JP6796609B2 - 収差測定方法および電子顕微鏡 - Google Patents

Description

本発明は、収差測定方法および電子顕微鏡に関する。

透過電子顕微鏡（ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ、ＴＥＭ）において、収差補正は高分解能像を取得する上で重要な技術である。

収差を測定する方法として、例えば、特許文献１には、試料に入射する電子線を傾斜させる前後の透過電子顕微鏡像から収差（デフォーカス）を測定する手法が開示されている。

特開２００４−５５１４３号公報

図１４〜図１６は、従来の収差測定方法を説明するための図である。図１４〜図１６では、便宜上、偏向器１０２、結像レンズ系１０４、撮像装置（ＣＣＤカメラ）１０８のみを図示している。

従来の収差測定方法では、まず、図１４に示すように、照射系の偏向器１０２で電子線ＥＢの照射角を第１照射角として試料Ｓに電子線ＥＢを照射し、ＴＥＭ像を撮影する。次に、図１５に示すように、偏向器１０２で電子線ＥＢの照射角を第１照射角から第２照射角に変えて、ＴＥＭ像を取得する。次に、図１６に示すように、偏向器１０２で電子線ＥＢの照射角を第２照射角から第３照射角に変えて、ＴＥＭ像を取得する。このようにして、互いに異なる照射角で得られた複数のＴＥＭ像を取得する。照射角やＴＥＭ像を取得する数は、測定対象となる収差の種類に応じて適宜設定される。

次に、取得した複数のＴＥＭ像から、ディフラクトグラムタブローや、像シフトを用いて収差を測定する。

図１７は、ディフラクトグラムタブロー（ｄｉｆｆｒａｃｔｏｇｒａｍ ｔａｂｌｅａｕ）を示す図である。

ディフラクトグラムタブローでは、照射角（傾斜角と方位角）に応じて、アモルファス試料のＴＥＭ像のフーリエ変換図形（ディフラクトグラム）が配置される。ディフラクトグラムタブローを用いて収差を測定する場合、アモルファス試料のＴＥＭ像のフーリエ変換からデフォーカスと非点を計算する。照射角と、計算されたデフォーカスおよび非点と、の組み合わせから結像系の収差を求めることができる。

図１８は、像シフトを用いて収差を測定する例について説明するための図である。図１８には、互いに異なる電子線ＥＢの照射角で得られた２つのＴＥＭ像を図示している。

像シフトを用いる場合には、得られた複数のＴＥＭ像の相対的な位置ずれを計算し、電子線の照射角と像シフトの組み合わせから結像系の収差を計算する。

ディフラクトグラムタブローを用いる場合および像シフトを用いる場合、いずれの場合も、多数のＴＥＭ像の取得が必要となる。特に、高次の収差まで測定する場合には、より多数のＴＥＭ像の取得が必要となる。そのため、収差の測定に必要な数のＴＥＭ像を取得するために要する時間が長くなってしまう。

多数のＴＥＭ像を取得するためには時間がかかるため、試料の移動（試料ドリフト）に伴う複数のＴＥＭ像の相対的な位置ずれ、すなわち、像ドリフトが大きくなる。このような像ドリフトは像シフトを用いた収差の測定に影響を与えるため、像ドリフトが大きくなると、収差の測定精度が大きく低下してしまう。

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、像ドリフトの影響を低減できる収差測定方法を提供することにある。また、本発明のいくつかの態様に係る目的の１つは、像ドリフトの影響を低減できる収差測定が可能な電子顕微鏡を提供することにある。

本発明に係る収差測定方法は、
電子顕微鏡における収差測定方法であって、
試料の透過電子顕微鏡像である第１画像を取得する工程と、
前記試料に照射される電子線の照射角を走査し、互いに異なる照射角で得られた複数の透過電子顕微鏡像を多重露光して、第２画像を取得する工程と、
前記第１画像および前記第２画像から収差を計算する工程と、
を含む。

このような収差測定方法では、試料に照射される電子線の照射角を走査し、互いに異なる照射角で得られた複数の透過電子顕微鏡像を多重露光して第２画像を取得するため、互いに異なる照射角で得られた複数の透過電子顕微鏡像を短時間で取得でき、収差測定における像ドリフトの影響を低減できる。

