特許 7510001 電子顕微鏡

(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】

(24)【登録日】2024-06-24

(45)【発行日】2024-07-02

(54)【発明の名称】電子顕微鏡

(51)【国際特許分類】

   H01J 37/153 20060101AFI20240625BHJP

   H01J 37/143 20060101ALI20240625BHJP

   H01J 37/141 20060101ALI20240625BHJP

【ＦＩ】

H01J37/153 A

H01J37/143

H01J37/141 Z

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2023520684

(86)(22)【出願日】2021-05-13

(86)【国際出願番号】 JP2021018214

(87)【国際公開番号】W WO2022239187

(87)【国際公開日】2022-11-17

【審査請求日】2023-11-02

(73)【特許権者】

【識別番号】501387839

【氏名又は名称】株式会社日立ハイテク

(74)【代理人】

【識別番号】110002572

【氏名又は名称】弁理士法人平木国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 美智子

(72)【発明者】

【氏名】久保 雄大

【審査官】藤本 加代子

(56)【参考文献】

【文献】特開２００４－８７４６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－１２８６５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－１６０４５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１２／０１４８７０（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００８－１２４００１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｊ ３７／００－３７／３６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電子線を用いて試料を観察する電子顕微鏡であって、
前記電子線を照射する対物レンズを有する電子光学系、
前記電子光学系のレンズが有する収差を補正する収差補正器、
前記収差補正器を制御する制御部、
を備え、
前記収差補正器は、
前記レンズが有する球面収差を補正する磁場を発生させる第１および第２多極子レンズ、
前記対物レンズに対して前記電子線を伝搬する転送レンズ、
前記転送レンズと前記対物レンズとの間に配置された調整レンズ、
を備え、
前記転送レンズは、前記転送レンズに対して印加する転送レンズ電流によって５次球面収差を補正できるように構成されており、
前記第１多極子レンズは、前記第１多極子レンズに対して印加する多極子レンズ電流によって３次球面収差を補正できるように構成されており、
前記制御部は、前記調整レンズに対して印加する調整レンズ電流を変化させながら、前記転送レンズ電流を調整して前記５次球面収差を補正することにより、前記３次球面収差を補正する
ことを特徴とする電子顕微鏡。

【請求項2】

前記制御部は、前記多極子レンズ電流を調整することなく、かつ前記転送レンズ電流を調整して前記５次球面収差を補正することにより、前記３次球面収差を補正する
ことを特徴とする請求項１記載の電子顕微鏡。

【請求項3】

前記制御部は、前記調整レンズ電流の下で、前記５次球面収差が閾値以下になるまで前記転送レンズ電流を変化させることにより前記５次球面収差を補正し、
前記制御部は、前記５次球面収差を補正した後の前記転送レンズ電流の下で、前記３次球面収差が閾値以内ではない場合は、前記調整レンズ電流を変動させることにより前記調整レンズ電流を再決定するとともに、前記再決定した調整レンズ電流の下で前記５次球面収差が閾値以下になるまで前記転送レンズ電流を変化させる
ことを特徴とする請求項１記載の電子顕微鏡。

【請求項4】

前記制御部は、前記多極子レンズ電流と前記調整レンズ電流との間の相関関係にしたがって、前記調整レンズ電流を決定し、
前記制御部は、前記決定した調整レンズ電流の下で、前記５次球面収差が閾値以下になるまで前記転送レンズ電流を変化させることにより前記５次球面収差を補正する
ことを特徴とする請求項３記載の電子顕微鏡。

【請求項5】

前記電子顕微鏡はさらに、前記相関関係を記述したデータを格納する記憶部を備え、
前記相関関係は、前記３次球面収差を補正することができる、前記多極子レンズ電流と前記調整レンズ電流との間の関係を記述しており、
前記制御部は、前記相関関係にしたがって前記調整レンズ電流を決定することにより、前記３次球面収差を補正することができる前記調整レンズ電流の下で、前記５次球面収差を補正する
ことを特徴とする請求項４記載の電子顕微鏡。

【請求項6】

前記制御部は、第１加速電圧の下で各前記収差を補正し、
前記制御部は、前記第１加速電圧の下において各前記収差を補正するように調整した前記多極子レンズ電流を再調整することなく、前記第１加速電圧とは異なる第２加速電圧の下において、前記５次球面収差と前記３次球面収差を補正する
ことを特徴とする請求項１記載の電子顕微鏡。

