(57)【要約】【課題】  最適な収差補正を実現し、最小プローブ径を得る。【解決手段】  荷電粒子ビームをフォーカスさせて試料面２０に照射するものであって、荷電粒子ビームの光軸LＯに沿って配置された４段の多極子１，２，３，４と、４段の多極子１，２，３，４のうち少なくとも３個以上の多極子には標準８極子の電位または磁位を独立に与え、少なくとも２個以上の多極子には斜め８極子の電位または磁位を独立に与える、５個以上の独立な８極子電位または磁位を供給できる電源１１，１２，１３，１４，２１，２２，２３，２４と、前記独立な５個以上の８極子電位または磁位を互いに独立に調整することにより、３次開口収差を補正する制御部１９と、を有する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子ビームをフォーカスさせて試料に照射する荷電粒子光学装置において、
（１）荷電粒子ビームの光軸に沿って配置された４段の多極子と、
（２）前記４段の多極子のうち少なくとも３個の多極子には標準８極子の電位または磁位を独立に与え、少なくとも２個の多極子には斜め８極子の電位または磁位を独立に与える、５個以上の独立な８極子電位または磁位を供給できる独立可変電源と、
（３）前記４段の多極子のうち少なくとも１個の多極子には一定の値または前記独立可変電源のうちの何れかの値に従属させた値の標準または斜め８極子の電位または磁位を与える、１個以上の８極子電位または磁位を供給できる非独立可変電源と、
（４）前記５個以上の独立可変電源の８極子電位または磁位を互いに独立に調整することにより、３次開口収差を補正する制御手段と、
を有することを特徴とする荷電粒子光学装置。
【請求項２】
前記独立な標準８極子の電位または磁位のうち少なくとも２個は中央の２段目と３段目の前記多極子に供給され、前記独立な斜め８極子の電位または磁位のうち少なくとも２個は１段目と４段目の前記多極子に供給されることを特徴とする請求項１記載の荷電粒子光学装置。
【請求項３】
前記４段の多極子のうち少なくとも３個の多極子には標準１０極子の電位または磁位を独立に与え、少なくとも３個の多極子には斜め１０極子の電位又は磁位を独立に与える、６個以上の独立な１０極子電位または磁位を供給できる独立可変電源と、前記６個以上の独立可変電源の１０極子電位または磁位を互いに独立に調整することにより、４次の開口収差を補正する制御手段を合わせ備えたことを特徴とする請求項１乃至２の何れか１項に記載の荷電粒子光学装置。
【請求項４】
前記４段の多極子の全てに標準１２極子の電位または磁位を独立に与え、３個の多極子には斜め１２極子の電位または磁位を独立に与える、７個の独立な１２極子電位または磁位を供給できる独立可変電源と、前記７個の１２極子電位または磁位を互いに独立に調整することにより、５次の開口収差を補正する制御手段を合わせ備えたことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の荷電粒子光学装置。
【請求項５】
前記４段の多極子は１２極子であって、かつ前記４段の１２極子のうち少なくとも中央の２段が電場・磁場重畳型であって、
前記４段の１２極子に４個の独立な４極子電位を供給するとともに、前記電場・磁場重畳型の多極子に少なくとも２個以上の独立な４極子磁位を供給する独立可変電源と、
を有することを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の荷電粒子光学装置。
【請求項６】
荷電粒子ビームをフォーカスさせて試料に照射する荷電粒子光学装置において、
（１）荷電粒子ビームの光軸に沿って配置された４段の多極子と、
（２）前記４段の多極子のうち少なくとも３個の多極子には標準１０極子の電位または磁位を独立に与え、少なくとも３個の多極子には斜め１０極子の電位または磁位を独立に与える、６個以上の独立な１０極子電位または磁位を供給できる独立可変電源と、
（３）前記４段の多極子のうち少なくとも１個の多極子には一定の値または前記独立可変電源のうちの何れかの値に従属させた値の標準または斜め１０極子の電位または磁位を与える、１個以上の１０極子電位または磁位を供給できる非独立可変電源と、
（４）前記６個以上の独立可変電源の１０極子電位または磁位を互いに独立に調整することにより、４次の開口収差を補正する制御手段と、
を有することを特徴とする荷電粒子光学装置。
【請求項７】
前記独立な標準１０極子の電位または磁位のうち少なくとも１個は２段目の前記多極子に供給され、前記独立な斜め１０極子の電位または磁位のうち少なくとも１個は３段目の前記多極子に供給されることを特徴とする請求項６に記載の荷電粒子光学装置。
【請求項８】
前記独立な標準１０極子の電位または磁位のうち少なくとも３個は１段目、２段目、４段目の前記多極子に供給され、前記独立な斜め１０極子の電位または磁位のうち少なくとも３個は１段目、３段目、４段目の前記多極子に供給されることを特徴とする請求項６記載の荷電粒子光学装置。
【請求項９】
前記４段の多極子の全てに標準１２極子の電位または磁位を独立に与え、３個の多極子には斜め１２極子の電位または磁位を独立に与える、７個の独立な１２極子電位または磁位を供給できる独立可変電源と、前記７個の１２極子電位または磁位を互いに独立に調整することにより、５次の開口収差を補正する制御手段を合わせ備えたことを特徴とする請求項６乃至８の何れか１項に記載の荷電粒子光学装置。
【請求項１０】
前記４段の多極子は１２極子であって、かつ前記４段の１２極子のうち少なくとも中央の２段が電場・磁場重畳型であって、
前記４段の１２極子に４個の独立な４極子電位を供給するとともに、前記電場・磁場重畳型の多極子に少なくとも２個以上の独立な４極子磁位を供給する独立可変電源と、
を有することを特徴とする請求項４乃至９の何れか１項に記載の荷電粒子光学装置。
【請求項１１】
荷電粒子ビームをフォーカスさせて試料に照射する荷電粒子光学装置において、
（１）荷電粒子ビームの光軸に沿って配置された４段の多極子と、
（２）前記４段の多極子の全てに標準１２極子の電位または磁位を独立に与え、３個の前記多極子には斜め１２極子の電位または磁位を独立に与える、７個の独立な１２極子電位または磁位を供給できる独立可変電源と、
（３）前記４段の多極子のうち１個の多極子には一定の値または前記独立可変電源のうちの何れかの値に従属させた値の斜め１２極子の電位または磁位を与える、１個の１２極子電位または磁位を供給できる非独立可変電源と、
（４）前記７個の独立可変電源の１２極子電位または磁位を互いに独立に調整することにより、５次の開口収差を補正する制御手段と、
を有することを特徴とする荷電粒子光学装置。
【請求項１２】
前記独立な斜め１２極子の電位または磁位は１段目、２段目、４段目の前記多極子に供給されることを特徴とする請求項１１記載の荷電粒子光学装置。
【請求項１３】
前記４段の多極子は１２極子であって、かつ前記４段の１２極子のうち少なくとも中央の２段が電場・磁場重畳型であって、
前記４段の１２極子に４個の独立な４極子電位を供給するとともに、前記電場・磁場重畳型の多極子に少なくとも２個以上の独立な４極子磁位を供給する独立可変電源と、
を有することを特徴とする請求項１１および１２の何れか１項に記載の荷電粒子光学装置。
【請求項１４】
試料に荷電粒子ビームをフォーカスさせて試料に照射する荷電粒子光学装置において、
（１）荷電粒子ビームの光軸に沿って配置された、電場・磁場重畳型の標準配列の１２極子を用いた４段の多極子と、
（２）前記４段の多極子の全てに標準１２極子の電位を独立に与え、３個の多極子に斜め１２極子の磁位を独立に与える独立可変電源と、
（３）前記４段の多極子のうち１個の多極子には一定の値または前記独立可変電源のうちの何れかの値に従属させた値の斜め１２極子の磁位を与える、１個の１２極子磁位を供給できる非独立可変電源と、
（４）前記４個の独立な１２極子電位および前記３個の独立な１２極子磁位を調整することにより、５次の開口収差を補正する制御手段と、
を有することを特徴とする荷電粒子光学装置。
【請求項１５】
荷電粒子ビームをフォーカスさせて試料に照射する荷電粒子光学装置において、
（１）荷電粒子ビームの光軸に沿って配置された、電場・磁場重畳型の斜め配列の１２極子場を用いた４段の多極子と、
（２）前記４段の多極子の全てに標準１２極子の磁位を独立に与え、３個の多極子に斜め１２極子の電位を独立に与える独立可変電源と、
（３）前記４段の多極子のうち１個の多極子には一定の値または前記独立可変電源のうちの何れかの値に従属させた値の斜め１２極子の電位を与える、１個の１２極子電位を供給できる非独立可変電源と、
（４）前記４個の独立な１２極子磁位および前記３個の独立な１２極子電位を調整することにより、５次の開口収差を補正する制御手段と、
を有することを特徴とする荷電粒子光学装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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のような荷電粒子ビーム装置に用い、試料に荷電粒子ビームをフォーカスさせて照射する荷電粒子光学装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
