(57)【要約】【課題】ノイズの影響が少なく、高加速電圧側における装置の耐圧や、低加速電圧側での補正電位の問題を解決し、安定かつ最適な収差補正を行うことができる荷電粒子ビーム装置の収差補正方法および荷電粒子ビーム装置を実現する。【解決手段】４段の静電型４極子１〜４と、該４極子の中央の２段の静電型４極子２，３は、その電位分布と相似な磁位分布を重畳させる２段の磁場型４極子として機能する。対物レンズ７と、荷電粒子ビームの光路に設けられた対物絞り８と、加速電圧や対物レンズと試料間の作動距離を変更する操作部９と、操作部の操作に基づいて前記各４極子を制御する制御部１９が備えられており、加速電圧や作動距離を変更したとき、４段の静電型４極子１〜４と該４極子１〜４の後段に設けられた対物レンズとの合成倍率を調整して、３次の開口収差を補正するための複数種の８極子電位の内、少なくとも１種の８極子電位を一定に保つようにしている。【選択図】      図５
2004363045.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
４段の静電型４極子と、４段の静電型４極子の中央の２段の静電型４極子の電位分布と相似な磁位分布を重畳させる２段の磁場型４極子と、荷電粒子ビームを試料にフォーカスさせる対物レンズと、荷電粒子ビームの光路の一部に設けられた対物絞りと、荷電粒子ビームの加速電圧や対物レンズと試料間の距離である作動距離を変更する操作部と、操作部の操作または設定に基づいて前記各４極子を制御する制御部を備えた荷電粒子ビーム装置における収差補正装置において、前記加速電圧や作動距離を変更したとき、４段の静電型４極子と４段の静電型４極子の後段に設けられた対物レンズとの合成倍率を調整して、３次の開口収差を補正するための複数種の８極子電位の内、少なくとも１種の８極子電位を一定に保つようにした荷電粒子ビーム装置における収差補正方法。
【請求項２】
前記加速電圧や作動距離を変更したとき、収差補正装置と対物レンズとの合成倍率を調整することに加えて、収差補正装置の色収差補正電位の調整も行なうようにした請求項１記載の荷電粒子ビーム装置における収差補正方法。
【請求項３】
荷電粒子ビームの加速電圧または作動距離を所定の範囲で変更したとき、３次の開口収差を補正するための４種の８極子電位の内、１段目と４段目の補正電位を一定に保つようにした請求項１および２記載の荷電粒子ビーム装置における収差補正方法。
【請求項４】
荷電粒子ビームの加速電圧または作動距離を所定の範囲で変更したとき、３次の開口収差を補正するための４種の８極子電位を一定に保つようにした請求項１および２記載の荷電粒子ビーム装置における収差補正方法。
【請求項５】
４段の静電型４極子と、４段の静電型４極子の中央の２段の静電型４極子の電位分布と相似な磁位分布を重畳させる２段の磁場型４極子と、荷電粒子ビームを試料にフォーカスさせる対物レンズと、荷電粒子ビームの光路の一部に設けられた対物絞りと、荷電粒子ビームの加速電圧や対物レンズと試料間の距離である作動距離を変更する操作部と、操作部の操作または設定に基づいて前記各４極子を制御する制御部を備えた収差補正装置と、４段の静電型４極子の後段に配置された対物レンズとを有した荷電粒子ビーム装置において、制御部は、前記加速電圧や作動距離を変更したとき、操作部からの指示に基づき、収差補正装置と対物レンズとの合成倍率を調整して、３次の開口収差を補正するための複数種の８極子電位の内、少なくとも１種の８極子電位を一定に保つように構成した荷電粒子ビーム装置。
【請求項６】
制御部は、前記加速電圧や作動距離を変更したとき、収差補正装置と対物レンズとの合成倍率を調整することに加えて、収差補正装置の色収差補正電位の調整も行なうように構成された請求項５記載の荷電粒子ビーム装置。
【請求項７】
制御部は、荷電粒子ビームの加速電圧または作動距離を所定の範囲で変更したとき、３次の開口収差を補正するための４種の８極子電位の内、１段目と４段目の補正電位を一定に保つように構成した請求項５および６記載の荷電粒子ビーム装置。
【請求項８】
制御部は、荷電粒子ビームの加速電圧または作動距離を所定の範囲で変更したとき、３次の開口収差を補正するための４種の８極子電位を一定に保つように構成した請求項５および６記載の荷電粒子ビーム装置。
【請求項９】
収差補正装置の静電型多極子と対物レンズとの間に少なくとも１個の追加レンズを配置し、加速電圧や作動距離を変更したとき、操作部からの指示に基づき、追加レンズと対物レンズとの合成倍率を調整して、３次の開口収差を補正するための複数種の８極子電位の内、少なくとも１種の８極子電位を一定に保つように構成した請求項５〜８の何れかに記載の荷電粒子ビーム装置。
【請求項１０】
