特許第6333462号(P6333462)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2022.1.31 β版

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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6333462
(24)【登録日】2018年5月11日
(45)【発行日】2018年5月30日
(54)【発明の名称】画像蓄積方法及び走査型顕微鏡
(51)【国際特許分類】
   H01J 37/22 20060101AFI20180521BHJP
   H01J 37/28 20060101ALI20180521BHJP
【ＦＩ】
   H01J37/22 502H
   H01J37/28 B
【請求項の数】14
【全頁数】24
(21)【出願番号】特願2017-232132(P2017-232132)
(22)【出願日】2017年12月1日
(62)【分割の表示】特願2015-125288(P2015-125288)の分割
【原出願日】2015年6月23日
(65)【公開番号】特開2018-67551(P2018-67551A)
(43)【公開日】2018年4月26日
【審査請求日】2018年2月26日
(31)【優先権主張番号】14174903.6
(32)【優先日】2014年6月30日
(33)【優先権主張国】EP
【早期審査対象出願】
(73)【特許権者】
【識別番号】501233536
【氏名又は名称】エフ イー アイ カンパニ
【氏名又は名称原語表記】ＦＥＩ ＣＯＭＰＡＮＹ
(74)【代理人】
【識別番号】100107766
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠重
(74)【代理人】
【識別番号】100070150
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠彦
(74)【代理人】
【識別番号】100091214
【弁理士】
【氏名又は名称】大貫 進介
(72)【発明者】
【氏名】パベル ポトツェク
(72)【発明者】
【氏名】フェイサル ボウクホルベル
(72)【発明者】
【氏名】ベレンド ヘルメルス リッヒ
(72)【発明者】
【氏名】マティアス ラングホルスト
【審査官】 右▲高▼ 孝幸
(56)【参考文献】
【文献】 特表２０１４−５０１９１５（ＪＰ，Ａ）
【文献】 特開２０１１−２３３５２３（ＪＰ，Ａ）
【文献】 特開２０１３−２１９０３１（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ｈ０１Ｊ ３７／２２
Ｈ０１Ｊ ３７／２８
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
走査型顕微鏡を用いて試料の画像を蓄積する方法であって：
前記試料の表面Ｓを照射するように線源からの放射線のビームを照射体により案内する段階；
前記照射に応じて前記試料から放出される放射線の束を、検出器を用いて検出する段階；
前記表面に対する走査経路に前記ビームを追随させる段階；
前記走査経路中の一組のサンプル点の各々について、選択された測定パラメータＰの値Ｐｎの関数として前記検出器の出力Ｄｎを記録し、測定の組Ｍ＝｛Ｄｎ，Ｐｎ｝をまとめる段階であって、ｎは整数列のメンバーである、段階；
コンピュータ処理装置を用いて前記測定の組Ｍのデコンボリューションを自動的に行い、前記試料の深度分解された画像を表現する結果の組Ｒに、空間的に分解する段階；
を有し、前記試料内の所与の点ｐｉに関し、当該方法は：
第１探索期間中、第１のビーム設定Ｂ１を利用して、関連する第１点拡がり関数Ｆ１とともに点ｐｉを照射する段階であって、前記ビーム設定は前記測定パラメータとは異なる、段階；
少なくとも第２探索期間中、第２のビーム設定Ｂ２を利用して、関連する第２点拡がり関数Ｆ２とともに点ｐｉを照射する段階であって、Ｆ２は、ｐｉが存在する共通の重なり領域Ｏｉ内でＦ１と部分的に重なる、段階；
前記コンピュータ処理装置において、独立成分分析アルゴリズムを利用して、前記重なり領域Ｏｉにおいて空間分解を実行する段階；
を有することを特徴とする方法。
【請求項2】
前記表面が、直交座標系ＸＹＺのＸＹ平面に対して平行に延びるように定義され、
前記ビーム設定は、前記試料への前記ビームの入射点のＺ座標位置となるように選ばれ、
前記第１探索期間と前記第２探索期間との間に、初期表面Ｓ１から厚さＬの材料層を除去して新たな表面Ｓ２を露出させるために、物理スライシング処理が用いられ、
点拡がり関数Ｆ２とＦ１はＺ方向に互いにＬだけ隔たっている、
請求項１に記載の方法。
【請求項3】
前記ビーム設定が、前記表面Ｓに対する前記ビームの角度となるように選ばれ、
前記第１探索期間と前記第２探索期間との間に、前記ビームの角度が調節され、
点拡がり関数Ｆ２とＦ１とは互いに或る角度をなしている、
請求項１に記載の方法。
【請求項4】
前記ビーム設定が前記ビーム中の粒子の種類となるように選ばれ、
点拡がり関数Ｆ２とＦ１は、サイズ及び形状のうちの少なくとも１つに関して互いに異なる、
請求項１に記載の方法。
【請求項5】
前記測定パラメータが、前記ビーム中の粒子の平均到達エネルギー、前記ビーム中の荷電粒子の平均電流、前記束の中の粒子の放出角、前記束の中の粒子の放出エネルギー、及びこれらの組み合わせを含む群から選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項6】
前記試料から放出される放射線の束が、後方散乱電子、２次電子、Ｘ線、赤外光、可視光、紫外光、及びこれらの組み合わせを含む群から選択される少なくとも１つの種類を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項7】
前記測定の組Ｍの前記デコンボリューションと空間分解は、検出モデルに制約を適用しながら、ポアソン型ノイズ及びガウス型ノイズのうちの少なくとも１つに従う仮定の下で、前記検出モデルと前記測定の組Ｍとの間での統計ダイバージェンスを最小にすることによって実行される、請求項１に記載の方法。
【請求項8】
走査型顕微鏡であって、
試料を保持する試料ホルダ；
放射線のビームを生成する放射線源；
前記試料を照射するように前記ビームを案内する照射体；
前記照射に応じて前記試料から放出される放射線の束を検出する検出器；
前記試料の表面に対する走査経路に前記ビームを通過させる走査手段；及び
制御装置；
を有し、前記制御装置は：
前記走査経路中の一組のサンプル点の各々について、選択された測定パラメータＰの値Ｐｎの関数として前記検出器の出力Ｄｎを記録し、測定の組Ｍ＝｛Ｄｎ，Ｐｎ｝をまとめ、ここで、ｎは整数列のメンバーである、こと、及び
前記測定の組Ｍのデコンボリューションを自動的に行い、前記試料の深度分解された画像を表現する結果の組Ｒに、空間的に分解すること、を行い；
前記試料内の所与の点ｐｉに関し、前記制御装置は：
第１探索期間中、第１のビーム設定Ｂ１を利用して、関連する第１点拡がり関数Ｆ１とともに点ｐｉを照射する段階であって、前記ビーム設定は前記測定パラメータとは異なる段階；
少なくとも第２探索期間中、第２のビーム設定Ｂ２を利用して、関連する第２点拡がり関数Ｆ２とともに点ｐｉを照射する段階であって、Ｆ２は、ｐｉが存在する共通の重なり領域Ｏｉ内でＦ１と部分的に重なる、段階；
独立成分分析アルゴリズムを利用して、前記重なり領域Ｏｉにおいて空間分解を実行する段階；
を実行するように起動されることが可能である
ことを特徴とする走査型顕微鏡。
【請求項9】
前記ビーム設定は、前記試料への前記ビームの入射点のＺ座標位置となるように選ばれ、
前記第１探索期間と前記第２探索期間との間に、初期表面Ｓ１から厚さＬの材料層を除去して新たな表面Ｓ２を露出させるために、物理スライシング処理が用いられ、
点拡がり関数Ｆ２とＦ１はＺ方向に互いにＬだけ隔たっている、
請求項８に記載の走査型顕微鏡。
【請求項10】
前記ビーム設定が、前記試料の表面Ｓに対する前記ビームの角度となるように選ばれ、
前記第１探索期間と前記第２探索期間との間に、前記ビームの角度が調節され、
点拡がり関数Ｆ２とＦ１とは互いに或る角度をなしている、
請求項８に記載の走査型顕微鏡。
【請求項11】
前記ビーム設定が前記ビーム中の粒子の種類となるように選ばれ、
点拡がり関数Ｆ２とＦ１は、サイズ及び形状のうちの少なくとも１つに関して互いに異なる、
請求項８に記載の走査型顕微鏡。
【請求項12】
前記測定パラメータが、前記ビーム中の粒子の平均到達エネルギー、前記ビーム中の荷電粒子の平均電流、前記束の中の粒子の放出角、前記束の中の粒子の放出エネルギー、及びこれらの組み合わせを含む群から選択される、請求項８に記載の走査型顕微鏡。
【請求項13】
前記試料から放出される放射線の束が、後方散乱電子、２次電子、Ｘ線、赤外光、可視光、紫外光、及びこれらの組み合わせを含む群から選択される少なくとも１つの種類を含む、請求項８に記載の走査型顕微鏡。
【請求項14】
前記測定の組Ｍの前記デコンボリューションと空間分解は、検出モデルに制約を適用しながら、ポアソン型ノイズ及びガウス型ノイズのうちの少なくとも１つに従う仮定の下で、前記検出モデルと前記測定の組Ｍとの間での統計ダイバージェンスを最小にすることによって実行される、請求項８に記載の走査型顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は走査型顕微鏡を用いて試料の画像を蓄積する方法に関する。当該方法は：
− 前記試料の表面へ照射するように線源から照射体を介して放射線ビームを案内する段階；
− 検出器を用いて前記照射に応じて前記試料から放出される放射線束を検出する段階；
− 前記表面に対する走査経路を前記ビームに追随させる段階；
− 前記走査経路中の複数のサンプル点からなる組の各々について、選択された測定パラメータPの値Pnの関数として前記検出器の出力Dnを記録することで、測定の組M={Dn,Pn}をまとめる段階であって、nは整数列のメンバーである、段階；
− コンピュータ処理装置を用いることによって、前記試料の再構成された画像を生成するように、前記測定組Mのデコンボリューションを自動的に行い、かつ、空間的に分解する段階、を有する。
【0002】
本発明はまた、当該方法が実行可能な走査型顕微鏡にも関する。
【背景技術】
【0003】
荷電粒子顕微鏡−具体的には電子顕微鏡−は、微小な対象物を撮像する周知で重要性を増している方法である。歴史的には、電子顕微鏡の基本的性質は、多数の周知の装置−たとえば透過電子顕微鏡(TEM)、走査電子顕微鏡(SEM)、及び走査透過電子顕微鏡(STEM)−及び様々な派生型装置−たとえば支援活動（たとえばイオンビームミリング又はイオンビーム誘起堆積(IBID)）を可能にするように「加工用」集束イオンビーム(FIB)をさらに用いることのできる所謂「デュアルビーム」装置（たとえばFIB−SEM）−へ発展してきた。より詳細には以下の通りである。
− SEMでは、試料への走査電子ビームの照射が、2次電子、後方散乱電子、X線、及びフォトルミネッセンス（赤外、可視、及び/又は紫外の光子）として、試料からの「補助」放射線の放出を引き起こす。続いてこの放出放射線束の1つ以上の成分が、画像蓄積目的で検出及び利用される。
− TEMでは、試料への照射に用いられる電子ビームは、試料（この目的のため、一般的にはSEM用試料の場合よりも薄くなる）へ侵入するのに十分高いエネルギーとなるように選ばれる。よって試料から放出される透過電子束は、画像を生成するのに用いられて良い。係るTEMが走査モードで動作する（よってSTEMとなる）とき、問題となる画像は、照射電子ビームの走査運動中に蓄積される。
【0004】
ここで述べた話題の一部に関するさらなる情報はたとえば、以下のWikipediaのリンクから収集することができる。
http://en.wikipedia.org/wiki/Electron_microscope
http://en.wikipedia.org/wiki/Scanning_electron_microscope
http://en.wikipedia.org/wiki/Transmission_electron_microscopy
http://en.wikipedia.org/wiki/Scanning_transmission_electron_microscopy
