(57)【要約】  露光時間が異なる複数の電子線回折像を取得して合成し、個々の電子線回折像に比してダイナミックレンジの広い画像を取得する技術を採用する。  より具体的には、荷電粒子線を試料へ照射する照射部と、前記試料からの電子を検出し、像を得る検出部と、処理部とを有する荷電粒子線装置にあって、前記検出部は、第１の露光時間による第１の電子線回折像、及び、前記第１の露光時間とは異なる第２の露光時間による第２の電子線回折像を得（４０４）、前記処理部は、前記第１の電子線回折像と前記第２の電子線回折像とを合成し、前記第１の電子線回折像、及び前記第２の電子線回折像よりもダイナミックレンジの広い第３の画像を得る（４０５）。
2016174707.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子線を試料へ照射する照射部と、  前記試料からの電子を検出し、像を得る検出部と、  処理部と、を有し、  前記検出部は、第１の露光時間による第１の電子線回折像、及び前記第１の露光時間とは異なる第２の露光時間による第２の電子線回折像を得るものであり、  前記処理部は、前記第１の電子線回折像と前記第２の電子線回折像とを合成し、前記第１の電子線回折像、及び前記第２の電子線回折像よりもダイナミックレンジの広い第３の画像を得る、荷電粒子線装置。
【請求項２】
請求項１に記載の荷電粒子線装置において、  表示部を更に有し、  前記処理部は、前記第３の画像に対してトーンマッピング処理を行って第４の画像を得、  前記表示部は、前記第４の画像を表示する、荷電粒子線装置。
【請求項３】
請求項２に記載の荷電粒子線装置において、  前記合成は、前記第１の電子線回折像の第１の波形と前記第２の電子線回折像の第２の波形とを接続し、前記第３の画像を得る処理を含む、荷電粒子線装置。
【請求項４】
請求項３に記載の荷電粒子線装置において、  前記接続とは、前記第１の波形、および前記第２の波形のうち、片方の波形の信号部分と飽和部分の境界へもう片方の波形の信号部分を接続することである、荷電粒子線装置。
【請求項５】
請求項１に記載の荷電粒子線装置において、  前記合成は、前記第１の電子線回折像の第１の波形と前記第２の電子線回折像の第２の波形とを接続し、前記第３の画像を得る処理を含む、荷電粒子線装置。
【請求項６】
請求項５に記載の荷電粒子線装置において、  前記接続とは、前記第１の波形、および前記第２の波形のうち、片方の波形の信号部分と飽和部分の境界へもう片方の波形の信号部分を接続することである、荷電粒子線装置。
【請求項７】
請求項１に記載の荷電粒子線装置において、  表示部を更に有し、  前記処理部は、前記第３の画像に対して圧縮処理を行って第４の画像を得、  前記表示部は、前記第４の画像を表示する、荷電粒子線装置。
【請求項８】
請求項５に記載の荷電粒子線装置において、  表示部を更に有し、  前記処理部は、前記第３の画像に対してカラーマッピング処理を行って第４の画像を得、  前記表示部は、前記第４の画像を表示する、荷電粒子線装置。
【請求項９】
荷電粒子線を試料へ照射する照射部と、前記試料からの電子を検出し、像を得る検出部と、処理部とを有する荷電粒子線装置を用いた前記試料の観察方法において、  前記検出部は、第１の露光時間による第１の電子線回折像、及び前記第１の露光時間とは異なる第２の露光時間による第２の電子線回折像を得、  前記処理部は、前記第１の電子線回折像と前記第２の電子線回折像とを合成し、前記第１の電子線回折像、及び前記第２の電子線回折像よりもダイナミックレンジの広い第３の画像を得る、荷電粒子線装置を用いた試料の観察方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の荷電粒子線装置を用いた試料の観察方法において、  前記処理部は、前記第３の画像に対してトーンマッピング処理を行って第４の画像を得、前記第４の画像を表示部に表示する、荷電粒子線装置を用いた試料の観察方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の荷電粒子線装置を用いた試料の観察方法において、  前記合成は、前記第１の電子線回折像の第１の波形と前記第２の電子線回折像の第２の波形とを接続し、前記第３の画像を得る処理を含む、荷電粒子線装置を用いた試料の観察方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の荷電粒子線装置を用いた試料の観察方法において、  前記接続とは、前記第１の波形、および前記第２の波形のうち、片方の波形の信号部分と飽和部分の境界へもう片方の波形の信号部分を接続することである、荷電粒子線装置を用いた試料の観察方法。
【請求項１３】
請求項９に記載の荷電粒子線装置を用いた試料の観察方法において、  前記合成は、前記第１の電子線回折像の第１の波形と前記第２の電子線回折像の第２の波形とを接続し、前記第３の画像を得る処理を含む、荷電粒子線装置を用いた試料の観察方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の荷電粒子線装置を用いた試料の観察方法において、  前記接続とは、前記第１の波形、および前記第２の波形のうち、片方の波形の信号部分と飽和部分の境界へもう片方の波形の信号部分を接続することである、荷電粒子線装置を用いた試料の観察方法。
【請求項１５】
請求項９に記載の荷電粒子線装置を用いた試料の観察方法において、  前記処理部は、前記第３の画像に対して圧縮処理を行って第４の画像を得、前記第４の画像を表示部に表示する、荷電粒子線装置を用いた試料の観察方法。
【請求項１６】
請求項１３に記載の荷電粒子線装置を用いた試料の観察方法において、  前記処理部は、前記第３の画像に対してカラーマッピング処理を行って第４の画像を得、前記第４の画像を表示部に表示する、荷電粒子線装置を用いた試料の観察方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、荷電粒子線装置に関し、特に高ダイナミックレンジによる試料の観察を可能とする技術に関する。
