特許 7481378 収差補正装置および電子顕微鏡

(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】

(24)【登録日】2024-04-30

(45)【発行日】2024-05-10

(54)【発明の名称】収差補正装置および電子顕微鏡

(51)【国際特許分類】

   H01J 37/153 20060101AFI20240501BHJP

   H01J 37/28 20060101ALI20240501BHJP

【ＦＩ】

H01J37/153 A

H01J37/28 C

【請求項の数】 11

(21)【出願番号】P 2022019349

(22)【出願日】2022-02-10

(65)【公開番号】P2023116936

(43)【公開日】2023-08-23

【審査請求日】2023-06-12

(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

(74)【代理人】

【識別番号】100161540

【弁理士】

【氏名又は名称】吉田 良伸

(72)【発明者】

【氏名】森下 茂幸

【審査官】大門 清

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１１－１０８６５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１１／０１４７６０５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】H.Rose，outline of a spherically corrected semiaplanatic medium-voltage transmission electron microscopy，Optik，Vol.85,No.1(1990)，ドイツ，1990年06月01日，p.19-24

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｊ ３７／００－３７／３６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

６極子場を発生させる第１多極子と、
６極子場を発生させる第２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転送レンズ系と、
を含み、
前記第１多極子および前記第２多極子は、光軸に沿って配置され、
前記第１多極子および前記第２多極子の少なくとも一方は、前記光軸に沿って配置された、第１部分と第２部分と、を有し、
前記第１部分は、複数の第１極子を有し、
前記第２部分は、複数の第２極子を有し、
前記第１部分が発生させる６極子場と前記第２部分が発生させる６極子場の強度を異ならせることによって前記光軸に沿って強度が変化する６極子場を発生させ、
前記光軸に沿って強度が変化する６極子場を変調してコンビネーション収差を発生させる元となる収差が導入される面の位置を制御することによって、前記コンビネーション収差を補正する、収差補正装置。

【請求項2】

６極子場を発生させる第１多極子と、
６極子場を発生させる第２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転送レンズ系と、
を含み、
前記第１多極子および前記第２多極子は、光軸に沿って配置され、
前記第１多極子が発生させる６極子場および前記第２多極子が発生させる６極子場の少なくとも一方は、前記光軸に沿って強度が変化し、
前記第１多極子は、前記光軸に沿って配置された、第１部分と、第２部分と、を有し、
前記第１部分は、複数の第１極子を有し、
前記第２部分は、複数の第２極子を有し、
前記複数の第１極子の先端を結ぶ円の径と、前記複数の第２極子の先端を結ぶ円の径は、異なる、収差補正装置。

【請求項3】

６極子場を発生させる第１多極子と、
６極子場を発生させる第２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転送レンズ系と、
を含み、
前記第１多極子および前記第２多極子は、光軸に沿って配置され、
前記第１多極子が発生させる６極子場および前記第２多極子が発生させる６極子場の少なくとも一方は、前記光軸に沿って強度が変化し、
前記第１多極子は、前記光軸に沿って配置された、第１部分と、第２部分と、を有し、
前記第１部分は、複数の第１極子と、前記複数の第１極子の各々に巻かれた第１コイルと、を含み、
前記第２部分は、複数の第２極子と、前記複数の第２極子の各々に巻かれた第２コイルと、を含み、
前記第１コイルの巻き数と前記第２コイルの巻き数は、異なる、収差補正装置。

【請求項4】

６極子場を発生させる第１多極子と、
６極子場を発生させる第２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転送レンズ系と、
を含み、
前記第１多極子および前記第２多極子は、光軸に沿って配置され、
前記第１多極子が発生させる６極子場および前記第２多極子が発生させる６極子場の少なくとも一方は、前記光軸に沿って強度が変化し、
前記第１多極子は、前記光軸に沿って配置された、第１部分と、第２部分と、を有し、
前記第１部分は、複数の第１極子と、前記複数の第１極子の各々に巻かれた第１コイルと、を含み、
前記第２部分は、複数の第２極子と、前記複数の第２極子の各々に巻かれた第２コイルと、を含み、
前記第１コイルに流れる電流量と前記第２コイルに流れる電流量は、異なる、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多極子が発生させる６極子場および前記第２多極子が発生させる６極子場の少なくとも一方を前記光軸に沿って強度を変化させることによって、６次スリーローブ収差を補正する、収差補正装置。

【請求項6】

請求項１ないし４のいずれか１項において、
前記第１多極子が発生させる６極子場は、前記光軸に沿って強度が変化し、
前記第１多極子が発生させる６極子場の前記光軸に沿った強度分布は、非対称である、収差補正装置。

【請求項7】

請求項６において、
前記第２多極子が発生させる６極子場は、前記光軸に沿って強度が変化し、
前記第２多極子が発生させる６極子場の前記光軸に沿った強度分布は、非対称である、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、
前記転送レンズ系は、前記第１多極子の中心からずれた第１面の像を、前記第２多極子の中心からずれた第２面に転送する、収差補正装置。

【請求項9】

請求項８において、
前記転送レンズ系が前記第１面の像を前記第２面に転送することによって、４次スリー
ローブ収差を補正する、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多極子および前記第２多極子は、電子線の一次軌道を変化させない、収差補正装置。