収差補正装置の静電型多極子と対物レンズとの間に少なくとも１個の追加レンズを配置し、加速電圧や作動距離を変更したとき、操作部からの指示に基づき、収差補正装置の色収差補正電位の調整と、追加レンズと対物レンズとの合成倍率を調整して、３次の開口収差を補正するための複数種の８極子電位の内、少なくとも１種の８極子電位を一定に保つように構成した請求項５〜８の何れかに記載の荷電粒子ビーム装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、走査電子顕微鏡などの電子ビーム装置やイオンマイクロプローブなどのイオンビーム装置における色収差と球面収差を補正するための荷電粒子ビーム装置における収差補正方法および荷電粒子ビーム装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
走査電子顕微鏡や透過電子顕微鏡において、高分解能の像を観察したりプローブ電流密度を上げることを目的として、電子光学系の中に収差補正装置が組み込まれている。この収差補正装置として、色収差を静電型４極子と磁場型４極子の組合せで補正し、球面収差を４段の８極子で補正する方式が提案されている。その原理については、非特許文献１〜３に詳しく紹介されている。
【０００３】
ここで、上記した収差補正装置の原理の概略を、図１に基づいて説明する。図１において、対物レンズ７の前段に収差補正装置Ｃが配置されている。収差補正装置Ｃは、４段の静電型多極子１，２，３，４と、静電型多極子の２段目と３段目が作り出す電位分布と相似な磁位分布を作り出し、電界と重畳した磁界を形成する２段の磁場型４極子５，６と、４段の静電型４極子が形成する電界と重畳した電界を形成する４段の静電型８極子１１，１２，１３，１４とより構成されている。
【０００４】
なお、実際の装置では、これら４極子や８極子の電界に、更に４段の２極子（軸合せ用の偏向装置として動作する）と４段の６極子（２次の開口収差補正用として働く）が重畳するように構成されているが、それらは、本発明の目的とする収差補正とは直接の関係はほとんどないので、それらの詳しい説明は省略する。
【０００５】
図１の構成において、図の左側から入射した荷電粒子ビームは、４段の静電型４極子１，２，３，４と対物レンズ７によって、基準となる荷電粒子ビームの軌道が作られ、試料面２０に荷電粒子ビームがフォーカスされる。この図１では、粒子線のＸ方向の軌道ＲｘとＹ方向の軌道Ｒｙとを同じ平面上にまとめて模式的に描いている。
【０００６】
基準軌道とは、近軸軌道（収差が無いときの軌道と考えてよい）として、４極子１によってＹ方向の軌道Ｒｙが４極子２の中心を通り、４極子２によってＸ方向の軌道Ｒｘが４極子３の中心を通り、最後に４極子３，４と対物レンズ７によって荷電粒子ビームが試料面にフォーカスされる軌道をいう。実際には完全なフォーカスのために、これらの相互調整が必要になる。なお、このとき、前記の４段の２極子は軸合せのため用いられる。
【０００７】
更に詳細に図１を説明すると、Ｘ方向の軌道Ｒｘの荷電粒子ビームは４極子１によって拡散（凹レンズと同様な作用）され、次いで４極子２によって集束（凸レンズと同様な作用）されて４極子３の中心を通るようになされ、４極子３の中心を通過した後、４極子４によって集束されて、対物レンズ７に向かう。一方、Ｙ方向の軌道Ｒｙの荷電粒子ビームは４極子１によって集束されて４極子２の中心を通るようになされ、４極子２の中心を通過した後、４極子３によって集束され、最後に４極子４によって拡散された後、対物レンズ７に向かう。このようにＸ方向の軌道Ｒｘに作用する４極子１の拡散作用と、Ｙ方向の軌道Ｒｙに作用する４極子４の拡散作用とを合成することによって、一個の凹又は凸レンズの如くに働かせることができる。
【０００８】
次に、収差補正装置Ｃによる色収差補正について説明する。図１に示したような系で先ず色収差を補正するには、上記の基準軌道を変えないように静電型４極子２の電位φｑ２［Ｖ］と磁場型４極子５の励磁Ｊ２［ＡＴ］（あるいは磁位）が調整され、レンズ系全体としてＸ方向の色収差が０に補正される。同様に基準軌道を変えないように静電型４極子３の電位φｑ３［Ｖ］と磁場型４極子６の励磁Ｊ３［ＡＴ］が調整され、レンズ系全体としてＹ方向の色収差が０に補正される。
【０００９】
次に、球面収差補正（３次の開口収差補正）について説明する。球面収差を補正する場合には、Ｘ，Ｙ方向の色収差の補正を行った後に、静電型８極子１２の電位φＯ２［Ｖ］によってレンズ系全体としてＸ方向の球面収差を０に補正し、静電型８極子１３の電位φＯ３［Ｖ］によってＹ方向の球面収差を０に補正する。
【００１０】
次に、ＸＹが合成された方向の球面型収差を静電型８極子１１，１４で０に補正する。実際は交互の繰返し調整が必要になる。なお、４極子や８極子の電位や励磁の重畳は、１個の１２極子を用いて、１２極の各極子に印加する電位や励磁を変化させ２極子，４極子，６極子，８極子などの合成が行われ、実用化されている。この方法については、例えば非特許文献４に紹介されている。
【００１１】
