電子顕微鏡
【課題】 残留収差を発生させることなく、色収差と球面収差を補正することができる電子顕微鏡を提供する。
【解決手段】 色収差補正光学系２７と球面収差補正光学系２８が接続系２９を介して直列に接続されている（タンデム式）。つまり、色収差補正光学系２７と球面収差補正光学系２８は独立して構成されており、色収差と球面収差は別々に補正される。
【解決手段】 色収差補正光学系２７と球面収差補正光学系２８が接続系２９を介して直列に接続されている（タンデム式）。つまり、色収差補正光学系２７と球面収差補正光学系２８は独立して構成されており、色収差と球面収差は別々に補正される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電子顕微鏡に関し、特に、色収差と球面収差を補正することができる電子顕微鏡に関する。
【背景技術】
【０００２】
色収差（Ｃc）や球面収差（Ｃs）を補正できれば、高分解能の電子顕微鏡観察を行うことができる。下記非特許文献１には、色収差と球面収差を同時に補正することができる収差補正光学系が記載されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】H. Rose, J. Electron Microsc. 58, 77（2009）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、非特許文献１のように色収差補正と球面収差補正を同時に行う光学系では、異なる性質の収差（色収差と球面収差）を同時に補正するため、片方の収差補正にとつては余計な電子線軌道変化を与えてしまうこととなり、コマ収差やスター収差等の残留収差が発生してしまう。これでは、高分解能の電子顕微鏡像は得られない。
【０００５】
本発明はこのような点に鑑みて成されたものであり、その目的は、残留収差を発生させることなく、色収差と球面収差を補正することができる電子顕微鏡を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成する本発明の電子顕微鏡は、色収差補正光学系と、前記色収差補正光学系と独立して構成され、前記色収差補正光学系に直列に接続された球面収差補正光学系を備えている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、残留収差を発生させることなく、色収差と球面収差を補正することができる電子顕微鏡を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の電子顕微鏡の一例を示したものである。
【図２】図１の装置を用いて得た実験データを示したものである。
【図３】図１の装置を用いて得た実験データを示したものである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を用いて本発明の実施の形態について説明する。
【００１０】
図１は本発明の電子顕微鏡の一例を示した図である。
【００１１】
図１において、１は電子銃である。そして、電子銃１の後段には、電子銃側から順に、集束レンズ２、偏向レンズ３、試料４、対物レンズ５、対物ミニレンズ（転送レンズ）６、対物ミニレンズ（転送レンズ）７、４極子場発生多極子８、転送レンズ９、回転補正レンズ１０、転送レンズ１１、４極子場発生多極子１２、転送レンズ１３、回転補正レンズ１４、転送レンズ１５、前段の多極子１６、転送レンズ１７、転送レンズ１８、中段の多極子１９、転送レンズ２０、転送レンズ２１、後段の多極子２２、ポストコレクタレンズ２３、中間レンズ２４、投影レンズ２５、撮像装置２６が配置されている。
【００１２】
上述した４極子場発生多極子８と転送レンズ９と回転補正レンズ１０と転送レンズ１１と４極子場発生多極子１２で色収差補正光学系２７が構成されており、図１の装置における系全体の色収差は色収差補正光学系２７で補正される。この色収差補正光学系２７には特開２００８−１２３９９９号公報に記載されている色収差補正装置が採用されている。なお、色収差補正光学系２７における回転補正レンズ１０は、４極子場発生多極子８で発生した４極子場と４極子場発生多極子１２で発生した４極子場の回転関係を補正するものである。
【００１３】
また、上述した前段の多極子１６と転送レンズ１７と転送レンズ１８と中段の多極子１９と転送レンズ２０と転送レンズ２１と後段の多極子２２で球面収差補正光学系２８が構成されており、図１の装置における系全体の球面収差は球面収差補正光学系２８で補正される。この球面収差補正光学系２８には特開２００９−５４５６５号公報に記載されている球面収差補正装置が採用されている。
【００１４】