走査電子顕微鏡や透過電子顕微鏡のような荷電粒子光学装置において、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、荷電粒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４極子と磁場型４極子の組み合わせで補正し、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６に基づいて説明する。図６において、対物レンズ７の前段に収差補正装置１０が配置されている。収差補正装置１０は、４段の多極子１，２，３，４を有している。また、収差補正装置１０の前段には、絞り８が設けられている。図中の符号ＰＰは、対物レンズ７の主面を示している。
【０００４】
このような構成において、光軸ＬＯに沿って図の左側から入射した荷電粒子ビームは、４段の多極子１〜４を静電型の４極子として用い、これらと対物レンズ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６では、荷電粒子ビームが進行する光軸ＬＯ方向をＺ方向として、このＺ方向に直行する粒子線の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。
【０００５】
次に、多極子１〜４の具体的な構成について説明する。
【０００６】
図７は、１２極子を用いた多極子１〜４の例を示す図である。
【０００７】
図７Ａは、静電型の１２極子で構成した多極子１〜４を示す図である。
【０００８】
この場合、１２極を構成する各電極Ｕ１〜Ｕ１２の各々に対して独立に電圧を供給可能にする。すなわち、この図の例では、標準用および斜め用２極子電源１０１、標準用および斜め用４極子電源１０２、標準用および斜め用６極子電源１０３、標準用８極子電源１０４から供給された電位に基づいて、供給部１０５における増幅器Ａ１〜Ａ１２が対応する各電極Ｕ１〜Ｕ１２に電位を供給する。
【０００９】
なお、２極子の場合、一般的な言い方をすれば、標準用の２極子がX軸の偏向用であり斜め用の２極子がY軸の偏向用に相当する。
【００１０】
図７Ｂは、電場・磁場重畳型の１２極子で構成した多極子１〜４を示す図である。
【００１１】
この場合には、磁性材料で作られた１２個の電極兼磁極Ｗ１〜Ｗ１２にそれぞれ励磁電流を供給するコイルを装着する。そして、電極兼磁極Ｗ１〜Ｗ１２ごとに電位および励磁を制御できるようにする。
【００１２】
前記供給部１０５は、各電極兼磁極Ｗ１〜Ｗ１２に電位を供給する。また、この図の例では標準用の４極子電源１１１に基づいて、供給部１１２における増幅器Ｂ１〜Ｂ１２が対応する各電極兼磁極Ｗ１〜Ｗ１２に装着したコイルに励磁電流を供給する。
【００１３】
このように、多極子として電場・磁場重畳型の１２極子を用い、これらを電場および磁場型の２極子〜１２極子として用いる方法は、非特許文献４に示されている。
【００１４】
図７Ｂの例では、各多極子の電極の電圧や、磁極の励磁電流を独立に制御するように構成されているが、これは１２極子を複数の多極子として用いるための構成であり、例えば、４極子と８極子だけというように使用する多極子が限定されていれば、これに応じて電源の数を減らすことができる。
【００１５】
図８は、１２極子を用いて実現する様々な多極子を示す図である。図８には静電型の多極子の電極配列の例を示す。
【００１６】
通常、Ｘ軸方向に基準となる電極がある構造と等価な機能を持つ多極子は標準（normal）２ｎ極子（ｎ＝１，２，・・・）と呼ばれ、この標準２ｎ極子を電極のピッチ角度の１／２（＝２π／４ｎ＝π／２ｎ［rad］、あるいは９０／ｎ［deg］）だけ回転した構造と等価な機能を持つ多極子は斜め（skew）２ｎ極子と呼ばれる。
【００１７】
同様にして磁場型の場合には、静電型の斜め２ｎ極子の電極を磁極とした構造と等価な機能を持つ多極子は標準２ｎ極子、静電型の標準２ｎ極子の電極を磁極とした構造と等価な機能を持つ多極子は斜め２ｎ極子と呼ばれる。
【００１８】
静電型と磁場型で、標準多極子（または斜め多極子）の電極と磁極の配置が異なるのは、これらの場によって荷電粒子が力を受ける方向を同じ直線上に選んでいるからである。なお、以下の説明でこれらの電極と磁極を特に区別する必要がない場合には、極子と呼ぶ場合がある。
【００１９】
次に、これらの多極子１〜４を用いた実際の動作を図６を用いて説明する。なお、標準２極子はＸ方向の偏向装置、斜め２極子はＹ方向への偏向装置で、これらは軸合わせに持ちいれられるが、その詳細については省略する。
【００２０】
先ず、フォーカス調整について説明する。このフォーカス調整は、基準軌道の形成の問題として把握することができる。
【００２１】
基準軌道とは、近軸軌道として、１段目の多極子１による４極子の作用でＹ方向の軌道Ｒｙが２段目の多極子２による４極子の中心を通り、２段目の多極子２による４極子の作用でＸ方向の軌道Ｒｘが３段目の多極子３による４極子の中心を通り、最後に、３段目の多極子３と４段目の多極子４とによる４極子の作用と対物レンズ７によって粒子線が試料面２０にフォーカスされる軌道を言う。実際には完全にフォーカスさせるために、これらの相互調整が必要になる。
【００２２】
また、Ｘ，Ｙ方向のフォーカス調整だけでは像が鮮明にならない場合には、斜め方向の４極子電位を利用する場合がある。
【００２３】
次に、色収差調整について説明する。
【００２４】
この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２段目の多極子２の静電型４極子の電位φｑ２［Ｖ］と磁場型４極子の励磁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３段目の多極子３の静電型４極子の電位φｑ３［Ｖ］と磁場型４極子の励磁Ｊ３［ＡＴ］が調整される。粒子光学系全体としてＹ方向に色収差が０に補正される。
【００２５】
次に、２次の開口収差の補正について説明する。
【００２６】
ここでは、６極子を用いた２次の開口補正について説明する。２次の開口収差は理想的には発生しないはずであるが、機械的な精度の限界によって現実には収差補正装置１０に寄生して発生する。Ｘ，Ｙ方向の色収差の補正を行った後に、２段目の多極子２の静電型６極子の電位ψｓ２［Ｖ］によってレンズ系全体としてＸ方向の２次の開口収差を０に補正し、３段目の多極子３の静電型６極子の電位ψｓ３［Ｖ］によってＹ方向の２次の開口収差を０に補正する。次にＸ，Ｙ方向が合成される方向（例えばＸ軸に対して３０°方向、６０°方向など）の２次の開口収差を１段目の多極子１と４段目の多極子４の各々の静電型６極子で０に補正する。
【００２７】
次に、球面収差補正について説明する。球面収差補正は、３次の開口収差補正の問題として把握することができる。
【００２８】
球面収差を補正する場合には、２段目の多極子２の静電型８極子の電位ψO２［Ｖ］によってレンズ系全体としてＸ方向の３次開口収差を０に補正し、３段目の多極子３の静電型８極子の電位ψO３［Ｖ］によってＹ方向の３次開口収差を０に補正する。次に、Ｘ，Ｙ方向が合成された４５°方向の３次開口型収差を１段目の多極子１と４段目の多極子４の各々の静電型８極子で０に補正する。実際は交互の繰り返し調整が必要になる。
【００２９】
次に、高次の開口収差補正について説明する。ここでは、５次の開口収差補正について検討する。
【００３０】
５次の収差の寄与を最小にする場合には、５次の収差を１２極子によって補正する（非特許文献５を参照）方法、３次の開口収差の符号と量を調整して５次の収差の寄与を最小にする（非特許文献３を参照。）方法、などがある。ここでは、これらの方法は詳しくは説明しない。
【００３１】
【非特許文献１】H. Rose, Optik 33, Heft 1, 1-23 (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, W. Bernhardt and H. Rose, Optik 63, No. 1, 9-23 (1982)，特にTable1
【非特許文献５】H. Rose, Optik 34, Heft 3, 285-311 (1971)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００３２】
前記の理論や実験に基づく結果、例えば図６〜７に示した従来の技術にはすばらしいものがあるが、さらに微小プローブを目指すには、必ずしも十分な配慮がなされていなかった。以下には、従来方式の不具合について示す。
【００３３】
第１には、機械精度の不完全さにより収差コレクタ内に６極子成分が発生している場合には、６極子による２次の開口収差補正が必要になるだけでなく、この６極子成分は４次の開口収差にも影響している。従って、更に高分解能を目指す場合には、５次の開口収差の前に、寄与が大きい４次の開口収差を補正しなければならない。すなわち、１０極子による４次の開口収差補正が必要になる。
【００３４】
第２には、前記の６極子成分が発生している場合には、標準６極子の成分だけでなく、斜め６極子の成分も存在すると考えられる。前記の従来技術で説明した２次の開口収差の補正では、この標準６極子によるＸ方向の２次の開口収差補正と、斜め６極子によるＹ方向の２次の開口収差補正が行われている。この斜め成分があると、球面収差（３次の開口収差）を補正する標準８極子だけでは球面収差を完全に０にすることはできない。すなわち、斜め８極子による球面収差補正が必要になる。
【００３５】
第３には、前記第２の斜め６極子成分があると、標準１０極子だけでは４次の開口収差を完全に０にすることはできなくなる。すなわち斜め１０極子による４次の開口収差補正が必要になる。
