JP2017174751A - 電子顕微鏡および収差補正方法 - Google Patents

Abstract

【課題】時間変化する収差を補正することができる電子顕微鏡および収差補正方法を提供する。【解決手段】電子顕微鏡１００は、光学系の収差を補正するための収差補正素子を備えた電子顕微鏡であって、収差の時間変化を記録する収差記録部６１２と、収差記録部６１２によって記録された収差の時間変化の情報に基づいて、時間変化する収差が補正されるように収差補正素子を動作させる制御を行う収差補正素子制御部６１４と、を含む。【選択図】図３

Description

本発明は、電子顕微鏡および収差補正方法に関する。

高分解能ＳＴＥＭ観察の際には、二回非点や、コマ収差、フォーカスなどの低次の収差を、頻繁に補正する必要がある。二回非点は、スティグマコイル、もしくは球面収差補正装置の二段の多極子レンズの間に配置された偏向コイルを用いて補正することができる。コマ収差は、偏向コイルを用いて補正することができる。フォーカスは、対物レンズの励磁を変化させることで補正することができる。

ＳＴＥＭにおいて収差の補正を行う際には、一般的に、ロンチグラムの形状から収差の情報を取得する。例えば、特許文献１には、アモルファス試料のロンチグラム図形の局所領域の自己相関をとり、当該自己相関または当該自己相関のフーリエ解析から開口面上における局所角度領域から計算される電子線の収差を検出し、当該検出結果に基づいて各収差を計算することを特徴とするロンチグラムを用いた収差測定方法が開示されている。

特開２００７−１８００１３号公報

高分解能ＳＴＥＭ観察において、装置が安定するまでの間、二回非点や、コマ収差、フォーカスなどの収差が時間とともに変化してしまい、観察に支障をきたす場合がある。このような場合には、装置が安定するまで、観察を中断しなければならない。

図１３は、電子顕微鏡においてレンズに流す電流を大きく変更した後に、コマ収差が時間とともに変化する様子を示す図である。

装置のモードを切り替える実験や、時間が限られている実験において、装置が安定する前から観察可能になることは、ユーザーの多くが望むことである。

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、時間変化する収差を補正することができる電子顕微鏡および収差補正方法を提供することにある。

（１）本発明に係る電子顕微鏡は、
光学系の収差を補正するための収差補正素子を備えた電子顕微鏡であって、
前記収差の時間変化を記録する収差記録部と、
前記収差記録部によって記録された前記収差の時間変化の情報に基づいて、時間変化する前記収差が補正されるように前記収差補正素子を動作させる制御を行う制御部と、
を含む。

このような電子顕微鏡では、制御部が収差記録部によって記録された収差の時間変化の情報に基づいて、時間変化する収差が補正されるように収差補正素子を動作させる制御を行うため、時間変化する収差を補正することができる。したがって、このような電子顕微
鏡では、光学系の収差が時間変化している場合であっても、収差が補正された状態を保つことができる。

（２）本発明に係る電子顕微鏡において、
前記制御部は、
前記収差の時間変化の情報に基づいて、前記収差の時間変化を予測する処理と、
前記収差の時間変化の予測結果に基づいて、前記収差補正素子を動作させる制御を行う処理と、
を行ってもよい。

このような電子顕微鏡では、収差補正素子を、時間変化する収差が補正されるように動作させることができる。

（３）本発明に係る電子顕微鏡において、
前記収差記録部は、
ロンチグラムを取得して前記収差を測定し、測定された前記収差を記録するとともに、ロンチグラムを取得した時間を記録する第１記録処理と、
前記第１記録処理の後に、再び、ロンチグラムを取得して前記収差を測定し、測定された前記収差を記録するとともに、ロンチグラムを取得した時間を記録する第２記録処理と、
を行ってもよい。

（４）本発明に係る電子顕微鏡は、
光学系の収差を補正するための収差補正素子を備えた電子顕微鏡であって、
前記収差補正素子の動作状態の時間変化を記録する動作状態記録部と、
前記動作状態記録部によって記録された前記収差補正素子の動作状態の時間変化の情報に基づいて、時間変化する前記収差が補正されるように前記収差補正素子を動作させる制御を行う制御部と、
を含む。

このような電子顕微鏡では、制御部が、動作状態記録部によって記録された収差補正素子の動作状態の時間変化の情報に基づいて、時間変化する収差が補正されるように収差補正素子を動作させる。ここで、後述するように、収差補正素子の動作状態の時間変化は、収差の時間変化に対応させることができる。したがって、このような電子顕微鏡によれば、時間変化する収差を補正することができる。

（５）本発明に係る電子顕微鏡において、
前記制御部は、
前記収差補正素子の動作状態の時間変化の情報に基づいて、前記収差補正素子の動作状態の時間変化を予測する処理と、
前記収差補正素子の動作状態の時間変化の予測結果に基づいて、前記収差補正素子を動作させる制御を行う処理と、
を行ってもよい。

このような電子顕微鏡では、収差補正素子を、時間変化する収差が補正されるように動作させることができる。

（６）本発明に係る電子顕微鏡において、
前記動作状態記録部は、ユーザーの記録指示に応じて、前記収差補正素子の動作状態を記録するとともに、前記収差補正素子の動作状態を記録した時間を記録する処理を行って
もよい。

（７）本発明に係る収差補正方法は、
電子顕微鏡における光学系の収差を補正するための収差補正方法であって、
前記収差の時間変化を記録する収差記録工程と、
前記収差記録工程で記録された前記収差の時間変化の情報に基づいて、時間変化する前記収差を補正する収差補正工程と、
を含む。

