(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の導電素子、および前記第１の導電素子を中心にして回転対称的に配置された第２の導電素子を有する、収差補正ユニットと、
前記収差補正ユニットに光学的に連結された環状開口部とを備え、
前記収差補正ユニットは、前記収差補正ユニットを通る環状ビームの伝播が前記第１の導電素子を中心にして回転対称的になるように、前記第１の導電素子と前記第２の導電素子との間に複数の荷電粒子を含む前記環状ビームを伝播させ、
前記収差補正ユニットは、前記第１の導電素子と前記第２の導電素子との間に、半径方向場成分を有する回転対称的な電場で重畳される、正接場成分を有する回転対称的な磁場を生成し、前記正接場成分および前記半径方向場成分は、前記第１の導電素子と前記第２の導電素子との間の前記環状ビームの伝播方向に垂直であり、重畳される前記回転対称的な磁場および前記回転対称的な電場により前記複数の荷電粒子に及ぶ磁場力および電場力は、反対方向に向けられて、互いに重畳されて前記複数の荷電粒子に作用し、前記複数の荷電粒子の軌道を変更する、収差補正装置。
【請求項２】
前記収差補正ユニットは、前記磁場力が前記第２の導電素子から前記第１の導電素子への方向になるように、前記第１の導電素子により受け取られた電流に応答して前記磁場力を生成する、請求項１に記載の収差補正装置。
【請求項３】
前記収差補正ユニットは、前記電場力が前記第１の導電素子から前記第２の導電素子への方向になるように、前記第１の導電素子と第２の導電素子との間で生成された電位差に応答して前記電場力を生成する、請求項１または２に記載の収差補正装置。
【請求項４】
前記環状ビーム中に含まれる前記複数の荷電粒子のうち、第１の速度を有する第１の荷電粒子に対して、前記磁場力および前記電場力は、前記第１の荷電粒子に作用する第１の合力を生成し、前記第１の導電素子に向かう前記第１の荷電粒子の軌道を変更するべく、協働し、
前記環状ビーム中に含まれる前記複数の荷電粒子のうち、前記第１の速度とは異なる第２の速度を有する第２の荷電粒子に対して、前記磁場力および前記電場力は、前記第２の荷電粒子に作用する第２の合力を生成し、前記第１の導電素子から離れる前記第２の荷電粒子の軌道を変更するべく、協働する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の収差補正装置。
【請求項５】
前記第１の荷電粒子の前記第１の速度は、前記第２の荷電粒子の前記第２の速度よりも高く、
前記第１の荷電粒子に作用する前記第１の合力は、前記第１の荷電粒子に作用する正味の磁場力を含み、
前記第２の荷電粒子に作用する前記第２の合力は、前記第２の荷電粒子に作用する正味の電場力を含む、請求項４に記載の収差補正装置。
【請求項６】
前記第１の導電素子は、約５０μｍ〜約１ｍｍの直径を有する、請求項１〜５のいずれか１項に記載の収差補正装置。
【請求項７】
前記第１の導電素子は、約１ｍｍ〜約５０ｍｍの長さを有する、請求項１〜６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の導電素子は、長手方向の中心軸を有し、
前記環状開口部は、前記長手方向の中心軸を中心にして回転対称的に配置される、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】
前記環状開口部は、約１０μｍ〜約７０μｍの内半径および約２０μｍ〜約８０μｍの外半径により画定される、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】
前記収差補正ユニットに光学的に連結された追加の収差補正ユニットを更に備える、請求項１に記載の収差補正装置。
【請求項１１】
前記収差補正ユニットの長手方向の寸法は、前記追加の収差補正ユニットの長手方向の寸法よりも大きい、請求項１０に記載の収差補正装置。
【請求項１２】
前記追加の収差補正ユニットは、
第１の導電部材と、
前記第１の導電部材を中心にして回転対称的に配置された第２の導電部材とを有し、
前記追加の収差補正ユニットは、前記追加の収差補正ユニットを通る前記環状ビームの伝播が前記第１の導電部材を中心にして回転対称的になるように、前記第１の導電部材と前記第２の導電部材との間で前記環状ビームを伝播させ、
前記追加の収差補正ユニットは、前記第１の導電部材と前記第２の導電部材との間に、追加の半径方向場成分を有する追加の回転対称的な電場で重畳される、追加の正接場成分を有する追加の回転対称的な磁場を生成し、前記追加の正接場成分および前記追加の半径方向場成分は、前記第１の導電部材と前記第２の導電部材との間の前記環状ビームの伝播方向に垂直であり、重畳される前記追加の回転対称的な磁場および前記追加の回転対称的な電場により前記複数の荷電粒子に及ぶ追加の磁場力および追加の電場力は、前記複数の荷電粒子に作用し、前記複数の荷電粒子の軌道を変更する、請求項１０または１１に記載の収差補正装置。
【請求項１３】
複数の荷電粒子の収差を補正するための方法であって、
複数の荷電粒子を含む環状ビームを提供する段階と、
反対方向に向けられて、互いに重畳された磁場力および電場力を生成し、前記複数の荷電粒子に作用し、前記複数の荷電粒子の軌道を変更する段階とを備え、
前記環状ビームを提供する段階は、収差補正ユニットの第１の導電素子と前記収差補正ユニットの第２の導電素子との間の前記収差補正ユニットを通る前記環状ビームを伝播させる段階を有し、
前記第２の導電素子は、前記第１の導電素子を中心にして回転対称的に配置され、
前記収差補正ユニットを通る前記環状ビームの伝播は、前記第１の導電素子を中心にして回転対称的であり、
前記磁場力および前記電場力を生成する段階は、半径方向場成分を有する回転対称的な電場で重畳される、正接場成分を有する回転対称的な磁場を生成する段階を有し、前記正接場成分および前記半径方向場成分は、前記第１の導電素子と前記第２の導電素子との間の前記環状ビームの伝播方向に垂直であり、重畳される前記回転対称的な磁場および前記回転対称的な電場により前記複数の荷電粒子に及ぶ前記磁場力および前記電場力は、反対方向に向けられて、互いに重畳されて前記複数の荷電粒子に作用し、前記複数の荷電粒子の軌道を変更する、方法。
【請求項１４】
前記第１の導電素子と前記第２の導電素子との間に磁場力を生成する段階は、前記磁場力が前記第２の導電素子から前記第１の導電素子への方向になるように、前記第１の導電素子に電流を印可する段階を有する、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記第１の導電素子と前記第２の導電素子との間に電場力を生成する段階は、前記電場力が前記第１の導電素子から前記第２の導電素子への方向になるように、前記第１の導電素子と前記第２の導電素子との間に電位差を生成する段階を有する、請求項１３または１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記環状ビーム中に含まれる前記複数の荷電粒子のうち、第１の速度を有する第１の荷電粒子に対して、前記磁場力および前記電場力は、前記第１の荷電粒子に作用する第１の合力を生成し、前記第１の荷電粒子を収束させるべく、協働し、
前記環状ビーム中に含まれる前記複数の荷電粒子のうち、前記第１の速度とは異なる第２の速度を有する第２の荷電粒子に対して、前記磁場力および前記電場力は、前記第２の荷電粒子に作用する第２の合力を生成し、前記第２の荷電粒子を発散するべく、協働する、請求項１３〜１５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１７】
前記第１の荷電粒子の前記第１の速度は、前記第２の荷電粒子の前記第２の速度よりも高く、
前記第１の荷電粒子に作用する前記第１の合力は、前記第１の荷電粒子に作用する正味の磁場力を含み、
前記第２の荷電粒子に作用する前記第２の合力は、前記第２の荷電粒子に作用する正味の電場力を含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記複数の荷電粒子に関連する球面収差を補正する段階を更に備える、請求項１３に記載の方法。
【請求項１９】
複数の荷電粒子を使用するデバイスであって、
第１の導電素子、および前記第１の導電素子を中心にして回転対称的に配置された第２の導電素子を有する、収差補正ユニットと、
前記収差補正ユニットに光学的に連結された環状開口部と、
前記収差補正ユニットに光学的に連結されたレンズ装置とを備え、
前記収差補正ユニットは、前記収差補正ユニットを通る環状ビームの伝播が前記第１の導電素子を中心にして回転対称的になるように、前記第１の導電素子と前記第２の導電素子との間の複数の荷電粒子を含む前記環状ビームを伝播させ、
前記収差補正ユニットは、前記第１の導電素子と前記第２の導電素子との間に、半径方向場成分を有する回転対称的な電場で重畳される、正接場成分を有する回転対称的な磁場を生成し、前記正接場成分および前記半径方向場成分は、前記第１の導電素子と前記第２の導電素子との間の前記環状ビームの伝播方向に垂直であり、重畳される前記回転対称的な磁場および前記回転対称的な電場により前記複数の荷電粒子に及ぶ磁場力および電場力は、反対方向に向けられて、互いに重畳されて前記複数の荷電粒子に作用し、前記複数の荷電粒子の軌道を変更する、デバイス。
【請求項２０】
前記環状ビーム中に含まれる前記複数の荷電粒子のうち、第１の速度を有する第１の荷電粒子に対して、前記磁場力および前記電場力は、前記第１の荷電粒子に作用する第１の合力を生成し、前記第１の導電素子に向かう前記第１の荷電粒子の軌道を変更するべく、協働し、
前記環状ビーム中に含まれる前記複数の荷電粒子のうち、前記第１の速度とは異なる第２の速度を有する第２の荷電粒子に対して、前記磁場力および前記電場力は、前記第２の荷電粒子に作用する第２の合力を生成し、前記第１の導電素子から離れる前記第２の荷電粒子の軌道を変更するべく、協働する、請求項１９に記載のデバイス。
【請求項２１】
前記収差補正ユニットに光学的に連結された球面収差補正ユニットを更に備える、請求項１９または２０に記載のデバイス。
【請求項２２】
前記環状開口部は、前記収差補正ユニットを通って伝播する前記環状ビームを生成する、請求項１９〜２１のいずれか１項に記載のデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［関係出願の相互参照］
本願は、２０１４年８月２５日に提出された米国仮特許出願第６２／０４１，２０８号に対する優先権の利益を主張し、その内容は、全体があらゆる目的のために参照により本明細書により組み込まれる。
【０００２】
様々な実施形態は、収差補正装置、荷電粒子の収差を補正するための方法、および荷電粒子を使用するデバイスに関する。
【背景技術】
【０００３】
近年、リングカソード電子／イオン顕微鏡列の文脈において、複数の軸上幾何学的電極収差補正器ユニットが報告された。これらの軸上幾何学的電極収差補正器ユニットは、列における複数の第２次軸外幾何学収差をキャンセルし、リングカソードガンレンズからの軸外収差、ならびに対物レンズからの軸外収差の双方を一致させるのを補助する目的で設計された。
【０００４】
従来の走査電子／イオン顕微鏡において、一次ビームを縮小する複数の電気または磁気レンズは、回転対称的である。図１は、従来の電子顕微鏡の最終段１００（例えば、電子／イオン顕微鏡における従来のプローブ形成の最終段）の概略側面図を示す。一次電子ビーム１１０が、通常列１１２途中の下方に位置する交叉点１０２から現れた後、電子ビーム１１０は、孔状開口部１０４を通って移動し、次いで対物レンズ１０６により、通常、ビームプローブ１０８または電子ビームプローブ１０８と呼ばれる（焦点）点１０８（例えば、標本上の）に集束される。
【０００５】
走査電子／イオン顕微鏡の空間分解能は、形成され得る可能な限り最も小さいプローブ寸法を決定するいくつかの対物レンズ収差により限定され得る。通常、（例えば、多くの場合、大きな開口部または長い作業距離において優勢であり得る）レンズを通って移動する場合に電子ビームの角度における複数の変更により生成される球面（Ｓ）収差、ビームの固有のエネルギー拡散（例えば、多くの場合、低いビーム電圧において優勢であり得る）色（Ｃ）収差、本質的な波の性質により生成される回折（Ｄ）収差の３つの主なタイプの収差が存在する。
【０００６】
プローブ１０８における角度は、図１に示される０から最大準角θまでの範囲であり得、これは、孔状開口部１０４の開口部の半径と直接に調整し得る。全ての対物レンズ収差（例えば、軸上収差）は、最大準角θの複数の関数である。３つ全ての対物レンズ軸上収差のうち、準角と共に最も急速に増大するのは、球面収差であり、例えば、球面収差の半径は、θ３に比例するが、色収差は、θと共に線形的に増大し、回折収差は、θと反比例して変動する。
【０００７】
走査電子／イオン顕微鏡の別の基本的パラメータであるプローブ電流は、開口部の伝播面積（ＴＭ）により決定され得る。例えば、プローブ電流は、（例えば、開口部の半径の二乗に比例する）開口部１０４の伝播面積に直接に比例し、良好な信号対ノイズ比（ＳＮＲ）性能にとり重要である。より高いプローブ電流は、開口部の半径を拡大することにより得られ得る。しかし、これは球面収差の半径を増大させるという犠牲によりもたらされる。実際には、最終プローブ直径を最小化するべく、最適な準角θ（開口部の半径）が用いられ得る。従って、従来の走査電子顕微鏡は、高いプローブ電流を高い空間分解能と組み合わせることが可能ではない。あるものが他方の犠牲において、犠牲にされなければならないからである。
【０００８】
一例として、荷電粒子ビーム補正器および荷電粒子ビーム装置は、複数の電流搬送ワイヤにより磁場を生成することにより、球面収差を補正する能力を有するものと考えられている。しかし、そのような装置は、色収差を増大させ、回転対称的ではなく、実際的でない装置をもたらす。
【０００９】
