(57)【要約】【課題】  試料を画像化する方法を提供する。【解決手段】  本発明は、試料を画像化する方法であって、上記試料が、電子顕微鏡の試料ホルダ上に取り付けられ、電子顕微鏡が、光軸に沿ってエネルギー電子のビームを発生させるための電子源と、試料に電子のビームを照射するようにビームを集束および偏向させるための光学素子と、を備える、方法に関する。試料ホルダは、電子ビームに対して試料を位置決めし、かつ傾斜させることができる。この方法は、試料に電子のビームを照射することによって画像の傾斜シリーズを取得するステップと、各画像が、関連付けられた一意の傾斜角および関連付けられた一意の位置で取得されるように、画像の取得中に試料の位置を並行して変更するステップと、を含む。【選択図】図３ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料を画像化する方法であって、前記試料が、電子顕微鏡の試料ホルダ上に取り付けられ、前記電子顕微鏡が、光軸に沿ってエネルギー電子のビームを発生させるための電子源と、前記試料に電子のビームを照射するように前記ビームを集束および偏向させるための光学素子と、を備え、前記試料ホルダが、前記電子ビームに対して前記試料を位置決めし、かつ傾斜させることができ、前記方法が、
−前記試料に前記電子のビームを照射することによって画像の傾斜シリーズを取得することであって、前記画像が、ある読み出し速度を有するカメラに記録され、傾斜角が、画像の前記傾斜シリーズを取得しながら連続的に変更される、取得することと、
−各画像が、関連付けられた一意の傾斜角および関連付けられた一意の位置で取得されるように、前記傾斜シリーズを取得しながら前記試料の位置を並行して変更することと、を含む、方法。
【請求項２】
前記位置を変更することが、前記試料の画像化部分を増加させることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記位置が、前記試料と前記電子ビームとの間の相対移動によって変更される、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記試料の前記位置が、前記試料を前記電子ビームに対して機械的に移動させることによって、連続的に変更される、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
試料を画像化する方法であって、前記試料が、電子顕微鏡の試料ホルダ上に取り付けられ、前記電子顕微鏡が、光軸に沿ってエネルギー電子のビームを発生させるための電子源と、前記試料に電子のビームを照射するように前記ビームを集束および偏向させるための光学素子と、を備え、前記試料ホルダが、前記電子ビームに対して前記試料を位置決めし、かつ傾斜させることができ、前記方法が、
−前記試料に前記電子のビームを照射することによって画像の傾斜シリーズを取得することであって、前記画像が、ある読み出し速度を有するカメラに記録され、傾斜角が、画像の前記傾斜シリーズを取得しながら連続的に変更される、取得することと、
−各画像が、関連付けられた一意の傾斜角および関連付けられた一意のさらなる傾斜角で取得されるように、前記傾斜シリーズを取得しながら前記試料のさらなる傾斜角を並行して変更することと、を含む、方法。
【請求項６】
前記さらなる傾斜角が、前記傾斜角に対して直交している、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記試料が、ピクセル化されたカメラ上で画像化され、毎秒度で表される前記傾斜角の速さ、それぞれ毎秒メートルまたは毎秒度で表される位置またはさらなる傾斜角におけるそれぞれの前記の並行した変更の速さ、および毎秒フレームで表される前記カメラの前記読み出し速度が、１つのフレーム中の傾斜変更による前記画像の変位が１ピクセル未満になるように一致させられる、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記試料のストロボ照明が使用される、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記傾斜シリーズを形成する前記画像のシフトおよび／または回転補正が、互いに対して適用される、請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記シフトおよび／または回転補正が、以下：
−複数の画像の相対位置を同時に補正するために、３つ以上の画像からのデータを使用するアルゴリズム、
−２つの画像のデータを使用するアルゴリズムに基づくペアワイズ補正、
−前記画像における１つ以上のマーカの位置、のうちの１つ以上に基づく、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
試料を画像化するために装備された電子顕微鏡であって、
−前記電子顕微鏡の光軸に沿って電子のビームを生成するように構成された電子源と、
−試料ホルダと、
−画像を取得するためのカメラシステムと、
−前記試料ホルダおよび前記カメラシステムを制御するように構成されたプログラマブルコントローラであって、前記プログラマブルコントローラが、前記試料ホルダおよび前記カメラシステムを制御するようにプログラムされて、前記試料ホルダが連続的に傾斜する間、前記カメラシステムが、前記試料ホルダ上の試料の画像の傾斜シリーズを取得することができるようにし、かつ、前記試料の位置が、各画像が関連付けられた一意の傾斜角および関連付けられた一意の位置で取得されるように、前記傾斜シリーズを取得しながら並行して変更されるようにする、プログラマブルコントローラと、を備える、電子顕微鏡。
