JP4942000B2 - 電子顕微鏡とその対物レンズ系収差特性の計測方法 - Google Patents
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Description
技術分野
［０００１］
本発明は、試料の近傍に電子を収束する対物レンズ系を有し、前記電子を前記試料に透過させてロンチグラム（Ｒｏｎｃｈｉｇｒａｍ）を得る電子顕微鏡の対物レンズ系収差特性の計測方法とその計測結果に基づき対物レンズ系の収差補正を行う機能を有する装置を備えた電子顕微鏡に関する。
背景技術
［０００２］
走査透過電子顕微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ；以下「ＳＴＥＭ」という）は、微小領域の材料評価手法として、近年広く用いられつつある。入射電子の走査信号と同期して様々な透過電子強度等を計測することにより、明視野像や暗視野像の観察が行われている。ＳＴＥＭによって高い空間分解能で正しく観察するためには、ＳＴＥＭの適切な軸調整を行うことが不可欠であり、そのためには対物レンズ系の収差特性を計測する必要がある。
［０００３］
本明細書において、当該「対物レンズ系」とは、電子を収束するために用いる電子銃、収差補正手段、電子線の偏向手段及び対物レンズ等の光学要素全体を指す。また、当該「収差特性」とは、対物レンズ系について、焦点（焦点位置の試料位置からのずれの値）、２回の非点収差、コマ収差、３回の非点収差、球面収差及び、高次の収差（例えば、４回非点や５次の球面収差など）を指す。
［０００４］
従来、ＳＴＥＭの軸調整には、ロンチグラムを観察する手法が用いられていた（例えば、特許文献１）。ロンチグラムとは、試料に入射電子を収束し、透過した電子が作る電子散乱図形で、電子顕微鏡では、電子回折図形を観察する設定条件等で観察される。前記入射電子の焦点位置を前記試料の観察領域から意図的にずらすことにより、電子散乱図形中に試料の投影像が見られることからシャドーイメージ（Ｓｈａｄｏｗ ｉｍａｇｅ）と呼ばれる場合もある。
【０００５】
従来のＳＴＥＭの軸調整では、非晶質試料のロンチグラムを観察し、ロンチグラムの中心に見られるコントラストが一様な領域が円形になるように、焦点又は、非点収差の軸調整等を行っていた。
【０００６】
近年になり球面収差の補正装置が使われるようになり、焦点や非点収差に加え、球面収差等も制御できるようになってきた。それに伴い、軸調整を行うために計測する対象となる収差や、動作条件を調整する対物レンズ系の光学要素（例えば、収差補正手段や電子線の偏向手段）も増えてきた。そのため、対物レンズ系の収差を計測する新しい方法も用いられている。
【０００７】
新しい方法の一つは、ロンチグラムを用いる方法である。意図的に試料の観察領域から焦点位置をはずしてロンチグラムを観察し、場所による倍率の違いを用いるものである（非特許文献１）。多くの場合、コントラストが明瞭な軸調整用の試料を用いることが多く、実際の観察のためには試料を入れ替えることなどが必要である。
【０００８】
もう一つの新しい方法は、入射電子の試料面への入射角を意図的に変えて、暗視野像の変化を観察するものである。ＴＥＭの軸調整でＺｅｍｌｉｎ Ｔａｂｌｅａｕ （非特許文献２）と呼ばれているものと類似した方法で、ｄｅｃｏｎｖｏｌｕｔｅｄ ｐｒｏｂｅ ｔａｂｌｅａｕ法と呼ばれている。この場合には、試料面への入射電子の入射角を変えた暗視野像を多数計測する必要があり、長時間の計測時間を必要とする。
【０００９】
【特許文献１】
特開２００３−３３１７７３号公報
【非特許文献１】
Ｎ．Ｄｅｌｌｂｙ，Ｏ．Ｌ．Ｋｒｉｖａｎｅｋ，Ｐ．Ｄ． Ｎｅｌｌｉｓｔ ｅｔ ａｌ．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ，ｖｏｌ．５０，ｐ１７７
【非特許文献２】
Ｆ．Ｚｅｍｌｉｎ，ｅｔ ａｌ．，Ｕｌｔｒａｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ，ｖｏｌ．３，（１９７８），ｐ４９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
最近のＳＴＥＭの高分解能化に伴って、収差特性を迅速かつ定量的に計測する必要性は、ますます高まっている。しかし、その一方、ＳＴＥＭ装置は未だ広く普及するに至っていない。最新のＳＴＥＭ装置の普及を阻んでいるのは、軸調整の複雑さの問題であり、収差特性をいかに計測するかが喫緊の課題になっている。
【００１１】
従来から用いられているロンチグラムを用いた収差計測の方法では、非晶質薄膜試料が必須である。そのため、試料上の所望の観察領域とは異なる場所で、ロンチグラムを観察し、軸調整をする必要があった。また、この従来の収差計測の方法により推定できるのは焦点と非点収差であり、定量的な計測はできない。
【００１２】
また、球面収差の補正装置の使用に伴って用いられるようになった新しい収差計測の方法においても、収差特性の計測のために特殊な試料が必要であり、計測に長時間が必要であるなど、汎用性・迅速性に問題がある。
【００１３】
汎用性の欠けた収差計測方法では、例えば、試料の実際に観察したい領域では収差特性の計測や対物レンズ系の光学要素（例えば、収差補正手段や電子線の偏向手段）の調整ができないため、わざわざ異なる試料や異なる場所に視野を移動しなくてはならない。また、収差計測方法が迅速性に欠け、収差の計測に時間がかかる場合には、電子照射による試料の損傷や、装置の不安定性による対物レンズ系の光学要素の再調整の必要なども生じる。特に、ＳＴＥＭで観察対象となるのは結晶性の試料が多いが、その場合、従来の収差計測技術では対物レンズ系の収差特性を計測できないという深刻な問題があった。
【００１４】
以上のことから、試料上の実際に観察したい領域で収差特性を計測し、対物レンズ系の光学要素を補正できる汎用性があり、試料損傷を起こすことなく迅速に収差特性を計測できる方法と、その計測結果に基づき収差補正を行う機能を有するＳＴＥＭ装置の開発が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記の課題を解決するための方法として、本発明では、対物レンズ系の収差特性を計測する新たな方法と、それに基づく装置が提供される
【００１６】