【背景技術】
【０００２】  試料の微細構造の観察には電子顕微鏡やイオン顕微鏡が用いられる。特に、試料内部の形態、結晶構造、組成、電子状態など調べる用途には、透過型電子顕微鏡が用いられる。透過型電子顕微鏡は、薄片化した試料に対して電子線を照射して、その透過電子や散乱電子を選択的に結像することにより観察像を取得し表示する。従来装置の中には、電子線回折像のメインスポットを正確かつ迅速に特定して、スポット間距離を自動的に計測できるものもある（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１４５４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】  図１に、従来装置で撮影した電子線回折像（回折パターン）の模式図を示す。図１は、電子線回折像の観察条件を調整する前の状態を表している。電子線回折像（上段の図）は、電子線強度の一次元分布（下段の図）を有している。ここでは、蛍光板上における電子線強度の分布を、一次元分布000とする。下段図の縦軸は電子線強度であり、横軸は上段図のスポット位置に対応する。【０００５】  画像検出装置により取得可能な電子線強度は、画像検出装置のダイナミックレンジ107で定まる。図１の場合（観察条件を調整する前）、画像検出装置により、第一の回折波スポット101と、第二の回折波スポット102と、透過波スポット103とが撮影されている。ただし、透過波スポット103のピーク付近の電子線強度は、画像検出装置のダイナミックレンジ107を超える。このため、透過波スポット103のピーク付近の電子線強度は、ダイナミックレンジ107の上限値として検出される。【０００６】  従来装置では、既知の手法により、第一の回折波スポット101の重心点を求め、当該重心点を通る第一の重心線104を引く。同様に、第二の回折波スポット102の重心点を通る第二の重心線105を引く。また、透過波スポット103の重心点を通る第三の重心線106を引く。【０００７】  ところが、第一の回折波スポット101の電子線強度のピーク位置と第一の重心線104とは一致していないことがある。その原因は、電子線強度の分布の歪み等により第一の回折波スポット101のピーク位置を正しく判別できていないためである。このため、図１の電子線回折像では、第一の回折波スポット101と第二の回折波スポット102の間の距離108を正確に測定することができない。【０００８】  図２に、観察条件を調整した後に（露光時間を図１よりも短くして）撮影した電子線回折像の模式図を示す。図２の場合も、蛍光板上における電子線強度の分布は、一次元分布000で表される。図２においては、露光時間が相対的に短いため、電子線強度の高い信号のみが撮影されている。図２のダイナミックレンジ115は、図１のダイナミックレンジ107よりも電子線強度の高い信号部分にシフトしている。【０００９】  図２の場合（観察条件の調整後）も、画像検出装置により、第一の回折波スポット109、第二の回折波スポット110、透過波スポット111が撮影される。露光時間が短いため、各スポットの径は調整前の径よりも小さくなっている。結果的に、スポット内における電子線強度分布の歪は、図１の場合に比して小さくなる。ただし、各ピークに対応する電子線強度の分布情報は少なく、ノイズの影響を受け易くもなる。【００１０】  ここで、第一の回折波スポット109の重心点を通る第一の重心線112を引き、第二の回折波スポット110の重心点を通る第二の重心線113を引き、透過波スポット111の重心点を通る第三の重心線114を引く。図２の場合、第一の回折波スポット109の電子線強度のピーク位置と第一の重心線112とは一致する。このため、図２の場合には、電子線回折像から、第一の回折波スポット109と第二の回折波スポット110の間の距離116を正確に測定することができる。【００１１】  ところが、全てのスポットについて、その重心線と対応する電子線強度のピーク位置とが一致する露光時間を求めることは容易ではない。一般には、最適な観察条件を決定す��ために異なる観察条件による一次元分布000の取得を複数回繰り返す必要がある。このため、従来法を実施する画像検出装置では、正確なスポット間距離の測定のために、作業者が、観察条件（例えば露光時間）を繰り返し調整する必要がある。【００１２】  本発明者は、かかる調整作業が不要又は調整作業に伴う作業性が高い荷電粒子線装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１３】  本発明は、上記目的を達成するために、特許請求の範囲に記載の構成を採用する。すなわち、本発明は、露光時間が異なる複数の電子線回折像を取得して合成することにより、個々の電子線回折像に比してダイナミックレンジが広い画像の取得を可能とする技術を採用する。【００１４】  より具体的には、本発明の荷電粒子線装置は、荷電粒子線を試料へ照射する照射部と、前記試料からの電子を検出し、像を得る検出部と、処理部とを有し、前記検出部は、第１の露光時間による第１の電子線回折像、及び、前記第１の露光時間とは異なる第２の露光時間による第２の電子線回折像を得、前記処理部は、前記第１の電子線回折像と前記第２の電子線回折像とを合成し、前記第１の電子線回折像、及び前記第２の電子線回折像よりもダイナミックレンジの広い第３の画像を得る技術を採用する。
【発明の効果】
【００１５】  本発明によれば、観察条件の調整時における作業性の高い荷電粒子線装置を実現することができる。前述した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施の形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】従来法による調整前の電子線回折像とその電子線強度の分布を示す図。
【図２】従来法による調整後の電子線回折像とその電子線強度の分布を示す図。
【図３】実施例１に係る荷電粒子線装置の概略構成を示す図。
