JP5670096B2 - トモグラフィー法を用いた試料の３次元画像取得方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明はトモグラフィー法を用いた試料の３次元画像取得方法及び装置に関し、更に詳しくはビームブロードニングの影響を抑え、試料厚み方向の分解能の向上を図ったトモグラフィー法を用いた試料の３次元画像取得方法及び装置に関する。
方法及び装置に関する

ナノメートルスケールの３次元構造物に対して、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）や走査透過型電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）にコンピュータトモグラフィー（ＣＴ）を適用することで、３次元的に構造観察・構造解析を可能とする手法（ＴＥＭトモグラフィーやＳＴＥＭトモグラフィー）がよく知られている。

図１７はＴＥＭトモグラフィー・ＳＴＥＭトモグラフィーの模式図である。この手法は、先ずＴＥＭやＳＴＥＭを用いて試料１をさまざまな角度で傾斜させ、ＴＥＭ像若しくはＳＴＥＭ像を取得する。例えば傾斜角度が±６０度で１度ずつ傾斜させ、同時にＴＥＭ像若しくはＳＴＥＭ像を取得すれば、合計取得傾斜画像は１２１枚となる。取得した傾斜像シリーズに対してＣＴ法を適用することで、再構成断面像を得る。得られた再構成断面像のシリーズを重ね合わせることで３次元画像を得る。

従来のこの種の装置としては、透過電子顕微鏡像観察モードと走査電子顕微鏡像観察モードを備えた電子顕微鏡において、集束イオンビーム装置によって加工された試料をＳＥＭモードで目的とする加工部の走査電子像を探し、目的とする走査電子像が探せたら、その部分を透過電子顕微鏡像観察モードに切り替えて透過像を得るようにした技術が知られている（例えば特許文献１参照）。

特許第４１１１７７８号公報（段落００４２〜００５４、図１，図４）

ＴＥＭトモグラフィーやＳＴＥＭトモグラフィーにより３次元画像を得る場合、試料の厚みが大きいほど、得られる３次元情報が多い。しかしながら、定量性の高い３次元画像を得る場合、ある程度の試料厚みで限界となり、その原因として２つ挙げられる。１つ目の原因は、試料が厚すぎて電子線が試料を透過せずＴＥＭ像若しくはＳＴＥＭ像の取得が困難となる。

この問題に対しては、加速電圧を上げることで解決することができる。２つ目の原因は、試料が厚すぎるとＴＥＭの場合は色収差が発生し、ＴＥＭ像の分解能が低下し、ＳＴＥＭ像の場合はビームブロードニングの影響により電子線ｅ^-が電子線が試料を透過する距離に伴い、空間分解能が低下する。図１８はビームブロードニングの説明図である。試料１の浅い部分では電子ビームは拡散が小さく、試料１の深い部分では拡散が大きくなっている。このため、拡散が大きい部分では試料の空間分解能が著しく悪くなる。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであって、分解能を向上させることができるトモグラフィー法を用いた試料の３次元画像取得方法及び装置を提供することを目的としている。

上記した課題を解決するために、本発明は以下のような構成をとっている。

（１）請求項１記載の発明は、走査透過型電子顕微鏡において、試料を傾斜させて計算機トモグラフィー法を用いて試料の第１の３次元画像を得、次に試料を裏返して試料を傾斜させて計算機トモグラフィー法を用いて試料の第２の３次元画像を得、前記得られた試料の第１の３次元画像の上半分を切り出した画像と、前記試料の第２の３次元画像の上半分を切り出した画像とを合成することにより試料の合成３次元画像を得る、ようにしたことを特徴とする。

（２）請求項２記載の発明は、走査透過型電子顕微鏡において、試料の３次元画像を得る３次元画像取得手段を設け、該３次元画像取得手段を用いて試料の第１の３次元画像を得、次に、試料を裏返して該３次元画像取得手段を用いて試料の第２の３次元画像を得、得られた試料の第１の３次元画像の上半分を切り出した画像と、第２の３次元画像の上半分を切り出した画像とを合成することにより試料の合成３次元画像を得る、ようにしたことを特徴とする。

