(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
粒子レンズの色収差を除去するための静電収差補正器であって、
（ａ）第１の補正ユニット（４）と第２の補正ユニット（５）とを有し、
（ｂ）ただし、前記第１の補正ユニット（４）と前記第２の補正ユニット（５）は、検査対象物体（２）と対物レンズ（３）とを結ぶ直線である光軸に対し、検査対象物体（２）、対物レンズ（３）、前記第１の補正ユニット（４）および前記第２の補正ユニット（５）の順となるように接続され、かつ、前記第１の補正ユニット（４）と前記第２の補正ユニット（５）は互いに前記光軸の周りに９０度回動して接続され、
（ｃ）前記第１の補正ユニット（４）は、少なくとも３個の静電四極子（１０，１１，１０’）から構成される第１の補正部（８）と、前記第１の補正ユニット（４）の入力側と出力側のそれぞれに２つの静電四極子（１４，１５，１４’、１５’）とを有し、
（ｄ）前記第２の補正ユニット（５）は、少なくとも３個の静電四極子（１２，１３，１２’）から構成される第２の補正部（９）と、前記第２の補正ユニット（５）の入力側と出力側のそれぞれに２つの静電四極子（１４"，１５"，１４’"、１５’"）とを有し、
（ｅ）ここで、前記両補正部（８，９）のそれぞれの前記少なくとも３個の静電四極子（１０，１１，１０’：１２，１３，１２’）はそれぞれ静電四極子フィールドおよびそのフィールドに重畳する円形レンズ・フィールドを形成し、
また、前記両補正ユニット（４，５）の構成およびフィールドは、それぞれ当該ユニットの中間点において前記光軸に対し垂直に交差する中央面（６，７）に対し鏡面対称を成し、すなわち、前記両補正ユニット（４，５）は、前記中央面（６，７）から入力側および出力側へ等距離となる点の前記光軸上の像が同一サイズ（１：１）となる特性を有するものであって、
また、前記第１の補正ユニット（４）と前記第２の補正ユニット（５）は同一構成であり、
（ｆ）上記構成の結果、前記第１の補正部（８）の前記光軸と交差する断面（Ｙ）上の非点収差中間像は、前記第２の補正部（９）の前記光軸と交差する断面（Ｘ）上の非点収差中間像から９０度回動している、
ことを特徴とする静電収差補正器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
技術分野
この発明は粒子レンズの色収差を除くために直線の光軸について前後に配置した２個の補正部から構成される静電補正器であって、これら両補正部は四極子電場と重ね合わせた円形レンズ・フィールドとを具備しており、補正器の一方の部分に存在する軸上の点によって生ずる一方の断面の非点収差中間像と、前記最初の断面に対して垂直であって、補正器の他方の部分の断面の非点収差中間像とを備えている。
【０００２】
背景技術
粒子光学システム、とくに電子顕微鏡は、原子構造を結像するのに好適である。ところが、屈折によって判断する光学システムの結像能力には物理的な限界がある。２個の離れた物体の点は、その離隔している距離が、ｄ＝０．６λ／α（式中λは波長、αは光学システムのビームの広がりの最大の角度である）以下でなければ、それを再生することができないのである。極めて微細な結像に対しては、この限界となるｄの値を出来る限り小さくしなければならない。すなわち、撮像ビームの波長λを小さいものとし、ビームの広がりの角度αを大きなものとする必要がある。光学的顕微鏡を電子顕微鏡に換えると、波長が約１０−５までの長さであって、ビームの広がりの最大角度は約１０−２までに縮小するから、約１０３の結像度のゲインが得られる。
【０００３】
