JP2019160464A - 電子顕微鏡および調整方法 - Google Patents

Abstract

【課題】対象領域の電子線による損傷を低減でき、かつ、適切な光学条件で観察や分析を行うことができる電子顕微鏡を提供する。【解決手段】電子顕微鏡は、光学系と、光学系を制御する制御部と、を含み、制御部は、光学系の光学条件を取得するための複数の調整領域４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅ，４ｆ，４ｇ，４ｈを設定する処理と、複数の調整領域４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅ，４ｆ，４ｇ，４ｈにおける光学系の光学条件を取得する処理と、複数の調整領域４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅ，４ｆ，４ｇ，４ｈにおける光学系の光学条件に基づいて、試料の観察または分析の対象となる対象領域２における光学系の光学条件を決定する処理と、決定された対象領域における光学系の光学条件に基づいて、光学系を制御する処理と、を行う。【選択図】図５

Description

本発明は、電子顕微鏡および調整方法に関する。

電子顕微鏡において、電子線に弱い試料を観察や分析する場合に、試料への電子線の照射量を低減するために、ミニマムドーズシステム（minimum dose system）という手法が用いられる（例えば、特許文献１参照）。

通常の観察や分析では、試料の観察や分析の対象となる領域（以下、「対象領域」ともいう）でフォーカスの調整や非点収差の補正などの光学系の調整を行う。この場合、電子線に弱い試料の場合、光学系の調整を行っている間に試料が損傷してしまう。ミニマムドーズシステムでは、対象領域とは異なる領域（以下、「調整領域」ともいう）で光学系の調整を行い、対象領域への電子線の照射は撮影時や分析時のみに制限する。これにより、対象領域への電子線の照射量を低減することができる。

特開昭５５−４３７１４号公報

ミニマムドーズシステムでは、上記のように、対象領域とは異なる調整領域で光学系の調整を行う。そのため、調整領域において光学系を適切な光学条件に調整したとしても、対象領域においてはその光学条件が適切でない場合がある。すなわち、例えば、調整領域においてフォーカスを合わせたとしても、対象領域ではフォーカスがずれてしまう場合がある。

本発明の目的は、対象領域の電子線による損傷を低減でき、かつ、適切な光学条件で観察または分析を行うことができる電子顕微鏡および調整方法を提供することにある。

本発明に係る電子顕微鏡の一態様は、
光学系と、
前記光学系を制御する制御部と、
を含み、
前記制御部は、
前記光学系の光学条件を取得するための複数の調整領域を設定する処理と、
前記複数の調整領域における前記光学系の光学条件を取得する処理と、
前記複数の調整領域における前記光学系の光学条件に基づいて、試料の観察または分析の対象となる対象領域における前記光学系の光学条件を決定する処理と、
決定された前記対象領域における前記光学系の光学条件に基づいて、前記光学系を制御する処理と、
を行う。

このような電子顕微鏡では、複数の調整領域における光学条件から対象領域における光学条件を推定することができるため、対象領域における光学条件を正確に推定することができる。したがって、このような電子顕微鏡では、対象領域の電子線による損傷を低減で
き、かつ、適切な光学条件で観察または分析を行うことができる。

本発明に係る電子顕微鏡の調整方法の一態様は、
電子顕微鏡における光学系の調整方法であって、
前記光学系の光学条件を取得するための複数の調整領域を設定する工程と、
前記複数の調整領域における前記光学系の光学条件を取得する工程と、
前記複数の調整領域における前記光学系の光学条件に基づいて、試料の観察または分析の対象となる対象領域における前記光学系の光学条件を決定する工程と、
決定された前記対象領域における前記光学系の光学条件に基づいて、前記光学系を制御する工程と、
を含む。

このような調整方法では、複数の調整領域における光学条件から対象領域における光学条件を推定することができるため、対象領域における光学条件を正確に推定することができる。したがって、このような調整方法では、対象領域の電子線による損傷を低減でき、かつ、適切な光学条件で観察または分析を行うことができる。

第１実施形態に係る電子顕微鏡の構成を示す図。 第１実施形態に係る電子顕微鏡の光学系を説明するための図。 第１実施形態に係る電子顕微鏡の光学系を説明するための図。 ＴＥＭ像の取得方法の一例を示すフローチャート。 対象領域と複数の調整領域とを模式的に示す図。 制御部の処理の一例を示すフローチャート。 複数の対象領域と複数の調整領域とを模式的に示す図。 複数の対象領域と複数の調整領域とを模式的に示す図。 制御部の処理の一例を示すフローチャート。

以下、本発明の好適な実施形態について図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また、以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。

１． 第１実施形態
１．１． 電子顕微鏡
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の構成を示す図である。

電子顕微鏡１００は、図１に示すように、電子源１０と、光学系１１と、試料ステージ２０と、試料ホルダー２２と、撮像装置２４と、駆動装置３０と、制御部４０と、操作部５０と、表示部５２と、記憶部５４と、を含む。

電子源１０は、電子を発生させる。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。

光学系１１は、集束レンズ１２と、偏向コイル１３と、対物レンズ１４と、偏向コイル１５と、中間レンズ１６と、投影レンズ１７と、を含む。なお、光学系１１は、これらのレンズや偏向コイル以外のレンズや、偏向コイル（偏向器）、絞りなどを備えていてもよい。

集束レンズ１２は、電子源１０から放出された電子線を集束する。集束レンズ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。

偏向コイル１３は、電子線を二次元的に偏向させる。偏向コイル１３で電子線を偏向させることにより、試料Ｓにおける電子線の照射位置を制御できる。

対物レンズ１４は、試料Ｓを透過した電子で透過電子顕微鏡像（以下、ＴＥＭ（Transmission Electron Microscope）像ともいう）を結像する。

