JP2012104426A - 荷電粒子光学装置及びレンズ収差測定方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】走査像を得る為のビーム走査を、通常対物レンズ直上に置かれる走査コイルで行うのではなく、収差被測定レンズである収差補正器ならびに対物レンズ上方置かれた走査コイルによって行うことによって、収差被測定レンズの持つ収差を反映した歪走査を試料面上で行い、これによって発生する散乱電子線、透過電位線、もしくは反射・二次電子線から走査像を形成することで、従来のロンチグラムと等価な収差情報パターンを、走査型で得られる手段を特徴とする。
【選択図】図6
Description
レンズの収差は、当該レンズの不完全性によって現れ、理想的な(収差のない)レンズを透過したときの電子軌道の変位や位相の余剰変化によってあらわされる。例えば、対物レンズ9を出射した面での収差による位相のズレは電子線の理想波面からのズレ、すなわち波面収差χ(ω,ωc)として、以下のように表わされる。なお、(式1)中のωの上付き横棒を(式1a)に示すように、説明文中では、ωcと表記、ωの複素共役を指すものとする。(式1)以降の式においてもωの上付き横棒に関しては、同様な表記を用いるものとする。
これらがビームプローブのボケ、即ち分解能低下を表すことになるが、逆にこれらを測定することで、収差を計測することが可能である。これらを具体的に測定するためには、図2で示すように収差を測定すべき光学系(図では、収差補正器6ならびに結像に寄与する対物レンズの前磁場9aである。)に対し、偏向器5でビーム入射位置をシフトさせ、さらに走査コイル7を用いて走査顕微鏡像、もしくは走査型透過電子顕微鏡像を得ることで上記各量を測定する。なお、対物レンズは、前磁場9aおよび後磁場9bを備える。また、収差補正器6は、図1で示す収差補正器制御システム及び電源18を用いて制御される。
以上の説明のような装置、手段を用いて、被測定レンズより上方で電子線を走査することにより、プローブタブロー法のように入射点を変えて多数回の煩雑な測定を繰り返すことなく、従来の透過型ロンチグラムと等価な走査ロンチグラムを得ることができ、透過ロンチグラムと同じ解析手段によって収差測定を行うことができる。さらに従来のロンチグラム法と異なり、図6、図8において上述説明の通り、試料の透過散乱電子線を利用できないSEMにおいても本手法は適用可能であり、またSTEMにおいても既存の明視野、暗視野、二次電子検出器等を用いることができるので、従来の透過ロンチグラム観察に必要だったイメージングカメラが本発明の手法では必ずしも必要とされないことが、本発明である「走査ロンチグラム法」を用いた収差測定法の特長である。
2…電子源、
3…収束レンズ(群)、
4…収束レンズ絞り、
5…電子線偏向器、
6…収差補正器、
7…走査コイル(電子線偏向器)、
8…SEM用二次電子・反射電子検出器、
9…対物レンズ、
9a…対物レンズ前磁場、
9b…対物レンズ後磁場、
10…試料ホルダ、
11…観察/被測定試料、
11o…観察/被測定試料(オーバーフォーカス位置)、
11u…観察/被測定試料(アンダーフォーカス位置)、
100…走査型透過電子顕微鏡(STEM)、
110…アモルファス薄膜(被測定試料)、
12…結像レンズ(群)、
13…電子線偏向器、
14…STEM暗視野検出器(大角度散乱電子環状検出器)、
15…STEM明視野検出器(小角度散乱電子検出器)、
16…電子線検出器(EELS検出器、或いはイメージング検出器)、
17…電子顕微鏡制御コンソール、
18…収差補正制御システム及び電源、
19…電子顕微鏡制御システム及び電源、
202a…入射電子線、
20…電子線、
20b…反射電子線(もしくは、二次電子線)
20c…透過電子線、
20d…散乱電子線、
200a…収差がない時の入射電子線の軌道、
201x…収差がある場合の入射電子線x軌道、
202y…収差がある場合の入射電子線y軌道、
203a…走査ロンチグラムを得る為の入射電子線、
203b…走査ロンチグラムを得る為の反射・二次電子線、
203d…走査ロンチグラムを得る為の透過散乱電子線、
21…歪投影像、
23…走査ロンチグラム用走査コイル(電子線偏向器)、
231…走査ロンチグラム用走査コイルの上段偏向コイル組、
231x…上段コイルで、x方向に偏向磁場を与えるコイル巻き線、
231y…上段コイルで、y方向に偏向磁場を与えるコイル巻き線、
232…走査ロンチグラム用走査コイルの下段偏向コイル組、
231x…下段コイルで、x方向に偏向磁場を与えるコイル巻き線(非図示)、
231y…下段コイルで、y方向に偏向磁場を与えるコイル巻き線、
233x…上下段コイルで、x方向偏向磁場コイルを駆動する電流源、
233y…上下段コイルで、y方向偏向磁場コイルを駆動する電流源、
235…ラスタ・スキャン、
24…走査ロンチグラム用絞り装置、
30…透過ロンチグラム、
31…走査ロンチグラム、
500…走査ロンチグラムを用いた収差測定/調整フロー、
501…初期設定(初期調整もしくは、プリセット条件設定)、
502…収差測定光学条件設定、
5021…走査コイルによるスキャン停止、
5022…照射条件選択、
5023…結像条件選択、
5024…計測試料選択、
5025…測定条件調整、
5026…測定照射角設定、
503…走査ロンチグラム取得、
5031…走査ロンチグラム用スキャンコイルによる二次元ラスタスキャン、