また、上述した転送レンズ１３と回転補正レンズ１４と転送レンズ１５で接続系２９が構成されている。この転送レンズから成る接続系２９は、前記色収差補正光学系２７と球面収差補正光学系２８を光学的に結合させるものである。接続系２９における転送レンズ１３，１５は、４極子場発生多極子１２で得られた像と等価な像を球面収差補正光学系２８の前段多極子１６に転送するものである。また、接続系２９における回転補正レンズ１４は、上述した回転補正レンズ１０と同様な働きをし、４極子場発生多極子１２で発生した４極子場と前段多極子１６で発生した３回対称場の回転関係を補正するものである。
【００１５】
このように図１の電子顕微鏡においては、色収差補正光学系２７と球面収差補正光学系２８が接続系２９を介して直列に接続されている（タンデム式）。つまり、色収差補正光学系２７と球面収差補正光学系２８は独立して構成されており、色収差と球面収差は別々に補正される。この点が本発明の特徴であり、上述した非特許文献１とは異なるところである。
【００１６】
以上、図１の装置構成を説明した。以下、図１の装置の動作説明を行う。
【００１７】
電子銃１からの電子線は試料４を照射し、試料４を透過した電子線は、対物レンズ５，対物ミニレンズ６，７のレンズ作用を受けて色収差補正光学系２７に入射する。電子線に含まれる色収差は、色収差補正光学系２７の４極子場発生多極子８，１２がそれぞれ発生する４極子場によって補正される。この色収差補正系２７は、特開２００８−１２３９９９号公報に記載されているように、厚みのある４極子場が持つ凹レンズ効果を利用したＣｃコレクタである。
【００１８】
色収差補正光学系２７を出射した電子線は、接続系２９の転送レンズ１３，１５によって球面収差補正光学系２８に転送される。電子線に含まれる球面収差は、多極子１６，１９，２２がそれぞれ発生する３回対称場によって補正される。すなわち、特開２００９−５４５６５号公報に記載されているように、多極子１９，２２で発生する３回対称場が多極子１６で発生する３回対称場に対して所定角度回転されて、球面収差が補正される。
【００１９】
そして、球面収差補正光学系２８を出射した電子線はポストコレクタレンズ２３，中間レンズ２４，投影レンズ２５のレンズ作用を受け、拡大された試料像（ＴＥＭ像）が撮像手段２６で撮像される。
【００２０】
以上、図１の装置の動作説明を行った。上記のように、この装置においては、色収差は色収差補正光学系２７において独立に補正される。また、球面収差は球面収差補正光学系２８において独立に補正される。このため、図１の装置においては、片方の収差補正に対して余計な電子線軌道変化を与えてしまうという従来の問題は発生せず、コマ収差やスター収差等の残留収差（色収差補正光学系と球面収差補正光学系の電子線軌道干渉による付随する収差）は発生しない。その結果、撮像手段２６で撮像されたＴＥＭ像には色収差と球面収差と残留収差の影響は現れず、高分解能のＴＥＭ像を取得して観察することができる。
【００２１】
さて、図２と図３は、図１の装置を用いて得た実験データを示したものであり、色収差補正光学系２７と球面収差補正光学系２８を動作させた状態で得た実験データを示したものである。図２は、図１の装置では色収差が補正されていることを説明するために用意した図である。一方、図３は、図１の装置では球面収差が補正されていて、かつ、コマ収差やスター収差等の残留収差が発生していないことを説明するために用意した図である。
【００２２】
図２について詳しく説明すると、図２（ａ）〜（ｃ）の像はDiffractogramである。このDiffractogramは、アモルファス薄膜（試料４）のＴＥＭ像を前記撮像手段２６で撮像し、そのＴＥＭ像をフーリエ変換して得た像である。図２（ａ）のDiffractogramは、加速電圧を２９．９７５ｋＶに設定して撮像したＴＥＭ像によるものである。また、図２（ｂ）のDiffractogramは加速電圧を３０ｋＶに設定して撮像したＴＥＭ像によるものであり、図２（ｃ）のDiffractogramは加速電圧を３０．０２５ｋＶに設定して撮像したＴＥＭ像によるものである。このように加速電圧が変わってもDiffractogramの形状は変化しておらず、加速電圧が変わってもフォーカスが一定であることが示されている。これは、色収差補正光学系２８によって色収差が補正されていることを証明するものである。
【００２３】
次に図３について説明する。図３はDiffractogram Tableauと呼ばれるものであり、アモルファス薄膜（試料４）に対して電子線を複数の異なった角度で入射させ、それぞれの入射角度において得られたDiffractogramを並べて表示させたものである。図３から分かるように、電子線を傾斜させても、全て（３３枚）のDiffractogramの形状は丸く真円である。これは、球面収差補正光学系２８によって球面収差が補正されていて、かつ、コマ収差やスター収差等の残留収差が発生していないことを証明するものである。なお、球面収差が補正されていなかったり、残留収差が発生していると、電子線を傾斜させると図３におけるDiffractogramが真円でなくなる。
【００２４】
以上、図１〜３を用いて本発明の一例を説明したが、本発明はこの例に限定されるものではない。たとえば、図１の装置における色収差補正光学系２７と球面収差補正光学系２８の位置を入れ替えてもよい。
