特許 6843794 収差補正装置および荷電粒子線装置

(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】6843794

(24)【登録日】2021年2月26日

(45)【発行日】2021年3月17日

(54)【発明の名称】収差補正装置および荷電粒子線装置

(51)【国際特許分類】

   H01J 37/153 20060101AFI20210308BHJP

【ＦＩ】

   H01J37/153 A

   H01J37/153 B

【請求項の数】12

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2018-67698(P2018-67698)

(22)【出願日】2018年3月30日

(65)【公開番号】特開2019-179650(P2019-179650A)

(43)【公開日】2019年10月17日

【審査請求日】2019年11月7日

(73)【特許権者】

【識別番号】000004271

【氏名又は名称】日本電子株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100090387

【弁理士】

【氏名又は名称】布施 行夫

(74)【代理人】

【識別番号】100090398

【弁理士】

【氏名又は名称】大渕 美千栄

(72)【発明者】

【氏名】森下 茂幸

【審査官】 関口 英樹

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１１−２４３４０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１７−２２０４１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１０８６５０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｊ３７／００−３７／０２

３７／０５

３７／０９−３７／１８

３７／２１

３７／２４−３７／２４４

３７／２５２−３７／２９５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

光軸に沿って配置された、第１多極子、第２多極子、第３多極子、および第４多極子と、
前記第１多極子と前記第２多極子との間に配置された第１転送レンズ系と、
前記第２多極子と前記第３多極子との間に配置された第２転送レンズ系と、
前記第３多極子と前記第４多極子との間に配置された第３転送レンズ系と、
を含み、
前記第１多極子、前記第２多極子、前記第３多極子、および前記第４多極子は、それぞれ三回対称場を発生させ、
前記第１多極子および前記第２多極子で発生した六次スリーローブ収差と、前記第３多極子および前記第４多極子で発生した六次スリーローブ収差と、が打ち消し合う、収差補正装置。

【請求項2】

請求項１において、
前記第１多極子、前記第２多極子、前記第３多極子、および前記第４多極子は、前記第１多極子、前記第２多極子、前記第３多極子、前記第４多極子の順で配置され、
前記第１多極子が発生させる三回対称場によって作られる三回非点収差の強度と、前記第２多極子が発生させる三回対称場によって作られる三回非点収差の強度は等しく、
前記第２多極子が発生させる三回対称場の向きは、前記第１多極子が発生させる三回対称場を６０°回転させた向きであり、
前記第３多極子が発生させる三回対称場によって作られる三回非点収差の強度と、前記第４多極子が発生させる三回対称場によって作られる三回非点収差の強度は等しく、
前記第４多極子が発生させる三回対称場の向きは、前記第３多極子が発生させる三回対称場を６０°回転させた向きである、収差補正装置。

【請求項3】

請求項１または２において、
前記第２多極子が発生させる三回対称場の向きと前記第３多極子が発生させる三回対称場の向きとは同じである、収差補正装置。

【請求項4】

請求項１ないし３のいずれか１項において、
前記第２多極子が発生させる三回対称場によって作られる三回非点収差の強度は、前記第３多極子が発生させる三回対称場によって作られる三回非点収差の強度よりも小さい、収差補正装置。

【請求項5】

請求項１ないし４のいずれか１項において、
前記第１多極子、前記第２多極子、前記第３多極子、および前記第４多極子は、負の球面収差を発生させる、収差補正装置。

【請求項6】

請求項１ないし５のいずれか１項において、
前記第１多極子で発生した三回非点収差と、前記第２多極子で発生した三回非点収差と、が打ち消し合い、
前記第３多極子で発生した三回非点収差と、前記第４多極子で発生した三回非点収差と、が打ち消し合う、収差補正装置。

【請求項7】

請求項１ないし６のいずれか１項において、
前記第１多極子、前記第２多極子、前記第３多極子、および前記第４多極子の各々が発生させる三回対称場により発生する六回非点収差と、
前記第１転送レンズ系、前記第２転送レンズ系、および前記第３転送レンズ系の各々に生じる球面収差と、前記第１多極子、前記第２多極子、前記第３多極子、および前記第４多極子の各々が発生させる三回対称場より生じる収差とのコンビネーション収差により発生する六回非点収差と、
によって六回非点収差を補正する、収差補正装置。