【００３６】
同様にして、斜め６極子成分があると、標準１２極子だけでは５次の開口収差を完全に０にすることはできなくなる。すなわち斜め１２極子による５の開口収差補正が必要になる。
【００３７】
本発明は、従来は配慮されていなかったこれらの問題を解決し、最適な収差補正を実現し、最小プローブ径を得ることができるような荷電粒子光学装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００３８】
前述の課題を解決するために、本発明に係る荷電粒子光学装置は、荷電粒子ビームをフォーカスさせて試料に照射するものであって、（１）荷電粒子ビームの光軸に沿って配置された４段の多極子と、（２）前記４段の多極子のうち少なくとも３個の多極子には標準８極子の電位または磁位を独立に与え、少なくとも２個の多極子には斜め８極子の電位または磁位を独立に与える、５個以上の独立な８極子電位または磁位を供給できる独立可変電源と、（３）前記４段の多極子のうち少なくとも１個の多極子には一定の値または前記独立可変電源のうちの何れかの値に従属させた値の標準または斜め８極子の電位または磁位を与える、１個以上の８極子電位または磁位を供給できる非独立可変電源と、（４）前記５個以上の独立可変電源の８極子電位または磁位を互いに独立に調整することにより、３次開口収差を補正する制御手段と、を有する。
【００３９】
前記制御手段は、所定のプログラムに基づいて一連の補正の手順を実行するコンピュータであることが望ましい。
【００４０】
前記３個以上の独立な標準８極子の電位または磁位のうち少なくとも２個は中央の２段目と３段目の前記多極子に供給され、前記２個以上の独立な斜め８極子の電位または磁位のうち少なくとも２個は１段目と４段目の前記多極子に供給されることが望ましい。
【００４１】
また、本発明に係る荷電粒子光学装置は、荷電粒子ビームをフォーカスさせて試料に照射するものであって、（１）荷電粒子ビームの光軸に沿って配置された４段の多極子と、（２）前記４段の多極子のうち少なくとも３個の多極子には標準１０極子の電位または磁位を独立に与え、少なくとも３個の多極子には斜め１０極子の電位または磁位を独立に与える、６個以上の独立な１０極子電位または磁位を供給できる独立可変電源と、（３）前記４段の多極子のうち少なくとも１個の多極子には一定の値または前記独立可変電源のうちの何れかの値に従属させた値の標準または斜め１０極子の電位または磁位を与える、１個以上の１０極子電位または磁位を供給できる非独立可変電源と、（４）前記６個以上の独立可変電源の１０極子電位または磁位を互いに独立に調整することにより、４次の開口収差を補正する制御手段と、を有することが望ましい。
【００４２】
前記３個以上の独立な標準１０極子の電位または磁位のうち少なくとも１個は２段目の前記多極子に供給され、前記２個以上の独立な斜め１０極子の電位または磁位のうち少なくとも１個は３段目の前記多極子に供給されることが望ましい。
【００４３】
前記３個以上の独立な標準１０極子の電位または磁位のうち少なくとも３個は１段目、２段目、４段目の前記多極子に供給され、前記３個以上の独立な斜め１０極子の電位または磁位のうち少なくとも３個は１段目、３段目、４段目の前記多極子に供給されることが望ましい。
【００４４】
さらに、本発明に係る荷電粒子光学装置は、荷電粒子ビームをフォーカスさせて試料に照射するものであって、（１）荷電粒子ビームの光軸に沿って配置された４段の多極子と、（２）前記４段の多極子の全てに標準１２極子の電位または磁位を独立に与え、３個の前記多極子には斜め１２極子の電位または磁位を独立に与える、７個の独立な１２極子電位または磁位を供給できる独立可変電源と、（３）前記４段の多極子のうち１個の多極子には一定の値または前記独立可変電源のうちの何れかの値に従属させた値の標準または斜め１２極子の電位または磁位を与える、１個の１２極子電位または磁位を供給できる非独立可変電源と、（４）前記７個の独立可変電源の１２極子電位または磁位を互いに独立に調整することにより、５次の開口収差を補正する制御手段と、を有することが望ましい。
【００４５】
前記独立な３個の斜め１２極子の電位または磁位は１段目、２段目、４段目の前記多極子に供給されることが望ましい。
【００４６】
あるいは、本発明に係る荷電粒子光学装置は、荷電粒子ビームをフォーカスさせて試料に照射するものであって、（１）荷電粒子ビームの光軸に沿って配置された、電場・磁場重畳型の標準配列の１２極子を用いた４段の多極子と、（２）前記４段の多極子の全てに標準１２極子の電位を独立に与え、３個の多極子に斜め１２極子の磁位を独立に与える電源と、（３）前記４段の多極子のうち１個の多極子には一定の値または前記独立可変電源のうちの何れかの値に従属させた値の斜め１２極子の磁位を与える、１個の１２極子の磁位を供給できる非独立可変電源と、（４）前記４個の独立な１２極子電位および前記3個の独立な１２極子磁位を調整することにより、５次の開口収差を補正する制御手段と、を有することもできる。
【００４７】
あるいはまた、本発明に係る荷電粒子光学装置は、試料に荷電粒子ビームをフォーカスさせて照射するものであって、（１）荷電粒子ビームの光軸に沿って配置された、電場・磁場重畳型の斜め配列の１２極子を用いた４段の多極子と、（２）前記４段の多極子の全てに標準１２極子の磁位を独立に与え、３個の多極子に斜め１２極子の電位を独立に与える電源と、（３）前記４段の多極子のうち１個の多極子には一定の値または前記独立可変電源のうちの何れかの値に従属させた値の斜め１２極子の電位を与える、１個の１２極子電位を供給できる非独立可変電源と、（４）前記４個の独立な１２極子磁位および前記3個の独立な１２極子電位を調整することにより、５次の開口収差を補正する制御手段と、を有することもできる。
【００４８】
本発明に係る荷電粒子光学装置は、前記４段の多極子は１２極子であって、かつ前記４段の１２極子のうち少なくとも中央の２段が電場・磁場重畳型であって、前記４段の１２極子に４個の独立な４極子電位を供給するとともに、前記電場・磁場重畳型の多極子に少なくとも２個の独立な４極子磁位を供給する電源と、を有することが望ましい。
【００４９】
前記制御手段は６極子成分の収差を合わせて補正するように成すことが望ましい。
【発明の効果】
【００５０】
以上のごとく、本発明の荷電粒子光学装置は、（１）４段の多極子と、（２）５個以上の独立な８極子電位（または磁位）を供給できる独立可変電源を有して、４段のうち少なくとも３個の多極子には標準８極子の電位（または磁位）を独立に与え、少なくとも２個の多極子には斜め８極子の電位（または磁位）を独立に与え、（３）１個以上の一定の値の８極子電位（または磁位）または前記独立可変電源の何れかに従属させた値の８極子電位（または磁位）を供給できる非独立可変電源を有して、４段のうち少なくとも１個の多極子には標準８極子の電位（または磁位）または斜め８極子の電位（または磁位）を与え、（４）前記５個以上の８極子電位（または磁位）を互いに独立に調整して得られた画像の変化から、球面収差（３次の開口収差）を補正する収差補正装置を備えたことより、標準および斜め６極子成分を収差補正装置内で補正するような場合でも、球面収差（３次開口収差）を実質的に０に補正できるようになり、４次以上の高次開口収差を補正した場合に、球面収差の残り成分がプローブ径を悪化させることがなくなった。
【００５１】
また、本発明の荷電粒子光学装置は、（１）４段の多極子と、（２）６個以上の独立な１０極子電位（または磁位）を供給できる独立可変電源を有して、４段のうち少なくとも３個の多極子には標準１０極子の電位（または磁位）を独立に与え、少なくとも３個の多極子には斜め１０極子の電位（または磁位）を独立に与え、（３）１個以上の一定の値の１０極子電位（または磁位）または前記独立可変電源の何れかに従属させた値の１０極子電位（または磁位）を供給できる非独立可変電源を有して、４段のうち少なくとも１個の多極子には標準１０極子の電位（または磁位）または斜め１０極子の電位（または磁位）を与え、（４）前記６個以上の１０極子電位（または磁位）を互いに独立に調整して得られた画像の変化から、４次の開口収差を補正する収差補正装置を備えたことにより、標準および斜め６極子成分を収差補正装置内で補正するような場合でも、４次の開口収差を実質的に０に補正できるようになり、５次の開口収差を補正した場合に、４次の開口収差がプローブ径を制限することがなくなった。
【００５２】
さらに、本発明の荷電粒子光学装置は、（１）４段の多極子と、（２）７個の独立な１２極子電位（または磁位）を供給できる独立可変電源を有して、４個の全ての多極子に標準１２極子の電位（または磁位）を独立に与え、３個の多極子には斜め１２極子の電位（または磁位）を独立に与え、（３）１個の一定の値の１２極子電位（または磁位）または前記独立可変電源の何れかに従属させた値の１２極子電位（または磁位）を供給できる非独立可変電源を有して、４段のうち１個の多極子には斜め１２極子の電位（または磁位）を与え、（４）前記７個の１２極子電位（または磁位）を互いに独立に調整して得られた画像の変化から、５次の開口収差を補正する収差補正装置を備えたので、標準および斜め６極子成分を収差補正装置内で補正するような場合でも、５次の開口収差を実質的に０に補正できるようになり、５次までの開口収差が全て０にでき、プローブ径を著しく向上できた。
【００５３】