【請求項11】

請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の収差補正装置を含む、電子顕微鏡。

【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電子顕微鏡に関する。

【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、特許文献１には、４段の６極子場を発生させることで、６次スリーローブ収差を補正可能な球面収差補正装置が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１９－１７９６５０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１に開示された収差補正装置のように、収差補正装置では、多極子の段数を増やすことで、高次幾何収差を補正していた。しかしながら、多極子の段数を増やすと、収差補正装置が大きくなり、電子顕微鏡本体の高さが高くなってしまう。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明に係る収差補正装置の一態様は、
６極子場を発生させる第１多極子と、
６極子場を発生させる第２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転送レンズ系と、
を含み、
前記第１多極子および前記第２多極子は、光軸に沿って配置され、
前記第１多極子および前記第２多極子の少なくとも一方は、前記光軸に沿って配置された、第１部分と第２部分と、を有し、
前記第１部分は、複数の第１極子を有し、
前記第２部分は、複数の第２極子を有し、
前記第１部分が発生させる６極子場と前記第２部分が発生させる６極子場の強度を異ならせることによって前記光軸に沿って強度が変化する６極子場を発生させ、
前記光軸に沿って強度が変化する６極子場を変調してコンビネーション収差を発生させる元となる収差が導入される面の位置を制御することによって、前記コンビネーション収差を補正する。
本発明に係る収差補正装置の一態様は、
６極子場を発生させる第１多極子と、
６極子場を発生させる第２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転送レンズ系と、
を含み、
前記第１多極子および前記第２多極子は、光軸に沿って配置され、
前記第１多極子が発生させる６極子場および前記第２多極子が発生させる６極子場の少なくとも一方は、前記光軸に沿って強度が変化し、
前記第１多極子は、前記光軸に沿って配置された、第１部分と、第２部分と、を有し、
前記第１部分は、複数の第１極子を有し、
前記第２部分は、複数の第２極子を有し、
前記複数の第１極子の先端を結ぶ円の径と、前記複数の第２極子の先端を結ぶ円の径は、異なる。
本発明に係る収差補正装置の一態様は、
６極子場を発生させる第１多極子と、
６極子場を発生させる第２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転送レンズ系と、
を含み、
前記第１多極子および前記第２多極子は、光軸に沿って配置され、
前記第１多極子が発生させる６極子場および前記第２多極子が発生させる６極子場の少なくとも一方は、前記光軸に沿って強度が変化し、
前記第１多極子は、前記光軸に沿って配置された、第１部分と、第２部分と、を有し、
前記第１部分は、複数の第１極子と、前記複数の第１極子の各々に巻かれた第１コイルと、を含み、
前記第２部分は、複数の第２極子と、前記複数の第２極子の各々に巻かれた第２コイルと、を含み、
前記第１コイルの巻き数と前記第２コイルの巻き数は、異なる。
本発明に係る収差補正装置の一態様は、
６極子場を発生させる第１多極子と、
６極子場を発生させる第２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転送レンズ系と、
を含み、
前記第１多極子および前記第２多極子は、光軸に沿って配置され、
前記第１多極子が発生させる６極子場および前記第２多極子が発生させる６極子場の少なくとも一方は、前記光軸に沿って強度が変化し、
前記第１多極子は、前記光軸に沿って配置された、第１部分と、第２部分と、を有し、
前記第１部分は、複数の第１極子と、前記複数の第１極子の各々に巻かれた第１コイルと、を含み、
前記第２部分は、複数の第２極子と、前記複数の第２極子の各々に巻かれた第２コイルと、を含み、
前記第１コイルに流れる電流量と前記第２コイルに流れる電流量は、異なる。

【0007】

このような収差補正装置では、第１多極子が発生させる６極子場および第２多極子が発生させる６極子場の少なくとも一方を光軸に沿って強度を変化させることによって、６次スリーローブ収差を補正できる。したがって、このような収差補正装置では、装置の小型化を図ることができ、電子顕微鏡の高さを低くできる。

【0008】

本発明に係る電子顕微鏡の一態様は、
上記収差補正装置を含む。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】第１実施形態に係る収差補正装置の構成を示す図。

【図2】第１多極子を模式的に示す図。

【図3】第１多極子の第１部分を模式的に示す図。

【図4】第１多極子の第２部分を模式的に示す図。

【図5】比較例に係る収差補正装置を示す図。

【図6】第２実施形態に係る収差補正装置の構成を示す図。

【図7】第３実施形態に係る収差補正装置の構成を示す図。

【図8】第４実施形態に係る収差補正装置の構成を示す図。

【図9】第５実施形態に係る電子顕微鏡の構成を示す図。

【図10】第６実施形態に係る電子顕微鏡の構成を示す図。

【図11】第１多極子の変形例を示す図。

【図12】第１多極子の変形例を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0010】

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。

【0011】

１． 第１実施形態
１．１． 収差補正装置
まず、第１実施形態に係る収差補正装置について図面を参照しながら説明する。図１は、第１実施形態に係る収差補正装置１００の構成を示す図である。図１では、収差補正装置１００が電子顕微鏡の照射系に組み込まれている場合を図示している。図１には、電子線の軸上軌道（Axial ray）を実線で示し、軸外軌道（Field ray）を破線で示している。また、図１には、第１多極子１１０が発生させる６極子場の光軸ＯＡに沿った強度分布および第２多極子１２０が発生させる６極子場の光軸ＯＡに沿った強度分布を図示している。

【0012】

収差補正装置１００は、電子顕微鏡の照射系に組み込まれている。照射系は、試料Ｓに電子線を照射するための光学系である。収差補正装置１００は、照射系の球面収差を補正する。図示の例では、収差補正装置１００と対物レンズ２の間に、転送レンズ４および転送レンズ６が配置されている。

