JP4807592B2

JP4807592B2 - 電子顕微鏡及び複合照射レンズ

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Publication number: JP4807592B2
Application number: JP2007503758A
Authority: JP
Inventors: 久満遠藤; 雅人阿知原; 勝重津野; 哲夫及川
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Priority date: 2005-02-21
Filing date: 2006-02-17
Publication date: 2011-11-02
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Description

本発明は、試料の回折図形のホログラムから顕微鏡像を再構築する電子顕微鏡及びこのような電子顕微鏡に用いる複合照射レンズに関する。

図１は、従来の電子顕微鏡における顕微鏡像の結像光路の概略を示す図である。

電子源１０１から供給された電子ビームは収束レンズ１０２によって試料１０３に照射される。試料１０３に照射された電子ビームは、対物レンズ１０４によって第１の顕微鏡像１１１を結像し、さらに中間レンズ１０５によって第２の顕微鏡像１１２を結像し、最終的に投影レンズ１０６によって第３の顕微鏡像１１３を結像する。このような従来の電子顕微鏡においては、一般に結像レンズと称される対物レンズ１０４、中間レンズ１０５及び投影レンズ１０６による比較的大きな結像収差が発生する。

図２は、従来の電子顕微鏡における電子レンズによる結像及び対応する数学的処理を示す模式図である。

図示しない電子源及び収束レンズによって試料１２１に照射された電子ビームは、電子レンズ１２２によって後焦点面において回折図形１２３を形成した後、像面において顕微鏡像１２４を結像する。ここで、試料１２１は図１の試料１０３に、電子レンズ１２２は図１の対物レンズ１０４に、顕微鏡像１２４は図１の第３の顕微鏡像１１３にそれぞれ対応している。

このような光学系には、図２の上部に流れを示した一連の数学的処理が対応している。すなわち、試料１２１下面での位相変化にフーリエ変換を施すことによって試料１２１の位相変化スペクトルが得られ、この位相変化スペクトルに対して電子レンズ１２２のコントラスト伝達関数を演算することによって、後焦点面における回折図形１２３に対応する像コントラストスペクトルが得られる。さらに、この像コントラストスペクトル１２３にフーリエ変換を施すことによって、顕微鏡像１２４に対応する像コントラストが得られる。

ここで、回折図形１２３を検出器で観測する際に強度分布は検出できるが位相は検出できないため、検出した回折図形では位相情報が失われている。このため、顕微鏡像を再構築するために必要な強度分布と位相情報の双方を得ることができず、検出器で観測した回折像に基づいてはフーリエ変換を用いて顕微鏡像を得ることはできないという問題があった。

このような問題に対して、回折図形のホログラムから位相情報を検出する方法が提案されている。ホログラムを生成するためには、試料を透過した回折波と、試料を透過しない球面波としての参照波を干渉させることが必要になる。このような回折波及び参照波を作るため、例えば特開平９−８０１９９号公報に示すような電子線バイプリズムが提供されている。このようなバイプリズムは、試料の回折図形に平行平面波の参照波を重畳する従来のホログラフィ顕微鏡において用いられ、試料及び対物レンズの後段に設置されている。

一方、電子線リソグラフィー装置においては、スループット改善のため、マルチビーム、マルチコラムの描画装置の研究が進んでいる。ここで、マルチコラムとは、せいぜい数ミリ間隔の電子ビームコラムのことである。このような電子ビームコラムの一つとして、磁性体に複数の開口を互いに平行に設けたいわゆるレンコン型レンズが提案され、実験的にも動作が確認されている（例えば安田洋ほか、ＭＣＣ−ＰｏＣ（ｐｒｏｏｆｏｆｃｏｎｃｅｐｔ）ｓｙｓｔｅｍ評価、荷電粒子ビーム工業への応用第１３２委員会、第１６１回研究会資料、日本学術振興会、ｐ．１２５−１２８、２００３を参照。または、Ｔ．Ｈａｒａｇｕｃｈｉ，Ｔ．Ｓａｋａｚａｋｉ，Ｔ．Ｓａｔｏｈ，Ｍ．Ｎａｋａｎｏ，Ｓ．Ｈａｍａｇｕｃｈｉ，Ｔ．Ｋｉｕｃｈｉ，Ｈ．Ｙａｂａｒａ，Ｈ．ＹａｓｕｄａＪ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ｂ２２，２００４ＭｕｌｔｉｃｏｌｕｍｎＣｅｌｌＥｖａｌｕａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｐｒｏｏｆｏｆｃｏｎｃｅｐｔｓｙｓｔｅｍを参照。）。

ところで、前述したようなホログラムから位相情報を検出し、この位相情報及び強度分布に基づいて結像レンズを用いず、レンズによる結像収差の存在しない顕微鏡像が得られるような電子顕微鏡を具体的に構成して実現することが要請されている。