【請求項１２】
試料を画像化するために装備された電子顕微鏡であって、
−前記電子顕微鏡の光軸に沿って電子のビームを生成するように構成された電子源と、
−試料ホルダと、
−画像を取得するためのカメラシステムと、
−前記試料ホルダおよび前記カメラシステムを制御するように構成されたプログラマブルコントローラであって、前記プログラマブルコントローラが、前記試料ホルダが第１の傾斜軸を中心に連続的に傾斜する間、および約第２の傾斜軸を中心に連続的に傾斜する間、前記カメラシステムが、前記試料ホルダ上の試料の画像の傾斜シリーズを取得することができるように、前記試料ホルダおよび前記カメラシステムを制御するようにプログラムされて、各画像が、関連付けられた一意の傾斜角および関連付けられた一意のさらなる傾斜角で取得されるようにする、プログラマブルコントローラと、を備える、電子顕微鏡。
【請求項１３】
前記電子顕微鏡が、ソフトウェアでプログラムされており、前記ソフトウェアが、請求項１〜９のうちの一項以上で定義される、試料を画像化する方法を、前記電子顕微鏡が実行することを可能にする、請求項１１または１２に記載の電子顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
詳細な説明
本発明は、電子顕微鏡を使用して試料を画像化する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
このような方法の例は、「Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  ｎｏｔｅ：Ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ  ｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎ  ｏｆ  ＴｅｃｎａｉＴＭ  Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ  Ｓｏｆｔｗａｒｅ”ＦＥＩ  Ｃｏｍｐａｎｙ，ｖｅｒｓｉｏｎ  ３１  Ｄｅｃ．２００３」により知られている。
【０００３】
透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）等の電子顕微鏡では、電子源が、例えば８０〜３００ｋｅＶの選択可能なエネルギーを有するエネルギー電子のビームを生成するが、より高いおよび低いエネルギーが使用されることが知られている。このビームは、光学素子（電子レンズ、偏向器、多重極）によって操作（集束、偏向）され、試料ホルダに載置された試料を照射する。試料ホルダは、試料を位置決めし、ホルダは、通常、３つの並進自由度（ｘ、ｙ、ｚ）と、１つの回転自由度（α）またはそれ以上の回転自由度と、を示す。試料は、ビームに対して透過的であるように十分薄く、一部の電子は吸収されるが、多くの電子は散乱または非散乱しながら試料を通過する。通常、試料の厚さは、生体試料では５０ｎｍ〜１μｍ（極低温試料では５０〜２００ｎｍ）であり、半導体試料では１００ｎｍ未満である。別の組の光学素子は、ＣＭＯＳカメラ、ＣＣＤカメラ、蛍光スクリーン、または光ファイバーを介して接続された蛍光スクリーンとカメラとの組み合わせ等検出器上の試料の拡大画像を形成する。
【０００４】
Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｎｏｔｅに記載されているように、検出器上に形成される画像は、試料の２Ｄ投影である。３Ｄ画像を達成するために、異なる回転配向下での試料の一連の画像が、いわゆる傾斜シリーズで取得される。通常、傾斜シリーズは、１または２度の一定間隔で−７０〜＋７０度の傾斜範囲に及ぶ。次いで、傾斜シリーズの画像が互いに対して整合され、適切なソフトウェアを使用して３Ｄ再構成が作成され、その後、可視化が行われ得る。
【０００５】
傾斜シリーズの画像の各々について、試料を別の傾斜角に配向しなければならない。ＴＥＭの分解能が高いため、試料を、例えば１ｎｍ以下まで安定させるべきである。ゆえに、通常、１秒以上の緩和時間を使用して、ステージのドリフトを減衰させる。この結果、傾斜シリーズの取得は、時間のかかる工程になる。
【０００６】
本出願人の名におけるＵＳ９，１４７，５５１（Ｂ２）では、傾斜シリーズを取得する方法が記載されており、試料ホルダは、傾斜シリーズを取得しながら並行して傾斜角を連続的に変更し、試料の位置は、試料を光軸上に保つように連続的に変更される。これはいわゆる「トモオンザフライ」と呼ばれ、これは、取得時間の高速化とスムーズな傾斜機構の開発により可能になり、傾斜シリーズを得るのに必要な時間が削減された。
【０００７】
傾斜シリーズを取得するための方法をさらに改善したいという要望がある。特に、得られた画像の分解能を上げること、および／または傾斜シリーズが得られる速度を上げることが興味深い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許登録第９，１４７，５５１号公報
【発明の概要】
【０００９】