【0013】

収差補正装置１００は、図１に示すように、第１多極子１１０と、第２多極子１２０と、転送レンズ系１３０と、を含む。

【0014】

第１多極子１１０および第２多極子１２０は、光軸ＯＡに沿って配置されている。光軸ＯＡは、第１多極子１１０の中心、および第２多極子１２０の中心を通る。第１多極子１１０と第２多極子１２０は、光軸ＯＡに沿った方向に互いに離隔して配置されている。収差補正装置１００では、電子線の進行方向に、第１多極子１１０、第２多極子１２０の順で配置されている。

【0015】

第１多極子１１０は、６極子場（磁場６極子場または電場６極子場）を発生させる。６極子場は３回対称である。第２多極子１２０は、第１多極子１１０が発生させる６極子場とは極性が逆の６極子場を発生させる。収差補正装置１００では、第１多極子１１０および第２多極子１２０が二段の６極子場を発生させることによって、照射系の球面収差を補正する。

【0016】

第１多極子１１０は、電子線の進行方向に対して厚みを有している。すなわち、第１多極子１１０は、光軸ＯＡに沿った厚みを有している。第１多極子１１０は、厚みのある６極子場における３回非点と３回非点のコンビネーション収差（combination aberration）として負の球面収差を発生させる。同様に、第２多極子１２０は、光軸ＯＡに沿った厚みを有しており、厚みのある６極子場における３回非点と３回非点のコンビネーション収差として負の球面収差を発生させる。

【0017】

ここで、コンビネーション収差とは、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。

【0018】

収差補正装置１００では、光軸ＯＡに沿った厚みを持った６極子場が負の球面収差を発生させることを利用して、収差補正を行う。収差補正装置１００では、第１多極子１１０および第２多極子１２０によって２段の６極子場を発生させることによって負の球面収差を発生させ、照射系の正の球面収差を打ち消す。これにより、照射系の球面収差を補正できる。

【0019】

図２は、第１多極子１１０を模式的に示す図である。図２には、第１多極子１１０が発生させる６極子場の光軸ＯＡに沿った強度分布を図示している。

【0020】

第１多極子１１０は、図２に示すように、第１部分１１０Ａと、第２部分１１０Ｂと、を有している。第１部分１１０Ａおよび第２部分１１０Ｂは、光軸ＯＡに沿って配置されている。図示の例では、第１部分１１０Ａは、第２部分１１０Ｂの前段に配置されている。すなわち、電子線は、第１部分１１０Ａ、第２部分１１０Ｂの順で通過する。

【0021】

図３は、第１多極子１１０の第１部分１１０Ａを模式的に示す図である。図４は、第１多極子１１０の第２部分１１０Ｂを模式的に示す図である。図３は、第１部分１１０Ａを光軸ＯＡに沿った方向から見た図であり、図４は、第２部分１１０Ｂを光軸ＯＡに沿った方向から見た図である。

【0022】

第１多極子１１０の第１部分１１０Ａは、複数の第１極子１１２Ａを有している。複数の第１極子１１２Ａは、放射状に配置されている。隣り合う第１極子１１２Ａの極性は、逆である。各第１極子１１２Ａには、コイル１１４が巻かれている。コイル１１４に流す電流を制御することによって、光軸ＯＡ上の磁場の強度を変えることができる。

【0023】

図示の例では、第１極子１１２Ａの数は６つであり、６つの第１極子１１２Ａによって６極子場を発生させる。なお、第１部分１１０Ａの極子の数は、６極子場を発生させることが可能であれば特に限定されず、極子の数は１２個であってもよい。

【0024】

第１多極子１１０の第２部分１１０Ｂは、複数の第２極子１１２Ｂを有している。複数の第２極子１１２Ｂは、放射状に配置されている。隣り合う第２極子１１２Ｂの極性は、逆である。各第２極子１１２Ｂには、コイル１１４が巻かれている。コイル１１４に流す電流を制御することによって、光軸ＯＡ上の磁場の強度を変えることができる。コイル１１４は、光軸ＯＡに沿って並ぶ第１極子１１２Ａと第２極子１１２Ｂに共通である。

【0025】

図示の例では、第２極子１１２Ｂの数は、６つであり、６つの第２極子１１２Ｂによって６極子場を発生させる。なお、第２部分１１０Ｂの極子の数は、６極子場を発生させることが可能であれば特に限定されず、極子の数は１２個であってもよい。

【0026】

第１極子１１２Ａの光軸ＯＡに沿った幅と、第２極子１１２Ｂの光軸ＯＡに沿った幅は、例えば、等しい。光軸ＯＡに沿って並ぶ第１極子１１２Ａと第２極子１１２Ｂは、接していてもよいし、離隔していてもよい。

【0027】

図３に示すように、各第１極子１１２Ａの先端と光軸ＯＡとの間の距離は、互いに等しい。そのため、複数の第１極子１１２Ａの先端を結ぶことで、光軸ＯＡを中心とする円Ｃ１を形成できる。

【0028】

図４に示すように、各第２極子１１２Ｂの先端と光軸ＯＡとの間の距離は、互いに等しい。そのため、複数の第２極子１１２Ｂの先端を結ぶことで、光軸ＯＡを中心とする円Ｃ
２を形成できる。

