(57)【要約】      （修正有）【課題】実像と電子回折像を測定する際の微小径かつ平行な電子線を、明るくかつ均一な強度分布にする位相回復方式の電子顕微鏡による観察技術を提供する。【解決手段】位相回復方式の電子顕微鏡にあって、前記実像を観察する際には、収束電子線を試料３の注目領域２に走査しながら照射し、撮像素子１１で検出した透過電子線の強度を前記収束電子線の走査と同期させてモニター１７に表示することによって前記注目領域２を画像化し、前記電子回折像を観察する際には、前記注目領域２の形状と面積に一致する孔を有する制限視野絞り１５を前記試料３の直上に挿入し、静止した平行電子線を前記制限視野絞り１５を通して前記試料３の注目領域２に照射し、前記試料３を透過した電子線が作る電子回折像を前記撮像素子１１により検出する。【選択図】  図５
2006331901.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加速した電子線を収束あるいは平行にして試料へ照射する電子線照射系と、前記試料を透過した電子線を撮像素子により検出して実像と電子回折像の強度分布を得る結像系とを備えた位相回復方式の電子顕微鏡にあって、前記実像を観察する際には、前記収束電子線を前記試料の注目領域に走査しながら照射し、前記撮像素子で検出した透過電子線の強度を前記収束電子線の走査と同期させてモニターに表示することによって前記注目領域を画像化し、前記電子回折像を観察する際には、前記注目領域の形状と面積に一致する孔を有する制限視野絞りを前記試料の直上に挿入し、静止した平行電子線を前記制限視野絞りを通して前記試料の注目領域に照射し、前記試料を透過した電子線が作る電子回折像を前記撮像素子により検出することを特徴とする位相回復方式の電子顕微鏡による観察方法。
【請求項２】
請求項１に記載の位相回復方式電子顕微鏡による観察方法において、前記実像を観察する際に、前記撮像素子で検出される散乱電子の検出角度範囲を、前記撮像素子の上方に挿入した検出角度制限絞りを用いて設定するようにしたことを特徴とする位相回復方式の電子顕微鏡による観察方法。
【請求項３】
加速した電子線を対物レンズを介して試料へ照射する電子線照射系と、前記試料を透過した電子を撮像素子により検出して実像と電子回折像の強度分布を得る結像系とを備えた位相回復方式の電子顕微鏡にあって、前記実像と電子回折像を観察する際に、前記対物レンズの実像面に、前記対物レンズの実像面における倍率と電子線の波長とカメラ長との積を前記撮像素子の１画素のサイズで割算した値よりも小さい孔径を有する制限視野絞り挿入して、前記実像と電子回折像の強度分布を得るようにしたことを特徴とする位相回復方式の電子顕微鏡による観察方法。
【請求項４】
請求項１又は３に記載の位相回復方式の電子顕微鏡による観察方法において、前記実像と電子回折像の強度分布を、前記撮像素子や検出系によりデジタル記録したデータを、位相回復アルゴリズムを用いて演算処理することにより、デジタル記録した実像よりも高分解能な実像を再生するようにしたことを特徴とする位相回復方式の電子顕微鏡による観察方法。
【請求項５】
請求項１又は３に記載の位相回復方式の電子顕微鏡による観察方法において、前記制限視野絞りは、観察に用いる電子線が透過しない厚さの金属板に、収束イオンビームや機械研磨や化学研磨のうち少なくとも何れか一つの加工方法によって加工した孔を有し、かつ、前記孔の加工面は電子回折像の強度分布にノイズを与えない滑らかさを有していることを特徴とする位相回復方式の電子顕微鏡による観察方法。
【請求項６】