このような電子顕微鏡では、互いにコヒーレントな回折光と参照光を生成するため、入射電子ビームを分割するバイプリズムは試料の前段に設置する必要がある。バイプリズムと試料間に配置される複合照射レンズ（ｃｏｍｂｉｎｅｄｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎｌｅｎｓ）は、分割した電子ビームの一方を回折光のための平行波、他方を参照光のための球面波とするものでなければならない。

ここで、バイプリズムで分割された電子ビームは、コヒーレンシイを損なわないため高々数ｍｍの距離となっている。このため、このような短い距離で平行波と球面波の生成という別々の作用をするような複合照射レンズを作成することはできなかった。

本願発明は、かかる課題に鑑みて提案されるものであって、回折図形のホログラムを用いることにより結像レンズによる結像収差の全くない顕微鏡像を再構築するような電子顕微鏡及びこのような電子顕微鏡に用いる複合照射レンズを提供することを目的とする。

上述の課題を解決するため、本発明に係る電子顕微鏡は、電子ビームを発生する電子源と、前記電子源から供給された電子ビームを所定距離で収束させるコンデンサレンズと、前記コンデンサレンズから供給された電子ビームを第１及び第２電子ビームに分割する電子ビーム分割手段と、前記第１及び第２電子ビームに対して別々にレンズ作用を与える複合照射レンズ（ｃｏｍｂｉｎｅｄｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎｌｅｎｓ）と、前記複合照射レンズでレンズ作用を受けた第１電子ビームに照射されるように試料を保持する試料保持手段と、前記試料に照射された前記第１電子ビームと前記試料に照射されなかった前記第２電子ビームが干渉して形成されたフーリエ変換電子線ホログラムを検出する検出手段と、前記検出手段から供給された前記電子線ホログラムに所定の演算処理を施す算処理手段と、前記演算処理手段から供給された前記試料の情報を表示する表示手段と、を有する。

前記電子源はコヒーレントな電子ビームを発生し、前記電子ビーム分割手段は、前記コンデンサレンズから供給された電子ビームをコヒーレントなまま第１及び第２電子ビームに分割し、前記複合照射レンズは、前記第１電子ビームを平行波とすると共に、前記第２電子ビームを、光軸に直交する試料面上の試料近傍の点で収束する収束波として、これらを干渉させることにより、フーリエ変換電子線ホログラムを形成し、前記演算処理手段は、前記検出手段から供給された前記電子線ホログラムに所定の演算処理を施すことで、前記試料の顕微鏡像を再構築する。

前記複合照射レンズ及び前記試料保持手段の後段であって前記検出器の前段に、前記検出手段において検出される前記ホログラムを拡大する投影レンズを備える。

前記演算処理手段は、前記ホログラムにフーリエ変換を施すことで前記試料の顕微鏡像を再構築する。

前記複合照射レンズは、前記第１電子ビームに沿って設けられた前記第１電子ビームを透過させる少なくとも１つの第１開口であって、透過した前記第１電子ビームを平行波とする第１開口と、前記第２電子ビームに沿って設けられた前記第２電子ビームを透過させる少なくとも１つの第２開口であって、透過した前記第２電子ビームを収束波とする第２開口と、を有する。

前記複合照射レンズは、前記第１電子ビームを透過させる少なくとも１つの第１開口及び前記第２電子ビームを透過させる少なくとも１つの第２開口を有する第１磁性部材と、前記第１磁性部材の後段にあって前記第１開口を透過した前記第１電子ビームを透過させる開口を有する第２磁性部材と、前記第１磁性部材の後段にあって前記第２開口を透過した前記第２電子ビームを透過させる開口を有する少なくとも１つの第３磁性部材と、前記第２及び第３部材の後段にあって前記第１電子ビームを透過させる少なくとも１つの第１開口及び前記第２電子ビームを透過させる少なくとも１つの第２開口を有する第４磁性部材と、を有する。

前記第２磁性部材は前記第１電子ビームに沿って前記試料の周囲に当該試料の上流から下流にわたって設けられ、前記第３磁性部材は前記第２電子ビームに沿って前記試料の下流に設けられている。

前記第１磁性部材と前記第２磁性部材は、これらの部材の間に前記第１電子ビームに沿って間隙が存在するように配置されている。

前記第１磁性部材と前記第２磁性部材の前記第１電子ビームに沿った距離Ｓ１、前記第２磁性部材と前記第４磁性部材の前記第１電子ビームに沿った距離Ｓ２、及び前記第１磁性部材と前記第３磁性部材の前記第２電子ビームに沿った距離Ｓ３が、関係式Ｓ１＋Ｓ２＝Ｓ３を満たす。