すなわち、発明１の電子顕微鏡の対物レンズ系収差特性の計測方法は、ロンチグラムの少なくとも一部のフーリエ変換図形の、構成要素の相対距離又は／及び形状が、前記対物レンズ系収差特性により変化することを用いて計測する方法において、フーリエ変換するのは、前記ロンチグラムの異なる複数部分であり、得られた複数の前記フーリエ変換図形の、構成要素の相対距離又は／及び形状における相対差により、前記対物レンズ系収差特性を計測することを特徴とする。
［００１７］
発明２は、発明１の電子顕微鏡の対物レンズ系収差特性の計測方法において、フーリエ変換するのは、前記ロンチグラム全体であることを特徴とする。
【００１９】
発明３は、発明１又は２の電子顕微鏡の対物レンズ系収差特性の計測方法において、動作条件の異なる対物レンズ系から得られた複数のロンチグラムのフーリエ変換図形の、構成要素の相対距離又は／及び形状の相対差により、前記対物レンズ系の収差特性を計測することを特徴とする。
【００２０】
発明４は、電子顕微鏡であって、発明１から３の何れかの対物レンズ系収差特性の計測方法に基づき、得られた収差特性の結果を表示する機能及び／又は手段を有することを特徴とする。
【００２１】
発明５は、電子顕微鏡であって、発明１から３の何れか発明の対物レンズ系収差特性の計測方法に基づき、得られた収差特性を用いて、前記対物レンズ系の収差補正装置の設定を変更させる機能及び／又は手段を有することを特徴とする。
［００２２］
従来の収差特性の計測方法では、特殊な非晶質試料を必要としたり、多く（例えば、１０枚以上）の画像を観察したりする必要があり、汎用性、迅速性、簡便性に問題があった。ロンチグラムを用いる収差特性の計測手法は従来も存在したが、ロンチグラムのフーリエ変換図形を用いて対物レンズ系の収差特性を効率よく抽出し、定量的に計測する手法は、従来まったく報告されていなかった。
【００２３】
ロンチグラムのフーリエ変換図形を計算し解析対象とする収差特性の計測方法は、これまでに報告された例が無く、本発明により初めてその有効性が示されるものである。本発明により、従来とは全く異なる、新規な収差特性の計測手法が提供される。
【００２４】
本発明は、実際の観察対象であることが多い結晶性試料でも非晶質性試料でも適用できる、汎用性のある収差特性の計測手法を提供する。この計測手法は、収差特性の計測に多数の画像を必要としないので、操作の簡便性又は迅速性を有する利点がある。また、本発明は、１枚あるいは２枚程度のロンチグラムで収差を効率よく抽出できることから、オンライン化などにも適している。
【００２５】
本発明により、汎用性、迅速性、簡便性に優れた、収差特性の計測方法とその計測結果に基づき収差補正を行う機能を有する装置を備えた電子顕微鏡が提供され、走査透過電子顕微鏡の操作性・精度の向上と、適用範囲の拡大が図られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明による実施形態の一例である。電子銃１から出射した電子は、収差補正手段３で収差を調整され、電子線の偏向手段４により偏向され、対物レンズ５により収束された結果、試料６の所望の位置に入射電子２ａとして入射する。
【００２７】
試料６を透過した透過電子２ｂは、ロンチグラム画像７を形成する。ロンチグラム画像７は画像取得装置８により取得され、ロンチグラムのフーリエ変換図形を解析し収差を計算するための画像解析装置１０においてロンチグラムのフーリエ変換図形中に見られる図形の位置及び形状を用いて、対物レンズ系の収差特性（例えば、焦点や非点）が解析される。
【００２８】
解析結果は、画像表示装置１１において表示され、又は解析結果に基づき制御装置９で電子顕微鏡の収差補正手段３の動作条件、偏向手段４の動作条件、又は対物レンズ５の動作条件を所望の条件に自動的に変化させる。所望の条件とは、例えば、試料上に極微小電子線プローブを形成して高い空間分解能を得るために、非点や焦点はずれ量をゼロ近傍にするなどの条件であり、そのために対物レンズのレンズ電流値や収差補正装置の設定等が変更される。
【００２９】
図２は、本発明の実施形態の一例である。試料は結晶性試料であり、試料を透過した電子は結晶の有する周期性により回折を起こす。図２の左図に示すロンチグラムの模式図１２ａには、結晶性試料により回折を起こした電子が干渉した干渉縞１２ｂが観察される。この干渉縞１２ｂの間隔は対物レンズ系の収差特性によって決定される。２回非点、コマ収差、３回非点、球面収差及びそれよりも高次の収差（例えば、４回非点や、５次球面収差など）が全く無い理想的なレンズの場合には、干渉縞には歪みが無く、格子状となる。
【００３０】
一方、焦点以外の収差がある場合には、干渉縞が歪む。したがって、この歪みを詳細に解析すれば原理的には収差の知見が得られるはずである。しかし、ロンチグラム図形が複雑であるために、ロンチグラム中の干渉縞の間隔や歪みを定量的に取り扱うことは技術的に困難であった。また、ロンチグラムのフーリエ変換図形を収差特性の計測に用いられることは、これまでなかった。
【００３１】
本発明は、ロンチグラムの少なくとも一部のフーリエ変換図形の、構成要素の相対距離又は／及び形状が、前記対物レンズ系収差特性により変化することを用いて対物レンズ系収差特性を計測することを特徴とする。
ロンチグラムのフーリエ変換図形においては、図２から図８に示すように、原点周辺に規則的に散乱する構成要素の散乱具合とその構成要素の形状が、対物レンズ系収差特性によって様々に異なるのである。
従来手法がロンチグラムを観察対象としていたのと比べると、本発明では、ロンチグラムのフーリエ変換図形を計算する点で全く異なっている。フーリエ変換図形の形状は、対物レンズ系収差特性により変化する。本発明ではロンチグラムのフーリエ変換図形中に見られる図形の位置及び形状を用いて、対物レンズ系の収差特性を解析する。ロンチグラム全体のフーリエ変換図形には、図２の右図に示すロンチグラムのフーリエ変換図形の模式図１３ａにあるように、各ブラッグ回折の干渉縞に対応する離散状図形のくさび形図形１３ｂが観察される。ここにおいて模式図１３ａの中心は原点１３ｃであり、この原点１３ｃはロンチグラムに含まれる周波数成分が０であることを意味する。焦点以外の収差が無い場合、ロンチグラム全体には歪みが無いことから、電子回折図形と同様のスポット（点）として観察される。一方、収差が顕著な場合には、干渉縞の間隔がロンチグラム中の位置によって変化するため、離散状図形は点ではなく、くさび形図形１３ｂとして観察される。このくさび形図形１３ｂはロンチグラムにおける対物レンズ系の収差の影響を、効率的に抽出している。
【００３２】