偏向コイル１５は、試料Ｓを透過した電子線を二次元的に偏向させる。偏向コイル１５で電子線を偏向させることによって、イメージシフト、すなわち、撮像装置２４上に結像されたＴＥＭ像を移動させることができる。

中間レンズ１６および投影レンズ１７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２４上に結像する。対物レンズ１４、中間レンズ１６、および投影レンズ１７は、電子顕微鏡１００の結像系を構成している。

試料ステージ２０は、試料ホルダー２２に保持された試料Ｓを支持している。試料ステージ２０によって試料Ｓを位置決めすることができる。

撮像装置２４は、結像系によって結像されたＴＥＭ像を撮影する。撮像装置２４は、例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）カメラ等のデジタルカメラである。

操作部５０は、ユーザーによる操作に応じた操作信号を取得し、制御部４０に送る処理を行う。操作部５０の機能は、例えば、ボタン、キー、タッチパネル型ディスプレイ、マイクなどにより実現できる。

表示部５２は、制御部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（liquid crystal display）などのディスプレイにより実現できる。

記憶部５４は、制御部４０が各種の計算処理や制御処理を行うためのプログラムやデータ等を記憶している。また、記憶部５４は、制御部４０の作業領域として用いられ、制御部４０が各種プログラムに従って実行した算出結果等を一時的に記憶するためにも使用される。記憶部５４の機能は、ハードディスクや、ＲＡＭ（random access memory）などにより実現できる。

制御部４０は、電子顕微鏡１００の光学系１１を制御する処理を行う。また、制御部４０は、ＴＥＭ像を取得するための処理を行う。制御部４０の処理については後述する。制御部４０の機能は、各種プロセッサ（ＣＰＵ（Central Processing Unit）等）でプログラムを実行することにより実現できる。

駆動装置３０は、制御部４０からの制御信号に基づいて、光学系１１を動作させる。制御部４０は、駆動装置３０を介して、光学系１１を制御する。

１．２． 電子顕微鏡像の取得方法
次に、第１実施形態に係る電子顕微鏡像（ＴＥＭ像）の取得方法について説明する。第１実施形態に係るＴＥＭ像の取得方法は、第１実施形態に係る調整方法を含む。以下では、第１実施形態に係るＴＥＭ像の取得方法として、電子顕微鏡１００を用いたＴＥＭ像の取得方法を説明する。

電子顕微鏡１００では、ミニマムドーズシステムを用いてＴＥＭ像を取得することができる。そのため、電子顕微鏡１００では、フォーカスの調整を行う場合と撮影を行う場合で、異なる光学条件を用いることができる。具体的には、電子顕微鏡１００では、光学系１１を、フォーカスの調整を行うためのフォーカスモードと、撮影を行うためのフォトモードと、に切り替え可能である。

図２および図３は、電子顕微鏡１００の光学系１１を説明するための図である。なお、図２は、光学系１１がフォトモードの場合であり、図３は、光学系１１がフォーカスモードの場合である。また、図２および図３では、便宜上、偏向コイル１３、対物レンズ１４、および偏向コイル１５のみを図示している。

フォーカスモードでは、図３に示すように、偏向コイル１３によって電子線ＥＢを偏向させることにより、電子線ＥＢを観察や分析の対象となる対象領域２とは異なる調整領域４ａに照射することができる。フォーカスモードでは、偏向コイル１３によって電子線ＥＢが偏向されるため、偏向コイル１５によって電子線ＥＢを振り戻して、撮像装置２４上にＴＥＭ像が形成されるようにしている。なお、図示の例では、電子線ＥＢが調整領域４ａに照射されている場合を図示しているが、偏向コイル１３を制御することによって、調整領域４ａ以外の調整領域に電子線ＥＢを照射することも可能である。

図２に示すように、偏向コイル１３および偏向コイル１５をもとの状態に戻すことによって、電子線ＥＢを対象領域２に照射することができる（フォトモード）。

次に、電子顕微鏡１００を用いたＴＥＭ像の取得方法について説明する。図４は、ＴＥＭ像の取得方法の一例を示すフローチャートである。

まず、観察対象となる対象領域２を指定する（Ｓ１０）。例えば、観察倍率を低倍率にするなどして、試料Ｓから対象領域２を探し、対象領域２を指定する。

対象領域２が指定されると、対象領域２とは異なる領域に、対物レンズ１４のフォーカス条件を取得するための調整領域を設定する（Ｓ２０）。

図５は、対象領域２と、複数の調整領域４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅ，４ｆ，４ｇ，４ｈと、を模式的に示す図である。図５は、試料Ｓを光学系１１の光軸に沿った方向から見た図である。

調整領域４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅ，４ｆ，４ｇ，４ｈは、複数（図示の例では、８つ）設定されている。調整領域４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅ，４ｆ，４ｇ，４ｈは、対象領域２を囲むように設定されている。

調整領域４ａと調整領域４ｈとは、調整領域４ａと調整領域４ｈとの間に対象領域２が位置するように、設定されている。例えば、図５に示すように試料Ｓを光軸に沿った方向から見て、調整領域４ａの中心と調整領域４ｈの中心とを結ぶ仮想直線（図示せず）と対象領域２が重なるように、調整領域４ａと調整領域４ｈとが設定されている。