前記第１及び第４磁性部材の前記第２開口は複数個あって、各前記第２開口を透過する前記第２電子ビームに沿ってそれぞれ前記第３磁性部材が設けられ、前記第１磁性部材と各前記第３磁性部材の各第２電子ビームに沿った距離がＳ３であることが好ましい。

前記第２磁性部材の前記第１電子ビームに沿った開口の径は、下流側が小さい。

前記第１電子ビームを透過させる第１開口を有する第１磁性部材と、前記第２電子ビームを透過させる第２開口を有する第２磁性部材と、を有し、前記第１及び第２磁性部材は同一の構成を有し、これら第１及び第２磁性部材を前記第１及び第２電子ビームに沿って所定距離にわたって位置を移動させて配置してなる。

前記複合照射レンズにおいて、前記第１及び第２電子ビーム間にこれらの電子ビームが交わるのを防止する仕切り部材を備える。

前記複合照射レンズの前段及び後段に当該複合照射レンズで生じる非点収差を補正する非点収差補正手段を備える。

本発明に係る複合照射レンズは、所定距離を有する互いに平行な第１及び第２電子ビームが入射される複合照射レンズであって、前記第１電子ビームを透過させる少なくとも１つの第１開口及び前記第２電子ビームを透過させる少なくとも１つの第２開口を有する第１磁性部材と、前記第１磁性部材の後段にあって前記第１開口を透過した前記第１電子ビームを透過させる開口を有する第２磁性部材と、前記第１磁性部材の後段にあって前記第２開口を透過した前記第２電子ビームを透過させる開口を有する少なくとも１つの第３磁性部材と、前記第２及び第３部材の後段にあって前記第１電子ビームを透過させる少なくとも１つの第１開口及び前記第２電子ビームを透過させる少なくとも１つの第２開口を有する第４磁性部材と、を有し、前記第１電子ビームを平行波とするとともに前記第２電子ビームを収束波とする。

また、本発明に係る複合照射レンズは、所定距離を有する互いに平行な第１及び第２電子ビームが入射される複合照射レンズであって、前記第１電子ビームを透過させる第１開口を有する第１磁性部材と、前記第２電子ビームを透過させる第２開口を有する第２磁性部材と、を有し、前記第１及び第２磁性部材は同一の構成を有し、これら第１及び第２磁性部材を前記第１及び第２電子ビームに沿って所定にわたって距離位置を移動させて配置してなり、前記第１電子ビームを平行波とするとともに前記第２電子ビームを収束波とする。

前記第１及び第２電子ビーム間にこれらの電子ビームが交わるのを防止する仕切り部材を備える。

本発明によると、回折図形のホログラムを用いるが、結像レンズを用いないため結像レンズによる結像収差の存在しない顕微鏡像を再構築するような電子顕微鏡及びこのような電子顕微鏡に用いる複合照射レンズを提供することができる。

図１は、従来の電子顕微鏡における顕微鏡像の結像光路の概略を示す図である。図２は、従来の電子顕微鏡における電子レンズによる結像及び対応する数学的処理を示す模式図である。図３は、本発明を適用した電子顕微鏡の概略的な構成を示す模式図である。図４は、複合照射レンズの第１の具体例を示す図である。図５は、複合照射レンズの第１の具体例の詳細を示す図である。図６は、複合照射レンズの第２の具体例を示す図である。

以下、本発明に係る電子顕微鏡及び複合照射レンズを適用したフーリエ変換ホログラフィ電子顕微鏡の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図３は、このフーリエ変換ホログラフィ電子顕微鏡の概略的な構成を示す模式図である。

このフーリエ変換ホログラフィ電子顕微鏡は、試料を透過した回折光と試料を透過しない参照光とを作り出し、これらを試料より下流側で干渉させて回折図形のホログラムを検出し、このホログラムにフーリエ変換を施すことにより試料の顕微鏡像を再構築するものである。

図３に示すように、このフーリエ変換ホログラフィ電子顕微鏡１０は、電子ビームＬ０を発生する電子源１１と、電子源１１から供給された電子ビームＬ０を集束するコンデンサレンズ１２とを有している。

電子源１１は、電子銃から所定の電子ビームＬ０を発生するものであり、電界放射型電子銃が望ましい。コンデンサレンズ１２は、電子源１１から供給された電子ビームＬ０をこの電子ビームＬ０に沿ってコンデンサレンズ１２から所定距離に収束させるものであって、少なくとも１段のレンズから構成される。