【請求項7】

前記第２加速電圧は前記第１加速電圧よりも小さい
ことを特徴とする請求項６記載の電子顕微鏡。

【請求項8】

前記電子顕微鏡はさらに、前記多極子レンズ電流と前記調整レンズ電流との間の相関関係を記述したデータを格納する記憶部を備え、
前記相関関係は、前記３次球面収差を補正することができる、前記多極子レンズ電流と前記調整レンズ電流との間の関係を記述しており、
前記制御部は、前記第１加速電圧の下において各前記収差を補正するように調整した前記多極子レンズ電流に対応する前記調整レンズ電流を前記相関関係にしたがって決定することにより、前記３次球面収差を補正することができる前記調整レンズ電流の下でかつ前記多極子レンズ電流を再調整することなく、前記５次球面収差を補正する
ことを特徴とする請求項６記載の電子顕微鏡。

【請求項9】

前記第１多極子レンズと前記第２多極子レンズは、磁場によって前記電子線を収束させる磁場レンズとして構成されており、
前記第１多極子レンズまたは前記第２多極子レンズのうち少なくともいずれかは、永久磁石のみを用いて前記磁場を発生させる
ことを特徴とする請求項１記載の電子顕微鏡。

【請求項10】

前記第１および第２多極子レンズは、６極子場を生成するように構成された磁界レンズである
ことを特徴とする請求項１記載の電子顕微鏡。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電子線を用いて試料を観察する電子顕微鏡に関する。

【背景技術】

【0002】

透過電子顕微鏡（ＴＥＭ：Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）、走査透過電子顕微鏡（ＳＴＥＭ：Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ：Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）などの電子顕微鏡は、試料を走査する電子線（プローブ）の径が細いほど高い分解能が得られる。プローブ径は電子光学系の収差により制限されるが、近年ではこの収差を補正するために収差補正器を搭載した装置が実用化されている。プローブ電流を増加させるために開き角αを増大させると、低次収差の中でも特に３次球面収差が支配的となる。さらに開き角を増大させると５次球面収差などの高次収差が支配的となる。開き角αとは光源から出たビームがレンズを通り試料に収束する際の最大角度の電子線が光軸となす角度のことである。３次球面収差はＣ_３α^３で表され、５次球面収差はＣ₅α^５で表される。Ｃ_３は３次球面収差係数であり、Ｃ₅は５次球面収差係数である。

【0003】

一般的に６極子レンズの副次的な効果として発生する負の３次球面収差を用いて、対物レンズの正の３次球面収差を補正する。５次球面収差については収差補正器と対物レンズの間を適切な転写条件で結ぶことにより補正可能であることが知られている。一般に収差補正器は、複数の多極子レンズと複数の転送レンズ、調整レンズにより構成される。

【0004】

特許文献１には、基本的な収差補正方法として、『この発明はレンズ、特に電子顕微鏡の対物レンズの３次の開口収差を補正する装置であって、対物レンズとそれ自体周知の補正装置とから成り、その補正装置は２個のセクスターポールと、その間に配置する２個の焦点距離の等しい球面レンズとから成り、対物レンズ（２）と補正装置（１）との間に１個の球面レンズ（３）を配設し、その球面レンズ（３）を一方の側で光路が補正装置（１）について平行に入射し、他方の側で対物レンズのコマ収差のない面（１６）に結像するようにするか、あるいは対物レンズと補正装置との間に２個の球面レンズを配設し、その対物レンズに近接する側の球面レンズ（１４）と対物レンズのコマ収差のない面（１６）との間隔を球面レンズの焦点距離に等しくし、２個の球面レンズ（１４，１５）の間隔をその焦点距離の和に等しくしてある。』という技術が記載されている（要約参照）。

【0005】

特許文献２には、収差補正器の構成と３次までの寄生収差補正方法が記載されている。同文献は、『球面収差補正器を備えることにより副次的に生じる２回対称３次スター収差（Ｓ３）と４回対称３次非点収差（Ａ３）とを独立して補正することのできる荷電粒子線装置を提供する。』ことを課題として、『第１と第２の多極子レンズ９、１３と、その間に伝達レンズ１０、１２を含む球面収差補正装置を備えた荷電粒子線装置において、第１の多極子レンズ９へ入射する荷電粒子線３１の光軸１に対する傾斜角θ１に対し、第２の多極子レンズ１３へ入射する荷電粒子線３１の光軸１に対する傾斜角θ２が連動して変化するように、第１の偏向手段８と第２の偏向手段１１とを制御する。』という技術を記載している（要約参照）。

