(57)【要約】【課題】電子顕微鏡システムおよび電子顕微鏡システムの収差を測定する方法を提供する。【解決手段】電子顕微鏡システムおよび電子顕微鏡システムの収差を測定する方法が開示される。アパーチャーが、選択されたエネルギーおよび運動量を有する電子を通過させるように、電子顕微鏡の回折面で電子ビームをフィルタリングする。電子顕微鏡の検出器の画像面で、通過した電子の画像の変位が測定される。測定された変位、ならびに通過した電子のエネルギーおよび運動量のうちの少なくとも１つから、電子顕微鏡の収差係数が決定される。測定された収差は、電子顕微鏡または電子顕微鏡の光学要素のパラメータを変更することによって、電子顕微鏡の全体的収差を制御するために使用され得る。【選択図】図６
2020520053.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子顕微鏡の収差を測定する方法であって、
選択されたエネルギーおよび運動量を有する電子を通過させるように、前記電子顕微鏡の回折面で前記電子顕微鏡の電子ビームをフィルタリングすることと、
前記電子顕微鏡の画像面で、前記通過した電子の画像の変位を測定することと、
前記測定された変位、ならびに前記通過した電子の前記エネルギーおよび運動量のうちの少なくとも１つから、前記電子顕微鏡の収差係数を決定することと、
前記決定された収差係数に少なくとも部分的に基づいて、前記電子顕微鏡のパラメータを変更し、前記電子顕微鏡の前記収差を制御することと
を含む、方法。
【請求項２】
前記電子顕微鏡が、前記電子顕微鏡の電子ビームを制御するための鏡要素を含み、前記方法が、前記収差を変更するために前記鏡要素を調整することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記回折面内で移動可能なアパーチャーを使用して前記電子を選択することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記電子ビームをフィルタリングすることが、前記回折面内の複数の位置で電子を選択することをさらに含み、前記複数の位置の各々で前記電子が同じ電子エネルギーを有する、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記電子ビームをフィルタリングすることが、前記回折面内の複数の位置で電子を選択することをさらに含み、前記複数の位置の各々で前記電子が同じ電子運動量を有する、請求項３に記載の方法。
【請求項６】
電子顕微鏡の収差を制御する方法であって、
前記電子顕微鏡の回折面で電子の分散したエネルギー分布を取得することと、
前記回折面内の前記分散したエネルギー分布の選択された位置にアパーチャーを配置することと、
前記アパーチャーの前記選択された位置に関して、前記電子顕微鏡の画像面内の前記アパーチャーの画像の変位を測定することと、
前記アパーチャーの前記測定された変位および前記選択された位置から、前記電子顕微鏡の収差係数を決定することと、
前記決定された収差係数に少なくとも部分的に基づいて、前記電子顕微鏡の要素のパラメータを変更し、前記電子顕微鏡の前記収差を制御することと
を含む、方法。
【請求項７】
前記電子顕微鏡が、前記電子顕微鏡の電子ビームを制御するための光学要素を含み、前記方法が、前記光学要素で収差を生み出すように前記光学要素の設定を変更し、前記電子顕微鏡の前記収差を制御することをさらに含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記光学要素が鏡である、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記アパーチャーを使用して一定の電子運動量で複数の電子エネルギーを選択することと、電子エネルギーによる前記画像の変位に少なくとも部分的に基づいて色収差係数を決定することとをさらに含む、請求項６に記載の方法。
【請求項１０】
前記アパーチャーを使用して一定の電子エネルギーで複数の電子運動量を選択することと、電子運動量による前記画像の変位に少なくとも部分的に基づいて球面収差係数を決定することとをさらに含む、請求項６に記載の方法。
【請求項１１】
電子顕微鏡システムであって、
前記電子顕微鏡システムの電子ビームを方向付けるための光学要素と、
電子顕微鏡の回折面に形成される前記電子ビームのエネルギーと運動量の分散関係の一部を選択するための前記回折面内のアパーチャーと、
プロセッサと
を備え、前記プロセッサが、
前記エネルギーと運動量の分散関係の前記選択された一部に関して、前記電子顕微鏡の画像面内の前記アパーチャーの画像の変位を測定することと、
前記測定された変位および前記エネルギーと運動量の分散関係の前記選択された一部から収差係数を決定することと、
前記決定された収差係数に少なくとも部分的に基づいて、前記光学要素の設定を変更して、前記電子顕微鏡の収差を制御することと
