JPH03295140A - 高解像度荷電粒子線装置用の補正装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、円形レンズ系を囲む第１及び第２のヘクサポ
ールが設けられている高解像度荷電粒子線装置用の補正
装置に関するものである。

このような型式の補正装置は米国特許筒４，４１４゜４
７４号から既知である。この米国特許公報に記載されて
いるヘクサポール補正素子は、特に走査型透過電子顕微
鏡（ＳＴＥＭ）の３次球面収差を補正するように構成さ
れている。この補正素子は軸方向収差だけがほとんどな
いように構成されている。非消光性２次の軸ずれ収差に
より、これら補正素子を用いると視野が比較的小さくな
ってしまう。ヘクサポール間に単一の磁界レンズを用い
ると、４次の開口収差により透過型電子顕微鏡のような
比較的広い視野を有する光学系における解像度の改善が
妨げられてしまう。

従って、本発明の目的は、４次の開口収差が生ずること
なく軸ずれ収差を補正できる補正装置を提供することに
ある。この目的を達成するため、本発明による補正装置
は、冒頭部で述べた補正装置において、円形レンズ系が
、隣接するヘクサポールの中心点に位置する節点を有し
、２個のヘクサポールのうちの一方のヘクサポールを単
位倍率で他方のヘクサポールに結像するように構成した
ことを特徴とする。

本発明では、２個のヘクサポール間の円形レンズ系が上
述したように光学的に配置されているから、補正装置は
、近軸領域においてテレスコピックになることができる
と共に回転性をなくすことができる０円形レンズ系の節
点に芯立てしたヘクサポールを用いることにより、透過
型電子顕微鏡の３次の球面収差を補正することができる
。この理由は、透過型電子顕微鏡においてヘクサポール
は最終画像にいかなる２次収差も発生させないためであ
る。円形レンズの集束性磁界の外側に位置するヘクサポ
ールの中心点は、円形レンズの中心点に一致する。円形
レンズ系は、好ましくはダブレットで構成する。

好適実施例において、円形レンズ系すなわちダブレット
の２個のレンズを２ｆの距離だけ離間させる止共に互い
に同一のレンズで構成するのが好ましい。この構成にお
いて、２個のレンズのフィールド収差（ｆｉｅｌｄ　ａ
ｂｅｒｒａｔｉｏｎ）は相互に補償し合い、従って画像
を乱すような収差が生ずることなく視野を大きく拡大す
ることができる。これら２個のレンズは好ましくは同一
の磁気コイルで構成し、これら磁気コイルを直列に接続
し２個のレンズに対してコイル電流の絶対値を同一にし
互いに反対向きに流れるコイル電流を供給する。このよ
うに構成することにより、レンズ系は回転対称性がなく
なり、レンズ系における異方性コマ収差の発生量が低減
されると共にいかなる４次の開口収差も低減される。

好適実施例においては、２個のヘクサポールは同一ノも
のとする。各ヘクサポールを２個のヘクサポール素子で
構成し、ヘクサポール素子の中心点を光軸方向に沿って
シフトさせて円形レンズの節点に正確に一致させること
ができる。このヘクサポール素子のシフトは、２個のヘ
クサポール素子の付勢バランスを制御することにより達
成できる。

非回転対称性の５次の開口収差を補償するため、ヘクサ
ポール磁界の各々に１２極磁界を重畳することができる
。この１２極磁界は１２極の磁界発生素子系内で発生す
る。

別の実施例においては、第２の円形レンズダブレットを
設け、このダブレットを入射側ヘクサポールの中心から
入射方向に焦点距離ｆを以て配置し、この付加的なダブ
レットの２個の円形レンズは互いに距離２ｆだけ離間さ
せる。

好適実施例において、第２の円形レンズダブレットを補
正すべきレンズに対して、補正すべきレンズのコマのな
い面が入射側ヘクサポールの中心面と一致するように配
置することにより、補正は最適化される。補正すべきレ
ンズのコマのない面が補正されるべきレンズの出射側境
界の外側に近接して位置するので、−層良好な最適化を
行うことができる。このように構成することにより、補
正されるレンズのコマのない面が、コマ収差のない円形
レンズダブレットによりダブレットのフィールドの十分
外側に位置する面に結像される装置が実現される。無収
差レンズを形成するため、コマ収差のない円形レンズダ
ブレットを適切に配置して補正されるレンズのコマのな
い面を補正装置の第１ヘクサポールの中心面に結像させ
ることができる。この結果、コマのない面は第１ヘクサ
ポールの中心点に容易に結像することができる。

好適実施例において、この補正装置は、補正されるレン
ズのコマのない面から見て、２個のヘクサポールと２個
の円形レンズダブレットを存する８ｒ系を構成すること
になり、この系において第２ダブレツトの第１焦点は補
正されるべきレンズのコマのない点に一致し、第１ダブ
レントの外側焦点はその節点に一致する。ヘクサポール
はこれら節点に芯立する。これら全ての光学素子は、補
正すべき装置に挿入される単一のハウジング内に収納す
ることができる。