【0006】

特許文献３には、『５次球面収差Ｃ５の補正を簡単かつ高精度に行う機能を備えた走査透過電子顕微鏡、および収差補正方法を提供する。』ことを課題として、『電子光学系と、前記電子光学系の収束レンズと対物レンズの間に配置され、該対物レンズの球面収差を補償するための６極子場を発生させる多極子レンズを複数備えた球面収差補正器と、前記球面収差補正器と前記対物レンズの間に配置された少なくとも一枚の調整レンズと、試料のロンチグラムを観察するロンチグラム検出手段と、情報処理装置とを備え、前記情報処理装置は、前記調整レンズの焦点距離を変化させて前記試料のロンチグラムを検出し、該焦点距離の変化に伴い前記ロンチグラムに現れる六角形状パターンの変化を検出し、５次球面収差Ｃ５の補正条件を判定する。』という技術が記載されている（要約参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【文献】特表２００２－５１０４３１号公報

【文献】特開２０１２－２３４７５５号公報

【文献】特開２０１０－１７０９４０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

現行の収差補正器においては、加速電圧を変更した際、多極子レンズの励磁量を大きく変更しないと３次球面収差と５次球面収差を同時に補正することができない。したがって、磁場除去処理や収差の経時変化が発生し、装置を安定的に使用できるまでの待ち時間が発生する。磁場除去（デガウス）処理は通常２０秒程度かかり、収差補正器を調整する際に何度も実施する必要があるので、多大な時間がかかる。

【0009】

本発明は、上記のような課題に鑑みてなされたものであり、多極子レンズを用いて収差を補正する収差補正器を備えた電子顕微鏡において、収差補正を効率的に実施することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明に係る電子顕微鏡は、第１および第２多極子レンズと転送レンズと調整レンズを有する収差補正器を備え、前記第１多極子レンズはレンズ電流を調整することによって３次球面収差を補正できるように構成されており、調整レンズ電流を変化させながら転送レンズ電流を調整することにより、３次球面収差と５次球面収差をまとめて補正する。

【発明の効果】

【0011】

本発明に係る電子顕微鏡によれば、調整レンズと転送レンズを併用して３次球面収差と５次球面収差をまとめて補正することにより、収差補正を効率的に実施できる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】実施形態１に係る走査透過電子顕微鏡１００の装置構成の１例を示す図である。

【図2】収差補正器１１５の構成例を表す図である。

【図3】第１多極子レンズ２０３と第２多極子レンズ２０７の構成例を示す平面図である。

【図4】第１多極子レンズ２０３と第２多極子レンズ２０７の構成例を示す平面図である。

【図5A】収差補正手順の１例を比較例として示す。

【図5B】収差補正手順の１例を比較例として示す。

【図5C】収差補正手順の１例を比較例として示す。

【図6】本実施形態１における収差補正手順の１例を示す。

【図7】実機評価によって得られた加速電圧８０ｋＶにおける第２調整レンズ電流と第１多極子レンズ電流との間の関係を示す。

【図8】永久磁石で構成された６極子レンズの１例を示している。

【発明を実施するための形態】

【0013】

＜実施の形態１：装置構成＞
図１は、本発明の実施形態１に係る走査透過電子顕微鏡１００（ＳＴＥＭ１００）の装置構成の１例を示す図である。ＳＴＥＭ１００は、鏡筒１０１と制御ユニット１０２を備える。

【0014】

鏡筒１０１は、電子ビームを発生するための電子源１１１、第１収束レンズ１１３、第２収束レンズ１１４、収差補正器１１５、対物レンズ１１８、試料ステージ１２４、照射系絞り１２５、偏向器１２６、制限視野絞り１２７、第１結像レンズ１１９、第２結像レンズ１２０、第３結像レンズ１２１、第４結像レンズ１２２、撮像カメラ１２３を有する。鏡筒１０１には、制御ユニット１０２、インターフェース１０３、記憶部１３０が接続される。対物レンズ１１８を含むレンズ群は、試料に対して電子線を照射する電子光学系を形成している。