を実行するように構成される、
電子顕微鏡システム。
【請求項１２】
前記アパーチャーが、複数のアパーチャーをさらに含んでおり、前記プロセッサが、望ましい範囲の角度およびエネルギーで通過させるアパーチャーを選択する、請求項１１に記載の電子顕微鏡システム。
【請求項１３】
前記アパーチャーが一定の電子運動量で複数の電子エネルギーを選択し、前記プロセッサが、電子エネルギーによる前記画像の変位に少なくとも部分的に基づいて色収差係数を決定する、請求項１１に記載の電子顕微鏡システム。
【請求項１４】
前記アパーチャーが一定の電子エネルギーで複数の電子運動量を選択し、前記プロセッサが、電子運動量による前記画像の変位に少なくとも部分的に基づいて球面収差係数を決定する、請求項１１に記載の電子顕微鏡システム。
【請求項１５】
前記光学要素が鏡である、請求項１１に記載の電子顕微鏡システム。
【請求項１６】
電子顕微鏡の収差を制御するための装置であって、
選択されたエネルギーおよび運動量の電子を通す前記電子顕微鏡の回折面でのアパーチャーと、
前記通過した電子の変位を測定するための検出器と、
プロセッサと
を備え、前記プロセッサが、
前記通過した電子の前記選択されたエネルギーおよび前記選択された運動量のうちの少なくとも１つを受信することと、
試料の画像の測定された変位を受信することと、
前記測定された変位ならびに前記選択されたエネルギーおよび前記選択された運動量のうちの少なくとも１つから収差係数を決定することと、
前記決定された収差係数に少なくとも部分的に基づいて、前記電子顕微鏡の設定を変更して、前記電子顕微鏡の前記収差を制御することと
を実行するように構成される、
装置。
【請求項１７】
前記通過した電子の前記エネルギーおよび運動量を選択するために、前記回折面内で前記アパーチャーを移動するためのアクチュエータをさらに備える、請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
前記アパーチャーが複数のアパーチャーをさらに含む、請求項１６に記載の装置。
【請求項１９】
前記複数のアパーチャーの各々が固有の直径を有する、請求項１８に記載の装置。
【請求項２０】
前記プロセッサが、前記複数のアパーチャーのうちの１つを選択することによって、エネルギーおよび運動量のうちの１つの範囲を選択する、請求項１９に記載の装置。
【請求項２１】
電子顕微鏡を動作させる方法であって、
請求項６ないし１０のいずれか一項に記載のステップを含み、
前記制御された収差を有する前記電子顕微鏡を使用して試料の画像を取得することをさらに含む、
方法。
【請求項２２】
前記収差係数を決定するために前記アパーチャーを前記回折面に配置することと、
前記試料の前記画像を取得するために前記回折面から前記アパーチャーを除去することと
をさらに含む、請求項２１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、画像化デバイスにおける収差の制御に関し、より詳細には、電子顕微鏡における収差の量を測定および制御するためのシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子顕微鏡は、加速された電子のビームを検査対象の試料に当てて、試料の高解像度の画像を取得する。電子ビームを方向付けるためおよび試料の画像を形成するために使用される複数の光学要素に起因して、電子顕微鏡には、色収差、球面収差などの特定の収差が発生する傾向がある。それらの光学要素を、収差に対処するように調整することができるが、収差に対処するには、まず収差を測定しなければならない。低エネルギー電子顕微鏡（ＬＥＥＭ：Low Energy Electron Microscope）および光電子放射顕微鏡（ＰＥＥＭ：Photo Electron Emission Microscope）における球面収差および色収差の測定は、長い時間と労力を要するプロセスであり、自動化することが難しい。球面収差を測定する１つの方法では、電子顕微鏡の入射ビーム角およびコントラスト・アパーチャーが一緒にスキャンされる。ビーム角がスキャンされるときに、球面収差、焦点ぼけ、および非点収差に起因して、画像がシフトする。ビーム角に対する画像のシフトの系統的測定から、これらの収差を測定できる。実空間微小点低エネルギー電子回折（Real Space Microspot Low Energy Electron Diffraction）という別の方法が知られている。その場合、試料には、小さな点の電子ビームが当てられる。試料が入射ビームを、周知の角度をそれぞれ有する複数の反射ビームに回折するときに、それらのビームの画像は、球面収差、焦点ぼけ、および非点収差に起因して、画像面内で正確には一致しない。それらの小さな点の画像の相対的変位を測定することによって、それらの収差を測定できる。これらの方法は、両方とも、回析ビームを生成するために、常に利用できるとは限らない単結晶試料を必要とする。色収差を測定するために、入射電子ビームのエネルギーが変えられる。この方法は、エネルギーの設定ごとに、面倒な手順である顕微鏡の再位置合わせを必要とする。また、光電子が使用される場合、これらの方法はどちらも機能しない。そのような検査手順の難しさは、電子顕微鏡が較正される回数を制限する傾向がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
