JP4275568B2 - 球面収差補正装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子顕微鏡の照射光学系又は結像光学系で発生する球面収差を補正する球面収差補正装置に関する。

透過型電子顕微鏡（Transmission Electron Microscope:ＴＥＭ）では、分解能の値は小さいことが望まれる。例えば、結晶等の原子配列をＴＥＭで直視する場合には、分解能としては0.1ｎｍ程度が要求される。この分解能は、電子線の波長λと対物レンズの球面収差係数Ｃ_ｓに基づいて決定されていることが知られている。そこで、ＴＥＭの分解能の値を小さくするために、電子線の波長λを短くするか、球面収差係数Ｃ_ｓを小さくすることが考えられてきた。

電子線の波長λを短くするためには、加速電圧を高くすればよい。加速電圧を高くすることは、比較的容易である。加速電圧が1000ｋＶのＴＥＭでは0.1ｎｍ程度の分解能が得られる。しかし、加速電圧を高くすると、装置自体が大きくなってしまう。そこで、現在広く普及している、加速電圧が200ｋＶクラスの比較的小型のＴＥＭにおいて、0.1ｎｍ程度の分解能を達成するには、電子線の波長λを短くするよりも、球面収差係数Ｃ_ｓを小さくする方が適切であると考えられる。

ところが、通常、ＴＥＭの対物レンズとしては、回転対称磁界型レンズが使用されている。しかし、回転対称磁界型レンズでは、凹レンズを形成することができないので、回転対称磁界型レンズをどのように組み合わせても球面収差係数Ｃ_ｓを補正することができなかった。

そこで、ＴＥＭの上記対物レンズの球面収差係数Ｃ_ｓを補正するために、多極子による磁場を導入することが既に提案されている（例えば、非特許文献１を参照。）。これは、例えば多極子コイルとして６極子コイルを用いた場合、６極子コイルが電子線に与える本来の軌道収差項として、対物レンズの球面収差係数Ｃ_ｓの補正効果が現れることを利用したものである。具体的には、２組のダブレットレンズと、２個の６極子コイルを組み合わせて球面収差を補正することが提案されている（例えば、非特許文献２を参照。）。

また、本件出願人は、二つの多極子間に二つの軸対称レンズを配置した電子顕微鏡の球面収差補正装置において、軸対称レンズ間にできる電子線軌道の集光面内に、光軸と垂直な面内で電子線に回転作用を与える回転補正レンズを配置したことを特徴とする電子顕微鏡の球面収差補正装置を提案した（特許文献１を参照。）。

図７は、特許文献１に開示した球面収差補正装置を備えた電子顕微鏡の照射光学系の概略構成を示す図である。なお、図７では、偏向系や一部集束系等を省略している。光源１から光軸４に沿って入射された電子線２は、集束レンズ３によって平行光束となされ、球面収差補正光学系５によって球面収差を補正された後、対物レンズ６によって試料７に収束して照射される。

球面収差補正光学系５は、６極子コイルからなる第１の補正子８と、同様に６極子コイルからなる第２の補正子９との間に、２つの軸対称レンズ１０及び１１を配置し、さらに２つの軸対称レンズ１０及び１１の間に、回転補正レンズ１２を配置した構成である。２つの軸対称レンズ１０及び１１は、第１の補正子８面上の像を第２の補正子９上に結像するように励磁されている。すなわち、第１の補正子８上の像と第２の補正子９上の像は共役関係にある。

球面収差係数Ｃ_ｓを補正する際には、第１の補正子８で３回対称の非点をつくる。第２の補正子９は、第１の補正子８でできた３回非点をキャンセルするように励磁する。

以下、球面収差の補正について説明する。図８は、６極子コイルの構成、及びその一般的な作用について概略説明するための図である。６極子コイルの構成及びその作用は周知であるが、６極子コイルとは、６極子場を作るために偏向コイルを光軸周りに配置したものである。６極子コイルは、通常、６極子場の位相角ξを自由に制御できるように８個以上のコイルを用いて構成されるが、図８（ａ）では説明の簡易化のため、６個のコイルを光軸回りに等間隔に配置したものを示している。ここでの６極子場は光軸回りに３回対称の磁場である。また、光軸４と各コイルの先端までの距離をボア半径といい、図ではａで表している。更に、６極子場の位相角ξとは、図８（ａ）に示すように、軌道方程式を導くために定めた基準軸からの位相基準軸のなす光軸回りの角度である。また、図８（ｂ）に示すように、６極子場（第１の補正子８）の光軸方向の長さをＺとする。

