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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】
(24)【登録日】2024-12-18
(45)【発行日】2024-12-26
(54)【発明の名称】荷電粒子光学系の調整方法および荷電粒子線装置
(51)【国際特許分類】
H01J 37/153 20060101AFI20241219BHJP
H01J 37/28 20060101ALN20241219BHJP
【ＦＩ】
H01J37/153 A
H01J37/28 C
【請求項の数】
11
(21)【出願番号】P 2022174717
(22)【出願日】2022-10-31
(65)【公開番号】P2024065714
(43)【公開日】2024-05-15
【審査請求日】2023-12-06
(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
(74)【代理人】
【識別番号】100161540
【弁理士】
【氏名又は名称】吉田 良伸
(72)【発明者】
【氏名】森下 茂幸
(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２０１７－２２０４１３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００９－０５４５６５（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１２／０１４８７０（ＷＯ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２０１７／０３６５４４２（ＵＳ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２００９／００３２７０９（ＵＳ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２０１３／０１１２８７３（ＵＳ，Ａ１）
【文献】MCAULIFFE T P ET AL，4D-STEM elastic stress state characterisation of a TWIP steel nanotwin，ARXIV.ORG，2004.03982，米国，CORNELL UNIVERSITY LIBRARY，2020年04月，Page 2
(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】
多極子と転送光学系が交互に配置され、３段以上の前記多極子を有する収差補正装置を含む荷電粒子光学系を備えた荷電粒子線装置における荷電粒子光学系の調整方法であって、少なくとも１つの前記多極子を使用せずに、少なくとも２つの前記多極子を使用して収差を調整し、
使用した前記多極子の間に配置されていない前記転送光学系を用いて収差以外の前記荷電粒子光学系のパラメータを調整する、荷電粒子光学系の調整方法。
【請求項2】
請求項１において、前記荷電粒子光学系は、試料に荷電粒子線を照射するための照射光学系を含み、
前記照射光学系は、前記収差補正装置を含み、
前記収差補正装置において、前記多極子が３段配置され、前記転送光学系が３段配置され、
１段目の前記多極子を使用せずに、２段目の前記多極子および３段目の前記多極子を使用して収差を調整し、
１段目の前記転送光学系を用いて、収差以外の前記荷電粒子光学系のパラメータを調整する、荷電粒子光学系の調整方法。
【請求項3】
請求項２において、１段目の前記転送光学系を用いて、荷電粒子線の収束角の調整、コンデンサー絞りの逆空間へのフォーカス合わせ、およびクロスオーバーの位置の調整のうちの少なくとも１つを行う、荷電粒子光学系の調整方法。
【請求項4】
請求項１において、前記荷電粒子光学系は、試料に荷電粒子線を照射するための照射光学系を含み、
前記照射光学系は、前記収差補正装置を含み、
前記収差補正装置において、前記多極子が３段配置され、前記転送光学系が３段配置され、
３段目の前記多極子を使用せずに、１段目の前記多極子および２段目の前記多極子を使用して収差を調整し、
３段目の前記転送光学系を用いて、収差以外の前記荷電粒子光学系のパラメータを調整する、荷電粒子光学系の調整方法。
【請求項5】
請求項１において、前記荷電粒子光学系は、試料を透過した荷電粒子を結像させるための結像光学系を含み、
前記結像光学系は、前記収差補正装置を含み、
前記収差補正装置において、前記多極子が３段配置され、前記転送光学系が３段配置され、
１段目の前記多極子を使用せずに、２段目の前記多極子および３段目の前記多極子を使用して収差を調整し、
１段目の前記転送光学系を用いて、収差以外の前記荷電粒子光学系のパラメータを調整する、荷電粒子光学系の調整方法。
【請求項6】
請求項１において、前記荷電粒子光学系は、試料を透過した荷電粒子を結像させるための結像光学系を含み、
前記結像光学系は、前記収差補正装置を含み、
前記収差補正装置において、前記多極子が３段配置され、前記転送光学系が３段配置され、
３段目の前記多極子を使用せずに、１段目の前記多極子および２段目の前記多極子を使用して収差を調整し、
３段目の前記転送光学系を用いて、収差以外の前記荷電粒子光学系のパラメータを調整する、荷電粒子光学系の調整方法。
【請求項7】
多極子と転送光学系が交互に配置され、３段以上の前記多極子を有する収差補正装置を含む荷電粒子光学系を含み、前記収差補正装置の全部の前記多極子を用いて収差が調整される第１モードと、
少なくとも１つの前記多極子を使用せずに、少なくとも２つの前記多極子を使用して収差が調整され、使用した前記多極子の間に配置されていない前記転送光学系を用いて収差以外の前記荷電粒子光学系のパラメータが調整される第２モードと、
を備える、荷電粒子線装置。
【請求項8】
請求項７において、前記荷電粒子光学系は、試料に荷電粒子線を照射するための照射光学系を含み、
前記照射光学系は、前記収差補正装置を含み、
前記収差補正装置において、前記多極子が３段配置され、前記転送光学系が３段配置され、
前記第２モードでは、
１段目の前記多極子を使用せずに、２段目の前記多極子および３段目の前記多極子を使用して収差が調整され、
１段目の前記転送光学系を用いて、収差以外の前記荷電粒子光学系のパラメータが調整される、荷電粒子線装置。
【請求項9】
請求項７において、前記荷電粒子光学系は、試料に荷電粒子線を照射するための照射光学系を含み、
前記照射光学系は、前記収差補正装置を含み、
前記収差補正装置において、前記多極子が３段配置され、前記転送光学系が３段配置され、
前記第２モードでは、
３段目の前記多極子を使用せずに、１段目の前記多極子および２段目の前記多極子を使用して収差が調整され、
３段目の前記転送光学系を用いて、収差以外の前記荷電粒子光学系のパラメータが調整される、荷電粒子線装置。
【請求項10】
請求項７において、前記荷電粒子光学系は、試料を透過した荷電粒子を結像させるための結像光学系を含み、
前記結像光学系は、前記収差補正装置を含み、
前記収差補正装置において、前記多極子が３段配置され、前記転送光学系が３段配置され、
前記第２モードでは、
１段目の前記多極子を使用せずに、２段目の前記多極子および３段目の前記多極子を使用して収差が調整され、
１段目の前記転送光学系を用いて、収差以外の前記荷電粒子光学系のパラメータが調整される、荷電粒子線装置。
【請求項11】
請求項７において、前記荷電粒子光学系は、試料を透過した荷電粒子を結像させるための結像光学系を含み、
前記結像光学系は、前記収差補正装置を含み、
前記収差補正装置において、前記多極子が３段配置され、前記転送光学系が３段配置され、
前記第２モードでは、
３段目の前記多極子を使用せずに、１段目の前記多極子および２段目の前記多極子を使用して収差が調整され、
３段目の前記転送光学系を用いて、収差以外の前記荷電粒子光学系のパラメータが調整される、荷電粒子線装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、荷電粒子光学系の調整方法および荷電粒子線装置に関する。
【背景技術】
【0002】
透過電子顕微鏡や、走査電子顕微鏡等の電子顕微鏡において、収差補正は、高分解能像を取得するうえで重要な技術である。
【0003】
例えば、特許文献１には、６極子を２段配置した２段６極子場型球面収差補正装置が開示されている。２段６極子場型球面収差補正装置では、対物レンズの正の球面収差を、６極子によって生じる負の球面収差で補正する。
【0004】
また、特許文献２には、６極子を３段配置した３段６極子場型球面収差補正装置が開示されている。３段６極子場型球面収差補正装置では、２段６極子場型球面収差補正装置では補正できない６回非点収差を補正できる。
【0005】
また、特許文献３には、６極子を４段配置した４段６極子場型球面収差補正装置が開示されている。４段６極子場型球面収差補正装置では、３段６極子場型球面収差補正装置では補正できない６次スリーローブ収差を補正できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【文献】特開２００３－９２０７８号公報
【文献】特開２００９－０５４５６５号公報
【文献】特開２０１９－１７９６５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
電子顕微鏡では、手法に応じて電子光学系のパラメータを変更する。
【0008】
例えば、走査透過電子顕微鏡を用いて、試料の電磁場を可視化する手法として、微分位相コントラスト法（以下、ＤＰＣ法ともいう）が知られている。ＤＰＣ法では、試料中の電磁場による電子線の偏向量を測定し、電磁場を可視化する。ＤＰＣ法では、電子線の収束角やクロスオーバー位置などの収差以外のパラメータを調整しなければならない。
【0009】
しかしながら、収差以外のパラメータを調整するために電子光学系にレンズを追加すると、装置が大型化してしまう。
【課題を解決するための手段】
【0010】
本発明に係る荷電粒子光学系の調整方法の一態様は、
多極子と転送光学系が交互に配置され、３段以上の前記多極子を有する収差補正装置を含む荷電粒子光学系を備えた荷電粒子線装置における荷電粒子光学系の調整方法であって、
