JP7267319B2 - 収差測定方法および電子顕微鏡 - Google Patents

Description

本発明は、収差測定方法および電子顕微鏡に関する。

透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）や走査透過電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）などの電子顕微鏡において、高分解能観察を行うためには、光学系に生じる収差の補正が極めて重要である。

収差を補正するためには、収差を測定する必要がある。収差を測定する手法としては、ディフラクトグラムタブローを用いて収差を測定する方法や、ロンキグラム（Ronchigram）を用いて収差を測定する方法が知られている。

例えば、特許文献１には、ロンキグラムを用いて収差を測定する方法が開示されている。

特開２００７－１８００１３号公報

ディフラクトグラムは、収差を反映しやすいパターンであるため、収差の測定に用いられる。しかしながら、ディフラクトグラムは、１つのパターンだけではデフォーカスの向き、すなわち、オーバーフォーカスであるのかそれともアンダーフォーカスであるのかを判断できない。そのため、事前に別の手段でデフォーカスの向きを調べたり、デフォーカスを変えた複数のディフラクトグラムを用いて収差を計算したりする必要があった。

例えば、ディフラクトグラムタブローを用いて収差を測定する場合、試料の高さや対物レンズの励磁を変えたときのデフォーカスの変化の様子からデフォーカスの向きを判断し、ディフラクトグラムを取得する。このとき、デフォーカスの向きの判断が誤っていると、ディフラクトグラムタブローから収差を正しく計算することができない。

また、ロンキグラムにおいても、同様に、１つのパターンだけではデフォーカスの向きを判断できないため、事前に別の手段でデフォーカスの向きを調べたり、デフォーカスを変えた複数のロンキグラムを用いて収差を計算したりする必要があった。

ロンキグラムを用いた収差の測定方法としては、例えば、ＳＲＡＭ（Segmental-Ronchigram-Autocorrelation function-Matrix）法が知られている。ＳＲＡＭ法では、デフォーカスが異なる複数のロンキグラムを用いて収差を計算する。

このように、収差を測定するためには、事前にデフォーカスの向きの情報を得るか、収差を測定するための画像をデフォーカスを変えて複数枚取得する必要があった。

本発明に係る収差測定方法の一態様は、
電子顕微鏡における収差測定方法であって、
前記電子顕微鏡において収差を測定するための画像を取得する工程と、
前記画像を用いて収差を測定する工程と、
を含み、
前記収差を測定する工程では、
前記画像から収差を計算し、前記電子顕微鏡の光学系の構成と前記光学系の光学条件で一意に決まり、かつ、前記光学系の調整では補正できずに残留する残留収差に基づいて、収差の計算結果におけるデフォーカスの向きを特定し、
特定されたデフォーカスの向きに基づいて、デフォーカス以外の収差を求める。

このような収差測定方法では、光学系の構成と光学系の光学条件で一意に決まる残留収差に基づいて、デフォーカスの向きを特定する。そのため、事前にデフォーカスの向きの情報を得たり、収差を測定するための画像をデフォーカスを変えて複数枚取得したりすることなく、容易に収差を測定できる。

本発明に係る電子顕微鏡の一態様は、
電子線を放出する電子源と、
前記電子線に作用する光学系と、
収差を測定するための画像を取得するための検出器と、
前記画像を用いて収差を計算する収差計算部と、
を含み、
前記収差計算部は、
前記画像から収差を計算し、前記光学系の構成と前記光学系の光学条件で一意に決まり、かつ、前記光学系の調整では補正できずに残留する残留収差に基づいて、収差の計算結果におけるデフォーカスの向きを特定し、
特定されたデフォーカスの向きに基づいて、デフォーカス以外の収差を求める。

このような電子顕微鏡では、収差計算部は、光学系の構成と光学系の光学条件で一意に決まる残留収差に基づいて、デフォーカスの向きを特定する。そのため、事前にデフォーカスの向きの情報を得たり、収差を測定するための画像をデフォーカスを変えて複数枚取得したりすることなく、容易に収差を測定できる。