また、このフーリエ変換ホログラフィ電子顕微鏡１０は、コンデンサレンズ１２から供給された電子ビームＬ０をコヒーレントなまま平行な第１及び第２の電子ビームＬ１，Ｌ２に分割する電子ビーム分割手段としてのバイプリズム１３と、バイプリズム１３から供給された第１及び第２電子ビームＬ１，Ｌ２が交わらないような隔壁（仕切り部材）としてのシールディングプレート１４とを有している。

バイプリズム１３は、コンデンサレンズ１２から供給された電子ビームＬ０を互いに例えば数ｍｍ程度の離れた第１及び第２電子ビームＬ１，Ｌ２に分割する。

シールディングプレート１４は、バイプリズム１３で分割された第１及び第２電子ビームＬ１，Ｌ２が交わらないように、バイプリズム１３の後段であって後述する複合照射レンズ１５の前段の第１及び第２電子ビームＬ１，Ｌ２間に設けられる。このシールディングプレート１４には、第１及び第２電子ビームＬ１，Ｌ２を効率的に遮断するように高透磁率の磁性材料が用いられる。

さらに、フーリエ変換ホログラフィ電子顕微鏡１０は、シールディングプレート１４の後段にあって第１電子ビームＬ１を平行波とするとともに第２電子ビームＬ２を所定距離で収束する収束波とする複合照射レンズ１５と、複合照射レンズ１５によって平行波とされた第１電子ビームＬ１上において試料を支持する試料保持手段としての試料ステージ１６とを有している。

複合照射レンズ１５は、バイプリズム１３から供給された第１電子ビームＬ１を透過させる第１開口１５ａを有し、この第１開口１５ａを透過する第１電子ビームＬ１を平行波とする。平行波とされた第１電子ビームＬ１は、この第１電子ビームＬ１上にあるように試料ステージ１６によって保持された試料に照射される。

また、複合照射レンズ１５は、バイプリズム１３から供給された第２電子ビームＬ２を透過させる第２開口１５ｂを有し、この第２開口１５ｂを透過する第２電子ビームＬ２をこの第２電子ビームＬ２に沿って、第１電子ビームＬ１上における試料の高さ位置とほぼ同じ高さになる位置において数ｎｍ程度の径に収束するような収束波とする。

複合照射レンズ１５における第１及び第２開口１５ａ，１５ｂは、例えば数ｍｍ程度の間隔を有する第１及び第２電子ビームＬ１，Ｌ２に対応して、例えば数ｍｍ程度の間隔を有するように設けられる。このような複合照射レンズ１５の具体的な構成については、さらに後述する。

なお、検出器１７の上流側に拡大レンズを挿入することによりホログラムを拡大して検出することができる。これにより、実効的なカメラ長を増加することができるため検出記録するホログラムの解像度を改善することができる。

そして、フーリエ変換ホログラフィ電子顕微鏡１０は、試料に照射された第１電子ビームＬ１と第２電子ビームＬ２の干渉して形成される干渉図形の強度分布である回折図形のホログラムを検出する検出手段としての検出器１７と、検出器１７で検出されたホログラムにフーリエ変換を施して試料の顕微鏡像を再構成する演算処理手段としての演算処理部１８と、演算処理部１８から供給された試料の顕微鏡像を表示する表示手段としてのディスプレイ１９とを有している。

検出器１７は、第１及び第２電子ビームＬ１，Ｌ２に略直交する検出面を有し、この検出面における回折図形のホログラムの空間分布を検出する。この検出器１７には例えばＣＣＤを用いることができ、この検出器１７で検出するホログラムを拡大するために検出器の前段にさらに投影レンズを設けることもできる。

演算処理部１８は、検出器１７で検出されたホログラムが重畳された回折図形にフーリエ変換を施し、逆空間から実空間の顕微鏡像に変換する。この回折図形は、回折点の空間分布という強度情報に加え、ホログラムによる位相情報を有するものであるから、強度情報と位相情報の両方を有するものである。したがって、演算処理部１８は、これらの情報を用いて試料の顕微鏡像を再構築することができる。この演算処理部１８には、例えばパーソナルコンピュータを用いることができる。

ディスプレイ１９は、演算処理部１８から得られた顕微鏡像を表示するものであり、例えばＣＲＴディスプレイやＬＣＤディスプレイを用いることができる。

図４は、複合照射レンズの第１の具体例を示す図である。

この第１の具体例の複合照射レンズ２０は、図３に示した複合照射レンズ１５にいわゆるレンコン型レンズを適用したものである。

この複合照射レンズ２０は、図４（ａ）の断面図に示すように、例えば数ｍｍ程度の間隔Ｄだけ離れた第１及び第２電子ビームＬ１，Ｌ２に沿って配置され、これらの電子ビームＬ１，Ｌ２を透過するための少なくとも２つの開口を有する第１磁性部材２１と、同じく第１及び第２電子ビームＬ１，Ｌ２に沿って第１磁性部材２１に対向してその下流に配置され、これらの電子ビームＬ１，Ｌ２を透過するための少なくとも２つの開口を有する第２磁性部材２２とを有している。