【図４】実施例１に係る荷電粒子線装置の処理手順を説明するフローチャート。
【図５】高ダイナミックレンジの電子線回折像の作成方法を説明する図。
【図６】実施例２に係る荷電粒子線装置の処理手順を説明するフローチャート。
【図７】高ダイナミックレンジ画像からカラーマッピング画像を生成する方法を説明する図。
【図８】高ダイナミックレンジの電子線回折像を説明する図。
【図９】一般的なトーンマッピングにより高ダイナミックレンジの電子線回折像を圧縮した場合の電子線回折像とその電子線強度の分布を示す図（比較例）。
【図１０】カラーマッピング後の電子線回折像とその電子線強度の分布を示す図。
【図１１】実施例３で用いるGUIの例を示す図。
【図１２】実施例３に係る荷電粒子線装置の処理手順を説明するフローチャート。
【図１３】色分け表示されたスポット領域の重心を求めて表示する方法を説明する図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】  以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態を説明する。なお、本発明の実施の態様は、後述する実施例に限定されるものではなく、その技術思想の範囲において、種々の変形が可能である。
【００１８】  ［実施例の概要］  以下では、実施例１〜３について具体的な構成を説明する。実施例1では、電子線回折像を取得する装置（透過電子顕微鏡）に、HDRイメージング（HDR：High Dynamic Range imaging）技術を適用して従来法の課題を解決する方法について説明する。なお、実施例１で使用するHDRイメージング技術は、露光時間の異なる２種類の電子線回折像の合成処理と非線形のトーンマッピング処理とで構成される。
【００１９】  実施例２では、高ダイナミックレンジ画像の階調情報を非圧縮のまま観察する方法について説明する。実施例２のHDRイメージング技術と実施例１のHDRイメージング技術との違いは、トーンマッピング処理の代わりにカラーマッピング処理を用いる点である。
【００２０】  実施例３は、実施例２で説明するカラーマッピング技術の応用例について説明する。実施例３では、カラーマッピング処理で得られた色別の像の重心をGUIに表示することにより、位置ズレ（歪みにより発生する）を起こした回折スポットの電子線強度分布の分析を可能とする。
【００２１】  ［実施例１］  ［装置構成］  図３に、本実施例で使用する透過電子顕微鏡の主要な構成を示す。電子銃301から放射された電子線は、加速管302によって加速される。加速管302の内部は、排気装置303によって真空状態に保持されている。電子線は、集束レンズ304によって集束された後、試料312に照射される。試料312の厚みは、電子線が透過できるように薄く加工されている。試料312は試料ホルダ305によって支持されている。試料312を透過した電子の一部は、試料312の下方位置に配置された絞り穴313により通過が制限される。絞り穴313を通過した電子線は結像レンズ306によって結像され、蛍光板307に衝突する。蛍光板307は、衝突した電子線の強度に応じて発光する。蛍光板307の下方位置には画像検出装置308が配置されており、当該画像検出装置308によって蛍光板307の発光が撮影される。撮影された画像は、コンピュータ309で処理され、表示装置310の画面上に表示される。コンピュータ309には入力装置314が接続されており、作業者の指示入力に用いられる。
【００２２】  ［処理手順］  図４を用いて、本実施例で実行される処理手順を説明する。具体的には、ダイナミックレンジの広い電子線回折像を撮影して解析する（例えばスポット間距離を計測する）までの処理手順を説明する。なお、各処理は、コンピュータ309が実行するプログラムを通じて実現される。コンピュータ309は、前述した画像処理の他、透過電子顕微鏡を構成する各部の制御を実行する。
【００２３】・ステップ401  コンピュータ309は、集束レンズ304を制御し、試料312のうち視野領域に相当する範囲を、均一で平行なビームにより照射する。
【００２４】・ステップ402  コンピュータ309は、絞り穴313の位置を調整し、試料312を透過した電子線の一部を制限し、作業者によって指定された領域に対応する電子線のみが蛍光板307に到達するように制御する。
【００２５】・ステップ403  試料312を透過する電子線は、透過波と回折波に分れている。結像レンズ306は、透過波と回折波を蛍光板307上にスポットを形成するように集束する。これにより、蛍光板307には、電子線回折像（回折パターン）が形成される。
【００２６】・ステップ404  ここから、自動的に実行される調整シーケンスが開始される。
【００２７】  まず、画像検出装置308は、第一の露光時間で第一の電子線回折像を撮影する。次に、画像検出装置308は、第二の露光時間で第二の電子線回折像を撮影する。本実施例の場合、第一の露光時間は第二の露光時間より長く設定されている。このため、第一の露光時間で取得される第一の電子線回折像では、電子線強度が相対的に低い部分の階調情報が多く含まれる。なお、第一の電子線回折像では、電子線強度が相対的に高い部分の階調情報は飽和している。第二の露光時間で取得される第二の電子線回折像では、電子線強度が相対的に高い部分の階調情報が多く含まれる。なお、電子線強度が相対的に低い部分の階調情報は少ないか、含まれない。
【００２８】・ステップ405  次に、コンピュータ309は、HDRイメージングを実行する。前述したように、HDRイメージングは、露光時間の異なる２種類の電子線回折像の合成処理とトーンマッピング処理とで構成される。前者はダイナミックレンジを拡張した（すなわち、高ダイナミックレンジ化した）電子線回折像を生成する処理であり、ステップ405で実行される。後者は高ダイナミックレンジの画像をモニタに表示するための処理であり、ステップ406で実行される。ただし、露光時間の異なる２種類より多い電子線回折像の合成処理も、同様な手順で実現でき、HDRイメージングの合成処理は、これを含む。