第１実施形態に係る電子顕微鏡の構成を示す図。 制御装置の構成を示す図。 第１実施形態における収差測定方法の一例を示すフローチャート。 正の球面収差がある場合のディフラクトグラムタブローのシミュレーション結果。 正の球面収差がある場合のディフラクトグラムタブローのシミュレーション結果。 ディフラクトグラムタブローのシミュレーション結果の一例。 収差測定処理および収差補正処理の一例を示すフローチャート。 第２実施形態に係る電子顕微鏡の構成を示す図。 第２実施形態における収差測定方法の一例を示すフローチャート。 ６回非点がある場合のロンキグラムのシミュレーション結果。 コマ収差がある場合のロンキグラムのシミュレーション結果の一例。 収差測定処理および収差補正処理の一例を示すフローチャート。

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。

１． 第１実施形態
１．１． 電子顕微鏡
まず、第１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の構成を示す図である。

電子顕微鏡１００は、透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）である。電子顕微鏡１００では、電子
源１０から放出された電子線は、照射系２２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、結像系２４によって透過電子顕微鏡像（ＴＥＭ像）を結像する。ＴＥＭ像は、検出器４０で撮影される。電子顕微鏡１００では、収差補正装置２４６によって結像系２４の収差を補正できるため、高分解能のＴＥＭ像を得ることができる。

電子顕微鏡１００は、図１に示すように、電子源１０と、光学系２０と、試料ステージ３０と、試料ホルダー３２と、検出器４０と、制御装置５０と、を含む。

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。

光学系２０は、電子源１０から放出された電子線に作用する。光学系２０は、照射系２２と、結像系２４と、を含む。

照射系２２は、電子源１０から放出された電子線を試料Ｓに照射するための光学系である。照射系２２は、集束レンズ２２０と、偏向器２２２と、を含む。

集束レンズ２２０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２２０は、複数の電子レンズで構成されていてもよい。

偏向器２２２は、電子源１０から放出された電子線を偏向させる。偏向器２２２は、２次元的に電子線を偏向させる。偏向器２２２で電子線を偏向させることによって、試料Ｓに対する電子線の入射角度を変更できる。

結像系２４は、試料Ｓを透過した電子線でＴＥＭ像を結像する。結像系２４は、対物レンズ２４０と、中間レンズ２４２と、投影レンズ２４４と、収差補正装置２４６と、を含む。

対物レンズ２４０は、試料Ｓを透過した電子線でＴＥＭ像を結像するための初段のレンズである。中間レンズ２４２および投影レンズ２４４は、対物レンズ２４０によって結像された像をさらに拡大し、検出器４０上に結像する。

収差補正装置２４６は、結像系２４に組み込まれている。収差補正装置２４６は、結像系２４の収差を補正する。

収差補正装置２４６は、例えば、負の球面収差を発生させて、対物レンズ２４０の正の球面収差を打ち消す。収差補正装置２４６は、例えば、極性が反対の２つの六極子と、２つの六極子をつなぐ転送レンズと、を有している２段六極子場型の球面収差補正装置である。収差補正装置２４６では、２つの六極子で互いに向きの異なる３回対称磁場をつくり、球面収差等を補正する。収差補正電源コントローラ６０は、収差補正装置２４６を動作させる。

試料ステージ３０は、試料ホルダー３２に保持された試料Ｓを支持する。試料ステージ３０によって、試料Ｓを位置決めすることができる。

検出器４０は、試料Ｓを透過した電子を検出する。検出器４０は、結像系２４によって結像された像を撮影する。検出器４０は、例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）カメラ等のデジタルカメラである。検出器コントロールシステム６２は、検出器４０を制御する。検出器コントロールシステム６２は、検出器４０で撮影された像を制御装置５０に送る。

制御装置５０は、収差補正装置２４６を制御する。制御装置５０は、収差補正装置２４６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６０に送る。収差補正電源コントローラ６０は、制御信号に基づいて、収差補正装置２４６を動作させる。

図２は、制御装置５０の構成を示す図である。

制御装置５０は、図２に示すように、処理部５１０と、操作部５２０と、表示部５２２と、記憶部５２４と、を含む。

操作部５２０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５１０に送る処理を行う。操作部５２０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。

