(57)【要約】【課題】６次スリーローブ収差による荷電粒子線の位相変化を低減できる荷電粒子線装置を提供する。【解決手段】  荷電粒子線装置は、光学系の収差を補正するための収差補正装置を備えた荷電粒子線装置であって、幾何収差の次数が６次である６次スリーローブ収差を測定する収差測定部４４と、前記６次スリーローブ収差の測定結果に基づいて、前記６次スリーローブ収差による荷電粒子線の位相変化を低減するための、幾何収差の次数が４次である４次スリーローブ収差、および幾何収差の次数が２次である３回非点収差の少なくとも一方の大きさを算出する算出部４６と、算出部４６における算出結果に基づいて、前記収差補正装置に対して前記４次スリーローブ収差および前記３回非点の少なくとも一方を発生させる制御を行う制御部４８と、を含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学系の収差を補正するための収差補正装置を備えた荷電粒子線装置であって、
幾何収差の次数が６次である６次スリーローブ収差を測定する収差測定部と、
前記６次スリーローブ収差の測定結果に基づいて、前記６次スリーローブ収差による荷電粒子線の位相変化を低減するための、幾何収差の次数が４次である４次スリーローブ収差、および幾何収差の次数が２次である３回非点収差の少なくとも一方の大きさを算出する算出部と、
前記算出部における算出結果に基づいて、前記収差補正装置に対して前記４次スリーローブ収差および前記３回非点収差の少なくとも一方を発生させる制御を行う制御部と、
を含む、荷電粒子線装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記算出部は、前記４次スリーローブ収差および前記３回非点収差の大きさを算出し、
前記制御部は、前記収差補正装置に対して、
前記６次スリーローブ収差がつくる３回場と前記４次スリーローブ収差がつくる３回場との間の角度のずれが６０度となるように、前記４次スリーローブ収差を発生させる制御を行い、
前記６次スリーローブ収差がつくる３回場と前記３回非点収差がつくる３回場との間の角度のずれが０度となるように、前記３回非点収差を発生させる制御を行う、荷電粒子線装置。
【請求項３】
請求項１において、
前記算出部は、前記４次スリーローブ収差の大きさを算出し、
前記制御部は、前記収差補正装置に対して、前記６次スリーローブ収差がつくる３回場と前記４次スリーローブ収差がつくる３回場との間の角度のずれが６０度となるように、前記４次スリーローブ収差を発生させる制御を行う、荷電粒子線装置。
【請求項４】
請求項１において、
前記算出部は、前記３回非点収差の大きさを算出し、
前記制御部は、前記収差補正装置に対して、前記６次スリーローブ収差がつくる３回場と前記３回非点収差がつくる３回場との間の角度のずれが６０度となるように、前記３回非点収差を発生させる制御を行う、荷電粒子線装置。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１項において、
前記収差補正装置は、複数段の多極子と、隣り合う前記多極子間に配置された転送レンズ系と、を有し、
前記制御部は、
前記転送レンズ系を制御して、前記４次スリーローブ収差を発生させ、
前記多極子を制御して、前記３回非点収差を発生させる、荷電粒子線装置。
【請求項６】
多段多極子型の収差補正装置を備えた荷電粒子線装置における収差補正方法であって、
幾何収差の次数が６次である６次スリーローブ収差を測定する工程と、
前記６次スリーローブ収差の測定結果に基づいて、前記６次スリーローブ収差による荷電粒子線の位相変化を低減するための、幾何収差の次数が４次である４次スリーローブ収差、および幾何収差の次数が２次である３回非点収差の少なくとも一方の大きさを算出する算出工程と、
前記算出工程における算出結果に基づいて、前記収差補正装置において前記４次スリーローブ収差および前記３回非点収差の少なくとも一方を発生させる収差発生工程と、
を含む、収差補正方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、荷電粒子線装置および収差補正方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
透過電子顕微鏡における収差補正は、高分解能像を取得する上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３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３回場型球面収差補正装置では、通常、幾何収差の次数が５次の６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、６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、３回場を３段配置した３段３回場型球面収差補正装置が開示されている。３段３回場型球面収差補正装置では、上記の２段３回場型球面収差補正装置では補正が難しい６回非点収差を、３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３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、６回非点収差の補正が可能である。しかしながら、６回非点収差が補正されたとしても、幾何収差の次数が６次である６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、上述したように、３段３回場型球面収差補正装置では、６回非点収差を補正できる。しかしながら、３段３回場型球面収差補正装置においても、２段３回場型球面収差補正装置と同様に、６回非点収差を補正した後は、６次スリーローブ収差が支配的な収差として残る。
【０００８】
このように、多段多極子型の収差補正装置では、５次までの収差を補正したとしても６次スリーローブ収差が残ってしまう。この６次スリーローブ収差の影響により収差補正範囲が制限されてしまう。すなわち、６次スリーローブ収差の影響により、電子線の位相変化が大きくなり、像の分解能が低下してしまう。
【０００９】
本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、本発明のいくつかの態様に係る目的の１つは、６次スリーローブ収差による荷電粒子線の位相変化を低減できる荷電粒子線装置を提供することにある。また、本発明のいくつかの態様に係る目的の１つは
、６次スリーローブ収差による荷電粒子線の位相変化を低減できる収差補正方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
（１）本発明に係る荷電粒子線装置は、
光学系の収差を補正するための収差補正装置を備えた荷電粒子線装置であって、
幾何収差の次数が６次である６次スリーローブ収差を測定する収差測定部と、
前記６次スリーローブ収差の測定結果に基づいて、前記６次スリーローブ収差による荷電粒子線の位相変化を低減するための、幾何収差の次数が４次である４次スリーローブ収差、および幾何収差の次数が２次である３回非点収差の少なくとも一方の大きさを算出する算出部と、