【0015】

制御ユニット１０２は、第２調整レンズ電流演算装置１０４、第２調整レンズ印加装置１０６の他に、図示は省略したが電子銃制御回路、照射レンズ制御回路、コンデンサ絞り制御回路、収差補正器制御回路、偏向器制御回路、対物レンズ制御回路、カメラ制御回路などを含む。

【0016】

制御ユニット１０２は、制御回路を介して対象デバイスの値を取得し、制御回路を介して対象デバイスに値を入力することによって任意の電子光学条件を作り出す。制御ユニット１０２は、鏡筒１０１の制御を実現する制御機構の１例である。制御ユニット１０２は、プロセッサ、主記憶装置、補助記憶装置、入力装置、出力装置、を有する計算機によって構成することができる。

【0017】

記憶部１３０は、制御ユニット１０２が用いるデータを記憶する記憶装置である。例えば後述する図７において説明するデータを格納することができる。記憶部１３０は、制御ユニット１０２の内部に備える記憶デバイスとして構成することもできるし、制御ユニット１０２の外部に配置することもできる。

【0018】

＜実施の形態１：収差補正器の構成＞
図２は、収差補正器１１５の構成例を表す図である。図中の光線図は、第２収束レンズを通過後の光線図を示している。収差補正器１１５は、第１偏向コイル２０１、第１調整レンズ２０２、第１多極子レンズ２０３、第１転送レンズ２０４、第２偏向コイル２０５、第２多極子レンズ２０７、第２転送レンズ２０６、第３偏向コイル２０８、第３転送レンズ２０９、第２調整レンズ２１０、を含む。説明のため対物レンズ１１８を併記した。図２に示す収差補正器１１５の構成は１例であってこれに限定されない。少なくとも１つの転送光学系および少なくとも２つの多極子を含めばよい。

【0019】

収差補正器１１５において、第１多極子レンズ２０３と第１転送レンズ２０４との間の距離Ｌ１、第２多極子レンズ２０７と第２転送レンズ２０６との間の距離Ｌ３が形成されており、これらはそれぞれ等しい長さとなっている。第１転送レンズ２０４と第２転送レンズ２０６との間の距離Ｌ２は、距離Ｌ１の２倍となるように構成されている。この構成により、第１多極子レンズ２０３と第２多極子レンズ２０７との間では倍率１倍の結像関係が成り立っている。荷電粒子線は第１多極子レンズ２０３においてその軌道が平行（傾きが０）となるように調整されており、さらに第１多極子レンズ２０３と第２多極子レンズ２０７が結像関係にあることにより、第２多極子レンズ２０７においても当該荷電粒子線が形成する軌道はその傾きが第１多極子レンズ２０３と同じく０となっている。収差補正器１１５は、ラウンドレンズおよび複数の多極子レンズから構成される。

【0020】

図３と図４は、第１多極子レンズ２０３と第２多極子レンズ２０７の構成例を示す平面図である。多極子レンズとしては、３回対称性を持つ磁場（６極子場）を形成する６極子レンズおよび１２極子レンズ等を用いることができる。図３は６極子レンズの構成の１例を示し、図４は１２極子レンズの構造の１例を示す。第１多極子レンズ２０３によって生じる６極子場を反転させて第２多極子レンズ２０７による６極子場と打ち消すが、実際は両者に微小な回転誤差が生じる。この回転誤差を補正するため、１２極子レンズでは２つの６極子場を足し合わせることによって任意の方向の６極子場を生成することが可能である。

【0021】

６極子レンズは、リング型の磁路３０１に対して、コイル３０３が取り付けられた６本の磁極３０２が配置された構成である。１２極子レンズは、リング型の磁路３０４に対して、コイル３０６が取り付けられた１２本の磁極３０５が配置された構成である。コイル３０６に電流を流すと磁場が発生する。各磁極３０５の磁場が組み合わさることによって多極子の中心領域に６極子場が形成される。制御ユニット１０２は、荷電粒子線が多極子の中央領域に形成された６極子場を通過するように制御する。

【0022】

＜実施の形態１：収差補正方法＞
図５Ａ～図５Ｃは、収差補正手順の１例を比較例として示す。以下の手順は、例えば加速電圧２００ｋＶで収差補正の調整が完了し、続いて８０ｋＶで収差補正を行う場合の１例である。本フローチャートは、制御ユニット１０２によって実施される。加速電圧の値はこれに限るものではないが、最初に高い加速電圧で収差を補正した後に、低い加速電圧で本フローチャートを実施することが望ましい。