5032…透過/散乱電子強度の検出、
5033…走査ロンチグラムの形成(ラスタスキャンに同期した信号強度二次元配列化)、
5034…走査ロンチグラムのモニタ表示、
504…収差係数の算出、
5041…走査ロンチグラムの局所収差情報抽出、
5042…軸上収差係数の導出、
5043…補正対象とする収差係数の出力、
5044…収差係数/情報のモニタ表示、
505…収差補正状態の判断、
506…顕微鏡像観察光学設定への切り替え、
507…残余収差補償調整。
Claims (9)
- 電子線を集束させて試料上で二次元的に走査する手段を備えた荷電粒子光学装置におけるレンズ収差測定方法であって、
前記荷電粒子光学装置は、
電子線を放出する電子源と、
試料を搭載する試料搭載手段と、
前記電子源と前記試料搭載部との間に配置された電磁レンズ群と、
前記電磁レンズ群内にあって収差の測定対象とする被測定レンズ群の電子光学的上流に設けられ前記電子線を走査偏向させるための電子線走査手段と、
前記電子線走査手段の上流側に設けられ前記電子線を所定のビーム径に絞り込むビーム絞り手段と、
前記試料に照射された電子線により該試料から誘起される電子信号を検出する検出手段と、
前記電子源、前記電磁レンズ群、前記電子線走査手段および前記検出手段を制御する制御手段と、を備え、
前記電子線走査手段によって、前記被測定レンズ群の上流で前記電子源から放出された電子線ビームの走査を行うことで、前記電磁レンズによって形成されたビームプローブを前記試料面上に二次元的に走査し、
前記検出手段によって、前記被測定レンズの収差に応じて前記試料面上に歪投影されるビームプローブによって誘起される二次電子、反射電子、透過電子、散乱電子等の信号のいずれか一つ、もしくは幾つかを検出し、
前記制御手段によって、前記被測定レンズ上の走査に同期して得られた二次元像を基にして、前記被測定レンズの収差量を算出することを特徴とするレンズ収差測定方法。 - 請求項1に記載のレンズ収差測定方法において、
前記荷電粒子光学装置が、走査型透過電子顕微鏡装置であることを特徴とするレンズ収差測定方法。 - 請求項1に記載のレンズ収差測定方法において、
前記荷電粒子光学装置が、走査型電子顕微鏡装置であることを特徴とするレンズ収差測定方法。 - 請求項1に記載のレンズ収差測定方法において、
前記制御手段は、以下のa)〜f)のステップによりレンズ収差測定に必要な光学条件を設定することを特徴とするレンズ収差測定方法。
a)前記電磁レンズ群および前記電子線走査手段を制御するための初期条件を設定し、
b)ロンチグラム取得に必要な収差測定光学条件の設定を行い、
c)該収差測定光学条件に基づいて、電子線を走査しがら前記試料に照射して走査ロンチグラムを取得し、
d)該取得した走査ロンチグラムに基づいて収差係数を算出し、
e)該算出した収差係数が目標値以内にあるか判定し、
f)目標値内にある場合に、レンズ収差測定に必要な光学条件を設定する。 - 電子線を放出する電子源と、
試料を搭載する試料搭載手段と、
前記電子源と前記試料搭載部との間に配置された電磁レンズ群と、
前記電磁レンズ群内にあって収差の測定対象とする被測定レンズ群の電子光学的上流に設けられ前記電子線を走査偏向させるための電子線走査手段と、
前記電子源、前記電磁レンズ群および電子線走査手段を制御する制御手段と、を備え、
前記電子線走査手段によって、前記被測定レンズ群の上流で前記電子源から放出された電子線ビームの走査を行うことで、前記電磁レンズによって形成されたビームプローブを前記試料面上に二次元的に走査させ、
前記被測定レンズの収差に応じて前記試料面上に歪投影されるビームプローブによって誘起される二次電子、反射電子、透過電子、散乱電子等の信号のいずれか一つ、もしくは幾つかを検出する検出手段と、
前記被測定レンズ上の走査に同期して得られた二次元像を基にして、前記被測定レンズの収差量を測定する測定手段と
を有することを特徴とする荷電粒子光学装置。 - 請求項5に記載の荷電粒子光学装置において、
前記被測定レンズは、前記試料の上流側に配置され前記電子線ビームを前記試料表面に収束させる対物レンズ前磁場と、前記対物レンズ前磁場と前記電子線走査手段との間に配置された収差補正器とを含むことを特徴とする荷電粒子光学装置。 - 請求項5に記載の荷電粒子光学装置において、
前記荷電粒子光学装置が、走査型透過電子顕微鏡装置であって、
前記電子線走査手段の上流に前記電子線走査手段により走査するビームの形状を所定のビーム径に絞るためのビーム絞り手段を、さらに有することを特徴とする荷電粒子光学装置。 - 請求項5に記載の荷電粒子光学装置において、
前記荷電粒子光学装置が、走査型電子顕微鏡装置であって、
前記電子線走査手段の上流に前記電子線走査手段により走査するビームの形状を所定のビーム径に絞るためのビーム絞り手段を、さらに有することを特徴とする荷電粒子光学装置。 - 請求項5に記載の荷電粒子光学装置において、
前記電子線走査手段の上流に前記電子線走査手段により走査するビームの形状を所定のビーム径に絞るためのビーム絞り手段を有し、
前記電子線走査手段による前記電子線ビームの走査を行わずに、前記ビーム絞り手段を振幅移動させることにより、所定のビーム径を有する電子線ビームを機械的に走査することを特徴とする荷電粒子光学装置。
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