前記算出部における算出結果に基づいて、前記収差補正装置に対して前記４次スリーローブ収差および前記３回非点収差の少なくとも一方を発生させる制御を行う制御部と、
を含む。
【００１１】
このような荷電粒子線装置では、収差補正装置において６回非点収差を補正した後に支配的な収差として残る６次スリーローブ収差に対して４次スリーローブ収差および３回非点収差の少なくとも一方を導入して、６次スリーローブ収差による荷電粒子線の位相変化を低減できる。したがって、このような荷電粒子線装置によれば、像の分解能を向上できる。
【００１２】
（２）本発明に係る荷電粒子線装置において、
前記算出部は、前記４次スリーローブ収差および前記３回非点収差の大きさを算出し、
前記制御部は、前記収差補正装置に対して、
前記６次スリーローブ収差がつくる３回場と前記４次スリーローブ収差がつくる３回場との間の角度のずれが６０度となるように、前記４次スリーローブ収差を発生させる制御を行い、
前記６次スリーローブ収差がつくる３回場と前記３回非点収差がつくる３回場との間の角度のずれが０度となるように、前記３回非点収差を発生させる制御を行ってもよい。
【００１３】
このような荷電粒子線装置では、収差補正装置において６回非点収差を補正した後に支配的な収差として残る６次スリーローブ収差に対して４次スリーローブ収差および３回非点収差を導入して、６次スリーローブ収差による荷電粒子線の位相変化を低減できる。さらに、このような荷電粒子線装置では、４次スリーローブ収差のみを導入した場合および３回非点収差のみを導入した場合に比べて、収差補正範囲をより広げることができる。
【００１４】
（３）本発明に係る荷電粒子線装置において、
前記算出部は、前記４次スリーローブ収差の大きさを算出し、
前記制御部は、前記収差補正装置に対して、前記６次スリーローブ収差がつくる３回場と前記４次スリーローブ収差がつくる３回場との間の角度のずれが６０度となるように、前記４次スリーローブ収差を発生させる制御を行ってもよい。
【００１５】
このような荷電粒子線装置では、収差補正装置において６回非点収差を補正した後に支配的な収差として残る６次スリーローブ収差に対して４次スリーローブ収差を導入して、６次スリーローブ収差による荷電粒子線の位相変化を低減できる。
【００１６】
（４）本発明に係る荷電粒子線装置において、
前記算出部は、前記３回非点収差の大きさを算出し、
前記制御部は、前記収差補正装置に対して、前記６次スリーローブ収差がつくる３回場と前記３回非点収差がつくる３回場との間の角度のずれが６０度となるように、前記３回
非点収差を発生させる制御を行ってもよい。
【００１７】
このような荷電粒子線装置では、収差補正装置において６回非点収差を補正した後に支配的な収差として残る６次スリーローブ収差に対して３回非点収差を導入して、６次スリーローブ収差による荷電粒子線の位相変化を低減できる。
【００１８】
（５）本発明に係る荷電粒子線装置において、
前記収差補正装置は、複数段の多極子と、隣り合う前記多極子間に配置された転送レンズ系と、を有し、
前記制御部は、
前記転送レンズ系を制御して、前記４次スリーローブ収差を発生させ、
前記多極子を制御して、前記３回非点収差を発生させてもよい。
【００１９】
このような荷電粒子線装置では、容易に、６次スリーローブ収差による荷電粒子線の位相変化を低減できる。
【００２０】
（６）本発明に係る収差補正方法は、
多段多極子型の収差補正装置を備えた荷電粒子線装置における収差補正方法であって、
幾何収差の次数が６次である６次スリーローブ収差を測定する工程と、
前記６次スリーローブ収差の測定結果に基づいて、前記６次スリーローブ収差による荷電粒子線の位相変化を低減するための、幾何収差の次数が４次である４次スリーローブ収差、および幾何収差の次数が２次である３回非点収差の少なくとも一方の大きさを算出する算出工程と、
前記算出工程における算出結果に基づいて、前記収差補正装置において前記４次スリーローブ収差および前記３回非点収差の少なくとも一方を発生させる収差発生工程と、
を含む。
【００２１】
このような収差補正方法では、収差補正装置において６回非点収差を補正した後に支配的な収差として残る６次スリーローブ収差に対して４次スリーローブ収差および３回非点収差の少なくとも一方を導入して、６次スリーローブ収差による荷電粒子線の位相変化を低減できる。したがって、このような収差補正方法では、像の分解能を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】第１実施形態に係る電子顕微鏡を模式的に示す図。
【図２】第１実施形態に係る電子顕微鏡の収差補正装置を模式的に示す図。
【図３】６次スリーローブ収差がつくる３回場および４次スリーローブ収差がつくる３回場の角度の関係を説明するための図。
【図４Ａ】６次スリーローブ収差を１０ｍｍとした場合のロンチグラムの計算結果。
【図４Ｂ】６次スリーローブ収差を１０ｍｍとした場合の位相分布の計算結果。
【図４Ｃ】図４Ｂに示す点線上のプロファイル。
【図５Ａ】６次スリーローブ収差を１０ｍｍとし４次スリーローブ収差を２７．３μｍとした場合のロンチグラムの計算結果。
【図５Ｂ】６次スリーローブ収差を１０ｍｍとし４次スリーローブ収差を２７．３μｍとした場合の位相分布の計算結果。
【図５Ｃ】図５Ｂに示す点線上のプロファイル。
【図６】第１実施形態に係る電子顕微鏡の処理部の収差補正処理の一例を示すフローチャート。
【図７】６次スリーローブ収差がつくる３回場および３回非点収差がつくる３回場の角度の関係を説明するための図。
【図８Ａ】６次スリーローブ収差を１０ｍｍとし３回非点収差を３７．５ｎｍとした場合のロンチグラムの計算結果。
【図８Ｂ】６次スリーローブ収差を１０ｍｍとし３回非点収差を３７．５ｎｍとした場合の位相分布の計算結果。
【図８Ｃ】図８Ｂに示す点線上のプロファイル。
【図９】第２実施形態に係る電子顕微鏡の処理部の収差補正処理の一例を示すフローチャート。
【図１０】６次スリーローブ収差がつくる３回場、４次スリーローブ収差がつくる３回場、および３回非点収差がつくる３回場の角度の関係を説明するための図。
【図１１Ａ】６次スリーローブ収差を１０ｍｍとし４次スリーローブ収差を６３μｍとし３回非点収差を７８ｎｍとした場合のロンチグラムの計算結果。
【図１１Ｂ】６次スリーローブ収差を１０ｍｍとし４次スリーローブ収差を６３μｍとし３回非点収差を７８ｎｍとした場合の位相分布の計算結果。
【図１１Ｃ】図１１Ｂに示す点線上のプロファイル。
【図１２】第３実施形態に係る電子顕微鏡の処理部の収差補正処理の一例を示すフローチャート。
【図１３】第４実施形態に係る電子顕微鏡を模式的に示す図。
【図１４】変形例に係る収差補正装置を模式的に示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
１．  第１実施形態
１．１．  電子顕微鏡の構成
まず、本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１００を模式的に示す図である。
【００２６】
電子顕微鏡１００は、収差補正装置３０を備えた走査透過電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）である。走査透過電子顕微鏡は、電子プローブ（集束した電子線）で試料Ｓ上を走査し、試料Ｓを透過した電子を検出して走査透過電子顕微鏡像（ＳＴＥＭ像）を得るための装置である。