いま、図８（ｂ）に示すように、光軸４からｒ_０の距離のところに、６極子コイルに対して傾きｒ_０’で電子線が６極子コイル（第１の補正子８）に入射したとき、この電子線が６極子から出射する際の光軸４からの距離ｒ_{ｉｎ−ｏｕｔ}、そのときの６極子コイルに対する傾きｒ_{ｉｎ−ｏｕｔ}’は、４次項以上を無視して次のように表される。

ｒ_{ｉｎ−ｏｕｔ}＝ｒ_０（１＋γ）＋ｋｒ_０ ^２Ｚ^２Ｌｃｏｓ（３θ_０）＋ｋ^２ｒ_０ ^３Ｚ^３Ｍ ・・（１）
ｒ_{ｉｎ−ｏｕｔ}’＝ｒ_０’＋ｋｒ_０ ^２ＺＮｃｏｓ（３θ_０）＋ｋ^２ｒ_０ ^３Ｚ^３Ｐ ・・（２）
ここで、θ_０は６極子場の基準軸から見た電子線の入射角、Ｚは補正子の長さ、ｋは６極子場の強度を示す。また、γ、Ｌ、Ｍ、Ｎ、Ｐは軌道の入射条件で決まる定数であり、次のように表される。

γ＝−Ｚ／Ｓ ・・・（３）
Ｌ＝１／２＋γ／３＋γ^２／１２ ・・・（４）
Ｍ＝１／１２＋γ／１２＋γ^２／３６＋γ^３／２５２ ・・・（５）
Ｎ＝１＋γ＋γ^２／３ ・・・（６）
Ｐ＝１／３＋５γ／１２＋γ^２／６＋γ^３／３６ ・・・（７）
ただし、上記（３）式にてＳは光源から補正子までの距離である。

上記（１）式の右辺の第１項の「ｒ_０（１＋γ）」は、０次項である。すなわち、電子線が第１の補正子８の６極子場による作用を受けずに素通りする成分を表している。また、上記（１）式の右辺の第２項の「ｋｒ_０ ^２Ｚ^２Ｌｃｏｓ（３θ_０）」は、第１の補正子８の６極子場による主要な効果、すなわち６極子場によって生じる本来の効果の成分を表している。６極子場は３回対称な磁場であるから、電子線の丸い断面は概略３角形状になるが、これが第２項の効果である。また、上記（１）式の右辺の第３項の「ｋ^２ｒ_０ ^３Ｚ^３Ｍ」は、第１の補正子８として用いられる６極子場が形成する３次軸対称の収差であって、丁度Ｃ_ｓを補正するような光軸４に対する傾きを持っている。この収差を電子顕微鏡の照射系の球面収差の補正に用いる。

上記（２）式についても同様であり、（２）式の右辺の第１項の「ｒ_０’」は０次項、第２項の「ｋｒ_０ ^２ＺＬｃｏｓ（３θ_０）」は第１の補正子８の６極子場による主要な効果、すなわち６極子場によって生じる本来の効果の成分を表している。また、第３項の「ｋ^２ｒ_０ ^３Ｚ^３Ｐ」も、第１の補正子８として用いられる６極子場が形成する３次軸対称の収差であって、この収差を電子顕微鏡の照射系の球面収差の補正に用いる。

しかし、６極子場の第１の補正子８により、上記球面収差を補正する際には、上記（１）式及び（２）式の各第２項の主要な効果を考慮しなければならない。６極子場は３回対称な磁場であるから、電子線の丸い断面は３回対称性を有する形状になるが、これが第２項の本来の効果である。つまり、丸い断面を有する電子線が第１の補正子８を通過すると、上記第２項により、出射したときには当該電子線は３回対称の断面を有するように変形されることになる。

そこで、第２の補正子９を、第１の補正子８でできた３回非点をキャンセルするように励磁する。つまり、上記（１）式と（２）式の右辺の各第２項をキャンセルするように励磁する。これを式で示すと以下の（８）、（９）式となる。