すなわち、静電型の場合には図２に示すように、１２個の電極Ｕｎ（ｎ＝１，  ２，  …，  １２）に対して、独立に電圧を供給できる最終段電源Ａｎ（ｎ＝１，  ２，  …，  １２）が接続され、４極子場を作る場合には、理想的な４極子場に近い場が得られるように４極子電源１０からの出力電圧が各最終段電源Ａｎに供給される。最終段電源Ａｎの出力電圧が４極子電源１０の出力電圧に比例すると仮定すれば、４極子電源１０の出力電圧の比は上記の非特許文献４に示された値になる。また、この４極子場に重ねて８極子場を作る場合には、理想的な８極子場に近い場が得られるように、８極子電源１８からの出力電圧が前記４極子電源１０の出力電圧と加算されて各最終段電源Ａｎに供給される。以下同様の考え方で、１個の１２極子で２ｎ極子（ｎ＝１、２、…６）の多極子場を重ねた場が得られる。
【００１２】
次に磁場型の場合には図３に示すように、１２個のマグネットＷｎ（ｎ＝１，  ２，  …，  １２）のコイルに対して、独立に励磁電流を供給できる最終段電源Ｂｎ（ｎ＝１，  ２，  …，  １２）が接続され、磁場型４極子場を作る場合には、理想的な磁場型の４極子場に近い場が得られるように磁場型４極子電源１５からの出力電圧が各電源Ｂｎに供給される。最終段電源Ｂｎの出力電流が磁場型４極子電源１５の出力電圧に比例すると仮定すれば、この出力電圧の比は上記の非特許文献４に示されている励磁力の比になる。本発明では、磁場型の４極子場以外の多極子場の重畳は説明されていないが、最終段電源Ｂｎの入力電圧に多極子場の電圧を加算することによって、静電型と同様に磁場型の多極子場の重畳が可能になる。なお、ここで、図３では各マグネットＷｎの外側を磁気的につなぐヨークは省略されている。
【００１３】
次に、静電型と磁場型を重ねる場合には、マグネットＷｎが電極Ｕｎを兼ねることができるように導電性の磁性体を用いれば良い。この場合、マグネットのコイルは電極とは電気的に絶縁して配置される。
【００１４】
以下の説明では、説明を簡単にするために、あたかも２ｎ極子を互いに重ねたかのように記述しているが、実際には１つの１２極子に対し複数の多極子場の重畳は上記のように電圧信号の加算によって行っている。
【００１５】
なお、色収差補正が終わった後、球面収差補正を行う前に、４段の６極子による２次の開口収差を補正する必要が生じる場合がある。その補正法は前記の球面収差の補正法と同様の手順で行う。この２次の開口収差は収差補正装置の機械的精度に依存して発生するものであるが、通常は補正量も小さく本件収差補正装置における範囲では高次収差への影響も小さい。また、この２次の開口収差は収差補正装置内部で補正されるものであり、収差補正において重要であるところの「収差補正装置と対物レンズとによる合成倍率（後述する）」を変化させても、それによる影響を受けにくい。このような理由によって、従来技術の説明では、２次の開口収差の補正に関しては説明を省いている。
【００１６】
以下の説明で、静電型の多極子で電位φ（あるいは電圧）という表現を用いた場合には、図４（ａ）、（ｂ）に示すような標準配列をした多極子の＋側の値を表すものとする。同様に、磁場型の励磁Ｊという表現を用いた場合には、＋側の励磁［ＡＴ］を表すものとする。
【００１７】
【非特許文献１】
Ｈ．  Ｒｏｓｅ，  Ｏｐｔｉｋ  ３３，  Ｈｅｆｔ  １，  １−２４  （１９７１）
【非特許文献２】
Ｊ．  Ｚａｃｈ，  Ｏｐｔｉｋ  ８３，  Ｎｏ．１，  ３０−４０  （１９８９）
【非特許文献３】
Ｊ．  Ｚａｃｈ  ａｎｄ  Ｍ．  Ｈａｉｄｅｒ，  Ｎｕｃｌ．  Ｉｎｓｔｒ．  ａｎｄ  Ｍｅｔｈ．  Ｉｎ  Ｐｈｙｓ．  Ｒｅｓ．
Ａ  ３６３，  ３１６−３２５  （１９９５）
【非特許文献４】
Ｍ．  Ｈａｉｄｅｒ  ｅｔ  ａｌ．，  Ｏｐｔｉｋ  ６３，  Ｎｏ．１，  ９−２３  （１９８２）
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
前記した収差補正の理論や、実際に行われた実験に基づく結果では、色収差と球面収差がほぼ完全に補正され、前記収差補正系の優秀性が認められたが、実用化の観点からは、収差補正系の安定度や印加電圧の範囲、さらには最適条件等に関しては、十分な配慮がなされていなかった。例えば、次に示すような問題点が生じている。
【００１９】
第１には、従来例に示したように、加速電圧に比例した収差補正電位を用いる場合、すなわち、各極子へ印加される収差補正電位を電子ビームの加速電圧に比例させる場合には、加速電圧が低い値に設定されると、収差補正装置で用いる電圧または電流のノイズ成分の影響が大きくなる。
【００２０】
第２には、従来例のように、加速電圧に比例した収差補正電位を用いる場合には、電流のノイズ成分の影響を少なくするために、低加速電圧で大きな補正電位を用いるようにすると、高加速電圧側で収差補正装置の耐圧電圧が問題になる。
【００２１】