この目的のために、試料を画像化する方法が提供され、この方法は、請求項１に従って定義される。この方法によると、試料を電子ビームに対して配向および傾斜させることができる試料ホルダが使用される。この方法は、試料に電子のビームを照射することによって画像の傾斜シリーズを取得するステップを含み、画像は、ある読み出し速度を有するカメラに記録され、傾斜角は、画像の傾斜シリーズを取得しながら連続的に変更される。
【００１０】
第１の態様によると、この方法は、傾斜シリーズを取得しながら、試料の位置を変更する並行ステップをさらに含む。特に、上記位置は、画像の傾斜シリーズを取得しながら、連続的に変更される。これは、試料の位置が傾斜角の変更と同時に変更されることを意味する。この結果、各画像は、関連付けられた一意の傾斜角および関連付けられた一意の位置で取得される。
【００１１】
上記で参照したＵＳ９，１４７，５５１（Ｂ２）に記載されている方法では、試料の位置が、試料を光軸上に保つように連続的に変更されることに留意されたい。したがって、実際には、傾斜シリーズの取得中に固定位置を維持することが記載の方法の明確な意図であるため、試料の位置に実際の並行変更はない。したがって、この従来技術の方法は、結果として、関連付けられた一意の傾斜角および単一の固定位置で、各画像が取得されることになる。しかしながら、本発明の上記態様によると、位置は、試料の連続的な傾斜中に連続的に変更されて、一意の傾斜角の組および対応する一意の位置の組を提供する。したがって、試料の位置が変更され、取得された画像の組に追加の試料情報がもたらされる。これにより、本発明の目的が達成される。
【００１２】
位置を変更することが、特に傾斜シリーズの取得中に、試料の画像化された部分を増加させるステップを含み得ることに留意されたい。このように、所望の画像化分解能を保持しながら、試料のより多くの部分が画像化される。この点において、位置が、試料と電子ビームとの間の相対移動によって変更されることが考えられる。例えば、試料は、光軸に対して移動させられ得る。例えば、試料の位置は、試料を電子ビームに対して機械的に移動させることによって、連続的に変更され得る。別の実施形態では、電子ビームは、試料に対して移動させられる。
【００１３】
この点において、第１の傾斜シリーズを実行し、その後、試料を新しい位置に移動させ、次いで、この新しい位置で第２の傾斜シリーズを実行することが知られていることにも留意されたい。新しい位置は、前の位置といくらかの重複が存在するように選択され、その結果、異なる傾斜シリーズについて得られた画像にはいくらかの重複があり、１つ以上の最終画像につなぎ合わせることができるようになる。この既知の方法によると、試料の移動は、傾斜シリーズの取得と並行していない。むしろ、試料の移動は、第１傾斜シリーズと第２傾斜シリーズの間の中間ステップである。
【００１４】
本明細書に開示する方法によると、位置の変更は、傾斜角の変更と同期している。したがって、試料ホルダの位置を新しい位置に移動させて安定させるための時間が費やされない。加えて、カメラは画像を連続的に取得しており、これによって、本明細書に開示する方法は、急速に変更する試料にも適切になる。さらなる利点は、試料の照射に使用され、かつカメラに衝突する全ての電子が画像化に使用されるため、無駄な試料の劣化が発生しないことにある。この点において、特に生体試料が、電子照射に起因する放射線損傷により劣化することが知られている。
【００１５】
別の態様によると、方法は請求項５に従って定義される。本態様によると、この方法は、各画像が、関連付けられた一意の傾斜角および関連付けられた一意のさらなる傾斜角で取得されるように、傾斜シリーズを取得しながら試料のさらなる傾斜角を並行して変更するステップを含む。上記さらなる傾斜角は、上記傾斜角に対して直交し得る。この方法を使用すると、いわゆる欠落ウェッジが減少するため、単一の傾斜シリーズ中に試料に関するより多くの情報がもたらされる。したがって、本発明の目的が達成される。
【００１６】
したがって、上記から、試料の画像の傾斜シリーズを取得しながら、試料の傾斜角および位置、またはさらなる傾斜角をそれぞれ連続的に変更することによって、取得時間が短縮し、および／または試料に関するより多くの情報がもたらされる。したがって、試料を画像化するための改善された方法が得られる。これにより、本発明の目的が達成される。
【００１７】
さらなる有利な実施形態を以下に説明する。
【００１８】
ある実施形態では、試料はピクセル化されたカメラで画像化され、傾斜角の速さは毎秒度で表され、位置またはさらなる傾斜角の並行変更の速さはそれぞれ毎秒メートルまたは毎秒度で表され、毎秒フレームで表されるカメラの読み出し速度は、１フレーム中の傾斜変更による画像の変位が、例えば１ピクセル未満、好ましくは１／２ピクセル未満になるように一致させられる。このように傾斜速度と読み出し速度とを一致させることによって、カメラの分解能が最適に使用される。これらの目的のための既知のカメラは、例えば、４０９６×４０９６ピクセルを含む。カメラの読み出し速度は、カメラの可能性によって、または１つの画像における十分な数の電子の必要性によって、制限され得る。各々の電子の数が少ない多くの画像を統合することが可能であるが、より長い照明時間と、統合された画像の組で利用可能な同数の検出された電子とを含む１つの画像と比較すると、信号対雑音比がより低くなる。ゆえに、より短いフレーム時間を含む複数の画像を統合するよりも、より長いフレーム時間を含む１つの画像を取得することが好ましい。したがって、これにより、カメラの読み出し速度および試料ホルダの傾斜速度の選択がもたらされ得、この場合、各フレームは、画像、例えば３Ｄ再構成（断層像）の形成、および互いに対して画像をシフトする（例えば、相関技術を使用して）のに必要なデータの取得の両方に必要な電子の数について、十分な電子を含む。しかしながら、実際には、カメラの読み出し速度は、制限要因である。ゆえに、可能な限り最高のフレームレートが選択され、線量率および傾斜速度は、上記読み出し速度／フレームレートに適合されている。
