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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6677519
(24)【登録日】2020年3月17日
(45)【発行日】2020年4月8日
(54)【発明の名称】電子顕微鏡および収差測定方法
(51)【国際特許分類】
H01J 37/09 20060101AFI20200330BHJP
H01J 37/28 20060101ALI20200330BHJP
H01J 37/153 20060101ALI20200330BHJP
H01J 37/244 20060101ALI20200330BHJP
【ＦＩ】
H01J37/09 A
H01J37/28 C
H01J37/153 A
H01J37/244
【請求項の数】9
【全頁数】25
(21)【出願番号】特願2016-18790(P2016-18790)
(22)【出願日】2016年2月3日
(65)【公開番号】特開2017-139115(P2017-139115A)
(43)【公開日】2017年8月10日
【審査請求日】2018年11月29日
(73)【特許権者】
【識別番号】000004271
【氏名又は名称】日本電子株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100090387
【弁理士】
【氏名又は名称】布施 行夫
(74)【代理人】
【識別番号】100090398
【弁理士】
【氏名又は名称】大渕 美千栄
(72)【発明者】
【氏名】河野 祐二
【審査官】
藤本 加代子
(56)【参考文献】
【文献】
特開２０１５−０３２３８４（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２０１２−０２２９７１（ＪＰ，Ａ）
【文献】
国際公開第２０１０／０３５３８６（ＷＯ，Ａ１）
【文献】
特開２０００−１８８０７７（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開平０９−１６７５９１（ＪＰ，Ａ）
【文献】
米国特許第０６５５２３４０（ＵＳ，Ｂ１）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ｈ０１Ｊ ３７／０９
Ｈ０１Ｊ ３７／２８
Ｈ０１Ｊ ３７／１５３
Ｈ０１Ｊ ３７／２４４
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
電子線源と、
前記電子線源で発生した電子線を収束して試料に照射する照射レンズ系と、
前記照射レンズ系で収束された電子線を前記試料上で走査させる走査部と、
前記試料を透過した電子線から互いに異なる検出角度の電子線を取り出す複数の検出角度制限孔を有する絞り部と、
前記絞り部を通過した電子線を検出する検出部と、
前記検出部の検出結果に基づいて、前記試料を透過した電子線から互いに異なる検出角度の電子線を取り出して得られた第１明視野走査透過電子顕微鏡像を生成する画像生成部と、
前記第１明視野走査透過電子顕微鏡像に基づいて、前記照射レンズ系の収差を求める収差算出部と、
を含み、
前記絞り部は、前記試料を透過した電子線から基準となる検出角度の電子線を取り出す基準孔を有し、
前記収差算出部は、前記第１明視野走査透過電子顕微鏡像と、前記試料を透過した電子線から前記基準孔を通過した電子線を取り出して得られた第２明視野走査透過電子顕微鏡像と、に基づいて、前記照射レンズ系の収差を求める、電子顕微鏡。
前記電子線源で発生した電子線を収束して試料に照射する照射レンズ系と、
前記照射レンズ系で収束された電子線を前記試料上で走査させる走査部と、
前記試料を透過した電子線から互いに異なる検出角度の電子線を取り出す複数の検出角度制限孔を有する絞り部と、
前記絞り部を通過した電子線を検出する検出部と、
前記検出部の検出結果に基づいて、前記試料を透過した電子線から互いに異なる検出角度の電子線を取り出して得られた第１明視野走査透過電子顕微鏡像を生成する画像生成部と、
前記第１明視野走査透過電子顕微鏡像に基づいて、前記照射レンズ系の収差を求める収差算出部と、
を含み、
前記絞り部は、前記試料を透過した電子線から基準となる検出角度の電子線を取り出す基準孔を有し、
前記収差算出部は、前記第１明視野走査透過電子顕微鏡像と、前記試料を透過した電子線から前記基準孔を通過した電子線を取り出して得られた第２明視野走査透過電子顕微鏡像と、に基づいて、前記照射レンズ系の収差を求める、電子顕微鏡。
【請求項2】
請求項１において、
前記収差算出部は、前記第１明視野走査透過電子顕微鏡像と前記第２明視野走査透過電子顕微鏡像との相関関数を計算することによって、前記照射レンズ系の収差を求める、電子顕微鏡。
前記収差算出部は、前記第１明視野走査透過電子顕微鏡像と前記第２明視野走査透過電子顕微鏡像との相関関数を計算することによって、前記照射レンズ系の収差を求める、電子顕微鏡。
【請求項3】
請求項１または２において、
前記検出部は、
円環状の第１検出領域と、
前記第１検出領域で囲まれた領域に設けられた第２検出領域と、
を有し、
前記第１検出領域と前記第２検出領域とは、互いに独立して電子線を検出可能であり、
前記第１検出領域では、前記複数の検出角度制限孔を通過した電子線が検出され、
前記第２検出領域では、前記基準孔を通過した電子線が検出される、電子顕微鏡。
前記検出部は、
円環状の第１検出領域と、
前記第１検出領域で囲まれた領域に設けられた第２検出領域と、
を有し、
前記第１検出領域と前記第２検出領域とは、互いに独立して電子線を検出可能であり、
前記第１検出領域では、前記複数の検出角度制限孔を通過した電子線が検出され、
前記第２検出領域では、前記基準孔を通過した電子線が検出される、電子顕微鏡。
【請求項4】
請求項３において、
前記第１検出領域は、互いに独立して電子線を検出可能な複数の領域に分割されている、電子顕微鏡。
前記第１検出領域は、互いに独立して電子線を検出可能な複数の領域に分割されている、電子顕微鏡。
【請求項5】
請求項１または２において、
前記絞り部は、第１絞りと、第２絞りと、を有し、
前記第１絞りは、前記複数の検出角度制限孔を有し、
前記第２絞りは、前記試料を透過した電子線から基準となる検出角度の電子線を取り出す基準孔を有している、電子顕微鏡。
前記絞り部は、第１絞りと、第２絞りと、を有し、
前記第１絞りは、前記複数の検出角度制限孔を有し、
前記第２絞りは、前記試料を透過した電子線から基準となる検出角度の電子線を取り出す基準孔を有している、電子顕微鏡。
【請求項6】
電子線源と、
前記電子線源で発生した電子線を収束して試料に照射する照射レンズ系と、
前記照射レンズ系で収束された電子線を前記試料上で走査させる走査部と、
前記試料を透過した電子線から互いに異なる検出角度の電子線を取り出す複数の検出角度制限孔を有する絞り部と、
前記絞り部を通過した電子線を検出する検出部と、
を含み、
前記検出部は、
円環状の第１検出領域と、
前記第１検出領域で囲まれた領域に設けられた第２検出領域と、
を有し、
前記第１検出領域と前記第２検出領域とは、互いに独立して電子線を検出可能であり、
前記絞り部は、前記試料を透過した電子線から基準となる検出角度の電子線を取り出す基準孔を有し、
前記第１検出領域では、前記複数の検出角度制限孔を通過した電子線が検出され、
前記第２検出領域では、前記基準孔を通過した電子線が検出される、電子顕微鏡。
前記電子線源で発生した電子線を収束して試料に照射する照射レンズ系と、
前記照射レンズ系で収束された電子線を前記試料上で走査させる走査部と、
前記試料を透過した電子線から互いに異なる検出角度の電子線を取り出す複数の検出角度制限孔を有する絞り部と、
前記絞り部を通過した電子線を検出する検出部と、
を含み、
