特許 6498786 荷電粒子線装置

(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】6498786

(24)【登録日】2019年3月22日

(45)【発行日】2019年4月10日

(54)【発明の名称】荷電粒子線装置

(51)【国際特許分類】

   H01J 37/244 20060101AFI20190401BHJP

   H01J 37/28 20060101ALI20190401BHJP

【ＦＩ】

   H01J37/244

   H01J37/28 C

【請求項の数】10

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2017-557543(P2017-557543)

(86)(22)【出願日】2015年12月22日

(86)【国際出願番号】JP2015085745

(87)【国際公開番号】WO2017109843

(87)【国際公開日】20170629

【審査請求日】2018年5月23日

(73)【特許権者】

【識別番号】501387839

【氏名又は名称】株式会社日立ハイテクノロジーズ

(74)【代理人】

【識別番号】110002572

【氏名又は名称】特許業務法人平木国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】神宮 孝広

【審査官】 右▲高▼ 孝幸

(56)【参考文献】

【文献】 特開2012-169269（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表2013-541799（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第2013/0056634（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｊ ３７／２４４

Ｈ０１Ｊ ３７／２８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

収束した荷電粒子線を試料へ供給し、前記荷電粒子線によって前記試料を走査する照射系と、
前記試料からのエネルギーを結像する結像光学系と、
前記結像光学系によって形成された像をアバランシェホトダイオードアレイによって検出する検出系と、
前記アバランシェホトダイオードアレイを構成する画素のうちガイガーモードで動作させる画素を、前記エネルギーの照射範囲の移動に応じて変更する制御部と
を有する荷電粒子線装置。

【請求項2】

請求項１に記載の荷電粒子線装置において、
前記アバランシェホトダイオードアレイは、行列状に配列された複数の画素を含み、
さらに、
行列状に形成され、前記複数の画素のうちの所定の画素を選択的にガイガーモードで動作させる複数本の制御ライン
を有する荷電粒子線装置。

【請求項3】

請求項２に記載の荷電粒子線装置において、
前記エネルギーは透過電子である、荷電粒子線装置。

【請求項4】

請求項３に記載の荷電粒子線装置において、
検出した前記像を加算する処理部
を更に有する荷電粒子線装置。

【請求項5】

請求項４に記載の荷電粒子線装置において、
前記制御部は、ガイガーモードで動作させる前に前記画素をリセット動作させる荷電粒子線装置。

【請求項6】

請求項４に記載の荷電粒子線装置において、
前記制御部は、前記ガイガーモードで動作させる前に前記画素を行単位又は列単位でリセット動作させる荷電粒子線装置。

【請求項7】

請求項１に記載の荷電粒子線装置において、
前記エネルギーは透過電子である、荷電粒子線装置。

【請求項8】

請求項１に記載の荷電粒子線装置において、
検出した前記像を加算する処理部
を更に有する荷電粒子線装置。

【請求項9】

請求項１に記載の荷電粒子線装置において、
前記制御部は、ガイガーモードで動作させる前に前記画素をリセット動作させる荷電粒子線装置。

【請求項10】

請求項１に記載の荷電粒子線装置において、
前記アバランシェホトダイオードアレイは、行列状に配列された複数の画素を含み、
前記制御部は、ガイガーモードで動作させる前に前記画素を行単位又は列単位でリセット動作させる荷電粒子線装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、荷電粒子線装置に関する。

【背景技術】

【0002】

試料からのエネルギーを検出する装置の一例として荷電粒子線装置が挙げられる。荷電粒子線装置は、試料に荷電粒子線（例えば電子線）を供給し、その結果発生するエネルギーを検出する。検出対象とするエネルギーは、例えば透過電子、２次電子および反射電子の少なくとも１つである。この種の技術は、例えば特許文献１に記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００８−２２６６１６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に記載の装置は、蛍光材（例えばシンチレータ）を用いて試料からのエネルギーを光に変換し、その光を撮像媒体（例えばカメラ）で検出する。しかし、シンチレータは蛍光体であるため、発光した後も一定時間光り続ける。つまり応答性に改善の余地がある。また、蛍光体は試料からのエネルギーによる劣化のため光への変換効率が低下し劣化の状態を随時計測し補正する必要がある。