【００２７】
電子顕微鏡１００は、図１に示すように、電子源１０と、集束レンズ１２と、走査コイル１３と、対物レンズ１４と、試料ステージ１６と、試料ホルダー１７と、中間レンズ１８と、投影レンズ２０と、ＳＴＥＭ検出器２２ａ，２２ｂと、撮像装置２４と、収差補正装置３０と、処理部４０と、操作部５０と、表示部５２と、記憶部５４と、を含む。
【００２８】
電子源１０は、電子を発生させる。電子源１０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。
【００２９】
集束レンズ１２は、電子源１０から放出された電子線を集束する。集束レンズ１２は、図示はしないが、複数の電子レンズで構成されていてもよい。集束レンズ１２および対物レンズ１４は、電子線を集束して試料Ｓに照射するための照射系を構成している。
【００３０】
走査コイル１３は、電子線を偏向させて、集束レンズ１２および対物レンズ１４で集束された電子線（電子プローブ）で試料Ｓ上を走査するためのコイルである。走査コイル１３は、電子顕微鏡１００の制御装置（図示せず）で生成された走査信号に基づき、電子プローブを偏向させる。これにより、電子プローブで試料Ｓ上を走査することができる。
【００３１】
対物レンズ１４は、電子線を試料Ｓ上に集束させて、電子プローブを形成するためのレンズである。また、対物レンズ１４は、試料Ｓを透過した電子を結像する。
【００３２】
試料ステージ１６は、試料Ｓを保持する。図示の例では、試料ステージ１６は、試料ホルダー１７を介して、試料Ｓを保持している。試料ステージ１６は、試料Ｓを水平方向や鉛直方向に移動させたり、試料Ｓを傾斜させたりすることができる。
【００３３】
中間レンズ１８および投影レンズ２０は、試料Ｓを透過した電子をＳＴＥＭ検出器２２ａ，２２ｂに導く。また、中間レンズ１８および投影レンズ２０は、対物レンズ１４によって結像された像をさらに拡大し、撮像装置２２上に結像する。対物レンズ１４、中間レンズ１８、および投影レンズ２０は、電子顕微鏡１００の結像系を構成している。
【００３４】
明視野ＳＴＥＭ検出器２２ａは、試料Ｓを透過した電子のうち、散乱されずに透過した電子、および所定の角度以下で散乱した電子を検出する。明視野ＳＴＥＭ検出器２２ａは光軸上に配置されているが、撮像装置２４を使用する場合には光軸上から退避させることができる。
【００３５】
暗視野ＳＴＥＭ検出器２２ｂ、試料Ｓで特定の角度で散乱された電子を検出する。暗視野ＳＴＥＭ検出器２２ｂは、円環状の検出器である。
【００３６】
撮像装置２４は、結像系によって結像された像を撮影する。撮像装置２２は、例えば、ＣＣＤカメラ等のデジタルカメラである。
【００３７】
収差補正装置３０は、電子顕微鏡１００の照射系に組み込まれている。図示の例では、収差補正装置３０は、集束レンズ１２の後段に配置されている。収差補正装置３０は、電子顕微鏡１００の照射系の収差を補正するための装置である。具体的には、収差補正装置３０は、負の球面収差を作り出し、照射系の正の球面収差を打ち消すことで照射系の球面収差を補正する球面収差補正装置である。
【００３８】
電子顕微鏡１００では、電子源１０から放出された電子線は、集束レンズ１２および対物レンズ１４で集束されて電子プローブを形成し試料Ｓに照射される。このとき、試料Ｓに照射される電子線は、収差補正装置３０によって収差が補正される。試料Ｓに照射された電子線は、走査コイル１３によって試料Ｓ上で走査される。試料Ｓを透過した電子線は、対物レンズ１４、中間レンズ１８および投影レンズ２０によってＳＴＥＭ検出器２２ａ，２２ｂに導かれ、ＳＴＥＭ検出器２２ａ，２２ｂで検出される。ＳＴＥＭ検出器２２ａ，２２ｂは、それぞれ検出された電子の強度信号（検出信号）を、処理部４０に送る。処理部４０は、ＳＴＥＭ検出器２２ａ，２２ｂで検出された電子の強度信号（検出信号）を走査信号に同期させて画像化し、明視野ＳＴＥＭ像および暗視野ＳＴＥＭ像を生成する。
【００３９】
また、電子顕微鏡１００では、照射系によって電子線を試料Ｓ付近に集束させて、回折面上にできる試料の投影像（ロンチグラム）を、撮像装置２４で取得することができる。撮像装置２４で取得された像の情報は、処理部４０に送られる。
【００４０】
図２は、収差補正装置３０を模式的に示す図である。収差補正装置３０は、三段の多極子３２ａ，３２ｂ，３２ｃを有している。すなわち、収差補正装置３０は、三段三回場型
球面収差補正装置である。
【００４１】
収差補正装置３０は、三段の多極子（第１多極子３２ａ、第２多極子３２ｂ、第３多極子３２ｃ）と、第１転送レンズ系３４と、第２転送レンズ系３５と、を含んで構成されている。
【００４２】
収差補正装置３０では、光軸ＯＰに沿って第１多極子３２ａ、第２多極子３２ｂ、および第３多極子３２ｃが一列に配列されている。
【００４３】
第１多極子３２ａは、３回場（３回対称場）を発生させる。同様に、第２多極子３２ｂおよび第３多極子３２ｃは、３回場を発生させる。なお、３回場とは、場の強度が３回の対称性を持つ場を意味する。
【００４４】
第１多極子３２ａは、例えば、十二極子で構成される。なお、第１多極子３２ａの極数は、特に限定されない。第１多極子３２ａによって生成される三回場は、静電場、静磁場、またはこれらの重畳場のいずれかである。第２多極子３２ｂおよび第３多極子３２ｃの構成は、第１多極子３２ａの構成と同じである。
【００４５】
第１多極子３２ａ、第２多極子３２ｂ、および第３多極子３２ｃは、光軸ＯＰに沿った厚みｔを有する。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。多極子において三回場を発生させる場合、コンビネーション収差として負の球面収差が生じる。これを利用して光学系の正の球面収差を補正できる。
【００４６】
また、収差補正装置３０では、３段の多極子３２ａ，３２ｂ，３２ｃにおいて、それぞれの３回場から発生する収差のコンビネーションによって生じる６回非点収差を、３つの３回場を相対的に所定角度に設定することによって打ち消すことができる。
【００４７】
第１多極子３２ａと第２多極子３２ｂとの間には、第１転送レンズ系３４が配置されている。第１転送レンズ系３４は、一対の転送レンズ（第１転送レンズ３４ａおよび第２転送レンズ３４ｂ）で構成されている。第１転送レンズ系３４は、第１多極子３２ａで形成された像と共役な像を第２多極子３２ｂに形成する。
【００４８】
また、第２多極子３２ｂと第３多極子３２ｃとの間には、第２転送レンズ系３５が配置されている。第２転送レンズ系３５は、一対の転送レンズ（第１転送レンズ３５ａおよび第２転送レンズ３５ｂ）で構成されている。第２転送レンズ系３５は、第２多極子３２ｂで形成された像と共役な像を第３多極子３２ｃに形成する。
【００４９】
なお、集束レンズ１２と第１多極子３２ａとの間に転送レンズ系３６を配置してもよい。転送レンズ系３６は、一対の転送レンズ（第１転送レンズ３６ａおよび第２転送レンズ３６ｂ）で構成されている。
【００５０】
操作部５０は、ユーザーによる操作に応じた操作信号を取得し、処理部４０に送る処理を行う。操作部５０の機能は、例えば、ボタン、キー、タッチパネル型ディスプレイ、マイクなどにより実現できる。
【００５１】
