荷電粒子線装置
【課題】 比較的少ない素子数で高次収差を補正できる収差補正装置を提供する。
【解決手段】 第１の場所１１での収差次数をＮ１、対称性をＳ１とし、第２の場所１２での収差次数をＮ２、対称性をＳ２とすると、生まれるコンビネーションアベレーションは、以下に示す＜条件１＞となる。
次数Ｎ１＋Ｎ２−１、対称性｜Ｓ１＋Ｓ２｜あるいは｜Ｓ２−Ｓ１｜ ・・・＜条件１＞
つまり、第１の場所１１及び第２の場所１２に相当する二つの補正子（収差導入素子）を用意して、コンビネーションアベレーションを利用し、＜条件１＞を持った収差を補正する。
【解決手段】 第１の場所１１での収差次数をＮ１、対称性をＳ１とし、第２の場所１２での収差次数をＮ２、対称性をＳ２とすると、生まれるコンビネーションアベレーションは、以下に示す＜条件１＞となる。
次数Ｎ１＋Ｎ２−１、対称性｜Ｓ１＋Ｓ２｜あるいは｜Ｓ２−Ｓ１｜ ・・・＜条件１＞
つまり、第１の場所１１及び第２の場所１２に相当する二つの補正子（収差導入素子）を用意して、コンビネーションアベレーションを利用し、＜条件１＞を持った収差を補正する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は荷電粒子線装置に関し、特に高次の収差を補正できる収差補正装置及び収差補正方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
円筒対称型レンズでは補正できなかった球面収差が、多極子型レンズを用いて補正できる技術が確立して以来、急激にその技術の実機搭載が進んでいる。昨今では、収差補正器を搭載した電子顕微鏡（TEM、STEM）を用いたすばらしい応用データが盛んに発表されている。
【０００３】
まず、球面収差補正器と対物レンズの球面収差から五次の球面収差が生まれる現象について説明する。図１は球面収差補正器と対物レンズの球面収差からの五次球面収差の発生を説明するための図である。
【０００４】
ベック（Beck）は、下記非特許文献１にて、図１に示すように球面収差補正器（Corrector）１と補正を行う面（対物レンズ(OL)２の前或いは後焦点面）との間に余分な光学距離Lがあると、補正面において電子線の位置がずれてしまうことから、五次の球面収差（Ｃ５）が余計に導入されてしまうことを述べている。これは、球面収差補正器（コレクタ）１を作製したときの不具合点として論文に述べられているものである。
【０００５】
詳細には以下のとおりである。電子線の位置がずれてしまうため、以下の式（１）、（２）で示される角度δ１、δ２が生じる。
【０００６】
【数１】
【０００７】
【数２】
【０００８】
また、対物レンズ２のｒ２は以下の式（３）となる。
【０００９】
【数３】
【００１０】
このため、式（１）〜式（３）から、次の式（４）の関係が得られる。
【００１１】
【数４】
【００１２】
式（４）の高次項に、例えば五次の球面収差（Ｃ５）が余計に導入されてしまう。
【００１３】
なお、現在、転送レンズ（トランスファーレンズ）を用いた球面収差補正装置では、トランスファーレンズにより距離Lを０に設定できるため以上のような問題はおきていない。
【００１４】
次に、二枚の六極子場を用いて、球面収差を補正する方法について説明する。図２は、二枚の六極子場を用いた球面収差補正を示す図である。
【００１５】
ベック（Beck）は、また、下記非特許文献１にて、二枚の六極子を用いて球面収差を補正する方法を提案している。Beckは薄い二枚の６極子を用いた組み合わせ（コンビネーション）で負の三次収差（負の球面収差）が生まれることを述べている。
【００１６】
図２においては、距離Ｌ離間されて配置された薄い六極子Ｈ１と薄い六極子Ｈ２とのコンビネーションにより式（５）で示される負の球面収差が生じていることが示されている。
【００１７】
【数５】
【００１８】
上記式（５）は、後でクルー（Crew）が下記非特許文献２で一枚の六極子からも負の球面収差が生まれることを述べてはいるが、コンビネーションアベレーションを使った球面収差補正の例である。
【００１９】
また、下記特許文献１には、電子光学系の像の変形αｎを除去する方法に関し、変形αｎについて同一の作用をする、次数ｎ＋ｍの軸外の像の変形αｎγｍを、光軸の像の変形の補償が終了するまで光軸の方向にビーム通路を移動または傾斜して補正することによって行うものである。さらに、六極子を備える電子光学系の三次光軸の像の変形を補正して、一次、二次及び三次光軸の像の変形を補正するという方法である。
【００２０】
【特許文献１】特表２００１−５１６１３９号
【非特許文献１】V. Beck, Optik, 53, 241-255(1979)
【非特許文献２】A.V. Crewe and D. Kopf, Optik, 55, 1-10(1980)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
ところで、前記球面収差は、（幾何収差次数で）三次の収差である。これが補正されたとしても、他の収差が残留している状態では目的の分解能が得られない。そのため、残留する高次の収差を補正する技術が重要となる。また、近年では、電子顕微鏡でも、部品点数を削減することが求められており、当然ながら、収差補正器を少ない素子数にて構成することが求められている。
【００２２】
また、前記特許文献１に開示された方法は、光軸の方向にビーム通路を移動または傾斜して補正を行うものであるため、補正対象の収差と、残留収差の両方を補正するための調整に手間がかかってしまう虞がある。
【００２３】
特に、高次の収差を補正するためには、低次の素子を組み合わせ、かつ部品点数を少なくして、迅速に補正することが望ましい。
【００２４】
本発明は、前記課題を解決するためになされたものであり、比較的少ない素子数で高次収差を補正できる収差補正装置及び収差補正方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
前記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、
電子線進行方向に配置されたレンズが持つ低次収差を補正する収差補正装置と、
電子線進行経路に沿って互いに離間して配設した少なくとも2つの収差補正素子とを備え、
前記レンズの持つ低次収差が前記収差補正装置によって補正された後、さらに前記レンズに残留する高次収差を、前記少なくとも2つの収差補正素子のそれぞれに発生する収差の組み合わせによって生み出されるコンビネーションアベレーションを用いて補正することを特徴とする。
【００２６】
また請求項２に記載の発明は、
電子線進行方向に配置されたレンズが持つ収差を補正するための収差補正装置を備え、
前記収差補正装置には少なくとも２つの収差補正素子が配設され、
前記収差補正装置に配設された各々の収差補正素子に制御電圧を印加する第１の制御装置と第２の制御装置とを備え、
前記第２の制御装置は、前記第１の制御装置とは独立して制御電圧を発生させ、且つ前記第１の制御装置が印加する制御電圧に重畳して前記収差補正装置に配設されたそれぞれの収差補正素子に制御電圧を印加できるように構成され、
前記レンズの持つ低次収差が前記第１の制御装置が印加する制御電圧によって補正された後、さらに前記レンズに残留する高次収差を、前記第２の制御装置によって印加される制御電圧により前記収差補正装置に配設される収差補正素子のそれぞれに発生する収差の組み合わせが生み出すコンビネーションアベレーションを用いて補正することを特徴とする。
【００２７】
また請求項３に記載の発明は、
前記レンズに残留している高次収差の補正したい収差の次数と対称性を把握する収差把握手段と、
電子線の進行方向に沿って前段に配置された第１の収差補正素子に発生する幾何収差の次数と対称性をそれぞれＮ１、Ｓ１とし、後段に配置された第２の収差補正素子に発生する幾何収差の次数と対称性をそれぞれＮ２、Ｓ２としたとき、前記第１の収差補正素子及び前記第２の収差補正素子の持つ幾何収差の次数と対称性の組み合わせにより、次数Ｎ１＋Ｎ２−１、対称性｜Ｓ１＋Ｓ２｜あるいは｜Ｓ２−Ｓ１｜の性質を持つコンビネーションアベレーションを発生させる収差発生手段とを備え、
前記収差把握手段によって把握された収差の次数と対称性が前記収差発生手段により発生するコンビネーションアベレーションの次数と対称性に合致するように、前記第１の収差補正素子及び前記第２の収差補正素子を制御するようにしたことを特徴とする。