本発明に係る電子顕微鏡は、
電子源と、
前記電子源から放出された電子線を偏向する偏向器を含む照射系と、
試料を透過した電子で透過電子顕微鏡像を結像する結像系と、
前記結像系で結像された透過電子顕微鏡像を撮影する撮像装置と、
前記結像系の収差を測定する収差測定部と、
を含み、
前記収差測定部は、
前記試料の透過電子顕微鏡像である第１画像を取得する処理と、
前記試料に照射される電子線の照射角が走査されるように前記偏向器を制御して、互いに異なる照射角で得られた複数の透過電子顕微鏡像が多重露光された第２画像を取得する処理と、
前記第１画像および前記第２画像から収差を計算する処理と、
を行う。

このような電子顕微鏡では、試料に照射される電子線の照射角が走査されるように偏向器を制御して、互いに異なる照射角で得られた複数の透過電子顕微鏡像が多重露光された第２画像を取得する処理を行うため、互いに異なる照射角で得られた複数の透過電子顕微鏡像を短時間で取得でき、収差測定における像ドリフトの影響を低減できる。

実施形態に係る電子顕微鏡の構成を示す図。 実施形態に係る収差測定方法の一例を示すフローチャート。 電子線を偏向させない状態で電子線を試料に照射している様子を模式的に示す図。 電子線を偏向させない状態で電子線を試料に照射している様子を模式的に示す図。 基準画像を取得する際の電子線の照射角の分布を示す図。 基準画像を模式的に示す図。 電子線の照射角を走査している様子を模式的に示す図。 電子線の照射角を走査している様子を模式的に示す図。 多重露光画像を取得する際の電子線の照射角の分布を示す図。 多重露光画像を模式的に示す図。 基準画像と多重露光画像から相関関数を計算した結果を示す図。 互いに異なる照射角の組み合わせで得られた多重露光画像を模式的に示す図。 第３変形例に係る収差測定方法の一例を示すフローチャート。 従来の収差測定方法の概要を説明するための図。 従来の収差測定方法の概要を説明するための図。 従来の収差測定方法の概要を説明するための図。 ディフラクトグラムタブローを示す図。 像シフトを用いて収差を測定する例について説明するための図。

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． 電子顕微鏡
まず、本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、本実施形態に係る電子顕微鏡１００の構成を示す図である。

電子顕微鏡１００は、図１に示すように、電子源１０と、照射系レンズ１１と、偏向器１２と、試料ステージ１３と、対物レンズ１４と、中間レンズ１５と、投影レンズ１６と、撮像装置２０と、制御装置３０と、処理部４０と、操作部５０と、表示部５２と、記憶部５４と、を含む。

電子源１０は、電子線ＥＢを発生させる。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ＥＢを放出する電子銃である。

照射系レンズ１１は、電子源１０で発生した電子線ＥＢを集束させて試料Ｓに照射する。図示の例では、照射系レンズ１１は、２つの電子レンズで構成されているが、２つ以上の電子レンズで構成されていてもよい。

偏向器１２は、照射系レンズ１１で集束された電子線ＥＢを二次元的に偏向させる。偏向器１２で電子線ＥＢを偏向させることにより、試料Ｓに入射する電子線ＥＢの照射角を制御することができる。ここで、電子線ＥＢの照射角とは、電子線ＥＢが試料Ｓを照射する角度である。電子線ＥＢの照射角は、電子線ＥＢの傾斜角Ａ（光軸Ｌに対する傾き）と、電子線ＥＢの方位角Ｂと、で表される（後述する図８参照）。

照射系レンズ１１と偏向器１２とは、電子顕微鏡１００の照射系２を構成している。な
お、照射系２は、照射系レンズ１１および偏向器１２以外の電子レンズや、偏向器、絞りなどを備えていてもよい。

試料ステージ１３は、試料Ｓを保持する。試料ステージ１３は、試料ホルダーを介して、試料Ｓを保持していてもよい。試料ステージ１３は、試料Ｓを水平方向や鉛直方向に移動させたり、試料Ｓを傾斜させたりすることができる。

対物レンズ１４は、試料Ｓを透過した電子で透過電子顕微鏡像（ＴＥＭ像）を結像するための初段のレンズである。中間レンズ１５および投影レンズ１６は、対物レンズ１４によって結像された像をさらに拡大し、撮像装置２０上に結像する。