【0023】

以下に記す各収差について説明する。Ａ１収差は１次２回対称の非点収差、Ａ２収差は２次３回対称の非点収差、Ａ３収差は３次４回対称非点収差である。Ｂ２収差は２次１回対称のコマ収差、Ｓ３収差は３次２回対称のスター収差である。

【0024】

Ｓ５０１において、加速電圧を２００ｋＶから８０ｋＶへ変更し収差補正を開始する。Ｓ５０２において、低次収差であるＡ１収差係数を測定する。Ｓ５０３において、Ａ１収差係数が閾値以内か否かを判定する。

【0025】

判定方法としては、例えばまず複数のロンチグラムを取得し、ロンチグラムを各セグメントに分ける。各セグメントには、入射した時の収差の情報が含まれている。光源の強度分布として２次元ガウス分布を仮定すると、セグメントの相互相関関数の強度は２次元ガウス分布に比例する。セグメントの相互相関関数の等高線を、楕円方程式でフィッテイングすることにより、各セグメントにおける収差に関する情報を含んだ式の解が求まる。以上の方法により収差係数を測定し、あらかじめ設定した収差係数と比較することにより、収差係数が閾値以内か否かを判定する。

【0026】

Ｓ５０３において、Ａ１収差係数が閾値以内ならばＳ５０６へスキップする。閾値以内ではない場合はＳ５０４に進み、Ａ１収差を変化させる。Ａ１収差の制御方法としては、例えば以下を挙げることができる。第２偏向コイル２０５により第２多極子レンズ２０７に入射する電子線を光軸と平行にシフトさせ、第３偏向コイル２０８により光軸に振り戻す。以上によってＡ１収差を変化させることができる。

【0027】

Ｓ５０５において、Ａ１収差係数を測定し閾値以内か否かを判定する。閾値以内の場合はＳ５０６へ進み、閾値以内ではない場合はＳ５０４へ戻る。これをＡ１収差係数が閾値以内になるまで繰り返す。

【0028】

Ｓ５０６において、Ｂ２収差係数を測定する。Ｓ５０７において、Ｂ２収差係数が閾値以内か否かを判定する。閾値以内ならばＳ５１０へスキップする。閾値以内ではない場合はＳ５０８に進み、Ｂ２収差を変化させる。Ｂ２収差の制御方法としては、例えば以下が挙げられる。第１偏向コイル２０１により第１多極子レンズ２０３に入射する電子線を光軸と平行にシフトさせ、第３偏向コイル２０８により光軸に振り戻す。以上によってＢ２収差を変化させることができる。

【0029】

Ｓ５０９において、Ｂ２収差係数を測定し閾値以内か否かを判定する。閾値以内の場合はＳ５１０へ進み、Ｂ２収差係数が閾値以内ではない場合はＳ５０８へ戻る。これをＢ２収差係数が閾値以内になるまで繰り返す。

【0030】

Ｓ５１０において、Ａ２収差係数を測定する。Ｓ５１１において、Ａ２収差係数が閾値以内か否かを判定する。閾値以内ならばＳ５１４へスキップする。閾値以内でない場合はＳ５１２に進み、第２多極子レンズ２０７の電流値を変化させて、生成する６極子場強度を変更することにより、Ａ２収差を補正する。多極子レンズの電流値を変化させた場合、ヒステリシスの影響が大きいので、Ｓ５３２においてデガウス処理を実施することが望ましい。ヒステリシスの影響を完全に除去するにはデガウス処理におよそ２０秒程度かかるので、Ｓ５３２を実施する度に相応の時間がかかる。

【0031】

Ｓ５１３において、Ａ２収差係数を測定し閾値以内か否かを判定する。閾値以内の場合はＳ５１４へ進み、Ａ２収差係数が閾値以内ではない場合はＳ５１２へ戻る。これをＡ２収差係数が閾値以内になるまで繰り返す。

【0032】

Ｓ５１４において、Ｓ３収差係数を測定する。Ｓ５１５において、Ｓ３収差係数が閾値以内か否かを判定する。閾値以内ならばＳ５１８へスキップする。閾値以内でない場合はＳ５１６に進み、Ｓ３収差を変化させる。Ｓ３収差の制御方法としては、例えば以下が挙げられる。第１偏向コイル２０１により第１多極子レンズ２０３に入射する電子線を光軸に対してチルト（傾斜）させ、第３偏向コイル２０８により光軸に振り戻す。以上によりＳ３収差を変化させることができる。

