(57)【要約】【課題】例えば結晶性や入射方位等による限定や試料による制約などを受けることなく、高い空間分解能で高精度に歪み量を測定（算出）できるようにする。【解決手段】分析方法を、球面収差補正走査透過型電子顕微鏡によってデフォーカス量を変化させながら取得された原子分解能像を読み込み、原子分解能像の複数の領域のそれぞれのコントラスト値を算出する工程（ステップＳ４）と、複数の領域のそれぞれのコントラスト値が最大となる位置とデフォーカス量を対応づけて複数の領域のそれぞれに対応する分析対象の各領域に生じている歪み量を算出する工程（ステップＳ４）とを含むものとする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
球面収差補正走査透過型電子顕微鏡によってデフォーカス量を変化させながら取得された原子分解能像を読み込み、前記原子分解能像の複数の領域のそれぞれのコントラスト値を算出する工程と、
前記複数の領域のそれぞれのコントラスト値が最大となる位置と前記デフォーカス量を対応づけて前記複数の領域のそれぞれに対応する分析対象の各領域に生じている歪み量を算出する工程とを含むことを特徴とする分析方法。
【請求項２】
焦点位置を正負に変化させて取得された原子分解能像のピーク強度に基づいて前記デフォーカス量を変化させる範囲を設定する工程を含むことを特徴とする、請求項１に記載の分析方法。
【請求項３】
前記複数の領域のそれぞれのコントラスト値が最大となる位置をプロットして歪み量分布として表示させる工程を含むことを特徴とする、請求項１又は２に記載の分析方法。
【請求項４】
球面収差補正走査透過型電子顕微鏡によってデフォーカス量を変化させながら取得された原子分解能像を読み込み、前記原子分解能像の複数の領域のそれぞれのコントラスト値を算出するコントラスト値算出部と、
前記複数の領域のそれぞれのコントラスト値が最大となる位置と前記デフォーカス量を対応づけて前記複数の領域のそれぞれに対応する分析対象の各領域に生じている歪み量を算出する歪み量算出部とを備えることを特徴とする分析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、分析方法及び分析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子デバイスの特性を左右する重要な要素の一つとして応力が挙げられる。
電子デバイスの微細化に伴い、例えばトランジスタのゲート近傍などに、応力がどのように加わっているかを測定することは極めて重要である。
近年では、電子デバイスのみならず、各種機能性材料においても、高集積化・高密度積層化により、実試料には設計段階では予測できないような局所応力が印加され、その値を測定することが必要となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−０９３２６３号公報
【特許文献２】特開２００５−１２１５５２号公報
【特許文献３】特開２００６−１５３８９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、微細領域の応力を直接測定することは困難であるため、応力が加わったことによる試料の変形を測定して、応力源にどの程度の応力が加わっているのかを解析する間接的な測定手法がとられている。試料の変形は歪み量（湾曲量）として測定される。
ここで、顕微技術を用いた測定方法には大きく２つの方法が存在する。
まず、微小な針を試料表面に接触させ、原子間力の変化によって凹凸を検出する原子間力顕微鏡を用いた測定方法がある。
【０００５】
この方法は、凹凸検知の感度は高いものの、空間分解能が悪く、例えば数ｎｍの領域の測定は極めて困難である。
次に、空間分解能の高い測定方法として、電子顕微鏡の手法である収束電子回折法を用いた測定方法がある。
この方法は、歪みや湾曲がある試料を電子が通過した際に生じる電子回折像の模様の変化を利用し、理論解析とのマッチングによって歪み量（湾曲量）を測定する方法である。
【０００６】
この方法は、例えば数ｎｍまで電子線の入射領域を限定できるため、空間分解能が高い測定方法である。
しかしながら、電子回折像に明瞭な模様が得られなければ測定が困難であり、また、明瞭な電子回折像を取得するには、例えば結晶性が高いことや入射方位を限定することなどが必要となる。このため、例えば欠陥が多い試料や結晶構造が複雑な試料には適用が困難である。
【０００７】
本発明は、例えば結晶性や入射方位等による限定や試料による制約などを受けることなく、高い空間分解能で高精度に歪み量を測定（算出）できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
１つの態様では、分析方法は、球面収差補正走査透過型電子顕微鏡によってデフォーカス量を変化させながら取得された原子分解能像を読み込み、原子分解能像の複数の領域のそれぞれのコントラスト値を算出する工程と、複数の領域のそれぞれのコントラスト値が最大となる位置とデフォーカス量を対応づけて複数の領域のそれぞれに対応する分析対象の各領域に生じている歪み量を算出する工程とを含む。
【０００９】
１つの態様では、分析装置は、球面収差補正走査透過型電子顕微鏡によってデフォーカス量を変化させながら取得された原子分解能像を読み込み、原子分解能像の複数の領域のそれぞれのコントラスト値を算出するコントラスト値算出部と、複数の領域のそれぞれのコントラスト値が最大となる位置とデフォーカス量を対応づけて複数の領域のそれぞれに対応する分析対象の各領域に生じている歪み量を算出する歪み量算出部とを備える。
【発明の効果】
【００１０】
