JP2008059881A - 収差補正方法および電子線装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 Cs補正装置17を動作させると、寄生収差S3(2回対称3次収差S3)が発生する。そこで図1の装置においては、その寄生収差S3を打ち消す2回対称3次収差S3を多極子7内で新たに発生させることにより、寄生収差S3を補正するようにしている。すなわち、6極場を発生している多極子7内で電子線EBを光軸Oに対して傾斜させることにより、その傾斜された電子線EBを構成する各電子に対して、新たな2回対称3次収差S3を導入している。
【選択図】 図1
Description
そこで本発明の目的は、2回対称3次収差S3を補正する方法および電子線装置を提供することにある。
また、図1において、18はx方向偏向用励磁電流源である。このx方向偏向用励磁電流源18は、図2に示すように、磁極M4とM10に共通に巻かれたコイルC1に励磁電流を流すための電源である。このようにコイルC1に電流を流すと、磁極M4とM10間にx偏向場が形成され、光軸O上およびその付近を進行する電子線はそのx偏向場によってx方向に偏向される。なお、コイルC1は、他のコイルとは独立して磁極M4,M10に巻かれている。
また、図1において、19はy方向偏向用励磁電流源である。このy方向偏向用励磁電流源19は、図2に示すように、磁極M1とM7に共通に巻かれたコイルC2に励磁電流を流すための電源である。このようにコイルC2に電流を流すと、磁極M1とM7間にy偏向場が形成され、光軸O上およびその付近を進行する電子線はそのy偏向場によってy方向に偏向される。なお、コイルC2は、他のコイルとは独立して磁極M1,M7に巻かれている。
また、図1において、20は制御手段である。制御手段20は、x方向偏向用励磁電流源18とy方向偏向用励磁電流源19を制御するためのものである。
以上、図1の装置構成を説明した。なお、この図1の装置において、本発明の「第1の偏向手段」は、磁極M4とM10とコイルC1とx方向偏向用励磁電流源18、および、磁極M1とM7とコイルC2とy方向偏向用励磁電流源19で構成される(図2参照)。また、図1の装置において、本発明の「第2の偏向手段」は、偏向コイル8と偏向コイル9で構成される。これらの偏向コイル8,9は、電子線をxおよびy方向に偏向可能に構成されている。
以下、図1の透過型電子顕微鏡の動作説明を行う。
電子銃1で発生した電子線EBは集束レンズ2で集束され、集束された電子線EBは光軸O上を通ってCs補正装置17に入射する。このCs補正装置によって、すなわち、多極子3と多極子7の発生する6極場によって、対物レンズ10の球面収差(Cs)は補正される。
さて、Cs補正装置17を動作させると、上述した寄生収差S3(2回対称3次収差S3)が発生する。そこで図1の装置においては、その寄生収差S3を打ち消す2回対称3次収差S3を多極子7内で新たに発生させることにより、寄生収差S3を補正するようにしている。
すなわち、光軸O上に沿って多極子7に入射した電子線EBは、多極子7の磁極M4,M10間に発生している前記x偏向場と、多極子7の磁極M1,M7間に発生している前記y偏向場によって、所定の方向に所定の大きさだけ偏向される。この偏向により、多極子7に軸上入射した電子線EBの中心軌道は、Cs補正6極場を発生している多極子7内で光軸Oに対してθ傾斜する。
このように、6極場を発生している多極子7内で電子線EBを光軸Oに対して傾斜させると、その傾斜された電子線EBを構成する各電子に対し、2回対称3次収差S3が多極子7内で導入される。すなわち、電子線EBが多極子7内を傾斜して進行する過程において、各電子に対し、寄生収差S3とは別に新たな2回対称3次収差S3(以後、収差S3’という)が発生する。このことは本件発明者が実験により見出したものであり、図1の装置は、寄生収差S3を打ち消す収差S3’を新たに発生させて、寄生収差S3を補正するようにしたものである。