【００２８】
また請求項４に記載の発明は、
前記収差補正素子は、多極子又は偏向器又は非点補正器又はレンズの何れかであることを特徴とする。
【００２９】
また請求項５に記載の発明は、
電子線進行方向に配置されたレンズが持つ低次収差を補正する収差補正装置と、
電子線進行方向に長さを持つ多極子とを備え、
前記レンズの持つ低次収差が前記収差補正装置によって補正された後、さらに前記レンズに残留する高次収差を、前記多極子場内で電子線が進行するに連れて電子線の光軸に対する傾きが変化することにより生み出される高次収差により補正することを特徴とし、
前記多極子の電子線方向の長さは、前記レンズの残留高次収差が補正される程度に設定されていることを特徴とする。
【００３０】
また請求項６に記載の発明は、
電子線進行方向に配置されたレンズが持つ収差を収差補正装置によって補正する荷電粒子線装置の収差補正方法において、
電子線進行経路に沿って複数の収差補正素子を互いに離間して配置し、
前記レンズの持つ低次収差が前記収差補正装置によって補正された後、さらに前記レンズに残留する高次収差を、前記複数の収差補正素子に発生するそれぞれの収差の組み合わせによって生じるコンビネーションアベレーションを用いて補正することを特徴とする。
【００３１】
また請求項７に記載の発明は、
電子線の進行方向の前段に配置された第１の収差補正素子に発生する幾何収差の次数と対称性をそれぞれＮ１、Ｓ１とし、後段に配置された第２の収差補正素子に発生する幾何収差の次数と対称性をそれぞれＮ２、Ｓ２としたとき、前記第１の収差補正素子及び前記第２の収差補正素子の持つ幾何収差の次数と対称性の組み合わせにより、次数Ｎ１＋Ｎ２−１、対称性｜Ｓ１＋Ｓ２｜あるいは｜Ｓ２−Ｓ１｜の性質を持つコンビネーションアベレーションを発生させ、
該コンビネーションアベレーションと前記レンズに残留する高次収差の次数と対称性とを合致させることにより、前記レンズに残留する高次収差を補正することを特徴とする。
【００３２】
また請求項８に記載の発明は、
前記レンズに残留している高次収差の補正したい収差の次数と対称性を把握するステップＳ１と、
互いに離間して電子線進行経路に沿って配置されている複数の収差補正素子の組み合わせのなかから、次数Ｎ１＋Ｎ２−１、対称性｜Ｓ１＋Ｓ２｜あるいは｜Ｓ２−Ｓ１｜の性質を持つコンビネーションアベレーションを生み出す収差補正子の組み合わせを選択するステップＳ２と、
前記複数の収差補正素子を用いて生み出されるコンビネーションアベレーションを用いて、前記レンズに残留する高次収差を補正するステップＳ３とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３３】
本発明によれば、比較的少ない素子数で高次収差を生み出せるため、高次収差補正に有効である。また、残留する収差を補正する指針をたてることが容易にでき、かつ高次収差の補正を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照しながら説明する。本発明は、ある収差補正装置で補正対象とするレンズの収差が補正された後に残留する他の高次の収差を補正するものであり、少なくとも２つの収差を発生させる素子の組み合わせにより収差を補正する。２つの収差補正素子で収差を補正するにあたり、２つの収差補正素子の幾何収差次数（以下、「収差次数」又は単に「次数」と略称することがある）と２つの収差補正素子の収差の対称性（以下単に「対称性」と略称することがある）を組み合わせることで収差を補正する。
【００３５】
つまり、第１の収差補正素子（収差次数をＮ１、対称性をＳ１）と、第２の収差補正素子（収差次数をＮ２、対称性をＳ２）の二つの収差補正素子を用意し、これらが生み出すコンビネーションアベレーションを利用して、次数Ｎ１＋Ｎ２−１、対称性｜Ｓ２−Ｓ１｜の性質を持った収差を補正する。
【００３６】
ここで、コンビネーションアベレーションとは、ある場所で発生した収差（収差１）がある距離伝搬することにより入射点が変わり、別の収差（収差２）の影響を受けたとき、収差１と収差２の組み合わせにより生まれる組み合わせ収差のことである。本発明は、コンビネーションアベレーションを積極的に用いて収差を補正する。
【００３７】
まず、本発明の収差補正装置及び収差補正方法の原理を説明する。複素角Ωを、次の式（６）とする。
【００３８】
【数６】
【００３９】
ただし、r=(x, y)を電子線に対して垂直方向の位置を表すものとし、対物レンズのフォーカス距離をｆとすると、式（７）となる。
【００４０】
【数７】
【００４１】
ｘを、波面収差として、Cを収差係数とすると、波面収差は一般的に（n,mを整数として）、次の式（８）となる。
【００４２】
【数８】
【００４３】
ただし、ｘ＝Re｛X｝と定義する。計算により、幾何収差は、式（９）と記述できる。
【００４４】
【数９】
【００４５】
図３は、本発明の原理を説明するための図である。さて、図３（ａ）に示すように第１の場所１１と第２の場所１２で収差発生場所があり、距離Ｌ離れているものとする。第１の場所１１は第１収差発生素子に、第２の場所１２は第２収差発生素子にみなすことができる。
それぞれの電子線の入射点は、ｒ１, ｒ２とする。それぞれの点での幾何収差Ｇは、式（９）から以下の式（１０）、式（１１）となる。
【００４６】
【数１０】
【００４７】
【数１１】
【００４８】
ただし、幾何収差の次数は、式（１２）のべき乗と式（１３）のべき乗を足したものである。
【００４９】
【数１２】
【００５０】
【数１３】
【００５１】
このため、第１の場所１１での幾何収差の次数は（ｎ１＋ｍ１−１）次、第２の場所１２では（ｎ２＋ｍ２−１）次である。
【００５２】
第２の場所１２での入射点ｒ２とΩ２は、式（７）、式（１０）より、以下の式（１４）、式（１５）となる。
【００５３】
【数１４】
【００５４】
【数１５】
【００５５】
よって、式（１５）を式（１１）に代入することにより、コンビネーションアベレーションは以下の式（１６）のように計算できる。
【００５６】
【数１６】
【００５７】
幾何収差の次数は、式（１７）と式（１８）のべき乗を足したものである。
【００５８】
【数１７】
【００５９】
【数１８】
【００６０】
このため、式（１６）にあって、どの項もすべて（ｎ１＋ｍ１−１）＋（ｎ２＋ｍ２−１）−１次であることが分かる。つまり、生まれるコンビネーションアベレーションの次数は、第１の場所１１での収差次数と第２の場所１２での収差次数を足して、１引いたものである。
【００６１】
次に、対称性について説明する。ここで、第１の場所１１と第２の場所１２での収差の対称性をそれぞれ、Ｓ１，Ｓ２とすると、コンビネーションアベレーションは、以下の式（１９）となる。
【００６２】
【数１９】
【００６３】
対称性は、式（２０）のべき乗に１を足したものから式（２１）のべき乗を引いたものの絶対値となる。
【００６４】
【数２０】
【００６５】
【数２１】
【００６６】
このことから、コンビネーションアベレーションの対称性は、｜Ｓ１＋Ｓ２｜あるいは｜Ｓ２−Ｓ１｜となる。
【００６７】
これらより、第１の場所１１での収差次数をＮ１、対称性をＳ１とし、第２の場所１２での収差次数をＮ２、対称性をＳ２とすると、生まれるコンビネーションアベレーションは、以下に示す＜条件１＞となる。
次数Ｎ１＋Ｎ２−１、対称性｜Ｓ１＋Ｓ２｜あるいは｜Ｓ２−Ｓ１｜ ・・・＜条件１＞
上記のように、図３（ａ）に示した第１の場所１１及び第２の場所１２に相当する二つの収差発生素子によって生み出されるコンビネーションアベレーションを利用して、＜条件１＞を持った収差を補正する場合を例にとり、本発明の原理を説明した。
【００６８】
次に、電子線進行方向に長さを持つ（厚みを持つ）一つの多極子を用いても、上述した二つの補正子（収差導入素子）によって生み出されるコンビネーションアベレーションと同様の収差を生み出すことができ、この収差を用いて収差を持つレンズの収差補正が行えることを説明する。
図３（ｂ）に示すように、電子線が厚みを持つ多極子１３に入射したとき、厚みを持つ多極子により発生した多極子場内を電子線が進行するにつれて該電子線の入射点は徐々に変化する。
すなわち、電子線進行方向に長さを持つ（厚みを持つ）多極子の単位長さあたりのコンビネーションアベレーションを式（２２）のようにおくと、
【００６９】
【数２２】
【００７０】