したがって、より機械的に（more routinely）収差を補正する対策を講じるために、多くの労力を要する較正および測定プロトコルのない、収差を測定するための方法を開発する必要がある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の実施形態によれば、電子顕微鏡の収差を測定する方法は、選択されたエネルギーおよび運動量を有する電子を通過させるように、電子顕微鏡の回折面で電子顕微鏡の電子ビームをフィルタリングすることと、電子顕微鏡の画像面で、通過した電子の画像の変位を測定することと、測定された変位、ならびに通過した電子のエネルギーおよび運動量のうちの少なくとも１つから、電子顕微鏡の収差係数を決定することと、決定された収差係数に少なくとも部分的に基づいて、電子顕微鏡のパラメータを変更し、電子顕微鏡の収差を制御することとを含む。
【０００５】
本発明の他の実施形態によれば、電子顕微鏡の収差を制御する方法は、電子顕微鏡の回折面で電子の分散したエネルギー分布を取得することと、回折面内の分散したエネルギー分布の選択された位置にアパーチャーを配置することと、アパーチャーの選択された位置に関して、電子顕微鏡の画像面内のアパーチャーの画像の変位を測定することと、アパーチャーの測定された変位および選択された位置から、電子顕微鏡の収差係数を決定することと、決定された収差係数に少なくとも部分的に基づいて、電子顕微鏡の要素のパラメータを変更し、電子顕微鏡の収差を制御することとを含む。
【０００６】
本発明の他の実施形態によれば、電子顕微鏡システムは、電子顕微鏡システムの電子ビームを方向付けるための光学要素と、電子顕微鏡の回折面に形成される電子ビームのエネルギーと運動量の分散関係の一部を選択するための回折面内のアパーチャーと、プロセッサとを含んでおり、このプロセッサが、エネルギーと運動量の分散関係の選択された一部に関して、電子顕微鏡の画像面内のアパーチャーの画像の変位を測定することと、測定された変位およびエネルギーと運動量の分散関係の選択された一部から収差係数を決定することと、決定された収差係数に少なくとも部分的に基づいて、光学要素の設定を変更して、電子顕微鏡の収差を制御することとを実行するように構成される。
【０００７】
本発明の他の実施形態によれば、電子顕微鏡の収差を制御するための装置が、選択されたエネルギーおよび運動量の電子を通す電子顕微鏡の回折面でのアパーチャーと、通過した電子の変位を測定するための検出器と、プロセッサとを含んでおり、このプロセッサが、通過した電子の選択されたエネルギーおよび選択された運動量のうちの少なくとも１つを受信することと、試料の画像の測定された変位を受信することと、測定された変位ならびに選択されたエネルギーおよび選択された運動量のうちの少なくとも１つから収差係数を決定することと、決定された収差係数に少なくとも部分的に基づいて、電子顕微鏡の設定を変更して、電子顕微鏡の収差を制御することとを実行するように構成される。
【０００８】
本発明の他の実施形態によれば、電子顕微鏡を動作させる方法は、電子顕微鏡の回折面で電子の分散したエネルギー分布を取得することと、回折面内の分散したエネルギー分布の選択された位置にアパーチャーを配置することと、アパーチャーの選択された位置に関して、電子顕微鏡の画像面内のアパーチャーの画像の変位を検出器で測定することと、アパーチャーの測定された変位および選択された位置から、電子顕微鏡の収差係数をプロセッサを使用して決定することと、決定された収差係数に少なくとも部分的に基づいて、電子顕微鏡の要素の設定を変更し、電子顕微鏡の収差を制御することと、制御された収差を有する電子顕微鏡を使用して試料の画像を取得することとを含む。
【０００９】
本発明と見なされる対象は、本明細書の最後にある特許請求の範囲において具体的に指摘され、明確に請求される。本発明の前述およびその他の特徴、および利点は、添付の図面と併せて行われる以下の詳細な説明から明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態に従って示されている例示的な電子顕微鏡の概略図である。
【図２】図１の電子顕微鏡の回折面でのエネルギーと運動量の分散関係を示す図である。
【図３】本発明の実施形態に従って、回折面での一定のエネルギーでコントラスト・アパーチャーによって選択されたさまざまな角度／運動量の値に関して、電子顕微鏡の検出器での画像の変位間の関係を示す図である。