ｒ_{ｉｎ−ｏｕｔ}＝ｒ_０（１＋γ）−ｋｒ_０ ^２Ｚ^２Ｌｃｏｓ（３θ_０）＋ｋ^２ｒ_０ ^３Ｚ^３Ｍ ・・（８）
ｒ_{ｉｎ−ｏｕｔ}’＝ｒ_０’−ｋｒ_０ ^２ＺＮｃｏｓ（３θ_０）＋ｋ^２ｒ_０ ^３Ｚ^３Ｐ ・・（９）
したがって、第２の補正子９により、第１の補正子８で生成された３回非点成分を補正し、元の軸対称な電子線に戻すことができる。また、（８）式、（９）式の各第３項は、第２の補正子９として用いられる６極子場が形成する３次軸対称の収差であって、この収差も電子顕微鏡の照射光学系の球面収差の補正に用いる。
特開２００３−９２０７８号公報 O.Scherzer, Optik 2(1947)114 M.Haider, G.Braunshausen and E.Schwan,Optik 99(1995)167

ところで、図７に示した球面収差補正光学系５の第１の補正子８にて、上記（１）、（２）式の第３項の収差を用いて電子顕微鏡の照射光学系の球面収差を補正する際には、３回非点成分以外の他の成分による影響も考えなければならない。

つまり、第１の補正子８にて生成された３回非点成分を第２の補正子９にて、上記（８）、（９）式に示した第２項によって単純にキャンセルするという訳にはいかない。

第１の補正子８にて３回非点成分が生成される際には、偏向成分、２回非点補正成分、４回非点成分も生成される。これらの他の成分は、各磁極の励磁による感度の違いから生成される。感度の違いは、磁極の配置や、形状又は励磁コイルの抵抗値、アンプのゲインの不均一性、用いる磁性材料の特性のふらつき、ヒシテリシスに代表される励磁履歴による理想的な磁場からのずれにもとづくものである。

上記他の成分である偏向成分、２回非点成分、４回非点成分の補正は、従来、手動にて行われてきた。つまり、従来は、手動で各非点と電子線の偏向がないように偏向成分、各非点成分を補正していた。この手動による操作は、非常に煩雑で多くの時間を要するものであった。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、上記他の成分である偏向成分、２回非点成分、４回非点成分を容易に補正し、よって球面収差係数Ｃ_ｓ補正を行う操作を非常に容易に行い、球面収差係数Ｃ_ｓの操作性を向上することのできる球面収差補正装置の提供を目的とする。

前述の課題を解決するため、本発明に係る球面収差補正装置は、電子顕微鏡の照射光学系又は結像光学系で発生する球面収差を補正するものであって、複数の極子を形成して上記球面収差係数を補正する第１の補正手段と、上記第１の補正手段の像と共役関係となる像が形成され、かつ複数の極子を形成して上記球面収差係数を補正する第２の補正手段と、上記第１及び第２の補正手段によって生成される３回非点成分の発生に伴う少なくとも偏向成分を補正するための電源制御信号を生成する電源制御手段とを有し、上記電源制御手段は、３回非点成分生成用の励磁電流ｉ３に一定の比ｒを掛けた値に応じて、偏向成分補正用励磁電流ｉ１を各補正手段へ出力するものである。

前記電源制御手段は、３回非点成分の励磁電流ｉ３に一定の比ｒを掛けた値に応じた、２回非点成分補正用励磁電流ｉ２及び４回非点成分補正用励磁電流ｉ１を各補正手段へ出力することが好ましい。

前記比ｒは、前記各補正手段に、３回非点成分の励磁電流ｉ３を印加した場合に発生する偏向成分、２回非点成分、４回非点成分に応じて定められる。

前記比ｒは、０に近いほど好ましいが、実際には有限の大きさをもつ。

また、本発明に係る球面収差補正装置は、電子顕微鏡の照射光学系又は結像光学系で発生する球面収差を補正するものであって、複数の極子を形成して上記球面収差係数を補正する第１の補正手段と、上記第１の補正手段の像と共役関係となる像が形成され、かつ複数の極子を形成して上記球面収差係数を補正する第２の補正手段と、上記第１及び第２の補正手段によって生成される３回非点成分の発生に伴う少なくとも偏向成分を補正するための電源制御信号を生成する電源制御手段とを有し、上記電源制御手段は、３回非点成分生成用の励磁電流入力手段の感度に対する、偏向成分、２回非点成分及び４回非点成分生成用の励磁電流入力手段の感度の比を設定する感度比設定手段を備えるものである。

前記感度は、入力手段の１目盛り変動に対する、対応する電気回路に対する励磁電流の変動量で定められることが好ましい。

前記励磁電流入力手段は、何れも、アナログつまみを有することが好ましい。

偏向成分、２回非点成分及び４回非点成分生成用の励磁電流は、各励磁電流入力手段からの入力値と、前記感度と、３回非点成分生成用の励磁電流入力手段からの入力値とに応じて定められることが好ましい。