【課題を解決するための手段】

【0005】

上記課題を解決するために、本発明は、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。本明細書は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、「収束した荷電粒子線を試料へ供給し、前記荷電粒子線によって前記試料を走査する照射系と、前記試料からのエネルギーを結像する結像光学系と、前記結像光学系によって形成された像をアバランシェホトダイオードアレイによって検出する検出系と、前記アバランシェホトダイオードアレイを構成する画素のうちガイガーモードで動作させる画素を、前記エネルギーの照射範囲の移動に応じて変更する制御部とを有する荷電粒子線装置」である。

【発明の効果】

【0006】

本発明によれば、従来よりも応答性に優れかつ蛍光体劣化による画像変化の補正を必要としない荷電粒子線装置を提供できる。前述した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施の形態の説明により明らかにされる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】実施例１に係るエネルギー検出装置の全体構成を示す図。

【図2】アバランシェホトダイオードアレイの構成を示す図。

【図3】実施例１におけるＳＴＥＭ画像の生成動作を説明するフローチャート。

【図4】ＳＴＥＭ画像を用いた注目領域の再取得動作を説明する図。

【図5】実施例２におけるＳＴＥＭ画像の生成動作を説明するフローチャート。

【図6】実施例３におけるＳＴＥＭ画像の生成動作を説明するフローチャート。

【図7】実施例４における読出し画素サイズの変更例を説明する図。

【図8】実施例４における読出し画素サイズの変更例を説明する図。

【図9】実施例４における読出し画素サイズの変更例を説明する図。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態を説明する。なお、本発明の実施の態様は、後述する実施例に限定されるものではなく、その技術思想の範囲において、種々の変形が可能である。

【0009】

（１）実施例１
（１−１）走査透過型電子顕微鏡の構成
図１に、エネルギー検出装置の一例である走査透過型電子顕微鏡（以下、「ＳＴＥＭ」という。）の全体構成を示す。走査透過型電子顕微鏡１００は、電子銃２、照射レンズ４、走査コイル５、対物レンズ６、試料ステージ７、拡大レンズ系８、及び、撮像装置９を有し、これらは顕微鏡本体１内に設けられている。撮像装置９は、少なくとも後述するアバランシェホトダイオードアレイを含む。ここで、照射レンズ４、走査コイル５、対物レンズ６が照射系を構成し、拡大レンズ系８が結像光学系を構成する。また、撮像装置９が検出系を構成する。

【0010】

走査透過型電子顕微鏡１００は、更に、電子銃２を制御する電子銃制御装置１０、照射レンズ４を制御する照射レンズ制御装置１１、走査コイル５を制御する走査コイル制御装置１２、対物レンズ６を制御する対物レンズ制御装置１３、拡大レンズ系８を制御する拡大レンズ制御装置１４、試料ステージ７を制御する試料ステージ制御装置１５、コンピュータ１６、及び、モニタ１９を有する。コンピュータ１６は、制御装置１７及び画像処理制御装置１８を有する。制御装置１７は、電子銃制御装置１０、照射レンズ制御装置１１、走査コイル制御装置１２、対物レンズ制御装置１３、拡大レンズ制御装置１４、及び、試料ステージ制御装置１５を制御する。また、制御装置１７は、撮像装置９（アバランシェホトダイオードアレイ）の動作も制御する。

【0011】

電子銃２より放出された電子線３は、照射レンズ４で収束され、ｘ方向およびｙ方向の偏向コイルで構成された走査コイル５により偏向される。２方向に偏向された電子線３は、対物レンズ６により、試料ステージ７に保持されている試料１０１上にフォーカスされ、試料面上を走査する。試料１０１を透過した電子線３の像は拡大レンズ系８により拡大された後、撮像装置９の撮像面に結像される。撮像装置９は、当該像を撮像する。本明細書では、撮像装置９による撮像を「検出」ともいう。撮像装置９で撮像された走査透過像（ＳＴＥＭ像）はコンピュータ１６に送られる。画像処理制御装置１８は、撮像装置９から出力される走査透過像をモニタ１９上に表示する。