（３）請求項３記載の発明は、前記試料を自動で裏返すための試料回転機構を設けたことを特徴とする。

（４）請求項４記載の発明は、走査透過型電子顕微鏡において、試料を傾斜させて計算機トモグラフィー法を用いて試料の第１の再構成断面像を得、次に試料を裏返して試料を傾斜させて計算機トモグラフィー法を用いて試料の第２の再構成断面像を得、前記第１の再構成断面像をフーリエ変換して第１のフーリエ変換画像を得、前記第２の再構成断面像に対して回転処理及びフーリエ変換処理を行って第２のフーリエ変換画像を得、これら第１のフーリエ変換画像と第２のフーリエ変換画像とを足し合わせて第３のフーリエ変換画像を得、この第３のフーリエ変換画像を逆フーリエ変換して再構成された再構成断面像を得る、ようにしたことを特徴とする。

（５）請求項５記載の発明は、走査透過型電子顕微鏡において、試料の再構成断面像を得る再構成断面像取得手段を設け、該再構成断面像取得手段を用いて試料の第１の再構成断面像を得、次に、試料を裏返して前記再構成断面像取得手段を用いて試料の第２の再構成断面像を得、試料の再構成断面像をフーリエ変換するフーリエ変換手段を設け、前記第１の再構成断面像を該フーリエ変換手段を用いてフーリエ変換して第１のフーリエ変換画像を得、前記第２の再構成断面像に対して回転処理及び前記フーリエ変換手段を用いたフーリエ変換処理を行って第２のフーリエ変換画像を得、これら第１のフーリエ変換画像と第２のフーリエ変換画像を加算して第３のフーリエ変換画像を得る加算手段を設け、該加算手段の出力である第３のフーリエ変換画像を逆フーリエ変換する逆フーリエ変換手段を設け、該逆フーリエ変換手段の出力を最終的な再構成断面像とするように構成されたことを特徴とする。

（６）請求項６記載の発明は、傾斜ＳＴＥＭ像シリーズを取得し、ＣＴ法を適用することで試料の特定領域について第１の再構成断面像を得、次に、試料を裏返して前記特定領域について再度、傾斜ＳＴＥＭ像シリーズを取得し、ＣＴ法を適用して第２の再構成断面像を得、第１の再構成断面像と同じ方向になるように第２の再構成断面像を回転させ、第１の再構成断面像と前記回転された第２の再構成断面像を実空間で足し合わせて第３の再構成断面像を得る、ようにしたことを特徴とする。

（７）請求項７記載の発明は、走査透過型電子顕微鏡において、試料の再構成断面像を得る再構成断面像取得手段を設け、該再構成断面像取得手段を用いて試料の特定領域について第１の再構成断面像を得、次に、試料を裏返して前記再構成断面像取得手段を用いて試料の前記特定領域について第２の再構成断面像を得、第１の再構成断面像と同じ方向になるように第２の再構成断面像を回転させ、第１の再構成断面像と第２の再構成断面像を実空間で足し合わせる足し合わせ手段を設け、該足し合わせ手段を用いて第１の再構成断面像と前記回転された第２の再構成断面像を実空間で足し合わせて第３の再構成断面像を得るように構成されたことを特徴とする。

本発明は以下に示すような効果を有する。

（１）請求項１記載の発明によれば、試料の表側から半分、試料を裏返して裏側から半分ずつの３次元画像を求め、これらの画像から試料の３次元画像を得るようにしているので、試料の厚さ方向のどの部分も分解能のよい３次元画像を得ることができる。

（２）請求項２記載の発明によれば、試料の表側から半分、試料を裏返して裏側から半分ずつの３次元画像を求め、これらの画像から試料の３次元画像を得るようにしているので、試料の厚さ方向のどの部分も分解能のよい３次元画像を得ることができる。