表示部５２は、処理部４０によって生成された画像を表示するものであり、その機能は、ＬＣＤ、ＣＲＴなどにより実現できる。表示部５２には、撮影されたＳＴＥＭ像などが表示される。
【００５２】
記憶部５４は、処理部４０が各種の計算処理や制御処理を行うためのプログラムやデータ等を記憶している。また、記憶部５４は、処理部４０の作業領域として用いられ、処理部４０が各種プログラムに従って実行した算出結果等を一時的に記憶するためにも使用される。記憶部５４の機能は、ハードディスク、ＲＡＭなどにより実現できる。
【００５３】
処理部４０は、後述する収差補正処理や、ＳＴＥＭ検出器２２ａ，２２ｂからの検出信号に基づきＳＴＥＭ像を生成する処理などの処理を行う。処理部４０の機能は、各種プロセッサ（ＣＰＵ、ＤＳＰ等）などのハードウェアや、プログラムにより実現できる。処理部４０は、球面収差補正部４２と、収差測定部４４と、算出部４６と、制御部４８と、を含む。
【００５４】
球面収差補正部４２は、照射系の球面収差が補正されるように、収差補正装置３０を制御する。球面収差補正部４２は、後述する収差測定部４４における収差の測定結果に基づいて、収差補正装置３０を制御する。また、球面収差補正部４２は、球面収差に加えて、６回非点収差が補正されるように収差補正装置３０を制御する。
【００５５】
収差測定部４４は、収差を測定する処理を行う。収差測定部４４は、例えば、ＳＲＡＭ（Ｓｅｇｍｅｎｔａｌ−Ｒｏｎｃｈｉｇｒａｍ−Ａｕｔｏｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ−Ｆｕｎｃｔｉｏｎ  Ｍａｔｒｉｘ）法やプローブタブロー（Ｐｒｏｂｅ  Ｔａｂｌｅａｕ）法を用いて収差の測定を行う。
【００５６】
ＳＲＡＭ法は、ロンチグラム（Ｒｏｎｃｈｉｇｒａｍ）を取得し、ロンチグラムを小領域に分割したうえで各小領域について自己相関関数を取得し、各自己相関関数の形状から、収差を計算する手法である。ロンチグラムは、照射系によって電子線を試料Ｓ付近に集束させて、回折面上にできる試料の投影像（図形）である。
【００５７】
プローブタブロー法は、試料面への電子線照射角度を変えて複数のＳＴＥＭ像を撮影し、それらをデコンボリューションすることで得られるプローブ像を基にして収差を測定する手法である。
【００５８】
収差測定部４４は、後述する収差補正処理において、６次スリーローブ収差を測定する。６次スリーローブ収差とは、幾何収差の次数が６次の収差である。６次スリーローブ収差は、３回場（３回対称場）をつくる。収差測定部４４は、６次スリーローブ収差以外のその他の収差（例えば幾何収差の次数が４次である４次スリーローブ収差や、幾何収差の次数が２次である３回非点収差、球面収差など）も測定する。
【００５９】
なお、電子の軌道を、荷電粒子の電磁場内での運動として記述する幾何光学において、結像点の理想結像（ガウス結像）点からのズレを幾何収差という。光学特性は、一般に、物面の一点から像面の一点へ写像する冪展開多項式で表される。この多項式は、物面における電子軌道の光軸からの距離ｒと光軸となす角αをパラメータとして冪展開される。ｒとαに関して、一次の項のみを考慮した場合は収差のない理想結像を表す（ガウス結像）。二次以上の項を考慮した場合、結像点は理想結像点からずれる。光軸となす角αと光軸からの距離ｒの次数を合わせた数が、幾何収差の次数である。
【００６０】
算出部４６は、収差測定部４４における６次スリーローブ収差の測定結果に基づいて、６次スリーローブ収差による電子線の位相変化を低減するための４次スリーローブ収差の大きさを算出する。
【００６１】
ここで、収差補正装置３０において、球面収差および６回非点収差を補正した後は、６次スリーローブ収差が支配的な収差として残る。このとき、収差補正装置３０に、４次ス
リーローブ収差を導入することで、６次スリーローブ収差による電子線の位相変化を低減できる。
【００６２】
図３は、６次スリーローブ収差がつくる３回場Ｆ１、および４次スリーローブ収差がつくる３回場Ｆ２の角度の関係を説明するための図である。
【００６３】
図３に示すように、６次スリーローブ収差による電子線の位相変化を低減するための４次スリーローブ収差は、６次スリーローブ収差がつくる３回場Ｆ１と４次スリーローブ収差がつくる３回場Ｆ２との間の角度のずれが６０度となるように導入される。これにより、３回対称の収差同士で打ち消しあって、６次スリーローブ収差による電子線の位相変化を低減できる。
【００６４】
なお、３回場Ｆ１および３回場Ｆ２は３回対称であるため、１２０度、または２４０度回転させると元の場と一致する。そのため、ここでは、３回場Ｆ１と３回場Ｆ２との角度のずれを、０度以上１２０度未満の範囲で規定している。
【００６５】
６次スリーローブ収差の大きさがＲ７［ｍｍ］であった場合、許容位相変化量をｋ［ｒａｄ］とすると、６次スリーローブ収差による電子線の位相変化を低減するための４次スリーローブ収差の大きさＲ５は、下記式（１）で表される。
【００６６】
【数１】
2017220413.tif 000003
【００６７】
ただし、λは電子線の波長である。また、許容位相変化量ｋは、電子線の位相の変化が許容される範囲であり、後述する図５Ｃに示すグラフの極値での位相変化量に対応している。
【００６８】
例えば、６次スリーローブ収差が１０ｍｍの場合、許容位相変化量ｋをπ／４、電子線の波長λを０．００４９ｎｍ（加速電圧６０ｋＶ）として、上記式（１）を用いて計算を行うと、４次スリーローブ収差の大きさＲ５は、２７．３μｍとなる。
【００６９】
制御部４８は、算出部４６における算出結果に基づいて、収差補正装置３０に対して、４次スリーローブ収差を発生させる制御を行う。算出部４６における算出結果には、４次スリーローブ収差の大きさの情報、および４次スリーローブ収差がつくる３回場の角度の情報が含まれる。４次スリーローブ収差は、第１転送レンズ系３４および第２転送レンズ系３５を調整することで発生させることができる。
【００７０】
図４Ａは、６次スリーローブ収差を１０ｍｍとした場合のロンチグラムの計算結果である。図４Ｂは、６次スリーローブ収差を１０ｍｍとした場合の位相分布の計算結果である。図４Ｃは、図４Ｂに示す点線上のプロファイルである。
【００７１】
図５Ａは、６次スリーローブ収差を１０ｍｍとし、４次スリーローブ収差を２７．３μｍとした場合のロンチグラムの計算結果である。図５Ｂは、６次スリーローブ収差を１０ｍｍとし、４次スリーローブ収差を２７．３μｍとした場合の位相分布の計算結果である。図５Ｃは、図５Ｂに示す点線上のプロファイルである。
【００７２】
図４Ａ、図４Ｂ、および図４Ｃに示すように、６次スリーローブ収差のみの場合、収差
補正範囲が４６ｍｒａｄであった。これに対して、図５Ａ、図５Ｂ、および図５Ｃに示すように、６次スリーローブ収差に４次スリーローブ収差を加えた場合、６次スリーローブ収差の大きさは図４Ａ、図４Ｂ、および図４Ｃに示す場合と同じであるが、収差補正範囲は６５ｍｒａｄまで広がった。すなわち、４次スリーローブ収差を加えることで、６次スリーローブ収差による電子線の位相変化を低減できた。ここで、収差補正範囲とは、位相の変化量が許容位相変化量（ここではπ／４）以下の範囲をいう。
【００７３】
１．２．  電子顕微鏡の動作
