(57)【要約】【課題】電子光学系の軸上の像の収差を除去する方法であって、１次、２次、３次およびｎ次の軸上の像収差を除去する、および六極子フィールドを備えた電子光学系の像収差の除去をすることを課題とする。【解決手段】電子光学系の軸上の像収差αｎと表したとき、軸外の高次の像の収差α・γなどを利用して、ビーム路をシフトあるいは傾斜させ、軸上の像収差を除去する。また、六極子フィールドを備えた電子光学系における１次、２次の像収差の除去は、その六極子フィールドに四極子フィールドや六極子フィールドを重畳させ除去する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光軸に対するビーム路の複素開口角度を大きさと方位による複素数αで表し、ｎを像収差の次数とし、
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をαの共役複素数としたとき、
αｎまたは
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に比例する軸上の収差を有する電子光学系における軸上の像収差を除去する方法であって、
αｎについて同一作用をする（ｎ＋ｍ）次の軸外の収差、すなわち、αｎ・γｍまたは
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の形式を使用して、軸上の収差が補償されるまで、前記ビーム路を光軸に対してシフトまたは傾斜させる、
なお、γは像の複素座標とし、Ｎはｎ以下の整数、Ｍはｍ以下の整数とする、
ことを特徴とする方法。
【請求項２】
軸外の像収差は、軸上の像収差より１次だけ高く、かつ
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に関し線形である、請求項１記載の方法。
【請求項３】
４回対称を有する３次の軸上像収差（Ａ３）を補償するまで、４回対称を有する４次の軸外の像収差
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を使用して、ビーム通路を光軸に対してシフトまたは傾斜させる、請求項１記載の方法。
【請求項４】
２回対称を有する３次の軸上星形収差（Ｓ３）を補償するまで、
２回対称を有する４次の軸外星形収差γ・α３または
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を使用して、ビーム通路を光軸に対して垂直にシフトさせる、請求項１記載の方法。
【請求項５】
一対の六極子フィールドを備えた、電子光学系における２次の軸上のコマ収差（Ｂ２）を除去する方法であって、
一対の四極子フィールドを前記一対の六極子フィールドにそれぞれ重畳するように発生させる、
ただし、前記一対の四極子フィールドは、互いに、フィールドの強さは等しいが、フィールドの極性が反対である、
ことを特徴とする方法。
【請求項６】
一対の六極子フィールドを備えた、電子光学系における２次の軸上のコマ収差（Ｂ２）を除去する方法であって、
前記一対の六極子フィールドに一対の四極子フィールドをそれぞれ重畳してシフトされたビーム路となるように、ビーム路を平行にシフトさせる、
ただし、前記一対の四極子フィールドは、互いに、フィールドの強さは等しいが、フィールドの極性が反対である、
ことを特徴とする方法。
【請求項７】
一対の六極子フィールドを備えた、電子光学系における３回対称を備えた２次の軸上の非点収差（Ａ２）を除去する方法であって、
追加の一つの六極子フィールドを、前記一対の六極子フィールドのうちの一つの六極子フィールドに重畳させるように発生させる、
ただし、前記追加の一つの六極子フィールドは、前記一対の六極子フィールド同士の関係で捻りを実現する、
ことを特徴とする方法。
【請求項８】
一対の六極子フィールドを備えた、電子光学系における３回対称を備えた２次の軸上非点収差（Ａ２）を除去する方法であって、
前記一対の六極子フィールドの間に一つの円形レンズ・フィールドを発生させる、
ただし、前記円形レンズ・フィールドは、前記六極子フィールド同士の関係で仮想の捻れを生じさせる、
ことを特徴とする方法。
【請求項９】
一対の六極子フィールドを備えた、電子光学系の一次、二次及び三次の軸上の像収差を除去する方法であって、
（ａ）電子光学系の後段の像平面における一次、二次、および三次の軸上の像収差係数の値を決定するステップと、
（ｂ）焦点を調整して焦点ぼけ（Ｃ１）を除去し、四極子フィールドを重畳させることによって２回対称を備えた１次の軸上非点収差（Ａ１）を除去するステップと、