【００１９】
ある実施形態では、試料のストロボ照明が使用される。試料は、ストロボ方式で照らされ、照明パルスの周波数は、カメラフレームの読み出しと同期化され得る。好ましくは、単一のパルスが、各フレームの読み出しの開始時に提供される。パルスの持続時間は、残存するモーションブラーの量を指定し、好ましくは、持続時間は、技術的に可能な限り短く選択される。ストロボ照明により、高速で任意の多くの角度を用いて高品質の傾斜シリーズを取得することが可能である一方で、傾斜増分による画像のモーションブラーおよび／または単一の取得画像の露出時間中の再位置決めが引き起こす「不鮮明化」効果が低減する。
【００２０】
ある実施形態では、傾斜の速さが変調される。試料の回転により、画像の変更がもたらされる。この変更は、傾斜角の関数Δ＝ｄ・ｓｉｎαであり、Δは回転による画像点の変位、ｄは傾斜軸に対する試料点の距離、およびαは傾斜軸である。画像間の同一の変位について、小さな傾斜角（光軸に垂直な試料）で、傾斜速度は高傾斜角の場合よりも大きくなり得る。
【００２１】
ある実施形態では、傾斜シリーズを形成する画像へのシフトおよび／または回転補正が互いに対して適用される。傾斜シリーズを形成する画像は、傾斜軸上の１点が全ての画像の基準となるように、配置、シフト、および回転する必要がある。これには、ペアワイズ補正が含まれ得る。しかしながら、画像が使用のアルゴリズムについて画像毎の情報をほとんど含まない場合、２つ以上の画像の組を使用するアルゴリズムを使用してもよく、例えば、シフトおよび／または回転補正は、２つの画像各々を含む２つの組の情報に基づく。さらに、試料がマーカを含み、これらのマーカがシフトおよび／または回転補正に使用されることも考えられる。例えば、直径が１０〜２０ｎｍの金マーカ等のマーカを使用することによって、画像の各々の位置および配向がより簡単に見つけられる。好ましくは、２つ以上のマーカを使用して、傾斜シリーズを形成する画像のシフト補正だけでなく、回転補正も可能にする。また、傾斜角は、マーカの組の相対位置から導出されてもよい。
【００２２】
ある態様によると、試料を画像化するための電子顕微鏡が提供され、上記電子顕微鏡は、
−電子顕微鏡の光軸に沿って電子のビームを生成するように構成された電子源と、
−試料ホルダと、
−画像を取得するためのカメラシステムと、
−試料ホルダおよびカメラシステムを制御するように構成されたプログラマブルコントローラであって、プログラマブルコントローラが、試料ホルダおよびカメラシステムを制御するようにプログラムされて、カメラが、試料ホルダ上の試料の画像の傾斜シリーズを取得することができるようにする一方で、試料ホルダが、連続的に傾斜させられ、試料位置が、各画像が関連付けられた一意の傾斜角および関連付けられた一意の位置で取得されるように、傾斜シリーズを取得しながら並行して変更されるようにする、プログラマブルコントローラと、を備える。ある実施形態では、試料ホルダは、試料を傾斜させ、並行して、電子ビームに対して試料を移動させることができる。これにより、試料の傾斜中に試料の位置を変更することが可能になる。特に、これにより、試料の傾斜中に試料の画像化された部分を増加させることが可能になる。
【００２３】
さらなる態様によると、試料を画像化するための電子顕微鏡が提供され、上記電子顕微鏡は、
−電子顕微鏡の光軸に沿って電子のビームを生成するように構成された電子源と、
−試料ホルダと、
−画像を取得するためのカメラシステムと、
−試料ホルダおよびカメラシステムを制御するように構成されたプログラマブルコントローラであって、プログラマブルコントローラが、試料ホルダおよびカメラシステムを制御するようにプログラムされて、カメラが、試料ホルダ上の試料の画像の傾斜シリーズを取得することができるようにする一方で、試料ホルダが、第１の傾斜軸を中心に連続的に、ならびに第２の傾斜角を中心に連続的に傾斜させられ、各画像が、関連付けられた一意の傾斜角および関連付けられた一意のさらなる傾斜角で取得されるようにする、プログラマブルコントローラと、を備える。これにより、試料を２つの異なる傾斜軸、第１の軸および第２の軸を中心に傾斜させることが可能になる。これらの２つの軸は、互いに直交し得る。これらの２つの軸は、試料によって画定された平面に実質的に平行な平面を画定し得る。コントローラは、第２の傾斜角の変更と比較して、異なる速度で第１の傾斜角を変更するように適合され得る。互いに異なる振幅を割り当てることも可能である。
【００２４】
上述の２つの態様による電子顕微鏡を組み合わせることができることに留意されたい。言い換えると、プログラマブルコントローラは、並行してさらなる傾斜角を変更し、並行して電子ビームに対する試料の位置を変更しながら、第１の軸を中心に試料を傾斜させるように構成され得る。
【００２５】
電子顕微鏡の全ての実施形態において、電子顕微鏡がソフトウェアでプログラムされ、ソフトウェアが、本明細書に記載の試料を画像化する方法を電子顕微鏡が実行することを可能にすることが考えられる。
【００２６】