ところが、この結像度の改良ぐらいでは電子顕微鏡を用いて原子を結像するには不十分である。したがって、その結像度を高めるためには、ビームの広がりαの角度の大きい光学システムを使用する必要がある。しかしそれには、ビームの広がりの角度によって影像の収差に影響を与えるという問題、つまり解像度を減少させるという問題を招くのである。こうした影像の収差、とくに色収差および球面収差を補正するために、これまで多大の努力が払われていたのである。今日における最大の成功は、光学システムに回転対称電界を用いる代わりに、多極磁場、特に四極子および八極子磁場を用いることであった。
【０００４】
特許文献
先行技術としては、多極子電場及び多極子磁場から補正器を構成することが、（ニュクル・インストラクション・メソッド（Ｎｕｃｌ． Ｉｎｓｔｒ． Ｍｅｔｈｏｄｓ）Ａ３６３（１９５５）３１６ページ）に掲載されている。これは低電圧走査電子顕微鏡において、球面収差と色収差とを完全に補正しているのである。この装置では結像度が２ｎｍの数値で、加える電子エネルギーは１ＫＶとされている。しかし、多重磁極を使用するので、その磁気共鳴のために、磁界の調整をするのに手間がかかるという問題がある。
【０００５】
単に電場を備える両横断面の色収差を除く補正器はドイツ特許 ＤＥ１９９ ２６ ９２７号に開示されている。この特許に述べられている補正器は光軸に沿って前後に２個配置してあって、その各々が四極子電場と、重ね合わせた円形レンズ電場とを具備している。この特許の大きな利点は補正しようとする電場を正確に調整することが出来ることと、さらにまた再生することが出来ることである。しかし、実際上は軸線に極めて接近した領域にしか高分解能が得られないという支障があって、有効な影像電場の大きさが僅かに凡そ２０ピクセルに限られているということである。
【０００６】
発明が解決しようとする課題
以上に述べたような背景に鑑みて、この発明は粒子レンズの色収差を除く補正器を提供することを目的とし、第一に専ら静電気電場を用いることであり、第二には数倍も広い影像磁場を提供することにある。
【０００７】
課題を解決するための手段
この発明の目的は、
粒子レンズの色収差を除去するための静電収差補正器であって、（ａ）第１の補正ユニットと第２の補正ユニットとを有し、（ｂ）ただし、前記第１の補正ユニットと前記第２の補正ユニットは、検査対象物体と対物レンズとを結ぶ直線である光軸に対し、検査対象物体、対物レンズ、前記第１の補正ユニットおよび前記第２の補正ユニットの順となるように接続され、かつ、前記第１の補正ユニットと前記第２の補正ユニットは互いに前記光軸の周りに９０度回動して接続され、（ｃ）前記第１の補正ユニットは、少なくとも３個の静電四極子から構成される第１の補正部と、前記第１の補正ユニットの入力側と出力側のそれぞれに２つの静電四極子とを有し、（ｄ）前記第２の補正ユニットは、少なくとも３個の静電四極子から構成される第２の補正部と、前記第２の補正ユニットの入力側と出力側のそれぞれに２つの静電四極子とを有し、（ｅ）ここで、前記両補正部のそれぞれの前記少なくとも３個の静電四極子はそれぞれ静電四極子フィールドおよびそのフィールドに重畳する円形レンズ・フィールドを形成し、また、前記両補正ユニットの構成およびフィールドは、それぞれ当該ユニットの中間点において前記光軸に対し垂直に交差する中央面に対し鏡面対称を成し、すなわち、前記両補正ユニットは、前記中央面から入力側および出力側へ等距離となる点の前記光軸上の像が同一サイズ（１：１）となる特性を有するものであって、また、前記第１の補正ユニットと前記第２の補正ユニットは同一構成であり、（ｆ）上記構成の結果、前記第１の補正部の前記光軸と交差する断面（Ｙ）上の非点収差中間像は、前記第２の補正部の前記光軸と交差する断面（Ｘ）上の非点収差中間像から９０度回動している、ことによって達成される。
【０００８】