【0029】

複数の第１極子１１２Ａの先端を結ぶ円Ｃ１の径と、複数の第２極子１１２Ｂの先端を結ぶ円Ｃ２の径は、異なっている。円Ｃ１の径と円Ｃ２の径が異なっていることによって、第１多極子１１０が発生させる６極子場は、光軸ＯＡに沿って強度が変化する。第１多極子１１０が発生させる６極子場の光軸ＯＡに沿った強度分布は、第１多極子１１０の中心（第１極子１１２Ａと第２極子１１２Ｂの境界の位置）を境として強度が異なる。

【0030】

図示の例では、円Ｃ１の径は、円Ｃ２の径よりも大きい。そのため、第２部分１１０Ｂが光軸ＯＡ上に発生させる６極子場の強度は、第１部分１１０Ａが光軸ＯＡ上に発生させる６極子場の強度よりも大きい。したがって、第１多極子１１０が発生させる６極子場の光軸ＯＡに沿った強度分布は、非対称である。第１多極子１１０が発生させる６極子場の強度分布は、第１多極子１１０の中心を通り光軸ＯＡに対して垂直な軸に関して、非対称である。

【0031】

上述したように、第１多極子１１０は、第１部分１１０Ａと第２部分１１０Ｂを有することによって光軸ＯＡに沿って強度が変化する６極子場を発生させるが、第１多極子１１０において６極子場の向きは変化しない。第１多極子１１０が発生させる６極子場では、電子線の二次以上の軌道が変化し、一次軌道は変化しない。

【0032】

図２に示す例では、第１極子１１２Ａと第２極子１１２Ｂが一体となって１つの極子を構成し、当該極子にコイル１１４が巻かれている。すなわち、第１極子１１２Ａおよび第２極子１１２Ｂにおいて、磁場を発生させるためのコイルは共通である。なお、図示はしないが、第１極子１１２Ａおよび第２極子１１２Ｂにそれぞれコイルを巻き、第１極子１１２Ａと第２極子１１２Ｂを光軸ＯＡに沿って近接して配置してもよい。この場合も、図２に示す例と同様に、光軸ＯＡに沿って６極子場の強度を変化させることができる。

【0033】

第２多極子１２０は、図２～図４に示す第１多極子１１０と同様の構成を有している。すなわち、第２多極子１２０は、第１多極子１１０と同様に、光軸ＯＡに沿って配置された、第１部分１２０Ａと、第２部分１２０Ｂと、を有し、第１部分１２０Ａは、複数の第１極子１２２Ａを有し、第２部分１２０Ｂは、複数の第２極子１２２Ｂを有している。複数の第１極子１２２Ａの先端を結ぶ円の径は、複数の第２極子１２２Ｂの先端を結ぶ円の径よりも大きい。

【0034】

第２多極子１２０が発生させる６極子場の強度分布は、図１に示すように、第１多極子１１０が発生させる６極子場の強度分布と同様であり、第２部分１２０Ｂが光軸ＯＡ上に発生させる６極子場の強度は、第１部分１２０Ａが光軸ＯＡ上に発生させる６極子場の強度よりも大きい。第２多極子１２０が発生させる６極子場の光軸ＯＡに沿った強度分布は、非対称である。第２多極子１２０が発生させる６極子場では、一次軌道は変化しない。

【0035】

転送レンズ系１３０は、複数のレンズを含む。図示の例では、転送レンズ系１３０は、第１レンズ１３０ａと、第２レンズ１３０ｂと、を含む。転送レンズ系１３０は、第１面Ｆ１の像を第２面Ｆ２に転送する。すなわち、転送レンズ系１３０は、第１面Ｆ１と第２面Ｆ２を共役にする。第１面Ｆ１は、第１多極子１１０の中心からずれている。第２面Ｆ２は、第２多極子１２０の中心からずれている。

【0036】

このように、収差補正装置１００では、第１多極子１１０が発生させる６極子場の中心からずれた第１面Ｆ１を、第２多極子１２０が発生させる６極子場の中心からずれた第２面Ｆ２に転送する。すなわち、転送レンズ系１３０は、第１多極子１１０が発生させる６極子場の中心を第２多極子１２０が発生させる６極子場の中心に転送しない。

【0037】

図示の例では、光軸ＯＡに沿った方向において、第１面Ｆ１は第１多極子１１０の前方に位置し、第２面Ｆ２は第２多極子１２０の前方（第１多極子１１０と第２多極子１２０の間）に位置している。

【0038】

１．２． 動作
次に、収差補正装置１００の動作について説明する。図５は、比較例に係る収差補正装置１０００を示す図である。比較例に係る収差補正装置１０００は、２段６極子場型の球面収差補正装置である。第１多極子１１００が発生させる６極子場の光軸ＯＡに沿った強度分布は、一様である。同様に、第２多極子１２００が発生させる６極子場の光軸ＯＡに沿った強度分布は、一様である。

【0039】

以下では、収差補正装置１００の動作を、比較例に係る収差補正装置１０００と比較しながら説明する。

【0040】

＜球面収差＞
収差補正装置１０００において、第１多極子１１００および第２多極子１２００は、厚みのある６極子場における３回非点と３回非点のコンビネーション収差として負の球面収差を発生させる。したがって、収差補正装置１０００では、第１多極子１１００および第２多極子１２００によって負の球面収差を発生させ、照射系の正の球面収差を打ち消す。これにより、照射系の球面収差を補正できる。

【0041】

収差補正装置１００では、収差補正装置１０００と同様に、第１多極子１１０および第２多極子１２０が厚みのある６極子場における３回非点と３回非点のコンビネーション収差として負の球面収差を発生させる。したがって、収差補正装置１００では、収差補正装置１０００と同様に、照射系の球面収差を補正できる。