照射ビームとして電子ビームを用いる代わりとして、荷電粒子顕微鏡観察もまた、他の種類の荷電粒子を用いて実行されて良い。この点では、「荷電粒子」という語句は、たとえば電子、正イオン（たとえばGaイオン又はHeイオン）、負イオン、陽子、及び陽電子を含むものとして広義に解釈されなければならない。イオン系顕微鏡に関しては、さらなる情報は、たとえば以下のリンクと非特許文献1から収集することができる。
http://en.wikipedia.org/wiki/Scanning_Helium_Ion_Microscope
撮像に加えて、荷電粒子顕微鏡(CPM)はまた、他の機能−たとえば分光の実行、ディフラクトグラムの検査、（局在化した）表面改質（たとえばミリング、エッチング、堆積）等−の実行−をも有して良いことに留意して欲しい。
【0005】
荷電粒子を照射ビームとして利用するのとは別に、光子ビームを用いて走査顕微鏡観察を実行することも可能である。係る技術の例は、所謂共焦点顕微鏡観察である。共焦点顕微鏡観察では、点光源による走査照射によって、試料からの局在化された蛍光放射線の放射が誘発される。検出器は、この蛍光放射線束（の一部）を収集し、かつ、それに基づいて画像を蓄積するのに用いられて良い。この話題に関するさらなる情報は例えば、以下のWikipediaのリンクから収集することができる。
http://en.wikipedia.org/wiki/Confocal_microscopy
すべての場合において、走査型顕微鏡は少なくとも以下の構成要素を有する。
− 放射線源。たとえば、CPMの場合であればショットキー源若しくはイオン銃、又は、光学顕微鏡の場合であればレーザー若しくはランプ。
− 照射体。線源からの「生の」放射線ビームを操作し、かつ、その放射線に対してある作用−集束、収差の緩和、（アパーチャによる）トリミング、フィルタリング等−を実行するように機能する。照射体は一般的に、1つ以上の（荷電粒子）レンズを有し、かつ、他の種類の（粒子）光学部品をも有して良い。望ましい場合には、照射体には、調査中の試料にわたる走査運動を出力ビームに実行させることのできる偏向器システムが供されて良い。
− 上に調査中の試料が保持及び位置設定（たとえば傾斜、回転）され得る試料ホルダ。望ましい場合には、このホルダは、試料に対するビームの所望の走査運動を実現するように動かされて良い。一般的には、係る試料ホルダは、たとえば機械ステージのような位置設定システムに接続される。
− 検出器。前記検出器は、単体であって良いし又は事実上複合体/分配されても良く、かつ、検出される放射線に依存して多くの異なる形態をとって良い。例には、光電子増倍管（固体光電子増倍管SSPMを含む）、フォトダイオード、COMS検出器、CCD検出器、光電池等が含まれる。これらはたとえば、シンチレータ膜と併用されて良い。
【0006】
「技術分野」で明らかにした方法は、本願出願人であるFEIカンパニーによって近年大々的に発展してきた。特に以下の顕著な刊行物は言及するに値する。
（ｉ）特許文献１，２。これらでは、Ｐは（入射）放射線ビームの特性−たとえばビームエネルギー、ビーム発散角、又はビーム焦点深度−で、かつ、Ｍの空間分解（デコンボリューション）は、統計的ブラインド信号源分離（ＢＳＳ）アルゴリズムを用いて実行される。
（ｉｉ）特許文献３，４。これらでは、Ｐは（放出）放射線ビームの特性−たとえばビームエネルギー、ビーム発散角、又はビーム焦点深度−で、かつ、Ｍのデコンボリューションは、たとえばベイズ統計法に基づく一般化された３次元再構成法を用いて実行される。
（ｉｉｉ）特許文献５，６。これらでは、Ｐは（放出）放射線ビームの特性−特に放出角−で、かつ、Ｍのデコンボリューションは、一般的な体積再構成アルゴリズムを用いて実行される。
（ｉｖ）特許文献７，８。これらでは、Ｐは（放出）放射線ビームの特性−特に放出電子のエネルギー−で、かつ、Ｍのデコンボリューションは、３次元再構成数学を用いて改めて実現される。
Ｍのデコンボリューションを行う際、たとえばＭを空間的に分解して、組Ｒ＝｛（Ｖｋ、Ｌｋ）｝を得ることができる。ここで、空間変数Ｖは、表面Ｓを基準にした離散的な深さレベルＬｋでその深さレベルに対応する値Ｖｋを示し、ｋは整数列のメンバーで、かつ、空間変数Ｖは、試料の物理的特性−たとえばコントラスト、強度、密度変化、原子量、染色濃度（ｓｔａｉｎｉｎｇ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ）、電子収量/Ｘ線収量等−をその試料の塊の中での位置の関数として表す。これらのすべては、試料（の材料）の物理的特性によって直接的又は間接的に決定される。これらに基づいてエンティティ−たとえば画像、マップ、又はスペクトル−を構築することが可能である。このようにして、試料からの本質的に縮退する信号は、深さを基準とした画像スタックに変換される。このデコンボリューション問題を解く一般的な方法は（たとえば）以下の通りである。
− ｎの各値について、測定パラメータ値Ｐｎ用の検出器によって認識される試料の塊の中での前記（入射）放射線ビームの挙動を表す核（ｋｅｒｎｅｌ）の値Knを有する点拡がり関数（PSF）を定義する。
− ｎの各値について、Qｎ＝Kｎ＊VとなるようなKｎとVの多次元コンボリューションである値Qｎを有するイメージング量を定義する。
− ｎの各値について、DｎとQｎとの間での最小収束ｍｉｎ Ｄ（Dｎ｜｜Kｎ＊V）を計算によって決定する。Ｖは値Kｎに関する制約を課すことで解かれる。
係るデコンボリューションが深さを基準にしているとしても、係るデコンボリューションが深さに限定されないことは、当業者には明らかである。一般的なPSFは横方向の拡がりを有するので、デコンボリューションは、試料の完全な体積画像を得るが、（望ましい場合には）係る画像を層毎に（深さ方向での「計算スライシング」に基づいて）描画することを可能にする。
【0007】
上述の方法は、計算電子顕微鏡において、これまでにないほどの詳細なSEM断層撮像を可能にするという革命を起こした。上で具体的に与えられた例は、照射ビームに荷電粒子（たとえば電子）を使用することを含む一方で、含まれる基本原理は、照射ビームが光子を含む走査型光学顕微鏡にも利用され得る。
【0008】
上述した方法が満足行く結果を出しているが、本願発明者等は、それをさらに改善するように発展的に取り組んできた。この努力の結果が本願の課題である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0009】
【特許文献1】米国特許第8232523号明細書
【特許文献2】欧州特許第2383768号明細書
【特許文献3】米国特許第8581189号明細書
【特許文献4】欧州特許第2557586B1号明細書
【特許文献5】米国特許第8586921号明細書
【特許文献6】欧州特許第2557587A2号明細書
【特許文献7】米国特許第号明細書
【特許文献8】欧州特許第号明細書
【非特許文献】
【0010】
【非特許文献1】W.H. Escovitz, T.R. Fox and R. Levi−Setti, Scanning Transmission Ion Microscope with a Field Ion Source, Proc. Nat. Acad. Sci. USA 72(5), pp 1826−1828 (1975)
【非特許文献2】P. Comon and C. Jutten, Handbook of Blind Source Separation: Independent Component Analysis and Applications, Academic Press (2010).
【非特許文献3】A. Hyvarinen and E. Oja, Independent Component Analysis: Algorithms and Applications, Neural Networks, 13(4−5):411−430 (2000).
【非特許文献4】H. Lanteri, M. Roche, C. Aime, “Penalized maximum likelihood image restoration with positivity constraints: multiplicative algorithms, Inverse Problems,” vol. 18, pp. 1397−1419 (2002).
【非特許文献5】I.T. Jolliffe, Principal Component Analysis, Series: Springer Series in Statistics XXIX, 2nd ed., Springer, NY (2002).
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0011】
本発明の目的は、「技術分野」で述べた型の方法を改善することである。具体的には本発明の目的は、この型の方法によって現在与えられている撮像分解能よりも大きな分解能を与える方法を供することである。
【課題を解決するための手段】
【0012】
上記及び他の目的は、「技術分野」で述べた型の方法によって実現される。前記試料内の所与の点piで検討すると、当該方法は：
− 第１探索期間中、第1ビーム設定B1を利用して第1点拡がり関数F1を点piへ照射する段階であって、前記ビーム設定は前記測定パラメータとは異なる段階；
− 少なくとも第2探索期間中、第2ビーム設定B2を利用して第2点拡がり関数F2を点piへ照射する段階であって、
・F2は、piが存在する共通の重なり領域内ＯiでF1と部分的に重なり、
・F1とF2は、Ｏiの外部に各対応する非重なり領域F1’とF2’を有する、段階；
− 前記コンピュータ処理装置内で信号源分離アルゴリズムを用いることで、前記非重なり領域F1’とF2’とは別個に考慮される前記重なり領域内Ｏi内で画像再構成を実行する段階、を有する。
【0013】
本発明の要点は、数学的考察の観点から説明できる（以降の実施例を参照のこと）が、単純化された物理的考察に基づいて説明することもできる。基本的には、本願発明の方法は、重なり領域Ｏi内に位置する前記試料の点piが、（前記ビームと前記試料との間での物理的相互作用を記述する役割を果たす）PSFの関数形ｆPSFの（少なくとも）２つの異なる領域/部分/態様に支配されることを保証している。このようにして、本発明の方法は、たとえば以下のように点（及び領域Ｏiの残り）を「探索」する。
− 前記第１探索期間中のｆPSFの「深い領域」及び前記第２探索期間中のｆPSFの「浅い領域」、又は、
− 前記第１探索期間中のｆPSFの「左側部分」及び前記第２探索期間中のｆPSFの「右側部分」等
従って、立体視がモノビジョンよりも正確に対象物の位置を示すことを可能にする、又は、多数の点からの範囲の決定がただの１点からの範囲の決定よりも対象物の位置を正確に特定する（三角測量を行う）ことを可能にするのと同様に、本発明のデコンボリューション処理は、前記重なり領域ＯiがｆPSFのこれらの（少なくとも）２つの異なる領域/部分によって探索されたことを利用する。あるいはその代わりに、以下の方法のうちの１つ以上で本発明を検討することによって本発明を把握することもできる。
− 前記重なり領域Ｏiは、定義により、前記重なり領域Ｏiに寄与する個々の点拡がり関数よりも小さいので、本発明の方法は、たとえば上述した「生の」従来技術に係る方法よりも微細な空間分解能を供する。よって本発明は、高分解イメージング結果を生成するものとみなすことができる。
− 本発明は、共通しない成分から孤立した重なり点拡がり関数の共通する成分に集中することで、前記空間分解処理から「死んだ木（ｄｅａｄ ｗｏｏｄ）」を切断する。
− 重なり領域Ｏiは複数の探索期間中に検査されるので、信号対雑音比は必然的に改善される。
− ｆPSFの各異なる領域/部分によるＯiの各探索は、Ｏiを表す複数の連立方程式からなる組のさらなる式を設定する手段とみなすことができる。より多くの連立方程式が得られれば、解の空間はより精緻になる。
本発明で用いられるのに適した信号源分離（ＳＳ）法の例にはたとえば以下が含まれる。
− 多変量信号を加法的な成分に分離することを可能にする独立成分分析（ＩＣＡ）
− 主成分分析（ＰＣＡ）
− 非負行列因子分解（ＮＮＭＦ）等
これらは特に具体的な状況での応用に役立つ。係る方法についての一般的な情報は、たとえば以下のWikipediaのリンクと特許文献１，２と非特許文献２乃至５を参照のこと。
http://en.wikipedia.org/wiki/Independent_component_analysis
この記載及び以降のさらなる説明では、以下のことに留意して欲しい。