対物レンズ１４、中間レンズ１５、および投影レンズ１６は、電子顕微鏡１００の結像系４を構成している。なお、結像系４は、対物レンズ１４、中間レンズ１５、および投影レンズ１６以外の電子レンズや、偏向器、絞りなどを備えていてもよい。

撮像装置２０は、結像系４によって結像されたＴＥＭ像を撮影する。撮像装置２０は、例えば、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）カメラ等のデジタルカメラである。

制御装置３０は、電子源１０や、照射系２、試料ステージ１３、結像系４などを動作させる。制御装置３０は、制御部４２や収差測定部４４からの制御信号に基づいて、電子源１０や、照射系２、試料ステージ１３、結像系４などを動作させる。

操作部５０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４０に送る処理を行う。操作部５０は、例えば、ボタン、キー、タッチパネル型ディスプレイ、マイクなどである。

表示部５２は、処理部４０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、液晶ディスプレイ（ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ ｄｉｓｐｌａｙ、ＬＣＤ）などにより実現できる。

記憶部５４は、処理部４０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５４は、処理部４０の作業領域として用いられ、処理部４０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５４の機能は、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）やＲＡＭ（ｒａｎｄｏｍ ａｃｃｅｓｓ ｍｅｍｏｒｙ）などの記憶装置により実現することができる。

処理部４０は、記憶部５４に記憶されているプログラムに従って、各種の制御処理や計算処理を行う。処理部４０の機能は、各種プロセッサ（ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等）でプログラムを実行することにより実現することができる。なお、処理部４０の機能の少なくとも一部を、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４０は、制御部４２と、収差測定部４４と、を含む。

制御部４２は、照射系２、試料ステージ１３、結像系４などを制御するための制御信号を生成する処理を行う。制御部４２は、例えば、操作部５０を介したユーザーの指令に応じて制御信号を生成し、制御装置３０に送る処理を行う。

収差測定部４４は、結像系４の収差を測定する処理を行う。具体的には、収差測定部４
４は、基準画像（第１画像）を取得する処理、多重露光画像（第２画像）を取得する処理、基準画像と多重露光画像から収差を計算する処理などの処理を行う。収差測定部４４の処理の詳細については後述する「３． 電子顕微鏡の動作」で説明する。

２． 収差測定方法
次に、本実施形態に係る収差測定方法について説明する。図２は、本実施形態に係る収差測定方法の一例を示すフローチャートである。

（１）基準画像の取得（Ｓ１００）
まず、偏向器１２で電子線ＥＢを偏向させない状態でＴＥＭ像（基準画像）を取得する。

図３および図４は、電子線ＥＢを偏向させない状態で電子線ＥＢを試料Ｓに照射している様子を模式的に示す図である。なお、図３では、便宜上、偏向器１２、結像系４、および撮像装置２０以外の部材の図示を省略している。なお、図３では、結像系４を構成している対物レンズ１４、中間レンズ１５、および投影レンズ１６を１つのレンズとして表している。

図５は、基準画像を取得する際の電子線ＥＢの照射角の分布を示す図である。図６は、電子線ＥＢを偏向させない状態で得られたＴＥＭ像（基準画像Ｉ１）を模式的に示す図である。

図３〜図５に示すように、偏向器１２で電子線ＥＢを偏向させない場合、電子線ＥＢは、光軸Ｌに沿って試料Ｓに入射する。この結果、図６に示すようなＴＥＭ像（基準画像Ｉ１）が得られる。

なお、基準画像は、後述する多重露光画像との相互相関を計算する処理において基準（テンプレート）となれば、電子線ＥＢを偏向させない状態で得られたＴＥＭ像に限定されない。すなわち、基準画像として、電子線ＥＢを任意の照射角として得られたＴＥＭ像を用いてもよい。

（２）多重露光画像の取得（Ｓ１０２）
次に、偏向器１２で電子線ＥＢの照射角を走査し、互いに異なる照射角で得られた複数のＴＥＭ像を多重露光して、多重露光画像を取得する。多重露光は、複数のＴＥＭ像を重ねて撮影することをいう。多重露光画像は、複数のＴＥＭ像を重ねて撮影することにより、複数のＴＥＭ像を１つの画像としたものである。

図７および図８は、電子線ＥＢの照射角を走査している様子を模式的に示す図である。なお、図７は、図３に対応し、図８は、図４に対応している。図９は、多重露光画像を取得する際の電子線ＥＢの照射角の分布を示す図である。図１０は、多重露光画像Ｉ２を模式的に示す図である。