表示部５２２は、処理部５１０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（liquid crystal display）などのディスプレイにより実現できる。表示部５２２には、後述する収差補正装置２４６を制御するためのＧＵＩ（Graphical User Interface）が表示される。

記憶部５２４は、処理部５１０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５２４は、処理部５１０の作業領域として用いられ、処理部５１０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５２４の機能は、ハードディスクや、ＲＡＭ（random access memory）などにより実現できる。

処理部５１０は、収差補正装置２４６を制御する処理を行う。処理部５１０の処理については後述する。処理部５１０の機能は、各種プロセッサ（ＣＰＵ（Central Processing
Unit）等）でプログラムを実行することにより実現できる。処理部５１０は、画像取得部５１２と、収差計算部５１４と、収差補正装置制御部５１６と、を含む。

画像取得部５１２は、収差を測定するための画像を取得する。収差を測定するための画像は、例えば、ディフラクトグラムタブローである。ディフラクトグラムタブローは、結像系２４の収差を測定するための画像である。ディフラクトグラムタブローは、試料Ｓへの電子線の入射角度の異なる複数のディフラクトグラムを２次元的に表示したものである。ディフラクトグラムは、アモルファス試料の高倍率像をフーリエ変換して得られた図形である。

収差計算部５１４は、収差を測定するための画像を用いて光学系２０の収差を測定する。ここでは、収差計算部５１４は、ディフラクトグラムタブローを用いて結像系２４の収差を測定する。収差計算部５１４は、まず、光学系２０の構成と光学系２０の光学条件で一意に決まる残留収差に基づいてデフォーカスの向きを特定し、特定されたデフォーカスの向きに基づいてデフォーカス以外の収差を求める。収差計算部５１４の処理の詳細については後述する。

収差補正装置制御部５１６は、収差計算部５１４で算出された収差に基づいて、収差補正装置２４６を動作させる。収差補正装置制御部５１６は、収差計算部５１４で算出された収差を打ち消す収差が発生するように収差補正装置２４６を動作させる。これにより、結像系２４の収差を補正できる。

１．２． 収差測定方法
次に、第１実施形態における収差測定方法について説明する。以下では、ディフラクトグラムタブローを用いた収差測定方法について説明する。

ディフラクトグラムタブローを用いた収差測定方法では、通常、測定時のデフォーカスの向き、すなわち、アンダーフォーカスかオーバーフォーカスかの情報が必要となる。したがって、事前に、別の手段でデフォーカスの向きを調べたり、デフォーカスを変えた複数のディフラクトグラムを用いて収差を計算したりする必要がある。

これに対して、以下に説明する第１実施形態における収差測定方法では、事前に、デフォーカスの向きの情報が得られなくても、収差を正しく計算できる。

例えば、収差補正装置２４６では、高次の収差が残留収差として生じる。収差補正装置２４６が２段６極子場型の球面収差補正装置である場合、収差補正装置２４６では、６回非点、または６次スリーローブ収差が生じる。これらの高次の収差は、他の低次の収差とは異なり、光学素子の調整では補正できない。すなわち、これらの高次の収差は、光学系２０の構成と光学系２０の光学条件が決まれば変化しない。

光学系２０の構成は、光学系２０に含まれる各光学素子（レンズ、絞り、多極子、および収差補正装置を含む）の構成、および各光学素子の寸法および位置を含む。光学条件は、加速電圧、各光学素子の条件を含む。

例えば、収差補正装置２４６で生じる６回非点の向きおよび６次スリーローブ収差の向きは、光学系２０の構成（例えば、極子の数、多極子の向き等）、多極子に印加される励磁電流、加速電圧、光学系２０を構成する各光学素子の条件によって一意に決まる。そのため、収差補正装置２４６で生じる６回非点の向きおよび６次スリーローブ収差の向きは、事前に知ることができる。

第１実施形態における収差測定方法では、この光学系２０の構成と光学系２０の光学条件で一意に決まる残留収差を利用してデフォーカスの向きを特定し、特定されたデフォーカスの向きに基づいてデフォーカス以外の収差を求める。