偏向成分、２回非点成分及び４回非点成分生成用の励磁電流は、各励磁電流入力手段からの入力値と、前記感度と、３回非点成分生成用の励磁電流入力手段からの入力値とに比例した値として定められることが好ましい。

本発明によると、偏向成分、２回非点成分、４回非点成分を容易に補正し、球面収差装置の操作を容易にすることができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を説明する。図１は、本発明による電子顕微鏡の球面収差補正装置の実施の形態を示す図である。この球面収差補正装置は、照射光学系によって発生された球面収差を補正する球面収差補正光学系２０と、球面収差補正光学系２０に用いられる二つの補正子の各極子コイルに適切な励磁電流を供給するための制御部と電源部を有する電源制御部２６と、電源制御部２６に接続され使用者による操作を受け付ける操作部２７とから構成される。なお、図では、偏向系や一部集束系等を省略している。光源１から光軸４に沿って入射された電子線２は、集束レンズ３によってほぼ平行光束となされ、球面収差補正光学系２０によって球面収差を補正された後、対物レンズ６によって試料７に収束して照射される。

球面収差補正光学系２０は、１２極子コイルからなる第１の補正子２１と、同様に１２極子コイルからなる第２の補正子２２との間に、２つの軸対称レンズ２３及び２４を配置し、さらに２つの軸対称レンズ２３及び２４の間に、回転補正レンズ２５を配置した構成である。２つの軸対称レンズ２３及び２４は、第１の補正子２１面上の像を第２の補正子２２上に結像するように励磁されている。すなわち、第１の補正子２１上の像と第２の補正子２２上の像は共役関係にある。

図２は、第１の補正子２１の構成を示す図である。図１に示した第１の補正子２１を一点鎖線ＸＸ’に沿って切断したときの断面図として示している。第１の補正子２１は、１２個の磁極を用いて６つの極子を作るために偏向コイルを光軸４の回りに配置したものである。すなわち、図２に示すように、第１の補正子２１は、Ｍ_１、Ｍ_２・・・Ｍ_１２の１２個の磁極を外ヨーク５１から光軸４に向けて配置している。また、各コア５２から光軸４に向けて、各磁極による極子５４が形成される。各極子５４に付された矢印は、磁界の向きを示している。この第１の補正子２１では、特に、磁極Ｍ_１及びＭ_２、磁極Ｍ_５及びＭ_６、磁極Ｍ_９及びＭ_１０による磁界の発生方向を同じとするように各コア５２に励磁コイル５３を巻き、磁界が逆の発生方向になるように磁極Ｍ_３及びＭ_４、磁極Ｍ_７及びＭ_８、磁極Ｍ_１１及びＭ_１２の各コア５２に励磁コイル５３を巻き回している。よって、６つの極子５４が形成されている。なお、第２の補正子２２の構成も同様である。

図２に断面を示した第１の補正子２１は、集束レンズ３を通って球面収差補正光学系２０に入射した電子線２の球面収差を、上記（１）式及び（２）式の各第３項を用いて補正する。ここで補正される球面収差は、照射光学系の対物レンズによって生じたものである。

このとき、第１の補正子２１は、電子線の３回非点成分を生成する。また、１２極子コイルを用いて３回非点成分が生成される際には、偏向成分、２回非点補正成分、４回非点成分が生成される。これらの他の成分は、各磁極の励磁による感度の違いから生成される。感度の違いは、磁極の配置や、形状又は励磁コイルの抵抗値、アンプのゲインの不均一性による理想的な磁場からのずれにもとづく。

図３には、偏向成分、２回非点成分、３回非点成分、４回非点成分が元々断面の丸い電子線に及ぼす影響を図示する。偏向成分は光軸をシフトさせる。２回非点成分は楕円に、３回非点成分は三角形、４回非点成分は四角形に変形してしまう。実際には、３回非点成分に上記偏向成分、２回非点成分、４回非点成分が重畳されてしまうので、偏向成分が電子線をシフトし、さらに３回非点成分による丸い電子線の断面を三角形にする変換に、２回非点成分が楕円、４回非点成分が四角の要素を加えてしまう。また、これらのシフト、楕円、四角は回転分も加えられてしまう。このため、単純に上記３回非点成分のみをキャンセルしようとしても、三角形に加えられた上記２回非点成分による楕円、４回非点成分による四角の要素が、偏向成分による電子線のシフト成分と共に残ってしまうことになる。そこで、これら偏向成分、２回非点成分、３回非点成分、４回非点成分による影響を第１及び第２の補正子２１、２２にて２組の６極子コイルを用いてキャンセルする必要がある。