これら第１及び第２磁性部材２１，２２は、これらの部材に磁束を供給する第１及び第２ポールピース２３，２４の先端にそれぞれ取り付けられている。第１及び第２ボールピース２３，２４は、ヨーク２５によって磁気回路を構成するように接続され、ヨーク２５の内側にはコイル２６が設けられている。

図４（ｂ）は、複合照射レンズ２０の第１及び第２磁性部材２１，２２の要部断面図である。第１磁性部材２１に設けられた開口２１ａと、第２磁性部材２２に設けられた開口２２ａとは、それぞれが第１又は第２電子ビームＬ１，Ｌ２を透過させる。これらの開口２１ａ，２２ａは、それぞれが同一のレンズ作用を有する独立したレンズとして動作する複数の開口、すなわちマルチコラムを構成している。なお、本実施の形態では、後述するようにこれらのマルチコラムに磁性部材を適宜組み合わせることによって、これらの開口２１ａ，２２ａにおけるレンズ作用が第１又は第２電子ビームＬ１，Ｌ２を透過する部位によって異なるようにしている。

図４（ｃ）は、第１磁性部材２１を第１及び第２電子ビームＬ１，Ｌ２の上流側から見た上面図である。第１磁性部材２１には、所定径の開口２１ａが、ほぼ一定間隔を有して配置されている。図に示す開口２１ａの配置は、第１及び第２電子ビームＬ１，Ｌ２について４回回転対称である。このように開口２１ａを対称的に配置することによって、第１及び第２磁性部材２１，２２における磁場の分布を一様に近づけることができる。図中の領域Ａ１，Ａ２は、第１及び第２電子ビームＬ１，Ｌ２がそれぞれ入射する範囲の概略を示す。

このようないわゆるレンコン型レンズにおいては、マルチコラムの各開口２１ａ，２２ａがレンズの中心軸上になくても、それぞれがその開口の中心軸について電子レンズとして作用するということが実験的に知られている。レンコン型レンズとは、このような複数の開口による各レンズがヨーク及びコイルを共有して一つの励磁電流で動作するものをさしている。

なお、この図４においては、第１及び第２磁性部材２１，２２に複数の開口２１ａ，２２ａを示したが、これらは開口の所在を原理的に示すものであって必ずしも記載した通りであることを必要としない。本実施の形態では、第１及び第２磁性部材２１，２２においてそれぞれ２以上の開口２１ａ，２２ａが存在すれば足りる。

図５は、複合照射レンズの第１の具体例の詳細を示す要部断面図である。この図５は、図４（ｂ）の要部断面図における第１及び第２磁性部材２１，２２の周辺の構造をより詳細に示すものである。

複合照射レンズ３０は、図４に示した複合照射レンズ２０に相当するもので、第１及び第２電子ビームＬ１，Ｌ２をそれぞれ透過する第１及び第２開口３１ａ，３１ｂを有する第１磁性部材３１と、第１磁性部材３１の後段であって第１磁性部材３１と距離Ｓ１の第１ギャップＧ１を介して対向する第１電子ビームＬ１上に設けられた第１電子ビームＬ１を透過する開口３２ａを有する第２磁性部材３２とは、図４に示した第１磁性部材２１に相当する。

ここで、第２磁性部材内の３０においては、図示しない試料ステージによって第１電子ビームＬ１上に試料３０が保持されている。第２磁性部材３２は、第１電子ビームＬ１上にある試料３０をその上流から下流にわたり取り囲むことにより、この試料３０を磁気的に遮蔽するという機能も有している。

また、第１磁性部材３１の後段であって第１磁性部材３１と距離Ｓ３の第３ギャップＧ３を介して対向する第２電子ビームＬ２上に設けられた第２電子ビームＬ２を透過する開口３３ａを有する第３磁性部材３３と、第２及び第３磁性材３２，３３の後段に設けられ、第２磁性部材３２と距離Ｓ２の第２ギャップＧ２を介して対向するとともに第３磁性部材３３とはギャップなしで接する、第１及び第２電子ビームＬ１，Ｌ２をそれぞれ透過する第１及び第２開口３４ａ，３４ｂを有する第４磁性部材３４とは、図４に示した第２磁性部材２２に相当する。

この複合照射レンズ３０においては、第２部材３２の上流に小さな第１ギャップＧ１、下流側に大きな第２ギャップＧ２を設けることにより、この第２部材３２に入射する第１電子ビームＬ１にこの第２ギャップＧ２において弱い磁場を作用させる。この第１電子ビームＬ１は、図３に示したコンデンサレンズ１２によって発散波となって入射するので、この弱い磁場によって平行波とする。