（ａ） 上述の第１探索期間と第２探索期間は、望ましい場合には、点ｐｉでのさらなる探索によって補われて良い。それにより部分的に重なる点拡がり関数の一般的な組Ｆ＝｛Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３．．．Ｆｉ．．．｝が蓄積される。
（ｂ） 所与の点ｐｉでの本発明の処理は、前記走査経路（の下）に沿った（連続する）複数の点からなる全体の列ｐ＝｛ｐｉ｝で繰り返されて良い。よって前記重なり領域Oiは、たとえば前記試料内の特定の（表面下の）層/体積のような、より大きな領域Ｏ＝｛Ｏｉ｝に実効的に「併合」する（たとえば図１Ｂと図２Ｂを参照のこと）。上で説明したように、「標準的な」空間分解はＯｉの外部で実現されて良い。しかし本発明は、Ｏ内部での空間分解能の改良を可能にする。
（ｃ） 前項に関しては、たとえば以下のことを行う自由度を有する。
（Ｉ） 点ｐｉで完全な組Ｆを利用し、その後ｐ中の各後続の点でこの処理を繰り返す（「ｐ中の各段階前の完全なＦ」）、又は、
（ＩＩ） ｐ内の各点で点拡がり関数Ｆｉを利用し、その後Ｆ内の各後続の点拡がり関数についてこの処理を繰り返す（「Ｆ中の各段階前の完全なｐ」）
（ｄ） 点ｐｉでの様々な探索期間は原則として、順次又は同時に実行されて良い。
− 前者の場合（順次探索）では、点ｐｉには、最初にビーム設定Ｂ１を有する第１ビームが照射され、その後ビーム設定Ｂ２を有する第２ビームが照射され、といったようなことが行われる。
− 後者の場合（同時探索）では、複数のビームが、（共存する）相互に異なる、ある範囲のビーム設定で点ｐｉへ同時に照射されるのに用いられる。
当業者はこれらの点をすぐに理解する。
【0014】
本発明は事実、特許文献１乃至８で説明した発明とは根本的に異なることに留意して欲しい。特許文献１乃至８では、測定パラメータＰは、試料内部の一連の（連続する）深さ層から（コンボリューションされた）イメージング情報を得る手段として変化する。つまりパラメータＰの調節は、試料内のより深くを探索する手段とみなされる。他方本発明では、パラメータＰの変化は実効的に、試料内部の所与の位置で探索ビームの跡よりも小さな面積内で高分解の画像再構成を実行することを可能にするように、前記位置での「高次」（重なり）点拡がり関数部分（Ｏｉ）のサイズ/形状を調節する手段である。前記探索ビームの横方向走査運動は、前記位置を層（表面であっても表面下であっても良い）へ拡張するのに利用され得る。しかし最も基本的な形態では、本発明は本質的に、前記試料の様々な深さ全体にわたる塊/体積のイメージングを行わない（とはいえ係る深さ分解情報は、（積層された）層毎に本発明の拡張型を利用することによって究極的には得ることができる）。
【0015】
本発明の特別な実施例では、以下の具体的態様が適用される。
− 前記表面は、直交座標形ＸＹＺのＸＹ平面に対して平行に延びるように定義される。
− 前記ビーム設定は、前記試料への前記ビームの入射点のＺ座標位置となるように選ばれる。
− 前記第１探索期間と前記第２探索期間との間で、物理的スライシング処理は、初期表面Ｓ１から厚さＬの材料層を除去することで新たな表面Ｓ２を露出させるのに用いられる。
− 点拡がり関数Ｆ２とＦ１は、前記Ｚ方向に互いにＬだけ変位する。
【0016】
この実施例の機構は以下のように説明することができる（図１Ａ参照のこと）。
− 前記試料中のｐｉはＳ１の下でＺ方向の距離Ｌ＋ｚの位置にあるとする。ここでｚは正の増分である。
− 前記第１探索期間中、前記入射放射線ビームＢ１は、Ｓ１に衝突し、かつ、Ｓ１から前記試料へ下方に入り込むように延びる点拡がり関数Ｆ１を生成する。続いて点ｐｉは、Ｚ方向の距離Ｌ＋ｚに位置してこの点拡がり関数Ｆ１に入り込む。
− ここで物理的スライシング処理（たとえばイオンミリング、ミクロトーム切断、エッチング等）は、古い表面Ｓ１から厚さＬの層を除去することで新たな表面Ｓ２を露出させるのに用いられる。
− 前記第２探索期間中、前記入射放射線ビームＢ２は、Ｓ２に衝突し、かつ、Ｓ２から前記試料へ下方に入り込むように延びる点拡がり関数Ｆ２を生成する。続いて点ｐｉは、Ｚ方向の距離ｚに位置してこの点拡がり関数Ｆ２に入り込む。点拡がり関数Ｆ１とＦ２は部分的重なり領域Ｏｉを示す。ビームＢ１とビームＢ２は、Ｚ方向に対して平行に延びる共通の伝播軸ｂ１２を有する。
− 点拡がり関数Ｆ１とＦ２は（略）同一の関数形ｆPSFを有して良い（たとえば、前記ビームの衝突点で狭い首部を有する状態で始まり、前記試料へ入り込むにつれて拡がり（横方向への拡がり）、その後徐々に消えるように再度先細る楕円様形状）。しかしｐｉを含む前記重なり領域Ｏｉは、各々の異なるＺ領域に支配される。この事実により、領域Ｏｉ内部での検出器信号のデコンボリューションを実行するのにＳＳアルゴリズム（たとえばＩＣＡ）を用いることが可能になる。その結果（従来技術と比較して）空間分解能が改善される。
− 上の（ｂ）で説明したように、この効果は、点ｐｉが位置する前記領域Ｏｉだけに限定される必要はない。その代わりに、横方向走査が前記第１探索期間及び前記第２探索期間中に実行される場合、領域Ｏｉは、単なる１つの成分であるＳ２の下の位置で併合された領域（たとえば層/体積）Ｏとなる。そのため本発明は空間分解能の改善を実現し得る。この点についてはたとえば図１Ｂを参照して欲しい。
− 望ましい場合には、上述の処理の組はさらなる反復において繰り返されて良い。前記試料へ徐々に深く進行することで、改善された空間分解能を得ることのできる表面下領域/層Ｏからなる積層体が生成される。係るシナリオはたとえば図１Ｃに表されている。
− 当業者は、本発明の状況では、ある探索期間と別な探索期間との間で不可逆的な破壊的段階（層の除去）が存在するため、上述の方法（Ｉ）は使用できないが、その代わりに方法（ＩＩ）が使用可能であることを理解する。この文脈では、以下のことに留意して欲しい。
・測定パラメータ１Ｐを変化させ、かつ、その検出器出力を記録することによって、（ｐ内の各点ｐｉでの）点拡がり関数Ｆ１について全体の測定組１Ｍを得ることができる。
・同様に、測定パラメータ２Ｐを変化させ、かつ、その検出器出力を記録することによって、（ｐ内の各点ｐｉでの）点拡がり関数Ｆ２について全体の測定組２Ｍを得ることができる。２Ｐと１Ｐとは同一であっても良いし、又は、互いに異なっても良い。
・これらの測定組１Ｍ、２Ｍの各々は、前記試料（の一部）の空間分解画像の生成をそれぞれ別個で可能となる。しかし本発明の知見を利用することで、上述の重なり領域Ｏについて、より高分解の画像を得ることができる。上述した従来技術に係る方法（ｉ）−（ｉｖ）は、物理的スライシングと断層撮像の併用について論じているが、これは前記断層撮像の前記試料内への到達可能な範囲を増大させるだけで、Ｚ方向での重なる点拡がり関数の利用、又は、関心対象である（複数の）重なり領域/層内での空間分解能の改善を実現するためのＳＳアルゴリズムの適用については教示していないことに留意して欲しい。
【0017】
本発明の代替実施例では、以下の具体的態様が適用される。
− 前記ビーム設定は、（最も一般的に３次元で考慮すると）前記表面Ｓに対する前記ビームの角度となるように選ばれる。
− 前記第１探索期間と前記第２探索期間との間で、前記ビームの角度が調節される。
− 点拡がり関数Ｆ２とＦ１とは互いに角度をなす。
【0018】
この実施例の機構はたとえば、以下のように説明することができる（図２Ａ参照）。
− 前記表面Ｓに対する傾斜角Ｔ（傾斜/勾配）を定義する。
− 前記第１探索期間中、前記入射放射線ビームＢ１は、傾斜角Ｔ１でＳに衝突し、かつ、伝播軸ｂ１に沿って前記試料内へ入り込むように延び、かつ、表面下の点ｐｉと交差する点拡がり関数Ｆ１を生成する。Ｔ１≠９０°の場合、係る衝突/拡張は斜めになる（そうでなければ垂直となる）。
− 前記第２探索期間中、前記入射放射線ビームＢ２は、傾斜角Ｔ２でＳに衝突し、かつ、異なる傾斜の伝播軸ｂ２に沿って前記試料内へ入り込むように延び、かつ、表面下の点ｐｉと交差する点拡がり関数Ｆ２を生成する。
− Ｔ２≠Ｔ１なので、点ｐｉは、伝播軸ｂ１、ｂ２に沿って測定される点拡がり関数Ｆ１とＦ２の異なる領域/態様を受ける。この事実によって、領域Ｏｉ内部での検出器信号のデコンボリューションを実行するのにＳＳアルゴリズム（たとえばＩＣＡ）を用いることが可能となる。その結果（従来技術と比較して）空間分解能が改善される。