第３には、従来例のように、加速電圧に比例した収差補正電位を用いる場合に、低加速電圧でノイズ成分の影響を受けないようにするには、電源の電圧または電流のノイズ成分の量を現実的な値まで減らす必要があり、これを実現しようとすれば、装置は高価なものになってしまう。
【００２２】
第４には、色収差を補正するために、収差補正装置と対物レンズとの合成倍率ＭＲを調節して、磁場型４極子の励磁電流を一定に保つようにすると、収差補正電位は非相対論的には収差補正電位が加速電圧の平方根に比例するようになり、前記第１〜第３の問題点は軽減される。しかしながら、加速電圧の可変範囲が広い場合、今度は低加速側で球面収差補正電位が大きくなりすぎ、結果として高価な電源を必要とする場合がある。
【００２３】
第５には、各加速電圧や作動距離ごとに、球面収差を補正するための複雑なデータが必要であった。
【００２４】
本発明は、このような点に鑑みてなされたもので、その目的は、ノイズの影響が少なく、高加速電圧側における装置の耐圧や、低加速電圧側での補正電位の問題を解決し、安定かつ最適な収差補正を行うことができる荷電粒子ビーム装置の収差補正方法および荷電粒子ビーム装置を実現するにある。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
本発明に基づく荷電粒子ビーム装置における収差補正方法および荷電粒子ビーム装置は、４段の静電型４極子と、４段の静電型４極子の中央の２段の静電型４極子の電位分布と相似な磁位分布を重畳させる２段の磁場型４極子と、荷電粒子ビームを試料にフォーカスさせる対物レンズと、荷電粒子ビームの光路の一部に設けられた対物絞りと、荷電粒子ビームの加速電圧や対物レンズと試料間の距離である作動距離を変更する操作部と、操作部の操作または設定に基づいて前記各４極子を制御する制御部を備えた荷電粒子ビーム装置における収差補正装置において、前記加速電圧や作動距離を変更したとき、４段の静電型４極子と４段の静電型４極子の後段に設けられた対物レンズとの合成倍率を調整して、３次の開口収差を補正するための複数種の８極子電位の内、少なくとも１種の８極子電位を一定に保つようにしたことを特徴としている。
【００２６】
また、本発明に基づく荷電粒子ビーム装置における収差補正方法および荷電粒子ビーム装置では、加速電圧や作動距離を変更したとき、４段の静電型４極子と対物レンズとの合成倍率を調整することに加えて、収差補正装置の色収差補正電位の調整も行なうようにしたことを特徴としている。
【００２７】
また、本発明に基づく荷電粒子ビーム装置における収差補正方法および荷電粒子ビーム装置では、荷電粒子ビームの加速電圧または作動距離を所定の範囲で変更したとき、３次の開口収差を補正するための４種の８極子電位の内、１段目と４段目の補正電位を一定に保つようにしたことを特徴としている。
【００２８】
また、本発明に基づく荷電粒子ビーム装置における収差補正方法および荷電粒子ビーム装置では、荷電粒子ビームの加速電圧または作動距離を所定の範囲で変更したとき、３次の開口収差を補正するための４種の８極子電位を一定に保つようにしたことを特徴としている。
【００２９】
また、本発明に基づく荷電粒子ビーム装置では、収差補正装置の静電型多極子と対物レンズとの間に少なくとも１個の追加レンズを配置し、加速電圧や作動距離を変更したとき、操作部からの指示に基づき、追加レンズと対物レンズとの合成倍率を調整して、３次の開口収差を補正するための複数種の８極子電位の内、少なくとも１種の８極子電位を一定に保つように構成したことを特徴としている。
【００３０】
また、本発明に基づく荷電粒子ビーム装置では、収差補正装置の静電型多極子と対物レンズとの間に少なくとも１個の追加レンズを配置し、加速電圧や作動距離を変更したとき、操作部からの指示に基づき、収差補正装置の色収差補正電位の調整と、追加レンズと対物レンズとの合成倍率を調整して、３次の開口収差を補正するための複数種の８極子電位の内、少なくとも１種の８極子電位を一定に保つように構成したことを特徴としている。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。図５は本発明の基本構成を示しており、荷電粒子ビームの一部をプローブとして試料に照射する装置において、色収差を補正するために、従来と同様に、収差補正装置として動作する４段の静電型多極子１、２、３、４が設けられている。４段の静電型多極子の内、中央の２段の多極子は、静電型多極子２、３の電位分布と相似な磁位分布を重畳させることが可能な磁場型の多極子としての機能を有するように構成されている。
【００３２】
収差補正装置として動作する４段の静電型多極子１、２、３、４の出力側には、対物レンズ７が配置され、対物レンズ７の後段には試料面２０が配置される。また、収差補正装置として動作する４段の静電型多極子１、２、３、４の入力側の光路の一部には対物絞り８が設けられている。
【００３３】