この発明の補正器は、公知の補正器を基礎にして作られており、光軸上に相前後に配置される二つの補正部から成る静電補正器なのである。これらの補正部の各々には、三個の四極子電場と重ね合わされた円形レンズ電場とを備え、前方の補正部と後方の補正部とは、光軸を中心として、互いに９０度回動されている。各補正器の作動モードは、一方の補正部の軸上の点に生ずる断面の非点収差中間像が、他方の補正部の軸上の点に生ずる断面の非点収差中間像に対して９０度になるように選択される
【０００９】
この発明では、補正通路はそれぞれの場合に一個の補正ユニット内に配列されており、補正ユニットの入力側と出力側とにさらに二個の静電四極子が設けてある。二個の補正ユニットとは両者とも同一に構成してあって、光軸について前後に配置してあり、二番目の補正ユニットは最初の補正ユニットについて９０度回動してある。物体を通過して物体点から現れる光線は次々と次のように電場を通過してゆく。すなわち、
− 第一の補正ユニットでは
− 二個の四極子の電場が前後に配列されている入力側を
− 次に、重ね合わせた円形レンズ電場を具備する第一の補正部に配列している３個の四重極を、
− 再び、二個の四極子の電場が設けてある出力側を、
− 第二のユニットでは
− 二個の四極子の電場が前後に配列されている入力側を
− 次に、重ね合わせた円形レンズ電場を具備する第一の補正部に配置している３個の四重極子を、
− 再び、二個の四極子の電場が設けてある出力側を、
なお、第二の補正ユニットの電場は、このユニットが第一の補正ユニットの電場に対して光軸を中心として９０度の角度回動してある。
【００１０】
従って、補正器を軸方向に進む光線の通路は次のようになる。光軸上の物体点から放出される光線は影像点の方に対物レンズによって偏向される。その光線が補正器に入ると、入力側に設けてある２個の四重子がそれぞれｘとｙの断面を伸長する違った方向に偏向される。それによって粒子束は例えばｘ断面に集束し、他方の断面、すなわちｙ断面では横に広がって、非点中間結像を生ずる。２個の四極子における電位の強さを適当に選択することによって、この中間結像は補正部の中心にくる。そして二つの非点中間影像が同一の断面積で、光軸上の前後に隣接する。つまり、非点中間影像ではなくて、二つの極めて近接した中間影像が生ずるのである。従って、補正部の電場はｙ断面では光線をただ拡散するだけで、その軌道はかなりの影響を受け色収差に対して不当な影響を与えるのである。ｘ断面においては、軸方向の光路が光軸に接近して伸長しているので、補正電場に対しての影響が少なく、色収差に対して補正電場の作用は極めて少ないわけである。第一の補正ユニットの出力側にはさらに二つの四極子が配置してあって、これらを通過する光束の収差を再度除去するので、その収差は再び除かれて、その回転対称が取り戻される。それゆえに、二つの断面の光線は分岐することなく第一の補正ユニットを出て行くわけである。
【００１１】
影像光線は第一の補正ユニットと構造が同一の第二の補正ユニットを通るので、これら光線は第一の補正ユニットを通るのと同一の通路を通るわけで、第一補正ユニットで受けたのと同一の影響を受ける。ところが、第二の補正ユニットは第一の補正ユニットについて回動されているので、ｘ断面の光線はこの補正ユニットにおいては拡散され、ｙ断面では光線が集束される。従って、この第二の補正ユニットの補正電場はｘ断面の光線にしか作用することなく、ｙ断面の光線は極めて僅かな効果しか上げない。この光線は出力側に配置される二つの四極子を通過してから、粒子束も回転対称光束として第二の補正ユニットから出て行く。
【００１２】
この配列は第一の補正ユニットにおける第一の断面と第二の補正ユニットにおける第二の補正ユニットの第二の断面の色収差を変更するものであるから、すべての光束の色収差をすべて変更することになる。二つの補正部の四極子の電位が適当に選択されれば、対物レンズと両補正ユニットとの色収差を相互に相殺されて、対物レンズと補正器とからなる装置全体は色収差のないものになる。
【００１３】