【００２５】
また、上記例では、試料より後段の結像系に色収差補正光学系２７と球面収差補正光学系２８を配置したが、試料より上段の照射系にそれらを配置するようにしてもよい。その場合にも、前記同様に色収差補正光学系２７と球面収差補正光学系２８の位置を入れ替えて、球面収差補正光学系２８を電子銃側に配置してもよい。
【符号の説明】
【００２６】
１…電子銃、２…集束レンズ、３…偏向レンズ、４…試料、５…対物レンズ、６…対物ミニレンズ、７…対物ミニレンズ、８…４極子場発生多極子、９…転送レンズ、１０…回転補正レンズ、１１…転送レンズ、１２…４極子場発生多極子、１３…転送レンズ、１４…回転補正レンズ、１５…転送レンズ、１６…前段の多極子、１７…転送レンズ、１８…転送レンズ、１９…中段の多極子、２０…転送レンズ、２１…転送レンズ、２２…後段の多極子、２３…ポストコレクタレンズ、２４…中間レンズ、２５…投影レンズ、２６…撮像手段、２７…色収差補正光学系、２８…球面収差補正光学系、２９…接続系
【技術分野】
【０００１】
本発明は電子顕微鏡に関し、特に、色収差と球面収差を補正することができる電子顕微鏡に関する。
【背景技術】
【０００２】
色収差（Ｃc）や球面収差（Ｃs）を補正できれば、高分解能の電子顕微鏡観察を行うことができる。下記非特許文献１には、色収差と球面収差を同時に補正することができる収差補正光学系が記載されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】H. Rose, J. Electron Microsc. 58, 77（2009）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、非特許文献１のように色収差補正と球面収差補正を同時に行う光学系では、異なる性質の収差（色収差と球面収差）を同時に補正するため、片方の収差補正にとつては余計な電子線軌道変化を与えてしまうこととなり、コマ収差やスター収差等の残留収差が発生してしまう。これでは、高分解能の電子顕微鏡像は得られない。
【０００５】
本発明はこのような点に鑑みて成されたものであり、その目的は、残留収差を発生させることなく、色収差と球面収差を補正することができる電子顕微鏡を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成する本発明の電子顕微鏡は、色収差補正光学系と、前記色収差補正光学系と独立して構成され、前記色収差補正光学系に直列に接続された球面収差補正光学系を備えている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、残留収差を発生させることなく、色収差と球面収差を補正することができる電子顕微鏡を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の電子顕微鏡の一例を示したものである。
【図２】図１の装置を用いて得た実験データを示したものである。
【図３】図１の装置を用いて得た実験データを示したものである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を用いて本発明の実施の形態について説明する。
【００１０】
図１は本発明の電子顕微鏡の一例を示した図である。
【００１１】
図１において、１は電子銃である。そして、電子銃１の後段には、電子銃側から順に、集束レンズ２、偏向レンズ３、試料４、対物レンズ５、対物ミニレンズ（転送レンズ）６、対物ミニレンズ（転送レンズ）７、４極子場発生多極子８、転送レンズ９、回転補正レンズ１０、転送レンズ１１、４極子場発生多極子１２、転送レンズ１３、回転補正レンズ１４、転送レンズ１５、前段の多極子１６、転送レンズ１７、転送レンズ１８、中段の多極子１９、転送レンズ２０、転送レンズ２１、後段の多極子２２、ポストコレクタレンズ２３、中間レンズ２４、投影レンズ２５、撮像装置２６が配置されている。
【００１２】
上述した４極子場発生多極子８と転送レンズ９と回転補正レンズ１０と転送レンズ１１と４極子場発生多極子１２で色収差補正光学系２７が構成されており、図１の装置における系全体の色収差は色収差補正光学系２７で補正される。この色収差補正光学系２７には特開２００８−１２３９９９号公報に記載されている色収差補正装置が採用されている。なお、色収差補正光学系２７における回転補正レンズ１０は、４極子場発生多極子８で発生した４極子場と４極子場発生多極子１２で発生した４極子場の回転関係を補正するものである。
【００１３】
また、上述した前段の多極子１６と転送レンズ１７と転送レンズ１８と中段の多極子１９と転送レンズ２０と転送レンズ２１と後段の多極子２２で球面収差補正光学系２８が構成されており、図１の装置における系全体の球面収差は球面収差補正光学系２８で補正される。この球面収差補正光学系２８には特開２００９−５４５６５号公報に記載されている球面収差補正装置が採用されている。