別の例において荷電粒子ビーム軌道補正器および荷電粒子ビーム装置は、複数の電場により球面収差を補正する能力を有するものと考えられている。しかし、この装置は、色収差を増大させる。
【００１０】
従って、少なくとも上述の複数の問題に対処し、磁場補正器ユニットおよび電場補正器ユニットの双方を用いて球面収差および／または色収差を補正しつつ、同時に高いプローブ電流および高い空間分解能を得るメカニズムの必要性が存在する。
【発明の概要】
【００１１】
一実施形態によれば、収差補正装置が提供される。収差補正装置は、第１の導電素子、および第１の導電素子を中心にして回転対称的に配置された第２の導電素子を有する、収差補正ユニットと、収差補正ユニットに光学的に連結された環状開口部とを含み得、収差補正ユニットは、収差補正ユニットを通る環状ビームの伝播が第１の導電素子を中心にして回転対称的になるように、第１の導電素子と第２の導電素子との間に複数の荷電粒子を含む環状ビームを伝播させるように配置され、収差補正ユニットは、第１の導電素子と第２の導電素子との間に半径方向場成分を有する回転対称的な電場で重畳される、正接場成分を有する回転対称的な磁場を生成し、正接場成分および半径方向場成分は、第１の導電素子と第２の導電素子との間の環状ビームの伝播方向に垂直であり、重畳される回転対称的な磁場および回転対称的な電場により複数の荷電粒子に及ぶ磁場力および電場力は、反対方向に向けられて、互いに重畳されて複数の荷電粒子に作用し、複数の荷電粒子の軌道を変更するように構成される。
【００１２】
一実施形態によれば、複数の荷電粒子の収差を補正するための方法が提供される。方法は、複数の荷電粒子を含む環状ビームを提供する段階と、反対方向に向けられて、互いに重畳された磁場力および電場力を生成し、荷電粒子に作用し、荷電粒子の軌道を変更する段階とを含み得、環状ビームを提供する段階は、収差補正ユニットの第１の導電素子と収差補正ユニットの第２の導電素子との間の収差補正ユニットを通る環状ビームを伝播させる段階を有し、第２の導電素子は、第１の導電素子を中心にして回転対称的に配置され、収差補正ユニットを通る環状ビームの伝播は、第１の導電素子を中心にして回転対称的であり、磁場力および電場力を生成する段階は、半径方向場成分を有する回転対称的な電場で重畳される、正接場成分を有する回転対称的な磁場を生成する段階を有し、正接場成分および半径方向場成分は、第１の導電素子と第２の導電素子との間の環状ビームの伝播方向に垂直であり、重畳される回転対称的な磁場および回転対称的な電場により複数の荷電粒子に及ぶ磁場力および電場力は、反対方向に向けられて、互いに重畳されて複数の荷電粒子に作用し、複数の荷電粒子の軌道を変更する。
【００１３】
一実施形態によれば、複数の荷電粒子を使用するデバイスが提供される。デバイスは、第１の導電素子と、第１の導電素子を中心にして回転対称的に配置された第２の導電素子とを有する、収差補正ユニットと、収差補正ユニットに光学的に連結された環状開口部と、収差補正ユニットに光学的に連結されたレンズ装置とを含み得、収差補正ユニットは、収差補正ユニットを通る環状ビームの伝播が第１の導電素子を中心にして回転対称的になるように、第１の導電素子と第２の導電素子との間の複数の荷電粒子を含む環状ビームを伝播させるように配置され、収差補正ユニットは、第１の導電素子と第２の導電素子との間に半径方向場成分を有する回転対称的な電場で重畳される、正接場成分を有する回転対称的な磁場を生成し、正接場成分および半径方向場成分は、第１の導電素子と第２の導電素子との間の環状ビームの伝播方向に垂直であり、重畳される回転対称的な磁場および回転対称的な電場により複数の荷電粒子に及ぶ磁場力および電場力は、反対方向に向けられて、互いに重畳されて複数の荷電粒子に作用し、複数の荷電粒子の軌道を変更するように構成される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
図面において、同一の参照文字は、一般に、異なる図を通じて同一の部品を指す。図面は、必ずしも縮尺されず、一般に、これに代えて本発明の原理を例示することが強調されている。以下の説明において、本発明の様々な実施形態は、以下の図面を参照して説明される。
【００１５】
【図１】従来の電子顕微鏡の最終段の概略側面図を示す。
【００１６】
【図２Ａ】様々な実施形態による、収差補正装置の概略断面図を示す。
【００１７】
【図２Ｂ】様々な実施形態による、複数の荷電粒子の収差を補正するための方法を例示するフロー図を示す。
【００１８】
【図２Ｃ】様々な実施形態による、複数の荷電粒子を使用するデバイスの概略断面図を示す。
【００１９】
【図３】様々な実施形態による、軸上収差補正器を有する電子顕微鏡における最終段の一例の概略側面図を示す。
【００２０】
【図４Ａ】様々な実施形態による、軸上補正器レイアウト（静電）の概略断面図を示す。
【００２１】
【図４Ｂ】様々な実施形態による、軸上補正器レイアウト（磁気）の概略断面図を示す。
【００２２】
【図５】様々な実施形態の従来のレンズおよび軸上電極／ワイヤレンズを用いる、半径の関数としての磁場強度依存性の比較を例示するプロットを示す。
【００２３】
【図６】様々な実施形態による、電気加速アインツェル対物レンズを有する収差補正装置のダイレクトレイトレーシング（ｄｉｒｅｃｔ  ｒａｙ  ｔｒａｃｉｎｇ）の概略図を示す。
【００２４】
【図７】同一のビーム電流の伝播のための従来の孔状開口部と比較した、最終準角の関数としての７０〜８０μｍの開口部のシミュレートされた球面収差半径を例示するプロットを示す。
【００２５】
【図８Ａ】様々な実施形態による、各々１０μｍの幅を有する異なる環状開口部寸法の最終準角の関数としての球面収差半径の複数のシミュレーション結果を例示するプロットを示す。
【００２６】
【図８Ｂ】様々な実施形態による、各々１０μｍの幅を有する異なる環状開口部寸法の二乗平均平方根（ＲＭＳ）の半径を最小化するべく必要とされる複数の補正器電圧値の複数のシミュレーション結果を例示するプロットを示す。
【００２７】
【図９Ａ】（１０〜２０μｍの開口部の寸法に対する）正規化ビーム電流の関数として、従来の開口部と比較した、シミュレートされた二乗平均平方根（ＲＭＳ）の球面収差半径を例示するプロットを示す。
【００２８】
【図９Ｂ】７０〜８０μｍの開口部の寸法に対する作業距離（対物レンズの最後の電極から焦点までの距離）の関数として従来の開口部と比較した、シミュレートされた二乗平均平方根（ＲＭＳ）の球面収差半径を例示するプロットを示す。
【００２９】
【図１０】様々な実施形態による、１０−５の相対エネルギー拡散に対するシミュレートされた球面収差半径を例示するプロットを示す。
【００３０】
【図１１】（Ａ）および（Ｂ）は、様々な実施形態による、色収差ユニットの概略断面図を示し、（Ｃ）は、様々な実施形態による、軸（ｚ）に沿った電場（Ｅｒ）または磁場（Ｂθ）の動作を例示するプロットを示す。
【００３１】
【図１２Ａ】様々な実施形態による、収差補正器を有する電子／イオン顕微鏡におけるプローブ形成のための最終段の概略断面図を示す。
【００３２】
【図１２Ｂ】０．５ｅＶの半値全幅（ＦＷＨＭ）エネルギー拡散を用いる１ｋｅＶ列のテスト例のために組み合わされた色および球面収差補正器のシミュレーション結果を示す。
【００３３】
【図１３Ａ】様々な実施形態による、電気加速アインツェル対物レンズに対する色および球面収差補正を例示する一例の概略断面図を示す。
【００３４】
【図１３Ｂ】様々な実施形態による、加速アインツェル対物レンズに対する色および球面収差補正のための最終的準角のシミュレートされた収差半径依存性を例示するプロットを示す。
【００３５】
【図１４】様々な実施形態による、異なる電子ビームエネルギーの正規化リング幅の関数として、プローブ電流の５０％を含む算出済みの回折が制限された半径を例示するプロットを示す。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
以下の詳細な説明は、例示として、本発明が実施され得る特定の複数の詳細および実施形態を示す、添付の図面を参照する。これらの実施形態は、当業者が本発明を実施することを可能にするべく、十分詳細に説明される。他の複数の実施形態が利用され得、本発明の範囲を逸脱することなく、構造、ロジック、および電気的な変更を行い得る。様々な実施形態は、必ずしも相互に排他的ではない。いくつかの実施形態は、１または複数の他の実施形態と組み合わされ、新たな複数の実施形態を形成し得るからである。
【００３７】
複数の方法またはデバイスのうち１つの文脈において説明される複数の実施形態は、他の複数の方法またはデバイスに同様に有効である。同様に、方法の文脈で説明される複数の実施形態は、デバイスに同様に有効であり、その逆も当てはまる。
【００３８】
実施形態の文脈において説明される複数の特徴は、他の複数の実施形態において同一または類似の複数の特徴に対して同様に適用可能であり得る。実施形態の文脈において説明される複数の特徴は、たとえこれらの他の実施形態において明示的に説明されていなくとも、他の複数の実施形態に対して同様に適用可能であり得る。更に、一実施形態の文脈において、特徴について説明される複数の追加、および／または組み合わせ、および／または代替形態は、他の複数の実施形態における同一または類似の特徴に対して同様に適用可能であり得る。
【００３９】
様々な実施形態の文脈において、特徴または要素に関して用いられる冠詞「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は、複数の特徴または素子のうち１または複数への言及を含む。
【００４０】
様々な実施形態の文脈において、「少なくとも実質的に」という文言は、「正確で」合理的な分散を含み得る。
【００４１】
様々な実施形態の文脈において、数値に使用される「約」という用語は、正確な値および合理的な分散を包含する。
【００４２】
本明細書において用いられるように、「および／または」という用語は、関連する列挙項目のうち１または複数のあらゆる組み合わせを含む。
【００４３】
様々な実施形態は、複数の走査電子／イオン顕微鏡のための軸上電極収差補正器（または補正ユニット）を提供する。
【００４４】
様々な実施形態は、走査電子／イオン顕微鏡用の複数の軸上電極球面収差補正器（もしくは補正ユニット）、および／または軸上電極色収差補正器（もしくは補正ユニット）を提供し得る。
【００４５】
様々な実施形態は、電界放出ガン等の複数の点源を用いる走査電子／イオン顕微鏡において、複数の対物レンズの軸上幾何学収差からもたらされ得る、球面収差および／または色収差を補正する目的で軸上電極補正器の設計を提供し得る。例えば、環状開口部補正器ユニットは、走査電子／イオン顕微鏡の従来の孔状開口部に代わり得る。
【００４６】
走査電子／イオン顕微鏡の最終的な空間分解能は、形成され得る可能な限り最も小さいプローブ寸法を決定するいくつかの軸上対物レンズ収差により限定され得る。球面収差は、電子ビームの角度における複数の変化から生成される分散から生じ得る。電子ビームは、対物レンズを通って移動するからである。色収差は、ビームの固有のエネルギー拡散から生じ得、回折収差は、電子ビームの本質的な波の性質から生成され得る。複数の大きな開口部または長い作業距離の場合等に、球面収差が優勢になる一定の状況が存在し得る。低いビーム電圧等の他の複数の状況において、色収差は、主としてプローブの最終的寸法を決定し得る。
【００４７】
様々な実施形態は、球面収差の効果を１桁以上低減するための方法を提供し得る。
【００４８】
様々な実施形態は、軸上電極補正ユニットを用いることにより、走査電子／イオン顕微鏡の球面および／または色収差を補正するための方法を提供し得る。補正器ユニットを対物レンズ間ギャップに挿入することを要求し、または特殊な軸外レンズを用いることを伴う従来の環状システムと異なり、様々な実施形態による複数の軸上電極補正ユニットは、顕微鏡列の設計に対するいかなる変更も要求しない。複数の軸上電極補正ユニット（例えば、図３、４Ａ、４Ｂ、１１Ａ、１１Ｂを参照されたい）は、環状開口部と合わせて、様々な実施形態において使用され、従来の走査電子／イオン顕微鏡の最終孔状開口部ユニット（例えば、図１の１０４）に代わり得る。これ以外に、顕微鏡設計に対する他の修正は、必要とされないことがある。
【００４９】
様々な実施形態は、環状開口部および補正器ユニット（補正器、補正ユニット、または補正器レンズユニットとして互換的に言及され得る）を含み得る、走査電子／イオン顕微鏡のための軸上電極収差補正方法を提供し得る。高いプローブ電流の使用は、一方の犠牲において、他方を犠牲にすることなく、高い空間分解能と組み合わされ得る。球面および／または色収差は、走査電子／イオン顕微鏡において低減され得る。これらの収差を補正することにより、顕微鏡は、複数の高いビーム電流、長い作業距離、および低いビーム電圧で操作され得る。
【００５０】
様々な実施形態は、電場および磁場による電子エネルギーが１つの補正器（または複数の補正器）内で操作され、その結果、対物レンズの色収差が同時に補正され得るように接続された補正器の製造を提供し得る。
【００５１】
コンセプトが他のイオンおよびイオンビーム顕微鏡に同様に適用されることを理解したうえで、簡明でより明瞭にするべく、本明細書における説明は、電子および電子ビームのみに言及することを理解されたい。
【００５２】
図２Ａは、様々な実施形態による、収差補正装置２００の概略断面図を示す。収差補正装置２００は、第１の導電素子２１２と、第１の導電素子２１２を中心として回転対称的に配置された第２の導電素子２１４を含む収差補正ユニット２１０と、収差補正ユニット２１０に光学的に連結された環状開口部２０２とを含み、収差補正ユニット２１０は、収差補正ユニット２１０による環状ビーム２０４の伝播が第１の導電素子２１２を中心として回転対称的になるように、第１の導電素子２１２と第２の導電素子２１４との間に複数の荷電粒子（黒丸印２０６として表される）を有する環状ビーム２０４を伝播するように配置され得、収差補正ユニット２１０は、第１の導電素子２１２と第２の導電素子２１４との間に、反対方向に向けられて、互いに重畳された磁場力Ｆｍ（例えば、第１の導電素子２１２に向く矢印２１６ａにより表される）および電場力Ｆｅ（例えば、第２の導電素子２１４に向く矢印２１６ｂにより表される）を生成し、荷電粒子２０６に作用し、複数の荷電粒子２０６の軌道を変更するように構成される。
