特許 6702807 電子顕微鏡および画像取得方法

(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】6702807

(24)【登録日】2020年5月11日

(45)【発行日】2020年6月3日

(54)【発明の名称】電子顕微鏡および画像取得方法

(51)【国際特許分類】

   H01J 37/28 20060101AFI20200525BHJP

   H01J 37/22 20060101ALI20200525BHJP

   H01J 37/244 20060101ALI20200525BHJP

【ＦＩ】

   H01J37/28 C

   H01J37/22 501Z

   H01J37/244

【請求項の数】13

【全頁数】25

(21)【出願番号】特願2016-118163(P2016-118163)

(22)【出願日】2016年6月14日

(65)【公開番号】特開2017-224449(P2017-224449A)

(43)【公開日】2017年12月21日

【審査請求日】2019年2月25日

(73)【特許権者】

【識別番号】000004271

【氏名又は名称】日本電子株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100090387

【弁理士】

【氏名又は名称】布施 行夫

(74)【代理人】

【識別番号】100090398

【弁理士】

【氏名又は名称】大渕 美千栄

(72)【発明者】

【氏名】近藤 行人

(72)【発明者】

【氏名】佐川 隆介

【審査官】 中尾 太郎

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００３−２０８８６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−１２７７６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−１７３０２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−２４３５４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−２５４６７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−０８５９６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１４／０１０３２２５（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｊ ３７／２８

Ｈ０１Ｊ ３７／２２

Ｈ０１Ｊ ３７／２４４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

試料に電子線を照射するための照射系と、
試料を透過した電子で結像する結像系と、
試料を透過した電子を偏向させる電子偏向部と、
試料を透過した電子を検出する検出面を備え、試料を透過した電子で結像された像を記録する撮像部と、
前記電子偏向部を制御する制御部と、
を含み、
前記制御部は、前記照射系における照射条件の変更に応じて、前記検出面における電子の入射領域が変更されるように前記電子偏向部を制御し、
前記照射条件が第１条件のときの前記入射領域と、前記照射条件が前記第１条件とは異なる第２条件のときの前記入射領域とは、前記検出面において互いに異なる位置に位置し、重ならない、電子顕微鏡。

【請求項2】

請求項１において、
前記照射系は、試料を照射する電子線の試料上での照射位置を走査するための位置走査部を含み、
前記照射条件の変更は、前記照射位置の変更である、電子顕微鏡。

【請求項3】

請求項１において、
前記照射系は、試料を照射する電子線の試料に対する入射角度を走査するための角度走査部を含み、
前記照射条件の変更は、前記入射角度の変更である、電子顕微鏡。

【請求項4】

請求項１ないし３のいずれか１項において、
前記入射領域の形状および大きさを規定する入射領域規定部を含む、電子顕微鏡。

【請求項5】

請求項４において、
前記入射領域規定部は、前記入射領域の形状および大きさに対応する開口部を有するマ
スクであり、
前記電子偏向部は、前記開口部を通過した電子を偏向させる、電子顕微鏡。

【請求項6】

請求項５において、
前記マスクを移動させるための移動機構を含み、
前記マスクは、大きさの異なる複数の前記開口部を有している、電子顕微鏡。

【請求項7】

請求項５において、
前記マスクの後段に配置され、前記入射領域の大きさを制御するための光学系を含む、電子顕微鏡。

【請求項8】

請求項１ないし７のいずれか１項において、
前記電子偏向部は、光軸に沿って配置された複数の偏向器で構成されている、電子顕微鏡。

【請求項9】

請求項１ないし８のいずれか１項において、
前記撮像部は、前記照射条件が前記第１条件で得られた像と、前記照射条件が前記第２条件で得られた像とを、１画像として記録する、電子顕微鏡。

【請求項10】

請求項９において、
前記制御部は、前記撮像部において１画像として記録される複数の像のうち、前記検出面において最初に検出される像と最後に検出される像とが隣り合うように、前記電子偏向部を制御する、電子顕微鏡。

【請求項11】

請求項１ないし１０のいずれか１項において、
前記検出面は、複数の検出領域に分割され、
前記撮像部は、前記検出領域ごとに、検出された複数の像を１画像として記録する、電子顕微鏡。

【請求項12】

請求項１ないし１１のいずれか１項において、
前記照射系において電子線を遮断するための電子線遮断部を含み、
前記制御部は、さらに、前記電子偏向部が前記入射領域を変更している間に、試料に電子線が照射されないように前記電子線遮断部を制御する、電子顕微鏡。

【請求項13】

試料に電子線を照射し、試料を透過した電子を検出する電子顕微鏡における画像取得方法であって、
試料に照射される電子線の照射条件の変更に応じて、撮像部の検出面における電子の入射領域が変更されるように試料を透過した電子を偏向する工程を含み、
前記照射条件が第１条件のときの前記入射領域と、前記照射条件が前記第１条件とは異なる第２条件のときの前記入射領域とは、前記検出面において互いに異なる位置に位置し、重ならない、画像取得方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電子顕微鏡および画像取得方法に関する。

【背景技術】

【0002】

走査透過電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）は、収束した電子線（電子プローブ）で試料上を走査し、試料を透過した電子を検出して走査透過電子顕微鏡像（ＳＴＥＭ像）を得るための装置である（例えば特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１２−２２９７１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

走査透過電子顕微鏡を用いた測定方法として、円錐状に収束させた電子線を試料上で走査し、この走査と同期させながら、各画素の収束電子回折図形を撮像装置で記録し、試料上の各位置に１対１に対応した複数の収束電子回折図形を取得する手法が提案されている。

【0005】

しかしながら、上記の測定方法を実現するためには、電子線の走査と同期して複数の収束電子回折図形を記録しなければならないため、像（収束電子回折図形）の記録を高速化した撮像装置が必要となる。像の記録時間が長くなってしまうと、装置に対する外乱や温度変化による試料ドリフトの影響が大きくなってしまう。そのため、像の記録時間は短い方が望ましい。

【0006】

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、像の記録時間を短縮することができる電子顕微鏡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、像の記録時間を短縮することができる画像取得方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

（１）本発明に係る電子顕微鏡は、
試料に電子線を照射するための照射系と、
試料を透過した電子で結像する結像系と、
試料を透過した電子を偏向させる電子偏向部と、
試料を透過した電子を検出する検出面を備え、試料を透過した電子で結像された像を記録する撮像部と、
前記電子偏向部を制御する制御部と、
を含み、
前記制御部は、前記照射系における照射条件の変更に応じて、前記検出面における電子の入射領域が変更されるように前記電子偏向部を制御し、
前記照射条件が第１条件のときの前記入射領域と、前記照射条件が前記第１条件とは異なる第２条件のときの前記入射領域とは、前記検出面において互いに異なる位置に位置し、重ならない。

【0008】

このような電子顕微鏡では、照射条件の変更によって得られた複数の像を、撮像部で１つの画像として（１つの画像上に）記録することができる。したがって、照射条件を変更する毎に像の記録を行う場合と比べて、記録時間を短縮することができる。これは、撮像部において、照射条件を変更して像が得られるごとに画像の読み出しを行う必要がなく、複数の像を一度に読み出すことが可能となるためである。

【0009】

（２）本発明に係る電子顕微鏡において、
前記照射系は、試料を照射する電子線の試料上での照射位置を走査するための位置走査部を含み、
前記照射条件の変更は、前記照射位置の変更であってもよい。