【図４】本発明の実施形態に従って、回折面での一定の角度／運動量ｋｙの値でアパーチャーによって選択されたエネルギー値で、検出器での電子ビームの焦点ぼけ間の関係を示す図である。
【図５】本発明の実施形態に従って、電子顕微鏡の収差係数を決定するために電子顕微鏡の回折面で使用するための、例示的なアパーチャー制御メカニズムを示す図である。
【図６】本発明の実施形態に従って、電子顕微鏡における収差を補正するための方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の実施形態は、陰極レンズ電子顕微鏡（cathode lens electron microscopes）（例えば、低エネルギー電子顕微鏡（ＬＥＥＭ）および光電子放射顕微鏡（ＰＥＥＭ））における球面収差または色収差あるいはその両方を測定するため、およびそれによって、球面収差または色収差あるいはその両方を制御するためのシステムおよび方法を提供する。磁気プリズム・アレイの分散特性を使用し、磁気プリズム・アレイへの入射面に狭いスリット・アパーチャーを配置することによって、顕微鏡の分散コントラスト・アパーチャー面（dispersive contrast aperture plane）内のエネルギー対運動量の投影が形成される。この分散面内のコントラスト・アパーチャーをスキャンし、コントラスト・アパーチャーの位置ごとに実空間画像を形成することによって、球面収差係数および色収差係数の両方を、１つのアパーチャーの位置から次のアパーチャーの位置への画像のシフトから抽出できる。
【００１２】
ここで、図１を参照すると、本発明の実施形態に従って、例示的な電子顕微鏡１００の概略図が示されている。電子顕微鏡１００は、特に、電子銃１０２、第１の磁気プリズム・アレイ（ＭＰＡ（Magnetic Prism Array）１）１０４、試料１０６、第２の磁気プリズム・アレイ（ＭＰＡ２）１０８、鏡１１０、および検出器１１２を含んでいる。
【００１３】
電子銃１０２は、ＭＡＰ１  １０４の方向に、電子ビーム１０３を生成する。電子ビーム１０３は、電子ビーム１０３の座標系内のｚ方向を定義する光軸に沿って伝搬し、ｙ方向はこのページの平面の外にあり、ｘ方向はｙ方向およびｚ方向の両方に対して直角である。ｚ方向は、伝搬の方向と共に変化することができるが、ｙ方向は、このページの平面の外でその方向を維持し、ｘ方向は、ｙ方向およびｚ方向の両方に対して直角のままである。
【００１４】
電子銃１０２は、冷電界放出銃などの、ただしこれに限定されない、選択されたエネルギーで電子のビームを供給するのに適した任意のタイプの電子銃であることができる。生成された電子は、銃レンズ（ＧＬ：gun lens）１１４および集光レンズ（ＣＬ：condenser lens）１１６によって、ＭＰＡ１  １０４の入射面に焦点を合わせられる。ＭＰＡ１  １０４は、電子ビーム１０３を、試料１０６に向けて９０度を超える角度で偏向させる。電子ビーム１０３は、ＭＰＡ１  １０４から離れると、対物レンズシステム１１８を通過して試料１０６に当たる。対物レンズシステム１１８は、磁気転写レンズ（magnetic transfer lens）Ｍ１  １２０およびビームを平行にして試料１０６に当てる対物レンズＯＬ（objective lens）１２２を含んでいる。本発明の実施形態では、試料１０６は、入射電子が試料１０６で選択されたエネルギー範囲に減速されるように、ある電位に維持される。電子は、試料１０６のからの反射後に、対物レンズシステム１１８によって、再びＭＰＡ１  １０４に向かって加速される。ＭＰＡ１  １０４は、電子を、ＭＰＡ２  １０８に向けて９０度を超える角度で再び偏向させる。電子ビームは、ＭＰＡ１  １０４とＭＰＡ２  １０８の中間にある静電転写レンズＥＬ（electrostatic transfer lens）１２８を通過する。ＭＰＡ２  １０８は、電子ビーム１０３を、鏡１１０に向けられた経路上で９０度を超える角度で偏向させ、それによって電子ビーム１０３は、ＭＰＡ２  １０８と鏡１１０の間に配置された磁気レンズＭ２  １３０および磁気レンズＭ３  １３２を通過する。電子ビーム１０３は、鏡１１０から反射すると、ＭＰＡ２  １０８に向かって進みながら、磁気レンズＭ３  １３２および磁気レンズＭ２  １３０を再び通過する。
【００１５】
ＭＰＡ２は、電子ビーム１０３を、レンズＰ１〜Ｐ４（Ａ、Ｂ）（それぞれ、レンズ１４０および１４２）および検出器１１２を含んでいるプロジェクタ列に、９０度を超える角度で再び偏向させる。磁気転写レンズＰ１は、ビームをプロジェクタ・レンズＰ３に投影する。レンズＰ３およびレンズＰ４Ａ／Ｐ４Ｂの組み合わせられた設定は、検出器上の画像の倍率を決定する。代替として、画像スクリーン上に方向付けられた検査のために、レンズＰ２（１３６）を励磁することによって、回折パターン（またはエネルギー・スペクトル）を、Ｐ３（１３８）の対物面に配置することができる。