この発明の装置を外から見ると、二つの矯正ユニットは共に、望遠鏡的に、１：１の割合で光路に像を結ぶ厚い円形レンズのように振る舞う。二つの補正ユニットは同一のデザインのものであるから、入力側にあって多極子の電場は相互に一致し、また出力側の二個の補正ユニットも等しい大きさで相互に一致している。このことから、等しい電位がそれぞれ設定され二個の補正ユニットの四極子は相互に一致するものとなる。とくに、以上によって、両断面における像の収差またはその収差の変化は等しいものになる。従来周知の補正器のように、両断面における補正電場の設定を異ならせる必要がないわけである。
【００１４】
しかしながら、この発明による補正器の決定的な利点は影像電場の大きさが極めて大きくなっていることと、補正電場の強さを再生可能に設定することにある。
【００１５】
この発明の静電補正器の好ましい態様のものは、いずれの場合も補正ユニットの中央に補正部が配置されていて、補正ユニットの構造と電場は、光軸に対して垂直になる中央面に対して鏡映対称になっている。このように鏡映対称にしてあることによって、補正ユニットの入力側と出力側とも、これまたその構造とその電場とを相互に対称にするものである。同様に、二つの補正ユニットが同一の構造で相互に９０度回動して配置されることにより、二個の補正ユニット電場も対称的に配列されている面について光軸に対して垂直をなすものである。
【００１６】
以上に述べた二重の対称によって、補正器の影像収差の大きさと性質とに素晴らしい効果をもたらすのである。その効果とは、まず第一に、
− 軸方向の光路が、矯正部の中心に対して鏡映対称になるように延在している
− 電場通路（軸外通路）が矯正部の中心に対して点対称になるように延在している
− 二つの矯正ユニットの間の中央面において、軸方向の光路がｘ／ｙ断面に関しその役割を交換する
− 同じ大きさの電位が二つの矯正ユニットの各々の入力側と出力側とに配置されている（合計４個の）四重極に存在する
− 同じ大きさの電位が矯正ユニットと矯正部の入力側と出力側とにある（合計４個の）四重極に存在する
− 同じ大きさの電位が矯正部の中心面の両側に存在する四重極に存在する。
【００１７】
光路と電場とが対称的／反対称的であることによって、影像収差積分の解析的な計算が周知の補正器に比べて極めて簡易である。その簡易さは第一に、積分を極めて明瞭に了解することができ、それによって設定の異なる補正器を容易に理解することが出来るのである。簡易さの第二としては、極めて多数の収差積分が０になること、すなわち、これらの積分に該当する影像収差がこの発明の装置では全く生じないのである。さらに、軸方向の間隔の異常な力による軸外収差が生じないことである。以上による利点は粒子光学システムの解像度を軸に近接する範囲外に極めて改善するものである。この発明による補正器を電子顕微鏡に使用すると、有効影像サイズが約１０００ピクセルを含むものとなる。
【００１８】
前述した対称によって、補正をしなければならない電場の調整が極めて簡易になる。補正器の数多の四極子の電位を等しく設定することによって、補正器を補正するのに極めて多くの手段が考えられるものを、極めて僅かなものにすることが出来るのである。助変数の数が減少するという利点からして、電源に必要とする機器の数も減らすことが出来る。実際上、この発明の補正器は対称性に富むために、製作に当たって、その精度に特に注意を払う必要がない。従って、この発明の補正器の製造コストは周知の補正器の製造費に比べて相当に低額ですむのである。
【００１９】
この発明の補正器は色収差の補正に適切であるだけでなくて、球面収差の補正にも役立つものである。そのために、八極子電場、すなわち、方位角の方向に四つ折り電場が用いられている。その補正器の好ましい態様のものは、前記の電場を生ずる三個の八極子を設ける。八重極はそれぞれの矯正部の中央面に配置し、そして、二個の矯正ユニットの間の中心にある面に配置する。これら八極子に電位を加えると、八極子は適当に設定されて、対物レンズと補正ユニットの球面収差が補償されて、対物レンズと補正器からなる装置全体から球面収差を除くのである。