【0012】

電子銃制御装置１０、照射レンズ制御装置１１、走査コイル制御装置１２、対物レンズ制御装置１３、拡大レンズ制御装置１４、試料ステージ制御装置１５及びコンピュータ１６は、それぞれモジュールと構成することもできる。これらの制御装置は、信号を送受信する入出力インターフェース、制御アルゴリズムを保存するメモリ、アルゴリズムを実行するプロセッサを含んでいる。

【0013】

（１−２）アバランシェホトダイオードアレイの構成
図２に、アバランシェホトダイオードアレイ２０１（以下、「ＡＰＤＡ２０１」という。）の構成を示す。ＡＰＤＡ２０１は、複数のアバランシェホトダイオード２０２（以下、「ＡＰＤ２０２」という。）をマトリクス状に配置したアレイ素子である。図２に示すＡＰＤＡ２０１は、ＡＰＤ２０２をｍ列×ｎ行に配置した構成を有している。個々のＡＰＤ２０２がＡＰＤＡ２０１の画素に相当する。本実施例では、ｉ列×ｊ行の位置の画素を画素（i，j）で表す。従って、画素(1、1)は、１列×１行の位置の画素の意味である。

【0014】

ＡＰＤ２０２は、ホトダイオード（以下、「ＰＤ」という。）の一種であり、逆電圧の印加によって光電流が増倍される高速かつ高感度のＰＤである。ＡＰＤ２０２は、エネルギー（例えば光を構成するフォトンの数）を計数してエネルギー量を測定するデバイスである。ＡＰＤ２０２に印加する逆電圧を降伏電圧以上にすると、内部電界が上昇し増倍率が極めて高くなる。像倍率は、例えば10^５〜10^６倍になる。

【0015】

このように倍増率を高めた状態でＡＰＤ２０２を動作させることを「ガイガーモード」という。ガイガーモードのＡＰＤ２０２においては、エネルギー（例えばフォトンや荷電粒子）の入射によってＰＮ接合に生じた電子と正孔の対が高い電界によって加速される。この際、電子はＰ層内で加速され、運動エネルギーを高めながらＮ層に向かい、Ｎ層のバンドキャップエネルギーよりも十分に高い運動エネルギーでＮ層に突入する。この突入によってＮ層の電子が跳ね出し、さらに跳ね出した電子が連鎖的により多くの電子を生成する。これが増倍作用の原理である。

【0016】

ガイガーモードのＡＰＤ２０２に所定単位のエネルギー（例えば１つのフォトン（光子）や荷電粒子）が入射すると、前述した増倍作用によって非常に大きなパルス信号が生じるため、フォトンを計数することができる。光はフォトンの集まりであるため、微弱な光ではフォトンは離散的になる。しかし、ＡＰＤ２０２は、光が微弱であっても前述した増倍作用によって感度良く光を測定することができる。

【0017】

ＡＰＤ２０２は、時間当たりに検出されたフォトンや荷電粒子の数に応じた大きさの電流をパルス信号として出力する。従って、ＡＰＤＡ２０１をアレイ上に配列した撮像装置９は、ＰＤアレイで撮像装置９を構成する場合よりも高い感度で微弱な光を検出することができる。なお、ＡＰＤ２０２には、入射光量に比例した（線形の）強度を有するパルス信号を出力するアバランシェモードも用意されている。本実施例では、専らガイガーモードを使用する。

【0018】

ＡＰＤＡ２０１は、シリコンフォトマルチプライヤ（Silicon Photomultiplier：Si‐PM）とも呼ばれるデバイスの一種であり、個別に動作するガイガーモードのＡＰＤ２０２の集合体である。ＡＰＤＡ２０１の画素を構成する各ＡＰＤ２０２は、前述したようにエネルギーを検出すると、非常に大きな強度のパルス信号を出力する。加えて、本実施例におけるＡＰＤＡ２０１は、全画素のパルス信号の総和を出力ライン２０３から出力する。このため、ＡＰＤＡ２０１は、微弱なエネルギー（例えば光や電子）であっても感度良く検出することができる。