【００１６】
図１の実施形態例では、ＭＰＡ１およびＭＰＡ２が、電子を９０度偏向させる。ＭＰＡ１およびＭＰＡ２による偏向量は、電子顕微鏡の本質的要素ではない。他の電子顕微鏡の実施形態は、６０度または任意のその他の角度で、電子ビームを偏向させることができる。収差を測定するための本明細書に記載された同じ方法が、これらの実施形態だけでなく、他の偏向角度を有する実施形態にも適用される。
【００１７】
電子ビーム１０３が検出器１１２に達するときに、対物レンズＭＰＡ１、ＭＰＡ２などの電子顕微鏡のさまざまな要素に起因する、さまざまな収差が発生する。特に、そのような要素は、色収差および球面収差などの画像収差をとりわけ電子ビーム１０３に導入する。収差に関して電子ビーム１０３を補正するために、例えば鏡１１０またはその他の光学要素を、反対収差（counter-aberration）（例えば、色収差または球面収差あるいはその両方など）を電子ビーム１０３に提供するように調整することができ、反対収差は、電子顕微鏡１００のビームを変形させる他の要素に起因する収差の影響に対抗するか、またはそのような影響を相殺するか、あるいはその両方を行う。
【００１８】
コントラスト・アパーチャー１４４は、検査および較正の目的で画像を形成するために、電子ビームの一部を選択するように、磁気転写レンズＰ１  １３４に近接して配置され得る。試料１０６の画像を取得するために、コントラスト・アパーチャー１４４を使用することができ、試料１０６を電子ビーム１０３内に配置することができる。
【００１９】
収差を決定するために、電子顕微鏡の回折面内（すなわち、レンズＰ１で）の分散関係と検出器１１２に形成された画像の間の関係を観察することができる。本発明の実施形態では、対物レンズＯＬ１２２からの回折パターンが観察される。平面ＯＳは、対物レンズＯＬ１２２の回折面の画像１２４を示す。電子顕微鏡の形状は、回折面１２４内の回折パターンがＰ１レンズ１３４で再現されるようになっている。一実施形態では、コントラスト・アパーチャー１４４が、Ｐ１レンズ１３４の中心に位置する回折面１４６に配置され、さまざまなエネルギーおよび運動量の値で電子ビーム１０３の一部を選択するために使用される。検出器１１２での画像の変位に対するさまざまなエネルギーおよび運動量の値の影響の観察が、電子顕微鏡の収差の決定に使用され得る。
【００２０】
回折面１２４で、試料１０６からの電子が分布を形成し、電子エネルギーは、エワルド球によって示されるように、０〜最大エネルギーＥｍに及ぶ。エワルド球の半径は、各電子エネルギーでの面内のｋｘベクトルおよびｋｙベクトルの最大値に関連している。エワルド球は、電子が試料と相互作用するか、または試料から放出されるときに、電子のエネルギーの平方根（すなわち、ｓｑｒｔ（Ｅ））と共に直径が増加する。狭いスリット（「フィルタ入射スリット（filter entrance slit）」）１２６が、Ｍ１磁気転写対物レンズ１２０とＭＰＡ１  １０４の間のＭ１磁気転写レンズ１２０の回折面１２４に挿入される。狭いスリット１２６は、描画の平面に垂直なｙ方向に引き延ばされ、ｘ方向に狭くなっている。したがって、狭いスリット１２６は、ｋｙ方向に沿ってある範囲の運動量の値を有する電子が通過するのを許すが、ｋｘ方向には電子の狭いスライスしか通過するのを許さない。狭いスリット１２６を通過する前の電子ビーム１０３のエネルギー対運動量の分布は、３次元放物面の形態である。狭いスリット１２６には、この放物面からの（ｋｘ方向の）狭いスライスのみを通過させる効果がある。ＭＰＡ１  １０４、ＭＰＡ２  １０８、またはその他のエネルギー分散要素、あるいはその組み合わせは、電子ビーム１０３のこのスライスを分散させる。ＭＰＡ２（１０８）の出口でのＰ１レンズ１３４の回折面で、エネルギー対運動量ｋｙを表す放物線状の分散関係が現れる。運動量ｋｙは、光軸と相対的な電子の角度θに直接関係している。
【００２１】
図２は、本発明の実施形態における図１の電子顕微鏡のＰ１レンズ１３４の回折面でのエネルギーと運動量の分散関係２００を示している。分散関係２００は、フィルタ入射スリット１２６を対物レンズ１２２の回折面１２４に配置することに起因する。境界２０２は、電子ビーム１０３のエネルギーおよび運動量の値に関連しているエワルド球の境界である。コントラスト・アパーチャー１４４は、Ｐ１回折面に挿入され、小さいエネルギーおよび運動量の範囲のみを選択する。このアパーチャーは、選択された運動量またはエネルギーあるいはその両方の値の電子を通すために使用される。このアパーチャーは、複数の運動量またはエネルギーあるいはその両方の値の電子を通過させるように移動することができ、電子顕微鏡１００の収差係数を決定するために、このアパーチャーの画像の変位を観察することができる。
【００２２】