また、第３部材３３の上流に第３ギャップＧ３を設けることにより、この第３部材３３に入射する第２電子ビームＬ２にこの第３ギャップＧ３において強い磁場を作用させ、第２電子ビームＬ２が試料３０の高さ位置とほぼ同じ高さ位置に収束するようにする。

この複合照射レンズ３０は、試料３０の上流側に配置されているため試料３０に対する対物レンズとしての結像磁場は生成せず、回折図形のホログラムは無限遠に形成されるようにしている。したがって、本来は第２部材３２と第４部材３４間に第２ギャップＧ２を設ければ足りる筈である。しかしながら、第１及び第４部材３１，３４においては、第１及び第２電子ビームＬ１，Ｌ２に沿った各レンズについて与えられる磁場が相互に関連しているので、第３ギャップＧ３における磁場の強さを小さくするとともに各レンズに均等な磁場が供給されるように第１及び第２磁性部材３１，３２間に第１ギャップＧ１を設けている。ここで、第１乃至第３ギャップＧ１，Ｇ２，Ｇ３の各距離Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３間において関係式Ｓ１＋Ｓ２＝Ｓ３が満たされることが各レンズに供給される磁場が均等になるために有効である。

なお、この図５において、試料３０による回折光を発生するため、第１磁性部材３１における第１開口３１ａ、第２磁性部材３２における開口３２ａ、及び第４磁性部材３４の第１開口３４ａは、第１電子ビームＬ１に沿ってそれぞれ１つのみ設けられる。これは、単一の第２磁性部材３２内に保持された試料３０に照射した第１電子ビームＬ１を回折光として得る必要があるからである。

一方、参照光を発生するために、第１磁性部材３１における第２開口３１ｂ、第３磁性部材３３における３３ａ、及び第４磁性部材３４の第２開口３４ｂは、第２電子ビームＬ２に沿って、この第２電子ビームＬ２の入射する範囲（図４（ｃ）の範囲Ａ２参照）にわたって複数設けることができる。これらの複数の開口３１ｂ，３３ａ，３４ｂ及び磁性部材３３は、協働して実効的に単一のレンズとして作用し、第２電子ビームＬ２を収束波として数ｎｍ程度まで収束させる。

図６は、複合照射レンズの第２の具体例を示す図である。図６（ａ）はこの複合照射レンズの断面図であり、図６（ｂ）はこの複合照射レンズの上面図である。

この複合照射レンズ４０は、図３に示した複合照射レンズ１５に相当するもので、第１電子ビームＬ１を透過させる開口４１ａを有する第１磁性部材４２と、第１電子ビームＬ１に沿って第１磁性部材４２の後段にあって第１磁性部材４２と第１ギャップＧ１を挟んで対向する第１電子ビームＬ１を透過させる第１開口４１ａを有する第２磁性部材４３とを有している。これら第１及び第２磁性部材４２，４３は、この複合照射レンズ４０の第１及び第２電子ビームＬ１，Ｌ２に沿って片側となる第１側部４１を構成している。

また、この複合照射レンズ４０は、第２電子ビームＬ２を透過させる第２開口４５ａを有する第３磁性部材４６と、第２電子ビームＬ２に沿って第３磁性部材４６の後段にあって第３磁性部材４６と第２ギャップＧ２を挟んで対向する第２電子ビームＬ２を透過させる第２開口４５ａを有する第４磁性部材４７とを有している。これら第３及び第４磁性部材４６，４７は、この複合照射レンズ４０の第１及び第２電子ビームＬ１，Ｌ２に沿って片側となる第２側部４５を構成している。第２ギャップＧ２の間隔は、第１ギャップＧ１の間隔に等しい。

さらに、この複合照射レンズ４０は、前記第１側部４１の第１開口４１ａ及び第２側部４５の第２開口４５ａの間にあって第１及び第２電子ビームＬ１，Ｌ２が交わらないように隔壁となるシールディングプレート５０と、第１側部４１の第１及び第２磁性部材４２，４３の第１ギャップＧ１間にあって第１開口４１ａを透過する第１電子ビームＬ１上に試料４８を支持する試料ステージ４９とを有している。

この複合照射レンズ４０は、同一の構造及びギャップを有する第１及び第２側部４１，４５を図中の矢印Ａに示すように、第１及び第２電子ビームＬ１，Ｌ２に沿って第１側部４１を第２側部４５に対して下流側に所定距離にわたって位置を移動させることによって構成したものである。