１つの側面として、例えば結晶性や入射方位等による限定や試料による制約などを受けることなく、高い空間分解能で高精度に歪み量を測定（算出）できるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本実施形態にかかる分析装置の構成を示す図である。
【図２】本実施形態にかかる分析装置における処理（分析方法）を説明するためのフローチャートである。
【図３】本実施形態にかかる分析装置における処理（分析方法）を説明するためのフローチャートである。
【図４】試料の歪み部分を等高線マップとして表示した電子顕微鏡像を示す図である。
【図５】走査プローブ顕微鏡法による凹凸像の取得方法を概念的に示した図である。
【図６】収束電子回折を用いた歪み量（湾曲量）の測定方法を概念的に示した図である。
【図７】（Ａ）〜（Ｄ）は、球面収差補正前後で得られる電子プローブの特性を示した図である。
【図８】本発明の原理を説明するための図である。
【図９】本発明の原理を説明するための図である。
【図１０】実際に歪み（湾曲）が生じている試料を用いて取得されたＳＴＥＭ像を示す図である。
【図１１】実際に取得されたＳＴＥＭ像に歪み量分布（湾曲分布）を示した図である。
【図１２】本実施形態にかかる分析装置のハードウェア構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面により、本発明の実施の形態にかかる分析方法及び分析装置について、図１〜図１２を参照しながら説明する。
材料の高集積化・高密度積層化により、実試料には設計段階では予測できないような局所応力が印加され、その値を測定することが必要になっている。
しかしながら、局所領域で応力を直接評価することは困難であるため、試料の歪み（湾曲）を測定し、その歪み（湾曲）を再現するためには応力源にどの程度の圧力がかかっている必要があるか、といった間接的な測定方法が利用されている。
【００１３】
ここで、図４は、一例として、電子デバイスなどの試料に生じている歪み分布（湾曲分布）を透過型電子顕微鏡によって可視化した電子顕微鏡像の歪み（湾曲）が生じている領域を等高線マップで示したものである。
歪み量（湾曲量）は像の強度として取得することが可能であるが、空間分解能は数１０ｎｍ程度に限定され、また、像の強度情報だけからでは歪み量（湾曲量）を規格化することができないため、別途、他の方法を用いて像の強度と歪み量（湾曲量）を関連づけることが必要である。
【００１４】
図４で示したような歪み量（湾曲量）を定量的に測定する方法として最も一般的な方法の１つに走査プローブ顕微鏡法が挙げられる。
この走査プローブ顕微鏡法では、図５に示すように、カンチレバーに備えられる微小短針を、試料表面をなぞるように原子間力を測定しながら走査する。また、測定された原子間力が一定となるように針にフィードバックし、針の上下動を記録する。また、原子間力を一定にするため、試料の凹凸に対応して針が上下するため、その針の上下動を記録することによって、試料の凹凸を測定することができる。この方法を用いれば、試料の凹凸像を取得することができ、歪み量（湾曲量）を直接測定することが可能である。なお、図５中、Ｐは応力、ｔは厚さを示している。
【００１５】
しかしながら、空間分解能が数１０ｎｍ以上に制限されるため、例えば現在の高集積デバイスの測定には十分ではない。
より高い空間分解能で歪み量（湾曲量）を測定する方法として、透過型電子顕微鏡法の一手法である収束電子回折を用いた方法がある。
この方法では、図６に示すように、数ｎｍ以下に収束された電子プローブを試料に入射することによって得られる電子回折像を用いる。電子回折像は、試料の構造や厚さはもちろん、試料の歪み（湾曲）によってもパターンを複雑に変化させることが知られている。このため、実験的に取得された収束電子回折像（実験像）と歪み量（湾曲量）をパラメータとして計算された回折像（計算像）を比較することによって、最も実験像を説明できる計算条件を出力する。この計算条件に試料の厚さや歪み量（湾曲量）が含まれるため、結果として、歪み量（湾曲量）を定量的に求めることが可能となる。例えば、湾曲（歪み）によって生じる回折像の変化を歪み量（湾曲量）を変数とした理論解析で再現し、歪み量（湾曲量）を間接測定することが可能である。なお、図６中、Ｐは応力、ｔは厚さ、Δθは湾曲量を示している。
【００１６】
この方法は、極めて測定精度が高く、空間分解能も電子線の収束半径によって規定されるため、数ｎｍの高い空間分解能で歪み量（湾曲量）を得ることができる。
しかしながら、試料の形状や構造、入射方位などによって分析（解析）に適切な回折像が取得できない場合があるため、どのような試料でも観察が可能というわけではない。
そこで、透過型電子顕微鏡法の利点である、原子分解能像を取得できる程の高い空間分解能を有した像から、歪み（湾曲）に関する情報を取得するシステムを構築することにより、例えば試料の形状、構造、入射方位等による制約を受けることなく、簡単に高空間分解能の歪み分布（湾曲分布）を測定できるようにしたい。
【００１７】
この場合、原子分解能像を取得するために、走査透過型電子顕微鏡（scanning transmission electron microscopy：ＳＴＥＭ）の１つである球面収差補正走査透過型電子顕微鏡（球面収差補正ＳＴＥＭ）を用いれば良い。
球面収差補正ＳＴＥＭでは、他のＳＴＥＭよりも、球面収差を限りなくゼロに近くすることができ、大口径の電磁レンズを使用することが可能となっている。
【００１８】
このため、高い電流密度の電子プローブを形成することが可能であるとともに、焦点深度が極めて浅い電磁レンズを構築することが可能である。結果として、電子プローブの焦点を試料表面近傍で結ぶことが可能となる。
ここで、図７（Ａ）〜図７（Ｄ）は、球面収差補正前後で得られる電子プローブの特性を示した図である。