電子線進行方向に長さを持つ（厚みを持つ）多極子のコンビネーションアベレーションは式（２３）のようになる。
【００７１】
【数２３】
【００７２】
この場合、コンビネーションアベレーションによる電子線の傾きｒ'は、式（２４）のようになる。
ただし、ｚは、多極子の厚み（電子線進行方向の長さ）である。
【００７３】
【数２４】
【００７４】
本発明では、電子線進行方向に長さ（厚み）を持つひとつの多極子によって生み出される収差もコンビネーションアベレーションと呼ぶ。このコンビネーションアベレーションを利用して高次収差の補正をおこなうことも、本発明の技術範囲である。
【００７５】
以上に原理を説明した収差補正装置を搭載する透過型電子顕微鏡の具体例について説明する。図４は収差補正装置を照射系収差補正器として用いた透過型電子顕微鏡２０の構成である。
【００７６】
電子銃２１は、高圧制御部２２によって高圧電源が制御されて、電子線を発生する。電子線は収束レンズ２３により収束される。収束レンズ２３は非点補正素子を含んでいる。
収束された電子線は照射系収差補正器２４にいたる。照射系収差補正器２４は、電子線偏向素子や多極子を含む各種補正素子を備えてなる。
【００７７】
照射系収差補正器２４で収差が補正された電子線は、電子線偏向素子を含む収束レンズ２５により収束され、対物レンズ及び試料ステージ２６に至る。対物レンズは電子線を試料ステージ上の試料に照射する。試料ステージ上の試料を透過した電子線は、中間・投影レンズ２７により、投影され観察室２８に至り、観察室２８にて試料像が観察され、例えばカメラにより撮像される。
【００７８】
また、図５は収差補正装置を結像系収差補正器として用いた透過型電子顕微鏡３０の構成である。
【００７９】
電子銃３１は、高圧制御部３２によって高圧電源が制御されて、電子線を発生する。電子線は収束レンズ３３により収束される。収束レンズ３３は非点補正素子を含んでいる。
収束された電子線は対物レンズ及び試料ステージ３４に至る。対物レンズは電子線を試料ステージ上の試料に照射する。試料ステージ上の試料を透過した電子線は、結像系収差補正器３５に入射する。
【００８０】
結像系収差補正器３５は、電子線偏向素子や多極子を含む各種補正素子を備えてなる。
結像系収差補正器３５で補正された電子線は、中間・投影レンズ３６により投影され、観察室３７に至り、観察室３７にて試料像が観察され、例えばカメラにより撮像される。
【００８１】
また、図４に示した照射系収差補正器２４と結像系収差補正器３５の両方を組み合わせて透過型電子顕微鏡を構成してもよい。
【００８２】
特に、本発明では、照射系収差補正器内に位置する収差補正素子や偏向系、結像系収差補正器に位置する収差補正素子や偏向系、対物レンズが持っている球面収差等の収差、収束レンズ内にある偏向系や非点補正素子、中間レンズ内にある偏向系や非点補正素子、さらに新しく導入した収差補正素子のうち、二つに着目してコンビネーションアベレーションを発生させる。
【００８３】
本発明に係わる照射系収差補正器の構成例とその動作を、図６及び図７を参照しながら説明する。
【００８４】
図６において、光軸上に収差補正装置４１、収差補正素子４２，４３、対物レンズOＬ、試料Ｓが配置されている。第１制御装置、第２制御装置、レンズ制御装置はそれぞれ収差補正装置４１、収差補正素子４２，４３、対物レンズOＬに必要な電圧を印加する動作を行う。また、これら制御装置は、制御演算装置４８により必要な動作を行うように制御されている。なお、収差補正装置４１と収差補正素子４２，４３は、図４の照射系収差補正器２４に対応している。
【００８５】
図６において、例えば対物レンズOＬの持つ球面収差（幾何収差次数で３次）が補正されるように、第１制御装置が収差補正装置に制御電圧を印加する。このとき収差補正素子が動作していなければ、試料Ｓに照射される電子線にはまだ高次収差が残留している。どのような種類の高次収差が残留しているかを試料像の観察から把握し、その残留高次収差を打ち消すことができるコンビネーションアベレーションを発生させるように、第２制御装置によって収差補正素子４２，４３に制御電圧を印加する。
【００８６】
図７は、他の構成例とその動作を説明するための図である。図７において、光軸上に収差補正装置５１、対物レンズOＬ、試料Ｓが配置されている。収差補正装置５１には多極子５２，５３が構成されている。第１制御装置、第２制御装置は、多極子５２，５３のそれぞれに必要な電圧を印加する動作を行う。レンズ制御装置は対物レンズOＬに必要な電圧を印加する動作を行う。また、これら制御装置は、制御演算装置５８により必要な動作を行うように制御されている。収差補正装置５１に三つ以上の多極子が構成されている場合は、それらから任意の組み合わせを選んで第２制御装置によって制御可能なように構成されていてもよい。なお、収差補正装置５１は図４の照射系収差補正器２４に対応している。
【００８７】
図７において、例えば対物レンズOＬの持つ球面収差（幾何収差次数で３次）が補正されるように、第１制御装置が収差補正装置に制御電圧を印加する。このとき第２制御装置が動作していなければ、試料Ｓに照射される電子線にはまだ高次収差が残留している。どのような種類の高次収差が残留しているかを試料像の観察から把握し、その残留高次収差を打ち消すことができるコンビネーションアベレーションを発生させるように、第２制御装置によって多極子５２，５３に制御電圧を印加する。多極子５２，５３には、第１制御装置と第２制御装置の電圧が重畳されて印加される。すなわち、多極子５２，５３はコンビネーションアベレーションを発生させる収差補正素子としての役割を併せ持っている。
【００８８】
以下には、動作の実例について表１〜表３を用いて説明する。まず、収差表記について表1を参照して説明する。
【００８９】
【表１】
【００９０】
表1には収差として、デフォーカス（Defocus）、二回非点、軸上コマ、三回非点、球面収差、スター収差、四回非点、四次のコマ収差、スリーローブ（Three lobe）、五回非点、５次球面収差、六回非点を挙げている。各収差毎に、記号、波面収差関数ｘ（Ω）、幾何収差及びビームパターン形状を記述している。二回非点Ａ２、三回非点Ａ３、四回非点Ａ４、五回非点Ａ５及び六回非点Ａ６はプライマリ（primary）な収差である。二回非点Ａ２とスター収差Ｑ４は対称性が２回で同じであるが、幾何収差の次数は１次と３次というように異なっている。三回非点Ａ３とスリーローブＲ５は対称性が３回で同じであるが、幾何収差の次数は２次と４次というように異なっている。
【００９１】
各収差の対称性と幾何収差を表２に示す。左端の縦方向に対称性を示し、上端の横方向に幾何収差の次数を示す。
【００９２】
【表２】
【００９３】
例えば、デフォーカス（Defocus）Ｏ２の対称性は０回であり、幾何収差の次数は１次である。同様に、軸上コマ収差Ｐ３の対称性は１回であり、幾何収差の次数は２次である。また、スター収差Ｑ４の対称性は２回であり、幾何収差の次数は３次である。
【００９４】
いま、補正をする目的の収差を例えば四回非点Ａ４とする。表２から四回非点Ａ４の対称性は、４回であり、次数は３次である。この場合に、前記＜条件１＞を満たす収差は、二回非点Ａ２とスター収差Ｑ４がある。これらの収差を用いる。前記式（１１）に二回非点Ａ２とスター収差Ｑ４の条件であるｎ１＝０，ｍ１＝２，ｎ２＝１、ｍ２＝３を代入すると、次の式（２５）が得られる。
【００９５】
【数２５】
【００９６】
この式（２５）にあって、第一項は式（２６）で表される四回非点Ａ４、第２項は式（２７）で表される球面収差Ｏ４となる。
【００９７】
【数２６】
【００９８】
【数２７】
【００９９】
つまり、二回非点Ａ２とスター収差Ｑ４から球面収差Ｏ４と四回非点Ａ４が発生している。四回非点Ａ４については、この第一項を利用して、コンビネーションアベレーションにより収差補正する。
【０１００】
このように前記表２に示した各収差の次数と対称性を用いて、第一収差補正素子（横列）、第二収差補正素子（縦列）を参照して生み出されるコンビネーションアベレーションは、以下の表３のようにまとめることができる。
【０１０１】
【表３】
【０１０２】
表３にある目的の収差を補正しようと考えた場合、第一収差と第二収差として横列と縦列のものを用意して目的とする収差を補正できる。
【０１０３】
