特許 6876418 画像取得方法および電子顕微鏡

(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】6876418

(24)【登録日】2021年4月28日

(45)【発行日】2021年5月26日

(54)【発明の名称】画像取得方法および電子顕微鏡

(51)【国際特許分類】

   H01J 37/22 20060101AFI20210517BHJP

   H01J 37/147 20060101ALI20210517BHJP

   H01J 37/28 20060101ALI20210517BHJP

   H01J 37/20 20060101ALI20210517BHJP

   H01J 37/26 20060101ALI20210517BHJP

   H01J 37/295 20060101ALI20210517BHJP

【ＦＩ】

   H01J37/22 501A

   H01J37/147 A

   H01J37/28 C

   H01J37/20 C

   H01J37/22 501Z

   H01J37/26

   H01J37/295

【請求項の数】8

【全頁数】24

(21)【出願番号】特願2016-235674(P2016-235674)

(22)【出願日】2016年12月5日

(65)【公開番号】特開2018-92805(P2018-92805A)

(43)【公開日】2018年6月14日

【審査請求日】2019年7月12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】中村 明穂

【審査官】 後藤 大思

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１６−１６２５４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５４−１３９４５８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｊ ３７／００ −３７／０２

３７／０５

３７／０９ −３７／１８

３７／２１

３７／２４ −３７／２４４

３７／２５２−３７／２９５

Ｓｃｏｐｕｓ

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

試料を透過した電子で電子顕微鏡像を生成する電子顕微鏡における画像取得方法であって、
試料に対する電子線の入射方向を相対的に変更して複数の前記電子顕微鏡像を取得する工程と、
複数の前記電子顕微鏡像を積算して、画像を生成する工程と、
を含み、
前記電子顕微鏡像は、電子線を試料上で走査し、電子線の照射位置ごとに試料の電磁場による電子線の偏向量を計測して得られた微分位相コントラスト像である、画像取得方法。

【請求項2】

請求項１において、
前記電子顕微鏡像を取得する工程では、試料に対する電子線の入射方向の相対的な変更は、電子線の入射方向に対して試料を傾斜させることで行われる、画像取得方法。

【請求項3】

請求項１において、
前記電子顕微鏡像を取得する工程では、試料に対する電子線の入射方向の相対的な変更は、試料に入射する電子線を偏向させて試料に対する電子線の入射方向を変更させることで行われる、画像取得方法。

【請求項4】

電子線を試料上で走査し、電子線の照射位置ごとに試料を透過した電子線の強度情報を取得して微分位相コントラスト像を生成する電子顕微鏡における画像取得方法であって、
各照射位置において試料に対する電子線の入射方向を変更しつつ、電子線を試料上で走査して、各照射位置ごとに試料を透過した電子線の強度情報を取得する工程と、
各照射位置ごとの電子線の強度情報に基づいて、前記微分位相コントラスト像を生成する工程と、
を含み、
各照射位置ごとの電子線の強度情報を取得する工程では、各照射位置において互いに異なる入射方向における電子線の強度を積算して、各照射位置ごとの電子線の強度情報を取
得する、画像取得方法。

【請求項5】

電子線を放出する電子源と、
試料に対する電子線の入射方向を相対的に変更する入射方向制御部と、
試料を透過した電子線を検出する検出部と、
前記検出部の検出結果に基づいて、画像を生成する画像生成部と、
を含み、
前記画像生成部は、
前記入射方向制御部で試料に対する電子線の入射方向を相対的に変更して得られた複数の電子顕微鏡像を取得する処理と、
複数の前記電子顕微鏡像を積算して、画像を生成する処理と、
を行い、
前記電子顕微鏡像は、電子線を試料上で走査し、電子線の照射位置ごとに試料の電磁場による電子線の偏向量を計測して得られた微分位相コントラスト像である、電子顕微鏡。

【請求項6】

電子線を放出する電子源と、
前記電子源から放出された電子線を試料上で走査するための走査偏向素子と、
試料に対する電子線の入射方向を相対的に変更する入射方向制御部と、
試料を透過した電子線を検出する検出部と、
前記検出部の検出結果に基づいて、微分位相コントラスト像を生成する画像生成部と、を含み、
前記画像生成部は、
前記入射方向制御部で各照射位置において試料に対する電子線の入射方向を変更しつつ、前記走査偏向素子で電子線を試料上で走査して得られた各照射位置ごとの試料を透過した電子線の強度情報を取得する処理と、
各照射位置ごとの電子線の強度情報に基づいて、前記微分位相コントラスト像を生成する処理と、
を行い、
各照射位置ごとの電子線の強度情報を取得する処理では、各照射位置において互いに異なる入射方向における電子線の強度を積算して、各照射位置ごとの電子線の強度情報を取得する、電子顕微鏡。

【請求項7】

請求項５または６において、
前記入射方向制御部は、試料に照射される電子線を偏向させる偏向素子である、電子顕微鏡。

【請求項8】

請求項５または６において、
前記入射方向制御部は、試料を傾斜させる傾斜機構を備えた試料ステージである、電子顕微鏡。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、画像取得方法および電子顕微鏡に関する。

【背景技術】

【0002】

透過電子顕微鏡（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ、ＴＥＭ）や走査透過電子顕微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ、ＳＴＥＭ）などの電子顕微鏡では、試料を透過した電子線を検出してＴＥＭ像やＳＴＥＭ像などの電子顕微鏡像を生成することができる。

【0003】

透過電子顕微鏡や走査透過電子顕微鏡で結晶性を有する試料の観察を行う場合、試料の原子構造や欠陥に起因したコントラストの他に、試料の厚さムラや、試料の傾斜の変化に応じた回折コントラストが現れる。試料の厚さムラに起因するコントラストは、等厚干渉縞（ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ ｃｏｎｔｏｕｒ、ｅｑｕａｌ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ ｆｒｉｎｇｅ）と呼ばれている。また、試料の傾斜に起因するコントラストは、等傾角干渉縞（ｂｅｎｄ ｃｏｎｔｏｕｒ、ｅｑｕａｌ ｉｎｃｌｉｎａｔｉｏｎ ｆｒｉｎｇｅ）と呼ばれている。これらの回折コントラストは、中倍率および低倍率での観察（例えば１００，０００倍以下の倍率での観察）において特に顕著に現れる。

【0004】

また、近年、走査透過電子顕微鏡法の手法として、試料中の電磁場による電子線の偏向を電子線の各照射位置で計測し、試料中の電磁場を可視化、画像化する微分位相コントラスト（ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｐｈａｓｅ ｃｏｎｔｒａｓｔ、ＤＰＣ）法が注目されている。微分位相コントラスト法では、試料を透過した電子線の試料中の電磁場による偏向を、検出器面上でのビームシフトとして捉える。そのため、試料を透過した電子線を検出する検出器として、検出面が複数の検出領域に分割された分割型検出器が用いられる。分割型検出器を用いることで、検出面における電子線のシフト方向とその大きさを計算することができ、この電子線のシフト量とその大きさから試料中の電磁場の向きと大きさを求めることができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開平１−９３０４１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