【００１９】
図７（Ａ）、図７（Ｂ）は、それぞれ、球面収差補正前、球面収差補正後で得られるプローブ関数（装置関数）を示している。
図７（Ａ）、図７（Ｂ）に示すように、球面収差補正を行なうことによって、高い電流密度のプローブを構築できていることが分かる。
図７（Ｃ）、図７（Ｄ）は、それぞれ、球面収差補正前、球面収差補正後で電子が結晶中にどのように局在するかを示している。
【００２０】
図７（Ｃ）、図７（Ｄ）に示すように、球面収差が有限の場合（球面収差補正前）、焦点深度が深くなり、結果として像の焦点が合う位置は像の内部となる。一方、球面収差が補正された場合（球面収差補正後）、試料表面近傍に極めて小さい領域に電子を局在させることができるようになり、結果として、像の焦点が合った位置は試料表面近傍となる。
このような球面収差補正後の電子プローブの特性を利用することで、歪み量（湾曲量）を定量化することができる。
【００２１】
ここで、図８に示すように、まず、試料の一部分で正焦点位置となるように電子プローブの上下位置を設定する。
そして、そのプローブ位置と試料の高さ位置を変化させないまま、試料（もしくは電子プローブ）の位置を図８の紙面水平方向に走査させる［図８中、符号（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）参照］。ここでは、横方向に走査した場合を図示している。
【００２２】
この場合、試料が湾曲している位置では焦点が内部に結ばれるため、相対的に焦点位置がずれることになる。
ここで、図９は、様々な焦点位置（デフォーカス量）で取得された実験像（Exp.）（図中、上段）、及び、計算像（Sim.）（図中、下段）を示している。試料はＳｒＴｉＯ３（１００）である。
【００２３】
図９に示すように、焦点位置があっている場合、即ち、デフォーカス量が０の場合、像のコントラスト（コントラスト値）が最大となるが、焦点位置が外れてくると、即ち、デフォーカス量が大きくなると、像のコトントラスト（コントラスト値）が減少してくることが分かる。
上述の図８に示すような試料の場合、電子プローブが図８中、符号（Ａ）、（Ｂ）の位置では、焦点があったままであるため、コントラスト値が最大の像（例えば図９の中央のデフォーカス量が０の場合のような像）が得られる。これに対し、電子プローブが図８中、符号（Ｃ）の位置に来た場合、相対的に焦点位置がずれるため、コントラスト値が減少し、コントラストがぼけた像（例えば図９の左側のデフォーカス量−４０の場合のような像）が取得される。
【００２４】
このような特徴を利用して、焦点のずれ量（デフォーカス量）から歪み量（湾曲量）を求め、さらに、歪み分布（湾曲分布）を可視化することができる。
ここで、図１０は、実際に湾曲している試料（歪みが生じている試料）を用いて像を取得した結果である。
試料は、ＳｒＴｉＯ３基板上にＢａＳｎＯ３、ＳｒＳｎＯ３、ＳｒＴｉＯ３を積層して作製した試料である。また、この試料は、各層の格子定数が異なるため、積層した際に応力が発生し、歪みが生じて、湾曲している。
【００２５】
また、ＳＴＥＭ像として実際に電子プローブを走査して一枚の像を取得している。また、焦点変化（デフォーカス量変化）による像の劣化を測定するために、像を取得する際に焦点（デフォーカス量）を連続的に変化させて像を取得するone-frame through focal imageを用い、one-frame through focal ＳＴＥＭ像を取得している。
また、電子プローブの走査は、横方向に１ピクセル走査した後、１ピクセル縦方向に移動し、また横方向に走査する。このため、焦点（デフォーカス量）を連続的に変化させると、縦方向に焦点（デフォーカス量）が変化した像を取得することができる。
【００２６】
このようにして取得された像の各層に相当する各領域のコントラスト値を算出し、コントラスト値が最大となる位置を特定し、これをデフォーカス量と対応づけることで、各領域に対応する各層の歪み量（湾曲量）を求めることができる。なお、歪み量は、試料の各領域の面内方向の位置ずれ量、試料の各領域の変位量である。また、ここでは、分解能が高いため、歪み量と湾曲量はほぼ同義である。
【００２７】
ここで、連続的に変化させたデフォーカス量は、距離のオーダーで記録することが可能であり、取得された像の縦方向の距離と対応づけることができるため、コントラスト値が最大となる位置をデフォーカス量と対応づけることで各層の歪み量（湾曲量）を求めることができる。
また、図１１に示すように、このようにして取得された像に、コントラスト値が最大となる領域（図１１中、四角で囲んだ領域；微小エリア；正焦点位置）を表示し、その領域の中央位置をプロット（図１１中、実線Ｘ）することで、歪み量分布（湾曲分布）として表示することができる。
【００２８】
ここで、連続的に変化させたデフォーカス量は、距離のオーダーで記録することが可能であり、取得された像の縦方向の距離と対応づけることができるため、取得された像の横方向の位置と正焦点位置（図１１中、実線Ｘ）をプロットすることで、歪み量分布（湾曲分布）として表示することが可能となる。
また、原子分解能像が取得することができれば原理的に測定可能であるため、空間分解能はサブナノメートルオーダーである。また、例えば収束電子回折像を取得する場合のような晶帯軸入射を必要としないため、試料に対する制約もほとんどない。
【００２９】
以下、本実施形態にかかる分析装置の構成及び分析装置における処理（分析方法）について、図１〜図３を参照しながら説明する。
まず、本実施形態の分析装置は、球面収差補正走査透過型電子顕微鏡（以下、単に電子顕微鏡ともいう）によって取得された原子分解能像を分析する装置である。