（ｃ）前記一対の六極子フィールドにそれぞれ重畳するように一対の四極子フィールドを発生させて、２次の軸上のコマ収差（Ｂ２）を除去するステップ、
ただし、前記一対の四極子フィールドは、互いにフィールドの強さは等しいが、極性は反対である、
または、
前記一対の六極子フィールドに一対の四極子フィールドをそれぞれ重畳してシフトされたビーム路となるように、ビーム路を平行にシフトさせるステップと、
ただし、前記一対の四極子フィールドは、互いに、フィールドの強さは等しいが、フィールドの極性が反対である、
（ｄ）前記一対の六極子フィールドのうちの一つの六極子フィールドに重畳する、一つの追加の六極子フィールドを発生させ、３回対称を備えた２次の軸上非点収差（Ａ２）を除去するステップ、
ただし、前記一つの追加の六極子フィールドは、前記一対の六極子フィールド同士の関係で捻りを実現する、
または、
前記一対の六極子フィールドの間に一つの円形レンズ・フィールドを発生させるステップと、
ただし、前記円形レンズ・フィールドは、前記六極子フィールド同士の関係で仮想の捻れを生じさせる、
（ｅ）４回対称を備えた軸外４次収差を用いて、４回対称を備えた３次軸上収差（Ａ３）が補償されるまで、前記光軸に対してビーム路をシフトまたは傾斜させるステップと、
（ｆ）４次の軸外星形収差を用いて、前記３次の軸上星形収差（Ｓ３）が補償されるまで、前記光軸に対して垂直にビーム路をシフトするステップと、
を有することを特徴とする、電子光学系の一次、二次及び三次の軸上の像収差を除去する方法。
【請求項１０】
請求項９記載の各ステップを実行した後に、前記三次の軸上の像収差を除去することによって発生した一次、二次の像収差を再び除去する、請求項９記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明はヘキサポール（六極子）を具備する電子光学系の三次球面収差の補正時に、一次、二次および三次光軸の像の変形を除去する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子光学系の球面レンズの解像力が三次収差（球面収差）によって制約されることは周知である。電子顕微鏡等の広範囲の応用分野において、電子光学系の精度は解像力によって決まるので、これを改善するには三次球面収差を除くことに最大の努力をする必要がある。その最も有望な解決手段の一つは、例えば、ＥＰ０４５１３７０号に記載されているような非球面レンズ系から成っている補正装置を利用することである。光路上に球面レンズと六極子とから構成した補正装置を補正しようとするレンズ系の背後に配置するもので、そのレンズ系とは電子顕微鏡の対物レンズである。
【０００３】
前述の補正装置の場合には、実際上、三次球面収差の補正装置を備えたあらゆる電子光学系と同様に、解像力を損なう調整エラーを招くものであって、このエラーは主として、一次、二次および三次光軸の像の変形である。そして、最良の解像力にするためには、これらの変形を除くことが必要である。三次光軸の球面収差の補正時に調整エラーとして生ずる像の変形には次のものがある。
Ｃ１焦点はずれ
Ａ１２個の対称面を備える一次光軸の非点収差
Ｂ２二次軸コマ収差
Ａ２３個の対称面を備える二次光軸の非点収差
Ａ３４個の対称面を備える三次軸非点収差
Ｓ３２個の対称面を備える三次光軸星形収差
【０００４】
調整エラー、これは別名を寄生誤差ともいい、その値は小さく、理想的に調整すれば、消失する。従来の方法は、この調整エラーを電子光学系の像素子をビームが伝搬する方向に連続的に削除することを特徴としている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
この発明の目的は、前記の従来技術を基礎として、一次、二次および三次の光軸の像の変形を除くことにある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
その課題の解決手段として、補正方法を説明する。これは二次と三次の光軸の像の変形を補正する手段によって行う。一方、調整方法は三次光軸の球面収差を除去する補正時に、一次、二次及び三次光軸の像の変形を除くことを説明する。
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とはそれぞれの複合共役である。次いで、各像の変形の補正を調節する方法の説明と併せて説明する。
【０００７】