【0010】

このような電子顕微鏡では、試料上の各位置に１対１に対応する複数の像を、撮像部で１つの画像として記録することができる。したがって、照射位置を変更する毎に像の記録を行う場合と比べて、記録時間を短縮することができる。

【0011】

（３）本発明に係る電子顕微鏡において、
前記照射系は、試料を照射する電子線の試料に対する入射角度を走査するための角度走査部を含み、
前記照射条件の変更は、前記入射角度の変更であってもよい。

【0012】

このような電子顕微鏡では、電子線の試料に対する各入射角度に１対１に対応した複数の像を、撮像部で１つの画像として記録することができる。したがって、入射角度を変更する毎に像の記録を行う場合と比べて、記録時間を短縮することができる。

【0013】

（４）本発明に係る電子顕微鏡において、
前記入射領域の形状および大きさを規定する入射領域規定部を含んでいてもよい。

【0014】

このような電子顕微鏡では、撮像部の検出面において隣り合う像が重なることを防ぐことができる。

【0015】

（５）本発明に係る電子顕微鏡において、
前記入射領域規定部は、前記入射領域の形状および大きさに対応する開口部を有するマスクであり、
前記電子偏向部は、前記開口部を通過した電子を偏向させてもよい。

【0016】

このような電子顕微鏡では、撮像部の検出面において隣り合う像が重なることを防ぐことができる。

【0017】

（６）本発明に係る電子顕微鏡において、
前記マスクを移動させるための移動機構を含み、
前記マスクは、大きさの異なる複数の前記開口部を有していてもよい。

【0018】

このような電子顕微鏡では、移動機構によってマスクを移動させることによって開口部を切り替えることができるため、入射領域の大きさを変更することができる。

【0019】

（７）本発明に係る電子顕微鏡において、
前記マスクの後段に配置され、前記入射領域の大きさを制御するための光学系を含んでいてもよい。

【0020】

このような電子顕微鏡では、入射領域の大きさを制御するための光学系を含んでいるため、入射領域の大きさを変更することができる。

【0021】

（８）本発明に係る電子顕微鏡において、
前記電子偏向部は、光軸に沿って配置された複数の偏向器で構成されていてもよい。

【0022】

このような電子顕微鏡では、電子を撮像部の検出面に対して垂直に入射させることができる。これにより、電子偏向部において試料を透過した電子を偏向させても、撮像部の検出面に形成される像のアスペクト比を一定に保つことができる。

【0023】

（９）本発明に係る電子顕微鏡において、
前記撮像部は、前記照射条件が前記第１条件で得られた像と、前記照射条件が前記第２条件で得られた像とを、１画像として記録してもよい。

【0024】

このような電子顕微鏡では、撮像部が照射条件の変更によって得られた複数の像を、１つの画像として記録するため、照射条件を変更する毎に像の記録を行う場合と比べて、記録時間を短縮することができる。

【0025】

（１０）本発明に係る電子顕微鏡において、
前記制御部は、前記撮像部において１画像として記録される複数の像のうち、前記検出面において最初に検出される像と最後に検出される像とが隣り合うように、前記電子偏向部を制御してもよい。

【0026】

このような電子顕微鏡では、複数の像を１画像として記録する処理を繰り返し行う場合に、最後に検出される像が形成される入射領域の位置から、最初に検出される像が形成される入射領域の位置に入射領域を戻すための時間を短縮できる。したがって、複数の像を１画像として記録する処理を繰り返し行う場合に、記録時間を短縮することができる。

【0027】

（１１）本発明に係る電子顕微鏡において、
前記検出面は、複数の検出領域に分割され、
前記撮像部は、前記検出領域ごとに、検出された複数の像を１画像として記録してもよい。

【0028】

このような電子顕微鏡では、１つの検出領域で像の検出を行っている間に他の検出領域では像の読み出しを行うことができるため、記録時間を短縮することができる。

【0029】

（１２）本発明に係る電子顕微鏡において、
前記照射系において電子線を遮断するための電子線遮断部を含み、
前記制御部は、さらに、前記電子偏向部が前記入射領域を変更している間に、試料に電子線が照射されないように前記電子線遮断部を制御してもよい。

【0030】

このような電子顕微鏡では、入射領域を変更している間に、撮像部の検出面に電子が入射することを防ぐことができる。

【0031】

（１３）本発明に係る画像取得方法は、
試料に電子線を照射し、試料を透過した電子を検出する電子顕微鏡における画像取得方法であって、
試料に照射される電子線の照射条件の変更に応じて、撮像部の検出面における電子の入射領域が変更されるように試料を透過した電子を偏向する工程を含み、
前記照射条件が第１条件のときの前記入射領域と、前記照射条件が前記第１条件とは異なる第２条件のときの前記入射領域とは、前記検出面において互いに異なる位置に位置し、重ならない。

【0032】

このような画像取得方法では、照射条件の変更によって得られた複数の像を、撮像部で１つの画像として記録することができる。したがって、照射条件を変更する毎に像の記録を行う場合と比べて、記録時間を短縮することができる。

【図面の簡単な説明】

【0033】

【図1】第１実施形態に係る電子顕微鏡を模式的に示す図。

【図2】第１実施形態に係る電子顕微鏡のマスクおよび電子偏向部の機能を説明するための図。

【図3】第１実施形態に係る電子顕微鏡の撮像装置の検出面を模式的に示す図。

【図4】ピクセルクロック信号、水平ブランキング信号、垂直ブランキング信号、およびトリガー信号を示す図。

【図5】第１実施形態の第１変形例に係る電子顕微鏡のマスクの機能を説明するための図。

【図6】第１実施形態の第１変形例に係る電子顕微鏡の検出面を模式的に示す図。

【図7】第１実施形態の第２変形例に係る電子顕微鏡のマスクおよび電子偏向部の機能を説明するための図。

【図8】第１実施形態の第２変形例に係る電子顕微鏡のマスクおよび電子偏向部の機能を説明するための図。

【図9】第１実施形態の第３変形例に係る電子顕微鏡のマスクおよび電子偏向部の機能を説明するための図。

【図10】第１実施形態の第４変形例に係る電子顕微鏡を模式的に示す図。

【図11】第１実施形態の第４変形例に係る電子顕微鏡の電子線遮断部の機能を説明するための図。

【図12】第１実施形態の第４変形例に係る電子顕微鏡の電子線遮断部の機能を説明するための図。

【図13】第１実施形態の第５変形例に係る電子顕微鏡における入射領域を移動させる順番を説明するための図。

【図14】第１実施形態の第６変形例に係る電子顕微鏡における撮像部の検出面を模式的に示す図。

【図15】第２実施形態に係る電子顕微鏡を模式的に示す図。

【図16】第２実施形態に係る電子顕微鏡の動作を説明するための図。

【図17】入射領域を移動させる順番を説明するための図。

【図18】入射領域を移動させる順番を説明するための図。

【図19】入射領域を移動させる順番を説明するための図。

【図20】入射領域を移動させる順番を説明するための図。

【発明を実施するための形態】

【0034】

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。

【0035】

１． 第１実施形態
１．１． 電子顕微鏡の構成
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。

【0036】

電子顕微鏡１００は、走査透過電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）である。すなわち、電子顕微鏡１００は、電子プローブ（収束した電子線）で試料Ｓ上を走査し、試料Ｓを透過した電子を検出して走査透過電子顕微鏡像（ＳＴＥＭ像）を得るための装置である。