次に、電子顕微鏡１００の動作について説明する。以下では、電子顕微鏡１００の処理部４０の収差補正処理について説明する。図６は、電子顕微鏡１００の処理部４０の収差補正処理の一例を示すフローチャートである。
【００７４】
まず、処理部４０は、ユーザーが収差補正開始の指示を行ったか否かを判定する（ステップＳ１００）。処理部４０は、操作部５０に対する開始操作が行われた場合に、ユーザーが収差補正開始の指示を行ったと判定する。
【００７５】
収差補正開始の指示が行われたと判定された場合（ステップＳ１００でＹＥＳの場合）、球面収差補正部４２は、球面収差および６回非点収差が補正されるように収差補正装置３０を制御する処理を行う（ステップＳ１０２）。
【００７６】
球面収差補正部４２は、収差測定部４４における収差の測定結果に基づき制御信号を生成し、収差補正電源コントローラ３１に送る。これにより、収差補正装置３０が動作し、球面収差および６回非点収差が補正されるが、６次スリーローブ収差が支配的な収差として残る。
【００７７】
次に、収差測定部４４は、ＳＲＡＭ法またはスリーローブ法により、６次スリーローブ収差を測定する（ステップＳ１０４）。
【００７８】
収差測定部４４は、例えば、ロンチグラムを取得し、ロンチグラムを小領域に分割したうえで各小領域について自己相関関数を取得して収差を計算する（ＳＲＡＭ法）。また、収差測定部４４は、試料面への電子線照射角度を変えて撮影された複数のＳＴＥＭ像を取得し、これらをデコンボリューションすることで得られるプローブ像から収差を測定してもよい（プローブタブロー法）。
【００７９】
次に、算出部４６は、収差測定部４４における６次スリーローブ収差の測定結果に基づいて、６次スリーローブ収差による電子線の位相変化を低減するための４次スリーローブ収差の大きさ（目標値）を算出する（ステップＳ１０６）。
【００８０】
算出部４６は、上記式（１）を用いて、４次スリーローブ収差の大きさ（目標値）を算出する。
【００８１】
次に、制御部４８は、算出部４６における４次スリーローブ収差の大きさの算出結果に基づいて、収差補正装置３０に対して４次スリーローブ収差を発生させる制御を行う（ステップＳ１０８）。
【００８２】
具体的には、制御部４８は、算出された４次スリーローブ収差の大きさに基づいて、収差補正装置３０（第１転送レンズ系３４および第２転送レンズ系３５）を制御するための制御信号を生成し、当該制御信号を収差補正電源コントローラ３１に送る。これにより、収差補正装置３０において４次スリーローブ収差が発生する。
【００８３】
次に、収差測定部４４は、ＳＲＡＭ法またはスリーローブ法により、収差を測定する（ステップＳ１１０）。
【００８４】
次に、制御部４８は、測定された４次スリーローブ収差の大きさと目標値との差が所定値以下か否かを判定する（ステップＳ１１２）。
【００８５】
制御部４８は、測定された４次スリーローブ収差の大きさと目標値との差が所定値以下ではないと判定した場合（ステップＳ１１２でＮＯの場合）、４次スリーローブ収差の測定結果に基づいて、４次スリーローブ収差の大きさが目標値に近づくように収差補正装置３０を制御する（ステップＳ１０８）。
【００８６】
なお、ステップＳ１１０の処理において、収差の測定結果に６次スリーローブ収差および４次スリーローブ収差以外のその他の収差が含まれている場合には、ステップＳ１０８の処理において、その他の収差が補正されるように収差補正装置３０を制御する処理を行ってもよい。
【００８７】
制御部４８および収差測定部４４は、ステップＳ１０８、ステップＳ１１０、およびステップＳ１１２の処理を繰り返し行い、４次スリーローブ収差の大きさを目標値に近づける。
【００８８】
制御部４８が測定された４次スリーローブ収差の大きさと目標値との差が所定値以下であると判定した場合（ステップＳ１１２でＹＥＳの場合）、処理部４０は、収差補正処理を終了する。
【００８９】
電子顕微鏡１００は、例えば、以下の特徴を有する。
【００９０】
電子顕微鏡１００では、収差測定部４４が６次スリーローブ収差を測定し、算出部４６が６次スリーローブ収差の測定結果に基づいて４次スリーローブ収差の大きさを算出し、制御部４８が算出部４６における算出結果に基づいて、収差補正装置３０に対して４次スリーローブ収差を発生させる制御を行う。そのため、電子顕微鏡１００では、収差補正装置３０において６回非点収差を補正した後に支配的な収差として残る６次スリーローブ収差に対して４次スリーローブ収差を導入して、６次スリーローブ収差による電子線の位相変化を低減できる（すなわち収差補正範囲を広げることができる）。したがって、電子顕微鏡１００によれば、像の分解能を向上できる。
【００９１】
電子顕微鏡１００では、制御部４８が、収差補正装置３０に対して、６次スリーローブ収差がつくる３回場と４次スリーローブ収差がつくる３回場との間の角度のずれが６０度となるように、４次スリーローブ収差を発生させる制御を行う。これにより、６次スリーローブ収差と４次スリーローブ収差とが打ち消しあって収差補正範囲を広げることができる。
【００９２】
電子顕微鏡１００では、制御部４８は、第１転送レンズ系３４および第２転送レンズ系３５を制御して、４次スリーローブ収差を発生させる。そのため、容易に、６次スリーローブ収差による電子線の位相変化を低減できる。
【００９３】
第１実施形態に係る収差補正方法は、６次スリーローブ収差を測定する工程と、６次スリーローブ収差の測定結果に基づいて、６次スリーローブ収差による電子線の位相変化を低減するための４次スリーローブ収差の大きさを算出する算出工程と、当該算出工程における算出結果に基づいて、収差補正装置３０において４次スリーローブ収差を発生させる収差発生工程と、を含む。そのため、収差補正装置３０において６回非点収差を補正した
後に支配的な収差として残る６次スリーローブ収差による電子線の位相変化を低減でき、像の分解能を向上できる。
【００９４】
２．  第２実施形態
２．１．  電子顕微鏡の構成
次に、第２実施形態に係る電子顕微鏡について説明する。以下、上述した第１実施形態に係る電子顕微鏡１００と異なる点について説明し、同様の点については説明を省略する。
【００９５】
上述した第１実施形態に係る電子顕微鏡１００では、４次スリーローブ収差を導入することで、６次スリーローブ収差による電子線の位相変化を低減した。
【００９６】
これに対して、第２実施形態に係る電子顕微鏡では、３回非点収差を導入することで、６次スリーローブ収差による電子線の位相変化を低減する。
【００９７】
なお、第２実施形態に係る電子顕微鏡の構成は図１に示す第１実施形態に係る電子顕微鏡１００の構成と同じであり、その図示および説明を省略する。
【００９８】
本実施形態では、算出部４６は、収差測定部４４における６次スリーローブ収差の測定結果に基づいて、６次スリーローブ収差による電子線の位相変化を低減するための３回非点収差の大きさを算出する。
【００９９】
図７は、６次スリーローブ収差がつくる３回場Ｆ１、および３回非点収差がつくる３回場Ｆ３の角度の関係を説明するための図である。
【０１００】
図７に示すように、３回非点収差は、６次スリーローブ収差がつくる３回場Ｆ１と３回非点収差がつくる３回場Ｆ３との間の角度のずれが６０度となるように導入される。これにより、３回対称の収差同士で打ち消しあって、６次スリーローブ収差による電子線の位相変化を低減できる。