（３）請求項３記載の発明によれば、試料を自動で裏返すための試料回転機構を設けたので、試料の裏返しを操作性よく行なうことができる。

（４）請求項４記載の発明によれば、請求項１で得られた再構成断面像に対してフーリエ変換を施し、フーリエ変換された２つの再構成断面像を足し合わせたものを更に逆フーリエ変換することにより再構成断面像を求めているので、請求項１の場合よりも試料厚み方向に対して空間分解能が均一で、定量性の高い３次元画像を得ることができる。

（５）請求項５記載の発明によれば、再構成断面像取得手段を用いて試料の第１の再構成断面像を得、次に、試料を裏返して該再構成断面像取得手段を用いて試料の第２の再構成断面像を得、得られた試料の第１の再構成断面像と第２の再構成断面像のフーリエ変換を求め、これらフーリエ変換を加算したものを逆フーリエ変換手段を用いて最終的な３次元画像を得ているので、請求項２記載の場合よりも試料厚み方向に対して空間分解能が均一で、定量性の高い３次元画像を得ることができる。

（６）請求項６記載の発明によれば、試料の表面と裏面から撮影して得られた再構成断面像を実空間で足し合わせることにより、空間分解能の均一な再構成断面像を得ることができる。

（７）請求項７記載の発明によれば、試料の表面と裏面から撮影して得られた再構成断面像を実空間で足し合わせることにより、空間分解能の均一な再構成断面像を得ることができる。

本発明による高分解トモグラフィー法の説明図である。 従来の試料保持台を用いた試料裏面の３次元画像の取得法の説明図である。 自動回転機構を持つ試料保持台の模式図である。 １μｍ厚みのＡＢＳ樹脂のＳＴＥＭ像と試料を裏返して撮影した同じ領域のＡＢＳ樹脂のＳＴＥＭ像を示す図である。 再構成断面像を示す図である。 ３次元画像のｘ−ｙスライス像を示す図である。 ３次元画像からの展開図である。 本発明による他の高分解能トモグラフィー法の説明図である。 ＡＢＳ樹脂のＳＴＥＭ像を示す図である。 傾斜ＳＴＥＭ像シリーズにＣＴ法を適用して得た再構成断面像を示す図である。 フーリエ変換像を示す図である。 本発明により得られたフーリエ変換像と再構成断面像を示す図である。 本発明による他の高分解能トモグラフィー法の説明図である。 ＡＢＳ樹脂のＳＴＥＭ像を示す図である。 傾斜ＳＴＥＭ像シリーズにＣＴ法を適用して得た再構成断面像を示す図である。 本発明により得られた再構成断面像を示す図である。 ＴＥＭトモグラフィー・ＳＴＥＭトモグラフィーの模式図である。 ビームブロードニングの説明図である。

（実施例１）
以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。本発明で用いる走査透過型電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）は、従来知られている既存のものを用いるものとする。図１は本発明による高分解トモグラフィー法の説明図である。本発明は高傾斜機構を有する試料保持台と、電子顕微鏡像の取得を制御する外部コンピュータと、取得した画像を演算するためのプログラムからなる。以上の構成は、以下に説明する実施例に共通のものである。

先ず、通常のＳＴＥＭトモグラフィーを用いて３次元画像丸１を得る。得た３次元画像丸１のビームブロードニングによる空間分解能の低下の影響が少ない上半分を切り出して３次元画像丸１’を得る。図１の（ａ）はこのようにして得られた３次元画像丸１’を示している。

次に、試料１を裏返して３次元画像丸１を得た同じ領域をＳＴＥＭトモグラフィーを用いて３次元画像丸２を得る。同じく得た３次元画像丸２の上半分を切り出し、更に切り出した３次元画像に対して１８０度回転させて３次元画像丸２’を得る。像を１８０度回転させる方法は既存の画像処理技術を用いて行なうことができる。図１の（ｂ）はこのようにして得られた３次元画像丸２’を示している。次に、３次元画像丸１’と３次元画像丸２’を合成させて図１の（ｃ）に示すような３次元画像丸３を得る。以上の手法で、試料１の厚み方向に対してビームプロードニングによる分解能の低下を抑え、定量性の高い３次元画像を得ることができる。