【0037】

また、電子顕微鏡１００では、円錐状に収束した電子線で試料Ｓ上を走査し、試料Ｓを透過した電子でつくられた収束電子回折図形を撮像装置２８で記録して、試料Ｓ上の各位置に１対１に対応した複数の収束電子回折（ｃｏｎｖｅｒｇｅｎｔ−ｂｅａｍ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ、ＣＢＥＤ）図形を取得することができる。すなわち、電子顕微鏡１００では、ＳＴＥＭ像の各画素に１対１に対応した複数の収束電子回折図形を取得することができる。

【0038】

電子顕微鏡１００は、図１に示すように、電子源１０と、収束レンズ１２と、走査コイル１３（位置走査部の一例）と、対物レンズ１４と、試料ステージ１６と、試料ホルダー１７と、中間レンズ１８と、投影レンズ２０と、マスク２２（入射領域規定部の一例）と、電子偏向部２４と、ＳＴＥＭ検出器２６ａ，２６ｂと、撮像装置２８と、制御部３０と、ＰＣ（パーソナルコンピュータ）４０と、を含む。

【0039】

電子源１０は、電子線を発生させる。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を放出する電子銃である。

【0040】

収束レンズ１２は、電子源１０から放出された電子線を収束する。収束レンズ１２は、図示はしないが、複数の電子レンズで構成されていてもよい。

【0041】

走査コイル１３は、電子線を偏向させて、収束レンズ１２および対物レンズ１４で収束された電子線（電子プローブ）で試料Ｓ上を走査するためのコイルである。すなわち、走査コイル１３は、電子線の試料Ｓ上での照射位置を走査（位置走査）するためのコイルである。

【0042】

対物レンズ１４は、電子線を試料Ｓ上に収束させて、電子プローブを形成するためのレンズである。また、対物レンズ１４は、試料Ｓを透過した電子を結像する。

【0043】

収束レンズ１２、走査コイル１３、および対物レンズ１４は、電子線を収束して試料Ｓに照射するための照射系４を構成している。

【0044】

試料ステージ１６は、試料Ｓを保持する。図示の例では、試料ステージ１６は、試料ホルダー１７を介して、試料Ｓを保持している。試料ステージ１６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。

【0045】

中間レンズ１８および投影レンズ２０は、試料Ｓを透過した電子をＳＴＥＭ検出器２６ａ，２６ｂに導く。また、中間レンズ１８および投影レンズ２０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２８上に結像する。対物レンズ１４、中間レンズ１８、および投影レンズ２０は、試料Ｓを透過した電子で結像する結像系６を構成している。

【0046】

マスク２２は、撮像装置２８の検出面２９における電子の入射領域の形状および大きさ（面積）を規定するためのマスクである。マスク２２は、試料Ｓを透過した電子の一部を通過させる開口部２３を有している。マスク２２の開口部２３の形状および大きさは、入射領域の形状および大きさに対応している。開口部２３の形状は、例えば、四角形である。マスク２２は、投影レンズ２０の後段（電子の流れの下流側、後方）に配置されている。なお、マスク２２は、試料Ｓ（または対物レンズ１４）よりも後方に配置されていれば、その位置は特に限定されない。

【0047】

撮像装置２８の検出面２９における電子の入射領域とは、電子線が試料Ｓ上のある照射位置に照射されたときに、検出面２９において当該照射位置から透過した電子が入射する領域をいう。マスク２２を用いることで、検出面２９において電子が入射する領域（入射領域）を制限することができる。

【0048】

電子偏向部２４は、試料Ｓを透過した電子を二次元的に偏向させる。電子偏向部２４は、マスク２２の後段に配置されており、マスク２２（開口部２３）を通過した電子を偏向させる。電子偏向部２４は、例えば、電界により電子を偏向させる静電偏向器（静電偏向板）である。なお、電子偏向部２４は、磁界により電子を偏向させる電磁偏向器であって
もよい。

【0049】

明視野ＳＴＥＭ検出器２６ａは、試料Ｓを透過した電子のうち、散乱されずに透過した電子、および所定の角度以下で散乱した電子を検出する。明視野ＳＴＥＭ検出器２６ａは光軸上に配置されているが、撮像装置２８を使用する場合には光軸上から退避させることができる。明視野ＳＴＥＭ検出器２６ａで検出された電子の強度信号（検出信号）は、走査信号に同期して画像化される。これにより、明視野ＳＴＥＭ像が生成される。生成された明視野ＳＴＥＭ像は、ＰＣ４０の画面上に表示される。

【0050】

暗視野ＳＴＥＭ検出器２６ｂ、試料Ｓで特定の角度で散乱された電子を検出する。暗視野ＳＴＥＭ検出器２６ｂは、円環状の検出器である。暗視野ＳＴＥＭ検出器２６ｂで検出された電子の強度信号（検出信号）は、走査信号に同期して画像化される。これにより、暗視野ＳＴＥＭ像（例えば、高角度散乱暗視野像（ｈｉｇｈ−ａｎｇｌｅ ａｎｎｕｌａｒ ｄａｒｋ−ｆｉｅｌｄ ｓｃａｎｎｉｎｇ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ ｉｍａｇｅ：ＨＡＡＤＦ−ＳＴＥＭ像））が生成される。生成された暗視野ＳＴＥＭ像は、ＰＣ４０の画面上に表示される。

【0051】

撮像装置２８は、結像系６によって結像された像を撮影する。結像系６によって結像される像には、電子回折図形（収束電子回折図形）も含まれる。撮像装置２８は、電子を検出する検出面２９を備えている。撮像装置２８は、検出面２９で試料Ｓを透過した電子を検出して、試料Ｓを透過した電子で結像された像（電子回折図形）を記録する。撮像装置２８は、例えば、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ ＭＯＳ）イメージセンサーまたはＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ−Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）イメージセンサーを含んで構成されている。撮像装置２８では、ＣＭＯＳイメージセンサー、ＣＣＤイメージセンサー等のイメージセンサーを用いて、像の記録を行う。

【0052】

撮像装置２８は、シンチレーターおよび光ファイバーを含んで構成されていてもよい。すなわち、撮像装置２８は、電子をシンチレーターで光子に変換し、この光子を光ファイバーによってＣＭＯＳイメージセンサーまたはＣＣＤイメージセンサーに転送して像の記録を行ってもよい。また、撮像装置２８は、電子を、直接、ＣＭＯＳイメージセンサーまたはＣＣＤイメージセンサーで検出して像の記録を行ってもよい。撮像装置２８で記録された像（電子回折図形）データは、制御部３０を介して、ＰＣ４０に送られる。

【0053】

制御部３０は、電子顕微鏡１００を構成する各部材１０，１２，１３，１４，１６，１８，２０，２４，２８を制御する。制御部３０の機能は、専用回路により実現してもよいし、プロセッサ（ＣＰＵ等）でプログラムを実行することにより実現してもよい。

【0054】

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。以下では、電子顕微鏡１００において、試料Ｓ上の各位置に１対１に対応した複数の収束電子回折図形を取得する処理について説明する。

【0055】

電子顕微鏡１００では、電子源１０から放出された電子線は、収束レンズ１２および対物レンズ１４で円錐状に絞られて試料Ｓに照射される。そして、試料Ｓを透過した電子は、対物レンズ１４、中間レンズ１８および投影レンズ２０を介して、撮像装置２８の検出面２９に入射し検出される。