前記検出部は、
円環状の第１検出領域と、
前記第１検出領域で囲まれた領域に設けられた第２検出領域と、
を有し、
前記第１検出領域と前記第２検出領域とは、互いに独立して電子線を検出可能であり、
前記絞り部は、前記試料を透過した電子線から基準となる検出角度の電子線を取り出す基準孔を有し、
前記第１検出領域では、前記複数の検出角度制限孔を通過した電子線が検出され、
前記第２検出領域では、前記基準孔を通過した電子線が検出される、電子顕微鏡。
【請求項7】
請求項６において、
前記第１検出領域は、互いに独立して電子線を検出可能な複数の領域に分割されている、電子顕微鏡。
前記第１検出領域は、互いに独立して電子線を検出可能な複数の領域に分割されている、電子顕微鏡。
【請求項8】
電子線源と、前記電子線源で発生した電子線を収束して試料に照射する照射レンズ系と、前記照射レンズ系で収束された電子線を前記試料上で走査させる走査部と、を備えた電子顕微鏡における前記照射レンズ系の収差測定方法であって、
前記試料を透過した電子線から互いに異なる検出角度の電子線を取り出す複数の検出角度制限孔を有する絞り部を通過した電子線を検出して、第１明視野走査透過電子顕微鏡像を取得する工程と、
前記第１明視野走査透過電子顕微鏡像に基づいて、前記照射レンズ系の収差を求める工程と、
を含み、
前記絞り部は、前記試料を透過した電子線から基準となる検出角度の電子線を取り出す基準孔を有し、
前記照射レンズ系の収差を求める工程では、
前記第１明視野走査透過電子顕微鏡像と、前記試料を透過した電子線から前記基準孔を通過した電子線を取り出して得られた第２明視野走査透過電子顕微鏡像と、に基づいて、
前記照射レンズ系の収差を求める、収差測定方法。
前記試料を透過した電子線から互いに異なる検出角度の電子線を取り出す複数の検出角度制限孔を有する絞り部を通過した電子線を検出して、第１明視野走査透過電子顕微鏡像を取得する工程と、
前記第１明視野走査透過電子顕微鏡像に基づいて、前記照射レンズ系の収差を求める工程と、
を含み、
前記絞り部は、前記試料を透過した電子線から基準となる検出角度の電子線を取り出す基準孔を有し、
前記照射レンズ系の収差を求める工程では、
前記第１明視野走査透過電子顕微鏡像と、前記試料を透過した電子線から前記基準孔を通過した電子線を取り出して得られた第２明視野走査透過電子顕微鏡像と、に基づいて、
前記照射レンズ系の収差を求める、収差測定方法。
【請求項9】
電子線源と、前記電子線源で発生した電子線を収束して試料に照射する照射レンズ系と、前記照射レンズ系で収束された電子線を前記試料上で走査させる走査部と、を備えた電子顕微鏡における前記照射レンズ系の収差測定方法であって、
前記試料を透過した電子線から互いに異なる検出角度の電子線を取り出す複数の検出角度制限孔を有する絞り部を通過した電子線を検出部で検出して、走査透過電子顕微鏡像を取得する工程と、
前記走査透過電子顕微鏡像に基づいて、前記照射レンズ系の収差を求める工程と、
を含み、
前記検出部は、
円環状の第１検出領域と、
前記第１検出領域で囲まれた領域に設けられた第２検出領域と、
を有し、
前記第１検出領域と前記第２検出領域とは、互いに独立して電子線を検出可能であり、
前記絞り部は、前記試料を透過した電子線から基準となる検出角度の電子線を取り出す基準孔を有し、
前記第１検出領域では、前記複数の検出角度制限孔を通過した電子線が検出され、
前記第２検出領域では、前記基準孔を通過した電子線が検出され、
前記走査透過電子顕微鏡像を取得する工程では、
前記試料を透過した電子線から互いに異なる検出角度の電子線を取り出して得られた第１走査透過電子顕微鏡像と、
前記試料を透過した電子線から基準となる検出角度の電子線を取り出して得られた第２走査透過電子顕微鏡像と、
を取得し、
前記照射レンズ系の収差を求める工程では、
前記第１走査透過電子顕微鏡像と前記第２走査透過電子顕微鏡像に基づいて、前記照射レンズ系の収差を求める、収差測定方法。
前記試料を透過した電子線から互いに異なる検出角度の電子線を取り出す複数の検出角度制限孔を有する絞り部を通過した電子線を検出部で検出して、走査透過電子顕微鏡像を取得する工程と、
前記走査透過電子顕微鏡像に基づいて、前記照射レンズ系の収差を求める工程と、
を含み、
前記検出部は、
円環状の第１検出領域と、
前記第１検出領域で囲まれた領域に設けられた第２検出領域と、
を有し、
前記第１検出領域と前記第２検出領域とは、互いに独立して電子線を検出可能であり、
前記絞り部は、前記試料を透過した電子線から基準となる検出角度の電子線を取り出す基準孔を有し、
前記第１検出領域では、前記複数の検出角度制限孔を通過した電子線が検出され、
前記第２検出領域では、前記基準孔を通過した電子線が検出され、
前記走査透過電子顕微鏡像を取得する工程では、
前記試料を透過した電子線から互いに異なる検出角度の電子線を取り出して得られた第１走査透過電子顕微鏡像と、
前記試料を透過した電子線から基準となる検出角度の電子線を取り出して得られた第２走査透過電子顕微鏡像と、
を取得し、
前記照射レンズ系の収差を求める工程では、
前記第１走査透過電子顕微鏡像と前記第２走査透過電子顕微鏡像に基づいて、前記照射レンズ系の収差を求める、収差測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、電子顕微鏡および収差測定方法に関する。
【背景技術】
【0002】
走査透過電子顕微鏡（ｓｃａｎｎｉｎｇ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ、ＳＴＥＭ）は、収束させた電子線を試料上で走査し、電子線の走査と同期させながら試料からの透過電子あるいは散乱電子による検出信号の強度をマッピングすることで走査透過電子顕微鏡像（ＳＴＥＭ像）を得る電子顕微鏡である。走査透過電子顕微鏡は、原子レベルの極めて高い空間分解能が得られる電子顕微鏡として、近年、注目を集めている。走査透過電子顕微鏡の空間分解能は、試料に入射する電子線のビーム径に依存しているため、高分解能化を図るためには収差の低減が重要になる。
【0003】
観察時に短時間で高分解能を得るためには、その時点で生じている収差をあらかじめ把握しておく必要がある。例えば、特許文献１には、分割型検出器を搭載した走査透過電子顕微鏡における収差測定方法が開示されている。特許文献１に開示された収差測定方法では、分割型検出器を用いて相互に位置の異なる複数の検出領域の各々から明視野像および暗視野像を同時に取得し、同時に取得された明視野像および暗視野像を用いて各収差係数の算出を行う。特許文献１に開示された収差測定方法では、ずれの少ない暗視野像を位置基準として用いるので、収差係数の算出精度を向上させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２０１２−２２９７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
特許文献１に開示された収差測定方法では、上述したように、分割型検出器を用いなければならなかった。分割型検出器のような特殊な検出器を用いることなく収差を測定することができる収差測定方法の一例を以下で説明する。
【0006】
図２５および図２６は、走査透過電子顕微鏡における収差測定方法の一例を説明するための図である。
【0007】
図２５に示すように、走査透過電子顕微鏡では、電子線ＥＢは照射レンズ系（図示せず）により、試料Ｓ上に収束される。試料Ｓを透過した電子線ＥＢは、検出器２で検出される。結像系には偏向器４が組み込まれている。走査透過電子顕微鏡では、図２６に示すように、偏向器４で電子線ＥＢを偏向させることにより、検出角度を制御することができる。
【0008】
図２７は、偏向器４で電子線ＥＢを偏向させない状態で取得された明視野ＳＴＥＭ像Ｉ１を模式的に示す図である。図２８は、偏向器４で電子線ＥＢを偏向させた状態で取得された明視野ＳＴＥＭ像Ｉ２を模式的に示す図である。