図３は、第１実施形態における収差測定方法の一例を示すフローチャートである。以下では、収差補正装置２４６の残留収差として６回非点が生じる場合について説明する。

まず、光学系２０の構成および光学系２０の光学条件で一意に決まる残留収差の情報を取得する（Ｓ１０）。

例えば、電子顕微鏡１００において、光学系２０の光学条件を変更しながら収差を測定することによって、光学系２０の光学条件と収差補正装置２４６の残留収差（６回非点）の向きとが関連付けられて登録されたテーブルを作成する。

次に、ディフラクトグラムタブローを取得する（Ｓ１２）。

具体的には、試料Ｓに対する電子線の入射角度を変えながら、高倍率のアモルファス像を取得し、取得したアモルファス像をフーリエ変換する。これにより、電子線の入射角度が互いに異なる複数のディフラクトグラムを取得できる。この複数のディフラクトグラムを２次元的に配置してディフラクトグラムタブローを得ることができる。

次に、光学系２０の構成と光学系２０の光学条件に基づいて一意に決まる残留収差に基づいてデフォーカスの向きを特定し（Ｓ１４）、特定されたデフォーカスの向きに基づい
てデフォーカス以外の収差を求める（Ｓ１６）。

収差補正装置２４６の残留収差である６回非点が存在していることを前提（拘束条件）として、工程Ｓ１２で取得したディフラクトグラムタブローからデフォーカスの向きを特定する。

例えば、まず、アンダーフォーカスと仮定して、ディフラクトグラムタブローから収差を計算する。次に、オーバーフォーカスと仮定して、ディフラクトグラムタブローから収差を計算する。次に、工程Ｓ１０で作成したテーブルを参照して、工程Ｓ１２でディフラクトグラムタブローを取得したときの光学条件に応じた収差補正装置２４６の６回非点の向きの情報を取得する。次に、アンダーフォーカスと仮定した場合の収差の計算結果と、オーバーフォーカスと仮定した場合の収差の計算結果のうち、６回非点の向きが一致する方を、正しい計算結果として採用する。

図４および図５は、正の球面収差がある場合のディフラクトグラムタブローのシミュレーション結果である。図４は、アンダーフォーカスの場合であり、図５は、オーバーフォーカスの場合である。

同じ正の球面収差がある場合でも、デフォーカスの向きが異なると、ディフラクトグラムタブローのパターンは変わる。第１実施形態における収差測定方法では、収差補正装置２４６の残留収差の向きの情報を利用することによって、いずれのデフォーカスの向きでディフラクトグラムタブローを取得しても、収差を測定できる。

図６は、ディフラクトグラムタブローのシミュレーション結果の一例である。図６に示すディフラクトグラムタブローから収差を計算すると以下のように解Ａと解Ｂが得られる。

・解Ａ
デフォーカス：－３００ｎｍ
コマ収差：２００ｎｍ，０ｄｅｇ
６回非点：５ｍｍ，０ｄｅｇ
・解Ｂ
デフォーカス：＋３００ｎｍ
コマ収差：２００ｎｍ，１８０ｄｅｇ
６回非点：５ｍｍ，３０ｄｅｇ

ここで、収差補正装置２４６に生じる６回非点の向きが３０ｄｅｇであることが知っていれば、解Ｂが正しい収差の測定結果であることがわかる。

なお、上記では、収差補正装置２４６で生じる６回非点の向きが一意に決まることを利用したが、収差補正装置２４６で生じる６次スリーローブ収差の向きも、光学系２０の構成および光学系２０の光学条件で一意に決まる。したがって、収差補正装置２４６の残留収差である６次スリーローブ収差が存在していることを前提（拘束条件）として、工程Ｓ１２で取得したディフラクトグラムタブローからデフォーカスの向きを特定することもできる。

１．３． 処理
電子顕微鏡１００では、制御装置５０が、結像系２４の収差を測定する収差測定処理を行う。また、制御装置５０は、収差の測定結果に基づいて、収差補正装置２４６を制御して収差を補正する収差補正処理を行う。記憶部５２４には、あらかじめ光学系２０の光学条件と６回非点の向きとが関連付けられて登録されたテーブルが記憶されている。