【００２９】  図５を用いて、高ダイナミックレンジの電子線回折像を得る方法を説明する。図５（ａ）で、点線で示す一次元分布501が、第一の電子線回折像に対応する電子線強度の分布である。また、同図で、実線で示す一次元分布502が、第二の電子線回折像に対応する電子線強度の分布である。いずれの一次元分布も、その電子線強度の検出値は、画像検出装置308のダイナミックレンジ503の上限又は下限を超えると飽和する。従って、第二の露光時間は、測定対象とするピーク波形のピーク点が一次元分布502に含まれるように定める必要がある。
【００３０】  図５（ｂ）では、第一の電子線回折像に対応する電子線強度の一次元分布501のうち、第二の電子線回折像に対応する電子線強度の一次元分布502とオーバーラップさせる部分を、第一のオーバーラップ505とする。また、第二の電子線回折像に対応する電子線強度の一次元分布502のうち、第一の電子線回折像に対応する電子線強度の一次元分布501とオーバーラップさせる部分を、第二のオーバーラップ506とする。
【００３１】  さらに、第二のオーバーラップ506の第一のオーバーラップ505に対する倍率をシフト倍率507とする。シフト倍率507は、２つの一次元分布のうち、一方の一次元分布で飽和している部分に、他方の一次元分布の飽和していない部分をつなげるための移動量である。シフト倍率507は、第一の電子線回折像と第二の電子線回折像から算出する。シフト倍率507の算出後、コンピュータ309は、算出されたシフト倍率507に基づいて、第二の電子線回折像の電子線強度の一次元分布502を、第一の電子線回折像の電子線強度の一次元分布501の上にシフトする。すなわち、コンピュータ309は、第二の電子線回折像の電子線強度の一次元分布502を、第一の電子線回折像の電子線強度の一次元分布501の上部に重ねた一次元分布を算出する。
【００３２】  当該算出により、図５（ｃ）に示すような、第一の電子線回折像の画素値と、シフトした第二の電子線回折像の画素値とで与えられる高ダイナミックレンジ（画像検出装置308のダイナミックレンジ508より広いダイナミックレンジ）の電子線回折像が生成される。算出された一次元分布には全てのピーク波形が含まれている。
【００３３】・ステップ406  このステップでは、HDRイメージングの２つ目の処理を実行する。すなわち、トーンマッピング処理を実行する。コンピュータ309は、ステップ405で算出された高ダイナミックレンジの電子線回折像をトーンマッピング処理する。すなわち、コンピュータ309は、一旦拡張した信号強度を非線形圧縮し、標準的なダイナミックレンジを有するトーンマッピング画像を算出する。ここでの非線形処理は、回折スポットに対応する一次元分布の圧縮率が透過スポットに対応する一次元分布の圧縮率よりも小さくなるように定められている。この非線形圧縮により、圧縮後も、回折スポットの電子線強度の分布情報が多く保存される。
【００３４】・ステップ407  コンピュータ309は、前ステップで生成されたトーンマッピング画像を表示装置310に表示する。以上の調整シーケンスの処理により、コンピュータ309は、解析処理に先立って行う必要がある煩雑な調整作業の省略を可能とする。
【００３５】・ステップ408  これ以降の処理は、従来法と同様の電子線回折像の解析処理が実行される。例えば、得られた電子線回折像に対する、メインスポットの検出、二値化に用いる閾値の決定、スポット重心の情報によるスポット間距離の計測、結晶の格子面間隔及び散乱角の算出が順番に実行される。
【００３６】  ［まとめ］  以上説明したように、本実施例に係る透過電子顕微鏡は、画像検出装置308のダイナミックレンジ508よりもダイナミックレンジの広い（高ダイナミックレンジ化した）電子線回折像を中間的に生成した後に、生成された電子線回折像を非線形圧縮して解析用の画像とする。このため、生成される電子線回折像に現れる各スポットの電子線強度の分布には、従来法に比して多くの情報が含まれることになる。このため、ノイズ等の影響を受けずに、各スポットの重心点を正確に決定することが可能となり、スポット間距離を従来法に比してより正確に計測することができる。
【００３７】  ［実施例２］  ［装置構成等］  本実施例でも、実施例１で説明した構成の透過電子顕微鏡（図３）を使用する。本実施例と実施例１との違いは、コンピュータ309の処理内容である。
【００３８】  ［処理手順］  図６を用いて、本実施例で実行される処理手順を説明する。図６には、図４との対応部分に同一符号を付して示している。本実施例の場合、ステップ406及び407で説明したトーンマッピングに代えて、カラーマッピングを用いる点で相違する。以下では、相違点についてのみ説明する。
【００３９】・ステップ601  コンピュータ309は、前ステップで作成された高ダイナミックレンジ画像をカラー空間へ展開し、カラーマッピング画像を作成する。例えば図７に示す手法により、カラーマッピング画像を生成する。具体的には、高ダイナミックレンジ画像の階調（入力階調705）に対応付ける原色(赤緑青）の組み合わせを図７に示すように割り当てる。すなわち、カラーマッピング画像の画表示時に、各入力階調値に応じて表示色が、原色(赤緑青）間でグラデーション的に切り替わるように、入力階調を変換する。本実施例の場合、高ダイナミックレンジ画像の階調値を入力とする。入力階調705は、1024階調である。入力階調705に対する階調変換特性は、赤のトーンカーブ701と、緑のトーンカーブ702と、青のトーンカーブ703で与えられる。各トーンカーブの出力階調704は、それぞれ8ビット（256階調）である。
【００４０】  ここで、赤のトーンカーブ701と、緑のトーンカーブ702と、青のトーンカーブ703の組み合わせは、同じ組み合わせが入力階調705に対して二度以上起こらないように設定し、情報が欠落しないようにする。図７に例示したトーンカーブ701〜703を用いると、高ダイナミックレンジ画像の入力階調705が大きくなるのに伴い、カラーマッピング画像の表示色は、青から緑へ、緑から赤へと変化する。すなわち、1024階調のトーンカーブを有するカラーマッピング画像が得られることになり、高ダイナミックレンジ画像を階調圧縮せずに表示することが可能となる。