さらにまた、４段の多極子を電場重畳型の標準配列の１２極子で構成したとき、電位によって標準１２極子の場を作り、磁位によって斜め１２極子の場を作り、４個の全ての多極子の標準１２極子の電位を独立に与え、３個の多極子には斜め１２極子の磁位を独立に与え、これら４個の独立な電位と３個以上の独立な磁位を調整して得られた画像の変化から、５次の開口収差を補正する収差補正装置を備えたことにより、１２極子による５次までの補正が可能になった。また更に極数を増やした補正が不要になり、低価格・高性能の補正が可能になった。
あるいは、４段の多極子を電場・磁場重畳方の斜め配列の１２極子で構成したとき、磁位によって標準１２極子の場を作り、電位によって斜め１２極子の場を作り、４個の全ての多極子に標準１２極子の磁位を独立に与え、３個の多極子には斜め１２極子の電位を独立に与え、これらの４個の独立な１２極子磁位と３個の独立な電位を調整して得られた画像の変化から、５次の開口収差を補正する収差補正装置を備えたことにより、１２極子による５次までの補正が可能になり、更に極数を増やした補正が不要になり、低価格・高性能の補正が可能になった。
【００５４】
以上のごとく、本発明によると、最適な収差補正を実現し、最小プローブ径を得るような荷電粒子光学装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５５】
以下、本発明に係る荷電粒子光学装置の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【実施例１】
【００５６】
図１は、荷電粒子光学装置の第1の実施の形態を示す図である。以下の実施の形態においても、特に断る場合を除いて荷電粒子光学装置は同様の構造を有することを前提とする。
【００５７】
第１の実施の形態の荷電粒子光学装置は、荷電粒子ビームの一部をプローブとして試料にフォーカスさせて照射するものであって、光軸ＬＯに沿って、絞り８、４段の多極子１，２，３，４、および荷電粒子ビームを試料面２０にフォーカスさせる対物レンズ７を有する。
【００５８】
また、この荷電粒子光学装置は、多極子１を駆動する電源１１，２１、多極子２を駆動する電源１２，２２、多極子３を駆動する電源１３，２３、多極子４を駆動する電源１４，２４、対物レンズ７を駆動する電源１７、ユーザとのインターフェースを行って加速電圧や作動距離等を制御する操作表示部９、および操作表示部９の操作に基づいて前記電源１１〜１４，１７，２１〜２４を制御する制御部１９を有している。
【００５９】
なお、便宜上、図中には５次の収差まで補正できるように４段の多極子１〜４に電位または磁位を供給する８個の電源１１〜１４，２１〜２４を示している。これらの電源の役割については、後に詳細に説明する。
【００６０】
制御部１９は、ユーザであるオペレータによる操作表示部９への操作に基づいて、内蔵したソフトウェアを用いて、収差を補正する一連の手順を実行する。そして、この手順の結果に基づいて、前記電源１１〜１４，１７，２１〜２４を制御して、多極子１，２，３，４および対物レンズ７における電場および磁場を制御する。
【００６１】
このような制御部１９は、例えばコンピュータによって構成することができる。また、操作表示部９も一体として、コンソールとディスプレイと有するたとえばパーソナルコンピュータで構成することもできる。前記制御手段には、制御部１９または制御部１９および操作表示部９が相当する。
【００６２】
多極子１〜４は、色収差補正または斜め多極子成分を含む５次開口収差補正を考慮しなければ、静電型、磁場型、電場・磁場重畳型のいずれの形態をとることもできる。磁場型の場合は電源２１〜２４から供給される電流によって、静電型の場合には電源１１〜１４から供給される電位によって、あるいは電場・磁場重畳型の場合は電源１１〜１４、２１〜２４から供給される電位および電流によって制御される。
【００６３】
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１１〜１４，２１〜２４を含めたものを収差補正装置と呼ぶことにする。
【００６４】
このような収差補正装置１０は、例えば図２に示す如くに走査電子顕微鏡などに組み込まれる。この場合、荷電粒子には電子が相当することになる。
【００６５】
内部が真空雰囲気にされた鏡筒５０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５１、電子銃５１で発生した電子ビームを収束し、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５２と対物絞り５３、収差補正装置５４（図1の収差補正装置１０に相当）、試料５９上で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５５、電子ビームをフォーカスして試料５９に照射する対物レンズ５７、試料５９を保持しかつ少なくともＸ−Ｙ平面内で試料５９を自在に駆動するステージ５８、電子ビームの照射・走査に伴って試料５９から発生する二次電子などの信号を検出する検出器６０が備えられている。
【００６６】
図３は、本実施の形態の多極子の駆動に使用する電源１１〜１４の構成を示す図である。
【００６７】
なお、以下では静電型の多極子について説明するが、以下の説明は同様に、電場・磁場重畳型の場合にも該当する。
【００６８】
これらの電源１１〜１４は、電位を発生する電源部３１と、前記電源部３１に基づいて多極子１〜４に電位を供給する供給部３２とを有している。
【００６９】
電源部３１は、標準２極子電源３１１、斜め２極子電源３１２、標準４極子電源３１３、斜め４極子電源３１４、標準６極子電源３１５、斜め６極子電源３１６、標準８極子電源３１７、斜め８極子電源３１８、標準１０極子電源３１９、斜め１０極子電源３１１０、標準１２極子電源３１１１、および斜め１２極子電源３１１２を有している。
【００７０】
供給部３２は、多極子１〜４の１２極子の各極子に対応する１２個の増幅器Ａ１〜Ａ１２を有している。これらの各増幅器Ａ１〜Ａ１２は、電源部３１の電源３１１〜３１１２の電位に基づいて１２極にそれぞれ電位を供給する。
【００７１】
すなわち、これら電源部３１の電源３１１〜３１１２の電位に基づいて増幅器Ａ１〜Ａ１２で加算して供給することにより、それぞれの多極子電位による５次までの開口収差補正が独立して行える。図には示していないが、磁場型の場合も同様に構成できる。
【００７２】
次に、多極子１〜４の電極（または磁極）の電位（または磁位）と電位分布（または磁位分布）について説明する。
【００７３】
多極子１〜４の中心からの半径をｒ、光軸をｚ軸、ｚ軸のまわりのｘ軸からの回転角をθと置くと、座標（ｒ，θ，ｚ）における２ｎ極子の電位および磁位の分布は、
標準２ｎ極子の電位：
ΨＮ２ｎ（ｒ，θ，ｚ）＝ＶＮ２ｎψ２ｎ（ｚ）（ｒ/ａ）ｎｃｏｓ（ｎθ）
斜め２ｎ極子の電位：
ΨＳ２ｎ（ｒ，θ，ｚ）＝ＶＳ２ｎψ２ｎ（ｚ）（ｒ/ａ）ｎｓｉｎ（ｎθ）
標準２ｎ極子の磁位：
ΦＮ２ｎ（ｒ，θ，ｚ）＝μ０ＩＮ２ｎφ２ｎ（ｚ）（ｒ/ａ）ｎｓｉｎ（ｎθ）
斜め２ｎ極子の磁位：
ΦＳ２ｎ（ｒ，θ，ｚ）＝−μ０ＩＳ２ｎφ２ｎ（ｚ）（ｒ/ａ）ｎｃｏｓ（ｎθ）
で与えられる。
【００７４】
ここで、ＶＮ２ｎおよびＶＳ２ｎは標準２ｎ多極子および斜め２ｎ極子の電極に与える電位、ＩＮ２ｎおよびＩＳ２ｎは標準２ｎ多極子および斜め２ｎ極子の磁極のコイル電流（正確には電流と巻き数との積）、ψ２ｎ（ｚ）およびφ２ｎ（ｚ）は２ｎ極子の光軸ＬＯ方向（ｚ方向）の電位および磁位分布を表す関数である。また、式中のａは多極子の内径、μ０は真空中の透磁率を表している。
【００７５】
なお、後述する表１〜６では、表の数を少なくして分かり易くするために、斜め２ｎ極子の磁位の符号を反転している。また、実際の収差計算では、磁位（磁気ポテンシャル）はベクトルポテンシャルとして計算されることも多いが、説明を分かり易くするために、ここでは、スカラーポテンシャルを用いている。
これらの式を直交座標（ｘ，ｙ，ｚ）で表す場合には、
ｘ＝ｒｃｏｓθ
ｙ＝ｒｓｉｎθ
を用いて上式を書き直せばよい。
【００７６】
また、標準多極子と斜め多極子の電位または磁位の合成は、多極子を回転することに対応する。すなわち、標準多極子を基準と考えたとき、標準多極子の強さＡおよび斜め多極子の強さＢに対して、
Ａｃｏｓα＋Ｂｓｉｎα＝Ｃｃｏｓ（α−δ）
ここで、Ａ＝Ｃｃｏｓδ、Ｂ＝Ｃｓｉｎδであるから、
Ｃ＝（Ａ２＋Ｂ２）１／２
δ＝ｔａｎ−１（Ｂ／Ａ）
である。
【００７７】
実際の装置でも、ＡとＢを指定する代わりに、合成後の標準多極子の強さＣと標準位置からの回転角δを指定することができる。本実施の形態においては、実際の電極に与える電位または実際の磁極に与える磁位の関係が明確になるように、前記Ａ，Ｂを指定する形で説明する。
【００７８】
次に、具体的な例として、多極子１〜４に１２極子を採用したとき、電位（または磁位）の振幅を１としたときの１２極子の各電極（または磁極）に与えるべき電位（または磁位）の値を表１〜表４に示す。
【００７９】
表１は、標準配列１２極子による標準多極子電位と斜め多極子磁位を示す表である。
【００８０】
【表１】
2004265864.tif 000003
【００８１】
表２は、標準配列１２極子による斜め多極子電位と標準多極子磁位を示す表である。
【００８２】
【表２】
2004265864.tif 000004
【００８３】