【請求項8】

請求項１ないし７のいずれか１項において、
前記第１多極子、前記第２多極子、前記第３多極子、および前記第４多極子は、対物レンズ側から、前記第１多極子、前記第２多極子、前記第３多極子、前記第４多極子の順で配置されている、収差補正装置。

【請求項9】

請求項１ないし８のいずれか１項において、
前記第１多極子、前記第２多極子、前記第３多極子、および前記第４多極子の各々が発生させる三回対称場は、三回対称性を持つ磁場、三回対称性を持つ電場、または、三回対称性を持つ、磁場と電場の重畳場である、収差補正装置。

【請求項10】

請求項１ないし９のいずれか１項において、
前記第１多極子、前記第２多極子、前記第３多極子、および前記第４多極子は、６極子、または１２極子である、収差補正装置。

【請求項11】

請求項１ないし１０のいずれか１項において、
前記第１多極子、前記第２多極子、前記第３多極子、および前記第４多極子は、それぞれ光軸に沿った厚みを有する、収差補正装置。

【請求項12】

請求項１ないし１１のいずれか１項に記載の収差補正装置を含む、荷電粒子線装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、収差補正装置および荷電粒子線装置に関する。

【背景技術】

【0002】

透過電子顕微鏡（Transmission Electron Microscope、ＴＥＭ）や走査電子顕微鏡（Scanning Electron Microscope、ＳＥＭ）等の電子顕微鏡において、収差補正は、高分解能像を取得するうえで重要な技術である。

【0003】

例えば、非特許文献１〜非特許文献３には、六極子を２段配置した２段三回場型球面収差補正装置が開示されている。非特許文献１〜非特許文献３の球面収差補正装置では、対物レンズの正の球面収差を、六極子によって生じる負の球面収差で補正する。２段三回場型球面収差補正装置では、通常、幾何収差の次数が五次の六回非点収差が支配的な収差となって残るが、多極子の厚さ等を調整することにより、六回非点収差の補正が可能である。

【0004】

また、非特許文献４および非特許文献５には、三回対称場を３段配置した３段三回場型球面収差補正装置が開示されている。３段三回場型球面収差補正装置では、上記の２段三回場型球面収差補正装置では補正が難しい六回非点収差を、三回場を３段配置することで補正している。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0005】

【非特許文献1】H. Rose, Optik, vol. 85 (1990) pp.19-24

【非特許文献2】H. Haider et al., Nature, vol.392 (1998) pp. 768-769

【非特許文献3】H. Muller, et al., Microsc. Microanal. 12, 442-455, (2006)

【非特許文献4】H. Sawada et al., Journal of Electron Microscopy, vol. 58 (2009) pp. 341-347

【非特許文献5】H. Sawada et al., Ultramicroscopy 110 (2010) 958-961

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

上述したように、２段三回場型球面収差補正装置では、多極子の厚さ等を調整することにより、六回非点収差の補正が可能である。しかしながら、六回非点収差が補正されたとしても、幾何収差の次数が六次（波面収差の次数は七次）である六次スリーローブ収差は補正できず、これが収差補正範囲を制限する収差として残る。

【0007】

また、３段三回場型球面収差補正装置では、上述したように、六回非点収差を補正できる。しかしながら、３段三回場型球面収差補正装置においても、２段三回場型球面収差補正装置と同様に、六回非点収差を補正した後は、六次スリーローブ収差が支配的な収差として残る。

【0008】

本発明の目的は、六次スリーローブ収差を補正することができる収差補正装置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】

【0009】

本発明に係る収差補正装置の一態様は、
光軸に沿って配置された、第１多極子、第２多極子、第３多極子、および第４多極子と、
前記第１多極子と前記第２多極子との間に配置された第１転送レンズ系と、
前記第２多極子と前記第３多極子との間に配置された第２転送レンズ系と、
前記第３多極子と前記第４多極子との間に配置された第３転送レンズ系と、
を含み、
前記第１多極子、前記第２多極子、前記第３多極子、および前記第４多極子は、それぞれ三回対称場を発生させ、
前記第１多極子および前記第２多極子で発生した六次スリーローブ収差と、前記第３多極子および前記第４多極子で発生した六次スリーローブ収差と、が打ち消し合う。

