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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】5743698
(24)【登録日】2015年5月15日
(45)【発行日】2015年7月1日
(54)【発明の名称】３次寄生収差の補正方法および荷電粒子線装置
(51)【国際特許分類】
H01J 37/153 20060101AFI20150611BHJP
H01J 37/28 20060101ALI20150611BHJP
【ＦＩ】
H01J37/153 A
H01J37/28 C
【請求項の数】10
【全頁数】20
(21)【出願番号】特願2011-103950(P2011-103950)
(22)【出願日】2011年5月9日
(65)【公開番号】特開2012-234755(P2012-234755A)
(43)【公開日】2012年11月29日
【審査請求日】2014年1月17日
(73)【特許権者】
【識別番号】501387839
【氏名又は名称】株式会社日立ハイテクノロジーズ
(74)【代理人】
【識別番号】110000350
【氏名又は名称】ポレール特許業務法人
(72)【発明者】
【氏名】秋間 学尚
(72)【発明者】
【氏名】平山 陽一
【審査官】
小野 健二
(56)【参考文献】
【文献】
特表２００１−５１６１３９（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００８−０５９８８１（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２０１２−１０９０７６（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ｈ０１Ｊ ３７／１５３
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１の多極子レンズと第２の多極子レンズの間に伝達レンズを配置した球面収差補正装置を備えた荷電粒子線装置において、
前記第１の多極子レンズへ入射する荷電粒子線を光軸に対して傾斜させるように荷電粒子線を偏向させる第１の偏向手段と、
前記第２の多極子レンズへ入射する荷電粒子線を光軸に対して傾斜させるように荷電粒子線を偏向させる第２の偏向手段と、
前記第２の多極子レンズを出射した荷電粒子線を光軸上に振り戻すように荷電粒子線を偏向させる第３の偏向手段と、
前記第１の偏向手段と前記第２の偏向手段と前記第３の偏向手段を制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、４回対称３次非点収差に影響を与えずに２回対称３次スター収差を補正する、あるいは２回対称３次スター収差に影響を与えずに４回対称３次非点収差を補正するように、前記第１の多極子レンズへ入射する荷電粒子線の光軸に対する傾斜角に対し、前記第２の多極子レンズへ入射する荷電粒子線の光軸に対する傾斜角が連動して変化するように、前記第１の偏向手段と前記第２の偏向手段に制御信号を供給することを特徴とする荷電粒子線装置。
前記第１の多極子レンズへ入射する荷電粒子線を光軸に対して傾斜させるように荷電粒子線を偏向させる第１の偏向手段と、
前記第２の多極子レンズへ入射する荷電粒子線を光軸に対して傾斜させるように荷電粒子線を偏向させる第２の偏向手段と、
前記第２の多極子レンズを出射した荷電粒子線を光軸上に振り戻すように荷電粒子線を偏向させる第３の偏向手段と、
前記第１の偏向手段と前記第２の偏向手段と前記第３の偏向手段を制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、４回対称３次非点収差に影響を与えずに２回対称３次スター収差を補正する、あるいは２回対称３次スター収差に影響を与えずに４回対称３次非点収差を補正するように、前記第１の多極子レンズへ入射する荷電粒子線の光軸に対する傾斜角に対し、前記第２の多極子レンズへ入射する荷電粒子線の光軸に対する傾斜角が連動して変化するように、前記第１の偏向手段と前記第２の偏向手段に制御信号を供給することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項2】
第１の多極子レンズと第２の多極子レンズの間に伝達レンズを配置した球面収差補正装置を備えた荷電粒子線装置において、
前記第１の多極子レンズへ入射する荷電粒子線を光軸に対して角度θ１だけ傾斜させるように荷電粒子線を偏向させる第１の偏向手段と、
前記第２の多極子レンズへ入射する荷電粒子線を光軸に対して角度θ１だけ傾斜させると共に光軸に対してシフトさせるように荷電粒子線を偏向させる第２の偏向手段と、
前記第２の多極子レンズを出射した荷電粒子線を光軸上に振り戻すように荷電粒子線を偏向させる第３の偏向手段と、
前記第１の偏向手段と前記第２の偏向手段と前記第３の偏向手段を制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、４回対称３次非点収差に影響を与えずに２回対称３次スター収差を補正する、あるいは２回対称３次スター収差に影響を与えずに４回対称３次非点収差を補正するように、前記第１の多極子レンズへ入射する荷電粒子線の光軸に対する傾斜角に対し、前記第２の多極子レンズへ入射する荷電粒子線の光軸に対するシフト量が連動して変化するように、前記第１の偏向手段と前記第２の偏向手段に制御信号を供給することを特徴とする荷電粒子線装置。
前記第１の多極子レンズへ入射する荷電粒子線を光軸に対して角度θ１だけ傾斜させるように荷電粒子線を偏向させる第１の偏向手段と、
前記第２の多極子レンズへ入射する荷電粒子線を光軸に対して角度θ１だけ傾斜させると共に光軸に対してシフトさせるように荷電粒子線を偏向させる第２の偏向手段と、
前記第２の多極子レンズを出射した荷電粒子線を光軸上に振り戻すように荷電粒子線を偏向させる第３の偏向手段と、
前記第１の偏向手段と前記第２の偏向手段と前記第３の偏向手段を制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、４回対称３次非点収差に影響を与えずに２回対称３次スター収差を補正する、あるいは２回対称３次スター収差に影響を与えずに４回対称３次非点収差を補正するように、前記第１の多極子レンズへ入射する荷電粒子線の光軸に対する傾斜角に対し、前記第２の多極子レンズへ入射する荷電粒子線の光軸に対するシフト量が連動して変化するように、前記第１の偏向手段と前記第２の偏向手段に制御信号を供給することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項3】
前記制御手段は、収差係数計算部を有すると共に、
前記第１の偏向手段で前記第１の多極子レンズへ入射する荷電粒子線を光軸に対してθ１＝θ１’だけ傾斜させ、
前記第２の偏向手段で前記第２の多極子レンズへ入射する荷電粒子線を光軸に対してθ
２＝θ１’−ｔ１だけ傾斜させ、
前記第３の偏向手段で荷電粒子線を光軸上に振り戻し、
２回対称３次スター収差と４回対称３次非点収差の大きさを計測しそれぞれＳ３ｔ１、Ａ３ｔ１とし、
前記第２の偏向手段で前記第２の多極子レンズへ入射する荷電粒子線を光軸に対してθ２＝θ１’−ｔ２（ｔ２≠ｔ１）だけ傾斜させ、