３次元画像丸２を取得するためには、試料１を裏返す必要がある。従来の試料保持台の場合の３次元画像丸２の取得方法を図２に示す。３次元画像丸２を取得するためには、３次元画像丸１の取得後に図中に示す試料保持台２の先端部分（リテーナー）３を試料保持台２から取り外す。次に、リテーナー３を１８０度回転させて再び試料保持台２に取り付ける。以上の方法で、３次元画像丸２の取得が可能となる。
（実施例２）
実施例２の高分解トモグラフィー法は実施例１と同じである。試料保持台２が実施例１と異なる。図３は自動回転機構を持つ試料保持台の模式図である。２ａは回転機構を持つ試料保持台である。該試料保持台２ａには、リテーナー３と試料１が取り付けられている。この状態で、試料保持台２ａを１８０度回転させると、試料１は丁度裏返しになる。実施例２では、試料保持台２ａが１８０度回転することで、従来の試料を裏返す方法に比べて自動で１８０度回転できるので、試料の裏返しを操作性よく行なうことができる。

試料の種類・形状に制限はないが、今回汎用的な高分子材料の一つとしてアクリロニトリル・ブタジエン・スチレン重合合成樹脂（ＡＢＳ樹脂）を用いた。先ずＡＢＳ樹脂をウルトラミクロトームを用いて１μｍ厚みの試料切片を切り出し、ＴＥＭ・ＳＴＥＭ観察用銅製のグリッドの上に乗せた。その後、四酸化オスミウム溶液の蒸気により、ポリブタジエン（ＰＢ）相を金属染色させ、ＳＴＥＭを用いて染色した試料のＳＴＥＭ像を得た。さまざまな角度に傾斜させ、傾斜ＳＴＥＭ像シリーズからＣＴ法を適用することで３次元画像丸１を得た。図１（ｂ）と同様に試料を裏返して同じ領域をＳＴＥＭトモグラフィーを用いて３次元画像丸２を得た。

図４に傾斜角度０度のＡＢＳ樹脂のＳＴＥＭ像を示す。図４の（ａ）が通常のＳＴＥＭトモグラフィーで撮影したＳＴＥＭ像であり、図４の（ｂ）が試料を裏返して同じ領域を撮影したＳＴＥＭ像である。図４の（ａ）と（ｂ）とが左右対称の像になっていることが分かる。ＳＴＥＭ像中の灰色の相がＰＢ相、白色の相がポリアクリロニトリルとポリスチレンの混合（ＰＡ／ＰＳ）相である。また、黒色の小さな粒子は金粒子であり、この金粒子は試料表面と裏面に付着している。傾斜角０度のＳＴＥＭ像中の破線の黒丸で示した試料裏面の金粒子がボケていることが分かり、ＳＴＥＭ像からもビームブロードニング（ビーム拡大）の影響が確認できる。

図５に再構成断面像を示す。図５の（ａ）が３次元画像丸１の断面であり、図５の（ｂ）が３次元画像丸２の断面である。図５の（ａ）と（ｂ）は同じ断面を切り出している。図５中の円状の黒色の相がＰＢ相であり、それ以外の灰色の相（マトリックス及びＰＢ相内部の小さい円状の相）がＰＡ／ＰＳ相である。

また、ｚ軸方向は電子線の入射方向であるので、図５（ａ）では電子線が上から下に向かって電子線が入射しており、（ｂ）では電子線が下から上に入射している。破線の黒枠で囲んでいる領域は、電子線が試料表面から約０．６μｍほど内部に入射した領域である。破線の黒枠内部ではＰＢ相（黒相）とマトリックスの境界も鮮明であり、ＰＢ相内部の小さなＰＡ／ＰＳ相（白相）の存在も鮮明に確認できる。

一方、破線の黒枠外部（試料表面から約０．６μｍから試料裏面にかけた領域）では、ＰＢ相とマトリックスの境界も不鮮明であり、ＰＢ相内部の小さなＰＡ／ＰＳ相の存在も不鮮明、若しくは確認できない箇所もある。再構成断面から、電子線が入射する距離に伴いビームブロードニングの影響が大きくなり、分解能の低下が確認できた。