【0010】

このような収差補正装置では、第１多極子、第２多極子、第３多極子、および第４多極子がそれぞれ三回対称場を発生させるため、球面収差、および、六次スリーローブ収差を補正することができる。

【0011】

本発明に係る荷電粒子線装置の一態様は、
前記収差補正装置の一態様を含む。

【0012】

このような荷電粒子線装置では、六次スリーローブ収差を補正することができ、分解能を向上できる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】第１実施形態に係る電子顕微鏡の構成を示す図。

【図2】収差補正装置の構成を示す図。

【図3】第１多極子が発生させる三回対称場によって作られる三回非点収差、第２多極子が発生させる三回対称場によって作られる三回非点収差、第３多極子が発生させる三回対称場によって作られる三回非点収差、第４多極子が発生させる三回対称場によって作られる三回非点収差の関係を説明するための図。

【図4】収差補正装置の機能を説明するための図。

【図5】第２実施形態に係る電子顕微鏡の構成を示す図。

【図6】収差補正装置の構成を示す図。

【図7】第１多極子が発生させる三回対称場によって作られる三回非点収差、第２多極子が発生させる三回対称場によって作られる三回非点収差、第３多極子が発生させる三回対称場によって作られる三回非点収差、第４多極子が発生させる三回対称場によって作られる三回非点収差の関係を説明するための図。

【図8】収差補正装置の機能を説明するための図。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、本発明の好適な実施形態について図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また、以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。

【0015】

また、以下では、本発明に係る荷電粒子線装置として、電子線を照射して試料の観察、分析等を行う電子顕微鏡を例に挙げて説明するが、本発明に係る荷電粒子線装置は電子線以外の荷電粒子線（イオンビーム等）を照射して試料の観察、分析等を行う装置であってもよい。

【0016】

１． 第１実施形態
まず、第１実施形態に係る電子顕微鏡について図面を参照しながら説明する。図１は、第１実施形態に係る電子顕微鏡１の構成を示す図である。

【0017】

電子顕微鏡１は、本発明に係る収差補正装置を含む。ここでは、本発明に係る収差補正装置として、収差補正装置１００を含む場合について説明する。

【0018】

電子顕微鏡１は、図１に示すように、電子銃１０と、集束レンズ２０と、対物レンズ３０と、試料ステージ４０と、収差補正装置１００と、中間・投影レンズ５０と、検出器６０と、を含んで構成されている。電子顕微鏡１では、収差補正装置１００を、結像系の収差を補正するために用いている。

【0019】

電子銃１０は、電子線を発生させる。集束レンズ２０は、電子銃１０から放出された電子線を集束する。集束レンズ２０は、試料に電子線を照射するための照射系を構成している。対物レンズ３０は、試料を透過した電子線で結像するための初段のレンズである。試料ステージ４０は、試料を保持する。中間・投影レンズ５０は、対物レンズ３０ともに、試料を透過した電子線で結像するための結像系を構成している。中間・投影レンズ５０は、観察室内の検出器６０上に結像する。これにより、検出器６０では、透過電子顕微鏡像を撮影することができる。

【0020】

収差補正装置１００は、電子顕微鏡１の結像系に組み込まれている。収差補正装置１００は、結像系（対物レンズ３０）の球面収差を補正する。具体的には、収差補正装置１００では、結像系の正の球面収差を、収差補正装置１００が発生させる負の球面収差で打ち消すことができる。

【0021】

図２は、収差補正装置１００の構成を示す図である。

【0022】

収差補正装置１００は、図２に示すように、対物レンズ３０の後段に配置されている。対物レンズ３０と収差補正装置１００（第１多極子１１０）との間には転送レンズ系３２が配置されている。転送レンズ系３２は、一対の転送レンズ（第１転送レンズ３２ａおよび第２転送レンズ３２ｂ）で構成されている。

【0023】

収差補正装置１００は、４段の多極子（第１多極子１１０、第２多極子１２０、第３多極子１３０、第４多極子１４０）と、３つの転送レンズ系（第１転送レンズ系１５０、第２転送レンズ系１６０、第３転送レンズ系１７０）と、を含む。

【0024】

第１多極子１１０、第２多極子１２０、第３多極子１３０、第４多極子１４０は、光軸Ａに沿って配置されている。４段の多極子は、対物レンズ３０側から、第１多極子１１０、第２多極子１２０、第３多極子１３０、第４多極子１４０の順で配置されている。