【0009】
図２５に示すように、照射レンズ系に幾何収差がある場合（図２５ではデフォーカス）、試料Ｓに照射される電子線ＥＢは、収束角ごとに試料Ｓへの入射位置がずれ、一点に収束しない。偏向器４で電子線ＥＢを偏向させると、検出器２では、偏向量に応じた入射角（試料Ｓに対する入射角）の電子線ＥＢが検出される。試料Ｓに対する入射角が異なる場合、照射レンズ系の収差量に応じて電子線ＥＢの試料Ｓへの入射位置がずれる。そのため、試料Ｓに対する入射角が互いに異なる電子線ＥＢで形成された明視野ＳＴＥＭ像Ｉ１および明視野ＳＴＥＭ像Ｉ２は、図２７および図２８に示すように、シフトする。明視野ＳＴＥＭ像Ｉ１と明視野ＳＴＥＭ像Ｉ２との間の位置ずれ量は、照射レンズ系の収差に対応する。
【0010】
偏向器４で電子線ＥＢの偏向量を変化させつつ明視野ＳＴＥＭ像の取得を繰り返し行い、取得した複数の明視野ＳＴＥＭ像間の相対的な位置ずれ量から照射レンズ系の収差を計算することができる。
【0011】
上記の収差測定方法では、多数の明視野ＳＴＥＭ像を取得する必要がある。また、明視野ＳＴＥＭ像間の相対的な位置ずれ量には幾何収差によるもののほかに、明視野ＳＴＥＭ像を取得する際の像ドリフトが加わる。多数の明視野ＳＴＥＭ像の取得には長い時間を要するため、上記の収差測定方法では像ドリフトの影響が大きくなり、高い精度での収差測定は難しい。
【0012】
本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、本発明のいくつかの態様に係る目的の１つは、高い精度で収差を測定することができる電子顕微鏡および収差測定方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0013】
（１）本発明に係る電子顕微鏡は、電子線源と、
前記電子線源で発生した電子線を収束して試料に照射する照射レンズ系と、
前記照射レンズ系で収束された電子線を前記試料上で走査させる走査部と、
前記試料を透過した電子線から互いに異なる検出角度の電子線を取り出す複数の検出角度制限孔を有する絞り部と、
前記絞り部を通過した電子線を検出する検出部と、
前記検出部の検出結果に基づいて、前記試料を透過した電子線から互いに異なる検出角度の電子線を取り出して得られた第１明視野走査透過電子顕微鏡像を生成する画像生成部と、
前記第１明視野走査透過電子顕微鏡像に基づいて、前記照射レンズ系の収差を求める収差算出部と、
を含み、
前記絞り部は、前記試料を透過した電子線から基準となる検出角度の電子線を取り出す基準孔を有し、
前記収差算出部は、前記第１明視野走査透過電子顕微鏡像と、前記試料を透過した電子
線から前記基準孔を通過した電子線を取り出して得られた第２明視野走査透過電子顕微鏡像と、に基づいて、前記照射レンズ系の収差を求める。
【0014】
このような電子顕微鏡では、試料を透過した電子線から互いに異なる検出角度の電子線を取り出す複数の検出角度制限孔を有する絞り部を含むため、互いに異なる複数の検出角度の電子線で形成された複数の像を同時に取得することができる。そのため、像ドリフトの影響を低減することができ、高い精度で収差を測定することができる。
【0016】
さらに、このような電子顕微鏡では、収差算出部が第１明視野走査透過電子顕微鏡像に基づいて、照射レンズ系の収差を求めることができる。画像生成部で生成される第１明視野走査透過電子顕微鏡像は、互いに異なる複数の検出角度の電子線で形成された複数の像を重ね合わせた像に相当する。そのため、このような電子顕微鏡では、像ドリフトの影響を低減することができ、高い精度で収差を測定することができる。
【0018】
さらに、このような電子顕微鏡では、第１明視野走査透過電子顕微鏡像と第２明視野走査透過電子顕微鏡像とに基づいて照射レンズ系の収差を求めるため、像ドリフトの影響を低減することができ、高い精度で収差を測定することができる。
【0019】
（２）本発明に係る電子顕微鏡において、前記収差算出部は、前記第１明視野走査透過電子顕微鏡像と前記第２明視野走査透過電子顕微鏡像との相関関数を計算することによって、前記照射レンズ系の収差を求めてもよい。
【0020】
このような電子顕微鏡では、第１走査透過電子顕微鏡像と第２走査透過電子顕微鏡像との相関関数を計算することによって照射レンズ系の収差を求めるため、像ドリフトの影響を低減することができ、高い精度で収差を測定することができる。
【0021】
（３）本発明に係る電子顕微鏡において、前記検出部は、
円環状の第１検出領域と、
前記第１検出領域で囲まれた領域に設けられた第２検出領域と、
を有し、
前記第１検出領域と前記第２検出領域とは、互いに独立して電子線を検出可能であり、
前記第１検出領域では、前記複数の検出角度制限孔を通過した電子線が検出され、
前記第２検出領域では、前記基準孔を通過した電子線が検出されてもよい。
【0022】
このような電子顕微鏡では、第１走査透過電子顕微鏡像と第２走査透過電子顕微鏡像とを同時に取得することができる。したがって、このような電子顕微鏡では、第１走査透過電子顕微鏡像と第２走査透過電子顕微鏡像との間の像ドリフトの影響を低減することができ、高い精度で収差を測定することができる。
【0023】
（４）本発明に係る電子顕微鏡において、前記第１検出領域は、互いに独立して電子線を検出可能な複数の領域に分割されていてもよい。
【0024】
このような電子顕微鏡では、同時に取得することができる第１走査電子顕微鏡像の数を増やすことができる。
【0025】
（５）本発明に係る電子顕微鏡において、前記絞り部は、第１絞りと、第２絞りと、を有し、
前記第１絞りは、前記複数の検出角度制限孔を有し、
前記第２絞りは、前記試料を透過した電子線から基準となる検出角度の電子線を取り出す基準孔を有していてもよい。
【0026】
このような電子顕微鏡では、高い精度で収差を測定することができる。
【0027】
（６）本発明に係る電子顕微鏡は、電子線源と、
前記電子線源で発生した電子線を収束して試料に照射する照射レンズ系と、
前記照射レンズ系で収束された電子線を前記試料上で走査させる走査部と、
前記試料を透過した電子線から互いに異なる検出角度の電子線を取り出す複数の検出角度制限孔を有する絞り部と、
前記絞り部を通過した電子線を検出する検出部と、
を含み、
前記検出部は、
円環状の第１検出領域と、
前記第１検出領域で囲まれた領域に設けられた第２検出領域と、
を有し、
前記第１検出領域と前記第２検出領域とは、互いに独立して電子線を検出可能であり、
前記絞り部は、前記試料を透過した電子線から基準となる検出角度の電子線を取り出す基準孔を有し、
前記第１検出領域では、前記複数の検出角度制限孔を通過した電子線が検出され、
前記第２検出領域では、前記基準孔を通過した電子線が検出される。
（７）本発明に係る電子顕微鏡において、
前記第１検出領域は、互いに独立して電子線を検出可能な複数の領域に分割されていてもよい。
（８）本発明に係る収差測定方法は、
電子線源と、前記電子線源で発生した電子線を収束して試料に照射する照射レンズ系と、前記照射レンズ系で収束された電子線を前記試料上で走査させる走査部と、を備えた電子顕微鏡における前記照射レンズ系の収差測定方法であって、
前記試料を透過した電子線から互いに異なる検出角度の電子線を取り出す複数の検出角度制限孔を有する絞り部を通過した電子線を検出して、第１明視野走査透過電子顕微鏡像を取得する工程と、
前記第１明視野走査透過電子顕微鏡像に基づいて、前記照射レンズ系の収差を求める工程と、
を含み、
前記絞り部は、前記試料を透過した電子線から基準となる検出角度の電子線を取り出す基準孔を有し、
前記照射レンズ系の収差を求める工程では、
前記第１明視野走査透過電子顕微鏡像と、前記試料を透過した電子線から前記基準孔を通過した電子線を取り出して得られた第２明視野走査透過電子顕微鏡像と、に基づいて、前記照射レンズ系の収差を求める。