次に、本明細書に開示する方法および電子顕微鏡の実施形態について、添付の図面を参照して説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】透過型電子顕微鏡を概略的に示す。
【図２】断層像であり得る試料の画像を作成するために使用される典型的なワークフローを示す。
【図３ａ】本明細書に開示する方法の第１の態様による概略的な走査パターンのある実施形態を示し、傾斜角および位置移動が連続的に適用される。
【図３ｂ】本明細書に開示する方法の第１の態様による概略的な走査パターンのある実施形態を示し、傾斜角および位置移動が連続的に適用される。
【図４ａ】本方法による走査パターンのより多くの実施形態を示す。
【図４ｂ】本方法による走査パターンのより多くの実施形態を示す。
【図４ｃ】本方法による走査パターンのより多くの実施形態を示す。
【図５】本方法によるさらなる走査パターンを示す。
【図６】本明細書に開示する方法のさらなる態様のグラフを示し、第１の傾斜角周期およびさらなる傾斜角周期が適用される。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
図１（正確な縮尺ではない）は、本発明のある実施形態による、荷電粒子顕微鏡Ｍのある実施形態の非常に概略的な図である。より具体的には、透過型顕微鏡Ｍのある実施形態を示し、この場合、ＴＥＭ／ＳＴＥＭである。本発明の文脈において、これは、例えば、ＳＥＭまたはイオンベースの顕微鏡と同様に有効であり得ることに留意されたい。
【００２９】
図１において、真空筐体２内では、電子源４は、電子−光軸Ｂ’に沿って伝搬し、かつ電子光学照明器６を横断する電子のビームＢを生成して、電子を試験片Ｓの選択部分に方向付ける／集束させるように機能する（試験片Ｓは、例えば（局所的に）薄く／平坦化され得る）。偏向器８も示され、偏向器８は、ビームＢの走査運動を引き起こすために使用することができる。
【００３０】
試験片Ｓは、ホルダＨが上に接続されているクレードルＡ’を移動させる位置決めデバイス／ステージＡによって、複数の自由度で位置決めされ得る試験片ホルダＨに把持される。試料片ホルダＨは、ＸＹ平面（図１のデカルト座標系を参照）で移動できるフィンガを備えてもよく、通常、Ｚに平行な運動とＸおよび／またはＹ中心の傾斜も可能である。このような移動によって、試料片Ｓの異なる部分が、軸Ｂ’に沿って（Ｚ方向に）進行する電子ビームＢによって照明、画像化、および／または検査されることが可能になる。また、移動によって、ビーム走査の代替として、走査運動を実行することが可能になる。必要に応じて、任意選択の冷却デバイス（図示せず）を、試料片ホルダＨと密に熱的接触させて、試料片ホルダＨ（および、その上の試料片Ｓ）を、例えば極低温度に維持することができる。
【００３１】
電子ビームＢは、（例えば）二次電子、後方散乱電子、Ｘ線、および光放射（カソードルミネッセンス）を含む様々な種類の「誘導」放射を試料片Ｓから発散させるように、試料片Ｓと相互作用する。試料片Ｓを横断し、軸Ｂ’に沿って伝播し続ける電子が調査され得る。このような透過電子束は、一般的に、様々な静電／磁気レンズ、偏向器、および／または補正器を備える画像化システム２４に入る。通常の（非走査）ＴＥＭモードでは、この画像化システム２４は、透過電子束を蛍光スクリーン２６に集束させることができ、蛍光スクリーン２６は、必要に応じて、軸Ｂ’から離れるように格納／回収することができる（矢印２６’によって概略的に示される）。試料片Ｓの（一部の）画像（または、ディフラクトグラム）は、画像化システム２４によりスクリーン２６上に形成され、この画像は、筐体２の壁の適切な部分に位置付けられた視認ポート２８を介して視認され得る。スクリーン２６の格納機構は、例えば、本質的に機械的および／また電気的であり得るが、図面には示されていない。
【００３２】
スクリーン２６上の画像を視認することの代替として、代わりに、画像化システム２４から出ていく電子束の集束深度が一般的に極めて深い（例えば、約１メートル）という事実を利用することができる。この結果、様々な他の種類の分析装置をスクリーン２６の下流で使用することができ、例えば、
−ＴＥＭカメラ３０。カメラ３０において、電子束は、静止画像（または、ディフラクトグラム）を形成することができ、静止画像は、コントローラ／プロセッサ２０により処理され、例えばフラットパネルディスプレイ等のディスプレイデバイス１４上に表示することができる。必要ではない場合、カメラ３０は、軸Ｂ’から離れるように、格納／回収することができる（矢印３０’によって概略的に示される）。
−ＳＴＥＭ検出器３２。検出器３２からの出力は、試料片Ｓ上のビームＢの（Ｘ、Ｙ）走査位置の関数として記録することができ、Ｘ、Ｙの関数としての検出器３２からの出力の「マップ」である画像を構築し得る。検出器３２は、カメラ３０に特徴的に存在するピクセルのマトリックスとは対照的に、例えば２０ｍｍの直径を有する単一のピクセルを含み得る。さらに、検出器３２は、一般的に、カメラ３０（例えば、１０２画像／秒）よりもはるかに高い取得レート（例えば、１０６ポイント／秒）を有する。この場合も、必要ではない場合、検出器３２は、軸Ｂ’から離れるように、格納／回収することができる（矢印３２’によって概略的に示される）。
【００３３】
カメラ／検出器３０または３２を使用する画像化の代替として、例えば、ＥＥＬＳモジュールであり得る分光装置３４を起動することもできる。
【００３４】