− 上の（ｂ）で説明したように、この効果は、点ｐｉが位置する前記領域Ｏｉだけに限定される必要はない。その代わりに、横方向走査が前記第１探索期間及び前記第２探索期間中に実行される場合、領域Ｏｉは、単なる１つの成分であるＳ２の下の位置で併合された領域（たとえば層/体積）Ｏとなる。そのため本発明は空間分解能の改善を実現し得る。この点についてはたとえば図２Ｂを参照して欲しい。（Ｚ軸を含む）垂直面内での傾斜/勾配を測定する傾斜角Ｔに加えて、水平面内での軌道角を測定する方位角Ａを定義することも可能であることに留意して欲しい。図２Ａに図示された状況では、ビームＢ１とＢ２は各異なる方位角（それぞれＡ１とＡ２）を有する。特にビームＢ１とＢ２はまさに、それぞれ１８０°の方位角差をなして互いに対向する。しかしこれは必須ではなく、ビームＢ１とＢ２は同一の方位角をなして点ｐｉに有効に接近しても良い。しかもビームＢ１とＢ２は、傾斜角は同一だが方位角が異なった状態で点ｐｉに接近しても良い。これらの点についても以降の実施例１で説明する。
【0019】
たとえば所謂「ミクロ回転」のような既知であって非常に異なる方法による前段落の「可変ビーム角」実施例との混同に注意して欲しい。ミクロ回転の方法は、所謂共焦点イメージング−これは本来直線である−の角度版とみなし得る。共焦点イメージングでは、焦点面は、試料を介して（増分）ステップで直線状に変位する。他方ミクロ回転では、試料は焦点面を介して角度をなすように回転する。いずれの場合でも、前記試料の拡張された体積を介して（直線的又は角度をなすように）前記焦点面を「掃引」することを意図している。対照的に、前段落の本発明の実施例では、ビーム傾斜の目的は、高分解画像の再構成が行われる閉じ込められた領域を画定するために、各異なる点拡がり関数間での（調節可能なサイズ/形状/位置の）局在化した重なり領域を生成することである。
【0020】
本発明のさらなる実施例では、以下の具体的態様が適用される。
− 前記ビーム設定は、前記ビーム中の粒子の種類となるように選ばれる。
− 点拡がり関数Ｆ２とＦ１は、サイズ及び形状のうちの少なくとも１つに関して互いに異なる。
【0021】
この実施例の機構は以下のように説明することができる（図３Ａ参照）。
− この実施例で用いられている「種類」は特性−たとえば荷電粒子であるか否か、電荷の符号、相対的に重いのか軽いのか、相対的に長波長なのか短波長なのか等−を指称するものとする。この文脈では、たとえば電子、陽子、相対的に軽いイオン（たとえばHeイオン）、相対的に重いイオン（たとえばGaイオン）、光子、軟X線、又は硬X線等の粒子は、それぞれ異なる粒子の種類であるとみなされる。
− そのような異なる種類の粒子は一般的に、所与の試料とそれぞれ異なる相互作用を示す。そのような場合、前記異なる種類の粒子に係る点拡がり関数の形状及び/又はサイズが異なっている。
− 前記第１探索期間中、前記入射放射線ビームB1は第１種類の粒子を含む。このビームB1がSに衝突するとき、このビームB1はたとえば、相対的に深いレベルまで前記試料内に入り込むように延びるが相対的に横方向拡がりの小さな点拡がり関数Ｆ１を生成する。
この点拡がり関数Ｆ１は点ｐｉと相互作用する。
− 前記第２探索期間中、前記入射放射線ビームB２は第２種類の粒子を含む。このビームB２がSに衝突するとき、このビームB２はたとえば、相対的に浅いレベルまで前記試料内に入り込むように延びるが前記ビームB1の場合よりも相対的に横方向拡がりの大きな点拡がり関数Ｆ２を生成する。この点拡がり関数Ｆ２もまた点ｐｉと相互作用する。
− 点拡がり関数Ｆ２とＦ１はサイズ及び/又は形状が異なるので、点ｐｉは、各々の各異なる領域/部分/態様を感じる。この事実により、領域Ｏｉ内部での検出器信号のデコンボリューションの実行にＳＳアルゴリズムを用いることが可能になる。その結果、（従来技術と比較して）この領域内での空間分解能が改善される。
− 繰り返しになるが、上の（ｂ）で説明したように、この効果は、点ｐｉが位置する前記領域Ｏｉだけに限定される必要はない。その代わりに、横方向走査が前記第１探索期間及び前記第２探索期間中に実行される場合、領域Ｏｉは、単なる１つの成分であるＳ２の下の位置で併合された領域（たとえば層/体積）Ｏとなる。そのため本発明は空間分解能の改善を実現し得る。この点についてはたとえば図３Ｂを参照して欲しい。
【0022】
望ましい場合には、上述の実施例の様々な結合/ハイブリッドが利用されて良い。これらはすべて本発明の技術的範囲内に属する。たとえば以下のようなものが考えられる。
− 図２Ｂに図示された状況が実行された後、物理的スライシング処理が、前記試料から厚さＬの材料層を除去することで、新たな表面を露出させる（図１Ａ参照のこと）のに用いられて良い。続いて図２Ｂに示された状況はこの新たに露出した表面上で繰り返されて良い。同様のことは、たとえば図３Ｂに示された状況に適用される。
− 図１Ａと図３Ａのビームは、望ましい場合には、前記試料へ法線入射ではなく斜め入射されて良い。等
【図面の簡単な説明】
【0023】
【図1A】Ａ，Ｂ，Ｃは、本発明の特別な実施例によってイメージングされている試料の断面を示している。
【図1B】Ａ，Ｂ，Ｃは、本発明の特別な実施例によってイメージングされている試料の断面を示している。
【図1C】Ａ，Ｂ，Ｃは、本発明の特別な実施例によってイメージングされている試料の断面を示している。
【図2A】Ａ，Ｂは、本発明の他の実施例によってイメージングされている試料の断面を示している。
【図2B】Ａ，Ｂは、本発明の他の実施例によってイメージングされている試料の断面を示している。
【図3A】Ａ，Ｂは、本発明の他の実施例によってイメージングされている試料の断面を示している。
【図3B】Ａ，Ｂは、本発明の他の実施例によってイメージングされている試料の断面を示している。
【図4】本発明による走査型顕微鏡の実施例の断面を示している。
【図5A】本発明の典型的実施例に係る実験系を示している。
【図5B】本発明の典型的実施例に係る画像を示している。
【図5C】本発明の典型的実施例に係る画像を示している。
【図6A】Ａ，Ｂは、本発明の別な典型的実施例に係る画像を示している。
【図6B】Ａ，Ｂは、本発明の別な典型的実施例に係る画像を示している。
【発明を実施するための形態】
【0024】
ここで本発明について、典型的実施例と添付の概略図に基づいてより詳細に説明する。
【0025】
図中、対応する部位は対応する参照符号を用いて示されている。
【0026】
図２Ａは、本発明の所与の実施例によってイメージングされている試料の断面を示している。上述したように、この図は以下のことを表している。
− 試料の表面Sに傾斜角T1で衝突し、かつ、伝播軸ｂ１に沿って試料へ入り込むように延びて表面下の点ｐｉと交差する点拡がり関数Ｆ１を生成する第１入射放射線ビームB1
− 試料の表面Sに異なる傾斜角T２で衝突し、かつ、異なる傾斜で伝播軸ｂ２に沿って試料へ入り込むように延びて表面下の点ｐｉと交差する点拡がり関数Ｆ２を生成する第２入射放射線ビームB２
− Ｔ２≠Ｔ１なので、点ｐｉは、伝播軸ｂ１、ｂ２に沿って測定される点拡がり関数Ｆ１とＦ２の異なる領域/態様を感じる。この事実により、領域Ｏｉ内部での検出器信号のデコンボリューションの実行にＳＳアルゴリズムを用いることが可能になる。その結果、この領域内での空間分解能が改善される。ここで、このことについてより詳細に説明する。
【0027】
試料の表面Ｓを走査するとき、各走査位置の検出器出力を収集することで、「画像」Ｄが生成される。ここで述べる再構成法では、基準フレーム（ＸＹＺ）に対してそれぞれ「方位（偏揺れ角）」角（Ａ）及び「傾斜（勾配、傾き）」角（Ｔ）の向きをとる走査ビームを用いて画像が取得されている（図２には方位角Ａは図示されていない）。基準フレーム（ＸＹＺ）のＺ軸は、試料の表面Ｓ（ＸＹ平面）に対する法線である。これらの画像にはＤＡ，Ｔのラベルが付されている。簡明を期すため、以降では、方位角が１８０°異なっている（反対方向をとる）状況に限定する。２つの画像が各対応する傾斜角Ｔ１とＴ２（特殊な場合は、Ｔ１＝ＴでＴ２＝−Ｔ）で（同時又は順次に）取得される。これら２つの画像にはそれぞれＤＴ１とＤＴ２のラベルが付される。ＤＴ１については、アクセスした走査位置で検出された信号の集合が、点拡がり関数Ｆ１によって覆われる体積の集合から得られる。ＤＴ２の場合では、イメージング処理は点拡がり関数Ｆ２を用いる。試料中で拡張されない複数の体積からなる組に由来する明確な画像の取得は、複数の傾斜画像のうちの１つ（たとえばＤＴ１）を、他の画像に対してある数の「画素」だけ「シフト」させることによって実現されて良い。係るシフト量は、２つの点拡がり関数Ｆ１とＦ２が交差する体積の表面下の位置を決定する。図２Ａでは、この交差する体積にはＯｉのラベルが付されている。Ｘ方向のシフトが存在しないとき、前記交差する体積Ｏｉは、表面Ｓの直下に存在する。（すべての走査位置の）交差する体積Ｏｉの集合にのみ由来する信号の抽出は、統計的信号源分離法−たとえば独立成分分析（ＩＣＡ）−を用いて行われて良い。
【0028】