このような収差補正方法では、時間変化する収差を補正することができる。

（８）本発明に係る収差補正方法は、
電子顕微鏡における光学系の収差を補正するための収差補正方法であって、
前記収差を補正するための収差補正素子の動作状態の時間変化を記録する動作状態記録工程と、
前記動作状態記録工程で記録された前記収差補正素子の動作状態の時間変化の情報に基づいて、前記収差補正素子を動作させて時間変化する前記収差を補正する収差補正工程と、
を含む。

このような収差補正方法では、時間変化する収差を補正することができる。

第１実施形態に係る電子顕微鏡を模式的に示す図。 電子顕微鏡本体の光学系を模式的に示す図。 第１実施形態に係る電子顕微鏡の構成を示す図。 本体制御装置の制御ＧＵＩの一例を示す図。 本体制御装置の収差補正処理の流れを示すフローチャート。 第２実施形態に係る電子顕微鏡の構成を示す図。 本体制御装置の収差補正処理の流れを示すフローチャート。 第３実施形態に係る電子顕微鏡の構成を示す図。 本体制御装置の制御ＧＵＩの一例を示す図。 ＴＥＭモードからＳＴＥＭモードに移行したときのコマ収差の時間変化を示すグラフ。 ＴＥＭモードからＳＴＥＭモードに移行したときのコマ収差の時間変化を示すグラフ。 時間変化するコマ収差の補正を行った結果を示す図。 電子顕微鏡においてレンズに流す電流を大きく変更した後に、コマ収差が時間とともに変化する様子を示す図。

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。

１． 第１実施形態
１．１． 電子顕微鏡
まず、第１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１は、第１実施形態に係る電子顕微鏡１００を模式的に示す図である。

電子顕微鏡１００は、図１に示すように、電子顕微鏡本体２と、収差補正装置４と、本体制御装置６と、収差補正装置制御装置８と、収差補正装置電源９と、を含む。電子顕微鏡１００は、透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）である。また、電子顕微鏡１００は、走査透過電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）としても機能する。

電子顕微鏡本体２は、光学系や、試料を保持する試料ステージ、ＴＥＭ像やＳＴＥＭ像を撮影するための検出器などを含んで構成されている。

収差補正装置４は、電子顕微鏡本体２の光学系（照射系）に組み込まれている。収差補正装置４は、球面収差を補正するための球面収差補正装置である。収差補正装置４は、負の球面収差を作り出し、光学系の正の球面収差を打ち消すことで、光学系の球面収差を補正する。

本体制御装置６は、電子顕微鏡本体２を制御する。また、本体制御装置６は、電子顕微鏡本体２の検出器から出力された信号を受け取り、ＴＥＭ像やＳＴＥＭ像を生成する。本体制御装置６は、ＬＡＮなどのネットワークを介して、収差補正装置制御装置８に接続されている。本体制御装置６は、収差補正装置制御装置８を介して、収差補正装置４を動作させることができる。

本体制御装置６は、時間変化する光学系の収差を補正するための収差補正処理を行う。この収差補正処理については、後述する「１．２． 電子顕微鏡の動作」で説明する。

収差補正装置制御装置８は、収差補正装置４を制御する。収差補正装置制御装置８は、収差補正装置４に所定の電源が供給されるように収差補正装置電源９を制御する。

図２は、電子顕微鏡本体２の光学系を模式的に示す図である。電子顕微鏡本体２の光学系は、図２に示すように、電子銃２０と、３段のレンズからなる第１集束レンズ２２と、転送レンズ２４と、偏向コイル２５ａ，２５ｂと、第２集束レンズ２６と、対物レンズ２７と、中間レンズ２８と、投影レンズ２９と、を含んで構成されている。また、電子顕微鏡本体２の光学系には、収差補正装置４が組み込まれている。

収差補正装置４は、第１多極子４０と、第１転送レンズ４２と、偏向コイル４４ａ，４４ｂ，４４ｃと、第２転送レンズ４６と、第２多極子４８と、を含んで構成されている。収差補正装置４では、第１多極子４０および第２多極子４８が発生させる２段の多極子場で光学系の球面収差を補正する。

電子顕微鏡１００が走査透過電子顕微鏡として機能する場合（ＳＴＥＭモードの場合）、電子銃２０から放出された電子線は、第１集束レンズ２２で集束されて、収差補正装置４に入射する。収差補正装置４では、収差（球面収差）が補正される。収差補正装置４を通過した電子線は、転送レンズ２４によって転送され、第２集束レンズ２６および対物レンズ２７で集束されて、試料Ｓに照射される。電子顕微鏡１００は、走査コイル（図示せず）を備えており、走査コイルによって集束された電子線を試料Ｓ上で走査する。試料Ｓを透過した電子線は、中間レンズ２８、投影レンズ２９を介して、検出器（図示せず）で検出される。これにより、ＳＴＥＭ像を取得することができる。

ＳＴＥＭモードにおいて、二回非点は、収差補正装置４の第１多極子４０と第２多極子４８との間に配置された２段の偏向コイル４４ａ，４４ｂ（二回非点を補正するための収差補正素子）を用いて、補正することができる。また、二回非点は、１段の偏向コイル４４ｃを用いて補正することもできる。なお、二回非点は、スティグマコイル（図示せず）を用いて補正することもできるし、多極子コイルをスティグマコイルに見立てて補正する
こともできる。また、コマ収差は、転送レンズ２４と第２集束レンズ２６との間に配置された偏向コイル２５ａ，２５ｂ（コマ収差を補正するための収差補正素子）を用いて補正することができる。また、フォーカスは、対物レンズ２７（フォーカスを補正するための収差補正素子）を用いて補正することができる。

電子顕微鏡１００が透過電子顕微鏡として機能する場合（ＴＥＭモードの場合）、電子銃２０から放出された電子線は、第１集束レンズ２２および第２集束レンズ２６で集束されて試料Ｓに照射される。試料Ｓを通過した電子線は、対物レンズ２７、中間レンズ２８、および投影レンズ２９を通り、検出器上にＴＥＭ像が結像される。これにより、ＴＥＭ像を取得することができる。