【0019】

ところで、本実施例のＡＰＤＡ２０１では、一部のＡＰＤ２０２だけをガイガーモードで動作できるように、ＡＰＤ２０２の駆動制御ライン２０４及び２０５がｍ列×ｎ行のマトリクス状に形成されている。駆動制御ライン２０４及び２０５は、その交点位置のＡＰＤ２０２に接続され、画素単位で動作を制御する。列用の駆動制御ライン２０４と行用の駆動制御ライン２０５はそれぞれ不図示の駆動回路に接続されており、駆動パルスでアクティブに制御された１本又は複数本の駆動制御ライン２０４と同じく駆動パルスでアクティブに制御された１本又は複数本の駆動制御ライン２０５の交点に位置する１つ又は複数のＡＰＤ２０２にだけを逆電圧を印加し、それらだけをガイガーモードで動作させることができる。この場合も、ガイガーモードで動作するＡＰＤ２０２からのパルス信号の総和が出力ライン２０３から出力される。

【0020】

もっとも、本実施例のＡＰＤＡ２０１は、任意の個数のＡＰＤ２０２をガイガーモードに設定できるため、１つのＡＰＤ２０２のみをガイガーモードで動作させれば１つのＡＰＤ２０２の出力のみを出力ライン２０３から取り出すことができる。本実施例の場合、試料１０１を透過した電子（透過電子）が収束される任意の画素位置のＡＰＤ２０２のみをガイガーモードで動作させ、その他のＡＰＤ２０２を休止状態とする。例えば試料１０１上における電子線３の照射位置の移動による透過電子の撮像面への入射位置の変化に応じ、ガイガーモードで動作する画素位置と休止状態に制御する画素位置を変更する。撮像装置９から出力された信号を再構成（行列化）すれば、ＳＴＥＭ像を得ることができる。

【0021】

なお、ＡＰＤ２０２からパルス信号を長期間読み出さない場合、熱雑音の影響による誤検出のリスクがある。そこで、駆動制御ライン２０４及び２０５によってＡＰＤ２０２を定期的にリセットする。リセットは、ＡＰＤ２０２が休止状態にある期間に実行する。
リセットは制御ラインの選択により全ての画素または任意の画素に実施可能でその時間は１画素の読み出し時間に等しく撮像シーケンス全体の時間短縮にも寄与する。

【0022】

（１−３）ＳＴＥＭ画像の生成動作
図３を使用して、本実施例におけるＳＴＥＭ画像の生成動作を説明する。この生成動作はコンピュータ１６（制御装置１７、画像処理制御装置１８）によって制御される。ＳＴＥＭ画像の生成を開始すると、電子銃２から出力される電子線３の走査も開始される（ステップＳ３０１）。本実施例の場合、電子線３の走査によって発生する光（エネルギー）は、図２に示すＡＰＤＡ２０１の１行目の左端の画素から右端の画素に順番に入射し、以下同様に、２行目の左端の画素から右端の画素、…、ｎ行目の左端の画素から右端の画素に入射する。

【0023】

コンピュータ１６は、このタイミングで全て画素をアクティブ状態に制御する（ステップＳ３０２）。すなわち、全画素をリセットする。もっとも、このリセット動作は、電子線３の走査と同時又は走査の開始直前に実行してもよい。次に、コンピュータ１６は、画素(1、1)のみに逆電圧を印加し、当該画素のみをガイガーモードで動作させる（ステップＳ３０３）。つまり、他のm＊n−1個の画素は休止状態である。この場合、出力ライン２０３からは画素(1、1)に入射した光に対応するパルス信号が出力される。