更に、ビームブロードニングの影響による分解能の低下を示すために、３次元画像をｘ−ｙ面で切り出したｘ−ｙスライス像を図６に示す。図６（ａ）は３次元画像丸１のｘ−ｙスライス像である。図６（ａ）の上から下に向かって電子線が入射しており、試料表面を０ｎｍとして表面から１８０ｎｍ内部に入った位置から１００ｎｍ毎にｘ−ｙスライス像を切り出している。

図６（ｂ）は３次元画像丸２のｘ−ｙスライス像であり、図６（ａ）とは逆に下から上に向かって電子線が入射している。また、図６（ａ）と（ｂ）の隣り合うｘ−ｙスライス像は、同じ切り出し位置の関係である。図６（ａ）では表面（上図）から裏面（下図）に向かってｘ−ｙスライス像のＰＢ相内部の白色の小さなＰＡ／ＰＳ相やマトリックスとＰＢ相との境界が不明瞭になっていく様子が確認できる。

図６（ｂ）も試料表面（下図）から裏面（上図）に向かって同じ現象がみられた。このようにビームブロードニングの影響により試料底面に行くほど空間分解能が低下することが明らかになった。そこで、３次元画像丸１及び３次元画像丸２の試料表面から約５００ｎｍ程度の位置で像を切り出し合成し新たな３次元画像丸３を作成することにした（手法は図１参照）。

図７に３次元画像からの展開図を示す。図７（ａ）が３次元画像丸１の展開図、（ｂ）が３次元画像丸２の展開図、（ｃ）が３次元画像丸１の表面から約５００ｎｍの領域（破線の黒枠の領域）を切り出した３次元画像丸１’と、３次元画像丸２の表面から約５００ｎｍの領域（破線の黒枠の領域）を切り出した３次元画像丸２’を合成した３次元画像丸３である。図７（ａ）と（ｂ）のｘ−ｚスライス像（再構成断面像）、ｙ−ｚスライス像ではｚ軸方向にビームブロードニングの影響により分解能が低下し、像がボケているのが確認できる。一方、図７（ｃ）では、図７（ａ）と（ｂ）のビームブロードニングの影響が少ないところの領域を合成することにより、ｚ軸方向に対してビームブロードニングの影響を抑え空間分解能の高い線が得られている。

以上、詳細に説明したように、本発明によれば、試料厚み方向のビームブロードニングによる空間分解能の低下が低減され、定量性の高い３次元画像の取得が可能となる。
（実施例３）
図８は本発明による他の高分解能トモグラフィー法の説明図である。先ず通常のＳＴＥＭトモグラフィーと同様にして傾斜ＳＴＥＭ像シリーズを取得し、ＣＴ法を適用して再構成断面像丸１を得る。次に、観察した試料を裏返して先ほどと同じ領域について傾斜ＳＴＥＭ像シリーズを取得し、ＣＴ法を適用して再構成断面像丸２を得る。次に再構成断面像丸１と同じ方向になるように再構成断面像丸２を回転させる。

次に、再構成断面像丸１をフーリエ変換してフーリエ変換像丸１を得る。次に再構成断面像丸２を１８０°回転した像をフーリエ変換してフーリエ変換像丸２を得る。次に、このフーリエ変換像丸１とフーリエ変換像丸２を足し合わせてフーリエ変換像丸３を得る。得たフーリエ変換像丸３を逆フーリエ変換して再構成断面像丸３を得ることができる。再構成断面像丸３が得られたら、３次元画像を得ることは既存の技術を用いることができ、容易である。

以上の方法で空間分解能の均一な再構成された再構成画像を得ることができ、この手法を用いた全ての再構成断面像をスタックすることで、空間分解能の高い３次元画像を得ることが可能となる。