回折面の可能性のあるスキャン方法を示すために、アパーチャー２０６および２０８が図２に示されている。本発明の実施形態では、ｋｙ方向（アパーチャー２０６によって示されている）に沿って、またはエネルギー分散方向（アパーチャー２０８によって示されている）に沿って、あるいはその両方に沿って移動する能力を有する単一のアパーチャーが使用される。アパーチャー２０６、２０８は、アパーチャー２０６、２０８の位置でのエネルギーおよび運動量の値を除く電子ビーム１０３を、回折面１４６で遮断する。アパーチャー２０６は、一定のエネルギー値で複数の運動量ｋｙの値をスキャンするための方法を示している。アパーチャー２０６は、一定のエネルギーで複数の運動量ｋｙの値を選択するために、矢印２１０で示されているｋｙ方向に沿って移動する。アパーチャー２０８は、一定の運動量ｋｙで複数のエネルギー値をスキャンするための方法を示している。アパーチャー２０８は、一定の運動量ｋｙで複数のエネルギーを選択するために、矢印２１２で示されているエネルギー分散方向に沿って移動する。アパーチャー２０６、２０８が各矢印２１０、２１２によって示された方向に沿って移動するときに、アパーチャー２０６、２０８によって通ることを許された試料の画像の対応する変位が、電子顕微鏡の画像面（すなわち、検出器１１２）に記録される。次に、電子顕微鏡の収差係数を決定するために、アパーチャーによって選択されたエネルギー／運動量の値と、検出器１１２での試料の画像の変位との間の関係を形成することができる。その後、決定された係数は、電子顕微鏡のパラメータを調整または変更して、顕微鏡の収差を制御するか、減らすか、または軽減するために、オペレータまたはプロセッサによって使用され得る。特に、電子顕微鏡１００の全体的収差が制御されるか、減らされるか、または０もしくは実質的に０に最小化されるか、あるいはその組み合わせが行われるように、対物レンズ１２２の収差を相殺するために、電子顕微鏡１００の収差係数を決定することによって、電子顕微鏡１００の鏡１１０を調整できる。
【００２３】
本発明の実施形態では、一定のエネルギーでの回折面の複数のｋｙ値を介して、矢印２１０によって示されている、主にｋｙ方向に移動するアパーチャー２０６を移動することによって、球面収差が決定される。したがって、ｋｙの各値は、電子顕微鏡の光軸と相対的な電子ビーム１０３の角度θに対応する。アパーチャー２０６の位置ごとに、試料の画像（すなわち、アパーチャー２０６によって通ることを許された電子ビームの一部を使用する画像）が検出器１１２に記録される。１の倍率の場合、アパーチャー２０６が複数のｋｙ値（すなわち、θ値）にわたってスキャンされるときに、画像が、ｄ＝Ｃ１＊θ１＋Ｃ３＊θ３の量だけシフトし、Ｃ１は焦点ぼけであり、Ｃ３は球面収差係数である。このようにして、画像シフトとθを測定することによって、焦点ぼけおよび球面収差の両方を決定できる。この手順を、電子のエネルギー・スペクトル内のＥの異なる値について繰り返すことができる。したがって、Ｃ１およびＣ３は、電子エネルギーに応じて決定され得る。別の実施形態では、矢印２１２で示されているように、エネルギー軸に沿ってアパーチャー２０８を移動し、一定のｋｙの値で複数のエネルギー値をスキャンすることによって、色収差が決定される。検出器１１２で、エネルギー軸に沿ったアパーチャー２０８の位置ごとに、試料の画像が記録される。アパーチャーの位置（すなわち、エネルギー）に応じて画像がシフトする。アパーチャーの位置との画像の偏向の比較は、色収差係数に関連する情報を提供し、したがって、Ｅ方向に沿ったアパーチャー２０８の位置に応じたこれらの画像のシフトから決定され得る。
【００２４】
図３は、検出器１１２での電子ビームの変位（偏向）と、回折面１４６での一定のエネルギーでアパーチャー２０６によって選択された運動量の値との間の関係３００を示している。運動量の値は、横座標に沿って偏向角度（ラジアン単位）によって示され、画像の偏向は、縦座標に沿って（ナノメートル単位で）示されている。この特定のスキャンの場合、ビーム・サンプルでの電子ビームのエネルギーは、一定であるか、または実質的に一定である２５ｅＶである。データ点が、円形３０２で示されている。曲線３０４は、データ点の最良適合を得るようにデータ点を通って描画されており、曲線３０４の係数は、回帰分析などの適切な方法によって決定されている。曲線３０４の係数は、電子顕微鏡１００の球面収差を示す。具体的には、画像の変位ｄは、方程式ｄ＝Ｃ１＊θ＋Ｃ３＊θ３によって運動量ｋｙに関連しており、θは回折面での角度のシフト（ｋｙに関連している）であり、Ｃ３は球面収差係数であり、Ｃ１は焦点ぼけである。曲線３０４の立体形状は、球面収差を有する試料の画像が、電子ビームの運動量ｋｙに応じて移動することを示している。したがって、球面収差も焦点ぼけ収差もないビームは、平坦な水平線として表される。θ＝０での例示的な曲線３０４の傾斜は０であり、Ｃ１＝０を示すが、焦点ぼけが０でない場合、検査中に、０以外の傾斜が検出される可能性がある。