【００４１】・ステップ602  コンピュータ309は、前ステップで生成されたカラーマッピング画像を表示装置310に表示する。
【００４２】  ［まとめ］  以下では、高ダイナミックレンジの電子線回折像に、カラーマッピング技術を適用することによる効果を説明する。
【００４３】  図８は、高ダイナミックレンジの電子線回折像の模式図である。本図は、実施例１及び２に共通である。図中の上段は電子線回折像であり、下段は電子線強度の一次元分布である。下段図の縦軸は電子線強度であり、横軸は上段図のスポット位置に対応する。一次元分布000は、蛍光板307上での電子線強度の分布である。高ダイナミックレンジの電子線回折像の一次元分布000は、高ダイナミックレンジ807に収まっている。すなわち、第一の回折波スポット801、第二の回折波スポット802、透過波スポット803に対応する電子線強度の分布情報は、いずれも、高ダイナミックレンジ807内に属している。
【００４４】  ここで、既知の手法（例えば最大強度の位置を重心とする手法）により、第一の回折波スポット801の重心点を求め、当該重心点を通る第一の重心線804を引く。同様に、第二の回折波スポット802の重心点を通る第二の重心線805を引く。また、透過波スポット803の重心点を通る第三の重心線806を引く。本実施例では、第一の回折波スポット801の電子線強度のピーク位置と第一の重心線804が一致する。このため、本実施例では、従来法のようにスポットの重心点をピーク位置として扱ったとしても、ピーク位置を正確に特定することができ、従来法による課題を解決することができる。
【００４５】  図９に、本実施例で得られる高ダイナミックレンジの電子線回折像を、仮に、一般的なトーンマッピング（クリッピングやスケーリングなど）により、8ビット(256階調)のグレースケール空間に階調圧縮した場合に得られる電子線回折像と電子線強度の一次元分布001を示す。図９に示すように、一次元分布001に現れる回折ピークの分布情報は少なく、しかも強度変化も小さいため（コントラストが低いため）、ノイズに弱い。
【００４６】  図１０に、本実施例のように、高ダイナミックレンジの電子線回折像にカラーマッピング技術を適用した場合に得られる電子線回折像とその電子線強度の分布を示す。本実施例では、高ダイナミックレンジの電子線回折像をグレースケールではなく、非圧縮のままカラー空間に展開してカラーマッピング画像を作成している（図７参照）。
【００４７】  青から緑へ、緑から赤へと変化するカラーマッピング画像を作成するために図７に例示したトーンカーブ701〜703を設定し、入力階調705を10bit(1024階調)とした。フルカラーに対応する表示装置310の場合、作成されたカラーマッピング画像を、赤8ビット(256階調)、緑8ビット(256階調)、青8ビット(256階調)であり、カラー空間における最大の24ビット(1677万階調)まで入力階調705を設定できる。このように、本実施例では、高ダイナミックレンジの電子線回折像の階調情報を非圧縮のまま表示装置310に表示することができる。従って、第一の回折波スポット801と第二の回折波スポット802と透過波スポット803は、原色（赤緑青）のグラデーションで表される。図１０では、赤と緑の境界809、緑と青の境界810を異なる線種で示している。
【００４８】  このように、本実施例のようにカラーマッピング画像を生成して表示する場合、各スポットのピーク位置がカラーコントラストで示されるため、観察条件を調整しなくても、誤りなくスポット間距離等を正確に測長することができる。しかも、カラーマッピング画像は電子線強度の二次元分布であるため、カラーマッピング画像のカラーコントラストより観察条件の調整効果を確認することができる。このため、解析前に観察条件を調整する場合にも、作業者は、調整の効果を直感的かつリアルタイムで把握でき、作業性の向上が期待される。
【００４９】  ［実施例３］  ［装置構成等］  本実施例でも、実施例１で説明した構成の透過電子顕微鏡（図３）を使用する。本実施例と実施例１との違いは、コンピュータ309の処理内容である。より具体的には、高ダイナミックレンジの電子線回折像において、位置ズレ（歪みにより発生する）を起こした回折スポットの電子線強度を分析するための機能について説明する。なお、本実施例では、図１１に示すGUIを使用する。GUIは、表示装置310に表示され、入力装置314を通じて操作される。
【００５０】  ［処理手順］  図１２を用いて、本実施例で実行される処理手順を説明する。
【００５１】・ステップ1201  まず、作業者は、透過電子顕微鏡を通じて撮影された透過像の観察（視野探し）を通じて、試料312における解析位置を決定する。
【００５２】・ステップ1202  作業者は、観察対象を透過像から電子線回折像に切り替える。この指示操作に従い、コンピュータ309は、図１０に示す高ダイナミックレンジの電子線回折像を生成する。コンピュータ309は、情報を記憶するためのメモリ、情報を処理するためのCPUを有している。コンピュータ309は、高ダイナミックレンジの電子線回折像を画像データとしてメモリに展開している。コンピュータ309は、表示装置310の画面上にビューア1101（図１１）を表示し、ビューア1101上に、高ダイナミックレンジの電子線回折像1102を描画する。
【００５３】・ステップ1203  コンピュータ309は、特許文献１に記載された手法を用いてメインスポットを決定する。特許文献１に記載された手法では、電子線回折像1102の中で、明るさの閾値より明るい画素が隣接している集団を回折スポットであると判定する。また、各スポットの面積を算出し、面積が最大になる回折スポットをメインスポットと判定する。この手法を用いて、高ダイナミックレンジの電子線回折像1102の回折スポットからメインスポット1103を決定する。この時のGUIは図１１（ａ）となる。