同様に、調整領域４ｂと調整領域４ｇとは、調整領域４ｂと調整領域４ｇとの間に対象領域２が位置するように、設定されている。同様に、調整領域４ｃと調整領域４ｆとは、調整領域４ｃと調整領域４ｆとの間に対象領域２が位置するように、設定されている。同様に、調整領域４ｄと調整領域４ｅとは、調整領域４ｄと調整領域４ｅとの間に対象領域２が位置するように、設定されている。

調整領域４ａと調整領域４ｈの配列方向、調整領域４ｂと調整領域４ｇの配列方向、調整領域４ｃと調整領域４ｆの配列方向、および調整領域４ｄと調整領域４ｅの配列方向は、互いに異なっている。

図示の例では、調整領域４ａは対象領域２に接しているが、調整領域４ａと対象領域２とは離間していてもよい。その他の調整領域４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅ，４ｆ，４ｇ，４ｈについても同様であり、これらの調整領域は対象領域２に接していてもよいし、対象領域２から離間していてもよい。

また、図示の例では、隣り合う調整領域は接しているが、隣り合う調整領域が離間していてもよい。

次に、複数の調整領域４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅ，４ｆ，４ｇ，４ｈの各々における対物レンズ１４のフォーカス条件を取得する（Ｓ３０）。

具体的には、例えば、まず、光学系１１をフォーカスモードとして調整領域４ａに電子線を照射し、調整領域４ａにおいて対物レンズ１４を調整してフォーカスをあわせる。そして、このときの対物レンズ１４のフォーカス条件を記録する。ここでは、フォーカス条件としてフォーカス値を記録する。フォーカス合わせは、オートフォーカス機能を用いて行われてもよいし、ユーザーがＴＥＭ像を確認しながら手動で行ってもよい。

同様に、調整領域４ｂにおいて対物レンズ１４を調整してフォーカスをあわせ、このときの対物レンズ１４のフォーカス値を記録する。調整領域４ｃ、調整領域４ｄ、調整領域４ｅ、調整領域４ｆ、調整領域４ｇ、調整領域４ｈにおいても同様に、対物レンズ１４を調整してフォーカスをあわせ、このときの対物レンズ１４のフォーカス値を記録する。

次に、取得した複数の調整領域４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅ，４ｆ，４ｇ，４ｈの各々における対物レンズ１４のフォーカス値に基づいて、対象領域２における対物レンズ１４のフォーカス値を決定する（Ｓ４０）。

例えば、調整領域４ａにおけるフォーカス値と調整領域４ｈにおけるフォーカス値から、対象領域２における対物レンズ１４のフォーカス値を推定する。具体的には、対象領域２、調整領域４ａ、および調整領域４ｂの位置関係に基づいて、対象領域２におけるフォーカス値を推定する。例えば、図５に示すように、対象領域２が調整領域４ａと調整領域４ｈとの間に位置し、かつ、調整領域４ａと対象領域２との間の距離と調整領域４ｈと対象領域２との間の距離とが等しい場合、対象領域２におけるフォーカス値は、調整領域４ａにおけるフォーカス値と調整領域４ｈにおけるフォーカス値の中間の値とする。

なお、対象領域２におけるフォーカス値を推定する手法は、これに限定されない。例えば、調整領域４ａにおけるフォーカス値と調整領域４ｈにおけるフォーカス値から試料Ｓ上の位置とフォーカス値との関係を示す関数（例えば一次関数）を導出し、この関数に対象領域２の位置を代入して、対象領域２におけるフォーカス値を推定してもよい。

同様に、調整領域４ｂにおけるフォーカス値と調整領域４ｇにおけるフォーカス値から、対象領域２におけるフォーカス値を推定する。同様に、調整領域４ｃにおけるフォーカス値と調整領域４ｆにおけるフォーカス値から、対象領域２におけるフォーカス値を推定する。同様に、調整領域４ｄにおけるフォーカス値と調整領域４ｅにおけるフォーカス値から、対象領域２におけるフォーカス値を推定する。

このようにして得られた４つの推定値から、対象領域２におけるフォーカス値を決定す
る。例えば、４つの推定値の平均値を対象領域２におけるフォーカス値と決定する。なお、対象領域２におけるフォーカス値を決定する手法は、上記の例に限定されず、複数の調整領域４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅ，４ｆ，４ｇ，４ｈの各々における対物レンズ１４のフォーカス値から様々な手法を用いて対象領域２におけるフォーカス値を推定可能である。

次に、決定された対象領域２におけるフォーカス値に基づいて、対物レンズ１４を制御する（Ｓ５０）。

具体的には、対物レンズ１４のフォーカス値が決定されたフォーカス値となるように対物レンズ１４を制御する。

次に、光学系１１をフォトモードとして対象領域２に電子線を照射し、対象領域２においてＴＥＭ像の撮影を行う（Ｓ６０）。

以上の工程により、対象領域２においてＴＥＭ像を取得することができる。

１．３． 制御部の処理
制御部４０の処理について説明する。制御部４０は、上述した第１実施形態に係るＴＥＭ像の取得方法を用いて、ＴＥＭ像を取得する処理を自動で行う。図６は、制御部４０の処理の一例を示すフローチャートである。

まず、制御部４０は、対象領域２の指定を受け付ける（Ｓ１００）。例えば、ユーザーが表示部５２に表示されているＴＥＭ像を確認しながら、操作部５０に対して対象領域２の位置を指定する操作を行うことで、対象領域２を指定することができる。このとき、制御部４０は、指定された対象領域２の位置情報を取得する。

次に、制御部４０は、複数の調整領域４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅ，４ｆ，４ｇ，４ｈを設定する（Ｓ１０２）。制御部４０は、例えば、対象領域２の位置情報に基づいて、図５に示すように、対象領域２が複数の調整領域４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅ，４ｆ，４ｇ，４ｈで囲まれるように、複数の調整領域４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅ，４ｆ，４ｇ，４ｈを設定する。