少なくとも１つの前記多極子を使用せずに、少なくとも２つの前記多極子を使用して収差を調整し、
使用した前記多極子の間に配置されていない前記転送光学系を用いて収差以外の前記荷電粒子光学系のパラメータを調整する。
多極子と転送光学系が交互に配置され、３段以上の前記多極子を有する収差補正装置を含む荷電粒子光学系を備えた荷電粒子線装置における荷電粒子光学系の調整方法であって、
少なくとも１つの前記多極子を使用せずに、少なくとも２つの前記多極子を使用して収差を調整し、
使用した前記多極子の間に配置されていない前記転送光学系を用いて収差以外の前記荷電粒子光学系のパラメータを調整する。
【0011】
このような荷電粒子光学系の調整方法では、収差補正装置を用いて収差以外のパラメータを調整できる。そのため、このような荷電粒子光学系の調整方法では、装置を大型化させることなく、荷電粒子光学系の調整の自由度を向上できる。
【0012】
本発明に係る荷電粒子線装置の一態様は、
多極子と転送光学系が交互に配置され、３段以上の前記多極子を有する収差補正装置を含む荷電粒子光学系を含み、
前記収差補正装置の全部の前記多極子を用いて収差が調整される第１モードと、
少なくとも１つの前記多極子を使用せずに、少なくとも２つの前記多極子を使用して収差が調整され、使用した前記多極子の間に配置されていない前記転送光学系を用いて収差以外の前記荷電粒子光学系のパラメータが調整される第２モードと、
を備える。
多極子と転送光学系が交互に配置され、３段以上の前記多極子を有する収差補正装置を含む荷電粒子光学系を含み、
前記収差補正装置の全部の前記多極子を用いて収差が調整される第１モードと、
少なくとも１つの前記多極子を使用せずに、少なくとも２つの前記多極子を使用して収差が調整され、使用した前記多極子の間に配置されていない前記転送光学系を用いて収差以外の前記荷電粒子光学系のパラメータが調整される第２モードと、
を備える。
【0013】
このような荷電粒子線装置では、収差補正装置を用いて収差以外のパラメータを調整できる。そのため、このような荷電粒子線装置では、装置を大型化させることなく、荷電粒子光学系の調整の自由度を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【図1】第１実施形態に係る電子顕微鏡の構成を示す図。
【図2】分割型検出器の検出面を模式的に示す図。
【図3】照射光学系の構成を示す図。
【図4】電子光学系の第１モードを説明するための図。
【図5】電子光学系の第２モードを説明するための図。
【図6】制御部における電子光学系の調整処理の一例を示すフローチャート。
【図7】電子光学系の第２モードの変形例を説明するための図。
【図8】第２実施形態に係る電子顕微鏡の構成を示す図。
【図9】結像光学系の構成を示す図。
【図10】電子光学系の第１モードを説明するための図。
【図11】電子光学系の第２モードを説明するための図。
【図12】第３実施形態に係る電子顕微鏡の収差補正装置の構成を示す図。
【図13】４段の多極子の各々が発生させる３回非点収差を説明するための図。
【図14】制御部における電子光学系の調整処理の一例を示すフローチャート。
【図15】第４実施形態に係る電子顕微鏡の収差補正装置の構成を示す図。
【発明を実施するための形態】
【0015】
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。
【0016】
また、以下では、本発明に係る荷電粒子線装置として、電子線を試料に照射する電子顕微鏡を例に挙げて説明するが、本発明に係る荷電粒子線装置は電子線以外の荷電粒子線（イオンビーム等）を試料に照射する装置であってもよい。
【0017】
【0018】
電子顕微鏡１００は、図１に示すように、電子源１０と、照射光学系２０および結像光学系４０を含む電子光学系２と、試料ステージ３０と、ＳＴＥＭ検出器５０と、分割型検
出器５２と、制御部６０と、を含む。電子顕微鏡１００は、収差補正装置２６が照射光学系２０に組み込まれた走査透過電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）である。
出器５２と、制御部６０と、を含む。電子顕微鏡１００は、収差補正装置２６が照射光学系２０に組み込まれた走査透過電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）である。
【0019】
電子源１０は、電子線を放出する。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。
【0020】
電子光学系２は、照射光学系２０および結像光学系４０を含む。
【0021】
照射光学系２０は、電子源１０から放出された電子線を試料Ｓに照射する。照射光学系２０は、例えば、電子源１０から放出された電子線を収束させて電子プローブを形成し、形成した電子プローブで試料Ｓを走査する。
【0022】
結像光学系４０は、試料Ｓを透過した電子を結像させる。結像光学系４０によって、試料Ｓを透過した電子線がＳＴＥＭ検出器５０に導かれる。
【0023】
ＳＴＥＭ検出器５０は、試料Ｓを透過した電子を検出する。ＳＴＥＭ検出器５０は、例えば、試料Ｓで高角度に非弾性散乱された電子を円環状の検出器で検出する暗視野ＳＴＥＭ検出器である。
【0024】
分割型検出器５２は、試料Ｓを透過した電子を検出する検出面５３が複数の検出領域に分割された検出器である。
【0025】
図２は、分割型検出器５２の検出面５３を模式的に示す図である。
【0026】
分割型検出器５２の検出面５３は、図２に示すように、複数の検出領域Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４に分割されている。分割型検出器５２は、円環状の検出面５３を角度方向（円周方向）に４等分することで形成された、４つの検出領域Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４を備えている。各検出領域Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４では、独立して電子を検出できる。
【0027】
なお、検出面５３における検出領域の数は特に限定されない。図示はしないが、分割型検出器５２は、検出面５３がその動径方向および偏角方向（円周方向）に分割されることにより形成された、複数の検出領域を有していてもよい。例えば、分割型検出器５２は、検出面５３が動径方向に４つ、偏角方向に４つに分割されることにより形成された、１６個の検出領域を有してもよい。
【0028】
分割型検出器５２は、例えば、電子を光に変換する電子－光変換素子（シンチレーター）と、電子－光変換素子を複数の検出領域Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４に分割するとともに各検出領域Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４からの光を伝送する光伝送路（光ファイバー束）と、光伝送路から伝送された検出領域Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４ごとの光を電気信号に変換する複数の光検出器（光電子増倍管）と、を含む。分割型検出器５２は、検出領域Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４ごとに、検出された電子の強度に応じた検出信号を出力する。なお、分割型検出器５２は、複数の検出領域を有する半導体検出器であってもよい。
【0029】
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を位置決めできる。
【0030】
制御部６０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などのプロセッサと、ＲＡＭ（Random Access Memory）およびＲＯＭ（Read Only Memory）などの記憶装置（メモリ）と、を含む。記憶装置には、各種制御を行うためのプログラム、およびデータが記憶されている。制御部６０の機能は、プロセッサでプログラムを実行することにより実現で
きる。制御部６０は、電子顕微鏡１００の各部を制御する。制御部６０は、不図示の駆動回路を介して電子顕微鏡１００の各部を制御する。
きる。制御部６０は、電子顕微鏡１００の各部を制御する。制御部６０は、不図示の駆動回路を介して電子顕微鏡１００の各部を制御する。
【0031】
図３は、照射光学系２０の構成を示す図である。
【0032】
照射光学系２０は、図３に示すように、コンデンサーレンズ２１と、コンデンサーレンズ２２と、コンデンサー絞り２３と、偏向器２４と、コンデンサーレンズ２５と、収差補正装置２６と、を含む。照射光学系２０は、さらに、対物レンズが試料Ｓの前方につくる前方磁界２８を含む。
【0033】
コンデンサーレンズ２１、コンデンサーレンズ２２、およびコンデンサーレンズ２５は、電子源１０側からこの順で配置されている。コンデンサー絞り２３は、コンデンサーレンズ２２内に配置されている。偏向器２４は、コンデンサーレンズ２２とコンデンサーレンズ２５との間に配置されている。偏向器２４によって電子線を偏向できる。
【0034】
収差補正装置２６は、コンデンサーレンズ２５と対物レンズの前方磁界２８との間に配置されている。
【0035】
収差補正装置２６は、照射光学系２０に組み込まれている。収差補正装置２６は、照射光学系２０の球面収差を補正する球面収差補正装置である。収差補正装置２６は、第１多極子２６０ａと、第２多極子２６０ｂと、第３多極子２６０ｃと、第１転送光学系２６２ａと、第２転送光学系２６２ｂと、第３転送光学系２６２ｃと、を含む。収差補正装置２６は、多極子と転送光学系が交互に配置され、３段の多極子および３段の転送光学系を有する３段６極子場型球面収差補正装置である。
【0036】
第１多極子２６０ａ、第２多極子２６０ｂ、および第３多極子２６０ｃは、光軸ＯＡに沿って配置されている。収差補正装置２６では、電子線の進行方向に、第１多極子２６０ａ、第２多極子２６０ｂ、第３多極子２６０ｃの順で配置されている。
【0037】
第１多極子２６０ａは、磁場６極子場を発生させる。磁場６極子場は、３回対称の磁場である。第１多極子２６０ａは、例えば、６極子、または１２極子である。なお、第１多極子２６０ａは、６極子場を発生させることができれば、６極子や１２極子に限定されない。