電子顕微鏡において、中倍率および低倍率での微分位相コントラスト法による観察に代表されるような、回折コントラストに依存しない結像モードにて観察を行う場合、等厚干渉縞や等傾角干渉縞などの回折コントラストが観察に大きな支障をきたす。そのため、ユーザーは、これらの回折コントラストが弱くなるような試料の傾斜条件を試行錯誤して探し出さなければならなかった。

【0007】

図１９は、微分位相コントラスト法によりＧａＡｓ中のＰＮ接合を観察した結果を、ベクトル方位マップとして示した画像である。図１９では、色で場の向きを表し、明暗で場の強度を表している。

【0008】

図１９に示す画像では、観察対象であるＰＮ接合のコントラストの他に、試料の厚さのムラに起因する等厚干渉縞や、試料の傾斜に起因する等傾角干渉縞が観察されている。こ
れらの回折コントラストは、図１９において、帯状に観察されている。図１９に示す画像は、これらの回折コントラストの影響が最小限になるように、試料の傾斜条件を試行錯誤して探し出して得られたものであるが、それでもなお回折コントラストの影響は完全には除去できていない。

【0009】

また、結晶性を有する試料において、電子線の入射方向が低次の晶帯軸に近いとき、多数の回折波が励起されるため、強く複雑な回折コントラストが観察される。そのため、低次の晶帯軸に沿った結晶方位から高感度の微分位相コントラスト法による観察を行うことは、原子分解能（高倍率）での観察を除いてほぼ不可能である。回折コントラストの影響を低減させるためには、低次の晶帯軸から大きく外れた方位から観察を行わざるを得ない。図１９に示す画像は、電子線の入射方向を、低次の晶帯軸から１０°以上傾けて像を取得している。

【0010】

また、焼結体などの多結晶試料に対して微分位相コントラスト法による観察を行う場合も、回折コントラストの影響を受けるが、多結晶体における各結晶子の方位は一般的に揃っていないため、最適な試料の傾斜条件も結晶子ごとに異なる。そのため、複数の結晶子に対して同時に回折コントラストの影響が低減される試料の傾斜条件を探しだすことができない場合が多い。よって、結晶子ごとに最適な試料の傾斜条件を探し出して観察を行うという作業を行わなければならない。１つの結晶子のサイズは小さい場合が多く、１つの結晶子の結晶方位を合わせるという作業自体が困難であることを考えると、結晶子ごとに最適な試料の傾斜条件を探し出して観察を行うという作業は極めて困難である。

【0011】

なお、上記では、微分位相コントラスト法による観察を例に挙げて説明したが、透過電子顕微鏡および走査透過電子顕微鏡における、中倍率および低倍率における明視野像の観察など、等厚干渉縞や等傾角干渉縞などの回折コントラストの影響を受ける手法では、同様の問題が生じる。

【0012】

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、回折コントラストの影響を低減できる画像取得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、回折コントラストの影響が低減された画像を取得することができる電子顕微鏡を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0013】

（１）本発明に係る画像取得方法は、
試料を透過した電子で電子顕微鏡像を生成する電子顕微鏡における画像取得方法であって、
試料に対する電子線の入射方向を相対的に変更して複数の前記電子顕微鏡像を取得する工程と、
複数の前記電子顕微鏡像を積算して、画像を生成する工程と、
を含み、
前記電子顕微鏡像は、電子線を試料上で走査し、電子線の照射位置ごとに試料の電磁場による電子線の偏向量を計測して得られた微分位相コントラスト像である。

【0014】

このような画像取得方法では、等厚干渉縞や等傾角干渉縞などの回折コントラストの影響が低減された電子顕微鏡像を取得することができる。また、このような画像取得方法では、微分位相コントラスト法によるコントラストを低減させることなく、回折コントラストの影響を低減させることができる。

【0015】

（２）本発明に係る画像取得方法において、
前記電子顕微鏡像を取得する工程では、試料に対する電子線の入射方向の相対的な変更は、電子線の入射方向に対して試料を傾斜させることで行われてもよい。

【0016】

（３）本発明に係る画像取得方法において、
前記電子顕微鏡像を取得する工程では、試料に対する電子線の入射方向の相対的な変更
は、試料に入射する電子線を偏向させて試料に対する電子線の入射方向を変更させることで行われてもよい。

【0021】

（４）本発明に係る画像取得方法は、
電子線を試料上で走査し、電子線の照射位置ごとに試料を透過した電子線の強度情報を取得して微分位相コントラスト像を生成する電子顕微鏡における画像取得方法であって、
各照射位置において試料に対する電子線の入射方向を変更しつつ、電子線を試料上で走査して、各照射位置ごとに試料を透過した電子線の強度情報を取得する工程と、
各照射位置ごとの電子線の強度情報に基づいて、前記微分位相コントラスト像を生成する工程と、
を含み、
各照射位置ごとの電子線の強度情報を取得する工程では、各照射位置において互いに異なる入射方向における電子線の強度を積算して、各照射位置ごとの電子線の強度情報を取得する。

【0022】

このような画像取得方法では、等厚干渉縞や等傾角干渉縞などの回折コントラストの影響が低減された微分位相コントラスト像を取得することができる。

【0023】

（５）本発明に係る電子顕微鏡は、
電子線を放出する電子源と、
試料に対する電子線の入射方向を相対的に変更する入射方向制御部と、
試料を透過した電子線を検出する検出部と、
前記検出部の検出結果に基づいて、画像を生成する画像生成部と、
を含み、
前記画像生成部は、
前記入射方向制御部で試料に対する電子線の入射方向を相対的に変更して得られた複数の電子顕微鏡像を取得する処理と、
複数の前記電子顕微鏡像を積算して、画像を生成する処理と、
を行い、
前記電子顕微鏡像は、電子線を試料上で走査し、電子線の照射位置ごとに試料の電磁場による電子線の偏向量を計測して得られた微分位相コントラスト像である。

【0024】

このような電子顕微鏡では、等厚干渉縞や等傾角干渉縞などの回折コントラストの影響が低減された電子顕微鏡像を取得することができる。

【0025】

（６）本発明に係る電子顕微鏡は、
電子線を放出する電子源と、
前記電子源から放出された電子線を試料上で走査するための走査偏向素子と、
試料に対する電子線の入射方向を相対的に変更する入射方向制御部と、
試料を透過した電子線を検出する検出部と、
前記検出部の検出結果に基づいて、微分位相コントラスト像を生成する画像生成部と、を含み、
前記画像生成部は、
前記入射方向制御部で各照射位置において試料に対する電子線の入射方向を変更しつつ、前記走査偏向素子で電子線を試料上で走査して得られた各照射位置ごとの試料を透過した電子線の強度情報を取得する処理と、
各照射位置ごとの電子線の強度情報に基づいて、前記微分位相コントラスト像を生成する処理と、
を行い、
各照射位置ごとの電子線の強度情報を取得する処理では、各照射位置において互いに異なる入射方向における電子線の強度を積算して、各照射位置ごとの電子線の強度情報を取得する。