上記した電子光学系の構成要素の他に、加速電圧や作動距離を変更する操作表示部９と、１段目の多極子の電極に電圧を供給する電源１１，２段目の多極子の電極に電圧を供給する電源１２，３段目の多極子の電極に電圧を供給する電源１３，４段目の多極子の電極に電圧を供給する電源１４が設けられている。また、２段目，３段目の多極子２，３の磁極のコイルに電流を供給するための励磁用電源２２，２３とが設けられている。
【００３４】
更に、対物レンズ７の励磁電源１７と、操作表示部９の操作または設定に基づいて、前記電圧電源１１〜１４，励磁電源２２，２３，１７を制御する制御部１９が備えられている。
【００３５】
上記図５に示した装置において、電源１１〜１４は、４段の多極子１〜４を静電型の２極子、静電型の４極子、静電型の６極子、静電型の８極子として動作させることができるように構成されている。前記した静電型の２極子、４極子、６極子として用いる電源１１〜１４は、多極子１〜４を標準用と斜め用の２極子、多極子１〜４を標準用と斜め用の４極子、多極子１〜４を標準用と斜め用の６極子として用いる機能を有している。
【００３６】
なお、対物レンズ７は、対物レンズ７が磁場型の場合は電源１７から供給される電流を変えることによって、対物レンズ７が静電型の場合は電源１７から供給される電圧を変えることによって、あるいは対物レンズ７が電場・磁場重畳型の場合は電源１７から供給される電流および電圧を調節することによって、レンズの強度が調節される。更に、荷電粒子が高速のイオンの場合には、荷電粒子の質量に関係なく同じ屈折力が得られる静電型の対物レンズ７が用いられる。以下において、上記４段の多極子１，２，３，４と、これに各電源を含めたものを収差補正装置Ｃと呼ぶことにする。
【００３７】
このような収差補正装置Ｃは、例えば図６に示す如くに走査電子顕微鏡などに組み込まれる。１００は内部が真空雰囲気にされた鏡筒である。鏡筒１００内には、電子ビームを発生し、加速電圧によって電子にエネルギーを与える電子銃１０１、電子銃１０１で発生した電子ビームを集束し、かつ電子ビーム電流を適当な値に制限するためのコンデンサレンズ１０２と対物絞り１０３、収差補正装置Ｃ、電子ビームを二次元的に偏向して走査するための偏向器１０４、電子ビームをフォーカスして試料１０６に照射する対物レンズ１０７、試料１０６を載置して所望の場所で電子ビーム照射・走査されるように試料１０６を任意に駆動できる試料ステージ１０７、電子ビームの照射・走査に伴って試料１０６から発生する二次電子などの信号を検出する検出器１０８等が備えられている。なお、電子銃１０１から対物レンズ１０７までを電子ビームの光学系と呼ぶことがある。
【００３８】
上記した構成による動作の説明を次に行う。試料面２０に入射する荷電粒子ビームＢのＸ，Ｙ方向の角度を各々αｘ，αｙとするとき、試料面２０で観測される３次の開口収差係数は、Ｘ方向ではαｘ３，αｘαｙ２に比例する係数として各々Ｃ３０とＣ１２，またＹ方向では、αｘ２αｙ，αｙ３に比例する係数として各々Ｃ２１とＣ０３がある。なお、一般式として３次のＸ方向及びＹ方向の開口収差ΔＸ，ΔＹは、次のように表される。
ΔＸ＝Ｃ３０，ｘαｘ３＋Ｃ２１，ｘαｘ２αｙ＋Ｃ１２，ｘαｘαｙ２＋Ｃ０３，ｘαｙ３
ΔＹ＝Ｃ３０，ｙαｘ３＋Ｃ２１，ｙαｘ２αｙ＋Ｃ１２，ｙαｘαｙ２＋Ｃ０３，ｙαｙ３
ここで、２次の開口収差が補正されており、斜め８極子成分がなければ、
Ｃ２１，ｘ＝Ｃ０３，ｘ＝０
Ｃ３０，ｙ＝Ｃ１２，ｙ＝０
となる。
【００３９】
記述を簡単にするために、以下の説明では、基準軌道のＸ方向を選び、αｘ３の比例係数Ｃ３０を例にとって動作原理を説明するが、その他の係数についても動作原理は同様である。
【００４０】
まず、収差補正装置において、３次の開口収差補正のための静電型８極子の電位（多極子１〜４が８極子として動作するための各多極子に印加する電位）φ０１、φ０２、φ０３、φ０４が全て０のとき（３次の開口収差補正が行なわれていないとき）、レンズ系全体として試料面に形成される収差係数Ｃ０３０、Ｓは、４段目多極子４の静電型４極子成分によるＸ方向の倍率Ｍ４，Ｘと対物レンズ７によるＸ方向の倍率ＭＯＬの関数である。
【００４１】
Ｃ０３０、Ｓ＝ｆ（Ｍ４，Ｘ，ＭＯＬ）
ここで、この係数は補正すべき対物レンズ７の球面収差係数Ｃｓや収差補正装置の前段に配置される集束レンズの球面収差係数など、レンズ系の全ての３次開口収差係数を含むものであるが、プローブ電流の変更などによる集束レンズの球面収差係数の変化や収差補正装置の３次開口収差係数の変化は、対物レンズ７の球面収差係数と比較して、通常は充分に小さい。
【００４２】
次に、収差補正装置において、４段の多極子１〜４に、３次の開口収差補正のための静電型８極子の電位φ０１、φ０２、φ０３、φ０４を与えた時、３段目多極子３の中央に作られる収差補正のためのαｘ３に比例する３次の開口収差係数
ＣＣ３０，Ｏ
は、後段の光学系の収差の影響がなければ試料面２０では、