前記第３の偏向手段で荷電粒子線を光軸上に振り戻し、
２回対称３次スター収差と４回対称３次非点収差の大きさを計測しそれぞれＳ３ｔ２、Ａ３ｔ２とし、
前記収差係数計算部により横軸に傾斜量ｔ（＝θ１−θ２）、縦軸に２回対称３次スター収差と４回対称３次非点収差の大きさをとった座標平面において
（ｔ１、Ｓ３ｔ１）と（ｔ２、Ｓ３ｔ２）とを結ぶ直線が横軸を横切るｔをｔＳ３＝0とし、
（ｔ１、Ａ３ｔ１）と（ｔ２、Ａ３ｔ２）とを結ぶ直線が横軸を横切るｔをｔＡ３＝0として、
τＳ３＝ｔＡ３＝０／θ１’と、
τＡ３＝ｔＳ３＝０／θ１’とを求め、
θ２＝（１−τＳ３）×θ１を求めることで４回対称３次非点収差に影響を与えずに２回対称３次スター収差を補正することができ、
θ２＝（１−τＡ３）×θ１を求めることで２回対称３次スター収差に影響を与えずに４回対称３次非点収差を補正することができる
ようにすることを特徴とする請求項１記載の荷電粒子線装置。
前記第１の偏向手段で前記第１の多極子レンズへ入射する荷電粒子線を光軸に対してθ１＝θ１’だけ傾斜させ、
前記第２の偏向手段で前記第２の多極子レンズへ入射する荷電粒子線を光軸に対してθ
２＝θ１’−ｔ１だけ傾斜させ、
前記第３の偏向手段で荷電粒子線を光軸上に振り戻し、
２回対称３次スター収差と４回対称３次非点収差の大きさを計測しそれぞれＳ３ｔ１、Ａ３ｔ１とし、
前記第２の偏向手段で前記第２の多極子レンズへ入射する荷電粒子線を光軸に対してθ２＝θ１’−ｔ２（ｔ２≠ｔ１）だけ傾斜させ、
前記第３の偏向手段で荷電粒子線を光軸上に振り戻し、
２回対称３次スター収差と４回対称３次非点収差の大きさを計測しそれぞれＳ３ｔ２、Ａ３ｔ２とし、
前記収差係数計算部により横軸に傾斜量ｔ（＝θ１−θ２）、縦軸に２回対称３次スター収差と４回対称３次非点収差の大きさをとった座標平面において
（ｔ１、Ｓ３ｔ１）と（ｔ２、Ｓ３ｔ２）とを結ぶ直線が横軸を横切るｔをｔＳ３＝0とし、
（ｔ１、Ａ３ｔ１）と（ｔ２、Ａ３ｔ２）とを結ぶ直線が横軸を横切るｔをｔＡ３＝0として、
τＳ３＝ｔＡ３＝０／θ１’と、
τＡ３＝ｔＳ３＝０／θ１’とを求め、
θ２＝（１−τＳ３）×θ１を求めることで４回対称３次非点収差に影響を与えずに２回対称３次スター収差を補正することができ、
θ２＝（１−τＡ３）×θ１を求めることで２回対称３次スター収差に影響を与えずに４回対称３次非点収差を補正することができる
ようにすることを特徴とする請求項１記載の荷電粒子線装置。
【請求項4】
前記制御手段は、収差係数計算部を有すると共に、
前記第１の偏向手段で前記第１の多極子レンズへ入射する荷電粒子線を光軸に対してθ１＝θ１’だけ傾斜させ、
前記第２の偏向手段で前記第２の多極子レンズへ入射する荷電粒子線を光軸に対してｓ＝ｓ１だけシフトさせ、
前記第３の偏向手段で荷電粒子線を光軸上に振り戻し、
２回対称３次スター収差と４回対称３次非点収差の大きさを計測しそれぞれＳ３ｓ１、Ａ３ｓ１とし、
前記第２の偏向手段で前記第２の多極子レンズへ入射する荷電粒子線を光軸に対してｓ＝ｓ２（ｓ２≠ｓ１）だけシフトさせ、
前記第３の偏向手段で荷電粒子線を光軸上に振り戻し、
２回対称３次スター収差と４回対称３次非点収差の大きさを計測しそれぞれＳ３ｓ２、Ａ３ｓ２とし、
前記収差係数計算部により横軸にシフト量ｓ、縦軸に２回対称３次スター収差と４回対称３次非点収差の大きさをとった座標平面において
（ｓ１、Ｓ３ｓ１）と（ｓ２、Ｓ３ｓ２）を結ぶ直線が横軸を横切るｓをｓＳ３＝0とし、
（ｓ１、Ａ３ｓ１）と（ｓ２、Ａ３ｓ２）を結ぶ直線が横軸を横切るｓをｓＡ３＝0として、
σＳ３＝ｓＡ３＝０／θ１’と、
σＡ３＝ｓＳ３＝０／θ１’とを求め、
ｓ＝σＳ３×θ１を求めることで４回対称３次非点収差に影響を与えずに２回対称３次スター収差を補正することができ、
ｓ＝σＡ３×θ１を求めることで２回対称３次スター収差に影響を与えずに４回対称３次非点収差を補正することができる
ようにすることを特徴とする請求項２記載の荷電粒子線装置。
前記第１の偏向手段で前記第１の多極子レンズへ入射する荷電粒子線を光軸に対してθ１＝θ１’だけ傾斜させ、
前記第２の偏向手段で前記第２の多極子レンズへ入射する荷電粒子線を光軸に対してｓ＝ｓ１だけシフトさせ、
前記第３の偏向手段で荷電粒子線を光軸上に振り戻し、
２回対称３次スター収差と４回対称３次非点収差の大きさを計測しそれぞれＳ３ｓ１、Ａ３ｓ１とし、
前記第２の偏向手段で前記第２の多極子レンズへ入射する荷電粒子線を光軸に対してｓ＝ｓ２（ｓ２≠ｓ１）だけシフトさせ、
前記第３の偏向手段で荷電粒子線を光軸上に振り戻し、
２回対称３次スター収差と４回対称３次非点収差の大きさを計測しそれぞれＳ３ｓ２、Ａ３ｓ２とし、
前記収差係数計算部により横軸にシフト量ｓ、縦軸に２回対称３次スター収差と４回対称３次非点収差の大きさをとった座標平面において
（ｓ１、Ｓ３ｓ１）と（ｓ２、Ｓ３ｓ２）を結ぶ直線が横軸を横切るｓをｓＳ３＝0とし、
（ｓ１、Ａ３ｓ１）と（ｓ２、Ａ３ｓ２）を結ぶ直線が横軸を横切るｓをｓＡ３＝0として、
σＳ３＝ｓＡ３＝０／θ１’と、
σＡ３＝ｓＳ３＝０／θ１’とを求め、
ｓ＝σＳ３×θ１を求めることで４回対称３次非点収差に影響を与えずに２回対称３次スター収差を補正することができ、
ｓ＝σＡ３×θ１を求めることで２回対称３次スター収差に影響を与えずに４回対称３次非点収差を補正することができる
ようにすることを特徴とする請求項２記載の荷電粒子線装置。
【請求項5】
前記第１の偏向手段は２回対称３次スター収差あるいは４回対称３次非点収差が補正されるように前記第１の多極子レンズへ入射する荷電粒子線を光軸に対して傾斜させると共に、２回対称３次スター収差あるいは４回対称３次非点収差の補正に伴い発生する１回対称２次コマ収差（Ｂ２）が補正されるように前記第１の多極子レンズへ入射する荷電粒子線を光軸に対してシフトさせ、
前記第２の偏向手段は２回対称３次スター収差あるいは４回対称３次非点収差が補正されるように前記第２の多極子レンズへ入射する荷電粒子線を光軸に対して傾斜させると共に、２回対称３次スター収差あるいは４回対称３次非点収差の補正に伴い発生する２回対称１次非点収差（Ａ１）が補正されるように前記第２の多極子レンズへ入射する荷電粒子線を光軸に対してシフトさせるように、
前記制御手段は前記第１の偏向手段と前記第２の偏向手段に制御信号を供給することを特徴とする請求項１記載の荷電粒子線装置。
前記第２の偏向手段は２回対称３次スター収差あるいは４回対称３次非点収差が補正されるように前記第２の多極子レンズへ入射する荷電粒子線を光軸に対して傾斜させると共に、２回対称３次スター収差あるいは４回対称３次非点収差の補正に伴い発生する２回対称１次非点収差（Ａ１）が補正されるように前記第２の多極子レンズへ入射する荷電粒子線を光軸に対してシフトさせるように、
前記制御手段は前記第１の偏向手段と前記第２の偏向手段に制御信号を供給することを特徴とする請求項１記載の荷電粒子線装置。
【請求項6】
前記第１の偏向手段は２回対称３次スター収差あるいは４回対称３次非点収差が補正されるように前記第１の多極子レンズへ入射する荷電粒子線を光軸に対して傾斜させると共に、２回対称３次スター収差あるいは４回対称３次非点収差の補正に伴い発生する１回対称２次コマ収差（Ｂ２）が補正されるように前記第１の多極子レンズへ入射する荷電粒子線を光軸に対してシフトさせ、