さて、寄生収差S3を打ち消す収差S3’をつくるには、収差S3’の大きさと位相角(方向)を任意に変えられることが必要である。この点に関しては、本件発明者は実験により以下の(1)(2)の点を見出した。
(1)収差S3’の大きさは、電子線EBの多極子7中での傾斜の大きさに依存し、図1の傾斜角θを大きくすればするほど、発生する収差S3’の大きさは大きくなる。すなわち、図2に示した多極子7において、多極子7に軸上入射(光軸O上に沿って入射)した電子線EBを偏向用磁極M4,M10,M1,M7によってどれ位大きく外へ振るかによって、発生する収差S3’の大きさは変わってくる。
(2)収差S3’の位相角は、電子線EBの多極子7中での傾斜の方向に依存する。すなわち、図2に示した多極子7において、多極子7に軸上入射した電子線EBを偏向用磁極M4,M10,M1,M7によって何時の方向に曲げるかによって、発生する収差S3’の位相角は変わってくる。
そこで図1の装置では、制御手段20は、寄生収差S3を打ち消す収差S3’を多極子7内で発生させるための制御信号Tとして、多極子7内で電子線EBをどの方向にどの程度の大きさ傾斜させるかを表した制御信号Tを、x方向偏向用励磁電流源18とy方向偏向用励磁電流源19に送る。x方向偏向用励磁電流源18とy方向偏向用励磁電流源19は、それぞれ、その制御信号Tに基づいてコイルC1とC2(図2参照)に流れる電流を制御するので、前記制御信号Tに対応したx偏向場が磁極M4,M10間に発生すると共に、前記制御信号Tに対応したy偏向場が磁極M1,M7間に発生する。
これらのx偏向場とy偏向場により、多極子7に軸上入射した電子線EBは、寄生収差S3を打ち消す収差S3’が多極子7内で発生するように傾斜される(図1参照)。そして、多極子7を出射した電子線EBは、偏向コイル8と9で光軸O上に振り戻され、電子線EBは対物レンズ10に軸上入射する。そして、対物レンズ10を出射した電子線EBは試料11を照射する。
なお、上述した制御信号Tは、事前に求められて制御手段20に設定されている。その制御信号Tの求め方としては、たとえば、次の方法がある。すなわち、試料11をセットしない状態で電子線EBのスポット形状を蛍光スクリーン16上で観察し、観察している電子線EBのスポット形状が円形になるように(すなわち、光学系全体として寄生収差S3がゼロとなるように)、x方向偏向用励磁電流源18とy方向偏向用励磁電流源19を制御して電子線EBの傾きの大きさと方向を設定する。
以上、図1の装置の動作説明を行った。上述したように、図1の装置では、対物レンズ10の球面収差(Cs)と共に寄生収差S3も補正されるので、試料11を照射する電子線EBの径を極めて小さくすることができる。このため、高分解能のSTEM像観察が可能となる。また、微小領域の分析(特性X線分析など)が可能となる。
なお、ここで、上述した収差S3’の発生について補足しておく。
図1に示したように、多極子7に軸上入射した電子線EBは、多極子7内を進むにつれて徐々に光軸Oから離れて行く。この際、多極子7内にはCs補正6極場が発生しているので、電子はその6極場の影響を受けながら徐々に光軸Oから離れて行く。このように電子が6極場の影響を受けながら徐々に光軸Oから離れて行く条件下においては、電子は多極子7内を進むに従って4極場の影響を次第に強く受ける。このことは、電子が多極子7内で「4極場のフリンジ項」の影響を受けていることに相当し、その結果、多極子7内を光軸Oに対して傾斜して進行する電子には収差S3’(2回対称3次収差S3)が導入される。なお、電子線EBを多極子7内で光軸Oに対して傾斜させると、収差S3’と共に2回対称1次収差A1も新たに発生するが、図1の装置においてこの収差A1は、たとえば既存の非点補正コイル(図示せず)にて補正される。
次に、本発明の他の例を図3を用いて説明する。図3の構成において、図1と同じ構成要素には図1と同じ番号を付けており、その説明を省略する。