【0056】

ここで、試料Ｓを透過した電子は、対物レンズ１４の後焦点面において収束電子回折図形を形成する。この対物レンズ１４の後焦点面に形成された収束電子回折図形は、中間レンズ１８、および投影レンズ２０で拡大されて撮像装置２８の検出面２９上に結像される
。そのため、撮像装置２８において、収束電子回折図形を記録することができる。

【0057】

電子顕微鏡１００では、試料Ｓ上で円錐状に絞られた電子線を走査して（すなわち電子線を位置走査して）、試料Ｓ上の各照射位置で収束電子回折図形を記録する。

【0058】

このとき、仮に、照射位置が変更される毎に、撮像装置２８で収束電子回折図形を記録する場合、記録に時間がかかってしまう。例えば、高速化されたカメラであっても、１つの像（収束電子回折図形）を記録するために要する時間（記録時間）は２５０μ秒程度である。光電子増倍管（ＰＭＴ）とシンチレーターを組み合わせた一般的なＳＴＥＭ検出器での電子の強度信号の記録時間が４０μ秒程度であることを考えると、高速化されたカメラであっても記録速度は遅い。

【0059】

そのため、電子顕微鏡１００では、制御部３０が試料Ｓに照射される電子線の位置走査に応じて、撮像装置２８の検出面２９における電子の入射領域が変更されるように電子偏向部２４を制御する。これにより、撮像装置２８において、複数の収束電子回折図形を１画像として記録することができるため、読み出し時間を短くすることができ、記録時間を短縮することができる。

【0060】

図２は、電子顕微鏡１００のマスク２２および電子偏向部２４の機能を説明するための図である。なお、図２では、マスク２２、電子偏向部２４、および撮像装置２８以外の部材の図示を省略している。図３は、撮像装置２８の検出面２９を模式的に示す図である。なお、図３には、互いに直交する２つの軸としてＸ軸およびＹ軸を図示している。

【0061】

図２に示すように、試料Ｓを透過した電子は、マスク２２（開口部２３）を通過する。電子がマスク２２を通過することにより、不要な電子がカットされて、検出面２９における電子の入射領域２の形状および大きさが規定される。

【0062】

マスク２２を通過した電子は、電子偏向部２４で偏向される。制御部３０は、試料Ｓに照射される電子線の位置走査に応じて（すなわち、試料Ｓを照射する電子線の試料Ｓ上での照射位置の変更に応じて）、検出面２９における電子の入射領域２が変更されるように電子偏向部２４を制御する。この結果、マスク２２を通過した電子は、試料Ｓ上での照射位置に応じて互いに異なる入射領域２に入射し、各入射領域２において照射位置に対応する収束電子回折図形が形成される。これにより、撮像装置２８の検出面２９において、複数の収束電子回折図形が検出される。

【0063】

制御部３０は、撮像装置２８の検出面２９において、収束電子回折図形が複数行複数列に検出されるように電子偏向部２４を制御する。

【0064】

制御部３０は、例えば、入射領域２を図３に示す矢印の順番で移動させる（変更させる）。具体的には、まず、入射領域２を、初期位置Ａ（検出面２９の−Ｘ軸方向および−Ｙ軸方向の端の位置）から、＋Ｘ軸方向に移動させる。そして、入射領域２を、検出面２９の＋Ｘ軸方向の端まで移動させると、次に、＋Ｙ軸方向に移動させて、同様に、−Ｘ軸方向の端から＋Ｘ軸方向の端まで移動させる。これを繰り返すことで、入射領域２を終了位置Ｂ（検出面２９の＋Ｘ軸方向および＋Ｙ軸方向の端の位置）まで移動させる。これにより、撮像装置２８の検出面２９において収束電子回折図形が複数行複数列に検出される。

【0065】

撮像装置２８は、検出面２９で検出された複数の収束電子回折図形を、１画像として記録する。すなわち、撮像装置２８は、検出面２９で検出された複数の収束電子回折図形を、一度に読み出す。図３に示す例では、撮像装置２８は、２４個の収束電子回折図形を、１画像として記録する。具体的には、撮像装置２８では、検出面２９において、位置走査
に応じて収束電子回折図形が次々と検出されるが、あらかじめ設定された数の収束電子回折図形が検出されるまで読み出しは行われない。そして、あらかじめ設定された数（図３に示す例では２４個）の収束電子回折図形が検出されると、撮像装置２８は検出された複数（２４個）の収束電子回折図形を一度に読み出す。これにより、複数の収束電子回折図形が１画像として記録される。

【0066】

例えば、１つの画像（収束電子回折図形）の画素数をｎ×ｎとし、撮像装置２８の画素数をＮ×Ｎとすると、撮像装置２８に記録できる画像数は、理想的には（Ｎ／ｎ）^２となるが、画像と画像の間には、数画素の間隔を置く必要がある。この間隔の画素数をｐとすると、実際に撮像装置２８で記録できる画像数ｍは、ｍ＝（Ｎ／（ｎ＋ｐ））^２となる。

【0067】

撮像装置２８において、複数の収束電子回折図形を１画像として記録する処理を繰り返し行うことで、多数の収束電子回折図形を高速に記録することができる。

【0068】

なお、撮像装置２８において、像（収束電子回折図形）の検出は、イメージセンサーの画素（フォトダイオード）で入射した電子を電荷に変換して蓄積することで行われる。画素（フォトダイオード）に蓄積された電荷は、例えば電圧として読み出される。このように、像を検出して、検出した像を読み出すことで、像を記録することができる。

【0069】

図４は、ピクセルクロック信号、水平ブランキング信号、垂直ブランキング信号、およびトリガー信号を示す図である。

【0070】

水平ブランキング信号は、試料Ｓ上で２次元的に走査される電子線の水平方向の走査におけるブランキング期間（電子線を遮断する期間）を示す信号である。水平ブランキング信号は、電子線の水平方向の走査における始まりと終わりを示している。

【0071】

垂直ブランキング信号は、試料Ｓ上で２次元的に走査される電子線の垂直方向の走査におけるブランキング期間を示す信号である。垂直ブランキング信号は、電子線の１フレームの始まりと終わりを示している。

【0072】

制御部３０は、ピクセルクロック信号、水平ブランキング信号、および垂直ブランキング信号に同期させて、電子偏向部２４を動作させる制御を行う。これにより、電子偏向部２４は、図４に示すトリガー信号で示されるタイミングで試料Ｓを透過した電子線を偏向させる。

【0073】

撮像装置２８で記録された複数の収束電子回折図形を含む画像の画像データは、例えば、制御部３０を介してＰＣ４０に送られる。ＰＣ４０では、画像データから複数の収束電子回折図形を取り出し、取り出された収束電子回折図形を、試料Ｓ上の位置に１対１に対応させる。これにより、試料Ｓ上の各位置に１対１に対応した複数の収束電子回折図形を取得することができる。

【0074】

ここで、図２に示すように、マスク２２を通過した電子は、電子偏向部２４で偏向されて検出面２９に対して斜め方向から入射する場合がある。この場合、撮像装置２８で記録される収束電子回折図形は、台形状に歪む。したがって、ＰＣ４０は、各収束電子回折図形に対して、台形状の歪みを補正する処理を行ってもよい。