図７は、収差測定処理および収差補正処理の一例を示すフローチャートである。

処理部５１０は、ユーザーが収差補正を開始する開始指示を行ったか否かを判定する（Ｓ１００）。例えば、ユーザーが操作部５２０において収差補正を開始する指示を入力するための操作を行った場合に、開始指示が行われたと判定する。

開始指示が行われたと判定された場合（Ｓ１００のＹｅｓ）、画像取得部５１２は、ディフラクトグラムタブローを取得する処理を行う（Ｓ１０２）。例えば、画像取得部５１２は、光学系２０を制御して試料Ｓに対する電子線の入射角度を変えながら、検出器４０で撮影された高倍率のアモルファス像を取得する。そして、画像取得部５１２は、取得した互いに入射角度の異なるアモルファス像をフーリエ変換してディフラクトグラムを生成し、２次元的に配置する。これにより、ディフラクトグラムタブローを取得できる。

次に、収差計算部５１４は、画像取得部５１２が取得したディフラクトグラムタブローを用いて収差を測定する。

具体的には、まず、収差計算部５１４は、光学系２０の構成と光学系２０の光学条件で一意に決まる残留収差の情報を取得する（Ｓ１０４）。

収差計算部５１４は、記憶部５２４に記憶されたテーブルを参照して、画像取得部５１２がディフラクトグラムタブローを取得したときの光学条件に応じた６回非点の向きの情報を取得する。次に、収差計算部５１４は、ディフラクトグラムタブローにおいて、取得した６回非点の向きの情報に基づいてデフォーカスの向きを特定し（Ｓ１０６）、特定されたデフォーカスの向きに基づいてデフォーカス以外の収差を求める（Ｓ１０８）。以上の処理により、光学系２０の収差を測定できる。収差の測定結果は、例えば、表示部５２２に表示されてもよい。処理Ｓ１０８の後、処理部５１０は、収差測定処理を終了する。

収差測定処理の後、収差補正装置制御部５１６は、測定された収差の情報に基づいて、当該収差が補正されるように収差補正装置２４６を動作させる（Ｓ１１０）。以上の処理により、結像系２４の収差を補正できる。処理Ｓ１１０の後、処理部５１０は収差補正処理を終了する。

１．４． 効果
電子顕微鏡１００では、収差計算部５１４は、光学系２０の構成と光学系２０の光学条件で一意に決まる残留収差に基づいて、デフォーカスの向きを特定する。そのため、事前にデフォーカスの向きを調べたり、デフォーカスを合わせたりすることなく、容易に収差を測定することができる。また、ディフラクトグラムタブローを複数枚取得することなく、１つのディフラクトグラムタブローから収差を測定できる。

１．５． 変形例
上記では、球面収差を補正する収差補正装置２４６に生じる６回非点の向きまたは６次スリーローブ収差の向きが一意に決まることを利用したが、色収差やその他の収差を補正する収差補正装置に生じる高次の残留収差も、同様に、一意に決まる。そのため、色収差やその他の収差を補正する収差補正装置に生じる残留収差を利用して、デフォーカスの向きを特定してもよい。

また、例えば、対物レンズ２４０には、通常、正の球面収差（３次の球面収差）が生じ
る。この正の球面収差は、光学系２０の構成および光学系２０の光学条件によって一意に決まる。そのため、対物レンズ２４０に生じる球面収差を利用してデフォーカスの向きを特定してもよい。同様に、四極子場型の収差補正装置や八極子場型の収差補正装置で生じる５次スター収差（もしくは７次スター収差）も、光学系２０の構成および光学系２０の光学条件によって一意に決まる。また、同様に、３段六極子場型の収差補正装置で生じる６次スリーローブ収差も、光学系２０の構成および光学系２０の光学条件によって一意に決まる。したがって、これらの収差を利用してデフォーカスの向きを特定してもよい。