なお、分析装置を測定装置ともいう。また、ここでは、分析装置は、歪み量分布（湾曲分布）を測定（定量測定）する装置であるため、これを、歪み量分布測定装置（湾曲分布測定装置）ともいう。
【００３０】
例えば、分析装置に電子顕微鏡が接続されて分析システムが構成され、電子顕微鏡によって取得された原子分解能像が分析装置に入力されるようになっている。なお、これに限られるものではなく、例えば、電子顕微鏡によって取得された原子分解能像が、ネットワークを介して、分析装置に入力されるようになっていても良い。
ここで、図１は、本分析装置の機能ブロック図である。
【００３１】
図１に示すように、本分析装置１は、焦点調整部２と、コントラスト値算出部３と、歪み量算出部４と、表示制御部５とを備える。
ここで、焦点調整部２は、焦点位置を正負に変化させて原子分解能像を取得する際に焦点位置の変化量（焦点変化量；焦点調整量）を電子顕微鏡６（ここでは電子顕微鏡６に備えられる焦点変更部７）に指示する。
【００３２】
また、焦点調整部２は、デフォーカス量（焦点外れ量）を変化させながら原子分解能像を取得する際に焦点位置の変化量（焦点変化量；焦点調整量；デフォーカス量）を電子顕微鏡６（ここでは電子顕微鏡６に備えられる焦点変更部７）に指示する。
また、焦点調整部２は、デフォーカス範囲設定部８を備える。
このデフォーカス範囲設定部８は、焦点位置を正負に変化させて取得された原子分解能像のピーク強度に基づいてデフォーカス量を変化させる範囲を設定する。
【００３３】
つまり、デフォーカス範囲設定部８は、電子顕微鏡６によって焦点位置を正負に変化させて取得された原子分解能像を読み込み、その原子分解能像（取得画像）のピーク強度に基づいてデフォーカス量を変化させる範囲を設定する。
このデフォーカス範囲設定部８によって設定されたデフォーカス量を変化させる範囲は、電子顕微鏡６によってデフォーカス量を変化させながら原子分解能像を取得する際に用いられる。
【００３４】
なお、デフォーカス量を変化させる範囲の設定方法の詳細については後述する。
コントラスト値算出部３は、電子顕微鏡６によってデフォーカス量を変化させながら取得された原子分解能像を読み込み、その原子分解能像（取得画像）の複数の領域のそれぞれのコントラスト値を算出する。
歪み量算出部４は、複数の領域のそれぞれのコントラスト値が最大となる位置とデフォーカス量を対応づけて複数の領域のそれぞれに対応する分析対象の各領域に生じている歪み量を算出する。
【００３５】
例えば、歪み量算出部４は、各領域のコントラスト値が最大となる位置、即ち、正焦点位置に対応するデフォーカス量の差を算出することで、分析対象の各領域に生じている歪み量を算出する。
この際、歪み量算出部４は、コントラスト値算出部３で算出された各領域のコントラスト値の最大値を求め、各領域のコントラスト値が最大となる位置を特定する。この各領域のコントラスト値が最大となる位置は、正焦点位置である。このため、歪み量算出部４は、正焦点位置を同定していることになる。
【００３６】
表示制御部５は、複数の領域のそれぞれのコントラスト値が最大となる位置をプロットして歪み量分布（湾曲分布）として表示させる（例えば図１１参照）。
つまり、表示制御部５は、複数の領域のそれぞれのコントラスト値が最大となる位置（正焦点位置）を分析対象の各領域の関数としてプロットして歪み量分布（湾曲分布）として画像出力部（表示装置）９の画面上に表示させる制御を行なう。
【００３７】
なお、歪み量分布を、歪み量プロファイル又は歪み分布ともいう。また、湾曲分布を、湾曲プロファイル又は湾曲量分布ともいう。
このように、本実施形態では、球面収差補正走査透過型電子顕微鏡６によって取得される原子分解能像を利用して試料の歪み量（湾曲）を測定する。
原子分解能像を利用することから空間分解能はきわめて高く、収束電子回折像を利用した既存の方法に比べても高い空間分解能を有している。
【００３８】
また、球面収差補正を利用することによって、大口径のレンズを利用して、大口径の入射電子プローブを形成できるようになり、焦点深度が浅くなり、正焦点位置を試料の表面近傍に設定することが可能となり、この特性を利用して、歪み量（湾曲）の測定が可能となる。
つまり、湾曲（歪み）がない位置に焦点を合わせた場合、焦点が試料表面にあっているため、明瞭な原子分解能像が取得可能である。そして、電子プローブを、高さを一定にしたまま、湾曲した領域（歪みが生じている領域）に移動すると、湾曲（歪み）によって試料が正焦点位置（試料表面近傍）に当たらなくなり、像が不明瞭になる。
【００３９】
この特性を利用して、像を取得する際にデフォーカス量（焦点外れ量）を連続的に変化させるone-frame through focal ＳＴＥＭ像を取得する。そして、湾曲（歪み）がある場合、正焦点に合わせた位置からずれて原子分解能像が不明瞭になる。
焦点外れ量はナノメートルオーダーで計測可能であるため、その焦点がずれた位置に対応する焦点変化量（デフォーカス量）をモニタすることによって、湾曲量（歪み量）を高精度で測定することが可能となる。
【００４０】
また、本実施形態では、焦点調整部２からの指示に基づいて、電子顕微鏡６が、デフォーカス量を連続的に変化させながら原子分解能像（１枚の実験像）を取得し、その原子分解能像の各領域のコントラスト値を算出し、各領域のコントラスト値が最大となる位置（正焦点位置）を特定することで、原子分解能像の各領域の像が明瞭になる位置を特定し、その位置とデフォーカス量とを対応づけて歪み量（湾曲量）を算出するようにしている。
【００４１】
このようにして、歪み（湾曲）が生じている試料の各領域における正焦点位置の変化をモニタし、デフォーカス量と対応づけることで、試料に生じている歪み（湾曲）を、高い空間分解能で高精度に測定することが可能となる。また、原子分解能像を取得できれば良く、例えば格子縞のように一方向だけの像であっても良く、結晶方位などには制約を受けない。