【0075】

ＰＣ４０は、試料Ｓ上の各位置に１対１に対応した複数の収束電子回折図形から、様々な画像を生成する。

【0076】

例えば、試料Ｓ上の各位置に１対１に対応した複数の収束電子回折図形において、各収
束電子回折図形から高角度に非弾性散乱された電子の強度情報を取り出すことで、ＨＡＡＤＦ−ＳＴＥＭ像を生成することができる。

【0077】

また、例えば、試料Ｓ上の各位置に１対１に対応した複数の収束電子回折図形において、各収束電子回折図形からダイレクトビームディスク（透過波に対応するディスク）の光軸周辺部（例えば１２〜２４ｍｒａｄ）の電子の強度情報を取り出すことで、ＡＢＦ−ＳＴＥＭ像（ａｎｎｕｌａｒ ｂｒｉｇｈｔ−ｆｉｅｌｄ ｓｃａｎｎｉｎｇ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ ｉｍａｇｅ）を生成することができる。

【0078】

また、例えば、試料Ｓ上の各位置に１対１に対応した複数の収束電子回折図形から、高コントラストのＳＴＥＭ像を生成することができる。これは、特に、高分子や生体試料のように、通常のＳＴＥＭ像では低いコントラストしか得られない試料に対して有効である。

【0079】

第１実施形態に係る電子顕微鏡１００は、例えば、以下の特徴を有する。

【0080】

電子顕微鏡１００では、試料Ｓを透過した電子を偏向させる電子偏向部２４を含み、制御部３０は、試料Ｓを照射する電子線の位置走査（試料Ｓ上での照射位置の変更）に応じて、撮像装置２８の検出面２９における電子の入射領域２が変更されるように電子偏向部２４を制御する。そのため、撮像装置２８では、試料Ｓ上の各位置に１対１に対応した複数の収束電子回折図形を、１つの画像として記録することができる。したがって、試料Ｓ上の各位置に１対１に対応した複数の収束電子回折図形を記録する際に、例えば、照射位置を変更して収束電子回折図形を得るごとに記録を行う場合と比べて（すなわち照射位置を変更して１つの収束電子回折図形が検出された後、当該１つの収束電子回折図形の読み出しを行う場合と比べて）、記録時間を短縮することができる。これは、多くの画素を持つ撮像装置２８を用いると、１つの収束電子回折図形ごとに読み出しをする必要がなく、複数の収束電子回折図形を一度に読み出すことが可能となるためである。

【0081】

また、電子顕微鏡１００では、試料Ｓ上の各位置に１対１に対応した複数の収束電子回折図形を記録するための専用の高速カメラを搭載する必要がなく、通常のＴＥＭ像を観察するためのＣＭＯＳカメラやＣＣＤカメラを用いて収束電子回折図形を記録することができる。

【0082】

電子顕微鏡１００では、撮像装置２８の検出面２９における電子の入射領域２の大きさを規定するマスク２２を含む。そのため、撮像装置２８の検出面２９において、隣り合う収束電子回折図形が重なることを防ぐことができる。

【0083】

第１実施形態に係る画像取得方法は、試料Ｓに照射される電子線の位置走査に応じて、撮像装置２８の検出面２９における電子の入射領域２が変更されるように試料Ｓを透過した電子を偏向する工程を含む。そのため、試料Ｓ上の各位置に１対１に対応した複数の収束電子回折図形を撮像装置２８で１つの画像として記録することができ、記録時間を短縮することができる。

【0084】

１．３． 電子顕微鏡の変形例
次に、第１実施形態に係る電子顕微鏡の変形例について説明する。なお、以下では、上述した電子顕微鏡１００の例と異なる点について説明し、同様の点については説明を省略する。

【0085】

（１）第１変形例
まず、第１変形例に係る電子顕微鏡について説明する。図５は、第１変形例に係る電子顕微鏡のマスク２２の機能を説明するための図である。図６は、第１変形例に係る電子顕微鏡の撮像装置２８の検出面２９を模式的に示す図である。なお、図６では、上述した図３に示す例よりも大きい開口部２３を用いた場合を図示している。

【0086】

上述した電子顕微鏡１００では、図２に示すように、マスク２２は１つの開口部２３を有していた。

【0087】

これに対して、第１変形例に係る電子顕微鏡では、図５に示すように、互いに大きさ（面積）の異なる複数の開口部２３を有している。

【0088】

また、第１変形例に係る電子顕微鏡は、マスク２２を移動させるマスク移動機構１０２を有している。マスク移動機構１０２によってマスク２２を移動させることにより、開口部２３を切り替えることができる。すなわち、マスク移動機構１０２によって、所望の開口部２３を光軸上に配置することができる。

【0089】

マスク移動機構１０２は、パルスモーター等でマスク２２を移動させる機構であってもよいし、手動でマスク２２を移動させる機構であってもよい。

【0090】

第１変形例に係る電子顕微鏡では、マスク２２は互いに大きさの異なる複数の開口部２３を有しており、マスク移動機構１０２は、マスク２２を移動させることができる。上述したように、開口部２３の大きさは、入射領域２の大きさに対応している。そのため、マスク移動機構１０２によってマスク２２を移動させて開口部２３を切り替えることにより、撮像装置２８の検出面２９における電子の入射領域２の大きさ（面積）を変更することができる。

【0091】

例えば、図６に示す例では、図３に示す例と比べて、面積が大きい開口部２３を用いているため、入射領域２の面積が大きい。入射領域２の面積を大きくすることで、得られる収束電子回折図形の画像データのピクセル数を多くすることができ、収束電子回折図形のより詳細な解析が可能となる。

【0092】

また、例えば、入射領域２の大きさを変えることにより、検出面２９上に配置できる入射領域２の数を変えることができるため、撮像装置２８において１画像として記録できる収束電子回折図形の数を変えることができる。

【0093】

（２）第２変形例
次に、第２変形例に係る電子顕微鏡について説明する。図７は、第２変形例に係る電子顕微鏡のマスク２２および電子偏向部２４の機能を説明するための図である。

【0094】

上述した電子顕微鏡１００では、図１に示すように、マスク２２は投影レンズ２０の後段に配置されていた。

【0095】

これに対して、第２変形例に係る電子顕微鏡では、図７に示すように、マスク２２は、対物レンズ１４の後焦点面に配置されている。マスク２２を対物レンズ１４の後焦点面に配置することで、中間レンズ１８および投影レンズ２０の励磁を変えることよって、入射領域２の大きさ（面積）を変えることができる。

【0096】

なお、マスク２２の位置は、対物レンズ１４の後焦点面に限定されず、例えば、マスク２２を対物レンズ１４の後焦点面と共役な面に配置してもよい。この場合にも同様に、中間レンズ１８および投影レンズ２０の励磁を変えることよって、入射領域２の大きさを変
えることができる。

【0097】

なお、図７に示す例では、対物レンズ１４の後焦点面にマスク２２を配置して、中間レンズ１８および投影レンズ２０を入射領域２の大きさを制御するためのレンズとして機能させたが、図８に示すように、投影レンズ２０の後段にマスク２２を配置するとともに、マスク２２の後段に入射領域２の大きさを制御するための光学系１０４を配置してもよい。光学系１０４は、複数の電子レンズ（図示の例では電子レンズ１０４ａ，１０４ｂ）で構成されていてもよい。

【0098】

第２変形例に係る電子顕微鏡では、電子の入射領域２の大きさを制御するための光学系を含むため、入射領域２の大きさ（面積）を変更することができる。そのため、第２変形例に係る電子顕微鏡では、上述した第１変形例に係る電子顕微鏡と同様の作用効果を奏することができる。