項目３０、３２、および３４の順序／位置は厳密ではなく、多くの可能な変形が考えられることに留意されたい。例えば、分光装置３４は、画像化システム２４と一体化することもできる。
【００３５】
示される実施形態では、顕微鏡Ｍは、参照番号４０で概して示される、格納可能なコンピュータ断層撮影（ＣＴ）モジュールをさらに備える。コンピュータ断層撮影（断層画像化とも称される）では、源および（対極にある）検出器を使用して、様々な視点から試料片の透過観察を取得するように、異なる視線に沿って試料片を調べる。ＣＴは、傾斜シリーズを取得すること（各傾斜における（Ｓ）ＴＥＭ画像および／またはＸ線マップを検出すること）によって行われ得る。Ｘ線は、検出器２２および／または４０で検出することができ、その違いは、検出器４０がより大きな立体角を収集することから、より速くなることである。
【００３６】
コントローラ（コンピュータープロセッサ）２０が制御線（バス）２０’を介して様々な図示された構成部品に接続されることに留意されたい。このコントローラ２０は、アクションの同期、設定点の提供、信号の処理、計算の実行、およびメッセージ／情報のディスプレイデバイス（１４）上の表示等の様々な機能を提供することができる。言うまでもなく、（概略的に示された）コントローラ２０は、筐体２の内部または外部に（部分的）存在してもよく、必要に応じて、単体構造または複合構造を有してもよい。
【００３７】
図１に示す電子顕微鏡が多くの構成部品を備え、その多くが明確化の目的だけのために記載されていることに留意されたい。本開示を考慮すると、図１に示す電子顕微鏡１は、例えば電子断層撮影を使用して試料を画像化するために装備され、
−電子顕微鏡１の光軸Ｂ’に沿って電子のビームＢを生成するように構成された電子源４と、
−試料ホルダＨと、
−画像を取得するためのカメラシステム３０と、
−試料ホルダＨおよびカメラシステムを制御するように構成されたプログラマブルコントローラ２０であって、プログラマブルコントローラ２０が、試料ホルダＨおよびカメラシステム３０を制御するようにプログラムされて、カメラが、試料ホルダＨ上の試料Ｓの画像の傾斜シリーズを取得することができるようにする一方で、試料ホルダＨが、連続的に傾斜させられ、試料位置が、各画像が関連付けられた一意の傾斜角および関連付けられた一意の位置で取得されるように、傾斜シリーズを取得しながら並行して変更されるようにする、プログラマブルコントローラと、を備える。位置を変更する代替として、傾斜シリーズを取得しながら、さらなる傾斜角を並行して変更して、各画像が、関連付けられた一意の傾斜角および関連付けられた一意のさらなる傾斜角で取得されるようにしてもよい。さらなる実施形態では、傾斜シリーズが得られるように、位置およびさらなる傾斜角を並行して変更して、各画像が、関連付けられた一意の傾斜角、関連付けられた一意のさらなる傾斜角、および関連付けられた一意の位置で取得されるようにする。
【００３８】
ある実施形態では、電子顕微鏡は透過型電子顕微鏡であり、ＴＥＭカメラ３０がカメラシステムとして使用される。しかしながら、他の実施形態では、ＳＴＥＭ検出器３２が代わりにカメラシステムとして使用されることが考えられる。
【００３９】
したがって、図１は、ＴＥＭ１を概略的に示す。粒子源４は、光軸Ｂ’に沿って電子ビームを生成する。電子は、典型的には８０〜３００ｋｅＶの選択可能なエネルギーを有するが、より高いエネルギー、例えば４００ｋｅＶ〜１ＭｅＶ、またはより低いエネルギー、例えば５０ｋｅＶを使用してもよい。電子のビームは、コンデンサーシステム６によって操作されて、試料Ｓに衝突する平行ビームを形成し、試料は、試料ホルダＨで位置決めされる。試料ホルダＨは、試料Ｓを光軸Ｂ’に対して位置決めしてもよく、試料を光軸Ｂ’に垂直な平面（つまりＸＹ平面）にシフトし、光軸Ｂ’に垂直な少なくとも１つの傾斜軸（つまりＸおよび／またはＹ）に対して試料を傾斜させる。画像化システム２４は、ピクセル化された検出器３２上に試料の拡大画像を形成し、それにより、例えば０．１ｎｍの試料詳細を明らかにするように配置される。検出器３２は、例えば、ＣＣＤまたはＣＭＯＳカメラの形態をとってもよい。
【００４０】
試料ホルダＨおよびカメラシステム３２は、コントローラ２０によって制御され、コントローラは、傾斜シリーズを３Ｄ断層像に変換し、かつ画面１４上で断層像を視覚化するように装備され得る。前述のテクニカルノート「Ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ  ｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎ  ｏｆ  ＴｅｃｎａｉＴＭ  Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ  Ｓｏｆｔｗａｒｅ」で記載のように、視覚化には専用ソフトウェアが使用されることに留意されたい。
【００４１】
コントローラ１２６は、カメラシステム１２４を介して取得した画像をメモリに保存する一方で、試料ホルダ１１０を制御して、傾斜軸１１４の周りで制御された傾斜速さで傾斜させ、同時に電子顕微鏡を制御して、試料Ｓの配向を変更するようにプログラムされる。試料の３Ｄ画像を再構成するのに十分なデータを入手するために、試料ステージは、試料を大きな角度（通常−８０〜＋８０度）で傾斜させることができる。ある実施形態では、試料ステージＨは、特に前述の傾斜軸に垂直にあるさらなる傾斜軸を中心に試料を傾斜させることによって、試料の配向を変更することができる。したがって、ある実施形態では、試料ステージＨは、Ｘ軸およびＹ軸を中心に傾斜し得る。