【００４２】
また、本実施形態では、焦点調整部２からの指示に基づいて、電子顕微鏡６が、焦点位置を正負に段階的に変化させて原子分解能像を取得し、その原子分解能像のピーク強度に基づいてデフォーカス量を変化させる範囲を設定するようにしており、これにより、上述のようにして歪み量（湾曲量）を算出する際の精度を向上させることができる。
次に、本実施形態の分析装置における処理（分析方法）について説明する。
【００４３】
本実施形態の分析方法は、電子顕微鏡６によってデフォーカス量を変化させながら取得された原子分解能像を読み込み、原子分解能像の複数の領域のそれぞれのコントラスト値を算出する工程（図２のステップＳ４参照）と、複数の領域のそれぞれのコントラスト値が最大となる位置とデフォーカス量を対応づけて複数の領域のそれぞれに対応する分析対象の各領域に生じている歪み量を算出する工程（図２のステップＳ４参照）とを含む。
【００４４】
特に、本実施形態では、焦点位置を正負に変化させて取得された原子分解能像のピーク強度に基づいてデフォーカス量を変化させる範囲を設定する工程（図２のステップＳ１、Ｓ２、図３参照）をさらに含む。
また、本実施形態では、複数の領域のそれぞれのコントラスト値が最大となる位置をプロットして歪み量分布として表示させる工程（図２のステップＳ５参照）をさらに含む。
【００４５】
ここで、図２は、本実施形態における分析方法における処理の流れを示すフローチャートである。
まず、ステップＳ１、Ｓ２において、分析装置１は、焦点調整部２に含まれるデフォーカス範囲設定部８によって、デフォーカス量を変化させる範囲を設定する。
ここで、デフォーカス量を変化させる範囲は、後述するように、試料（分析対象）のすべての領域（観察領域）で焦点位置が正負に外れるように設定された範囲、即ち、原子分解能像の複数の領域のすべてにピーク強度が含まれるように設定された範囲であり、電子顕微鏡６によってデフォーカス量を変化させながら原子分解能像を取得する際に用いられる。
【００４６】
ここでは、まず、分析装置１は、焦点調整部２に含まれるデフォーカス範囲設定部８によって、分析対象のいずれかの領域に焦点を合わせて原子分解能像を取得できる条件（焦点位置）を設定する（ステップＳ１）。
次に、分析装置１は、焦点調整部２に含まれるデフォーカス範囲設定部８によって、焦点位置を正負に変化させて取得された原子分解能像のピーク強度に基づいてデフォーカス量を変化させる範囲を設定する（ステップＳ２）。
【００４７】
つまり、分析装置１は、焦点調整部２に含まれるデフォーカス範囲設定部８によって、焦点位置を正負に変化させて原子分解能像を取得するように電子顕微鏡６に指示する。
この際に、分析装置１は、焦点調整部２に含まれるデフォーカス範囲設定部８によって、焦点位置の変化量（焦点変化量；焦点調整量）を電子顕微鏡６（ここでは電子顕微鏡６に備えられる焦点変更部７）に指示する。
【００４８】
そして、分析装置１は、焦点調整部２に含まれるデフォーカス範囲設定部８によって、電子顕微鏡６によって焦点位置を正負に変化させて取得された原子分解能像を読み込み、その原子分解能像（取得画像）のピーク強度に基づいてデフォーカス量を変化させる範囲を設定する。
なお、ここでは、電子顕微鏡６によって取得された原子分解能像は、分析装置１に接続された電子顕微鏡６から分析装置１に読み込まれるようになっているが、これに限られるものではなく、例えば、電子顕微鏡６によって取得された原子分解能像が、ネットワークを介して、分析装置１に読み込まれるようになっていても良い。
【００４９】
具体的には、図３のフローチャートに示すような処理を行なうことによって、分析装置１は、焦点調整部２に含まれるデフォーカス範囲設定部８によって、デフォーカス量を変化させる範囲を設定する。
まず、分析装置１は、焦点調整部２に含まれるデフォーカス範囲設定部８によって、分析対象のいずれかの領域（分析対象領域）に焦点を合わせて原子分解能像を取得できる条件（焦点位置）を設定する（ステップＡ１）。
【００５０】
次に、分析装置１は、焦点調整部２に含まれるデフォーカス範囲設定部８によって、初期条件として、この焦点位置をＤｆ０、Ｄｆ＋、Ｄｆ−と設定する（ステップＡ２）。
次に、分析装置１は、焦点調整部２に含まれるデフォーカス範囲設定部８によって、焦点（焦点位置）を正にずらすように電子顕微鏡６に指示する（ステップＡ３）。ここでは、分析装置１は、焦点調整部２に含まれるデフォーカス範囲設定部８によって、焦点が正方向にずれるような焦点変位量を電子顕微鏡６に指示する。
【００５１】
次に、分析装置１は、焦点調整部２に含まれるデフォーカス範囲設定部８によって、電子顕微鏡６によって焦点位置を正に変化させて取得された原子分解能像を読み込み、その原子分解能像のピーク強度が減少したか否かを判定する（ステップＡ４）。
この判定の結果、原子分解能像のピーク強度が減少していないと判定した場合、ＮＯルートへ進み、ステップＡ３へ戻り、同様の処理を繰り返す。
【００５２】
そして、ステップＡ４で、原子分解能像のピーク強度が減少したと判定したら、ＹＥＳルートへ進み、そのときの焦点変位量をＤｆ＋´として記録する（ステップＡ５）。
次に、分析装置１は、焦点調整部２に含まれるデフォーカス範囲設定部８によって、焦点（焦点位置）をＤｆ０に戻すように電子顕微鏡６に指示する（ステップＡ６）。
次に、分析装置１は、焦点調整部２に含まれるデフォーカス範囲設定部８によって、焦点（焦点位置）を負にずらすように電子顕微鏡６に指示する（ステップＡ７）。ここでは、分析装置１は、焦点調整部２に含まれるデフォーカス範囲設定部８によって、焦点が負方向にずれるような焦点変位量を電子顕微鏡６に指示する。