表３は、斜め配列１２極子による標準多極子電位と斜め多極子磁位を示す表である。ここで、θ´＝θ＋１５ [deg]、または、θ´＝θ＋π／１２ [rad] である。
【００８４】
【表３】
2004265864.tif 000005
【００８５】
表４は、斜め配列１２極子による斜め多極子電位と標準多極子磁位を示す表である。
【００８６】
【表４】
2004265864.tif 000006
【００８７】
次に、斜め配列１２極子による前記の表３、表４において、第１番目の極子の電位（または磁位）を基準にして各極子の電位（または磁位）を規格化したものを表５、表６に示す。
【００８８】
【表５】
2004265864.tif 000007
【００８９】
【表６】
2004265864.tif 000008
【００９０】
なお多極子１〜４が１２極子で構成される場合、これを構成する電極（または磁極）が標準配列か斜め配列かによって、実現可能な１２極子は、標準１２極子かまたは斜め１２極子の何れか一方に制限される。すなわち、実現不能な場合では、電極（または磁極）に与えられるべき電位（または磁位）が０になってしまうためである。
【００９１】
さて、本願の課題は、高次の開口収差を補正してより高い分解能を目指す場合には、機械精度の不完全さ等により収差コレクタ内に発生する６極子成分の影響を取り除くことにある。その方策の一つとして上述の如き標準多極子による４個の多極子場と斜め多極子による４個の多極子場とを組み合わせた合計８個の多極子場から成る収差コレクタ装置が考えられる。
【００９２】
そこで本願発明者がその様な装置について研究したところ、単純に８個の多極子場を独立に制御すると新たな問題が発生することが分かった。例えば、ある収差の補正に対して複数の解が出てきてしまうとか、ある収差の補正に際して感度の低い多極子では、補正に際して過度に高い印加電圧になってしまうとか、あるいはその高い電圧の印加に伴って新たな収差が発生するなどである。この様な研究の成果から、本願発明者は、以下に詳しく説明するように独立に制御する多極子の数を減らして上記のような新たに発生する問題を回避すると共に装置の取り扱いを容易にしている。
【００９３】
以下、収差補正装置１０における補正の原理について説明する。
【００９４】
本願発明者が収差補正装置１０の補正電位（または補正磁位、あるいはコイル電流）と試料面２０に現れるＸ方向およびＹ方向の収差係数を調べた結果、補正電位（または補正磁位）の単位変化ΔＶに対するＸ方向とＹ方向の収差係数は互いに関係のあることがわかった。すなわち、このΔＶの変化に対して、Ｘ方向のｎ番目とＹ方向のｍ番目の、ビームの回転効果を含めた収差係数Ｃｎｘ，Ｃｍｙの変化をΔＣｎｘ，ΔＣｍｙとおくと、これらの変化率
ｔｎｘ＝ΔＣｎｘ／（Ｃｎｘ・ΔＶ）
ｔｍｙ＝ΔＣｍｙ／（Ｃｍｙ・ΔＶ）
の間に、互いに関係のある番号のｎ，ｍがあることがわかった（詳しくは述べないが、ＣｎｘとＣｍｙは比例関係にある）。以下にこれを簡単に説明する。ここで、試料に入射するビームのＸ，Ｙ方向の開き角をαｘ，αｙとする。なお、ここでは、前記αｘ，αｙは、それぞれ近似的には、ｓｉｎαｘ＝αｘ、ｓｉｎαｙ＝αｙと見なせるような、十分小さな値であるものとする。
【００９５】
まず、３次の開口収差係数の場合を例にして、表７に示す具体的な数値を用いて考え方を説明する。表７は、４段の各多極子に標準８極場と斜め８極場とを与え、それをそれぞれ一定量変化させたとき、３次の開口収差係数（３次の場合は８個ある）の変化率を調べたものである。なお、表の左側の４列がＸ方向、右側の４列がＹ方向を表している。また、変化率が誤差の範囲でゼロとなるような欄は空欄として表して見易くした。更に補足すると、斜め８極場による各変化率の値は標準８極場の変化率よりも比較的大きな値になっているが、これは変化率の分母（Ｃ・ΔＶ）中の補正前の収差Ｃが斜め６極子成分に起因しており、これによる収差係数が小さな値になっているからである。
【００９６】
【表７】
2004265864.tif 000009
【００９７】
さて、表を詳しく調べると、Ｘ方向の斜め８極場を与える斜め１〜４段の３次の項αｘ２αｙ１の４個の収差係数の変化率が、Ｙ方向の斜め１〜４段による３次の項αｘ３αｙ０の斜め１〜４段の４個の収差係数の変化率と誤差の範囲でそれぞれ一致していることが分かる。同様に、Ｘ方向の標準８極場を与える標準１〜４段の３次の項αｘ１αｙ２の４個の収差係数の変化率がＹ方向の標準１〜４段の３次の項αｘ２αｙ１の４個の収差係数の変化率とそれぞれ誤差の範囲で一致し、Ｘ方向の斜め８極場を与える斜め１〜４段の３次の項αｘ０αｙ３の４個の収差係数の変化率がＹ方向の斜め１〜４段の３次の項αｘ１αｙ２の４個の収差係数の変化率とそれぞれ誤差の範囲で一致していることが分かる。これが第１の所見である。
【００９８】
次に、標準の１段目から標準の４段目までの各係数の変化率を比較してみる。ただし比較は絶対値で行う。そうすると、まず、２段目の項αｘ３αｙ０の収差係数の変化率と３段目の項αｘ０αｙ３の収差係数の変化率が他に比較して大きな値であることが分かる。つまり、標準の２段目と３段目は、標準の１段目と４段目に比べて、８極場を変化させたときの変化量に対して影響が大きいことを示している。次いで、１段目と４段目を調べてみると、どちらも同程度ということがわかる。これが第２の所見である。
【００９９】
同様にして、１〜４段目の多極子に与える斜め８極場の電位を一定量変化させたときの各係数の変化率を比較してみる。ここでも比較は絶対値で行う。そうすると、１段目と４段目の数値は、２段目と３段目の数値と比べて、明らかに大きいことが分かる。これが第３の所見である。
【０１００】
これらの所見は、８極場を与えるべき多極子の選択の際に適用される。上記は、３次の開口収差係数の場合であるが、他の高次（２次、４次、５次）の場合においても、詳しくは説明しないが、それぞれに同様な３つの所見が得られる。従って、他の高次の場合においても、各多極場（６極場、１０極場、１２極場）を与える多極子の選択に同様な手法が応用できる。以下、上記の考え方に基づいて、２次から５次の開口収差係数の場合について説明する。
【０１０１】
２次の開口収差係数の場合は、次のとおりである。なお、ここでは、Ｘ方向の収差の項に対し、従属関係にあるＹ方向の収差の項を上下に並べて記載する。この様にするのは、上記第１の所見に基づいている。３次以上の場合も同様である。
【０１０２】
Ｘ方向：αｘ２αｙ０，αｘ１αｙ１，αｘ０αｙ２
Ｙ方向：           αｘ２αｙ０，αｘ１αｙ１，αｘ０αｙ２
に比例する収差の係数の変化率を各々
Ｘ方向：ｔ１ｘ，ｔ２ｘ，ｔ３ｘ
Ｙ方向：       ｔ１ｙ，ｔ２ｙ，ｔ３ｙ
とおくと、２次の開口収差係数の場合の第１の所見から、
ｔ２ｘ＝ｔ１ｙ，ｔ３ｘ＝ｔ２ｙ
が確認される。従って、独立なパラメータは４個になり、最低４個の独立な電源が必要になる。
【０１０３】
３次の開口収差係数の場合は、次のとおりである。
【０１０４】
Ｘ方向：αｘ３αｙ０，αｘ２αｙ１，αｘ１αｙ２，αｘ０αｙ３
Ｙ方向：           αｘ３αｙ０，αｘ２αｙ１，αｘ１αｙ２，αｘ０αｙ３
に比例する収差の係数の変化率を各々
Ｘ方向：ｔ１ｘ，ｔ２ｘ，ｔ３ｘ，ｔ４ｘ
Ｙ方向：       ｔ１ｙ，ｔ２ｙ，ｔ３ｙ，ｔ４ｙ
とおくと、
ｔ２ｘ＝ｔ１ｙ，ｔ３ｘ＝ｔ２ｙ，ｔ４ｘ＝ｔ３ｙ
となる。従って、独立なパラメータは５個になり、最低５個の独立な電源が必要になる。
【０１０５】
４次の開口収差係数の場合は、次のとおりである。
【０１０６】
Ｘ方向：αｘ４αｙ０，αｘ３αｙ１，αｘ２αｙ２，αｘ１αｙ３，αｘ０αｙ４
Ｙ方向：           αｘ４αｙ０，αｘ３αｙ１，αｘ２αｙ２，αｘ１αｙ３，αｘ０αｙ４
に比例する収差の係数の変化率を各々
Ｘ方向：ｔ１ｘ，ｔ２ｘ，ｔ３ｘ，ｔ４ｘ，ｔ５ｘ
Ｙ方向：       ｔ１ｙ，ｔ２ｙ，ｔ３ｙ，ｔ４ｙ，ｔ５ｙ
とおくと、
ｔ２ｘ＝ｔ１ｙ，ｔ３ｘ＝ｔ２ｙ，ｔ４ｘ＝ｔ３ｙ，ｔ５ｘ＝ｔ４ｙ
となる。従って、独立なパラメータは６個になり、最低６個の独立な電源が必要になる。
【０１０７】
５次の開口収差係数の場合は、次のとおりである。
【０１０８】
Ｘ方向：αｘ５αｙ０，αｘ４αｙ１，αｘ３αｙ２，αｘ２αｙ３，αｘ１αｙ４，αｘ０αｙ５
Ｙ方向：           αｘ５αｙ０，αｘ４αｙ１，αｘ３αｙ２，αｘ２αｙ３，αｘ１αｙ４，αｘ０αｙ５
に比例する収差の係数の変化率を各々
Ｘ方向：ｔ１ｘ，ｔ２ｘ，ｔ３ｘ，ｔ４ｘ，ｔ５ｘ，ｔ６ｘ
Ｙ方向：       ｔ１ｙ，ｔ２ｙ，ｔ３ｙ，ｔ４ｙ，ｔ５ｙ，ｔ６ｙ
とおくと、
ｔ２ｘ＝ｔ１ｙ，ｔ３ｘ＝ｔ２ｙ，ｔ４ｘ＝ｔ３ｙ，ｔ５ｘ＝ｔ４ｙ，ｔ６ｘ＝ｔ５ｙ
となる。従って、独立なパラメータは７個になり、最低７個の独立な電源が必要になる。
【０１０９】
以上、本願発明者によって見いだした収差係数間の関係を述べたが、標準多極子と斜め多極子では収差の現れ方が異なるため、どの収差係数に注目して修正するかは、下記の実際の補正手順に述べることにする。その際、どの多極子を選択するかは、前記第２、第３の所見に基づいている。
【０１１０】
次に、収差補正装置１０における実際の補正手順について説明する。
【０１１１】
以下ではフォーカス調整、色収差補正、２次開口収差の補正は終了しているものとして記述する。試料面に入射する荷電粒子ビームの光軸ＬＯに対するｘ，ｙ方向の開き角をαｘ，αｙとする。
【０１１２】
図４は、多極子１〜４による収差補正を説明する図である。