図３は、電子顕微鏡１００の構成を示す図である。

本体制御装置６は、処理部６１０と、操作部６２０と、表示部６３０と、記憶部６４０と、を含む。

操作部６２０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６１０に送る処理を行う。操作部６２０の機能は、例えば、ボタン、キー、タッチパネル型ディスプレイ、マイクなどにより実現できる。

表示部６３０は、処理部６１０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。表示部６３０には、ＳＴＥＭ像や、ＴＥＭ像、収差を測定する際に用いられるロンチグラムなどが表示される。

記憶部６４０は、処理部６１０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６４０は、処理部６１０の作業領域として用いられ、処理部６１０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６４０の機能は、ハードディスク、ＲＡＭなどにより実現できる。

処理部６１０は、電子顕微鏡本体２の制御や、時間変化する収差を補正するための収差補正処理などの処理を行う。処理部６１０の機能は、各種プロセッサ（ＣＰＵ、ＤＳＰ等）でプログラムを実行することにより実現してもよいし、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６１０は、収差記録部６１２と、収差補正素子制御部６１４と、本体制御部６１６と、を含む。

収差記録部６１２は、光学系の収差の時間変化を記録する。

ここで、補正の対象となる収差は、二回非点、コマ収差、およびフォーカスの少なくとも１つである。これらの収差は、光学系を構成するレンズに流す電流を大きく変更した場合に、時間とともに変化する。ＴＥＭモードからＳＴＥＭモードに切り替えた場合や、電子銃２０から放出される電子を加速するための高圧電源を切り替えた場合などに、レンズに流れる電流は大きく変更される。

収差記録部６１２は、ロンチグラムを取得して収差を測定し、測定された収差を記録するとともに、ロンチグラムを取得した時間を記録する第１記録処理と、第１記録処理の後に、再び、ロンチグラムを取得して収差を測定し、測定された収差を記録するとともに、ロンチグラムを取得した時間を記録する第２記録処理と、を行う。これにより、収差の時間変化を記録することができる。

収差記録部６１２は、例えば、ＳＲＡＭ（Ｓｅｇｍｅｎｔａｌ−Ｒｏｎｃｈｉｇｒａｍ−Ａｕｔｏｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ−Ｆｕｎｃｔｉｏｎ Ｍａｔｒｉｘ）法により、収差を測定する。具体的には、収差記録部６１２は、電子顕微鏡本体２で撮像されたロンチグラムを取得すると、ロンチグラムを小領域に分割したうえで各小領域について自己相関関数（ａｕｔｏ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ｆｕｎｃｔｉｏｎ）を取得し、各自己相関関数の形状から、収差を計算する。ロンチグラムから、二回非点の収差量、コマ収差の収差量、およびデフォーカス量を測定することができる。

収差記録部６１２は、時間を計測するタイマー（時計としての機能を有する）を有しており、当該タイマーによってロンチグラムを取得した時間を記録する。

収差記録部６１２は、第１記録処理および第２記録処理で得られた収差の時間変化の情報を記憶部６４０に記憶させる処理を行う。

なお、ここでは、収差記録部６１２が収差を記録する処理を２回行う場合について説明したが、収差記録部６１２が収差を記録する処理を行う回数は特に限定されない。例えば、収差記録部６１２は、収差を記録する処理を３回以上行ってもよい。

収差補正素子制御部６１４は、収差記録部６１２で記録された収差の時間変化の情報に基づいて、時間変化する収差が補正されるように収差補正素子を動作させる制御を行う。具体的には、収差補正素子制御部６１４は、収差の時間変化の情報に基づいて、収差の時間変化を予測する処理と、収差の時間変化の予測結果に基づいて、収差補正素子を動作させる制御を行う処理と、を行う。

収差の時間変化を予測する処理は、収差の時間変化の情報および以下で説明する収差変動関数から、収差の時間変化を予測することで行われる。

ここで、例えば、ＴＥＭモードからＳＴＥＭモードに移行する場合などにレンズ電流が変動する場合、収差の時間変化は所定の関数で近似できる（この収差の時間変化を近似する関数を収差変動関数と呼ぶ）。そのため、収差変動関数と収差の時間変化の情報から、収差の時間変化を予測することができる。例えば、後述する実施例で示すように、ＴＥＭモードからＳＴＥＭモードに移行した場合、切り替えた直後から所定時間内は、コマ収差の時間変化が線形で近似できる。そのため、コマ収差の時間変化を記録することで、その後のコマ収差の時間変化を予測することができる。収差変動関数は、収差が変化する原因に応じてあらかじめ複数用意されており、例えば記憶部６４０に記憶されている。

収差補正素子制御部６１４は、収差の時間変化の予測結果から、時間変化する収差を打ち消すように収差補正素子を動作させるための制御信号を生成し、収差補正素子を制御する。

本体制御部６１６は、電子顕微鏡本体２を制御する。本体制御部６１６は、例えば、操作部６２０からの操作信号に基づいて、電子顕微鏡本体２の光学系や、試料ステージ等の制御を行う。

図４は、本体制御装置６の制御ＧＵＩ（Ｇｒａｐｈｉｃａｌ Ｕｓｅｒ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）７０の一例を示す図である。

制御ＧＵＩ７０には、記録開始ボタン７２ａ、記録終了ボタン７２ｂ、記録時間入力部７４、収差補正開始ボタン７６ａ、収差補正終了ボタン７６ｂ、収差補正時間入力部７８が表示される。