【0042】

＜４次スリーローブ収差＞
収差補正装置１０００では、転送レンズ系１３００は、第１多極子１１００が発生させる６極子場の中心に位置する第１面Ｆ１の像を、第２多極子１２００が発生させる６極子場の中心に位置する第２面Ｆ２に転送する。

【0043】

これに対して、収差補正装置１００では、転送レンズ系１３０は、第１多極子１１０の中心からずれた第１面Ｆ１の像を第２多極子１２０の中心からずれた第２面Ｆ２に転送する。収差補正装置１００では、第１面Ｆ１を第１多極子１１０の中心からずらし、第２面Ｆ２を第２多極子１２０の中心からずらして、第１面Ｆ１と第２面Ｆ２との間の距離である転送距離を調整することによって、４次スリーローブ収差を補正できる。

【0044】

＜６次スリーローブ収差＞
収差補正装置１０００では、６回非点および６次スリーローブ収差が残留してしまう。６回非点は、第１多極子１１００の厚み、および第２多極子１２００の厚みを調整することによって補正できる。しかしながら、収差補正装置１０００では、６次スリーローブ収差を補正できない。

【0045】

これに対して、収差補正装置１００では、第１多極子１１０が光軸ＯＡに沿って強度が変化する６極子場を発生させ、第２多極子１２０が光軸ＯＡに沿って強度が変化する６極子場を発生させることによって、６次スリーローブ収差を補正する。

【0046】

収差補正装置１０００では、第１多極子１１００は、光軸ＯＡに沿った強度が一定の６極子場を発生させる。そのため、第１多極子１１００が発生させる６極子場の光軸ＯＡに
沿った強度分布は対称である。すなわち、第１多極子１１００が発生させる６極子場の光軸ＯＡに沿った強度分布は、第１多極子１１００の中心をとおり光軸ＯＡに垂直な軸に関して対称である。同様に、第２多極子１２００は、光軸ＯＡに沿った強度が一定の６極子場を発生させる。第２多極子１２００が発生させる６極子場の光軸ＯＡに沿った強度分布は対称である。

【0047】

これに対して、収差補正装置１００では、第１多極子１１０は、光軸ＯＡに沿って強度が変化する６極子場を発生させる。第１多極子１１０が発生させる６極子場の光軸ＯＡに沿った強度分布は非対称である。すなわち、第１多極子１１０が発生させる６極子場の光軸ＯＡに沿った強度分布は、第１多極子１１０の中心をとおり光軸ＯＡに垂直な軸に関して非対称である。同様に、第２多極子１２０は光軸ＯＡに沿って強度が変化する６極子場を発生させ、第２多極子１２０が発生させる６極子場の光軸ＯＡに沿った強度分布は非対称である。

【0048】

ここで、６次スリーローブ収差は、５次以下の球面収差（３次球面収差および５次球面収差）および５次以下の３回対称収差（４次スリーローブ収差および３回非点）のコンビネーション収差として発生する。コンビネーション収差は、収差が光学的に異なる面で導入されることによって発生する収差である。そのため、収差補正装置１００では、６極子場の強度を変調させ、６次スリーローブ収差を発生させる元となる収差の位置（収差が導入される面の位置）を制御することによって６次スリーローブ収差を制御し、６次スリーローブ収差を補正する。

【0049】

このように、収差補正装置１００では、第１多極子１１０が発生させる６極子場の光軸ＯＡに沿った強度を変化させ、第２多極子１２０が発生させる６極子場の光軸ＯＡに沿った強度を変化させることによって、６次スリーローブ収差を補正する。

【0050】

＜６回非点＞
上記のように、収差補正装置１０００では、６回非点が残留してしまうが、６回非点は、第１多極子１１００の厚み、および第２多極子１２００の厚みを調整することによって補正できる。

【0051】

これに対して、収差補正装置１００では、第１多極子１１０が発生させる６極子場の光軸ＯＡに沿った強度を変化させ、第２多極子１２０が発生させる６極子場の光軸ＯＡに沿った強度を変化させることによって、６回非点を補正する。

【0052】

６回非点は、３回非点と４次スリーローブ収差のコンビネーション収差として発生する。したがって、収差補正装置１００では、６次スリーローブ収差を補正する場合と同様に、６極子場の強度を変調させ、６回非点を発生させる元となる収差の位置を制御することによって６回非点を制御し、６回非点を補正する。

【0053】

１．３． 効果
収差補正装置１００は、６極子場を発生させる第１多極子１１０と、６極子場を発生させる第２多極子１２０と、第１多極子１１０と第２多極子１２０との間に配置された転送レンズ系１３０と、を含む。また、第１多極子１１０および第２多極子１２０は、光軸ＯＡに沿って配置され、第１多極子１１０が発生させる６極子場は、光軸ＯＡに沿って強度が変化し、第２多極子１２０が発生させる６極子場は、光軸ＯＡに沿って強度が変化する。

【0054】

収差補正装置１００では、第１多極子１１０が発生させる６極子場の強度を光軸ＯＡに沿って変化させ、第２多極子１２０が発生させる６極子場の強度を光軸ＯＡに沿って変化
させることによって、６次スリーローブ収差を補正できる。

【0055】

さらに、収差補正装置１００では、第１多極子１１０が発生させる６極子場の強度を光軸ＯＡに沿って変化させ、第２多極子１２０が発生させる６極子場の強度を光軸ＯＡに沿って変化させることによって、６回非点を補正できる。