【０１１３】
先ず、図４Ａを参照して球面収差（３次開口収差）について説明する。
【０１１４】
球面収差（３次開口収差）の補正の場合、上記のように独立なパラメータは５個まで減らすことができるから、４段の標準多極子と４段の斜め多極子との合計８個の多極子の内から５個を選択することができる。選択の基準は多極子に与える８極場の電位あるいは磁位が変化したときにビームの位置に与える影響が大きな多極子を選ぶようにする。本願発明者の研究結果によると、２段目と３段目の標準多極子は影響が大きく重要であり、１段目と４段目の標準多極子は少なくともどちらか一方を選べばよい。従って、ここでは、図４Ａに示すように、１段目と２段目と３段目の標準多極子を選ぶこととする。斜め多極子については、２段目と３段目は影響が小さく選択するには好ましくない。よって１段目と４段目の斜め多極子を選ぶこととする。
【０１１５】
対物レンズ７が磁界型の場合（または、光学系の途中に少なくとも一つの磁界型のビーム集束用レンズを含む場合）について説明する。この場合には、磁界によってビームが回転するため、収差補正装置１０による補正の効果は回転した分を補正しなければ、標準多極子と斜め多極子による補正の影響は区別できなくなる。このため、標準多極子の制御と斜め多極子の制御とは独立にはならず、互いに関係し合うようになる。
【０１１６】
補正前の８極子の補正電位について、１段目、２段目、３段目の多極子１，２，３に、標準８極子としての電位Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３を与え、１段目と４段目の多極子１，４に、斜め８極子としての電位Ｖ４，Ｖ５を与える。この補正電位に対する試料面２０における補正前の収差係数について、Ｘ方向の位置に影響するαｘ３，αｘ２αｙ，αｘαｙ２，αｙ３に比例する収差の係数をｃ１，ｃ４，ｃ２，ｃ５とし、Ｙ方向の位置に影響するαｙ３に比例する収差の係数をｃ３とする。ここで、上記係数のうち、ｃ４，ｃ２，ｃ５は、Ｙ方向の位置に影響するαｘ３，αｘ２αｙ，αｘαｙ２にもそれぞれ比例する。
【０１１７】
次に、１段目、２段目、３段目の標準８極子の電位変化量をΔＶ１，ΔＶ２，ΔＶ３、１段目と４段目の斜め８極子の電位変化量をΔＶ４，ΔＶ５とする。
【０１１８】
ここで、各ΔＶｋ（ｋ＝１〜５）の変化による収差係数ｃｊ（ｊ＝１〜５）の変化は、標準多極子と斜め多極子とでは独立とはならず、
【０１１９】
【数１】
2004265864.tif 000010
【０１２０】
で与えられるので、収差係数ｃｊを０にするための変化量ΔＶｋは、連立方程式
［ａｊｋ］［ΔＶｋ］＝［−ｃｊ］
を解いて求められる。
【０１２１】
ここで、［ａｊｋ］はｊ行ｋ列の行列であり、［ΔＶｋ］はｋ行の列ベクトル、［−ｃｊ］はｊ行の列ベクトルである。
【０１２２】
この結果、補正電位はｋ＝１〜５に対して
Ｖｋ＋ΔＶｋ
となる。このようにすれば、補正前の収差係数ｃｊは、収差補正装置１０で発生させた収差係数−ｃｊで打ち消すことができる。
【０１２３】
次に、対物レンズ７が静電型の場合（または、光学系の途中に磁界型のビーム集束用のレンズは含まない場合）について説明する。この場合には、収差補正装置による補正の効果は標準多極子と斜め多極子とで独立に影響する。従って、現在（補正前）の８極子の補正電位について、１段目、２段目、３段目の多極子１，２，３に、極準８極子としての電位Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３を与え、１段目と４段目の多極子１，４に、斜め８極子としての電位Ｖ４，Ｖ５を与え、標準多極子と斜め多極子とではそれぞれ独立に制御される。そして、この補正電位に対する試料面における現在の収差の係数について、Ｘ方向の位置に影響するαｘ３，αｘ２αｙ，αｘαｙ２，αｙ３に比例する収差の係数をｃ１，ｃ４，ｃ２，ｃ５とし、Ｙ方向の位置に影響するαｙ３に比例する収差係数をｃ３とする。ここで、上記係数のうち、ｃ４，ｃ２，ｃ５は、Ｙ方向の位置に影響するαｘ３，αｘ２αｙ，αｘαｙ２にもそれぞれ比例する。
【０１２４】
次に、１段目、２段目、３段目の標準８極子の電位変化量をΔＶ１，ΔＶ２，ΔＶ３とし、１段目と４段目の斜め８極子の電位変化量をΔＶ４，ΔＶ５とする。
【０１２５】
ここで、各ΔＶｋ（ｋ＝１〜５）の変化による収差係数ｃｊ（ｊ＝１〜５）の変化は、標準多極子と斜め多極子とではそれぞれ独立して、
標準多極子（ｊ，ｋ＝１〜３）：
【０１２６】
【数２】
2004265864.tif 000011
【０１２７】
斜め多極子（ｊ，ｋ＝４〜５）：
【０１２８】
【数３】
2004265864.tif 000012
【０１２９】
で与えられるので、収差係数ｃｊを０にするための変化量ΔＶｋは、連立方程式
標準多極子（ｊ，ｋ＝１〜３）：［ａｊｋ］［ΔＶｋ］＝［−ｃｊ］
斜め多極子（ｊ，ｋ＝４〜５）：［ａｊｋ］［ΔＶｋ］＝［−ｃｊ］
を解いて求められる。この結果、補正電位はｋ＝１〜５に対して
Ｖｋ＋ΔＶｋ
となる。このようにすれば、補正前の収差係数ｃｊは、収差補正装置１０で発生させた収差係数−ｃｊで打ち消すことができる。
【０１３０】
２次の開口収差が補正されている状態であれば、上記結果の収差補正電位を各多極子に設定すると、合計８個の３次の係数の内、計算に現れた５個の３次の開口収差係数ｃｊを０に打ち消すことができるだけでなく、計算には現れない他の３個の３次の開口収差係数も同時に実質的に０になることが確認できる。すなわち、３次開口収差補正に必要な独立な電位の数は、標準８極子で３個、斜め８極子で２個の合計５個で目的を達することが分かる。
【０１３１】
上記で選んだ収差係数や電位を変える多極子は、電位の僅かな変化に対して収差係数の変化が大きくなるような組み合わせを選んでいる。実際の補正において、画像から各種の収差係数またはこれらに対応するボケの量を正確に測定することが困難な場合には、上記の各電位変化ΔＶｋに対して、画像のボケの方向が大きい方向に注目し、この方向の像のボケが最小になるように各Ｖｋを調整することを何度か繰り返せばよい。この操作によって、斜め６極子電位による収差補正を必要とするような系であっても、３次の開口収差をすべて０にできる。なお、ボケを観察ないし測定をするには、周知の如くフォーカスの位置を試料面から少しずらしたときの方が画面のボケの変化が見えやすくなるので、これを利用して行うとよい。
【０１３２】
次に、独立に電位（または磁位）を可変して印加可能な電源（独立可変電源）以外の電源（非独立可変電源）について補足説明する。図４Ａを用いた上記の説明では、使用しなかった残りの４段目の標準８極子と、２段目、３段目の斜め８極子の電位（磁位）は、図４Ａに示すように、ゼロとした。しかし、ゼロの代わりに、一定の８極子場の電位（磁位）を供給するようにしてもよい。あるいは他の独立可変な８極子場と一定の割合で従属的に連動するように構成することもできる。この様にするメリットは、低次から高次までの収差の補正のために加算されて最終的に多極子に印加される電位（磁位）が過度の値にならないようにすることができる場合があるからである。例えば、１個の８極子電位（または磁位）が高くなり過ぎないように他の段と分担して電位（または磁位）を印加することができるからである。この意味では、ゼロでない一定の８極子場の電位（磁位）を供給したり、他の独立可変な８極子場と従属的に連動するのは、実用上しばしばメリットがある。また、この従属的な連動の変形として、独立な電源の数を前記の５個より増やしてもメリットがある場合がある。
【０１３３】
また、電位（または磁位）を印加するのに相応しくない８極子の段もある（表７参照）。例えば、前記の斜め８極子の２段目、３段目の斜め多極子では、電位（または磁位）を大きく印加しても６極子成分によって発生した３次開口収差を補正出来る量が少ないため、完全な補正をこれらの段で行うと、高次収差が著しく増大してしまう。従って、特に電源の安定度やノイズが問題にならない場合には、電位（または磁位）の変化に対して収差係数の変化が大きい（感度の良い）段が選ばれる。上記で斜め多極子として１段目と４段目が用いられるのはこの理由による。
【０１３４】
このようにして更に詳しく調べてみると、上記３個の電位を独立に供給すべき標準８極子のうち、２段目と３段目の２つが変化率が大きく重要であることがわかっている（表７参照）。そして、電位を独立に供給すべき３個目については、上記説明のとおりに１段目としてもよいが、４段目としても、あるいは１段目と４段目とを同じ電位としても実用上問題ないことが理論的・実験的に分かっている。上記の「１段目と４段目とを同じ電位とする」は、１段目を独立と考えれば、４段目は１段目に１対１の割合で従属させたと考えることができる。
【０１３５】
この、独立な電源の数の選定と、１段目〜４段目の多極子１〜４の中でどの多極子を独立的に用いるかは、下記の４次開口収差の補正、５次開口収差の補正でも同様の考え方が適用できる。
【０１３６】
次に、図４Ｂを参照して４次開口収差の補正について説明する。
【０１３７】
４次開口収差の補正の場合、前記の通り独立なパラメータは６個まで減らすことができるから、４段の標準多極子と４段の斜め多極子との合計８個の多極子の内から６個を選択すればよい。前記の球面収差（３次開口収差）説明と同様に、選択の基準は多極子に与える電位あるいは磁位が変化したときにビームの位置に与える影響が大きな多極子を選ぶようにする。詳細は省くが、本願発明者の研究結果によると、図４Ｂに示すように、標準多極子は１段目と２段目と４段目、斜め多極子は、１段目と３段目と４段目を選ぶこととする。