請求項４に記載の位相回復方式の電子顕微鏡による観察方法において、前記制限視野絞りは、前記位相回復アルゴリズムを用いて演算処理するための実像や電子回折像の観察に用いる第１の孔および通常の制限視野観察に用いる第２の孔の両方、または前記第１の孔のみを有することを特徴とする位相回復方式の電子顕微鏡による観察方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子線を試料に照射して、試料を透過した電子を検出して拡大像を得る電子顕微鏡装置に係り、特に、位相回復方式の電子顕微鏡による観察技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子顕微鏡の高分解能化技術の主なものとして、分解能を制限する要因である対物レンズの収差を電子光学系のハードウエア技術によって取り除き高分解能な実像を観察する方法と、試料の電子回折像と試料外側はゼロポテンシャルという条件を用いて位相回復アルゴリズムで演算処理することにより、高分解能な実像を得る方法の２つがある。前者の技術は、例えば、「Journal of Electron Microscopy, Vol. 48, p. 821-826 (1999)」に示されている。後者の技術は、例えば、「SCIENCE Vol. 300, p. 1419-1421 (2003)」に示されている。
【０００３】
後者の技術内容を図示すると、図１のようになる。例えば、試料が結晶性の微粒子である場合、電子顕微鏡の電子回折像モードにより、図１（ａ）に示すような微粒子の電子回折像（逆空間拘束条件）を得る。微粒子の形状を何らかの観察法で観察し、図１（ｂ）に示すような、微粒子の外側をゼロポテンシャルとしたデータを得る。図１（ｂ）は、微粒子の外側のポテンシャル分布（実空間拘束条件）を示し、図中、白い部分は微粒子の形状、黒い部分はゼロポテンシャルを示す。それらを入力データとして位相回復アルゴリズムを用いたプログラムによる位相回復再生像の計算をコンピューターで行う。その結果、図１（ｃ）に示すような、微粒子の高分解能な実像（位相回復再生像）が得られ、原子配列が見えるようになる。
【０００４】
位相回復のアルゴリズムを、図２に示す。実空間における試料の構造(ポテンシャル分布)をρtとすると、それをフーリエ変換（ＦＴ）したものは、
f ＝ ｜f(K)｜eiφ(K)
と表せる。ここで、f(K)、φ(K)はK空間(逆空間)における振幅と位相である。fを逆フーリエ変換すれば、元の試料構造ρtが得られる。
【０００５】
電子顕微鏡において試料に電子線を照射すると対物レンズの後焦点面には電子回折像が形成されるが、それは｜f(K)｜2に相当する。すなわち、試料を構成する周期構造の振幅情報のみが含まれており、位相情報は失われている。しかし、電子回折像には電子顕微鏡の実像が有する分解能以上の高周波数の周期構造情報が含まれている。一方、電子顕微鏡で観察される実像は、対物レンズの実像面に形成される像を後段のレンズで拡大したものであるが、それはρtの投影像に相当する。ただし、実像の分解能は、対物レンズの収差、伝染の波長やエネルギー幅などで制限される。さらに、測定時の試料ドリフトや振動、磁場などの外乱影響が付加され、記録された実像の分解能が決まる。結果として、その分解能以上の微細構造情報は失われている。従って、電子回折像の位相情報を回復できれば、それを逆フーリエ変換することにより、電子顕微鏡の実像が有する分解能あるいは記録された像の分解能以上の実像を再生できる可能性がある。
【０００６】
電子顕微鏡で観察した試料の電子回折像と、何らかの観察法で得た試料外形と試料の外側をゼロポテンシャルとしたデータを用いて、位相回復により高分解能実像を得るための手順は、次のようになる。先ず、試料構造ρtの初期値としてランダム構造ρ０を仮定し、それをフーリエ変換してfを求める。fの振幅｜f(K)｜に電子回折像の強度分布から求めた値｜f'(K)｜を逆空間拘束の条件として代入する。これによってfは、
f' ＝ ｜f'(K)｜eiφ(K)
となる。これを逆フーリエ変換して、試料構造の位相が回復したρ'tが得られる。次に実空間拘束の条件として試料外形と試料の外側をゼロポテンシャルとしたデータを代入する。これによって位相情報の回復が高速化される。こうして試料の実像が再生される。これを新たなρtとして上記の操作を繰り返す。操作終了の目安は、再生した実像において試料が存在しない領域の強度の総和を、実像を構成する全画素数で割った値が収束することである。
【０００７】