記録開始ボタン７２ａは収差の測定を開始するためのボタンである。記録開始ボタン７２ａが押下されると、収差記録部６１２は上述した第１記録処理を行う。

記録終了ボタン７２ｂは収差の測定を終了するためのボタンである。記録終了ボタン７２ｂが押下されると、収差記録部６１２は上述した第２記録処理を行う。

記録時間入力部７４は、収差の測定を終了する時間を入力するためのものである。記録時間入力部７４に時間が入力された後に、記録開始ボタン７２ａが押下されると、収差記録部６１２は第１記録処理を行った後、入力された時間が経過したタイミングで、第２記録処理を行う。

収差補正開始ボタン７６ａは、収差補正を開始するためのボタンである。収差補正開始ボタン７６ａが押下されると、収差補正素子制御部６１４は、収差補正素子を動作させる制御を開始する。

収差補正終了ボタン７６ｂは、収差補正を終了するためのボタンである。収差補正終了ボタン７６ｂが押下されると、収差補正素子制御部６１４は、収差補正素子を動作させる制御を終了する。

収差補正時間入力部７８は、収差補正を終了する時間を入力するためのものである。収差補正時間入力部７８に時間が入力された後に、収差補正開始ボタン７６ａが押下されると、収差補正素子制御部６１４は収差補正素子を動作させる制御を開始した後、入力された時間が経過したタイミングで、収差補正素子を動作させる処理を終了する。

１．２． 電子顕微鏡の動作
次に、電子顕微鏡１００の動作について説明する。ここでは、本体制御装置６が、電子顕微鏡本体２の光学系の収差を補正する処理を行う場合について説明する。図５は、本体制御装置６の収差補正処理の流れの一例を示すフローチャートである。

まず、収差記録部６１２は、ユーザーが記録開始の指示を行ったか否かを判定する（ステップＳ１００）。収差記録部６１２は、制御ＧＵＩ７０の記録開始ボタン７２ａに対する押下操作が行われた場合に、ユーザーが記録開始の指示を行ったと判定する。

記録開始の指示が行われたと判定された場合（ステップＳ１００でＹＥＳの場合）、収差記録部６１２は、ロンチグラムを取得して二回非点、コマ収差、およびフォーカスを測定し、測定されたこれらの収差を記録する（ステップＳ１０２）。また、収差記録部６１２は、ロンチグラムを取得した時間を記録する（ステップＳ１０４）。収差の情報とロンチグラムを取得した時間の情報は、記憶部６４０に記憶される。なお、収差記録部６１２は、記録開始からの経過時間を表示部６３０に表示してもよい。

次に、収差記録部６１２は、ユーザーが記録終了の指示を行ったか否かを判定する（ステップＳ１０６）。収差記録部６１２は、制御ＧＵＩ７０の記録終了ボタン７２ｂに対する押下操作が行われた場合に、ユーザーが記録終了の指示を行ったと判定する。

記録終了の指示が行われたと判定された場合（ステップＳ１０６でＹＥＳの場合）、収差記録部６１２は、ロンチグラムを取得して二回非点、コマ収差、およびフォーカスを測定し、測定されたこれらの収差を記録する（ステップＳ１０８）。また、収差記録部６１２は、ロンチグラムを取得した時間を記録する（ステップＳ１１０）。収差の情報とロンチグラムを取得した時間の情報は、記憶部６４０に記憶される。

次に、収差補正素子制御部６１４は、収差の時間変化の情報に基づいて、収差の時間変化を予測する（ステップＳ１１２）。

収差補正素子制御部６１４は、二回非点の時間変化の情報と二回非点の収差変動関数から、二回非点の時間変化を予測する。また、収差補正素子制御部６１４は、同様に、コマ収差の時間変化の情報とコマ収差の収差変動関数から、コマ収差の時間変化を予測する。また、収差補正素子制御部６１４は、同様に、フォーカスの時間変化の情報とフォーカスの収差変動関数から、フォーカスの時間変化を予測する。

収差補正素子制御部６１４が収差の時間変化を予測する処理を行った後、処理部６１０は、ユーザーに対して、収差補正が開始できることを通知する処理を行ってもよい。例えば、処理部６１０は、制御ＧＵＩ７０の収差補正開始ボタン７６ａを色づけする処理や、点灯させる処理等を行い、ユーザーに収差補正が開始できることを通知してもよい。

次に、収差補正素子制御部６１４は、ユーザーが収差補正開始の指示を行ったか否かを判定する（ステップＳ１１４）。収差補正素子制御部６１４は、制御ＧＵＩ７０の収差補正開始ボタン７６ａに対する押下操作が行われた場合に、ユーザーが収差補正開始の指示を行ったと判定する。

収差補正開始の指示が行われたと判定された場合（ステップＳ１１４でＹＥＳの場合）、収差補正素子制御部６１４は、収差の時間変化の予測結果に基づいて、収差補正素子を動作させる制御を行う（ステップＳ１１６）。

具体的には、収差補正素子制御部６１４は、二回非点の時間変化の予測結果に基づいて、時間変化する二回非点が打ち消されるように偏向コイル４４ａ，４４ｂまたは偏向コイル４４ｃを制御するための制御信号を生成して収差補正装置制御装置８に出力し、偏向コイル４４ａ，４４ｂまたは偏向コイル４４ｃを動作させる。

また、収差補正素子制御部６１４は、コマ収差の時間変化の予測結果に基づいて、時間変化するコマ収差が打ち消されるように偏向コイル２５ａ，２５ｂを制御するための制御信号を生成して電子顕微鏡本体２に出力し、偏向コイル２５ａ，２５ｂを動作させる。

また、収差補正素子制御部６１４は、フォーカスの時間変化の予測結果に基づいて、デフォーカス量の時間変化がなくなるように対物レンズ２７を制御するための制御信号を生成して電子顕微鏡本体２に出力し、対物レンズ２７を動作させる。