【0024】

次に、コンピュータ１６は、最終画素（すなわち、画素(m,n)）に対応するパルス信号が出力ライン２０３から出力されたか否かを判定する（ステップＳ３０４）。否定結果が得られている間、コンピュータ１６はステップＳ３０５に移行する。ステップＳ３０５において、コンピュータ１６は、電子線３の照射位置を移動させると共に同じ行の隣の画素にのみ逆電圧を印加し、そのパルス信号を得る。逆電圧を印加する画素が最終列（すなわちｍ列目）であった場合、コンピュータ１６は、逆電圧の印加先を次行の先頭画素に変更する。コンピュータ１６は、以上の動作を全ての画素について順番に実行する。

【0025】

やがて、ステップＳ３０４で肯定結果が得られると、コンピュータ１６は、ステップＳ３０６に移行し、ｍ列×ｎ行で与えられる１枚目の画像（画像１）を生成する。次に、コンピュータ１６は、画像がＳ枚取得されたか否かを判定し（ステップＳ３０７）、否定結果が得られている間、ステップＳ３０２に戻って、前述した一連の動作を繰り返す。このループ処理をＳ回繰り返すことで、Ｓ枚の画像（画像１〜画像Ｓ）が取得される。ステップＳ３０７で肯定結果が得られると、コンピュータ１６は、Ｓ枚の画像の同じ画素位置のパルス信号どうしを加算する（ステップＳ３０８）。生成された画像を、コンピュータ１６は、加算画像としてモニタ１９の画面上に表示する（ステップＳ３０９）。なお、加算画像は、コンピュータ１６内の不図示の記憶領域（例えばメモリ、ハードディスク装置など）に記憶される。

【0026】

（１−４）ＳＴＥＭ画像を用いた注目領域の再取得
図４を使用して、ＳＴＥＭ画像を用いた注目領域の再取得動作を説明する。図４Ａは、図３の手順で取得された倍率Ｍ１のＳＴＥＭ画像４０１である。作業者は、モニタ１９の画面上でＳＴＥＭ画像４０１を確認しながら、再取得したい部分領域（図中では破線で示す）を指定する。この際、作業者は、再取得時に使用する倍率も指定する。ここでの倍率をＭ２（＞Ｍ１）とする。コンピュータ１６は、ユーザインタフェースを通じてこれらの指定を受け付けると、該当する領域部分のみを電子線で走査するように電子銃制御装置１０を制御すると共に、指定された倍率が得られるように対物レンズ制御装置１３、拡大レンズ制御装置１４などを制御する。また、コンピュータ１６は、指定された範囲に対応するＡＰＤ２０２だけに逆電圧を印加するように撮像装置９や画像処理制御装置１８を制御する。

【0027】

前述したように、撮像装置９を構成するＡＰＤＡ２０１には、駆動制御ライン２０４及び２０５がｍ列×ｎ行のマトリクス状に形成されている。従って、コンピュータ１６は、指定された範囲に相当する駆動制御ライン２０４及び２０５だけを駆動制御する。なお、コンピュータ１６が実行する制御動作の内容は、ステップＳ３０３〜Ｓ３０５の画素範囲が異なるだけで図３に示す処理動作と同じである。この結果、図４Ｂに示すように、倍率Ｍ２の拡大ＳＴＥＭ画像４０２が取得される。拡大ＳＴＥＭ画像４０２は、ＡＰＤＡ２０１の一部の画素だけを駆動することで取得できるため、ＳＴＥＭ画像４０１と拡大ＳＴＥＭ画像４０２の解像度（ＳＮ比）が同じであれば（ループ回数が同じであれば）、ＳＴＥＭ画像４０１に比して拡大ＳＴＥＭ画像４０２が出力されるまでの撮像時間が短く済む。

【0028】

また、拡大ＳＴＥＭ画像４０２とＳＴＥＭ画像４０１の撮像時間が同じであれば、その分、重ね合わせ回数を多くできる（ループ回数を増やすことができる）ため、拡大ＳＴＥＭ画像４０２の解像度（ＳＮ比）を一層向上することができる。因みに、いわゆるカメラ（ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ）を撮像装置９に用いる場合には、必要は画像が一部分でも１枚の画像を構成する全画素の読み出しが必要となるため、解像度（ＳＮ比）と撮像時間は相反する関係であり、本実施例のような撮像時間の短縮やＳＮ比の向上を実現することはできない。