このような構成を有する複合照射レンズ４０は、第１側部４１の第１ギャップＧ１が第２側部４５の第２ギャップＧ２より下流側にあるので、第１及び第２側部４１，４５は各ギャップＧ１，Ｇ２における磁場によって左右異なった作用をさせることができる。すなわち、第１側部４１は第１ギャップＧ１による弱い磁場により第１電子ビームＬ１を平行波とし、第２側部４５は第２ギャップＧ２による強い磁場により第２電子ビームＬ２を収束波とする。シールディングプレート５０は、これら第１及び第２側部４１，４５の磁場が混じらないように隔壁となっている。

なお、この複合照射レンズ４０は、第１及び第２電子ビームＬ１，Ｌ２に対して２回回転対象であるので、軸対称性の破れによる非点収差が発生する。このような非点収差は、この複合照射レンズ４０の前段及び後段に４極子レンズを配置することにより低減することができる。

Claims

電子ビームを発生する電子源と、
前記電子源から供給された電子ビームを所定距離で収束させるコンデンサレンズと、
前記コンデンサレンズから供給された電子ビームを第１及び第２電子ビームに分割する電子ビーム分割手段と、
前記第１及び第２電子ビームに対して別々にレンズ作用を与える複合照射レンズと、
前記複合照射レンズでレンズ作用を受けた第１電子ビームに照射されるように試料を保持する試料保持手段と、
前記試料に照射された前記第１電子ビームと前記試料に照射されなかった前記第２電子ビームが干渉して形成されたフーリエ変換電子線ホログラムを検出する検出手段と、
前記検出手段から供給された前記電子線ホログラムに所定の演算処理を施す演算処理手段と、
前記演算処理手段から供給された前記試料の情報を表示する表示手段と、
を有することを特徴とする電子顕微鏡。
前記電子源はコヒーレントな電子ビームを発生し、
前記電子ビーム分割手段は、前記コンデンサレンズから供給された電子ビームをコヒーレントなまま第１及び第２電子ビームに分割し、
前記複合照射レンズは、前記第１電子ビームを平行波とすると共に、前記第２電子ビームを、光軸に直交する試料面上の試料近傍の点で収束する収束波として、これらを干渉させることにより、フーリエ変換電子線ホログラムを形成し、
前記演算処理手段は、前記検出手段から供給された前記電子線ホログラムに所定の演算処理を施すことで、前記試料の顕微鏡像を再構築することを特徴とする請求項１記載の電子顕微鏡。
前記複合照射レンズ及び前記試料保持手段の後段であって前記検出器の前段に、前記検出手段において検出される前記ホログラムを拡大する投影レンズを備えることを特徴とする請求項１記載の電子顕微鏡。
前記演算処理手段は、前記ホログラムにフーリエ変換を施すことで前記試料の顕微鏡像を再構築することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の電子顕微鏡。
前記複合照射レンズは、
前記第１電子ビームに沿って設けられた前記第１電子ビームを透過させる少なくとも１つの第１開口であって、透過した前記第１電子ビームを平行波とする第１開口と、
前記第２電子ビームに沿って設けられた前記第２電子ビームを透過させる少なくとも１つの第２開口であって、透過した前記第２電子ビームを収束波とする第２開口と、
を有する請求項１乃至３のいずれかに記載の電子顕微鏡。
前記複合照射レンズは、
前記第１電子ビームを透過させる少なくとも１つの第１開口及び前記第２電子ビームを透過させる少なくとも１つの第２開口を有する第１磁性部材と、
前記第１磁性部材の後段にあって前記第１開口を透過した前記第１電子ビームを透過させる開口を有する第２磁性部材と、
前記第１磁性部材の後段にあって前記第２開口を透過した前記第２電子ビームを透過させる開口を有する少なくとも１つの第３磁性部材と、
前記第２及び第３部材の後段にあって前記第１電子ビームを透過させる少なくとも１つの第１開口及び前記第２電子ビームを透過させる少なくとも１つの第２開口を有する第４磁性部材と、
を有する請求項５記載の電子顕微鏡。
前記第２磁性部材は前記第１電子ビームに沿って前記試料の周囲に当該試料の上流から下流にわたって設けられ、前記第３磁性部材は前記第２電子ビームに沿って前記試料の下流に設けられていることを特徴とする請求項６記載の電子顕微鏡。
前記第１磁性部材と前記第２磁性部材は、これらの部材の間に前記第１電子ビームに沿って間隙が存在するように配置されていることを特徴とする請求項７記載の電子顕微鏡。