【0026】

このような電子顕微鏡では、等厚干渉縞や等傾角干渉縞などの回折コントラストの影響が低減された微分位相コントラスト像を取得することができる。

【0027】

（７）本発明に係る電子顕微鏡において、
前記入射方向制御部は、試料に照射される電子線を偏向させる偏向素子であってもよい。

【0028】

（８）本発明に係る電子顕微鏡において、
前記入射方向制御部は、試料を傾斜させる傾斜機構を備えた試料ステージであってもよい。

【図面の簡単な説明】

【0029】

【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】分割型検出器の検出面を模式的に示す図。

【図3】第１実施形態に係る画像取得方法の一例を示すフローチャート。

【図4】第１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5】第１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6】試料ステージの傾斜機構を用いて試料を傾斜させている様子を模式的に示す図。

【図7】試料ステージの傾斜機構を用いて試料を傾斜させている様子を模式的に示す図。

【図8】傾斜角θ_Ｘおよび傾斜角θ_Ｙをそれぞれ−１°から＋１°の範囲で０．３°刻みで傾斜させて６４セットのＤＰＣ像を積算して得られた画像。

【図9】試料に対する電子線の入射方向を晶帯軸近傍にして得られたＤＰＣ像。

【図10】第１実施形態に係る電子顕微鏡の処理部の処理の流れの一例を示すフローチャート。

【図11】第２実施形態に係る画像取得方法の一例を示すフローチャート。

【図12】照射系偏向素子を用いて電子線を偏向して試料に対する電子線の入射方向を変更している様子を模式的に示す図。

【図13】照射系偏向素子を用いて電子線を偏向して試料に対する電子線の入射方向を変更している様子を模式的に示す図。

【図14】第２実施形態に係る電子顕微鏡の処理部の処理の流れの一例を示すフローチャート。

【図15】第３実施形態に係る画像取得方法の一例を示すフローチャート。

【図16】電子線のロッキングについて説明するための図。

【図17】第３実施形態に係る電子顕微鏡の処理部の処理の流れの一例を示すフローチャート。

【図18】第４実施形態に係る電子顕微鏡を模式的に示す図。

【図19】微分位相コントラスト法によりＧａＡｓ中のＰＮ接合を観察した結果を、ベクトル方位マップとして示した画像。

【発明を実施するための形態】

【0030】

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。

【0031】

１． 第１実施形態
１．１． 電子顕微鏡の構成
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。

【0032】

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、電子線の照射位置ごとに試料Ｓを透過した電子線の強度情報を取得して走査透過電子顕微鏡像（ＳＴＥＭ像）を生成する装置である。

【0033】

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、照射系偏向素子１２と、走査コイル１３（走査偏向素子の一例）と、対物レンズ１４と、試料ステージ１６（入射方向制御部の一例）と、試料ホルダー１７と、中間レンズ１８と、投影レンズ２０と、結像系偏向素子２２と、分割型検出器２４（検出部の一例）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。

【0034】

電子源１０は、電子線を放出する。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。

【0035】

照射系レンズ１１は、電子源１０から放出された電子線を収束する。照射系レンズ１１は、図示はしないが、コンデンサーレンズやコンデンサーミニレンズなどの複数の電子レンズで構成されていてもよい。コンデンサーレンズは、電子源１０から放出された電子線を収束するためのレンズである。コンデンサーミニレンズは、コンデンサーレンズと対物レンズ１４との間に配置される。コンデンサーミニレンズは、観察モードに適した収束角を持つ電子線を作るためのレンズである。

【0036】

照射系偏向素子１２は、電子源１０から放出された電子線を二次元的に偏向させる。照射系偏向素子１２は、電子線を試料Ｓ上でシフトさせたり、電子線を試料Ｓ上で傾斜させたりすることができる。照射系偏向素子１２は、例えば、２段の偏向コイルで構成されており、一段目の偏向コイルで電子線を偏向し、二段目の偏向コイルで偏向した電子線を振り戻すことができる。照射系偏向素子１２で電子線を偏向させることにより、試料Ｓに対する電子線の入射方向を変更することができる。

【0037】

走査コイル１３は、電子源１０から放出された電子線を二次元的に偏向させる。走査コイル１３は、照射系レンズ１１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するためのコイルである。

【0038】

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を透過した電子線を結像する。対物レンズ１４の後段には、図示はしないが、対物ミニレンズが配置されていてもよい。対物ミニレンズは、対物レンズ１４と異なり、磁場を強めるポールピースを持たない。

【0039】

図示はしないが、電子顕微鏡１００の照射系には、電子線の開き角や照射量を制御するためのコンデンサー絞りが組み込まれている。なお、電子顕微鏡１００の照射系とは、試料Ｓに電子線を照射するための光学系をいい、後述する電子顕微鏡１００の結像系とは、試料Ｓを透過した電子線を結像するための光学系をいう。

【0040】

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ることができる。また、試料ステージ１６は、傾斜機構を有しており、試料Ｓを、互いに直交する２つの軸まわりに傾斜（回転）させることができる。

【0041】

中間レンズ１８および投影レンズ２０は、試料Ｓを透過した電子線を分割型検出器２４に転送する。

【0042】

結像系偏向素子２２は、試料Ｓを透過した電子線を二次元的に偏向させる。結像系偏向素子２２は、分割型検出器２４の前段（電子線の流れの上流側）に配置されている。結像系偏向素子２２で電子線を偏向させることにより、分割型検出器２４の検出面２５上の所望の位置に電子線を入射させることができる。

【0043】

分割型検出器２４は、投影レンズ２０の後方（電子線の流れの下流側）に設けられている。分割型検出器２４は、試料Ｓを透過した電子線を検出する検出面２５が複数の検出領域に分割された検出器である。

【0044】

図２は、分割型検出器２４の検出面２５を模式的に示す図である。

【0045】

分割型検出器２４の検出面２５は、図２に示すように、複数の検出領域Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４に分割されている。図２に示す例では、分割型検出器２４は、円環状の検出面２５を角度方向（円周方向）に４等分することで形成された、４つの検出領域Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４を備えている。各検出領域Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４では、独立して電子線を検出することができる。

【0046】

なお、検出面２５における検出領域の数は特に限定されない。分割型検出器２４は、図示はしないが、検出面２５がその動径方向および偏角方向（円周方向）に分割されることにより形成された、複数の検出領域を有していてもよい。例えば、分割型検出器２４は、検出面２５が動径方向に４つ、偏角方向に４つに分割されることにより形成された、１６個の検出領域を有してもよい。

【0047】

分割型検出器２４は、例えば、図示はしないが、電子線を光に変換する電子−光変換素子（シンチレーター）と、電子−光変換素子を複数の検出領域Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４に分割するとともに各検出領域Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４からの光を伝送する光伝送路（光ファイバー束）と、光伝送路から伝送された検出領域Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４ごとの光を電気信号に変換する複数の光検出器（光電子増倍管）と、を含んで構成されている。分割型検出器２４は、検出領域Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４ごとに、検出された電子線（信号）の強度（信号量）に応じた出力信号を処理部４０に送る。

【0048】

制御装置３０は、電子顕微鏡１００を構成する各部（上述した光学系や試料ステージ１６等）を制御するための装置である。制御装置３０は、例えば、制御部４２からの制御信号に基づいて、電子顕微鏡１００を構成する各部を制御する。