【０１３８】
前記の球面収差（３次開口収差）と同様に、先ず７が磁界型の対物レンズの場合について説明する。
【０１３９】
補正前の１０極子の補正電位について、１段目、２段目、４段目の多極子１，２，４に、極準１０極子としての電位Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３を与え、１段目、３段目、４段目の多極子１，３，４に、斜め１０極子としての電位Ｖ４，Ｖ５，Ｖ６与える。そして、この補正電位に対する試料面における補正前の収差係数について、Ｘ方向の位置に影響するαｘ４，αｘ３αｙ，αｘ２αｙ２，αｘαｙ３，αｙ４に比例する収差の係数をｃ１，ｃ４，ｃ２，ｃ５，ｃ３とし、Ｙ方向の位置に影響するαｙ４に比例する収差の係数をｃ６とする。ここで、上記係数のうち、ｃ４，ｃ２，ｃ５，ｃ３は、Ｙ方向の位置に影響するαｘ４，αｘ３αｙ，αｘ２αｙ２，αｘαｙ３にもそれぞれ比例する。
【０１４０】
次に、１段目、２段目、４段目の標準１０極子の電位変化量をΔＶ１，ΔＶ２，ΔＶ３とし、１段目、３段目、４段目の斜め１０極子の電位変化量をΔＶ４，ΔＶ５，ΔＶ６とする。
【０１４１】
ここで、各ΔＶｋ（ｋ＝１〜６）の変化による収差係数ｃｊ（ｊ＝１〜６）の変化は、標準多極子と斜め多極子とでは独立とはならず、互いに関係し合って、
【０１４２】
【数４】
2004265864.tif 000013
【０１４３】
で与えられるので、収差係数ｃｊを０にするための変化量ΔＶｋは、連立方程式
［ａｊｋ］［ΔＶｋ］＝［−ｃｊ］
を解いて求められる。この結果、補正電位はｋ＝１〜６に対して
Ｖｋ＋ΔＶｋ
となる。このようにすれば、補正前の収差係数ｃｊは、収差補正装置１０で発生させた収差係数−ｃｊで打ち消すことができる。
【０１４４】
次に、前記球面収差（３次開口収差）と同様に、先ず対物レンズ７が静電型の場合について説明する。
【０１４５】
先ず、補正前の１０極子の補正電位について、１段目、２段目、４段目の多極子に、標準１０極子としての電位Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３を与え、１段目、３段目、４段目の多極子に、斜め１０極子としての電位Ｖ４，Ｖ５，Ｖ６を与える。そして、この補正電位に対する試料面における補正前の収差係数について、Ｘ方向の位置に影響するαｘ４，αｘ３αｙ，αｘ２αｙ２，αｘαｙ３，αｙ４に比例する収差の係数をｃ１，ｃ４，ｃ２，ｃ５，ｃ３とし、Ｙ方向の位置に影響するαｙ４に比例する収差の係数をｃ６とする。ここで、上記係数のうち、ｃ４，ｃ２，ｃ５，ｃ３は、Ｙ方向の位置に影響するαｘ４，αｘ３αｙ，αｘ２αｙ２，αｘαｙ３にもそれぞれ比例する。
【０１４６】
次に、１段目、２段目、４段目の標準１０極子の電位変化量をΔＶ１，ΔＶ２，ΔＶ３とし、１段目、３段目、４段目の斜め１０極子の電位変化量をΔＶ４，ΔＶ５，ΔＶ６とする。
【０１４７】
ここで、各ΔＶｋ（ｋ＝１〜６）の変化による収差係数ｃｊ（ｊ＝１〜６）の変化は、標準多極子と斜め多極子とではそれぞれ独立して、
標準多極子（ｊ，ｋ＝１〜３）：
【０１４８】
【数５】
2004265864.tif 000014
【０１４９】
斜め多極子（ｊ，ｋ＝４〜６）：
【０１５０】
【数６】
2004265864.tif 000015
【０１５１】
で与えられるので、収差係数ｃｊを０にするための変化量ΔＶｋは、連立方程式
標準多極子（ｊ，ｋ＝１〜３）：［ａｊｋ］［ΔＶｋ］＝［−ｃｊ］
斜め多極子（ｊ，ｋ＝４〜６）：［ａｊｋ］［ΔＶｋ］＝［−ｃｊ］
を解いて求められる。この結果、補正電位はｋ＝１〜６に対して
Ｖｋ＋ΔＶｋ
となる。このようにすれば、補正前の収差係数ｃｊは、収差補正装置１０で発生させた収差係数−ｃｊで打ち消すことができる。
【０１５２】
３次以下の開口収差が補正されている状態であれば、上記結果の収差補正電位を各多極子に設定すると、合計１０個の４次の係数の内、計算に現れた６個の４次の開口収差係数ｃｊ（ｊ＝１〜６）を０に打ち消すことができるだけでなく、他の計算には現れない４個の４次の開口収差係数も同時に実質的に０になることが確認できる。すなわち、４次開口収差補正に必要な独立な電位の数は、標準１０極子で３個、斜め１０極子で３個の合計６個で目的を達することが分かる。
【０１５３】
上記で選んだ収差係数や電位を変える多極子は、電位の僅かな変化に対して収差係数の変化が大きくなるような組み合わせを選んでいる。特に標準１０極子では２段目の多極子による変化率が大きく、斜め１０極子では３段目の多極子による変化率が大きいので、少なくともこの２つを含めるようにするとよい。実際の補正において、画像から各種の収差係数またはこれらに対応するボケの量を正確に測定することが困難な場合には、上記の各電位変化ΔＶｋに対して、画像のボケの変化が大きい方向に注目し、この方向の像のボケが最小になるように各Ｖｋを調整することを何度か繰り返せばよい。この操作によって、斜め６極子電位による収差補正を必要とするような系であっても、４次の開口収差をすべて０にできる。
【０１５４】
次に、５次開口収差の補正について図４Ｃと図１を参照して説明する。
【０１５５】
５次開口収差の補正の場合、前記の通り独立なパラメータは７個まで減らすことができるから、４段の標準多極子と４段の斜め多極子との合計８個の多極子の内から７個を選択すればよい。前記の球面収差（３次開口収差）説明と同様に、選択の基準は多極子に与える電位あるいは磁位が変化したときにビームの位置に与える影響が大きな多極子を選ぶようにする。詳細は省くが、本願発明者の研究結果によると、図４Ｃに示す様に、標準多極子は１〜４段全て、斜め多極子は、３段目を除く１段目と２段目と４段目を選ぶこととする。
【０１５６】
先ず、対物レンズ７が磁界型の場合について説明する。
【０１５７】
多極子として電位的には標準配列の１２極子を用いる場合、斜め６極子成分がある系で５次の開口補正を行うためには、１段目と４段目も電場・磁場重畳型とし、１段目と４段目の多極子コイル用電源２１，２４が必要になる（図１参照）。
【０１５８】
この補正を行うためには、補正前の１２極子の補正電位について、１段目、２段目、３段目、４段目の多極子に、極準１２極子としての電位Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４を与え、１段目、２段目、４段目の多極子に、斜め１２極子としての電位Ｖ５，Ｖ６，Ｖ７に相当する磁位を与える。そして、この補正電位に対する試料面における補正前の収差係数について、Ｘ方向の位置に影響するαｘ５，αｘ４αｙ，αｘ３αｙ２，αｘ２αｙ３，αｘαｙ４，αｙ５に比例する収差の係数をｃ１，ｃ５，ｃ２，ｃ６，ｃ３，ｃ７とし、Ｙ方向の位置に影響するαｙ５に比例する収差の係数をｃ４とする。ここで、上記係数のうち、ｃ５，ｃ２，ｃ６，ｃ３，ｃ７は、Ｙ方向の位置に影響するαｘ５，αｘ４αｙ，αｘ３αｙ２，αｘ２αｙ３，αｘαｙ４にもそれぞれ比例する。
【０１５９】
次に、１段目、２段目、３段目、４段目の標準１２極子の電位変化量をΔＶ1，ΔＶ２，ΔＶ３，ΔＶ４とし、１段目、２段目、４段目の斜め１２極子の電位変化量ΔＶ５，ΔＶ６，ΔＶ７に相当する磁位とする。
【０１６０】
ここで、各ΔＶｋ（ｋ＝１〜７）の変化による収差係数ｃｊ（ｊ＝１〜７）の変化は、標準多極子と斜め多極子とでは独立とはならず、互いに関係し合って、
【０１６１】
【数７】
2004265864.tif 000016
【０１６２】
で与えられるので、収差係数ｃｊを０にするための変化量ΔＶｋは、連立方程式
［ａｊｋ］［ΔＶｋ］＝［−ｃｊ］
を解いて求められる。この結果、補正電位はｋ＝１〜７に対して
Ｖｋ＋ΔＶｋ
となる。このようにすれば、補正前の収差係数ｃｊは、収差補正装置１０で発生させた収差係数−ｃｊで打ち消すことができる。なお、斜め１２極子を実現する多極子１から４が１２極子を越える場合には、前記の斜め１２極子は、磁場型の磁位を利用せずに電位だけで実現可能である。
【０１６３】
次に対物レンズ７が静電型の場合について説明する。
【０１６４】
１段目、２段目、３段目、４段目の多極子に、極準１２極子としての電位Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４を与え、１段目、２段目、４段目の多極子に、斜め１２極子としての電位Ｖ５，Ｖ６，Ｖ７に相当する磁位を与える。そして、この補正電位に対する試料面における現在の収差係数について、Ｘ方向の位置に影響するαｘ５，αｘ４αｙ，αｘ３αｙ２，αｘ２αｙ３，αｘαｙ４，αｙ５に比例する収差の係数をｃ１，ｃ５，ｃ２，ｃ６，ｃ３，ｃ７とし、Ｙ方向の位置に影響するαｙ５に比例する収差の係数をｃ４とする。ここで、上記係数のうち、ｃ５，ｃ２，ｃ６，ｃ３，ｃ７は、Ｙ方向の位置に影響するαｘ５，αｘ４αｙ，αｘ３αｙ２，αｘ２αｙ３，αｘαｙ４にもそれぞれ比例する。
【０１６５】
次に、１段目、２段目、３段目、４段目の標準１２極子の電位変化量をΔＶ1，ΔＶ２，ΔＶ３，ΔＶ４とし、１段目、２段目、４段目の斜め１２極子の電位変化量ΔＶ５，ΔＶ６，ΔＶ７に相当する磁位とする。
【０１６６】
ここで、各ΔＶｋ（ｋ＝１〜７）の変化による収差係数ｃｊ（ｊ＝１〜７）の変化は、標準多極子と斜め多極子とではそれぞれ独立して、
標準多極子（ｊ，ｋ＝１〜４）：
【０１６７】
【数８】