【0025】

第１多極子１１０は、三回対称場を発生させる。三回対称場とは、場の強度が三回対称性を持つ場である。第１多極子１１０が発生させる三回対称場は、三回対称性を持つ電場、三回対称性を持つ磁場、または三回対称性を持つ、磁場と電場の重畳場である。第１多極子１１０は、例えば、６極子、または１２極子である。なお、第１多極子１１０は、三回対称場を発生させることができれば、６極子や１２極子に限定されない。

【0026】

第１多極子１１０は、光軸Ａに沿った厚みを有する。ここで、厚みを持った多極子では、薄い多極子で発生する収差とは異なる収差がコンビネーション収差として現れる。三回対称場を発生させる多極子では、コンビネーション収差として負の球面収差が生じる。収差補正装置１００では、この負の球面収差を利用して結像系の正の球面収差を補正する。また、光軸Ａに沿った厚みを有し、三回対称場を発生させる多極子では、コンビネーション収差として負の球面収差に加えて、四次スリーローブ収差、六回非点、五次球面収差、および六次スリーローブ収差が発生する。

【0027】

第２多極子１２０、第３多極子１３０、および第４多極子１４０の構成は、第１多極子１１０の構成と同じである。すなわち、第２多極子１２０、第３多極子１３０、および第
４多極子１４０は、それぞれ三回対称場を発生させる。第２多極子１２０、第３多極子１３０、および第４多極子１４０は、それぞれ光軸Ａに沿った厚みを有する。

【0028】

第１転送レンズ系１５０は、第１多極子１１０と第２多極子１２０との間に配置されている。第１転送レンズ系１５０は、一対の転送レンズ（第１転送レンズ１５０ａ、第２転送レンズ１５０ｂ）で構成されている。第１転送レンズ系１５０は、第１多極子１１０で形成された像と共役な像を第２多極子１２０に形成する。

【0029】

第２転送レンズ系１６０は、第２多極子１２０と第３多極子１３０との間に配置されている。第２転送レンズ系１６０は、一対の転送レンズ（第１転送レンズ１６０ａ、第２転送レンズ１６０ｂ）で構成されている。第２転送レンズ系１６０は、第２多極子１２０で形成された像と共役な像を第３多極子１３０に形成する。

【0030】

第３転送レンズ系１７０は、第３多極子１３０と第４多極子１４０との間に配置されている。第３転送レンズ系１７０は、一対の転送レンズ（第１転送レンズ１７０ａ、第２転送レンズ１７０ｂ）で構成されている。第３転送レンズ系１７０は、第３多極子１３０で形成された像と共役な像を第４多極子１４０に形成する。

【0031】

なお、第１転送レンズ系１５０、第２転送レンズ系１６０、および第３転送レンズ系１７０を構成する転送レンズは、共役な像を形成できれば、回転対称（軸対称）なレンズであってもよいし、多極子レンズであってもよい。

【0032】

図３は、第１多極子１１０が発生させる三回対称場によって作られる三回非点収差Ｂ１、第２多極子１２０が発生させる三回対称場によって作られる三回非点収差Ｂ２、第３多極子１３０が発生させる三回対称場によって作られる三回非点収差Ｂ３、第４多極子１４０が発生させる三回対称場によって作られる三回非点収差Ｂ４の関係を説明するための図である。

【0033】

第１多極子１１０が発生させる三回対称場によって作られる三回非点収差Ｂ１の強度と、第２多極子１２０が発生させる三回対称場によって作られる三回非点収差Ｂ２の強度は、等しい。また、第２多極子１２０が発生させる三回対称場によって作られる三回非点収差Ｂ２の向きは、第１多極子１１０が発生させる三回対称場によって作られる三回非点収差Ｂ１を６０°回転させた向きである。すなわち、第２多極子１２０が発生させる三回対称場によって作られる三回非点収差Ｂ２は、光軸Ａまわりに、第１多極子１１０が発生させる三回対称場によって作られる三回非点収差Ｂ１を６０°回転させた場である。なお、多極子が発生させる三回対称場の向きは、多極子が発生させる三回対称場によって作られる三回非点収差の向きと同じである。すなわち、第２多極子１２０が発生させる三回対称場の向きは、第１多極子１１０が発生させる三回対称場を６０°回転させた向きである。

