって、第１多極子２１０および第２多極子２２０が三回対称場を発生させることにより発生する高次収差を補正することができる。
【０１０８】
収差補正装置２０は、例えば、以下の特徴を有する。
【０１０９】
収差補正装置２０では、第１多極子１１０と第２多極子１２０との間に配置された多極子２２を含み、多極子２２は、第１多極子１１０が発生させる第１の電磁場および第２多極子１２０が発生させる第２の電磁場から発生する高次収差を補正する。そのため、収差補正装置２０では、色収差補正装置１００が発生させる高次収差（四回非点）を補正することができる。
【０１１０】
さらに、収差補正装置２０では、幾何収差補正装置２００が発生させる高次収差を補正する。そのため、収差補正装置２０では、幾何収差補正装置２００が発生させる高次収差を補正することができる。
【０１１１】
３．３．  第３実施形態
次に、第３実施形態に係る収差補正装置について図面を参照しながら説明する。図１９は、第３実施形態に係る収差補正装置３０の光学系を示す図である。図２０は、収差補正装置３０における電子軌道（Ｘ軌道およびＹ軌道）を示す図である。以下、第３実施形態に係る収差補正装置３０において、第１実施形態に係る収差補正装置１０の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【０１１２】
上述した収差補正装置１０および収差補正装置２０では、幾何収差補正装置２００が、二段の多極子（第１多極子２１０、第２多極子２２０）により二段の三回対称場を発生させることによって、対物レンズ１４の幾何収差を補正した。
【０１１３】
これに対して、収差補正装置３０では、図１９および図２０に示すように、幾何収差補正装置３００が、三段の多極子（第１多極子３１０、第２多極子３２０、第３多極子３３０）により三段の三回対称場（三回対称の磁場または三回対称の電場）を発生させることによって、対物レンズ１４の幾何収差を補正する。
【０１１４】
幾何収差補正装置３００は、前段の第１多極子３１０（第１幾何収差補正用光学系の一例）と、中段の第２多極子３２０（第２幾何収差補正用光学系の一例）と、後段の第３多極子３３０（第３幾何収差補正用光学系の一例）と、を有している。第１多極子３１０、第２多極子３２０、および第３多極子３３０は、それぞれ三回対称場を発生させる。幾何収差補正装置３００では、第１多極子３１０が発生させる三回対称場、第２多極子３２０が発生させる三回対称場、および第３多極子３３０が発生させる三回対称場の合成によっ
て、三回非点収差を打ち消す。
【０１１５】
幾何収差補正装置３００には、転送レンズ系が複数（図示の例では２つ）設けられている。第１多極子３１０と第２多極子３２０との間には、転送レンズ系として機能する第１多極子１１０が配置されている。また、第２多極子３２０と第３多極子３３０との間には、転送レンズ系として機能する第２多極子１２０が配置されている。第１多極子１１０および第２多極子１２０は、転送レンズ系として機能するとともに、色収差補正装置１００としても機能する。
【０１１６】
図２１は、収差補正装置３０の光学系の機能を説明するための図である。
【０１１７】
幾何収差補正装置３００では、第２多極子３２０が発生させる三回対称場は、第１多極子３１０が発生させる三回対称場に対して、光軸ＯＡを中心として右回りに、あるいは左回りに４０°回転している。また、第３多極子３３０が発生させる三回対称場は、第１多極子３１０が発生させる三回対称場に対して、光軸ＯＡを中心として右回りに、あるいは左回りに８０°回転している。
【０１１８】
なお、第２多極子３２０が発生させる三回対称場が、第１多極子３１０が発生させる三回対称場に対して、光軸ＯＡを中心として右回りに、あるいは左回りに８０°回転し、第３多極子３３０が発生させる三回対称場が、第１多極子３１０が発生させる三回対称場に対して、光軸ＯＡを中心として右回りに、あるいは左回りに４０°回転してもよい。
【０１１９】
すなわち、第２多極子３２０が発生させる三回対称場および第３多極子３３０が発生させる三回対称場のうちの一方は、第１多極子３１０が発生させる三回対称場に対して、１２０°×ｍ×±４０°（ただしｍは整数）回転し、第２多極子３２０が発生させる三回対称場および第３多極子３３０が発生させる三回対称場のうちの他方は、第１多極子３１０が発生させる三回対称場に対して、１２０°×ｍ×±８０°回転している。ただし、第２多極子３２０が発生させる三回対称場および第３多極子３３０が発生させる三回対称場の回転方向は、同じである。
【０１２０】