【0049】

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。

【0050】

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、ＬＣＤ、ＣＲＴなどにより実現できる。表示部５２は、例えば、画像生成部４４で生成された画像を表示する。

【0051】

記憶部５４は、処理部４０のワーク領域となるもので、その機能はＲＡＭなどにより実現できる。記憶部５４は、処理部４０が各種の制御処理や計算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。

【0052】

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は、記憶部５４に記憶されているプログラムを実行することで、以下に説明する、制御部４２、画像生成部４４として機能する。処理部４０の機能は、各種プロセッサ（ＣＰＵ、ＤＳＰ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、画像生成部４４と、を含む。

【0053】

制御部４２は、電子顕微鏡１００を構成する各部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。

【0054】

画像生成部４４は、分割型検出器２４の出力信号を用いてＳＴＥＭ像を生成する処理を行う。画像生成部４４は、分割型検出器２４の出力信号（すなわち、分割型検出器２４の各検出領域Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４の検出結果）から、微分位相コントラスト法（ＤＰＣ法）によるＳＴＥＭ像（ＤＰＣ像）を生成する処理を行う。ＤＰＣ像（微分位相コントラスト像）は、電子線を試料Ｓ上で走査し、電子線の照射位置ごとに試料Ｓの電磁場による電子線の偏向量を計測して得られる像である。画像生成部４４の処理の詳細については後述する。

【0055】

１．２． 画像取得方法
次に、第１実施形態に係る画像取得方法について説明する。図３は、第１実施形態に係る画像取得方法の一例を示すフローチャートである。以下では、電子顕微鏡１００を用いてＤＰＣ像を取得する例について説明する。

【0056】

（１）照射系および結像系の調整（ステップＳ１００）
まず、電子顕微鏡１００の照射系および結像系の調整を行う。具体的には、観察倍率の設定、結像系のカメラ長の設定等が行われる。また、走査コイル１３で試料Ｓ上を走査することで検出面２５上での電子線の位置が移動しないように光学系の調整が行われる。

【0057】

（２）試料の観察対象となる領域の決定（ステップＳ１０２）
次に、試料Ｓの観察対象となる領域を決定する。ユーザーは、試料ステージ１６を操作して試料Ｓ中から観察対象となる領域を探し、当該領域を視野の中心にする。このとき、試料Ｓの傾斜条件は、低次の晶帯軸に沿って電子線が入射されるように設定されているものとする。

【0058】

（３）ＤＰＣ像の取得（ステップＳ１０４）
次に、試料Ｓを傾斜させることにより試料Ｓに対する電子線の入射方向を相対的に変更して複数のＤＰＣ像を取得する。

【0059】

具体的には、まず、試料Ｓの観察対象となる領域で、照射系のフォーカスを合わせる。次に、結像系偏向素子２２を用いて試料Ｓを透過した電子線が分割型検出器２４の検出面２５の中心に位置するように調整を行う。

【0060】

次に、ＤＰＣ像を取得する。図４および図５は、ＤＰＣ像を取得する際の、電子顕微鏡
１００の動作を説明するための図である。

【0061】

電子顕微鏡１００において、電子源１０から放出された電子線は、照射系レンズ１１を構成しているコンデンサーレンズ１１ａおよびコンデンサーミニレンズ１１ｂで試料Ｓ上に収束され、走査コイル１３によって試料Ｓ上で走査される。試料Ｓを透過した電子線は、対物ミニレンズ１５、中間レンズ１８および投影レンズ２０によって分割型検出器２４の検出面２５に転送される。このとき、照射系の絞り２（コンデンサー絞り）の面と、検出面２５と、が共役の関係になるように電子顕微鏡１００の光学系が調整されている。

【0062】

処理部４０は、分割型検出器２４の出力信号を取り込む。画像生成部４４は取り込まれた分割型検出器２４の出力信号に基づき各検出領域Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４ごとに電子線の強度情報（信号量の情報）を取得する。画像生成部４４は、各検出領域Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４ごとに得られた電子線の強度情報に基づき検出面２５上における電子線のシフト方向とその大きさを計算する。この電子線のシフト方向とその大きさは、試料Ｓ中の電磁場の向きと大きさに対応する。そのため、画像生成部４４は、分割型検出器２４の出力信号に基づいて、電子線の照射領域ごとに電子線のシフト方向とその大きさを計算することで、ＤＰＣ像を生成する。

【0063】

画像生成部４４は、例えば、試料Ｓ中の電磁場の大きさをコントラストに対応させることで、試料Ｓ中の電磁場の分布を画像化してＤＰＣ像を生成する。また、画像生成部４４は、試料Ｓ中の電磁場の向きを色で表し、試料Ｓ中の電磁場の強度を明暗で表すことで、試料Ｓ中の電磁場の分布を画像化してＤＰＣ像を生成してもよい。

【0064】

このようにして、ＤＰＣ像を取得することができる。

【0065】

なお、上記では、対物レンズ１４が発生させる磁場の影響を低減するために、対物レンズ１４の励磁を切った状態で撮影を行う例について説明したが、対物レンズ１４を励磁させて撮影を行ってもよい。この場合も、上記の例と同様にＤＰＣ像を取得することができる。

【0066】

次に、図５に示すように、試料ステージ１６の傾斜機構を用いて、試料Ｓを傾斜させる。これにより、試料Ｓに対する電子線の入射方向が変更される。この状態でＤＰＣ像を取得する。ＤＰＣ像の取得は、試料Ｓの傾斜角が異なる他は、同一の条件で行われる。なお、試料ステージ１６の傾斜機構を用いて試料Ｓを傾斜させる際に視野が移動した場合は、試料ステージ１６を操作して視野を戻してＤＰＣ像の取得を行う。試料Ｓの傾斜は、例えば、ユーザーが操作部５０を介して試料ステージ１６（傾斜機構）を動作させることにより行われる。

【0067】

試料Ｓを傾斜させるごとにＤＰＣ像を取得する工程を繰り返し行い、複数のＤＰＣ像を取得する。これにより、互いに試料Ｓに対する電子線の入射方向の異なる複数のＤＰＣ像を得ることができる。

【0068】

図６および図７は、試料ステージ１６の傾斜機構を用いて試料Ｓを傾斜させている様子を模式的に示す図である。試料ステージ１６の傾斜機構は、図６および図７に示すように、互いに直交する２つの軸（Ｘ軸およびＹ軸）まわりに試料Ｓを傾斜させることができる。そのため、本工程では、試料ＳのＸ軸まわりの傾斜角θ_ＸおよびＹ軸まわりの傾斜角θ_Ｙのそれぞれを所定の角度刻みで傾斜させ、傾斜させるごとにＤＰＣ像を取得する。なお、Ｘ軸およびＹ軸は、それぞれ照射系の光軸Ｌに関して直交する軸である。また、電子線は、光軸Ｌに沿って試料Ｓに入射する。