【0038】
第２多極子２６０ｂは、第１多極子２６０ａと同様の構成を有している。すなわち、第２多極子２６０ｂは、例えば、６極子、または１２極子であり、６極子場を発生させる。
【0039】
第３多極子２６０ｃは、第１多極子２６０ａと同様の構成を有している。すなわち、第３多極子２６０ｃは、例えば、６極子、または１２極子であり、６極子場を発生させる。
【0040】
第１転送光学系２６２ａは、第１多極子２６０ａと第２多極子２６０ｂとの間に配置されている。第１転送光学系２６２ａは、第１多極子２６０ａの光学主面（多極子面）を第２多極子２６０ｂの光学主面に転送する。第１転送光学系２６２ａは、第１多極子２６０ａで得られた像と等価な像を第２多極子２６０ｂに転送する。第１転送光学系２６２ａは、例えば、複数の電子レンズで構成され、図示の例では、２つの電子レンズで構成されている。
【0041】
第２転送光学系２６２ｂは、第２多極子２６０ｂと第３多極子２６０ｃとの間に配置されている。第２転送光学系２６２ｂは、第２多極子２６０ｂの光学主面を第３多極子２６０ｃの光学主面に転送する。第２転送光学系２６２ｂは、第２多極子２６０ｂで得られた
像と等価な像を第３多極子２６０ｃに転送する。第２転送光学系２６２ｂは、例えば、複数の電子レンズで構成され、図示の例では、２つの電子レンズで構成されている。
像と等価な像を第３多極子２６０ｃに転送する。第２転送光学系２６２ｂは、例えば、複数の電子レンズで構成され、図示の例では、２つの電子レンズで構成されている。
【0042】
第３転送光学系２６２ｃは、第３多極子２６０ｃと対物レンズの前方磁界２８との間に配置されている。第３転送光学系２６２ｃは、第２多極子２６０ｂの光学主面を対物レンズの前焦点面に転送する。第３転送光学系２６２ｃは、第３多極子２６０ｃで得られた像と等価な像を対物レンズの前焦点面に転送する。第３転送光学系２６２ｃは、例えば、複数の電子レンズで構成され、図示の例では、２つの電子レンズで構成されている。
【0043】
第１多極子２６０ａは、電子線の進行方向に対して厚みを有している。すなわち、第１多極子２６０ａは、光軸ＯＡに沿った厚みを有している。第１多極子２６０ａは、厚みのある６極子場における３回非点と３回非点のコンビネーション収差（combination aberration）として負の球面収差を発生させる。
【0044】
ここで、コンビネーション収差とは、ある場所で発生した収差（収差１）がある距離伝搬することにより入射点が変わり、別の収差（収差２）の影響を受けたとき、収差１と収差２の組み合わせにより生まれる組み合わせ収差のことである。
【0045】
同様に、第２多極子２６０ｂは、光軸ＯＡに沿った厚みを有しており、厚みのある６極子場における３回非点と３回非点のコンビネーション収差として負の球面収差を発生させる。同様に、第３多極子２６０ｃは、光軸ＯＡに沿った厚みを有しており、厚みのある６極子場における３回非点と３回非点のコンビネーション収差として負の球面収差を発生させる。
【0046】
収差補正装置２６では、第１多極子２６０ａ、第２多極子２６０ｂ、および第３多極子２６０ｃの各々が負の球面収差を発生させ、照射光学系２０の正の球面収差を打ち消す。これにより、照射光学系２０の球面収差を補正できる。
【0047】
さらに、収差補正装置２６では、第１多極子２６０ａが発生させる６極子場に由来する６回非点収差、第２多極子２６０ｂが発生させる６極子場に由来する６回非点収差、および第３多極子２６０ｃが発生させる６極子場に由来する６回非点収差を、これら３つの６極子場を相対的に特定角度に設定することによって、打ち消す。
【0048】
例えば、第２多極子２６０ｂが発生させる６極子場は、第１多極子２６０ａが発生させる６極子場に対して光軸ＯＡを中心として時計回りに４０°回転している。また、第３多極子２６０ｃが発生させる６極子場は、第１多極子２６０ａが発生させる６極子場に対して光軸ＯＡを中心として時計回りに８０°回転している。これにより、３段の６極子場の各々が発生させる６回非点収差を打ち消すことができる。
【0049】
なお、６回非点収差を打つ消すための３段の６極子場の回転角度の関係は、上記の例に限定されない。６回非点収差を打つ消すための３段の６極子場の回転角度の関係は、例えば、特開２００９－０５４５６５号公報に記載されている。
【0050】
なお、図示はしないが、照射光学系２０は、電子線を２次元的に偏向する走査偏向器を含んでいる。走査偏向器によって、電子線で試料Ｓを走査できる。
【0051】
電子顕微鏡１００では、電子源１０から放出された電子線は、照射光学系２０によって集束され電子プローブを形成する。電子プローブは、照射光学系２０によって２次元的に偏向される。これにより、電子プローブで試料Ｓを走査できる。試料Ｓを透過した電子線は、結像光学系４０によってＳＴＥＭ検出器５０に導かれ、ＳＴＥＭ検出器５０で検出さ
れる。例えば、電子プローブによる走査と同期して、試料Ｓを透過した電子をＳＴＥＭ検出器５０で検出することで、走査透過電子顕微鏡像（ＳＴＥＭ像）を取得できる。照射光学系２０には収差補正装置２６が組み込まれているため、高分解能のＳＴＥＭ像を取得できる。
れる。例えば、電子プローブによる走査と同期して、試料Ｓを透過した電子をＳＴＥＭ検出器５０で検出することで、走査透過電子顕微鏡像（ＳＴＥＭ像）を取得できる。照射光学系２０には収差補正装置２６が組み込まれているため、高分解能のＳＴＥＭ像を取得できる。
【0052】
また、電子顕微鏡１００では、微分位相コントラスト法（ＤＰＣ法）により、微分位相コントラスト像（ＤＰＣ像）を取得できる。例えば、電子顕微鏡１００は、電子線で試料Ｓを走査して試料Ｓ中の電磁場による電子線の偏向を各点で計測し、電磁場を可視化する。試料Ｓ中の電磁場による電子線の偏向は、分割型検出器５２を用いて検出できる。例えば、検出領域Ｄ１の検出信号Ｉ１と検出領域Ｄ３の検出信号Ｉ３の差Ｉ１－Ｉ３、および検出領域Ｄ２の検出信号Ｉ２と検出領域Ｄ４の検出信号Ｉ４の差Ｉ２－Ｉ４から、試料Ｓの電磁場による電子線の偏向量および偏向方向を求めることができる。ＤＰＣ像は、ＤＰＣ法で取得された試料中の電磁場を可視化した走査透過電子顕微鏡像（ＳＴＥＭ像）である。
【0053】
１．２． 動作
１．２．１． 動作モード
電子顕微鏡１００では、電子光学系２は、収差補正装置２６を３段６極子場型球面収差補正装置として動作させる第１モードと、収差補正装置２６を２段６極子場型球面収差補正装置として動作させる第２モードと、を備えている。第１モードは、高分解能のＳＴＥＭ像を取得するために適したモードである。第２モードは、ＤＰＣ像を取得するために適したモードである。制御部６０は、ユーザーの指示に応じて、電子光学系２を第１モードで動作させたり、第２モードで動作させたりする。
１．２．１． 動作モード
電子顕微鏡１００では、電子光学系２は、収差補正装置２６を３段６極子場型球面収差補正装置として動作させる第１モードと、収差補正装置２６を２段６極子場型球面収差補正装置として動作させる第２モードと、を備えている。第１モードは、高分解能のＳＴＥＭ像を取得するために適したモードである。第２モードは、ＤＰＣ像を取得するために適したモードである。制御部６０は、ユーザーの指示に応じて、電子光学系２を第１モードで動作させたり、第２モードで動作させたりする。
【0054】
【0055】
第１モードでは、電子線を大きく収束させて、収束角の大きい電子線で電子プローブを形成できる。これにより、微小で高強度の電子プローブを得ることができ、高分解能のＳＴＥＭ像を取得できる。
【0056】
例えば、図４に示すように、コンデンサー絞り２３と収差補正装置２６との間に配置されたコンデンサーレンズ２２およびコンデンサーレンズ２５を用いて電子線の収束角を調整する。さらに、コンデンサーレンズ２２およびコンデンサーレンズ２５を用いて試料面へのフォーカスを調整する。すなわち、コンデンサーレンズ２２およびコンデンサーレンズ２５を用いて電子線を試料面にフォーカスさせる。
【0057】
また、収差補正装置２６を３段６極子場型球面収差補正装置として用いて球面収差および６回非点収差を補正する。すなわち、第１多極子２６０ａ、第２多極子２６０ｂ、および第３多極子２６０ｃを励磁する。収差補正装置２６によって照射光学系２０の収差を補正することにより、微小で高強度の電子プローブを得ることができる。
【0058】
【0059】
ＤＰＣ像を取得するためには、電子線の収束角の調整および試料面へのフォーカスの調整に加えて、コンデンサー絞り２３の逆空間へのフォーカス合わせおよびクロスオーバーの位置の調整が必要となる場合がある。ＤＰＣ像を取得する際には、例えば、コンデンサ
ー絞り２３を逆空間（焦点面）にフォーカスさせる。また、ＤＰＣ像を取得する際には、例えば、偏向器２４の位置にクロスオーバーの位置を合わせる。
ー絞り２３を逆空間（焦点面）にフォーカスさせる。また、ＤＰＣ像を取得する際には、例えば、偏向器２４の位置にクロスオーバーの位置を合わせる。
【0060】
しかしながら、図４に示す第１モードでは、コンデンサーレンズ２２およびコンデンサーレンズ２５を用いて電子線の収束角の調整および試料面へのフォーカスの調整を行っているため、コンデンサー絞り２３の逆空間へのフォーカス合わせおよびクロスオーバーの位置の調整ができない。このように、第１モードでは、照射光学系２０の調整の自由度が不足している。
【0061】
したがって、第２モードでは、収差補正装置２６の第１多極子２６０ａを励磁せずに、第２多極子２６０ｂおよび第３多極子２６０ｃを励磁して収差を補正する。このとき、第２多極子２６０ｂと第３多極子２６０ｃとの間に配置されていない第１転送光学系２６２ａを用いて、コンデンサー絞り２３の逆空間へのフォーカス合わせおよびクロスオーバーの位置の調整を行う。
【0062】
第２モードでは、収差補正装置２６は、２段６極子場型球面収差補正装置として機能する。例えば、２段目の第３多極子２６０ｃは、１段目の第２多極子２６０ｂが発生させる６極子場とは極性が逆の６極子場を発生させる。第２転送光学系２６２ｂは、第２多極子２６０ｂの光学主面を第３多極子２６０ｃの光学主面に転送する。第３転送光学系２６２ｃは、第２多極子２６０ｂの光学主面を対物レンズの前焦点面に転送する。
【0063】