ＣＣ３０，Ｏ・（Ｍ４，ＸＭＯＬ）４
という値となる。したがって、３次の開口収差補正が行なわれるためには、試料面で、
Ｃ０３０、Ｓ＋ＣＣ３０，Ｏ・（Ｍ４，ＸＭＯＬ）４＝０      ・・・（１）
であることが必要である。標準的な考え方では、この条件を満たす一つの方法は、Ｃ０３０、Ｓ、Ｍ４，Ｘ、ＭＯＬを一定に保ったままで、静電型８極子成分の電位φ０１、φ０２、φ０３、φ０４を変え、ＣＣ３０，Ｏを調整することである。
【００４３】
しかしながら、Ｍ４，ＸとＭＯＬを変えることによって、Ｃ０３０、Ｓは変化するかもしれないが、合成倍率Ｍ４，Ｘ、ＭＯＬを調整することによっても前記の条件を達成できると考えられる。例えば、主にＸ方向の収差係数に影響する２段目多極子の静電８極子成分の電位φ０１に対し、加速電圧や作動距離を変えた場合、
φ０２＝一定
という条件をた保っても、主に合成成分Ｍ４，Ｘ、ＭＯＬを調整すれば、（１）式が成り立つことが発明者等の行ったシミュレーションによって確認できた。Ｙ方向においても、同様に考えることができる。
【００４４】
また、３次の開口収差補正において、斜め多極子の成分を無視できるときには、前記の４種の８極電位の内、３次開口収差の補正に必要な電位は３種であるから、加速電圧や作動距離を変えた場合、
φ０１＝φ０４＝一定
という条件を保っても、主に４段目多極子４の静電型４極子成分によるＸ方向の倍率Ｍ４，Ｘと、対物レンズ７の倍率ＭＯＬの合成倍率Ｍ４，ＸＭＯＬを調整すれば、前記（１）式の成り立つことが同様に確認できた。
【００４５】
Ｙ方向についても同様に考えることができる。ただし、４段目の多極子のＹ方向の倍率Ｍ４，Ｙだけでなく、Ｙ方向では３段目の多極子のＹ方向の倍率Ｍ３，Ｙも関係してくる。
【００４６】
前記した説明では、４段目多極子４と対物レンズ７の合成倍率という表現を用いたが、実際には、例えば、対物レンズ７の焦点距離ｆＯＬを変え、基準軌道が得られるように４段の多極子１〜４のフォーカス電位（主に４段目の多極子の静電４極子成分によるフォーカス電位φｑｆ４）を変えることに対応する。
【００４７】
前記した例では、色収差補正のことは念頭に置かず、３次開口収差補正における主に４段目多極子４の静電型４極子成分による倍率と対物レンズ７の倍率との合成倍率のみに注目して説明したが、色収差補正を行う場合でも、同様な考え方を適用することができる。
【００４８】
以下、色収差および球面収差を共に補正したとき、少なくとも１種の８極子電位が一定になるような第２の実施の形態について、計算値を求める手順を示す。ここで求められた計算値は、８極子電位が一定になるような初期値として利用される。
【００４９】
まず初期設定について説明する。色収差補正のための２段目、３段目の多極子２，３の磁場型４極子成分の色収差補正励磁Ｊ２，Ｊ３と、この励磁を与えたときに基準軌道を一定に保つための２段目、３段目の多極子２，３の静電型４極子成分の色収差電位φｑｃ２、φｑｃ３が共に０で（色収差補正が行われていない状態で）あるとする。このとき、レンズ系全体で試料面に形成されるＸ方向の色収差係数Ｃｘは、主に４段目多極子４のＸ方向の倍率Ｍ４，Ｘと対物レンズ７の倍率ＭＯＬの関数である。
【００５０】
Ｃｘ＝ｆ（Ｍ４，Ｘ，ＭＯＬ）
この状態で、前記した３次の開口収差補正の方法で、３次開口収差を補正するために、４段目多極子４のＸ，Ｙ方向の各々の倍率Ｍ４，Ｘ、Ｍ４，Ｙと、対物レンズ７の倍率ＭＯＬを求める。この場合、注目する少なくとも１つの多極子の８極子成分の電位を一定にすることが条件とされる。この注目する多極子の例としては、２段目の多極子２か、あるいは１段目と４段目の多極子１，４の組み合わせである。
【００５１】
次に、初期設定されたこの合成倍率の条件下で、基準軌道を変えないように、色収差補正励磁Ｊ２，Ｊ３と、色収差補正電位と色収差電位φｑｃ２、φｑｃ３を印加して、色収差補正を行なう。このような条件下で、３段目多極子３の電磁界重畳型４極子の中央に作られる収差補正のためのＸ方向の色収差係数ＣＯＸは、後段の光学系の収差の影響がなければ試料面２０では、
ＣＯＸ・（Ｍ４，ＸＭＯＬ）２
という色収差係数になる。
【００５２】
従って、Ｘ方向の色収差係数が補正されるためには、Ｘ方向の色収差係数ＣＯＸが、次の式を満たすように、色収差補正励磁Ｊ２，Ｊ３と色収差補正電位と色収差電位を調整すれば良い。
【００５３】
ＣＸ＋ＣＯＸ・（Ｍ４，ＸＭＯＬ）２＝０
なお、上式で、左辺の第１項は初期状態の色収差係数であり、第２項は励磁および電位印加時での色収差係数である。
【００５４】