【００５４】・ステップ1204  コンピュータ309は、GUIに表示されている電子線回折像1102の観察条件を求める。例えばコンピュータ309は、加速管302によって電子線を加速するための電圧（以下「加速電圧」という。）Vを取得する。また、コンピュータ309は、試料312から像面である蛍光板307までの距離（以下、「カメラ長」という。）Lを取得する。さらに、コンピュータ309は、試料312で形成される結晶を構成する原子同士の距離（以下、「格子面間隔」という。）dを取得する。なお、格子面間隔dは、コンピュータ309内のデータベースに保持されており、作業者が、データベースの中から選択した値がコンピュータ309に与えられる。
【００５５】・ステップ1205  コンピュータ309は、加速電圧Vとカメラ長Lと格子面間隔dに基づいて、メインスポット1103とこれに隣接する回折スポットまでの距離（以下、「スポット間距離」という。）Rを算出する。スポット間距離Rの算出には、次式を使用する。  R ＝ λL/d      …（式１）  ただし、λ ＝ (1.504/V)-1/2 である。
【００５６】・ステップ1206  コンピュータ309は、スポット間距離1104だけ離れて格子状に並ぶグリッド線1105を生成する。当該演算はメモリ上で行われる。生成されたグリッド線1105のイメージを図１１（ｂ）に示す。
【００５７】・ステップ1207  コンピュータ309は、メインスポット1103の中心とグリッド線1105の交点とが一致するように位置合わせしてビューア1101上に描画する。この時のGUIは、図１１（ｃ）となる。
【００５８】・ステップ1208  コンピュータ309は、回折スポットがグリッド線上に並ぶように、作業者が入力装置314のマウスをドラッグ操作する。この操作に伴い、コンピュータ309は、画面上に表示されている全てのグリッド線1105を、メインスポット1103を中心に回転させる。図１１（ｄ）に、時計回り方向に45°だけグリッド線1105を回転1106させた状態を示す。回転1106の角度は、装置や試料によって異なるため、作業者によって調整される。
【００５９】・ステップ1209  ここで、グリッド線1105の交点と全ての回折スポットが一致すれば、作業者が指定した解析位置には回折スポットに位置ズレがないことが分かる。この場合、コンピュータ309はステップ1201に戻る。これに対し、グリッド線1105の交点と一致しない回折スポットが１つ以上あれば、作業者が指定した解析位置には位置のズレた回折スポットがあることが分かる。この場合、コンピュータ309は、その回折スポットの解析処理を実行する。
【００６０】・ステップ1210  解析対象を特定するため、作業者は、位置のズレた回折スポットのうちの一つを入力装置314のマウスを用いてクリックする。この時のGUIは図１１（ｅ）である。ビューア1101には、マウスポインタ1107と注目矩形1108が描画される。
【００６１】・ステップ1211  コンピュータ309は、表示装置310の画面上に、ビューア1101とは別のウィンドウであるアナライザ1109（図１１（ｆ））を表示する。アナライザ1109は、位置のズレた回折スポット、レーダーチャート、RGBスライダを含む。アナライザ1109は、ステップ1210のたびポップアップ表示される。コンピュータ309は、注目矩形1108によって切り抜いたスポット像の電子線強度を用い、切り抜いたスポット像の最大輝度と最小輝度を求める。
【００６２】  図１３に、スポット像の最大輝度と最小輝度を求める方法を示す。コンピュータ309は、スポット像の最大輝度1301から最小輝度1304の範囲を３等分し、それぞれの境界を第一の閾値1302、第二の閾値1303とする。コンピュータ309は、実施例２の手法を適用し、最大輝度1301から第一の閾値1302までは赤のグラデーション、第一の閾値1302から第二の閾値1303までを緑のグラデーション、第二の閾値1303から最小輝度1304を青のグラデーションで表現する。コンピュータ309は、赤のグラデーションで表現されたスポット領域の重心1305、緑のグラデーションで表現されたスポット領域の重心1306、青のグラデーションで表現されたスポット領域の重心1307を計算する。
【００６３】  この後、コンピュータ309は、アナライザ1109上に、赤のグラデーションで表現されたスポット領域1110とその重心位置1113、緑のグラデーションで表現されたスポット領域1111とその重心位置1114、青のグラデーションで表現されたスポット領域1112とその重心位置1115を描画する。
【００６４】・ステップ1212  コンピュータ309は、RGBそれぞれの色で表示されているスポット領域における重心位置のズレをグラフ化する。ズレは、回折スポットのピーク位置と、RGBそれぞれの色で表示されているスポット領域の重心位置との距離である（図１３（ｂ））。スポットのピーク位置1308を切り抜いたスポット像の最大輝度の位置とし、赤のグラデーションで表現されたスポット領域の重心1305との距離が、赤のスポット領域における重心位置のズレ1309となる。同様にスポットのピーク位置1308と、緑のグラデーションで表現されたスポット領域の重心1306との距離が、緑のスポット領域における重心位置のズレ1310となる。同様にスポットのピーク位置1308と、青のグラデーションで表現されたスポット領域の重心1307との距離が、青のスポット領域における重心位置のズレ1311となる。コンピュータ309によりズレを算出し、アナライザ1109にあるレーダーチャート1116に描画する（図１３（ｃ））。
【００６５】・ステップ1213  コンピュータ309は、アナライザ1109に表示されるRGBスライダ1117に対する入力装置314のマウスを通じた操作入力に応じ、RGBそれぞれの色で表示される帯域を変更する。表示帯域を作業者が変更すると、RGBそれぞれの色で表示されている回折スポットの領域範囲とその重心が変化し、レーダーチャート1116も変化する。変化後の情報を用い、コンピュータ309は、位置ズレ（歪みにより発生する）を起こした回折スポットの電子線強度を分析する。