【0034】

第３多極子１３０が発生させる三回対称場によって作られる三回非点収差Ｂ３の強度と、第４多極子１４０が発生させる三回対称場によって作られる三回非点収差Ｂ４の強度は、等しい。また、第４多極子１４０が発生させる三回対称場によって作られる三回非点収差Ｂ４の向きは、第３多極子１３０が発生させる三回対称場によって作られる三回非点収差Ｂ３を６０°回転させた向きである。すなわち、第４多極子１４０が発生させる三回対称場によって作られる三回非点収差Ｂ４は、光軸Ａまわりに、第３多極子１３０が発生させる三回対称場によって作られる三回非点収差Ｂ３を６０°回転させた場である。言い換えると、第３多極子１３０が発生させる三回対称場の向きは、第４多極子１４０が発生させる三回対称場を６０°回転させた向きである。

【0035】

第２多極子１２０が発生させる三回対称場によって作られる三回非点収差Ｂ２の向きは
、第３多極子１３０が発生させる三回対称場によって作られる三回非点収差Ｂ３の向きと同じである。すなわち、第２多極子１２０が発生させる三回対称場の向きは、第３多極子１３０が発生させる三回対称場の向きと同じである。また、第２多極子１２０が発生させる三回対称場によって作られる三回非点収差Ｂ２の強度は、第３多極子１３０が発生させる三回対称場によって作られる三回非点収差Ｂ３の強度よりも小さい。例えば、第２多極子１２０が発生させる三回対称場によって作られる三回非点収差Ｂ２の強度と、第３多極子１３０が発生させる三回対称場によって作られる三回非点収差Ｂ３の強度との比Ｂ２：Ｂ３は、例えば、Ｂ２：Ｂ３＝１：ｘ、ただしｘは０．４＜ｘ＜０．８である。比Ｂ２：Ｂ３は、対物レンズ３０の焦点距離、対物レンズ３０の球面収差係数、転送倍率、転送レンズの焦点距離、転送レンズの球面収差係数、多極子の厚さ等に応じて設定される。

【0036】

図４は、収差補正装置１００の機能を説明するための図である。収差補正装置１００では、４段の多極子（第１多極子１１０、第２多極子１２０、第３多極子１３０、および第４多極子１４０）において、上述した図３に示す三回非点収差Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４を発生させることによって、以下で説明するように、三回非点収差、球面収差、六回非点収差、六次スリーローブ収差を補正することができる。なお、図４に示す収差以外の収差（コマ収差、スター収差など）は、収差補正装置１００に取り付けられている偏向コイル（図示せず）を用いて補正することができる。

【0037】

＜三回非点収差Ａ３＞
第１多極子１１０および第２多極子１２０では、それぞれ三回非点収差が発生する。第１多極子１１０で発生した三回非点収差と、第２多極子１２０で発生した三回非点収差とは打ち消しあう。

【0038】

第３多極子１３０および第４多極子１４０では、それぞれ三回非点収差が発生する。第３多極子１３０で発生した三回非点収差と、第４多極子１４０で発生した三回非点収差とは打ち消しあう。したがって、収差補正装置１００では、例えば、三回非点収差を零とすることができる。

【0039】

＜球面収差Ｏ４＞
第１多極子１１０は、負の球面収差を発生させる。同様に、第２多極子１２０、第３多極子１３０、および第４多極子１４０は、それぞれ負の球面収差を発生させる。これら４段の多極子で発生させた負の球面収差で、結像系の正の球面収差を補正することができる。

【0040】

＜六回非点収差Ａ６＞
第１多極子１１０が発生させる三回対称場により六回非点が発生する。同様に、第２多極子１２０が発生させる三回対称場により六回非点が発生する。同様に、第３多極子１３０が発生させる三回対称場により六回非点が発生する。同様に、第４多極子１４０が発生させる三回対称場により六回非点が発生する。また、第１多極子１１０、第２多極子１２０、第３多極子１３０、および第４多極子１４０が発生させる三回対称場同士のコンビネーション収差としても六回非点が発生する。

【0041】

また、第１転送レンズ系１５０、第２転送レンズ系１６０、第３転送レンズ系１７０には、それぞれ球面収差が生じる。この転送レンズ系で生じる球面収差と、多極子１１０，１２０，１３０，１４０が発生させる三回対称場により生じる収差とのコンビネーション収差により、六回非点収差が発生する。