三段の三回対称場が上記の回転関係を有することによって、各多極子３１０，３２０，３３０が発生させる三回対称場によって生じる三回非点収差と六回非点収差とを除去することができる。すなわち、三段の多極子３１０，３２０，３３０の各々が発生させる三回対称場の合成によって、三回非点収差を打ち消すことができる。
【０１２１】
なお、三段の三回対称場の回転関係は、上記の例に限定されない。例えば、第２多極子３２０が発生させる三回対称場および第３多極子３３０が発生させる三回対称場のうちの一方は、第１多極子３１０が発生させる三回対称場に対して、１２０°×ｍ×±略７２°（ただしｍは整数）回転し、第２多極子３２０が発生させる三回対称場および第３多極子３３０が発生させる三回対称場のうちの他方は、第１多極子３１０が発生させる三回対称場に対して、１２０°×ｍ×±略２４°回転していてもよい。ただし、第２多極子３２０が発生させる三回対称場および第３多極子３３０が発生させる三回対称場の回転方向は、同じである。
【０１２２】
幾何収差補正装置３００では、電子線の進行方向に沿った厚み、すなわち、光軸ＯＡに沿った厚みを持った三回対称場が負の球面収差を発生させることを利用して収差補正を行う。三段の多極子（第１多極子３１０、第２多極子３２０、および第３多極子３３０）により三段の三回対称場を発生させることによって、対物レンズ１４の球面収差を補正する。
【０１２３】
なお、第１多極子３１０、第２多極子３２０、および第３多極子３３０が発生させる負の球面収差は、第１多極子３１０が発生させる三回対称場、第２多極子３２０が発生させる三回対称場、および第３多極子３３０が発生させる三回対称場の光軸ＯＡを中心とする回転角の関係に依存しない。
【０１２４】
幾何収差補正装置３００では、第１多極子３１０、第２多極子３２０、および第３多極子３３０が三段の三回対称場を発生させることによって、負の球面収差を発生させつつ、三回非点収差と六回非点収差を除去することができる。その理由については、特開２００９−５４５６５号公報に記載されている。
【０１２５】
収差補正装置３０では、色収差補正装置１００は、転送レンズ系としての機能と、色収差を補正する機能と、を有している。色収差補正装置１００の機能については、上述した収差補正装置１０および収差補正装置２０の例と同じであり、その説明を省略する。
【０１２６】
収差補正装置３０は、例えば、以下の特徴を有する。
【０１２７】
収差補正装置３０は、幾何収差補正装置３００を含み、幾何収差補正装置３００は、３段の多極子３１０，３２０，３３０を含み、第１多極子３１０と第２多極子３２０との間には、転送レンズ系としての第１多極子１１０が配置され、第２多極子３２０と第３多極子３３０との間には、転送レンズ系としての第２多極子１２０が配置されている。そのため、収差補正装置３０では、球面収差と色収差を補正することができる。さらに、収差補正装置３０では、例えば、幾何収差補正装置と色収差補正装置とをタンデムに接続した場合と比べて、光学系の長さの増大を低減できる。
【０１２８】
収差補正装置３０では、幾何収差補正装置３００において、光軸ＯＡに沿って配置された三段の多極子３１０，３２０，３３０を含み、三段の多極子３１０，３２０，３３０の各々が発生させる三回対称場は、光軸ＯＡまわりの回転角が互いに異なり、三段の多極子３１０，３２０，３３０の各々が発生させる三回対称場の合成によって、三回非点収差を打ち消す。そのため、収差補正装置３０では、三段の多極子３１０，３２０，３３０によって、負の球面収差を発生させつつ、三回非点収差および六回非点収差を除去することができる。
【０１２９】
３．４．  第４実施形態
次に、第４実施形態に係る収差補正装置について図面を参照しながら説明する。図２２は、第４実施形態に係る収差補正装置４０の光学系を示す図である。図２３は、収差補正装置４０における電子軌道（Ｘ軌道およびＹ軌道）を示す図である。以下、第４実施形態に係る収差補正装置４０において、上述した収差補正装置１０および収差補正装置３０の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【０１３０】
収差補正装置４０では、図２２および図２３に示すように、幾何収差補正装置３００は、三段の多極子３１０，３２０，３３０を含む。また、第１多極子３１０と第２多極子３２０との間には、第１転送レンズ系１００ａとしての二段の多極子１１０，１２０が配置されている。また、第２多極子３２０と第３多極子３３０との間には、第２転送レンズ系１００ｂとしての二段の多極子１１０，１２０が配置されている。収差補正装置４０では、色収差補正装置１００が、２組の二段の多極子１１０，１２０を有している。色収差補正装置１００が２組の二段の多極子１１０，１２０を有することにより、後述するように色収差補正装置１００で発生する高次収差（四回非点収差）を除去することができる。