次に３次開口収差補正について説明する。前記した合成倍率Ｍ４，ＸＭＯＬは一定でも、色収差補正を行うと、前記した３次の開口収差係数Ｃ０３０、Ｓは変化する。従って、今度は前記の色収差補正励磁Ｊ２，Ｊ３と色収差補正電位と色収差電位φｑｃ２、φｑｃ３を印加した状態で、３次開口収差補正を行う。この時の３次開口収差の補正電位は、当然ながら目標としている所定の補正電位とは異なっている。そこで、第１の実施の形態に示した方法により、３次開口収差を補正する電圧が目標値になるように基準軌道を変える。すなわち、注目する少なくとも１つの多極子の８極子成分の電位を一定にするように４段目多極子４のＸ、Ｙ方向の各々の倍率Ｍ４，Ｘ、Ｍ４，Ｙと、対物レンズ７の倍率ＭＯＬを求める。ここで、基準軌道（従って合成倍率）を変えるため、当然ながら色収差補正電圧は最適値からずれることになる。
【００５５】
次に、繰り返し設定動作について説明する。ここで、与えられた合成倍率に対する前記した色収差補正と、注目する少なくとも１つの多極子の８極子成分の電位を一定にする前記した３次開口収差補正を交互に繰り返し、最終的に、加速電圧や作動距離が変化しても、次に示す３つの条件を同時に満たす各値を求めることができる。
【００５６】
第１の条件は、注目する少なくとも一つの多極子の８極子成分の電位が一定であること、第２の条件は、色収差が補正されていること、第３の条件は、球面収差が補正されていることである。この３つの条件を同時に満たす各値は、次に箇条書きする。
１．対物レンズの倍率ＭＯＬ（または焦点距離ｆＯＬ）
２．主に４段目多極子の４極子成分の倍率Ｍ４，Ｘ、Ｍ４，Ｙ（または主に４極子成分のフォーカス電位φｑＦ２（Ｙ方向は３段目の４極子の倍率Ｍ３，Ｙも関係してくる））
３．色収差補正励磁Ｊ２，Ｊ３と色収差補正電位と色収差電位φｑｃ２、φｑｃ３
４．３次の開口収差補正電位φ０１、φ０２、φ０３、φ０４
上記初期設定、色収差補正、３次開口収差補正、繰り返し設定で求めた値は、加速電圧や作動距離を変えた場合の初期値としてのデータテーブルとして用いることができる。このように構成することで、条件を変更した場合でも基準となる（目安となる）補正条件が一定になるところがあるため、操作性が向上することになる。
【００５７】
例えば、加速電圧を変えたとき、色収差と３次開口収差を共に補正し、それに加えて、（φ０１＝φ０４＝一定）の条件を満たすように、４段の多極子１〜４の８極子成分の電位φ０１、φ０２、φ０３、φ０４を制御した例を示す。加速電圧Ｖａ１〜Ｖａ２までは、色収差補正の電源の電位または電流が足りており、（φ０１＝φ０４＝一定）の条件を満足する。このような加速電圧Ｖａの変化に伴う３次開口収差補正電位との関係を図７に示す。
【００５８】
一方、加速電圧がＶａ２以上では、これらの電圧または電流が不足するので、レンズ系の倍率（主に４段目多極子４と対物レンズ７の合成倍率）を下げた結果、８極子成分の電位も一定値を維持できなかった例である。しかしながら、収差補正のための目標電圧が一定値付近にあって見やすいため、操作性が向上する。
【００５９】
図８に本発明の他の実施の形態を示す。これまでに説明した実施の形態では、加速電圧や作動距離を変更したとき、４段目多極子４の４極子成分によるレンズ倍率と対物レンズ７の合成倍率を変更することで、収差補正装置で発生させる収差補正量をあまり変えずに色収差と３次の開口収差を補正するようにした。
【００６０】
したがって、４段目多極子成分を変えると基準軌道が変わるため、Ｘ方向とＹ方向のレンズ倍率の比が変化し、これによって３次開口収差を補正する多極子の内、一定の８極子電位に保つことができるのは、独立な３種の電位の内、特定の１種だけに限られていた。
【００６１】
ここで、収差補正装置Ｃと対物レンズ７の間に少なくとも一つの追加レンズ２７を配置することにより、追加レンズ２７の倍率ＭＡと対物レンズ７の倍率ＭＯＬによる合成倍率ＭＡＭＯＬを調整するようにすれば、収差補正装置内の基準軌道を変えないでも、色収差や３次開口収差の補正が可能なように構成できる。
【００６２】
このような構成を用いれば、Ｘ，Ｙ方向の倍率の変化が軽減され、加速電圧や作動距離を変えたとき、独立な３種の３次開口収差の補正電位を全て一定に保つことが可能となる。したがって、４段の多極子の８極子成分の電位は全て一定に保ったまま、色収差と３次開口収差の補正が可能となる。
【００６３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に基づく荷電粒子ビーム装置における収差補正方法および荷電粒子ビーム装置は、４段の静電型４極子と、４段の静電型４極子の中央の２段の静電型４極子の電位分布と相似な磁位分布を重畳させる２段の磁場型４極子と、荷電粒子ビームを試料にフォーカスさせる対物レンズと、荷電粒子ビームの光路の一部に設けられた対物絞りと、荷電粒子ビームの加速電圧や対物レンズと試料間の距離である作動距離を変更する操作部と、操作部の操作または設定に基づいて前記各４極子を制御する制御部を備えた荷電粒子ビーム装置における収差補正装置において、前記加速電圧や作動距離を変更したとき、４段の静電型４極子と４段の静電型４極子の後段に設けられた対物レンズとの合成倍率を調整して、３次の開口収差を補正するための複数種の８極子電位の内、少なくとも１種の８極子電位を一定に保つようにしたことを特徴としている。