【0069】

例えば、傾斜角θ_Ｘおよび傾斜角θ_Ｙをそれぞれ−１°から＋１°の範囲で、１°刻みで傾斜させた場合、傾斜角θ_Ｘおよび傾斜角θ_Ｙの組み合わせは、（θ_Ｘ，θ_Ｙ）＝（−１，−１）、（−１，０）、（−１，＋１）、（０，−１）、（０，０）、（０，＋１）、（＋１，−１）、（＋１，０）、（＋１，＋１）の９つになる。そのため、傾斜角θ_Ｘおよび傾斜角θ_Ｙをそれぞれ−１°から＋１°の範囲で、１°刻みで傾斜させた場合、互いに試料Ｓに対する電子線の入射方向の異なるＤＰＣ像を９つ得ることができる。

【0070】

なお、傾斜角θ_Ｘおよび傾斜角θ_Ｙの範囲および傾斜角の刻み（傾斜ステップ）は特に限定されないが、より回折コントラストの影響を低減させるためには、様々な傾斜角で試料Ｓを傾けて（すなわち様々な入射方向から試料Ｓに対して電子線を入射させて）、取得するＤＰＣ像の数を多くすることが望ましい。

【0071】

（４）ＤＰＣ像の積算（ステップＳ１０４）
次に、互いに試料Ｓに対する電子線の入射方向の異なる複数のＤＰＣ像を積算して１つの画像（ＤＰＣ像）を生成する。なお、複数のＤＰＣ像は、積算処理を行う前に、各ＤＰＣ像間の位置合わせを行い、画像間の視野ずれを補正してもよい。また、複数のＤＰＣ像を積算した後に、平均化処理を行ってもよい。

【0072】

互いに試料Ｓに対する電子線の入射方向の異なる複数のＤＰＣ像を積算して得られた画像は、例えば試料Ｓに対する電子線の入射方向が１方向のＤＰＣ像と比べて、等厚干渉縞や等傾角干渉縞などの回折コントラストの影響が低減される。これは、ＤＰＣ法によるコントラストは、試料Ｓに対する電子線の入射方向によって変化しない（または変化が極めて小さい）が、等厚干渉縞や等傾角干渉縞などの回折コントラストは試料Ｓに対する電子線の入射方向に応じて敏感に変化するためである。

【0073】

以上の工程により、回折コントラストが低減されたＤＰＣ像を得ることができる。

【0074】

本実施形態に係る画像取得方法は、例えば、以下の特徴を有する。

【0075】

本実施形態に係る画像取得方法は、試料Ｓに対する電子線の入射方向を相対的に変更して複数のＤＰＣ像を取得する工程と、複数のＤＰＣ像を積算して、画像を生成する工程と、を含む。そのため、本実施形態に係る画像取得方法では、等厚干渉縞や等傾角干渉縞などの回折コントラストの影響が低減されたＤＰＣ像を得ることができる。また、本実施形態に係る画像取得方法によれば、ＤＰＣ法によるコントラストを低減させることなく、回折コントラストの影響を低減させることができる。

【0076】

また、本実施形態に係る画像取得方法によれば、ユーザーが回折コントラストが弱くなるような試料Ｓの傾斜条件を試行錯誤して探し出す必要がなく、容易に回折コントラストの影響が低減されたＤＰＣ像を得ることができる。

【0077】

さらに、本実施形態に係る画像取得方法によれば、任意の方位からＤＰＣ像観察を行うことができる。したがって、例えば、試料Ｓ中の電磁場の分布と結晶方位との関係を明らかにすることができる。

【0078】

また、本実施形態に係る画像取得方法によれば、多結晶体の観察を行う場合に、視野内の結晶子の全部に対して、回折コントラストの影響を低減させることができる。

【0079】

図８は、傾斜角θ_Ｘおよび傾斜角θ_Ｙをそれぞれ−１°から＋１°の範囲で、０．３°刻みで傾斜させて、６４セットのＤＰＣ像を積算して得られた画像である。図９は、比較例として取得したＤＰＣ像であり、試料に対する電子線の入射方向を晶帯軸近傍にして得
られたＤＰＣ像である。

【0080】

図９に示すＤＰＣ像では、試料に対する電子線の入射方向が晶帯軸近傍であるため、回折コントラストの影響が大きく、ＰＮ接合のコントラスト（ＰＮ接合の電場をＤＰＣ法により可視化して得られたコントラスト）と回折コントラストとが重なり、ＰＮ接合のコントラストが見えづらい。これに対して、図９に示すＤＰＣ画像では、回折コントラストの影響が低減され、目的であるＰＮ接合の線状のコントラストが明瞭に観察できた。この結果から、本実施形態によれば、ＰＮ接合の電場に起因するＤＰＣ法によるコントラストを損なうことなく、回折コントラストの影響を低減できることがわかった。

【0081】

なお、上記では、試料Ｓに対する電子線の入射方向を相対的に変更して複数のＤＰＣ像を取得し、当該複数のＤＰＣ像を積算することで回折コントラストの影響が低減されたＤＰＣ像を生成する場合について説明したが、本実施形態に係る画像生成方法は、ＤＰＣ像に限定されず、その他の電子顕微鏡像にも適用可能である。

【0082】

例えば、本実施形態に係る画像生成方法は、明視野ＳＴＥＭ像にも適用できる。明視野ＳＴＥＭ像は、試料Ｓを透過した電子線のうち、散乱されずに透過した電子線、および所定の角度以下で散乱した電子線を検出器（明視野ＳＴＥＭ検出器）で検出して得られるＳＴＥＭ像である。本実施形態に係る画像生成方法を明視野ＳＴＥＭ像に適用する場合も、ＤＰＣ像の場合と同様に、試料Ｓに対する電子線の入射方向を相対的に変更して複数の明視野ＳＴＥＭ像を取得し、当該複数の明視野ＳＴＥＭ像を積算することで画像を生成すればよい。これにより、回折コントラストの影響が低減された明視野ＳＴＥＭ像を生成することができる。

【0083】

また、本実施形態に係る画像生成方法は、バルク試料中の析出物の形態観察や、結晶中の転位のコア近傍の観察など、試料の微小な厚さムラや試料の傾斜の変化に対して注目する部分のコントラストが敏感に変化しないような試料の観察の際に特に有効である。

【0084】

１．３． 電子顕微鏡の動作
次に、第１実施形態に係る電子顕微鏡１００の動作について説明する。電子顕微鏡１００では、処理部４０が、上述したステップＳ１０４およびステップＳ１０６の処理を行う。以下、処理部４０の処理について説明する。

【0085】

図１０は、第１実施形態に係る電子顕微鏡１００の処理部４０の処理の流れの一例を示すフローチャートである。

【0086】

まず、処理部４０は、ユーザーが画像取得開始の指示を行ったか否かを判定する（ステップＳ１１０）。処理部４０は、例えば、ユーザーによって画像取得開始ボタンや、キーボード、ＧＵＩ等により画像取得開始の操作が行われた場合に、ユーザーが画像取得開始の指示を行ったと判定する。

【0087】

画像取得開始の指示が行われたと判断された場合（ステップＳ１１０でＹｅｓの場合）、制御部４２は、試料Ｓが設定された傾斜角となるように試料ステージ１６の傾斜機構を制御する（ステップＳ１１２）。例えば、記憶部５４には、あらかじめ試料Ｓの傾斜角θ_Ｘおよび傾斜角θ_Ｙの範囲、および傾斜ステップ等の傾斜角を設定するための情報が記憶されており、制御部４２はこれらの情報を読み出して傾斜角を設定する。