【００１４】
また、上述した転送レンズ１３と回転補正レンズ１４と転送レンズ１５で接続系２９が構成されている。この転送レンズから成る接続系２９は、前記色収差補正光学系２７と球面収差補正光学系２８を光学的に結合させるものである。接続系２９における転送レンズ１３，１５は、４極子場発生多極子１２で得られた像と等価な像を球面収差補正光学系２８の前段多極子１６に転送するものである。また、接続系２９における回転補正レンズ１４は、上述した回転補正レンズ１０と同様な働きをし、４極子場発生多極子１２で発生した４極子場と前段多極子１６で発生した３回対称場の回転関係を補正するものである。
【００１５】
このように図１の電子顕微鏡においては、色収差補正光学系２７と球面収差補正光学系２８が接続系２９を介して直列に接続されている（タンデム式）。つまり、色収差補正光学系２７と球面収差補正光学系２８は独立して構成されており、色収差と球面収差は別々に補正される。この点が本発明の特徴であり、上述した非特許文献１とは異なるところである。
【００１６】
以上、図１の装置構成を説明した。以下、図１の装置の動作説明を行う。
【００１７】
電子銃１からの電子線は試料４を照射し、試料４を透過した電子線は、対物レンズ５，対物ミニレンズ６，７のレンズ作用を受けて色収差補正光学系２７に入射する。電子線に含まれる色収差は、色収差補正光学系２７の４極子場発生多極子８，１２がそれぞれ発生する４極子場によって補正される。この色収差補正系２７は、特開２００８−１２３９９９号公報に記載されているように、厚みのある４極子場が持つ凹レンズ効果を利用したＣｃコレクタである。
【００１８】
色収差補正光学系２７を出射した電子線は、接続系２９の転送レンズ１３，１５によって球面収差補正光学系２８に転送される。電子線に含まれる球面収差は、多極子１６，１９，２２がそれぞれ発生する３回対称場によって補正される。すなわち、特開２００９−５４５６５号公報に記載されているように、多極子１９，２２で発生する３回対称場が多極子１６で発生する３回対称場に対して所定角度回転されて、球面収差が補正される。
【００１９】
そして、球面収差補正光学系２８を出射した電子線はポストコレクタレンズ２３，中間レンズ２４，投影レンズ２５のレンズ作用を受け、拡大された試料像（ＴＥＭ像）が撮像手段２６で撮像される。
【００２０】
以上、図１の装置の動作説明を行った。上記のように、この装置においては、色収差は色収差補正光学系２７において独立に補正される。また、球面収差は球面収差補正光学系２８において独立に補正される。このため、図１の装置においては、片方の収差補正に対して余計な電子線軌道変化を与えてしまうという従来の問題は発生せず、コマ収差やスター収差等の残留収差（色収差補正光学系と球面収差補正光学系の電子線軌道干渉による付随する収差）は発生しない。その結果、撮像手段２６で撮像されたＴＥＭ像には色収差と球面収差と残留収差の影響は現れず、高分解能のＴＥＭ像を取得して観察することができる。
【００２１】
さて、図２と図３は、図１の装置を用いて得た実験データを示したものであり、色収差補正光学系２７と球面収差補正光学系２８を動作させた状態で得た実験データを示したものである。図２は、図１の装置では色収差が補正されていることを説明するために用意した図である。一方、図３は、図１の装置では球面収差が補正されていて、かつ、コマ収差やスター収差等の残留収差が発生していないことを説明するために用意した図である。
【００２２】
図２について詳しく説明すると、図２（ａ）〜（ｃ）の像はDiffractogramである。このDiffractogramは、アモルファス薄膜（試料４）のＴＥＭ像を前記撮像手段２６で撮像し、そのＴＥＭ像をフーリエ変換して得た像である。図２（ａ）のDiffractogramは、加速電圧を２９．９７５ｋＶに設定して撮像したＴＥＭ像によるものである。また、図２（ｂ）のDiffractogramは加速電圧を３０ｋＶに設定して撮像したＴＥＭ像によるものであり、図２（ｃ）のDiffractogramは加速電圧を３０．０２５ｋＶに設定して撮像したＴＥＭ像によるものである。このように加速電圧が変わってもDiffractogramの形状は変化しておらず、加速電圧が変わってもフォーカスが一定であることが示されている。これは、色収差補正光学系２８によって色収差が補正されていることを証明するものである。
【００２３】
次に図３について説明する。図３はDiffractogram Tableauと呼ばれるものであり、アモルファス薄膜（試料４）に対して電子線を複数の異なった角度で入射させ、それぞれの入射角度において得られたDiffractogramを並べて表示させたものである。図３から分かるように、電子線を傾斜させても、全て（３３枚）のDiffractogramの形状は丸く真円である。これは、球面収差補正光学系２８によって球面収差が補正されていて、かつ、コマ収差やスター収差等の残留収差が発生していないことを証明するものである。なお、球面収差が補正されていなかったり、残留収差が発生していると、電子線を傾斜させると図３におけるDiffractogramが真円でなくなる。