前記第２の偏向手段は２回対称３次スター収差あるいは４回対称３次非点収差が補正されるように前記第２の多極子レンズへ入射する荷電粒子線を光軸に対してシフトさせ、光軸上の適当な位置に配置された非点補正コイルにより２回対称３次スター収差あるいは４回対称３次非点収差の補正に伴い発生する２回対称１次非点収差（Ａ１）が補正されるように、
前記制御手段は前記第１の偏向手段と前記第２の偏向手段と前記非点補正コイルに制御信号を供給することを特徴とする請求項２記載の荷電粒子線装置。
前記第２の偏向手段は２回対称３次スター収差あるいは４回対称３次非点収差が補正されるように前記第２の多極子レンズへ入射する荷電粒子線を光軸に対してシフトさせ、光軸上の適当な位置に配置された非点補正コイルにより２回対称３次スター収差あるいは４回対称３次非点収差の補正に伴い発生する２回対称１次非点収差（Ａ１）が補正されるように、
前記制御手段は前記第１の偏向手段と前記第２の偏向手段と前記非点補正コイルに制御信号を供給することを特徴とする請求項２記載の荷電粒子線装置。
【請求項7】
第１の多極子レンズと、第２の多極子レンズと、前記第１と前記第２の多極子レンズの間に配置された伝達レンズとを用いて荷電粒子線装置の球面収差補正を行う際に生じる３次寄生収差の補正方法において、
前記第１の多極子レンズに入射する荷電粒子線の光軸に対する傾斜角θ１を任意の値θ１’に設定するステップと、
前記第２の多極子レンズに入射する前記荷電粒子線の前記光軸に対する傾斜角θ２＝θ１−ｔを制御する傾斜量ｔを任意の値ｔ１に設定するステップと、
前記第１と前記第２の多極子レンズを通過した前記荷電粒子線を前記光軸上に振り戻すステップと、
２回対称３次スター収差と４回対称３次非点収差の大きさを測定し、それぞれの測定値Ｓ３ｔ１、Ａ３ｔ１を取得するステップと、
前記第２の多極子レンズに入射する前記荷電粒子線の前記光軸に対する傾斜角θ２＝θ１−ｔを制御する傾斜量ｔをｔ１と異なる任意の値ｔ２に設定するステップと、
前記第１と前記第２の多極子レンズを通過した前記荷電粒子線を前記光軸上に振り戻すステップと、
２回対称３次スター収差と４回対称３次非点収差の大きさを測定し、それぞれの測定値Ｓ３ｔ２、Ａ３ｔ２を取得するステップと、
横軸にｔ、縦軸に２回対称３次スター収差と４回対称３次非点収差の大きさをとったとき、点（ｔ１、Ｓ３ｔ１）と点（ｔ２、Ｓ３ｔ２）を結ぶ直線が横軸を横切るときのｔ＝ｔＳ３＝０と、点（ｔ１、Ａ３ｔ１）と点（ｔ２、Ａ３ｔ２）を結ぶ直線が横軸を横切るときのｔ＝ｔＡ３＝０とを求めるステップと、
２回対称３次スター収差補正モードの比例定数τ＝τＳ３＝ｔＡ３＝０／θ１’と、４回対称３次非点収差補正モードの比例定数τ＝τＡ３＝ｔＳ３＝０／θ１’とを求めるステップとを有し、
２回対称３次スター収差を補正する際には、傾斜角θ２＝（１−τＳ３）θ１とし、４回対称３次非点収差を補正する際には、傾斜角θ２＝（１−τＡ３）θ１とすることを特徴とする３次寄生収差の補正方法。
前記第１の多極子レンズに入射する荷電粒子線の光軸に対する傾斜角θ１を任意の値θ１’に設定するステップと、
前記第２の多極子レンズに入射する前記荷電粒子線の前記光軸に対する傾斜角θ２＝θ１−ｔを制御する傾斜量ｔを任意の値ｔ１に設定するステップと、
前記第１と前記第２の多極子レンズを通過した前記荷電粒子線を前記光軸上に振り戻すステップと、
２回対称３次スター収差と４回対称３次非点収差の大きさを測定し、それぞれの測定値Ｓ３ｔ１、Ａ３ｔ１を取得するステップと、
前記第２の多極子レンズに入射する前記荷電粒子線の前記光軸に対する傾斜角θ２＝θ１−ｔを制御する傾斜量ｔをｔ１と異なる任意の値ｔ２に設定するステップと、
前記第１と前記第２の多極子レンズを通過した前記荷電粒子線を前記光軸上に振り戻すステップと、
２回対称３次スター収差と４回対称３次非点収差の大きさを測定し、それぞれの測定値Ｓ３ｔ２、Ａ３ｔ２を取得するステップと、
横軸にｔ、縦軸に２回対称３次スター収差と４回対称３次非点収差の大きさをとったとき、点（ｔ１、Ｓ３ｔ１）と点（ｔ２、Ｓ３ｔ２）を結ぶ直線が横軸を横切るときのｔ＝ｔＳ３＝０と、点（ｔ１、Ａ３ｔ１）と点（ｔ２、Ａ３ｔ２）を結ぶ直線が横軸を横切るときのｔ＝ｔＡ３＝０とを求めるステップと、
２回対称３次スター収差補正モードの比例定数τ＝τＳ３＝ｔＡ３＝０／θ１’と、４回対称３次非点収差補正モードの比例定数τ＝τＡ３＝ｔＳ３＝０／θ１’とを求めるステップとを有し、
２回対称３次スター収差を補正する際には、傾斜角θ２＝（１−τＳ３）θ１とし、４回対称３次非点収差を補正する際には、傾斜角θ２＝（１−τＡ３）θ１とすることを特徴とする３次寄生収差の補正方法。
【請求項8】
前記２回対称３次スター収差と前記４回対称３次非点収差の大きさの測定は、ロンチグラムを用いて行なうことを特徴とする請求項７記載の３次寄生収差の補正方法。
【請求項9】
前記２回対称３次スター収差と前記４回対称３次非点収差の大きさの測定は、暗視野像を用いて行なうことを特徴とする請求項７記載の３次寄生収差の補正方法。
【請求項10】
前記２回対称３次スター収差を補正する際、合わせて２回対称１次非点収差と１回対称２次コマ収差の少なくとも一者の補正を行なうことを特徴とする請求項７記載の３次寄生収差の補正方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、球面収差補正装置を備えた荷電粒子線装置およびそれを用いた３次寄生収差の補正方法に関する。
【背景技術】
【0002】
近年の透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）や走査型透過電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）には、球面収差補正装置（収差補正器）を備えたものがある（例えば、特許文献１〜５）。この収差補正器は、ＴＥＭやＳＴＥＭにおいて分解能を制限する主な要因である対物レンズの球面収差（Ｃｓ）を補正するために用いられる。収差補正器としては、６極子場を発生させる２つの多極子レンズと、その間に２枚の軸対称レンズ（伝達レンズ）を配置したものが知られている（例えば特許文献１）。
【0003】
このように、収差補正器により対物レンズのＣｓは補正される。しかし、収差補正器の不完全性、すなわち、多極子レンズを構成する個々の極子の位置ずれや、極子材料の磁気的特性のばらつきなどにより、寄生収差と呼ばれる余分な収差が発生してしまう。発生する３次以下の寄生収差は、２回対称１次非点収差（Ａ１）、１回対称２次コマ収差（Ｂ２）、３回対称２次非点収差（Ａ２）、２回対称３次スター収差（Ｓ３）、４回対称３次非点収差（Ａ３）である。収差補正器の運用には、Ｃｓの補正に加え、これら寄生収差を補正する軸調整が必須となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特表２００２−５１０４３１号公報
【特許文献2】特開２００７−２６６００８号公報
【特許文献3】特開２００８−５９８８１号公報
【特許文献4】特開２００７−１８００１３号公報
【特許文献5】特開２００９−２１８０７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