このような収差測定方法では、試料を透過した電子線から互いに異なる検出角度の電子線を取り出す複数の検出角度制限孔を有する絞り部を通過した電子線を検出して、走査透過電子顕微鏡像を取得する工程を含むため、互いに異なる複数の検出角度の電子線で形成された複数の像を同時に取得することができる。これにより、像ドリフトの影響を低減することができ、高い精度で収差を測定することができる。
（９）本発明に係る収差測定方法は、
電子線源と、前記電子線源で発生した電子線を収束して試料に照射する照射レンズ系と、前記照射レンズ系で収束された電子線を前記試料上で走査させる走査部と、を備えた電子顕微鏡における前記照射レンズ系の収差測定方法であって、
前記試料を透過した電子線から互いに異なる検出角度の電子線を取り出す複数の検出角度制限孔を有する絞り部を通過した電子線を検出部で検出して、走査透過電子顕微鏡像を取得する工程と、
前記走査透過電子顕微鏡像に基づいて、前記照射レンズ系の収差を求める工程と、
を含み、
前記検出部は、
円環状の第１検出領域と、
前記第１検出領域で囲まれた領域に設けられた第２検出領域と、
を有し、
前記第１検出領域と前記第２検出領域とは、互いに独立して電子線を検出可能であり、
前記絞り部は、前記試料を透過した電子線から基準となる検出角度の電子線を取り出す基準孔を有し、
前記第１検出領域では、前記複数の検出角度制限孔を通過した電子線が検出され、
前記第２検出領域では、前記基準孔を通過した電子線が検出され、
前記走査透過電子顕微鏡像を取得する工程では、
前記試料を透過した電子線から互いに異なる検出角度の電子線を取り出して得られた第１走査透過電子顕微鏡像と、
前記試料を透過した電子線から基準となる検出角度の電子線を取り出して得られた第２走査透過電子顕微鏡像と、
を取得し、
前記照射レンズ系の収差を求める工程では、
前記第１走査透過電子顕微鏡像と前記第２走査透過電子顕微鏡像に基づいて、前記照射レンズ系の収差を求める。
【図面の簡単な説明】
【0029】
【図1】第１実施形態に係る電子顕微鏡を模式的に示す図。
【図2】収差測定用絞りを光軸に沿った方向から見た模式図。
【図3】収差測定用絞りの機能を説明するための図。
【図4】検出部に電子線が入射する様子を模式的に示す図。
【図5】電子線の検出角度を説明するための図。
【図6】明視野ＳＴＥＭ像を取得する際の、試料近傍から検出部までの電子線の軌道の一例を模式的に示す図。
【図7】光軸上を通過した電子線が形成する明視野ＳＴＥＭ像を模式的に示す図。
【図8】収束角αの電子線が形成する明視野ＳＴＥＭ像を模式的に示す図。
【図9】第１明視野ＳＴＥＭ像を模式的に示す図。
【図10】第２明視野ＳＴＥＭ像を模式的に示す図。
【図11】第１明視野ＳＴＥＭ像と第２明視野ＳＴＥＭ像の相関関数を計算した結果を示す画像を模式的に示す図。
【図12】収差測定用絞りの変形例を模式的に示す図。
【図13】変形例に係る収差測定用絞りを通過した電子線が検出部に入射する様子を模式的に示す図。
【図14】収差測定用絞りの変形例を模式的に示す図。
【図15】収差測定方法の一例を示すフローチャート。
【図16】第２実施形態に係る電子顕微鏡を模式的に示す図。
【図17】第１収差測定用絞りを光軸に沿った方向から見た模式図。
【図18】第２収差測定用絞りを光軸に沿った方向から見た模式図。
【図19】第１収差測定用絞りを用いて第１明視野ＳＴＥＭ像を取得している様子を模式的に示す図。
【図20】第１収差測定用絞りおよび第２収差測定用絞りを用いて第２明視野ＳＴＥＭ像を取得している様子を模式的に示す図。
【図21】第１明視野ＳＴＥＭ像と第２明視野ＳＴＥＭ像の相関関数を計算した結果を示す画像を模式的に示す図。
【図22】第３実施形態に係る電子顕微鏡を模式的に示す図。
【図23】検出部に電子線が入射する様子を模式的に示す図。
【図24】検出部に電子線が入射する様子を模式的に示す図。
【図25】走査透過電子顕微鏡における収差測定方法の一例を説明するための図。
【図26】走査透過電子顕微鏡における収差測定方法の一例を説明するための図。
【図27】偏向器で電子線を偏向させない状態で取得された明視野ＳＴＥＭ像を模式的に示す図。
【図28】偏向器で電子線を偏向させた状態で取得された明視野ＳＴＥＭ像を模式的に示す図。
【発明を実施するための形態】
【0030】
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。
【0032】
電子顕微鏡１００は、走査透過電子顕微鏡である。電子顕微鏡１００は、収束させた電子線ＥＢを試料Ｓ上で走査し、電子線ＥＢの走査と同期させながら試料Ｓからの透過電子あるいは散乱電子による検出信号の強度をマッピングすることで走査透過電子顕微鏡像（ＳＴＥＭ像）を得ることができる。
【0033】
電子顕微鏡１００は、図１に示すように、電子線源１０と、コンデンサーレンズ１１と、偏向器１２（走査部の一例）と、対物レンズ１３と、試料ステージ１４と、中間レンズ１５と、投影レンズ１６と、検出部２０と、収差測定用絞り３０（絞り部の一例）と、収差補正器４０と、電源５０と、処理部６０と、操作部７０と、表示部７２と、記憶部７４と、を含む。
【0034】
電子線源１０は、電子線ＥＢを発生させる。電子線源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ＥＢとして放出する電子銃である。
【0035】
コンデンサーレンズ１１は、電子線源１０から放出された電子線ＥＢを収束させる。コンデンサーレンズ１１および対物レンズ１３（対物レンズ１３の前方磁界）は、電子線ＥＢを収束して試料Ｓに照射する照射レンズ系１０１を構成している。
【0036】
偏向器１２は、電子線ＥＢを偏向させる。電源５０からの走査信号を偏向器１２に供給することにより、収束した電子線ＥＢで試料Ｓ上を走査することができる。
【0037】
対物レンズ１３は、電子線ＥＢを試料Ｓ上に収束させる。また、対物レンズ１３は、試料Ｓを透過した電子を結像する。
【0038】
試料ステージ１４は、試料Ｓを保持する。また、試料ステージ１４は、試料Ｓを水平方向や鉛直方向に移動させたり、試料Ｓを傾斜させたりすることができる。
【0039】
中間レンズ１５は、対物レンズ１３の後方焦点面（回折面）を投影レンズ１６の物面に結像する。投影レンズ１６は、中間レンズ１５の像面を検出部２０の検出面上に結像する。中間レンズ１５および投影レンズ１６の励磁を変化させることで、カメラ長を調整することができる。
【0040】
対物レンズ１３（対物レンズ１３の後方磁界）、中間レンズ１５、および投影レンズ１６は、電子顕微鏡１００の結像レンズ系１０３を構成している。
【0041】
検出部２０は、試料Ｓを透過した電子線ＥＢを検出する。検出部２０は、第１検出領域２２と、第２検出領域２４と、を有している。
【0042】
第１検出領域２２は、円環状の領域である。第１検出領域２２は、第２検出領域２４を囲むように設けられている。
【0043】
第２検出領域２４は、第１検出領域２２で囲まれた領域に設けられている。第２検出領域２４は、円形の領域である。第２検出領域２４は、例えば、中心が光軸Ｚ上に位置するように配置されている。
【0044】
第１検出領域２２と第２検出領域２４とは、互いに独立して電子線ＥＢを検出することができる。そのため、電子顕微鏡１００では、電子線ＥＢの１回の走査で、第１検出領域２２での検出結果に基づくＳＴＥＭ像、および第２検出領域２４での検出結果に基づくＳＴＥＭ像を取得することができる。
【0045】
第１検出領域２２と第２検出領域２４とは、例えば、それぞれ個別の検出器である。検出部２０は、第１検出領域２２で検出された電子線ＥＢの検出信号および第２検出領域２４で検出された電子線ＥＢの検出信号を処理部６０に出力する。
【0046】