この補正処理手順をまとめると以下のようになる。ステップＳ１で補正したい収差の次数と対称性を把握し、ステップＳ２で前記＜条件１＞を満たす、距離Ｌ離れた補正素子（多極子或いは偏向系）を二つ用意する。そして、ステップＳ３で二つの補正素子を用いて目的とする収差を補正する。
【０１０４】
例えば、スリーローブＲ５は、第一収差補正素子として球面収差Ｏ４を、第二収差補正素子として三回非点Ａ３を用意することによって補正できる。また、五次の球面収差Ｏ６は、第一収差補正素子として球面収差Ｏ４を、第二収差補正素子として球面収差Ｏ４を用意することによって補正できる。また、四次のコマ収差Ｐ５と五回非点Ａ５は、第一収差補正素子として二回非点Ａ２を、第二収差補正素子としてスリーローブＲ５を用意することによって補正できる。
【０１０５】
なお、以上の説明では、二つの収差発生素子からなるコンビネーションアベレーションを具体例としたが、三つ以上の収差発生素子の組み合わせにも適用できる。
【０１０６】
また、厚み（電子線進行方向に長さ）を持った多極子場では、二つの収差発生素子が連続して並んでいると考えることが可能で、電子線が進行するにつれて入射点が変わっていくため、今まで説明した二つの収差補正素子からなるコンビネーションアベレーションと同様の電子光学的効果が発生し、本実施例と同様の原理でコンビネーションアベレーションが生まれる。このように、本実施例の二枚の収差補正素子を用いた説明を、厚みを持った多極子から生まれるコンビネーションアベレーションに適用させ、厚みを持った多極子から生まれるコンビネーションアベレーションによる収差補正を本発明の変形例とする。
【０１０７】
また、厚みを持った多極子や、三つ以上の多極子を組み合わせた場合、コンビネーションアベレーション自身が「元来の収差（第一収差あるいは第二収差）」となり、この次数と対称性から前記＜条件１＞を満たす収差が補正可能となる。この高次のコンビネーションアベレーションを用いた収差補正も本発明の変形とする。
【図面の簡単な説明】
【０１０８】
【図１】非特許文献１に開示された五次の球面収差の発生を説明する図である。
【図２】非特許文献１に開示された薄い六極子を二枚用いた組み合わせによる収差補正を示す図である。
【図３】本発明の原理を説明するための図である。
【図４】収差補正装置を照射系収差補正器として用いた透過型電子顕微鏡の構成である。
【図５】収差補正装置を結像系収差補正器として用いた透過型電子顕微鏡の構成である。
【図６】本発明に係わる収差補正装置の構成例とその動作を説明するための図である。
【図７】本発明に係わる収差補正装置の他の構成例とその動作を説明するための図である。
【符号の説明】
【０１０９】
OＬ・・・対物レンズ
Ｓ・・・試料
１１・・・第１の場所（第１収差発生素子）
１２・・・第２の場所（第２収差発生素子）
１３・・・電子線進行方向に長さを持った多極子
２０・・・透過型電子顕微鏡
２１・・・電子銃
２３・・・収束レンズ
２４・・・照射系収差補正器
２５・・・収束レンズ
２６・・・対物レンズ及び試料
２７・・・中間・投影レンズ
４１，５１・・・収差補正装置
４２，４３・・・収差補正素子
４５，５５・・・第１制御装置
４６，５６・・・第２制御装置
４７，５７・・・レンズ制御装置
４８，５８・・・制御演算装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は荷電粒子線装置に関し、特に高次の収差を補正できる収差補正装置及び収差補正方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
円筒対称型レンズでは補正できなかった球面収差が、多極子型レンズを用いて補正できる技術が確立して以来、急激にその技術の実機搭載が進んでいる。昨今では、収差補正器を搭載した電子顕微鏡（TEM、STEM）を用いたすばらしい応用データが盛んに発表されている。
【０００３】
まず、球面収差補正器と対物レンズの球面収差から五次の球面収差が生まれる現象について説明する。図１は球面収差補正器と対物レンズの球面収差からの五次球面収差の発生を説明するための図である。
【０００４】
ベック（Beck）は、下記非特許文献１にて、図１に示すように球面収差補正器（Corrector）１と補正を行う面（対物レンズ(OL)２の前或いは後焦点面）との間に余分な光学距離Lがあると、補正面において電子線の位置がずれてしまうことから、五次の球面収差（Ｃ５）が余計に導入されてしまうことを述べている。これは、球面収差補正器（コレクタ）１を作製したときの不具合点として論文に述べられているものである。
【０００５】
詳細には以下のとおりである。電子線の位置がずれてしまうため、以下の式（１）、（２）で示される角度δ１、δ２が生じる。
【０００６】
【数１】
【０００７】
【数２】
【０００８】
また、対物レンズ２のｒ２は以下の式（３）となる。
【０００９】
【数３】
【００１０】
このため、式（１）〜式（３）から、次の式（４）の関係が得られる。
【００１１】
【数４】
【００１２】
式（４）の高次項に、例えば五次の球面収差（Ｃ５）が余計に導入されてしまう。
【００１３】
なお、現在、転送レンズ（トランスファーレンズ）を用いた球面収差補正装置では、トランスファーレンズにより距離Lを０に設定できるため以上のような問題はおきていない。
【００１４】
次に、二枚の六極子場を用いて、球面収差を補正する方法について説明する。図２は、二枚の六極子場を用いた球面収差補正を示す図である。
【００１５】
ベック（Beck）は、また、下記非特許文献１にて、二枚の六極子を用いて球面収差を補正する方法を提案している。Beckは薄い二枚の６極子を用いた組み合わせ（コンビネーション）で負の三次収差（負の球面収差）が生まれることを述べている。
【００１６】
図２においては、距離Ｌ離間されて配置された薄い六極子Ｈ１と薄い六極子Ｈ２とのコンビネーションにより式（５）で示される負の球面収差が生じていることが示されている。
【００１７】
【数５】
【００１８】
上記式（５）は、後でクルー（Crew）が下記非特許文献２で一枚の六極子からも負の球面収差が生まれることを述べてはいるが、コンビネーションアベレーションを使った球面収差補正の例である。
【００１９】
また、下記特許文献１には、電子光学系の像の変形αｎを除去する方法に関し、変形αｎについて同一の作用をする、次数ｎ＋ｍの軸外の像の変形αｎγｍを、光軸の像の変形の補償が終了するまで光軸の方向にビーム通路を移動または傾斜して補正することによって行うものである。さらに、六極子を備える電子光学系の三次光軸の像の変形を補正して、一次、二次及び三次光軸の像の変形を補正するという方法である。
【００２０】
【特許文献１】特表２００１−５１６１３９号
【非特許文献１】V. Beck, Optik, 53, 241-255(1979)
【非特許文献２】A.V. Crewe and D. Kopf, Optik, 55, 1-10(1980)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
ところで、前記球面収差は、（幾何収差次数で）三次の収差である。これが補正されたとしても、他の収差が残留している状態では目的の分解能が得られない。そのため、残留する高次の収差を補正する技術が重要となる。また、近年では、電子顕微鏡でも、部品点数を削減することが求められており、当然ながら、収差補正器を少ない素子数にて構成することが求められている。
【００２２】
また、前記特許文献１に開示された方法は、光軸の方向にビーム通路を移動または傾斜して補正を行うものであるため、補正対象の収差と、残留収差の両方を補正するための調整に手間がかかってしまう虞がある。
【００２３】
特に、高次の収差を補正するためには、低次の素子を組み合わせ、かつ部品点数を少なくして、迅速に補正することが望ましい。
【００２４】
本発明は、前記課題を解決するためになされたものであり、比較的少ない素子数で高次収差を補正できる収差補正装置及び収差補正方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
前記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、
電子線進行方向に配置されたレンズが持つ低次収差を補正する収差補正装置と、
電子線進行経路に沿って互いに離間して配設した少なくとも2つの収差補正素子とを備え、