逆空間の拘束条件となる電子回折像は、以下のようにして測定される。先ず、位相回復アルゴリズムを用いたプログラムによる位相回復再生像の計算を行う際に、扱える電子回折像と試料の外側をゼロポテンシャルとしたデータのサイズには条件がある。そのため、図３に示すように、試料３の電子線照射領域２に照射する電子線１の直径を通常観察の場合よりも小さくする必要がある。許容される最大の電子線径は、電子線の波長と電子回折像のカメラ長との積を撮像デバイスの１画素のサイズで割って得られる。撮像デバイスとしてイメージングプレート(画素数：３２００×４０００個、画素サイズ：２５×２５μｍ)を用い、電子線の加速電圧を２００ｋＶ（波長：０.００２５ｎｍ）とし、カメラ長が１ｍである場合には、最大電子線径は１００ｎｍとなる。また、シャープな電子回折像を観察するために、平行な電子線を照射しなければならない。これらを満足させるために、前記従来技術では、図４（ｂ）に示す電子光学経路で観察している。
【０００８】
以下に、従来技術による電子回折像の測定方法を、図４（ｂ）を用いて説明する。従来技術では、電子顕微鏡のうち透過電子顕微鏡（ＴＥＭ；Transmission Electron Microscope）を用いている。透過電子顕微鏡は、電子銃４、コンデンサー絞り５、照射レンズ６、対物レンズ（前磁場）７、対物レンズ（後磁場）８、中間レンズ９、投射レンズ１０、撮像素子１１から構成される。通常の観察では試料の広い領域（ミクロンのオーダー）に平行な電子線を照射するために、照射レンズ６によって電子線１を広げる。これに対して前記従来技術では、図４（ｂ）に示すように、照射レンズ６によって電子線１を収束させ小さな電子線径にする。但し、この段階では電子線は平行ではないので、対物レンズ（前磁場）７を強励磁状態で用いて収束した電子線を平行にして、試料３（図中、黒色の矢印で示す。）の電子線照射領域（注目領域）２（図中、白色の矢印で示す。）に照射する。電子線照射領域２の大きさは、電子銃４の加速電圧や電子放出方式、コンデンサー絞り５の孔径、照射レンズ６と対物レンズ（前磁場）７の励磁条件などによって決まる。数十ｎｍ直径にすることが可能である。試料内部で散乱や回折した後に透過した電子線は、対物レンズ（後磁場）８、中間レンズ９、投射レンズ１０によって結像される。図４（ｂ）に示した電子回折像モードでは電子線照射領域の電子回折像１２が観察される。
【０００９】
また、従来技術では明記していないが、通常の透過電子顕微鏡の観察モードとして、図４（ａ）に示した実像モードがある。このモードでは電子線照射領域の実像１３が観察できる。両モードでは、中間レンズ９と投射レンズ１０の励磁条件が異なる。すなわち、（ａ）実像モードでは、対物レンズ（後磁場）８下方の実像面に形成された電子線照射領域の実像１３を中間レンズ９、投射レンズ１０で拡大する。（ｂ）電子回折像モードでは、対物レンズ（後磁場）８下方の回折像面（後焦点面）に形成された電子線照射領域の電子回折像１２を中間レンズ９、投射レンズ１０で拡大する（カメラ長が可変である）。
【００１０】
【非特許文献１】Journal of Electron Microscopy, Vol. 48, p. 821-826 (1999)
【非特許文献２】SCIENCE Vol. 300, p. 1419-1421 (2003)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
実像と電子回折像を観察する場合に、試料に照射する電子線は微小径かつ平行であるという条件の他に、明るさとその均一性が重要である。明るさは、実像や電子回折像を撮像デバイスで記録する時の露光時間や試料の観察視野を探す時の操作性に影響する。電子線が暗くて露光時間が長くなると、電子線照射による試料へのダメージの増大や試料のドリフトによる観察視野のずれが起こり、データの信頼性や精度が低下するという問題がある。また、暗い電子線では視野探しの効率が低下する。均一性は、特に観察した実像の明るさむらに影響し、試料構造と無関係なコントラストを与える。従って、その実像や実像から決定した試料外形と試料外側をゼロポテンシャルとしたデータを用いて位相回復した試料構造の精度を低下させる可能性がある。