【００４２】
コントローラは、ある実施形態では、光軸に対して試料Ｓを再位置決めするために、光軸Ｂ’に対する試料Ｓの位置を制御することができる。これは、１つ以上の偏向器８を制御することにより、または試料ホルダＨを適宜制御することにより静止光軸Ｂ’に対して試料Ｓを機械的に移動させることによって行われ得る。
【００４３】
本明細書に開示の方法によると、傾斜シリーズの画像を取得しながら、試料の配向が並行して変更され、各画像が、関連付けられた一意の傾斜角および関連付けられた一意の配向で取得されるようにする。これについては、図２および図３を参照して後でより詳細に説明する。
【００４４】
図２は、本明細書に開示する方法のある実施形態で試料の画像を作成するために使用される典型的なワークフローを示す。
【００４５】
ステップ３０１において、試料がＴＥＭに載置される。
【００４６】
ステップ３０２において、関心体積が位置付けられる。これには、マーカの位置が関与し得る。ＴＥＭは関心体積に最適に集束され得る。集束外しは、コントラストと分解能の間で最適になるように設定される。
【００４７】
ステップ３０３において、試料は開始位置に位置決めされ、ここで関心体積の下位部分が画像化される。試料は、例えば−７０度のその第１の（極端な）傾斜角まで回転する。次いで、試料は、傾斜シリーズの準備が整い、取得を開始してもよい。当然ながら、他の開始角度、例えばゼロ傾斜も可能である。
【００４８】
ステップ３０４において、傾斜シリーズが開始し、傾斜は、他方の極端な傾斜角、例えば＋７０度に徐々であるが連続的に変更される。ステップ３０５において、ステップ３０４を実行しながら、試料の位置が連続的に変更される。このようにして、関心体積の相互に異なる下位部分が画像化され得る。画像化された部分は、（追加の）ｘ／ｙ／ｚ並進による集束（集束外し）に保たれ得る。ステップ３０６で最終位置に到達するまで、ステップ３０４および３０５を（図示するように）繰り返してもよい。試料の位置を変更しながら、傾斜を徐々に前後に変更すること、つまり、−７０度から＋７０度まで、そして再び−７０度まで戻ることが可能である。したがって、開始位置から最終位置への位置の並行変更中に、複数の傾斜周期を実行してもよい。
【００４９】
ステップ３０７において、全ての画像が取得されると、傾斜シリーズを形成する画像が整合される。これが画像の取得中に既に開始してもよいことに留意されたい。
【００５０】
ステップ３０８において、傾斜シリーズは、断層像を計算するために使用される。このステップが、情報がまだ取得されている間に既に開始できることから、必要な合計時間が短縮されることに留意されたい。
【００５１】
ステップ３０９において、断層像は、ユーザー入力（要求されたスライス面、角度、厚さ、コントラスト等）に基づいて視覚化される。
【００５２】
当業者には明らかであるため、これはワークフローの多くの実装のうちの１つのみである。例えば、ワークフローを修正することができ、または他のステップを追加することができる。
【００５３】
例として、傾斜角を連続的に変更する間に、一連の集束設定が並行して適用されることが考えられる。特に、これは、傾斜角を連続的に変更している間に、集束も連続的に変更してもよいことを意味する。好ましくは、傾斜角の変更の速度は、集束設定の変更の速度に比べて相対的に遅く、相対的に小さな傾斜範囲で、集束設定の周期が適用され得る。次いで、次の相対的に小さい傾斜範囲で、さらなる集束設定の周期が再び適用される。各（相対的に小さな）試料傾斜角範囲での対応する一連の成分画像を撮像することによって、所定の傾斜角範囲の後続の画像に、所望の所定の集束状態（例えば、集束合わせまたは所定の集束外し度））を有する試料の複数の部分があることが確実になる。原理上、所定の集束状態における傾斜試料について、試料上の１つのｙ座標のみがその状態を有することが、当業者に既知である（図１に示す座標を参照）。したがって、従来の透過断層撮影では、試料の所定の（表面下）「層」または「レベル」の数学的に再構成された画像は、通常、準最適な分解能および不規則なパワースペクトルを明示する。（基本的にデータを「ぼやけ」の混合度合いと処理する結果）。しかしながら、試料を連続的に傾斜させながら集束設定を変動させる場合、集束状態を選択するために試料上の複数のｙ座標を再構成することを可能にする３Ｄ画像化立方体を撮像することが可能である。固定傾斜角で一連の集束設定を取得し、離散傾斜角間隔の範囲内の固定傾斜角毎に上記一連を繰り返すことが、出願人の名におけるＵＳ８，９１２，４９１（Ｂ２）より知られていることに留意されたい。
【００５４】
特に、位置および傾斜角が交換されることが考えられる。これは、前述と同じように、ステップ３０３で開始傾斜角および開始位置が選択されること、ならびにこの傾斜角が、ステップ３０６で終了傾斜角に到達するまでステップ３０５で連続的に変更されることを意味する。同時に、試料位置が開始位置から終了位置に変更され、次いで再び開始位置に戻されて、開始位置から終了位置までの１つ以上のさらなる周期を行う。したがって、傾斜角の並行変更中に、複数の周期の位置移動を実行してもよく、これは、例えば−７０度から＋７０度までの単一周期であってもよく、または複数周期であってもよい。
【００５５】
図３から図６は、本明細書に開示する方法に沿った走査パターンの可能な実施形態を示す。
【００５６】