電子線ＥＢの照射角を変化させると、結像系４の収差に応じてＴＥＭ像がシフトする。そのため、例えば、結像系４に収差（例えばデフォーカス）がある状態で、電子線ＥＢの照射角を走査すると、図１０に示すように、シフトしたＴＥＭ像が重なった像（多重露光画像Ｉ２）が得られる。ＴＥＭ像のシフト量およびシフト方向は照射角に応じて異なるため、多重露光画像Ｉ２では、複数のＴＥＭ像間に位置ずれが生じる。

図９に示す例では、電子線ＥＢの走査は、第１照射角θ_１、第２照射角θ_２、第３照射角θ_３、第４照射角θ_４の順で照射角を変更（走査）することを繰り返すことで行われる
。これにより、第１照射角θ_１で得られたＴＥＭ像、第２照射角θ_２で得られたＴＥＭ像、第３照射角θ_３で得られたＴＥＭ像、および第４照射角θ_４で得られたＴＥＭ像が重なった多重露光画像Ｉ２が得られる。

例えば、第１照射角θ_１から第４照射角θ_４まで、電子線ＥＢを１００μ秒ずつ試料Ｓに照射することを３０００回繰り返す。このとき、各照射角でのＴＥＭ像の露光時間は０．３秒ずつとなる。この場合、多重露光画像Ｉ２を得るための露光時間は、１．２秒（０．３秒×４）となる。すなわち、多重露光画像Ｉ２は、露光時間が０．３秒のＴＥＭ像が４つ重なった画像となる。

照射角の走査を、第１照射角θ_１、第２照射角θ_２、第３照射角θ_３、第４照射角θ_４の順で照射角を変更することを繰り返すことで行うことにより、収差測定における像ドリフトの影響を低減できる。

例えば、照射角の走査を、第１照射角θ_１から第４照射角θ_４まで、０．３秒ずつ照射して行った場合、第１照射角θ_１で得られるＴＥＭ像の撮影を開始してから次の第２照射角θ_２で得られるＴＥＭ像の撮影を開始するまで、少なくとも０．３秒の時間がかかってしまう。

これに対して、照射角の走査を第１照射角θ_１から第４照射角θ_４まで、１００μ秒ずつ照射することを３０００回繰り返した場合、第１照射角θ_１で得られるＴＥＭ像の撮影を開始してから次の第２照射角θ_２で得られるＴＥＭ像の撮影を開始するまで１００μ秒の時間しかかからない。そのため、像ドリフトを小さくできる。

なお、第１照射角θ_１から第４照射角θ_４まで照射することを繰り返している間に、試料Ｓがドリフトして像ドリフトが起こると、多重露光画像Ｉ２において、第１照射角θ_１で得られたＴＥＭ像、第２照射角θ_２で得られたＴＥＭ像、第３照射角θ_３で得られたＴＥＭ像、および第４照射角θ_４で得られたＴＥＭ像がそれぞれぼけてしまう。しかしながら、像ドリフトによりこれら４つのＴＥＭ像がぼけたとしても、基準画像Ｉ１と多重露光画像Ｉ２から計算される相関関数において、４つのＴＥＭ像（４つの照射角）に対応する４つのピークの相対的な位置関係はほとんど変化しない。そのため、このＴＥＭ像のぼけが、収差の測定に与える影響は小さい。

したがって、第１照射角θ_１から第４照射角θ_４まで照射角を変更することを繰り返すことにより、収差測定における像ドリフトの影響を低減できる。

なお、上記では、基準画像Ｉ１を取得した後に、多重露光画像Ｉ２を取得する場合について説明したが、多重露光画像Ｉ２を取得した後に、基準画像Ｉ１を取得してもよい。

また、上記の例では、多重露光画像Ｉ２に、基準画像Ｉ１が含まれていないが、多重露光画像Ｉ２に、基準画像Ｉ１が含まれていてもよい。

（３）収差の計算（Ｓ１０４）
次に、基準画像Ｉ１と多重露光画像Ｉ２から相関関数を計算して、結像系４の収差を計算する。

図１１は、基準画像Ｉ１と多重露光画像Ｉ２から相関関数ＣＦを計算した結果を示す図である。基準画像Ｉ１と多重露光画像Ｉ２から得られた相関関数ＣＦは、図１１に示すように、４つのピークが見られる。この４つのピークの各々は、４つの照射角（第１照射角θ_１、第２照射角θ_２、第３照射角θ_３、第４照射角θ_４）に対応したビームシフト量を
表している。この相関関数のピークの位置から最小二乗法などを用いて収差係数を計算することができる。