次に、制御部４０は、複数の調整領域４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅ，４ｆ，４ｇ，４ｈの各々においてフォーカス条件（フォーカス値）を取得する（Ｓ１０４）。

具体的には、制御部４０は、光学系１１をフォーカスモードとし、複数の調整領域４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅ，４ｆ，４ｇ，４ｈの各々において、オートフォーカス機能を用いてフォーカスを合わせ、そのときのフォーカス値を記憶部５４に記録する。

次に、制御部４０は、複数の調整領域４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅ，４ｆ，４ｇ，４ｈの各々におけるフォーカス条件に基づいて、対象領域２におけるフォーカス条件を決定する（Ｓ１０６）。

制御部４０は、上述したように、複数の調整領域４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅ，４ｆ，４ｇ，４ｈの各々におけるフォーカス条件から、対象領域２におけるフォーカス条件を推定することで、対象領域２におけるフォーカス条件を決定する。

次に、制御部４０は、決定された対象領域２におけるフォーカス条件に基づいて、対物レンズ１４を制御する（Ｓ１０８）。

次に、制御部４０は、光学系１１をフォトモードとして対象領域２に電子線を照射し、対象領域２においてＴＥＭ像の撮影を行う（Ｓ１１０）。

以上の処理により、ＴＥＭ像を取得することができる。

１．４． 特徴
電子顕微鏡１００は、例えば、以下の特徴を有する。

電子顕微鏡１００では、制御部４０は、対物レンズ１４のフォーカス条件を取得するための複数の調整領域４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅ，４ｆ，４ｇ，４ｈを設定する処理と、複数の調整領域４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅ，４ｆ，４ｇ，４ｈにおけるフォーカス条件を取得する処理と、複数の調整領域４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅ，４ｆ，４ｇ，４ｈにおけるフォーカス条件に基づいて対象領域２におけるフォーカス条件を決定する処理と、決定されたフォーカス条件に基づいて対物レンズ１４を制御する処理と、を行う。

そのため、電子顕微鏡１００では、複数の調整領域４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅ，４ｆ，４ｇ，４ｈにおけるフォーカス条件から対象領域２におけるフォーカス条件を推定するため、対象領域２におけるフォーカス条件を正確に推定することができる。したがって、例えば、調整領域４ａでフォーカスを合わせた後、そのまま対象領域２でＴＥＭ像の撮影を行う場合と比べて、より適切なフォーカス条件でＴＥＭ像を取得できる。よって、電子顕微鏡１００では、対象領域２の電子線による損傷を低減でき、かつ、より適切なフォーカス条件でＴＥＭ像を取得できる。

電子顕微鏡１００では、複数の調整領域４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅ，４ｆ，４ｇ，４ｈを設定する処理において、対象領域２が複数の調整領域４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅ，４ｆ，４ｇ，４ｈのうちの第１調整領域と第２調整領域との間に位置するように、複数の調整領域４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅ，４ｆ，４ｇ，４ｈが設定される。

例えば、図５に示す例では、対象領域２が調整領域４ａ（第１調整領域の一例）と調整領域４ｈ（第２調整領域の一例）との間に位置するように、複数の調整領域が設定されている。

そのため、電子顕微鏡１００では、第１調整領域におけるフォーカス条件と第２調整領域におけるフォーカス条件から、対象領域２におけるフォーカス条件をより正確に推定することができる。したがって、電子顕微鏡１００では、より適切なフォーカス条件でＴＥＭ像を取得できる。

電子顕微鏡１００では、複数の調整領域４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅ，４ｆ，４ｇ，４ｈを設定する処理において、対象領域２が複数の調整領域４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅ，４ｆ，４ｇ，４ｈのうちの第３調整領域と第４調整領域との間に位置するように、複数の調整領域４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅ，４ｆ，４ｇ，４ｈが設定される。また、第３調整領域および第４調整領域は、第３調整領域と第４調整領域との配列方向が、第１調整領域と第２調整領域との配列方向と異なるように、設定される。

例えば、図５に示す例では、対象領域２が調整領域４ａ（第１調整領域の一例）と調整領域４ｈ（第２調整領域の一例）との間に位置し、対象領域２が調整領域４ｃ（第３調整領域の一例）と調整領域４ｆ（第４調整領域の一例）との間に位置するように、複数の調整領域が設定されている。また、調整領域４ｃ（第３調整領域の一例）と調整領域４ｆ（第４調整領域の一例）の配列方向は、調整領域４ａ（第１調整領域の一例）と調整領域４
ｈ（第２調整領域の一例）の配列方向と異なっている。

そのため、電子顕微鏡１００では、対象領域２におけるフォーカス条件をより正確に推定することができる。

第１実施形態に係る調整方法は、以下の特徴を有する。

第１実施形態に係る調整方法は、対物レンズ１４のフォーカス条件を取得するための複数の調整領域４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅ，４ｆ，４ｇ，４ｈを設定する工程と、複数の調整領域４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅ，４ｆ，４ｇ，４ｈにおける対物レンズ１４のフォーカス条件を取得する工程と、複数の調整領域４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅ，４ｆ，４ｇ，４ｈにおける対物レンズ１４のフォーカス条件に基づいて、対象領域２における対物レンズ１４のフォーカス条件を決定する工程と、決定された対象領域２における対物レンズ１４のフォーカス条件に基づいて対物レンズ１４を制御する工程と、を含む。