図3において、21,22は偏向コイルであり、偏向コイル21は伝達レンズ4,6間に配置され、偏向コイル22は伝達レンズ6と多極子7間に配置されている。偏向コイル21,22はそれぞれ、電子線EBをx,y方向に偏向できるように構成されている。
23は偏向用励磁電流源であり、偏向用励磁電流源23は、偏向コイル21,22に励磁電流を流すためのものである。また、24は制御手段であり、制御手段24は、偏向用励磁電流源23を制御するものである。
このような構成の透過型電子顕微鏡の動作を以下に説明する。
上述した図1の装置では多極子7内で新たな収差S3’を発生させたが、その点においては図3の装置も同じである。ただ、図3の装置においては、多極子7内を通る光軸Oに対して(多極子7の中点mに対して)電子線EBが傾きθをもって入射するように、偏向コイル21,22で電子線EBを偏向させている。このように電子線EBが多極子7に傾きをもって入射すると、図1の装置の場合と同じように、多極子7内を光軸Oに対して傾斜して進行する電子には収差S3’が導入される。そして、図3の装置においては、前記寄生収差S3を打ち消す収差S3’が発生するように、電子線EBの多極子7への入射方向および入射角度が制御される。その入射方向および入射角度に関する制御信号は制御手段24から偏向用励磁電流源23に供給され、偏向用励磁電流源23はその制御信号に基づいて偏向コイル21,22に流れる電流を制御する。
なお、図3の装置においては、偏向コイル21,22と偏向用励磁電流源23で「第1の偏向手段」が構成されている。また、図3の装置においては、多極子7に斜め入射した電子線EBは、多極子7(第2の偏向手段)の磁極M1,M4,M7,M10によりつくられる前記xy偏向場によって光軸O上に振り戻され、電子線EBは対物レンズ10に軸上入射する。
次に、本発明の他の例を図4を用いて説明する。図4の構成において、図1と同じ構成要素には図1と同じ番号を付けており、その説明を省略する。
図4において、25,26は偏向コイルであり、偏向コイル25,26は集束レンズ2と多極子3間に配置されている。偏向コイル25,26はそれぞれ、電子線EBをx,y方向に偏向できるように構成されている。
27は偏向用励磁電流源であり、偏向用励磁電流源27は、偏向コイル25,26に励磁電流を流すためのものである。また、28は制御手段であり、制御手段28は、偏向用励磁電流源27を制御するものである。
このような構成の透過型電子顕微鏡の動作を以下に説明する。
上述した図1,3の装置では多極子7内で新たな収差S3’を発生させたが、図4の装置では、多極子3内で収差S3’を新たに発生させている。すなわち、図3の装置においては、多極子3内を通る光軸Oに対して(多極子3の中点jに対して)電子線EBが傾きθをもって入射するように、偏向コイル25,26で電子線EBを偏向させている。このように電子線EBが多極子3に傾きをもって入射すると、図3の装置の場合と同じように、多極子3内を光軸Oに対して傾斜して進行する電子には収差S3’が導入される。そして、図4の装置においては、前記寄生収差S3を打ち消す収差S3’が発生するように、電子線EBの多極子3への入射方向および入射角度が制御される。その入射方向および入射角度に関する制御信号は制御手段28から偏向用励磁電流源27に供給され、偏向用励磁電流源27はその制御信号に基づいて偏向コイル25,26に流れる電流を制御する。
なお、図4の装置においては、偏向コイル25,26と偏向用励磁電流源27で「第1の偏向手段」が構成されている。また、図4の装置においては、多極子3に斜め入射した電子線EBは、多極子3(第2の偏向手段)の磁極によりつくられるxy偏向場によって光軸O上に振り戻される。
以上、本発明の例を図1〜図4を用いて説明したが、本発明はこれらの例に限定されるものではない。