しかし、上記他の成分である偏向成分、２回非点成分、４回非点成分の補正は、従来、手動にて行われてきた。つまり、従来は、手動で各非点と電子線の偏向がないように偏向成分、各非点成分を補正していた。この手動による操作は、非常に煩雑で多くの時間を要した。

これらの偏向成分、２回非点成分及び４回非点成分の補正成分は、上記の理由で生成されるものであり、３回非点成分に対してある程度、比例関係にあるものである。

そこで、電源制御部２６は、第１及び第２の補正子２１、２２に接続し、第１及び第２の補正子２１、２２によって生成された３回非点成分に基づいて、第１及び第２の補正子２１、２２による上記３回非点成分の発生に伴う、その他の成分を補正する補正信号を生成する。そして、電源制御部２６は、生成した補正信号を第１及び第２の補正子２１、２２に供給し、第１及び第２の補正子２１、２２に、上記他の成分である偏向成分、２回非点成分、４回非点成分を補正させる。もちろん、第１及び第２の補正子２１、２２は、上記（１）、（２）、（８）、（９）式に示した各第３項の収差を用いて照射系の球面収差も補正する。

以下には、電源制御部２６の制御に基づいて第１及び第２の補正子２１、２２に上記他の成分である偏向成分、２回非点成分、４回非点成分を補正させる動作を説明する。

図４は、１回非点成分（偏向成分）、２回非点成分及び４回非点成分の各位相変化に対する各励磁電流値Ａ_１、Ａ_２及びＡ_４の特性を示す。ここでは、理想的な特性を示している。各特性図において、横軸は１２個の各磁極の位置を示す。各磁極の数が位相θ_１、θ_２及びθ_４に対応する。縦軸は各励磁電流値Ａ_１、Ａ_２及びＡ_４を示している。

３回非点成分の特性を基にすると、ｉ回非点成分（ｉ＝１，２，４）は、３回非点成分に対してある程度一定の比を持って生じるので、以下の式（１０）、（１１）にて示される関数となる。

Ａ_ｉ∝Ａ_３ ・・・（１０）
θ_ｉ∝Ａ_３ ・・・（１１）
ここで、ｉは非点成分の数を表す。つまり、ｉ回非点成分を表す。

電源制御部２６は、３回非点成分の励磁電流に基づいて、第１及び第２の補正子２１、２２による上記３回非点成分の発生に伴う、その他の成分を補正する補正信号を、後述する補正比入力画面により設定される振幅比、位相比に基づいて生成することができる。そして、生成した補正信号を第１及び第２の補正子２１、２２に供給し、第１及び第２の補正子２１、２２に、上記他の成分である偏向成分、２回非点成分、４回非点成分を補正させることができる。

実際、第１及び第２の補正子２１、２２において照射系の球面収差係数Ｃ_ｓを補正する際には、上記３回非点成分は操作部２７の例えばロータリ型操作子（いわゆるつまみ）により、増減されることになる。電源制御部２６は３回非点成分を増減するためのロータリ型操作子における変化量（Ａ_３）を認識する。偏向成分、２回非点成分、４回非点成分を補正するために、３回非点成分の励磁電流Ａ_３から求めたＡ_ｉ，θ_ｉを代入する。そして、各ｉ回非点成分の励磁信号、位相に関する情報を生成し、第１及び第２の補正子２１、２２に供給する。第１及び第２の補正子２１、２２は、上記偏向成分、２回非点成分、４回非点成分を補正する。

図５は、球面収差補正光学系２０と電源制御部２６と操作部２７からなる球面収差補正装置を適用し照射光学系の球面収差を補正する電子顕微鏡の構成を示す図である。この電子顕微鏡は、図示を省略した高電圧電源から供給される高電圧によって電子線を発生させる電子銃３１と、電子線を集束するための複数のレンズからなる照射レンズ３２と、照射レンズ３２によって生じた球面収差係数Ｃ_ｓを補正する球面収差補正光学系２０と、球面収差補正光学系２０により球面収差係数Ｃ_ｓが補正され、三角形の断面から丸い断面の形状に戻されて試料７に照射されて得られた電子線が作り出した像を結像する結像レンズ３４と、像観察室３５及びカメラ３６とからなる。また、この電子顕微鏡は、球面収差補正光学系２０の第１の補正子２１及び第２の補正子２２にインターフェース３７を介して接続される電源制御部の具体例の電源制御（ＣＰＵ制御でも可能）２６と、電源制御２６にインターフェース３８を介して接続される操作部の具体例の操作卓２７とを備える。