【００５３】
次に、分析装置１は、焦点調整部２に含まれるデフォーカス範囲設定部８によって、電子顕微鏡６によって焦点位置を負に変化させて取得された原子分解能像を読み込み、その原子分解能像のピーク強度が減少したか否かを判定する（ステップＡ８）。
この判定の結果、原子分解能像のピーク強度が減少していないと判定した場合、ＮＯルートへ進み、ステップＡ７へ戻り、同様の処理を繰り返す。
【００５４】
そして、ステップＡ８で、原子分解能像のピーク強度が減少したと判定したら、ＹＥＳルートへ進み、そのときの焦点変位量をＤｆ−´として記録する（ステップＡ９）。
次に、分析装置１は、焦点調整部２に含まれるデフォーカス範囲設定部８によって、ステップＡ５で記録したＤｆ＋´が初期条件として設定したＤｆ＋よりも大きいか否か（Ｄｆ＋＜Ｄｆ＋´）を判定し（ステップＡ１０）、Ｄｆ＋´がＤｆ＋よりも大きいと判定した場合（ＹＥＳルート）は、ステップＡ１１へ進み、初期条件として設定したＤｆ＋をＤｆ＋´に書き換えて（Ｄｆ＋＝Ｄｆ＋´）、ステップＡ１２へ進む。
【００５５】
一方、Ｄｆ＋´がＤｆ＋よりも大きくないと判定した場合（ＮＯルート）は、ステップＡ１２へ進む。
次に、ステップＡ１２で、分析装置１は、焦点調整部２に含まれるデフォーカス範囲設定部８によって、ステップＡ９で記録したＤｆ−´が初期条件として設定したＤｆ−よりも小さいか否か（Ｄｆ−＞Ｄｆ＋´）を判定し、Ｄｆ−´がＤｆ−よりも小さいと判定した場合（ＹＥＳルート）は、ステップＡ１３へ進み、初期条件として設定したＤｆ−をＤｆ−´に書き換えて（Ｄｆ−＝Ｄｆ−´）、ステップＡ１４へ進む。
【００５６】
一方、Ｄｆ−´がＤｆ−よりも小さくないと判定した場合（ＮＯルート）は、ステップＡ１４へ進む。
次に、ステップＡ１４で、分析装置１は、焦点調整部２に含まれるデフォーカス範囲設定部８によって、対象領域（分析対象領域）が他にあるかを判定し、対象領域が他にある場合は、ＹＥＳルートへ進み、電子プローブを他の対象領域へ移動させるように電子顕微鏡６に指示する（ステップＡ１５）。
【００５７】
次に、分析装置１は、焦点調整部２に含まれるデフォーカス範囲設定部８によって、他の対象領域に焦点を合わせて原子分解能像を取得できる焦点位置を設定する（ステップＡ１６）。
次に、分析装置１は、焦点調整部２に含まれるデフォーカス範囲設定部８によって、この焦点位置をＤｆ０とし（ステップＡ１７）、ステップＡ３に戻り、他の対象領域に対して、同様の処理（ステップＡ３〜Ａ１３）を繰り返す。
【００５８】
そして、ステップＡ１４で、対象領域が他にないと判定されるまで、他の対象領域に対して、同様の処理（ステップＡ１５〜Ａ１７、Ａ３〜Ａ１３）を繰り返す。
その後、ステップＡ１４で、対象領域が他にないと判定された場合、ＮＯルートへ進み、分析装置１は、焦点調整部２に含まれるデフォーカス範囲設定部８によって、Ｄｆ＋からＤｆ−を、デフォーカス量を変化させる範囲として設定する（ステップＡ１８）。
【００５９】
このようにしてデフォーカス量を変化させる範囲が設定された後、図２のステップＳ３において、分析装置１は、電子顕微鏡６に、デフォーカス量を変化させる範囲内でデフォーカス量を連続的に変化させながら原子分解能像を取得するように指示する。
次に、分析装置１は、コントラスト値算出部３によって、電子顕微鏡６によってデフォーカス量を変化させる範囲内でデフォーカス量を連続的に変化させながら取得された原子分解能像を読み込み、原子分解能像の複数の領域のそれぞれのコントラスト値を算出する（ステップＳ４）。
【００６０】
そして、分析装置１は、歪み量算出部４によって、複数の領域のそれぞれのコントラスト値が最大となる位置とデフォーカス量を対応づけて複数の領域のそれぞれに対応する分析対象の各領域に生じている歪み量を算出する（ステップＳ４）。
例えば、分析装置１は、歪み量算出部４によって、各領域のコントラスト値が最大となる位置、即ち、正焦点位置に対応するデフォーカス量の差を算出することで、分析対象の各領域に生じている歪み量を算出する。
【００６１】
この際、分析装置１は、歪み量算出部４によって、コントラスト値算出部３で算出された各領域のコントラスト値の最大値を求め、各領域のコントラスト値が最大となる位置を特定する。この各領域のコントラスト値が最大となる位置は正焦点位置である。このため、歪み量算出部４は、正焦点位置を同定することになる。
次に、分析装置１は、表示制御部５によって、原子分解能像の複数の領域のそれぞれのコントラスト値が最大となる位置（正焦点位置）をプロットして歪み量分布（湾曲分布；例えば図１１参照）として表示させる（ステップＳ５）。
【００６２】
つまり、分析装置１は、表示制御部５によって、原子分解能像の複数の領域のそれぞれのコントラスト値が最大となる位置（正焦点位置）を分析対象の各領域の関数としてプロットして歪み量分布（湾曲分布）として画像出力部（表示装置）９の画面上に表示させる制御を行なう。
したがって、本実施形態にかかる分析方法及び分析装置は、例えば結晶性や入射方位等による限定や試料による制約などを受けることなく、高い空間分解能で高精度に歪み量（湾曲量）を測定（算出）できるという効果を有する。
【００６３】
例えば、原子間力顕微鏡法では、空間分解能が不足していたのに対し、本実施形態では、原子分解能で測定が可能となる。また、例えば、収束電子回折法を利用した方法では、欠陥がなく、収束電子回折像に明瞭な模様が得られなければ測定が困難であった材料においても、原子分解能像を取得できる試料であれば、高い空間分解能で高精度に歪み（湾曲）を測定することが可能となる。
【００６４】
なお、本発明は、上述した実施形態に記載した構成に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形することが可能である。