【００６６】  ［まとめ］  以上説明したように、本実施例に係る透過電子顕微鏡によれば、カラーマッピング処理で得られた色別の像の重心をGUIに表示することができ、位置ズレ（歪みにより発生する）を起こした回折スポットの電子線強度分布の分析を実現できる。
【００６７】  ［他の実施例］  本発明は、上述した実施例に限定されるものでなく、様々な変形例を含んでいる。例えば、上述した実施例は、本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備える必要はない。また、ある実施例の一部を他の実施例の構成に置き換えることができる。また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることもできる。また、各実施例の構成の一部について、他の実施例の構成の一部を追加、削除又は置換することもできる。
【符号の説明】
【００６８】000 電子線強度の一次元分布一次元分布001 トーンマッピング後の電子線強度の一次元分布 301 電子銃 302 加速管 303 排気装置 304 集束レンズ 305 試料ホルダ 306 結像レンズ 307 蛍光板 308 画像検出装置 309 コンピュータ 310 表示装置 312 試料 313 絞り穴 501 一次元分布502 一次元分布503 ダイナミックレンジ505 第一のオーバーラップ506 第二のオーバーラップ507 シフト倍率701 赤のトーンカーブ702 緑のトーンカーブ703 青のトーンカーブ704 出力階調705 入力階調801 第一の回折波スポット 802 第二の回折波スポット 803 透過波スポット 804 第一の重心線 805 第二の重心線 806 第三の重心線 807 高ダイナミックレンジ 808 スポット間距離 809 赤と緑の境界 810 緑と青の境界 1101 ビューア1102 電子線回折像1103 メインスポット1104 スポット間距離1105 グリッド線1106 回転1107 マウスポインタ1108 注目矩形 1109 アナライザ1110 赤のグラデーションで表現されたスポット領域1111 緑のグラデーションで表現されたスポット領域1112 青のグラデーションで表現されたスポット領域1113 赤のグラデーションで表現されたスポット領域の重心位置1114 緑のグラデーションで表現されたスポット領域の重心位置1115 青のグラデーションで表現されたスポット領域の重心位置1116 レーダーチャート1117 RGBスライダ1301 最大輝度1302 第一の閾値（赤と緑の境界） 1303 第二の閾値（緑と青の境界）1304 最小輝度1305 赤のグラデーションで表現されたスポット領域の重心1306 緑のグラデーションで表現されたスポット領域の重心1307 青のグラデーションで表現されたスポット領域の重心1308 スポットのピーク位置1309 赤のスポット領域における重心位置のズレ1310 緑のスポット領域における重心位置のズレ1311 青のスポット領域における重心位置のズレ1312 色ごとの重心位置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【手続補正書】
【提出日】平成27年12月16日(2015.12.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子線を試料へ照射する照射部と、
前記試料からの電子を検出し、像を得る検出部と、
処理部と、を有し、
前記検出部は、第１の露光時間による第１の電子線回折像、及び前記第１の露光時間とは異なる第２の露光時間による第２の電子線回折像を得るものであり、
前記処理部は、前記第１の電子線回折像と前記第２の電子線回折像とを合成し、前記第１の電子線回折像、及び前記第２の電子線回折像よりもダイナミックレンジの広い第３の画像を得る、荷電粒子線装置。
【請求項２】
請求項１に記載の荷電粒子線装置において、
表示部を更に有し、
前記処理部は、前記第３の画像に対してトーンマッピング処理を行って第４の画像を得、
前記表示部は、前記第４の画像を表示する、荷電粒子線装置。
【請求項３】
請求項２に記載の荷電粒子線装置において、
前記合成は、前記第１の電子線回折像の第１の波形と前記第２の電子線回折像の第２の波形とを接続し、前記第３の画像を得る処理を含む、荷電粒子線装置。
【請求項４】
請求項３に記載の荷電粒子線装置において、
前記接続とは、前記第１の波形、および前記第２の波形のうち、片方の波形の信号部分と飽和部分の境界へもう片方の波形の信号部分を接続することである、荷電粒子線装置。
【請求項５】
請求項１に記載の荷電粒子線装置において、
前記合成は、前記第１の電子線回折像の第１の波形と前記第２の電子線回折像の第２の波形とを接続し、前記第３の画像を得る処理を含む、荷電粒子線装置。
【請求項６】
請求項５に記載の荷電粒子線装置において、
前記接続とは、前記第１の波形、および前記第２の波形のうち、片方の波形の信号部分と飽和部分の境界へもう片方の波形の信号部分を接続することである、荷電粒子線装置。
【請求項７】
請求項１に記載の荷電粒子線装置において、
表示部を更に有し、
前記処理部は、前記第３の画像に対して圧縮処理を行って第４の画像を得、
前記表示部は、前記第４の画像を表示する、荷電粒子線装置。
【請求項８】
請求項５に記載の荷電粒子線装置において、
表示部を更に有し、
前記処理部は、前記第３の画像に対してカラーマッピング処理を行って第４の画像を得、
前記表示部は、前記第４の画像を表示する、荷電粒子線装置。
【請求項９】
荷電粒子線を試料へ照射する照射部と、前記試料からの電子を検出し、像を得る検出部と、処理部とを有する荷電粒子線装置を用いた前記試料の観察方法において、
前記検出部は、第１の露光時間による第１の電子線回折像、及び前記第１の露光時間とは異なる第２の露光時間による第２の電子線回折像を得、