なお、上記では、照射角の走査を、第１照射角θ_１から第４照射角θ_４まで照射角を変更することで行う場合について説明したが、照射角の走査における照射角の変更数ｎ（ｎは２以上の整数）は特に限定されない。すなわち、照射角の走査は、第１照射角θ_１から第ｎ照射角θ_ｎまで照射角を変更（走査）することで行ってもよい。このとき照射角の変更数ｎの数を多くすることで、より高次の収差を測定することができる。

このように、本実施形態に係る収差測定方法では、照射角の数（変更数ｎ）、すなわち、多重露光されるＴＥＭ像の数により、計算できる収差の種類が制限される。例えば、測定できない収差係数は「０」と仮定するか、別途、測定した値を用いる。図示の例では、多重露光されたＴＥＭ像の数は４つ（変更数ｎ＝４）であり、図１１に示す相関関数ＣＦでは、二次の収差までしか分離できない。しかし、球面収差の量が既知であれば、球面数差以外の高次収差を「０」として計算することにより球面収差の影響を取り入れた低次の収差を計算することもできる。

３． 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。電子顕微鏡１００では、自動で結像系４の収差を測定することができる。電子顕微鏡１００では、収差測定部４４が、上述した図２に示す基準画像Ｉ１を取得する工程（Ｓ１００）、多重露光画像Ｉ２を取得する工程（Ｓ１０２）、および基準画像Ｉ１と多重露光画像Ｉ２から収差を計算する工程（Ｓ１０４）を行う。

例えば、ユーザーが操作部５０を操作して収差の測定を開始する指示を行うと、収差測定部４４は、基準画像Ｉ１を取得する処理を行う。具体的には、収差測定部４４は、電子線ＥＢが偏向されない状態となるように照射系２（偏向器１２）を制御する制御信号を生成し、制御装置３０に送る処理を行う。この結果、撮像装置２０でＴＥＭ像（基準画像Ｉ１）が撮影される。収差測定部４４は、撮像装置２０で撮影された基準画像Ｉ１を取得する。

次に、収差測定部４４は、試料Ｓに照射される電子線ＥＢの照射角が走査されるように偏向器１２を制御して、互いに異なる照射角で得られた複数のＴＥＭ像が多重露光された多重露光画像Ｉ２を取得する。

照射角を走査する際の照射角の情報は、あらかじめ記憶部５４に記憶されている。収差測定部４４は、記憶部５４に記憶されている照射角の情報に基づき制御信号を生成し、制御装置３０に送る処理を行う。この結果、電子線ＥＢの照射角が走査されて、互いに照射角の異なる複数のＴＥＭ像が撮像装置２０において多重露光される。収差測定部４４は、撮像装置２０で撮影された多重露光画像Ｉ２を取得する。

次に、収差測定部４４は、基準画像Ｉ１と多重露光画像Ｉ２から結像系４の収差を計算する。以上の処理により、収差を測定することができる。電子顕微鏡１００では、収差の測定結果に基づき収差補正装置（図示せず）を動作させることで、結像系４の収差を補正することができる。

なお、ここでは、収差測定部４４が、上述した図２に示す基準画像Ｉ１を取得する工程（Ｓ１００）、多重露光画像Ｉ２を取得する工程（Ｓ１０２）、および収差を計算する工程（Ｓ１０４）を行う場合について説明したが、これらの処理の少なくとも一部をユーザーが行ってもよい。例えば、ユーザーが操作部５０を介して電子顕微鏡１００を動作させ
ることで、基準画像Ｉ１の取得や多重露光画像Ｉ２の取得を行ってよい。

４． 特徴
本実施形態に係る収差測定方法は、例えば、以下の特徴を有する。

本実施形態に係る収差測定方法では、試料ＳのＴＥＭ像である基準画像Ｉ１を取得する工程と、試料Ｓに照射される電子線ＥＢの照射角を走査し、互いに異なる照射角で得られた複数のＴＥＭ像を多重露光して、多重露光画像Ｉ２を取得する工程と、基準画像Ｉ１および多重露光画像Ｉ２から収差を測定する工程と、を含む。