次に、収差補正素子制御部６１４は、収差補正の終了時間の設定が行われているか否かを判定する（ステップＳ１１８）。収差補正素子制御部６１４は、制御ＧＵＩ７０の収差補正時間入力部７８に時間が入力されている場合に、収差補正の終了時間の設定が行われていると判定する。

収差補正の終了時間が設定されていると判定された場合（ステップＳ１１８でＹＥＳの場合）、収差補正素子制御部６１４は、設定時間が経過したか否かを判定する（ステップＳ１２０）。設定時間が経過したと判定された場合（ステップＳ１２０でＹＥＳの場合）、収差補正素子制御部６１４は、収差補正素子を動作させる制御を終了する。

一方、収差補正の終了時間が入力されていないと判定された場合（ステップＳ１１８でＮＯの場合）、収差補正素子制御部６１４は、ユーザーが収差補正終了の指示を行ったか否かを判定する（ステップＳ１２２）。収差補正素子制御部６１４は、制御ＧＵＩ７０の
収差補正終了ボタン７６ｂに対する押下操作が行われた場合に、ユーザーが収差補正終了の指示を行ったと判定する。

収差補正終了の指示が行われたと判定された場合（ステップＳ１２２でＹＥＳの場合）、収差補正素子制御部６１４は、収差補正素子を動作させる処理を終了する。

以上の処理を行うことにより、時間変化する収差（二回非点、コマ収差、およびフォーカス）を補正することができる。

電子顕微鏡１００は、例えば、以下の特徴を有する。

電子顕微鏡１００では、収差記録部６１２が光学系の収差の時間変化を記録し、収差補正素子制御部６１４が収差の時間変化の情報に基づいて、時間変化する収差が補正されるように収差補正素子を動作させる制御を行う。そのため、電子顕微鏡１００によれば、時間変化する収差を補正することができる。したがって、電子顕微鏡１００では、収差が時間変化している場合であっても、収差が補正された状態を保つことができる。これにより、例えば、ＴＥＭモードからＳＴＥＭモードに切り替えた場合や、電子銃２０から放出される電子を加速するための高圧電源を切り替えた場合などに、装置が安定するまで長時間待つ必要がなく、装置が安定する前から、高い分解能での観察や、高い位置精度での分析を行うことができる。

電子顕微鏡１００では、収差補正素子制御部６１４が、収差の時間変化に基づいて収差の時間変化を予測する処理と、収差の時間変化の予測結果に基づいて、収差補正素子を動作させる制御を行う処理と、を行う。そのため、電子顕微鏡１００では、収差補正素子を、時間変化する収差が補正されるように動作させることができる。

電子顕微鏡１００では、収差記録部６１２が、ロンチグラムを取得して収差を測定するとともに、ロンチグラムを取得した時間を記録する第１記録処理と、第１記録処理の後に、再び、ロンチグラムを取得して収差を測定するとともに、ロンチグラムを取得した時間を記録する第２記録処理と、を行う。これにより、収差の時間変化を記録することができる。

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６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。

上述した電子顕微鏡１００では、図３に示すように、処理部６１０は収差記録部６１２を含み、収差記録部６１２は収差の時間変化を記録した。

これに対して、電子顕微鏡２００では、図６に示すように、処理部６１０は動作状態記録部６１８を含み、動作状態記録部６１８は収差補正素子の動作状態の時間変化を記録する。

動作状態記録部６１８は、収差補正素子の動作状態の時間変化を記録する。ここで、収差補正素子の動作状態は、補正の対象となる収差が二回非点の場合、例えば偏向コイル４４ａ，４４ｂに印加される電圧値（または電流値）である。また、収差補正素子の動作状態は、補正の対象となる収差がコマ収差の場合、例えば偏向コイル２５ａ，２５ｂに印加
される電圧値（または電流値）である。また、収差補正素子の動作状態は、補正対象となる収差がフォーカスである場合、例えば対物レンズ２７に印加される電圧値（または電流値）である。

動作状態記録部６１８は、例えば、ユーザーから記録指示があった場合に、収差補正素子の動作状態を記録するとともに、収差補正素子の動作状態を記録した時間を記録する処理を行う。この処理を複数回行うことで、動作状態記録部６１８は、収差補正素子の動作状態の時間変化を記録することができる。

動作状態記録部６１８は、偏向コイル４４ａ，４４ｂに印加される電圧値（または電流値）、偏向コイル２５ａ，２５ｂに印加される電圧値（または電流値）、および対物レンズ２７に印加される電圧値（または電流値）を読み取ることで、それぞれの素子の動作状態の情報を記録する。また、動作状態記録部６１８は、時間を計測するタイマー（時計としての機能を有する）を有しており、当該タイマーによって収差補正素子の動作状態を記録した時間を記録する。

ここで、電子顕微鏡２００では、ユーザーが操作部６２０を操作して収差補正素子に印加される電圧値（または電流値）を調整することで、収差を補正することができる。すなわち、電子顕微鏡２００では、手動で収差を補正することができる。ユーザーが手動で収差を補正したときの収差補正素子の動作状態は、当該収差の収差量に対応する。そのため、時間変化する収差をユーザーが手動で補正したときの収差補正素子の動作状態の時間変化は、収差の時間変化に対応する。

したがって、収差補正素子制御部６１４は、動作状態記録部６１８によって記録された収差補正素子の動作状態の時間変化に基づいて、時間変化する収差が補正されるように収差補正素子を動作させる制御を行うことができる。

本実施形態では、収差補正素子制御部６１４は、動作状態記録部６１８によって記録された収差補正素子の動作状態の情報に基づいて、収差補正素子の動作状態の時間変化を予測する処理と、収差補正素子の動作状態の時間変化の予測結果に基づいて、収差補正素子を動作させる制御を行う処理と、を行う。