寄生収差の補正方法としては、収差の軸回転対称性に応じた多極子場を発生させる方法と、収差補正器を構成する多極子レンズ内を通る電子線の軌道を偏向する方法がある。前者の方法として、Ａ１、Ａ２、Ａ３はそれぞれ静電または磁気４極子、６極子、８極子レンズを用いれば補正可能である。後者の方法として、Ａ１、Ｂ２、Ｓ３、Ａ３を補正する方法が特許文献２および特許文献３に記載されている。
【0006】
このように、３次以下の寄生収差を補正する方法は全て網羅されているように見えるが、Ｓ３とＡ３の補正方法に課題がある。特許文献２の方法では、Ｓ３とＡ３を独立に制御することができない。すなわち、Ｓ３を補正しようとするとＡ３が変化してしまい、Ａ３を補正しようとするとＳ３が変化してしまう。特許文献３によるＳ３の補正方法では、Ａ３へ及ぼす影響は言及されていない。これら２つの方法に共通していることは、多極子レンズへ入射する電子線の光軸に対する傾斜角を制御することである。しかし、制御変数が１つであるため（２つある多極子レンズのどちらかで電子線の傾斜角を制御する）、Ｓ３とＡ３を独立に補正することができないという課題がある。
【0007】
本発明の目的は、球面収差補正器を備えることにより副次的に生じる２回対称３次スター収差（Ｓ３）と４回対称３次非点収差（Ａ３）とを独立して補正することのできる３次寄生収差の補正方法および荷電粒子線装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上記目的を達成するための一実施形態として、第１の多極子レンズと第２の多極子レンズの間に伝達レンズを配置した球面収差補正装置を備えた荷電粒子線装置において、前記第１の多極子レンズへ入射する荷電粒子線を光軸に対して傾斜させるように荷電粒子線を偏向させる第１の偏向手段と、前記第２の多極子レンズへ入射する荷電粒子線を光軸に対して傾斜させるように荷電粒子線を偏向させる第２の偏向手段と、前記第２の多極子レンズを出射した荷電粒子線を光軸上に振り戻すように荷電粒子線を偏向させる第３の偏向手段と、前記第１の偏向手段と前記第２の偏向手段と前記第３の偏向手段を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、４回対称３次非点収差に影響を与えずに２回対称３次スター収差を補正する、あるいは２回対称３次スター収差に影響を与えずに４回対称３次非点収差を補正するように、前記第１の多極子レンズへ入射する荷電粒子線の光軸に対する傾斜角に対し、前記第２の多極子レンズへ入射する荷電粒子線の光軸に対する傾斜角が連動して変化するように、前記第１の偏向手段と前記第２の偏向手段に制御信号を供給することを特徴とする荷電粒子線装置とする。
【0009】
また、第１の多極子レンズと第２の多極子レンズの間に伝達レンズを配置した球面収差補正装置を備えた荷電粒子線装置において、前記第１の多極子レンズへ入射する荷電粒子線を光軸に対して傾斜させるように荷電粒子線を偏向させる第１の偏向手段と、前記第２の多極子レンズへ入射する荷電粒子線を光軸に対してシフトさせるように荷電粒子線を偏向させる第２の偏向手段と、前記第２の多極子レンズを出射した荷電粒子線を光軸上に振り戻すように荷電粒子線を偏向させる第３の偏向手段と、前記第１の偏向手段と前記第２の偏向手段と前記第３の偏向手段を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、４回対称３次非点収差に影響を与えずに２回対称３次スター収差を補正する、あるいは２回対称３次スター収差に影響を与えずに４回対称３次非点収差を補正するように、前記第１の多極子レンズへ入射する荷電粒子線の光軸に対する傾斜角に対し、前記第２の多極子レンズへ入射する荷電粒子線の光軸に対するシフト量が連動して変化するように、前記第１の偏向手段と前記第２の偏向手段に制御信号を供給することを特徴とする荷電粒子線装置とする。
【0010】
また、第１の多極子レンズと、第２の多極子レンズと、前記第１と前記第２の多極子レンズの間に配置された伝達レンズとを用いて荷電粒子線装置の球面収差補正を行う際に生じる３次寄生収差の補正方法において、前記第１の多極子レンズに入射する荷電粒子線の光軸に対する傾斜角θ１を任意の値θ１’に設定するステップと、前記第２の多極子レンズに入射する前記荷電粒子線の前記光軸に対する傾斜角θ２＝θ１−ｔを制御する傾斜量ｔを任意の値ｔ１に設定するステップと、前記第１と前記第２の多極子レンズを通過した前記荷電粒子線を前記光軸上に振り戻すステップと、第１の２回対称３次スター収差と４回対称３次非点収差の大きさを測定し、それぞれの測定値Ｓ３ｔ１、Ａ３ｔ１を取得するステップと、前記第２の多極子レンズに入射する前記荷電粒子線の前記光軸に対する傾斜角θ２＝θ１−ｔを制御する傾斜量ｔをｔ１と異なる任意の値ｔ２に設定するステップと、前記第１と前記第２の多極子レンズを通過した前記荷電粒子線を前記光軸上に振り戻すステップと、第２の２回対称３次スター収差と４回対称３次非点収差の大きさを測定し、それぞれの測定値Ｓ３ｔ２、Ａ３ｔ２を取得するステップと、横軸にｔ、縦軸に２回対称３次スター収差と４回対称３次非点収差の大きさをとったとき、点（ｔ１、Ｓ３ｔ１）と点（ｔ２、Ｓ３ｔ２）を結ぶ直線が横軸を横切るときのｔ＝ｔＳ３＝０と、点（ｔ１、Ａ３ｔ１）と点（ｔ２、Ａ３ｔ２）を結ぶ直線が横軸を横切るときのｔ＝ｔＡ３＝０とを求めるステップと、２回対称３次スター収差補正モードの比例定数τ＝τＳ３＝ｔＡ３＝０／θ１’と、４回対称３次非点収差補正モードの比例定数τ＝τＡ３＝ｔＳ３＝０／θ１’とを求めるステップと、を有することを特徴とする３次寄生収差の補正方法とする。
【発明の効果】
【0011】
本発明によれば、制御変数を２つ設け、それらを連動させることにより、２回対称３次スター収差（Ｓ３）と４回対称３次非点収差（Ａ３）を独立に補正することができる３次寄生収差の補正方法および荷電粒子線装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】本発明の実施例に係る荷電粒子線装置の全体構成を示した概略図である。
【図2】本発明の実施例に係る荷電粒子線装置において、チルト・チルト連動補正を説明するための光線図である。
【図3】本発明の実施例に係る荷電粒子線装置において、チルト・シフト連動補正を説明するための光線図である。
【図4】本発明の実施例に係る荷電粒子線装置のブロックダイアグラムである。
【図5】本発明の実施例に係る荷電粒子線装置において、チルト・チルト連動補正における偏向コイル連動係数を求める手順の説明図である。
【図6】本発明の実施例に係る荷電粒子線装置におけるチルト・チルト連動Ｓ３補正の光線図である。
【図7】本発明の実施例に係る荷電粒子線装置におけるチルト・チルト連動Ａ３補正の光線図である。
【図8】本発明の実施例に係る荷電粒子線装置におけるチルト・チルト連動Ｓ３補正の効果を示す図である。
【図9】本発明の実施例に係る荷電粒子線装置におけるチルト・チルト連動Ａ３補正の効果を示す図である。
【図10】本発明の実施例に係る荷電粒子線装置において、チルト・シフト連動補正における偏向コイル連動係数を求める手順の説明図である。
【図11】本発明の実施例に係る荷電粒子線装置におけるチルト・シフト連動Ｓ３補正の光線図である。
【図12】本発明の実施例に係る荷電粒子線装置におけるチルト・シフト連動Ａ３補正の光線図である。