【０１３１】
三段の多極子３１０，３２０，３３０の構成は、上述した第３実施形態に係る収差補正
装置３０と同様であり、その説明を省略する。
【０１３２】
第１転送レンズ系１００ａでは、第１多極子３１０で得られた像と等価な像を第２多極子３２０に転送する。第２転送レンズ系１００ｂでは、第２多極子３２０で得られた像と等価な像を第３多極子３３０に転送する。
【０１３３】
第２転送レンズ系１００ｂの第１多極子１１０および第２多極子１２０は、第１転送レンズ系１００ａの第１多極子１１０および第２多極子１２０に対して、光軸ＯＡまわりに４５°回転して配置されている。
【０１３４】
図２４は、収差補正装置１０の光学系の機能を説明するための図である。
【０１３５】
幾何収差補正装置３００の機能は、上述した収差補正装置３０と同様であり、第１多極子３１０、第２多極子３２０、および第３多極子３３０が三段の三回対称場を発生させることによって、負の球面収差を発生させつつ、三回非点収差と六回非点収差を除去することができる。
【０１３６】
色収差補正装置１００において、１つの多極子が発生させる三段の二回対称の電磁場は、その設定方法に応じてＸ方向あるいはＹ方向の色収差を補正できる。そのため、色収差補正装置１００では、第１転送レンズ系１００ａを構成する二段の多極子（第１多極子１１０および第２多極子１２０）によって、Ｘ方向の色収差とＹ方向の色収差を別々に補正して、系全体としてＸ方向およびＹ方向とも均等に色収差を補正することができる。同様に、第２転送レンズ系１００ｂを構成する二段の多極子（第１多極子１１０および第２多極子１２０）においても、Ｘ方向の色収差とＹ方向の色収差を別々に補正して、系全体としてＸ方向およびＹ方向とも均等に色収差を補正することができる。
【０１３７】
第１多極子１１０および第２多極子１２０で発生するコンビネーションアベレーションの効果による負の色収差成分によって、対物レンズ１４の色収差を補正することができる。
【０１３８】
第１多極子１１０の入口と出口および第２多極子１２０の入口と出口では、幾何的な二回対称場は発生せず、それぞれの多極子の内部で二回非点成分はキャンセルされる。
【０１３９】
第１多極子１１０および第２多極子１２０では、色二回非点成分が発生する。第１多極子１１０で発生する色二回非点成分と第２多極子で発生する色二回非点成分は、互いに打ち消しあって、全体として零になる。
【０１４０】
色収差補正装置１００では、上述したように、第２転送レンズ系１００ｂの第１多極子１１０および第２多極子１２０は、第１転送レンズ系１００ａの第１多極子１１０および第２多極子１２０に対して、光軸ＯＡまわりに４５°回転して配置されている。そのため、第２転送レンズ系１００ｂの第１多極子１１０が発生させる二回対称の電磁場（第１の電磁場）および第２多極子１２０が発生させる二回対称の電磁場（第２の電磁場）は、第１転送レンズ系１００ａの第１多極子１１０が発生させる二回対称の電磁場（第１の電磁場）および第２多極子１２０が発生させる二回対称の電磁場（第２の電磁場）に対して４５°回転している。
【０１４１】
これにより、第１転送レンズ系１００ａの第１多極子１１０および第２多極子１２０から発生した四回非点成分と、第２転送レンズ系１００ｂの第１多極子１１０および第２多極子１２０から発生した四回非点成分と、が打ち消し合う。この結果、色収差補正装置１００で発生する四回非点収差を除去することができる。
【０１４２】
収差補正装置４０は、例えば、以下の特徴を有する。
【０１４３】
収差補正装置４０は、上述した収差補正装置３０と同様に、球面収差と色収差を補正することができ、かつ、光学系の長さの増大を低減できる。
【０１４４】
さらに、収差補正装置４０では、幾何収差補正装置３００は、三段の多極子３１０，３２０，３３０を含み、第１多極子３１０と第２多極子３２０との間には、第１転送レンズ系１００ａが配置され、第２多極子３２０と第３多極子３３０との間には、第２転送レンズ系１００ｂが配置されている。また、第１転送レンズ系１００ａおよび第２転送レンズ系１００ｂは、それぞれ二段の多極子１１０，１２０を有している。第２転送レンズ系１００ｂの第１多極子１１０および第２多極子１２０が発生させる二回対称の電磁場は、第１転送レンズ系１００ａの第１多極子１１０および第２多極子１２０が発生させる二回対称の電磁場に対して４５°回転している。
【０１４５】
そのため、収差補正装置４０では、色収差補正装置１００で発生する四回非点収差を除去することができる。
【０１４６】
３．５．  第５実施形態
次に、第５実施形態に係る収差補正装置について図面を参照しながら説明する。第５実施形態に係る収差補正装置の光学系および電子軌道は、図２２および図２３に示す収差補正装置４０と同様で有り、図示および説明を省略する。