【0029】

（１−５）実施例の効果
以上説明したように、本実施例における走査透過型電子顕微鏡１００を用いれば、従来よりも応答性を向上させることができる。また、取得されたＳＴＥＭ画像４０１の一部分だけを異なる撮像条件（例えば異なる倍率）で撮像したい場合にも、モニタ１９の画面上で指定した範囲に相当するＡＰＤ２０２だけを駆動することにより短時間で、又は、より高いＳＮ比の拡大ＳＴＥＭ画像４０２を取得することができる。

【0030】

（２）実施例２
実施例１では、ＳＴＥＭ画像の生成動作として、予め全画素の熱雑音をリセットする手法について説明したが、ここでは他の手法を説明する。ＳＴＥＭ画像の生成手法以外は実施例１と同じである。

【0031】

図５に、本実施例におけるＳＴＥＭ画像の生成動作を示す。この生成動作もコンピュータ１６（制御装置１７、画像処理制御装置１８）の制御を通じて実行される。ＳＴＥＭ画像の生成を開始すると、電子銃２から出力される電子線３の走査も開始される（ステップＳ５０１）。本実施例の場合、コンピュータ１６は、画素(1、1)をリセットし、熱雑音を吐き出させる（ステップＳ５０２）。このリセット動作は、荷電粒子線の走査と同時又は走査の開始直前に実行してもよい。

【0032】

次に、コンピュータ１６は、画素(1、1)のみに逆電圧を印加すると共に、図中右隣の画素(2、1)をリセットする（ステップＳ５０３）。このとき、画素(1、1)のみがガイガーモードで動作し、他のm＊n−1個の画素は休止状態である。従って、出力ライン２０３からは画素(1、1)に入射した光に対応するパルス信号が出力される。

【0033】

続いて、コンピュータ１６は、最終画素（すなわち、画素(m,n)）に対応するパルス信号が出力ライン２０３から出力されたか否かを判定する（ステップＳ５０４）。否定結果が得られている間、コンピュータ１６はステップＳ５０５に移行する。ステップＳ５０５において、コンピュータ１６は、荷電粒子線の位置を移動させると共に同じ行の右隣の画素（例えば画素(2,1)）にのみ逆電圧を印加し、そのパルス信号を得る。また、逆電圧の印加と並行して、更に右隣の画素（例えば画素(3,1)）をリセットする。逆電圧を印加する画素やリセットする画素が最終列（すなわちｍ列目）であった場合、コンピュータ１６は、逆電圧を印加する画素やリセットする画素の位置を次行の先頭画素に変更する。コンピュータ１６は、以上の動作を全ての画素について順番に実行する。

【0034】

やがて、ステップＳ５０４で肯定結果が得られると、コンピュータ１６は、ステップＳ５０６に移行し、ｍ列×ｎ行で与えられる１枚目の画像（画像１）を生成する。次に、コンピュータ１６は、画像がＳ枚取得されたか否かを判定し（ステップＳ５０７）、否定結果が得られている間、ステップＳ５０２に戻って、前述した一連の動作を繰り返す。このループ処理をＳ回繰り返すことで、Ｓ枚の画像が取得される。ステップＳ５０７で肯定結果が得られると、コンピュータ１６は、Ｓ枚の画像の同じ画素位置のパルス信号どうしを加算する（ステップＳ５０８）。生成された画像を、コンピュータ１６は、加算画像としてモニタ１９の画面上に表示する（ステップＳ５０９）。なお、加算画像は、コンピュータ１６内の不図示の記憶領域（例えばメモリ、ハードディスク装置など）に記憶される。

【0035】

この手法を用いれば、各画素をガイガーモードで動作させる直前にリセットできるため、ＡＰＤＡ２０１上のいずれの画素についても熱雑音の影響を最も少ない状態に揃えることができる。