【0088】

次に、制御部４２は、電子線が試料Ｓ上で走査されるように走査コイル１３を制御する。処理部４０は分割型検出器２４の出力信号を取り込み、画像生成部４４は分割型検出器２４の出力信号に基づいてＤＰＣ像を生成する（ステップＳ１１４）。

【0089】

次に、処理部４０は、設定された数だけＤＰＣ像が取得されたか否かを判定する処理を行う（ステップＳ１１６）。取得されるＤＰＣ像の数は、上述した試料Ｓの傾斜角θ_Ｘおよび傾斜角θ_Ｙの範囲、および傾斜ステップ等の傾斜角を設定するための情報から決まる。

【0090】

設定された数だけＤＰＣ像が取得されていないと判定された場合（ステップＳ１１６でＮＯの場合）、ステップＳ１１２に戻って試料Ｓを傾斜させる処理（ステップＳ１１２）およびＤＰＣ像を取得する処理（ステップＳ１１４）が行われる。試料Ｓを傾斜させる処理では、記憶部５４に記録された傾斜角を設定するための情報に基づいて、新たな傾斜角が設定される。ステップＳ１１２、ステップＳ１１４、およびステップＳ１１６の処理は、設定された数だけＤＰＣ像が取得されるまで繰り返し行われる。

【0091】

設定された数だけＤＰＣ像が取得されたと判定された場合（ステップＳ１１６でＹＥＳの場合）、画像生成部４４は、取得された互いに試料Ｓに対する電子線の入射方向の異なる複数のＤＰＣ像を積算して１つの画像（ＤＰＣ像）を生成する処理を行う（ステップＳ１１８）。そして、処理部４０は、生成された画像を表示部５２に表示させる処理を行い、処理を終了する。

【0092】

電子顕微鏡１００は、例えば、以下の特徴を有する。

【0093】

電子顕微鏡１００では、画像生成部４４は、試料ステージ１６によって試料Ｓに対する電子線の入射方向を相対的に変更して得られた複数のＤＰＣ像を取得する処理と、複数のＤＰＣ像を積算して画像を生成する処理と、を行う。そのため、電子顕微鏡１００によれば、容易に、等厚干渉縞や等傾角干渉縞などの回折コントラストの影響が低減されたＤＰＣ像を得ることができる。

【0094】

２． 第２実施形態
２．１． 電子顕微鏡
第２実施形態に係る電子顕微鏡の構成は、図１に示す電子顕微鏡１００の構成と同じであり、図示およびその説明を省略する。

【0095】

２．２． 画像取得方法
上述した第１実施形態に係る画像取得方法では、試料Ｓに対する電子線の入射方向の相対的な変更は、電子線の入射方向に対して試料Ｓを傾斜させることで行われた。

【0096】

これに対して、第２実施形態に係る画像取得方法では、試料Ｓに対する電子線の入射方向の相対的な変更は、試料Ｓに入射する電子線を偏向させて試料Ｓに対する電子線の入射方向を変更させることで行われる。

【0097】

すなわち、第１実施形態では、試料ステージ１６（傾斜機構）が試料Ｓに対する電子線の入射方向を相対的に制御する入射方向制御部として機能していたが、本実施形態では、照射系偏向素子１２が入射方向制御部として機能する。以下では、上述した第１実施形態に係る画像取得方法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。

【0098】

図１１は、第２実施形態に係る画像取得方法の一例を示すフローチャートである。

【0099】

（１）照射系および結像系の調整（ステップＳ２００）
まず、電子顕微鏡１００の照射系および結像系の調整を行う。本工程では、上述したステップＳ１００で説明した調整に加えて、照射系偏向素子１２で電子線を偏向させること
によって生じる分割型検出器２４の検出面２５に入射する電子線のずれを補正するための調整を行う。

【0100】

具体的には、まず、照射系偏向素子１２で電子線を一定量だけ偏向させる。このとき、照射系偏向素子１２による電子線の偏向量に応じて検出面２５上で電子線の入射領域が移動するため、その移動分を結像系偏向素子２２で振り戻し、電子線の入射領域を検出面２５の中心に位置させる。このときの照射系偏向素子１２および結像系偏向素子２２の設定（センタリング条件）を記録する。この工程を、照射系偏向素子１２による電子線の偏向量を変えながら繰り返し行う。

【0101】

（２）試料の観察対象となる領域の決定（ステップＳ２０２）
次に、試料Ｓの観察対象となる領域を決定する。本工程（ステップＳ２０２）は、上述したステップＳ１０２と同様に行われる。

【0102】

（３）ＤＰＣ像の取得（ステップＳ２０４）
次に、照射系偏向素子１２を用いて電子線を偏向させることにより試料Ｓに対する電子線の入射方向を変更して複数のＤＰＣ像を取得する。

【0103】

具体的には、まず、試料Ｓの観察対象となる領域で、照射系のフォーカスを合わせる。そして、電子線が試料Ｓの低次の晶帯軸に沿って入射するように照射系偏向素子１２を設定する。

【0104】

次に、ＤＰＣ像を取得する。ＤＰＣ像の取得は、上述したステップＳ１０４と同様に行われる。

【0105】

次に、照射系偏向素子１２を用いて試料Ｓに対する電子線の入射方向を変更する。この状態でＤＰＣ像を取得する。ＤＰＣ像の取得は、電子線の入射方向が異なる他は、同一の条件で行われる。電子線の入射方向の変更は、例えば、ユーザーが操作部５０を介して照射系偏向素子１２を動作させることにより行われる。

【0106】

なお、照射系偏向素子１２を用いて電子線を偏向させる際には、ステップＳ２００で記録されたセンタリング条件に基づいて、結像系偏向素子２２を動作させる。これにより、照射系偏向素子１２で電子線を偏向させることに起因する検出面２５上での電子線の位置ずれを補正することができる。

【0107】

電子線を偏向させて電子線の入射方向を変更するごとにＤＰＣ像を取得する工程を繰り返し行い、複数のＤＰＣ像を取得する。これにより、互いに試料Ｓに対する電子線の入射方向の異なる複数のＤＰＣ像を得ることができる。

【0108】

図１２および図１３は、照射系偏向素子１２を用いて電子線を偏向して試料Ｓに対する電子線の入射方向を変更している様子を模式的に示す図である。

【0109】

試料Ｓに対する電子線の入射方向は、図１２および図１３に示すように、電子線の入射角θと、電子線の方位角φと、で決まる。そのため、本工程では、電子線の入射角θおよび方位角φのそれぞれを所定の角度刻みで変化させる。

【0110】

なお、入射角θおよび方位角φの範囲および角度の刻み（角度ステップ）は特に限定されないが、より回折コントラストの影響を低減させるためには、様々な入射方向から電子線を入射させて、取得するＤＰＣ像の数を多くすることが望ましい。

【0111】

（４）ＤＰＣ像の積算（ステップＳ２０４）
次に、互いに試料Ｓに対する電子線の入射方向の異なる複数のＤＰＣ像を積算して１つの画像（ＤＰＣ像）を生成する。本工程（ステップＳ２０４）は、上述したステップＳ１０４と同様に行われる。