離散状図形の形状が、点ではなくくさび形図形１３ｂになっていることから、収差の有無が判別できる。くさび形図形１３ｂの形状が点になるように球面収差補正装置中のレンズ電流を変化させることにより、球面収差の補正装置の動作条件を最適化できる。また、このくさび形図形１３ｂの位置の対称性から、２回及び３回の非点収差を計測できる。さらに、このくさび形図形１３ｂの中心からの距離から、焦点などを計測できる。また、くさび形図形１３ｂの個々の形状について、中心に対する対称性からコマ収差が計測できる。このようにロンチグラム全体のフーリエ変換図形中に見られるくさび形図形１３ｂの位置及び形状から、焦点、コマ収差、非点、および球面収差などの対物レンズ系の収差特性が解析できる。
【００３３】
なお、図２においては、ロンチグラム全体よりフーリエ変換を行ったが、ロンチグラム中心のみをフーリエ変換することにより、くさび形図形１３ｂの大きさが小さくなり、離散状図形の位置の検出がしやすくなり、収差特性を解析し易くすることも可能である。
【００３４】
図３は、本発明の実施形態の一例である。図３の左図はロンチグラムの一例１４ａ（観察写真）、図３の右図はそのフーリエ変換図形の一例１５ａ（観察写真）を示している。ロンチグラムの一例１４ａとしてＳｒＴｉＯ３試料を用いて、結晶構造におけるＣ軸に沿って電子線を入射した（以下Ｃ軸入射と呼ぶ）結果を示している。多くのブラッグ回折を起こした結果、多方向に干渉縞１４ｂが現れている。
【００３５】
図３の右図に示すこのロンチグラムのフーリエ変換図形の一例１５ａには、図２の右図に示すロンチグラムのフーリエ変換図形の模式図１３ａで示したように、くさび形の図形が離散状図形の一例１５ｂとして観察される。ロンチグラムのフーリエ変換図形の一例１５ａの中心は原点１５ｃである。くさび形の離散状図形の一例１５ｂに付けられている数字（例えば、１１０，２００など）は、ブラッグ回折の指数である。
【００３６】
くさび形の離散状図形の位置及び形状から焦点、コマ収差、球面収差や非点収差の値を知ることができる。例えば、コマ収差、非点収差が無視し得るとすると、ブラッグ回折の指数ｈｋｌのくさび形図形の、中心からの距離Ｐｈｋｌは、次の式（１）で表される。
【００３７】
Ｐｈｋｌ＝（ｚ＋４Ｃｓθｈｋｌ ２）／ｄｈｋｌ （１）
ただし、ｚは焦点、Ｃｓは球面収差係数、ｄｈｋｌ及びθｈｋｌは指数ｈｋｌの各ブラッグ回折の面間隔とブラッグ回折角である。
【００３８】
式（１）において、対物レンズ系の収差特性の変数は、焦点ｚと球面収差係数Ｃｓとの２つである。一方、他のパラメータ（Ｐｈｋｌ、θｈｋｌ、ｄｈｋｌ）はブラッグ回折の指数ｈｋｌと結晶構造により一義的に決まる。したがって、２つ以上の異なる指数ｈｋｌについて、中心からの距離Ｐｈｋｌと面間隔ｄｈｋｌ及びブラッグ回折角θｈｋｌが分かれば、対物レンズの収差特性である焦点ｚや球面収差係数Ｃｓが解析的に求められる。
【００３９】
以上の議論では、非点収差等の収差は省略したが、それらの非点の影響は、式（１）からのずれとして検出できる。また、図３に見られる２２０や３１０などのより多くの離散状図形の位置を用いれば、より精度良く収差が求められる。
【００４０】
図４は、本発明の実施形態の一つで、２枚のロンチグラムのフーリエ変換図形を用いて、焦点の変化を検出した例である。図４の右図と左図に、焦点の値を変えた２つの収差特性条件下の、ロンチグラムのフーリエ変換図形（１６及び１７）を示した。試料はＳｒＴｉＯ３試料で、Ｃ軸入射である。焦点の値を変えたことにより、矢印で示すように、離散状図形の位置が変化している。
【００４１】
焦点の値を変えた後のフーリエ変換図形１７では、離散状図形は全て中心に近づいている。最適焦点条件、すなわち、ＳＴＥＭでもっとも重要なプローブ径が最小になる条件では、離散状図形が中心一点に集まるため、この２枚の条件から焦点（試料に対する入射電子の焦点位置）を最適な値にするための条件が容易に求められる。
【００４２】
図５は、本発明の実施形態の一つで、２枚のロンチグラムのフーリエ変換図形を用いて、２回非点の変化を検出した例である。図５の右図と左図は、２回の非点の向き及び大きさを変えた２つの収差特性条件下の、ロンチグラムのフーリエ変換図形（１８及び１９）である。試料はＳｒＴｉＯ３試料であり、Ｃ軸入射である。非点の向き及び大きさを変えたことにより離散状図形の位置が矢印で示す方向に変化している。
【００４３】
焦点を除く収差がゼロとなる条件では、離散状図形は、電子回折図形と基本的に等しくなる。したがって、図５の右図に示したように、フーリエ変換図形１９の離散状図形の位置における歪みの方向と歪み量から、非点の方向および大きさを知ることができ、この場合には、指数０２０方向に非点が残存していることが分かる。また、この歪みが無くなるように収差補正装置を用いて非点補正を行うこともできる。
【００４４】
図６は、本発明の実施形態の一つで、ロンチグラムの複数の部分からのフーリエ変換図形を用いて、３回非点の有無を検出した例である。ここでは、計算により求めた３回非点を有するロンチグラム２０で説明する。計算に用いた結晶はダイヤモンド構造を有するシリコンであり、電子顕微鏡の断面観察で一般的に用いられる結晶の１１０方向を電子線の入射方向としている。焦点と３回非点以外の収差は０としている。
【００４５】
フーリエ変換する位置を図６のようにＡ、Ｂ及びＣと変えていくにしたがって、破線の楕円で示したように、フーリエ変換図形（２１，２２及び２３）は歪む方向が変化していることが分かる。これを用いて３回の非点を検出することができる。すなわち、ロンチグラムの異なる複数部分場所のフーリエ変換図形において、離散状図形の位置の歪みの方向の差異から、収差特性の一つである３回の非点を求められる。また、図６で示したダイヤモンド構造の１１０方向からの観察のように、結晶が４回対称などの特定の対称性を有していなくても、本発明が適用可能であることが分かる。
【００４６】
図７は、本発明の実施形態の一つで、非晶質試料を用いて、ロンチグラム２４の複数の部分からのフーリエ変換図形を用いて、収差特性を検出した例である。フーリエ変換する位置をＤ，Ｅ及びＦと変えていくにしたがって、破線円及び楕円で示したように、フーリエ変換図形（２５，２６及び２７）の歪む方向が変化するなどの、歪みの有無又は歪みの方向の差異を示していることが分かる。非点が無い場合、フーリエ変換をする位置（例えばＥ）の、中心からの方位角をφｒとすると、ロンチグラムのフーリエ変換図形２６において楕円で示した歪みの角度φｆは、方位角φｒと同じになる。一方、非点がある場合には、φｒとφｆとが一致しない。例えば２回非点がある場合には、歪みの角度φｆにはφｒの２倍に比例する成分が含まれる。これを用いて非点の方向と大きさを検出することができる。