そのため、第１実施形態に係る調整方法では、複数の調整領域４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅ，４ｆ，４ｇ，４ｈにおけるフォーカス条件から対象領域２におけるフォーカス条件を推定するため、対象領域２におけるフォーカス条件を正確に推定することができる。したがって、より適切なフォーカス条件でＴＥＭ像を取得できる。よって、第１実施形態に係る調整方法では、対象領域２の電子線による損傷を低減でき、かつ、より適切なフォーカス条件でＴＥＭ像を取得できる。

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、上述した図１に示す電子顕微鏡１００の構成と同じであり、図示および説明を省略する。

２．２． 電子顕微鏡像の取得方法
次に、第２実施形態に係るＴＥＭ像の取得方法について説明する。上述した第１実施形態では、対象領域２が１つ指定されたが、第２実施形態では、対象領域２が複数指定される。

以下では、第２実施形態に係るＴＥＭ像の取得方法を、上述した図４に示すフローチャートを用いて説明する。また、以下では、上述した第１実施形態に係るＴＥＭ像の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。

対象領域２を指定する工程（Ｓ１０）では、複数の対象領域２が指定される。ここでは、４つの対象領域（対象領域２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ、図７および図８参照）が指定されたものとする。

次に、調整領域を設定する工程（Ｓ２０）では、対象領域２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄの位置関係に基づいて、調整領域を設定する。具体的には、対象領域間の距離が小さい場合と、対象領域間の距離が大きい場合と、で調整領域の設定が異なる。

図７は、複数の対象領域２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄと、複数の調整領域４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅ，４ｆ，４ｇ，４ｈ，４ｉ，４ｊ，４ｋ，４ｌと、を模式的に示す図である。図７では、対象領域２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ間の距離が小さい場合を図示している。

図７に示す例では、複数（図示の例では、１２個）の調整領域４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅ，４ｆ，４ｇ，４ｈ，４ｉ，４ｊ，４ｋ，４ｌが設定されている。複数の調整領域
４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅ，４ｆ，４ｇ，４ｈ，４ｉ，４ｊ，４ｋ，４ｌは、複数の対象領域２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄの全体を囲むように設定されている。

調整領域４ａと調整領域４ｌとは、調整領域４ａと調整領域４ｌとの間に対象領域２ａおよび対象領域２ｄが位置するように、設定されている。同様に、調整領域４ｂと調整領域４ｊとは、調整領域４ｂと調整領域４ｊとの間に対象領域２ａおよび対象領域２ｃが位置するように、設定されている。同様に、調整領域４ｃと調整領域４ｋとは、調整領域４ｃと調整領域４ｋとの間に対象領域２ｂおよび対象領域２ｄが位置するように、設定されている。同様に、調整領域４ｄと調整領域４ｉとは、調整領域４ｄと調整領域４ｉとの間に対象領域２ｂおよび対象領域２ｃが位置するように、設定されている。同様に、調整領域４ｅと調整領域４ｆとは、調整領域４ｅと調整領域４ｆとの間に対象領域２ａおよび対象領域２ｂが位置するように、設定されている。同様に、調整領域４ｇと調整領域４ｈとは、調整領域４ｇと調整領域４ｈとの間に対象領域２ｃおよび対象領域２ｄが位置するように、設定されている。

調整領域４ａと調整領域４ｌの配列方向、調整領域４ｂと調整領域４ｊの配列方向、調整領域４ｄと調整領域４ｉの配列方向、および調整領域４ｅと調整領域４ｆの配列方向、は、互いに異なっている。なお、調整領域４ｂと調整領域４ｊの配列方向と、調整領域４ｃと調整領域４ｋの配列方向は、同じである。また、調整領域４ｅと調整領域４ｆの配列方向と、調整領域４ｇと調整領域４ｈの配列方向は、同じである。

図示の例では、対象領域２ａ、対象領域２ｂ、対象領域２ｃ、および対象領域２ｄは、互いに接しているが、対象領域２ａ、対象領域２ｂ、対象領域２ｃ、および対象領域２ｄは、互いに離間していてもよい。

複数の調整領域４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅ，４ｆ，４ｇ，４ｈ，４ｉ，４ｊ，４ｋ，４ｌが設定されると、複数の調整領域４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅ，４ｆ，４ｇ，４ｈ，４ｉ，４ｊ，４ｋ，４ｌの各々における対物レンズ１４のフォーカス条件を取得する（Ｓ３０）。

図７に示す例において、対象領域２におけるフォーカス値を決定する工程（Ｓ４０）では、取得した複数の調整領域４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅ，４ｆ，４ｇ，４ｈ，４ｉ，４ｊ，４ｋ，４ｌの各々におけるフォーカス値に基づいて、対象領域２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄにおけるフォーカス値を決定する。

例えば、調整領域４ａにおけるフォーカス値と調整領域４ｌにおける対物レンズ１４のフォーカス値から、対象領域２ａにおけるフォーカス値および対象領域２ｄにおけるフォーカス値を推定する。

具体的には、対象領域２ａ、対象領域２ｄ、調整領域４ａ、および調整領域４ｌの位置関係に基づいて、対象領域２ａにおけるフォーカス値および対象領域２ｄにおけるフォーカス値を推定する。例えば、調整領域４ａにおけるフォーカス値と調整領域４ｌにおけるフォーカス値から試料Ｓ上の位置とフォーカス値との関係を示す関数（例えば一次関数）を導出し、この関数を用いて対象領域２ａにおけるフォーカス値および対象領域２ｄにおけるフォーカス値を推定する。