【図13】本発明の実施例に係る荷電粒子線装置におけるチルト・シフト連動Ｓ３補正の効果を示す図である。
【図14】本発明の実施例に係る荷電粒子線装置におけるチルト・シフト連動Ａ３補正の効果を示す図である。
【図15】本発明の実施例に係る荷電粒子線装置において、偏向コイル連動係数の計算に用いるＧＵＩの図である。
【図16】本発明の実施例に係る荷電粒子線装置において、Ｓ３とＡ３の補正に伴い発生するＡ１を示した図である。
【図17】本発明の実施例に係る荷電粒子線装置において、Ｓ３とＡ３の補正に伴い発生するＢ２を示した図である。
【図18】本発明の実施例に係る荷電粒子線装置において、キャリブレーションに用いるＧＵＩの図である。
【図19】本発明の実施例に係る荷電粒子線装置において、Ｓ３とＡ３の補正に用いるＧＵＩの図である。
【発明を実施するための形態】
【0013】
本件発明者は、２回対称３次スター収差（Ｓ３）と４回対称３次非点収差（Ａ３）を独立に補正するためには制御変数を２つ設け、さらにそれら制御変数は１次の関数（比例）関係で連動して変化する必要があることを見出した。ここで２つの制御変数とは、１段目の多極子レンズへ入射する電子線の光軸に対する傾斜角をθ１、２段目の多極子レンズへ入射する電子線の光軸に対する傾斜角をθ２、２段目の多極子レンズへ入射する電子線の光軸に対するシフト量をｓとしたとき、θ１とθ２の組み合わせ、またはθ１とｓの組み合わせである。本発明では、前者をチルト・チルト連動補正、後者をチルト・シフト連動補正と呼ぶ。本発明により、Ｓ３とＡ３を独立に補正することができる。
以下、図面を用いて本発明を実施するための形態について説明する。
【0014】
図１は、本発明を荷電粒子線装置の一つである走査型透過電子顕微鏡に適用した一例を示す概略全体構成図である。電子線源２から出射された電子線は加速管３により所定の加速電圧まで加速される。所定の加速電圧まで加速された電子線は集束レンズ４、５により縮小される。集束レンズ５の下部にある集束絞り６を通った電子線は、収差補正器を通ることで、球面収差などの収差が補正される。収差補正器は、調整レンズ７、多極子レンズ９（第１の多極子レンズ）、伝達レンズ１０、伝達レンズ１２、多極子レンズ１３（第２の多極子レンズ）、調整レンズ１５で構成されており、第１の多極子レンズ９と第２の多極子レンズ１３は伝達レンズ１０と１２を用いて共役関係となっている。収差補正器を通過した電子線は、対物前磁場レンズ１７により試料１８上に集束され、プローブを形成する。試料１８を透過・散乱した電子線は対物後磁場レンズ１９により試料１８下部に電子線回折像を形成し、投影レンズ２０によりカメラ２４に投影される。これらのレンズ４、５、７、９、１０、１２、１３、１５、１７、１９、２０の軸は、光軸１に合わせられている。暗視野像あるいは明視野像を撮影するときには、スキャンコイル１６により電子線プローブを試料上で走査させ、それに同期して暗視野像検出器２２もしくは明視野像検出器２３での信号を像強度に輝度変調して取得する。投影レンズ２０の下部に設置したアライメントコイル２１は、暗視野像検出器２２、明視野像検出器２３、カメラ２４に対する軸合わせのために用いる。明視野像検出器２３は光軸１上に設置してあるため、カメラ２４を使用する際には光軸１上から取り除くことができるような可動機構を備えている。
【0015】
さて、収差補正器を動作させると、対物前磁場レンズ１７の持つ正の球面収差Ｃｓを打ち消すために必要な負の球面収差−Ｃｓの他に、多極子レンズ９、１３を構成する極子の位置ずれや、極子材料の磁気的特性のばらつきなどに起因する寄生収差が発生する。これらの寄生収差Ｐは、偏向コイル８（第１の偏向手段）と偏向コイル１１（第２の偏向手段）によりそれぞれ第１の多極子レンズ９と第２の多極子レンズ１３に入射する電子線の位置と傾きを調整し、逆位相の寄生収差Ｐ’を発生させて相殺することで補正される。このとき、第２の多極子レンズ１３を出射した電子線が後段のレンズの軸（光軸１上に合わせられている）上を通らないと余分な寄生収差が発生するため、偏向コイル１４（第３の偏向手段）により電子線は光軸１上に振り戻される。偏向コイル８、１１、１４は偏向コイル制御手段２５により制御される。なお、符号２６は情報処理装置、符号２７は表示装置、符号２８はユーザーインターフェース、符号２９は暗視野像観察制御手段、符号３０はロンチグラム観察制御手段を示す。同一符号は同一構成要素を示す。
【0016】
図２は、第１の偏向手段８により第１の多極子レンズ９に入射する電子線を光軸１に対してθ１だけ傾けて入射させ、第２の偏向手段１１により第２の多極子レンズ１３に入射する電子線を光軸１に対してθ２だけ傾けて入射させ、第３の偏向手段１４により電子線を光軸１上に振り戻したときの光線図（電子線の中心軌道３１）を示したものである。ここで、伝達レンズ１０と伝達レンズ１２の作用により、第２の偏向手段１１を使わなければθ２＝θ１となる。そこで、第２の偏向手段１１で制御する傾斜角を、θ２＝θ１−ｔ
で定義する変数ｔで表すことにする。
【0017】
図３は、第１の偏向手段８により第１の多極子レンズ９に入射する電子線を光軸１に対してθ１だけ傾けて入射させ、第２の偏向手段１１により第２の多極子レンズ１３に入射する電子線を光軸１に対してｓだけシフトさせ、第３の偏向手段１４により電子線を光軸１上に振り戻したときの光線図を示したものである。ここで、θ２＝θ１である。
【0018】
尚、図２と図３は、Ｚ軸を光軸１の方向に取り、Ｚ軸に直交するようにＸ軸とＹ軸をとったときのＸ−Ｚ平面の様子を示したものである。すなわち、第１の偏向手段８、第２の偏向手段１１、第３の偏向手段１４により電子線をＸ方向に偏向させた様子を示したものである。同様にして、第１の偏向手段８、第２の偏向手段１１、第３の偏向手段１４は電子線をＹ方向にも偏向可能なように構成されている。Ｘ方向とＹ方向の偏向量を調整することで偏向の位相角φ（光軸１の方向から見たとき、何時の方向に電子線が曲げられるか）を変えることができ、φを調整することで発生する寄生収差Ｐ’の位相角を制御できる。以下でも簡単のために、電子線の軌道はＸ−Ｚ平面における様子のみを示す。
【0019】
本件発明者は、傾斜角ｔとシフト量ｓをそれぞれ傾斜角θ１の比例関数として変化させることで、３次の寄生収差である２回対称３次スター収差（Ｓ３）と４回対称３次非点収差（Ａ３）とが、他方に影響を与えずに独立して補正されることを実験により見いだした。図４に本発明のブロックダイアグラムを示す。以下、比例関数の比例定数（偏向コイル連動係数）の決め方と本発明の効果を説明するために装置構成のある一例で検証した結果を示すが、具体的な数値は装置毎に異なるものであることを注記しておく。
【0020】
まず、θ１とｔの比例関係ｔ＝τ×θ１
の比例定数τを求める方法について説明する。図エラー! 参照元が見つかりません。はθ１＝１ｍｒａｄ、ｔ＝１ｍｒａｄ〜１．５ｍｒａｄとしたときのＳ３とＡ３の収差係数の大きさをプロットしたグラフである。このように、θ１をある値に固定したとき、Ｓ３とＡ３の発生量はｔの１次関数で表される。この１次関数を表す直線からＳ３とＡ３がそれぞれ０になるｔの値ｔＳ３＝０とｔＡ３＝０を求めると、Ａ３を変化させずにＳ３だけを補正させるためには比例定数τを
τＳ３＝ｔＡ３＝０／θ１
とし、Ｓ３を変化させずにＡ３だけを補正させるためには比例定数τを