【００１２】
前記従来技術の電子光学経路では、電子線径を小さくするために、１０μｍ程度の小さな孔径のコンデンサー絞り５を用いているので、電子線は必然的に暗くなる。また、数十ｎｍ直径に細く絞った電子線による照射領域の全体を撮影するので、実像には電子線の強度分布（ガウス分布）が反映され照射領域周辺部が暗くなったり、また、小さな孔径のコンデンサー絞りで散乱や反射された電子によって生じるフレネルフリンジの影響で照射領域周辺部が振動した強度分布になったりする。
【００１３】
本発明の目的は、上述の問題点に鑑み、実像と電子回折像を測定する際の微小径かつ平行な電子線を、明るくかつ均一な強度分布にする位相回復方式の電子顕微鏡による観察技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するために、本発明では、以下のように構成する。
（１）収束電子線を試料上で走査することが可能な走査透過電子顕微鏡（ＳＴＥＭ；Scanning Transmission Electron Microscope）の機能を有する電子顕微鏡を用いて、実像を観察する際には収束電子線を試料の注目領域（電子線照射領域）に走査しながら照射し、電子線検出器で検出した透過電子線の強度を収束電子線の走査と同期させてモニターに表示することによって注目領域を画像化し、電子回折像を観察する際には、前記注目領域の形状と面積に一致する孔を有する制限視野絞りを試料の直上に挿入し、静止した平行電子線を前記制限視野絞りを通して前記試料の注目領域に照射し、透過電子線が作る電子回折像を撮像素子で検出する。実像と電子回折像はデジタルデータとしてコンピューターに記録する。
（２）汎用型の透過電子顕微鏡（ＴＥＭ；Transmission Electron Microscope）を用いて、実像と電子回折像を観察する際に、対物レンズの実像面に挿入する制限視野絞りの孔径を、対物レンズの実像面における倍率と電子線の波長とカメラ長との積を、撮像素子の１画素のサイズで割算した値よりも小さくする。実像と電子回折像は、それぞれ、ＴＥＭの実像モードと電子回折像モードにより観察し、デジタルデータとしてコンピューターに記録する。
【００１５】
上記（１）あるいは（２）の観察方法により、数十ｎｍの電子線照射領域に対して、従来技術の場合よりも多い電子線量で均一に照射できるので、明るくむらの無い実像と電子回折像を測定できる。
【００１６】
上記（１）あるいは（２）の方法で測定した実像と電子回折像のデジタルデータを、位相回復アルゴリズムを用いて演算処理することにより、デジタル記録した実像よりも高分解能な実像を再生できる。
【００１７】
以下、本発明の位相回復方式の電子顕微鏡による観察方法の代表的な構成例を列挙する。
【００１８】
（１）加速した電子線を収束あるいは平行にして試料へ照射する電子線照射系と、前記試料を透過した電子線を撮像素子により検出して実像と電子回折像の強度分布を得る結像系とを備えた位相回復方式の電子顕微鏡にあって、前記実像を観察する際には、前記収束電子線を前記試料の注目領域に走査しながら照射し、前記撮像素子で検出した透過電子線の強度を前記収束電子線の走査と同期させてモニターに表示することによって前記注目領域を画像化し、前記電子回折像を観察する際には、前記注目領域の形状と面積に一致する孔を有する制限視野絞りを前記試料の直上に挿入し、静止した平行電子線を前記制限視野絞りを通して前記試料の注目領域に照射し、前記試料を透過した電子線が作る電子回折像を前記撮像素子により検出することを特徴とする。
【００１９】
（２）前記（１）の位相回復方式電子顕微鏡による観察方法において、前記実像を観察する際に、前記撮像素子で検出される散乱電子の検出角度範囲を、前記撮像素子の上方に挿入した検出角度制限絞りを用いて設定するようにしたことを特徴とする。
【００２０】