同様に、調整領域４ｂにおけるフォーカス値と調整領域４ｊにおけるフォーカス値から、対象領域２ａにおけるフォーカス値および対象領域２ｃにおけるフォーカス値を推定する。同様に、調整領域４ｃにおけるフォーカス値と調整領域４ｋにおけるフォーカス値から、対象領域２ｂにおけるフォーカス値および対象領域２ｄにおけるフォーカス値を推定
する。同様に、調整領域４ｄにおけるフォーカス値と調整領域４ｉにおけるフォーカス値から、対象領域２ｂにおけるフォーカス値および対象領域２ｃにおけるフォーカス値を推定する。同様に、調整領域４ｅにおけるフォーカス値と調整領域４ｆにおけるフォーカス値から、対象領域２ａにおけるフォーカス値および対象領域２ｂにおけるフォーカス値を推定する。同様に、調整領域４ｇにおけるフォーカス値と調整領域４ｈにおけるフォーカス値から、対象領域２ｃにおけるフォーカス値および対象領域２ｄにおけるフォーカス値を推定する。

このようにして求めた推定値から、対象領域２ａにおけるフォーカス値、対象領域２ｂにおけるフォーカス値、対象領域２ｃにおけるフォーカス値、および対象領域２ｄにおけるフォーカス値を決定する。

次に、決定された対象領域２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄにおけるフォーカス値に基づいて、対物レンズ１４を制御し（Ｓ５０）、光学系１１をフォトモードとして対象領域２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄにおいてＴＥＭ像の撮影を行う（Ｓ６０）。

以上の工程により、対象領域２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄにおいてＴＥＭ像を取得することができる。

図８は、複数の対象領域２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄと、調整領域４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅ，４ｆ，４ｇ，４ｈと、を模式的に示す図である。図８では、対象領域２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ間の距離が大きい場合を図示している。

対象領域２ａにおけるフォーカス条件は、上述した図５に示す対象領域２と同様に、複数の調整領域４ａ−ａ，４ｂ−ａ，４ｃ−ａ，４ｄ−ａ，４ｅ−ａ，４ｆ−ａ，４ｇ−ａ，４ｈ−ａから決定する。

同様に、対象領域２ｂにおけるフォーカス条件は、複数の調整領域４ａ−ｂ，４ｂ−ｂ，４ｃ−ｂ，４ｄ−ｂ，４ｅ−ｂ，４ｆ−ｂ，４ｇ−ｂ，４ｈ−ｂから決定する。同様に、対象領域２ｃにおけるフォーカス条件は、複数の調整領域４ａ−ｃ，４ｂ−ｃ，４ｃ−ｃ，４ｄ−ｃ，４ｅ−ｃ，４ｆ−ｃ，４ｇ−ｃ，４ｈ−ｃから決定する。同様に、対象領域２ｄにおけるフォーカス条件は、複数の調整領域４ａ−ｄ，４ｂ−ｄ，４ｃ−ｄ，４ｄ−ｄ，４ｅ−ｄ，４ｆ−ｄ，４ｇ−ｄ，４ｈ−ｄから決定する。

ここで、対象領域２ｂにおけるフォーカス条件を決定するための調整領域４ａ−ｂは、対象領域２ａにおけるフォーカス条件を決定するための調整領域４ｃ−ａとの間の距離が小さい。そのため、調整領域におけるフォーカス条件を取得する工程（Ｓ３０）では、調整領域４ａ−ｂにおけるフォーカス条件として、調整領域４ｃ−ａにおけるフォーカス条件を用いる。

同様に、対象領域２ｂにおけるフォーカス条件を決定するための調整領域４ｄ−ｂは、対象領域２ａにおけるフォーカス条件を決定するための調整領域４ｅ−ａとの間の距離が小さい。そのため、調整領域４ｄ−ｂにおけるフォーカス条件として、調整領域４ｅ−ａにおけるフォーカス条件を用いる。

同様に、対象領域２ｂにおけるフォーカス条件を決定するための調整領域４ｆ−ｂは、対象領域２ａにおけるフォーカス条件を決定するための調整領域４ｈ−ａとの間の距離が小さい。そのため、調整領域４ｆ−ｂにおけるフォーカス条件として、調整領域４ｈ−ａにおけるフォーカス条件を用いる。

この結果、調整領域４ａ−ｂ、調整領域４ｄ−ｂ、および調整領域４ｆ−ｂにおいてフォーカス合わせを行ってフォーカス条件を記録する必要がなく、調整に係る時間を短縮することができる。

その他の工程は、上述した図７に示す場合と同様に行われる。

２．３． 制御部の処理
次に、制御部４０の処理について説明する。制御部４０は、上述した第２実施形態に係るＴＥＭ像の取得方法を用いて、ＴＥＭ像を取得する処理を自動で行う。図９は、制御部４０の処理の一例を示すフローチャートである。以下では、上述した図６に示す第１実施形態に係る制御部４０の処理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。

まず、制御部４０は、複数の対象領域２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄの指定を受け付ける（Ｓ２００）。

次に、制御部４０は、対象領域２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ間の距離を求めて、対象領域２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ間の距離が所定値ａ以下か否かを判定する（Ｓ２０２）。

所定値ａは、例えば、調整領域の大きさ、すなわち、ＴＥＭ像の視野の大きさに設定される。なお、所定値ａは、任意の値に設定可能である。

制御部４０は、対象領域２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ間の距離が所定値ａ以下と判定した場合（Ｓ２００のＹｅｓ）、図７に示すように複数の対象領域２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄの全体を囲むように複数の調整領域４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅ，４ｆ，４ｇ，４ｈ，４ｉ，４ｊ，４ｋ，４ｌを設定する（Ｓ２０４）。