【0036】

（３）実施例３
ここでも、ＳＴＥＭ画像の他の生成動作を説明する。ＳＴＥＭ画像の生成手法以外は実施例１と同じである。

【0037】

図６に、本実施例におけるＳＴＥＭ画像の生成動作を示す。この生成動作もコンピュータ１６の制御を通じて実行される。まず、ＳＴＥＭ画像の生成を開始すると、電子銃２から出力される電子線３の走査も開始される（ステップＳ６０１）。本実施例の場合、コンピュータ１６は、第１行に位置する全画素、すなわち(1、1)〜(m、1)の計ｍ個の画素をリセットし、熱雑音を吐き出させる（ステップＳ６０２）。このリセット動作は、電子線３の走査と同時又は走査の開始直前に実行してもよい。

【0038】

次に、コンピュータ１６は、画素(1、1)のみに逆電圧を印加する（ステップＳ６０３）。このとき、画素(1、1)のみがガイガーモードで動作し、他のm＊n−1個の画素は休止状態である。従って、出力ライン２０３からは画素(1、1)に入射した光に対応するパルス信号が出力される。

【0039】

続いて、コンピュータ１６は、最終画素（すなわち、画素(m,n)）に対応するパルス信号が出力ライン２０３から出力されたか否かを判定する（ステップＳ６０４）。否定結果が得られている間、コンピュータ１６はステップＳ６０５に移行する。ステップＳ６０５において、コンピュータ１６は、電子線３の位置を移動させると共に同じ行の右隣の画素（例えば画素(2,1)）にのみ逆電圧を印加し、そのパルス信号を得る。逆電圧を印加する画素が最終列（すなわちｍ列目）であった場合、コンピュータ１６は、電子線３の走査位置が最終列から先頭列に移動する期間を利用して次行の全画素をリセットする。このリセット後、次行の先頭画素から順番に逆電圧を印加する。コンピュータ１６は、以上の動作を全ての画素について順番に実行する。

【0040】

やがて、ステップＳ６０４で肯定結果が得られると、コンピュータ１６は、ステップＳ６０６に移行し、ｍ列×ｎ行で与えられる１枚目の画像（画像１）を生成する。次に、コンピュータ１６は、画像がＳ枚取得されたか否かを判定し（ステップＳ６０７）、否定結果が得られている間、ステップＳ６０２に戻って、前述した一連の動作を繰り返す。このループ処理をＳ回繰り返すことで、Ｓ枚の画像が取得される。ステップＳ６０７で肯定結果が得られると、コンピュータ１６は、Ｓ枚の画像の同じ画素位置のパルス信号どうしを加算する（ステップＳ６０８）。生成された画像を、コンピュータ１６は、加算画像としてモニタ１９の画面上に表示する（ステップＳ６０９）。なお、加算画像は、コンピュータ１６内の不図示の記憶領域（例えばメモリ、ハードディスク装置など）に記憶される。

【0041】

この手法では、走査線インタリーブ期間（荷電粒子線の照射位置がある行の最終列から次行の先頭列に移動する期間）を利用して、ガイガーモードで動作させる直前の画素群をリセットできる。このようにしても、ＡＰＤＡ２０１を構成する画素間での熱雑音の影響の違いを小さくできる。また、リセット動作のための処理周波数を低減できる。なお、本実施例では行単位でリセットしているが、電子線３の走査方向が列方向である場合には、列単位でリセットしてもよい。

【0042】

（４）実施例４
前述の実施例では、１画素のみ（１つのＡＰＤ２０２のみ）をガイガーモードで動作させる場合について説明した。しかし、ＡＰＤＡ２０１は１つ又は複数の画素位置のＡＰＤ２０２を同時にガイガーモードで動作させることができる。そこで、本実施例では、複数の画素を一度の読出し範囲に指定する方法について説明する。