（３）加速した電子線を対物レンズを介して試料へ照射する電子線照射系と、前記試料を透過した電子を撮像素子により検出して実像と電子回折像の強度分布を得る結像系とを備えた位相回復方式の電子顕微鏡にあって、前記実像と電子回折像を観察する際に、前記対物レンズの実像面に、前記対物レンズの実像面における倍率と電子線の波長とカメラ長との積を前記撮像素子の１画素のサイズで割算した値よりも小さい孔径を有する制限視野絞り挿入して、前記実像と電子回折像の強度分布を得るようにしたことを特徴とする。
【００２１】
（４）前記構成の位相回復方式の電子顕微鏡による観察方法において、前記実像と電子回折像の強度分布を、前記撮像素子や検出系によりデジタル記録したデータを、位相回復アルゴリズムを用いて演算処理することにより、デジタル記録した実像よりも高分解能な実像を再生するようにしたことを特徴とする。
【００２２】
（５）前記構成の位相回復方式の電子顕微鏡による観察方法において、前記制限視野絞りは、観察に用いる電子線が透過しない厚さの金属板に、収束イオンビームや機械研磨や化学研磨のうち少なくとも何れか一つの加工方法によって加工した孔を有し、かつ、前記孔の加工面は電子回折像の強度分布にノイズを与えない滑らかさを有していることを特徴とする。
【００２３】
（６）前記（４）の位相回復方式の電子顕微鏡による観察方法において、前記制限視野絞りは、前記位相回復アルゴリズムを用いて演算処理するための実像や電子回折像の観察に用いる第１の孔および通常の制限視野観察に用いる第２の孔の両方、または前記第１の孔のみを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、実像と電子回折像を測定する際の微小径かつ平行な電子線を、明るくかつ均一な強度分布にする位相回復方式の電子顕微鏡による観察技術を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の実施例について、図面を参照して、詳述する。
【００２６】
（実施例１）
図５は、本発明の第１の実施例になる走査透過電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）を用いて観察する場合の電子光学系と検出系を示す。本実施例は、従来技術の図４に示した透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）の光学系とは、走査コイル１４や微小制限視野絞り１５や検出角度制限絞り１６やモニター１７が付加されていること、結像レンズである中間レンズと投射レンズが無いことなどが異なる。また、図５（ａ）に示す実像モードの場合の撮像素子１１は、電子線強度を測定するための半導体検出器やシンチレーターとフォトマルチプライアーから成る検出器であり、図５（ｂ）に示す電子回折モードの場合は、２次元画素を有するＣＣＤカメラや撮像管などの検出器である。
【００２７】
図５（ａ）に示す実像モードの場合、電子銃４から放出された電子線１は、照射レンズ６によって収束された後にコンデンサー絞り５によって小さな照射角を度有する部分のみにカットされ、さらに対物レンズ（前磁場）７によってサブｎｍ径の細い電子線１に収束される。該電子線は、走査コイル１４によって試料３のうちの数十ｎｍ径の電子線照射領域（注目領域）２に走査しながら照射される。
【００２８】
図６（ａ）に、実像モードにおける電子線の走査形状の一例を示す。この場合には、テレビと同様にＸおよびＹ方向に２次元走査しているが、Ｘ方向の走査幅をＹ方向で変化するように制御しており、集束電子線の走査領域の形状は円形である。サブｎｍ径の細い電子線１はｐＡ（ピコアンペア）オーダーの電流であるが、それを試料上で走査するので走査領域全体では従来技術よりも明るい電子線照射が達成できる。また、電子線照射領域２内のどの場所においても同一強度を有する電子線を照射するので、均一な電子線照射も達成できる。
【００２９】