τＡ３＝ｔＳ３＝０／θ１
とすればよい。図５の例ではτＳ３＝１．９５、τＡ３＝０．８９となった。
【0021】
以上のように、第２の多極子レンズ１３に入射する電子線の光軸１に対する傾斜角ｔを第１の多極子レンズ９に入射する電子線の光軸１に対する傾斜角θ１に連動させてＳ３とＡ３を補正する方法をチルト・チルト連動補正と呼ぶ。そして、τ＝τＳ３ではＳ３補正モード、τ＝τＡ３ではＡ３補正モードと呼ぶ。
【0022】
Ｓ３補正モード（θ１＝１ｍｒａｄ、ｔ＝１．９５×１ｍｒａｄ＝１．９５ｍｒａｄ）とＡ３補正モード（θ１＝１ｍｒａｄ、ｔ＝０．８９×１ｍｒａｄ＝０．８９ｍｒａｄ）における収差補正器内の光線図をそれぞれ図６と図７に示す。
【0023】
図８はＳ３補正モードのときの、θ１の変化量Δθ１に対するＳ３とＡ３の大きさの変化をシミュレーションにより検証したグラフで、Ａ３がほとんど変化せずにＳ３のみが変化している。
【0024】
図９はＡ３補正モードのときの、θ１の変化量Δθ１に対するＳ３とＡ３の大きさの変化をシミュレーションにより検証したグラフで、Ｓ３がほとんど変化せずにＡ３のみが変化している。
【0025】
尚、Ｓ３補正モードとＡ３補正モードの効果は加算的である。例えば、図８ではθ１＝０．２ｍｒａｄ、ｔ＝１．９５×０．２ｍｒａｄ＝０．３９ｍｒａｄとするとＳ３≒３．３μｍ、Ａ３≒０、図９ではθ１＝０．２ｍｒａｄ、ｔ＝０．８９×０．２ｍｒａｄ＝０．１８ｍｒａｄとするとＳ３≒０、Ａ３≒２．３μｍとなり、両者のθ１とｔの値を加算してθ１＝０．２＋０．２＝０．４ｍｒａｄ、ｔ＝０．３９＋０．１８＝０．５７ｍｒａｄとすると、Ｓ３≒３．３μｍ、Ａ３≒２．３μｍとなる。すなわち、チルト・チルト連動補正によりＳ３とＡ３を任意量だけ補正することが可能である。
【0026】
以上、チルト・チルト連動補正について、具体例を用いて説明した。以下、比例定数τの計算手順を（手順Ｔ１）〜（手順Ｔ９）にまとめる。 （手順Ｔ１）
第１の偏向手段８を用いて、第１の多極子レンズ９に入射する電子線の光軸１に対する傾斜角θ１を任意に設定する（θ１’とする）。
（手順Ｔ２）
第２の偏向手段１１を用いて、第２の多極子レンズ１３に入射する電子線の光軸１に対する傾斜角θ２＝θ１−ｔを制御する傾斜量ｔを任意に設定する（ｔ１とする）。
（手順Ｔ３）
第３の偏向手段１４を用いて、電子線を光軸１上に振り戻す。
（手順Ｔ４）
公知の収差測定手段を用いて、Ｓ３とＡ３の大きさを測定する（それぞれＳ３ｔ１、Ａ３ｔ１とする）。
（手順Ｔ５）
第２の偏向手段１１を用いて、第２の多極子レンズ１３に入射する電子線の光軸１に対する傾斜角θ２＝θ１−ｔを制御する傾斜量ｔを任意に設定する（ｔ２≠ｔ１とする）。
（手順Ｔ６）
第３の偏向手段１４を用いて、電子線を光軸１上に振り戻す。
（手順Ｔ７）
公知の収差測定手段を用いて、Ｓ３とＡ３の大きさを測定する（それぞれＳ３ｔ２、Ａ３ｔ２とする）。
（手順Ｔ８）
横軸にｔ、縦軸にＳ３とＡ３の大きさをとったとき、点（ｔ１、Ｓ３ｔ１）と点（ｔ２、Ｓ３ｔ２）を結ぶ直線が横軸を横切るときのｔ＝ｔＳ３＝０と、点（ｔ１、Ａ３ｔ１）と点（ｔ２、Ａ３ｔ２）を結ぶ直線が横軸を横切るときのｔ＝ｔＡ３＝０とを求める。
（手順Ｔ９）
Ｓ３補正モードの比例定数τ＝τＳ３＝ｔＡ３＝０／θ１’と、Ａ３補正モードの比例定数τ＝τＡ３＝ｔＳ３＝０／θ１’とを求める。
【0027】
ここで、（手順Ｔ４）の公知の収差測定手段について補足しておく。ＳＴＥＭにおける収差測定手段として、ロンチグラムを用いるもの（例えば特許文献４）と、暗視野像を用いるもの（例えば特許文献５）とが知られている。前者を用いる場合、カメラ２４とロンチグラム観察制御手段３０により取得したロンチグラムから収差係数計算ユニット３２により収差係数が計算される。後者を用いる場合、暗視野像検出器２２と暗視野像観察手段２９により取得した暗視野像から収差係数計算ユニット３２により収差係数が計算される。
【0028】
次に、θ１とｓの比例関係 ｓ＝σ×θ１
の比例定数σを求める方法について説明する。図１０はθ１＝１ｍｒａｄ、ｓ＝５μｍ〜１０μｍのときのＳ３とＡ３の収差係数の大きさをプロットしたグラフである。このように、θ１をある値に固定したとき、Ｓ３とＡ３の発生量はｓの１次関数で表される。この１次関数を表す直線からＳ３とＡ３がそれぞれ０になるｓの値ｓＳ３＝０とｓＡ３＝０を求めると、Ａ３を変化させずにＳ３だけを補正させるためには比例定数σを
σＳ３＝ｓＡ３＝０／θ１
とし、Ｓ３を変化させずにＡ３だけを補正させるためには比例定数σを
σＡ３＝ｓＳ３＝０／θ１
とすればよい。図１０の例ではσＳ３＝１２．４μｍ／ｍｒａｄ、σＡ３＝−１２．６μｍ／ｍｒａｄとなった。
【0029】
以上のように、第２の多極子レンズ１３に入射する電子線の光軸１に対するシフト量ｓを第１の多極子レンズ９に入射する電子線の光軸１に対する傾斜角θ１に連動させてＳ３とＡ３を補正する方法をチルト・シフト連動補正と呼ぶ。そして、σ＝σＳ３ではＳ３補正モード、σ＝σＡ３ではＡ３補正モードと呼ぶ。
【0030】
Ｓ３補正モード（θ１＝１ｍｒａｄ、ｓ＝１２．４μｍ／ｍｒａｄ×１ｍｒａｄ＝１２．４μｍ）とＡ３補正モード（θ１＝１ｍｒａｄ、ｓ＝−１２．６μｍ／ｍｒａｄ×１ｍｒａｄ＝−１２．６μｍ）における収差補正機内の光線図をそれぞれ図１１と図１２に示す。図１３はＳ３補正モードのときの、θ１の変化量Δθ１に対するＳ３とＡ３の大きさの変化をシミュレーションにより検証したグラフで、Ａ３がほとんど変化せずにＳ３のみが変化している。
【0031】
図１４はＡ３補正モードのときの、θ１の変化量Δθ１に対するＳ３とＡ３の大きさの変化をシミュレーションにより検証したグラフで、Ｓ３がほとんど変化せずにＡ３のみが変化している。
【0032】
尚、チルト・チルト連動補正と同様に、チルト・シフト連動補正においてもＳ３補正モードとＡ３補正モードの効果は加算的である。すなわち、チルト・シフト連動補正によりＳ３とＡ３を任意量だけ補正することが可能である。
【0033】
以上、チルト・シフト連動補正について、具体例を用いて説明した。以下、比例定数σの計算手順を（手順Ｓ１）〜（手順Ｓ９）にまとめる。 （手順Ｓ１）
第１の偏向手段８を用いて、第１の多極子レンズ９に入射する電子線の光軸１に対する傾斜角θ１を任意に設定する（θ１’とする）。
（手順Ｓ２）
第２の偏向手段１１を用いて、第２の多極子レンズ１３に入射する電子線の光軸１に対するシフト量ｓを任意に設定する（ｓ１とする）。
（手順Ｓ３）
第３の偏向手段１４を用いて、電子線を光軸１上に振り戻す。
（手順Ｓ４）
公知の収差測定手段を用いて、Ｓ３とＡ３の大きさを測定する（それぞれＳ３ｓ１、Ａ３ｓ１とする）。
（手順Ｓ５）
第２の偏向手段を用いて、第２の多極子レンズ１３に入射する電子線の光軸に対するシフト量ｓを任意に設定する（ｓ２≠ｓ１とする）。
（手順Ｓ６）
第３の偏向手段を用いて、電子線を光軸上に振り戻す。
（手順Ｓ７）
公知の収差測定手段を用いて、Ｓ３とＡ３の大きさを測定する（それぞれＳ３ｓ２、Ａ３ｓ２とする）。
（手順Ｓ８）
横軸にｓ、縦軸にＳ３とＡ３の大きさをとったとき、点（ｓ１、Ｓ３ｓ１）と点（ｓ２、Ｓ３ｓ２）を結ぶ直線が横軸を横切るときのｓ＝ｓＳ３＝０と、点（ｓ１、Ａ３ｓ１）と点（ｓ２、Ａ３ｓ２）を結ぶ直線が横軸を横切るときのｓ＝ｓＡ３＝０とを求める。