２段６極子場型球面収差補正装置として機能する収差補正装置２６では、１段目の第２多極子２６０ｂおよび２段目の第３多極子２６０ｃの各々が負の球面収差を発生させ、照射光学系２０の正の球面収差を打ち消す。これにより、照射光学系２０の球面収差を補正できる。
【0064】
また、２段目の第３多極子２６０ｃは、１段目の第２多極子２６０ｂが発生させる６極子場とは極性が逆の６極子場を発生させるため、２段目の６極子場では、１段目の６極子場で発生した３回非点とは逆向きの３回非点が発生する。これにより、１段目の６極子場で発生した３回非点と２段目の６極子場で発生した３極子場を打ち消すことができる。
【0065】
なお、２段６極子場型球面収差補正装置では、３段６極子場型球面収差補正装置では打つ消すことができた６回非点収差が残る。
【0066】
第２モードでは、上記のように第１多極子２６０ａを使用しないため、第１転送光学系２６２ａを収差補正以外の目的で使用できる。すなわち、コンデンサーレンズ２２およびコンデンサーレンズ２５に加えて、第１転送光学系２６２ａを構成する２つの電子レンズを収差補正以外の目的で使用できる。第２モードでは、例えば、第１転送光学系２６２ａを構成する２つの電子レンズを転送光学系として機能させずに、コンデンサー絞り２３の逆空間へのフォーカス合わせおよびクロスオーバーの位置の調整に用いることができる。
【0067】
したがって、第２モードでは、コンデンサーレンズ２２およびコンデンサーレンズ２５を用いて電子線の収束角の調整および試料面へのフォーカスの調整を行うことができ、かつ、第１転送光学系２６２ａを構成する２つの電子レンズを用いてコンデンサー絞り２３の逆空間へのフォーカス合わせおよびクロスオーバーの位置の調整を行うことができる。
【0068】
この結果、第２モードでは、収差を補正した状態で収束角を小さくすることができ、ＤＰＣ法において試料構造に対応したコントラストを強めることができる。
【0069】
１．３． 電子光学系の調整方法
図６は、制御部６０における電子光学系２の調整処理の一例を示すフローチャートである。
図６は、制御部６０における電子光学系２の調整処理の一例を示すフローチャートである。
【0070】
制御部６０は、動作モードの選択を受け付ける（Ｓ１００）。例えば、ユーザーが第１モードまたは第２モードのいずれかを選択すると、制御部６０は、この動作モードの選択を受け付ける。動作モードの選択は、ボタンや、マウス、キーなどの入力機器の操作、ＧＵＩ（Graphical User Interface）における操作などによって行われる。
【0071】
制御部６０は、第１モードが選択された場合（Ｓ１０２のＭ１）、収差補正装置２６の第１多極子２６０ａ、第２多極子２６０ｂ、および第３多極子２６０ｃを励磁し、収差補正装置２６を３段６極子場型球面収差補正装置として動作させる（Ｓ１０４）。これにより、照射光学系２０の球面収差を補正しつつ、収差補正装置２６が発生させる６極子場に起因する６回非点収差を補正できる。
【0072】
制御部６０は、収差以外の電子光学系２のパラメータを調整する（Ｓ１０６）。
【0073】
制御部６０は、例えば、コンデンサーレンズ２２およびコンデンサーレンズ２５を用いて、電子線の収束角および電子線の試料面へのフォーカスを調整する。制御部６０は、例えば、あらかじめ設定された収束角となるようにコンデンサーレンズ２２およびコンデンサーレンズ２５を動作させる。また、制御部６０は、電子線が試料面にフォーカスするようにコンデンサーレンズ２２およびコンデンサーレンズ２５を動作させる。フォーカスの調整は、例えば、周知のオートフォーカス機能を用いて行われる。
【0074】
以上の処理により、電子光学系２を第１モードで動作できる。電子光学系２を第１モードで動作させることによって、微小で高強度の電子プローブを得ることができ、高分解能のＳＴＥＭ像を取得できる。
【0075】
制御部６０は、第２モードが選択された場合（Ｓ１０２のＭ２）、収差補正装置２６の第１多極子２６０ａの励磁をゼロとし、第２多極子２６０ｂおよび第３多極子２６０ｃを励磁し、収差補正装置２６を２段６極子場型球面収差補正装置として動作させる（Ｓ１０８）。
【0076】
制御部６０は、収差以外の電子光学系２のパラメータを調整する（Ｓ１１０）。
【0077】
制御部６０は、コンデンサーレンズ２２およびコンデンサーレンズ２５を用いて、電子線の収束角および電子線の試料面へのフォーカスを調整する。
【0078】
また、制御部６０は、収差補正装置２６の第１転送光学系２６２ａを構成する２つの電子レンズを用いて、コンデンサー絞り２３の逆空間へのフォーカス合わせおよびクロスオーバーの位置の調整を行う。制御部６０は、例えば、コンデンサー絞り２３の像を取得して、コンデンサー絞り２３が逆空間にフォーカスされるように第１転送光学系２６２ａを動作させる。制御部６０は、例えば、クロスオーバーの位置が偏向器２４の位置に合うように、第１転送光学系２６２ａを構成する２つの電子レンズを動作させる。
【0079】
以上の処理により、電子光学系２を第２モードで動作できる。電子光学系２を第２モードで動作させることによって、例えば、ＤＰＣ法によりＤＰＣ像を取得できる。
【0080】
なお、上記では、制御部６０が電子光学系２の調整を行う場合について説明したが、電子光学系２の調整をユーザーが手動で行ってもよい。
【0081】
１．４． 効果
電子顕微鏡１００における電子光学系２の調整方法では、第１多極子２６０ａを使用せずに、第２多極子２６０ｂおよび第３多極子２６０ｃを使用して収差を調整し、使用した第２多極子２６０ｂおよび第３多極子２６０ｃの間に配置されていない第１転送光学系２６２ａを用いて収差以外の電子光学系２のパラメータを調整する。そのため、電子光学系２の調整方法では、収差補正装置２６を用いて収差以外のパラメータを調整できる。したがって、装置を大型化させることなく、電子光学系２の調整の自由度を向上できる。
電子顕微鏡１００における電子光学系２の調整方法では、第１多極子２６０ａを使用せずに、第２多極子２６０ｂおよび第３多極子２６０ｃを使用して収差を調整し、使用した第２多極子２６０ｂおよび第３多極子２６０ｃの間に配置されていない第１転送光学系２６２ａを用いて収差以外の電子光学系２のパラメータを調整する。そのため、電子光学系２の調整方法では、収差補正装置２６を用いて収差以外のパラメータを調整できる。したがって、装置を大型化させることなく、電子光学系２の調整の自由度を向上できる。
【0082】
例えば、図４に示す第１モードでは、収差補正以外のパラメータの調整に用いることができるレンズがコンデンサーレンズ２２およびコンデンサーレンズ２５の２つである。そのため、電子線の収束角、試料面へのフォーカス、コンデンサー絞り２３の逆空間へのフォーカス、およびクロスオーバーの位置を調整する場合、第１モードでは電子光学系２の調整の自由度が不足している。
【0083】
また、電子光学系２の調整の自由度を向上させるために、レンズを追加すると、装置の高さが大きくなり、装置が大型化してしまう。また、装置の部品点数が多くなり、装置が高価になってしまう。
【0084】
これに対して、第２モードでは、収差補正装置２６の１つの多極子を使用せずに、使用した２つの多極子の間に配置されていない転送光学系を用いて、電子光学系２の収差以外のパラメータを調整できる。そのため、装置を大型化させることなく、電子光学系２の調整の自由度を向上できる。第２モードでは、コンデンサーレンズ２２、コンデンサーレンズ２５、および第１転送光学系２６２ａを構成する２つの電子レンズを用いて、電子線の収束角、試料面へのフォーカス、コンデンサー絞り２３の逆空間へのフォーカス、およびクロスオーバーの位置を調整できる。なお、ＤＰＣ法では、高分解能のＳＴＥＭ像を得る場合ほどの分解能は要求されないため、２段６極子場型球面収差補正装置でも良好なＤＰＣ像を得ることができる。
【0085】
電子顕微鏡１００における電子光学系２の調整方法では、第２モードにおいて、第１転送光学系２６２ａを用いて、電子線の収束角の調整、コンデンサー絞り２３の逆空間へのフォーカス合わせ、およびクロスオーバーの位置の調整のうちの少なくとも１つを行う。そのため、電子顕微鏡１００では、装置を大型化させることなく、これらのパラメータを調整できる。
【0086】
電子顕微鏡１００では、収差補正装置２６の全部の多極子を用いて収差が調整される第１モードと、第１多極子２６０ａを使用せずに、第２多極子２６０ｂおよび第３多極子２６０ｃを使用して収差が調整され、使用した第２多極子２６０ｂと第３多極子２６０ｃとの間に配置されていない第１転送光学系２６２ａを用いて収差以外の電子光学系２のパラメータが調整される第２モードと、を備える。そのため、電子顕微鏡１００では、第１モードを用いて高分解能のＳＴＥＭ像を取得でき、第２モードを用いてＤＰＣ像を取得できる。また、電子顕微鏡１００では、装置を大型化させることなく、電子光学系２の調整の自由度を向上できる。
【0087】
１．５． 変形例
図７は、電子光学系２の第２モードの変形例を説明するための図である。
図７は、電子光学系２の第２モードの変形例を説明するための図である。
【0088】
上述した図５に示す第２モードでは、１段目の第１多極子２６０ａを励磁せずに、２段目の第２多極子２６０ｂおよび３段目の第３多極子２６０ｃを励磁して収差を調整し、第１転送光学系２６２ａを用いて収差以外のパラメータを調整した。これに対して、図７に示す第２モードでは、３段目の第３多極子２６０ｃを励磁せずに、１段目の第１多極子２
６０ａおよび２段目の第２多極子２６０ｂを励磁して収差を調整し、第３転送光学系２６２ｃを用いて収差以外のパラメータを調整する。
６０ａおよび２段目の第２多極子２６０ｂを励磁して収差を調整し、第３転送光学系２６２ｃを用いて収差以外のパラメータを調整する。
【0089】
図７に示す第３多極子２６０ｃを励磁しない第２モードは、図５に示す第１多極子２６０ａを励磁しない第２モードに比べて、電子線の収束角を極端に小さくする場合に適している。図７に示す第３多極子２６０ｃを励磁しない第２モードは、例えば、極微電子回折に適している。極微電子回折は、平行に近い入射電子線をナノメートルオーダーの微小領域に照射し、比較的シャープな回折図形を得て、結晶構造の定性解析や定量解析をする手法である。
【0090】