収差測定用絞り３０は、結像レンズ系１０３に組み込まれている。収差測定用絞り３０は、図示の例では、投影レンズ１６と検出部２０との間に配置されている。なお、収差測定用絞り３０は、結像レンズ系１０３に組み込まれていれば、その位置は特に限定されない。
【0047】
収差測定用絞り３０は、光軸Ｚ上の位置と光軸Ｚから外れた位置との間を移動可能に構成されている。電子顕微鏡１００では、収差を測定するためのＳＴＥＭ像の撮影を行う際には収差測定用絞り３０を光軸Ｚ上に配置し、試料Ｓの観察のためのＳＴＥＭ像の撮影を行う際には収差測定用絞り３０を光軸Ｚから外れた位置に配置する。
【0048】
図２は、収差測定用絞り３０を光軸Ｚに沿った方向から見た模式図である。
【0049】
収差測定用絞り３０は、図２に示すように、検出角度制限孔３２と、基準孔３４と、を有している。
【0050】
検出角度制限孔３２は、収差測定用絞り３０に複数設けられている。図示の例では、４個の検出角度制限孔３２が設けられているが、その数は限定されない。複数の検出角度制限孔３２は、基準孔３４の周囲に配置されている。複数の検出角度制限孔３２の各々と基準孔３４との間の距離は、例えば等しい。複数の検出角度制限孔３２は、基準孔３４を中心とする仮想円上に配置されている。複数の検出角度制限孔３２によって、試料Ｓを透過した電子線ＥＢから互いに異なる検出角度の電子線ＥＢを取り出すことができる。
【0051】
なお、検出角度制限孔３２の数や配置は特に限定されず、測定対象となる収差に応じて適宜変更可能である。
【0052】
基準孔３４は、収差測定用絞り３０に１つだけ設けられている。基準孔３４は、光軸Ｚ上に位置するように配置される。なお、基準孔３４は、光軸Ｚ上に位置していなくてもよい。
【0053】
基準孔３４の形状および複数の検出角度制限孔３２の各々の形状は、同じであり、図示の例では、円である。基準孔３４の直径および複数の検出角度制限孔３２の各々の直径は、例えば、同じである。
【0054】
なお、基準孔３４の直径および検出角度制限孔３２の直径が小さくなるに従って角度分解能が向上するが、検出される信号量が減少してしまうためＳＮ比が悪化してしまう。そのため、基準孔３４の直径および検出角度制限孔３２の直径は、要求される分解能およびＳＮ比に応じて適宜設定される。
【0056】
図３および図４に示すように、複数の検出角度制限孔３２の各々を通過した電子線ＥＢは、第１検出領域２２に入射する。すなわち、複数の検出角度制限孔３２によって取り出された互いに異なる検出角度の電子線ＥＢは、第１検出領域２２で検出される。
【0057】
また、基準孔３４を通過した電子線ＥＢは、第２検出領域２４に入射する。すなわち、基準孔３４によって取り出された基準となる検出角度の電子線ＥＢは、第２検出領域２４で検出される。
【0058】
図５は、電子線ＥＢの検出角度を説明するための図である。
【0059】
電子線ＥＢの検出角度は、電子線ＥＢが検出部２０で検出されるときの角度である。電子線ＥＢの検出角度は、図４に示すように、入射角Ａと、方位角Ｂと、で表される。
【0060】
入射角Ａは、検出部２０の検出面に入射する電子線ＥＢの、検出面に対する角度である。方位角Ｂは、検出部２０の検出面に入射する電子線ＥＢの光軸Ｚまわりの角度である。
【0061】
複数の検出角度制限孔３２の各々を通過した電子線ＥＢは、入射角Ａが互いに等しく、かつ、方位角Ｂが互いに異なる。すなわち、複数の検出角度制限孔３２の各々を通過した電子線ＥＢは、第１検出領域２２に対して、互いに等しい入射角Ａであって、互いに異なる方位角Ｂで入射する。
【0062】
基準孔３４を通過した電子線ＥＢは、入射角Ａ＝０°の検出角度を有している。すなわち、基準孔３４を通過した電子線ＥＢは、第２検出領域２４に対して、入射角Ａ＝０°で入射する。
【0063】
収差補正器４０は、図１に示すように、電子顕微鏡１００の照射レンズ系１０１に組み込まれている。収差補正器４０は、四極子や六極子等の多極子を含んで構成されている。収差補正器４０では、多極子が所定の磁場を発生させることにより、照射レンズ系１０１の収差を補正することができる。
【0064】
電源５０は、電子線源１０や、光学系１１，１２，１３，１５，１６，４０に電圧又は電流を印加する。電源５０は、制御部６２からの制御信号に基づいて、電子線源１０や、光学系１１，１２，１３，１５，１６，４０に電圧又は電流を印加する。
【0065】
操作部７０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６０に送る処理を行う。操作部７０は、例えば、ボタン、キー、タッチパネル型ディスプレイ、マイクなどである。
【0066】
表示部７２は、処理部６０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、ＣＲＴなどにより実現できる。
【0067】
記憶部７４は、処理部６０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７４は、処理部６０の作業領域として用いられ、処理部６０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７４の機能は、ハードディスク、ＲＡＭなどにより実現できる。
【0068】
処理部６０は、電子顕微鏡１００を構成している各部の制御を行う処理や、検出部２０の検出結果に基づきＳＴＥＭ像を生成する処理、収差を算出する処理などの処理を行う。処理部６０の機能は、プロセッサ（ＣＰＵ、ＤＳＰ等）でプログラムを実行することにより実現することができる。なお、処理部６０の機能の少なくとも一部を、ＡＳＩＣ（ゲートアレイ等）などの専用回路により実現してもよい。処理部６０は、制御部６２と、画像生成部６４と、収差算出部６６と、を含む。
【0069】
制御部６２は、電子顕微鏡１００を構成している各部の制御を行う。制御部６２は、操作部７０からの操作信号に基づいて、電子顕微鏡１００を構成している各部の制御を行う。制御部６２は、あらかじめ記憶部７４に記憶されている光学系１１，１２，１３，１５，１６，４０の設定値に基づいて、光学系１１，１２，１３，１５，１６，４０の制御を行ってもよい。
【0070】
画像生成部６４は、検出部２０の出力信号に基づいて、ＳＴＥＭ像を生成する処理を行う。画像生成部６４は、検出部２０の第１検出領域２２で検出された電子線ＥＢの検出信号に基づいて、明視野ＳＴＥＭ像を生成する。また、画像生成部６４は、検出部２０の第２検出領域２４で検出された電子線ＥＢの検出信号に基づいて、明視野ＳＴＥＭ像を生成する。画像生成部６４は、電子線ＥＢの検出信号を電子線ＥＢの走査信号に同期させて、ＳＴＥＭ像を生成する。
【0071】
収差算出部６６は、照射レンズ系１０１の収差を算出する。収差算出部６６の処理については、後述する。
【0072】
１．２． 収差測定方法（１）収差測定の原理
まず、電子顕微鏡１００における収差測定の原理について説明する。
【0073】
図６は、明視野ＳＴＥＭ像を取得する際の、試料Ｓ近傍から検出部２０までの電子線ＥＢの軌道の一例を模式的に示す図である。
【0074】
試料Ｓは、対物レンズ１３の前方焦点面１３ａから焦点距離だけ離れた位置に配置されている。また、検出部２０は、試料Ｓからカメラ長だけ離れた位置に配置されている。図６では、電子線ＥＢが対物レンズ１３の前方焦点面１３ａを通過し、対物レンズ１３の収束作用によって試料Ｓに向かって収束する様子を示している。
【0075】
なお、収束角αは試料Ｓに対する電子線ＥＢの収束角（試料Ｓに対する電子線ＥＢの入射角）であり、方位角θは試料Ｓ上での電子線ＥＢの方位角である。収差が無い場合、各電子線はその収束角αおよび方位角θに関わりなく、試料Ｓの一点に集中する。これに対して、収差（幾何収差）がある場合、電子線ＥＢは試料Ｓへの収束角αが大きいほど、試料Ｓの手前で光軸Ｚと交差し、その照射位置は、当該電子線ＥＢの収束角αが大きいほど、想定する照射位置から遠ざかる。この収差が対物レンズ１３の球面収差によるものであれば、良く知られているように、この照射位置のずれは収束角αの３乗に比例する。