【0033】

Ｓ５１７において、Ｓ３収差係数を測定し閾値以内か否かを判定する。閾値以内の場合はＳ５１８へ進み、Ｓ３収差係数が閾値以内ではない場合はＳ５１６へ戻る。これをＳ３収差係数が閾値以内になるまで繰り返す。

【0034】

Ｓ５１８において、Ａ３収差係数を測定する。Ｓ５１９において、Ａ３収差係数が閾値以内か否かを判定する。閾値以内ならばＳ５２２へスキップする。閾値以内でない場合はＳ５２０に進み、Ａ３収差を変化させる。Ａ３収差の制御方法としては、例えば以下が挙げられる。第１偏向コイル２０１により第１多極子レンズ２０３に入射する電子線を光軸に対してチルトさせ、第２偏向コイル２０５により光軸に振り戻す。以上によってＡ３収差を変化させることができる。

【0035】

Ｓ５２１において、Ａ３収差係数を測定し閾値以内か否かを判定する。閾値以内ならばＳ５２２へ進み、Ａ３収差係数が閾値以内ではない場合はＳ５２０へ戻る。これをＡ３収差係数が閾値以内になるまで繰り返す。

【0036】

Ｓ５２２において、５次球面収差係数を測定する。Ｓ５２３において、５次球面収差係数が閾値以内か否かを判定する。閾値以内ならばＳ５２６へスキップする。閾値以内でない場合はＳ５２４に進み、第３転送レンズの電流値を変化させることにより５次球面収差を補正する。

【0037】

Ｓ５２５において、５次球面収差係数が閾値以内か否かを判定する。閾値以内ならばＳ５２６へ進み、閾値以内ではない場合はＳ５２４に戻る。これを５次球面収差係数が閾値以内になるまで繰り返す。

【0038】

Ｓ５２６において、３次球面収差を測定する。Ｓ５２７において、３次球面収差係数が閾値以内かどうかを判定する。閾値以内ならばＳ５３１にスキップする。閾値以内でない場合はＳ５２８に進み、第１多極子レンズ２０３の電流値を変化させることにより３次球面収差を補正する。多極子レンズの電流値を変化させた場合、ヒステリシスの影響が大きいので、Ｓ５２９においてデガウス処理を実施することが望ましい。ヒステリシスの影響を完全に除去するにはデガウス処理におよそ２０秒程度かかるので、Ｓ５２９を実施する度に相応の時間がかかる。

【0039】

Ｓ５３０において、３次球面収差係数が閾値以内か否かを判定する。閾値以内の場合はＳ５３１へ進み、閾値以内でない場合はＳ５２８へ戻る。これを３次球面収差係数が閾値以内になるまで繰り返す。以上により収差補正処理が完了する（Ｓ５３１）。

【0040】

図６は、本実施形態１における収差補正手順の１例を示す。Ｓ５０１～Ｓ５２１は図５Ａ～図５Ｃと同様であるので、説明を省略する。記載の便宜上、図６はＳ５１８以降（すなわち図５Ｃに対応する部分）のみ示す。以下では図５Ｃとは異なるステップについて主に説明する。

【0041】

Ｓ５２１とＳ５２２との間において、新たにＳ６０１～Ｓ６０２を追加する。Ｓ６０１において、加速電圧変更前（今回の例では２００ｋＶの時）に補正した第１多極子レンズ２０３の電流値から、第２調整レンズ２１０の電流値を算出する。第１多極子レンズ２０３のレンズ電流値と第２調整レンズ２１０のレンズ電流値との間の関係は、後述する図７のようにあらかじめ特定しておくことができる。この関係にしたがって、第１多極子レンズ電流値から第２調整レンズ電流値を計算することができる。本ステップにおける第２調整レンズ電流値は、初期値としての役割を有する。

【0042】

Ｓ６０２において、第２調整レンズ２１０に対して、計算した電流値を印加する。本ステップを実施する２回目以降においては、前回の第２調整レンズ電流値を所定のステップ間隔で変化させることにより、第２調整レンズ電流値を走査する。

【0043】

後述の図７において説明するように、第２調整レンズ電流の初期値は、３次球面収差を補正できるようにセットされる。そのようにセットされた第２調整レンズ電流の下で、さらに５次球面収差を補正するために、Ｓ５２３～Ｓ５２５を実施する。これらのステップは図５Ｃと同様である。