そのため、本実施形態に係る収差測定方法では、互いに異なる照射角で得られた複数のＴＥＭ像を短時間で取得でき、収差測定における像ドリフトの影響を低減できる。この結果、高い精度で収差を測定することができる。

なお、本実施形態では、互いに異なる照射角で得られた複数のＴＥＭ像を得るために偏向器１２で電子線ＥＢを偏向しなければならないが、偏向器１２は極めて速い速度（例えば１μ秒〜１０μ秒程度）で電子線ＥＢを偏向させることが可能である。したがって、偏向器１２で照射角を走査して多重露光画像Ｉ２を取得することにより、互いに異なる照射角で得られた複数のＴＥＭ像を短時間で取得することができる。

また、本実施形態に係る収差測定方法では、互いに異なる照射角で得られた複数のＴＥＭ像から収差を測定するため、本実施形態に係る収差補正方法は、幅広い試料に対して使用できる。

本実施形態に係る収差測定方法では、多重露光画像Ｉ２を取得する工程において、試料Ｓに照射される電子線ＥＢの照射角を第１照射角θ_１から第ｎ照射角θ_ｎ（ただしｎは２以上の整数）まで走査することを繰り返して得られた複数のＴＥＭ像を多重露光する。そのため、上述したように、収差測定における像ドリフトの影響を低減できる。

本実施形態に係る収差測定方法では、収差を測定する工程において、基準画像Ｉ１と多重露光画像Ｉ２から相関関数を計算し、計算された相関関数に現れる複数のピークの位置から収差を測定する。多重露光画像Ｉ２では、互いに異なる照射角で得られた複数のＴＥＭ像の像ドリフトを低減できる。そのため、収差測定における像ドリフトの影響を低減できる。

電子顕微鏡１００では、収差測定部４４が、基準画像Ｉ１を取得する処理と、試料Ｓに照射される電子線ＥＢの照射角が走査されるように偏向器１２を制御して、互いに異なる照射角で得られた複数のＴＥＭ像が多重露光された多重露光画像Ｉ２を取得する処理と、基準画像Ｉ１および多重露光画像Ｉ２から収差を測定する処理と、を行う。そのため、電子顕微鏡１００では、互いに異なる照射角で得られた複数のＴＥＭ像を短時間で取得でき、収差測定における像ドリフトの影響を低減できる。この結果、高い精度で収差を測定することができる。

５． 変形例
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。

５．１． 第１変形例
まず、第１変形例について説明する。

基準画像Ｉ１と多重露光画像Ｉ２から相関関数を計算して収差を計算する場合、各ピークがどの照射角に対応しているかを知る必要がある。各ピークに対応する照射角を知る方法として、照射角を変化させる手法と、収差を変化させる手法と、が挙げられる。

例えば、多重露光画像Ｉ２を取得する工程（Ｓ１０２）を、デフォーカス量を変えて複数回行うことで、デフォーカス量の異なる複数の多重露光画像Ｉ２を取得する。

そして、収差を計算する工程（Ｓ１０４）において、複数の多重露光画像Ｉ２の各々について基準画像Ｉ１との相関関数を計算する。ここで、相関関数のピークの位置は、デフォーカス量および照射角に応じて（比例して）移動する。このことを利用して、複数の相関関数から、複数のピークの各々に対応する照射角を求めることができる。

第１変形例では、多重露光画像Ｉ２を取得する工程をデフォーカス量を変えて複数回行うことで、複数の多重露光画像Ｉ２を取得し、収差を測定する工程において、複数の多重露光画像Ｉ２の各々について基準画像Ｉ１との相関関数を計算し、得られた複数の相関関数から、複数のピークの各々に対応する照射角を求める。そのため、第１変形例によれば、相関関数のピークと照射角とを容易に対応づけることができる。

５．２． 第２変形例
次に、第２変形例について説明する。

上述した実施形態に係る収差測定方法において、収差が非常に小さい場合には、相関関数のピークが重なってピークの分離が困難になる。このような場合には、適当な収差を一定量加えてピークを分離してもよい。加える収差は、制御が容易でピークの移動が一様なデフォーカスが好ましい。デフォーカスの変化に伴う非点やコマ収差の変化をあらかじめ調べておくことで、加えたデフォーカスを除いた場合に残留する収差を正確に計算できる。