例えば、上述の実施形態の分析装置１の各機能及び分析方法の各処理は、ハードウェア、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）ボードやＣＰＵ（Central Processing Unit）ボードでのファームウェア、又は、ソフトウェアによって実現することができる。
【００６５】
例えば、上述の実施形態の分析装置１の各機能及び分析方法の各処理は、コンピュータ（ＣＰＵなどのプロセッサ，情報処理装置，各種端末を含む）がプログラムを実行することによって実現することができる。この場合、上述の実施形態の分析装置１の各機能及び分析方法の各処理を、一のプログラム又は複数のプログラムを実行することによって実現すれば良い。このように、コンピュータがプログラムを実行することによって、上述の実施形態の分析装置１の各機能及び分析方法の各処理を実現する場合、そのプログラム（一又は複数のプログラム）は、分析に用いられるものであるため、分析プログラムという。
【００６６】
また、上述の実施形態の分析装置１の各機能及び分析方法の各処理を、コンピュータがプログラムを実行することによって実現する場合、上述の実施形態の分析装置１は、例えば図１２に示すようなハードウェア構成を備えるコンピュータによって実現することができる。つまり、上述の実施形態の分析装置１は、ＣＰＵ１０２、メモリ１０１、通信制御部１０９、入力装置１０６、表示制御部１０３、表示装置１０４、記憶装置１０５、可搬型記録媒体１０８のドライブ装置１０７を備え、これらがバス１１０によって相互に接続された構成になっているコンピュータによって実現することができる。なお、上述の実施形態の分析装置１としてのコンピュータのハードウェア構成はこれに限られるものではない。
【００６７】
ここで、ＣＰＵ１０２は、コンピュータ全体を制御するものであり、プログラムをメモリ１０１に読み出して実行し、上述の実施形態の分析装置１に必要な処理を行なうものである。
メモリ１０１は、例えばＲＡＭなどの主記憶装置であり、プログラムの実行、データの書き換え等を行なう際に、プログラム又はデータを一時的に格納するものである。
【００６８】
通信制御部１０９（通信インターフェース）は、例えばＬＡＮやインターネットなどのネットワークを介して、他の装置と通信するために用いられるものである。この通信制御部１０９は、コンピュータに元から組み込まれていても良いし、後からコンピュータに取り付けられたＮＩＣ（Network Interface Card）でも良い。
入力装置１０６は、例えば、タッチパネル、マウスなどのポインティングデバイス、キーボードなどである。
【００６９】
表示装置１０４は、例えば液晶ディスプレイなどの表示装置である。
表示制御部１０３は、例えば原子分解能像や歪み量分布などを表示装置１０４に表示させるための制御を行なうものである。
記憶装置１０５は、例えばハードディスクドライブ（ＨＤＤ）やＳＳＤなどの補助記憶装置であり、各種のプログラム及び各種のデータが格納されている。ここでは、記憶装置１０５には、分析プログラムが格納されている。なお、メモリ１０１として、例えばＲＯＭ（Read Only Memory）を備えるものとし、これに各種のプログラムや各種のデータを格納しておいても良い。
【００７０】
ドライブ装置１０７は、例えばフラッシュメモリ等の半導体メモリ、光ディスク、光磁気ディスク等の可搬型記録媒体１０８の記憶内容にアクセスするためのものである。
このようなハードウェア構成を備えるコンピュータにおいて、ＣＰＵ１０２が、例えば記憶装置１０５に格納されている分析プログラムをメモリ１０１に読み出して実行することで、上述の実施形態の分析装置１の各機能及び分析方法の各処理が実現される。
【００７１】
また、ここでは、上述の実施形態の分析装置１を、コンピュータに分析プログラムをインストールしたものとして構成しているが、上述の実施形態の分析装置１の各機能をコンピュータに実現させるための分析プログラム又は上述の実施形態の分析方法の各処理をコンピュータに実行させる分析プログラムは、コンピュータ読取可能な記録媒体に格納した状態で提供される場合もある。
【００７２】
ここで、記録媒体には、例えば半導体メモリなどのメモリ，磁気ディスク，光ディスク［例えばＣＤ（Compact Disc）−ＲＯＭ，ＤＶＤ（Digital Versatile Disk），ブルーレイディスク等］，光磁気ディスク（ＭＯ：Magneto optical Disc）等のプログラムを記録することができるものが含まれる。なお、磁気ディスク，光ディスク，光磁気ディスク等を可搬型記録媒体ともいう。
【００７３】
この場合、ドライブ装置１０７を介して、可搬型記録媒体１０８から分析プログラムを読み出し、読み出された分析プログラムを記憶装置１０５にインストールすることになる。これにより、上述の実施形態の分析装置１及び分析方法が実現され、上述の場合と同様に、記憶装置１０５にインストールされた分析プログラムを、ＣＰＵ１０２がメインメモリ１０１上に読み出して実行することで、上述の実施形態の分析装置１の各機能及び分析方法の各処理が実現されることになる。なお、コンピュータは、可搬型記録媒体１０８から直接プログラムを読み取り、そのプログラムに従った処理を実行することもできる。
【００７４】
また、上述の実施形態の分析装置１の各機能をコンピュータに実現させるための分析プログラム又は上述の実施形態の分析方法の各処理をコンピュータに実行させる分析プログラムは、例えば伝送媒体としてのネットワーク（例えばインターネット，公衆回線や専用回線等の通信回線等）を介して提供される場合もある。