前記レンズの持つ低次収差が前記収差補正装置によって補正された後、さらに前記レンズに残留する高次収差を、前記少なくとも2つの収差補正素子のそれぞれに発生する収差の組み合わせによって生み出されるコンビネーションアベレーションを用いて補正することを特徴とする。
【００２６】
また請求項２に記載の発明は、
電子線進行方向に配置されたレンズが持つ収差を補正するための収差補正装置を備え、
前記収差補正装置には少なくとも２つの収差補正素子が配設され、
前記収差補正装置に配設された各々の収差補正素子に制御電圧を印加する第１の制御装置と第２の制御装置とを備え、
前記第２の制御装置は、前記第１の制御装置とは独立して制御電圧を発生させ、且つ前記第１の制御装置が印加する制御電圧に重畳して前記収差補正装置に配設されたそれぞれの収差補正素子に制御電圧を印加できるように構成され、
前記レンズの持つ低次収差が前記第１の制御装置が印加する制御電圧によって補正された後、さらに前記レンズに残留する高次収差を、前記第２の制御装置によって印加される制御電圧により前記収差補正装置に配設される収差補正素子のそれぞれに発生する収差の組み合わせが生み出すコンビネーションアベレーションを用いて補正することを特徴とする。
【００２７】
また請求項３に記載の発明は、
前記レンズに残留している高次収差の補正したい収差の次数と対称性を把握する収差把握手段と、
電子線の進行方向に沿って前段に配置された第１の収差補正素子に発生する幾何収差の次数と対称性をそれぞれＮ１、Ｓ１とし、後段に配置された第２の収差補正素子に発生する幾何収差の次数と対称性をそれぞれＮ２、Ｓ２としたとき、前記第１の収差補正素子及び前記第２の収差補正素子の持つ幾何収差の次数と対称性の組み合わせにより、次数Ｎ１＋Ｎ２−１、対称性｜Ｓ１＋Ｓ２｜あるいは｜Ｓ２−Ｓ１｜の性質を持つコンビネーションアベレーションを発生させる収差発生手段とを備え、
前記収差把握手段によって把握された収差の次数と対称性が前記収差発生手段により発生するコンビネーションアベレーションの次数と対称性に合致するように、前記第１の収差補正素子及び前記第２の収差補正素子を制御するようにしたことを特徴とする。
【００２８】
また請求項４に記載の発明は、
前記収差補正素子は、多極子又は偏向器又は非点補正器又はレンズの何れかであることを特徴とする。
【００２９】
また請求項５に記載の発明は、
電子線進行方向に配置されたレンズが持つ低次収差を補正する収差補正装置と、
電子線進行方向に長さを持つ多極子とを備え、
前記レンズの持つ低次収差が前記収差補正装置によって補正された後、さらに前記レンズに残留する高次収差を、前記多極子場内で電子線が進行するに連れて電子線の光軸に対する傾きが変化することにより生み出される高次収差により補正することを特徴とし、
前記多極子の電子線方向の長さは、前記レンズの残留高次収差が補正される程度に設定されていることを特徴とする。
【００３０】
また請求項６に記載の発明は、
電子線進行方向に配置されたレンズが持つ収差を収差補正装置によって補正する荷電粒子線装置の収差補正方法において、
電子線進行経路に沿って複数の収差補正素子を互いに離間して配置し、
前記レンズの持つ低次収差が前記収差補正装置によって補正された後、さらに前記レンズに残留する高次収差を、前記複数の収差補正素子に発生するそれぞれの収差の組み合わせによって生じるコンビネーションアベレーションを用いて補正することを特徴とする。
【００３１】
また請求項７に記載の発明は、
電子線の進行方向の前段に配置された第１の収差補正素子に発生する幾何収差の次数と対称性をそれぞれＮ１、Ｓ１とし、後段に配置された第２の収差補正素子に発生する幾何収差の次数と対称性をそれぞれＮ２、Ｓ２としたとき、前記第１の収差補正素子及び前記第２の収差補正素子の持つ幾何収差の次数と対称性の組み合わせにより、次数Ｎ１＋Ｎ２−１、対称性｜Ｓ１＋Ｓ２｜あるいは｜Ｓ２−Ｓ１｜の性質を持つコンビネーションアベレーションを発生させ、
該コンビネーションアベレーションと前記レンズに残留する高次収差の次数と対称性とを合致させることにより、前記レンズに残留する高次収差を補正することを特徴とする。
【００３２】
また請求項８に記載の発明は、
前記レンズに残留している高次収差の補正したい収差の次数と対称性を把握するステップＳ１と、
互いに離間して電子線進行経路に沿って配置されている複数の収差補正素子の組み合わせのなかから、次数Ｎ１＋Ｎ２−１、対称性｜Ｓ１＋Ｓ２｜あるいは｜Ｓ２−Ｓ１｜の性質を持つコンビネーションアベレーションを生み出す収差補正子の組み合わせを選択するステップＳ２と、
前記複数の収差補正素子を用いて生み出されるコンビネーションアベレーションを用いて、前記レンズに残留する高次収差を補正するステップＳ３とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３３】
本発明によれば、比較的少ない素子数で高次収差を生み出せるため、高次収差補正に有効である。また、残留する収差を補正する指針をたてることが容易にでき、かつ高次収差の補正を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照しながら説明する。本発明は、ある収差補正装置で補正対象とするレンズの収差が補正された後に残留する他の高次の収差を補正するものであり、少なくとも２つの収差を発生させる素子の組み合わせにより収差を補正する。２つの収差補正素子で収差を補正するにあたり、２つの収差補正素子の幾何収差次数（以下、「収差次数」又は単に「次数」と略称することがある）と２つの収差補正素子の収差の対称性（以下単に「対称性」と略称することがある）を組み合わせることで収差を補正する。
【００３５】
つまり、第１の収差補正素子（収差次数をＮ１、対称性をＳ１）と、第２の収差補正素子（収差次数をＮ２、対称性をＳ２）の二つの収差補正素子を用意し、これらが生み出すコンビネーションアベレーションを利用して、次数Ｎ１＋Ｎ２−１、対称性｜Ｓ２−Ｓ１｜の性質を持った収差を補正する。
【００３６】
ここで、コンビネーションアベレーションとは、ある場所で発生した収差（収差１）がある距離伝搬することにより入射点が変わり、別の収差（収差２）の影響を受けたとき、収差１と収差２の組み合わせにより生まれる組み合わせ収差のことである。本発明は、コンビネーションアベレーションを積極的に用いて収差を補正する。
【００３７】
まず、本発明の収差補正装置及び収差補正方法の原理を説明する。複素角Ωを、次の式（６）とする。
【００３８】
【数６】
【００３９】
ただし、r=(x, y)を電子線に対して垂直方向の位置を表すものとし、対物レンズのフォーカス距離をｆとすると、式（７）となる。
【００４０】
【数７】
【００４１】
ｘを、波面収差として、Cを収差係数とすると、波面収差は一般的に（n,mを整数として）、次の式（８）となる。
【００４２】
【数８】
【００４３】
ただし、ｘ＝Re｛X｝と定義する。計算により、幾何収差は、式（９）と記述できる。
【００４４】
【数９】
【００４５】
図３は、本発明の原理を説明するための図である。さて、図３（ａ）に示すように第１の場所１１と第２の場所１２で収差発生場所があり、距離Ｌ離れているものとする。第１の場所１１は第１収差発生素子に、第２の場所１２は第２収差発生素子にみなすことができる。
それぞれの電子線の入射点は、ｒ１, ｒ２とする。それぞれの点での幾何収差Ｇは、式（９）から以下の式（１０）、式（１１）となる。
【００４６】
【数１０】
【００４７】
【数１１】
【００４８】
ただし、幾何収差の次数は、式（１２）のべき乗と式（１３）のべき乗を足したものである。
【００４９】
【数１２】
【００５０】
【数１３】
【００５１】
このため、第１の場所１１での幾何収差の次数は（ｎ１＋ｍ１−１）次、第２の場所１２では（ｎ２＋ｍ２−１）次である。
【００５２】
第２の場所１２での入射点ｒ２とΩ２は、式（７）、式（１０）より、以下の式（１４）、式（１５）となる。
【００５３】
【数１４】
【００５４】
【数１５】
【００５５】
よって、式（１５）を式（１１）に代入することにより、コンビネーションアベレーションは以下の式（１６）のように計算できる。
【００５６】
【数１６】
【００５７】
幾何収差の次数は、式（１７）と式（１８）のべき乗を足したものである。
【００５８】
【数１７】
【００５９】
【数１８】
【００６０】