図５（ａ）に示す電子線照射領域２で散乱され透過した電子線は、対物レンズ（後磁場）８を介して撮像素子１１で検出される。撮像素子１１の上方に配置された検出角度制限絞り１６は、撮像素子１１で検出される散乱電子の検出角度範囲を設定する。通常、数ｍｒａｄに設定すると明視野の実像が得られる。撮像素子１１で検出された電子線の強度を走査コイル１４の走査と同期してモニター１７に表示して画像化する。像倍率は、電子線照射領域２とモニター１７の表示面積との比で決まる。測定した実像は、デジタルデータとしてコンピューターに記録する。
【００３０】
図５（ｂ）に示す電子回折像モードの場合、電子銃４から放出された電子線１は、照射レンズ６によって広げられた後に、コンデンサー絞り５によって均一な明るさを有する部分のみにカットされる。前記従来技術の電子光学経路では、電子線径を小さくするために、１０μｍ程度の小さな孔径のコンデンサー絞り５を用いていたので、電子線は必然的に暗かった。しかし、本発明では、電子線自身を細くする必要は無いのでコンデンサー絞り５の孔径は数十μｍ以上が使え、電子線を明るくできる。コンデンサー絞り５を通過した電子線は、対物レンズ(前磁場)７によって平行にされる。電子線を走査コイル１４によって走査することはしない。
【００３１】
試料３の直上には、微小制限視野絞り１５を、試料３に接触することなく配置する。この絞りは、外部から駆動機構を用いて出し入れ可能である。絞りの材料としては、結晶粒などの組織が小さな、例えばタンタル材を用い、厚さは使用する電子線が透過しない厚さとして、例えば数μｍにする。絞りには、収束イオンビームや機械研磨や化学研磨のうち少なくとも何れか一つの加工方法によって加工した孔が設けられている。数十ｎｍ以下の直径の孔を加工する際にはｎｍオーダーに細く出来る収束イオンビームが有効である。孔の加工面は、凹凸によって電子線が散乱されないように滑らかに仕上げる。孔の形状は、電子線走査領域の形状、すなわち、上記の電子線照射領域と一致している。従って、図６（ｂ）に示すように、微小制限視野絞り１５でカットされた後の平行で静止した明るく均一な電子線は、図６（ａ）と同一の電子線照射領域２に照射される。
【００３２】
電子線照射領域２で散乱、回折した後に透過した電子線は、撮像素子１１上に電子回折像を結像する。電子回折像は電子線の波長に対して無限遠の距離に結像されるが、例えば電子線の波長が０.００２５ｎｍ（加速電圧が２００ｋＶの場合）である時、試料３から撮像素子１１までの実効的な距離が数十ｃｍあれば、十分な無限遠にあると言える。この距離（カメラ長）は、撮像素子１１の位置が駆動機構によって可変なので自由に設定できる。
【００３３】
（実施例２）
図７は、本発明の第２の実施例になる透過電子顕微鏡を用いて観察する場合の電子光学系と検出系を示す。本実施例は、図４に示した透過電子顕微鏡の光学系とは基本的な構成が同じであるが、微小径制限視野絞り１５を対物レンズ(後磁場)８下方の実像面に設置している点が異なる。
【００３４】
図７（ａ）に示す実像モードおよび図７（ｂ）に示す電子回折モードの両方の場合において、電子銃４から放出された電子線１は、コンデンサー絞り５によって均一な明るさを有する部分のみにカットされる。前述した従来技術の電子光学経路では、電子線径を小さくするために、１０μｍ程度の小さな孔径のコンデンサー絞り５を用いていたので、電子線は必然的に暗かった。しかし、本発明では、電子線自身を細くする必要は無いので、コンデンサー絞り５の孔径は数十μｍ以上が使え、電子線を明るくできる。コンデンサー絞り５を通過した電子線は、照射レンズ６によって広げられ、対物レンズ（前磁場）７によって平行された後に試料３に照射される。試料３により散乱、回折した後に透過した電子線は、対物レンズ（後磁場）８によって実像面における試料の実像２１および後焦点面における電子回折像として結像される。
【００３５】
ここで、実像面に微小径制限視野絞り１５を設置すると、実像モードでは試料の実像２１のうち絞りの孔に対応する視野（試料中注目領域の実像２０）のみが、微小径制限視野絞り１５以降の結像レンズで拡大される。すなわち、絞りの孔を通過する電子線を逆に辿った時に試料３と交差する領域（試料中注目領域１８）が得られ、その領域のみに電子線が照射された時と等価な電子線経路になる。同様に電子回折像モードでは、試料中注目領域１８に電子線が照射された時と等価な電子線経路により試料中注目領域の電子回折像１９が結像される。従って、電子線を細く平行にして照射領域を設定した従来技術の場合や、収束電子線の走査や試料直上の絞りにより照射領域を設定した実施例１の場合と同様な照射領域設定が微小径制限視野絞り１５の孔径を選択することによって可能である。これによって、前述した平行かつ明るくて均一な電子線を微小領域に照射するのと同等のことが可能である。