【００２０】
この発明の補正器によれば、八極子電場も四極子電場に重ね合わされる。この発明の補正器では、球面収差の補正に用いる八極子電場を補正部内に配置された四極子の電場に重ね合わせる。この発明の別の実施態様では、どの場合でも、八極子を補正ユニットの入力側と出力側の四極子に重ね合わせるのである。
【００２１】
この発明による補正器の好ましい実施態様においては、四極子電場と八極子電場との双方を生ずる多極子要素を使用する。これによって、補正器の透明度がよくなり、その製造費を一段と低額にすることが出来る。
【００２２】
発明を実施するための最良の形態
この発明の補正器の光路と作用とを添付図面について詳細に述べる。その説明から、この発明の詳細と、特徴と、利点とがさらに明瞭に理解されるものと思慮する。
【００２３】
図１において、この発明の装置の光軸を１で示す。補正器を通る光路は近軸基本通路αとβとして示す。これらの通路は軸上の物体点２から出発して色収差を生ずる対物レンズ３で探知される。補正器の基本の構造は互いに同一の２個の補正ユニット４と５で、両ユニットはその中央面６と７とについて対称的になっており、光軸を中心として互いに９０度回動されている。両補正ユニットの中心に、補正部８と９とが設けてあり、それがそれぞれ３個ずつの四極子１０，１１，１０’と１２，１３，１２’を形成している。鏡映対称ではあるから、四極子１０，１０’と１２，１２’とは互いに同一で、同一の電場を発生する。補正ユニットの入力側と出力側とに、それぞれ二組の別個の四極子１４，１５，１４’，１５’，１４"，１５"，１４"’，１５"’が設けてある。四極子はそれぞれ同数で、しかも同一に構成してある。
【００２４】
補正器に入射した光線は入力側に配置してある２個の四極子１４，１５をｘとｙの方向に偏向して進む。従って、粒子線束は一方の断面、例えばｘ断面では集束され、他方の断面、すなわちｙ断面では分散されて、非点中間像が生ずる。両四極子１４，１５における電位を適当に選択することによって、この中間像は中心に生ずるので、補正部８の中心に対して対称をなす同一の断面に複数の非点中間像が生ずる。この補正部分は四極子電場の強さを変更し、また適当に選択して、ｙ断面の色収差を除く、すなわち軸の伸長する方向について遠方にあるβ通路の断面の色収差を除くのである。これに反して、ｘ断面においては、α通路は光軸に近接して進行するので、色収差に寄与する補正磁場は少ないのである。
【００２５】
最初の補正ユニットと構成が同一の第二の補正ユニットを通過する粒子束は、原則として、最初、すなわち第一補正ユニットと同一の作用をする。従って、２個の四極子１４"、１５"はα通路とβ通路の分岐点に至り、補正部９の四極子１２，１３，１２’で色収差を行う。第二の補正ユニット５が第一の補正ユニット４について回動することによって、補正部９の電場はｘ断面を伸長するα通路に作用し、この断面における色収差を補正する。出力側に配置してある２個の四極子電場１４"と１５"とを通過後、粒子束は回転対称束として第二の補正ユニットから出て行く。
【００２６】
この構成によって各補正ユニットのそれぞれの断面の色収差の変更または除去が行われ、それがために、すべての光線束の色収差の除去がなされるのである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の補正器の略縦断面図である。
【符号の説明】
１  直線光軸
２  物体点
３  対物レンズ
４，５  補正ユニット
６，７  補正ユニットの中央面
８，９  補正部
１０，１０’，１１  四極子
１２，１２’，１３  四極子
１４，１５  四極子
【図１】
0004191483.tif 000002