このため、式（１６）にあって、どの項もすべて（ｎ１＋ｍ１−１）＋（ｎ２＋ｍ２−１）−１次であることが分かる。つまり、生まれるコンビネーションアベレーションの次数は、第１の場所１１での収差次数と第２の場所１２での収差次数を足して、１引いたものである。
【００６１】
次に、対称性について説明する。ここで、第１の場所１１と第２の場所１２での収差の対称性をそれぞれ、Ｓ１，Ｓ２とすると、コンビネーションアベレーションは、以下の式（１９）となる。
【００６２】
【数１９】
【００６３】
対称性は、式（２０）のべき乗に１を足したものから式（２１）のべき乗を引いたものの絶対値となる。
【００６４】
【数２０】
【００６５】
【数２１】
【００６６】
このことから、コンビネーションアベレーションの対称性は、｜Ｓ１＋Ｓ２｜あるいは｜Ｓ２−Ｓ１｜となる。
【００６７】
これらより、第１の場所１１での収差次数をＮ１、対称性をＳ１とし、第２の場所１２での収差次数をＮ２、対称性をＳ２とすると、生まれるコンビネーションアベレーションは、以下に示す＜条件１＞となる。
次数Ｎ１＋Ｎ２−１、対称性｜Ｓ１＋Ｓ２｜あるいは｜Ｓ２−Ｓ１｜ ・・・＜条件１＞
上記のように、図３（ａ）に示した第１の場所１１及び第２の場所１２に相当する二つの収差発生素子によって生み出されるコンビネーションアベレーションを利用して、＜条件１＞を持った収差を補正する場合を例にとり、本発明の原理を説明した。
【００６８】
次に、電子線進行方向に長さを持つ（厚みを持つ）一つの多極子を用いても、上述した二つの補正子（収差導入素子）によって生み出されるコンビネーションアベレーションと同様の収差を生み出すことができ、この収差を用いて収差を持つレンズの収差補正が行えることを説明する。
図３（ｂ）に示すように、電子線が厚みを持つ多極子１３に入射したとき、厚みを持つ多極子により発生した多極子場内を電子線が進行するにつれて該電子線の入射点は徐々に変化する。
すなわち、電子線進行方向に長さを持つ（厚みを持つ）多極子の単位長さあたりのコンビネーションアベレーションを式（２２）のようにおくと、
【００６９】
【数２２】
【００７０】
電子線進行方向に長さを持つ（厚みを持つ）多極子のコンビネーションアベレーションは式（２３）のようになる。
【００７１】
【数２３】
【００７２】
この場合、コンビネーションアベレーションによる電子線の傾きｒ'は、式（２４）のようになる。
ただし、ｚは、多極子の厚み（電子線進行方向の長さ）である。
【００７３】
【数２４】
【００７４】
本発明では、電子線進行方向に長さ（厚み）を持つひとつの多極子によって生み出される収差もコンビネーションアベレーションと呼ぶ。このコンビネーションアベレーションを利用して高次収差の補正をおこなうことも、本発明の技術範囲である。
【００７５】
以上に原理を説明した収差補正装置を搭載する透過型電子顕微鏡の具体例について説明する。図４は収差補正装置を照射系収差補正器として用いた透過型電子顕微鏡２０の構成である。
【００７６】
電子銃２１は、高圧制御部２２によって高圧電源が制御されて、電子線を発生する。電子線は収束レンズ２３により収束される。収束レンズ２３は非点補正素子を含んでいる。
収束された電子線は照射系収差補正器２４にいたる。照射系収差補正器２４は、電子線偏向素子や多極子を含む各種補正素子を備えてなる。
【００７７】
照射系収差補正器２４で収差が補正された電子線は、電子線偏向素子を含む収束レンズ２５により収束され、対物レンズ及び試料ステージ２６に至る。対物レンズは電子線を試料ステージ上の試料に照射する。試料ステージ上の試料を透過した電子線は、中間・投影レンズ２７により、投影され観察室２８に至り、観察室２８にて試料像が観察され、例えばカメラにより撮像される。
【００７８】
また、図５は収差補正装置を結像系収差補正器として用いた透過型電子顕微鏡３０の構成である。
【００７９】
電子銃３１は、高圧制御部３２によって高圧電源が制御されて、電子線を発生する。電子線は収束レンズ３３により収束される。収束レンズ３３は非点補正素子を含んでいる。
収束された電子線は対物レンズ及び試料ステージ３４に至る。対物レンズは電子線を試料ステージ上の試料に照射する。試料ステージ上の試料を透過した電子線は、結像系収差補正器３５に入射する。
【００８０】
結像系収差補正器３５は、電子線偏向素子や多極子を含む各種補正素子を備えてなる。
結像系収差補正器３５で補正された電子線は、中間・投影レンズ３６により投影され、観察室３７に至り、観察室３７にて試料像が観察され、例えばカメラにより撮像される。
【００８１】
また、図４に示した照射系収差補正器２４と結像系収差補正器３５の両方を組み合わせて透過型電子顕微鏡を構成してもよい。
【００８２】
特に、本発明では、照射系収差補正器内に位置する収差補正素子や偏向系、結像系収差補正器に位置する収差補正素子や偏向系、対物レンズが持っている球面収差等の収差、収束レンズ内にある偏向系や非点補正素子、中間レンズ内にある偏向系や非点補正素子、さらに新しく導入した収差補正素子のうち、二つに着目してコンビネーションアベレーションを発生させる。
【００８３】
本発明に係わる照射系収差補正器の構成例とその動作を、図６及び図７を参照しながら説明する。
【００８４】
図６において、光軸上に収差補正装置４１、収差補正素子４２，４３、対物レンズOＬ、試料Ｓが配置されている。第１制御装置、第２制御装置、レンズ制御装置はそれぞれ収差補正装置４１、収差補正素子４２，４３、対物レンズOＬに必要な電圧を印加する動作を行う。また、これら制御装置は、制御演算装置４８により必要な動作を行うように制御されている。なお、収差補正装置４１と収差補正素子４２，４３は、図４の照射系収差補正器２４に対応している。
【００８５】
図６において、例えば対物レンズOＬの持つ球面収差（幾何収差次数で３次）が補正されるように、第１制御装置が収差補正装置に制御電圧を印加する。このとき収差補正素子が動作していなければ、試料Ｓに照射される電子線にはまだ高次収差が残留している。どのような種類の高次収差が残留しているかを試料像の観察から把握し、その残留高次収差を打ち消すことができるコンビネーションアベレーションを発生させるように、第２制御装置によって収差補正素子４２，４３に制御電圧を印加する。
【００８６】
図７は、他の構成例とその動作を説明するための図である。図７において、光軸上に収差補正装置５１、対物レンズOＬ、試料Ｓが配置されている。収差補正装置５１には多極子５２，５３が構成されている。第１制御装置、第２制御装置は、多極子５２，５３のそれぞれに必要な電圧を印加する動作を行う。レンズ制御装置は対物レンズOＬに必要な電圧を印加する動作を行う。また、これら制御装置は、制御演算装置５８により必要な動作を行うように制御されている。収差補正装置５１に三つ以上の多極子が構成されている場合は、それらから任意の組み合わせを選んで第２制御装置によって制御可能なように構成されていてもよい。なお、収差補正装置５１は図４の照射系収差補正器２４に対応している。
【００８７】
図７において、例えば対物レンズOＬの持つ球面収差（幾何収差次数で３次）が補正されるように、第１制御装置が収差補正装置に制御電圧を印加する。このとき第２制御装置が動作していなければ、試料Ｓに照射される電子線にはまだ高次収差が残留している。どのような種類の高次収差が残留しているかを試料像の観察から把握し、その残留高次収差を打ち消すことができるコンビネーションアベレーションを発生させるように、第２制御装置によって多極子５２，５３に制御電圧を印加する。多極子５２，５３には、第１制御装置と第２制御装置の電圧が重畳されて印加される。すなわち、多極子５２，５３はコンビネーションアベレーションを発生させる収差補正素子としての役割を併せ持っている。
【００８８】
以下には、動作の実例について表１〜表３を用いて説明する。まず、収差表記について表1を参照して説明する。
【００８９】
【表１】
【００９０】
表1には収差として、デフォーカス（Defocus）、二回非点、軸上コマ、三回非点、球面収差、スター収差、四回非点、四次のコマ収差、スリーローブ（Three lobe）、五回非点、５次球面収差、六回非点を挙げている。各収差毎に、記号、波面収差関数ｘ（Ω）、幾何収差及びビームパターン形状を記述している。二回非点Ａ２、三回非点Ａ３、四回非点Ａ４、五回非点Ａ５及び六回非点Ａ６はプライマリ（primary）な収差である。二回非点Ａ２とスター収差Ｑ４は対称性が２回で同じであるが、幾何収差の次数は１次と３次というように異なっている。三回非点Ａ３とスリーローブＲ５は対称性が３回で同じであるが、幾何収差の次数は２次と４次というように異なっている。