５．３． 第３変形例
次に、第３変形例について説明する。

上述した実施形態に係る収差測定方法では、照射角の数（変更数ｎ）、すなわち、多重露光されるＴＥＭ像の数を増やすことにより、測定できる収差の種類を増やすことができる。

しかしながら、上述した実施形態に係る収差測定方法では、照射角の数（変更数ｎ）を増やすと、１つの照射角に対する露光時間が短くなり、Ｓ／Ｎが低下する。したがって、Ｓ／Ｎを向上させるためには、１つの照射角に対する露光時間を長くする必要がある。

例えば、照射角を走査する際の照射角の変更数ｎを減らすことで、１つの照射角に対する露光時間を長くすることができる。照射角の変更数ｎを減らした分は、複数の多重露光画像Ｉ２を取得することで補う。収差の計算は、複数の多重露光画像Ｉ２の各々について基準画像Ｉ１との相関関数を計算し、得られた複数の相関関数についてピークを組み合わせることにより行うことができる。

例えば、照射角の数が４つ（変更数ｎ＝４）の場合、まず、電子線ＥＢの照射角を第１照射角θ_１とした後、第２照射角θ_２とすることを繰り返すことで、第１照射角θ_１で得られたＴＥＭ像と第２照射角θ_２で得られたＴＥＭ像とが多重露光された多重露光画像Ｉ２_{θ１−θ２}（図１２参照）を取得する。

次に、電子線ＥＢの照射角を第１照射角θ_１とした後、第３照射角θ_３とすることを繰り返すことで、第１照射角θ_１で得られたＴＥＭ像と第３照射角θ_３で得られたＴＥＭ像とが多重露光された多重露光画像Ｉ２_{θ１−θ３}（図１２参照）を取得する。

次に、電子線ＥＢの照射角を第１照射角θ_１とした後、第４照射角θ_４とすることを繰り返すことで、第１照射角θ_１で得られたＴＥＭ像と第４照射角θ_４で得られたＴＥＭ像とが多重露光された多重露光画像Ｉ２_{θ１−θ４}（図１２参照）を取得する。

次に、基準画像Ｉ１と多重露光画像Ｉ２_{θ１−θ２}との相関関数を計算する。同様に、基準画像Ｉ１と多重露光画像Ｉ２_{θ１−θ３}との相関関数を計算し、基準画像Ｉ１と多重露光画像Ｉ２_{θ１−θ４}との相関関数を計算する。このようにして得られた３つの相関関数のピークの位置を組み合わせて、収差を計算する。

この結果、１つの相関関数に含まれるピークの数を少なくすることができる。したがって、ピークの検出が容易であり、また、ノイズの影響も受けにくい。また、得られた３つの相関関数には、共通する第１照射角θ_１に対応するピークが含まれるため、複数の多重露光画像を取得することによる像ドリフトの影響も低減できる。

図１３は、第３変形例に係る収差測定方法の一例を示すフローチャートである。

まず、基準画像Ｉ１を取得する（Ｓ２００）。基準画像Ｉ１の取得は、上述した図２に示す基準画像Ｉ１を取得する工程（Ｓ１００）と同様に行われる。

次に、多重露光画像Ｉ２を取得する（Ｓ２０２）。例えば、照射角が、第１照射角θ_１から第４照射角θ_４まで設定されている場合、まず、電子線ＥＢの照射角を第１照射角θ_１から第２照射角θ_２に変更することを繰り返すことで、多重露光画像Ｉ２_{θ１−θ２}を取得する。

次に、第１照射角θ_１から第４照射角θ_４までの全ての組み合わせについて多重露光画像が取得されたか否かを判定する（Ｓ２０４）。

全ての組み合わせついて多重露光画像が取得されていない場合（Ｓ２０４のＮｏ）、照射角の組み合わせを変更して（Ｓ２０６）、再び、多重露光画像Ｉ２を取得する（Ｓ２０２）。例えば、照射角の組み合わせを第１照射角θ_１と第２照射角θ_２の組み合わせから第１照射角θ_１と第３照射角θ_３の組み合わせに変更し、電子線ＥＢの照射角を第１照射角θ_１から第３照射角θ_３に変更することを繰り返すことで、多重露光画像Ｉ２_{θ１−θ３}を取得する。