【0076】
このような収差の影響下で、光軸Ｚ上を進行する電子線ＥＢ１が図７に示す明視野ＳＴＥＭ像を形成した場合、収束角α（α≠０）の電子線ＥＢ２が形成する明視野ＳＴＥＭ像は、図８に示すように、図７に示す明視野ＳＴＥＭ像に対する位置ずれを伴う。これは、収差による照射位置のずれにより、原子１の像を形成するために（換言すれば、原子１に照射するために）、電子線ＥＢ２をさらにシフトさせる必要があるためである。
【0077】
つまり、収束角αが互いに異なる電子線によって形成される複数の明視野ＳＴＥＭ像は、収差によって必然的に相互の位置ずれを伴うことになる。すなわち、試料Ｓについての一観察像を基準とし、これらの明視野ＳＴＥＭ像の位置ずれ量を位置ずれベクトルＦα，θで表したとすると、その逆方向のベクトルは各明視野ＳＴＥＭ像に現れる収差を示す幾何収差ベクトルＧα，θに対応する。
【0078】
一方、対物レンズ１３の前方焦点面（開口面とも称する）１３ａは、電子線ＥＢの角度空間面である。すなわち、図６で概念的に示すように、前方焦点面１３ａ上の電子線ＥＢの各位置を極座標で表すと、その動径成分および角度成分は、それぞれ、収束角α及び方位角θにより一義的に表すことができる。また、前方焦点面１３ａでの収差関数χは、これら収束角αおよび方位角θの関数である各波面収差の和で表される。原子レベルでの高分解能観察では軸上収差のみを扱うことを考慮すると、収差関数χ（α，θ）は、次のように表される。
【0079】
χ（α，θ）＝焦点ズレ（デフォーカス）＋２回非点＋軸上コマ＋３回非点
＋球面収差＋スター収差＋４回非点
＋４次のコマ＋Ｔｈｒｅｅｌｏｂｅ収差＋５回非点
＋５次の球面収差＋６回非点・・・
【0080】
すなわち、収差関数χ（α，θ）は、次式（１）で表される。
【0081】
【数1】
【0082】
幾何収差ベクトルＧα,θの収束角方向および方位角方向における各成分Ｇα、Ｇθは、この収差関数χについて収束角αおよび方位角θのそれぞれで偏微分することで得られる。
【0083】
【数2】
【0084】
つまり、収束角α及び方位角θの複数の組のそれぞれにおける明視野ＳＴＥＭ像を取得することで、その組の数だけ幾何収差ベクトルＧα,θが得られ、これらに対して最小二乗法等の数学的処理を行うことで、各収差係数を算出することができる。
【0085】
試料Ｓに対する電子線ＥＢの収束角αは、試料Ｓを透過した電子線ＥＢの入射角Ａに対応している。また、試料Ｓ上での電子線ＥＢの方位角θは、試料Ｓを透過した電子線ＥＢの方位角Ｂに対応している。そのため、収差測定用絞り３０を用いて試料Ｓを透過した電子線ＥＢから互いに異なる検出角度の電子線を取り出して得られた明視野ＳＴＥＭ像（以下、「第１明視野ＳＴＥＭ像」ともいう）から、収差を計算することができる。以下、第１明視野ＳＴＥＭ像を用いた収差の測定方法について説明する。
【0086】
まず、第１明視野ＳＴＥＭ像の取得方法について説明する。
【0087】
第１明視野ＳＴＥＭ像は、収差測定用絞り３０の複数の検出角度制限孔３２を通過した電子線ＥＢを検出部２０の第１検出領域２２で検出することで取得することができる。電子顕微鏡１００では、第１明視野ＳＴＥＭ像と同時に、収差計算の際に基準となる第２明視野ＳＴＥＭ像を取得することができる。
【0088】
第２明視野ＳＴＥＭ像は、試料Ｓを透過した電子線ＥＢから基準となる検出角度の電子線ＥＢを取り出して得られた像である。第２明視野ＳＴＥＭ像は、収差測定用絞り３０の基準孔３４を通過した電子線ＥＢを第２検出領域２４で検出することで取得することができる。
【0090】
第１明視野ＳＴＥＭ像Ｉ２２は、光軸Ｚから離れた４つの検出角度制限孔３２を通過した電子線ＥＢを検出して得られた像である。４つの検出角度制限孔３２を通過した電子線ＥＢは互いに検出角度が異なるため、照射レンズ系１０１に収差があると試料Ｓの異なる位置を通過する。そのため、第１明視野ＳＴＥＭ像Ｉ２２は、第２明視野ＳＴＥＭ像Ｉ２４をシフトさせて重ね合わせたものとなる。ここでは、第１明視野ＳＴＥＭ像Ｉ２２は、４つの検出角度制限孔３２を通過した電子線ＥＢを検出して得られたものであるため、互いに異なる方向にシフトさせた４つの第２明視野ＳＴＥＭ像Ｉ２４を重ね合わせたものとなる。
【0091】
次に、第１明視野ＳＴＥＭ像を用いた収差の算出方法について説明する。
【0092】
照射レンズ系１０１の収差は、第１明視野ＳＴＥＭ像Ｉ２２および第２明視野ＳＴＥＭ像Ｉ２４に基づいて、算出することができる。照射レンズ系１０１の収差は、第１明視野ＳＴＥＭ像Ｉ２２と第２明視野ＳＴＥＭ像Ｉ２４の相関関数を計算することによって求めることができる。
【0093】
図１１は、第１明視野ＳＴＥＭ像Ｉ２２と第２明視野ＳＴＥＭ像Ｉ２４の相関関数を計算した結果を示す画像Ｃ１を模式的に示す図である。
【0094】
第１明視野ＳＴＥＭ像Ｉ２２と第２明視野ＳＴＥＭ像Ｉ２４の相関関数を計算すると、図１１に示すように、４つのピークが現れる。この４つのピークは、４つの互いに異なる検出角度の電子線ＥＢで形成された像と、基準となる検出角度の電子線ＥＢで形成された像と、の間の位置ずれ量に対応している。
【0095】
そのため、各ピークがどの検出角度に対応しているかを特定し、各ピークと画像Ｃ１の中心とを結ぶベクトルの大きさおよび方向を求めることにより、収差係数を計算することができる。
【0096】
ここで、各ピークがどの検出角度に対応しているかを特定するためには、デフォーカスを利用することができる。例えば、まず、像倍率と複数の検出角度制限孔３２の各々に対応する検出角度をあらかじめ測定しておく。次に、収差測定用絞り３０を光軸Ｚ上に配置した状態で、デフォーカスを変化させて２つのＳＴＥＭ像を取得する。デフォーカスを変化させた２つのＳＴＥＭ像の相関関数を求めると、相関関数に現れるピーク位置が加えたデフォーカスと検出角度に比例して移動する。これを利用することで、各ピークがどの検出角度に対応しているかを特定することができる。
【0097】
なお、デフォーカスの変化を利用すると、他の量も計算することができる。上記のデフォーカスを変化させた２つのＳＴＥＭ像の相関関数からは、電子線ＥＢの走査方向に対する検出系の中心と光軸Ｚとの間のずれを知ることができる。検出角度制限孔３２の逆空間における相対的な位置がわかっていれば、デフォーカスを変化させた２つのＳＴＥＭ像の相関関数に現れるピークに対応する検出角度がわかるので、収差測定用絞り３０の光軸Ｚからのずれを計算することができる。これにより、例えば、結像系の偏向器（図示せず）で収差測定用絞り３０の光軸Ｚからのずれを補正することができる。また、例えば、収差測定用絞り３０の光軸Ｚからのずれを収差の計算に取り入れることができる。
【0098】
加えたデフォーカス量の絶対値がわからない場合であっても、像倍率と検出角度が既知であれば、上記のデフォーカスを変化させた２つのＳＴＥＭ像の相関関数からデフォーカス量を求めることができる。また、デフォーカス量が既知であれば、像倍率と検出角度を求めることができ、像倍率やスキャン方向を変えた際の像の回転量の校正や像倍率の校正を行うことができる。
【0099】
収差が小さい場合、相関関数に現れる複数のピークが中心に重なって分離が困難になる場合がある。この場合には、適当な収差を一定量加えて複数のピークを分離する。加える収差は、例えば、デフォーカスである。デフォーカスは、制御が容易で、ピークの移動が一様であるためである。デフォーカスの変化に伴う非点収差やコマ収差の変化をあらかじめ調べておけば、加えたデフォーカスを除いた場合に残留する収差を正確に計算することができる。
【0100】