例えば、プログラム提供者が例えばサーバなどの他のコンピュータ上で提供している分析プログラムを、例えばインターネットやＬＡＮ等のネットワーク及び通信インタフェースを介して、記憶装置１０５にインストールしても良い。これにより、上述の実施形態の分析装置１及び分析方法が実現され、上述の場合と同様に、記憶装置１０５にインストールされた分析プログラムを、ＣＰＵ１０２がメインメモリ１０１上に読み出して実行することで、上述の実施形態の分析装置１の各機能及び分析方法の各処理が実現されることになる。なお、コンピュータは、例えばサーバなどの他のコンピュータからプログラムが転送されるごとに、逐次、受け取ったプログラムに従った処理を実行することもできる。
【００７５】
また、ここでは、ＣＰＵ１０２、メモリ１０１、通信制御部１０９、入力装置１０６、表示制御部１０３、表示装置１０４、記憶装置１０５、可搬型記録媒体１０８のドライブ装置１０７などのハードウェア構成を備える単体の装置として本分析装置１を実現する場合を例に挙げて説明したが、これに限られるものではない。例えば、上述の実施形態の分析装置１の各機能及び分析方法の各処理が実現されるのであれば、単体の装置でなくても良く、複数の装置からなるシステムあるいは統合装置であっても、ＬＡＮ、ＷＡＮ等のネットワークを介して処理が行なわれるシステムであっても良い。例えば、クラウドサーバなどのサーバが上述の実施形態の分析装置１の各機能及び分析方法の各処理を実現するものとして構成され、インターネットやイントラネットのようなコンピュータネットワークを介して利用可能になっていても良い。
【００７６】
また、ここでは、コンピュータにおいてＣＰＵ１０２がメモリ１０１上に読み出したプログラムを実行することによって、上述の実施形態の分析装置１の各機能及び分析方法の各処理が実現される場合を例に挙げて説明したが、これに限られるものではなく、そのプログラムの指示に基づき、コンピュータ上で稼動しているＯＳなどが実際の処理の一部又は全部を行なって、上述の実施形態の分析装置１の各機能及び分析方法の各処理が実現されるようになっていても良い。また、可搬型記録媒体１０８から読み出されたプログラムやプログラム（データ）提供者から提供されたプログラム（データ）が、コンピュータに挿入された機能拡張ボードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書き込まれた後、そのプログラムの指示に基づき、その機能拡張ボードや機能拡張ユニットに備わるＣＰＵなどが実際の処理の一部又は全部を行なって、上述の実施形態の分析装置１の各機能及び分析方法の各処理が実現されるようになっていても良い。
【００７７】
以下、上述の実施形態及び変形例に関し、更に、付記を開示する。
（付記１）
球面収差補正走査透過型電子顕微鏡によってデフォーカス量を変化させながら取得された原子分解能像を読み込み、前記原子分解能像の複数の領域のそれぞれのコントラスト値を算出する工程と、
前記複数の領域のそれぞれのコントラスト値が最大となる位置と前記デフォーカス量を対応づけて前記複数の領域のそれぞれに対応する分析対象の各領域に生じている歪み量を算出する工程とを含むことを特徴とする分析方法。
【００７８】
（付記２）
焦点位置を正負に変化させて取得された原子分解能像のピーク強度に基づいて前記デフォーカス量を変化させる範囲を設定する工程を含むことを特徴とする、付記１に記載の分析方法。
（付記３）
前記複数の領域のそれぞれのコントラスト値が最大となる位置をプロットして歪み量分布として表示させる工程を含むことを特徴とする、付記１又は２に記載の分析方法。
【００７９】
（付記４）
球面収差補正走査透過型電子顕微鏡によってデフォーカス量を変化させながら取得された原子分解能像を読み込み、前記原子分解能像の複数の領域のそれぞれのコントラスト値を算出するコントラスト値算出部と、
前記複数の領域のそれぞれのコントラスト値が最大となる位置と前記デフォーカス量を対応づけて前記複数の領域のそれぞれに対応する分析対象の各領域に生じている歪み量を算出する歪み量算出部とを備えることを特徴とする分析装置。
【００８０】
（付記５）
焦点位置を正負に変化させて取得された原子分解能像のピーク強度に基づいて前記デフォーカス量を変化させる範囲を設定するデフォーカス範囲設定部を備えることを特徴とする、付記４に記載の分析装置。
（付記６）
前記複数の領域のそれぞれのコントラスト値が最大となる位置をプロットして歪み量分布として表示させる表示制御部を備えることを特徴とする、付記４又は５に記載の分析装置。
【符号の説明】
【００８１】
１  分析装置
２  焦点調整部
３  コントラスト値算出部
４  歪み量算出部
５  表示制御部
６  電子顕微鏡（球面収差補正走査透過型電子顕微鏡）
７  焦点変更部
８  デフォーカス範囲設定部
９  画像出力部
１０１  メモリ
１０２  ＣＰＵ
１０３  表示制御部
１０４  表示装置
１０５  記憶装置
１０６  入力装置
１０７  ドライブ装置
１０８  可搬型記録媒体
１０９  通信制御部
１１０  バス
【図１】
2018179726.tif 000003
【図２】
2018179726.tif 000004
【図３】
2018179726.tif 000005
【図４】
2018179726.tif 000006
【図５】
2018179726.tif 000007
【図６】
2018179726.tif 000008
【図７】
2018179726.tif 000009
【図８】
2018179726.tif 000010
【図９】
2018179726.tif 000011
【図１０】
2018179726.tif 000012
【図１１】
2018179726.tif 000013
【図１２】
2018179726.tif 000014