【０１０１】
６次スリーローブ収差の大きさがＲ７［ｍｍ］であった場合、許容位相変化量をｋ［ｒａｄ］とすると、６次スリーローブ収差による電子線の位相変化を低減するための３回非点収差の大きさＡ３は、下記式（２）で表される。
【０１０２】
【数２】
2017220413.tif 000004
【０１０３】
例えば、６次スリーローブ収差が１０ｍｍの場合、許容位相変化量ｋをπ／４、電子線の波長λを０．００４９ｎｍ（加速電圧６０ｋＶ）として、上記式（２）を用いて計算を行うと、３回非点収差の大きさＡ３は、３７．５ｎｍとなる。
【０１０４】
本実施形態では、制御部４８は、算出部４６における算出結果に基づいて、収差補正装置３０に対して、３回非点収差を発生させる制御を行う。算出部４６における算出結果には、３回非点収差の大きさの情報、および３回非点収差がつくる３回場の角度の情報が含まれる。３回非点収差は、第１多極子３２ａ、第２多極子３２ｂ、および第３多極子３２ｃの少なくとも１つを調整することで発生させることができる。
【０１０５】
図８Ａは、６次スリーローブ収差を１０ｍｍとし、３回非点収差を３７．５ｎｍとした場合のロンチグラムの計算結果である。図８Ｂは、６次スリーローブ収差を１０ｍｍとし、３回非点収差を３７．５ｎｍとした場合の位相分布の計算結果である。図８Ｃは、図８Ｂに示す点線上のプロファイルである。
【０１０６】
図４Ａ、図４Ｂ、および図４Ｃに示すように、６次スリーローブ収差のみの場合、収差補正範囲が４６ｍｒａｄであった。これに対して、図８Ａ、図８Ｂ、および図８Ｃに示すように、６次スリーローブ収差に３回非点収差を加えた場合、６次スリーローブ収差の大きさは図４Ａ、図４Ｂ、および図４Ｃに示す場合と同じであるが、収差補正範囲は５８ｍｒａｄまで広がった。
【０１０７】
２．２．  電子顕微鏡の動作
次に、第２実施形態に係る電子顕微鏡の動作について説明する。図９は、第２実施形態に係る電子顕微鏡の処理部４０の収差補正処理の一例を示すフローチャートである。
【０１０８】
図９に示すステップＳ２００、ステップＳ２０２、およびステップＳ２０４の処理は、それぞれ上述した図６に示すステップＳ１００、ステップＳ１０２、およびステップＳ１０４の処理と同様に行われる。
【０１０９】
収差測定部４４で６次スリーローブ収差が測定された後（ステップＳ２０４の後）に、算出部４６は、収差測定部４４における６次スリーローブ収差の測定結果に基づいて、６次スリーローブ収差による電子線の位相変化を低減するための３回非点収差の大きさ（目標値）を算出する（ステップＳ２０６）。
【０１１０】
算出部４６は、上記式（２）を用いて、３回非点収差の大きさ（目標値）を算出する。
【０１１１】
次に、制御部４８は、算出部４６における３回非点収差の大きさの算出結果に基づいて、収差補正装置３０に対して３回非点収差を発生させる制御を行う（ステップＳ２０８）。
【０１１２】
具体的には、制御部４８は、算出された３回非点収差の大きさに基づいて、収差補正装置３０（第１多極子３２ａ、第２多極子３２ｂ、および第３多極子３２ｃの少なくとも１つ）を制御するための制御信号を生成し、当該制御信号を収差補正電源コントローラ３１に送る。これにより、収差補正装置３０において３回非点収差が発生する。
【０１１３】
次に、収差測定部４４は、ＳＲＡＭ法またはスリーローブ法により、収差を測定する（ステップＳ２１０）。
【０１１４】
次に、制御部４８は、測定された３回非点収差の大きさと目標値との差が所定値以下か否かを判定する（ステップＳ２１２）。
【０１１５】
制御部４８は、測定された３回非点収差の大きさと目標値との差が所定値以下ではないと判定した場合（ステップＳ２１２でＮＯの場合）、３回非点収差の測定結果に基づいて、３回非点収差の大きさが目標値に近づくように収差補正装置３０を制御する（ステップＳ２０８）。
【０１１６】
制御部４８および収差測定部４４は、ステップＳ２０８、ステップＳ２１０、およびステップＳ２１２の処理を繰り返し行い、３回非点収差の大きさを目標値に近づける。
【０１１７】
制御部４８が測定された３回非点収差の大きさと目標値との差が所定値以下であると判
定した場合（ステップＳ２１２でＹＥＳの場合）、処理部４０は、収差補正処理を終了する。
【０１１８】
第２実施形態に係る電子顕微鏡は、例えば、以下の特徴を有する。
【０１１９】
第２実施形態に係る電子顕微鏡では、収差測定部４４が６次スリーローブ収差を測定し、算出部４６が６次スリーローブ収差の測定結果に基づいて３回非点収差の大きさを算出し、制御部４８が算出部４６における算出結果に基づいて、収差補正装置３０に対して３回非点収差を発生させる制御を行う。そのため、第２実施形態に係る電子顕微鏡では、収差補正装置３０において６回非点収差を補正した後に支配的な収差として残る６次スリーローブ収差に対して３回非点収差を導入して、６次スリーローブ収差による電子線の位相変化を低減できる。したがって、第２実施形態に係る電子顕微鏡によれば、上述した第１実施形態に係る電子顕微鏡１００と同様に、像の分解能を向上できる。
【０１２０】
第２実施形態に係る電子顕微鏡では、制御部４８が収差補正装置３０に対して、６次スリーローブ収差がつくる３回場と３回非点収差がつくる３回場との間の角度のずれが６０度となるように、３回非点収差を発生させる制御を行う。これにより、６次スリーローブ収差と３回非点収差とが打ち消しあって収差補正範囲を広げることができる。
【０１２１】
第２実施形態に係る電子顕微鏡では、制御部４８は、第１多極子３２ａ、第２多極子３２ｂ、および第３多極子３２ｃの少なくとも１つを制御して、３回非点収差を発生させる。そのため、容易に、６次スリーローブ収差による電子線の位相変化を低減できる。
【０１２２】
第２実施形態に係る収差補正方法は、６次スリーローブ収差を測定する工程と、６次スリーローブ収差の測定結果に基づいて、６次スリーローブ収差による電子線の位相変化を低減するための３回非点収差の大きさを算出する算出工程と、当該算出工程における算出結果に基づいて、収差補正装置３０において３回非点収差を発生させる収差発生工程と、を含む。そのため、収差補正装置３０において６回非点収差を補正した後に支配的な収差として残る６次スリーローブ収差による電子線の位相変化を低減でき、像の分解能を向上できる。
【０１２３】
３．  第３実施形態
３．１．  電子顕微鏡の構成
次に、第３実施形態に係る電子顕微鏡について説明する。以下、上述した第１実施形態および第２実施形態に係る電子顕微鏡と異なる点について説明し、同様の点については説明を省略する。
【０１２４】
上述した第１実施形態に係る電子顕微鏡１００では、４次スリーローブ収差を導入することで、６次スリーローブ収差による電子線の位相変化を低減した。また、第２実施形態に係る電子顕微鏡では、３回非点収差を導入することで、６次スリーローブ収差による電子線の位相変化を低減した。
【０１２５】
これに対して、第３実施形態に係る電子顕微鏡では、４次スリーローブ収差および３回非点収差を導入することで、６次スリーローブ収差による電子線の位相変化を低減する。
【０１２６】
なお、第３実施形態に係る電子顕微鏡の構成は図１に示す第１実施形態に係る電子顕微鏡１００の構成と同じであり、その図示および説明を省略する。
【０１２７】