収差測定用絞り３０の形状により、計算できる収差が制限される。例えば、図２に示す収差測定用絞り３０では、二次の収差まで分離することができる。ただし、球面収差の量が既知であれば、球面収差以外の高次収差が０であるとして計算することにより、球面収差の影響を取り入れた低次の収差を計算することができる。
【0102】
図１２に示す収差測定用絞り３０では、複数の検出角度制限孔３２は、基準孔３４を中心とする同心円状に配置された２つの仮想円上に配置されている。すなわち、図１２に示す例では、複数の検出角度制限孔３２は、基準孔３４を中心として２層に配置されている。
【0103】
計算できる収差の数を増やすためには、図１２に示すように複数の検出角度制限孔３２を多層に配置したり、層ごとに配置される複数の検出角度制限孔３２の位置を変化させたりする方法がある。
【0104】
図１４は、収差測定用絞り３０の変形例を示す図である。
【0105】
図１４に示すように、複数の収差測定用絞り３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄを用いて、第１明視野ＳＴＥＭ像を複数回取得し、複数の第１明視野ＳＴＥＭ像の各々に対して相関関数を計算して、収差を求めることもできる。複数の収差測定用絞り３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄを用いることにより、１つの相関関数に現れるピークの数を少なくすることができ、容易にピークの検出を行うことができる。
【0106】
また、結像レンズ系１０３でカメラ長を変えて撮影を行うことにより、カメラ長の異なる複数の第１明視野ＳＴＥＭ像を取得してもよい。また、結像レンズ系１０３で像を回転させて撮影を行うことにより、回転角の異なる複数の第１明視野ＳＴＥＭ像を取得してもよい。このような場合でも、計算できる収差の数を増やすことができる。
【0107】
電子顕微鏡１００では、測定した収差に基づいて収差補正器４０を動作させることにより、収差を補正することができる。収差を補正すると、収差測定用絞り３０が光軸Ｚからずれる場合がある。特にコマ収差を補正した場合には、収差測定用絞り３０が光軸Ｚからずれる可能性が高い。このような場合には、上述したように、収差測定用絞り３０を光軸Ｚ上に配置した状態でデフォーカスを変化させた２つのＳＴＥＭ像を取得し、これらの相関関数を用いて検出角度の測定を行う。これにより、正確な収差測定および収差補正が可能となる。
【0108】
（２）電子顕微鏡の動作次に、収差を測定する際の電子顕微鏡１００の動作について説明する。
【0109】
図１５は、電子顕微鏡１００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。
【0110】
まず、第１明視野ＳＴＥＭ像および第２明視野ＳＴＥＭ像を取得する（ステップＳ１０）。
【0111】
電子顕微鏡１００において、図２に示す収差測定用絞り３０を光軸Ｚ上に配置した状態で、電子線ＥＢを試料Ｓ上で走査する。試料Ｓを透過し、複数の検出角度制限孔３２の各々を通過した電子線ＥＢは、第１検出領域２２で検出される。また、基準孔３４を通過した電子線ＥＢは、第２検出領域２４で検出される。画像生成部６４は、検出部２０の第１検出領域２２で検出された電子線ＥＢの検出信号に基づいて、第１明視野ＳＴＥＭ像を生成する。また、画像生成部６４は、検出部２０の第２検出領域２４で検出された電子線ＥＢの検出信号に基づいて、第２明視野ＳＴＥＭ像を生成する。これにより、第１明視野ＳＴＥＭ像および第２明視野ＳＴＥＭ像を取得することができる。
【0112】
次に、収差算出部６６が第１明視野ＳＴＥＭ像および第２明視野ＳＴＥＭ像に基づいて、照射レンズ系１０１の収差を算出する（ステップＳ１２）。
【0113】
収差算出部６６は、第１明視野ＳＴＥＭ像と第２明視野ＳＴＥＭ像との相関関数を計算することによって、照射レンズ系１０１の収差を算出する。収差算出部６６は、上述した収差測定の原理に従って、収差の計算を行う。これにより、照射レンズ系１０１の収差を測定することができる。
【0114】
収差算出部６６が収差を求めた後、制御部６２は、収差算出部６６が計算した収差の計算結果に基づいて、照射レンズ系１０１の収差が低減するように収差補正器４０を動作させてもよい。
【0115】
電子顕微鏡１００は、例えば、以下の特徴を有する。
【0116】
電子顕微鏡１００は、試料Ｓを透過した電子線ＥＢから互いに異なる検出角度の電子線ＥＢを取り出す複数の検出角度制限孔３２を有する収差測定用絞り３０を含む。そのため、電子顕微鏡１００では、互いに異なる複数の検出角度（収束角）の電子線ＥＢで形成された複数の像を同時に取得することができる。そのため、像ドリフトの影響を低減することができ、高い精度で収差を測定することができる。また、電子顕微鏡１００では、収差測定のための像を取得する時間を短縮することができる。
【0117】
電子顕微鏡１００は、検出部２０の検出結果に基づいて試料Ｓを透過した電子線ＥＢから互いに異なる検出角度の電子線ＥＢを取り出して得られた第１明視野ＳＴＥＭ像を生成する画像生成部６４と、第１明視野ＳＴＥＭ像に基づいて照射レンズ系１０１の収差を求める収差算出部６６と、を含む。第１明視野ＳＴＥＭ像は、互いに異なる複数の検出角度の電子線ＥＢで形成された複数の像を重ね合わせた像に相当する。そのため、電子顕微鏡１００では、像ドリフトの影響を低減することができ、高い精度で収差を測定することができる。
【0118】
電子顕微鏡１００では、収差算出部６６は、第１明視野ＳＴＥＭ像と第２明視野ＳＴＥＭ像とに基づいて、照射レンズ系１０１の収差を求める。より具体的には、収差算出部６６は、第１明視野ＳＴＥＭ像と第２明視野ＳＴＥＭ像との相関関数を計算することによって、照射レンズ系１０１の収差を求める。このように電子顕微鏡１００では、第１明視野ＳＴＥＭ像と第２明視野ＳＴＥＭ像とに基づいて照射レンズ系１０１の収差を求めるため、像ドリフトの影響を低減することができ、高い精度で収差を測定することができる。
【0119】
電子顕微鏡１００では、検出部２０は、円環状の第１検出領域２２と、第１検出領域２２で囲まれた領域に設けられた第２検出領域２４と、を有し、第１検出領域２２と第２検出領域２４とは、互いに独立して電子線ＥＢを検出可能である。また、第１検出領域２２では、複数の検出角度制限孔３２を通過した電子線ＥＢが検出され、第２検出領域２４では、基準孔３４を通過した電子線ＥＢが検出される。そのため、電子顕微鏡１００では、第１明視野ＳＴＥＭ像と第２明視野ＳＴＥＭ像とを同時に、すなわち、１回の測定で取得することができる。したがって、電子顕微鏡１００では、第１明視野ＳＴＥＭ像と第２明視野ＳＴＥＭ像との間の像ドリフトの影響を低減することができ、高い精度で収差を測定することができる。
【0121】
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。
【0122】
電子顕微鏡１００は、図１に示すように、１つの収差測定用絞り３０を有しており、検出部２０は２つの検出領域（第１検出領域２２、第２検出領域２４）を有していた。
【0123】
これに対して、電子顕微鏡２００は、図１６に示すように、第１収差測定用絞り２３０ａ（第１絞りの一例）と第２収差測定用絞り２３０ｂ（第２絞りの一例）とを有しており、検出部２２０は１つの検出領域２２２を有している。
【0125】
第１収差測定用絞り２３０ａは、図２に示す収差測定用絞り３０と同様に、複数の検出角度制限孔３２と、１つの基準孔３４と、を有している。第２収差測定用絞り２３０ｂは、１つの基準孔３４を有している。
【0126】
第１収差測定用絞り２３０ａと第２収差測定用絞り２３０ｂとは、光軸Ｚに沿って２段に配置される。
【0127】
図１９は、第１収差測定用絞り２３０ａを用いて、第１明視野ＳＴＥＭ像を取得している様子を模式的に示す図である。
【0128】
図１９に示すように、第１収差測定用絞り２３０ａを光軸Ｚ上に配置することにより、第１明視野ＳＴＥＭ像を取得することができる。このとき、第２収差測定用絞り２３０ｂは、光軸Ｚ上に配置されていない。