【0042】

収差補正装置１００では、上記の、第１多極子１１０、第２多極子１２０、第３多極子１３０、および第４多極子１４０の各々が発生させる三回対称場により発生する六回非点
収差と、転送レンズ系１５０，１６０，１７０に生じる球面収差と多極子が発生させる三回対称場より生じる収差とのコンビネーション収差により発生する六回非点収差と、のバランスをとることによって収差補正装置１００全体として六回非点収差を補正する。これにより、例えば、収差補正装置１００全体として、六回非点収差を零にすることができる。

【0043】

＜六次スリーローブ収差Ｒ７＞
収差補正装置１００では、第１多極子１１０および第２多極子１２０で発生した六次スリーローブ収差と、第３多極子１３０および第４多極子１４０で発生した六次スリーローブ収差とが、打ち消しあう。これにより、収差補正装置１００では、六次スリーローブ収差を補正することができ、例えば、収差補正装置１００全体として、六次スリーローブ収差を零にすることができる。

【0044】

収差補正装置１００は、例えば、以下の特徴を有する。

【0045】

収差補正装置１００は、三回対称場を発生させる第１多極子１１０、第２多極子１２０、第３多極子１３０、および第４多極子１４０と、第１多極子１１０と第２多極子１２０との間に配置された第１転送レンズ系１５０と、第２多極子１２０と第３多極子１３０との間に配置された第２転送レンズ系１６０と、第３多極子１３０と第４多極子１４０との間に配置された第３転送レンズ系１７０と、を含む。そのため、収差補正装置１００では、上述したように、結像系の球面収差を補正することができ、かつ、収差補正装置１００で発生する六次スリーローブ収差を補正することができる。

【0046】

収差補正装置１００は、第１多極子１１０、第２多極子１２０、第３多極子１３０、および第４多極子１４０は、対物レンズ３０側から、第１多極子１１０、第２多極子１２０、第３多極子１３０、第４多極子１４０の順で配置されている。また、第１多極子１１０が発生させる三回対称場によって作られる三回非点収差Ｂ１の強度と、第２多極子１２０が発生させる三回対称場によって作られる三回非点収差Ｂ２の強度は等しく、三回非点収差Ｂ２の向きは、三回非点収差Ｂ１を６０°回転させた向きである。また、第３多極子１３０が発生させる三回対称場によって作られる三回非点収差Ｂ３の強度と、第４多極子１４０が発生させる三回対称場によって作られる三回非点収差Ｂ４の強度は等しく、三回非点収差Ｂ４の向きは、三回非点収差Ｂ３を６０°回転させた向きである。

【0047】

また、三回非点収差Ｂ２の向きと三回非点収差Ｂ３の向きとは同じである。また、三回非点収差Ｂ２の強度は、三回非点収差Ｂ３の強度よりも小さい。

【0048】

そのため、収差補正装置１００では、結像系の球面収差を補正することができ、かつ、三回非点収差、六回非点収差、および六次スリーローブ収差を補正することができる。

【0049】

収差補正装置１００では、第１多極子１１０および第２多極子１２０で発生した六次スリーローブ収差と、第３多極子１３０および第４多極子１４０で発生した六次スリーローブ収差と、が打ち消し合う。そのため、収差補正装置１００では、六次スリーローブ収差を補正することができる。

【0050】

収差補正装置１００では、第１多極子１１０、第２多極子１２０、第３多極子１３０、および第４多極子１４０は、負の球面収差を発生させる。そのため、収差補正装置１００では、結像系の正の球面収差を打ち消すことができる。

【0051】

収差補正装置１００では、第１多極子１１０で発生した三回非点収差と、第２多極子１２０で発生した三回非点収差と、が打ち消し合い、第３多極子１３０で発生した三回非点
収差と、第４多極子１４０で発生した三回非点収差と、が打ち消し合う。そのため、収差補正装置１００では、三回非点収差を補正することができる。

【0052】

収差補正装置１００では、第１多極子１１０、第２多極子１２０、第３多極子１３０、および第４多極子１４０の各々が発生させる三回対称場により発生する六回非点収差と、転送レンズ系１５０，１６０，１７０が発生させる球面収差と多極子１１０，１２０，１３０，１４０が発生させる三回対称場より生じる収差とのコンビネーション収差により発生する六回非点収差と、によって、六回非点収差を補正する。そのため、収差補正装置１００では、六回非点収差を補正することができる。