【0112】

以上の工程により、回折コントラストが低減されたＤＰＣ像を得ることができる。

【0113】

本実施形態に係る画像取得方法によれば、上述した第１実施形態に係る画像取得方法と同様の作用効果を奏することができる。

【0114】

２．３． 電子顕微鏡の動作
次に、第２実施形態に係る電子顕微鏡の動作について説明する。第２実施形態に係る電子顕微鏡では、処理部４０が、上述したステップＳ２０４およびステップＳ２０６の処理を行う。以下、処理部４０の処理について説明する。

【0115】

図１４は、第２実施形態に係る電子顕微鏡の処理部４０の処理の流れの一例を示すフローチャートである。

【0116】

まず、処理部４０は、ユーザーが画像取得開始の指示を行ったか否かを判定する（ステップＳ２１０）。本処理（ステップＳ２１０）は、上述したステップＳ１１０と同様に行われる。

【0117】

画像取得開始の指示が行われたと判断された場合（ステップＳ２１０でＹｅｓの場合）、制御部４２は、試料Ｓに対する電子線の入射方向が設定された入射方向となるように照射系偏向素子１２を制御する（ステップＳ２１２）。例えば、記憶部５４には、あらかじめ電子線の入射方向を設定するための入射角θおよび方位角φの範囲、および角度ステップ等の情報が記憶されており、制御部４２はこれらの情報を読み出して電子線の入射方向を設定する。

【0118】

次に、制御部４２は、電子線が試料Ｓ上で走査されるように走査コイル１３を制御する。処理部４０は分割型検出器２４の出力信号を取り込み、画像生成部４４は分割型検出器２４の出力信号に基づいてＤＰＣ像を生成する（ステップＳ２１４）。

【0119】

次に、処理部４０は、設定された数だけＳＴＥＭ像が取得されたか否かを判定する処理を行う（ステップＳ２１６）。本処理（ステップＳ２１６）は、上述したステップＳ１１６と同様に行われる。

【0120】

設定された数だけＳＴＥＭ像が取得されていないと判定された場合（ステップＳ２１６でＮＯの場合）、ステップＳ２１２に戻って、ステップＳ２１２、ステップＳ２１４が行われる。電子線を偏向させる処理（ステップＳ２１２）では、記憶部５４に記録された電子線の入射方向を設定するための情報に基づいて、新たな電子線の入射方向が設定される。ステップＳ２１２、ステップＳ２１４、およびステップＳ２１６の処理は、設定された数だけＳＴＥＭ像が取得されるまで繰り返し行われる。

【0121】

設定された数だけＳＴＥＭ像が取得されたと判定された場合（ステップＳ２１６でＹＥＳの場合）、画像生成部４４は、取得された互いに試料Ｓに対する電子線の入射方向の異なる複数のＳＴＥＭ像を積算して１つの画像（ＤＰＣ像）を生成する処理を行う（ステップＳ２１８）。そして、処理部４０は、生成された画像を表示部５２に表示させる処理を行い、処理を終了する。

【0122】

本実施形態に係る電子顕微鏡によれば、上述した第１実施形態に係る電子顕微鏡１００と同様の作用効果を奏することができる。

【0123】

３． 第３実施形態
３．１． 電子顕微鏡
第３実施形態に係る電子顕微鏡の構成は、図１に示す電子顕微鏡１００の構成と同じであり、図示およびその説明を省略する。

【0124】

３．２． 画像取得方法
上述した第１実施形態および第２実施形態に係る画像取得方法では、試料Ｓに対する電子線の入射方向を相対的に変更して複数のＤＰＣ像を取得し、取得した複数のＤＰＣ像を積算して画像を生成することで、回折コントラストの影響が低減されたＤＰＣ像を取得していた。

【0125】

これに対して、第３実施形態に係る画像取得方法では、電子線を試料Ｓ上で走査する際の各照射位置において試料Ｓに対する電子線の入射方向を変更しつつ、電子線を試料Ｓ上で走査して、各照射位置ごとに試料Ｓを透過した電子線の強度情報を取得し、当該強度情報に基づいて、画像を生成することにより、回折コントラストの影響が低減されたＤＰＣ像を取得する。以下では、上述した第１実施形態に係る画像取得方法および第２実施形態に係る画像取得方法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。

【0126】

図１５は、第３実施形態に係る画像取得方法の一例を示すフローチャートである。

【0127】

（１）照射系および結像系の調整（ステップＳ３００）
まず、電子顕微鏡１００の照射系および結像系の調整を行う。本工程（ステップＳ３００）は、上述したステップＳ１００と同様に行われる。

【0128】

（２）試料の観察対象となる領域の決定（ステップＳ３０２）
次に、試料Ｓの観察対象となる領域を決定する。本工程（ステップＳ３０２）は、上述したステップＳ１０２と同様に行われる。

【0129】

（３）照射位置ごとの電子線の強度情報の取得（ステップＳ３０４）
次に、各照射位置において電子線の入射方向を変更しつつ、電子線を試料上で走査して各照射位置ごとに試料Ｓを透過した電子線の強度情報を取得する。すなわち、本工程では、試料Ｓ上で電子線を走査する際の各照射位置において電子線をロッキング（ビームロッキング）させつつ、電子線を試料Ｓ上で走査する。

【0130】

図１６は、電子線のロッキングについて説明するための図である。電子線のロッキングとは、図１６に示すように、電子線ＥＢの照射位置を試料Ｓ上の一点に止めたまま、電子線の入射方向（すなわち、電子線の入射角θおよび電子線の方位角φの少なくとも一方）を変更すること（すなわち、電子線の入射方向を走査すること）をいう。

【0131】

本工程では、具体的には、まず、電子源１０から放出された電子線を最初の照射位置において照射系偏向素子１２を用いてロッキングし、試料Ｓを透過した電子線を分割型検出器２４で検出して当該電子線の強度情報を取得する。電子線は、あらかじめ設定された複数の入射方向から入射される。

【0132】

次に、電子源１０から放出された電子線を走査コイル１３を用いて次の照射位置に移動させ、当該次の照射位置において照射系偏向素子１２を用いて電子線をロッキングし、試料Ｓを透過した電子線を分割型検出器２４で検出して当該電子線の強度情報を取得する。
電子線は、最初の照射位置と同様にあらかじめ設定された複数の入射方向から入射される。すなわち、ここでの電子線の入射条件は、最初の照射位置での電子線の入射条件と同じである。

【0133】

この動作を繰り返し行うことで、各照射位置ごとに試料Ｓを透過した電子線の強度情報を取得することができる。

【0134】

本工程では、図１６に示すように、電子線の入射角θおよび電子線の方位角φのそれぞれを所定の角度刻みで変化させる。各測定位置での電子線の入射方向の変更条件は同じである。

【0135】

なお、入射角θおよび方位角φの範囲および角度の刻み（角度ステップ）は特に限定されないが、より回折コントラストの影響を低減させるためには各照射位置での入射方向の変更回数は多いことが望ましい。