【００５３】
換言すれば、収差補正装置２００が提供され得る。収差補正装置２００は、収差補正ユニット２１０を含み得る。収差補正ユニット２１０は、（例えば、第１の導電素子の長手方向の中心軸２１２に対応し、またはこれと同軸の）軸２１３に沿って延在する第１の導電素子（例えば、中心導電ワイヤまたは中心ワイヤ導体）２１２と、第１の導電素子２１２（例えば、軸２１３、または第１の導電素子の長手方向の中心軸２１２に対する）を中心として回転対称的に配置され得る第２の導電素子（例えば、（外側の）チューブ導体）２１４とを含み得る。第２の導電素子２１４は、軸２１３を中心として回転対称的に配置され得る。第２の導電素子２１４は、第１の導電素子２１２を囲繞し得る。第１の導電素子２１２は、軸上導電素子であり得るが、第２の導電素子２１４は、軸外導電素子であり得る。様々な実施形態において、第１の導電素子２１２は、軸２１３に沿って延在する細長い導電素子であり得る。様々な実施形態において、第１の導電素子２１２および第２の導電素子２１４の各々は、円筒形であり得る。第１の導電素子２１２および第２の導電素子２１４の各々は、円形の断面を有し得る。
【００５４】
様々な実施形態において、第１の導電素子２１２は、収差補正ユニット２１０において中心に配置され得る。例えば、第１の導電素子２１２は、収差補正ユニット２１０の中心軸（例えば、軸２１３）に沿って配置され得る。
【００５５】
様々な実施形態において、第１の導電素子２１２および第２の導電素子２１４は、互いに重複して配置され得る。
【００５６】
様々な実施形態において、第２の導電素子の中心点または中心軸２１４は、軸２１３と同軸であり得る。これは、第１の導電素子２１２が延在する軸２１３も第２の導電素子の中心軸２１４を画定し得ることを意味し得る。
【００５７】
収差補正ユニット２１０は、収差補正ユニット２１０による環状ビーム２０４の伝播が第１の導電素子２１２を中心として回転対称的になり得るように（例えば、環状ビーム２０４は、軸２１３または第１の導電素子の長手方向の中心軸２１２を中心として回転対称的になり得る）、第１の導電素子２１２と第２の導電素子２１４との間に複数の荷電粒子２０６を有する環状ビーム２０４を伝播するように配置され得る。
【００５８】
様々な実施形態において、軸２１３は、環状ビーム２０４のための集束軸であり得、環状ビーム２０４が次に、（例えば、レンズ装置により）集束軸２１３上のある位置のプローブビームに集束され得ることを意味する。
【００５９】
様々な実施形態において、収差補正ユニット２１０は、（例えば、（半径方向の）磁場を生成し、磁場力Ｆｍ２１６ａを生成し得る第１の導電素子２１２または第２の導電素子２１４のうち１つにより受け取られた、電流Ｉに応答して）第１の導電素子２１２と第２の導電素子２１４との間に（半径方向の）磁場力Ｆｍ２１６ａを生成するように構成され得る。非限定的な例として、磁場力２１６ａは、導電素子（第１の導電素子２１２または第２の導電素子２１４）により受け取られた電流Ｉに応答して生成され得、電流Ｉを受信する導電素子に対して半径方向に延在し得る。磁場力２１６ａは、ローレンツ力であってもよい。
【００６０】
様々な実施形態において、収差補正ユニット２１０は、（例えば、（半径方向の）電場を生成し、電場力Ｆｅ２１６ｂを生成し得る、第１の導電素子２１２と第２の導電素子２１４との間に生成された電位差に応答して）第１の導電素子２１２と第２の導電素子２１４との間に、（半径方向の）電場力Ｆｅ２１６ｂを生成するように構成され得る。第２の導電素子２１４が第１の導電素子２１２のものと異なる電位水準にあり得るように、電場力２１６ｂは、例えば、電圧Ｖｃを第２の導電素子２１４に印加することにより生成され得る。様々な実施形態において、第１の導電素子２１２は、接地レベルまたは０Ｖにあり得る。
【００６１】
様々な実施形態において、磁場力Ｆｍ２１６ａおよび電場力Ｆｅ２１６ｂは、互いに重複し得る。磁場力Ｆｍ２１６ａおよび電場力Ｆｅ２１６ｂは、反対方向に向けられて、互いに重畳され、複数の荷電粒子２０６に作用し、荷電粒子２０６の軌道または伝播経路を変更し得る。これは、磁場力２１６ａが第１の（半径方向の）方向に向けられ得、電場力２１６ｂが第１の方向と反対の第２の（半径方向の）方向に向けられ得ることを意味し得る。磁場力２１６ａおよび電場力２１６ｂが反対方向、全ての半径方向に向けられ得ることを理解されたい。様々な実施形態において、磁場力Ｆｍ２１６ａおよび電場力Ｆｅ２１６ｂは、複数の荷電粒子に作用する合（または有効な）力を生成し、複数の荷電粒子のうち少なくともいくつかの軌道を変更するべく協働し得る。従って、収差補正ユニット２１０が反対の半径方向の磁場２１６ａおよび電場２１６ｂを重畳することにより機能し得ることを理解されたい。
【００６２】
収差補正装置２００は、収差補正ユニット２１０に光学的に連結された環状開口部（例えば２０２）を更に含み得る。
【００６３】
様々な実施形態において、環状開口部（例えば２０２）は、収差補正ユニット２１０の後ろ、または収差補正ユニット２１０の出力部側に配置され得る。これは、環状開口部が収差補正ユニット２１０を介して伝播した後に環状ビーム２０４を受け得ることを意味し得る。このように、環状開口部に対応する（第１の導電素子２１２に対する）半径方向の距離における環状ビーム２０４の複数の荷電粒子２０６は、環状開口部を通過し、またはこれを通して伝播され得る。
【００６４】
様々な実施形態において、例えば、環状開口部が収差補正ユニット２１０の後ろに配置される場合、ビーム（例えば、フルビーム）は、収差補正ユニット２１０に提供され得る。収差補正ユニット２１０を介して伝播する場合、ビームは、第１の導電素子２１２および第２の導電素子２１４により環状ビーム２０４に形作られ得る。これは、環状ビーム２０４の内側境界が第１の導電素子２１２により画定され得るように、収差補正ユニット２１０により受けられたビームの中心部が、第１の導電素子２１２により遮断され得ることを意味し得る。環状ビーム２０４の外側境界は、第２の導電素子２１４により画定され得る。
【００６５】
様々な実施形態において、環状開口部２０２は、収差補正ユニット２１０を介して伝播するための環状ビーム２０４を生成するように配置され得る。図２Ａに示されるように、これは、環状開口部２０２が収差補正ユニット２１０の前、または収差補正ユニット２１０の入力部側に配置され得ることを意味し得る。非限定的な例として、環状開口部２０２は、荷電粒子２０６のビーム２０３を受け得る。ビーム２０３の一部は、複数の荷電粒子２０６を有する環状ビーム２０４を生成または伝播するように、環状開口部２０２を通り得る。これは、環状開口部２０２がその入力部で受けられたビーム２０３から、その出力において環状ビーム２０４を生成し得ることを意味し得る。次に、環状開口部２０２に光学的に連結された収差補正ユニット２１０は、環状ビーム２０４を受け得る。
【００６６】
様々な実施形態において、環状開口部２０２は、収差補正ユニット２１０の一部を形成し得、または収差補正ユニット２１０の外部にあり得る。
【００６７】
様々な実施形態において、環状開口部２０２は、従来の孔状開口部と比較して、複数の荷電粒子２０６の伝播のためにより広い面積を提供し得る。
【００６８】
様々な実施形態の文脈において、「環状」という用語は、リング形状を意味し得、共通点（例えば、共通の中心点）に対する内半径および外半径により画定され得る。従って、環状開口部２０２は、複数の荷電粒子２０６に透過性であり得る開口または開口部を意味し得、開口部２０２は、内半径ｒｉｎｎｅｒにより画定された内側境界および外半径ｒｏｕｔｅｒにより画定された外側境界を有するが、実質的中心部は、内半径ｒｉｎｎｅｒと境を接し、荷電粒子２０６に対しては伝播不可能であり得る。
【００６９】
様々な実施形態の文脈において、２つの構造体（または素子）に関して本明細書において用いられる「光学的に連結された」という用語は、荷電粒子２０６または環状ビーム２０４が２つの構造体を介して伝播し得るか、または１つの構造体から他の構造体へと伝播し得るように、２つの構造体が配置され得ることを意味し得る。これは、第１の構造体が第２の構造体を介して伝播した後に、荷電粒子２０６または環状ビーム２０４を受けるように配置され得るか、または第１の構造体が第１の構造体を介して伝播した後に、複数の荷電粒子２０６または環状ビーム２０４を第２の構造体に提供するように配置され得ることを意味し得る。
【００７０】
様々な実施形態の文脈において、「回転対称的」という用語は、例えば、（様々な実施形態において第１の導電素子２１２であり得る）構造体を中心として、または軸（様々な実施形態において軸２１３であり得、軸２１３は、環状ビーム２０４の中心軸であり得る）を中心として半径方向に対称的であることを意味し得る。例えば、第１の構造体（または素子）を中心として回転対称的な第２の構造体（または素子）は、第２の構造体上で画定または追跡される円周の周囲長、または境界もしくは表面（例えば、周面）が第１の構造体を中心として半径方向に対称的であり得ることを意味し得る。換言すれば、第２の構造体上の円周の周囲長（または境界もしくは表面）は、同一の半径もしくは第１の構造体に対する半径方向の距離により画定され得、または第２の構造体の第１の構造体から円周の周囲長（または境界もしくは表面）へと画定された半径方向の距離は、第１の構造体に対する全ての半径方向において同一である。第２の構造体上で画定または追跡される全ての円周の周囲長、または境界もしくは表面（例えば、周面）は、第１の構造体を中心として半径方向に対称的であり得る。これは、第１の構造体の中心軸が第２の構造体の中心軸と同軸に整合され得ることを意味し得る。
【００７１】
図２Ａに例示されるように、第２の導電素子２１４は、第１の導電素子２１２を中心として回転対称的に配置され得、軸２１３に対して半径方向の距離ｒ３において内側周面または円周を有し得る。
【００７２】
また、図２Ａに例示されるように、環状ビーム２０４において画定または追跡される複数のリングまたは同心リングの収差補正ユニット２１０を介する伝播は、第１の導電素子２１２を中心にして回転対称的であり得、第１の導電素子２１２を中心にして半径方向に対称的であり得る。例えば、環状開口部２０２を通して伝播された後、第１の導電素子２１２に最も近い環状ビーム２０４の最も内側のリングまたは境界は、軸２１３に対する半径方向の距離ｒ１にあり得るが、第１の導電素子２１２から最も遠い環状ビーム２０４の最も外側のリングまたは境界は、軸２１３に対する半径方向の距離ｒ２にあり得る。
【００７３】
様々な実施形態において、収差補正ユニット２１０は、（環状ビーム２０４中に含まれる）複数の荷電粒子２０６の（幾何学）収差（または収差特性）に対処または補正するべく使用され得る。
【００７４】
様々な実施形態において、収差補正ユニット２１０は、収差補正ユニット２１０に光学的に連結されたレンズ装置を介して伝播される場合に、複数の荷電粒子２０６が受け得る色収差を補正し得る。例えば、レンズ装置は、環状ビーム２０４を集束するように構成され得る。例えば、環状ビーム２０４または複数の荷電粒子２０６に関連する色（収差）特性は、（集束）レンズ装置を介して伝播またはこれを通る場合に、複数の荷電粒子２０６が受ける色収差を対処または補正するべく、変更され得る。
【００７５】
様々な実施形態において、磁場力２１６ａが第２の導電素子２１４から第１の導電素子２１２への方向（例えば、第１の導電素子２１２に対して半径方向に内側に）あり得るように、収差補正ユニット２１０は、第１の導電素子２１２により受け取られた電流Ｉに応答して磁場力２１６ａを生成するように構成され得る。磁場力２１６ａは、第２の導電素子２１４から第１の導電素子２１２への半径方向で作用し得る。磁場力２１６ａは、第２の導電素子２１４から第１の導電素子２１２への全ての半径方向で作用し得る。生成された磁場力２１６ａは、第１の導電素子２１２または軸２１３を中心にして回転対称的であり得る。
【００７６】
様々な実施形態において、電場力２１６ｂが第１の導電素子２１２から第２の導電素子２１４の方向（例えば、第１の導電素子２１２から半径方向に外側に）にあり得るように、収差補正ユニット２１０は、第１の導電素子２１２と第２の導電素子２１４との間に生成された電位差に応答して電場力２１６ｂを生成するように構成され得る。電場力２１６ｂは、第１の導電素子２１２から第２の導電素子２１４への半径方向で作用し得る。電場力２１６ｂは、第１の導電素子２１２から第２の導電素子２１４への全ての半径方向で作用し得る。生成された電場力２１６ｂは、第１の導電素子２１２または軸２１３を中心にして回転対称的であり得る。非限定的な例として、第１の導電素子２１２は、接地または０Ｖに維持され得、（補正器）電圧Ｖｃは、第１の導電素子２１２と第２の導電素子２１４との間に電位差を生成し、電場力２１６ｂを生成するように、第２の導電素子２１４に印加され得る。
【００７７】
様々な実施形態において、環状ビーム２０４中に含まれる荷電粒子２０６のうち（から）、第１の速度ｖ１を有する第１の荷電粒子について、磁場力２１６ａおよび電場力２１６ｂは、第１の荷電粒子に作用する第１の（半径方向の）合（または有効）力を生成し、第１の導電素子２１２（または軸２１３）に向かう第１の荷電粒子の軌道（または伝播経路）を変更するべく、協働し得る。これは、第１の合力が第１の荷電粒子を第１の導電素子２１２または軸２１３に収束する収束効果または作用を提供し得ることを意味し得る。
【００７８】