前記第１磁性部材と前記第２磁性部材の前記第１電子ビームに沿った距離Ｓ１、前記第２磁性部材と前記第４磁性部材の前記第１電子ビームに沿った距離Ｓ２、及び前記第１磁性部材と前記第３磁性部材の前記第２電子ビームに沿った距離Ｓ３が、関係式Ｓ１＋Ｓ２＝Ｓ３を満たすことを特徴とする請求項７又は８記載の電子顕微鏡。
前記第１及び第４磁性部材の前記第２開口は複数個あって、各前記第２開口を透過する前記第２電子ビームに沿ってそれぞれ前記第３磁性部材が設けられ、前記第１磁性部材と各前記第３磁性部材の各第２電子ビームに沿った距離がＳ３であることを特徴とする請求項９記載の電子顕微鏡。
前記第２磁性部材の前記第１電子ビームに沿った開口の径は、下流側が小さいことを特徴とする請求項７記載の電子顕微鏡。
前記第１電子ビームを透過させる第１開口を有する第１磁性部材と、
前記第２電子ビームを透過させる第２開口を有する第２磁性部材と、
を有し、前記第１及び第２磁性部材は同一の構成を有し、これら第１及び第２磁性部材を前記第１及び第２電子ビームに沿って所定にわたって距離位置を移動させて配置してなることを特徴とする請求項５記載の電子顕微鏡。
前記複合照射レンズにおいて、前記第１及び第２電子ビーム間にこれらの電子ビームが交わるのを防止する仕切り部材を備えることを特徴とする請求項１２記載の電子顕微鏡。
前記複合照射レンズの前段及び後段に当該複合照射レンズで生じる非点収差を補正する非点収差補正手段を備えることを特徴とする請求項１２又は１３記載の電子顕微鏡。
所定距離を有する互いに平行な第１及び第２電子ビームが入射される複合照射レンズであって、
前記第１電子ビームを透過させる少なくとも１つの第１開口及び前記第２電子ビームを透過させる少なくとも１つの第２開口を有する第１磁性部材と、
前記第１磁性部材の後段にあって前記第１開口を透過した前記第１電子ビームを透過させる開口を有する第２磁性部材と、
前記第１磁性部材の後段にあって前記第２開口を透過した前記第２電子ビームを透過させる開口を有する少なくとも１つの第３磁性部材と、
前記第２及び第３部材の後段にあって前記第１電子ビームを透過させる少なくとも１つの第１開口及び前記第２電子ビームを透過させる少なくとも１つの第２開口を有する第４磁性部材と、
を有し、前記第１電子ビームを平行波とするとともに前記第２電子ビームを収束波とすることを特徴とする複合照射レンズ。
前記第２磁性部材は前記第１電子ビームに沿って前記試料の周囲に当該試料の上流から下流にわたって設けられ、前記第３磁性部材は前記第２電子ビームに沿って前記試料の下流に設けられていることを特徴とする請求項１５記載の複合照射レンズ。
前記第１磁性部材と前記第２磁性部材は、これらの部材の間に前記第１電子ビームに沿って間隙が存在するように配置されていることを特徴とする請求項１６記載の複合照射レンズ。
前記第１磁性部材と前記第２磁性部材の前記第１電子ビームに沿った距離Ｓ１、前記第２磁性部材と前記第４磁性部材の前記第１電子ビームに沿った距離Ｓ２、及び前記第１磁性部材と前記第３磁性部材の前記第２電子ビームに沿った距離Ｓ３が、関係式Ｓ１＋Ｓ２＝Ｓ３を満たすことを特徴とする請求項１５又は１７記載の複合照射レンズ。
前記第１及び第４磁性部材の前記第２開口は複数個あって、各前記第２開口を透過する前記第２電子ビームに沿ってそれぞれ前記第３磁性部材が設けられ、前記第１磁性部材と各前記第３磁性部材の各第２電子ビームに沿った距離がＳ３であることを特徴とする請求項１５記載の複合照射レンズ。
前記第２磁性部材の前記第１電子ビームに沿った開口の径は、下流側が小さいことを特徴とする請求項１６記載の複合照射レンズ。
所定距離を有する互いに平行な第１及び第２電子ビームが入射される複合照射レンズであって、
前記第１電子ビームを透過させる第１開口を有する第１磁性部材と、
前記第２電子ビームを透過させる第２開口を有する第２磁性部材と、
を有し、前記第１及び第２磁性部材は同一の構成を有し、これら第１及び第２磁性部材を前記第１及び第２電子ビームに沿って所定距離にわたって位置を移動させて配置してなり、前記第１電子ビームを平行波とするとともに前記第２電子ビームを収束波とすることを特徴とする複合照射レンズ。
前記第１及び第２電子ビーム間にこれらの電子ビームが交わるのを防止する仕切り部材を備えることを特徴とする請求項２１記載の複合照射レンズ。
前記複合照射レンズの前段及び後段に当該複合照射レンズで生じる非点収差を補正する非点収差補正手段を備えることを特徴とする請求項２２記載の複合照射レンズ。