【００９１】
各収差の対称性と幾何収差を表２に示す。左端の縦方向に対称性を示し、上端の横方向に幾何収差の次数を示す。
【００９２】
【表２】
【００９３】
例えば、デフォーカス（Defocus）Ｏ２の対称性は０回であり、幾何収差の次数は１次である。同様に、軸上コマ収差Ｐ３の対称性は１回であり、幾何収差の次数は２次である。また、スター収差Ｑ４の対称性は２回であり、幾何収差の次数は３次である。
【００９４】
いま、補正をする目的の収差を例えば四回非点Ａ４とする。表２から四回非点Ａ４の対称性は、４回であり、次数は３次である。この場合に、前記＜条件１＞を満たす収差は、二回非点Ａ２とスター収差Ｑ４がある。これらの収差を用いる。前記式（１１）に二回非点Ａ２とスター収差Ｑ４の条件であるｎ１＝０，ｍ１＝２，ｎ２＝１、ｍ２＝３を代入すると、次の式（２５）が得られる。
【００９５】
【数２５】
【００９６】
この式（２５）にあって、第一項は式（２６）で表される四回非点Ａ４、第２項は式（２７）で表される球面収差Ｏ４となる。
【００９７】
【数２６】
【００９８】
【数２７】
【００９９】
つまり、二回非点Ａ２とスター収差Ｑ４から球面収差Ｏ４と四回非点Ａ４が発生している。四回非点Ａ４については、この第一項を利用して、コンビネーションアベレーションにより収差補正する。
【０１００】
このように前記表２に示した各収差の次数と対称性を用いて、第一収差補正素子（横列）、第二収差補正素子（縦列）を参照して生み出されるコンビネーションアベレーションは、以下の表３のようにまとめることができる。
【０１０１】
【表３】
【０１０２】
表３にある目的の収差を補正しようと考えた場合、第一収差と第二収差として横列と縦列のものを用意して目的とする収差を補正できる。
【０１０３】
この補正処理手順をまとめると以下のようになる。ステップＳ１で補正したい収差の次数と対称性を把握し、ステップＳ２で前記＜条件１＞を満たす、距離Ｌ離れた補正素子（多極子或いは偏向系）を二つ用意する。そして、ステップＳ３で二つの補正素子を用いて目的とする収差を補正する。
【０１０４】
例えば、スリーローブＲ５は、第一収差補正素子として球面収差Ｏ４を、第二収差補正素子として三回非点Ａ３を用意することによって補正できる。また、五次の球面収差Ｏ６は、第一収差補正素子として球面収差Ｏ４を、第二収差補正素子として球面収差Ｏ４を用意することによって補正できる。また、四次のコマ収差Ｐ５と五回非点Ａ５は、第一収差補正素子として二回非点Ａ２を、第二収差補正素子としてスリーローブＲ５を用意することによって補正できる。
【０１０５】
なお、以上の説明では、二つの収差発生素子からなるコンビネーションアベレーションを具体例としたが、三つ以上の収差発生素子の組み合わせにも適用できる。
【０１０６】
また、厚み（電子線進行方向に長さ）を持った多極子場では、二つの収差発生素子が連続して並んでいると考えることが可能で、電子線が進行するにつれて入射点が変わっていくため、今まで説明した二つの収差補正素子からなるコンビネーションアベレーションと同様の電子光学的効果が発生し、本実施例と同様の原理でコンビネーションアベレーションが生まれる。このように、本実施例の二枚の収差補正素子を用いた説明を、厚みを持った多極子から生まれるコンビネーションアベレーションに適用させ、厚みを持った多極子から生まれるコンビネーションアベレーションによる収差補正を本発明の変形例とする。
【０１０７】
また、厚みを持った多極子や、三つ以上の多極子を組み合わせた場合、コンビネーションアベレーション自身が「元来の収差（第一収差あるいは第二収差）」となり、この次数と対称性から前記＜条件１＞を満たす収差が補正可能となる。この高次のコンビネーションアベレーションを用いた収差補正も本発明の変形とする。
【図面の簡単な説明】
【０１０８】
【図１】非特許文献１に開示された五次の球面収差の発生を説明する図である。
【図２】非特許文献１に開示された薄い六極子を二枚用いた組み合わせによる収差補正を示す図である。
【図３】本発明の原理を説明するための図である。
【図４】収差補正装置を照射系収差補正器として用いた透過型電子顕微鏡の構成である。
【図５】収差補正装置を結像系収差補正器として用いた透過型電子顕微鏡の構成である。
【図６】本発明に係わる収差補正装置の構成例とその動作を説明するための図である。
【図７】本発明に係わる収差補正装置の他の構成例とその動作を説明するための図である。
【符号の説明】
【０１０９】
OＬ・・・対物レンズ
Ｓ・・・試料
１１・・・第１の場所（第１収差発生素子）
１２・・・第２の場所（第２収差発生素子）
１３・・・電子線進行方向に長さを持った多極子
２０・・・透過型電子顕微鏡
２１・・・電子銃
２３・・・収束レンズ
２４・・・照射系収差補正器
２５・・・収束レンズ
２６・・・対物レンズ及び試料
２７・・・中間・投影レンズ
４１，５１・・・収差補正装置
４２，４３・・・収差補正素子
４５，５５・・・第１制御装置
４６，５６・・・第２制御装置
４７，５７・・・レンズ制御装置
４８，５８・・・制御演算装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子線進行方向に配置されたレンズが持つ低次収差を補正する収差補正装置と、
電子線進行経路に沿って互いに離間して配設した少なくとも2つの収差補正素子とを備え、
前記レンズの持つ低次収差が前記収差補正装置によって補正された後、さらに前記レンズに残留する高次収差を、前記少なくとも2つの収差補正素子のそれぞれに発生する収差の組み合わせによって生み出されるコンビネーションアベレーションを用いて補正することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項２】
電子線進行方向に配置されたレンズが持つ収差を補正するための収差補正装置を備え、
前記収差補正装置には少なくとも２つの収差補正素子が配設され、
前記収差補正装置に配設された各々の収差補正素子に制御電圧を印加する第１の制御装置と第２の制御装置とを備え、
前記第２の制御装置は、前記第１の制御装置とは独立して制御電圧を発生させ、且つ前記第１の制御装置が印加する制御電圧に重畳して前記収差補正装置に配設されたそれぞれの収差補正素子に制御電圧を印加できるように構成され、
前記レンズの持つ低次収差が前記第１の制御装置が印加する制御電圧によって補正された後、さらに前記レンズに残留する高次収差を、前記第２の制御装置によって印加される制御電圧により前記収差補正装置に配設される収差補正素子のそれぞれに発生する収差の組み合わせが生み出すコンビネーションアベレーションを用いて補正することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項３】
前記レンズに残留している高次収差の補正したい収差の次数と対称性を把握する収差把握手段と、
電子線の進行方向に沿って前段に配置された第１の収差補正素子に発生する幾何収差の次数と対称性をそれぞれＮ１、Ｓ１とし、後段に配置された第２の収差補正素子に発生する幾何収差の次数と対称性をそれぞれＮ２、Ｓ２としたとき、前記第１の収差補正素子及び前記第２の収差補正素子の持つ幾何収差の次数と対称性の組み合わせにより、次数Ｎ１＋Ｎ２−１、対称性｜Ｓ１＋Ｓ２｜あるいは｜Ｓ２−Ｓ１｜の性質を持つコンビネーションアベレーションを発生させる収差発生手段とを備え、
前記収差把握手段によって把握された収差の次数と対称性が前記収差発生手段により発生するコンビネーションアベレーションの次数と対称性に合致するように、前記第１の収差補正素子及び前記第２の収差補正素子を制御するようにしたことを特徴とする請求項１又は２の何れか１項に記載の荷電粒子線装置。
【請求項４】
前記収差補正素子は、多極子又は偏向器又は非点補正器又はレンズの何れかであることを特徴とする請求項１又は２の何れか１項に記載の荷電粒子線装置。
【請求項５】
電子線進行方向に配置されたレンズが持つ低次収差を補正する収差補正装置と、
電子線進行方向に長さを持つ多極子とを備え、
前記レンズの持つ低次収差が前記収差補正装置によって補正された後、さらに前記レンズに残留する高次収差を、前記多極子場内で電子線が進行するに連れて電子線の光軸に対する傾きが変化することにより生み出される高次収差により補正することを特徴とし、