【0056】

このように収差補正装置１００では、２段の多極子（第１多極子１１０および第２多極子１２０）によって、高次幾何収差を補正できる。したがって、収差補正装置１００では、装置の小型化を図ることができ、電子顕微鏡の高さを低くできる。

【0057】

収差補正装置１００では、第１多極子１１０が発生させる６極子場の光軸ＯＡに沿った強度分布は非対称であり、第２多極子１２０が発生させる６極子場の光軸ＯＡに沿った強度分布は非対称である。そのため、収差補正装置１００では、６次スリーローブ収差を補正できる。さらに、収差補正装置１００では、６回非点を補正できる。

【0058】

収差補正装置１００では、転送レンズ系１３０は、第１多極子１１０の中心からずれた第１面Ｆ１の像を第２多極子１２０の中心からずれた第２面Ｆ２に転送する。そのため、収差補正装置１００では、４次スリーローブ収差を補正できる。

【0059】

収差補正装置１００では、第１多極子１１０および第２多極子１２０は、電子線の一次軌道を変化させない。このように、収差補正装置１００では、電子線の一次軌道を変化させることなく、高次幾何収差を補正できる。

【0060】

収差補正装置１００では、第１多極子１１０は、光軸ＯＡに沿って配置された、第１部分１１０Ａと、第２部分１１０Ｂと、を有し、第１部分１１０Ａは、複数の第１極子１１２Ａを有し、第２部分１１０Ｂは、複数の第２極子１１２Ｂを有している。複数の第１極子１１２Ａの先端を結ぶ円Ｃ１の径と、複数の第２極子１１２Ｂの先端を結ぶ円Ｃ２の径は、異なる。そのため、収差補正装置１００では、第１多極子１１０が光軸ＯＡに沿って強度が変化する６極子場を発生させることができる。

【0061】

収差補正装置１００では、第２多極子１２０は、光軸ＯＡに沿って配置された、第１部分１２０Ａと、第２部分１２０Ｂと、を有し、第１部分１２０Ａは、複数の第１極子１２２Ａを有し、第２部分１２０Ｂは、複数の第２極子１２２Ｂを有している。複数の第１極子１２２Ａの先端を結ぶ円の径と、複数の第２極子１２２Ｂの先端を結ぶ円の径は、異なる。そのため、収差補正装置１００では、第２多極子１２０が光軸ＯＡに沿って強度が変化する６極子場を発生させることができる。

【0062】

２． 第２実施形態
次に、第２実施形態に係る収差補正装置について、図面を参照しながら説明する。図６は、第２実施形態に係る収差補正装置２００の構成を示す図である。以下、第２実施形態に係る収差補正装置２００において、第１実施形態に係る収差補正装置１００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。

【0063】

上述した収差補正装置１００では、図１～図４に示すように、第１多極子１１０の第２部分１１０Ｂが光軸ＯＡ上に発生させる６極子場の強度は、第１多極子１１０の第１部分１１０Ａが光軸ＯＡ上に発生させる６極子場の強度よりも大きく、第２多極子１２０の第２部分１２０Ｂが光軸ＯＡ上に発生させる６極子場の強度は、第１部分１２０Ａが光軸ＯＡ上に発生させる６極子場の強度よりも大きい。これにより、収差補正装置１００では、６次スリーローブ収差を補正できる。

【0064】

これに対して、収差補正装置２００では、図６に示すように、第１多極子１１０の第１部分１１０Ａが光軸ＯＡ上に発生させる６極子場の強度は、第１多極子１１０の第２部分１１０Ｂが光軸ＯＡ上に発生させる６極子場の強度よりも大きく、第２多極子１２０の第２部分１２０Ｂが光軸ＯＡ上に発生させる６極子場の強度は、第１部分１２０Ａが光軸ＯＡ上に発生させる６極子場の強度よりも大きい。これにより、収差補正装置２００では、収差補正装置１００と同様に、６次スリーローブ収差や６回非点を補正できる。また、収差補正装置２００では、収差補正装置１００と同様に、種々の幾何収差を補正できる。

【0065】

３． 第３実施形態
次に、第３実施形態に係る収差補正装置について、図面を参照しながら説明する。図７は、第３実施形態に係る収差補正装置３００の構成を示す図である。以下、第３実施形態に係る収差補正装置３００において、第１実施形態に係る収差補正装置１００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。

【0066】

上述した収差補正装置１００では、図１～図４に示すように、第１多極子１１０が光軸ＯＡに沿って強度が変化する６極子場を発生させ、第２多極子１２０が光軸ＯＡに沿って強度が変化する６極子場を発生させた。

【0067】

これに対して、収差補正装置３００では、図７に示すように、第１多極子１１０が光軸ＯＡに沿って強度が一定な６極子場を発生させ、第２多極子１２０が光軸ＯＡに沿って強度が変化する６極子場を発生させる。

【0068】

収差補正装置３００では、第１多極子１１０が発生させる６極子場は、第１多極子１１０の中心を通り光軸ＯＡに垂直な軸に関して対称である。第１多極子１１０を構成する複数の極子において、極子の先端と光軸ＯＡとの間の距離は等しい。

【0069】

収差補正装置３００では、第２多極子１２０が光軸ＯＡに沿って強度が変化する６極子場を発生させることによって、収差補正装置１００と同様に、６次スリーローブ収差や６回非点を補正できる。また、収差補正装置３００では、収差補正装置１００と同様に、種々の幾何収差を補正できる。