様々な実施形態において、環状ビーム２０４中に含まれる荷電粒子２０６のうち（から）、第１の速度ｖ１とは異なる第２の速度ｖ２を有する第２の荷電粒子について、磁場力２１６ａおよび電場力２１６ｂは、第２の荷電粒子に作用する第２の（半径方向の）合（または有効）力を生成し、第１の導電素子２１２（または軸２１３）から離れた第２の荷電粒子の軌道（または伝播経路）を変更するべく、協働し得る。これは、第２の合力が第１の導電素子２１２または軸２１３から離れた第２の荷電粒子を発散する発散効果または作用を提供し得ることを意味し得る。
【００７９】
様々な実施形態において、第１の荷電粒子が第２の荷電粒子と比較して、より高い速度、従ってより高いエネルギーを有し得るように、第１の速度ｖ１は、第２の速度ｖ２よりも高くなり得る。
【００８０】
様々な実施形態において、第１の荷電粒子の第１の速度ｖ１は、第２の荷電粒子の第２の速度ｖ２よりも高くなり得、第１の荷電粒子に作用する第１の合力は、第１の荷電粒子に作用する正味の磁場力（Ｆｍ＞Ｆｅ）を含み得、第２の荷電粒子に作用する第２の合力は、第２の荷電粒子に作用する正味の電場力（Ｆｍ＜Ｆｅ）を含み得る。
【００８１】
様々な実施形態において、（例えば、環状ビーム２０４中に含まれる）複数の荷電粒子２０６は、中心速度付近またはこれを中心とする速度の拡散を有し得、いくつかの荷電粒子は、中心速度よりも高い速度を有し（例えば、荷電粒子または電子より速い）、いくつかの他の荷電粒子（例えば、より遅い荷電粒子または電子）は、中心速度よりも低い速度を有する。複数の荷電粒子２０６の速度における拡散は、ガウス関数またはガウス分布に従ってもよい。
【００８２】
様々な実施形態において、第１の速度ｖ１は、複数の荷電粒子２０６の中心速度より高くなり得るが、第２の速度ｖ２は、複数の荷電粒子２０６の中心速度よりも低くなり得る。
【００８３】
様々な実施形態において、荷電粒子に作用する磁場力２１６ａの強度は、荷電粒子の速度に依存し得る。
【００８４】
様々な実施形態において、中心速度を有する荷電粒子については、荷電粒子に作用し、または荷電粒子が受ける磁場力２１６ａの強度は、荷電粒子に作用し、または荷電粒子が受ける磁場力２１６ａ（Ｆｍ＝Ｆｅ）の強度に少なくとも実質的に等しくなり得る。
【００８５】
様々な実施形態において、中心速度よりも高い速度を有し、従ってより高いエネルギーを有する荷電粒子（例えば、電子）については、荷電粒子に作用し、または荷電粒子が受ける磁場力２１６ａの強度は、荷電粒子に作用し、または荷電粒子が受ける電場力２１６ｂ（Ｆｍ＞Ｆｅ）の強度より高くなり得る。荷電粒子は、Ｆｍ＞Ｆｅにより生じた収束効果に起因して過焦点となり得る。
【００８６】
様々な実施形態において、中心速度よりも低い速度を有し、従ってより低いエネルギーを有する荷電粒子（例えば、電子）については、荷電粒子に作用し、または荷電粒子が受ける磁場力２１６ａの強度は、荷電粒子に作用し、または荷電粒子が受ける電場力２１６ｂ（Ｆｍ＜Ｆｅ）の強度よりも低くなり得る。荷電粒子は、Ｆｍ＜Ｆｅにより生じた発散効果に起因して不足焦点となり得る。
【００８７】
様々な実施形態において、収差補正ユニット２１０（例えば、色収差補正ユニットとして）は、中心速度で移動する荷電粒子（例えば、電子）２０６に対する磁気化力２１６ａで、電気力２１６ｂをキャンセルすることにより機能し得る。従って、中心速度で移動する複数の光線または荷電粒子２０６は、著しい力を受けないことがある。一方、ローレンツ力の作用により、中心速度より高い速度で移動する複数の荷電粒子（例えば、電子）２０６は、収束磁力を受け得るが、中心速度よりも遅い速度で移動するより遅い荷電粒子（例えば、電子）２０６は、発散力を受け得る。収差補正ユニット２１０によるこの作用は、対物レンズが電子ビームを集束する態様と異なり、より速い電子に対するより小さい収束作用、およびより遅い電子に対するより強い収束作用を有する。
【００８８】
様々な実施形態の文脈において、第１の導電素子２１２は、約５０μｍ〜約１ｍｍ（１０００μｍ）、例えば約５０μｍ〜約５００μｍ、約５０μｍ〜約２００μｍ、約５０μｍ〜約１００μｍ、約２００μｍ〜約１０００μｍ、約５００μｍ〜約１０００μｍ、または約１００μｍ〜約５００μｍの直径を有し得る。
【００８９】
様々な実施形態の文脈において、第１の導電素子２１２は、約１ｍｍ〜約５０ｍｍ、例えば、約１ｍｍ〜約３０ｍｍ、約１ｍｍ〜約１０ｍｍ、約１０ｍｍ〜約５０ｍｍ、約２０ｍｍ〜約５０ｍｍ、または約１０ｍｍ〜約３０ｍｍの長さを有し得る。
【００９０】
様々な実施形態において、第１の導電素子２１２は、長手方向の中心軸（例えば、軸２１３）を有し、環状開口部２０２は、長手方向の中心軸を中心にして回転対称的に配置され得る。第１の導電素子の長手方向の中心軸２１２は、第１の導電素子２１２の中心点を通って画定された第１の導電素子２１２の長手方向の軸を意味し得る。第１の導電素子２１２は、長手方向の中心軸に沿って延在し得る。
【００９１】
様々な実施形態の文脈において、環状開口部２０２は、約１０μｍ〜約７０μｍの内半径ｒｉｎｎｅｒおよび約２０μｍ〜約８０μｍの外半径ｒｏｕｔｅｒにより規定され得る。例えば、内半径ｒｉｎｎｅｒは、約１０μｍ〜約５０μｍ、約１０μｍ〜約３０μｍ、または約３０μｍ〜約７０μｍになり得る。外半径ｒｏｕｔｅｒは、約２０μｍ〜約６０μｍ、約２０μｍ〜約４０μｍ、または約４０μｍ〜約８０μｍであり得る。非限定的な例として、環状開口部２０２は、１０μｍ〜２０μｍ、３０μｍ〜４０μｍ、５０μｍ〜６０μｍ、または７０μｍ〜８０μｍの「内半径―外半径」（ｒｉｎｎｅｒ―ｒｏｕｔｅｒ）の構成を有し得る。外半径ｒｏｕｔｅｒは、内半径ｒｉｎｎｅｒよりも大きい。外半径と内半径との間の距離は、環状開口部２０２の幅を規定する。様々な実施形態の文脈で、環状開口部２０２は、約１０μｍの幅を有し得る。しかし、環状開口部２０２の内半径および外半径に対して他の複数の値、例えば、最大で数ミリメートル（ｍｍ）または数ミリメートルの範囲が使用され得ることを理解されたい。
【００９２】
様々な実施形態において、収差補正装置２００は、収差補正ユニットに光学的に連結された追加の収差補正ユニット２１０を更に含み得る。追加の収差補正は、荷電粒子２０６の軌道を変更するように構成され得る。追加の収差補正ユニットは、複数の荷電粒子２０６に作用する追加の（半径方向の）電場力または追加の（半径方向の）磁場力を生成し、荷電粒子２０６の軌道を変更するように構成され得る。このように、追加の収差補正ユニットは、半径方向の磁場または電場のいずれかを生成することにより機能し得る。追加の収差補正ユニットは、収差補正ユニット２１０の直ぐ前または直ぐ後ろに配置され得る。様々な実施形態において、複数の荷電粒子２０６の軌道は、収差補正ユニット２１０、ならびに追加の収差補正ユニットにより変更され得る。
【００９３】
様々な実施形態において、追加の収差補正ユニットは、（環状ビーム２０４中に含まれる）複数の荷電粒子２０６の収差（特性）に対処し、または補正するべく使用され得る。追加の収差補正ユニットは、追加の収差補正ユニットに光学的に連結されたレンズ装置を介して伝播される場合に、複数の荷電粒子２０６が受け得る球面収差を補正し得る。例えば、レンズ装置は、環状ビーム２０４を集束するように構成され得る。例えば、環状ビーム２０４または複数の荷電粒子２０６に関連する球面（収差）特性は、（集束）レンズ装置を介して伝播またはこれを通る場合に、複数の荷電粒子２０６が受ける球面収差を対処または補正するべく、変更され得る。
【００９４】
様々な実施形態において、収差補正ユニット２１０の長手方向の寸法（または長さ）は、追加の収差補正ユニットの長手方向の寸法（または長さ）よりも大きくなり得る。
【００９５】
様々な実施形態において、追加の収差補正ユニットは、第１の導電部材（例えば、中心導電ワイヤまたは中心ワイヤ導体）と、第１の導電部材を中心にして回転対称的に配置された第２の導電部材（例えば、（外側）チューブ導体）とを含み得、追加の収差補正ユニットは、追加の収差補正ユニットを通る環状ビーム２０４の伝播が第１の導電部材を中心にして回転対称的になり得るように、第１の導電部材と第２の導電部材との間で環状ビーム２０４を伝播させるように配置され得、追加の収差補正ユニットは、第１の導電部材と第２の導電部材との間に更なる（半径方向の）電場力を生成し、複数の荷電粒子２０６に作用し、複数の荷電粒子２０６の軌道を変更するように構成され得る。このように、追加の収差補正ユニットは、電気または静電補正ユニットであってもよい。
【００９６】
第１の導電部材は、例えば、第１の導電部材の長手方向の中心軸に対応するか、またはこれと同軸の軸に沿って延在し得る。第１の導電部材の長手方向の中心軸は、軸２１３と一致するか、またはこれと同軸であってもよい。第２の導電部材は、第１の導電部材の長手方向の中心軸を中心として回転対称的に配置され得る。第１の導電部材は、軸上導電部材であり得るが、第２の導電部材は、軸外導電部材であり得る。
【００９７】
更なる電場力は、第１の導電部材と第２の導電部材との間で半径方向になってもよい。更なる電場力は、第２の導電部材から第１の導電部材へと向かう（半径方向の）方向になってもよい。
【００９８】
様々な実施形態において、更なる電場力の強度は、第１の導電部材から離れた方向に減少し得る。このように、第１の導電部材に対する異なる複数の半径方向の位置にある複数の荷電粒子２０６は、異なる複数の強度の更なる電場力を受け得る。例えば、第１の導電部材に近位の半径方向位置にある荷電粒子は、第１の導電部材に遠位の半径方向位置にある荷電粒子と比較して、より大きな電場力の強度を受け得る。非限定的な例として、第１の導電部材に近位の半径方向位置にある荷電粒子は、当該荷電粒子に作用する更なる電場力により過焦点を受け得るが、第１の導電部材に遠位の半径方向位置にある荷電粒子は、当該荷電粒子に作用する更なる電場力により不足焦点を受け得る。
【００９９】
様々な実施形態において、更なる電場力は、第１の導電部材と第２の導電部材との間で生成される電位差に応答して生成され得、これにより（半径方向の）電場を生成し、電場力を生成し得る。非限定的な例として、第１の導電部材は、接地または０Ｖに維持され得、（補正器）電圧Ｖｃは、第１の導電部材と第２の導電部材との間に電位差を生成し、更なる（半径方向の）電場力を生成するように、第２の導電部材に印加され得る。
【０１００】
様々な実施形態において、収差補正ユニット２１０の第１の導電素子２１２の長手方向の寸法（または長さ）は、追加の収差補正ユニットの第１の導電部材の長手方向の寸法（または長さ）よりも大きくなり得る。
【０１０１】
様々な実施形態において、追加の収差補正ユニットは、導体（例えば、中心導電ワイヤまたは中心ワイヤ導体）を含み得、追加の収差補正ユニットは、追加の収差補正ユニットを通る環状ビーム２０４の伝播が導体を中心にして回転対称的になるように、環状ビーム２０４を伝播させるように配置され得、追加の収差補正ユニットは、更なる（半径方向の）磁場力を生成し、複数の荷電粒子に作用し、複数の荷電粒子２０６の軌道を変更するように構成され得る。このように、追加の収差補正ユニットは、磁気補正ユニットであってもよい。
【０１０２】
導体は、例えば、導体の長手方向の中心軸に対応するか、またはこれと同軸の軸に沿って延在し得る。導体の長手方向の中心軸は、軸２１３に一致するか、またはこれと同軸であり得る。導体は、軸上導体であってもよい。
【０１０３】
更なる磁場力は、導体に対して半径方向になり得る。更なる磁場力は、導体に向かう（半径方向の）方向になり得る。
【０１０４】
様々な実施形態において、更なる磁場力の強度は、導体から離れた方向に減少し得る。このように、導体に対する異なる複数の半径方向の位置にある複数の荷電粒子２０６は、更なる磁場力の異なる複数の強度を受け得る。例えば、導体に近位の半径方向位置にある荷電粒子は、導体に遠位の半径方向位置にある荷電粒子と比較して、より大きな磁場力の強度を受け得る。非限定的な例として、導体に近位の半径方向位置にある荷電粒子は、当該荷電粒子に作用する更なる磁場力により過焦点を受け得るが、導体に遠位の半径方向位置にある荷電粒子は、当該荷電粒子に作用する更なる磁場力により不足焦点を受け得る。
【０１０５】
様々な実施形態において、更なる磁場力は、導体により受け取られた電流Ｉに応答して生成され得、これにより更なる（半径方向の）磁場力（Ｂθ）を生成し、磁場力を生成し得る。
【０１０６】
様々な実施形態において、収差補正ユニット２１０の第１の導電素子２１２の長手方向の寸法（または長さ）は、追加の収差補正ユニットの導体の長手方向の寸法（または長さ）よりも大きくなり得る。
【０１０７】
様々な実施形態において、収差補正ユニット２１０の第２の導電素子２１４に印加された（補正器）電圧Ｖｃは、追加の収差補正ユニットの第２の導電部材に印加され得る（補正器）電圧Ｖｃと異なり得る。
【０１０８】
様々な実施形態の文脈で、収差補正ユニット２１０および追加の収差補正ユニットを含む収差補正装置２００は、複数の荷電粒子２０６に関係または関連する色収差および球面収差の同時補正を可能にし得る。様々な実施形態において、収差補正ユニット２１０は、色収差補正ユニットまたは色補正器ユニットであり得るが、追加の収差補正ユニットは、球面収差補正ユニットまたは球面補正器ユニットであり得る。
【０１０９】
様々な実施形態の文脈において、特定の符合に対する荷電粒子（例えば、正帯電または負帯電）については、荷電粒子が印加される電圧Ｖｃの極性または符合に応じて、発散効果または収束効果を受けることがあることを理解されたい。
【０１１０】
様々な実施形態の文脈において、印加された特定の極性または符合（例えば、正または負）の電圧Ｖｃについては、荷電粒子が荷電粒子の極性に応じて発散効果または収束効果を受けることがあることを理解されたい。
【０１１１】
様々な実施形態の文脈において、複数の荷電粒子２０６は、電子（例えば、ビーム２０３および環状ビーム２０４は、電子ビームであってもよい）、またはイオン（例えば、ビーム２０３および環状ビーム２０４は、イオンビーム、例えば、正帯電イオンビームもしくは負帯電イオンビームであってもよい）を含み得る。