さらに説明するため、以下のような定義を導入する。
・Ｆ１’＝Ｆ１＼Ｏｉ：点拡がり関数Ｆ１によって覆われる体積から交差する領域Ｏｉを除いたもの
・Ｆ２’＝Ｆ２＼Ｏｉ：点拡がり関数Ｆ２によって覆われる体積から交差する領域Ｏｉを除いたもの
Ｆ１’、Ｆ２’、及びＯｉに対応する３つの体積は重なっていない。これらの仮想点拡がり関数（体積）に対応する３つの「仮想画像」ＤＦ１’、ＤＦ２’、及びＤＯｉを定義することができる。係る仮想画像は本来の画像よりも低い統計的相関を有する。
線形イメージング法の場合では、以下が得られる。
ＤＴ１＝Ｄ’Ｆ１＋ＤＯｉ・・・ （１）
ＤＴ２＝Ｄ’Ｆ２＋ＤＯｉ・・・ （２）
このモデルは、ビームパラメータ（たとえば電流/粒子束又は加速電圧）が２つの走査（探索期間）で同一である場合に適用される。複数のビームのうちの１つが異なる「強度」（つまりより大きな又は小さな重要性/影響/「比重」）を有する場合、交差領域に与えられる相対重量αは1.0の値から変化する。その結果次式で表されるようなより一般的な表式となる。
ＤＴ１＝Ｄ’Ｆ１＋αＤＯｉ・・・ （３）
ＤＴ２＝Ｄ’Ｆ２＋ＤＯｉ・・・ （４）
あるいは行列で表せば、次式のようになる。
Ｄ＝WＤ’ （５）
【0029】
【数1】