【0099】

（３）第３変形例
次に、第３変形例に係る電子顕微鏡について説明する。図９は、第３変形例に係る電子顕微鏡のマスク２２および電子偏向部２４の機能を説明するための図である。

【0100】

上述した電子顕微鏡１００では、図２に示すように、電子偏向部２４は、１つの偏向器で構成されていた。

【0101】

これに対して、第３変形例に係る電子顕微鏡では、電子偏向部２４は、電子顕微鏡（結像系６）の光軸に沿って配置された２段の偏向器２４ａ，２４ｂで構成されている。

【0102】

電子偏向部２４が２段の偏向器２４ａ，２４ｂで構成されていることにより、図９に示すように、マスク２２を通過した電子を２回偏向することができる。これにより、電子を検出面２９に対して垂直に入射させることができる。

【0103】

なお、図２に示す例では、電子偏向部２４が、２段の偏向器２４ａ，２４ｂで構成されている例について説明したが、電子偏向部２４は、光軸に沿って配置された３段以上の偏向器で構成されていてもよい。

【0104】

第３変形例に係る電子顕微鏡では、電子偏向部２４は、光軸に沿って配置された多段の偏向器で構成されているため、電子を検出面２９に対して垂直に入射させることができる。したがって、撮像装置２８で記録される収束電子回折図形は台形状に歪まない。よって、第３変形例に係る電子顕微鏡では、ＰＣ４０において各収束電子回折図形に対して台形状の歪みを補正する処理を行わなくてもよい。

【0105】

（４）第４変形例
次に、第４変形例に係る電子顕微鏡について説明する。図１０は、第４変形例に係る電子顕微鏡２００を模式的に示す図である。

【0106】

第４変形例に係る電子顕微鏡２００では、図１０に示すように、電子源１０から放出される電子線を遮断して、電子線が試料Ｓに照射されない状態をつくる電子線遮断部２１０を備えている。電子線遮断部２１０は、照射系４に組み込まれている。電子線遮断部２１０は、電子源１０の後段（電子源１０と収束レンズ１２との間）に配置されている。

【0107】

図１１は、電子線遮断部２１０の機能を説明するための図である。

【0108】

電子線遮断部２１０は、偏向器２１２と、絞り２１４と、を含んで構成されている。偏
向器２１２は、電子源１０から放出された電子線を偏向する。偏向器２１２は、静電偏向器であってもよいし、電磁偏向器であってもよい。絞り２１４は、電子源１０から放出された電子を通過させる絞り孔を有している。

【0109】

試料Ｓに電子線を照射する場合、偏向器２１２は、電子線が絞り２１４の絞り孔を通過するように電子線を偏向させる（または電子線を偏向させない）。これにより、電子源１０から放出された電子線は、試料Ｓに照射される。

【0110】

一方、試料Ｓに電子線を照射しない場合、偏向器２１２は、電子線が絞り２１４で遮断されるように（電子線が絞り孔を通過しないように）、電子線を偏向させる。これにより、電子源１０から放出された電子線は絞り２１４で遮断され、試料Ｓに電子線が照射されない（ブランキング）。

【0111】

制御部３０は、電子偏向部２４が入射領域２を変更している間に、試料Ｓに電子線が照射されないように電子線遮断部２１０を制御する。例えば、図１２に示すように、検出面２９において、入射領域２ａから入射領域２ｂに変更している間には、制御部３０は、電子源１０から放出される電子線が遮断されるように電子線遮断部２１０を制御する。制御部３０は、電子線遮断部２１０によるブランキングを、図４に示すピクセルクロック信号に同期させてもよい。これにより、電子偏向部２４が入射領域２を変更している間に、試料Ｓに電子線が照射されないように電子線遮断部２１０を制御することができる。

【0112】

第４変形例に係る電子顕微鏡２００では、制御部３０は、電子偏向部２４が入射領域２を変更している間に、試料Ｓに電子線が照射されないように電子線遮断部２１０を制御する。そのため、電子顕微鏡２００では、電子偏向部２４が入射領域２を変更している間に、撮像装置２８の検出面２９に電子が入射することを防ぐことができる。

【0113】

（５）第５変形例
次に、第５変形例に係る電子顕微鏡について説明する。図１３は、第５変形例に係る電子顕微鏡における入射領域２を移動させる順番を説明するための図である。

【0114】

上述した電子顕微鏡１００では、制御部３０は、図３に示す矢印の順番で入射領域２を移動させていた。

【0115】

これに対して、第５変形例に係る電子顕微鏡では、制御部３０は、入射領域２を図１３に示す矢印の順番で移動させる。

【0116】

図１３に示すように、制御部３０は、撮像装置２８において１画像として記録される複数の収束電子回折図形のうち、最初に検出される収束電子回折図形と最後に検出される収束電子回折図形とが隣り合うように、電子偏向部２４を制御する。

【0117】

なお、最初に検出される収束電子回折図形と最後に検出される収束電子回折図形とが隣り合う場合とは、最初に検出される収束電子回折図形と最後に検出される収束電子回折図形との間に他の収束電子回折図形がない場合をいう。

【0118】

最初に検出される収束電子回折図形と最後に検出される収束電子回折図形とが隣り合うように電子偏向部２４を制御することにより、複数の収束電子回折図形を１画像として記録する処理を繰り返し行う場合に、記録時間を短縮することができる。

【0119】

例えば、図３に示す例では、最初に検出される収束電子回折図形と最後に検出される収束電子回折図形とが隣り合っていないため、複数の収束電子回折図形を１画像として記録
する処理を繰り返し行う場合に、入射領域２を終了位置Ｂから初期位置Ａに戻すために時間がかかってしまう。これに対して、図１３に示す例では、最初に検出される収束電子回折図形と最後に検出される収束電子回折図形とが隣り合っているため、複数の収束電子回折図形を１画像として記録する処理を繰り返し行う場合に、入射領域２を終了位置Ｂから初期位置Ａに戻すための時間を短縮できる。したがって、記録時間を短縮することができる。

【0120】

制御部３０は、図１３に示すように、入射領域２を初期位置Ａから−Ｘ軸方向に移動させて−Ｘ軸方向の端まで移動させた後、＋Ｙ軸方向に移動させる。そして、次に、入射領域２を−Ｘ軸方向の端から＋Ｘ軸方向に移動させる。すなわち、制御部３０は、入射領域２を＋Ｘ軸方向に移動させた後、Ｙ軸方向に移動させた場合、次に入射領域２を−Ｘ軸方向（逆方向）に移動させる。同様に、入射領域２を−Ｘ軸方向に移動させた後、Ｙ軸方向に移動させた場合、次に入射領域２を＋Ｘ軸方向に移動させる。すなわち、制御部３０は、入射領域２を、Ｘ軸方向に往復させながらＹ軸方向に移動させる。これにより、例えば、図３に示すようにＸ軸に沿って一方向に移動させながらＹ軸方向に移動させる場合と比べて、入射領域２の移動距離を短くできる。

【0121】

図示の例では、制御部３０は、入射領域２を、Ｘ軸方向に往復させながら＋Ｙ軸方向に移動させた後、Ｘ軸方向に往復させながら−Ｙ軸方向に移動させている。これにより、最初に検出される収束電子回折図形と最後に検出される収束電子回折図形とを隣り合わせることができ、かつ、入射領域２の移動距離を短くできる。