【０１１２】
図２Ｂは、様々な実施形態による、複数の荷電粒子の（幾何学）収差を補正するための方法を例示するフロー図２３０を示す。
【０１１３】
２３２において、荷電粒子を含む環状ビームが提供される。
【０１１４】
２３４において、磁場力Ｆｍおよび電場力Ｆｅが生成され、反対方向に向けられて、互いに重畳され、複数の荷電粒子に作用し、複数の荷電粒子の軌道を変更する。磁場力は、半径方向の磁場力であってもよく、電場力は、半径方向の電場力であってもよく、これは、磁場力および電場力が反対の半径方向に作用し得ることを意味する。生成された磁場力および電場力は、環状ビームを横切る方向を持ち得る。生成された磁場力および電場力は、複数の荷電粒子に作用し、複数の荷電粒子に関連する色収差を補正し得る。
【０１１５】
様々な実施形態において、方法は、２３２において収差補正ユニットの第１の導電素子と収差補正ユニットの第２の導電素子との間の収差補正ユニットを通る環状ビームを伝播させる段階を含み得、第２の導電素子は、第１の導電素子を中心として回転対称的に配置され得、収差補正ユニットを通る環状ビームの伝播は、第１の導電素子を中心として回転対称的であり得、２３４において、磁場力および電場力は、第１の導電素子と第２の導電素子との間に生成され得る。
【０１１６】
様々な実施形態において、第１の導電素子と第２の導電素子との間の磁場力Ｆｍが、第２の導電素子から第１の導電素子への方向になるように、第１の導電素子に電流Ｉを印可することにより、磁場力Ｆｍが生成され得る。
【０１１７】
様々な実施形態において、第１の導電素子と第２の導電素子との間の電場力Ｆｅは、電場力Ｆｅが第１の導電素子から第２の導電素子への方向になり得るように、第１の導電素子と第２の導電素子との間に電位差を生成することにより生成され得る。
【０１１８】
様々な実施形態において、環状ビーム中に含まれる複数の荷電粒子のうち、第１の速度ｖ１を有する第１の荷電粒子に対して、磁場力Ｆｍおよび電場力Ｆｅは、（例えば、第１の導電素子への）第１の荷電粒子に作用する第１の合力を生成し、第１の荷電粒子を収束させるべく、協働し得、環状ビーム中に含まれる複数の荷電粒子のうち、第１の速度ｖ１とは異なる第２の速度ｖ２を有する第２の荷電粒子に対して、磁場力Ｆｍおよび電場力Ｆｅは、第２の荷電粒子に作用する第２の合力を生成し、（例えば、第１の導電素子から離れた）第２の荷電粒子を発散するべく、協働し得る。
【０１１９】
第１の荷電粒子の第１の速度ｖ１は、第２の荷電粒子の第２の速度ｖ２よりも高く（すなわち、ｖ１＞ｖ２）、第１の荷電粒子に作用する第１の合力は、第１の荷電粒子に作用する正味の磁場力を含み得、第２の荷電粒子に作用する第２の合力は、第２の荷電粒子に作用する正味の電場力を含み得る。
【０１２０】
様々な実施形態において、方法は、複数の荷電粒子に関連する球面収差を補正する段階を更に含み得る。例えば、これは、複数の荷電粒子の軌道を変更する段階を含み得る。
【０１２１】
図２Ｃは、様々な実施形態による、複数の荷電粒子を使用するデバイス２４０の概略断面図を示す。デバイス２４０、第１の導電素子２１２と、第１の導電素子２１２を中心にして回転対称的に配置された第２の導電素子２１４とを含む、収差補正ユニット２１０と、収差補正ユニット２１０に光学的に連結された環状開口部２０２と、収差補正ユニット２１０に光学的に連結されたレンズ装置２４２とを含み、収差補正ユニット２１０は、収差補正ユニット２１０による環状ビーム２０４の伝播が第１の導電素子２１２を中心にして回転対称的になるように、第１の導電素子２１２と第２の導電素子２１４との間の複数の荷電粒子２０６を有する環状ビーム２０４を伝播させるように配置され、収差補正ユニット２１０は、第１の導電素子２１２と第２の導電素子２１４との間で反対方向に向けられて、互いに重畳された磁場力２１６ａおよび電場力２１６ｂを生成し、複数の荷電粒子２０６に作用し、複数の荷電粒子２０６の軌道を変更するように構成される。
【０１２２】
様々な実施形態において、環状開口部２０２は、収差補正ユニット２１０を介して伝播するための環状ビーム２０４を生成するように配置され得る。図２Ｃに示されるように、これは、環状開口部２０２が収差補正ユニット２１０の前、または収差補正ユニット２１０の入力部側に配置され得ることを意味し得る。しかし、環状開口部２０２は、収差補正ユニット２１０の後ろ、または収差補正ユニット２１０の出力部側に配置され得ることを理解されたい。
【０１２３】
様々な実施形態において、レンズ装置２４２は、収差補正ユニット２１０の後ろに配置され得る。
【０１２４】
様々な実施形態において、レンズ装置２４２は、環状ビーム２０４を集束し、プローブビーム２４４を形成するように構成され得る。
【０１２５】
様々な実施形態において、レンズ装置２４２は、電気レンズ装置または磁気レンズ装置であり得る。
【０１２６】
様々な実施形態において、環状ビーム２０４中に含まれる荷電粒子２０６のうち（から）、第１の速度ｖ１を有する第１の荷電粒子について、磁場力２１６ａおよび電場力２１６ｂは、第１の荷電粒子に作用する第１の（半径方向の）合（または有効）力を生成し、第１の導電素子２１２（または軸２１３）に向かう第１の荷電粒子の軌道（または伝播経路）を変更するべく、協働し得る。これは、第１の合力が第１の荷電粒子を第１の導電素子２１２または軸２１３に収束する収束効果または作用を提供し得ることを意味し得る。
【０１２７】
様々な実施形態において、環状ビーム２０４中に含まれる荷電粒子２０６のうち（から）、第１の速度ｖ１とは異なる第２の速度ｖ２を有する第２の荷電粒子について、磁場力２１６ａおよび電場力２１６ｂは、第２の荷電粒子に作用する第２の（半径方向の）合（または有効）力を生成し、第１の導電素子２１２（または軸２１３）から離れた第２の荷電粒子の軌道（または伝播経路）を変更するべく、協働し得る。これは、第２の合力が第１の導電素子２１２または軸２１３から離れた第２の荷電粒子を発散する発散効果または作用を提供し得ることを意味し得る。様々な実施形態において、第１の荷電粒子が第２の荷電粒子と比較して、より高い速度、従ってより高いエネルギーを有し得るように、第１の速度ｖ１は、第２の速度ｖ２よりも高くなり得る。
【０１２８】
様々な実施形態において、デバイス２４０は、収差補正ユニット２１０に光学的に連結された球面収差補正ユニットを更に含み得る。
【０１２９】
それぞれの構成もしくは構造体、関連する複数の配置および動作を含む環状開口部２０２および収差補正ユニット２１０は、収差補正装置２００の文脈において説明されるようなものであり得ることを理解されたい。
【０１３０】
その構成または複数の構造体、デバイス２４０の他の複数の構造体に対する配置、および動作を含む球面収差補正ユニットが、収差補正装置２００の追加の収差補正ユニットの文脈において説明されるようなものであり得ることを理解されたい。
【０１３１】
様々な実施形態において、デバイス２４０は、顕微法デバイスであり得る。
【０１３２】
様々な実施形態において、デバイス２４０としては、ヘリウムイオン顕微鏡、集束されたイオンビーム列もしくは顕微鏡、走査型透過電子顕微鏡等の高い電圧電子ビームリソグラフィーデバイスもしくは電子顕微鏡が挙げられ得る。
【０１３３】
ここで、例えば、複数の電子顕微鏡における用途のための軸上電極補正器のコンセプトが説明される。
【０１３４】
例えば、本明細書において開示される様々な実施形態は、一次ビームにおいてより広い複数の軸外電子を用いることに基づく、複数の環状電子顕微鏡設計を提供し得る。通常、これらのより広い複数の軸外電子は、従来の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）において、最終孔状開口部により遮断され得る。しかし、様々な実施形態において、複数の電子は、軸上収差補正器（例えば、軸上球面収差補正器）３１０を有するプローブ形成電子／イオン顕微鏡の最終段３００に関する、図３の概略図において示されるように、交叉点３０１から環状開口部３０２を通過し、環状電子ビーム３０４を形成し、次に中心に（例えば、軸３１３に沿って）配置された電極またはワイヤ３１２を有し得る収差補正ユニット３１０（または補正器ユニットもしくは補正器レンズユニット）に入り得る。環状開口部３０２は、収差補正ユニット３１０の一部を形成し得、または収差補正ユニット３１０の外部にあり得る。様々な実施形態において、プローブ電流は、孔状開口部と比較して、環状開口部３０２の伝播面積における増大により、増大し得る。
【０１３５】
軸上電極／ワイヤ３１２は、対物レンズ３０６の球面収差を補正する複数の場状況を生成することが可能であり得るが、環状開口部３０２は、従来の孔状開口部（例えば、図１のような）よりも、電子ビーム３０３の伝播のための遥かに広い面積を提供し得る。電極／ワイヤ３１２を中心にして回転対称的なチューブ導体３１４が存在し得る。対物レンズ３０６は、電気レンズであってもよい。対物レンズ３０６は、３つの電極３２０ａ、３２０ｂ、３２０ｃを含み得、電極３２０ａ、３２０ｃは、０Ｖに維持され得るが、電極３２０ｂには、電圧ＶＦが印加され得る。対物レンズ３０６は、例えば、電極３２０ａ、３２０ｂ、３２０ｃの電圧を制御することにより、（環状）電子ビーム３０４を焦点３０８に集束させ、プローブビームを形成し得る。従って、この装置は、高い空間分解能を高いプローブ電流、と組み合わせることが可能であり、これは、従来の複数の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）において得ることが可能でないことである。
【０１３６】
図４Ａおよび４Ｂは、様々な実施形態による、電気（静電）補正器ユニット４００（例えば、軸上球面収差電極補正器の電気的設計）、および磁気補正器ユニット４２０（例えば、軸上球面収差電極補正器の磁気的設計）のそれぞれの概略断面図を示す。様々な実施形態による収差補正装置（例えば、図３の３１０）は、環状開口部（図４Ａおよび４Ｂにおいて図示せず。図３の環状開口部３０２を参照されたい）および収差補正ユニット４００、４２０を含み得る。
【０１３７】
図４Ａに示される電気補正器の場合（例えば、軸上電極球面収差静電補正ユニット４００）、静電補正器ユニット４００は、０ボルトの軸上ワイヤ電極（例えば、第１の導電部材）４１６を有する同軸ケーブルレイアウトに類似し得、電場は、エンドフリンジフィールド効果（ｅｎｄ  ｆｒｉｎｇｅ  ｆｉｅｌｄ  ｅｆｆｅｃｔ）を無視し、半径に反比例し得る。同軸半径方向の電場Ｅｒは、軸上電極４１６（例えば、０ボルトの軸上電極または第１の導電部材）と補正器電圧Ｖｃを有するデフレクタチューブ（例えば、内側デフレクタ電極４１４、例えば、第２の導電部材）との間に生成され得る。通常、中心電極４１６の半径は、２０〜１００μｍで変動し得、場のない領域（図４Ａでは図示せず）で補正器４００の端部における複数の半径方向の支持により、静電補正ユニット４００の回転軸４１７に沿って中心に保持され得る。アセンブリ全体は、数ミリメートルの長さであってもよい。補正ユニット４００を製造する１つの可能な態様は、エレクトロメカニカルシステム（ＭＥＭＳ）技術によるものであり得る。補正器４００内の半径方向の電場は、補正器４００を通って移動する電子ビーム４１０上で半径方向の力Ｆｒを生成し得る。１つの電子経路（ビーム４１０により表される）は、図４Ａにおいて補正器４００の上半分を通して示されるが、ビーム４１０は、補正器４００の下半分を通しても伝播することを理解されたい。例えば、ビーム４１０は、軸上電極４１６を中心にして回転対称的であってもよい。様々な実施形態において、電子ビーム４１０に関連する球面（Ｓ）収差は、電気補正器ユニット４００により減少し得る。
【０１３８】
また、図４Ｂの概略図において示される磁気補正器ユニット（例えば、軸上電極球面収差磁気補正ユニット４２０）は、（補正器４２０の回転軸４２７に沿った）中心にワイヤ（例えば、軸上電流搬送ワイヤ４２６。導体）を有し、この場合のみ、ワイヤ４２６は、電流Ｉを搬送し、これにより、ワイヤ周囲に磁場（例えば、図４Ｂの概略図に正接磁場Ｂθとして示される）を生成する。換言すれば、軸上電流搬送ワイヤ４２６は、強度が半径にも反比例し得る円形の磁場（アンペールの法則）を生成し得る。
【０１３９】
磁気補正器４２０における電子ビーム４２２に対して後に生じるローレンツ力は、電気補正器の場合のように半径方向のもの、Ｆｒであり得る。磁気補正器４２０の端部において、電流は、複数の半径方向のスポーク導体（図示せず）を通って電流源４３０に移動し得る。図４Ｂが断面図を例示する場合には、２つの電流源が図４Ｂに示されるが、２つの電流源４３０が本質的に、ワイヤ４２６を中心にして回転対称的である１つの電流源を表すことを理解されたい。電子ビーム４２０に対する端部の半径方向の効果は、キャンセルすることが予期され得る。磁気補正器の両端部における複数の半径方向の電流は、互いに反対方向だからである。１つの電子経路（ビーム４２２により表される）は、図４Ｂにおいて補正器４２０の上半分を通して示されるが、ビーム４２２は、補正器４２０の下半分を通しても伝播することを理解されたい。例えば、ビーム４２２は、導体４２６を中心にして回転対称的であってもよい。様々な実施形態において、電子ビーム４２０に関連する球面（Ｓ）収差は、磁気補正器ユニット４２０により減少し得る。
【０１４０】
電気および磁気補正器４００、４２０の双方については、それらの端部におけるフリンジフィールド効果は、自身を通る経路長を、主補正場の経路長に比較して小さくすることにより最小化し得る。双方の場合において、一次電子／イオンビームに適用される、補正器ユニットの集束レンズ作用の強度は、対物レンズの過焦作用と反対の半径の関数としてとして減少し得、対物レンズの強度は、半径と共に増大する。このように、対物レンズの球面収差効果は、低減され得る。これらの補正器（例えば４００、４２０）は、環状開口部幅を減少させることでより有効になる。補正器が一次ビームに対する発散または収束作用を必要とするか否かは、一次ビームの入射角度および作業距離に依存するが、これは、補正器が半径の関数として、磁場強度を低下させることにより実現された球面収差補正をどのように補正するかについての理解には重要ではない。図４Ａおよび４Ｂにおいて示される補正器４００、４２０は、ヘリウムイオン顕微鏡等、球面収差が優勢であり得る（低い回折および色収差）複数の状況において用途を有し得る。