調整エラーを除去するための必須条件の第一のステップは、それぞれの収差計数の値を決定することである。像の変形を通常いろいろなレンズから構成されている光学系の後方で測定する従来の技術における周知の方法と比較して明らかに異なるところは、像の面において測定することである。したがって、像の変形を完全に、しかも相互に重ね合わせた状態でとらえるものである。それぞれの像の変形の係数の値を決定するために、それぞれの像が相互に光軸の傾斜角と方位角とが異なる場合には、像を光軸に対して傾斜させてビームで記録する。ここにおいて、像の数が非常に多いので、方程式系を決定する。
【０００８】
回析により、あるいは数学的解法のフェリー変換によって、回析図形を作成するように数値を求める。回析図から、像の変形Ｃ１、Ａ１を周知の方法で求める。この発明はエフ・ツエムリン（Ｆ．Ｚｅｍｌｉｎ）外著「限外顕微鏡３（１９７８）４９」（Ｕｌｔｒａｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ ３（１９７８）４９）を参考にしている。さらに４個の複合調整収差と実際の球面収差とをアイコナールによって導かれる方程式系によって決定することができる（ツエムリンａａｏ参照）。とくに、９つの方程式から成る前述の方程式系の５個の像の変形を得て解法する。このようにして、消去すべき収差係数をきめる。
【０００９】
調整エラーを除くために、次に述べる順序の手段を行う。
焦点ぼけと、２個の対称面を備える一次光軸の非点収差を制御することと、これらを除くこととは容易である。（ケースＣ１の場合には）焦点距離を変更し、（ケースＡ１の場合には）視野レンズを重ね合わせて行う。
【００１０】
一次光軸の像の変形を除いてから、二次光軸の像の変形を補正する。すなわち、軸コマ収差Ｂ２と３個の対称面を備える光軸の非点収差Ａ２を補正する。これは三次像の変形をはっきりと決定した後に補正するからである。
【００１１】
その値を前述した方法で決定してから、次に述べるようにして、その補正を実行する。
【００１２】
二次光軸のコマ収差Ｂ２：
このコマ収差の除去は、いわゆるコマ・スティグマター（ｃｏｍａ ｓｔｉｇｔｉｇｍａｔｏｒ）を用いて行う。そのために、補正系においては、１対の六極子が同一の強度の六極子フィールドによって、それぞれ重ね合わされている。したがって、六極子フィールドの符号による位相と関連する四極子フィールドの符号による位相とは反対称的、すなわち、相互に対称が反する。この状態は一次光軸の非点収差を招かない。これら四極子フィールドの強度と配向とは測定したコマ収差で決まる。
【００１３】
四極子フィールドを作成するには、いろいろな選択手段がある。これは補正系の六極子に別の四極子フィールドを形成させることで行うことができる。
【００１４】
複数の四極子フィールドを形成するには、更に六極子の光軸と平行に光軸を移動しても形成できる。
【００１５】
３個の対称を備える二次光軸の非点収差Ａ２：
強度と方向とが決まっている収差係数で決まる付加六極子フィールドにより、この３個の対称を備える二次光軸の非点収差を補正する。それには、その六極子フィールドを形成させる。さらに、このフィールドの形成には、補正系の六極子を仮想的にねじって、３個の対称を備えるフィールドを作る。磁気球面レンズを２個の六極子の間に配置するか、あるいは既設の六極子を利用して形成する。この方法は、サイズと配列とを自由に選択することができる六極子フィールドを生成するための二極レンズを使用するために必要な通路を省略できるという利点がある。
【００１６】
一次光軸の像の変形と二次光軸の像の変形とを補正してから、三次光軸の像の変形値、すなわち、４個の対称を備える光軸の非点収差Ａ３と２個の対称を備える星形の収差Ｓ３とを前述の方法で決めることができる。これら光軸の像の変形の補正は、この発明の当初に提起した一般理論に従うものである。すなわち、像の変形を補正するには、高次の光軸の同一の外の光軸の像の変形を利用して、保障し終わるまで、光軸を移動または傾斜することによって実行する。この発明において、像の変形が等しいと言うことは、同じ作用をするということ、すなわち、複素開口角αとその複素共役
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とについて同一の関連性があるということである。したがって、像の座標γのパワーは、補正に用いた外の光軸の変形の次数と、補正をすべき光軸の変形の次数との差に一致する。
【００１７】