【００６４】
この結果、合成倍率を変化させなかったときのように、３次開口収差補正のための電圧が低加速電圧側で極端に減少することがなくなった。また、合成倍率を大きく変化させたときのように、３次開口収差補正のための電圧が、低加速電圧側で極端に増大することもなくなった。そして、目標となる補正電位が条件変更に対して一定値であるため、操作性を向上させることができる。
【００６５】
また、本発明に基づく荷電粒子ビーム装置における収差補正方法および荷電粒子ビーム装置では、加速電圧や作動距離を変更したとき、４段の静電型４極子と対物レンズとの合成倍率を調整することに加えて、収差補正装置の色収差補正電位の調整も行なうようにしたので、色収差係数と、３次開口収差係数を共に０に補正しても、前記した効果が得られる。
【００６６】
また、本発明に基づく荷電粒子ビーム装置における収差補正方法および荷電粒子ビーム装置では、荷電粒子ビームの加速電圧または作動距離を所定の範囲で変更したとき、３次の開口収差を補正するための４種の８極子電位の内、１段目と４段目の補正電位を一定に保つようにしたので、操作性の向上の効果がより顕著に得られる。
【００６７】
また、本発明に基づく荷電粒子ビーム装置における収差補正方法および荷電粒子ビーム装置では、荷電粒子ビームの加速電圧または作動距離を所定の範囲で変更したとき、３次の開口収差を補正するための４種の８極子電位を一定に保つようにしたので、操作性の向上の効果がより顕著に得られる。
【００６８】
また、本発明に基づく荷電粒子ビーム装置では、収差補正装置の静電型多極子と対物レンズとの間に少なくとも１個の追加レンズを配置し、加速電圧や作動距離を変更したとき、操作部からの指示に基づき、追加レンズと対物レンズとの合成倍率を調整して、収差補整装置の倍率調整に伴う、Ｘ，Ｙ方向の倍率のズレが軽減されるように構成したので、３次の開口収差を補正するための複数種の８極子電位の全ての８極子電位を一定に保つことが可能になった。
【００６９】
また、合成倍率を変化させなかったときのように、３次開口収差補正のための電圧が低加速電圧側で極端に減少することがなくなった。また、合成倍率を大きく変化させたときのように、３次開口収差補正のための電圧が、低加速電圧側で極端に増大することもなくなった。そして、目標となる補正電位が条件変更に対して一定値であるため、操作性を向上させることができる。
【００７０】
また、本発明に基づく荷電粒子ビーム装置では、収差補正装置の静電型多極子と対物レンズとの間に少なくとも１個の追加レンズを配置し、加速電圧や作動距離を変更したとき、操作部からの指示に基づき、収差補正装置の色収差補正電位の調整と、追加レンズと対物レンズとの合成倍率を調整して、収差補整装置の倍率調整に伴う、Ｘ，Ｙ方向の倍率のズレが軽減されるように構成したので、３次の開口収差を補正するための複数種の８極子電位の全ての８極子電位を一定に保つことが可能になった。
【００７１】
また、色収差係数と、３次開口収差係数を共に０に補正しても、合成倍率を変化させなかったときのように、３次開口収差補正のための電圧が低加速電圧側で極端に減少することがなくなった。また、合成倍率を大きく変化させたときのように、３次開口収差補正のための電圧が、低加速電圧側で極端に増大することもなくなった。そして、目標となる補正電位が条件変更に対して一定値であるため、操作性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】収差補正装置の原理の概略を説明するための図である。
【図２】静電型１２極子を１２以下の静電型多極子として用いる方法を示す図である。
【図３】磁場型１２極子を１２以下の磁場型多極子として用いる方法を示す図であり、本発明の基本構成を示す図である。
【図４】静電型多極子の標準配列を示す図であり、本発明の動作原理を説明するための図である。
【図５】本発明の基本構成を示す図である。
【図６】収差補正装置Ｃが組み込まれた走査電子顕微鏡の例を説明する図である。
【図７】加速電圧と収差補正電圧との関係を示す図である。
【図８】本発明の他の実施の形態の基本構成を示す図である。
【符号の説明】
Ｃ  収差補正装置
１，２，３，４  静電型４極子
７  対物レンズ
８  対物絞り
９  操作表示部
１１，１２，１３，１４，１７，２２，２３  電源
１９  制御部
２０  試料面
２７  追加レンズ
【図１】
2004363045.tif 000003
【図２】
2004363045.tif 000004
【図３】
2004363045.tif 000005
【図４】
2004363045.tif 000006
【図５】
2004363045.tif 000007
【図６】
2004363045.tif 000008
【図７】
2004363045.tif 000009
【図８】
2004363045.tif 000010