【００４７】
本発明の方法は、結晶性試料でも非晶質試料でも適用可能であり、それらが混在している試料でも適用することができる。また、本発明において、収差補正手段は、２回又は３回の非点を補正する機能のみを有したものでも、多極子レンズ等を用いた球面収差及びそれ以外の高次の収差特性（例えば、４回非点や５次の球面収差）を補正する機能を有したものでも、それ以外の収差補正機能を有したものでも可能である。
【００４８】
図８は本発明の実施形態の一つで、球面収差の有無を検出した例である。球面収差係数Ｃｓが０．５ｍｍの場合の、ロンチグラムのフーリエ変換図形２８において見られる、離散状図形の形状３１は、球面収差が小さくなるにしたがって、小さくなる。例えば球面収差係数Ｃｓが０．０５ｍｍの場合の、ロンチグラムのフーリエ変換図形２９においては、離散状図形の形状３１は小さいがまだ確認できる。離散状図形の形状３１がほぼ点と見なせるのは、球面収差係数Ｃｓが０．００５ｍｍの場合である。球面収差補正装置では、残存球面収差を０．０５ｍｍ程度にする場合が多く、本手法により、球面収差補正装置で要求される、残存収差検出感度を有していることが確認できる。
【００４９】
図９は本発明の実施形態の一つで、画像解析装置により、収差の一つである焦点を自動的に調整する手順を示したフローチャートである。まず、ロンチグラムのフーリエ変換図形に見られる離散状図形から任意の離散状図形Ａを選択し、その原点からの距離Ｐ１を計測して求める。次に、対物レンズの焦点をわずかにＤＦだけ（例えば、５００ｎｍ程度）変更する。次に、前記離散状図形Ａ中の原点１５ｃ（図３参照）からの距離を再度計測しその値をＰ２とする。これらの結果に基づき、例えば、対物レンズの焦点をＤＦ×Ｐ２／（Ｐ１−Ｐ２）だけ変更させることにより、自動的に焦点を０とすることができる。ここでは、一例として焦点を自動調整する方法を示したが、焦点に限らず他の収差係数も自動調整することが可能である。
【００５０】
図１０は本発明による電子顕微鏡の動作手順を、図１に示す実施形態に基づいて示す概念図である。本発明ではまず対物レンズ系を用いて、電子を試料に照射する。次に、画像取得装置８を用いてロンチグラム９を計測する。次に、画像解析装置１０を用いて、画像を解析する。
画像解析装置１０での画像解析では、まずロンチグラム９のフーリエ変換図形を計算し、例えば、離散状図形１３ｂの原点１３ｃ（図２参照）からの距離と形状を計測する。次に、前記の式１等に基づきＣｓ及びｚ等の収差を計測して求める。解析結果は画像表示装置１１を用いて表示される。画像解析結果が所望の値でない場合には、制御装置９を用いて対物レンズ系の動作条件を変化させ、上記の動作手順を繰り返す。以上のように動作させることにより、本発明による電子顕微鏡の機能が実現される。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の実施の形態を示す概念図である。
【図２】本発明による収差特性の計測方法を示す模式図である。
【図３】本発明による収差特性の計測方法を示す図面代用写真である。
【図４】本発明による収差特性の計測方法を示す図面代用写真である。
【図５】本発明による収差特性の計測方法を示す図面代用写真である。
【図６】本発明による収差特性の計測方法を示す図面代用写真である。
【図７】本発明による収差特性の計測方法を示す図面代用写真である。
【図８】本発明による収差特性の計測方法を示す図面代用写真である。
【図９】本発明による収差特性の計測方法を示す概念図である。
【図１０】本発明による電子顕微鏡の動作手順を示す概念図である。
【符号の説明】
【００５２】
１…電子銃
２ａ…入射電子
２ｂ…透過電子
３…収差補正手段
４…偏向手段
５…対物レンズ
６…試料
７…ロンチグラム画像
８…画像取得装置
９…制御装置
１０…画像解析装置
１１…画像表示装置
１２ａ…ロンチグラムの模式図
１２ｂ…干渉縞
１３ａ…ロンチグラムのフーリエ変換図形の模式図
１３ｂ…離散状図形のくさび形図形
１３ｃ…ロンチグラムのフーリエ変換図形の原点
１４ａ…ロンチグラムの一例
１４ｂ…干渉縞の一例
１５ａ…ロンチグラムのフーリエ変換図形の一例
１５ｂ…離散状図形の一例
１５ｃ…ロンチグラムのフーリエ変換図形の原点
１６…焦点を変える前のロンチグラムのフーリエ変換図形の一例
１７…焦点を変えた後のロンチグラムのフーリエ変換図形の一例
１８…２回の非点を変える前のロンチグラムのフーリエ変換図形の一例
１９…２回の非点を変えた後のロンチグラムのフーリエ変換図形の一例
２０…３回の非点を含んだロンチグラム
２１…ロンチグラム２０の一部分（Ａ）から取得したフーリエ変換図形の一例
２２…ロンチグラム２０の一部分（Ｂ）から取得したフーリエ変換図形の一例
２３…ロンチグラム２０の一部分（Ｃ）から取得したフーリエ変換図形の一例
２４…非晶質試料のロンチグラム
２５…ロンチグラム２４の一部分（Ｄ）から取得したフーリエ変換図形の一例
２６…ロンチグラム２４の一部分（Ｅ）から取得したフーリエ変換図形の一例
２７…ロンチグラム２４の一部分（Ｆ）から取得したフーリエ変換図形の一例
２８…球面収差係数Ｃｓが０．５ｍｍの場合の、ロンチグラムのフーリエ変換図形の一例
２９…球面収差係数Ｃｓが０．０５ｍｍの場合の、ロンチグラムのフーリエ変換図形の一例
３０…球面収差係数Ｃｓが０．００５ｍｍの場合の、ロンチグラムのフーリエ変換図形の一例
３１…離散状図形の形状
［０００１］
本発明は、試料の近傍に電子を収束する対物レンズ系を有し、前記電子を前記試料に透過させてロンチグラム（Ｒｏｎｃｈｉｇｒａｍ）を得る電子顕微鏡の対物レンズ系収差特性の計測方法とその計測結果に基づき対物レンズ系の収差補正を行う機能を有する装置を備えた電子顕微鏡に関する。
背景技術
［０００２］
走査透過電子顕微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ；以下「ＳＴＥＭ」という）は、微小領域の材料評価手法として、近年広く用いられつつある。入射電子の走査信号と同期して様々な透過電子強度等を計測することにより、明視野像や暗視野像の観察が行われている。ＳＴＥＭによって高い空間分解能で正しく観察するためには、ＳＴＥＭの適切な軸調整を行うことが不可欠であり、そのためには対物レンズ系の収差特性を計測する必要がある。
［０００３］