【００２５】
図４は、検出器１１２での試料の画像の焦点ぼけと、回折面１４６での一定の運動量ｋｙの値でアパーチャー２０８によって選択されたエネルギー値との間の関係４００を示している。エネルギー値は、横座標に沿って（ｅＶ単位で）示され、画像の焦点ぼけは、縦座標に沿って（マイクロメートル単位で）示されている。曲線４０２、４０４、４０６は、色収差係数を含む方程式によってエネルギーに関係している。したがって、球面収差係数を決定するために、方程式を曲線４０２、４０４、４０６に適合させることができる。線２１２に沿ってアパーチャー２０８がスキャンされる際のｋｙの値が０に等しくない場合、エネルギーに依存する焦点ぼけが、エネルギーに依存する画像のシフトｄ＝焦点ぼけ＊θ１も引き起こす。したがって、エネルギーに依存する焦点ぼけ（エネルギーに依存する色収差およびオペレータによって制御される追加の焦点ぼけＣ１によって決まる）が、適切な角度θでのエネルギーに依存する画像のシフトｄから測定され得る。
【００２６】
図５は、電子顕微鏡１００の収差係数を決定するために電子顕微鏡１００のＰ１レンズ１３４の回折面で使用するための、例示的なアパーチャー制御メカニズム５００を示している。アパーチャー制御メカニズム５００は、電子ビームおよび回折面内の位置に、およびそのような位置から、アパーチャーを移動することができる。アパーチャー制御メカニズム５００は、１つまたは複数のアパーチャー５０４を有するアパーチャー・マニホールド（aperture manifold）５０２を含んでいる。複数のアパーチャーは、たがいに対する設定された空間的関係を有することができる。位置エンコード平行移動器（position-encoded translator）５０６が、選択された方向に沿ってアパーチャー・マニホールド５０２を駆動する。位置エンコード平行移動器５０６は、アパーチャー支持５１２によって回折面の所定の位置に保持され得る。本発明の実施形態では、位置エンコード平行移動器５０６は、ｘ方向平行移動器（x-direction translator）５０８およびｙ方向平行移動器（y-direction translator）５１０を含んでいる。ｘ方向平行移動器５０８は、分散関係のエネルギー−運動量軸に沿ってアパーチャー・マニホールド５０２を移動するように作動させることができ、ｙ方向平行移動器５１０は、ｋｙ軸に沿ってアパーチャー・マニホールド５０２を移動するように作動させることができる。本発明の実施形態では、平行移動器５０８、５１０は、圧電デバイスによって作動させることができる。さまざまな実施形態では、ｋｙとＥの放物線の主軸は、ｘ方向平行移動器５０８およびｙ方向平行移動器５１０の運動軸に揃わない。したがって、Ｅ軸または運動量ｋｙ軸のいずれかに沿ったスキャンは、平行移動器５０８、５１０の複合運動を含むことができる。プロセッサ５２０を使用して、平行移動器５０８、５１０を移動することができ、したがって、アパーチャー・マニホールド５０２を適切に移動するために、平行移動器５０８、５１０の動きを調整することができる。
【００２７】
本発明の実施形態では、プロセッサ５２０は、直線平行移動器５０８、５１０を制御することによって、回折面でアパーチャー・マニホールド５０２の動きを制御する。プロセッサ５２０は、アパーチャーの位置を決定するために、平行移動器５０８、５１０の位置を測定する。プロセッサ５２０は、検出器１１２から、選択されたアパーチャーの位置のアパーチャーによって通された画像の偏向測定値も受信する。プロセッサ５２０は、複数のアパーチャーの位置に対する複数の偏向測定値を受信したときに、次に、図３および４に示された関係のうちの１つまたは複数を使用して、収差係数を決定できる。プロセッサ５２０は、例えば、画像の偏向およびアパーチャーの位置のデータに対して回帰分析を実行することによって、適切な収差係数（球面収差係数、色収差係数など）を決定できる。次に、プロセッサ５２０は、収差を補正するのに適したコマンドを提供できる。本発明の実施形態では、プロセッサ５２０は、鏡１１０またはその他のレンズ要素などの、電子顕微鏡の光学要素を調整するためのコマンドを提供できる。光学要素を調整することは、鏡要素１１０の設定を調整すること、あるいは磁気レンズ要素または複数の要素の設定を調整することなどの、レンズ要素の設定を調整することを含んでよい。光学要素の適切な調整を提供することによって、光学要素に引き起こされる収差が、電子顕微鏡１００の全体的収差を相殺するか、または減らすことができる。
【００２８】
別の実施形態では、アパーチャー・マニホールド５０２は、複数のアパーチャー５０４を含んでおり、プロセッサ５２０は、複数のアパーチャー５０４の相対位置のマップを維持する。アパーチャー５０４の各々は、それ自身の固有の直径を有する。次に、アパーチャー５０４は、選択された範囲のエネルギー／運動量がアパーチャーを通過できるように選択され得る。プロセッサ５２０は、あるアパーチャー５０４から別のアパーチャー５０４に素早く正確に切り替えることができ、それによって、収差測定値を取得することにおいて使用される適切なエネルギーおよび運動量の範囲を選択できる。