補正されるレンズの収差を補償するため、第２ダブレツ
トの２個のレンズを直列に接続し、補正されるレンズに
対して反対方向に付勢することができる。

本発明の補正装置は、プローブフォーミング型のレンズ
を補正するのに特に有用である。

本発明による補正装置によって補正される装置は電界源
や電子ビーム装置用の半導体電子放出装置のような放出
される粒子のエネルギー拡散が比較的小さい粒子放出源
を有する装置である。

以下図に基づき本発明の詳細な説明する。

第１図に示す補正装置は、第１のヘクサポール２及び第
２のヘクサポール４を有するヘクサポール系を具えてい
る。この補正装置の第１部分１は第１の円形レンズ８と
第２の円形レンズ１０を有する円形レンズダブレット７
を具え、中心面１２に対して対称である。この中心面は
２個の円形レンズ間の真中で光軸１４に直交して延在す
る。従って、これら２個のヘクサポールは相互に交換可
能である。同一構造のヘクサポールを節点１６及び１８
を中心にして芯立てする。尚、円形レンズダブレット７
の対称構造により、節点１６及び１８はヘクサポールの
中心に位置する。円形レンズダブレット７の節点を通り
光軸１４と直交する面は節点面１６’及び１８′と称す
る。図示の実施例において、第１の円形レンズ８の第１
焦点２０は節点１６と一致し、第２の円形レンズ１ｏの
第２の焦点２２は第１の円形レンズダブレットの節点１
８に一致する。２個の円形レンズ８及び１０は互いに距
離２ｆ離間しているから、第１円形レンズ８の第２焦点
２４は第２の円形レンズ１０の第１焦点２６に一致し、
これらの焦点は共に中心面１２内に位置する。各ヘクサ
ポールはダブレットで構成でき、各ヘクサポールの２個
の素子をわずかに相異するように付勢することにより中
心点を軸方向にシフトさせることができる。従って、こ
れら中心点を２個の円形レンズの焦点に正確に一致させ
ることができる。既に述べたように、各ヘクサポール磁
場も１２極磁界系を用いて励磁させることができ、例え
ば１２極磁場を発生させてヘクサポール磁場だけによっ
て生ずる非回転対称２性の５次間口収差を補償すること
ができる。尚、近軸ビームに影響を及ぼす２極及び４極
磁場は多重極素子によっては発生しないことに注意すべ
きである。

２個の円形レンズは、好ましくは反対向きに等しい量の
電流が流れるように直列接続した電磁コイルで構成する
。さらに、ヘクサポールは同一のもので共に円形レンズ
とす′ることか好ましい。

上述した磁界発生装置に第２の円形レンズダブレットを
付加して結合補正素子３を形成する。

このダブレットは好ましくは第１のダブレット７と同一
のものとし２個のレンズ３２及び３４を有している。

第２レンズ３４の第２焦点３６は第１の円形レンズダブ
レット７の節点１６に一致させる。これら２個のレンズ
３２及び３４も同様に互いに２ｆの距離だけ離間させ、
レンズ３４の第１焦点３８を第２レンズ３４の第２焦点
４０に一致させる。レンズ３２の第１焦点４２は補正さ
れるべきレンズ系５１０コマ収差のない面５０に一致す
る。このレンズ系５１は例えば電子顕微鏡の対物レンズ
とし、物体面５２を有し、この物体面からシステム全体
を通るように図示したアキシャルビーム（Ａｘｉａｌ　
ｒａｙ）５４及びフィールドビーム（Ｆｉｅｌｄ　ｒａ
ｙ）５６が発生する。

フィールドビームは両方のヘクサポールの中心点をｉｌ
ｌりこれらヘクサポールによる作用を受けない。第２の
円形レンズダブレット３ｏは、別のいがなる軸ずれ収差
を発生させることなくコマ収差のない面を第１ヘクサポ
ール２の中心面１６′に結像する。

第２図は第１図に示すダブレット７又は３ｏのようなダ
ブレットの形態をした円形レンズ系の一例を示す。この
レンズ系は２個のコイル６ｏ及び６２並びに２個のギャ
ップ６６及び６８が形成されている鉄のヨーク６４を有
し、ギャップ６６及び６８を経て２個ノＰｉＪ１望のレ
ンズ磁場を発生させる。コイルフォーマの中間部分７ｏ
は二者択一的なものとして示す。

この理由は、この部分７ｏは２個のコイルが共に同一の
方向に付勢されるダブレットにおいてだけ存在するから
である。このレンズ系の節点７２及び７４は、ダブレッ
ト７の一部を構成する場合ヘクサポール２又は４の中心
点２ｏ及び２２のいずれかに一致し、ダブレット３０の
一部を構成する場合にはコマのない面５０又はヘクサポ
ール２の中心点２０のいずれかに一致する。