２． 第２実施形態
２．１． 電子顕微鏡
次に、第２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８は、第２実施形態に係る電子顕微鏡２００の構成を示す図である。以下、第２実施形態に係る電子顕微鏡２００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。

上述した図１に示す電子顕微鏡１００では、結像系２４に収差補正装置２４６が組み込まれていた。これに対して、図８に示す電子顕微鏡２００では、照射系２２に収差補正装置２２４が組み込まれている。照射系２２は、収差補正装置２２４を含む。

また、電子顕微鏡２００では、照射系２２は、走査コイル２２６を含む。走査コイル２２６は、電子線で試料Ｓを走査するために用いられる。

電子顕微鏡２００は、走査透過電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）である。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２２０および対物レンズ２４０によって集束され、電子プローブを形成する。そして、形成された電子プローブは、走査コイル２２６によって２次元的に偏向される。これにより、試料Ｓ上を電子プローブで走査することができる。電子プローブによる走査と同期して、試料Ｓ上を透過した電子を検出器４０で検出することで、走査透過電子顕微鏡像（ＳＴＥＭ像）を取得することができる。

収差補正装置２２４は、照射系２２の収差を補正する。収差補正装置２２４は、例えば、収差補正装置２４６と同様に、２段六極子場型の球面収差補正装置である。

検出器４０は、試料Ｓを透過した電子を検出する。検出器４０は、試料Ｓで散乱された電子を検出する円環状の検出器であってもよい。

２．２． 収差測定方法
次に、第２実施形態における収差測定方法について説明する。以下では、ロンキグラムを用いた収差測定方法について説明する。

ロンキグラムを用いた収差測定方法では、通常、測定時のデフォーカスの向きの情報が必要となる。したがって、事前に、別の手段でデフォーカスの向きを調べたり、デフォーカスを変えた複数のロンキグラムを用いて収差を計算したりする必要がある。

これに対して、以下に説明する第２実施形態における収差測定方法では、事前に、デフォーカスの向きの情報が得られなくても、収差を正しく計算できる。

例えば、収差補正装置２２４では、高次の収差が残留収差として発生する。収差補正装置２２４が２段６極子場型の球面収差補正装置である場合、収差補正装置２２４では、６回非点、または６次スリーローブ収差が発生する。

第２実施形態における収差測定方法では、第１実施形態に係る収差測定方法と同様に、光学系２０の構成と光学系２０の光学条件で一意に決まる残留収差を利用してデフォーカスの向きを特定し、特定されたデフォーカスの向きに基づいてデフォーカス以外の収差を求める。

図９は、第２実施形態における収差測定方法の一例を示すフローチャートである。

まず、光学系２０の構成および光学系２０の光学条件で一意に決まる残留収差の情報を取得する（Ｓ２０）。

例えば、電子顕微鏡２００において、光学系２０の光学条件を変更しながら収差を測定することによって、光学系２０の光学条件と６回非点の向きとが関連付けられて登録されたテーブルを作成する。

次に、ロンキグラムを取得する（Ｓ２２）。

ロンキグラムは、照射系２２で電子線を試料Ｓ付近に集束させることによって、回折面上にできる試料Ｓの投影像である。

次に、光学系２０の構成と、光学系２０の光学条件に基づいて一意に決まる残留収差に基づいて、デフォーカスの向きを特定し（Ｓ２４）、特定されたデフォーカスの向きに基づいてデフォーカス以外の収差を求める（Ｓ２６）。

図１０は、６回非点がある場合のロンキグラムのシミュレーション結果である。図１０には、アンダーフォーカスで６回非点の向きが０ｄｅｇの場合のロンキグラム、オーバーフォーカスで６回非点の向きが０ｄｅｇの場合のロンキグラム、アンダーフォーカスで６回非点の向きが３０ｄｅｇの場合のロンキグラム、およびオーバーフォーカスで６回非点の向きが３０ｄｅｇの場合のロンキグラムを示している。

図１０に示すように、アンダーフォーカスで６回非点が０ｄｅｇの場合のロンキグラムとオーバーフォーカスで６回非点が３０ｄｅｇの場合のロンキグラムとは、同じパターンとなり、区別ができない。また、オーバーフォーカスで６回非点が０ｄｅｇの場合のロンキグラムとアンダーフォーカスで６回非点が３０ｄｅｇの場合のロンキグラムとは、同じパターンとなり、区別ができない。