一方、制御部４０は、対象領域２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ間の距離が所定値ａ以下ではないと判定した場合（Ｓ２００のＮｏ）、図８に示すように複数の対象領域２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄの各々を囲むように複数の調整領域４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅ，４ｆ，４ｇ，４ｈを設定する（Ｓ２０６）。

次に、制御部４０は、複数の調整領域の各々においてフォーカス条件を取得する（Ｓ２０８）。このとき、制御部４０は、複数の調整領域において、２つの調整領域間の距離が所定値未満の場合には、いずれか一方の調整領域におけるフォーカス条件のみを取得し、取得したフォーカス条件を、他方の調整領域におけるフォーカス条件としても用いる。所定値は、任意に設定可能である。

なお、２つの調整領域間の距離が所定値以上の場合には、それぞれの調整領域において、フォーカス条件を取得する。

次に、制御部４０は、複数の調整領域の各々におけるフォーカス条件に基づいて、対象領域２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄにおけるフォーカス条件を決定する（Ｓ２１０）。

次に、制御部４０は、決定された対象領域２におけるフォーカス条件に基づいて、対物レンズ１４を制御し（Ｓ２１２）、光学系１１をフォトモードとして対象領域２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄにおいてＴＥＭ像の撮影を行う（Ｓ２１４）。

以上の処理により、ＴＥＭ像を取得することができる。

２．４． 特徴
第２実施形態に係る電子顕微鏡では、第１実施形態に係る電子顕微鏡１００と同様に、対象領域２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄの電子線による損傷を低減でき、かつ、より適切なフォーカス条件でＴＥＭ像を取得できる。

さらに、第２実施形態に係る電子顕微鏡では、複数の調整領域を設定する処理では、複数の対象領域２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄが第１調整領域と第２調整領域との間に位置するように、複数の調整領域が設定される。例えば、図７に示す例では、対象領域２ａおよび対象領域２ｂは、調整領域４ｅ（第１調整領域の一例）と調整領域４ｆ（第２調整領域の一例）との間に位置している。

そのため、第２実施形態に係る電子顕微鏡では、第１調整領域におけるフォーカス条件と第２調整領域におけるフォーカス条件から、対象領域２ａにおけるフォーカス条件および対象領域２ｂにおけるフォーカス条件を正確に推定することができる。したがって、適切なフォーカス条件でＴＥＭ像を取得できる。

また、第２実施形態に係る電子顕微鏡では、対象領域２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄにおけるフォーカス条件を決定する処理では、複数の対象領域２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄの各々の位置に基づいて、複数の対象領域２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄの各々におけるフォーカス条件を決定する。

例えば、図７に示す例では、調整領域４ｅ（第１調整領域の一例）におけるフォーカス値と調整領域４ｆ（第２調整領域の一例）におけるフォーカス値から、試料Ｓ上の位置とフォーカス値との関係を示す関数を導出し、この関数を用いて対象領域２ａの位置、および対象領域２ｂの位置を代入して、対象領域２ａにおけるフォーカス値および対象領域２ｂにおけるフォーカス値を推定する。

そのため、第２実施形態に係る電子顕微鏡では、第１調整領域におけるフォーカス条件と第２調整領域におけるフォーカス条件から、対象領域２ａにおけるフォーカス条件および対象領域２ｂにおけるフォーカス条件を正確に推定することができる。

また、第２実施形態に係る電子顕微鏡では、複数の調整領域を設定する処理において、２つの対象領域のうちの一方が複数の調整領域のうちの第１調整領域と第２調整領域との間に位置し、かつ、２つの対象領域のうちの他方が複数の調整領域のうちの第３調整領域と第４調整領域との間に位置するように、複数の調整領域を設定する。また、複数の調整領域におけるフォーカス条件を取得する処理では、第２調整領域と第３調整領域との間の距離が所定値未満の場合に、第３調整領域におけるフォーカス条件として、第２調整領域におけるフォーカス条件を用いる。

例えば、図８に示す例では、対象領域２ａおよび対象領域２ｂが指定された場合に、対象領域２ａが調整領域４ｄ−ａ（第１調整領域の一例）と調整領域４ｅ−ａ（第２調整領域の一例）との間に位置し、対象領域２ｂが調整領域４ｄ−ｂ（第３調整領域の一例）と調整領域４ｅ−ｂ（第４調整領域の一例）との間に位置するように、複数の調整領域が設定されている。このとき、調整領域４ｅ−ａと調整領域４ｄ−ｂとの間の距離が所定値未満であり、調整領域４ｄ−ｂにおけるフォーカス条件として調整領域４ｅ−ａにおけるフォーカス条件を用いる。

この結果、調整領域４ｄ−ｂにおいてフォーカス合わせを行ってフォーカス条件を取得する必要がなく、調整に係る時間を短縮することができる。

３． 変形例
なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。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。

例えば、上述した実施形態では、電子顕微鏡１００が透過電子顕微鏡（Transmission Electron Microscope、ＴＥＭ）であり、対象領域２においてＴＥＭ像を取得する場合について説明したが、電子顕微鏡１００が走査透過電子顕微鏡（Scanning Transmission Electron Microscope、ＳＴＥＭ）であり、対象領域２においてＳＴＥＭ像を取得してもよい。これにより、対象領域の電子線による損傷を低減でき、かつ、適切なフォーカス条件でＳＴＥＭ像を取得できる。