試料の種類・形状に制限は無いが、今回汎用的な高分子材料の一つであるアクリロニトリル・ブタジエン・スチレン重合合成樹脂（ＡＢＳ樹脂）を用いた。先ずＡＢＳ樹脂をウルトラミクロトームを用いて１μｍ厚みの試料切片を切り出し、ＴＥＭ・ＳＴＥＭ観察用銅製のグリッドの上に乗せた。その後、四酸化オスミウム溶液の蒸気により、ポリブタジエン（ＰＢ）相を金属染色させ、ＳＴＥＭを用いて染色した試料のＳＴＥＭ像を得た。

図９は傾斜角０°のＡＢＳ樹脂のＳＴＥＭ像を示す図である。（ａ）は１μｍ厚みのＡＢＳ樹脂のＳＴＥＭ像、（ｂ）は試料を裏返して撮影した同じ領域のＳＴＥＭ像である。図のスケールバーは０．５μｍである。（ａ）と（ｂ）とは左右対称の像になっていることが分かる。ＳＴＥＭ像中の灰色の相がＰＢ相、白色の相がポリアクリロニトリルとポリスチレンの混合（ＰＡ／ＰＳ）相である。また、黒色の小さな粒子は金粒子であり、この金粒子は試料表面と裏面に付着している。傾斜角０°のＳＴＥＭ像中の破線の黒丸で示した試料裏面の金粒子がボケていることが分かり、ＳＴＥＭ像からもビームブロードニングの影響による像のボケが明らかである。

図１０は傾斜ＳＴＥＭ像シリーズＣＴ法を適用して得た再構成断面像を示す図である。この図は様々な角度に試料を傾斜させて得た傾斜ＳＴＥＭ像シリーズにＣＴ法を適用して得た再構成断面像を示す。（ａ）は紙面に対して上から下に電子線が透過しているために下部でビームブロードニングによる空間分解能の低下が見られ、（ｂ）は紙面に対して下から上に電子線が透過しているために、上部でビームブロードニングによる空間分解能の低下が見られる。

例えば図１０中の白丸部分は（ａ）の方が各相の境界が鮮明に見え、一方破線白丸部分は（ｂ）の方がＰＢ相内部の小さなＰＡ／ＰＳ相の粒子が鮮明に見える。このように、それぞれの再構成断面で空間分解能が不均一である。そこでビームブロードニングによる空間分解能を抑えるために、本発明の手順に従い、それぞれの再構成断面像をフーリエ変換してフーリエ変換像を得た。

図１１はフーリエ変換像を示す図である。（ａ）は図１０の（ａ）のフーリエ変換像を、（ｂ）は図１０の（ｂ）のフーリエ変換像に対応している。２つのフーリエ変換像をフーリエ空間内で足し合わせることでフーリエ変換像を得ることができた（図１２（ａ））。図１２は本発明により得られたフーリエ変換像と再構成断面像を示す図である。（ａ）がフーリエ変換像、（ｂ）が最終的な逆フーリエ変換を行なった後の再構成断面像である。

このフーリエ変換像を逆フーリエ変換することで、（ｂ）に示すような再構成断面像を得ることができた。この再構成断面像は、（ｂ）中の実線及び破線の白丸部分両方共位相の境界部分や内部構成が鮮明であり、紙面に対して上下方向への空間分解能の低下もない、空間分解能が均一な定量性の高い再構成断面像である。この実施例によれば、試料の表面と裏面から撮影して得られた再構成断面像をフーリエ空間内で足し合わせることで、試料厚み方向に対してビームブロードニングの影響からくる空間分解能の低下を抑え、空間分解能が均一となり、定量性の高い３次元画像の取得が可能になった。
（実施例４）
図１３は本発明による他の高分解能トモグラフィー法の説明図である。先ず、通常のＳＴＥＭトモグラフィーと同様にして傾斜ＳＴＥＭ像シリーズを取得し、ＣＴ法を適用することで再構成断面像丸１を得る。次に、観察した試料を裏返して先ほどと同じ領域を再度、傾斜ＳＴＥＭ像シリーズを取得し、ＣＴ法を適用して再構成断面像丸２を得る。