第２実施形態における収差補正方法では、第１実施形態における収差補正方法と同様に、光学系２０の構成と光学系２０の光学条件で一意に決まる残留収差を利用して、デフォーカスの向きを判断する。例えば、収差補正装置２２４で発生する６回非点の向きが３０ｄｅｇであるという事前情報を得ることで、デフォーカスの向きを特定できる。

図１１は、コマ収差がある場合のロンキグラムのシミュレーション結果の一例である。

図１１に示すロンキグラムから収差を計算すると以下のように解Ａと解Ｂが得られる。

・解Ａ
６回非点：０ｄｅｇ
デフォーカスの向き：アンダーフォーカス
コマ収差：０ｄｅｇ
・解Ｂ
６回非点：３０ｄｅｇ
デフォーカスの向き：オーバーフォーカス
コマ収差：１８０ｄｅｇ

ここで、収差補正装置２２４に生じる６回非点の向きが３０ｄｅｇであることが知っていれば、解Ｂが正しい収差の測定結果であることがわかる。

なお、上記の例では、収差補正装置２２４の残留収差である６回非点の向きから、コマ収差の向きを求める場合について説明したが、ロンキグラムでは、収差の大きさ（振幅）も測定できる。例えば、図１１に示す例では、以下の解が得られる。

・解
６回非点：１０ｍｍ，３０ｄｅｇ
デフォーカス：＋２００ｎｍ，オーバーフォーカス
コマ収差：２５００ｎｍ，１８０ｄｅｇ

なお、上記では、収差補正装置２２４で生じる６回非点の向きが一意に決まることを利用したが、収差補正装置２２４で生じる６次スリーローブ収差の向きも、光学系２０の構成および光学系２０の光学条件で一意に決まる。したがって、収差補正装置２２４の残留収差である６次スリーローブ収差が存在していることを前提（拘束条件）として、工程Ｓ２２で取得したロンキグラムからデフォーカスの向きを特定することもできる。

また、上記では、照射系２２にコマ収差がある場合について説明したが、照射系２２にコマ収差以外の収差（２回非点、３回非点、スター収差等）がある場合についても同様に収差を計算できる。

２．３． 処理
電子顕微鏡２００では、制御装置５０が、照射系２２の収差を測定する収差測定処理を行う。また、制御装置５０は、収差の測定結果に基づいて、収差補正装置２２４を制御して収差を補正する収差補正処理を行う。記憶部５２４には、光学系２０の光学条件と６回非点の向きとが関連付けられて登録されたテーブルが記憶されている。

図１２は、収差測定処理および収差補正処理の一例を示すフローチャートである。

処理部５１０は、ユーザーが収差補正を開始する開始指示を行ったか否かを判定する（Ｓ２００）。

開始指示が行われたと判定された場合（Ｓ２００のＹｅｓ）、画像取得部５１２は、ロンキグラムを取得する処理を行う（Ｓ２０２）。

次に、収差計算部５１４は、画像取得部５１２が取得したロンキグラムを用いて収差を測定する。

具体的には、まず、収差計算部５１４は、光学系２０の構成と光学系２０の光学条件で一意に決まる残留収差の情報を取得する（Ｓ２０４）。収差計算部５１４は、記憶部５２４に記憶されたテーブルを参照して、画像取得部５１２がロンキグラムを取得したときの光学条件に応じた６回非点の向きの情報を取得する。次に、収差計算部５１４は、ロンキグラムにおいて、取得した６回非点の向きの情報に基づいてデフォーカスの向きを特定し（Ｓ２０６）、特定されたデフォーカスの向きに基づいてデフォーカス以外の収差を求める（Ｓ２０８）。以上の処理により、光学系２０の収差を測定できる。処理Ｓ２０８の後、処理部５１０は、収差測定処理を終了する。