【００２４】
以上、図１〜３を用いて本発明の一例を説明したが、本発明はこの例に限定されるものではない。たとえば、図１の装置における色収差補正光学系２７と球面収差補正光学系２８の位置を入れ替えてもよい。
【００２５】
また、上記例では、試料より後段の結像系に色収差補正光学系２７と球面収差補正光学系２８を配置したが、試料より上段の照射系にそれらを配置するようにしてもよい。その場合にも、前記同様に色収差補正光学系２７と球面収差補正光学系２８の位置を入れ替えて、球面収差補正光学系２８を電子銃側に配置してもよい。
【符号の説明】
【００２６】
１…電子銃、２…集束レンズ、３…偏向レンズ、４…試料、５…対物レンズ、６…対物ミニレンズ、７…対物ミニレンズ、８…４極子場発生多極子、９…転送レンズ、１０…回転補正レンズ、１１…転送レンズ、１２…４極子場発生多極子、１３…転送レンズ、１４…回転補正レンズ、１５…転送レンズ、１６…前段の多極子、１７…転送レンズ、１８…転送レンズ、１９…中段の多極子、２０…転送レンズ、２１…転送レンズ、２２…後段の多極子、２３…ポストコレクタレンズ、２４…中間レンズ、２５…投影レンズ、２６…撮像手段、２７…色収差補正光学系、２８…球面収差補正光学系、２９…接続系
【特許請求の範囲】
【請求項１】
色収差補正光学系と、
前記色収差補正光学系と独立して構成され、前記色収差補正光学系に直列に接続された球面収差補正光学系
を備えたことを特徴とする電子顕微鏡。
【請求項２】
色収差補正光学系と球面収差補正光学系の間に配置された転送レンズを更に備えたことを特徴とする請求項１記載の電子顕微鏡。
【請求項１】
色収差補正光学系と、
前記色収差補正光学系と独立して構成され、前記色収差補正光学系に直列に接続された球面収差補正光学系
を備えたことを特徴とする電子顕微鏡。
【請求項２】
色収差補正光学系と球面収差補正光学系の間に配置された転送レンズを更に備えたことを特徴とする請求項１記載の電子顕微鏡。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１３−３０３７４（Ｐ２０１３−３０３７４Ａ）
【公開日】平成２５年２月７日（２０１３．２．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１６６１６８（Ｐ２０１１−１６６１６８）
【出願日】平成２３年７月２９日（２０１１．７．２９）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 発行者名 独立行政法人 日本学術振興会 刊行物名 ▲１▼ＪＳＰＳ １４１ Ｃｏｍｍｉｔｔｅｅ ＡＣＴＩＶＩＴＹ ＲＥＰＯＲＴ ８ｔｈ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ ｏｎ Ａｔｏｍｉｃ Ｌｅｖｅｌ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎｓ ｆｏｒ Ｎｅｗ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ａｎｄ Ｄｅｖｉｃｅｓ’１１（頒布日 平成２３年５月１１日） 発行者名 社団法人 日本顕微鏡学会 刊行物名 ▲２▼日本顕微鏡学会 第６７回学術講演会 発表要旨集（頒布日 平成２３年５月１６日）
【出願人】（０００００４２７１）日本電子株式会社 (811)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月７日（２０１３．２．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月２９日（２０１１．７．２９）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 発行者名 独立行政法人 日本学術振興会 刊行物名 ▲１▼ＪＳＰＳ １４１ Ｃｏｍｍｉｔｔｅｅ ＡＣＴＩＶＩＴＹ ＲＥＰＯＲＴ ８ｔｈ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ ｏｎ Ａｔｏｍｉｃ Ｌｅｖｅｌ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎｓ ｆｏｒ Ｎｅｗ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ａｎｄ Ｄｅｖｉｃｅｓ’１１（頒布日 平成２３年５月１１日） 発行者名 社団法人 日本顕微鏡学会 刊行物名 ▲２▼日本顕微鏡学会 第６７回学術講演会 発表要旨集（頒布日 平成２３年５月１６日）
【出願人】（０００００４２７１）日本電子株式会社 (811)
【Ｆターム（参考）】
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