本発明による補正装置は電子顕微鏡又はこれと同様な装
置に用いることができる。第２の円形レンズダブレット
を設けて補正すべきレンズ系のコマのない面を伝達させ
る場合、このダブレットは荷電粒子ビームの伝播方向に
見て補正すべきレンズ系の後段に配置する必要がある。

本発明の補正装置は、米国特許第４３０６１４号の電子
顕微鏡の対物レンズを補正するのに特に有用である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による補正装置の一例の構成を示す線図
、 第２図は単一のハウジングに収納した補正装置円形レン
ズダブレットを示す線図である。 ２．４・・・ヘクサポール ７．３０・・・ダブレット ８、１０．３２．３４・・・円形レンズ５１・・・レン
ズ系 Ｃフ し−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、円形レンズ系を囲む第１及び第２のヘクサポールが
   設けられている高解像度荷電粒子線装置用の補正装置に
   おいて、前記円形レンズ系が２個のレンズを具え、これ
   らレンズの各々が隣接するヘクサポールの中心面から焦
   点距離ｆたけ離間して位置し、第１ヘクサポールの中心
   面が第２ヘクサポールの中心面に結像されるように構成
   したことを特徴とする高解像度荷電粒子線装置用の補正
   装置。 ２、前記２個の円形レンズが距離２ｆだけ互いに離間す
   ることを特徴とする請求項１に記載の高解像度荷電粒子
   線装置用の補正装置。 ３、前記円形レンズ系の２個のレンズの各々が電磁コイ
   ルを有し、これら電磁コイルを、反対向きの電流によっ
   て付勢されるように直列に接続したことを特徴とする請
   求項１又は２に記載の高解像度荷電粒子線装置用の補正
   装置。 ４、前記２個のヘクサポールを同一のものとしたことを
   特徴とする請求項１、２又は３に記載の高解像度荷電粒
   子線装置用の補正装置。 ５、前記２個のヘクサポールの各々をダブレットで構成
   し、これらダブレットの中心点を軸方向にシフトできる
   ように構成したことを特徴とする請求項１、２、３又は
   ４に記載の高解像度荷電粒子線装置用の補正装置。 ６、前記ヘクサポール磁界を１２極磁界系内で発生させ
   、２個のヘクサポールの各々に１２極磁界を付加し、ヘ
   クサポール磁界の非回転対称性の５次の収差を補正する
   ように構成したことを特徴とする請求項１から５までの
   いずれか１項に記載の高解像度荷電粒子線装置用の補正
   装置。 ７、前記２個の円形レンズの外側焦点に一致するヘクサ
   ポールの中心点が、付勢された円形レンズの集束磁界の
   外側に位置することを特徴とする請求項１から６までの
   いずれか１項に記載の高解像度荷電粒子線装置用の補正
   装置。 ８、第２の円形レンズダブレットを付加し、この第２の
   レンズダブレットを第１のヘクサポールの中心点から焦
   点距離ｆだけ離間して位置させ、この第２のダブレット
   の２個のレンズを互いに距離２ｆだけ離間させたことを
   特徴とする請求項１から７までのいずれか１項に記載の
   高解像度荷電粒子線装置用の補正装置。 ９、入射面から見て８ｆレンズ系を構成することを特徴
   とする請求項８に記載の高解像度荷電粒子線装置用の補
   正装置。 １０、補正されるべきコマ収差のないレンズ系を、その
   コマ収差のない面が入射側のヘクサポールの中心面に結
   像されるように構成したことを特徴とする請求項１から
   ９までのいずれかの１項に記載の荷電粒子ビーム装置。 １１、補正されるべきレンズのコマ収差のない点が、出
   射側境界に近接して位置することを特徴とする請求項１
   ０に記載の荷電粒子ビーム装置。 １２、前記補正されるべきレンズを、プローブフォーミ
   ングレンズとなるように構成したことを特徴とする請求
   項１０に記載の荷電粒子ビーム装置。 １３、前記第２円形レンズダブレットの第１焦点が、補
   正されるべきレンズのコマ収差のない点と一致し、第２
   円形レンズダブレットが互いに距離２ｆだけ離間した２
   個のレンズを有し、第２レンズダブレットの第２の焦点
   が第１のヘクサポールの中心点と一致することを特徴と
   する請求項１０、１１又は１２に記載の荷電粒子ビーム
   装置。 １４、前記第２の円形レンズダブレットの電磁コイルを
   、補正されるべきレンズを付勢する電流の向きと反対向
   きの電流によって付勢されるように直列に接続したこと
   を特徴とする請求項１０、１１、１２又は１３に記載の
   荷電粒子ビーム装置。 １５、比較的小さいエネルギー拡散の電子源が設けられ
   ている電子ビーム装置に用いられることを特徴とする請
   求項１０から１４までのいずれか１項に記載の高解像度
   荷電粒子線装置用の補正装置。