【０１４７】
図２５は、第５実施形態に係る収差補正装置５０の光学系の機能を説明するための図である。
【０１４８】
上述した収差補正装置４０では、図２４に示すように、色収差補正装置１００で発生する四回非点収差を除去するために、第２転送レンズ系１００ｂの第１多極子１１０および第２多極子１２０は、第１転送レンズ系１００ａの第１多極子１１０および第２多極子１２０に対して、光軸ＯＡまわりに４５°回転して配置していた。
【０１４９】
これに対して、収差補正装置５０では、図２５に示すように、第１転送レンズ系１００ａの第２多極子１２０は、第１転送レンズ系１００ａの第１多極子１１０に対して、４５°回転して配置され、第２転送レンズ系１００ｂの第２多極子１２０は、第２転送レンズ系１００ｂの第１多極子１１０に対して、４５°回転して配置されている。
【０１５０】
そのため、第１転送レンズ系１００ａの第２多極子１２０が発生させる二回対称の電磁場は、第１転送レンズ系１００ａの第１多極子１１０が発生させる二回対称の電磁場に対して、４５°回転している。また、第２転送レンズ系１００ｂの第２多極子１２０が発生させる二回対称の電磁場は、第２転送レンズ系１００ｂの第１多極子１１０が発生させる二回対称の電磁場に対して、４５°回転している。
【０１５１】
これにより、第１転送レンズ系１００ａにおいて、第１多極子１１０から発生した四回非点成分と、第２多極子１２０から発生した四回非点成分と、が打ち消しあう。また、第２転送レンズ系１００ｂにおいて、第１多極子１１０から発生した四回非点成分と、第２多極子１２０から発生した四回非点成分と、が打ち消しあう。この結果、色収差補正装置１００で発生する四回非点収差を除去することができる。
【０１５２】
４．  電子顕微鏡
４．１．  第１実施形態
次に、第１実施形態に係る電子顕微鏡について、図面を参照しながら説明する。図２６は、第１実施形態に係る電子顕微鏡１０００を模式的に示す図である。
【０１５３】
電子顕微鏡１０００は、本発明に係る収差補正装置を含む。ここでは、本発明に係る収差補正装置として、収差補正装置１０を含む場合について説明する。
【０１５４】
電子顕微鏡１０００は、図２６に示すように、電子銃１００２と、高圧制御部１００３と、集束レンズ１００４と、対物レンズ１００６と、試料ステージ１００８と、収差補正装置１０と、中間・投影レンズ１０１０と、観察室１０１２と、を含んで構成されている。電子顕微鏡１０００では、収差補正装置１０を、結像系の収差を補正するために用いている。
【０１５５】
電子銃１００２は、電子線を発生させる。電子銃１００２には、高圧制御部１００３によって高圧電源が供給されている。
【０１５６】
集束レンズ１００４は、電子銃１００２から放出された電子線を集束する。集束レンズ１００４は、試料ステージ１００８に保持された試料に電子線を照射するための照射系を構成している。
【０１５７】
対物レンズ１００６は、試料を透過した電子線で結像するための初段のレンズである。試料ステージ１００８は、試料を保持する。試料を透過した電子線は、収差補正装置１０に入射する。
【０１５８】
収差補正装置１０は、電子顕微鏡１０００の結像系に組み込まれている。収差補正装置１０は、対物レンズ１００６の幾何収差および色収差を補正する。具体的には、収差補正装置１０では、対物レンズ１００６の正の球面収差を、幾何収差補正装置２００が発生させる負の球面収差で相殺し、対物レンズ１００６の正の色収差を、色収差補正装置１００が発生させる負の色収差で相殺する。
【０１５９】
中間・投影レンズ１０１０は、対物レンズ１００６ともに、試料を透過した電子線で結像するための結像系を構成している。中間・投影レンズ１０１０は、観察室１０１２内のカメラ（図示せず）上に結像する。
【０１６０】
電子顕微鏡１０００では、収差補正装置１０を含むため、結像系の球面収差および色収差を補正することができる。さらに、収差補正装置１０は光学系の長さの増大を低減できるため、電子顕微鏡１０００の高さを抑えることができる。
【０１６１】
４．２．  第２実施形態
次に、第２実施形態に係る電子顕微鏡について図面を参照しながら説明する。図２７は、第２実施形態に係る電子顕微鏡１１００を模式的に示す図である。以下、電子顕微鏡１１００において、上述した電子顕微鏡１０００の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【０１６２】
上述した電子顕微鏡１０００では、図２６に示すように、収差補正装置１０が結像系に組み込まれていた。
【０１６３】