【0122】

第５変形例に係る電子顕微鏡では、制御部３０は、撮像装置２８において１画像として記録される複数の収束電子回折図形のうち、最初に検出される収束電子回折図形と最後に検出される収束電子回折図形とが隣り合うように、電子偏向部２４を制御する。そのため、第５変形例に係る電子顕微鏡では、複数の収束電子回折図形を１画像として記録する処理を繰り返し行う場合に、入射領域２を終了位置Ｂから初期位置Ａに戻すための時間を短縮できる。したがって、複数の収束電子回折図形を１画像として記録する処理を繰り返し行う場合に、記録時間を短縮することができる。

【0123】

（６）第６変形例
次に、第６変形例に係る電子顕微鏡について説明する。図１４は、第６変形例に係る電子顕微鏡における撮像装置２８の検出面２９を模式的に示す図である。

【0124】

上述した電子顕微鏡１００では、図３に示すように、撮像装置２８は１つの検出面２９を有し、１つの検出面２９で検出された複数の収束電子回折図形を１画像として記録した。

【0125】

これに対して、第６変形例に係る電子顕微鏡では、撮像装置２８の検出面２９は、複数の検出領域２９ａ，２９ｂに分割されており、撮像装置２８は、検出領域２９ａ，２９ｂごとに、検出された複数の収束電子回折図形を１画像として記録する。そのため、２つの検出領域２９ａ，２９ｂにおいて読み出しを交互に行うことが可能であり、一方の検出領域２９ａで検出を行っている間に、他方の検出領域２９ｂでは読み出しを行うことができる。

【0126】

本変形例では、撮像装置２８の検出面２９は、第１検出領域２９ａと、第２検出領域２９ｂと、に分割されている。第１検出領域２９ａでは、複数の収束電子回折図形が検出され、この複数の収束電子回折図形が１画像として記録される。同様に、第２検出領域２９ｂでは、複数の収束電子回折図形が検出され、この複数の収束電子回折図形が１画像として記録される。

【0127】

撮像装置２８では、第１検出領域２９ａにおいて収束電子回折図形の検出を行っている間に、第２検出領域２９ｂにおいて収束電子回折図形の読み出しを行うことができる。また、撮像装置２８では、第２検出領域２９ｂにおいて収束電子回折図形の検出を行っている間に、第１検出領域２９ａにおいて収束電子回折図形の読み出しを行うことができる。

【0128】

なお、ここでは、撮像装置２８の検出面２９を２つに分割する例について説明したが、分割数は特に限定されず、検出面２９を３つ以上に分割してもよい。

【0129】

第６変形例に係る電子顕微鏡では、撮像装置２８の検出面２９は、複数の検出領域に分割されており、撮像装置２８は、検出領域２９ａ，２９ｂごとに、検出された複数の収束回折図形を１画像として記録する。そのため、上述したように、１つの検出領域２９ａで収束電子回折図形の検出を行っている間に他の検出領域２９ｂでは収束電子回折図形の読み出しを行うことができるため、記録時間を短縮することができる。

【0130】

２． 第２実施形態
２．１． 電子顕微鏡の構成
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１５は、第２実施形態に係る電子顕微鏡３００を模式的に示す図である。以下、第２実施形態に係る電子顕微鏡において、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。

【0131】

上述した電子顕微鏡１００では、試料Ｓに照射する電子線を位置走査して、試料Ｓ上の各位置に１対１に対応した複数の収束電子回折図形を取得した。

【0132】

これに対して、電子顕微鏡３００では、試料Ｓに照射する電子線を角度走査して、試料Ｓに対する電子線の各入射角度に１対１に対応した複数の透過画像（試料Ｓの透過像）を取得する。なお、電子線の角度走査とは、試料Ｓに対する電子線の入射角度を変えることをいう。

【0133】

電子顕微鏡３００では、図１５に示すように、試料Ｓを照射する電子線を角度走査するための偏向器３０２（角度走査部の一例）を含んで構成されている。偏向器３０２は、電子顕微鏡３００の照射系４に組み込まれている。偏向器３０２は、試料Ｓに照射される電子線を偏向する。偏向器３０２は、静電偏向器であってもよいし、電磁偏向器であってもよい。

【0134】

２．２． 電子顕微鏡の動作
次に、電子顕微鏡３００の動作について説明する。以下では、電子顕微鏡３００において、電子線の試料Ｓに対する各入射角度に１対１に対応した複数の透過画像を取得する処理について説明する。

【0135】

図１６は、電子顕微鏡３００の動作を説明するための図である。なお、図１６では、マスク２２、電子偏向部２４、および撮像装置２８以外の部材の図示を省略している。

【0136】

電子顕微鏡３００では、電子源１０から放出された電子線は、収束レンズ１２で平行化されて平行ビーム（または略平行ビーム）として試料Ｓに照射される。そして、試料Ｓを透過した電子は、対物レンズ１４、中間レンズ１８および投影レンズ２０を介して、撮像装置２８の検出面２９で検出される。

【0137】

ここで、試料Ｓを透過した電子は、対物レンズ１４の像面において透過像を形成する。
この対物レンズ１４の像面に形成された透過像は、中間レンズ１８、および投影レンズ２０で拡大されて撮像装置２８の検出面２９上に結像される。そのため、撮像装置２８において、透過画像を記録することができる。

【0138】

電子顕微鏡３００では、試料Ｓ上における電子線の照射位置を固定したまま、偏向器３０２で電子線を角度走査して、電子線の試料Ｓに対する各入射角度に１対１に対応した複数の透過画像を記録する。

【0139】

電子顕微鏡３００では、制御部３０が試料Ｓに照射される電子線の角度走査に応じて、撮像装置２８の検出面２９における電子の入射領域２が変更されるように電子偏向部２４を制御する。これにより、撮像装置２８において、電子線の試料Ｓに対する各入射角度に１対１に対応した複数の透過画像を１画像として記録することができるため、記録時間を短縮することができる。

【0140】

具体的には、図１６に示すように、マスク２２を通過した電子は、電子偏向部２４で偏向される。制御部３０は、試料Ｓに照射される電子線の角度走査に応じて（すなわち電子線の試料Ｓに対する入射角度の変更に応じて）、検出面２９における電子の入射領域２が変更されるように電子偏向部２４を制御する。この結果、マスク２２を通過した電子は、電子線の入射角度に応じて互いに異なる入射領域２に入射し、各入射領域２において入射角度に対応する強度を持った透過画像が形成される。これにより、撮像装置２８の検出面２９において、複数の透過画像が検出される。

【0141】

撮像装置２８は、検出面２９で検出された複数の透過画像を、１画像として記録する。すなわち、撮像装置２８は、検出面２９で検出された複数の透過画像を、一度に読み出す。

【0142】

撮像装置２８で記録された複数の透過画像を含む画像の画像データは、制御部３０を介してＰＣ４０に送られる。ＰＣ４０では、画像データから複数の透過画像を取得し、取得された透過画像を、電子線の入射角度に１対１に対応させる。これにより、試料Ｓに対する電子線の各入射角度に１対１に対応した複数の透過画像を取得することができる。