本実施形態では、算出部４６は、収差測定部４４における６次スリーローブ収差の測定結果に基づいて、６次スリーローブ収差による電子線の位相変化を低減するための、４次
スリーローブ収差および３回非点収差の大きさを算出する。
【０１２８】
図１０は、６次スリーローブ収差がつくる３回場Ｆ１、４次スリーローブ収差がつくる３回場Ｆ２、および３回非点収差がつくる３回場Ｆ３の角度の関係を説明するための図である。
【０１２９】
図１０に示すように、４次スリーローブ収差は、６次スリーローブ収差がつくる３回場Ｆ１と４次スリーローブ収差がつくる３回場Ｆ２との間の角度のずれが６０度となるように導入される。また、３回非点収差は、６次スリーローブ収差がつくる３回場Ｆ１と３回非点収差がつくる３回場Ｆ３との間の角度のずれが０度となるように導入される。すなわち、３回場Ｆ１と３回場Ｆ３とは角度のずれがない。このように、６次スリーローブ収差に４次スリーローブ収差および３回非点収差を導入することによって３回対称の収差同士で打ち消しあって、６次スリーローブ収差による電子線の位相変化を低減できる。
【０１３０】
６次スリーローブ収差の大きさがＲ７［ｍｍ］であった場合、６次スリーローブ収差による電子線の位相変化を低減するための４次スリーローブ収差の大きさＲ５および３回非点収差の大きさＡ３は、収差関数χを下記式（３）として、下記式（４）の連立方程式をＲ５およびＡ３に対して解くことで求められる。
【０１３１】
【数３】
2017220413.tif 000005
【０１３２】
【数４】
2017220413.tif 000006
【０１３３】
ただし、ｋ１は、低角側の許容位相変化量であり、ｋ２は、高角側の許容位相変化量である。
【０１３４】
例えば、６次スリーローブ収差が１０ｍｍの場合、許容位相変化量ｋ１をπ／４、許容位相変化量ｋ２をπ／４、電子線の波長λを０．００４９ｎｍ（加速電圧６０ｋＶ）として、上記式（４）を用いて計算を行うと、４次スリーローブ収差の大きさＲ５は６３μｍとなり、３回非点収差の大きさＡ３は７８ｎｍとなる。
【０１３５】
本実施形態では、制御部４８は、算出部４６における算出結果に基づいて、収差補正装置３０に対して、４次スリーローブ収差および３回非点収差を発生させる制御を行う。４次スリーローブ収差は、第１転送レンズ系３４および第２転送レンズ系３５を調整するこ
とで発生させることができる。また、３回非点収差は、第１多極子３２ａ、第２多極子３２ｂ、および第３多極子３２ｃの少なくとも１つを調整することで発生させることができる。
【０１３６】
図１１Ａは、６次スリーローブ収差を１０ｍｍとし、４次スリーローブ収差を６３μｍとし、３回非点収差を７８ｎｍとした場合のロンチグラムの計算結果である。図１１Ｂは、６次スリーローブ収差を１０ｍｍとし、４次スリーローブ収差を６３μｍとし、３回非点収差を７８ｎｍとした場合の位相分布の計算結果である。図１１Ｃは、図１１Ｂに示す点線上のプロファイルである。
【０１３７】
図４Ａ、図４Ｂ、および図４Ｃに示すように、６次スリーローブ収差のみの場合、収差補正範囲が４６ｍｒａｄであった。これに対して、図１１Ａ、図１１Ｂ、および図１１Ｃに示すように、６次スリーローブ収差に４次スリーローブ収差および３回非点収差を加えた場合、６次スリーローブ収差の大きさは図４Ａ、図４Ｂ、および図４Ｃに示す場合と同じであるが、収差補正範囲は７７ｍｒａｄまで広がった。
【０１３８】
なお、低角側の許容位相変化量ｋ１は、図１１Ｃに示すグラフの低角側の極値での位相変化量に対応し、高角側の許容移動変化量ｋ２は、図１１Ｃに示すグラフの高角側の極値での位相変化量に対応している。
【０１３９】
３．２．  電子顕微鏡の動作
次に、第３実施形態に係る電子顕微鏡の動作について説明する。図１２は、第３実施形態に係る電子顕微鏡の処理部４０の収差補正処理の一例を示すフローチャートである。
【０１４０】
図１２に示すステップＳ３００、ステップＳ３０２、およびステップＳ３０４の処理は、それぞれ上述した図６に示すステップＳ１００、ステップＳ１０２、およびステップＳ１０４の処理と同様に行われる。
【０１４１】
収差測定部４４で６次スリーローブ収差が測定された後（ステップＳ３０４の後）に、算出部４６は、収差測定部４４における６次スリーローブ収差の測定結果に基づいて、６次スリーローブ収差による電子線の位相変化を低減するための４次スリーローブ収差の大きさ（目標値）および３回非点収差の大きさ（目標値）を算出する（ステップＳ３０６）。
【０１４２】
算出部４６は、上記式（４）を用いて、４次スリーローブ収差の大きさ（目標値）および３回非点収差の大きさ（目標値）を算出する。
【０１４３】
次に、制御部４８は、算出部４６における４次スリーローブ収差および３回非点収差の大きさの算出結果に基づいて、収差補正装置３０に対して４次スリーローブ収差および３回非点収差を発生させる制御を行う（ステップＳ３０８）。
【０１４４】
具体的には、制御部４８は、算出された４次スリーローブ収差の大きさに基づいて、第１転送レンズ系３４および第２転送レンズ系３５を制御するための制御信号を生成し、収差補正電源コントローラ３１に送る。また、制御部４８は、算出された３回非点収差の大きさに基づいて、第１多極子３２ａ、第２多極子３２ｂ、および第３多極子３２ｃの少なくとも１つを制御するための制御信号を生成し、収差補正電源コントローラ３１に送る。これにより、収差補正装置３０において４次スリーローブ収差および３回非点収差が発生する。
【０１４５】
次に、収差測定部４４は、ＳＲＡＭ法またはスリーローブ法により、収差を測定する（
ステップＳ３１０）。
【０１４６】
次に、制御部４８は、測定された４次スリーローブ収差と目標値との差が所定値以下であり、かつ、測定された３回非点収差の大きさと目標値との差が所定値以下であるという条件を満たしているか否かを判定する（ステップＳ３１２）。
【０１４７】
制御部４８は、上記条件を満たしていない判定した場合（ステップＳ３１２でＮＯの場合）、４次スリーローブ収差および３回非点収差の測定結果に基づいて、４次スリーローブ収差および３回非点収差の大きさが目標値に近づくように収差補正装置３０を制御する（ステップＳ３０８）。
【０１４８】
制御部４８および収差測定部４４は、ステップＳ３０８、ステップＳ３１０、およびステップＳ３１２の処理を繰り返し行い、４次スリーローブ収差および３回非点収差の大きさを目標値に近づける。
【０１４９】
制御部４８が上記条件を満たしていると判定した場合（ステップＳ３１２でＹＥＳの場合）、処理部４０は、収差補正処理を終了する。
【０１５０】
第３実施形態に係る電子顕微鏡は、例えば、以下の特徴を有する。
【０１５１】
第３実施形態に係る電子顕微鏡では、収差測定部４４が６次スリーローブ収差を測定し、算出部４６が６次スリーローブ収差の測定結果に基づいて４次スリーローブ収差および３回非点収差の大きさを算出し、制御部４８が算出部４６における算出結果に基づいて、収差補正装置３０に対して４次スリーローブ収差および３回非点収差を発生させる制御を行う。そのため、第３実施形態に係る電子顕微鏡では、６回非点収差を補正した後に支配的な収差として残る６次スリーローブ収差に対して４次スリーローブ収差および３回非点収差を導入して、６次スリーローブ収差による荷電粒子線の位相変化を低減できる。
【０１５２】