ここで解決されるべき問題は、「観測された」仮想画像ＤＴ１とＤＴ２からの仮想画像Ｄ’Ｆ１、Ｄ’Ｆ２、及びＤＯｉの復元からなる。主として重要なことは、前述したように、明確な画像に対応すべきＤＯｉである。式（５）で述べた概して非適切分解/因数分解問題を解くことは（たとえば）、正則化法と共にICA法を用いることによって行われて良い。一般的な問題は以下のように定式化される。
【0030】
次式を満足する対（W（ハット）、D（ハット））を探す。
【0031】
【数2】


ここで基準J（．｜｜．）は、モデルと観測結果との間での統計的な相似性の指標である。J（．｜｜．）の典型的な選択はたとえば、ガウス型ノイズを有する信号の最小自乗の指標であり、あるいは、ポアソン型ノイズであるカルバック・ライブラー・ダイバージェンスである。他のダイバージェンスもまた用いられて良い。たとえば特許文献３の第５欄第３３行乃至第６欄第３３行を参照のこと。良好な収束及び解の空間を制限するため、正則化項が（７）式に加えられる。その結果次式が得られる。
【0032】
【数3】


正則化項R（W，D’，θ）は、従来の知見の制約を表し、かつ、分解変数（W，D’）だけではなく、シミュレーションと測定から現れる他のパラメータθにも依存し得る。たとえば以下を利用することができる。
− 特定の分類の材料（たとえばプラスチックが埋め込まれて重い粒子で染色された試料）と走査ビームとの相互作用の解析モデル用パラメータ
− 再構成された構造の幾何学形状とコントラストを制約するパラメータ。たとえばシナプス小胞は平均的には、球形であり、かつ、約39.5nmの直径を有する。
等
問題（７）と（８）において、Wについての最適化は、αについての最適化になることがわかる。究極的には、前述したように、復元のための最も重要な成分は、小さな「相互作用体積」に対応する画像であるＤＯｉである。

[交互最小自乗（ALS）アルゴリズム]
以下は、最小自乗指標の場合に（７）を解く例である。この場合、次式を解く。
【0033】
【数4】


これは一般的には、W≧０、D’≧０という条件によって（９）式で示されているように、非負性条件を用いて正則化される。この問題は、WとD’に関して２つの最小化段階を交互に繰り返すことによって解に近づくことができる。第１段階では、Wの導関数を計算して、それをゼロに設定する。
【0034】
【数5】


上式から以下の式が得られる。
D’＝（WTW）−1WTD・・・（１１）
D’について最小自乗基準を微分して、それをゼロに設定することで次式が得られる。
W＝DD’T（D’D’T）−１・・・ （１２）
ALSアルゴリズムでは、２つの段階（１１）と（１２）が、適切な収束基準が実現されるまで交互に繰り返される。たとえば負の値をゼロに設定することによって、又は、（たとえば）非特許文献２，３に記載されているような所謂アクティブセット（ａｃｔｉｖｅ ｓｅｔ）法を用いることによって、上述の非負性制限が課される。

[ＩＣＡとカルバック・ライブラー・ダイバージェンス（ＥＭＭＬ）]
この場合、以下の所謂一般化されたカルバック・ライブラー（ＫＬ）・ダイバージェンスが最小化される。
【0035】
【数6】


ここでｘは、画像座標空間に及ぶ変数である。係る式では、各異なる画像成分と重み行列の復元は一般的に、期待値最大化最尤（EMML）アルゴリズム（たとえば非特許文献４を参照）を用いて実現される。このアルゴリズムは以下の２つの反復に基づいて構築される。
【0036】
【数7】