ここで、収束角を極端に小さくした場合、対物レンズの球面収差よりも電子源１０（電子銃）の球面収差の方が支配的になる場合がある。この場合、第３多極子２６０ｃを励磁しない第２モードでは、コンデンサーレンズ２１、コンデンサーレンズ２２、およびコンデンサーレンズ２５を用いて電子源１０と収差補正装置２６との間の縮小率を制御して、電子源１０の球面収差を補正できる。さらに、第３転送光学系２６２ｃを用いて縮小率を小さくできる。この結果、電子源１０の球面収差を補正できる。
【0091】
第１変形例では、電子光学系２は、図４に示す第１モード、図５に示す第１多極子２６０ａを励磁しない第２モードに加えて、図７に示す第３多極子２６０ｃを励磁しない第２モードを備えている。制御部６０は、この３つの動作モードの選択を受け付けて、選択された動作モードとなるように電子光学系２を制御する。
【0092】
このように電子顕微鏡１００では、３段の多極子を有する収差補正装置２６を含み、１つの多極子を使用せずに、２つの多極子を使用して収差を調整し、励磁した多極子の間に配置されていない転送光学系を用いて収差以外の電子光学系２のパラメータを調整する。したがって、電子顕微鏡１００では、装置を大型化させることなく、電子光学系２の調整の自由度を向上できる。
【0093】
電子顕微鏡１００における調整方法では、収差補正装置２６では、３段目の第３多極子２６０ｃを励磁せずに、１段目の第１多極子２６０ａおよび２段目の第２多極子２６０ｂを励磁して収差を調整し、３段目の第３転送光学系２６２ｃを用いて収差以外の電子光学系２のパラメータを調整する。そのため、装置を大型化させることなく、電子光学系２の調整の自由度を向上できる。
【0094】
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。
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。
【0095】
上述した図１に示す電子顕微鏡１００は、収差補正装置２６が照射光学系２０に組み込まれた走査透過電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）であったが、図８に示す電子顕微鏡２００は、収差補正装置４２が結像光学系４０に組み込まれた透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）である。
【0096】
電子顕微鏡２００は、図８に示すように、電子源１０と、照射光学系２０および結像光学系４０を含む電子光学系２と、試料ステージ３０と、検出器５４と、制御部６０と、を含む。
【0097】
結像光学系４０は、収差補正装置４２と、バイプリズム４４と、を含む。
【0098】
収差補正装置４２は、結像光学系４０の収差を補正する。収差補正装置４２の詳細については後述する。
【0099】
バイプリズム４４は、電子線ホログラムを得るために用いられる電子波の干渉計である。バイプリズム４４は、電子線に対して垂直に配置される糸状の電極と、糸状の電極の両側に配置された接地電極と、を含む。糸状の電極には正の電圧を印加し、その一方の側を試料Ｓを透過した散乱波（物体波）が通るようにし、他方の側を電子源１０から直接やってくる波（参照波）が通るように設置する。二つの波は正電極に引き寄せるように偏向され重なることによって干渉縞（ホログラム）を形成する。このホログラムの中に試料Ｓによる振幅と位相変化の情報が含まれている。
【0100】
検出器５４は、試料Ｓを透過した電子を検出する。検出器５４は、結像光学系４０によって結像された像を撮影する撮像装置である。検出器５４は、例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）カメラ等のデジタルカメラである。
【0101】
図９は、電子顕微鏡２００の結像光学系４０の構成を示す図である。
【0102】
結像光学系４０は、図９に示すように、対物レンズが試料Ｓの後方につくる後方磁界４１と、収差補正装置４２と、倍率調整レンズ４３と、バイプリズム４４と、中間レンズ４５と、中間レンズ４６と、を含む。結像光学系４０は、図示はしないが、さらに、投影レンズを含む。
【0103】
収差補正装置４２は、後方磁界４１と倍率調整レンズ４３との間に配置されている。収差補正装置４２は、結像光学系４０の球面収差を補正する球面収差補正装置である。収差補正装置４２は、第１多極子４２０ａと、第２多極子４２０ｂと、第３多極子４２０ｃと、第１転送光学系４２２ａと、第２転送光学系４２２ｂと、第３転送光学系４２２ｃと、を含む。収差補正装置４２は、多極子と転送光学系が交互に配置され、３段の多極子および３段の転送光学系を有する３段６極子場型球面収差補正装置である。
【0104】
第１多極子４２０ａ、第２多極子４２０ｂ、および第３多極子４２０ｃの構成は、上述した第１多極子２６０ａ、第２多極子２６０ｂ、および第３多極子２６０ｃと同様である。
【0105】
第１転送光学系４２２ａは、後方磁界４１と第１多極子４２０ａとの間に配置されている。第１転送光学系４２２ａは、後焦点面を第１多極子４２０ａの光学主面（多極子面）に転送する。第１転送光学系４２２ａは、対物レンズで得られた像と等価な像を第１多極子４２０ａに転送する。第１転送光学系４２２ａは、例えば、複数の電子レンズで構成され、図示の例では、２つの電子レンズで構成されている。
【0106】
第２転送光学系４２２ｂは、第１多極子４２０ａと第２多極子４２０ｂとの間に配置されている。第２転送光学系４２２ｂは、第１多極子４２０ａの光学主面を第２多極子４２０ｂの光学主面に転送する。第２転送光学系４２２ｂは、第１多極子４２０ａで得られた像と等価な像を第２多極子４２０ｂに転送する。第２転送光学系４２２ｂは、例えば、複数の電子レンズで構成され、図示の例では、２つの電子レンズで構成されている。
【0107】
第３転送光学系４２２ｃは、第２多極子４２０ｂと第３多極子４２０ｃとの間に配置されている。第３転送光学系４２２ｃは、第２多極子４２０ｂの光学主面を第３多極子４２０ｃの光学主面に転送する。第３転送光学系４２２ｃは、第２多極子４２０ｂで得られた像と等価な像を第３多極子４２０ｃに転送する。第３転送光学系４２２ｃは、例えば、複
数の電子レンズで構成され、図示の例では、２つの電子レンズで構成されている。
数の電子レンズで構成され、図示の例では、２つの電子レンズで構成されている。
【0108】
収差補正装置４２で結像光学系４０の収差を補正する原理は、収差補正装置２６で照射光学系２０の収差を補正する原理と同様でありその説明を省略する。
【0109】
倍率調整レンズ４３は、収差補正装置４２の後段に配置されている。収差補正装置４２から射出した電子は、倍率調整レンズ４３によって制限視野絞り面ＳＡに所定の倍率で結像される。
【0110】
バイプリズム４４は、倍率調整レンズ４３と中間レンズ４５との間に配置されている。
【0111】
中間レンズ４５および中間レンズ４６は、倍率調整レンズ４３と投影レンズとの間に配置されている。中間レンズ４５は、例えば焦点合わせに用いられ、中間レンズ４６は例えば像の拡大に用いられる。
【0112】
不図示の投影レンズは、中間レンズ４５および中間レンズ４６で拡大された像をさらに拡大し、検出器５４上に結像する。
【0113】
電子顕微鏡２００では、電子源１０から放出された電子線は、照射光学系２０で集束されて試料Ｓに照射される。試料Ｓには、例えば、平行ビームが照射される。試料Ｓを透過した電子線は、結像光学系４０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５４で撮影される。電子顕微鏡２００では、収差補正装置４２によって結像光学系４０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。
【0114】
また、電子顕微鏡２００では、電子線ホログラフィーによって位相再生像を得ることができる。電子線ホログラフィーとは、電子波の干渉性を利用し、試料によって電子波が受ける位相変化を再生する手法である。例えば、試料Ｓを透過して位相変化を受けた波（物体波）と電子源１０から真空を通過し試料Ｓの影響を受けない波（参照波）を、バイプリズム４４で干渉させて干渉縞（ホログラム）を得る。得られたホログラムをフーリエ変換し、バックグラウンドを作る等間隔の主干渉成分をマスクして取り除き、試料Ｓを透過した回折波の変調成分（サイドバンド）を抽出して逆フーリエ変換を行うことにより、試料下面での位相を再生する。これにより、位相再生像を得ることができる。
【0115】
２．２． 動作
２．２．１． 電子顕微鏡の動作モード
電子顕微鏡２００では、電子顕微鏡１００と同様に、電子光学系２は、収差補正装置４２を３段６極子場型球面収差補正装置として動作させる第１モードと、収差補正装置４２を２段６極子場型球面収差補正装置として動作させる第２モードと、を備えている。制御部６０は、ユーザーの指示に応じて、電子光学系２を第１モードで動作させたり、第２モードで動作させたりする。
２．２．１． 電子顕微鏡の動作モード
電子顕微鏡２００では、電子顕微鏡１００と同様に、電子光学系２は、収差補正装置４２を３段６極子場型球面収差補正装置として動作させる第１モードと、収差補正装置４２を２段６極子場型球面収差補正装置として動作させる第２モードと、を備えている。制御部６０は、ユーザーの指示に応じて、電子光学系２を第１モードで動作させたり、第２モードで動作させたりする。
【0116】
【0117】
第１モードでは、収差補正装置４２を３段６極子場型球面収差補正装置として用いて球面収差および６回非点収差を補正する。これにより、高分解能のＴＥＭ像を取得できる。
【0118】
【0119】
ホログラムを取得するためには、例えば、制限視野絞り面ＳＡの倍率の調整、バイプリズム４４の上流側のクロスオーバー位置の調整、およびバイプリズム４４の下流側の像面の倍率の調整が必要となる場合がある。
【0120】
しかしながら、上述した図１０に示す第１モードでは、収差補正装置４２と制限視野絞り面ＳＡとの間には、倍率調整レンズ４３しかない。このように、第１モードでは、結像光学系４０の調整の自由度が不足している。
【0121】
したがって、第２モードでは、収差補正装置４２の第３多極子４２０ｃを励磁せずに、第１多極子４２０ａおよび第２多極子４２０ｂを励磁して収差を補正する。このとき、第１多極子４２０ａと第２多極子４２０ｂとの間に配置されていない第３転送光学系４２２ｃを用いて収差以外の結像光学系４０のパラメータを調整する。
【0122】