また、図１１Ａ、図１１Ｂ、および図１１Ｃに示すように、６次スリーローブ収差に対して、４次スリーローブ収差および３回非点収差を導入した場合には、４次スリーローブ収差のみを導入した場合（図５Ａ、図５Ｂ、および図５Ｃ参照）および３回非点収差のみを導入した場合（図８Ａ、図８Ｂ、および図８Ｃ参照）に比べて、収差補正範囲がより広がっている。したがって、第３実施形態に係る電子顕微鏡によれば、４次スリーローブ収差のみを導入した場合および３回非点収差のみを導入した場合に比べて、より像の分解能を向上できる。
【０１５３】
第３実施形態に係る電子顕微鏡では、制御部４８が収差補正装置３０に対して、６次スリーローブ収差がつくる３回場と４次スリーローブ収差がつくる３回場との間の角度のずれが６０度となるように、４次スリーローブ収差を発生させる制御を行い、６次スリーローブ収差がつくる３回場と３回非点収差がつくる３回場との間の角度のずれが０度となるように、３次スリーローブ収差を発生させる制御を行う。これにより、６次スリーローブ収差と、４次スリーローブ収差と、３回非点収差と、が打ち消しあって収差補正範囲を広げることができる。
【０１５４】
第３実施形態に係る収差補正方法は、６次スリーローブ収差を測定する工程と、６次スリーローブ収差の測定結果に基づいて、６次スリーローブ収差による電子線の位相変化を低減するための４次スリーローブ収差および３回非点収差の大きさを算出する算出工程と、当該算出工程における算出結果に基づいて、収差補正装置３０において４次スリーローブ収差および３回非点収差を発生させる収差発生工程と、を含む。そのため、収差補正装置３０において６回非点収差を補正した後に支配的な収差として残る６次スリーローブ収
差による電子線の位相変化を低減でき、像の分解能を向上できる。
【０１５５】
４．  第４実施形態
次に、第４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１３は、第４実施形態に係る電子顕微鏡２００を模式的に示す図である。以下、第４実施形態に係る電子顕微鏡において、第１実施形態に係る電子顕微鏡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。
【０１５６】
上述した第１実施形態に係る電子顕微鏡１００は、図１に示すように、収差補正装置３０が照射系に組み込まれていた。
【０１５７】
これに対して、第２実施形態に係る電子顕微鏡２００では、図１３に示すように、収差補正装置３０が結像系に組み込まれている。
【０１５８】
また、上述した電子顕微鏡１００が走査透過電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）であったが、電子顕微鏡２００は、透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）である。
【０１５９】
収差補正装置３０は、電子顕微鏡１００の結像系に組み込まれている。図示の例では、収差補正装置３０は、対物レンズ１４の後段に配置されている。収差補正装置３０は、電子顕微鏡１００の結像系の収差を補正するための装置である。具体的には、収差補正装置３０は、負の球面収差を作り出し、結像系の正の球面収差を打ち消すことで結像系の球面収差を補正する球面収差補正装置である。
【０１６０】
電子顕微鏡２００は、偏向コイル２０２を含んで構成されている。偏向コイル２０２は、集束レンズ１２の後段に配置されている。偏向コイル２０２は、電子線を偏向させることができる。偏向コイル２０２によって、試料Ｓ（試料面）に対する電子線の照射角度を制御することができる。
【０１６１】
電子顕微鏡２００では、電子源１０から放出された電子線は、集束レンズ１２で集束されて試料Ｓに照射される。試料Ｓを透過した電子線は、対物レンズ１４、中間レンズ１８および投影レンズ２０によって結像される。結像された透過電子顕微鏡像（ＴＥＭ像）は、撮像装置２４で撮影される。
【０１６２】
本実施形態では、収差測定部４４は、ディフラクトグラムタブロー（Ｄｉｆｆｒａｃｔｏｇｒａｍ  Ｔａｂｌｅａｕ）法を用いて収差の測定を行う。ディフラクトグラムタブロー法は、試料面への電子線照射角度を変えて複数のアモルファス試料のＴＥＭ像を撮影し、それらをフーリエ変換することで得られるディフラクトグラムを基にして収差を計測する手法である。電子線の照射角度は、偏向コイル２０２で制御することができる。
【０１６３】
電子顕微鏡２００の動作は、収差測定部４４がディフラクトグラムタブロー法を用いて収差を測定する点を除いて、上述した電子顕微鏡１００の動作と同じでありその説明を省略する。
【０１６４】
電子顕微鏡２００によれば、電子顕微鏡１００と同様の作用効果を奏することができる。なお、電子顕微鏡２００の構成は、上述した第２実施形態および第３実施形態にも適用できる。
【０１６５】
５．  その他
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。
【０１６６】
上述した実施形態では、図２に示すように、収差補正装置３０は、３段３回場型の球面収差補正装置であったが、図１４に示すように、収差補正装置３０は、２段３回場型の球面収差補正装置であってもよい。
【０１６７】
収差補正装置３０は、図１４に示すように、第１多極子３２ａと、第２多極子３２ｂと、転送レンズ系３４と、を有している。図１４に示す収差補正装置３０において、４次スリーローブ収差を発生させる場合には、転送レンズ系３４を用いる。また、３回非点収差を発生させる場合には、第１多極子３２ａおよび第２多極子３２ｂの少なくとも一方を用いる。
【０１６８】
なお、収差補正装置が四段以上の複数段の多極子を有する場合についても、上述した実施形態の手法を同様に適用できる。
【０１６９】
上述した実施形態及び変形例は一例であって、これらに限定されるわけではない。例えば各実施形態及び各変形例は、適宜組み合わせることが可能である。
【０１７０】
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】
【０１７１】
１０…電子源、１２…集束レンズ、１３…走査コイル、１４…対物レンズ、１６…試料ステージ、１７…試料ホルダー、１８…中間レンズ、２０…投影レンズ、２２…撮像装置、２２ａ…明視野ＳＴＥＭ検出器、２２ｂ…暗視野ＳＴＥＭ検出器、２４…撮像装置、３０…収差補正装置、３１…収差補正電源コントローラ、３２ａ…第１多極子、３２ｂ…第２多極子、３２ｃ…第３多極子、３４…第１転送レンズ系、３４ａ…第１転送レンズ、３４ｂ…第２転送レンズ、３５…第２転送レンズ系、３５ａ…第１転送レンズ、３５ｂ…第２転送レンズ、３６…転送レンズ系、３６ａ…第１転送レンズ、３６ｂ…第２転送レンズ、４０…処理部、４２…球面収差補正部、４４…収差測定部、４６…算出部、４８…制御部、５０…操作部、５２…表示部、５４…記憶部、１００…電子顕微鏡、２００…電子顕微鏡、２０２…偏向コイル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
2017220413.tif 000019
【図８Ｃ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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