そして、再構成断面像丸１と同じ方向になるように再構成断面像丸２を回転させる。次に、再構成断面像丸１と再構成断面像丸２を実空間で足し合わせて再構成断面像丸３を得る。この実施例は、実施例１がＸ−Ｙ平面で画像を足し合わせたのに対し、Ｘ−Ｚ平面で足し合わせている点が異なる。

以上の手法により、空間分解能の均一な再構成断面像を得ることができ、この手法を用いた全ての再構成断面像をスタックすることで空間分解能の高い３次元像を得ることが可能となる。

試料の種類・形状に制限は無いが、今回汎用的な高分子材料の一つとしてアクリロニトリル・ブタジエン・スチレン重合合成樹脂（ＡＢＳ樹脂）を用いた。先ずＡＢＳ樹脂をウルトラミクロトームを用いて１μｍ厚みの試料切片を切り出し、ＴＥＭ・ＳＴＥＭ観察用銅製のグリッドの上に乗せた。その後、四酸化オスミウム溶液の蒸気により、ポリブタジエン（ＰＢ）相を金属染色させ、ＳＴＥＭを用いて染色した試料のＳＴＥＭ像を得た。

図１４は傾斜角０°のＡＢＳ樹脂のＳＴＥＭ像を示す図である。図１４（ａ）が通常のＳＴＥＭトモグラフィーで撮影したＳＴＥＭ像であり、図１４（ｂ）が試料を裏返しにして同じ領域を撮影したＳＴＥＭ像である。（ａ）と（ｂ）が左右対称の像になっていることが分かる。ＳＴＥＭ像中の灰色の相がＰＢ相、白色の相がポリアクリロニトリルとポリスチレンの混合（ＰＡ／ＰＳ）相である。また、黒色の小さな粒子は金粒子であり、この金粒子は試料表面と裏面に付着している。

傾斜角度０°のＳＴＥＭ像中の破線の黒丸で示した試料裏面の金粒子がボケていることが分かり、ＳＴＥＭ像からもビームブロードニングの影響による像のボケが明らかである。図１５に様々な角度に試料を傾斜させて得た傾斜ＳＴＥＭ像シリーズにＣＴ法を適用して得た再構成断面像を示す。（ａ）は紙面に対して上から下に電子線が透過しているために下部でビームブロードニングによる空間分解能の低下が見られ、（ｂ）は紙面に対して下から上に電子線が透過しているために上部でビームブロードニングによる空間分解能の低下が見られる。

例えば、図１５中の白丸部分は（ａ）の方が各相の境界が鮮明に見え、一方破線白丸部分は（ｂ）の方がＰＢ相内部の小さなＰＡ／ＰＳ相の粒子が鮮明に見える。このように、それぞれの再構成断面で空間分解能が不均一である。そこで、ビームブロードニングによる空間分解能を抑えるために、本発明の手順に従い、図１５の（ａ），（ｂ）に示す２つの再構成断面像を実空間で足し合わせた。

図１６に本発明により得られた再構成断面像を示す。この再構成断面像は図１６中の実線及び破線の白丸部分両方共に相の境界部分や内部構造が鮮明であり、紙面に対して上下方向への空間分解能の低下もない、空間分解能が均一な定量性の高い再構成断面像になっていることが分かる。

以上詳細に説明したように、本発明によれば、試料厚み方向のビームブロードニングによる空間分解能の低下が低減され、定量性の高い３次元画像の取得が可能となる。また空間分解能の均一な再構成断面像を得ることができ、この手法を用いた全ての再構成断面像をスタックすることで空間分解能の高い３次元像を得ることが可能となる。

１ 試料
２ 試料保持台
２ａ’ 試料保持台
３ リテーナー

Claims (7)