【0053】

電子顕微鏡１は、収差補正装置１００を含むため、電子顕微鏡像の分解能を向上できる。

【0054】

なお、上記では、４段の多極子（第１多極子１１０、第２多極子１２０、第３多極子１３０、および第４多極子１４０）において、上述した図３に示す三回対称場を発生させることによって、球面収差や六次スリーローブ収差を補正する場合について説明したが、球面収差や六次スリーローブ収差を補正することができれば、三回対称場によって作られる三回非点収差Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４の関係は、図３に示す例に限定されない。

【0055】

２． 第２実施形態
次に、第２実施形態に係る電子顕微鏡について図面を参照しながら説明する。図５は、第２実施形態に係る電子顕微鏡２の構成を示す図である。以下、第２実施形態に係る電子顕微鏡２において、第１実施形態に係る電子顕微鏡１の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。

【0056】

電子顕微鏡２は、本発明に係る収差補正装置を含む。ここでは、本発明に係る収差補正装置として、収差補正装置２００を含む場合について説明する。

【0057】

上述した電子顕微鏡１では、図１に示すように、収差補正装置１００が結像系に組み込まれていた。

【0058】

これに対して、電子顕微鏡２では、図５に示すように、収差補正装置２００が照射系に組み込まれている。

【0059】

電子顕微鏡２は、電子銃１０と、集束レンズ２０と、収差補正装置２００と、対物レンズ３０と、試料ステージ４０と、中間・投影レンズ５０と、検出器６０と、を含んで構成されている。

【0060】

収差補正装置２００は、電子顕微鏡２の照射系に組み込まれている。収差補正装置２００は、照射系（対物レンズ３０）の球面収差を補正する。具体的には、収差補正装置２００では、照射系の正の球面収差を、収差補正装置２００が発生させる負の球面収差で打ち消すことができる。

【0061】

図６は、収差補正装置２００の構成を示す図である。

【0062】

収差補正装置２００は、図６に示すように、対物レンズ３０の前段に配置されている。収差補正装置２００（第１多極子１１０）と対物レンズ３０との間には転送レンズ系３２が配置されている。転送レンズ系３２は、２つの転送レンズ（第１転送レンズ３２ａおよび第２転送レンズ３２ｂ）で構成されている。

【0063】

収差補正装置２００は、４段の多極子（第１多極子１１０、第２多極子１２０、第３多極子１３０、第４多極子１４０）と、３つの転送レンズ系（第１転送レンズ系１５０、第２転送レンズ系１６０、第３転送レンズ系１７０）と、を含む。

【0064】

第１多極子１１０、第２多極子１２０、第３多極子１３０、第４多極子１４０は、光軸Ａに沿って配置されている。４段の多極子は、対物レンズ３０側から、第１多極子１１０、第２多極子１２０、第３多極子１３０、第４多極子１４０の順で配置されている。

【0065】

図６に示す収差補正装置２００における４段の多極子の配置と、図２に示す収差補正装置１００における４段の多極子の配置とは、対物レンズ３０に関して対称となる。

【0066】

図７は、第１多極子１１０が発生させる三回対称場によって作られる三回非点収差Ｂ１、第２多極子１２０が発生させる三回対称場によって作られる三回非点収差Ｂ２、第３多極子１３０が発生させる三回対称場によって作られる三回非点収差Ｂ３、第４多極子１４０が発生させる三回対称場によって作られる三回非点収差Ｂ４の関係を説明するための図である。

【0067】

収差補正装置２００において、第１多極子１１０が発生させる三回対称場によって作られる三回非点収差Ｂ１、第２多極子１２０が発生させる三回対称場によって作られる三回非点収差Ｂ２、第３多極子１３０が発生させる三回対称場によって作られる三回非点収差Ｂ３、および第４多極子１４０が発生させる三回対称場によって作られる三回非点収差Ｂ４の関係は、上述した収差補正装置１００において、第１多極子１１０が発生させる三回対称場によって作られる三回非点収差Ｂ１、第２多極子１２０が発生させる三回対称場によって作られる三回非点収差Ｂ２、第３多極子１３０が発生させる三回対称場によって作られる三回非点収差Ｂ３、および第４多極子１４０が発生させる三回対称場によって作られる三回非点収差Ｂ４の関係と同じである。