操作卓２７には、３回非点成分の振幅（Ａmp）の量を調整するためのロータリ型操作子４１−１及び位相（θ_３）を調整するためのロータリ型操作子４１−２が配置されている。また、操作卓２７には、２回非点成分の振幅（Ａmp）の量を調整するためのロータリ型操作子４２−１及び位相（θ_２）を調整するためのロータリ型操作子４２−２が配置されている。同様に、操作卓２７には、４回非点成分の振幅調整用ロータリ型操作子４３−１及び位相（θ_４）調整用ロータリ型操作子４３−２と、偏向成分の振幅調整用ロータリ型操作子４４−１及び位相（θ_１）調整用ロータリ型操作子４４−２も配置されている。これらの各操作子は、操作卓上にＧＵＩとして設けられてもよい。

電子銃３１によって発生された電子線には、主として照射光学系を構成する照射レンズ３２（対物レンズ）によって球面収差が生じてしまう。この球面収差は、球面収差補正光学系２０の第１の補正子２１及び第２の補正子２２によって生じる上記（１）、（２）、（８）、（９）式の各第３項の収差項によってキャンセルされる。しかし、このとき、第１の補正子２１によって３回非点成分が生成されるので、第２の補正子２２によって３回非点成分をキャンセルする必要がある。実際には、３回非点成分に上記偏向成分、２回非点成分、４回非点成分が重畳されてしまので、偏向成分が電子線をシフトし、さらに３回非点成分による断面が丸い電子線を断面が３回対称の電子線にするような変換に、２回非点成分が楕円、４回非点成分が四角の要素を加えてしまう。このため、単純に上記３回非点成分のみをキャンセルしようとしても、三角形に加えられた上記２回非点成分による楕円、４回非点成分による四角の要素が、偏向成分による電子線のシフト成分と共に残ってしまう。

そこで、電源制御２６は、操作卓２７のロータリ型操作子４１−１によって例えば増やされた励磁量（Ａ_３）を認識し、偏向成分、２回非点成分、４回非点成分を発生させる際に、上記Ａ_３に後述するように使用者により設定された一定の比を持ってそれぞれ励磁する。このとき、使用者が上記比を入力するには、操作卓２７上に配置したＧＵＩ上の補正比入力画面を用いる。

図６は、補正比入力画面５０を示す図である。３回非点励磁電流Ａ_３に連動する各振幅比を、２回非点成分用の振幅比設定部５１−１、４回非点成分用の振幅比設定部５２−１、偏向成分用の振幅比設定部５３−１で使用者に設定させる。使用者は、各設定部に設けられた上又は下向きの矢印を例えばマウスなどの入力操作装置によってクリックすることによって振幅比を選択して設定できる。また、３回非点励磁電流Ａ_３に連動する各位相比を、２回非点成分用の位相比設定部５１−２、４回非点成分用の位相比設定部５２−２、偏向成分用の位相比設定部５３−２で使用者に設定させる。使用者は、各設定部に設けられた上又は下向きの矢印を例えばマウスなどの入力操作装置によってクリックすることによって位相比を選択して設定できる。

例えば、２回非点成分を補正するときに、電源制御部２６は図６の補正比入力画面５０の２回非点成分用振幅比設定部５１−１及び２回非点成分用位相比設定部５１−２にて設定された振幅比及び位相比を、上記３回非点成分用の振幅Ａ_３に掛ける。そして得られた振幅及び位相を操作卓２７上の振幅調整用ロータリ型操作子４２−１及び位相調整用ロータリ型操作子４２−２の操作信号に反映させる。このようにして、電源制御部２６は、操作卓２７上の振幅調整用ロータリ型操作子４２−１及び位相調整用ロータリ型操作子４２−２の操作に応じて、２回非点成分補正用の振幅値、位相値を生成し、第１及び第２の補正子２１、２２の２組の６極子コイルに供給することによって、第１及び第２の補正子２１、２２に２回非点成分を補正させる。