【００３６】
この観察方法は、通常の制限視野観察による実像と電子回折像の観察法と同様であるが、本実施例では、微小径制限視野絞り１５の孔径を以下のように規定する。
【００３７】
通常の制限視野絞りは、孔径が小さくても５０μｍ程度である。本実施例では、微小径制限視野絞り１５の孔径を対物レンズの実像面における倍率と電子線の波長とカメラ長の積を撮像素子の１画素のサイズで割算した値よりも小さい径にする。対物レンズの倍率が５０倍、電子線の波長が０.００２５ｎｍ（加速電圧２００ｋＶ）、カメラ長が１ｍ、撮像素子の１画素のサイズが２５×２５μｍ（市販の画素数３２００×４０００個のイメージングプレート）である場合には、微小径制限視野絞り１５の最大孔径は５μｍとなる。この時、試料上の電子線照射領域は１００ｎｍ径に相当する。孔径が５μｍ以下では通常の制限視野観察に用いるには小さ過ぎるので、微小径制限視野絞り１５の孔の配列は、図８に示すように、５μｍ以下の位相回復観察用孔２２と５０μｍ程度の汎用孔２３を並べたものにする。
【００３８】
また、上述の制限視野絞りは、実施例１における制限視野絞りと同様に、観察に用いる電子線が透過しない厚さの金属板に、収束イオンビームや機械研磨や化学研磨のうち少なくとも何れか一つの加工方法によって孔を加工し、孔の加工面は電子回折像の強度分布にノイズを与えない滑らかさを有するように仕上げる。
【００３９】
以上詳述したように、本発明によれば、実像と電子回折像を測定する際の微小径かつ平行な電子線を明るくかつ均一な強度分布にすることができ、試料への電子線露光時間の短縮や観察視野探索の操作性向上が達成できた。また、実像の明るさむらを低減できた。さらに、この方法で測定した実像と電子回折像のデジタルデータを、位相回復アルゴリズムを用いて演算処理することにより、測定した実像よりも高分解能かつ高精度な実像を再生することができた。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】試料の電子回折像と試料外側のポテンシャル分布から位相回復により高分解能実像を得るフローを説明する図。
【図２】実空間と逆空間における位相回復アルゴリズムのフローを説明する図。
【図３】位相回復処理に用いる電子顕微鏡像を測定する際の電子線と試料上の電子線照射領域を説明する図。
【図４】従来技術による位相回復処理用電子顕微鏡像を測定するための電子光学経路を示す図。
【図５】本発明の第１の実施例になる走査透過電子顕微鏡を用いた場合の電子光学経路を示す図。
【図６】図５に示した第１の実施例による試料への電子線照射方法を説明する図。
【図７】本発明の第２の実施例になる透過電子顕微鏡を用いた場合の電子光学経路を示す図。
【図８】図７に示した第２の実施例における微小径制限視野絞りの構成例を説明する図。
【符号の説明】
【００４１】
１…電子線、２…電子線照射領域、３…試料、４…電子銃、５…コンデンサー絞り、６…照射レンズ、７…対物レンズ（前磁場）、８…対物レンズ（後磁場）、９…中間レンズ、１０…投射レンズ、１１…撮像素子、１２…電子線照射領域の電子回折像、１３…電子線照射領域の実像、１４…走査コイル、１５…微小径制限視野絞り、１６…検出角度制限絞り、１７…モニター、１８…試料中注目領域、１９…試料中注目領域の電子回折像、２０…試料中注目領域の実像、２１…試料の実像、２２…位相回復観察用孔、２３…汎用孔。
【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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