収差測定処理の後、収差補正装置制御部５１６は、測定された収差の情報に基づいて、当該収差が補正されるように収差補正装置２２４を動作させる（Ｓ２１０）。以上の処理により、照射系２２の収差を補正できる。処理Ｓ２１０の後、処理部５１０は収差補正処理を終了する。

２．４． 効果
電子顕微鏡２００では、収差計算部５１４は、光学系２０の構成と光学系２０の光学条件で一意に決まる残留収差に基づいて、デフォーカスの向きを特定する。そのため、事前にデフォーカスの向きを調べたり、デフォーカスを合わせたりすることなく、容易に収差を測定することができる。また、ロンキグラムを複数枚取得することなく、１つのロンキグラムから収差を測定できる。

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、さらに種々の変形が可能である。例えば、本発明は、実施形態で説明した構成と実質的に同一の構成を含む。実質的に同一の構成とは、例えば、機能、方法、及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である。また、本発明は、実施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、実施形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。

１０…電子源、２０…光学系、２２…照射系、２４…結像系、３０…試料ステージ、３２…試料ホルダー、４０…検出器、５０…制御装置、６０…収差補正電源コントローラ、６２…検出器コントロールシステム、１００…電子顕微鏡、２００…電子顕微鏡、２２０…集束レンズ、２２２…偏向器、２２４…収差補正装置、２２６…走査コイル、２４０…対物レンズ、２４２…中間レンズ、２４４…投影レンズ、２４６…収差補正装置、５１０…処理部、５１２…画像取得部、５１４…収差計算部、５１６…収差補正装置制御部、５２０…操作部、５２２…表示部、５２４…記憶部

Claims (11)

1. 電子顕微鏡における収差測定方法であって、
   前記電子顕微鏡において収差を測定するための画像を取得する工程と、
   前記画像を用いて収差を測定する工程と、
   を含み、
   前記収差を測定する工程では、
   前記画像から収差を計算し、前記電子顕微鏡の光学系の構成と前記光学系の光学条件で一意に決まり、かつ、前記光学系の調整では補正できずに残留する残留収差に基づいて、収差の計算結果におけるデフォーカスの向きを特定し、
   特定されたデフォーカスの向きに基づいて、デフォーカス以外の収差を求める、収差測定方法。
2. 請求項１において、
   前記画像は、ディフラクトグラムタブローである、収差測定方法。
3. 請求項１において、
   前記画像は、ロンキグラムである、収差測定方法。
4. 請求項１ないし３のいずれか１項において、
   前記光学系は、収差補正装置を含み、
   前記残留収差は、前記収差補正装置で生じる収差である、収差測定方法。
5. 請求項１ないし３のいずれか１項において、
   前記光学系は、対物レンズを含み、
   前記残留収差は、前記対物レンズで生じる収差である、収差測定方法。
6. 電子線を放出する電子源と、
   前記電子線に作用する光学系と、
   収差を測定するための画像を取得するための検出器と、
   前記画像を用いて収差を計算する収差計算部と、
   を含み、
   前記収差計算部は、
   前記画像から収差を計算し、前記光学系の構成と前記光学系の光学条件で一意に決まり、かつ、前記光学系の調整では補正できずに残留する残留収差に基づいて、収差の計算結果におけるデフォーカスの向きを特定し、
   特定されたデフォーカスの向きに基づいて、デフォーカス以外の収差を求める、電子顕微鏡。
7. 請求項６において、
   前記画像は、ディフラクトグラムタブローである、電子顕微鏡。
8. 請求項６において、
   前記画像は、ロンキグラムである、電子顕微鏡。
9. 請求項６ないし８のいずれか１項において、
   前記光学系は、収差補正装置を含み、
   前記残留収差は、前記収差補正装置で生じる収差である、電子顕微鏡。
10. 請求項６ないし８のいずれか１項において、
    前記光学系は、対物レンズを含み、
    前記残留収差は、前記対物レンズで生じる収差である、電子顕微鏡。
11. 請求項６ないし１０のいずれか１項において、
    前記光学系の光学条件と前記残留収差の情報とが関連付けられて登録されたテーブルが記憶されている記憶部を含む、電子顕微鏡。

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