本明細書において、当該「対物レンズ系」とは、電子を収束するために用いる電子銃、収差補正手段、電子線の偏向手段及び対物レンズ等の光学要素全体を指す。また、当該「収差特性」とは、対物レンズ系について、焦点（焦点位置の試料位置からのずれの値）、２回の非点収差、コマ収差、３回の非点収差、球面収差及び、高次の収差（例えば、４回非点や５次の球面収差など）を指す。
［０００４］
従来、ＳＴＥＭの軸調整には、ロンチグラムを観察する手法が用いられていた（例えば、特許文献１）。ロンチグラムとは、試料に入射電子を収束し、透過した電子が作る電子散乱図形で、電子顕微鏡では、電子回折図形を観察する設定条件等で観察される。前記入射電子の焦点位置を前記試料の観察領域から意図的にずらすことにより、電子散乱図形中に試料の投影像が見られることからシャドーイメージ（Ｓｈａｄｏｗ ｉｍａｇｅ）と呼ばれる場合もある。
【０００５】
従来のＳＴＥＭの軸調整では、非晶質試料のロンチグラムを観察し、ロンチグラムの中心に見られるコントラストが一様な領域が円形になるように、焦点又は、非点収差の軸調整等を行っていた。
【０００６】
近年になり球面収差の補正装置が使われるようになり、焦点や非点収差に加え、球面収差等も制御できるようになってきた。それに伴い、軸調整を行うために計測する対象となる収差や、動作条件を調整する対物レンズ系の光学要素（例えば、収差補正手段や電子線の偏向手段）も増えてきた。そのため、対物レンズ系の収差を計測する新しい方法も用いられている。
【０００７】
新しい方法の一つは、ロンチグラムを用いる方法である。意図的に試料の観察領域から焦点位置をはずしてロンチグラムを観察し、場所による倍率の違いを用いるものである（非特許文献１）。多くの場合、コントラストが明瞭な軸調整用の試料を用いることが多く、実際の観察のためには試料を入れ替えることなどが必要である。
【０００８】
もう一つの新しい方法は、入射電子の試料面への入射角を意図的に変えて、暗視野像の変化を観察するものである。ＴＥＭの軸調整でＺｅｍｌｉｎ Ｔａｂｌｅａｕ （非特許文献２）と呼ばれているものと類似した方法で、ｄｅｃｏｎｖｏｌｕｔｅｄ ｐｒｏｂｅ ｔａｂｌｅａｕ法と呼ばれている。この場合には、試料面への入射電子の入射角を変えた暗視野像を多数計測する必要があり、長時間の計測時間を必要とする。
【０００９】
【特許文献１】
特開２００３−３３１７７３号公報
【非特許文献１】
Ｎ．Ｄｅｌｌｂｙ，Ｏ．Ｌ．Ｋｒｉｖａｎｅｋ，Ｐ．Ｄ． Ｎｅｌｌｉｓｔ ｅｔ ａｌ．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ，ｖｏｌ．５０，ｐ１７７
【非特許文献２】
Ｆ．Ｚｅｍｌｉｎ，ｅｔ ａｌ．，Ｕｌｔｒａｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ，ｖｏｌ．３，（１９７８），ｐ４９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
最近のＳＴＥＭの高分解能化に伴って、収差特性を迅速かつ定量的に計測する必要性は、ますます高まっている。しかし、その一方、ＳＴＥＭ装置は未だ広く普及するに至っていない。最新のＳＴＥＭ装置の普及を阻んでいるのは、軸調整の複雑さの問題であり、収差特性をいかに計測するかが喫緊の課題になっている。
【００１１】
従来から用いられているロンチグラムを用いた収差計測の方法では、非晶質薄膜試料が必須である。そのため、試料上の所望の観察領域とは異なる場所で、ロンチグラムを観察し、軸調整をする必要があった。また、この従来の収差計測の方法により推定できるのは焦点と非点収差であり、定量的な計測はできない。
【００１２】
また、球面収差の補正装置の使用に伴って用いられるようになった新しい収差計測の方法においても、収差特性の計測のために特殊な試料が必要であり、計測に長時間が必要であるなど、汎用性・迅速性に問題がある。
【００１３】
汎用性の欠けた収差計測方法では、例えば、試料の実際に観察したい領域では収差特性の計測や対物レンズ系の光学要素（例えば、収差補正手段や電子線の偏向手段）の調整ができないため、わざわざ異なる試料や異なる場所に視野を移動しなくてはならない。また、収差計測方法が迅速性に欠け、収差の計測に時間がかかる場合には、電子照射による試料の損傷や、装置の不安定性による対物レンズ系の光学要素の再調整の必要なども生じる。特に、ＳＴＥＭで観察対象となるのは結晶性の試料が多いが、その場合、従来の収差計測技術では対物レンズ系の収差特性を計測できないという深刻な問題があった。
【００１４】
以上のことから、試料上の実際に観察したい領域で収差特性を計測し、対物レンズ系の光学要素を補正できる汎用性があり、試料損傷を起こすことなく迅速に収差特性を計測できる方法と、その計測結果に基づき収差補正を行う機能を有するＳＴＥＭ装置の開発が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記の課題を解決するための方法として、本発明では、対物レンズ系の収差特性を計測する新たな方法と、それに基づく装置が提供される
【００１６】
すなわち、発明１の電子顕微鏡の対物レンズ系収差特性の計測方法は、ロンチグラムの少なくとも一部のフーリエ変換図形の、構成要素の相対距離又は／及び形状が、前記対物レンズ系収差特性により変化することを用いて計測する方法において、フーリエ変換するのは、前記ロンチグラムの異なる複数部分であり、得られた複数の前記フーリエ変換図形の、構成要素の相対距離又は／及び形状における相対差により、前記対物レンズ系収差特性を計測することを特徴とする。
［００１７］
発明２は、発明１の電子顕微鏡の対物レンズ系収差特性の計測方法において、フーリエ変換するのは、前記ロンチグラム全体であることを特徴とする。
【００１９】
発明３は、発明１又は２の電子顕微鏡の対物レンズ系収差特性の計測方法において、動作条件の異なる対物レンズ系から得られた複数のロンチグラムのフーリエ変換図形の、構成要素の相対距離又は／及び形状の相対差により、前記対物レンズ系の収差特性を計測することを特徴とする。
【００２０】
発明４は、電子顕微鏡であって、発明１から３の何れかの対物レンズ系収差特性の計測方法に基づき、得られた収差特性の結果を表示する機能及び／又は手段を有することを特徴とする。
【００２１】
発明５は、電子顕微鏡であって、発明１から３の何れか発明の対物レンズ系収差特性の計測方法に基づき、得られた収差特性を用いて、前記対物レンズ系の収差補正装置の設定を変更させる機能及び／又は手段を有することを特徴とする。