【0043】

図７は、３列×２行の画素範囲を読出し単位とする方法を説明する図である。ここでは、試料１０１から発生する光（エネルギー）の入射する範囲も同じように移動するものとする。例えば読出し画素の範囲は、左上隅の画素座標で表すと、画素(1,1)、画素(4,1)、画素(7,1)…と移動する。出力ライン２０３からは、これら６画素分のパルス信号の加算値が出力される。このような読出し手法を採用することにより、撮像の高速化を実現できる。なお、読出し画素の範囲は自由に定めることができる。例えば図８に示すように、読出し画素を列単位（ｎ個の画素単位）で指定することもできる。

【0044】

上述の説明では、読出し画素の範囲の移動と試料１０１から発生する光（エネルギー）の入射する範囲の移動とが連動するものとして説明したが、試料１０１から発生する光（エネルギー）の入射する範囲はＡＰＤＡ２０１の全範囲、又は、読出し範囲よりも広い範囲であってもよい。また、前述の説明のように、読出し範囲をＡＰＤＡ２０１の全範囲で移動させるのではなく、一部分だけに固定してもよい。つまりＳＴＥＭ画像が必要とされる領域のみに読出し画素の範囲を限定してもよい。この手法によれば、撮像の高速化を実現できる。

【0045】

また、前述の実施例においては、ＡＰＤＡ２０１に出力ライン２０３が１つのだけ設けられている場合について説明したが、図９に示すように、ＡＰＤＡ２０１に出力ライン２０３が複数設けられていても良い。例えば出力ライン２０３は列数と同じｍ個でもよいし、理論的には全画素数（ｍ×ｎ個）と同じでもよい。このように出力ライン２０３が複数設けられていれば、読出し画素の範囲からの読出しを並列に実行することができる。図９の例であれば、４つの出力ライン２０３から並列に、対応する読出し画素範囲の出力を読み出すことができる。この手法によれば、撮像の高速化を実現できる。勿論、出力ラインは行単位であってもよい。

【0046】

（５）他の実施例
本発明は、上述した実施例に限定されるものでなく、様々な変形例を含んでいる。例えば、上述した実施例は、本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備える必要はない。また、ある実施例の一部を他の実施例の構成に置き換えることができる。また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることもできる。また、各実施例に別の構成要素を追加し、各実施例の構成要素の一部を削除し、又は、各実施例の構成要素を他の構成要素に置換することもできる。

【0047】

また、前述の実施例においては、発明を走査透過型電子顕微鏡に適用する場合について説明したが、他の荷電粒子線装置（例えば透過型電子顕微鏡（TEM: Transmission Electron Microscope）、走査型電子顕微鏡（SEM: Scanning Electron Microscope）にも適用できる。

【0048】

また、上述した各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現しても良い。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することにより（すなわちソフトウェア的に）実現しても良い。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリ、ハードディスク、SSD（Solid State Drive）等の記憶装置、又は、ICカード、SDカード、DVD等の記憶媒体に格納することができる。また、制御線や情報線は、説明上必要と考えられるものを示すものであり、製品上必要な全ての制御線や情報線を表すものでない。実際にはほとんど全ての構成が相互に接続されていると考えて良い。

【符号の説明】

【0049】

１…顕微鏡本体、
２…電子銃、
３…電子線、
４…照射レンズ、
５…走査コイル、
６…対物レンズ、
７…試料ステージ、
８…拡大レンズ系、
９…撮像装置、
１０…電子銃制御装置、
１１…照射レンズ制御装置、
１２…走査コイル制御装置、
１３…対物レンズ制御装置、
１４…拡大レンズ制御装置、
１５…試料ステージ制御装置、
１６…コンピュータ、
１７…制御装置、
１８…画像処理制御装置、
１９…モニタ、
１００…走査透過型電子顕微鏡、
１０１…試料、
２０１…アバランシェホトダイオードアレイ、
２０２…アバランシェホトダイオード、
２０３…出力ライン、
２０４…駆動制御ライン、
２０５…駆動制御ライン、
４０１…ＳＴＥＭ画像、
４０２…部分ＳＴＥＭ画像。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】