図３ａは、電子ビームに対する関連付けられた傾斜角および試料位置を含む概略走査パターンを示す。図３ｂは、図３ａに示す走査パターンの一部に対応する試料ホルダの位置（または時間）および傾斜角の図を示す。
【００５７】
図３ａでは、Ｖは、画像化される試料の関心体積を示す。関心体積Ｖ（実線の四角）のサイズは、カメラの有効視野Ｃ（破線）よりも大きい。ここで、関心体積Ｖは、視野Ｃの約９倍に等しい。従来技術の方法によると、各下位部分Ｃは１回訪問され、それぞれの下位部分Ｃについて画像の傾斜シリーズが得られる。後続の画像をつなぎ合わせることができるように、下位部分間でいくらかの重複が必要になる。
【００５８】
本明細書に開示する方法の一態様によると、図３ａに示すように、試料ホルダの傾斜角は、開始傾斜位置ｔｓから中間傾斜位置ｔｍ、および終了傾斜位置まで連続的に変更される。終了傾斜位置ｔｅに到達すると、試料は再び開始傾斜角ｔｓに戻る。示されている実施形態（図３ｂ）では、非常に速い速度で傾斜戻しが生じるが、実際には、この速度はステージの可能性によって制限される。
【００５９】
同時に、傾斜角が連続的に変更される間、電子ビームに対する試料の位置も変更され、開始位置Ｐｓで始まり、図３ａで例として示すようなジグザグパターンで終了位置Ｐｅに向かって移動する。試料の傾斜速度および相対移動は、全ての傾斜位置が単一の下位部分で見えるようにここで選択される。実際には、これは、試料の特定の特徴が、例えば傾斜角ｔｓで画像の左部分に入り、例えば傾斜角ｔｅで画像の右部分を出るまで、移動速度で画像を徐々に移動することを意味する。当然ながら、多数の傾斜の周期にわたって、特定の特徴が画像に見えるように、傾斜速度を上げることが可能である。
【００６０】
図３ａおよび図３ｂに示す位置決めおよび傾斜移動の効果は、各画像が、関連付けられた一意の傾斜角および関連付けられた一意の位置で取得されること、ならびに試料の関心体積Ｖが、特定の視野Ｃに関連付けられた詳細を保持しながら、高速で画像化され得ることである。
【００６１】
当然ながら、位置決めパターンおよび傾斜パターンを必要に応じて修正してもよいことが、当業者には明らかであろう。図４ａおよび図４ｂは、異なる移動パターンが使用される（開始位置Ｐｓから終了位置Ｐｅまで）２つの実施形態を示し、揺動前後移動が傾斜角に使用される（時間または位置対傾斜角の図を示す図４ｃも参照。
【００６２】
図５は、位置決め移動が傾斜速度に比べて比較的速いある実施形態を示す。したがって、開始位置Ｐｓから終了位置Ｐｅまで、傾斜角は、Δαの量だけｔｓからｔ２に変更される。ついで、試料を再び開始位置Ｐｓに再位置決めし、試料を追加量のΔαだけ傾斜させた別の軌道を作成する。この工程は、ｔｓからｔｅまでの所望の傾斜範囲、例えば−７０度から＋７０度に到達するまで繰り返される。当然ながら、他の範囲も考えられる。
【００６３】
図６は、第１の（固定）傾斜角が連続的に変更され（破線）、同時に第２の（固定）傾斜角も変更される（実線）ある実施形態を示す。第２の傾斜軸は、第１の傾斜軸に対して実質的に直交し得る。変更の速度は、第１および第２の傾斜角について同じになるように選択され得るが、示されている実施形態では、第１の傾斜角（破線）の変更速度は、第２の傾斜角（実線）の変更速度と比較して非常に遅い。傾斜範囲は、第１の傾斜角では−７０度から＋７０度、第２の傾斜角では−１０度から＋１０度であり得る。他の値も考えられる。第１の角度の比較的小さな傾斜範囲に対して、第２の傾斜角の全運動範囲が完了し得る。例えば、第２の傾斜角の−１０度から＋１０度への変更は、第１の角度が約５度変更される間に完了され得る。したがって、所定の範囲−７０度から＋７０度にわたって、第２の傾斜角の範囲は１４回（１４０を５で割った値）完了する。図６に示す実施形態では、第２の傾斜角は、−７０度から＋７０度までの第１の傾斜角の単一周期に対して合計２５回完了する。他の値も考えられることが理解されたい。加えて、位置の変更（前の図３から５に関して説明したように）も同様に適用してもよいことに留意されたい。このような傾斜移動を実現するための段階は、それ自体が当業者に知られている。
【００６４】
所望の保護は、添付の特許請求の範囲によって決定される。
【００６５】
非特許文献
［−１−］  Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  ｎｏｔｅ：「Ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ  ｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎ  ｏｆ  ＴｅｃｎａｉＴＭ  Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ  Ｓｏｆｔｗａｒｅ」，ＦＥＩ  Ｃｏｍｐａｎｙ，ｖｅｒｓｉｏｎ  ３１  Ｄｅｃ．２００３
【図１】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図４ｃ】
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【図５】
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【図６】
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【外国語明細書】
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