［００２２］
従来の収差特性の計測方法では、特殊な非晶質試料を必要としたり、多く（例えば、１０枚以上）の画像を観察したりする必要があり、汎用性、迅速性、簡便性に問題があった。ロンチグラムを用いる収差特性の計測手法は従来も存在したが、ロンチグラムのフーリエ変換図形を用いて対物レンズ系の収差特性を効率よく抽出し、定量的に計測する手法は、従来まったく報告されていなかった。
【００２３】
ロンチグラムのフーリエ変換図形を計算し解析対象とする収差特性の計測方法は、これまでに報告された例が無く、本発明により初めてその有効性が示されるものである。本発明により、従来とは全く異なる、新規な収差特性の計測手法が提供される。
【００２４】
本発明は、実際の観察対象であることが多い結晶性試料でも非晶質性試料でも適用できる、汎用性のある収差特性の計測手法を提供する。この計測手法は、収差特性の計測に多数の画像を必要としないので、操作の簡便性又は迅速性を有する利点がある。また、本発明は、１枚あるいは２枚程度のロンチグラムで収差を効率よく抽出できることから、オンライン化などにも適している。
【００２５】
本発明により、汎用性、迅速性、簡便性に優れた、収差特性の計測方法とその計測結果に基づき収差補正を行う機能を有する装置を備えた電子顕微鏡が提供され、走査透過電子顕微鏡の操作性・精度の向上と、適用範囲の拡大が図られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明による実施形態の一例である。電子銃１から出射した電子は、収差補正手段３で収差を調整され、電子線の偏向手段４により偏向され、対物レンズ５により収束された結果、試料６の所望の位置に入射電子２ａとして入射する。
【００２７】
試料６を透過した透過電子２ｂは、ロンチグラム画像７を形成する。ロンチグラム画像７は画像取得装置８により取得され、ロンチグラムのフーリエ変換図形を解析し収差を計算するための画像解析装置１０においてロンチグラムのフーリエ変換図形中に見られる図形の位置及び形状を用いて、対物レンズ系の収差特性（例えば、焦点や非点）が解析される。
【００２８】
解析結果は、画像表示装置１１において表示され、又は解析結果に基づき制御装置９で電子顕微鏡の収差補正手段３の動作条件、偏向手段４の動作条件、又は対物レンズ５の動作条件を所望の条件に自動的に変化させる。所望の条件とは、例えば、試料上に極微小電子線プローブを形成して高い空間分解能を得るために、非点や焦点はずれ量をゼロ近傍にするなどの条件であり、そのために対物レンズのレンズ電流値や収差補正装置の設定等が変更される。
【００２９】
図２は、本発明の実施形態の一例である。試料は結晶性試料であり、試料を透過した電子は結晶の有する周期性により回折を起こす。図２の左図に示すロンチグラムの模式図１２ａには、結晶性試料により回折を起こした電子が干渉した干渉縞１２ｂが観察される。この干渉縞１２ｂの間隔は対物レンズ系の収差特性によって決定される。２回非点、コマ収差、３回非点、球面収差及びそれよりも高次の収差（例えば、４回非点や、５次球面収差など）が全く無い理想的なレンズの場合には、干渉縞には歪みが無く、格子状となる。
【００３０】
一方、焦点以外の収差がある場合には、干渉縞が歪む。したがって、この歪みを詳細に解析すれば原理的には収差の知見が得られるはずである。しかし、ロンチグラム図形が複雑であるために、ロンチグラム中の干渉縞の間隔や歪みを定量的に取り扱うことは技術的に困難であった。また、ロンチグラムのフーリエ変換図形を収差特性の計測に用いられることは、これまでなかった。
【００３１】
本発明は、ロンチグラムの少なくとも一部のフーリエ変換図形の、構成要素の相対距離又は／及び形状が、前記対物レンズ系収差特性により変化することを用いて対物レンズ系収差特性を計測することを特徴とする。
ロンチグラムのフーリエ変換図形においては、図２から図８に示すように、原点周辺に規則的に散乱する構成要素の散乱具合とその構成要素の形状が、対物レンズ系収差特性によって様々に異なるのである。
従来手法がロンチグラムを観察対象としていたのと比べると、本発明では、ロンチグラムのフーリエ変換図形を計算する点で全く異なっている。フーリエ変換図形の形状は、対物レンズ系収差特性により変化する。本発明ではロンチグラムのフーリエ変換図形中に見られる図形の位置及び形状を用いて、対物レンズ系の収差特性を解析する。ロンチグラム全体のフーリエ変換図形には、図２の右図に示すロンチグラムのフーリエ変換図形の模式図１３ａにあるように、各ブラッグ回折の干渉縞に対応する離散状図形のくさび形図形１３ｂが観察される。ここにおいて模式図１３ａの中心は原点１３ｃであり、この原点１３ｃはロンチグラムに含まれる周波数成分が０であることを意味する。焦点以外の収差が無い場合、ロンチグラム全体には歪みが無いことから、電子回折図形と同様のスポット（点）として観察される。一方、収差が顕著な場合には、干渉縞の間隔がロンチグラム中の位置によって変化するため、離散状図形は点ではなく、くさび形図形１３ｂとして観察される。このくさび形図形１３ｂはロンチグラムにおける対物レンズ系の収差の影響を、効率的に抽出している。
【００３２】
離散状図形の形状が、点ではなくくさび形図形１３ｂになっていることから、収差の有無が判別できる。くさび形図形１３ｂの形状が点になるように球面収差補正装置中のレンズ電流を変化させることにより、球面収差の補正装置の動作条件を最適化できる。また、このくさび形図形１３ｂの位置の対称性から、２回及び３回の非点収差を計測できる。さらに、このくさび形図形１３ｂの中心からの距離から、焦点などを計測できる。また、くさび形図形１３ｂの個々の形状について、中心に対する対称性からコマ収差が計測できる。このようにロンチグラム全体のフーリエ変換図形中に見られるくさび形図形１３ｂの位置及び形状から、焦点、コマ収差、非点、および球面収差などの対物レンズ系の収差特性が解析できる。
【００３３】
なお、図２においては、ロンチグラム全体よりフーリエ変換を行ったが、ロンチグラム中心のみをフーリエ変換することにより、くさび形図形１３ｂの大きさが小さくなり、離散状図形の位置の検出がしやすくなり、収差特性を解析し易くすることも可能である。
【００３４】
図３は、本発明の実施形態の一例である。図３の左図はロンチグラムの一例１４ａ（観察写真）、図３の右図はそのフーリエ変換図形の一例１５ａ（観察写真）を示している。ロンチグラムの一例１４ａとしてＳｒＴｉＯ３試料を用いて、結晶構造におけるＣ軸に沿って電子線を入射した（以下Ｃ軸入射と呼ぶ）結果を示している。多くのブラッグ回折を起こした結果、多方向に干渉縞１４ｂが現れている。