たとえば、上記例は、透過型電子顕微鏡の照射系にCs補正装置を配置したものであるが、その結像系にもCs補正装置を組み込んで本発明を適用するようにしてもよい。また、その結像系のみにCs補正装置を組み込んで本発明を適用するようにしてもよい。すなわち、図1の装置において、Cs補正装置17を対物レンズ12と中間レンズ13間にも配置し、図1の場合と同様、結像系の第2の多極子7(中間レンズ側の多極子)で電子線EBを傾斜させて寄生収差S3を補正するようにしてもよい。そして、この場合、その第2の多極子7の電子線出射側に配置された偏向コイルによって、電子線EBは光軸O上に振り戻される。
また、図1の装置において、Cs補正装置17を対物レンズ12と中間レンズ13間にも配置すると共に、そのCs補正装置17内に偏向レンズを組み込み、図3の場合と同様、結像系の第2の多極子7(中間レンズ側の多極子)に電子線EBを斜めに入射させて寄生収差S3を補正するようにしてもよい。
また、図1の装置において、Cs補正装置17を対物レンズ12と中間レンズ13間にも配置すると共に、Cs補正装置17と対物レンズ12間に偏向レンズを配置し、図4の場合と同様、結像系の第1の多極子3(対物レンズ12側の多極子)に電子線EBを斜めに入射させて寄生収差S3を補正するようにしてもよい。
このようにCs補正装置を透過型電子顕微鏡の結像系に配置して本発明を適用すれば、対物レンズ12の球面収差(Cs)と共に寄生収差S3も補正されるので、高分解能のTEM像を得ることができる。
また、本発明を透過型電子顕微鏡以外の電子線装置に適用することができ、たとえば、本発明を走査型電子顕微鏡や電子線露光装置などにも適用することができる。
Claims (8)
- 第1の多極子と第2の多極子の間に伝達レンズを配置した球面収差補正装置を備えた電子線装置において、
2回対称3次収差(S3)が補正されるように、第1の多極子内または第2の多極子内で電子線の中心軌道を光軸に対して傾斜させるようにしたことを特徴とする収差補正方法。 - 第1の多極子と第2の多極子の間に伝達レンズを配置した球面収差補正装置を備えた電子線装置において、
電子線の中心軌道が第1の多極子内または第2の多極子内で光軸に対して傾斜するように、電子線を偏向させる第1の偏向手段と、
前記第1の偏向手段を制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、2回対称3次収差(S3)を補正するための制御信号として、前記第1または第2の多極子内で電子線をどの方向にどの程度傾斜させるかを表した制御信号を前記第1の偏向手段に供給する
ことを特徴とする電子線装置。 - 第1の多極子から出射した電子線の中心軌道が、第2の多極子内で光軸に対して傾斜するように、第2の多極子により形成される多極子場によって電子線を偏向させることを特徴とする請求項2記載の電子線装置。
- 第2の多極子の電子線出射側に配置した第2の偏向手段により、電子線を光軸上に振り戻すようにしたことを特徴とする請求項3記載の電子線装置。
- 第1の多極子から出射した電子線が、第2の多極子内を通る光軸に対して傾きをもって入射するように、第1の多極子と第2の多極子の間に配置した前記第1の偏向手段によって電子線を偏向させることを特徴とする請求項2記載の電子線装置。
- 第2の多極子により形成される多極子場により、電子線を光軸上に振り戻すようにしたことを特徴とする請求項5記載の電子線装置。
- 電子線が第1の多極子側から第2の多極子側に向かって進行する請求項2記載の電子線装置において、
電子線が第1の多極子内を通る光軸に対して傾きをもって入射するように、第1の多極子の電子線入射側に配置した前記第1の偏向手段によって電子線を偏向させることを特徴とする電子線装置。 - 第1の多極子により形成される多極子場により、電子線を光軸上に振り戻すようにしたことを特徴とする請求項7記載の電子線装置。
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