（手順Ｓ９）
Ｓ３補正モードの比例定数σ＝σＳ３＝ｓＡ３＝０／θ１’と、Ａ３補正モードの比例定数σ＝σＡ３＝ｓＳ３＝０／θ１’とを求める。
【0035】
τを計算する場合、（手順Ｔ１）で設定するθ１をテキストボックス３６に、（手順Ｔ２）で設定するｔ１をテキストボックス３７に、（手順Ｔ５）で設定するｔ２をテキストボックス３８に入力する。ボタン３９を押すと（手順Ｔ１）〜（手順Ｔ９）に従ってτＳ３とτＡ３が偏向コイル連動係数計算ユニット３３により計算される。
【0036】
σを計算する場合、（手順Ｓ１）で設定するθ１をテキストボックス４０に、（手順Ｓ２）で設定するｓ１をテキストボックス４１に、（手順Ｓ５）で設定するｓ２をテキストボックス４２に入力する。ボタン４３を押すと（手順Ｓ１）〜（手順Ｓ９）に従ってσＳ３とσＡ３が偏向コイル連動係数計算ユニット３３により計算される。
【0037】
上記手順で求められた偏向コイル連動係数τＳ３、τＡ３、σＳ３、σＡ３は記憶装置３４に保存される（図４参照）。そして、記憶装置３４から読み出した偏向コイル連動係数に基づいて偏向コイル制御手段２５が偏向コイルを制御することで、チルト・チルト連動補正とチルト・シフト連動補正が行われる。
【0038】
以上の手順で求めた係数を用いて各種収差を補正した走査型透過電子顕微鏡により試料観察を行った結果、チルト・チルト連動補正とチルト・シフト連動補正の何れの場合も良好な画像を得ることができた。また、収差補正を短時間に効率的に行うことができた。
【0039】
以上に説明したチルト・チルト連動補正とチルト・シフト連動補正のどちらを用いてもＳ３とＡ３を補正することができるが、低次の収差、特に２回対称１次非点収差（Ａ１）と１回対称２次コマ収差（Ｂ２）に与える影響が両者で異なる。なお、Ｓ３やＡ３を補正しても３回対称２次非点収差（Ａ２）への影響は無視できる。
【0040】
図１６はチルト・チルト連動補正とチルト・シフト連動補正によるＳ３とＡ３の補正においてＡ１が発生する量を、θ１の関数として表したグラフである。チルト・チルト連動補正の場合のＡ１をグラフ右の縦軸に、チルト・シフト連動補正の場合のＡ１をグラフ左の縦軸に示した。本図からチルト・シフト連動補正の方が、チルト・チルト連動補正の場合よりもＡ１の変化が大きいことが分かる。
【0041】
図１７はチルト・チルト連動補正とチルト・シフト連動補正によるＳ３とＡ３の補正においてＢ２が発生する量を、θ１の関数として表したグラフである。本図からチルト・シフト連動補正の方が、チルト・チルト連動補正の場合よりもＢ２の変化が大きいことが分かる。
【0042】
ここで、チルト・チルト連動補正とチルト・シフト連動補正とでＡ１とＢ２の発生量が異なる定性的な理由について説明する。多極子レンズが作る６極子場の中心から外れた位置を通るほど電子線は４極子場成分の影響を受け、その４極子場成分によりＡ１が発生する。そして６極子場により発生する３回対称２次非点収差（Ａ２）とＡ１の組み合わせ収差としてＢ２が発生する。チルト・チルト連動補正よりもチルト・シフト連動補正の方が、電子線は多極子レンズの中心から外れた位置を通るので４極子場成分の影響をより多く受け、結果としてＡ１とＢ２の発生量が多くなる。
【0043】
これら、Ｓ３とＡ３の補正に伴って発生したＡ１とＢ２は公知の方法（例えば特許文献１）により補正できる。図１６と図１７に示したように、θ１に対するＡ１とＢ２の変化量は１次または２次の関数で表されるため、Ｓ３とＡ３を補正するためにθ１を変化させたとき、どのくらいのＡ１とＢ２が発生するのかを見積もることが出来る。従って、Ｓ３とＡ３の補正と同時にＡ１とＢ２の補正を行うことが可能である。以下、Ａ１とＢ２を補正するための具体的な方法を示す。（チルト・チルト連動Ｓ３補正の場合）
第２の偏向手段１１により第２の多極子レンズ１３に入射する電子線を光軸１に対してシフトさせることでＡ１は補正される。また、第１の偏向手段８により第１の多極子レンズ９に入射する電子線を光軸１に対してシフトさせることでＢ２は補正される。従って、偏向コイル制御手段２５により第１の偏向手段８にはＳ３補正のための傾斜とＢ２補正のためのシフトを行うための制御信号を送り、第２の偏向手段１１にはＳ３補正のための傾斜とＡ１補正のためのシフトを行うための制御信号を送ることで、余分なＡ１とＢ２を発生させることなくＳ３を補正することができる。
（チルト・チルト連動Ａ３補正の場合）
チルト・チルト連動Ｓ３補正と同様、偏向コイル制御手段により第１の偏向手段８にはＡ３補正のための傾斜とＢ２補正のためのシフトを行うための制御信号を送り、第２の偏向手段１１にはＡ３補正のための傾斜とＡ１補正のためのシフトを行うための制御信号を送ることで、余分なＡ１とＢ２を発生させることなくＡ３を補正することができる。
なお、収差の大きさにより、Ａ１とＢ２の内の一者だけの補正とすることもできる。
【0044】
以上の手順で求めた係数を用いて各種収差を補正した走査型透過電子顕微鏡により試料観察を行った結果、更に良好な画像を得ることができた。また、Ａ１やＢ２を含め、収差補正を短時間でより効率的に行うことができた。（チルト・シフト連動Ｓ３補正の場合）
チルト・シフト連動補正ではＳ３補正のために第２の偏向手段１１で電子線をシフトさせるので、Ａ１補正のために同じ第２の偏向手段１１で電子線をシフトさせてしまうとＳ３の補正量が変わってしまう。従って、Ａ１の補正には通常の電子顕微鏡が備えている様な非点補正コイルを用いる。Ｂ２の補正についてはチルト・チルト連動補正と同様の方法でよい。つまり、偏向コイル制御手段により第１の偏向手段８にはＳ３補正のための傾斜とＢ２補正のためのシフトを行うための制御信号を送り、第２の偏向手段１１にはＳ３補正のためのシフトを行うための制御信号を送り、非点補正コイルによりＡ１を補正することで、余分なＡ１とＢ２を発生させることなくＳ３を補正することができる。
（チルト・シフト連動Ａ３補正の場合）
チルト・シフト連動Ｓ３補正と同様、偏向コイル制御手段により第１の偏向手段８にはＡ３補正のための傾斜とＢ２補正のためのシフトを行うための制御信号を送り、第２の偏向手段１１にはＡ３補正のためのシフトを行うための制御信号を送り、非点補正コイルによりＡ１を補正することで、余分なＡ１とＢ２を発生させることなくＡ３を補正することができる。
なお、収差の大きさにより、Ａ１とＢ２の内の一者だけの補正とすることもできる。
【0045】
以上の手順で求めた係数を用いて各種収差を補正した走査型透過電子顕微鏡により試料観察を行った結果、更に良好な画像を得ることができた。また、Ａ１やＢ２を含め、収差補正を短時間でより効率的に行うことができた。
【0046】
次に、キャリブレーションの手順について説明する。ここでキャリブレーションとは、所望のＳ３とＡ３を発生させるために必要なθ１を求めることである（ｔとｓは、補正モードに応じてθ１に比例定数τＳ３、τＡ３、σＳ３、σＡ３を掛けることで決まる）。図８、９、１３、１４に示したように、各補正モードで発生するＳ３とＡ３はθ１に比例する。従ってキャリブレーションとは、各補正モードにおいて比例定数θ１／Ｓ３またはθ１／Ａ３を求めることに相当する。以下、各補正モードにおけるキャリブレーション手順を示す。（チルト・チルト連動Ｓ３補正の場合）
（手順ＴＳ１）