【0143】

ＰＣ４０は、試料Ｓに対する電子線の各入射角度に１対１に対応した複数の透過画像の強度から、ロッキングパターン（電子チャネリングパターン）を生成する。具体的には、対物レンズ絞りによりダイレクトスポットを選択した後、複数の透過画像から、対物レンズ絞りで選択された位置の強度の角度分布の情報を得ることで、明視野のロッキングパターンを生成することができる。また、電子回折から対物レンズ絞りにより所望の回折スポット（回折波に対応するスポット）を選択した後、複数の画像から、対物レンズ絞りで選択された位置の強度の角度分布の情報を得ることで暗視野のロッキングパターンを生成することができる。このように、本実施形態では、１回の測定で試料のロッキングパターンを２次元的に捕らえることができる。

【0144】

第２実施形態に係る電子顕微鏡３００では、試料Ｓを透過した電子を偏向させる電子偏向部２４を含み、制御部３０は、試料Ｓを照射する電子線の角度走査に応じて、撮像装置２８の検出面２９における電子の入射領域２が変更されるように電子偏向部２４を制御する。そのため、撮像装置２８では、電子線の試料Ｓに対する各入射角度に１対１に対応した複数の透過画像を、１つの画像として記録することができる。したがって、試料Ｓに対する電子線の各入射角度に１対１に対応した複数の透過画像を記録する際に、例えば、入射角度を変更して透過画像を得るごとに記録を行う場合と比べて、記録時間を短縮することができる。

【0145】

第２実施形態に係る画像取得方法は、試料Ｓに照射される電子線の角度走査に応じて、撮像装置２８の検出面２９における電子の入射領域２が変更されるように試料Ｓを透過した電子を偏向する工程を含む。そのため、電子線の試料Ｓに対する各入射角度に１対１に対応した複数の透過画像を、撮像装置２８で１つの画像として記録することができ、記録時間を短縮することができる。

【0146】

なお、第２実施形態においても、上述した第１実施形態の各変形例を適用できる。

【0147】

３． 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。

【0148】

例えば、上述した第１実施形態では、電子線の位置走査に応じて、撮像装置２８の検出面２９における電子の入射領域２が変更されるように電子偏向部２４を制御した。すなわち、第１実施形態では、電子顕微鏡１００の照射系４における照射条件の変更として、試料Ｓを照射する電子線の試料Ｓ上での照射位置を変更した。

【0149】

また、上述した第２実施形態では、電子線の角度走査に応じて、撮像装置２８の検出面２９における電子の入射領域２が変更されるように電子偏向部２４を制御した。すなわち、第２実施形態では、電子顕微鏡３００の照射系４における照射条件の変更として、試料Ｓを照射する電子線の試料Ｓに対する入射角度を変更した。

【0150】

なお、本発明において、電子線の照射条件の変更は、照射位置の変更、および入射角度の変更に限定されず、照射系４に組み込まれる様々な光学素子の条件の変更であってもよい。すなわち、本発明に係る電子顕微鏡では、照射系４における照射条件の変更に応じて得られる複数の像（回折図形）を、制御部３０が照射系４における照射条件の変更に応じて、撮像装置２８の検出面２９における電子の入射領域２が変更されるように電子偏向部２４を制御する。これにより、複数の像（回折図形）を記録するための記録時間を短縮することができる。

【0151】

また、上述した第１実施形態では、制御部３０は、図３に示す矢印の順番で入射領域２を移動させており、また、第５変形例に係る電子顕微鏡では、制御部３０は、図１３に示す矢印の順番で入射領域２を移動させたが、本発明において、入射領域２を移動させる順番はこれらの例に限定されない。

【0152】

例えば、図１７に示すように、撮像装置２８の検出面２９を２つの検出領域２９ａ，２９ｂに分割した場合に、制御部３０は、撮像装置２８において第１検出領域２９ａにおいて最後に検出される収束電子回折図形と、第２検出領域２９ｂにおいて最初に検出される収束電子回折図形とが隣り合うように、電子偏向部２４を制御してもよい。これにより、入射領域２を第１検出領域２９ａの終了位置Ｂ１から第２検出領域２９ｂの初期位置Ａ２に移動させるための時間を短縮できる。

【0153】

また、制御部３０は、撮像装置２８において第２検出領域２９ｂにおいて最後に検出される収束電子回折図形と、第１検出領域２９ａにおいて最初に検出される収束電子回折図形とが隣り合うように、電子偏向部２４を制御してもよい。これにより、入射領域２を第２検出領域２９ｂの終了位置Ｂ２から第１検出領域２９ａの初期位置Ａ１に移動させるための時間を短縮できる。

【0154】

制御部３０は、図１７に示すように、検出領域２９ａ，２９ｂにおいて入射領域２を偶数行偶数列に配列する場合には、図１７に示す矢印の順番で入射領域２を移動させてもよ
い。また、例えば、図１８に示すように、検出領域２９ａ，２９ｂにおいて入射領域２を、奇数行偶数列に配列する場合には、図１８に示す矢印の順番で入射領域２を移動させてもよい。

【0155】

また、例えば、図１９に示すように、検出領域２９ａ，２９ｂにおいて入射領域２を奇数行奇数列に配列する場合には、図１９に示す矢印の順番で入射領域２を移動させてもよい。また、例えば、図２０に示すように、検出領域２９ａ，２９ｂにおいて入射領域２を偶数行奇数列に配列する場合には、図２０に示す矢印の順番で入射領域２を移動させてもよい。

【0156】

図１８〜図１９に示す例においても、入射領域２を第２検出領域２９ｂの終了位置Ｂ２から第１検出領域２９ａの初期位置Ａ１に移動させるための時間を短縮でき、かつ、入射領域２を第２検出領域２９ｂの終了位置Ｂ２から第１検出領域２９ａの初期位置Ａ１に移動させるための時間を短縮できる。

【0157】

上記の例では、撮像装置２８の検出面２９の分割数が２個の場合を示したが、分割数が４個の場合でも同様に入射領域２を移動させることができる。

【0158】

このような電子顕微鏡によれば、一方の検出領域２９ａで像の検出を行っている間に、他方の検出領域２９ｂでは像の読み出しを行うことができるため、各検出領域２９ａ，２９ｂで複数の像を１画像として記録する処理を繰り返し行う場合に、各検出領域２９ａにおいて最後に検出される像が形成される入射領域２の位置から、最初に検出される像が形成される入射領域２の位置に、入射領域２を戻すための時間を短縮できる。したがって、入射領域２を一方の検出領域から他方の検出領域に移動させる距離を短くできるため、記録時間を短縮することができる。

【0159】

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。

【0160】

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。

【符号の説明】

【0161】

２…入射領域、２ａ…入射領域、２ｂ…入射領域、４…照射系、６…結像系、１０…電子源、１２…収束レンズ、１３…走査コイル、１４…対物レンズ、１６…試料ステージ、１７…試料ホルダー、１８…中間レンズ、２０…投影レンズ、２２…マスク、２３…開口部、２４…電子偏向部、２４ａ…偏向器、２４ｂ…偏向器、２６ａ…明視野ＳＴＥＭ検出器、２６ｂ…暗視野ＳＴＥＭ検出器、２８…撮像装置、２９…検出面、２９ａ…第１検出領域、２９ｂ…第２検出領域、３０…制御部、１００…電子顕微鏡、１０２…マスク移動機構、１０４…光学系、１０４ａ…電子レンズ、１０４ｂ…電子レンズ、２００…電子顕微鏡、２１０…電子線遮断部、２１２…偏向器、２１４…絞り、３００…電子顕微鏡、３０２…偏向器

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】