【０１４１】
図５は、電気／磁気対物レンズ内で磁場強度が変動する態様と比較して、補正器ユニット４００または４２０のいずれか（ＥｒまたはＢθのいずれか）における磁場強度が半径にどのように依存するかを例示するプロット５５０を示す。図５において、結果５５２は、従来のレンズの半径方向の場に対する半径の関係を示すが、結果５５４は、様々な実施形態の軸上電極／ワイヤレンズの半径方向の場に対する半径の関係を示す。４１６または４２６として表される構造体は、軸上電極４１６（図４Ａ）または導体４２６（図４Ｂ）を指す。
【０１４２】
周知の同軸電場ソリューションＥｒまたは電流搬送ワイヤの周囲で生成される正接磁場（アンペール周回積分の法則）Ｂθの双方は、半径ｒに反比例し得、ｃ／ｒの形式を取り得、式中、ｃは定数であるが、電気または磁気対物レンズ内の磁場強度（例えば、場の半径方向の成分）は、半径と共に増大する。対物レンズにおける球面収差は、異なる半径で移動する複数の電子により受けられる異なる集束作用から生じ得る。例えば、複数のより広い角度の電子は、より大きな半径経路に沿って移動し得、従ってより狭い角度のものより強い複数の場を通って移動し得る。より広い角度の電子に対するより強い集束作用の結果として、軸上のより広い角度の電子に対する焦点は、複数のより狭い角度の電子に対する焦点の前に生じ得、これは、球面収差の半径を生じさせる。（複数の電極が軸外に位置するので）磁場強度が中心領域で低下する対物レンズの状況とは異なり（例えば、結果５５２を参照されたい）、補正器ユニット４００、４２０における磁場強度は、対向方向に変動し得る。例えば、磁場強度は、半径がより小さくなると、増大し得る（例えば、結果５５４を参照されたい）。これは、例えば、軸上電極／ワイヤ４１６、４２６の存在により可能とされ得る。従って、複数のより広い角度の電子（より大きな半径で移動する）が複数のより狭い角度の電子より高い半径方向の力を受け得る対物レンズにおける状況とは異なり、補正器ユニット４００、４２０を通る複数のより広い角度の電子は、より狭い角度のものより小さい半径方向の力を受けることがあり、このように、対物レンズの球面収差効果は、補正器ユニット４００、４２０により低減され得る。
【０１４３】
どの程度で対物レンズの球面収差が環状開口部（例えば、３０２）と共に作用する軸上電極補正ユニット（例えば、４００、４２０）により補正されるかは、単純なテスト例にダイレクトレイトレーシングを実行することにより例示され得る。図６の概略図６００において示される静電アインツェル対物レンズ６０６（例えば、単純な静電アインツェル対物レンズ列または電気加速アインツェル対物レンズ）は、ダイレクトレイトレーシングについて考慮され得る。
【０１４４】
６つの電子は、少なくとも実質的に均一な複数の間隔で、５０〜６０μｍ（内半径＝５０μｍ、外半径＝６０μｍ）の環状開口部６０４を通過し得、フィールドエミッタのカソード先端部を離れ得る。カソード先端部の半径は、５０ｎｍに設定され得る。
【０１４５】
環状開口部（約５０〜６０μｍ）６０４および静電補正器ユニット（もしくは静電補正器）６１２は、１０ｋＶの電界放出源（例えば、ポイント・カソードガン６０９）から約５ｃｍに位置し得、対物レンズ６０６の第１の電極から約２０ｍｍの距離である。
【０１４６】
対物レンズ６０６の中間電極は、２０ｋＶ（ＶＦ）に設定され得、これにより最後の対物レンズ電極の上方６．５３ｍｍに焦点を形成し得る（作業距離）。ポイント・カソードガン６０９、環状開口部６０４、静電補正器ユニット６１２、対物レンズ６０６、および標本（０Ｖ）６０３は、回転軸６０７に沿って互いに対して整合され得る。この場合、電界放出電子ガン、またはより詳細には、電界放出ガンの先端部は、約５μｍの高さになるようにモデル化され得、約５０ｎｍの先端部半径を有する。しかし、類似の複数の球面収差結果は、複数の電子が１０ｋＶの地源を離れることを仮定することにより得られ得る。電界放出ガンをシミュレーションモデルに含むことにより、球面収差補正器６１２がどのように他の収差、例えば色軸上収差に影響し得るかについて、より現実的な予測を可能にし得る。
【０１４７】
複数のシミュレーション（ダイレクトレイトレーシングシミュレーション）は、市販のソフトウェアプログラムであるＬｏｒｅｎｔｚ  ２ＥＭ（カナダのＩｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  Ｓｏｆｔｗａｒｅ）により実行され得る。プログラムは、回転対称形状（２次元）を有する複数の場を算出し得、補正器ユニットにおける端部効果等、３次元のあらゆる複雑な問題を無視し得る。補正器の複数の端部プレートにおける半径方向の支持に起因するビーム電流の任意の損失は、小さくて無視されるものと仮定され得る。
【０１４８】
カソード先端部から均一に分散された複数の放射角度に対する約０．２ｅＶの単一エネルギーにおける６つの光線は、環状開口部６０４を通るようにプロットされ得、補正器ユニット６１２におけるＶｃの値は、最終スポットサイズの二乗平均平方根（ＲＭＳ）値が最小化され得るように、調整され得る。最終的な準角への球面収差半径依存性は、環状開口部の４つの異なる寸法１０〜２０、３０〜４０、５０〜６０、および７０〜８０μｍについて調査されてもよく、複数の結果は、同一の伝播電流をもたらす、対応する複数の孔状開口部（それぞれ、約１７．３２μｍ、約２６．４５μｍ、約３３．１μｍ、および約３８．７２μｍ）の収差特性と比較される。
【０１４９】
図７は、同一の電流または同一のビーム電流（０〜約３８．７２μｍ）をもたらす孔状開口部に対する（従来の）未補正球面収差についての複数の結果（結果７５２を参照されたい）と共に、７０〜８０μｍの環状開口部に対する最終準角の関数としてシミュレートされた補正済み最適化球面収差半径（結果７５４を参照されたい）を例示するプロット７５０を示す。通常、補正済み球面収差半径のＲＭＳ値（１．７５ｎｍ）は、従来の対応物（１８．５ｎｍ）よりも低い、ほぼ１桁の大きさであり得、約９ｍｒａｄの準角付近に中心があり得る。
【０１５０】
補正器電圧は、ＲＭＳ半径を最小化するように調整され得、Ｖｃ＝−１４．３ボルトであると認められ得る。
【０１５１】
図８Ａは、補正済み最適化球面収差半径が環状開口部の寸法を減少させるとどのように低下するかを例示するプロット８５０を示す一方、図８Ｂは、対応する補正器電圧（Ｖｃ）を環状開口部の平均半径の関数として例示するプロット８７０を示す。図８Ａにおいて、結果８５１は、１０〜２０μｍの環状開口部の寸法についてのものであり、結果８５３は、３０〜４０μｍの環状開口部の寸法についてのものであり、結果８５５は、５０〜６０μｍの環状開口部の寸法についてのものであり、結果８５７は、７０〜８０μｍの環状開口部の寸法についてのものである。図８Ｂにおいて、補正器電圧の大きさ（負の極性）は、環状開口部の平均半径が増大すると、べき指数的に増大し得る。
【０１５２】
図９Ａは、ＲＭＳ球面収差半径と（１０〜２０μｍの開口部への）正規化電流との間の複数の関係を例示するプロット９５０を示す。ビームの複数の変動は、異なる開口部の寸法を用いることにより生じ得る。補正済み球面収差半径は、著しく縮小するが（結果９５４を参照されたい）、従来の孔状開口部（結果９５２を参照されたい）に対する利点は、例えば、図９Ａの（３０〜４０μｍの環状開口部についての）表示９５３に沿って、（５０〜６０μｍの環状開口部についての）表示９５５および／または（７０〜８０μｍの環状開口部についての）表示９５７と比較して、（１０〜２０μｍの開口部に正規化された）相対的伝播ビーム電流の関数としてのＲＭＳ球面収差半径により示された小さい複数の開口部の寸法に対してあまり顕著ではないことがある。これは、予期され得る。従来の場合に、球面収差はθ３に比例し、準角と共に急激に低下し得るからである。図９Ａに示された複数の結果の意義は、補正済みの球面収差が増大する環状開口部の寸法（プローブ電流）と共に比較的緩慢に、従来の場合よりも遥かに緩慢に増大し得ることである。これらの結果は、他の複数の収差からの寄与が相対的に低くなり得る状況において、様々な実施形態による、環状開口部を用いた軸上電極補正の方法が高い空間分解能を高い伝播電流と組み合わせることが可能となり得ることを予測させ得るものであり、これは、従来の複数の走査電子顕微鏡システムにおいて行うことは可能ではないものである。
【０１５３】
従来の複数の走査電子顕微鏡に対する、様々な実施形態による補正方法の別の重要な利点は、ＲＭＳ球面収差半径と作業距離との間の複数の関係を例示する、図９Ｂのプロット９７０に示される作業距離への依存性であり得る。環状開口部の寸法を増大させると、補正済み球面収差半径は、増大する作業距離に対して比較的緩慢に増大することが認められ得る。（結果９７４を参照されたい）。作業距離における４倍の増大に対しては、予測された補正済みＲＭＳ球面収差半径は、約０．７ｎｍだけ増大し得るが、従来の場合（結果９７２を参照されたい）、ＲＭＳ球面収差半径は、約８．８５ｎｍだけ増大し得る。これらのシミュレーション結果は、収差補正方法が大きな作業距離については従来の複数のシステムに対する利点を維持し得ることが予測され得る。
【０１５４】
軸上の電気球面収差補正器がどのように他の複数の軸上収差に影響し得るかについての問題は、考慮される必要があり得る。最終的な準角拡散は、このテスト例において約１ｍｒａｄだけ減少するので（図７および８Ａを参照されたい）、回折収差が増大することが予期され得る。それは、従来の複数の走査電子顕微鏡における最終的な準角拡散に反比例するからである。しかし、この場合の回折収差は、焦点における中心放射線の準角がゼロにならないことがあるので、異なる形状を取り得る。７０〜８０μｍの環状開口部の場合、中心放射線の準角は、約９ｍｒａｄになり得る。そのような条件下で、電子源がコヒーレントである限り、そして電界放出ガンの場合にそうであるが、回折収差を決定するのは中心放射線の準角であり得、従って、回折収差は、相対的に小さくなり、例えば、ナノメートル未満の範囲になることが予期され得る。しかし、インコヒーレントなタングステンガン走査電子顕微鏡については、そのような例における回折収差（１０ｋＶ、１ｍｒａｄの準角拡散）は、約３．６７ｎｍになり得る。
【０１５５】
軸上電極球面収差補正器は、増大する色収差の効果を有し得る。補正手順は、最終焦点における最終準角θを拡大させることを伴い得るからである。これは、１０‐５の相対エネルギー拡散が指定され得る、球面収差半径と最終的準角との間の複数の関係を例示する図１０のプロット１０５０により示され得る。図１０において、結果１０５１および結果１０５２は、それぞれ、１０〜２０μｍの環状開口部の寸法に対するゼロ（０）および１０‐５の相対エネルギー拡散についてのものであるが、結果１０５３および結果１０５４は、それぞれ、３０〜４０μｍの環状開口部の寸法に対するゼロ（０）および１０‐５の相対エネルギー拡散についてのものであり、結果１０５５および結果１０５６は、それぞれ、５０〜６０μｍの環状開口部の寸法に対するゼロ（０）および１０‐５の相対エネルギー拡散についてのものであり、結果１０５７および結果１０５８は、それぞれ、７０〜８０μｍの環状開口部の寸法に対するゼロ（０）および１０‐５の相対エネルギー拡散についてのものである。図１０から認められ得るように、ＲＭＳの収差半径は、色収差を有しない約１．７５ｎｍと比較して、約３．５５ｎｍになるものとシミュレートされ得る。この色効果は、より高い一次ビーム電圧で動作し、またはエネルギーモノクロメータを用いることにより更に低減され得る。相対的に小さい軸上色収差を有する複数の走査電子顕微鏡は、Ｅビームリソグラフィーおよび走査透過電子顕微法（ＳＴＥＭ）に用いられる１００〜３００ｋＶの列であってもよい。球面収差を補正するための軸上電極／環状開口部の方法は、高いプローブ電流および高い空間分解能の双方を得るべく、これらの列に適用され得る。
【０１５６】
環状列設計は、複数のベータ線分光計、ならびに複数の電子顕微鏡の球面収差を補正することの文脈において存在し得る。電子顕微法（またはイオン顕微法）の文脈において、環状球面収差補正方法の限界は、同一の最終プローブ電流に対する限界であり得、色収差が増大し得る。これは、環状システムが従来の軸上システムと比較して、標本においてより大きい準角を用いることを必要とすることがあり、色収差が最終的準角の大きさと直に調整され得るからであり得る。複数の環状システムにおいて球面収差を補正することが原理上可能であり得るが、そのような複数の環状システムは、同一の最終プローブ電流のための従来の複数の軸上システムと比較して、より高い水準の色収差を有し得ることは当然であり、従って、複数の環状システムにおける球面収差の補正は、類似する従来の複数の軸上電子顕微鏡システムのものよりも小さいプローブ寸法を必ずしも有し得る訳ではない。複数の環状電子顕微鏡に対する収差補正の遥かに有効な方法は、球面および色収差の双方の同時補正を必要とし得る。
【０１５７】
様々な実施形態の軸上電極のコンセプトは、対物レンズの色収差を補正する可能性を提供し得る。換言すれば、様々な実施形態は、色収差を補正する方法を提供し得る（例えば、図１１の（Ａ）および／または（Ｂ）を参照されたい）。これは、電気および磁気補正器の場を重畳し、これらを１つのユニットに統合することにより実行され得る。この場合に、（色）収差補正ユニット１１００、１１２０について図１１の（Ａ）および（Ｂ）に例示的に示されるように、電気的補正力の符合Ｆｅは、第１の導電素子１１１２から第１の導電素子１１１２を中心にして回転対称的に配置され得る第２の導電素子１１１４へと、半径方向に外側に向き得るが、磁気補正力Ｆｍの方向は、第２の導電素子１１１４から第１の導電素子１１１２へと半径方向に内側に向き得る。例示される重畳済みの磁場および電場と共に色収差補正ユニット１１００、１１２０において示されるように、力ＦｅおよびＦｍは、特定角度における複数の電子またはイオンに対する正味の力（環状開口部の最小半径（図示せず）を通過するもの等）がゼロになり得るように調整され得る。環状開口部が例えば、図３に示されるものと類似した配置で提供され得ることを理解されたい。