すなわち、２回非点成分用の振幅比設定部５１−１は、２回非点成分生成用の励磁電流入力手段である振幅調整用ロータリ型操作子４２−１の感度の比を設定する感度比設定手段となっている。また、２回非点成分用の位相比設定部５１−２は、２回非点成分生成用の位相調整用ロータリ型操作子４２−２の感度の比を設定する感度比設定手段となっている。ここで、感度とは、アナログつまみによる入力手段の１目盛り変動に対する、対応する電気回路に対する励磁電流の変動量で定められる。以下でも同様である。

同様に、１回非点成分（偏向成分）を補正するときに、図６の補正比入力画面５０の偏向成分用振幅比設定部５３−１及び偏向成分用位相比設定部５３−２にて設定された振幅比及び位相比を、上記３回非点成分用の振幅Ａ_３に掛ける。そして得られた振幅及び位相を操作卓２７上の振幅調整用ロータリ型操作子４４−１及び位相調整用ロータリ型操作子４４−２の操作信号に反映させる。このようにして、電源制御部２６は、操作卓２７上の振幅調整用ロータリ型操作子４４−１及び位相調整用ロータリ型操作子４４−２の操作に応じて、偏向成分補正用の振幅値、位相値を生成し、第１及び第２の補正子２１、２２の２組の６極子コイルに供給することによって、第１及び第２の補正子２１、２２に偏向成分を補正させる。

すなわち、偏向成分用の振幅比設定部５３−１は、偏向成分生成用の励磁電流入力手段である振幅調整用ロータリ型操作子４４−１の感度の比を設定する感度比設定手段となっている。また、偏向成分用の位相比設定部５３−２は、偏向成分生成用の位相調整用ロータリ型操作子４４−２の感度の比を設定する感度比設定手段となっている。

同様に、４回非点成分を補正するときに、図６の補正比入力画面５０の偏向成分用振幅比設定部５２−１及び偏向成分用位相比設定部５２−２にて設定された振幅比及び位相比を、上記３回非点成分用の振幅Ａ_３ に掛ける。そして得られた振幅及び位相を操作卓２７上の振幅調整用ロータリ型操作子４３−１及び位相調整用ロータリ型操作子４３−２の操作信号に反映させる。このようにして、電源制御部２６は、操作卓２７上の振幅調整用ロータリ型操作子４３−１及び位相調整用ロータリ型操作子４３−２の操作に応じて、偏向成分補正用の振幅値、位相値を生成し、第１及び第２の補正子２１、２２の２組の６極子コイルに供給することによって、第１及び第２の補正子２１、２２に４回非点成分を補正させる。

すなわち、４回非点成分用の振幅比設定部５２−１は、４回非点成分生成用の励磁電流入力手段である振幅調整用ロータリ型操作子４３−１の感度の比を設定する感度比設定手段となっている。また、４回非点成分用の位相比設定部５２−２は、４回非点成分生成用の位相調整用ロータリ型操作子４３−２の感度の比を設定する感度比設定手段となっている。

電源制御部２６は、始めに２回非点成分、偏向成分、４回非点成分を補正するときに、各振幅比設定部及び各位相比設定部を操作し、かつ各振幅調整用ロータリ型操作子及び各位相調整用ロータリ型操作子を操作しながら、像観察室３５、カメラ３６等により、試料の解析像を見て、適切な振幅比、位相比を探すことになる。しかし、一度適切な振幅比、位相比が判明すれば、後はほとんどそれらを固定にし、各振幅調整用ロータリ型操作子及び各位相調整用ロータリ型操作子を操作するだけで、２回非点成分、偏向成分、４回非点成分を補正することができる。

ここで、偏向成分、２回非点及び４回非点成分について前述の感度を設定することにより、３回非点成分に比べて小さい偏向成分、２回非点及び４回非点成分の調整を容易に行うことができる。このように、偏向成分、２回非点成分及び４回非点成分生成用の励磁電流は、各励磁電流入力手段からの入力値と、前記感度と、３回非点成分生成用の励磁電流入力手段からの入力値とに応じて定められる。詳しくは、偏向成分、２回非点成分及び４回非点成分生成用の励磁電流は、各励磁電流入力手段からの入力値と、前記感度と、３回非点成分生成用の励磁電流入力手段からの入力値とに比例した値として定められる。

したがって、図５に示した電子顕微鏡は、球面収差補正光学系２０と電源制御部２６と操作卓２７からなる球面収差補正装置を用いて、３回非点成分の発生に伴う偏向成分、２回非点成分、４回非点成分を補正することが可能になる。このため、球面収差係数Ｃ_ｓ補正を行う操作を容易に行うことができ、球面収差係数Ｃ_ｓ補正の操作性を向上することができる。