なお、上記では、動作状態記録部６１８が収差補正素子の動作状態を記録する処理を２回行う場合について説明したが、動作状態記録部６１８が収差補正素子の動作状態を記録する処理を行う回数は特に限定されない。例えば、動作状態記録部６１８は、収差補正素子の動作状態を記録する処理を３回以上行ってもよい。

本実施形態では、図４に示す制御ＧＵＩ７０の記録開始ボタン７２ａは、収差補正素子の動作状態の記録を開始するためのボタンとして機能する。また、記録終了ボタン７２ｂは、収差補正素子の動作状態の記録を終了するためのボタンとして機能する。

２．２． 電子顕微鏡の動作
次に、電子顕微鏡２００の動作について説明する。図７は、本体制御装置６の収差補正処理の流れの一例を示すフローチャートである。

まず、動作状態記録部６１８は、ユーザーが記録開始の指示（記録指示）を行ったか否かを判定する（ステップＳ２００）。動作状態記録部６１８は、制御ＧＵＩ７０の記録開始ボタン７２ａに対する押下操作が行われた場合に、ユーザーが記録開始の指示を行ったと判定する。

ユーザーは、手動で、二回非点、コマ収差、およびフォーカスを補正する。そして、ユーザーは、これらの収差が補正されたと判断した場合に、制御ＧＵＩ７０の記録開始ボタン７２ａを押下する。

記録開始の指示が行われたと判定された場合（ステップＳ２００でＹＥＳの場合）、動作状態記録部６１８は、偏向コイル４４ａ，４４ｂ、偏向コイル２５ａ，２５ｂ、および対物レンズ２７の動作状態を記録する（ステップＳ２０２）。また、動作状態記録部６１８は、これらの収差補正素子の動作状態を取得した時間を記録する（ステップＳ２０４）。収差補正素子の動作状態の情報と収差補正素子の動作状態を記録した時間の情報は、記憶部６４０に記憶される。なお、動作状態記録部６１８は、記録開始からの経過時間を表示部６３０に表示してもよい。

次に、動作状態記録部６１８は、ユーザーが記録終了の指示（記録指示）を行ったか否かを判定する（ステップＳ２０６）。動作状態記録部６１８は、制御ＧＵＩ７０の記録終了ボタン７２ｂに対する押下操作が行われた場合に、ユーザーが記録終了の指示を行ったと判定する。

ユーザーは、再び、手動で、二回非点、コマ収差、およびフォーカスを補正する。そして、ユーザーは、これらの収差が補正されたと判断した場合に、制御ＧＵＩ７０の記録終了ボタン７２ｂを押下する。

記録終了の指示が行われたと判定された場合（ステップＳ２０６でＹＥＳの場合）、動作状態記録部６１８は、偏向コイル４４ａ，４４ｂ、偏向コイル２５ａ，２５ｂ、および対物レンズ２７の動作状態を記録する（ステップＳ２０８）。また、動作状態記録部６１８は、これらの収差補正素子の動作状態を取得した時間を記録する（ステップＳ２１０）。収差補正素子の動作状態の情報と収差補正素子の動作状態を記録した時間の情報は、記憶部６４０に記憶される。

次に、収差補正素子制御部６１４は、収差補正素子の動作状態の時間変化の情報に基づいて、収差補正素子の動作状態の時間変化を予測する（ステップＳ２１２）。

収差補正素子制御部６１４は、偏向コイル４４ａ，４４ｂの動作状態の時間変化の情報と二回非点の収差変動関数から、偏向コイル４４ａ，４４ｂの時間変化を予測する。また、収差補正素子制御部６１４は、同様に、偏向コイル２５ａ，２５ｂの動作状態の時間変化の情報とコマ収差の収差変動関数から、偏向コイル２５ａ，２５ｂの動作状態の時間変化を予測する。また、収差補正素子制御部６１４は、同様に、対物レンズ２７の動作状態の時間変化の情報とフォーカスの収差変動関数から、対物レンズ２７の動作状態の時間変化を予測する。

収差補正素子制御部６１４が収差補正素子の動作状態の時間変化を予測する処理を行った後、処理部６１０は、ユーザーに対して、収差補正が開始できることを通知する処理を行ってもよい。

次に、収差補正素子制御部６１４は、ユーザーが収差補正開始の指示を行ったか否かを判定する（ステップＳ２１４）。収差補正素子制御部６１４は、制御ＧＵＩ７０の収差補正開始ボタン７６ａに対する押下操作が行われた場合に、ユーザーが収差補正開始の指示を行ったと判定する。

収差補正開始の指示が行われたと判定された場合（ステップＳ２１４でＹＥＳの場合）、収差補正素子制御部６１４は、収差補正素子の動作状態の時間変化の予測結果に基づい
て、収差補正素子を動作させる制御を行う（ステップＳ２１６）。

具体的には、収差補正素子制御部６１４は、偏向コイル４４ａ，４４ｂの動作状態の時間変化の予測結果に基づいて、時間変化する二回非点が打ち消されるように偏向コイル４４ａ，４４ｂを制御するための制御信号を生成して収差補正装置制御装置８に出力し、偏向コイル４４ａ，４４ｂを動作させる。

また、収差補正素子制御部６１４は、偏向コイル２５ａ，２５ｂの動作状態の時間変化の予測結果に基づいて、時間変化するコマ収差が打ち消されるように偏向コイル２５ａ，２５ｂを制御するための制御信号を生成して電子顕微鏡本体２に出力し、偏向コイル２５ａ，２５ｂを動作させる。

また、収差補正素子制御部６１４は、対物レンズ２７の動作状態の時間変化の予測結果に基づいて、デフォーカス量の時間変化がなくなるように対物レンズ２７を制御するための制御信号を生成して電子顕微鏡本体２に出力し、対物レンズ２７を動作させる。

以降のステップＳ２１８、ステップＳ２２０、およびステップＳ２２２の処理は、それぞれ上述したステップＳ１１８、ステップＳ１２０、およびステップＳ２２２の処理と同様であり、その説明を省略する。