多くの応用に当たって、制御すること及び利用することのために、あるいは補正時に生ずる僅かな変形の補正中に、線形従属変数γを備える軸線外変形を用いる。軸の部分にしたがって、例えばαｎとなるので、関連する軸線外の部分は−おそらく線形で−αｎγである。三次光軸の星形変形で、変数はα３となり、軸線外および補正に利用する四次のγ線形星形変形はα３γである。４個の対称を備える三次光軸非点収差
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を補正するために、四次軸線外光軸非点収差を用いる。
【００１８】
好ましくは、中間像の範囲内で、光軸の対応する移動によって、軸線外の変形が影響を受けるので、それに対応する調整を行い、すなわち、前述の意味での関連する軸線外の像の変形を利用して、相互補償を行う。
【００１９】
このようにして、４個の非対称を備える三次点収差と同様に、星形収差を除去することができる。
【００２０】
以上に述べた三次の像の変形の補正を行うと、原則として、低次の変形に影響を与える。
【００２１】
それにより、三次の像の変形の補正の終了時に結果として生じた二次および三次の変形を測定しなくてはならず、次いで（再度）前述した方法で補正しなくてはならない。適当な調整素子を利用して、三次の変形時に影響を与えることなく、あるいは極く僅か影響するだけで、二次および三次の像を補正することができる。
【００２２】
この発明の内容の詳細、特徴および利点を図面について説明する。図はすべて略図で示してある。
図１： 二次光軸コマ収差Ｂ２の補正の原理、
図２： 二次光軸非点収差Ａ２の補正の原理、
図３： 三次光軸非点収差と三次星形収差の補正。
【００２３】
図１において、光軸は点線で水平に引いて示してある。六極子１と２とは、球面レンズ３と４とによって構成される光学系の外方に配置してある。文字Ｑで示す二次光軸のコマ収差を補正するために、四極子フィールドが六極子１と２とに重ね合わせてある。これらの六極子は相互に作用する。六極子フィールドは六極子１と２との相互に作用するように重ね合わせてある。六極子フィールド１と２とは、ともに同一の符号であり、複数の四極子フィールドＱは異なる符号で，非対称であり、一次光軸に非点収差を招かないようにしてある。四極子フィールドを測定したコマ収差の数値強度および配向を調整して補償してある。四極子フィールドを直ちに生成せずに、その光軸を六極子の軸と平行に移動して、移動した光軸とは別個に四極子フィールドをはっきりと発生させることもできる。
【００２４】
図２は３個の対称を備える二次光軸の非点収差の補正を示す略図である。その補正を行うために、六極子フィールドが補正されるべき変形値の強度と方向とに該当するように生成されている。２個の六極子１と２との間に、磁気球面レンズ系３，４が配置してある。これによって、写像されるべきビーム通路のラーモアねじりが行われ、相互に関連して２個の六極子１，２の仮装歪曲収差を生ずる。これはまた光度を調節することのできる六極子フィールドψ３を発生させる。
【００２５】
図３は２個の球面レンズ３，４を備えていて、その間に中間像５を生ずるようにした２個の六極子を示す。中間像の面を変えることによって、高次の同一の軸外の像の変形を作り、補償に利用することができる。そのために、一般では線形
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の次の高次の軸外変形を利用する。それゆえ、Ｓ３次光軸の星形収差を補正するために、四次の軸外星形収差α３γと４個の対称を備える三次軸非点収差とで、４個の対称を備える四次の軸外非点収差を用いる。
【００２６】
それぞれの軸の像の変形を補正するには、電子光学系の三次の球面収差の補正時に、一次、二次および三次の光軸の像を除去するために特に調整法を利用する。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】二次光軸コマ収差Ｂ２の補正の原理
【図２】二次光軸非点収差Ａ２の補正の原理
【図３】三次光軸非点収差と三次星形収差の補正
【符号の説明】
【００２８】
１，２  六極子
３，４  球面レンズ
５  中間像
【図１】
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【図２】
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【図３】
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