【0136】

上記のように、照射系偏向素子１２で電子線の入射方向を変更した場合、分割型検出器２４の検出面２５に入射する電子線に位置ずれが生じる。そのため、照射系偏向素子１２における電子線の偏向量に応じて、結像系偏向素子２２を用いて電子線を振り戻す。これにより、照射系偏向素子１２で電子線を偏向させることに起因する検出面２５上での電子線の位置ずれを補正することができる。

【0137】

（４）画像の生成（ステップＳ３０６）
各照射位置ごとの強度情報に基づいて、画像（ＤＰＣ像）を生成する。ＤＰＣ像は、上述したステップＳ１０４と同様に生成される。

【0138】

このようにして各照射位置において電子線をロッキングしつつ電子線を走査して得られたＤＰＣ像は、上述した第２実施形態に係る画像取得方法で得られたＤＰＣ像と同等であり、本実施形態によれば、回折コントラストの影響が低減されたＤＰＣ像を得ることができる。

【0139】

以上の工程により、回折コントラストが低減されたＤＰＣ像を得ることができる。

【0140】

本実施形態に係る画像取得方法によれば、上述した第１実施形態に係る画像取得方法および第２実施形態に係る画像取得方法と同様の作用効果を奏することができる。

【0141】

さらに、本実施形態に係る画像取得方法によれば、第２実施形態に係る画像取得方法と異なり、電子線で試料Ｓ上を１回走査するだけで、回折コントラストが低減されたＤＰＣ像を得ることができる。

【0142】

３．３． 電子顕微鏡の動作
次に、第３実施形態に係る電子顕微鏡の動作について説明する。第３実施形態に係る電子顕微鏡では、処理部４０が、上述したステップＳ３０４およびステップＳ３０６の処理を行う。以下、処理部４０の処理について説明する。

【0143】

図１７は、第３実施形態に係る電子顕微鏡の処理部４０の処理の流れの一例を示すフローチャートである。

【0144】

まず、処理部４０は、ユーザーが画像取得開始の指示を行ったか否かを判定する（ステップＳ３１０）。本処理（ステップＳ３１０）は、上述したステップＳ１１０と同様に行われる。

【0145】

画像取得開始の指示が行われたと判断された場合（ステップＳ３１０でＹｅｓの場合）、制御部４２は、各照射位置において電子線の入射方向を変更しつつ、電子線が試料Ｓ上で走査されるように照射系偏向素子１２および走査コイル１３を制御する（ステップＳ３１２）。そして、画像生成部４４は、分割型検出器２４の出力信号に基づいて、ＤＰＣ像を生成する（ステップＳ３１４）。そして、処理部４０は、生成された画像を表示部５２に表示させる処理を行い、処理を終了する。

【0146】

本実施形態に係る電子顕微鏡によれば、上述した第１実施形態に係る電子顕微鏡１００および第２実施形態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。

【0147】

４． 第４実施形態
４．１． 電子顕微鏡
図１８は、第４実施形態に係る電子顕微鏡２００を模式的に示す図である。以下、第４実施形態に係る電子顕微鏡２００において、上述した第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、その説明を省略する。

【0148】

上述した第１実施形態に係る電子顕微鏡１００は、走査電子顕微鏡であった。これに対して、第４実施形態に係る電子顕微鏡２００は、いわゆる透過電子顕微鏡である。すなわち、電子顕微鏡２００では、試料Ｓに電子線を照射して試料Ｓを透過した電子線を結像して透過電子顕微鏡像（ＴＥＭ像）を取得することができる。

【0149】

電子顕微鏡２００は、撮像装置２０２を備えている。撮像装置２０２は、結像系によって結像されたＴＥＭ像を撮影する。撮像装置２０２は、例えば、ＣＣＤカメラ、ＣＭＯＳカメラ等のデジタルカメラである。

【0150】

電子顕微鏡２００では、電子源１０から放出された電子線は、照射系レンズ１１によって集束されて試料Ｓに照射される。試料Ｓに照射された電子線は、試料Ｓを透過して対物レンズ１４によって結像される。対物レンズ１４によって結像されたＴＥＭ像は、中間レンズ１８および投影レンズ２０によってさらに拡大されて撮像装置２０２の撮像面２０３に投影され、撮像装置２０２で撮影される。

【0151】

４．２． 画像取得方法
上述した第１実施形態に係る画像取得方法では、回折コントラストの影響が低減されたＤＰＣ像を取得する場合について説明したが、本実施形態に係る画像取得方法では、回折コントラストが低減されたＴＥＭ像を取得することができる。

【0152】

本実施形態に係る画像取得方法は、第１実施形態に係る画像取得方法と同様である。すなわち、本実施形態に係る画像取得方法では、試料ステージ１６によって試料Ｓを傾斜させることにより試料Ｓに対する電子線の入射方向を相対的に変更して複数のＴＥＭ像を取得し、当該複数のＴＥＭ像を積算して画像を生成する。この結果、回折コントラストが低減されたＴＥＭ像を得ることができる。

【0153】

具体的には、試料ステージ１６の傾斜機構で、上述したステップＳ１０４の工程と同様に、試料Ｓを所定の傾斜ステップで傾斜させつつ、試料Ｓを傾斜させるごとにＴＥＭ像の撮影を行うことで、互いに試料Ｓに対する電子線の入射方向の異なる複数のＴＥＭ像を取得する。そして、これらのＴＥＭ像を積算して画像を生成することで、回折コントラストの影響が低減されたＴＥＭ像を得ることができる。

【0154】

本実施形態に係る画像取得方法によれば、回折コントラストの影響が低減されたＴＥＭ像を得ることができる。

【0155】

４．３． 電子顕微鏡の動作
本実施形態に係る電子顕微鏡２００の動作は、「４．２．画像取得方法」で説明した相違点を除いて電子顕微鏡１００の動作と同様であり、その説明を省略する。

【0156】

本実施形態に係る電子顕微鏡２００によれば、回折コントラストの影響が低減されたＴＥＭ像を得ることができる。

【0157】

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。

【0158】

例えば、第４実施形態に係る画像取得方法では、第１実施形態に係る画像取得方法を、ＴＥＭ像に対して適用した例について説明したが、第２実施形態に係る画像取得方法を、ＴＥＭ像に対して適用することも可能である。すなわち、照射系偏向素子１２によって電子線を偏向させることにより試料Ｓに対する電子線の入射方向を変更して複数のＴＥＭ像を取得し、当該複数のＴＥＭ像を積算して画像を生成してもよい。この場合にも、回折コントラストの影響が低減されたＴＥＭ像を得ることができる。

【0159】

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】

【0160】

２…絞り、１０…電子源、１１…照射系レンズ、１１ａ…コンデンサーレンズ、１１ｂ…コンデンサーミニレンズ、１２…照射系偏向素子、１３…走査コイル、１４…対物レンズ、１５…対物ミニレンズ、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…結像系偏向素子、２４…分割型検出器、２５…検出面、３０…制御装置、４０…処理部、４２…制御部、４４…画像生成部、５０…操作部、５２…表示部、５４…記憶部、１００…電子顕微鏡、２００…電子顕微鏡、２０２…撮像装置

【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】