以上の処理を行うことにより、時間変化する収差（二回非点、コマ収差、およびフォーカス）を補正することができる。

電子顕微鏡２００は、例えば、以下の特徴を有する。

電子顕微鏡２００では、動作状態記録部６１８が収差補正素子の動作状態の時間変化を記録し、収差補正素子制御部６１４が動作状態記録部６１８によって記録された収差補正素子の動作状態の時間変化の情報に基づいて、時間変化する収差が補正されるように収差補正素子を動作させる制御を行う。ここで、上述したように、収差補正素子の動作状態の時間変化は、収差の時間変化に対応させることができる。したがって、電子顕微鏡２００によれば、上述した電子顕微鏡１００と同様に、時間変化する収差を補正することができる。

電子顕微鏡２００では、収差補正素子制御部６１４は、収差補正素子の動作状態の時間変化の情報に基づいて、収差補正素子の動作状態の時間変化を予測する処理と、収差補正素子の動作状態の時間変化の予測結果に基づいて、収差補正素子を動作させる制御を行う処理と、を行う。そのため、電子顕微鏡２００では、収差補正素子の動作状態の時間変化を記録することで、時間変化する収差を補正することができる。したがって、電子顕微鏡２００では、ロンチグラムを取得して収差を測定することなく、時間変化する収差を補正することができる。

電子顕微鏡２００では、動作状態記録部６１８は、ユーザーから記録指示があった場合に、収差補正素子の動作状態を記録するとともに、収差補正素子の動作状態を記録した時間を記録する処理を行う。そのため、電子顕微鏡２００では、例えば、ユーザーが手動で収差を補正して記録指示を行い、所定時間経過後、再び、ユーザーが手動で収差を補正して記録指示を行うことで、収差補正素子の動作状態の時間変化を収差の時間変化に対応させることができる。これにより、収差補正素子の動作状態の時間変化から、時間変化する収差を補正することができる。

３． 第３実施形態
次に、第３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３実施形態に係る電子顕微鏡３００の構成を示す図である。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および第２実施形態に係る電子顕微鏡２００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。

電子顕微鏡３００では、図８に示すように、処理部６１０は、収差記録部６１２と、動作状態記録部６１８と、を含む。そのため、電子顕微鏡３００では、収差の時間変化を記録して収差を補正するモード（収差記録部６１２を用いるモード）と、収差補正素子の動作状態の時間変化を記録して収差を補正するモード（動作状態記録部６１８を用いるモード）と、を選択することができる。

図９は、電子顕微鏡３００の本体制御装置６の制御ＧＵＩ７０の一例を示す図である。

本実施形態の制御ＧＵＩ７０には、さらに、モード選択ボタン７９が表示されている。モード選択ボタン７９は、収差の時間変化を記録するモードと、収差補正素子の動作状態の時間変化を記録するモードと、を選択するためのボタンである。例えば、モード選択ボタン７９が押下された場合、電子顕微鏡３００は、収差の時間変化を記録するモードで動作する。一方、モード選択ボタン７９が押下されていない場合、電子顕微鏡３００は、収差補正素子の動作状態の時間変化を記録するモードで動作する。

４． その他
なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。

上述した実施形態では、補正の対象となる収差が、二回非点、コマ収差、およびフォーカスである場合について説明したが、本発明は、二回非点、コマ収差、およびフォーカス以外のその他の収差を対象にする収差補正にも適用できる。

また、例えば、上述した実施形態では、図２に示すように、収差補正装置４が照射系に組み込まれている例について説明したが、収差補正装置４は結像系に組み込まれていてもよい。

５． 実施例
以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明は下記の実施例により限定されるものではない。

本実施例では、透過電子顕微鏡（日本電子株式会社製原子分解能電子顕微鏡ＪＥＭ−ＡＲＭ３００Ｆ）を用いて、ＴＥＭモードからＳＴＥＭモードに移行した直後のコマ収差の時間変化に対する補正を実施した。

（１）コマ収差の時間変化
まず、ＪＥＭ−ＡＲＭ３００Ｆにおいて、ＴＥＭモードからＳＴＥＭモードに移行したときのコマ収差の時間変化を記録した。

具体的には、まず、ＳＴＥＭモードからＴＥＭモードに移行させて１０分間待機させて装置の光学系をＴＥＭモードの条件に安定させた。次に、ＴＥＭモードからＳＴＥＭモードに移行させた。そして、レンズの緩和（ｌｅｎｓ ｒｅｌａｘａｔｉｏｎ）を行い、その後のコマ収差の時間変化を調べた。

図１０および図１１は、ＴＥＭモードからＳＴＥＭモードに移行したときのコマ収差の時間変化を示すグラフである。なお、図１０および図１１に示すグラフの横軸は時間であり、縦軸はコマ収差が補正された状態でのＣＬＡ表示値（コマ収差を補正するための収差補正素子に印加される電圧値に相当する値）である。すなわち、縦軸は、コマ収差の収差量に相当する。また、図１０は、コマ収差のＸ方向の成分を表すグラフであり、図１１は、コマ収差のＹ方向の成分を表すグラフである。Ｘ方向およびＹ方向は、互いに直交する方向である。

図１０および図１１に示すグラフから、ＴＥＭモードからＳＴＥＭモードに移行後、４分〜１５分の間は、コマ収差は、線形に変化していることがわかる。

（２）時間変化するコマ収差の補正
ＪＥＭ−ＡＲＭ３００Ｆにおいて、ＴＥＭモードからＳＴＥＭモードに移行させて、時間変化するコマ収差の補正を行った。

具体的には、まず、ＳＴＥＭモードからＴＥＭモードに移行させて１０分間待機させて装置の光学系をＴＥＭモードの条件に安定させた後、ＴＥＭモードからＳＴＥＭモードに移行させた。次に、ＳＴＥＭモードに移行してから、６分から８分までの間、コマ収差が補正された状態での収差補正素子のＣＬＡ表示値の変化量を記録した。次に、この変化量の記録から８分以降のコマ収差の時間変化に対応するＣＬＡ表示値の変化を予測した。そして、８分以降は予測結果に基づきコマ収差の補正を行った。