【0070】

４． 第４実施形態
次に、第４実施形態に係る収差補正装置について、図面を参照しながら説明する。図８は、第４実施形態に係る収差補正装置４００の構成を示す図である。以下、第４実施形態に係る収差補正装置４００において、第１実施形態に係る収差補正装置１００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。

【0071】

上述した収差補正装置１００では、図１～図４に示すように、第１多極子１１０が光軸ＯＡに沿って強度が変化する６極子場を発生させ、第２多極子１２０が光軸ＯＡに沿って強度が変化する６極子場を発生させた。

【0072】

これに対して、収差補正装置４００では、図８に示すように、第１多極子１１０が光軸ＯＡに沿って強度が変化する６極子場を発生させ、第２多極子１２０が光軸ＯＡに沿って強度が一定な６極子場を発生させる。

【0073】

収差補正装置４００では、第２多極子１２０が発生させる６極子場は、第２多極子１２０の中心を通り光軸ＯＡに垂直な軸に関して対称である。第２多極子１２０を構成する複数の極子において、極子の先端と光軸ＯＡとの間の距離は等しい。

【0074】

収差補正装置４００では、第１多極子１１０が光軸ＯＡに沿って強度が変化する６極子
場を発生させることによって、収差補正装置１００と同様に、６次スリーローブ収差や６回非点を補正できる。また、収差補正装置４００では、収差補正装置１００と同様に、種々の幾何収差を補正できる。

【0075】

５． 第５実施形態
次に、第５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９は、第５実施形態に係る電子顕微鏡５００の構成を示す図である。

【0076】

電子顕微鏡５００は、収差補正装置１００を含む。電子顕微鏡５００は、照射系５２０に収差補正装置１００が組み込まれた走査透過電子顕微鏡である。電子顕微鏡５００は、図９に示すように、電子源５１０と、照射系５２０と、試料ステージ５３０と、結像系５４０と、検出器５５０と、を含む。

【0077】

電子源５１０は、電子線を放出する。電子源５１０は、例えば、陰極から放出された電子を陽極で加速し電子線を放出する電子銃である。

【0078】

照射系５２０は、電子源５１０から放出された電子線を集束して電子プローブを形成し、当該電子プローブで試料Ｓを走査する。照射系５２０は、複数のコンデンサーレンズ５２２と、偏向器５２４と、を含む。

【0079】

複数のコンデンサーレンズ５２２は、電子源５１０から放出された電子線を集束して電子プローブを形成する。なお、対物レンズ２が試料Ｓの前方につくる磁界は、コンデンサーレンズ５２２とともに電子プローブを形成するためのレンズとして機能する。

【0080】

偏向器５２４は、集束された電子線を二次元的に偏向する。偏向器５２４で電子線を偏向することによって、電子プローブで試料Ｓを走査できる。図示はしないが、照射系５２０は、コンデンサーレンズ５２２以外のレンズや絞りなどを含んでいてもよい。

【0081】

収差補正装置１００は、照射系５２０に組み込まれている。収差補正装置１００は、照射系（コンデンサーレンズ５２２）の収差を補正する。図１に示すように、収差補正装置１００と対物レンズ２との間には、転送レンズ４および転送レンズ６が配置されている。

【0082】

試料ステージ５３０は、試料ホルダー５３２に保持された試料Ｓを支持する。試料ステージ５３０によって、試料Ｓを位置決めすることができる。

【0083】

結像系５４０は、試料Ｓを透過した電子線で結像するための光学系である。結像系５４０は、試料Ｓを透過した電子線を検出器５５０に導く。結像系５４０は、対物レンズ２と、中間レンズ５４４と、投影レンズ５４６と、を含む。

【0084】

検出器５５０は、例えば、試料Ｓで高角度に非弾性散乱された電子を円環状の検出器で検出する暗視野ＳＴＥＭ検出器であってもよいし、試料Ｓを透過して入射電子線と同じ方向に出射する透過波を検出する明視野ＳＴＥＭ検出器であってもよい。

【0085】

電子顕微鏡５００では、電子源５１０から放出された電子線は、照射系５２０によって集束され電子プローブを形成する。電子プローブは、偏向器５２４によって二次元的に偏向される。これにより、電子プローブで試料Ｓを走査できる。試料Ｓを透過した電子線は、結像系５４０によって検出器５５０に導かれ、検出器５５０で検出される。例えば、電子プローブによる走査と同期して、試料Ｓ上を透過した電子を検出器５５０で検出することで、走査透過電子顕微鏡像（ＳＴＥＭ像）を取得することができる。

【0086】

電子顕微鏡５００は、収差補正装置１００を含むため、高分解能のＳＴＥＭ像を得ることができる。

【0087】

６． 第６実施形態
次に、第６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１０は、第６実施形態に係る電子顕微鏡６００の構成を示す図である。以下、第６実施形態に係る電子顕微鏡６００において、第５実施形態に係る電子顕微鏡５００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。

【0088】

上述した図９に示す電子顕微鏡５００は、収差補正装置１００が照射系５２０に組み込まれた走査透過電子顕微鏡であったが、電子顕微鏡６００は、図１０に示すように、収差補正装置１００が結像系５４０に組み込まれた透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）である。

【0089】

照射系５２０は、電子源５１０から放出された電子線を試料Ｓに照射する。例えば、照射系５２０は、観察領域に対して平行ビームを照射する。

【0090】

対物レンズ２は、試料Ｓを透過した電子線でＴＥＭ像を結像するための初段のレンズである。中間レンズ５４４および投影レンズ５４６は、対物レンズ２によって結像された像をさらに拡大し、検出器５５０上に結像する。