1. 走査透過型電子顕微鏡において、試料を傾斜させて計算機トモグラフィー法を用いて試料の第１の３次元画像を得、
   次に試料を裏返して試料を傾斜させて計算機トモグラフィー法を用いて試料の第２の３次元画像を得、
   前記得られた試料の第１の３次元画像の上半分を切り出した画像と、前記試料の第２の３次元画像の上半分を切り出した画像とを合成することにより試料の合成３次元画像を得る、
   ようにしたことを特徴とするトモグラフィー法を用いた試料の３次元画像取得方法。
2. 走査透過型電子顕微鏡において、試料の３次元画像を得る３次元画像取得手段を設け、
   該３次元画像取得手段を用いて試料の第１の３次元画像を得、
   次に、試料を裏返して該３次元画像取得手段を用いて試料の第２の３次元画像を得、
   得られた試料の第１の３次元画像の上半分を切り出した画像と、第２の３次元画像の上半分を切り出した画像とを合成することにより試料の合成３次元画像を得る、
   ようにしたことを特徴とするトモグラフィー法を用いた試料の３次元画像取得装置。
3. 前記試料を自動で裏返すための試料回転機構を設けたことを特徴とする請求項２記載のトモグラフィー法を用いた試料の３次元画像取得装置。
4. 走査透過型電子顕微鏡において、試料を傾斜させて計算機トモグラフィー法を用いて試料の第１の再構成断面像を得、
   次に試料を裏返して試料を傾斜させて計算機トモグラフィー法を用いて試料の第２の再構成断面像を得、
   前記第１の再構成断面像をフーリエ変換して第１のフーリエ変換画像を得、
   前記第２の再構成断面像に対して回転処理及びフーリエ変換処理を行って第２のフーリエ変換画像を得、
   これら第１のフーリエ変換画像と第２のフーリエ変換画像とを足し合わせて第３のフーリエ変換画像を得、
   この第３のフーリエ変換画像を逆フーリエ変換して再構成された再構成断面像を得る、
   ようにしたことを特徴とするトモグラフィー法を用いた試料の３次元画像取得方法。
5. 走査透過型電子顕微鏡において、試料の再構成断面像を得る再構成断面像取得手段を設け、
   該再構成断面像取得手段を用いて試料の第１の再構成断面像を得、
   次に、試料を裏返して前記再構成断面像取得手段を用いて試料の第２の再構成断面像を得、
   試料の再構成断面像をフーリエ変換するフーリエ変換手段を設け、
   前記第１の再構成断面像を該フーリエ変換手段を用いてフーリエ変換して第１のフーリエ変換画像を得、
   前記第２の再構成断面像に対して回転処理及び前記フーリエ変換手段を用いたフーリエ変換処理を行って第２のフーリエ変換画像を得、
   これら第１のフーリエ変換画像と第２のフーリエ変換画像を加算して第３のフーリエ変換画像を得る加算手段を設け、
   該加算手段の出力である第３のフーリエ変換画像を逆フーリエ変換する逆フーリエ変換手段を設け、
   該逆フーリエ変換手段の出力を最終的な再構成断面像とする、
   ように構成されたことを特徴とする試料の３次元画像取得装置。
6. 傾斜ＳＴＥＭ像シリーズを取得し、ＣＴ法を適用することで試料の特定領域について第１の再構成断面像を得、
   次に、試料を裏返して前記特定領域について再度、傾斜ＳＴＥＭ像シリーズを取得し、ＣＴ法を適用して第２の再構成断面像を得、
   次に、第１の再構成断面像と同じ方向になるように第２の再構成断面像を回転させ、
   次に、第１の再構成断面像と前記回転された第２の再構成断面像を実空間で足し合わせて第３の再構成断面像を得る、
   ようにしたことを特徴とする試料の３次元画像取得方法。
7. 走査透過型電子顕微鏡において、試料の再構成断面像を得る再構成断面像取得手段を設け、
   該再構成断面像取得手段を用いて試料の特定領域について第１の再構成断面像を得、
   次に、試料を裏返して前記再構成断面像取得手段を用いて試料の前記特定領域について第２の再構成断面像を得、
   第１の再構成断面像と同じ方向になるように第２の再構成断面像を回転させ、
   第１の再構成断面像と第２の再構成断面像を実空間で足し合わせる足し合わせ手段を設け、
   該足し合わせ手段を用いて第１の再構成断面像と前記回転された第２の再構成断面像を実空間で足し合わせて第３の再構成断面像を得る、
   ように構成されたことを特徴とする試料の３次元画像取得装置。