【００３５】
図３の右図に示すこのロンチグラムのフーリエ変換図形の一例１５ａには、図２の右図に示すロンチグラムのフーリエ変換図形の模式図１３ａで示したように、くさび形の図形が離散状図形の一例１５ｂとして観察される。ロンチグラムのフーリエ変換図形の一例１５ａの中心は原点１５ｃである。くさび形の離散状図形の一例１５ｂに付けられている数字（例えば、１１０，２００など）は、ブラッグ回折の指数である。
【００３６】
くさび形の離散状図形の位置及び形状から焦点、コマ収差、球面収差や非点収差の値を知ることができる。例えば、コマ収差、非点収差が無視し得るとすると、ブラッグ回折の指数ｈｋｌのくさび形図形の、中心からの距離Ｐｈｋｌは、次の式（１）で表される。
【００３７】
Ｐｈｋｌ＝（ｚ＋４Ｃｓθｈｋｌ ２）／ｄｈｋｌ （１）
ただし、ｚは焦点、Ｃｓは球面収差係数、ｄｈｋｌ及びθｈｋｌは指数ｈｋｌの各ブラッグ回折の面間隔とブラッグ回折角である。
【００３８】
式（１）において、対物レンズ系の収差特性の変数は、焦点ｚと球面収差係数Ｃｓとの２つである。一方、他のパラメータ（Ｐｈｋｌ、θｈｋｌ、ｄｈｋｌ）はブラッグ回折の指数ｈｋｌと結晶構造により一義的に決まる。したがって、２つ以上の異なる指数ｈｋｌについて、中心からの距離Ｐｈｋｌと面間隔ｄｈｋｌ及びブラッグ回折角θｈｋｌが分かれば、対物レンズの収差特性である焦点ｚや球面収差係数Ｃｓが解析的に求められる。
【００３９】
以上の議論では、非点収差等の収差は省略したが、それらの非点の影響は、式（１）からのずれとして検出できる。また、図３に見られる２２０や３１０などのより多くの離散状図形の位置を用いれば、より精度良く収差が求められる。
【００４０】
図４は、本発明の実施形態の一つで、２枚のロンチグラムのフーリエ変換図形を用いて、焦点の変化を検出した例である。図４の右図と左図に、焦点の値を変えた２つの収差特性条件下の、ロンチグラムのフーリエ変換図形（１６及び１７）を示した。試料はＳｒＴｉＯ３試料で、Ｃ軸入射である。焦点の値を変えたことにより、矢印で示すように、離散状図形の位置が変化している。
【００４１】
焦点の値を変えた後のフーリエ変換図形１７では、離散状図形は全て中心に近づいている。最適焦点条件、すなわち、ＳＴＥＭでもっとも重要なプローブ径が最小になる条件では、離散状図形が中心一点に集まるため、この２枚の条件から焦点（試料に対する入射電子の焦点位置）を最適な値にするための条件が容易に求められる。
【００４２】
図５は、本発明の実施形態の一つで、２枚のロンチグラムのフーリエ変換図形を用いて、２回非点の変化を検出した例である。図５の右図と左図は、２回の非点の向き及び大きさを変えた２つの収差特性条件下の、ロンチグラムのフーリエ変換図形（１８及び１９）である。試料はＳｒＴｉＯ３試料であり、Ｃ軸入射である。非点の向き及び大きさを変えたことにより離散状図形の位置が矢印で示す方向に変化している。
【００４３】
焦点を除く収差がゼロとなる条件では、離散状図形は、電子回折図形と基本的に等しくなる。したがって、図５の右図に示したように、フーリエ変換図形１９の離散状図形の位置における歪みの方向と歪み量から、非点の方向および大きさを知ることができ、この場合には、指数０２０方向に非点が残存していることが分かる。また、この歪みが無くなるように収差補正装置を用いて非点補正を行うこともできる。
【００４４】
図６は、本発明の実施形態の一つで、ロンチグラムの複数の部分からのフーリエ変換図形を用いて、３回非点の有無を検出した例である。ここでは、計算により求めた３回非点を有するロンチグラム２０で説明する。計算に用いた結晶はダイヤモンド構造を有するシリコンであり、電子顕微鏡の断面観察で一般的に用いられる結晶の１１０方向を電子線の入射方向としている。焦点と３回非点以外の収差は０としている。
【００４５】
フーリエ変換する位置を図６のようにＡ、Ｂ及びＣと変えていくにしたがって、破線の楕円で示したように、フーリエ変換図形（２１，２２及び２３）は歪む方向が変化していることが分かる。これを用いて３回の非点を検出することができる。すなわち、ロンチグラムの異なる複数部分場所のフーリエ変換図形において、離散状図形の位置の歪みの方向の差異から、収差特性の一つである３回の非点を求められる。また、図６で示したダイヤモンド構造の１１０方向からの観察のように、結晶が４回対称などの特定の対称性を有していなくても、本発明が適用可能であることが分かる。
【００４６】
図７は、本発明の実施形態の一つで、非晶質試料を用いて、ロンチグラム２４の複数の部分からのフーリエ変換図形を用いて、収差特性を検出した例である。フーリエ変換する位置をＤ，Ｅ及びＦと変えていくにしたがって、破線円及び楕円で示したように、フーリエ変換図形（２５，２６及び２７）の歪む方向が変化するなどの、歪みの有無又は歪みの方向の差異を示していることが分かる。非点が無い場合、フーリエ変換をする位置（例えばＥ）の、中心からの方位角をφｒとすると、ロンチグラムのフーリエ変換図形２６において楕円で示した歪みの角度φｆは、方位角φｒと同じになる。一方、非点がある場合には、φｒとφｆとが一致しない。例えば２回非点がある場合には、歪みの角度φｆにはφｒの２倍に比例する成分が含まれる。これを用いて非点の方向と大きさを検出することができる。
【００４７】
本発明の方法は、結晶性試料でも非晶質試料でも適用可能であり、それらが混在している試料でも適用することができる。また、本発明において、収差補正手段は、２回又は３回の非点を補正する機能のみを有したものでも、多極子レンズ等を用いた球面収差及びそれ以外の高次の収差特性（例えば、４回非点や５次の球面収差）を補正する機能を有したものでも、それ以外の収差補正機能を有したものでも可能である。
【００４８】
図８は本発明の実施形態の一つで、球面収差の有無を検出した例である。球面収差係数Ｃｓが０．５ｍｍの場合の、ロンチグラムのフーリエ変換図形２８において見られる、離散状図形の形状３１は、球面収差が小さくなるにしたがって、小さくなる。例えば球面収差係数Ｃｓが０．０５ｍｍの場合の、ロンチグラムのフーリエ変換図形２９においては、離散状図形の形状３１は小さいがまだ確認できる。離散状図形の形状３１がほぼ点と見なせるのは、球面収差係数Ｃｓが０．００５ｍｍの場合である。球面収差補正装置では、残存球面収差を０．０５ｍｍ程度にする場合が多く、本手法により、球面収差補正装置で要求される、残存収差検出感度を有していることが確認できる。