【0091】

収差補正装置１００は、結像系５４０に組み込まれている。収差補正装置１００は、結像系５４０（対物レンズ２）の収差を補正する。

【0092】

検出器５５０は、試料Ｓを透過した電子を検出する。検出器５５０は、結像系５４０によって結像された像を撮影する。検出器５５０は、例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）カメラ等のデジタルカメラである。

【0093】

電子顕微鏡６００では、電子源５１０から放出された電子線は、照射系５２０で集束されて試料Ｓに照射される。試料Ｓの観察領域には、例えば、平行ビームが照射される。試料Ｓを透過した電子線は、結像系５４０によって透過電子顕微鏡像（ＴＥＭ像）を結像する。ＴＥＭ像は、検出器５５０で撮影される。電子顕微鏡６００では、収差補正装置１００によって結像系５４０の収差を補正できるため、高分解能のＴＥＭ像を得ることができる。

【0094】

７． 変形例
なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。

【0095】

図１１は、第１多極子１１０の変形例を示す図である。

【0096】

上述した第１実施形態では、図２に示すように、複数の第１極子１１２Ａの先端を結ぶ円Ｃ１の径と、複数の第２極子１１２Ｂの先端を結ぶ円Ｃ２の径を異ならせることによって、第１多極子１１０が光軸ＯＡに沿って強度が変化する６極子場を発生させた。

【0097】

これに対して、図１１に示すように、第１部分１１０Ａは、複数の第１極子１１２Ａと、複数の第１極子１１２Ａの各々に巻かれた第１コイル１１４Ａと、を含む。同様に、第２部分１１０Ｂは、複数の第２極子１１２Ｂと、複数の第２極子１１２Ｂの各々に巻かれた第２コイル１１４Ｂと、を含む。

【0098】

ここで、第１コイル１１４Ａの巻き数と第２コイル１１４Ｂの巻き数は、異なる。これ
により、第１多極子１１０が光軸ＯＡに沿って６極子場の強度を変化させることができる。図示の例では、第２コイル１１４Ｂの巻き数は、第１コイル１１４Ａの巻き数よりも多い。そのため、第２部分１１０Ｂが発生させる６極子場の光軸ＯＡ上の強度は、第１部分１１０Ａが発生させる６極子場の光軸ＯＡ上の強度よりも大きい。

【0099】

このように、第１コイル１１４Ａの巻き数および第２コイル１１４Ｂの巻き数を制御することによって、第１多極子１１０が光軸ＯＡに沿って強度が変化する６極子場を発生させることができる。

【0100】

図１２は、第１多極子１１０の変形例を示す図である。

【0101】

図１２に示すように、第１極子１１２Ａと光軸ＯＡとの間の距離と、第２極子１１２Ｂと光軸ＯＡとの間の距離を等しくし、かつ、第１コイル１１４Ａの巻き数および第２コイル１１４Ｂの巻き数を等しくした第１多極子１１０において、第１コイル１１４Ａに流す電流量および第２コイル１１４Ｂに流す電流量を制御することによって、第１多極子１１０が光軸ＯＡに沿って強度が変化する６極子場を発生させてもよい。

【0102】

図示の例では、第２コイル１１４Ｂに流す電流量は、第１コイル１１４Ａに流す電流量よりも大きい。したがって、図１０に示すように、第２部分１１０Ｂが発生させる６極子場の光軸ＯＡ上の強度を第１部分１１０Ａが発生させる６極子場の光軸ＯＡ上の強度よりも大きくできる。

【0103】

なお、第１多極子１１０において、第１部分１１０Ａと第２部分１１０Ｂにおいて、複数の極子の先端を結ぶ円の径、コイルの巻き数、およびコイルに流す電流量を組み合わせて、第１多極子１１０が光軸ＯＡに沿って強度が変化する６極子場を発生させてもよい。

【0104】

第２多極子１２０についても、上述した第１多極子１１０と同様の手法で、光軸ＯＡに沿って強度が変化する６極子場を発生させることができる。

【0105】

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、さらに種々の変形が可能である。例えば、本発明は、実施形態で説明した構成と実質的に同一の構成を含む。実質的に同一の構成とは、例えば、機能、方法、及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である。また、本発明は、実施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】

【0106】

２…対物レンズ、４…転送レンズ、６…転送レンズ１００…収差補正装置、１１０…第１多極子、１１０Ａ…第１部分、１１０Ｂ…第２部分、１１２Ａ…第１極子、１１２Ｂ…第２極子、１１４…コイル、１１４Ａ…第１コイル、１１４Ｂ…第２コイル、１２０…第２多極子、１２０Ａ…第１部分、１２０Ｂ…第２部分、１２２Ａ…第１極子、１２２Ｂ…第２極子、１３０…転送レンズ系、１３０ａ…第１レンズ、１３０ｂ…第２レンズ、２００…収差補正装置、３００…収差補正装置、４００…収差補正装置、５００…電子顕微鏡、５１０…電子源、５２０…照射系、５２２…コンデンサーレンズ、５２４…偏向器、５３０…試料ステージ、５３２…試料ホルダー、５４０…結像系、５４４…中間レンズ、５４６…投影レンズ、５５０…検出器、６００…電子顕微鏡、１０００…収差補正装置、１１００…第１多極子、１２００…第２多極子、１３００…転送レンズ系

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】