【０１５８】
図１１の（Ａ）において、電子ビーム１１１０は、第１の導電素子１１１２と第２の導電素子１１１４との間で、ｚ方向の回転軸１１０７に対して色収差ユニット１１００を通って移動し得る。電流Ｉは、Ｆｍを生成するように、色収差補正器ユニット１１００の第１の導電素子（例えば、軸上電極）１１１２および第２の導電素子（例えば、軸外電極）１１１４を通って流れるように提供され得る。補正器電圧（Ｖｃ）は、Ｆｅを生成するように、第２の導電素子１１１４に適用され、第１の導電素子１１１２導電素子と第２の導電素子１１１４との間で電位差を生成し得る。１つの電子経路（ビーム１１１０により表される）は、図１１の（Ａ）において補正器１１００の上半分を通して示されるが、ビーム１１１０は、補正器１１００の下半分を通しても伝播することを理解されたい。例えば、ビーム１１１０は、第１の導電素子１１１２を中心にして回転対称的であってもよい。
【０１５９】
図１１の（Ｂ）において、電子ビーム１１３０は、第１の導電素子１１１２と第２の導電素子１１１４との間で、ｚ方向の回転軸１１２７に対して色収差ユニット１１２０を通って移動し得る。電流Ｉは、Ｆｍを生成するように、色収差補正器ユニット１１２０の第１の導電素子（例えば、軸上電極）１１１２を通って流れるように提供され得る。補正器電圧（Ｖｃ）は、Ｆｅを生成するように、第２の導電素子１１１４に適用され、第１の導電素子１１１２導電素子と第２の導電素子１１１４との間で電位差を生成し得る。１つの電子経路（ビーム１１３０により表される）は、図１１の（Ｂ）において補正器ユニット１１２０の上半分を通して示されるが、ビーム１１３０は、補正器ユニット１１２０の下半分を通しても伝播することを理解されたい。例えば、ビーム１１３０は、第１の導電素子１１１２を中心にして回転対称的であってもよい。
【０１６０】
ユニット１１００、１１２０における電子軌道に沿った任意の地点に沿う磁場Ｂθの強度は、半径方向の電場Ｅｒに関して複数の運動方程式、および補正器ユニット１１００、１１２０の入口における最小角度の電子速度ｖｚ０のｚ成分から専ら導かれ得、従ってＢθ＝Ｅｒ／ｖｚ０である。軸（ｚ）に沿った距離の関数として、電場（Ｅｒ）および磁場Ｂθの双方がユニットの端部において変動する態様は、一致し得る。ここで、複数のフリンジフィールドにおける不一致の効果は、小さく保持され得ると仮定され得る。補正器１１００、１１２０を通過する複数の電子の角拡散が相対的に小さい限り、それらに作用する正味の半径方向の力は存在しない。しかし、電子はエネルギー拡散を有し得るので、速度のｚ成分における変動から生じる半径方向の力が存在し得る。電子がｚ方向に速度ｖｚで移動する場合、電子が受ける半径方向の力ΔＦは、−ｅ（ｖｚ−ｖｚ０）Ｂθにより与えられ得、式中、ｅは、電子の電荷である。図１１の（Ｃ）は、軸上電極色補正ユニット（例えば、図１１の（Ｂ）におけるように）のｚに沿ったＥｒまたはＢθの動作を例示するプロット１１５０を示す。
【０１６１】
複数のより速い電子は、より高い内側力を受け得るが（Ｆｍは、軸の方を向くので）、複数のより遅い電子は、外側の半径方向の力を受け得る。これは、対物レンズの集束作用と反対であり得、複数のより速い電子は、複数のより遅い電子よりも弱い集束作用を受け得る。従って、重畳済みの磁場および電場を有する色収差ユニット１１００、１１２０の場合には、混合場の軸上電極補正器１１００、１１２０は、対物レンズの色収差を補正することが可能であり得る。より高いエネルギーの複数の電子は、より低いエネルギー電子よりも（レンズから）離れて遠くに集束され得る。補正器１１００、１１２０は、複数のより高いエネルギー電子（ｖｚ０よりも速い）の収束作用、および複数のより低いエネルギー電子（ｖｚ０よりも遅い）の発散作用を提供し得、このようにして、補正器１１００、１１２０内の電場および磁場強度の双方を好適に調整することにより、対物レンズの色収差は、補正され得る（例えば、同時に補正される）。
【０１６２】
色収差の有効性は、球面収差と共に、単純な加速アインツェル対物レンズのシミュレーション例（例えば、図６に説明されるように）について例示され得る。一例は、例えば、収差補正ユニット１２０５、１２０７を有する電子／イオン顕微鏡におけるプローブ形成のための最終段１２００を例示する、図１２Ａの概略断面図において示されるように提供され得る。この例において、１ｋｅＶ電子ビーム１２０１は、球面収差補正ユニット１２０５から約１００ｍｍに位置する単純な点源１２０２により生成され得、アインツェルレンズ１２０６における電圧は、２ｋＶに設定され、標本１２０３に対して、最後のレンズ電極から約５．６５ｍｍの最終合焦点を生成し得る。対物レンズ１２０６の第１のレンズ電極は、最後のレンズ電極から約１０ｍｍであり得る。（約２０．６ｍｍの長さの）色収差補正器１２０７は、（約１．６ｍｍの長の）球面収差補正器ユニット１２０５の直ぐ後ろに配置され、環状開口部１２０４は、球面収差補正器ユニット１２０５の前に提供され得る。補正器１２０５、１２０７の双方の場は、複数の単純な解析表現により生成され得る。電気の場合に、各補正器１２０５、１２０７の本体において、非常に長い同軸のソリューションが用いられ得、非常に長い電流搬送ワイヤの周囲において、アンペールの周回積分の法則は、磁気の場合に用いられ得る。各ユニット１２０５、１２０７の端部において、［１＋（ｄｚ／ａ）２］−２の関数の低下が用いられ得、式中、ｄｚは端部からの距離であり、「ａ」は、どのくらい急速に複数の関数が低下するかを指定する定数である。この単純な例において、中心のワイヤ（例えば、第１の導電素子）および外側チューブ（例えば、第２の導電素子）の直径は、それぞれ、約１００μｍおよび約２００μｍであり得、ａ＝５０μｍであり、通過半径が７０〜８０μｍで変動し得る環状開口部が指定され得る。このテスト例のシミュレーションは、複数の有限素子磁場解析プログラムおよびダイレクトレイトレーシングソフトウェアにより実行され得る。最終準角の関数としてのプローブ寸法（例えば、プローブ半径）の複数のシミュレーション結果は、ＶＣ１（補正器電圧）＝−０．００２１７Ｖ（球面補正器１２０５における）、およびＶＣ２（補正器電圧）＝０．１４４Ｖ（色補正器１２０７における）の最適化電位について、図１２Ｂのプロット１２５０に示される。より具体的には、図１２Ｂは、０．５ｅＶの半値全幅（ＦＷＨＭ）エネルギー拡散を用いる１ｋｅＶ列のテスト例のために組み合わされた色および球面収差補正器のシミュレーション例を示す。図１２Ｂは、約３８．７３μｍの従来の孔状開口部についての結果１２５２、および様々な実施形態の７０〜８０μｍの補正済みの環状開口部についての結果１２５４を示す。０．５ｅＶ（±０．２５ｅＶ）のＦＷＨＭエネルギー拡散については、組み合わされた球面および色収差補正の平均二乗平均平方根（ＲＭＳ）半径は、未補正の場合（同一のプローブ電流をもたらす孔状開口部）に対してよりも５倍を超えて小さくなり得ると予測され得る。
【０１６３】
色収差補正器１２０７において必要とされる励起強度は、球面収差補正器１２０５に対するものよりも数桁大きくなり得る。実際には、色補正器１２０７の長さは、中心電流搬送ワイヤ（例えば、図１１の（Ａ）、（Ｂ）の１１１２）における熱密度限界を回避するべく、十分に大きくさせる必要があり得る。この例において、１００μｍ直径の電流搬送ワイヤは、銅について通常は所与の４Ａｍｍ−２の限界を超える、約７．０７Ａｍｍ−２の電流密度を生成し得る、約５５．４ｍＡを導電する必要があり得る。しかし、補正器１２０７の半径方向の複数の寸法が、スケールアップされ得る。１４０μｍ直径の中心のワイヤ（例えば、図１１の（Ａ）、（Ｂ）の１１１２）（および２８０μｍのチューブ直径、例えば図１１の（Ａ）、（Ｂ）の１１１４）については、電流密度は、約３．５９Ａｍｍ−２に低下し得る。中心のワイヤの最大直径は、環状開口部の内半径により決定され得る。列の光学系に依存するイオンビームの色収差補正については、色補正器の長さを単に増大させることは、可能でないことがあり、この場合、超導電性中心ワイヤ電極を用いる等、必要とされる電流密度を得る他の手段が必要とされ得る。球面収差補正器および色収差補正器の双方を有することにより、例えば、複数の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）において高い空間分解能および高いプローブ電流を有することが可能となり得る。
【０１６４】
説明されるように、様々な実施形態は、複数の軸上電極レンズを用いて、電子またはイオンプローブ形成顕微鏡の球面および色収差の双方を補正するための方法を提供し得る。色および球面収差の双方を補正することにより、この設計は、同一のプローブ電流に対して従来の電子／イオンプローブ形成顕微鏡により得られ得るものよりも著しく小さくなったプローブの最終的寸法を有するものと予測され得るが、または逆に、同一のプローブの最終的寸法に対してより大きな最終プローブ電流を有することが予測され得る。本方法は、球面収差ユニットと共に色収差補正器ユニットを用いることに基づき得る。
【０１６５】
図１３Ａは、単純な加速アインツェル対物レンズのシミュレーションの球面収差と共に色収差の有効性を例示する、電気加速アインツェル対物レンズに対する色および球面収差補正を用いる装置１３００の別の例の概略断面図を示す。図１３Ａのこの例において、１ｋＶ電子ビーム１３０１は、色収差補正ユニット１３０７から約５０ｍｍに位置する単純な点源１３０２により生成され得、アインツェルレンズ１３０６における電圧は、２ｋＶに設定され、標本１３０３において、対物レンズ１３０６の最後のレンズ電極から約６．３６ｍｍの最終焦点を生成し得る。電気球面収差補正器１３０５（約１．６ｍｍの長さを有する）は、色収差補正器ユニット１３０７（約１０．６ｍｍの長さを有する）の直ぐ後ろに配置され得る。色および球面収差の双方を補正するための手順は、まず、電圧／電流励起を色補正器１３０７に印加し、次いで励起を球面補正器１３０５に印加し、最小のスポットサイズを得て、次にこのサイクルを反復し、各段階で全体としてのプローブ寸法をモニタリングし、プローブ寸法が最小化される複数の条件に到達することであり得る。
【０１６６】
補正器１３０５、１３０７の双方の場は、非常に長い同軸のソリューションおよびアンペールの周回積分の法則に関する図１２Ａにおける上記の同一の複数の単純な解析表現により、生成され得る。この例（図１３Ａ）において、図１２Ａと同様に、中心のワイヤ（例えば、図１１の（Ａ）、（Ｂ）の１１１２）および電気デフレクタ（例えば、図１１の（Ａ）、（Ｂ）の１１１４）の直径はそれぞれ、約１００μｍおよび約２００μｍであり得、ａ＝５０μｍであり、通過半径が７０〜８０μｍで変動する環状開口部が指定され得る。まず、電気球面補正器１３０５に対する電圧が調整され、色補正を用いずに出力スポットサイズを最小化し得る。
【０１６７】
図１３Ｂは、色収差補正を用いた場合（補正済み）、および色収差補正を用いない場合（未補正）の加速アインツェル対物レンズテスト例（例えば、図１３Ａ）の色および球面収差補正に対する最終的準角のシミュレートされた収差半径依存性を例示する、プロット１３５０を示す。約２．７４５ｎｍの二乗平均平方根（ＲＭＳ）の半径を低減するには、約−０．００３７９Ｖのみが必要とされ得る（球面収差補正を用いずに、約５３．３ｎｍから低下する）。これらの条件下で、電子ビームにおける（１ｋｅＶに対する）０．２５ｅＶのエネルギー拡散について、最終スポットのＲＭＳ半径は、約３７．３６ｎｍになることが認められ得るが、−０．２５ｅＶに対しては、最終スポットのＲＭＳ半径は、約３５．６ｎｍになり得る。次に、色収差ユニット（例えば、１３０７）における場の複数の強度は、徐々に増大し得るので、最終スポットサイズに対する効果を注意深くモニタリングする。最終スポットの色収差部分は、減少し得る。最小の最終スポットサイズの複数の条件は、約０．３６Ｖの電気デフレクタ電圧Ｖｃ（軸上ワイヤにおいて約１３８ｍＡの電流）について見出され得、最終スポットのＲＭＳ半径は、エネルギー拡散がない場合に約３ｎｍであり、０．２５ｅＶのエネルギー拡散に対して約５．３１ｎｍであり、−０．２５ｅＶのエネルギー拡散に対して約４．４７ｎｍであると認められ得る。色収差の効果は、エネルギー拡散のない場合のスポットサイズを拡大させたのみならず、エネルギー拡散に対してスポットサイズを非対称的にした可能性がある。しかし、球面収差補正器（例えば、１３０５）において、電気デフレクタの電圧を約−０．００３７５Ｖに微調整することにより、最終ＲＭＳスポット半径は、エネルギー拡散がない場合に約２．８ｎｍに、０．２５および−０．２５ｅＶのエネルギー拡散に対して約４．８１ｎｍに低減され得る。色収差補正器（例えば、１３０７）は、小量の球面収差を付加するが、球面収差補正器のデフレクタ電圧を微かに調整することにより、補正され得ることが示され得る。図１３Ｂの複数のシミュレーション結果は、色収差補正がこの単純な例について最終スポットサイズを約１桁低減することが予期され得、エネルギー拡散の合計が、約６．３６ｍｍの作業距離での１ｋＶのビーム集束において０．５ｅＶになり得ることを示す。
【０１６８】