これに対して、電子顕微鏡１１００では、図２７に示すように、収差補正装置１０が照射系に組み込まれている。
【０１６４】
電子顕微鏡１１００は、電子銃１００２と、高圧制御部１００３と、第１集束レンズ１
００４ａと、第２集束レンズ１００４ｂと、対物レンズ１００６と、試料ステージ１００８と、収差補正装置１０と、中間・投影レンズ１０１０と、観察室１０１２と、を含んで構成されている。
【０１６５】
第１集束レンズ１００４ａは、電子銃１００２から放出された電子線を集束する。第１集束レンズ１００４ａで集束された電子線は、収差補正装置１０に入射する。
【０１６６】
収差補正装置１０は、第１集束レンズ１００４ａの幾何収差および色収差を補正する。収差補正装置１０から射出された電子線は、第２集束レンズ１００４ｂによって集束される。そして、対物レンズ１００６に入射し、試料ステージ１００８に保持された試料に照射される。
【０１６７】
試料を透過した電子線は、中間・投影レンズ１０１０によって観察室１０１２に配置された検出器に導かれ、検出される。
【０１６８】
電子顕微鏡１１００では、収差補正装置１０を含むため、照射系の球面収差および色収差を補正することができる。さらに、収差補正装置１０は光学系の長さの増大を低減できるため、電子顕微鏡１１００の高さを抑えることができる。
【０１６９】
なお、上述した実施形態及び変形例は一例であって、これらに限定されるわけではない。例えば各実施形態及び各変形例は、適宜組み合わせることが可能である。
【０１７０】
本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法および結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
【符号の説明】
【０１７１】
１０…収差補正装置、１４…対物レンズ、１６…転送レンズ、２０…収差補正装置、２２…多極子、３０…収差補正装置、４０…収差補正装置、５０…収差補正装置、１００…色収差補正装置、１００ａ…第１転送レンズ系、１００ｂ…第２転送レンズ系、１１０…第１多極子、１１０ａ…第１部分、１１０ｂ…第２部分、１１０ｃ…第３部分、１１２ａ…電極、１１２ｂ…電極、１１２ｃ…電極、１１２ｄ…電極、１１４ａ…磁極、１１４ｂ…磁極、１１４ｃ…磁極、１１４ｄ…磁極、１２０…第２多極子、１２０ａ…第１部分、１２０ｂ…第２部分、１２０ｃ…第３部分、１２２ａ…電極、１２２ｂ…電極、１２２ｃ…電極、１２２ｄ…電極、１２４ａ…磁極、１２４ｂ…磁極、１２４ｃ…磁極、１２４ｄ…磁極、２００…幾何収差補正装置、２１０…第１多極子、２２０…第２多極子、３００…幾何収差補正装置、３１０…第１多極子、３２０…第２多極子、３３０…第３多極子、１０００…電子顕微鏡、１００２…電子銃、１００３…高圧制御部、１００４…集束レンズ、１００４ａ…第１集束レンズ、１００４ｂ…第２集束レンズ、１００６…対物レンズ、１００８…試料ステージ、１０１０…中間・投影レンズ、１０１２…観察室、１１００…電子顕微鏡
【図１】
2019129073.tif 000003
【図２】
2019129073.tif 000004
【図３】
2019129073.tif 000005
【図４】
2019129073.tif 000006
【図５】
2019129073.tif 000007
【図６】
2019129073.tif 000008
【図７】
2019129073.tif 000009
【図８】
2019129073.tif 000010
【図９】
2019129073.tif 000011
【図１０】
2019129073.tif 000012
【図１１】
2019129073.tif 000013
【図１２】
2019129073.tif 000014
【図１３】
2019129073.tif 000015
【図１４】
2019129073.tif 000016
【図１５】
2019129073.tif 000017
【図１６】
2019129073.tif 000018
【図１７】
2019129073.tif 000019
【図１８】
2019129073.tif 000020
【図１９】
2019129073.tif 000021
【図２０】
2019129073.tif 000022
【図２１】
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【図２２】
2019129073.tif 000024
【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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