第２モードでは、収差補正装置４２は、２段６極子場型球面収差補正装置として機能する。例えば、２段目の第２多極子４２０ｂは、１段目の第１多極子４２０ａが発生させる６極子場とは極性が逆の６極子場を発生させる。第１転送光学系４２２ａは、対物レンズの後焦点面を第１多極子４２０ａの光学主面に転送する。第２転送光学系４２２ｂは、第１多極子４２０ａの光学主面を第２多極子４２０ｂの光学主面に転送する。
【0123】
第２モードでは、上記のように第３多極子４２０ｃを使用しないため、第３転送光学系４２２ｃを収差補正以外の目的で使用できる。すなわち、倍率調整レンズ４３に加えて、第３転送光学系４２２ｃを構成する２つの電子レンズを収差補正以外の目的で使用できる。第２モードでは、例えば、第３転送光学系４２２ｃを構成する２つの電子レンズを転送光学系として機能させずに、制限視野絞り面ＳＡの倍率の調整、バイプリズム４４の上流側のクロスオーバー位置の調整、およびバイプリズム４４の下流側の像面の倍率の調整に用いることができる。
【0124】
したがって、第２モードでは、倍率調整レンズ４３および第３転送光学系４２２ｃを構成する２つの電子レンズを用いて、制限視野絞り面ＳＡの倍率の調整、バイプリズム４４の上流側のクロスオーバー位置の調整、およびバイプリズム４４の下流側の像面の倍率の調整を行うことができる。
【0125】
この結果、第２モードでは、収差を補正した状態で、ホログラムを取得できる。
【0126】
２．３． 電子光学系の調整方法
電子顕微鏡２００における制御部６０の調整処理は、収差以外のパラメータの調整処理が異なる点を除いて、上述した図６に示す電子顕微鏡１００における制御部６０の調整処理と同様であり、その詳細な説明を省略する。電子顕微鏡２００においても電子顕微鏡１００と同様に、ユーザーの選択に応じて、結像光学系４０を第１モードで動作させたり第２モードで動作させたりできる。
電子顕微鏡２００における制御部６０の調整処理は、収差以外のパラメータの調整処理が異なる点を除いて、上述した図６に示す電子顕微鏡１００における制御部６０の調整処理と同様であり、その詳細な説明を省略する。電子顕微鏡２００においても電子顕微鏡１００と同様に、ユーザーの選択に応じて、結像光学系４０を第１モードで動作させたり第２モードで動作させたりできる。
【0127】
２．４． 効果
電子顕微鏡２００における電子光学系２の調整方法では、結像光学系４０は、収差補正装置４２を含み、３段目の第３多極子４２０ｃを使用せずに、１段目の第１多極子４２０ａおよび２段目の第２多極子４２０ｂを使用して収差を調整し、３段目の第３転送光学系４２２ｃを用いて、収差以外の電子光学系２のパラメータを調整する。そのため、装置を大型化させることなく、電子光学系２の調整の自由度を向上できる。
電子顕微鏡２００における電子光学系２の調整方法では、結像光学系４０は、収差補正装置４２を含み、３段目の第３多極子４２０ｃを使用せずに、１段目の第１多極子４２０ａおよび２段目の第２多極子４２０ｂを使用して収差を調整し、３段目の第３転送光学系４２２ｃを用いて、収差以外の電子光学系２のパラメータを調整する。そのため、装置を大型化させることなく、電子光学系２の調整の自由度を向上できる。
【0128】
電子顕微鏡２００では、収差補正装置４２の全部の多極子を用いて収差が調整される第１モードと、第３多極子４２０ｃを使用せずに、第１多極子４２０ａおよび第２多極子４２０ｂを使用して収差が調整され、使用した第１多極子４２０ａと第２多極子４２０ｂとの間に配置されていない第３転送光学系４２２ｃを用いて収差以外の電子光学系２のパラメータが調整される第２モードと、を備える。そのため、電子顕微鏡２００では、第１モードを用いて高分解能のＴＥＭ像を取得でき、第２モードを用いてホログラムを取得できる。また、装置を大型化させることなく、電子光学系２の調整の自由度を向上できる。
【0129】
２．５． 変形例
２．５．１． 第１変形例
上述した図１１に示す例では、第２モードにおいて、第３多極子４２０ｃを励磁せずに、第１多極子４２０ａおよび第２多極子４２０ｂを励磁して収差を調整し、励磁した第１多極子４２０ａと第２多極子４２０ｂとの間に配置されていない第３転送光学系４２２ｃを用いて収差以外の電子光学系２のパラメータを調整した。これに対して、第２モードにおいて、第１多極子４２０ａを励磁せずに、第２多極子４２０ｂおよび第３多極子４２０ｃを励磁して収差を調整し、第２多極子４２０ｂと第３多極子４２０ｃとの間に配置されていない第１転送光学系４２２ａを用いて収差以外の電子光学系２のパラメータを調整してもよい。
２．５．１． 第１変形例
上述した図１１に示す例では、第２モードにおいて、第３多極子４２０ｃを励磁せずに、第１多極子４２０ａおよび第２多極子４２０ｂを励磁して収差を調整し、励磁した第１多極子４２０ａと第２多極子４２０ｂとの間に配置されていない第３転送光学系４２２ｃを用いて収差以外の電子光学系２のパラメータを調整した。これに対して、第２モードにおいて、第１多極子４２０ａを励磁せずに、第２多極子４２０ｂおよび第３多極子４２０ｃを励磁して収差を調整し、第２多極子４２０ｂと第３多極子４２０ｃとの間に配置されていない第１転送光学系４２２ａを用いて収差以外の電子光学系２のパラメータを調整してもよい。
【0130】
第１変形例では、電子顕微鏡２００は、図１０に示す第１モード、図１１に示す第３多極子４２０ｃを励磁しない第２モードに加えて、第１多極子４２０ａを励磁しない第２モードを備えている。制御部６０は、この３つの動作モードの選択を受け付けて、選択された動作モードとなるように電子光学系２を制御する。
【0131】
このように電子顕微鏡２００では、３段の多極子を有する収差補正装置２６を含み、１つの多極子を励磁せずに、２つの多極子を励磁して収差を調整し、励磁した多極子の間に配置されていない転送光学系を用いて収差以外の電子光学系２のパラメータを調整する。したがって、電子顕微鏡２００では、装置を大型化させることなく、電子光学系２の調整の自由度を向上できる。
【0132】
２．５．２． 第２変形例
第１実施形態に係る電子顕微鏡では、図３に示すように収差補正装置２６が照射光学系２０に組み込まれ、第２実施形態に係る電子顕微鏡では、図９に示すように収差補正装置２６が結像光学系４０に組み込まれたが、照射光学系２０に収差補正装置２６が組み込まれ、かつ、結像光学系４０に収差補正装置４２が組み込まれてもよい。
第１実施形態に係る電子顕微鏡では、図３に示すように収差補正装置２６が照射光学系２０に組み込まれ、第２実施形態に係る電子顕微鏡では、図９に示すように収差補正装置２６が結像光学系４０に組み込まれたが、照射光学系２０に収差補正装置２６が組み込まれ、かつ、結像光学系４０に収差補正装置４２が組み込まれてもよい。
【0133】
３． 第３実施形態
３．１． 電子顕微鏡
次に、第３実施形態に係る電子顕微鏡について説明する。第３実施形態に係る電子顕微鏡は、収差補正装置２６が４段６極子場型球面収差補正装置である点を除いて図１に示す電子顕微鏡１００の構成と同様である。以下、上述した第１実施形態に係る電子顕微鏡１００の例と異なる点について説明し、同様の点については説明を省略する。
３．１． 電子顕微鏡
次に、第３実施形態に係る電子顕微鏡について説明する。第３実施形態に係る電子顕微鏡は、収差補正装置２６が４段６極子場型球面収差補正装置である点を除いて図１に示す電子顕微鏡１００の構成と同様である。以下、上述した第１実施形態に係る電子顕微鏡１００の例と異なる点について説明し、同様の点については説明を省略する。
【0134】
図１２は、第３実施形態に係る電子顕微鏡の収差補正装置２６の構成を示す図である。
【0135】
収差補正装置２６は、図１２に示すように、第１多極子２６０ａと、第２多極子２６０ｂと、第３多極子２６０ｃと、第４多極子２６０ｄと、第１転送光学系２６２ａと、第２転送光学系２６２ｂと、第３転送光学系２６２ｃと、第４転送光学系２６２ｄと、を含む。収差補正装置２６は、多極子と転送光学系が交互に配置され、４段の多極子および４段の転送光学系を有する４段６極子場型球面収差補正装置である。
【0136】
図１３は、４段の多極子の各々が発生させる３回非点収差を説明するための図である。図１３には、第１多極子２６０ａが発生させる６極子場によって作られる３回非点収差Ｂ１、第２多極子２６０ｂが発生させる６極子場によって作られる３回非点収差Ｂ２、第３多極子２６０ｃが発生させる６極子場によって作られる３回非点収差Ｂ３、および第４多極子２６０ｄが発生させる６極子場によって作られる３回非点収差Ｂ４を模式的に示している。
【0137】
４段６極子場型球面収差補正装置において、３回非点収差Ｂ１の強度と３回非点収差Ｂ２の強度は、等しい。３回非点収差Ｂ２の向きは、３回非点収差Ｂ１を６０°回転させた向きである。また、３回非点収差Ｂ３の強度と３回非点収差Ｂ４の強度は、等しい。３回非点収差Ｂ４の向きは、３回非点収差Ｂ３を６０°回転させた向きである。
【0138】
また、３回非点収差Ｂ２の向きは、３回非点収差Ｂ３の向きと同じである。３回非点収差Ｂ３の強度は、３回非点収差Ｂ２の強度よりも小さい。例えば、３回非点収差Ｂ２の強度と、３回非点収差Ｂ３の強度との比Ｂ２：Ｂ３は、例えば、Ｂ２：Ｂ３＝１：ｘ、ただしｘは０．４＜ｘ＜０．８である。比Ｂ２：Ｂ３は、対物レンズの焦点距離、対物レンズの球面収差係数、転送倍率、転送光学系の焦点距離、転送光学系の球面収差係数、多極子の厚さ等に応じて設定される。
【0139】
収差補正装置２６では、４段の多極子で、上述した３回非点収差Ｂ１、３回非点収差Ｂ２、３回非点収差Ｂ３、および３回非点収差Ｂ４を発生させることによって、３回非点収差、球面収差、６回非点収差、および６次スリーローブ収差を補正できる。
【0140】
第１多極子２６０ａおよび第２多極子２６０ｂでは、それぞれ３回非点収差が発生する。第１多極子２６０ａで発生した３回非点収差と、第２多極子２６０ｂで発生した３回非点収差とは打ち消しあう。第３多極子２６０ｃおよび第４多極子２６０ｄでは、それぞれ３回非点収差が発生する。第３多極子２６０ｃで発生した３回非点収差と、第４多極子２６０ｄで発生した３回非点収差とは打ち消しあう。したがって、収差補正装置２６では、３回非点収差を補正できる。
【0141】