【００４９】
図９は本発明の実施形態の一つで、画像解析装置により、収差の一つである焦点を自動的に調整する手順を示したフローチャートである。まず、ロンチグラムのフーリエ変換図形に見られる離散状図形から任意の離散状図形Ａを選択し、その原点からの距離Ｐ１を計測して求める。次に、対物レンズの焦点をわずかにＤＦだけ（例えば、５００ｎｍ程度）変更する。次に、前記離散状図形Ａ中の原点１５ｃ（図３参照）からの距離を再度計測しその値をＰ２とする。これらの結果に基づき、例えば、対物レンズの焦点をＤＦ×Ｐ２／（Ｐ１−Ｐ２）だけ変更させることにより、自動的に焦点を０とすることができる。ここでは、一例として焦点を自動調整する方法を示したが、焦点に限らず他の収差係数も自動調整することが可能である。
【００５０】
図１０は本発明による電子顕微鏡の動作手順を、図１に示す実施形態に基づいて示す概念図である。本発明ではまず対物レンズ系を用いて、電子を試料に照射する。次に、画像取得装置８を用いてロンチグラム９を計測する。次に、画像解析装置１０を用いて、画像を解析する。
画像解析装置１０での画像解析では、まずロンチグラム９のフーリエ変換図形を計算し、例えば、離散状図形１３ｂの原点１３ｃ（図２参照）からの距離と形状を計測する。次に、前記の式１等に基づきＣｓ及びｚ等の収差を計測して求める。解析結果は画像表示装置１１を用いて表示される。画像解析結果が所望の値でない場合には、制御装置９を用いて対物レンズ系の動作条件を変化させ、上記の動作手順を繰り返す。以上のように動作させることにより、本発明による電子顕微鏡の機能が実現される。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の実施の形態を示す概念図である。
【図２】本発明による収差特性の計測方法を示す模式図である。
【図３】本発明による収差特性の計測方法を示す図面代用写真である。
【図４】本発明による収差特性の計測方法を示す図面代用写真である。
【図５】本発明による収差特性の計測方法を示す図面代用写真である。
【図６】本発明による収差特性の計測方法を示す図面代用写真である。
【図７】本発明による収差特性の計測方法を示す図面代用写真である。
【図８】本発明による収差特性の計測方法を示す図面代用写真である。
【図９】本発明による収差特性の計測方法を示す概念図である。
【図１０】本発明による電子顕微鏡の動作手順を示す概念図である。
【符号の説明】
【００５２】
１…電子銃
２ａ…入射電子
２ｂ…透過電子
３…収差補正手段
４…偏向手段
５…対物レンズ
６…試料
７…ロンチグラム画像
８…画像取得装置
９…制御装置
１０…画像解析装置
１１…画像表示装置
１２ａ…ロンチグラムの模式図
１２ｂ…干渉縞
１３ａ…ロンチグラムのフーリエ変換図形の模式図
１３ｂ…離散状図形のくさび形図形
１３ｃ…ロンチグラムのフーリエ変換図形の原点
１４ａ…ロンチグラムの一例
１４ｂ…干渉縞の一例
１５ａ…ロンチグラムのフーリエ変換図形の一例
１５ｂ…離散状図形の一例
１５ｃ…ロンチグラムのフーリエ変換図形の原点
１６…焦点を変える前のロンチグラムのフーリエ変換図形の一例
１７…焦点を変えた後のロンチグラムのフーリエ変換図形の一例
１８…２回の非点を変える前のロンチグラムのフーリエ変換図形の一例
１９…２回の非点を変えた後のロンチグラムのフーリエ変換図形の一例
２０…３回の非点を含んだロンチグラム
２１…ロンチグラム２０の一部分（Ａ）から取得したフーリエ変換図形の一例
２２…ロンチグラム２０の一部分（Ｂ）から取得したフーリエ変換図形の一例
２３…ロンチグラム２０の一部分（Ｃ）から取得したフーリエ変換図形の一例
２４…非晶質試料のロンチグラム
２５…ロンチグラム２４の一部分（Ｄ）から取得したフーリエ変換図形の一例
２６…ロンチグラム２４の一部分（Ｅ）から取得したフーリエ変換図形の一例
２７…ロンチグラム２４の一部分（Ｆ）から取得したフーリエ変換図形の一例
２８…球面収差係数Ｃｓが０．５ｍｍの場合の、ロンチグラムのフーリエ変換図形の一例
２９…球面収差係数Ｃｓが０．０５ｍｍの場合の、ロンチグラムのフーリエ変換図形の一例
３０…球面収差係数Ｃｓが０．００５ｍｍの場合の、ロンチグラムのフーリエ変換図形の一例
３１…離散状図形の形状
Claims (5)
- 試料の近傍に電子を収束する対物レンズ系を有し、前記電子を前記試料に透過させてロンチグラムを得、前記ロンチグラムの少なくとも一部のフーリエ変換図形の、構成要素の相対距離又は／及び形状が、前記対物レンズ系収差特性により変化することを用いる電子顕微鏡の対物レンズ系収差特性の計測方法であって、フーリエ変換するのは、前記ロンチグラムの異なる複数部分であり、得られた複数の前記フーリエ変換図形の、構成要素の相対距離又は／及び形状における相対差により、前記対物レンズ系収差特性を計測することを特徴とする、電子顕微鏡の対物レンズ系収差特性の計測方法。
- 請求項１に記載の電子顕微鏡の対物レンズ系収差特性の計測方法において、フーリエ変換するのは、前記ロンチグラム全体であることを特徴とする、電子顕微鏡の対物レンズ系収差特性の計測方法。
- 請求項１又は２に記載の電子顕微鏡の対物レンズ系収差特性の計測方法であって、動作条件の異なる対物レンズ系から得られた複数のロンチグラムのフーリエ変換図形の、構成要素の相対距離又は／及び形状の相対差により、前記対物レンズ系の収差特性を計測することを特徴とする、電子顕微鏡の対物レンズ系収差特性の計測方法。
- 請求項１から３の何れかに記載の対物レンズ系収差特性の計測方法に基づき、得られた収差特性の結果を表示する機能及び／又は手段を有することを特徴とする、電子顕微鏡。
- 請求項１から３の何れかに記載の対物レンズ系収差特性の計測方法に基づき、得られた収差特性を用いて、前記対物レンズ系の収差補正装置の設定を変更させる機能及び／又は手段を有することを特徴とする、電子顕微鏡。
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| JP2003521801A (ja) * | 2000-01-26 | 2003-07-15 | ツェーエーオーエス コレクテッド エレクトロン オプチカル システムズ ゲーエムベーハー | 幾何光学収差を決定する方法 |
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