前記多極子の電子線方向の長さは、前記レンズの残留高次収差が補正される程度に設定されていることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項６】
電子線進行方向に配置されたレンズが持つ収差を収差補正装置によって補正する荷電粒子線装置の収差補正方法において、
電子線進行経路に沿って複数の収差補正素子を互いに離間して配置し、
前記レンズの持つ低次収差が前記収差補正装置によって補正された後、さらに前記レンズに残留する高次収差を、前記複数の収差補正素子に発生するそれぞれの収差の組み合わせによって生じるコンビネーションアベレーションを用いて補正することを特徴とする荷電粒子線装置の収差補正方法。
【請求項７】
電子線の進行方向の前段に配置された第１の収差補正素子に発生する幾何収差の次数と対称性をそれぞれＮ１、Ｓ１とし、後段に配置された第２の収差補正素子に発生する幾何収差の次数と対称性をそれぞれＮ２、Ｓ２としたとき、前記第１の収差補正素子及び前記第２の収差補正素子の持つ幾何収差の次数と対称性の組み合わせにより、次数Ｎ１＋Ｎ２−１、対称性｜Ｓ１＋Ｓ２｜あるいは｜Ｓ２−Ｓ１｜の性質を持つコンビネーションアベレーションを発生させ、
該コンビネーションアベレーションと前記レンズに残留する高次収差の次数と対称性とを合致させることにより、前記レンズに残留する高次収差を補正することを特徴とする請求項６に記載の荷電粒子線装置の収差補正方法。
【請求項８】
前記レンズに残留している高次収差の補正したい収差の次数と対称性を把握するステップＳ１と、
互いに離間して電子線進行経路に沿って配置されている複数の収差補正素子の組み合わせのなかから、次数Ｎ１＋Ｎ２−１、対称性｜Ｓ１＋Ｓ２｜あるいは｜Ｓ２−Ｓ１｜の性質を持つコンビネーションアベレーションを生み出す収差補正子の組み合わせを選択するステップＳ２と、
前記複数の収差補正素子を用いて生み出されるコンビネーションアベレーションを用いて、前記レンズに残留する高次収差を補正するステップＳ３とを備えることを特徴とする請求項７記載の収差補正方法。
【請求項１】
電子線進行方向に配置されたレンズが持つ低次収差を補正する収差補正装置と、
電子線進行経路に沿って互いに離間して配設した少なくとも2つの収差補正素子とを備え、
前記レンズの持つ低次収差が前記収差補正装置によって補正された後、さらに前記レンズに残留する高次収差を、前記少なくとも2つの収差補正素子のそれぞれに発生する収差の組み合わせによって生み出されるコンビネーションアベレーションを用いて補正することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項２】
電子線進行方向に配置されたレンズが持つ収差を補正するための収差補正装置を備え、
前記収差補正装置には少なくとも２つの収差補正素子が配設され、
前記収差補正装置に配設された各々の収差補正素子に制御電圧を印加する第１の制御装置と第２の制御装置とを備え、
前記第２の制御装置は、前記第１の制御装置とは独立して制御電圧を発生させ、且つ前記第１の制御装置が印加する制御電圧に重畳して前記収差補正装置に配設されたそれぞれの収差補正素子に制御電圧を印加できるように構成され、
前記レンズの持つ低次収差が前記第１の制御装置が印加する制御電圧によって補正された後、さらに前記レンズに残留する高次収差を、前記第２の制御装置によって印加される制御電圧により前記収差補正装置に配設される収差補正素子のそれぞれに発生する収差の組み合わせが生み出すコンビネーションアベレーションを用いて補正することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項３】
前記レンズに残留している高次収差の補正したい収差の次数と対称性を把握する収差把握手段と、
電子線の進行方向に沿って前段に配置された第１の収差補正素子に発生する幾何収差の次数と対称性をそれぞれＮ１、Ｓ１とし、後段に配置された第２の収差補正素子に発生する幾何収差の次数と対称性をそれぞれＮ２、Ｓ２としたとき、前記第１の収差補正素子及び前記第２の収差補正素子の持つ幾何収差の次数と対称性の組み合わせにより、次数Ｎ１＋Ｎ２−１、対称性｜Ｓ１＋Ｓ２｜あるいは｜Ｓ２−Ｓ１｜の性質を持つコンビネーションアベレーションを発生させる収差発生手段とを備え、
前記収差把握手段によって把握された収差の次数と対称性が前記収差発生手段により発生するコンビネーションアベレーションの次数と対称性に合致するように、前記第１の収差補正素子及び前記第２の収差補正素子を制御するようにしたことを特徴とする請求項１又は２の何れか１項に記載の荷電粒子線装置。
【請求項４】
前記収差補正素子は、多極子又は偏向器又は非点補正器又はレンズの何れかであることを特徴とする請求項１又は２の何れか１項に記載の荷電粒子線装置。
【請求項５】
電子線進行方向に配置されたレンズが持つ低次収差を補正する収差補正装置と、
電子線進行方向に長さを持つ多極子とを備え、
前記レンズの持つ低次収差が前記収差補正装置によって補正された後、さらに前記レンズに残留する高次収差を、前記多極子場内で電子線が進行するに連れて電子線の光軸に対する傾きが変化することにより生み出される高次収差により補正することを特徴とし、
前記多極子の電子線方向の長さは、前記レンズの残留高次収差が補正される程度に設定されていることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項６】
電子線進行方向に配置されたレンズが持つ収差を収差補正装置によって補正する荷電粒子線装置の収差補正方法において、
電子線進行経路に沿って複数の収差補正素子を互いに離間して配置し、
前記レンズの持つ低次収差が前記収差補正装置によって補正された後、さらに前記レンズに残留する高次収差を、前記複数の収差補正素子に発生するそれぞれの収差の組み合わせによって生じるコンビネーションアベレーションを用いて補正することを特徴とする荷電粒子線装置の収差補正方法。
【請求項７】
電子線の進行方向の前段に配置された第１の収差補正素子に発生する幾何収差の次数と対称性をそれぞれＮ１、Ｓ１とし、後段に配置された第２の収差補正素子に発生する幾何収差の次数と対称性をそれぞれＮ２、Ｓ２としたとき、前記第１の収差補正素子及び前記第２の収差補正素子の持つ幾何収差の次数と対称性の組み合わせにより、次数Ｎ１＋Ｎ２−１、対称性｜Ｓ１＋Ｓ２｜あるいは｜Ｓ２−Ｓ１｜の性質を持つコンビネーションアベレーションを発生させ、
該コンビネーションアベレーションと前記レンズに残留する高次収差の次数と対称性とを合致させることにより、前記レンズに残留する高次収差を補正することを特徴とする請求項６に記載の荷電粒子線装置の収差補正方法。
【請求項８】
前記レンズに残留している高次収差の補正したい収差の次数と対称性を把握するステップＳ１と、
互いに離間して電子線進行経路に沿って配置されている複数の収差補正素子の組み合わせのなかから、次数Ｎ１＋Ｎ２−１、対称性｜Ｓ１＋Ｓ２｜あるいは｜Ｓ２−Ｓ１｜の性質を持つコンビネーションアベレーションを生み出す収差補正子の組み合わせを選択するステップＳ２と、
前記複数の収差補正素子を用いて生み出されるコンビネーションアベレーションを用いて、前記レンズに残留する高次収差を補正するステップＳ３とを備えることを特徴とする請求項７記載の収差補正方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００８−１２４００１（Ｐ２００８−１２４００１Ａ）
【公開日】平成２０年５月２９日（２００８．５．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２４４６３２（Ｐ２００７−２４４６３２）
【出願日】平成１９年９月２１日（２００７．９．２１）
【出願人】（０００００４２７１）日本電子株式会社 (811)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年５月２９日（２００８．５．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年９月２１日（２００７．９．２１）
【出願人】（０００００４２７１）日本電子株式会社 (811)
【Ｆターム（参考）】
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