【００２９】
図６は、本発明の実施形態に従って、電子顕微鏡における収差を補正するための方法を示すフローチャート６００を示している。ボックス６０２で、エネルギー対運動量の分散関係が、電子顕微鏡の回折面内で形成される。ボックス６０４で、アパーチャーが回折面内で使用されて回折面をスキャンし、それによって、アパーチャーの位置ごとに検出器に画像を形成する。ボックス６０６で、アパーチャーの位置と検出器での画像の偏向との間の関係が形成される。ボックス６０８で、形成された関係から収差係数が決定される。ボックス６１０で、電子顕微鏡の収差を制御するか、または減らすか、またはその両方を行うために、電子顕微鏡の要素のパラメータ（例えば、鏡１１０のパラメータ）が調整される。
【００３０】
本明細書に記載された方法は、入射電子ビームを使用できるが、光電子を使用しても同様に十分機能する。本明細書に記載された方法は、電子ビームまたは電子顕微鏡の位置合わせを調整することも変更することも必要とせずに、電子顕微鏡の収差を決定することを可能にする。したがって、この方法は、入射電子ビームの角度またはエネルギーを変更せずに、電子顕微鏡の収差を決定し、やはりそのような調整なしで、収差を補正するための方法を提供する。
【００３１】
本明細書で使用される用語は、特定の実施形態を説明することのみを目的としており、本発明を制限することを意図していない。本明細書において使用されるとき、単数形「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は、特に明示的に示されない限り、複数形も含むことが意図されている。「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」または「備えている（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」あるいはその両方の用語は、本明細書で使用される場合、記載された機能、整数、ステップ、動作、要素、またはコンポーネント、あるいはその組み合わせの存在を示すが、１つまたは複数のその他の機能、整数、ステップ、動作、要素、コンポーネント、またはこれらのグループ、あるいはその組み合わせの存在または追加を除外していないということが、さらに理解されるであろう。
【００３２】
下の特許請求の範囲内のすべての手段またはステップおよび機能要素の対応する構造、材料、動作、および等価なものは、具体的に請求されるその他の請求された要素と組み合わせて機能を実行するための任意の構造、材料、または動作を含むことが意図されている。本発明の説明は、例示および説明の目的で提示されているが、網羅的であることは意図されておらず、説明された形態での発明に限定されない。本発明の範囲および思想を逸脱することなく多くの変更および変形が可能であることは、当業者にとって明らかである。本発明の原理および実際的な適用を最も適切に説明するため、およびその他の当業者が、企図されている特定の用途に適しているようなさまざまな変更を伴う多様な実施形態に関して、本発明を理解できるようにするために、実施形態が選択されて説明された。
【００３３】
本明細書において示されたフロー図は、一例にすぎない。本発明の思想から逸脱することなく、本明細書に記載された図またはステップ（または動作）の多くの変形が存在することが可能である。例えば、ステップは異なる順序で実行されることが可能であり、あるいはステップは追加、削除、または変更されることが可能である。これらすべての変形は、請求された本発明の一部であると見なされる。
【００３４】
本発明の好ましい実施形態が説明されたが、現在および将来の当業者が以下の特許請求の範囲内に含まれるさまざまな改善および拡張を行うことができるということが、理解されるであろう。これらの特許請求は、最初に説明された本発明の適切な保護を維持するためであると解釈されるべきである。
【００３５】
本発明のさまざまな実施形態の説明は、例示の目的で提示されているが、網羅的であることは意図されておらず、説明された実施形態に限定されない。記載された実施形態の範囲および思想を逸脱することなく多くの変更および変形が可能であることは、当業者にとって明らかであろう。本明細書で使用された用語は、実施形態の原理、実際の適用、または市場で見られる技術を超える技術的改良を最も適切に説明するため、または他の当業者が本明細書に記載された実施形態を理解できるようにするために選択されている。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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