ここで指数ｉ，ｊとｋは、各異なる行列の要素を指称するのに用いられ、左辺の量は（ｔ＋１）回目の反復で計算される値で、かつ、右辺の量はｔ回目の反復で得られる値である。
図２Ｂは上の一般的な説明で論じられているので、ここではさらなる説明は必要ない。
【実施例1】
【0037】
図１Aは、本発明の他の実施例によってイメージングされている試料の断面図を示している。上述したように、この図は以下のことを概略的に表している。
− （元の）試料表面S１に衝突し、かつ、S１から試料へ入り込むように下方に延びる点拡がり関数F1を生成する第１入射放射線ビームB1。点ｐｉはＺ方向の距離Ｌ＋ｚに位置してこの点拡がり関数F1へ入り込む。
− （新たに露出した）試料表面S２に衝突し、かつ、S２から試料へ入り込むように下方に延びる点拡がり関数F２を生成する第１入射放射線ビームB２。点ｐｉはＺ方向の距離ｚに位置してこの点拡がり関数F２へ入り込む。この新たな表面S２は、物理スライシング処理（たとえばイオンミリング、ミクロトーム切断、エッチング等）を利用して古い表面S１から厚さＬの層を除去することで新たな表面S２を露出させることによって生成された。
− 点拡がり関数F1とF2は部分的な重なり領域Ｏｉを示す。ビームB１とB２は、Ｚ方向に対して平行に延びる共通の伝播軸ｂ１２を有する。点ｐｉを含む重なり領域Ｏｉは各点拡がり関数の各異なるＺ領域に支配される。この事実は、領域Ｏｉ内部での検出器信号のデコンボリューションを実行するのに（たとえば）ＩＣＡを用いることを可能にする。その結果この領域内での空間分解能が改善される。ここでこのことについてより詳細に説明する。
【0038】
各異なる表面での複数のイメージング期間からの再構成の場合では、「発明を実施するための形態」で述べた理由と同じ理由に従い、かつ、３つの点拡がり関数Ｆ１’＝Ｆ１＼Ｏｉ、Ｆ１’＝Ｆ１＼Ｏｉ、及びＯｉを定義して良い。図１Ａから、この場合では、「仮想画像」ＤＦ１’、ＤＦ２’、及びＤＯｉが、上部から下部までの積層された体積に対応することがわかる。これらの「仮想」体積の各々は、２つの元の体積よりも厚くないので、体積効果のより小さい明確な画像に対応する。表面Ｓ１及びＳ２で得られた画像をそれぞれＤＳ１及びＤＳ２と定義すると、次式に表されるような観測された画像と「仮想」画像との間の関係を導くことができる。
ＤＳ１＝Ｄ’Ｆ１＋ＤＯｉ・・・ （１６）
ＤＳ２＝Ｄ’Ｆ２＋ＤＯｉ・・・ （１７）
２つの期間の間で各異なる「強度」スケーリングαを導入するイメージング条件の変化を説明するのであれば、次式が得られる。
ＤＳ１＝Ｄ’Ｆ１＋αＤＯｉ・・・ （１８）
ＤＳ２＝Ｄ’Ｆ２＋ＤＯｉ・・・ （１９）
上式は次式の行列表現となる。
ＤＳ＝WＤ’ （２０）
ここでＤＳとＷとＤ’は（６）式で定義された通りである。
上述したＩＣＡ法と同一の方法を用いることによって、上から下までの３層に対応する３つの画像の復元が可能となる。図１Ｂと図１Ｃについては上の一般的な説明で述べたので、ここではこれ以上の必要はない。
【実施例2】
【0039】
上述の再構成法を３回以上の走査（探索期間）に拡張することは、当業者の想到し得る範囲内に十分属する。たとえば「発明を実施するための形態」の複数の傾斜の場合であれば、各異なる点拡がり関数はその場合、同一の共通（「ピボット」）領域と交差する。イメージング処理が線形性を有する結果として常に、式（５）と（２０）に似た式の組によって分解が表される。係る式の組は同一の計算法を用いて解くことができる。
【実施例3】
【0040】
図３Aは、本発明の他の実施例によってイメージングされている試料の断面を示している。上述したように、この図は以下のことを概略的に表している。
− 第１種類の粒子を含む第１入射放射線ビームB1。このビームB1がSに衝突するとき、このビームB1は、相対的に深いレベルまで試料内に入り込むように延びるが相対的に横方向拡がりの小さな点拡がり関数Ｆ１を生成する。この点拡がり関数Ｆ１は点ｐｉと相互作用する。
− 第２種類の粒子を含む第２入射放射線ビームB２。このビームB２がSに衝突するとき、このビームB２は、相対的に浅いレベルまで試料内に入り込むように延びるがビームB1の場合よりも相対的に横方向拡がりの大きな点拡がり関数Ｆ２を生成する。この点拡がり関数Ｆ２もまた点ｐｉと相互作用する。
− 点拡がり関数Ｆ２とＦ１はサイズ及び/又は形状が異なるので、点ｐｉは、各々の各異なる領域/部分/態様を感じる。この事実により、領域Ｏｉ内部での検出器信号のデコンボリューションの実行に（たとえば）ICAを用いることが可能になる。その結果、この領域内での空間分解能が改善される。この場合の再構成の数学的手法は広義には、「発明を実施するための形態」と実施例１で説明した一般的枠組と似ている。この特別な状況は、点拡がり関数F1とF２との間での（典型的な）不同性のために、上の式（３）と（１８）で導入された相対重み付け因子αが重要な役割を果たし得る状況である。図３Bについては上の一般的な説明で述べたので、ここではこれ以上の必要はない。
【実施例4】
【0041】
図４は、本発明による走査型顕微鏡の実施例の概略図である。より具体的には図1は荷電粒子顕微鏡400の実施例−この場合SEM−を示している。顕微鏡400は粒子光学鏡筒402を有する。粒子光学鏡筒402は荷電粒子ビーム404（この場合では電子ビーム）を生成する。粒子光学鏡筒402は、真空チャンバ406上に設けられる。真空チャンバ406は、試料410を保持する試料ホルダ/台408を含む。真空チャンバ406は、真空ポンプ（図示されていない）を用いることによって排気される。電源422の助けによって、試料ホルダ408又は少なくとも試料410は、望ましい場合には、接地電位に対してある電位にバイアス印加（浮遊）され得る。
【0042】
粒子光学鏡筒402は、電子源412（たとえばショットキー銃）、電子ビーム404を試料410へ集束させるレンズ414と416、及び、（ビーム404のビーム操作/走査を実行する）偏向ユニット418を有する。当該装置はさらにコンピュータ処理装置（制御装置）424を有する。コンピュータ処理装置（制御装置）424は、とりわけ偏向ユニット418、レンズ414,416、及び検出器100,420を制御し、かつ、検出器100,420から収集される情報を表示装置426上に表示する。本発明の文脈においては、装置４１４，４１６，及び４１８は、上述の照射体を含むものとみなされて良い。
【0043】
検出器420,100は、入力ビーム404の照射に応じて試料410から放出される様々な種類の出力放射線を検査するのに用いられ得る様々な検出器の種類から選ばれる。図示された装置では、以下の検出器が選択された。
− 検出器100は区分化された電子検出器である。係る検出器はたとえば、試料410から放出される出力（2次又は後方散乱）電子束の角度依存性を調査するのに用いられて良い。
− 検出器420は、試料410から放出される出力BS電子束（の少なくとも一部）を検出するのに用いられるホウ素がドーピングされた固体検出器である。
【0044】
これまで説明してきたように、検出器100と検出420のいずれも電子を検査するのに用いられている。しかしこれは純粋な設計/実装上の選択であり、望ましい場合には、電子に加えて又は電子の代わりに、試料410から放出される他の種類の出力放射線（たとえばX線、カソードルミネッセンス）の検出が選択されても良い。
【0045】
試料410にわたってビーム404を走査させることによって、出力放射線−たとえばX線、赤外/可視/紫外光、2次電子、及び後方散乱(BS)電子の束を含む−が、試料410から放出される。係る出力放射線は（走査運動に起因して）位置に敏感なので、検出器100,420から得られる情報もまた位置依存性を有する。この事実によって、検出器420の出力は、（たとえば）試料410（の一部）のBS電子画像の生成に用いることが可能となる。前記BS電子画像は基本的に、試料410上の走査経路位置の関数とする検出器420の出力のマップである。
【0046】
検出器100,420からの信号は、処理装置424によって処理され、かつ、表示装置426上に表示される。当該処理は、たとえば結合、積分、減算、偽着色、輪郭改善、及び当業者に既知の他の処理のような操作を含んで良い。それに加えて、自動化された認識処理（たとえば粒子解析で用いられるような）は、当該処理に含まれて良い。
【0047】
係る設定の精緻型及び代替型の多くは当業者に知られていることに留意して欲しい。係る設定の精緻型及び代替型は以下を含むが、これらに限定されない。
− デュアルビーム−たとえば撮像用の電子ビーム４０４と試料４１０の加工（場合によっては撮像）様のイオンビーム−の使用
− 試料４１０での−たとえば（所謂環境制御型ＳＥＭで用いられているような）数ｍｂａｒの圧力を維持するか、又は、気体−エッチング気体又は前駆体気体−を収容することによる−制御された環境の使用
等
本発明の具体的文脈では、制御装置４２４−及び/又は専用の独立した処理ユニット（図示されていない）−は、試料４１０内部の所与の点ｐｉに関して以下の処理を実行するように動かすことができる。
− 第１探索期間中、第１ビーム設定B1を利用して点ｐｉに第１点拡がり関数Ｆ１を照射する処理であって、前記ビーム設定は前記測定パラメータとは異なる処理
− 少なくとも第２探索期間中、第２ビーム設定B２を利用して点ｐｉに第２点拡がり関数Ｆ２を照射する処理であって、
・F2は、piが存在する共通の重なり領域内ＯiでF1と部分的に重なり、
・F1とF2は、Ｏiの外部に各対応する非重なり領域F1’とF2’を有する、処理