【0068】

すなわち、三回非点収差Ｂ１の強度と三回非点収差Ｂ２の強度は、等しい。また、三回非点収差Ｂ２の向きは、三回非点収差Ｂ１を６０°回転させた向きである。また、三回非点収差Ｂ３の強度と三回非点収差Ｂ４の強度は、等しい。また、三回非点収差Ｂ４の向きは、三回非点収差Ｂ３を６０°回転させた向きである。また、三回非点収差Ｂ２の向きは、三回非点収差Ｂ３の向きと同じである。また、三回非点収差Ｂ２の強度は、三回非点収差Ｂ３の強度よりも小さい。

【0069】

図８は、収差補正装置２００の機能を説明するための図である。収差補正装置２００では、４段の多極子（第１多極子１１０、第２多極子１２０、第３多極子１３０、および第４多極子１４０）において、上述した図７に示す三回非点収差Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４を発生させることによって、以下で説明するように、三回非点収差、球面収差、六回非点収差、六次スリーローブ収差を補正することができる。

【0070】

＜三回非点収差Ａ３＞
第１多極子１１０および第２多極子１２０では、それぞれ三回非点収差が発生する。第１多極子１１０で発生した三回非点収差と、第２多極子１２０で発生した三回非点収差とは打ち消しあう。

【0071】

第３多極子１３０および第４多極子１４０では、それぞれ三回非点収差が発生する。第３多極子１３０で発生した三回非点収差と、第４多極子１４０で発生した三回非点収差とは打ち消しあう。したがって、収差補正装置２００では、例えば、三回非点収差を零とすることができる。

【0072】

＜球面収差Ｏ４＞
第１多極子１１０は、負の球面収差を発生させる。同様に、第２多極子１２０、第３多極子１３０、および第４多極子１４０は、それぞれ負の球面収差を発生させる。これら４段の多極子で発生させた負の球面収差で、照射系の正の球面収差を補正することができる。

【0073】

＜六回非点収差Ａ６＞
収差補正装置２００では、収差補正装置１００と同様に、第１多極子１１０、第２多極子１２０、第３多極子１３０、および第４多極子１４０の各々が発生させる三回対称場により発生する六回非点収差と、転送レンズ系に生じる球面収差と多極子が発生させる三回対称場より生じる収差とのコンビネーション収差により発生する六回非点収差と、のバランスをとることによって収差補正装置２００全体として六回非点収差を補正する。これにより、例えば、収差補正装置２００全体として、六回非点収差を零にすることができる。

【0074】

＜六次スリーローブ収差Ｒ７＞
収差補正装置２００では、第１多極子１１０および第２多極子１２０で発生した六次スリーローブ収差と、第３多極子１３０および第４多極子１４０で発生した六次スリーローブ収差とが、打ち消しあう。これにより、収差補正装置２００では、六次スリーローブ収差を補正することができ、例えば、収差補正装置２００全体として、六次スリーローブ収差を零にすることができる。

【0075】

収差補正装置２００は、例えば、以下の特徴を有する。

【0076】

収差補正装置２００では、収差補正装置１００と同様の作用効果を奏することができる。さらに、収差補正装置２００では、照射系の収差を補正することができる。

【0077】

本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法および結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。

【符号の説明】

【0078】

１…電子顕微鏡、２…電子顕微鏡、１０…電子銃、２０…集束レンズ、３０…対物レンズ、３２…転送レンズ系、３２ａ…第１転送レンズ、３２ｂ…第２転送レンズ、４０…試料ステージ、５０…中間・投影レンズ、６０…検出器、１００…収差補正装置、１１０…第１多極子、１２０…第２多極子、１３０…第３多極子、１４０…第４多極子、１５０…第１転送レンズ系、１５０ａ…第１転送レンズ、１５０ｂ…第２転送レンズ、１６０…第２転送レンズ系、１６０ａ…第１転送レンズ、１６０ｂ…第２転送レンズ、１７０…第３転送レンズ系、１７０ａ…第１転送レンズ、１７０ｂ…第２転送レンズ、２００…収差補正装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】