2004265864.tif 000017
【０１６８】
斜め多極子（ｊ，ｋ＝５〜７）：
【０１６９】
【数９】
2004265864.tif 000018
【０１７０】
で与えられるので、収差係数ｃｊを０にするための変化量ΔＶｋは、連立方程式
標準多極子（ｊ，ｋ＝１〜３）：［ａｊｋ］［ΔＶｋ］＝［−ｃｊ］
斜め多極子（ｊ，ｋ＝５〜７）：［ａｊｋ］［ΔＶｋ］＝［−ｃｊ］
を解いて求められる。この結果、補正電位はｋ＝１〜７に対して
Ｖｋ＋ΔＶｋ
となる。このようにすれば、補正前の収差係数ｃｊは、収差補正装置１０で発生させた収差係数−ｃｊで打ち消すことができる。
【０１７１】
４次までの開口収差が補正されている状態であれば、上記結果の収差補正電位および磁位を各多極子に設定すると、合計１２個の５次の係数の内、計算に現れた７個の５次の開口収差係数ｃｊ（ｊ＝１〜７）を０に打ち消すことができるだけでなく、他の計算には現れない５個の５次の開口収差係数も同時に実質的に０になることが確認できる。すなわち、５次開口収差補正に必要な独立な電位および磁位の数は、標準１２極子で４個、斜め１２極子で３個の合計７個で目的を達することが分かる。
【０１７２】
上記で選んだ収差係数や電位および磁位を変える多極子は、電位や磁位の僅かな変化に対して収差係数の変化が大きくなるような組み合わせを選んでいる。実際の補正において、画像から各種の収差係数またはこれらに対応するボケの量を正確に測定することが困難な場合には、上記の各電位および磁位の変化ΔＶｋに対して、画像のボケの変化が大きい方向に注目し、この方向の像のボケが最小になるように各Ｖｋを調整することを何度か繰り返せば良い。この操作によって、斜め６極子電位による収差補正を必要とするような系であっても、５次の開口収差を全て０にできる。
【実施例２】
【０１７３】
図５は、第２の実施の形態を説明する図である。
【０１７４】
前記の第１の実施の形態では、多極子として１２極子を選び、この電極（または磁極）に印加する電位（または磁位）は、標準２ｎ極子の電位（または磁位）と斜め２ｎ極子の電位（または磁位）とをｎ＝１〜６に対して増幅器Ａ１〜Ａ１２で加算して供給するように説明した。
【０１７５】
しかし、これは考え方としてわかり易いようにしたためであり、図５に示すように、各増幅器Ａｉ（ｉ＝１〜１２）の入力に接続されるユニットは１個以上のアナログ・デジタル変換器（ＤＡコンバータ）であり、各標準２ｎ極子の電位（または磁位）と各斜め２ｎ極子の電位（または磁位）を加算したものに対応する信号をこのＤＡコンバータから出力するようにして良い。また、このＤＡコンバータは粗調用と微調用に２つ以上に分けて構成しても良い。
【実施例３】
【０１７６】
次に、表３〜６を参照して、第３の実施の形態について説明する。
【０１７７】
前記５次の開口収差の補正では、１２極子として電位的に標準配列の１２極子を用いた例について説明したが、斜め配列の１２極子を用いても同様な効果が得られる。
【０１７８】
この場合は、１段目、２段目、３段目、４段目の多極子に、標準１２極子としてＶ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４に相当する磁位を与え、１段目、２段目、４段目の多極子に、斜め１２極子としての電位Ｖ５，Ｖ６，Ｖ７を与え，前記５次の開口収差補正と同様な方法で、５次の開口収差を補正出来る。
【実施例４】
【０１７９】
次に、第４の実施の形態について説明する。
【０１８０】
前記の例では６極子成分の内、標準６極子成分と斜め６極子成分が同時に混在する場合を前提に説明してきた。しかし、実際の装置においては、６極子成分の内、斜め６極子成分がない場合もある得る。従って、もし斜め６極子成分がない場合には、球面収差（３次開口収差）補正における斜め８極子、４次開口収差補正における斜め１０極子、５次開口収差補正における斜め１２極子は不要になる。例えば、収差係数や収差量、あるいは像のボケ量などから計算によって補正電圧を求める場合、もし斜め多極子成分が明らかに存在しないと分かっていれば、連立方程式から斜め多極子の電位を求める式を除いても問題は無いし、式も単純になる。
【実施例５】
【０１８１】
次に、第５の実施の形態について説明する。
【０１８２】
前記の磁場型１２極子を用いた例では、１２極子の各コイルに独立の電源を接続する例を示した。ところで、２次、３次および４次の開口収差補正と５次の開口収差補正の標準または斜め成分の何れか一方を静電型１２極子で行う場合においては、残りの５次開口収差を補正する磁場型１２極子について言えば、１段目と４段目の１２極子では、磁場型１２極子は１２極子場発生専用として用いるようにして、１２個のコイルは極性を考慮（隣り合った極性が逆転するように）してシリーズに接続し、１個の１２極子に対し１個の１２極子用電源で済ませることができる。また中央の２段目、３段目の磁場型１２極子は、従来の色収差補正を行うための４極子場に、前記の標準（または斜め）１２極子場を加えるだけなので、４極子場を発生させる専用のコイルと１２極子専用のコイルとを別々に設けて、１２極子専用のコイルは極性を考慮（隣り合った極性が逆転するように）してシリーズに接続し、１個の１２極子に対し１個の１２極子用電源で済ませることができる。実は、この様にすると、単に電源の数が少なくて済むというだけではなく、実験によれば、各電源の微妙な出力のずれに基づく無用な偏向場の発生が軽減できるメリットがある。
【０１８３】
更に、以上の考え方を拡張すれば５次を超える開口収差の補正についても同様に行うことができるはずである。例えば、エネルギのより大きな荷電粒子ビームを用いた荷電粒子光学装置の場合には、５次を超える開口収差の補正による効果が期待できる可能性がある。
【０１８４】
なお、本発明は、前記図１に示したような形態に限定されず、収差補正装置１０と対物レンズ７との間に追加レンズを設ける場合や、収差補正装置１０の前段に開き角制御レンズを用いる場合や、収差補正装置１０と対物レンズ７の間にトランスファーレンズを設ける場合にも適用できる。
【０１８５】
以上、本発明について具体的に述べたが、念のため本発明の骨子を要約すると次の如くである。
【０１８６】
元来、２次の開口収差は、機械精度や組立て精度に依存して発生する。従って、従来は、そのような機械精度等を十分に高めることによって、２次の開口収差は無視できるものとしてきた。しかしながら、もし荷電粒子光学装置の収差を極限まで補正しようとすると、機械精度や組立て精度についても極限まで向上させなければならなくなるが、機械精度や組立て精度をどこまでも高めていくことは、技術的にも経済的にも困難である。従って、収差補正装置の性能を高度に発揮させようとすると、２次の開口収差は無視できないということになる。
【０１８７】
２次の開口収差が無視できないとすると、当然、２次の開口収差が高次の収差にも影響を与えるから、高次の収差補正においてもそれを考慮しなくてはならない。そしてこのためには、４段の多極子の標準用多極子と斜め用多極子の合計８個の多極子をそれぞれ独立に制御して、収差の最適な補正条件を探し出してその条件に設定することが必要になる。
【０１８８】
確かに、原理的にはそうであるが、独立に調整しなければならない因子の数が多いということは、装置の操作が大変に困難になることを意味する。更には、ある収差の補正に対して複数の解が出てしまうとか、実際に多極子に印加する電圧が異常に高い値になるとか、その高い電圧の印加に伴って新たな収差が発生するとかの不都合が起ったりする。そのような観点から、実用的には、独立な因子を適切に選択し、かつその数はできるだけ少ないことが望まれる。
【０１８９】
本発明は、独立な因子の数を最小にすると共に合計８個の多極子のうちのどの多極子を独立に調整しなければならない因子として選択すべきかを提案している。すなわち、３次の開口収差(球面収差)の補正での独立な因子の数は５個、４次の開口収差の補正での独立な因子の数は６個、５次の開口収差の補正での独立な因子の数は７個として、それぞれ具体的に独立な因子としての多極子を選択している。そして、これら選択した多極子を用いて調整することによって、容易に収差が補正でき、収差補正装置を組み込んだ荷電粒子光学装置の操作上の実用性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１９０】
【図１】第１の実施の形態の荷電粒子光学装置を示す図である。
【図２】収差補正装置を組み込んだ走査電子顕微鏡を示す図である。
【図３】電源の構成を示す図である。
【図４】多極子による収差補正を説明する図である。
【図５】第２の実施の形態を説明する図である。
【図６】従来の荷電粒子光学装置を示す図である。
【図７】内半径ａを持つ静電型および電場・磁場重畳型の１２極子を示す図である。
【図８】１２極子を用いて実現する多極子電位を示す図である。
【符号の説明】
【０１９１】
１、２、３、４：多極子
７：対物レンズ
８：絞り
１０：収差補正装置
２０：試料面
ＰＰ：対物レンズ７の主面
ＬＯ：光軸
９：操作表示部
１９：制御部
１１〜１４、１７、２１〜２４：電源
３１：電源部
３２：供給部
【図１】
2004265864.tif 000019
【図２】
2004265864.tif 000020
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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