ここで、８分以降のＣＬＡ表示値の変化の予測は、図１０および図１１に示すグラフから行った。図１０および図１１に示すグラフから、コマ収差は、ＴＥＭモードからＳＴＥＭモードへの移行後１５分程度は線形に変化するため、ＣＬＡ表示値も同様に線形に変化すると予測した。そのため、６分から８分までの間のＣＬＡ表示値の変化量から単位時間あたりのＣＬＡ表示値の変化量を求め、８分以降も同様の変化量でＣＬＡ値が変化していくものとして、収差補正素子を動作させた。

図１２は、時間変化するコマ収差の補正を行った結果を示す図である。図１２では、予測結果に基づいてコマ収差の補正を行った場合（「Ｃｏｒｒｅｃｔ」参照）と、コマ収差の補正を行わなかった場合（「Ｎｏｎ Ｃｏｒｒｅｃｔ」参照）と、を比較している。なお、図１２には、予測結果に基づいてコマ収差の補正を行った場合、およびコマ収差の補正を行わなかった場合の各々について、２分経過後、４分経過後、６分経過後のロンチグラムを示している。

図１２に示す結果から、予測結果に基づいてコマ収差の補正を行った場合には、良好なロンチグラムを維持できていることがわかる。なお、コマ収差の補正を行わなかった場合には、コマ収差が時間とともに大きくなり、観察や分析に支障をきたす状態となっている。

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。

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。

２…電子顕微鏡本体、４…収差補正装置、６…本体制御装置、８…収差補正装置制御装置、９…収差補正装置電源、２０…電子銃、２２…第１集束レンズ、２４…転送レンズ、２５ａ…偏向コイル、２５ｂ…偏向コイル、２６…第２集束レンズ、２７…対物レンズ、２８…中間レンズ、２９…投影レンズ、４０…第１多極子、４２…第１転送レンズ、４４ａ…偏向コイル、４４ｂ…偏向コイル、４６…第２転送レンズ、４８…第２多極子、７０…制御ＧＵＩ、７２ａ…記録開始ボタン、７２ｂ…記録終了ボタン、７４…記録時間入力部、７６ａ…収差補正開始ボタン、７６ｂ…収差補正終了ボタン、７８…収差補正時間入力部、７９…モード選択ボタン、１００…電子顕微鏡、２００…電子顕微鏡、３００…電子顕微鏡、６１０…処理部、６１２…収差記録部、６１４…収差補正素子制御部、６１６…本体制御部、６１８…動作状態記録部、６２０…操作部、６３０…表示部、６４０…記憶部

Claims (8)

1. 光学系の収差を補正するための収差補正素子を備えた電子顕微鏡であって、
   前記収差の時間変化を記録する収差記録部と、
   前記収差記録部によって記録された前記収差の時間変化の情報に基づいて、時間変化する前記収差が補正されるように前記収差補正素子を動作させる制御を行う制御部と、
   を含む、電子顕微鏡。
2. 請求項１において、
   前記制御部は、
   前記収差の時間変化の情報に基づいて、前記収差の時間変化を予測する処理と、
   前記収差の時間変化の予測結果に基づいて、前記収差補正素子を動作させる制御を行う処理と、
   を行う、電子顕微鏡。
3. 請求項１または２において、
   前記収差記録部は、
   ロンチグラムを取得して前記収差を測定し、測定された前記収差を記録するとともに、ロンチグラムを取得した時間を記録する第１記録処理と、
   前記第１記録処理の後に、再び、ロンチグラムを取得して前記収差を測定し、測定された前記収差を記録するとともに、ロンチグラムを取得した時間を記録する第２記録処理と、
   を行う、電子顕微鏡。
4. 光学系の収差を補正するための収差補正素子を備えた電子顕微鏡であって、
   前記収差補正素子の動作状態の時間変化を記録する動作状態記録部と、
   前記動作状態記録部によって記録された前記収差補正素子の動作状態の時間変化の情報に基づいて、時間変化する前記収差が補正されるように前記収差補正素子を動作させる制御を行う制御部と、
   を含む、電子顕微鏡。
5. 請求項４において、
   前記制御部は、
   前記収差補正素子の動作状態の時間変化の情報に基づいて、前記収差補正素子の動作状態の時間変化を予測する処理と、
   前記収差補正素子の動作状態の時間変化の予測結果に基づいて、前記収差補正素子を動作させる制御を行う処理と、
   を行う、電子顕微鏡。
6. 請求項４または５において、
   前記動作状態記録部は、ユーザーの記録指示に応じて、前記収差補正素子の動作状態を記録するとともに、前記収差補正素子の動作状態を記録した時間を記録する処理を行う、電子顕微鏡。
7. 電子顕微鏡における光学系の収差を補正するための収差補正方法であって、
   前記収差の時間変化を記録する収差記録工程と、
   前記収差記録工程で記録された前記収差の時間変化の情報に基づいて、時間変化する前記収差を補正する収差補正工程と、
   を含む、収差補正方法。
8. 電子顕微鏡における光学系の収差を補正するための収差補正方法であって、
   前記収差を補正するための収差補正素子の動作状態の時間変化を記録する動作状態記録工程と、
   前記動作状態記録工程で記録された前記収差補正素子の動作状態の時間変化の情報に基づいて、前記収差補正素子を動作させて時間変化する前記収差を補正する収差補正工程と、
   を含む、収差補正方法。