− 前記コンピュータ処理装置内で信号源分離アルゴリズムを用いることで、前記非重なり領域F1’とF2’とは別個に考慮される前記重なり領域内Ｏi内で画像再構成を実行する処理
図４に図示された走査型顕微鏡はＳＥＭだが、図４に図示された走査型顕微鏡は、本発明の文脈では、たとえばＳＴＥＭ、ＦＩＢ−ＳＥＭ、又は共焦点顕微鏡も有効なものとしてあり得る。
【0048】
図５Ａは、試料の表面Ｓへ照射するのに用いられるビームの幾何学上構造を示している。この図は、以下のような５つの異なる入射ビーム設定を表している。ここで、“（Ａ，Ｔ）という表記は、“（方位角）、（傾斜角）”を示す。方位角（Ｚに対して平行な方向から見て）Ｘから時計回りに測定された値で、傾斜角はＸＹ平面に対して測定された値である。
− ビームＢ１：法線入射
− ビームＢ２：（Ａ，Ｔ）＝（１８０°，６０°）の角度での入射
− ビームＢ３：（Ａ，Ｔ）＝（２７０°，６０°）の角度での入射
− ビームＢ４：（Ａ，Ｔ）＝（０°，６０°）の角度での入射
− ビームＢ５：（Ａ，Ｔ）＝（９０°，６０°）の角度での入射
【実施例5】
【0049】
図５は、以降で詳述するように、本発明の典型的実施例に係る実験系と画像を示している。
【0050】
図５Ａは、試料の表面Ｓへ照射するのに用いられるビームの幾何学構造を示している。この図は、以下のような５つの異なる入射ビーム設定を表している（ここで、“（Ａ，Ｔ）という表記は、“（方位角）、（傾斜角）”を示す。方位角（Ｚに対して平行に見て）Ｘから時計回りに測定された値で、傾斜角はＸＹ平面に対して測定された値である）。
− ビームＢ１：法線入射
− ビームＢ２：（Ａ，Ｔ）＝（１８０°，６０°）の角度での入射
− ビームＢ３：（Ａ，Ｔ）＝（２７０°，６０°）の角度での入射
− ビームＢ４：（Ａ，Ｔ）＝（０°，６０°）の角度での入射
− ビームＢ５：（Ａ，Ｔ）＝（９０°，６０°）の角度での入射
図５Ｂと図５Ｃは、図５Ａに示された実験系によって以下の装置設定で撮像されたマウスの脳の細胞組織の試料のＳＥＭ画像を示している。
− 加速電圧：２ｋＶ
− ビーム電流：約４００ｐＡ
− 図示された視野：１．５μｍ×１．１μｍ
− 分解能：４ｎｍ/画素
− 検出された束の種類：後方散乱電子
図５ＢはビームＢ１のみを考慮することによって得られた画像を示している。
【0051】
図５Ｃは、５つすべてのビームの結合及び本発明によるＩＣＡに基づく画像再構成（たとえば「発明を実施するための形態」参照）の実行によって得られた画像を示している。図５Ｃ（本発明）の詳細/分解能は、図５Ｂ（従来技術）の詳細/分解能よりも非常に優れていることがすぐに明らかになる。
【実施例6】
【0052】
図６は、本発明の別な典型的実施例に係る画像を示している。試料はこの場合、以下の装置設定によって撮像されたウサギの肺の組織を含む。
− 加速電圧：２ｋＶ
− ビーム電流：約４００ｐＡ
− 図示された視野：１．０５μｍ×０．９８μｍ
− 分解能：４ｎｍ/画素

− 検出された束の種類：後方散乱電子

図６Ａは、従来技術に係る撮像方法を用いた、従来の試料のＦＩＢ−ＳＥＭ画像を示している。
【0053】
図６Ｂは、たとえば実施例１／図１Ａで説明した「照射−スライス−照射」方法を用いて本発明によるＩＣＡに基づく画像再構成を実行することによって得られた画像を示している（使用された装置のＦＩＢ機能は、ある照射と別な照射との間に試料上でのイオンミリングを実行することで厚さＬ＝約４ｎｍの層を除去するのに用いられる）。繰り返しになるが、図６Ｂ（本発明）の画像は、図６A（従来技術）の画像よりも明確なことが明らかである。
【0054】
以下、本願により教示される手段を例示的に列挙する。
（付記１）
走査型顕微鏡を用いて試料の画像を蓄積する方法であって、当該方法は：
前記試料の表面Sへ照射するように線源から照射体を介して放射線ビームを案内する段階；
検出器を用いて前記照射に応じて前記試料から放出される放射線束を検出する段階；
前記表面に対する走査経路を前記ビームに追随させる段階；
前記走査経路中の複数のサンプル点からなる組の各々について、選択された測定パラメータPの値Pnの関数として前記検出器の出力Dnを記録することで、測定の組M={Dn,Pn}をまとめる段階であって、nは整数列のメンバーである、段階；
コンピュータ処理装置を用いることによって、前記試料の再構成された画像を生成するように、前記測定の組Mのデコンボリューションを自動的に行い、かつ、空間的に分解する段階、を有し、
前記試料内の所与の点piで検討すると：
第１探索期間中、第1ビーム設定B1を利用して第1点拡がり関数F1を点piへ照射する段階であって、前記ビーム設定は前記測定パラメータとは異なる段階；
少なくとも第2探索期間中、第2ビーム設定B2を利用して第2点拡がり関数F2を点piへ照射する段階であって、
・F2は、piが存在する共通の重なり領域内ＯiでF1と部分的に重なり、
・F1とF2は、Ｏiの外部に各対応する非重なり領域F1’とF2’を有する、段階；
前記コンピュータ処理装置内で信号源分離アルゴリズムを用いることで、前記非重なり領域F1’とF2’とは別個に考慮される前記重なり領域内Ｏi内で画像再構成を実行する段階、を有することを特徴とする方法。
（付記２）
前記表面が、直交座標形ＸＹＺのＸＹ平面に対して平行に延びるように定義され、
前記ビーム設定は、前記試料への前記ビームの入射点のＺ座標位置となるように選ばれ、
前記第１探索期間と前記第２探索期間との間で、物理スライシング処理は、初期表面Ｓ１から厚さＬの材料層を除去することで新たな表面Ｓ２を露出させるのに用いられ、
点拡がり関数Ｆ２とＦ１は、前記Ｚ方向に互いにＬだけ変位する、
付記１に記載の方法。
（付記３）
前記ビーム設定が、前記表面Ｓに対する前記ビームの角度となるように選ばれ、
前記第１探索期間と前記第２探索期間との間で、前記ビームの角度が調節され、
点拡がり関数Ｆ２とＦ１とは互いに角度をなす、
付記１又は２に記載の方法。
（付記４）
前記ビーム設定が前記ビーム中の粒子の種類となるように選ばれ、
点拡がり関数Ｆ２とＦ１は、サイズ及び形状のうちの少なくとも１つに関して互いに異なる、
付記１乃至３のうちいずれか一項に記載の方法。
（付記５）
前記測定パラメータが、前記ビーム中の粒子の平均到達エネルギー、前記ビーム中の荷電粒子の平均電流、前記束中の粒子の放出角、前記束中の粒子の放出エネルギー、及びこれらの結合を含む群から選ばれる、付記１乃至４のうちいずれか一項に記載の方法。
（付記６）
前記試料から放出される放射線の前記束が、後方散乱電子、2次電子、X線、赤外光、可視光、紫外光、及びこれらの結合を含む群から選ばれる少なくとも１つの種類を含む、付記１乃至５のうちいずれか一項に記載の方法。
（付記７）
前記測定の組Mの前記デコンボリューションと空間分解が、前記モデルに制約を適用しながら、ポアソン型ノイズとガウス型ノイズのうちの少なくとも１つに従うと推定される、検出モデルと前記測定の組Mとの間での統計ダイバージェンスを最小にすることによって実行される、付記１乃至６のうちいずれか一項に記載の方法。
（付記８）
前記信号源分離アルゴリズムが、独立成分分析、主成分分析、非負行列因子分解、並びにこれらの混合及びハイブリッド型を含む群から選ばれる、付記１乃至７のうちいずれか一項に記載の方法。
（付記９）
試料を保持する試料ホルダ；
放射線ビームを生成する放射線源；
前記試料へ照射するように前記ビームを案内する照射体；
前記照射に応じて前記試料から放出される放射線の束を検出する検出器；
前記試料の表面に対する走査経路を前記ビームに通過させる走査手段；
− 前記走査経路中の複数のサンプル点からなる組の各々について、選択された測定パラメータPの値Pnの関数として前記検出器の出力Dnを記録することで、測定の組M={Dn,Pn}をまとめる段階であって、nは整数列のメンバーである、処理と、
− 前記試料の再構成された画像を生成するように、前記測定の組Mのデコンボリューションを自動的に行い、かつ、空間的に分解する処理、
のための制御装置、を有する走査型顕微鏡であって、
前記試料内の所与の点piで検討すると、前記制御装置は：
第１探索期間中、第1ビーム設定B1を利用して第1点拡がり関数F1を点piへ照射する段階であって、前記ビーム設定は前記測定パラメータとは異なる処理；
少なくとも第2探索期間中、第2ビーム設定B2を利用して第2点拡がり関数F2を点piへ照射する処理であって、
・F2は、piが存在する共通の重なり領域内ＯiでF1と部分的に重なり、
・F1とF2は、Ｏiの外部に各対応する非重なり領域F1’とF2’を有する、処理；
信号源分離アルゴリズムを用いて、前記非重なり領域F1’とF2’とは別個に考慮される前記重なり領域内Ｏi内で画像再構成を実行する処理、を行うように動かされ得ることを特徴とする走査型顕微鏡。
【符号の説明】
【0055】
400 荷電粒子顕微鏡
402 粒子光学鏡筒
404 荷電粒子ビーム
406 真空チャンバ
408 試料ホルダ
410 試料
412 電子源
414 複合レンズ系
416 複合レンズ系
418 偏向ユニット
420 検出器
422 電源
424 制御装置
426 表示装置
【図1A】
【図1B】
【図1C】
【図2A】
【図2B】
【図3A】
【図3B】
【図4】
【図5A】
【図5B】
【図5C】
【図6A】
【図6B】
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