全ての照射角の組み合わせについて多重露光画像が取得されるまで、照射角の組み合わせを変更する工程（Ｓ２０６）および多重露光画像を取得する工程（Ｓ２０２）が繰り返し行われる。

全ての照射角の組み合わせについて多重露光画像が取得された場合（Ｓ２０４のＹｅｓ）、基準画像Ｉ１および複数の多重露光画像Ｉ２から収差の計算を行う（Ｓ２０８）。

以上の工程により、収差を測定することができる。

なお、上記の収差測定は、収差測定部４４が行ってもよいし、ユーザーが操作部５０を介して電子顕微鏡１００を動作させることで行ってもよい。

第３変形例では、多重露光画像Ｉ２を取得する工程を、走査される照射角の組み合わせを変えて複数回行うことで、複数の多重露光画像を取得し、収差を計算する工程において、複数の多重露光画像Ｉ２の各々について基準画像Ｉ１との相関関数を計算し、得られた複数の相関関数から収差を測定する。そのため、第３変形例によれば、１つの相関関数に含まれるピークの数を少なくすることができるため、ピークの検出が容易である。また、１つの照射角に対する露光時間を長くすることができる。さらに、第３変形例によれば、上述した実施形態と同様に、収差測定における像ドリフトの影響を低減でき、高い精度で収差を測定することができる。

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…照射系、４…結像系、１０…電子源、１１…照射系レンズ、１２…偏向器、１３…試料ステージ、１４…対物レンズ、１５…中間レンズ、１６…投影レンズ、２０…撮像装置、３０…制御装置、４０…処理部、４２…制御部、４４…収差測定部、５０…操作部、５２…表示部、５４…記憶部、１００…電子顕微鏡、１０２…偏向器、１０４…結像レンズ系、１０８…撮像装置

Claims (7)

1. 電子顕微鏡における収差測定方法であって、
   試料の透過電子顕微鏡像である第１画像を取得する工程と、
   前記試料に照射される電子線の照射角を走査し、互いに異なる照射角で得られた複数の透過電子顕微鏡像を多重露光して、第２画像を取得する工程と、
   前記第１画像および前記第２画像から収差を計算する工程と、
   を含む、収差測定方法。
2. 請求項１において、
   前記第２画像を取得する工程において、照射角の走査を、前記電子顕微鏡の照射系の偏向器を用いて行う、収差測定方法。
3. 請求項１または２において、
   前記第２画像を取得する工程では、前記試料に照射される電子線の照射角を第１照射角から第ｎ照射角（ただしｎは２以上の整数）まで走査することを繰り返して、複数の透過電子顕微鏡像を多重露光する、収差測定方法。
4. 請求項１ないし３のいずれか１項において、
   前記収差を計算する工程では、前記第１画像と前記第２画像から相関関数を計算し、計算された相関関数に現れる複数のピークの位置から前記収差を求める、収差測定方法。
5. 請求項１ないし４のいずれか１項において、
   前記第２画像を取得する工程を、デフォーカス量を変えて複数回行うことで、複数の前記第２画像を取得し、
   前記収差を計算する工程では、複数の前記第２画像の各々について前記第１画像との相関関数を計算し、得られた複数の相関関数から、複数のピークの各々に対応する照射角を求める、収差測定方法。
6. 請求項１または２において、
   前記第２画像を取得する工程を、走査される照射角の組み合わせを変えて複数回行うことで、複数の前記第２画像を取得し、
   前記収差を計算する工程では、複数の前記第２画像の各々について前記第１画像との相関関数を計算し、得られた複数の相関関数から収差を求める、収差測定方法。
7. 電子源と、
   前記電子源から放出された電子線を偏向する偏向器を含む照射系と、
   試料を透過した電子で透過電子顕微鏡像を結像する結像系と、
   前記結像系で結像された透過電子顕微鏡像を撮影する撮像装置と、
   前記結像系の収差を測定する収差測定部と、
   を含み、
   前記収差測定部は、
   前記試料の透過電子顕微鏡像である第１画像を取得する処理と、
   前記試料に照射される電子線の照射角が走査されるように前記偏向器を制御して、互いに異なる照射角で得られた複数の透過電子顕微鏡像が多重露光された第２画像を取得する処理と、
   前記第１画像および前記第２画像から収差を計算する処理と、
   を行う、電子顕微鏡。