【0044】

Ｓ５２６において、３次球面収差を測定する。Ｓ５２７において、３次球面収差係数が閾値以内かどうかを判定する。閾値以内ならばＳ５３１にスキップする。閾値以内でない場合はＳ６０２へ戻り、新たな第２調整レンズ電流値の下でＳ５２２～Ｓ５２４を実施する。

【0045】

Ｓ６０２においてセットした第２調整レンズ電流の初期値は、３次球面収差を補正できるようにセットされている。ただしその後にＳ５２２～Ｓ５２４によって５次球面収差を補正するので、その影響によって新たに３次球面収差が発生する可能性がある。そこでＳ５２６～Ｓ５２７において３次球面収差を閾値以内に抑制できているか否かを確認することとした。

【0046】

換言すると、図６のフローチャートにおいては、第２調整レンズ電流を調整することによって３次球面収差を調整しつつ、第３転送レンズ電流を調整することによって５次球面収差をさらに補正することを繰り返すことにより、３次球面収差と５次球面収差をこれら２つのレンズによって補正する。これにより、第１多極子レンズ電流を変更することなくこれらの収差を補正することができるので、Ｓ５２８～Ｓ５３０を省略することができる。すなわち第１多極子レンズ電流を変更することにともなうデガウス処理を省略することができる。

【0047】

Ｓ６０１において第２調整レンズ電流を計算する処理は、第２調整レンズ電流演算装置１０４によって実施する。第２調整レンズ電流演算装置１０４は、加速電圧を変更した際に、第１多極子レンズ電流値と第２調整レンズ電流値との間の関係（後述の図７で説明）から第２調整レンズ電流値を算出する。第２調整レンズ電流演算装置１０４は、Ｓ６０２を２回目以降実施する際には、第２調整レンズ電流値を所定のステップで変化させる。例えば初期値の前後の所定範囲内において網羅的に探索するように電流値を変化させることが考えられる。その他適当な方法で変化させてもよい。

【0048】

５次球面収差が補正されるための最適なビームクロス位置が存在する。第３転送レンズ２０９のみでクロス位置を合わせた場合、収差補正器１１５と対物レンズ１１８の結合倍率が一定になるので、加速電圧を変更することによって対物レンズ１１８の持つ球面収差が変化すると、球面収差を補正するための多極子レンズの励磁条件が変化する。第２調整レンズ２１０を併用することにより、５次球面収差が補正されるクロス位置を保ちつつ収差補正器１１５と対物レンズ１１８の結合倍率を変更することが可能になり、加速電圧によらず第１多極子レンズ２０３と第２多極子レンズ２０７の励磁量を一定にできる。これにより多極子レンズ電流を変更することなく、３次球面収差と５次球面収差を補正できると考えられる。

【0049】

図７は、実機評価によって得られた加速電圧８０ｋＶにおける第２調整レンズ電流と第１多極子レンズ電流との間の関係を示す。対応する第３転送レンズ電流値についても併記した。

【0050】

点線７０１は、実機評価によって得られた加速電圧２００ｋＶにおいて収差を補正することができる第１多極子レンズ電流値を示す。この時の第１多極子レンズ電流値は例えば０．０６Ａである。この第１多極子レンズ電流値を固定したまま、加速電圧を８０ｋＶに変更して図６のフローチャートを開始する。

【0051】

実線７０２は、実機評価より得られた加速電圧８０ｋＶにおいて３次球面収差を補正することができる第１多極子レンズ電流値と第２調整レンズ電流値との間の関係を示す。数式７０４は、実線７０２を数式で近似したものである。Ｓ６０１においては、数式７０４にしたがって、加速電圧を変更する前の第１多極子レンズ電流値から第２調整レンズ電流値の初期値を算出する。

【0052】

実線７０３は、実機評価より得られた加速電圧８０ｋＶにおいて５次球面収差を補正することができる第３転送レンズ電流値と第２調整レンズ電流値との間の関係を示す。この第３転送レンズ電流値は、Ｓ５２４～Ｓ５２５において調整した電流値の実機評価結果を示している。