第１多極子２６０ａは、負の球面収差を発生させる。同様に、第２多極子２６０ｂ、第３多極子２６０ｃ、および第４多極子２６０ｄは、それぞれ負の球面収差を発生させる。これら４段の多極子で発生させた負の球面収差で、照射光学系２０の正の球面収差を打ち消すことができる。これにより、収差補正装置２６では、照射光学系２０の球面収差を補正できる。
【0142】
収差補正装置２６では、第１多極子２６０ａ、第２多極子２６０ｂ、第３多極子２６０ｃ、および第４多極子２６０ｄの各々が発生させる６回非点収差と、転送光学系に生じる球面収差と多極子が発生させる６極子場より生じる収差とのコンビネーション収差により発生する６回非点収差と、のバランスをとることによって６回非点収差を補正できる。
【0143】
収差補正装置２６では、第１多極子２６０ａおよび第２多極子２６０ｂで発生した六次スリーローブ収差と、第３多極子２６０ｃおよび第４多極子２６０ｄで発生した６次スリーローブ収差とが、打ち消しあう。これにより、収差補正装置２６では、６次スリーローブ収差を補正できる。
【0144】
３．２． 動作
３．２．１． 動作モード
第３実施形態に係る電子顕微鏡では、電子光学系２は、収差補正装置２６を４段６極子
場型球面収差補正装置として動作させる第１モードと、収差補正装置２６を２段６極子場型球面収差補正装置または３段６極子場型球面収差補正装置として動作させる第２モードと、を備えている。
３．２．１． 動作モード
第３実施形態に係る電子顕微鏡では、電子光学系２は、収差補正装置２６を４段６極子
場型球面収差補正装置として動作させる第１モードと、収差補正装置２６を２段６極子場型球面収差補正装置または３段６極子場型球面収差補正装置として動作させる第２モードと、を備えている。
【0145】
３．２．２． 第１モード
第１モードでは、収差補正装置２６を４段６極子場型球面収差補正装置として動作させる。そのため、高次の収差を補正でき、より高分解能のＳＴＥＭ像を取得できる。
第１モードでは、収差補正装置２６を４段６極子場型球面収差補正装置として動作させる。そのため、高次の収差を補正でき、より高分解能のＳＴＥＭ像を取得できる。
【0146】
３．２．３． 第２モード
第３実施形態に係る電子顕微鏡は、収差補正装置２６を２段６極子場型球面収差補正装置として動作させる第２モードと、収差補正装置２６を３段６極子場型球面収差補正装置として動作させる第２モードと、を備える。
第３実施形態に係る電子顕微鏡は、収差補正装置２６を２段６極子場型球面収差補正装置として動作させる第２モードと、収差補正装置２６を３段６極子場型球面収差補正装置として動作させる第２モードと、を備える。
【0147】
収差補正装置２６を２段６極子場型球面収差補正装置として動作させる第２モードでは、隣り合う２つの多極子を励磁して収差を補正し、残りの２つの多極子を励磁せずに、励磁した２つの多極子の間に配置されていない転送光学系を用いて収差以外のパラメータを調整する。
【0148】
例えば、第１多極子２６０ａおよび第２多極子２６０ｂを励磁せずに、第３多極子２６０ｃおよび第４多極子２６０ｄを励磁して収差を補正する。また、励磁した第３多極子２６０ｃおよび第４多極子２６０ｄとの間に配置されていない第１転送光学系２６２ａおよび第２転送光学系２６２ｂを用いて収差以外のパラメータを調整する。
【0149】
また、第３多極子２６０ｃおよび第４多極子２６０ｄを励磁せずに、第１多極子２６０ａおよび第２多極子２６０ｂを励磁して収差を補正し、第３転送光学系２６２ｃおよび第４転送光学系２６２ｄを用いて収差以外のパラメータを調整してもよい。
【0150】
また、第１多極子２６０ａおよび第４多極子２６０ｄを励磁せずに、第２多極子２６０ｂおよび第３多極子２６０ｃを励磁して収差を補正し、第１転送光学系２６２ａおよび第４転送光学系２６２ｄを用いて収差以外のパラメータを調整してもよい。
【0151】
このように、収差補正装置２６を２段６極子場型球面収差補正装置として動作させる第２モードでは、隣り合う２つの多極子を励磁して収差を補正し、励磁した２つの多極子の間に配置されていない転送光学系を用いて収差以外のパラメータを調整できる。４段の多極子を有する収差補正装置２６を２段６極子場型球面収差補正装置として動作させる第２モードでは、２つの転送光学系を収差以外のパラメータの調整に用いることができるため、電子光学系２の調整の自由度を向上できる。
【0152】
収差補正装置２６を３段６極子場型球面収差補正装置として動作させる第２モードでは、例えば、第１多極子２６０ａを励磁せずに、第２多極子２６０ｂ、第３多極子２６０ｃ、および第４多極子２６０ｄを励磁して収差を補正する。このとき、第２多極子２６０ｂと第３多極子２６０ｃとの間、第３多極子２６０ｃと第４多極子２６０ｄとの間に配置されていない第１転送光学系２６２ａを用いて収差以外のパラメータを調整する。
【0153】
また、第４多極子２６０ｄを励磁せずに、第１多極子２６０ａ、第２多極子２６０ｂ、および第３多極子２６０ｃを励磁して収差を補正する。このとき、第１多極子２６０ａと第２多極子２６０ｂとの間、第２多極子２６０ｂと第３多極子２６０ｃとの間に配置されていない第４転送光学系２６２ｄを用いて収差以外のパラメータを調整する。
【0154】
このように、４段の多極子および４段の転送光学系を有する収差補正装置２６では、少
なくとも１つの多極子を励磁せずに、少なくとも２つの多極子を励磁して収差を調整する。このとき、励磁した多極子間に配置されていない転送光学系を用いて収差以外のパラメータを調整する。
なくとも１つの多極子を励磁せずに、少なくとも２つの多極子を励磁して収差を調整する。このとき、励磁した多極子間に配置されていない転送光学系を用いて収差以外のパラメータを調整する。
【0155】
第３実施形態に係る電子顕微鏡では、要求される分解能や、調整が必要な電子光学系２のパラメータの数に応じて、第２モードにおいて、収差補正装置２６を２段６極子場型球面収差補正装置として動作できるし、収差補正装置２６を３段６極子場型球面収差補正装置として動作できる。
【0156】
３．３． 電子光学系の調整方法
図１４は、制御部６０における電子光学系２の調整処理の一例を示すフローチャートである。以下では、上述した図６に示す調整処理と異なる点について説明し、同様の点については説明を省略する。
図１４は、制御部６０における電子光学系２の調整処理の一例を示すフローチャートである。以下では、上述した図６に示す調整処理と異なる点について説明し、同様の点については説明を省略する。
【0157】
制御部６０は、動作モードの選択を受け付ける（Ｓ２００）。
【0158】
制御部６０は、第１モードが選択された場合（Ｓ２０２のＭ１）、収差補正装置２６の第１多極子２６０ａ、第２多極子２６０ｂ、第３多極子２６０ｃ、および第４多極子２６０ｄを励磁し、収差補正装置２６を４段６極子場型球面収差補正装置として動作させる（Ｓ２０４）。これにより、照射光学系２０の球面収差を補正しつつ、６回非点収差および６次スリーローブ収差を補正できる。
【0159】
制御部６０は、収差以外の電子光学系２のパラメータを調整する（Ｓ２０６）。制御部６０は、コンデンサーレンズ２２およびコンデンサーレンズ２５を用いて、電子線の収束角および電子線の試料面へのフォーカスを調整する。
【0160】
以上の処理により、電子光学系２を第１モードで動作できる。
【0161】
制御部６０は、第２モードが選択された場合（Ｓ２０２のＭ２）、収差補正装置２６を２段６極子場型球面収差補正装置として動作させるか、収差補正装置２６を３段６極子場型球面収差補正装置として動作させるかの選択を受け付ける（Ｓ２０８）。
【0162】
制御部６０は、２段６極子場型球面収差補正装置による動作が選択された場合（Ｓ２０８のＭ２－１）、例えば、収差補正装置２６の第１多極子２６０ａおよび第２多極子２６０ｂの励磁をゼロとし、第３多極子２６０ｃおよび第４多極子２６０ｄを励磁し、収差補正装置２６を２段６極子場型球面収差補正装置として動作させる（Ｓ２１０）。
【0163】
制御部６０は、収差以外の電子光学系２のパラメータを調整する（Ｓ２１２）。
【0164】
制御部６０は、例えば、コンデンサーレンズ２２およびコンデンサーレンズ２５を用いて、電子線の収束角および電子線の試料面へのフォーカスを調整する。また、制御部６０は、収差補正装置２６の第１転送光学系２６２ａを構成する２つの電子レンズおよび第２転送光学系２６２ｂを構成する２つの電子レンズを用いて、コンデンサー絞り２３の逆空間へのフォーカス合わせおよびクロスオーバーの位置の調整を行う。
【0165】
以上の処理により、第２モードにおいて、収差補正装置２６を２段６極子場型球面収差補正装置として動作できる。
【0166】
制御部６０は、３段６極子場型球面収差補正装置による動作が選択された場合（Ｓ２０８のＭ２－２）、例えば、収差補正装置２６の第１多極子２６０ａの励磁をゼロとし、第
２多極子２６０ｂ、第３多極子２６０ｃ、および第４多極子２６０ｄを励磁し、収差補正装置２６を３段６極子場型球面収差補正装置として動作させる（Ｓ２２０）。
２多極子２６０ｂ、第３多極子２６０ｃ、および第４多極子２６０ｄを励磁し、収差補正装置２６を３段６極子場型球面収差補正装置として動作させる（Ｓ２２０）。
【0167】
制御部６０は、収差以外の電子光学系２のパラメータを調整する（Ｓ２２２）。
【0168】
制御部６０は、コンデンサーレンズ２２およびコンデンサーレンズ２５を用いて、電子線の収束角および電子線の試料面へのフォーカスを調整する。また、制御部６０は、収差補正装置２６の第１転送光学系２６２ａを構成する２つの電子レンズを用いて、コンデンサー絞り２３の逆空間へのフォーカス合わせおよびクロスオーバーの位置の調整を行う。
【0169】
以上の処理により、第２モードにおいて、収差補正装置２６を３段６極子場型球面収差補正装置として動作できる。
【0170】
３．４． 効果
第３実施形態に係る電子顕微鏡における電子光学系２の調整方法では、多極子と転送光学系が交互に配置され、４段の多極子を有する収差補正装置２６を含む電子光学系２を備えた電子顕微鏡における電子光学系２の調整方法であって、少なくとも１つの多極子を使用せずに、少なくとも２つの多極子を使用して収差を調整し、使用した多極子間に配置されていない転送光学系を用いて収差以外の照射光学系２０のパラメータを調整する。したがって、装置を大型化させることなく、電子光学系２の調整の自由度を向上できる。