前記処理部は、前記第１の電子線回折像と前記第２の電子線回折像とを合成し、前記第１の電子線回折像、及び前記第２の電子線回折像よりもダイナミックレンジの広い第３の画像を得る、荷電粒子線装置を用いた試料の観察方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の荷電粒子線装置を用いた試料の観察方法において、
前記処理部は、前記第３の画像に対してトーンマッピング処理を行って第４の画像を得、前記第４の画像を表示部に表示する、荷電粒子線装置を用いた試料の観察方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の荷電粒子線装置を用いた試料の観察方法において、
前記合成は、前記第１の電子線回折像の第１の波形と前記第２の電子線回折像の第２の波形とを接続し、前記第３の画像を得る処理を含む、荷電粒子線装置を用いた試料の観察方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の荷電粒子線装置を用いた試料の観察方法において、
前記接続とは、前記第１の波形、および前記第２の波形のうち、片方の波形の信号部分と飽和部分の境界へもう片方の波形の信号部分を接続することである、荷電粒子線装置を用いた試料の観察方法。
【請求項１３】
請求項９に記載の荷電粒子線装置を用いた試料の観察方法において、
前記合成は、前記第１の電子線回折像の第１の波形と前記第２の電子線回折像の第２の波形とを接続し、前記第３の画像を得る処理を含む、荷電粒子線装置を用いた試料の観察方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の荷電粒子線装置を用いた試料の観察方法において、
前記接続とは、前記第１の波形、および前記第２の波形のうち、片方の波形の信号部分と飽和部分の境界へもう片方の波形の信号部分を接続することである、荷電粒子線装置を用いた試料の観察方法。
【請求項１５】
請求項９に記載の荷電粒子線装置を用いた試料の観察方法において、
前記処理部は、前記第３の画像に対して圧縮処理を行って第４の画像を得、前記第４の画像を表示部に表示する、荷電粒子線装置を用いた試料の観察方法。
【請求項１６】
請求項１３に記載の荷電粒子線装置を用いた試料の観察方法において、
前記処理部は、前記第３の画像に対してカラーマッピング処理を行って第４の画像を得、前記第４の画像を表示部に表示する、荷電粒子線装置を用いた試料の観察方法。
【請求項１７】
請求項１に記載の荷電粒子線装置において、
前記検出部はカメラである
ことを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項１８】
請求項９に記載の試料の観察方法において、
前記検出部はカメラである
ことを特徴とする試料の観察方法。
【請求項１９】
請求項１に記載の荷電粒子線装置において、
前記処理部は、
前記第１の電子回折像及び前記第２の電子回折像の観察条件に基づいて、前記第３の画像に対応する電子回折像に現れるスポット間距離を算出し、
算出された前記スポット間距離だけ離れて格子状に並ぶグリッド線を生成し、
生成された前記グリッド線の交点がメインスポットの中心と一致するように位置合わせした前記格子状に並ぶグリッド線と前記第３の画像に対応する電子回折像をビューア上に描画し、
操作入力を通じて与えられた回転角度だけ、前記格子状に並ぶグリッド線を、前記ビューア上で前記メインスポットを中心に回転させる
ことを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項２０】
請求項１に記載の荷電粒子線装置において、
前記処理部は、
操作入力を通じてビューア上で指定された特定のスポット領域における輝度の分布を、輝度の帯域別に複数色で表示すると共に、各色に対応する領域範囲毎に求められる重心位置と前記特定のスポット領域における輝度のピーク位置との距離をグラフ化して表示する
ことを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項２１】
請求項２０に記載の荷電粒子線装置において、
前記処理部は、
操作入力に応じて前記各色に対応付ける帯域の範囲を変更すると共に、各色に対応する前記領域範囲と前記重心位置を更新する
ことを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項２２】
請求項９に記載の試料の観察方法において、
前記処理部は、
前記第１の電子回折像及び前記第２の電子回折像の観察条件に基づいて、前記第３の画像に対応する電子回折像に現れるスポット間距離を算出し、
算出された前記スポット間距離だけ離れて格子状に並ぶグリッド線を生成し、
生成された前記グリッド線の交点がメインスポットの中心と一致するように位置合わせした前記格子状に並ぶグリッド線と前記第３の画像に対応する電子回折像をビューア上に描画し、
操作入力を通じて与えられた回転角度だけ、前記格子状に並ぶグリッド線を、前記ビューア上で前記メインスポットを中心に回転させる
ことを特徴とする試料の観察方法。
【請求項２３】
請求項９に記載の試料の観察方法において、
前記処理部は、
操作入力を通じてビューア上で指定された特定のスポット領域における輝度の分布を、輝度の帯域別に複数色で表示すると共に、各色に対応する領域範囲毎に求められる重心位置と前記特定のスポット領域における輝度レベルのピーク位置との距離をグラフ化して表示する
ことを特徴とする試料の観察方法。
【請求項２４】
請求項２３に記載の試料の観察方法において、
前記処理部は、
操作入力に応じて前記各色に対応付ける帯域の範囲を変更すると共に、各色に対応する前記領域範囲と前記重心位置を更新する
ことを特徴とする試料の観察方法。
【国際調査報告】
2016174707.tif 000016
2016174707.tif 000017
2016174707.tif 000018
2016174707.tif 000019