また、例えば、電子顕微鏡１００がエネルギー分散型Ｘ線分光器（energy dispersive X-ray spectrometer）を備えており、対象領域２においてＥＤＳマップを取得してもよい。これにより、対象領域の電子線による損傷を低減でき、かつ、適切なフォーカス条件でＥＤＳマップを取得できる。さらに、例えば、図７に示すように、複数の対象領域２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄを指定して、これらの対象領域２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄで得られたＥＤＳマップを重ね合わせることで、Ｓ／Ｎの良いＥＤＳマップを得ることができる。

また、例えば、電子顕微鏡１００が走査電子顕微鏡（Scanning Electron Microscope、ＳＥＭ）であり、対象領域２においてＳＥＭ像を取得してもよい。これにより、対象領域の電子線による損傷を低減でき、かつ、適切なフォーカス条件でＳＥＭ像を取得できる。

このように、本発明に係る電子顕微鏡は、様々な観察手法、および分析手法に適用可能である。

また、例えば、上述した実施形態では、対象領域におけるフォーカスの調整を行う場合について説明したが、本発明は、対象領域における非点収差の補正を行う場合にも適用できる。すなわち、複数の調整領域において、非点収差の補正条件を取得し、取得した非点収差の補正条件から対象領域における非点収差の補正条件を推定して補正条件を決定してもよい。これにより、フォーカスの調整を行う場合と同様に、対象領域における非点収差を補正できる。したがって、対象領域の電子線による損傷を低減でき、かつ、非点収差が適切に補正された状態でＴＥＭ像を取得できる。

なお、対象領域におけるフォーカスの調整と非点収差の補正の両方を行ってもよい。

このように、本発明に係る電子顕微鏡では、複数の調整領域における光学系の光学条件を取得して、対象領域における光学条件を決定することで、対象領域の電子線による損傷を低減でき、かつ、適切な光学条件で観察や分析を行うことができる。

また、上述した実施形態では、例えば、図５に示すように対象領域２を囲むように８つの調整領域４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅ，４ｆ，４ｇ，４ｈが設定されているが、調整領域は、２以上であればその数は限定されない。例えば、調整領域が２つの場合、対象領域２が２つの調整領域の間に位置するように、２つの調整領域が設定されていることが好ましい。これにより、対象領域におけるフォーカス条件をより正確に推定することができる。

なお、上述した実施形態及び変形例は一例であって、これらに限定されるわけではない。例えば各実施形態及び各変形例は、適宜組み合わせることが可能である。

本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法および結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。

１０…電子源、１１…光学系、１２…集束レンズ、１３…偏向コイル、１４…対物レンズ、１５…偏向コイル、１６…中間レンズ、１７…投影レンズ、２０…試料ステージ、２２…試料ホルダー、２４…撮像装置、３０…駆動装置、４０…制御部、５０…操作部、５２…表示部、５４…記憶部、１００…電子顕微鏡

Claims (7)

1. 光学系と、
   前記光学系を制御する制御部と、
   を含み、
   前記制御部は、
   前記光学系の光学条件を取得するための複数の調整領域を設定する処理と、
   前記複数の調整領域における前記光学系の光学条件を取得する処理と、
   前記複数の調整領域における前記光学系の光学条件に基づいて、試料の観察または分析の対象となる対象領域における前記光学系の光学条件を決定する処理と、
   決定された前記対象領域における前記光学系の光学条件に基づいて、前記光学系を制御する処理と、
   を行う、電子顕微鏡。
2. 請求項１において、
   前記複数の調整領域を設定する処理では、
   前記対象領域が前記複数の調整領域のうちの第１調整領域と第２調整領域との間に位置するように、前記複数の調整領域が設定される、電子顕微鏡。
3. 請求項２において、
   前記複数の調整領域を設定する処理では、
   複数の前記対象領域が前記第１調整領域と前記第２調整領域との間に位置するように、前記複数の調整領域が設定される、電子顕微鏡。
4. 請求項３において、
   前記対象領域における前記光学系の光学条件を決定する処理では、
   複数の前記対象領域の各々の位置に基づいて、複数の前記対象領域の各々における前記光学系の光学条件を決定する、電子顕微鏡。
5. 請求項２ないし４のいずれか１項において、
   前記複数の調整領域を設定する処理では、
   前記対象領域が前記複数の調整領域のうちの第３調整領域と第４調整領域との間に位置するように、前記複数の調整領域が設定され、
   前記第３調整領域および前記第４調整領域は、前記第３調整領域と前記第４調整領域の配列方向が、前記第１調整領域と前記第２調整領域の配列方向と異なるように、設定される、電子顕微鏡。
6. 請求項１において、
   前記複数の調整領域を設定する処理では、
   ２つの前記対象領域のうちの一方が前記複数の調整領域のうちの第１調整領域と第２調整領域との間に位置し、かつ、２つの前記対象領域のうちの他方が前記複数の調整領域のうちの第３調整領域と第４調整領域との間に位置するように、前記複数の調整領域が設定され、
   前記複数の調整領域における前記光学系の光学条件を取得する処理では、
   前記第２調整領域と前記第３調整領域との間の距離が所定値未満の場合に、前記第３調整領域における前記光学系の光学条件として、前記第２調整領域における前記光学系の光学条件を用いる、電子顕微鏡。
7. 電子顕微鏡における光学系の調整方法であって、
   前記光学系の光学条件を取得するための複数の調整領域を設定する工程と、
   前記複数の調整領域における前記光学系の光学条件を取得する工程と、
   前記複数の調整領域における前記光学系の光学条件に基づいて、試料の観察または分析の対象となる対象領域における前記光学系の光学条件を決定する工程と、
   決定された前記対象領域における前記光学系の光学条件に基づいて、前記光学系を制御する工程と、
   を含む、調整方法。

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