なお、本実施の形態では、球面収差補正装置を図５の照射系にて生じた球面収差を補正するのに用いたが、結像レンズ３４からなる結像光学系の後に球面収差補正装置を配置し、結像光学系によって生じた球面収差を補正するのに用いてもよい。

電子顕微鏡の球面収差補正装置の構成を示す図である。 第１の補正子の構成を示す断面図である。 偏向成分、２回非点成分、３回非点成分、４回非点成分が元々断面が丸い電子線に及ぼす影響を示す図である。 ３回非点成分、１回非点成分、２回非点成分及び４回非点成分の各位相変化に対する各励磁電流値Ａ_１、Ａ_２及びＡ_４の特性を示す特性図である。 球面収差補正装置を適用し照射系の球面収差を補正する電子顕微鏡の構成を示す図である。 補正比入力画面を示す図である。 従来の球面収差補正装置を備えた電子顕微鏡の照射系の概略構成を示す図である。 ６極子コイルの構成、及びその一般的な作用について概略説明するための図である。

符号の説明

１ 光源、２ 電子線、３ 集束レンズ、４ 光軸、６ 対物レンズ、７ 試料、２０ 球面収差補正光学系、２１ 第１の補正子、２２ 第２の補正子、２３ 軸対称レンズ、２４ 軸対称レンズ、２５ 回転補正レンズ、２６ 電源制御部、２７ 操作部

Claims (9)

1. 電子顕微鏡の照射光学系又は結像光学系で発生する球面収差を補正する球面収差補正装置において、
   複数の極子を形成して上記球面収差係数を補正する第１の補正手段と、
   上記第１の補正手段の像と共役関係となる像が形成され、かつ複数の極子を形成して上記球面収差係数を補正する第２の補正手段と、
   上記第１及び第２の補正手段によって生成される３回非点成分の発生に伴う少なくとも偏向成分を補正するための電源制御信号を生成する電源制御手段とを有し、
   上記電源制御手段は、３回非点成分生成用の励磁電流ｉ３に一定の比ｒを掛けた値に応じて、偏向成分補正用励磁電流ｉ１を各補正手段へ出力することを特徴とする球面収差補正装置。
2. 前記電源制御手段は、３回非点成分の励磁電流ｉ３に一定の比ｒを掛けた値に応じた、２回非点成分補正用励磁電流ｉ２及び４回非点成分補正用励磁電流ｉ１を各補正手段へ出力することを特徴とする請求項１記載の球面収差補正装置。
3. 前記比ｒは、前記各補正手段に、３回非点成分の励磁電流ｉ３を印加した場合に発生する偏向成分、２回非点成分、４回非点成分に応じて定められ、１より小さいことを特徴とする請求項２記載の球面収差補正装置。
4. 前記比ｒは、０．５より小さいことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の球面収差補正装置。
5. 電子顕微鏡の照射光学系又は結像光学系で発生する球面収差を補正する球面収差補正装置において、
   複数の極子を形成して上記球面収差係数を補正する第１の補正手段と、
   上記第１の補正手段の像と共役関係となる像が形成され、かつ複数の極子を形成して上記球面収差係数を補正する第２の補正手段と、
   上記第１及び第２の補正手段によって生成される３回非点成分の発生に伴う少なくとも偏向成分を補正するための電源制御信号を生成する電源制御手段とを有し、
   上記電源制御手段は、３回非点成分生成用の励磁電流入力手段の感度に対する、偏向成分、２回非点成分及び４回非点成分生成用の励磁電流入力手段の感度の比を設定する感度比設定手段を備えたことを特徴とする球面収差補正装置。
6. 前記感度は、入力手段の１目盛り変動に対する、対応する電気回路に対する励磁電流の変動量で定められる請求項５記載の球面収差補正装置。
7. 前記励磁電流入力手段は、何れも、アナログつまみを有することを特徴とする請求項５又は６記載の球面収差補正装置。
8. 偏向成分、２回非点成分及び４回非点成分生成用の励磁電流は、各励磁電流入力手段からの入力値と、前記感度と、３回非点成分生成用の励磁電流入力手段からの入力値とに応じて定められる請求項５乃至７のいずれかに記載の球面収差補正装置。
9. 偏向成分、２回非点成分及び４回非点成分生成用の励磁電流は、各励磁電流入力手段からの入力値と、前記感度と、３回非点成分生成用の励磁電流入力手段からの入力値とに比例した値として定められる請求項５乃至８のいずれかに記載の球面収差補正装置。