【0053】

＜実施の形態１：まとめ＞
本実施形態１に係る走査透過電子顕微鏡１００は、第１多極子レンズ２０３と第２多極子レンズ２０７と第３転送レンズ２０９と第２調整レンズ２１０を有する収差補正器１１５を備え、第１多極子レンズ２０３はレンズ電流を調整することによって３次球面収差を補正できるように構成されており、第２調整レンズ電流を変化させながら第３転送レンズ電流を調整することにより、３次球面収差と５次球面収差をまとめて補正する。これにより、高い加速電圧（例えば２００ｋＶ）の下で収差補正できるように調整した第１多極子レンズ電流を低い加速電圧（例えば８０ｋＶ）において変更することなく、３次球面収差と５次球面収差を補正することができる。したがって、第１多極子レンズ電流を変更することにともなうデガウス処理を省略することができる。

【0054】

＜実施の形態２＞
図８は、永久磁石で構成された６極子レンズの１例を示している。実施形態１で説明した手法により、加速電圧によらず多極子レンズの励磁量を変更せずに収差を補正することができる。したがって、第１多極子レンズ２０３と第２多極子レンズ２０７を構成するコイルを永久磁石に置き換えることが可能である。この場合の多極子レンズは、主に永久磁石８０１、極子８０２で構成される。極子８０２は永久磁石でもよいし、純鉄、パーマロイ、パーメンジュール等の磁性体であってもよい。多極子レンズの構成以外は実施形態１と同様である。

【0055】

第１多極子レンズ２０３と第２多極子レンズ２０７の両方を永久磁石で置き換えた場合、両者で発生するＡ２収差を完全にキャンセルするために第１多極子レンズ２０３で生じた６極子場を微小に回転させることが必要である。これは第１転送レンズ２０４または第２転送レンズ２０６の励磁条件を微調整するか、あるいは第１多極子レンズ２０３と第２多極子レンズ２０７の間に追加のラウンドレンズを設けることにより、第１多極子レンズ２０３で発生した６極子場を回転させることができる。

【0056】

永久磁石で６極子場を生成した際に極子のずれや材料の磁場特性のばらつきが起因で発生する偏向場については、例えば第１偏向コイル２０１、第２偏向コイル２０５、第３偏向コイル２０８を用いて軸合わせすることによって調整してもよいし、追加の偏向コイルを設けて調整してもよい。極子のずれや材料の磁場特性のばらつきが起因で発生する４極子場（Ａ１）については例えば、第２偏向コイル２０５により第２多極子レンズ２０７に入射する電子線を光軸と平行にシフトさせ、第３偏向コイル２０８により光軸に振り戻すと、補正することができる。

【0057】

第１多極子レンズ２０３と第２多極子レンズ２０７どちらか一方のみを永久磁石のみで構成された多極子レンズに置き換えてもよい。例えば第１多極子レンズ２０３は永久磁石で構成し、第２多極子レンズ２０７はコイルを用いた１２極子レンズとしてもよい。

【0058】

＜実施の形態２：まとめ＞
本実施形態２に係る走査透過電子顕微鏡１００において、第１多極子レンズ２０３または第２多極子レンズ２０７のうち少なくともいずれかは、永久磁石のみを用いてレンズ磁場を発生させる。永久磁石で構成された多極子レンズを用いることにより、高安定度が要求される電源を不要とすることができる。

【0059】

＜本発明の変形例について＞
本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施形態は本開示を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

【0060】

本明細書等における「第１」、「第２」、「第３」等の表記は、構成要素を識別するために付するものであり、必ずしも数または順序を限定するものではない。図面等において示す各構成の位置、大きさ、形状、および範囲等は、発明の理解を容易にするため、実際の位置、大きさ、形状、および範囲等を表していない場合がある。したがって本発明は、図面等に開示された位置、大きさ、形状、および範囲等に限定されない。

【0061】

以上の実施形態において、本発明を適用することができる電子顕微鏡の例としてＳＴＥＭ１００を説明したが、その他タイプの電子顕微鏡においても本発明を適用することができる。

【符号の説明】

【0062】

１００：走査透過電子顕微鏡
１０２：制御ユニット
１１５：収差補正器
１１８：対物レンズ
２０１：第１偏向コイル
２０２：第１調整レンズ
２０３：第１多極子レンズ
２０４：第１転送レンズ
２０５：第２偏向コイル
２０６：第２転送レンズ
２０７：第２多極子レンズ
２０８：第３偏向コイル
２０９：第３転送レンズ
２１０：第２調整レンズ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5A】

【図5B】

【図5C】

【図6】

【図7】

【図8】