第３実施形態に係る電子顕微鏡における電子光学系２の調整方法では、多極子と転送光学系が交互に配置され、４段の多極子を有する収差補正装置２６を含む電子光学系２を備えた電子顕微鏡における電子光学系２の調整方法であって、少なくとも１つの多極子を使用せずに、少なくとも２つの多極子を使用して収差を調整し、使用した多極子間に配置されていない転送光学系を用いて収差以外の照射光学系２０のパラメータを調整する。したがって、装置を大型化させることなく、電子光学系２の調整の自由度を向上できる。
【0171】
第３実施形態に係る電子顕微鏡は、収差補正装置２６の全部の多極子を用いて収差が調整される第１モードと、少なくとも１つの多極子を使用せずに、少なくとも２つの多極子を使用して収差が調整され、使用した多極子間に配置されていない転送光学系を用いて収差以外の照射光学系２０のパラメータが調整される第２モードと、を備える。したがって、第１モードを用いて高分解能のＳＴＥＭ像を取得でき、第２モードを用いて電子光学系２の様々なパラメータを調整できる。
【0172】
４． 第４実施形態
４．１． 電子顕微鏡
次に、第４実施形態に係る電子顕微鏡について説明する。第４実施形態に係る電子顕微鏡は、収差補正装置４２が４段６極子場型球面収差補正装置である点を除いて、上述した図８および図９に示す電子顕微鏡２００の構成と同様である。以下、上述した第１実施形態に係る電子顕微鏡、第２実施形態に係る電子顕微鏡、および第３実施形態に係る電子顕微鏡の例と異なる点について説明し、同様の点については説明を省略する。
４．１． 電子顕微鏡
次に、第４実施形態に係る電子顕微鏡について説明する。第４実施形態に係る電子顕微鏡は、収差補正装置４２が４段６極子場型球面収差補正装置である点を除いて、上述した図８および図９に示す電子顕微鏡２００の構成と同様である。以下、上述した第１実施形態に係る電子顕微鏡、第２実施形態に係る電子顕微鏡、および第３実施形態に係る電子顕微鏡の例と異なる点について説明し、同様の点については説明を省略する。
【0173】
図１５は、第４実施形態に係る電子顕微鏡の収差補正装置２６の構成を示す図である。
【0174】
収差補正装置４２は、図１５に示すように、第１多極子４２０ａと、第２多極子４２０ｂと、第３多極子４２０ｃと、第４多極子４２０ｄと、第１転送光学系４２２ａと、第２転送光学系４２２ｂと、第３転送光学系４２２ｃと、第４転送光学系４２２ｄと、を含む。収差補正装置４２は、多極子と転送光学系が交互に配置され、４段の多極子および４段の転送光学系を有する４段６極子場型球面収差補正装置である。
【0175】
図１５に示す収差補正装置４２を構成する４段の多極子の配置と、図１２に示す収差補正装置２６における４段の多極子の配置とは、対物レンズに関して対称となる。収差補正装置４２では、収差補正装置２６と同様の原理で、３回非点収差、球面収差、６回非点収差、および６次スリーローブ収差を補正できる。
【0176】
４．２． 動作
４．２．１． 動作モード
第４実施形態に係る電子顕微鏡では、電子光学系２は、収差補正装置４２を４段６極子場型球面収差補正装置として動作させる第１モードと、収差補正装置４２を２段６極子場型球面収差補正装置または３段６極子場型球面収差補正装置として動作させる第２モードと、を備えている。
４．２．１． 動作モード
第４実施形態に係る電子顕微鏡では、電子光学系２は、収差補正装置４２を４段６極子場型球面収差補正装置として動作させる第１モードと、収差補正装置４２を２段６極子場型球面収差補正装置または３段６極子場型球面収差補正装置として動作させる第２モードと、を備えている。
【0177】
４．２．２． 第１モード
第１モードでは、収差補正装置２６を４段６極子場型球面収差補正装置として動作させる。そのため、高次の収差を補正でき、より高分解能のＴＥＭ像を取得できる。
第１モードでは、収差補正装置２６を４段６極子場型球面収差補正装置として動作させる。そのため、高次の収差を補正でき、より高分解能のＴＥＭ像を取得できる。
【0178】
４．２．３． 第２モード
第２モードでは、上述した第３実施形態に係る電子顕微鏡と同様に、収差補正装置２６を２段６極子場型球面収差補正装置として動作させる第２モードと、収差補正装置２６を３段６極子場型球面収差補正装置として動作させる第２モードと、を備える。第２モードでは、倍率調整レンズ４３および励磁した多極子間に配置されていない転送光学系を構成する２つの電子レンズを用いて、制限視野絞り面ＳＡの倍率の調整、バイプリズム４４の上流側のクロスオーバー位置の調整、およびバイプリズム４４の下流側の像面の倍率の調整を行う。
第２モードでは、上述した第３実施形態に係る電子顕微鏡と同様に、収差補正装置２６を２段６極子場型球面収差補正装置として動作させる第２モードと、収差補正装置２６を３段６極子場型球面収差補正装置として動作させる第２モードと、を備える。第２モードでは、倍率調整レンズ４３および励磁した多極子間に配置されていない転送光学系を構成する２つの電子レンズを用いて、制限視野絞り面ＳＡの倍率の調整、バイプリズム４４の上流側のクロスオーバー位置の調整、およびバイプリズム４４の下流側の像面の倍率の調整を行う。
【0179】
４．３． 電子光学系の調整方法
第４実施形態に係る電子顕微鏡における制御部６０の調整処理は、収差以外のパラメータの調整処理が異なる点を除いて、上述した図１４に示す第３実施形態に係る電子顕微鏡における制御部６０の調整処理と同様でありその説明を省略する。
第４実施形態に係る電子顕微鏡における制御部６０の調整処理は、収差以外のパラメータの調整処理が異なる点を除いて、上述した図１４に示す第３実施形態に係る電子顕微鏡における制御部６０の調整処理と同様でありその説明を省略する。
【0180】
４．４． 効果
第４実施形態に係る電子顕微鏡の電子光学系２の調整方法では、多極子と転送光学系が交互に配置され、４段の多極子を有する収差補正装置２６を含む電子光学系２を備えた電子顕微鏡における電子光学系２の調整方法であって、少なくとも１つの多極子を使用せずに、少なくとも２つの多極子を使用して収差を補正し、使用した多極子間に配置されていない転送光学系を用いて収差以外の結像光学系４０のパラメータを調整する。したがって、装置を大型化させることなく、電子光学系２の調整の自由度を向上できる。
第４実施形態に係る電子顕微鏡の電子光学系２の調整方法では、多極子と転送光学系が交互に配置され、４段の多極子を有する収差補正装置２６を含む電子光学系２を備えた電子顕微鏡における電子光学系２の調整方法であって、少なくとも１つの多極子を使用せずに、少なくとも２つの多極子を使用して収差を補正し、使用した多極子間に配置されていない転送光学系を用いて収差以外の結像光学系４０のパラメータを調整する。したがって、装置を大型化させることなく、電子光学系２の調整の自由度を向上できる。
【0181】
第４実施形態に係る電子顕微鏡は、収差補正装置２６の全部の多極子を用いて収差が調整される第１モードと、少なくとも１つの多極子を使用せずに、少なくとも２つの多極子を使用して収差が調整され、使用した多極子間に配置されていない転送光学系を用いて収差以外の結像光学系４０のパラメータが調整される第２モードと、を備える。したがって、第１モードを用いて高分解能のＴＥＭ像を取得でき、第２モードを用いて電子光学系２の様々なパラメータを調整できる。また、第４実施形態に係る電子顕微鏡では、装置を大型化させることなく、電子光学系２の調整の自由度を向上できる。
【0182】
４．５． 変形例
第３実施形態に係る電子顕微鏡では、収差補正装置２６が照射光学系２０に組み込まれ、第４実施形態に係る電子顕微鏡では、収差補正装置４２が結像光学系４０に組み込まれたが、照射光学系２０に収差補正装置２６が組み込まれ、かつ、結像光学系４０に収差補正装置４２が組み込まれてもよい。
第３実施形態に係る電子顕微鏡では、収差補正装置２６が照射光学系２０に組み込まれ、第４実施形態に係る電子顕微鏡では、収差補正装置４２が結像光学系４０に組み込まれたが、照射光学系２０に収差補正装置２６が組み込まれ、かつ、結像光学系４０に収差補正装置４２が組み込まれてもよい。
【0183】
５． 変形例
上述した第１～第４実施形態では、本発明に係る荷電粒子線装置が電子線を制御する電子光学系２を備えた電子顕微鏡である場合について説明したが、本発明に係る荷電粒子線装置は荷電粒子線を制御する荷電粒子光学系を備えた荷電粒子線装置であればよい。電子
線以外の荷電粒子線としては、例えば、イオンビームが挙げられる。
上述した第１～第４実施形態では、本発明に係る荷電粒子線装置が電子線を制御する電子光学系２を備えた電子顕微鏡である場合について説明したが、本発明に係る荷電粒子線装置は荷電粒子線を制御する荷電粒子光学系を備えた荷電粒子線装置であればよい。電子
線以外の荷電粒子線としては、例えば、イオンビームが挙げられる。
【0184】
また、上述した第１～第４実施形態では、多極子が磁場６極子場を発生させる場合について説明したが、多極子は電場６極子場を発生させてもよいし、磁場６極子場と電場６極子場の重畳場を発生させてもよい。
【0185】
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。
【0186】
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。
【符号の説明】
【0187】
２…電子光学系、１０…電子源、２０…照射光学系、２１…コンデンサーレンズ、２２…コンデンサーレンズ、２３…コンデンサー絞り、２４…偏向器、２５…コンデンサーレンズ、２６…収差補正装置、２８…前方磁界、３０…試料ステージ、３２…試料ホルダー、４０…結像光学系、４１…後方磁界、４２…収差補正装置、４３…倍率調整レンズ、４４…バイプリズム、４５…中間レンズ、４６…中間レンズ、５０…ＳＴＥＭ検出器、５２…分割型検出器、５３…検出面、５４…検出器、６０…制御部、１００…電子顕微鏡、２００…電子顕微鏡、２６０ａ…第１多極子、２６０ｂ…第２多極子、２６０ｃ…第３多極子、２６０ｄ…第４多極子、２６２ａ…第１転送光学系、２６２ｂ…第２転送光学系、２６２ｃ…第３転送光学系、２６２ｄ…第４転送光学系、４２０ａ…第１多極子、４２０ｂ…第２多極子、４２０ｃ…第３多極子、４２０ｄ…第４多極子、４２２ａ…第１転送光学系、４２２ｂ…第２転送光学系、４２２ｃ…第３転送光学系、４２２ｄ…第４転送光学系
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】