第１の偏向手段８を用いて、第１の多極子レンズ９に入射する電子線の光軸１に対する傾斜角θ１を任意に設定する（θ１’とする）。
（手順ＴＳ２）
第２の偏向手段１１を用いて、第２の多極子レンズ１３に入射する電子線の光軸１に対する傾斜量ｔをｔ＝τＳ３×θ１’に設定する。
（手順ＴＳ３）
第３の偏向手段１４を用いて、電子線を光軸１上に振り戻す。
（手順ＴＳ４）
公知の収差測定手段を用いて、Ｓ３の大きさを測定する（Ｓ３’とする）。
（手順ＴＳ５）
Ｓ３を単位量発生させるためのθ１＝θ１’／Ｓ３’（チルト・チルト連動Ｓ３補正のキャリブレーション値）を求める。
（チルト・チルト連動Ａ３補正の場合）
（手順ＴＡ１）
第１の偏向手段８を用いて、第１の多極子レンズ９に入射する電子線の光軸１に対する傾斜角θ１を任意に設定する（θ１’とする）。
（手順ＴＡ２）
第２の偏向手段１１を用いて、第２の多極子レンズ１３に入射する電子線の光軸１に対する傾斜量ｔをｔ＝τＡ３×θ１’に設定する。
（手順ＴＡ３）
第３の偏向手段１４を用いて、電子線を光軸１上に振り戻す。
（手順ＴＡ４）
公知の収差測定手段を用いて、Ａ３の大きさを測定する（Ａ３’とする）。
（手順ＴＡ５）
Ａ３を単位量発生させるためのθ１＝θ１’／Ａ３’（チルト・チルト連動Ａ３補正のキャリブレーション値）を求める。
（チルト・シフト連動Ｓ３補正の場合）
（手順ＳＳ１）
第１の偏向手段８を用いて、第１の多極子レンズ９に入射する電子線の光軸１に対する傾斜角θ１を任意に設定する（θ１’とする）。
（手順ＳＳ２）
第２の偏向手段１１を用いて、第２の多極子レンズ１３に入射する電子線の光軸１に対するシフト量ｓをｓ＝σＳ３×θ１’に設定する。
（手順ＳＳ３）
第３の偏向手段１４を用いて、電子線を光軸１上に振り戻す。
（手順ＳＳ４）
公知の収差測定手段を用いて、Ｓ３の大きさを測定する（Ｓ３’とする）。
（手順ＳＳ５）
Ｓ３を単位量発生させるためのθ１＝θ１’／Ｓ３’（チルト・シフト連動Ｓ３補正のキャリブレーション値）を求める。
（チルト・シフト連動Ａ３補正の場合）
（手順ＳＡ１）
第１の偏向手段８を用いて、第１の多極子レンズ９に入射する電子線の光軸１に対する傾斜角θ１を任意に設定する（θ１’とする）。
（手順ＳＡ２）
第２の偏向手段１１を用いて、第２の多極子レンズ１３に入射する電子線の光軸１に対するシフト量ｓをｓ＝σＡ３×θ１’に設定する。
（手順ＳＡ３）
第３の偏向手段１４を用いて、電子線を光軸１上に振り戻す。
（手順ＳＡ４）
公知の収差測定手段を用いて、Ａ３の大きさを測定する（Ａ３’とする）。
（手順ＳＡ５）
Ａ３を単位量発生させるためのθ１＝θ１’／Ａ３’（チルト・シフト連動Ａ３補正のキャリブレーション値）を求める。
図１８にキャリブレーションに用いるＧＵＩを示す。
テキストボックス４４、４５、４６、４７にθ１の適当な値θ１’を入力する。ボタン４８、４９、５０、５１を押すことで事前に計算された各補正モードの偏向コイル連動係数τＳ３、τＡ３、σＳ３、σＡ３の値が記憶装置３４から読み出され、（手順ＴＳ１）〜（手順ＴＳ５）、（手順ＴＡ１）〜（手順ＴＡ５）、（手順ＳＳ１）〜（手順ＳＳ５）、（手順ＳＡ１）〜（手順ＳＡ５）に従って、キャリブレーション値計算ユニット３５により各補正モードのキャリブレーション値が計算される。
【0047】
上記手順で求められたキャリブレーション値は記憶装置３４に保存され、チルト・チルト連動補正とチルト・シフト連動補正を行う際に偏向コイル制御手段２５から読み出される。
【0048】
尚、キャリブレーションはＳ３とＡ３の位相角についても行う必要があるが、これは電子線を偏向させる位相角φ（Ｘ方向の偏向量とＹ方向の偏向量の比率で決まる）と、Ｓ３及びＡ３の位相角（公知の収差測定手段により測定される）とを対応付けることで容易に行うことが出来る。
【0049】
また、（手順ＴＳ４）、（手順ＴＡ４）、（手順ＳＳ４）、（手順ＳＡ４）においてＡ１とＢ２を測定し（それぞれＡ１’、Ｂ２’とする）、Ａ１’／θ１’とＢ２’／θ１’を求めておくことで、Ｓ３とＡ３の補正に伴って発生するＡ１とＢ２を前述の方法で補正することが出来る。
【0050】
図１９にＳ３とＡ３の補正に用いるＧＵＩを示す。Ｓ３補正とＡ３補正それぞれについて、チルト・チルト連動補正とチルト・シフト連動補正の２通りの補正方法があるので、ラジオボタン５２、５３、５４、５５で補正方法を選択する。このとき、各補正モードの偏向コイル連動係数とキャリブレーション値が記憶装置３４から読み出される。Ｓ３とＡ３の補正量をそれぞれテキストボックス５６と５７に入力し、ボタン５８と５９を押すことでそれぞれＳ３とＡ３が補正される。
【0051】
以上、本実施例によれば、球面収差補正器を備えることにより副次的に生じる２回対称３次スター収差（Ｓ３）と４回対称３次非点収差（Ａ３）とを独立して補正することのできる３次寄生収差の補正方法および荷電粒子線装置を提供することができる。
【0052】
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある構成の一部を他の構成に置き換えることも可能であり、また、ある構成に他の構成を加えることも可能である。また、各構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【符号の説明】
【0053】
１…光軸、２…電子線源、３…加速管、４…集束レンズ、５…集束レンズ、６…集束絞り、７…調整レンズ、８…第１の偏向手段、９…第１の多極子レンズ、１０…伝達レンズ、１１…第２の偏向手段、１２…伝達レンズ、１３…第２の多極子レンズ、１４…第３の偏向手段、１５…調整レンズ、１６…スキャンコイル、１７…対物前磁場レンズ、１８…試料、１９…対物後磁場レンズ、２０…投影レンズ、２１…アライメントコイル、２２…暗視野像検出器、２３…明視野像検出器、２４…カメラ、２５…偏向コイル制御手段、２６…情報処理装置、２７…表示装置、２８…ユーザーインターフェース、２９…暗視野像観察制御手段、３０…ロンチグラム観察制御手段、３１…電子線の中心軌道、３２…収差係数計算ユニット、３３…偏向コイル連動係数計算ユニット、３４…記憶装置、３５…キャリブレーション値計算ユニット、３６…θ１を入力するテキストボックス、３７…ｔ１を入力するテキストボックス、３８…ｔ２を入力するテキストボックス、３９…τＳ３とτＡ３の計算実行ボタン、４０…θ１を入力するテキストボックス、４１…ｓ１を入力するテキストボックス、４２…ｓ２を入力するテキストボックス、４３…σＳ３とσＡ３の計算実行ボタン、４４…θ１を入力するテキストボックス、４５…θ１を入力するテキストボックス、４６…θ１を入力するテキストボックス、４７…θ１を入力するテキストボックス、４８…チルト・チルト連動Ｓ３補正のキャリブレーション実行ボタン、４９…チルト・チルト連動Ａ３補正のキャリブレーション実行ボタン、５０…チルト・シフト連動Ｓ３補正のキャリブレーション実行ボタン、５１…チルト・シフト連動Ａ３補正のキャリブレーション実行ボタン、５２…チルト・チルト連動Ｓ３補正の選択ラジオボタン、５３…チルト・シフト連動Ｓ３補正の選択ラジオボタン、５４…チルト・チルト連動Ａ３補正の選択ラジオボタン、５５…チルト・シフト連動Ａ３補正の選択ラジオボタン、５６…Ｓ３補正量を入力するテキストボックス、５７…Ａ３補正量を入力するテキストボックス、５８…Ｓ３の補正実行ボタン、５９…Ａ３の補正実行ボタン。