色収差補正が球面収差補正よりも遥かに高い複数の磁場強度を必要とし得ることを認識することが重要となり得る。双方の補正器の長さが同一に保持される場合、色収差補正器ユニット（例えば、１３０７）におけるデフレクタ電圧Ｖｃは、通常、電気球面収差補正器（例えば、１３０５）についてよりも２〜３桁大きくなり得る。これは、ビーム電圧、色収差補正器の長さ、および中心電流搬送ワイヤの直径に応じて、ワイヤ中において非実用的な電流密度をもたらし得る。一方、色収差補正器の長さは、これを補正するように増大し得る。例えば、本例において、２２．３２ｍｍの長を有する１４０μｍの軸上直径ワイヤ（例えば、図１１の（Ａ）、（Ｂ）の１１１２）は、４Ａ／ｍｍ２の電流密度をもたらし得る。
【０１６９】
図１３Ｂに示される複数の色収差補正の結果は、従来の対応物の色収差と比較され得る。従来の場合、１ｋＶのビームは、補正器ユニットが存在せず、約３８．７２μｍの孔状開口部の半径を通って移動し得る（７０〜８０μｍの環状開口部と同一のビーム電流をもたらす）。約５ｍｒａｄの最大準角は、標本において生成され得、半径は、０．５ｅＶのエネルギー拡散（−０．２５〜０．２５ｅＶ）に対して約３８ｎｍだけ変化する。これを、最大準角拡散（約１．３ｍｒａｄ）の軸上電極収差の補正列の半径に対する対応する７．３ｎｍの変更と比較すると、最終スポット半径に対する５倍（またはこれを超える）よりも良好な改善が実現され得る。これらのシミュレーション結果は、様々な実施形態による軸上電極収差補正方法が存在する従来の複数の走査電子顕微鏡よりも良好な空間分解能およびプローブ電流の組み合わせを提供し得ることを予測し得る。
【０１７０】
準角θ１およびθ２を算出する半径Ｒ１およびＲ２を有するリング開口部の波数ｋを伴う焦点平面における半径ｒにおける回折収差Ｍ（ｒ）のおおまかな概算は、円形形状の開口部について、（方程式（１）に示される）周知のフラウエンホーファーの式を用いることにより推定され得、
【数１】
0006747687.tif 000002
式中、Ｍ（０）は、軸上（ｒ＝０）の回折パターン値であり、Ｊ１は、１次の第１種ベッセル関数であり、ε＝Ｒ１／Ｒ２であり、Ｘ２＝ｋｒｓｉｎθ２であり、Ｘ１＝ｋｒｓｉｎθ１である。
【０１７１】
上記の関数は、正規化強度パターン［Ｍ（ｒ）／Ｍ（０）］２に変換され得、半径の関数としてとして積分され、電流合計の５０％を含む回折半径と推定され得る。
【０１７２】
図１４のプロット１４５０は、異なる電子ビームエネルギーの正規化リング幅の関数として、プローブ電流の５０％を含む算出済みの回折が制限された半径を示す。挿入図は、外半径Ｒ２およびリング幅ｗを有するリングまたは環状開口部１４００を示す。図１４において、結果１４５２は、１ｋｅＶのエネルギー水準に対するものであり、一方結果１４５４は、１０ｋｅＶのエネルギー水準に対するものであり、結果１４５６は、１００ｋｅＶのエネルギー水準に対するものである。リング幅が減少すると、より多くの電流が複数の外側フリンジに伝達され、回折半径は、０〜０．１の正規化された幅の範囲では特に急激に増大し得る。一方、回折半径は、平均準角と共に減少し得、実際には、リング幅を減少させることと色および球面収差を低くすることとの間で妥協が必要とされるが、同時に、それを拡大することで回折収差が大きくなり過ぎるのを阻止し得る。図７に示される１０ｋｅＶの例示的な列プローブ特性（０．１２５の正規化リング幅）については、５０％の電流回折収差半径は、約２．８５ｎｍになり得る。図１２Ｂに示される１ｋｅＶの例については、回折半径は、約９．２５ｎｍ（７０〜８０μｍの半径開口部）になり得、回折半径は、６０〜８０μｍの半径環状開口部に対して５．２６ｎｍまで減少し得る。補正ＲＭＳ球面収差半径は、約６．３３ｎｍまで増加し得るが、同一のビーム電流における対応する孔状開口部について予測されたプローブ半径よりも約４〜５倍（またはこれを超える）良好であり得る。
【０１７３】
本明細書において説明される収差補正方法の将来有望な複数の用途としては、ヘリウムイオン顕微鏡の収差補正、集束されたイオンビーム列、高い電圧電子ビームリソグラフィー器具、および走査型透過電子顕微鏡等が挙げられ得る。
【０１７４】
様々な実施形態は、プローブ寸法のＳＮＲ性能を損なうことなく、空間分解能を著しく増大し得る。上記のように、様々な実施形態は、有利なことには、環状開口部と共に、２つのタイプの補正（色および球面）収差に同時に対処し得る。しかし、例えば、標本に対するより急な角度の入射に起因する、より低い集束深度に関する問題が存在し得る。
【０１７５】
空間分解能に対処する代替形態（例えば、透過電子顕微法（ＴＥＭ））が利用可能であり得るが、プローブ寸法（同様に解像度）を損なうことなく空間分解能を増大させる複数の特徴（例えば、様々な実施形態による）に対する潜在的な産業上の関心が存在する。
【０１７６】
本発明は、特定の実施形態を参照して具体的に示され、説明されたが、添付の特許請求の範囲により規定された本発明の趣旨および範囲を逸脱することなく、形態および詳細における様々な変更が行われ得ることを、当業者は理解されたい。従って、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲により示され、従って、特許請求の範囲の均等性の意味および範囲内の全ての変更形態が、包含されることを意図する。
本願によれば、以下の各項目もまた開示される。
［項目１］
第１の導電素子、および上記第１の導電素子を中心にして回転対称的に配置された第２の導電素子を有する、収差補正ユニットと、
上記収差補正ユニットに光学的に連結された環状開口部とを備え、
上記収差補正ユニットは、上記収差補正ユニットを通る環状ビームの伝播が上記第１の導電素子を中心にして回転対称的になるように、上記第１の導電素子と上記第２の導電素子との間に複数の荷電粒子を含む上記環状ビームを伝播させ、
上記収差補正ユニットは、上記第１の導電素子と上記第２の導電素子との間に、反対方向に向けられて、互いに重畳された磁場力および電場力を生成し、上記複数の荷電粒子に作用し、上記複数の荷電粒子の軌道を変更する、収差補正装置。
［項目２］
上記収差補正ユニットは、上記磁場力が上記第２の導電素子から上記第１の導電素子への方向になるように、上記第１の導電素子により受け取られた電流に応答して上記磁場力を生成する、項目１に記載の収差補正装置。
［項目３］
上記収差補正ユニットは、上記電場力が上記第１の導電素子から上記第２の導電素子への方向になるように、上記第１の導電素子と第２の導電素子との間で生成された電位差に応答して上記電場力を生成する、項目１または２に記載の収差補正装置。
［項目４］
上記環状ビーム中に含まれる上記複数の荷電粒子のうち、第１の速度を有する第１の荷電粒子に対して、上記磁場力および上記電場力は、上記第１の荷電粒子に作用する第１の合力を生成し、上記第１の導電素子に向かう上記第１の荷電粒子の軌道を変更するべく、協働し、
上記環状ビーム中に含まれる上記複数の荷電粒子のうち、上記第１の速度とは異なる第２の速度を有する第２の荷電粒子に対して、上記磁場力および上記電場力は、上記第２の荷電粒子に作用する第２の合力を生成し、上記第１の導電素子から離れる上記第２の荷電粒子の軌道を変更するべく、協働する、項目１〜３のいずれか１項に記載の収差補正装置。
［項目５］
上記第１の荷電粒子の上記第１の速度は、上記第２の荷電粒子の上記第２の速度よりも高く、
上記第１の荷電粒子に作用する上記第１の合力は、上記第１の荷電粒子に作用する正味の磁場力を含み、
上記第２の荷電粒子に作用する上記第２の合力は、上記第２の荷電粒子に作用する正味の電場力を含む、項目４に記載の収差補正装置。
［項目６］
上記第１の導電素子は、約５０μｍ〜約１ｍｍの直径を有する、項目１〜５のいずれか１項に記載の収差補正装置。
［項目７］
上記第１の導電素子は、約１ｍｍ〜約５０ｍｍの長さを有する、項目１〜６のいずれか１項に記載の収差補正装置。
［項目８］
上記第１の導電素子は、長手方向の中心軸を有し、
上記環状開口部は、上記長手方向の中心軸を中心にして回転対称的に配置される、項目１〜７のいずれか１項に記載の収差補正装置。
［項目９］
上記環状開口部は、約１０μｍ〜約７０μｍの内半径および約２０μｍ〜約８０μｍの外半径により画定される、項目１〜８のいずれか１項に記載の収差補正装置。
［項目１０］
上記収差補正ユニットに光学的に連結された追加の収差補正ユニットを更に備える、項目１に記載の収差補正装置。
［項目１１］
上記収差補正ユニットの長手方向の寸法は、上記追加の収差補正ユニットの長手方向の寸法よりも大きい、項目１０に記載の収差補正装置。
［項目１２］
上記追加の収差補正ユニットは、
第１の導電部材と、
上記第１の導電部材を中心にして回転対称的に配置された第２の導電部材とを有し、
上記追加の収差補正ユニットは、上記追加の収差補正ユニットを通る上記環状ビームの伝播が上記第１の導電部材を中心にして回転対称的になるように、上記第１の導電部材と上記第２の導電部材との間で上記環状ビームを伝播させ、
上記追加の収差補正ユニットは、上記第１の導電部材と上記第２の導電部材との間に追加の電場力を生成し、上記複数の荷電粒子に作用し、上記複数の荷電粒子の軌道を変更する、項目１０または１１に記載の収差補正装置。
［項目１３］
上記追加の収差補正ユニットは、導体を有し、
上記追加の収差補正ユニットは、上記追加の収差補正ユニットを通る上記環状ビームの伝播が上記導体を中心にして回転対称的になるように、上記環状ビームを伝播させ、
上記追加の収差補正ユニットは、追加の磁場力を生成し、上記複数の荷電粒子に作用し、上記複数の荷電粒子の軌道を変更する、項目１０〜１２のいずれか１項に記載の収差補正装置。
［項目１４］
上記環状開口部は、上記収差補正ユニットを通って伝播する上記環状ビームを生成する、項目１〜１３のいずれか１項に記載の収差補正装置。
［項目１５］
複数の荷電粒子の収差を補正するための方法であって、
複数の荷電粒子を含む環状ビームを提供する段階と、
反対方向に向けられて、互いに重畳された磁場力および電場力を生成し、上記複数の荷電粒子に作用し、上記複数の荷電粒子の軌道を変更する段階とを備える、方法。
［項目１６］
環状ビームを提供する段階は、収差補正ユニットの第１の導電素子と上記収差補正ユニットの第２の導電素子との間の上記収差補正ユニットを通る上記環状ビームを伝播させる段階を有し、
上記第２の導電素子は、上記第１の導電素子を中心にして回転対称的に配置され、
上記収差補正ユニットを通る上記環状ビームの伝播は、上記第１の導電素子を中心にして回転対称的であり、
磁場力および電場力を生成する段階は、上記第１の導電素子と上記第２の導電素子との間に上記磁場力および上記電場力を生成する段階を有する、項目１５に記載の方法。
［項目１７］
上記第１の導電素子と上記第２の導電素子との間に磁場力を生成する段階は、上記磁場力が上記第２の導電素子から上記第１の導電素子への方向になるように、上記第１の導電素子に電流を印可する段階を有する、項目１６に記載の方法。
［項目１８］
上記第１の導電素子と上記第２の導電素子との間に電場力を生成する段階は、上記電場力が上記第１の導電素子から上記第２の導電素子への方向になるように、上記第１の導電素子と上記第２の導電素子との間に電位差を生成する段階を有する、項目１６または１７に記載の方法。
［項目１９］
上記環状ビーム中に含まれる上記複数の荷電粒子のうち、第１の速度を有する第１の荷電粒子に対して、上記磁場力および上記電場力は、上記第１の荷電粒子に作用する第１の合力を生成し、上記第１の荷電粒子を収束させるべく、協働し、
上記環状ビーム中に含まれる上記複数の荷電粒子のうち、上記第１の速度とは異なる第２の速度を有する第２の荷電粒子に対して、上記磁場力および上記電場力は、上記第２の荷電粒子に作用する第２の合力を生成し、上記第２の荷電粒子を発散するべく、協働する、項目１５〜１８のいずれか１項に記載の方法。
［項目２０］
上記第１の荷電粒子の上記第１の速度は、上記第２の荷電粒子の上記第２の速度よりも高く、
上記第１の荷電粒子に作用する上記第１の合力は、上記第１の荷電粒子に作用する正味の磁場力を含み、
上記第２の荷電粒子に作用する上記第２の合力は、上記第２の荷電粒子に作用する正味の電場力を含む、項目１９に記載の方法。
［項目２１］
上記複数の荷電粒子に関連する球面収差を補正する段階を更に備える、項目１５に記載の方法。
［項目２２］
複数の荷電粒子を使用するデバイスであって、
第１の導電素子、および上記第１の導電素子を中心にして回転対称的に配置された第２の導電素子を有する、収差補正ユニットと、
上記収差補正ユニットに光学的に連結された環状開口部と、
上記収差補正ユニットに光学的に連結されたレンズ装置とを備え、
上記収差補正ユニットは、上記収差補正ユニットを通る環状ビームの伝播が上記第１の導電素子を中心にして回転対称的になるように、上記第１の導電素子と上記第２の導電素子との間の複数の荷電粒子を含む上記環状ビームを伝播させ、
上記収差補正ユニットは、上記第１の導電素子と上記第２の導電素子との間に、反対方向に向けられて、互いに重畳された磁場力および電場力を生成し、上記複数の荷電粒子に作用し、上記複数の荷電粒子の軌道を変更する、デバイス。
［項目２３］
上記環状ビーム中に含まれる上記複数の荷電粒子のうち、第１の速度を有する第１の荷電粒子に対して、上記磁場力および上記電場力は、上記第１の荷電粒子に作用する第１の合力を生成し、上記第１の導電素子に向かう上記第１の荷電粒子の軌道を変更するべく、協働し、
上記環状ビーム中に含まれる上記複数の荷電粒子のうち、上記第１の速度とは異なる第２の速度を有する第２の荷電粒子に対して、上記磁場力および上記電場力は、上記第２の荷電粒子に作用する第２の合力を生成し、上記第１の導電素子から離れる上記第２の荷電粒子の軌道を変更するべく、協働する、項目２２に記載のデバイス。
［項目２４］
上記収差補正ユニットに光学的に連結された球面収差補正ユニットを更に備える、項目２２または２３に記載のデバイス。
［項目２５］
上記環状開口部は、上記収差補正ユニットを通って伝播する上記環状ビームを生成する、項目２２〜２４のいずれか１項に記載のデバイス。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４】
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