【0129】
図２０は、第１収差測定用絞り２３０ａおよび第２収差測定用絞り２３０ｂを用いて、第２明視野ＳＴＥＭ像を取得している様子を模式的に示す図である。
【0130】
図２０に示すように、第１収差測定用絞り２３０ａおよび第２収差測定用絞り２３０ｂを光軸Ｚ上に配置すると、第１収差測定用絞り２３０ａの検出角度制限孔３２を通過した電子線ＥＢは第２収差測定用絞り２３０ｂによって遮られる。これに対して、第１収差測定用絞り２３０ａの基準孔３４を通過した電子線ＥＢは、第２収差測定用絞り２３０ｂを通過して検出部２０の検出領域２２２で検出される。これにより、第２明視野ＳＴＥＭ像を取得することができる。
【0131】
なお、図示はしないが、第１収差測定用絞り２３０ａおよび第２収差測定用絞り２３０ｂは、１つの絞り板上に形成されていてもよい。すなわち、第１収差測定用絞り２３０ａおよび第２収差測定用絞り２３０ｂが切り替え可能となっていてもよい。この場合、第１明視野ＳＴＥＭ像を取得する際には、第１収差測定用絞り２３０ａのみを光軸Ｚ上に配置し、第２明視野ＳＴＥＭ像を取得する際には、第２収差測定用絞り２３０ｂのみを光軸Ｚ上に配置する。
【0132】
図２１は、第１明視野ＳＴＥＭ像Ｉ２２と第２明視野ＳＴＥＭ像Ｉ２４の相関関数を計算した結果を示す画像Ｃ２を模式的に示す図である。
【0133】
本実施形態では、画像Ｃ２には５つのピークが現れるが、上述した第１実施形態と同様に、画像Ｃ２から収差を計算することができる。
【0134】
第２実施形態に係る収差測定方法は、第１収差測定用絞り２３０ａおよび第２収差測定用絞り２３０ｂを用いる点を除いて、上述した第１実施形態に係る収差測定方法と同じであり、その説明を省略する。
【0135】
電子顕微鏡２００は、例えば、以下の特徴を有する。
【0136】
電子顕微鏡２００は、上述した電子顕微鏡１００と同様に、互いに異なる複数の検出角度の電子線ＥＢで形成された複数の像を同時に取得することができるため、像ドリフトの影響を低減することができ、高い精度で収差を測定することができる。
【0137】
さらに、電子顕微鏡２００では、第１収差測定用絞り２３０ａと第２収差測定用絞り２３０ｂとを有し、第１収差測定用絞り２３０ａは、複数の検出角度制限孔３２を有し、第２収差測定用絞り２３０ｂは、基準孔３４を有している。そのため、電子顕微鏡２００では、１つの検出領域２２２で、第１明視野ＳＴＥＭ像および第２明視野ＳＴＥＭ像を取得することができる。
【0138】
また、電子顕微鏡２００では、第１収差測定用絞り２３０ａが基準孔３４を有しているため、第１収差測定用絞り２３０ａおよび第２収差測定用絞り２３０ｂを２段に配置して第２明視野ＳＴＥＭ像を取得することができる。これにより、高い精度で収差を測定することができる。
【0139】
例えば、第１収差測定用絞り２３０ａを用いて第１明視野ＳＴＥＭ像を取得した後、第１収差測定用絞り２３０ａを第２収差測定用絞り２３０ｂと入れ替えて第２明視野ＳＴＥＭ像を取得する場合、基準孔３４の位置にずれが生じてしまう場合がある。電子顕微鏡２００では、このような問題が生じないため、高い精度で収差を測定することができる。
【0141】
以下、第３実施形態に係る電子顕微鏡３００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。
【0142】
電子顕微鏡３００は、図２２に示すように、検出部２０の第１検出領域２２が互いに独立して電子線ＥＢを検出可能な複数の領域に分割されている点で電子顕微鏡１００と異なっている。
【0144】
検出部２０は、検出面が複数の領域に分割された分割型検出器である。検出部２０は、図示の例では、第１検出領域２２と、第２検出領域２４と、を有している。第１検出領域２２は、第１領域２２ａ、第２領域２２ｂ、第３領域２２ｃ、第４領域２２ｄに分割されている。第１領域２２ａ、第２領域２２ｂ、第３領域２２ｃ、第４領域２２ｄは、互いに独立して電子線ＥＢを検出することができる。なお、第２検出領域２４の分割数は特に限定されない。
【0145】
第１検出領域２２が複数の領域２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄに分割されていることにより、複数の第１明視野ＳＴＥＭ像を同時に取得することができる。そのため、複数の第１明視野ＳＴＥＭ像の各々に対して第２明視野ＳＴＥＭ像との相関関数を計算することができる。したがって、１つの相関関数に現れるピークの数を減らすことができる。
【0146】
第３実施形態に係る収差測定方法は、第１検出領域２２が互いに独立して電子線ＥＢを検出可能な複数の領域２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄに分割されている点を除いて、上述した第１実施形態に係る収差測定方法と同じであり、その説明を省略する。
【0147】
電子顕微鏡３００は、例えば、以下の特徴を有する。
【0148】
電子顕微鏡３００は、上述した電子顕微鏡１００と同様に、互いに異なる複数の検出角度で取得された複数の像を同時に取得することができるため、像ドリフトの影響を低減することができ、高い精度で収差を測定することができる。
【0149】
さらに、電子顕微鏡３００では、第１検出領域２２が複数の領域２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄに分割されている。そのため、電子顕微鏡３００では、同時に取得できる第１明視野ＳＴＥＭ像の数を増やすことができ、１つの相関関数に現れるピークの数を減らすことができる。したがって、相関関数に現れるピークの分離が容易であり、容易に収差を計算することができる。
【0150】
また、電子顕微鏡３００では、収差測定用絞り３０を用いて、検出部２０の各領域に入射する電子線ＥＢを制限できるため、検出部２０の領域の形状および配置によらず、収差測定に最適な検出角度で電子線ＥＢを検出部２０に入射させることができる。
【0151】
なお、上述した実施形態及び変形例は一例であって、これらに限定されるわけではない。例えば各実施形態及び各変形例は、適宜組み合わせることが可能である。
【0152】
本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法およ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）を含む。また、本発明は、実施の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、実施の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、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
【符号の説明】
【0153】
１…原子、２…検出器、４…偏向器、１０…電子線源、１１…コンデンサーレンズ、１２…偏向器、１３…対物レンズ、１３ａ…前方焦点面、１４…試料ステージ、１５…中間レンズ、１６…投影レンズ、２０…検出部、２２…第１検出領域、２２ａ…第１領域、２２ｂ…第２領域、２２ｃ…第３領域、２２ｄ…第４領域、２４…第２検出領域、３０…収差測定用絞り、３０Ａ…収差測定用絞り、３０Ｂ…収差測定用絞り、３０Ｃ…収差測定用絞り、３０Ｄ…収差測定用絞り、３２…検出角度制限孔、３４…基準孔、４０…収差補正器、５０…電源、６０…処理部、６２…制御部、６４…画像生成部、６６…収差算出部、７０…操作部、７２…表示部、７４…記憶部、１００…電子顕微鏡、１０１…照射レンズ系、１０３…結像レンズ系、２００…電子顕微鏡、２２０…検出部、２２２…検出領域、２３０ａ…第１収差測定用絞り、２３０ｂ…第２収差測定用絞り、３００…電子顕微鏡